JP2014202630A - Battery system - Google Patents

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Kenji Takahashi
賢司 高橋
裕之 海谷
Hiroyuki Kaiya
裕之 海谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate a potential of a single electrode (a positive electrode or a negative electrode) of a deteriorated secondary battery.SOLUTION: A battery system includes: sensors (21, 22, 23) for detecting a current value, a voltage value, and temperature of a secondary battery (10); and a controller (30) for estimating a potential of a single electrode of the secondary battery. A controller substitutes a value detected by the sensor into a linear regression model formula using a resistance change rate, which is a ratio between a resistance component of the secondary battery in an initial state and a resistance component of the current secondary battery, as a calculation parameter, and applies a least-square method, to calculate a resistance change rate. The controller uses the resistance change rate calculated on a reaction resistance of a single electrode included in the resistance component and a reaction resistance of the single electrode in the initial state, to calculate a reaction resistance of the current single electrode, and uses an open-circuit potential and an amount of change in potential to be generated by the reaction resistance of the single electrode, to calculate the potential of the current single electrode.

Description

本発明は、二次電池の単極における電位を推定する電池システムに関する。   The present invention relates to a battery system for estimating a potential at a single electrode of a secondary battery.

二次電池の直流抵抗には、電子の移動に対する純電気的な抵抗(純抵抗)と、活物質の界面において反応電流の発生時に等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗(反応抵抗)とが含まれる。特許文献1には、逐次最小自乗法を用いることにより、純抵抗に関する変化率と、反応抵抗に関する変化率とを推定している。これにより、経年劣化によって二次電池の直流抵抗が増加したときに、純抵抗および反応抵抗のそれぞれにおける増加分を把握することができる。   The DC resistance of the secondary battery includes a pure electric resistance (pure resistance) against the movement of electrons and a charge transfer resistance (reaction resistance) that acts equivalently as an electric resistance when a reaction current is generated at the active material interface. Is included. In Patent Document 1, the rate of change related to pure resistance and the rate of change related to reaction resistance are estimated by using the successive least squares method. Thereby, when the direct current resistance of the secondary battery is increased due to aging, it is possible to grasp the increase in each of the pure resistance and the reaction resistance.

特開2008−241246号公報(段落[0073],[0162]〜[0167])JP 2008-241246 A (paragraphs [0073], [0162] to [0167])

特許文献1では、負極および正極での平均した特性を有する単一の球状活物質モデルを規定することにより、純抵抗および反応抵抗に関する変化率を推定している。ここで、実際の二次電池では、負極および正極がそれぞれ存在し、負極および正極における反応抵抗が互いに異なることがある。このため、単一の球状活物質モデルを用いて反応抵抗に関する変化率を推定しても、負極および正極のそれぞれの電位を把握することはできない。   In patent document 1, the change rate regarding a pure resistance and reaction resistance is estimated by prescribing | regulating the single spherical active material model which has the characteristic averaged in the negative electrode and the positive electrode. Here, in an actual secondary battery, there are a negative electrode and a positive electrode, respectively, and reaction resistances in the negative electrode and the positive electrode may be different from each other. For this reason, even if the change rate regarding reaction resistance is estimated using a single spherical active material model, the potentials of the negative electrode and the positive electrode cannot be grasped.

本発明である電池システムは、二次電池における電流値、電圧値および温度をそれぞれ検出するセンサと、二次電池の単極(正極や負極)における電位を推定するコントローラと、を有する。ここで、電流値を検出するセンサとして電流センサを用い、電圧値を検出センサとして電圧センサを用い、温度を検出するセンサとして温度センサを用いることができる。   A battery system according to the present invention includes a sensor that detects a current value, a voltage value, and a temperature in a secondary battery, and a controller that estimates a potential at a single electrode (positive electrode or negative electrode) of the secondary battery. Here, a current sensor can be used as a sensor for detecting a current value, a voltage sensor can be used as a sensor for detecting a voltage value, and a temperature sensor can be used as a sensor for detecting a temperature.

コントローラは、抵抗変化率を算出パラメータとする線形回帰モデル式に、センサによる検出値(電流値、電圧値および温度)を代入して最小自乗法を適用することにより、抵抗変化率を算出する。ここで、抵抗変化率とは、初期状態にある二次電池の抵抗成分と、現在の二次電池における抵抗成分との比である。初期状態とは、二次電池の劣化が発生していない状態である。劣化が進行した二次電池の抵抗成分は、初期状態の抵抗成分からずれるため、抵抗変化率が変化する。   The controller calculates the resistance change rate by applying the least square method by substituting the detection values (current value, voltage value, and temperature) of the sensor into a linear regression model expression using the resistance change rate as a calculation parameter. Here, the resistance change rate is the ratio of the resistance component of the secondary battery in the initial state to the resistance component of the current secondary battery. The initial state is a state in which the secondary battery has not deteriorated. Since the resistance component of the secondary battery that has deteriorated deviates from the resistance component in the initial state, the resistance change rate changes.

抵抗成分には、単極の反応抵抗が含まれる。このため、コントローラは、単極の反応抵抗に関して算出された抵抗変化率と、初期状態にある単極の反応抵抗とを用いて、現在の単極における反応抵抗を算出することができる。反応抵抗に関する抵抗変化率は、初期状態および現在の単極における反応抵抗の比となるため、反応抵抗に関する抵抗変化率および初期状態の反応抵抗を特定すれば、現在の単極における反応抵抗を算出することができる。これにより、二次電池の劣化が進行した後であっても、劣化状態を反映した単極の反応抵抗を算出することができる。   The resistance component includes a unipolar reaction resistance. For this reason, the controller can calculate the reaction resistance in the current unipolar using the resistance change rate calculated for the unipolar reaction resistance and the unipolar reaction resistance in the initial state. The resistance change rate related to the reaction resistance is the ratio of the reaction resistance in the initial state and the current monopolar, so if the resistance change rate related to the reaction resistance and the reaction resistance in the initial state are specified, the reaction resistance in the current monopolar is calculated. can do. Thereby, even after the deterioration of the secondary battery proceeds, the unipolar reaction resistance reflecting the deterioration state can be calculated.

コントローラは、単極の開放電位と、算出した単極の反応抵抗に伴う電位の変化量とを用いて、現在の単極の電位を算出する。現在の単極における反応抵抗を算出すれば、この反応抵抗に伴う単極電位の変化量を算出することができる。この変化量は、単極の開放電位に対する変化量となるため、この変化量および単極の開放電位から、現在の単極における電位を算出することができる。   The controller calculates the current unipolar potential using the unipolar open-circuit potential and the amount of change in potential associated with the calculated unipolar reaction resistance. If the reaction resistance at the current monopolar is calculated, the amount of change in monopolar potential associated with this reaction resistance can be calculated. Since this change amount is a change amount with respect to the open potential of the single electrode, the current potential of the single electrode can be calculated from the change amount and the open potential of the single electrode.

本発明によれば、上述したように、単極毎の反応抵抗を算出することができ、この反応抵抗に基づいて、単極毎の電位を算出することができる。上述したように、二次電池の劣化状態を反映した単極の反応抵抗を算出できるため、単極毎の電位についても、二次電池の劣化状態を反映した値が得られる。したがって、二次電池の劣化が進行した後の単極電位を把握することができる。   According to the present invention, as described above, the reaction resistance for each single electrode can be calculated, and the potential for each single electrode can be calculated based on this reaction resistance. As described above, since the unipolar reaction resistance reflecting the deterioration state of the secondary battery can be calculated, a value reflecting the deterioration state of the secondary battery can be obtained for the potential of each single electrode. Therefore, it is possible to grasp the unipolar potential after the secondary battery has deteriorated.

線形回帰モデル式は、下記式(I)で表すことができる。   The linear regression model formula can be expressed by the following formula (I).

上記式(I)において、U,Uは、正極および負極の開放電位であり、Vは、センサ(電圧センサ)によって検出された電圧値である。Rrn,1,Rrn,2は、初期状態にある正極および負極の反応抵抗であり、IEC,1,IEC,2は、正極および負極に流れる電気化学的成分の電流値である。Rdnは、初期状態にある二次電池の純抵抗であり、Iは、センサ(電流センサ)によって検出された電流値である。 In the above formula (I), U 1 and U 2 are open potentials of the positive electrode and the negative electrode, and V is a voltage value detected by a sensor (voltage sensor). R rn, 1, R rn, 2 is a reaction resistance of the positive electrode and the negative electrode in the initial state, I EC, 1, I EC , 2 is the current value of the electrochemical component flowing in the positive electrode and the negative electrode. R dn is the pure resistance of the secondary battery in the initial state, and I is the current value detected by the sensor (current sensor).

gr1は、正極の反応抵抗に関する抵抗変化率であり、抵抗変化率gr1は、初期状態の正極における反応抵抗と、現在(特に劣化後)の正極における反応抵抗との比で表される。gr1は、負極の反応抵抗に関する抵抗変化率であり、抵抗変化率gr1は、初期状態の負極における反応抵抗と、現在(特に劣化後)の負極における反応抵抗との比で表される。gr2は、抵抗成分に含まれる純抵抗に関する抵抗変化率であり、抵抗変化率gr2は、初期状態の二次電池における純抵抗と、現在(特に劣化後)の二次電池における純抵抗との比で表される。 gr1 1 is a resistance change rate related to the reaction resistance of the positive electrode, and the resistance change rate gr1 1 is represented by a ratio between the reaction resistance of the positive electrode in the initial state and the reaction resistance of the current positive electrode (particularly after deterioration). gr1 2 is the resistance change ratio for the reaction resistance of the negative electrode, the rate of change in resistance gr1 2 is represented by the ratio of the reaction resistance of the negative electrode in the initial state, the reaction resistance of the negative electrode current (especially after degradation). gr2 is a resistance change rate related to the pure resistance included in the resistance component, and the resistance change rate gr2 is a ratio of the pure resistance in the secondary battery in the initial state to the pure resistance in the current secondary battery (particularly after deterioration). It is represented by

上記式(I)に示す線形回帰モデル式を用いて、抵抗変化率gr1を算出すれば、上述したように、現在の正極における反応抵抗を算出できる。そして、算出した正極の反応抵抗と、正極の開放電位Uとに基づいて、現在の正極電位を算出することができる。また、上記式(I)に示す線形回帰モデル式を用いて、抵抗変化率gr1を算出すれば、上述したように、現在の負極における反応抵抗を算出できる。そして、算出した負極の反応抵抗と、負極の開放電位Uとに基づいて、現在の負極電位を算出することができる。 Using a linear regression model formula shown in above-mentioned formula (I), by calculating the rate of change in resistance gr1 1, as described above, it can be calculated the reaction resistance in the current of the positive electrode. Then, the reaction resistance of the calculated positive, based on the open-circuit potential U 1 of the positive electrode, it is possible to calculate the current of the positive electrode potential. Further, using a linear regression model formula shown in above-mentioned formula (I), by calculating the rate of change in resistance gr1 2, as described above, it can be calculated reaction resistance in the current of the negative electrode. Then, the reaction resistance of the negative electrode was calculated, based on the open-circuit potential U 2 of the negative electrode, it is possible to calculate the current of the negative electrode potential.

正極の開放電位Uは、正極活物質の界面における局所的なSOCと、二次電池の温度とに依存する。このため、開放電位U、局所的なSOCおよび二次電池の温度の対応関係を予め求めておけば、局所的なSOCおよび二次電池の温度を特定することにより、開放電位Uを特定することができる。開放電位Uは、局所的なSOCの変化に応じて変化するが、二次電池の温度が変化することによっても変化する。このため、局所的なSOCだけでなく、二次電池の温度も考慮することにより、開放電位Uを精度良く推定することができる。 Open-circuit potential U 1 of the positive electrode, a local SOC at the interface of the positive electrode active material, depending on the temperature of the secondary battery. Therefore, if the correspondence relationship between the open-circuit potential U 1 , the local SOC and the secondary battery temperature is obtained in advance, the open-circuit potential U 1 is specified by specifying the local SOC and the secondary battery temperature. can do. The open circuit potential U 1 changes according to a local change in the SOC, but also changes as the temperature of the secondary battery changes. Therefore, not only the local SOC, by also taking into account the temperature of the secondary battery, the open-circuit potential U 1 can be accurately estimated.

開放電位Uと同様に、負極の開放電位Uは、負極活物質の界面における局所的なSOCと、二次電池の温度とに依存する。このため、開放電位U、局所的なSOCおよび二次電池の温度の対応関係を予め求めておけば、局所的なSOCおよび二次電池の温度を特定することにより、開放電位Uを特定することができる。開放電位Uは、局所的なSOCの変化に応じて変化するが、二次電池の温度が変化することによっても変化する。このため、局所的なSOCだけでなく、二次電池の温度も考慮することにより、開放電位Uを精度良く推定することができる。 Like the open-circuit potential U 1, open-circuit potential U 2 of the negative electrode, a local SOC at the interface of the negative electrode active material, depending on the temperature of the secondary battery. Therefore, if the correspondence relationship between the open-circuit potential U 2 , the local SOC, and the secondary battery temperature is obtained in advance, the open-circuit potential U 2 can be specified by specifying the local SOC and the secondary battery temperature. can do. Open-circuit potential U 2 will vary in response to changes in local SOC, also vary according to the temperature of the secondary battery is changed. Therefore, not only the local SOC, by also taking into account the temperature of the secondary battery, the open-circuit potential U 2 can be accurately estimated.

正極の反応抵抗Rrn,1は、正極活物質の界面における局所的なSOCと、二次電池の温度とに依存する。このため、反応抵抗Rrn,1、局所的なSOCおよび二次電池の温度の対応関係を予め求めておけば、局所的なSOCおよび二次電池の温度を特定することにより、反応抵抗Rrn,1を特定することができる。反応抵抗Rrn,1と同様に、負極の反応抵抗Rrn,2は、負極活物質の界面における局所的なSOCと、二次電池の温度とに依存する。このため、反応抵抗Rrn,2、局所的なSOCおよび二次電池の温度の対応関係を予め求めておけば、局所的なSOCおよび二次電池の温度を特定することにより、反応抵抗Rrn,2を特定することができる。 The reaction resistance R rn, 1 of the positive electrode depends on the local SOC at the interface of the positive electrode active material and the temperature of the secondary battery. Therefore, if the correspondence relationship between the reaction resistance R rn, 1 , the local SOC and the temperature of the secondary battery is obtained in advance, the reaction resistance R rn is determined by specifying the local SOC and the temperature of the secondary battery. , 1 can be specified. Similar to the reaction resistance R rn, 1 , the reaction resistance R rn, 2 of the negative electrode depends on the local SOC at the interface of the negative electrode active material and the temperature of the secondary battery. Therefore, if the correspondence relationship between the reaction resistance R rn, 2 , the local SOC and the temperature of the secondary battery is obtained in advance, the reaction resistance R rn is determined by specifying the local SOC and the temperature of the secondary battery. , 2 can be specified.

二次電池の充放電を制御するときには、算出した単極電位が予め定められた閾値電位に到達しないように、二次電池を充放電させることができる。上述したように正極電位および負極電位を算出すれば、二次電池の電圧値を算出することができる。すなわち、正極電位および負極電位の電位差が二次電池の電圧値となる。このため、単極電位が閾値電位に到達するときの二次電池の電圧値を把握することができるとともに、単極電位が閾値電位に到達しない電圧値の範囲も把握することができる。   When controlling charging / discharging of the secondary battery, the secondary battery can be charged / discharged so that the calculated monopolar potential does not reach a predetermined threshold potential. If the positive electrode potential and the negative electrode potential are calculated as described above, the voltage value of the secondary battery can be calculated. That is, the potential difference between the positive electrode potential and the negative electrode potential is the voltage value of the secondary battery. Therefore, it is possible to grasp the voltage value of the secondary battery when the unipolar potential reaches the threshold potential, and it is also possible to grasp the voltage value range where the unipolar potential does not reach the threshold potential.

二次電池の充放電を制御するためのパラメータとしては、センサ(電圧センサ)によって検出された電圧値が用いられる。したがって、単極電位が閾値電位に到達しないようにするためには、検出された電圧値を、単極電位が閾値電位に到達しない電圧値の範囲内で変化させればよい。閾値電位は、二次電池で発生する可能性がある副次的な反応を考慮して、予め定めることができる。   A voltage value detected by a sensor (voltage sensor) is used as a parameter for controlling charging / discharging of the secondary battery. Therefore, in order to prevent the unipolar potential from reaching the threshold potential, the detected voltage value may be changed within a voltage value range in which the unipolar potential does not reach the threshold potential. The threshold potential can be determined in advance in consideration of secondary reactions that may occur in the secondary battery.

副次的な反応とは、二次電池の充放電に関与する化学反応とは異なる反応であり、二次電池を使用する上では、副次的な反応を抑制する必要がある。副次的な反応には、正極電位に起因して発生する反応や、負極電位に起因して発生する反応が含まれる。このため、閾値電位については、正極電位および負極電位のそれぞれに対して設定することができる。   The secondary reaction is a reaction different from the chemical reaction involved in charging / discharging of the secondary battery, and it is necessary to suppress the secondary reaction when using the secondary battery. The secondary reaction includes a reaction that occurs due to the positive electrode potential and a reaction that occurs due to the negative electrode potential. For this reason, the threshold potential can be set for each of the positive electrode potential and the negative electrode potential.

本発明によれば、二次電池の劣化状態を反映した単極電位を算出することができるため、この単極電位が閾値電位に到達しないように、二次電池の充放電を制御することにより、副次的な反応を抑制することができる。また、二次電池の劣化状態を反映した単極電位を把握することにより、副次的な反応を抑制するために、二次電池の充放電を過度に制限することもなく、副次的な反応を抑制できる範囲内において、二次電池を充放電させることができる。これにより、副次的な反応を抑制しつつ、二次電池の入出力性能を十分に発揮させることができる。   According to the present invention, since the unipolar potential reflecting the deterioration state of the secondary battery can be calculated, the charge / discharge of the secondary battery is controlled so that the unipolar potential does not reach the threshold potential. , Secondary reactions can be suppressed. In addition, by grasping the unipolar potential reflecting the deterioration state of the secondary battery, it is possible to suppress the secondary reaction without excessively limiting the secondary battery charging / discharging. The secondary battery can be charged and discharged within a range in which the reaction can be suppressed. Thereby, the input / output performance of the secondary battery can be sufficiently exhibited while suppressing the secondary reaction.

電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a battery system. 二次電池の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a secondary battery. 正極開放電位および、正極活物質モデルの局所的SOCの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between positive electrode open electric potential and local SOC of a positive electrode active material model. 負極開放電位および、負極活物質モデルの局所的SOCの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between negative electrode open circuit potential and local SOC of a negative electrode active material model. 拡散係数および電池温度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a diffusion coefficient and battery temperature. 反応抵抗(正極、負極)および純抵抗に関する抵抗変化率を推定する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which estimates the resistance change rate regarding reaction resistance (a positive electrode, a negative electrode) and pure resistance. 二次電池のSOCを推定する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which estimates SOC of a secondary battery. 正極電位、負極電位および二次電池の電圧値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the positive electrode potential, the negative electrode potential, and the voltage value of a secondary battery. 二次電池の充放電を制御する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which controls charging / discharging of a secondary battery.

以下、本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

図1は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。図1に示す電池システムは、車両に搭載することができる。車両としては、HV(Hybrid Vehicle)、PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)およびEV(Electric Vehicle)がある。   FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the battery system of this example. The battery system shown in FIG. 1 can be mounted on a vehicle. Vehicles include HV (Hybrid Vehicle), PHV (Plug-in Hybrid Vehicle), and EV (Electric Vehicle).

HVは、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池に加えて、内燃機関又は燃料電池といった他の動力源を備えている。PHVでは、HVにおいて、外部電源からの電力を用いて組電池を充電できる。EVは、車両の動力源として、後述する組電池だけを備えており、外部電源からの電力供給を受けて、組電池を充電することができる。外部電源とは、車両の外部において、車両とは別に設けられた電源(例えば、商用電源)である。   The HV includes other power sources such as an internal combustion engine or a fuel cell in addition to an assembled battery described later as a power source for running the vehicle. In PHV, an assembled battery can be charged using power from an external power source in HV. The EV includes only an assembled battery, which will be described later, as a power source of the vehicle, and can charge the assembled battery by receiving power supply from an external power source. The external power source is a power source (for example, commercial power source) provided separately from the vehicle outside the vehicle.

本実施例では、車両に搭載される組電池について説明するが、これに限るものではない。すなわち、二次電池を充放電させるシステムであれば、本発明を適用することができる。   In the present embodiment, an assembled battery mounted on a vehicle will be described, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention can be applied to any system that charges and discharges a secondary battery.

組電池1は、直列に接続された複数の二次電池10を有する。二次電池10としては、例えば、リチウムイオン二次電池を用いることができる。二次電池10の数は、組電池1の要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。組電池1には、並列に接続された複数の二次電池10を含めることもできる。監視ユニット(電圧センサ)21は、組電池1の電圧値を検出したり、各二次電池10の電圧値Vbを検出したりする。監視ユニット21は、検出結果をコントローラ30に出力する。   The assembled battery 1 has a plurality of secondary batteries 10 connected in series. As the secondary battery 10, for example, a lithium ion secondary battery can be used. The number of secondary batteries 10 can be appropriately set based on the required output of the assembled battery 1 and the like. The assembled battery 1 can also include a plurality of secondary batteries 10 connected in parallel. The monitoring unit (voltage sensor) 21 detects the voltage value of the assembled battery 1 or detects the voltage value Vb of each secondary battery 10. The monitoring unit 21 outputs the detection result to the controller 30.

電流センサ22は、組電池1に流れる電流値Ibを検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。ここで、本実施例では、放電時の電流値Ibを正の値とし、充電時の電流値Ibを負の値としている。温度センサ23は、組電池1(二次電池10)の温度Tbを検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。複数の温度センサ23を用いることにより、互いに異なる位置に配置された二次電池10の温度Tbを検出しやすくなる。   The current sensor 22 detects the current value Ib flowing through the assembled battery 1 and outputs the detection result to the controller 30. In this embodiment, the current value Ib at the time of discharging is a positive value, and the current value Ib at the time of charging is a negative value. The temperature sensor 23 detects the temperature Tb of the assembled battery 1 (secondary battery 10) and outputs the detection result to the controller 30. By using the plurality of temperature sensors 23, it becomes easy to detect the temperature Tb of the secondary batteries 10 arranged at different positions.

コントローラ30は、メモリ31を有しており、メモリ31は、コントローラ30が所定処理(例えば、本実施例で説明する処理)を行うための各種の情報を記憶している。本実施例では、メモリ31が、コントローラ30に内蔵されているが、コントローラ30の外部にメモリ31を設けることもできる。   The controller 30 includes a memory 31, and the memory 31 stores various information for the controller 30 to perform predetermined processing (for example, processing described in the present embodiment). In this embodiment, the memory 31 is built in the controller 30, but the memory 31 may be provided outside the controller 30.

組電池1の正極端子と接続された正極ラインPLには、システムメインリレーSMR−Bが設けられている。システムメインリレーSMR−Bは、コントローラ30からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。組電池1の負極端子と接続された負極ラインNLには、システムメインリレーSMR−Gが設けられている。システムメインリレーSMR−Gは、コントローラ30からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。   A system main relay SMR-B is provided on the positive electrode line PL connected to the positive electrode terminal of the assembled battery 1. System main relay SMR-B is switched between on and off by receiving a control signal from controller 30. A system main relay SMR-G is provided on the negative electrode line NL connected to the negative electrode terminal of the assembled battery 1. System main relay SMR-G is switched between on and off by receiving a control signal from controller 30.

システムメインリレーSMR−Gには、システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗24が並列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗24は、直列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pは、コントローラ30からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。   A system main relay SMR-P and a current limiting resistor 24 are connected in parallel to the system main relay SMR-G. System main relay SMR-P and current limiting resistor 24 are connected in series. System main relay SMR-P is switched between on and off by receiving a control signal from controller 30.

電流制限抵抗24は、組電池1を負荷(具体的には、インバータ26)と接続するときに、コンデンサ25に突入電流が流れることを抑制するために用いられる。コンデンサ25は、正極ラインPLおよび負極ラインNLに接続されており、正極ラインPLおよび負極ラインNLの間における電圧変動を平滑化するために用いられる。   The current limiting resistor 24 is used to suppress an inrush current from flowing through the capacitor 25 when the assembled battery 1 is connected to a load (specifically, the inverter 26). Capacitor 25 is connected to positive electrode line PL and negative electrode line NL, and is used to smooth voltage fluctuations between positive electrode line PL and negative electrode line NL.

組電池1をインバータ26と接続するとき、コントローラ30は、まず、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーSMR−Pをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗24に電流が流れることになる。   When connecting the assembled battery 1 to the inverter 26, the controller 30 first switches the system main relay SMR-B from off to on and switches the system main relay SMR-P from off to on. As a result, a current flows through the current limiting resistor 24.

次に、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−Gをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーSMR−Pをオンからオフに切り替える。これにより、組電池1およびインバータ26の接続が完了し、図1に示す電池システムは、起動状態(Ready-On)となる。コントローラ30には、車両のイグニッションスイッチのオン/オフに関する情報が入力され、コントローラ30は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わることに応じて、図1に示す電池システムを起動する。   Next, the controller 30 switches the system main relay SMR-G from off to on and switches the system main relay SMR-P from on to off. Thereby, the connection between the assembled battery 1 and the inverter 26 is completed, and the battery system shown in FIG. 1 is in a start-up state (Ready-On). Information about on / off of the ignition switch of the vehicle is input to the controller 30, and the controller 30 activates the battery system shown in FIG. 1 in response to the ignition switch switching from off to on.

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンからオフに切り替える。これにより、組電池1およびインバータ26の接続が遮断され、図1に示す電池システムは、停止状態(Ready-Off)となる。   On the other hand, when the ignition switch is switched from on to off, the controller 30 switches the system main relays SMR-B and SMR-G from on to off. Thereby, the connection between the assembled battery 1 and the inverter 26 is cut off, and the battery system shown in FIG. 1 is in a stopped state (Ready-Off).

インバータ26は、組電池1から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ27に出力する。モータ・ジェネレータ27としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ27は、インバータ26からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ27によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達され、車両を走行させることができる。   The inverter 26 converts the DC power output from the assembled battery 1 into AC power, and outputs the AC power to the motor / generator 27. As the motor generator 27, for example, a three-phase AC motor can be used. The motor / generator 27 receives AC power from the inverter 26 and generates kinetic energy for running the vehicle. The kinetic energy generated by the motor / generator 27 is transmitted to the wheels so that the vehicle can run.

一方、車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ27は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換する。インバータ26は、モータ・ジェネレータ27が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池1に出力する。これにより、組電池1は、回生電力を蓄えることができる。   On the other hand, when the vehicle is decelerated or stopped, the motor / generator 27 converts kinetic energy generated during braking of the vehicle into electric energy (AC power). The inverter 26 converts the AC power generated by the motor / generator 27 into DC power and outputs the DC power to the assembled battery 1. Thereby, the assembled battery 1 can store regenerative electric power.

本実施例では、組電池1をインバータ26に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池1およびインバータ26の間の電流経路に、昇圧回路を設けることができる。昇圧回路を用いることにより、組電池1の出力電圧を昇圧することができる。また、昇圧回路は、インバータ26から組電池1への出力電圧を降圧することができる。   In this embodiment, the assembled battery 1 is connected to the inverter 26, but the present invention is not limited to this. Specifically, a booster circuit can be provided in the current path between the assembled battery 1 and the inverter 26. By using the booster circuit, the output voltage of the assembled battery 1 can be boosted. The booster circuit can step down the output voltage from the inverter 26 to the assembled battery 1.

次に、本実施例で用いられる電池モデルについて説明する。この電池モデルは、二次電池10の内部における電気化学反応を考慮して、二次電池10の内部における挙動を動的に推定するために用いられる。   Next, the battery model used in the present embodiment will be described. This battery model is used to dynamically estimate the behavior inside the secondary battery 10 in consideration of the electrochemical reaction inside the secondary battery 10.

図2に示すように、二次電池10は、負極(電極ともいう)12と、正極(電極ともいう)15と、セパレータ14とを有する。セパレータ14は、負極12および正極15の間に位置しており、電解液を含んでいる。負極12は、銅などで構成された集電板13を有しており、集電板13は、二次電池10の負極端子と電気的に接続されている。正極15は、アルミニウムなどで構成された集電板16を有しており、集電板16は、二次電池10の正極端子と電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, the secondary battery 10 includes a negative electrode (also referred to as an electrode) 12, a positive electrode (also referred to as an electrode) 15, and a separator 14. The separator 14 is located between the negative electrode 12 and the positive electrode 15 and contains an electrolytic solution. The negative electrode 12 has a current collector plate 13 made of copper or the like, and the current collector plate 13 is electrically connected to the negative electrode terminal of the secondary battery 10. The positive electrode 15 has a current collector plate 16 made of aluminum or the like, and the current collector plate 16 is electrically connected to the positive electrode terminal of the secondary battery 10.

負極12および正極15のそれぞれは、球状の活物質の集合体を含んでいる。本実施例の電池モデルでは、図2に示すように、負極12の活物質を、1つの球状の活物質モデル18nとして表し、正極15の活物質を、1つの球状の活物質モデル18pとして表している。   Each of the negative electrode 12 and the positive electrode 15 includes a spherical active material aggregate. In the battery model of this example, as shown in FIG. 2, the active material of the negative electrode 12 is represented as one spherical active material model 18n, and the active material of the positive electrode 15 is represented as one spherical active material model 18p. ing.

二次電池10を放電するとき、負極12の活物質モデル18nの界面(活物質モデル18nおよび電解液の界面)では、リチウムイオンLi+および電子e-を放出する化学反応が行われる。また、正極15の活物質モデル18pの界面(活物質モデル18pおよび電解液の界面)では、リチウムイオンLi+および電子e-を吸収する化学反応が行われる。一方、二次電池10を充電するときには、上述した化学反応と逆の反応が行われる。負極12および正極15の間でのリチウムイオンLi+の授受によって、二次電池10の充放電が行われ、充電電流Ib(Ib<0)または放電電流Ib(Ib>0)が生じる。 When the secondary battery 10 is discharged, a chemical reaction that releases lithium ions Li + and electrons e is performed at the interface of the active material model 18 n of the negative electrode 12 (interface of the active material model 18 n and the electrolyte). Further, at the interface of the active material model 18p of the positive electrode 15 (the interface between the active material model 18p and the electrolyte), a chemical reaction that absorbs lithium ions Li + and electrons e is performed. On the other hand, when the secondary battery 10 is charged, a reaction reverse to the chemical reaction described above is performed. The secondary battery 10 is charged and discharged by the exchange of lithium ions Li + between the negative electrode 12 and the positive electrode 15, and a charging current Ib (Ib <0) or a discharging current Ib (Ib> 0) is generated.

二次電池10の電圧値Vbは、下記式(1)に基づいて、二次電池10における電流値I、開放電圧値(OCV)Uおよび直流抵抗Rから算出される。ここで、電流値Iは、単位極板面積あたりの電流値を示す。すなわち、電流センサ22によって検出された電流値Ibを、負極12および正極15における極板面積Sで除算することにより、電流値I(I=Ib/S)が得られる。以下、本実施例の電池モデルで説明する「電流値」および「電流推定値」については、特に説明のない限り、上述した単位極板面積あたりの電流値を示すものとする。 Voltage value Vb of the secondary battery 10, based on the following equation (1), is calculated from the current value I, the open circuit voltage value (OCV) U and DC resistance R a of the secondary battery 10. Here, the current value I indicates a current value per unit electrode plate area. That is, current value I (I = Ib / S) is obtained by dividing current value Ib detected by current sensor 22 by electrode plate area S in negative electrode 12 and positive electrode 15. Hereinafter, the “current value” and the “current estimation value” described in the battery model of this example indicate the current values per unit electrode plate area described above unless otherwise specified.

上記式(1)に示すように、開放電圧値Uは、活物質モデル18n,18pの界面における局所的なSOC(State of Charge)を示すθに依存する。すなわち、局所的SOCθが変化することに応じて、開放電圧値Uが変化する。また、上記式(1)に示すように、直流抵抗Rは、局所的SOCθおよび電池温度Tbに依存する。すなわち、局所的SOCθおよび電池温度Tbの少なくとも一方が変化することに応じて、直流抵抗Rが変化する。 As shown in the above equation (1), the open circuit voltage value U depends on θ indicating a local SOC (State of Charge) at the interface between the active material models 18n and 18p. That is, the open circuit voltage value U changes in accordance with the change in local SOC θ. Further, as shown in the above formula (1), the direct current resistance Ra depends on the local SOC θ and the battery temperature Tb. That is, in response to at least one of changes in the local SOCθ and battery temperature Tb, DC resistance R a is changed.

二次電池10の直流抵抗Rには、純抵抗Rおよび反応抵抗Rが含まれる。純抵抗Rは、負極12および正極15のそれぞれにおいて、電子eの移動に対する純電気的な抵抗である。反応抵抗Rは、活物質モデル18n,18pの界面において、反応電流が発生したときに等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗である。 The DC resistance R a of the secondary battery 10 includes a pure resistance R d and reaction resistance R r. The pure resistance R d is a pure electrical resistance against the movement of the electron e − in each of the negative electrode 12 and the positive electrode 15. The reaction resistance R r is a charge transfer resistance that acts equivalently as an electric resistance when a reaction current is generated at the interface between the active material models 18n and 18p.

二次電池10の開放電圧値Uが、負極12および正極15における開放電位の差で表されることと、直流抵抗Rに純抵抗Rおよび反応抵抗Rが含まれることとを考慮すると、上記式(1)は、下記式(2)で表される。 Considering that the open-circuit voltage value U of the secondary battery 10 is expressed by the difference between the open-circuit potentials of the negative electrode 12 and the positive electrode 15, and that the direct-current resistance Ra includes the pure resistance Rd and the reaction resistance Rr. The above formula (1) is represented by the following formula (2).

上記式(2)において、Uは、二次電池10が初期状態にあるときの正極15の開放電位であり、活物質モデル18pの界面における局所的SOCθに依存する。すなわち、局所的SOCθが変化することに応じて、正極開放電位Uが変化する。このため、二次電池10が初期状態にあるときにおいて、実験などによって、正極開放電位Uおよび局所的SOCθの対応関係を求めておけば、局所的SOCθを算出することにより、正極開放電位Uを特定することができる。 In the above formula (2), U 1 is the open-circuit potential of the positive electrode 15 when the secondary battery 10 is in the initial state, and depends on the local SOC θ 1 at the interface of the active material model 18p. That is, the positive electrode open potential U 1 changes in accordance with the change in local SOC θ 1 . For this reason, when the secondary battery 10 is in the initial state, if the correspondence between the positive electrode open potential U 1 and the local SOC θ 1 is obtained by experiments or the like, the local SOC θ 1 is calculated to calculate the local SOC θ 1. it is possible to identify the potential U 1.

ここで、初期状態とは、二次電池10が劣化していない状態であり、例えば、二次電池10を製造した直後の状態である。正極開放電位Uおよび局所的SOCθの対応関係は、マップ又は関数として表すことができ、この対応関係に関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。一般的に、正極開放電位Uおよび局所的SOCθは、図3に示す関係を有する。 Here, the initial state is a state in which the secondary battery 10 is not deteriorated, for example, a state immediately after the secondary battery 10 is manufactured. The correspondence relationship between the positive electrode open potential U 1 and the local SOC θ 1 can be expressed as a map or a function, and information regarding this correspondence relationship can be stored in the memory 31. In general, the positive electrode opening potential U 1 and the local SOC θ 1 have the relationship shown in FIG.

は、二次電池10が初期状態にあるときの負極12の開放電位であり、活物質モデル18nの界面における局所的SOCθに依存する。すなわち、局所的SOCθが変化することに応じて、負極開放電位Uが変化する。このため、二次電池10が初期状態にあるときにおいて、実験などによって、負極開放電位Uおよび局所的SOCθの対応関係を求めておけば、局所的SOCθを算出することにより、負極開放電位Uを特定することができる。 U 2 is the open-circuit potential of the negative electrode 12 when the secondary battery 10 is in the initial state, and depends on the local SOC θ 2 at the interface of the active material model 18n. That is, the negative electrode open-circuit potential U 2 changes according to the change in local SOC θ 2 . Therefore, when the secondary battery 10 is in the initial state, if the correspondence relationship between the negative electrode open potential U 2 and the local SOC θ 2 is obtained by experiments or the like, the local SOC θ 2 is calculated to calculate the local SOC θ 2. it is possible to identify the potential U 2.

負極開放電位Uおよび局所的SOCθの対応関係は、マップ又は関数として表すことができ、この対応関係に関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。一般的に、負極開放電位Uおよび局所的SOCθは、図4に示す関係を有する。 The correspondence relationship between the negative electrode open-circuit potential U 2 and the local SOC θ 2 can be expressed as a map or a function, and information regarding this correspondence relationship can be stored in the memory 31. In general, negative electrode open-circuit potential U 2 and local SOC θ 2 have the relationship shown in FIG.

上記式(2)によれば、局所的SOCθ,θに基づいて、開放電位U,Uを特定しているが、これに限るものではない。具体的には、開放電位U,Uは、局所的SOCθ,θだけではなく、二次電池10の温度Tbにも依存しやすい。このため、局所的SOCθ,θだけではなく、電池温度Tbも考慮することにより、開放電位U,Uの推定精度を向上させることができる。 According to the above formula (2), the open-circuit potentials U 1 and U 2 are specified based on the local SOCs θ 1 and θ 2 , but are not limited thereto. Specifically, the open circuit potentials U 1 and U 2 are likely to depend not only on the local SOCs θ 1 and θ 2 but also on the temperature Tb of the secondary battery 10. For this reason, the estimation accuracy of the open-circuit potentials U 1 and U 2 can be improved by considering not only the local SOCs θ 1 and θ 2 but also the battery temperature Tb.

正極開放電位U、局所的SOCθおよび電池温度Tbの対応関係を実験などによって求めておけば、局所的SOCθおよび電池温度Tbを特定することにより、正極開放電位Uを特定することができる。具体的には、二次電池10が初期状態であるときに、正極開放電位U、局所的SOCθおよび電池温度Tbの対応関係を求めておくことができる。この対応関係は、マップ又は関数として表すことができ、この対応関係に関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。 If the correspondence relationship between the positive electrode opening potential U 1 , the local SOC θ 1 and the battery temperature Tb is obtained by experiments or the like, the positive electrode opening potential U 1 can be specified by specifying the local SOC θ 1 and the battery temperature Tb. it can. Specifically, when the secondary battery 10 is in the initial state, the correspondence relationship between the positive electrode open potential U 1 , the local SOC θ 1 and the battery temperature Tb can be obtained. This correspondence can be expressed as a map or a function, and information regarding this correspondence can be stored in the memory 31.

同様に、負極開放電位U、局所的SOCθおよび電池温度Tbの対応関係を実験などによって求めておけば、局所的SOCθおよび電池温度Tbを特定することにより、負極開放電位Uを特定することができる。具体的には、二次電池10が初期状態であるときに、負極開放電位U、局所的SOCθおよび電池温度Tbの対応関係を求めておくことができる。この対応関係は、マップ又は関数として表すことができ、この対応関係に関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。 Similarly, if the correspondence relationship between the negative electrode open-circuit potential U 2 , the local SOC θ 2 and the battery temperature Tb is obtained through experiments, the negative electrode open-circuit potential U 2 is specified by specifying the local SOC θ 2 and the battery temperature Tb. can do. Specifically, when the secondary battery 10 is in the initial state, the correspondence relationship between the negative electrode open-circuit potential U 2 , the local SOC θ 2, and the battery temperature Tb can be obtained. This correspondence can be expressed as a map or a function, and information regarding this correspondence can be stored in the memory 31.

上記式(2)に示すRr,1は、正極15の反応抵抗であり、二次電池10の温度Tbと正極活物質モデル18pの界面における局所的SOCθに依存する。このため、二次電池10が初期状態にあるときに、反応抵抗Rr,1、電池温度Tbおよび局所的SOCθの対応関係(マップ又は関数)を実験などによって予め求めておけば、電池温度Tbおよび局所的SOCθを特定することにより、反応抵抗Rr,1を特定することができる。 R r, 1 represented by the above formula (2) is a reaction resistance of the cathode 15, depending on local SOC [theta] 1 at the interface temperature Tb and the positive electrode active material model 18p of the secondary battery 10. Therefore, when the secondary battery 10 is in the initial state, if the correspondence (map or function) of the reaction resistance R r, 1 , the battery temperature Tb, and the local SOC θ 1 is obtained in advance by experiments or the like, the battery temperature By specifying Tb and local SOC θ 1 , the reaction resistance R r, 1 can be specified.

r,2は、負極12の反応抵抗であり、二次電池10の温度Tbと負極活物質モデル18nの界面における局所的SOCθに依存する。このため、二次電池10が初期状態にあるときに、反応抵抗Rr,2、電池温度Tbおよび局所的SOCθの対応関係(マップ又は関数)を実験などによって予め求めておけば、電池温度Tbおよび局所的SOCθを特定することにより、反応抵抗Rr,2を特定することができる。 R r, 2 is a reaction resistance of the negative electrode 12, it depends on the local SOC [theta] 2 at the interface temperature Tb and the anode active material model 18n of the secondary battery 10. Therefore, when the secondary battery 10 is in the initial state, if the correspondence relationship (map or function) of the reaction resistance R r, 2 , the battery temperature Tb, and the local SOC θ 2 is obtained in advance by experiments or the like, the battery temperature By specifying Tb and local SOC θ 2 , the reaction resistance R r, 2 can be specified.

は、純抵抗であり、二次電池10の温度Tbに依存する。このため、二次電池10が初期状態にあるときに、純抵抗Rおよび電池温度Tbの対応関係(マップ又は関数)を実験などによって予め求めておけば、電池温度Tbを特定することにより、純抵抗Rを特定することができる。純抵抗Rと乗算される電流値Iは、電気化学成分の電流値と電気二重層キャパシタを流れる電流値とを合わせたトータルの電流値である。この電流値Iは、上述したように、単位極板面積あたりの電流として定義される。 R d is a pure resistance and depends on the temperature Tb of the secondary battery 10. For this reason, when the secondary battery 10 is in the initial state, if the correspondence (map or function) between the pure resistance Rd and the battery temperature Tb is obtained in advance by experiments or the like, by specifying the battery temperature Tb, The pure resistance Rd can be specified. The current value I multiplied by the pure resistance Rd is a total current value obtained by combining the current value of the electrochemical component and the current value flowing through the electric double layer capacitor. As described above, the current value I is defined as a current per unit electrode plate area.

上記式(2)において、IEC,1は、活物質モデル18pに流れる電気化学成分の電流値であり、IEC,2は、活物質モデル18nに流れる電気化学成分の電流値である。電流値IEC,1,IEC,2は、下記式(3),(4)によって表される。 In the above formula (2), IEC , 1 is the current value of the electrochemical component flowing in the active material model 18p, and IEC , 2 is the current value of the electrochemical component flowing in the active material model 18n. The current values IEC, 1 , IEC, 2 are expressed by the following formulas (3), (4).

上記式(3)に示すCは、正極15における電気二重層キャパシタ容量であり、上記式(4)に示すCは、負極12における電気二重層キャパシタ容量である。また、tは時間(演算周期)を示す。上記式(3),(4)に示すΨは、下記式(5),(6)で表される。 C 1 shown in the above formula (3) is an electric double layer capacitor capacity in the positive electrode 15, and C 2 shown in the above formula (4) is an electric double layer capacitor capacity in the negative electrode 12. T represents time (calculation cycle). Ψ 1 and Ψ 2 shown in the above formulas (3) and (4) are expressed by the following formulas (5) and (6).

前回の演算周期におけるΨと、今回の演算周期におけるΨとを用いて、上記式(5),(6)を離散化し、上記式(2)〜(6)を連立させることにより、検出した電圧値Vbおよび電池温度Tbから、電流値(トータル)Iおよび電流値(電気化学成分)IEC,1、IEC,2を算出することができる。 [Psi 1 in the previous operation cycle, and [psi 2, [psi 1 in the current calculation cycle, by using the [psi 2, the formula (5), the discretizing (6), the formula (2) to (6) By providing them simultaneously, the current value (total) I and the current value (electrochemical component) IEC, 1 and IEC, 2 can be calculated from the detected voltage value Vb and battery temperature Tb.

一方、局所的SOCθ,θは、下記式(7)で定義される。下記式(7)において、jが「1」であるときには正極15を示し、jが「2」であるときには負極12を示す。他の式においても、添え字jは、同様の意味である。 On the other hand, local SOCs θ 1 and θ 2 are defined by the following formula (7). In the following formula (7), when j is “1”, the positive electrode 15 is shown, and when j is “2”, the negative electrode 12 is shown. In other formulas, the subscript j has the same meaning.

上記式(7)において、cseは、活物質モデル18n,18pの界面におけるリチウム平均濃度であり、cs,maxは、活物質モデル18n,18pにおける限界リチウム濃度である。活物質モデル18n,18pの内部におけるリチウム濃度cは、活物質モデル18n,18pの半径方向における分布を有する。このリチウム濃度分布は、下記式(8)に示すように、極座標系の拡散方程式によって規定される。 In the above formula (7), c se is the average lithium concentration at the interface of the active material models 18n, 18p, and c s, max is the critical lithium concentration in the active material models 18n, 18p. The lithium concentration c s inside the active material models 18n and 18p has a distribution in the radial direction of the active material models 18n and 18p. This lithium concentration distribution is defined by the diffusion equation of the polar coordinate system, as shown in the following formula (8).

上記式(8)において、Dは、活物質モデル18p,18nにおけるリチウムの拡散係数であり、二次電池10の温度Tbに依存する。このため、二次電池10が初期状態にあるときに、電池温度Tbおよび拡散係数Dの対応関係(マップ又は関数)を実験などによって求めておけば、電池温度Tbを検出することにより、拡散係数Dを特定することができる。電池温度Tbおよび拡散係数Dの対応関係は、活物質モデル18p,18nのそれぞれにおいて求められる。一般的に、図5に示すように、二次電池10の温度Tbが上昇するほど、拡散係数Dが上昇する。 In the above equation (8), D s is a diffusion coefficient of lithium in the active material models 18p and 18n, and depends on the temperature Tb of the secondary battery 10. Therefore, when the secondary battery 10 is in the initial state, if determined by an experiment correspondence between battery temperature Tb and the diffusion coefficient D s (the map or function), by detecting the battery temperature Tb, diffusion The coefficient D s can be specified. Correspondence between the battery temperature Tb and the diffusion coefficient D s, the active material model 18p, obtained in each of 18n. In general, as shown in FIG. 5, as the temperature Tb of the secondary battery 10 increases, the diffusion coefficient D s is increased.

上記式(8)に示す拡散方程式の境界条件は、下記式(9),(10)に示すように設定される。   The boundary conditions of the diffusion equation shown in the above equation (8) are set as shown in the following equations (9) and (10).

上記式(9)は、活物質モデル18n,18pの中心における濃度勾配が「0」であることを示している。ここで、rは、活物質モデル18n,18pの径であり、径rが0であることは、活物質モデル18n,18pの中心を示している。活物質モデル18n,18pの界面において、リチウムが出入りすることにより、活物質モデル18n,19pの界面におけるリチウム濃度が変化する。上記式(10)は、活物質モデル18n,18pの界面におけるリチウム濃度の変化を示している。   The above equation (9) indicates that the concentration gradient at the center of the active material models 18n and 18p is “0”. Here, r is the diameter of the active material models 18n and 18p, and the diameter r being 0 indicates the center of the active material models 18n and 18p. When lithium enters and exits at the interface between the active material models 18n and 18p, the lithium concentration at the interface between the active material models 18n and 19p changes. The above formula (10) shows the change in the lithium concentration at the interface between the active material models 18n and 18p.

上記式(10)において、εは、各活物質モデル18n,18pの体積分率である。aは、各電極12,15の単位体積当りの活物質モデル18n,18pの表面積である。半径r、体積分率εおよび表面積aは、各種の電気化学測定法による測定結果から決定される。また、Fはファラデー定数である。 In the above equation (10), ε s is the volume fraction of each active material model 18n, 18p. a s is a active material model 18n, the surface area of 18p per unit volume of each electrode 12, 15. The radius r, volume fraction ε s, and surface area a s are determined from measurement results obtained by various electrochemical measurement methods. F is a Faraday constant.

上記式(10)において、jLiは、単位体積・時間当りのリチウムの生成量である。電極12,15の厚さ方向において反応が均一であると仮定すると、各電極12,15の厚さLおよび電流値IECを用いることにより、リチウム生成量jLiは、下記式(11)で表される。 In the above formula (10), j Li is the amount of lithium produced per unit volume / time. If the reaction in the thickness direction of the electrode 12, 15 is assumed to be uniform, by using the thickness L and the current value I EC of the electrodes 12 and 15, the lithium production quantity j Li, by the following formula (11) expressed.

上記式(1)で説明した直流抵抗Rは、電池温度Tbや局所的SOCθに依存するだけではなく、二次電池10の劣化状態にも依存する。二次電池10は、使用状態に応じて劣化することが知られており、二次電池10の劣化が進行すれば、直流抵抗Rが上昇しやすい。ここで、直流抵抗Rには、純抵抗Rおよび反応抵抗Rが含まれるため、純抵抗Rおよび反応抵抗Rも二次電池10の劣化状態に依存する。具体的には、二次電池10の劣化が進行することにより、純抵抗Rや反応抵抗Rが上昇しやすい。 DC resistance R a as described by the above formula (1) is not only dependent on the battery temperature Tb and local SOC [theta], also depends on the deterioration state of the secondary battery 10. It is known that the secondary battery 10 is deteriorated depending on the use state, and if the deterioration of the secondary battery 10 proceeds, the direct current resistance Ra is likely to increase. Here, since the direct resistance R a includes the pure resistance R d and the reaction resistance R r , the pure resistance R d and the reaction resistance R r also depend on the deterioration state of the secondary battery 10. Specifically, as the secondary battery 10 deteriorates, the pure resistance Rd and the reaction resistance Rr tend to increase.

二次電池10の劣化に応じた反応抵抗Rを算出するために、下記式(12)に示すように、抵抗変化率gr1を規定することができる。 To calculate the reaction resistance R r corresponding to the deterioration of the secondary battery 10 can be as shown in the following formula (12), defines the rate of change in resistance gr1.

上記式(12)において、Rrnは、二次電池10が初期状態にあるときの反応抵抗であり、実験などによって予め測定しておくことができる。ここで、反応抵抗Rrnは、電池温度Tbおよび局所的SOCθに依存するため、反応抵抗Rrn、電池温度Tbおよび局所的SOCθの対応関係(マップ又は関数)を予め求めておけば、電池温度Tbおよび局所的SOCθを特定することにより、反応抵抗Rrnを算出することができる。 In the above formula (12), R rn is a reaction resistance when the secondary battery 10 is in the initial state, and can be measured in advance by an experiment or the like. Here, since the reaction resistance R rn depends on the battery temperature Tb and the local SOC θ, if the correspondence (map or function) of the reaction resistance R rn , the battery temperature Tb and the local SOC θ is obtained in advance, the battery temperature By specifying Tb and local SOC θ, the reaction resistance R rn can be calculated.

一方、Rは、現在の二次電池10の反応抵抗であり、二次電池10の劣化が進行すれば、反応抵抗Rは、反応抵抗Rrnよりも高くなる。ここで、二次電池10が劣化していなければ、反応抵抗Rが反応抵抗Rrnと等しくなり、抵抗変化率gr1が「1」となる。一方、二次電池10の劣化が進行して、反応抵抗Rが反応抵抗Rrnよりも高くなれば、抵抗変化率gr1が「1」よりも高くなる。上記式(12)によれば、抵抗変化率gr1を推定することにより、現在の二次電池10の反応抵抗Rを把握することができる。 On the other hand, R r is the current reaction resistance of the secondary battery 10, and the reaction resistance R r becomes higher than the reaction resistance R rn as the deterioration of the secondary battery 10 proceeds. Here, if the secondary battery 10 is not deteriorated, the reaction resistance R r becomes equal to the reaction resistance R rn , and the resistance change rate gr 1 becomes “1”. On the other hand, when the deterioration of the secondary battery 10 progresses and the reaction resistance R r becomes higher than the reaction resistance R rn , the resistance change rate gr1 becomes higher than “1”. According to the above equation (12), it is possible to grasp the current reaction resistance R r of the secondary battery 10 by estimating the resistance change rate gr1.

本実施例の電池モデルでは、各活物質モデル18n,18pの界面において、反応抵抗(電荷移動抵抗)が発生するため、上記式(12)は、負極12(活物質モデル18n)および正極15(活物質モデル18p)のそれぞれに対して、下記式(13),(14)で表すことができる。   In the battery model of this example, reaction resistance (charge transfer resistance) is generated at the interface between the active material models 18n and 18p. Therefore, the above equation (12) is expressed by the negative electrode 12 (active material model 18n) and the positive electrode 15 ( Each of the active material models 18p) can be expressed by the following formulas (13) and (14).

上記式(13)に示すgr1は、正極15の反応抵抗Rに関する抵抗変化率であり、上記式(14)に示すgr1は、負極12の反応抵抗Rに関する抵抗変化率である。上記式(13)によれば、抵抗変化率gr1を推定することにより、現在の正極15における反応抵抗Rを把握することができる。また、上記式(14)によれば、抵抗変化率gr1を推定することにより、現在の負極12における反応抵抗Rを把握することができる。 Gr1 1 represented by the above formula (13) is the resistance change ratio for the reaction resistance R r of the positive electrode 15, gr1 2 represented by the above formula (14) is a resistance change ratio for the reaction resistance R r of the negative electrode 12. According to the equation (13), by estimating the rate of change in resistance gr1 1, it is possible to grasp the reaction resistance R r in the current of the positive electrode 15. Further, according to the above formula (14), by estimating the rate of change in resistance gr1 2, it is possible to grasp the reaction resistance R r in the current of the negative electrode 12.

一方、二次電池10の劣化に応じた純抵抗Rを算出するために、下記式(15)に示すように、抵抗変化率gr2を規定することができる。 Meanwhile, in order to calculate the pure resistance R d in accordance with the deterioration of the secondary battery 10 can be as shown in the following formula (15), defines the rate of change in resistance gr2.

上記式(15)において、Rdnは、二次電池10が初期状態にあるときの純抵抗であり、実験などによって予め測定しておくことができる。ここで、純抵抗Rdnは、電池温度Tbに依存するため、純抵抗Rdnおよび電池温度Tbの対応関係(マップ又は関数)を予め求めておけば、電池温度Tbを特定することにより、純抵抗Rdnを算出することができる。 In the above formula (15), R dn is a pure resistance when the secondary battery 10 is in the initial state, and can be measured in advance by an experiment or the like. Here, since the pure resistance R dn depends on the battery temperature Tb, if the correspondence (map or function) between the pure resistance R dn and the battery temperature Tb is obtained in advance, the battery temperature Tb can be determined by specifying the battery temperature Tb. The resistance R dn can be calculated.

一方、Rは、現在の二次電池10の純抵抗であり、二次電池10の劣化が進行すれば、純抵抗Rは、純抵抗Rdnよりも高くなる。ここで、二次電池10が劣化していなければ、純抵抗Rが純抵抗Rdnと等しくなり、抵抗変化率gr2が「1」となる。一方、二次電池10の劣化が進行して、純抵抗Rが純抵抗Rdnよりも高くなれば、抵抗変化率gr2が「1」よりも高くなる。上記式(15)によれば、抵抗変化率gr2を推定することにより、現在の二次電池10における純抵抗Rを把握することができる。 On the other hand, R d is the current pure resistance of the secondary battery 10, and if the secondary battery 10 deteriorates, the pure resistance R d becomes higher than the pure resistance R dn . Here, unless the secondary battery 10 is degraded, pure resistance R d is equal to the pure resistance R dn, the resistance change ratio gr2 is "1". On the other hand, when the deterioration of the secondary battery 10 progresses and the pure resistance R d becomes higher than the pure resistance R dn , the resistance change rate gr2 becomes higher than “1”. According to the equation (15), by estimating the rate of change in resistance gr2, it can grasp the pure resistance R d in the current of the secondary battery 10.

上述した抵抗変化率gr1,gr1,gr2は、以下に説明する忘却係数付きの逐次最小自乗法を用いて算出(推定)することができる。まず、忘却係数付きの逐次最小自乗法について説明する。 The resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 described above can be calculated (estimated) using a sequential least square method with a forgetting factor described below. First, the sequential least square method with a forgetting factor will be described.

逐次最小自乗法によれば、下記式(16)で示す線形回帰モデルで表わされるシステムにおいて、下記式(16)に示すパラメータΘは、下記式(17)〜(19)で表される時間更新式を、下記式(20),(21)の初期条件により逐次演算することによって推定される。ここで、パラメータΘの推定値は、Θ♯で示している。   According to the sequential least square method, in the system represented by the linear regression model represented by the following equation (16), the parameter Θ represented by the following equation (16) is the time update represented by the following equations (17) to (19). The equation is estimated by sequentially calculating with the initial conditions of the following equations (20) and (21). Here, the estimated value of the parameter Θ is indicated by Θ #.

上記式(17),(19)において、λは忘却係数であり、通常、忘却係数λは「1.0」よりも小さい。また、Pは共分散行列であり、上記式(21)の初期値P(0)は、単位行列Iの対角要素に定数γを乗じた行列とし、γには通常10〜10程度の大きな値を用いる。パラメータ(推定値)Θ♯の初期値Θ♯は、通常ゼロベクトルとされる。 In the above formulas (17) and (19), λ is a forgetting factor, and usually the forgetting factor λ is smaller than “1.0”. P is a covariance matrix, and the initial value P (0) of the above equation (21) is a matrix obtained by multiplying the diagonal element of the unit matrix I by a constant γ, and γ is usually about 10 2 to 10 3. Use a large value of. The initial value Θ # 0 of the parameter (estimated value) Θ # is usually a zero vector.

このような忘却係数付きの逐次最小自乗法を用いることにより、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を以下のように推定することができる。まず、上記式(2)は、下記式(22)に変形することができる。 By using such a sequential least square method with a forgetting factor, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 can be estimated as follows. First, the above formula (2) can be transformed into the following formula (22).

上記式(22)に示すように、上記式(2)は、上記式(16)の形式で表すことができる。したがって、上述した逐次最小自乗法を用いれば、パラメータΘとしての抵抗変化率gr1,gr1,gr2を算出(推定)することができる。なお、本実施例では、逐次最小自乗法を用いた推定方法について説明しているが、これに限るものではない。具体的には、一括最小自乗法などの他の最小自乗法を用いることにより、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を算出(推定)することもできる。 As shown in the above equation (22), the above equation (2) can be expressed in the form of the above equation (16). Therefore, if the above-described sequential least square method is used, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 as the parameter Θ can be calculated (estimated). In this embodiment, the estimation method using the sequential least square method is described, but the present invention is not limited to this. Specifically, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 can be calculated (estimated) by using another least square method such as a collective least square method.

上述したように、反応抵抗Rは、電池温度Tbおよび局所的SOCに依存し、純抵抗Rは、電池温度Tbに依存する。特に、反応抵抗Rおよび純抵抗Rは、電池温度Tbの影響を受けやすい。ここで、電池温度Tbなどから反応抵抗Rや純抵抗Rを直接推定しようとすると、この推定処理を、電池温度Tbの変化に対して十分に追従させる必要がある。しかし、電池温度Tbの変化に対する推定処理の追従速度を高めると、ノイズや外乱などによって、推定値の変動が大きくなりやすい。すなわち、反応抵抗Rや純抵抗Rを安定的に推定しにくくなる。 As described above, the reaction resistance R r depends on the battery temperature Tb and the local SOC, and the pure resistance R d depends on the battery temperature Tb. In particular, the reaction resistance R r and the pure resistance R d are easily affected by the battery temperature Tb. Here, if it is attempted to directly estimate the reaction resistance R r and the pure resistance R d from the battery temperature Tb or the like, this estimation process needs to sufficiently follow the change in the battery temperature Tb. However, when the follow-up speed of the estimation process with respect to the change in the battery temperature Tb is increased, fluctuations in the estimated value are likely to increase due to noise or disturbance. In other words, hardly stably estimate the reaction resistance R r and pure resistance R d.

一方、上述した抵抗変化率gr1,gr1,gr2は、二次電池10の劣化に応じて変化するが、二次電池10の劣化が進行する速度は、電池温度Tbが変化する速度に比べて非常に遅い。このため、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を推定するときには、反応抵抗Rや純抵抗Rを直接推定するときと比べて、推定処理の追従速度を高める必要が無い。したがって、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を安定的に推定することができる。 On the other hand, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 described above change in accordance with the deterioration of the secondary battery 10, but the speed at which the deterioration of the secondary battery 10 proceeds is faster than the speed at which the battery temperature Tb changes. Very slow. Therefore, when estimating the rate of change in resistance gr1 1, gr1 2, gr2, compared with when estimating the reaction resistance R r and pure resistance R d directly is not necessary to increase the speed of following estimation process. Therefore, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , gr2 can be stably estimated.

また、本実施例では、忘却係数付きの逐次最小自乗法を用いているため、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を推定する上で、過去の二次電池10の状態よりも、現在の二次電池10の状態を反映させやすくしている。すなわち、現在の二次電池10の状態に対する重み付けを、過去の二次電池10の状態に対する重み付けよりも大きくしている。これにより、現在の二次電池10の状態を考慮して、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を精度良く推定することができる。 Further, in this embodiment, since the sequential least square method with a forgetting factor is used, in estimating the resistance change rate gr1 1 , gr1 2 , gr2, the current state of the secondary battery 10 rather than the past state. The state of the secondary battery 10 is easily reflected. That is, the weighting for the current state of the secondary battery 10 is made larger than the weighting for the state of the secondary battery 10 in the past. Thereby, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , gr2 can be accurately estimated in consideration of the current state of the secondary battery 10.

次に、抵抗変化率gr1,gr1,gr2の推定処理について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。ここで、図4に示す処理は、コントローラ30によって実行される。 Next, the process of estimating the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , gr2 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Here, the process shown in FIG. 4 is executed by the controller 30.

ステップS101において、コントローラ30は、現在における二次電池10の状態を取得する。取得される電池状態としては、監視ユニット21によって検出された電圧値Vb、温度センサ23によって検出された電池温度Tb、負極12(負極活物質モデル18n)および正極15(正極活物質モデル18p)における局所的SOCθ,θが含まれる。局所的SOCθ,θは、上述した電池モデルを用いて推定することができる。局所的SOCθ,θを推定する処理については、後述する。 In step S101, the controller 30 acquires the current state of the secondary battery 10. The acquired battery state includes the voltage value Vb detected by the monitoring unit 21, the battery temperature Tb detected by the temperature sensor 23, the negative electrode 12 (negative electrode active material model 18n) and the positive electrode 15 (positive electrode active material model 18p). Local SOCs θ 1 and θ 2 are included. Local SOCs θ 1 and θ 2 can be estimated using the battery model described above. Processing for estimating local SOCs θ 1 and θ 2 will be described later.

ステップS102において、コントローラ30は、二次電池10が初期状態にあるときの反応抵抗Rrn,1,Rrn,2および純抵抗Rdnを算出する。上述したように、反応抵抗Rrn,1は、電池温度Tbおよび局所的SOCθから算出でき、反応抵抗Rrn,2は、電池温度Tbおよび局所的SOCθから算出できる。また、純抵抗Rdnは、電池温度Tbから算出できる。 In step S102, the controller 30 calculates reaction resistances R rn, 1 , R rn, 2 and pure resistance R dn when the secondary battery 10 is in the initial state. As described above, the reaction resistance R rn, 1 can be calculated from the battery temperature Tb and the local SOC θ 1 , and the reaction resistance R rn, 2 can be calculated from the battery temperature Tb and the local SOC θ 2 . Moreover, the pure resistance Rdn can be calculated from the battery temperature Tb.

ステップS103において、コントローラ30は、上述したように、逐次最小自乗法を用いることにより、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を算出する。抵抗変化率gr1,gr1,gr2を算出すれば、現在の二次電池10における反応抵抗Rr,1,Rr,2や純抵抗Rを把握することができる。 In step S103, the controller 30 calculates the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 by using the sequential least square method as described above. If the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , gr2 are calculated, the reaction resistances R r, 1 , R r, 2 and the pure resistance R d in the current secondary battery 10 can be grasped.

また、抵抗変化率gr1,gr1を算出することにより、現在の負極12および正極15における電位(単極電位)を推定することができる。具体的には、下記式(23),(24)に基づいて、現在(劣化後)の二次電池10における正極電位Eおよび負極電位Eを算出することができる。 Further, by calculating the resistance change rates gr1 1 and gr1 2 , the current potential (monopolar potential) at the negative electrode 12 and the positive electrode 15 can be estimated. Specifically, the following equation (23), based on (24) can calculate the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 in the secondary battery 10 of the current (after degradation).

二次電池10の劣化が進行すると、正極電位Eおよび負極電位Eは、二次電池10が初期状態にあるときの正極開放電位Uおよび負極開放電位Uに対して変化する。具体的には、上記式(23),(24)に示すように、正極電位Eおよび負極電位Eは、反応抵抗Rr,1,Rr,2に応じて変化する。 The deterioration of the rechargeable battery 10 progresses, the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 is changed to the cathode open-circuit potential U 1 and the negative electrode open-circuit potential U 2 when the secondary battery 10 is in the initial state. Specifically, the equation (23), as shown in (24), the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2, the reaction resistance R r, 1, varies depending on the R r, 2.

具体的には、上記式(23)に示すように、二次電池10の劣化が進行した後の正極電位Eは、正極開放電位Uに対して、「Rr,1×IEC,1」の変化量だけ変化する。また、上記式(24)に示すように、二次電池10の劣化が進行した後の負極電位Eは、負極開放電位Uに対して、「Rr,2×IEC,2」の変化量だけ変化する。 Specifically, as shown in the equation (23), the positive electrode potential E 1 after the degradation has progressed in the secondary battery 10, to the positive electrode open-circuit potential U 1, "R r, 1 × I EC, 1 ”changes. Further, as shown in the above formula (24), the negative electrode potential E 2 after the deterioration of the secondary battery 10 proceeds is “R r, 2 × IEC, 2 ” with respect to the negative electrode open circuit potential U 2 . It changes by the amount of change.

上述したように抵抗変化率gr1,gr1を算出すれば、反応抵抗Rr,1,Rr,2を算出することができるため、二次電池10の劣化が進行した後の正極電位Eおよび負極開放電位Eを把握することができる。 If the resistance change rates gr1 1 and gr1 2 are calculated as described above, the reaction resistances R r, 1 , R r, 2 can be calculated , and therefore the positive electrode potential E after the deterioration of the secondary battery 10 proceeds. 1 and the negative electrode open-circuit potential E 2 can be grasped.

抵抗変化率gr1,gr1,gr2を推定する処理は、所定条件が満足しているときだけに行うことができる。劣化に伴って二次電池10の抵抗が増加するときには、直流抵抗Rだけでなく、拡散抵抗も増加しやすい。拡散抵抗とは、活物質の内部においてリチウムが拡散するときの抵抗成分であり、活物質内におけるリチウムの拡散速度が低下することにより、拡散抵抗が増加してしまう。拡散抵抗が増加しやすい状態では、算出した抵抗変化率gr1,gr1,gr2に対して、直流抵抗R(反応抵抗Rおよび純抵抗R)の増加分だけでなく、拡散抵抗の増加分も反映されやすくなり、抵抗変化率gr1,gr1,gr2の推定精度が低下してしまう。 The process of estimating the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , gr2 can be performed only when a predetermined condition is satisfied. When the resistance of the secondary battery 10 increases with deterioration, not only the direct current resistance Ra but also the diffusion resistance tends to increase. The diffusion resistance is a resistance component when lithium diffuses inside the active material, and the diffusion resistance increases due to a decrease in the diffusion rate of lithium in the active material. In a state where the diffusion resistance is likely to increase, not only the increase in the direct current resistance R a (reaction resistance R r and pure resistance R d ) but also the diffusion resistance of the calculated resistance change rate gr1 1 , gr1 2 , gr2. The increase is easily reflected, and the estimation accuracy of the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , gr2 is lowered.

そこで、活物質内におけるリチウムの拡散速度が低下しやすい状態を予め特定しておき、このような状態のときには、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を推定しないようにすることができる。言い換えれば、予め特定された状態以外のときに、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を推定することができる。ここで、リチウムの拡散速度が低下しやすい状態としては、活物質内においてリチウム濃度が極端に偏った状態がある。 Therefore, a state in which the diffusion rate of lithium in the active material is likely to decrease is specified in advance, and in such a state, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 can be prevented from being estimated. In other words, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 can be estimated when the state is not specified in advance. Here, as a state where the diffusion rate of lithium tends to decrease, there is a state in which the lithium concentration is extremely biased in the active material.

リチウム濃度が極端に偏った状態は、二次電池10に流れる電流値Ib(充電レート又は放電レート)に基づいて把握することができる。具体的には、電流値Ibの絶対値が大きくなるほど、活物質内において、リチウム濃度が偏りやすくなるため、リチウム濃度の極端な偏りが発生するときの電流値Ib(絶対値)の境界(第1閾値)を予め設定しておくことができる。これにより、電流値Ib(絶対値)が第1閾値以上であるときに、リチウム濃度が極端に偏った状態であることを判別することができる。   The state in which the lithium concentration is extremely biased can be grasped based on the current value Ib (charge rate or discharge rate) flowing through the secondary battery 10. Specifically, as the absolute value of the current value Ib increases, the lithium concentration tends to be biased in the active material. Therefore, the boundary (the first value) of the current value Ib (absolute value) when an extreme bias of the lithium concentration occurs. 1 threshold) can be set in advance. Thereby, when the current value Ib (absolute value) is equal to or greater than the first threshold value, it can be determined that the lithium concentration is extremely biased.

一方、二次電池10に流れる電流値Ibが小さくなるほど、検出された電流値Ibに対して、電流センサ22の検出誤差が占める割合が大きくなってしまう。この場合には、上述したように抵抗変化率gr1,gr1,gr2を算出するときに、算出された抵抗変化率gr1,gr1,gr2に対して、電流センサ22の検出誤差が反映されやすくなり、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を精度良く推定することができないことがある。 On the other hand, as the current value Ib flowing through the secondary battery 10 decreases, the ratio of the detection error of the current sensor 22 to the detected current value Ib increases. In this case, as described above, when the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 are calculated, the detection error of the current sensor 22 is reflected on the calculated resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2. As a result, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 may not be accurately estimated.

このため、電流センサ22の検出誤差を考慮した境界(第2閾値)を予め設定しておき、電流値Ibの絶対値が第2閾値よりも小さいときには、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を推定しないようにすることができる。言い換えれば、電流値Ibの絶対値が第2閾値よりも大きいときに、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を推定することができる。ここで、第2閾値は、上述した第1閾値よりも小さい値である。 For this reason, a boundary (second threshold) in consideration of the detection error of the current sensor 22 is set in advance, and when the absolute value of the current value Ib is smaller than the second threshold, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , gr2 Can be avoided. In other words, when the absolute value of the current value Ib is larger than the second threshold value, the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , gr2 can be estimated. Here, the second threshold is a value smaller than the first threshold described above.

本実施例では、図5に示すように、拡散係数Dおよび電池温度Tbの対応関係に基づいて、各活物質モデル18n,18pにおける拡散係数Ds1,Ds2を特定しているが、これに限るものではない。具体的には、二次電池10の劣化に伴って、拡散係数Ds1,Ds2が変化する場合には、二次電池10の劣化状態に応じて、拡散係数Ds1,Ds2を変更することができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the diffusion coefficients D s1 and D s2 in the active material models 18n and 18p are specified based on the correspondence relationship between the diffusion coefficient D s and the battery temperature Tb. It is not limited to. Specifically, when the diffusion coefficients D s1 and D s2 change as the secondary battery 10 deteriorates, the diffusion coefficients D s1 and D s2 are changed according to the deterioration state of the secondary battery 10. be able to.

まず、抵抗変化率gr11,gr12,gr2と同様に、拡散係数についても、拡散係数変化率gdを下記式(25)に示すように適宜することができる。   First, similarly to the resistance change rates gr11, gr12, and gr2, the diffusion coefficient change rate gd can be appropriately set as shown in the following formula (25).

上記式(25)において、Dsnは、二次電池10が初期状態にあるときの拡散係数であり、Dは、現在の二次電池10における拡散係数である。拡散係数Dsnは、実験などによって予め求めておくことができ、拡散係数Dsnに関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。拡散係数変化率gdを推定すれば、上記式(25)に基づいて、現在の拡散係数Dを算出することができる。 In the above formula (25), D sn is a diffusion coefficient when the secondary battery 10 is in the initial state, and D s is a diffusion coefficient in the current secondary battery 10. The diffusion coefficient D sn can be obtained in advance by experiments or the like, and information regarding the diffusion coefficient D sn can be stored in the memory 31. If the diffusion coefficient change rate gd is estimated, the current diffusion coefficient D s can be calculated based on the above equation (25).

拡散係数変化率gdは、以下に説明するように、探索処理を行うことにより、二次電池10の実際の状態に対応した拡散係数変化率gdを特定することができる。この探索処理としては、例えば、公知のGSM法(黄金分割法)を用いることができる。拡散係数変化率gdの具体的な探索処理については、特開2008−241246号公報に記載されている。   The diffusion coefficient change rate gd can specify the diffusion coefficient change rate gd corresponding to the actual state of the secondary battery 10 by performing a search process as described below. As this search processing, for example, a known GSM method (golden division method) can be used. Specific search processing for the diffusion coefficient change rate gd is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-241246.

まず、上記式(1)を用いれば、二次電池10における電圧値Vbおよび温度Tbを検出することにより、二次電池10に流れる電流値(推定値)Iを算出することができる。この電流値(推定値)Iは、通常、電流センサ22の検出値から得られる電流値Ibと等しくなる。ここでいう電流値(検出値)Ibは、電流センサ22によって検出された電流値Ibを、負極12および正極15における極板面積Sで除算した値である。   First, if the above formula (1) is used, the current value (estimated value) I flowing through the secondary battery 10 can be calculated by detecting the voltage value Vb and the temperature Tb in the secondary battery 10. This current value (estimated value) I is usually equal to the current value Ib obtained from the detected value of the current sensor 22. The current value (detected value) Ib here is a value obtained by dividing the current value Ib detected by the current sensor 22 by the electrode plate area S in the negative electrode 12 and the positive electrode 15.

上記式(1)に示す開放電圧値Uおよび直流抵抗Rは、局所的SOCθ,θに応じて変化する。また、局所的SOCθ,θは、上記式(8)に基づいて算出される。ここで、上記式(25)によれば、上記式(8)を下記式(26)に変形することができる。 Open-circuit voltage value U and DC resistance R a shown in the equation (1) is locally SOC [theta] 1, it varies according to the theta 2. Further, the local SOCs θ 1 and θ 2 are calculated based on the above formula (8). Here, according to the above formula (25), the above formula (8) can be transformed into the following formula (26).

上記式(26)によれば、拡散係数変化率gdを変更しながら、局所的SOCθ,θを算出することができる。そして、局所的SOCθ,θに基づいて、開放電圧値Uおよび直流抵抗Rを特定することができ、開放電圧値Uおよび直流抵抗Rに基づいて、電流値(推定値)Iを算出することができる。ここで、電流値(推定値)Iおよび電流値(検出値)Ibの誤差が最小となるように、拡散係数変化率gdを探索することができる。 According to the above equation (26), the local SOCs θ 1 and θ 2 can be calculated while changing the diffusion coefficient change rate gd. The local SOC [theta] 1, based on the theta 2, the open-circuit voltage value U and DC resistance R a can be identified, based on the open-circuit voltage value U and DC resistance R a, the current value (estimated value) I Can be calculated. Here, the diffusion coefficient change rate gd can be searched so that the error between the current value (estimated value) I and the current value (detected value) Ib is minimized.

電流値(推定値)Iを算出するとき、開放電圧値Uは、上記式(1),(2)から分かるように、正極開放電位Uおよび負極開放電位Uから算出することができる。正極開放電位Uは、局所的SOCθから算出でき、負極開放電位Uは、局所的SOCθから算出できる。 When calculating the current value (estimated value) I, open-circuit voltage value U, the above formula (1) can be calculated seen, from the positive electrode open-circuit potential U 1 and the negative electrode open-circuit potential U 2 (2). The positive electrode open potential U 1 can be calculated from the local SOC θ 1 , and the negative electrode open potential U 2 can be calculated from the local SOC θ 2 .

また、上述したように、抵抗変化率gr1,gr1,gr2を算出すれば、二次電池10の劣化状態を反映した反応抵抗Rr,1,Rr,2および純抵抗Rを算出することができる。ここで、直流抵抗Rは、反応抵抗Rr,1,Rr,2および純抵抗Rを合計した値となるため、拡散係数変化率gdを探索するときの直流抵抗Rとして、算出した反応抵抗Rr,1,Rr,2および純抵抗Rの合計値を用いることができる。 Further, as described above, if the resistance change rates gr1 1 , gr1 2 , and gr2 are calculated, the reaction resistances R r, 1 , R r, 2 and the pure resistance R d reflecting the deterioration state of the secondary battery 10 are calculated. can do. Here, since the direct current resistance Ra is a value obtained by summing the reaction resistances R r, 1 , R r, 2 and the pure resistance R d , the direct current resistance Ra is calculated as the direct current resistance Ra when searching for the diffusion coefficient change rate gd. The sum of the reaction resistances R r, 1 , R r, 2 and the pure resistance R d can be used.

拡散係数変化率gdは、負極12および正極15のそれぞれにおいて算出することができるが、拡散係数Dの変化が、負極12および正極15のいずれか一方だけにおいて支配的な場合もある。この場合において、拡散係数Dの変化が支配的な単極(負極12又は正極15)については、上述したように拡散係数変化率gdを探索することができる。一方、拡散係数Dの変化が支配的ではない単極(正極15又は負極12)については、拡散係数変化率gdを探索せずに、図5に示す対応関係から特定される拡散係数Dを用いることができる。 The diffusion coefficient change rate gd is can be calculated in each of the negative electrode 12 and positive electrode 15, a change in the diffusion coefficient D s is some cases dominant even in only one of the negative electrode 12 and positive electrode 15. In this case, changes in the diffusion coefficient D s is about dominant single pole (negative electrode 12 or positive electrode 15), it is possible to search for the diffusion coefficient change rate gd as described above. On the other hand, the single-pole change in the diffusion coefficient D s is not dominant (positive electrode 15 or negative electrode 12), without searching the diffusion coefficient change rate gd, the diffusion coefficient D s which is specified from the relationship shown in FIG. 5 Can be used.

次に、局所的SOCθ,θを推定する処理について説明する。局所的SOCθ,θは、二次電池10のSOCを推定するときに算出される。以下、二次電池10のSOCを推定する処理について、図7を用いて説明する。図7は、コントローラ30によって実行される。 Next, processing for estimating local SOCs θ 1 and θ 2 will be described. The local SOCs θ 1 and θ 2 are calculated when estimating the SOC of the secondary battery 10. Hereinafter, the process of estimating the SOC of the secondary battery 10 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is executed by the controller 30.

ステップS201において、コントローラ30は、監視ユニット21の出力に基づいて、二次電池10の電圧値Vbを検出する。ステップS202において、コントローラOCV30は、温度センサ23の出力に基づいて、二次電池10の温度Tbを検出する。ステップS203において、コントローラ30は、前回の演算時に得られたリチウム濃度分布に基づいて、活物質モデル18n,18pにおける局所的SOCθ,θを算出する。局所的SOCθ,θは、上記式(7)を用いて算出される。 In step S <b> 201, the controller 30 detects the voltage value Vb of the secondary battery 10 based on the output of the monitoring unit 21. In step S202, the controller OCV 30 detects the temperature Tb of the secondary battery 10 based on the output of the temperature sensor 23. In step S203, the controller 30 calculates local SOCs θ 1 and θ 2 in the active material models 18n and 18p based on the lithium concentration distribution obtained in the previous calculation. The local SOCs θ 1 and θ 2 are calculated using the above equation (7).

ステップS204において、コントローラ30は、正極開放電位Uおよび負極開放電位Uを算出する。ステップS203の処理により、正極活物質モデル18pの局所的SOCθが算出されるため、図3に示す対応関係を用いれば、局所的SOCθに対応する正極開放電位Uを算出することができる。同様に、ステップS203の処理では、負極活物質モデル18nの局所的SOCθが算出されるため、図4に示す対応関係を用いれば、局所的SOCθに対応する負極開放電位Uを算出することができる。 In step S204, the controller 30 calculates the positive electrode open-circuit potential U 1 and the negative electrode open-circuit potential U 2. Since the local SOC θ 1 of the positive electrode active material model 18p is calculated by the process of step S203, the positive electrode open-circuit potential U 1 corresponding to the local SOC θ 1 can be calculated using the correspondence shown in FIG. . Similarly, in the processing in step S203, since the local SOC [theta] 2 of the negative electrode active material model 18n is calculated, using a correspondence relationship shown in FIG. 4, to calculate the negative electrode open-circuit potential U 2 corresponding to local SOC [theta] 2 be able to.

ステップS205において、コントローラ30は、上記式(2)〜(6)に基づいて、電流値IEC,1,IEC,2を算出する。ステップS206において、コントローラ30は、活物質モデル18n,18pにおいて、上記式(10)に示す境界条件を設定する。ステップS205の処理によって、電流値IEC,1,IEC,2が算出されているため、上記式(11)に基づいて、活物質モデル18n,18pにおけるリチウム生成量jLiを算出することができる。リチウム生成量jLiを算出すれば、上記式(10)に示す境界条件を設定することができる。 In step S205, the controller 30 calculates the current values IEC, 1 , IEC, 2 based on the above formulas (2) to (6). In step S206, the controller 30 sets the boundary condition shown in the above equation (10) in the active material models 18n and 18p. Through the process of step S205, since the current value I EC, 1, I EC, 2 are calculated, based on the above equation (11), the active material model 18n, be calculated lithium production quantity j Li in 18p it can. If the lithium generation amount j Li is calculated, the boundary condition shown in the above equation (10) can be set.

ステップS207において、コントローラ30は、活物質モデル18n,18pにおいて、リチウム濃度分布を算出する。具体的には、コントローラ30は、ステップS206の処理で設定された境界条件に基づいて、上記式(8)に示す拡散方程式を解くことにより、活物質モデル18n,18pにおけるリチウム濃度分布を算出する。ここで、上記式(8)に示す拡散係数Dは、各活物質モデル18n,18pで用意された図5に示す対応関係を用いて特定される。 In step S207, the controller 30 calculates the lithium concentration distribution in the active material models 18n and 18p. Specifically, the controller 30 calculates the lithium concentration distribution in the active material models 18n and 18p by solving the diffusion equation shown in the above equation (8) based on the boundary condition set in the process of step S206. . Here, the diffusion coefficient D s shown in the above equation (8) is specified using the correspondence relationship shown in FIG. 5 prepared for each active material model 18n, 18p.

上記式(8)に示す拡散方程式を解くときには、各活物質モデル18n,18pの内部における位置と、時間とにより、離散化した拡散方程式を用いて、活物質モデル18n,18pの内部におけるリチウム濃度cs,k(t+Δt)を算出する。ここで、kは、各活物質モデル18n,18pの径方向に離散化したときの位置を示す。また、Δtは、離散時間(演算周期)を示す。ステップS207の処理で算出されたリチウム濃度分布は、図7に示す処理を次回行うときにおいて、ステップS203の処理で用いられる。 When solving the diffusion equation shown in the above equation (8), the lithium concentration in the active material models 18n and 18p is determined using the diffusion equation discretized by the position and time in the active material models 18n and 18p. c s, k (t + Δt) is calculated. Here, k indicates the position when the active material models 18n and 18p are discretized in the radial direction. Δt represents a discrete time (calculation cycle). The lithium concentration distribution calculated in step S207 is used in step S203 when the process shown in FIG. 7 is performed next time.

ステップS208において、コントローラ30は、二次電池10のSOCを算出する。まず、コントローラ30は、下記式(27)に基づいて、各活物質モデル18n,18pの内部における平均リチウム濃度csaveを算出する。 In step S208, the controller 30 calculates the SOC of the secondary battery 10. First, the controller 30 calculates the average lithium concentration c save inside each active material model 18n, 18p based on the following equation (27).

上記式(27)において、Nは、各活物質モデル18n,18pを径方向に離散化したときの分割数である。ステップS207の処理によって、リチウム濃度cs,kが算出されているため、上記式(27)を用いることにより、平均リチウム濃度csaveを算出することができる。 In the above equation (27), N is the number of divisions when the active material models 18n and 18p are discretized in the radial direction. Since the lithium concentration c s, k is calculated by the process of step S207, the average lithium concentration c save can be calculated by using the above equation (27).

平均リチウム濃度csaveおよび二次電池10のSOCの対応関係(マップ又は関数)を実験などによって予め求めておけば、算出した平均リチウム濃度csaveに対応するSOCを算出することができる。平均リチウム濃度csaveおよびSOCの対応関係に関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。本実施例では、各活物質モデル18n,18pにおいて、平均リチウム濃度csaveが算出されるが、これらの平均リチウム濃度csaveの少なくとも一方を用いることにより、上述したように、二次電池10のSOCを算出することができる。 If the correspondence relationship (map or function) between the average lithium concentration c save and the SOC of the secondary battery 10 is obtained in advance by experiments or the like, the SOC corresponding to the calculated average lithium concentration c save can be calculated. Information regarding the correspondence relationship between the average lithium concentration c save and the SOC can be stored in the memory 31. In the present embodiment, the average lithium concentration c save is calculated in each of the active material models 18n and 18p. By using at least one of these average lithium concentrations c save , as described above, the secondary battery 10 The SOC can be calculated.

上述したように、本実施例では、二次電池10の劣化が進行した後の正極電位Eおよび負極電位Eを把握することができる。これにより、二次電池10で発生しうる副次的な反応を把握することができる。副次的な反応としては、例えば、リチウムの析出、負極12における集電板13の溶出や、正極15の構造変化や、電解液の分解があり、これらの副次的な反応は、正極電位Eや負極電位Eの変化に応じて発生する。このため、上述したように、二次電池10の劣化が進行した後の正極電位Eおよび負極電位Eを把握することにより、副次的な反応が発生することを抑制することができる。 As described above, in this embodiment, it is possible to grasp the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 after degradation of the secondary battery 10 has progressed. Thereby, a secondary reaction that can occur in the secondary battery 10 can be grasped. Examples of the secondary reaction include lithium deposition, elution of the current collector plate 13 in the negative electrode 12, structural change of the positive electrode 15, and decomposition of the electrolytic solution. These secondary reactions include positive electrode potential. generated in response to a change in E 1 and the negative electrode potential E 2. Therefore, as described above, by grasping the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 after degradation of the secondary battery 10 has progressed, it is possible to prevent the side-reactions occur.

負極電位Eがリチウム析出電位(例えば、0[V])よりも低下すると、リチウムが析出することがある。このため、リチウムの析出を抑制するためには、負極電位Eがリチウム析出電位よりも低下しないように、二次電池10の充放電を制御する必要がある。 Negative electrode potential E 2 lithium deposition potential (e.g., 0 [V]) when lower than, sometimes lithium is precipitated. Therefore, in order to suppress deposition of lithium, as the negative electrode potential E 2 is not lower than the lithium deposition potential, it is necessary to control the charging and discharging of the secondary battery 10.

ここで、正極電位Eおよび負極電位Eは、図8に示す関係を有する。図8において、縦軸は電位を示し、横軸は容量を示す。正極電位Eおよび負極電位Eの電位差は、二次電池10の電圧値Vbとなる。図8に示す関係から分かるように、二次電池10の電圧値Vb(又は容量)が上昇するほど、負極電位Eが低下しやすくなる。このため、負極電位Eがリチウム析出電位に到達するときの電圧値Vbよりも低い電圧値の範囲内において、二次電池10の充放電(特に、充電)を制御すれば、負極電位Eがリチウム析出電位よりも低下することを抑制でき、リチウムの析出を抑制することができる。 Here, the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 have the relationship shown in FIG. In FIG. 8, the vertical axis indicates the potential, and the horizontal axis indicates the capacity. The potential difference between the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 becomes the voltage value Vb of the secondary battery 10. As can be seen from the relationship shown in FIG. 8, as the voltage value of the secondary battery 10 Vb (or volume) is increased, the negative electrode potential E 2 tends to decrease. Therefore, within the scope of a voltage value lower than the voltage value Vb when the negative electrode potential E 2 reaches the lithium deposition potential, by controlling the charging and discharging of the secondary battery 10 (particularly, charge), the negative electrode potential E 2 Can be suppressed from lowering than the lithium deposition potential, and lithium deposition can be suppressed.

上述したように、二次電池10の劣化が進行した後の正極電位Eおよび負極電位Eを把握すれば、負極電位Eがリチウム析出電位に到達するときの電圧値Vbを特定することができる。このときの電圧値Vbを、二次電池10の充放電を制御するときの上限電圧値として設定することができる。上限電圧値の設定情報は、メモリ31に記憶することができ、コントローラ30は、二次電池10の電圧値Vbが上限電圧値よりも高くならないように、二次電池10の充放電を制御する。 As described above, when grasped positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 after degradation has proceeded in the secondary battery 10, to identify the voltage value Vb when the negative electrode potential E 2 reaches the lithium deposition potential that Can do. The voltage value Vb at this time can be set as the upper limit voltage value when controlling charging / discharging of the secondary battery 10. The setting information of the upper limit voltage value can be stored in the memory 31, and the controller 30 controls charging / discharging of the secondary battery 10 so that the voltage value Vb of the secondary battery 10 does not become higher than the upper limit voltage value. .

一方、集電板13の溶出は、負極電位Eが上昇することに応じて発生することがある。このため、集電板13の溶出を抑制するためには、負極電位Eが、集電板13の溶出を発生させる電位(溶出電位という)よりも上昇しないように、二次電池10の充放電を制御する必要がある。図8に示す関係から分かるように、二次電池10の電圧値Vb(又は容量)が低下するほど、負極電位Eが上昇しやすくなる。このため、負極電位Eが溶出電位に到達するときの電圧値Vbよりも高い電圧値の範囲内において、二次電池10の充放電(特に、放電)を制御すれば、負極電位Eが溶出電位よりも上昇することを抑制でき、集電板13の溶出を抑制することができる。 On the other hand, the elution of the current collector plate 13 may be generated in response to the negative electrode potential E 2 is increased. For this reason, in order to suppress elution of the current collector plate 13, charging of the secondary battery 10 is performed so that the negative electrode potential E 2 does not rise above the potential (referred to as elution potential) that causes elution of the current collector plate 13. It is necessary to control the discharge. As can be seen from the relationship shown in FIG. 8, as the voltage value of the secondary battery 10 Vb (or volume) is reduced, the negative electrode potential E 2 is likely to rise. Therefore, within the scope of the higher voltage value than the voltage value Vb when the negative electrode potential E 2 reaches the dissolution potential, by controlling the charging and discharging of the secondary battery 10 (in particular, discharge), a negative electrode potential E 2 The rise from the elution potential can be suppressed, and the elution of the current collector plate 13 can be suppressed.

上述したように、二次電池10の劣化が進行した後の正極電位Eおよび負極電位Eを把握すれば、負極電位Eが溶出電位に到達するときの電圧値Vbを特定することができる。このときの電圧値Vbを、二次電池10の充放電を制御するときの下限電圧値として設定することができる。下限電圧値の設定情報は、メモリ31に記憶することができ、コントローラ30は、二次電池10の電圧値Vbが下限電圧値よりも低くならないように、二次電池10の充放電を制御する。 As described above, that degradation of the secondary battery 10 when grasping the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 after traveling, to identify the voltage value Vb when the negative electrode potential E 2 reaches the dissolution potential it can. The voltage value Vb at this time can be set as the lower limit voltage value when controlling charging / discharging of the secondary battery 10. The setting information of the lower limit voltage value can be stored in the memory 31, and the controller 30 controls charging / discharging of the secondary battery 10 so that the voltage value Vb of the secondary battery 10 does not become lower than the lower limit voltage value. .

一方、正極15の構造変化は、正極電位Eが低下することに応じて発生することがある。このため、正極15の構造変化を抑制するためには、正極電位Eが、正極15の構造変化を発生させる電位(構造変化電位という)よりも低下しないように、二次電池10の充放電を制御する必要がある。図8に示す関係から分かるように、二次電池10の電圧値Vb(又は容量)が低下するほど、正極電位Eが低下しやすくなる。このため、正極電位Eが構造変化電位に到達するときの電圧値Vbよりも高い電圧値の範囲内において、二次電池10の充放電(特に、放電)を制御すれば、正極電位Eが構造変化電位よりも低下することを抑制でき、正極15の構造変化を抑制することができる。 On the other hand, structural changes in the positive electrode 15 may be the positive electrode potential E 1 is generated in response to a decrease. For this reason, in order to suppress the structural change of the positive electrode 15, the charging / discharging of the secondary battery 10 is performed so that the positive electrode potential E 1 does not fall below the potential that causes the structural change of the positive electrode 15 (referred to as the structural change potential). Need to control. As can be seen from the relationship shown in FIG. 8, the positive electrode potential E 1 tends to decrease as the voltage value Vb (or capacity) of the secondary battery 10 decreases. Therefore, within the scope of the higher voltage value than the voltage value Vb at which the positive electrode potential E 1 reaches the structural changes potential, the charge and discharge (in particular, discharge) of the secondary battery 10 by controlling the positive electrode potential E 1 Can be suppressed from lowering than the structural change potential, and the structural change of the positive electrode 15 can be suppressed.

上述したように、二次電池10の劣化が進行した後の正極電位Eおよび負極電位Eを把握すれば、正極電位Eが構造変化電位に到達するときの電圧値Vbを特定することができる。このときの電圧値Vbを、二次電池10の充放電を制御するときの下限電圧値として設定することができる。下限電圧値の設定情報は、メモリ31に記憶することができ、コントローラ30は、二次電池10の電圧値Vbが下限電圧値よりも低くならないように、二次電池10の充放電を制御する。 As described above, when grasped positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 after degradation of the secondary battery 10 has progressed, to identify the voltage value Vb at which the positive electrode potential E 1 reaches a structural change potential Can do. The voltage value Vb at this time can be set as the lower limit voltage value when controlling charging / discharging of the secondary battery 10. The setting information of the lower limit voltage value can be stored in the memory 31, and the controller 30 controls charging / discharging of the secondary battery 10 so that the voltage value Vb of the secondary battery 10 does not become lower than the lower limit voltage value. .

一方、電解液の分解は、正極電位Eが上昇することに応じて発生することがある。このため、電解液の分解を抑制するためには、正極電位Eが、電解液の分解を発生させる電位(分解電位という)よりも上昇しないように、二次電池10の充放電を制御する必要がある。図8に示す関係から分かるように、二次電池10の電圧値Vb(又は容量)が上昇するほど、正極電位Eが上昇しやすくなる。このため、正極電位Eが分解電位に到達するときの電圧値Vbよりも低い電圧値の範囲内において、二次電池10の充放電(特に、充電)を制御すれば、正極電位Eが分解電位よりも上昇することを抑制でき、電解液の分解を抑制することができる。 On the other hand, decomposition of the electrolyte solution may be generated in response to the positive electrode potential E 1 is increased. Therefore, in order to suppress the decomposition of the electrolyte solution, positive electrode potential E 1 is, so as not to rise above the potential (referred decomposition potential) for generating a decomposition of the electrolyte solution, to control the charging and discharging of the secondary battery 10 There is a need. As can be seen from the relationship shown in FIG. 8, as the voltage value of the secondary battery 10 Vb (or volume) is increased, the positive electrode potential E 1 is likely to rise. Therefore, within the range of the voltage value lower voltage value than Vb when the positive electrode potential E 1 reaches the decomposition potential, by controlling the charging and discharging of the secondary battery 10 (particularly, charge), the positive electrode potential E 1 It is possible to suppress the rise from the decomposition potential, and to suppress the decomposition of the electrolytic solution.

上述したように、二次電池10の劣化が進行した後の正極電位Eおよび負極電位Eを把握すれば、正極電位Eが分解電位に到達するときの電圧値Vbを特定することができる。このときの電圧値Vbを、二次電池10の充放電を制御するときの上限電圧値として設定することができる。上限電圧値の設定情報は、メモリ31に記憶することができ、コントローラ30は、二次電池10の電圧値Vbが上限電圧値よりも高くならないように、二次電池10の充放電を制御する。 As described above, when grasped positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 after degradation of the secondary battery 10 has progressed, that the positive electrode potential E 1 identifies a voltage value Vb at the time of reaching the decomposition potential it can. The voltage value Vb at this time can be set as the upper limit voltage value when controlling charging / discharging of the secondary battery 10. The setting information of the upper limit voltage value can be stored in the memory 31, and the controller 30 controls charging / discharging of the secondary battery 10 so that the voltage value Vb of the secondary battery 10 does not become higher than the upper limit voltage value. .

負極12や正極15で発生する副次的な反応のうち、最初に発生する反応が分かっていれば、この反応が発生するときの電位(閾値電位)を基準として、二次電池10の充放電を制御することができる。この閾値電位は、上述した、リチウム析出電位、溶出電位、構造変化電位や分解電位に相当する。   If the reaction that occurs first among the secondary reactions that occur in the negative electrode 12 and the positive electrode 15 is known, the charging / discharging of the secondary battery 10 is based on the potential (threshold potential) when this reaction occurs. Can be controlled. This threshold potential corresponds to the lithium deposition potential, elution potential, structure change potential, and decomposition potential described above.

最初に発生する副次的な反応を抑制すれば、結果として、他の副次的な反応も抑制することができる。上述したように、副次的な反応の内容に応じて、上限電圧値が設定されたり、下限電圧値が設定されたりする。このため、二次電池10の充放電を制御するときには、最初に発生する副次的な反応を考慮して、上限電圧値および下限電圧値がそれぞれ設定される。   If the secondary reaction that occurs first is suppressed, as a result, other secondary reactions can also be suppressed. As described above, an upper limit voltage value or a lower limit voltage value is set according to the content of the secondary reaction. For this reason, when charging / discharging of the secondary battery 10 is controlled, an upper limit voltage value and a lower limit voltage value are set in consideration of a secondary reaction that occurs first.

次に、二次電池10の充放電を制御する処理について、図9に示すフローチャートを用いて説明する。図9に示す処理は、コントローラ30によって実行される。   Next, processing for controlling charging / discharging of the secondary battery 10 will be described with reference to a flowchart shown in FIG. The process shown in FIG. 9 is executed by the controller 30.

ステップS301において、コントローラ30は、二次電池10における正極電位Eおよび負極電位Eを算出する。正極電位Eおよび負極電位Eを算出する方法は、上述した通りである。上述したように、二次電池10の劣化が進行するたびに、正極電位Eや負極電位Eが変化することになる。 In step S301, the controller 30 calculates the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 of the secondary battery 10. How to calculate the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 are as described above. As described above, each time the deterioration of the secondary battery 10 progresses, the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 is changed.

ステップS302において、コントローラ30は、上限電圧値Vu_limおよび下限電圧値Vl_limを設定する。上述したように、最初に発生する副次的な反応を予め特定しておけば、この副次的な反応を抑制するための閾値電位を特定することができる。この閾値電位に関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。 In step S302, the controller 30 sets the upper limit voltage value V U_lim and lower limit voltage value V l_lim. As described above, if a secondary reaction that occurs first is specified in advance, a threshold potential for suppressing this secondary reaction can be specified. Information regarding this threshold potential can be stored in the memory 31.

閾値電位を特定しておけば、ステップS301の処理で算出された正極電位Eおよび負極電位Eに基づいて、上限電圧値Vu_limおよび下限電圧値Vl_limを算出することができる。すなわち、正極電位Eおよび負極電位Eを算出すれば、上述したように、正極電位E又は負極電位Eが閾値電位に到達するときの電圧値Vbを特定することができ、この電圧値Vbを、上限電圧値Vu_lim又は下限電圧値Vl_limとして設定することができる。 Once you have identified the threshold potential, can be based on positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 calculated in the processing in step S301, it calculates the upper limit voltage value V U_lim and lower limit voltage value V l_lim. That is, by calculating the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 , as described above, the voltage value Vb when the positive electrode potential E 1 or the negative electrode potential E 2 reaches the threshold potential can be specified. a value Vb, can be set as the upper limit voltage value V U_lim or lower limit voltage value V l_lim.

設定された上限電圧値Vu_limおよび下限電圧値Vl_limに関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。ここで、副次的な反応を抑制するための閾値電位は、固定値として用いられるが、上限電圧値Vu_limおよび下限電圧値Vl_limの少なくとも一方は、正極電位Eや負極電位Eが変化することに応じて変化する。すなわち、正極電位Eや負極電位Eが変化することに応じて、上限電圧値Vu_limや下限電圧値Vl_limが更新される。 Information about the set upper limit voltage value V U_lim and lower limit voltage value V L_lim can be stored in the memory 31. Here, the threshold potential for suppressing a side reaction is used as a fixed value, at least one of the upper limit voltage value V U_lim and lower limit voltage value V L_lim the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 It changes as it changes. That is, in response to the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 is changed, the upper limit voltage value V U_lim and lower limit voltage value V L_lim is updated.

ステップS303において、コントローラ30は、監視ユニット21の出力に基づいて、二次電池10の電圧値Vbを検出する。ステップS304において、コントローラ30は、ステップS303の処理で検出された電圧値Vbが上限電圧値Vu_limよりも高いか否かを判別する。電圧値Vbが上限電圧値Vu_limよりも高いとき、コントローラ30は、ステップS305の処理を行う。一方、電圧値Vbが上限電圧値Vu_limよりも低いとき、コントローラ30は、ステップS306の処理を行う。 In step S <b> 303, the controller 30 detects the voltage value Vb of the secondary battery 10 based on the output of the monitoring unit 21. In step S304, the controller 30 determines whether or not the voltage value Vb detected in the process of step S303 is higher than the upper limit voltage value V u_lim . When the voltage value Vb is higher than the upper limit voltage value Vu_lim , the controller 30 performs the process of step S305. On the other hand, when the voltage value Vb is lower than the upper limit voltage value V u_lim , the controller 30 performs the process of step S306.

ステップS305において、コントローラ30は、二次電池10(組電池1)の入力(充電)を制限する。具体的には、コントローラ30は、二次電池10の入力を許容することができる上限電力Win_limを低下させる。二次電池10の充放電を制御するときには、二次電池10の入力電力Winが上限電力Win_limよりも高くならないように、二次電池10の入力が制御される。 In step S305, the controller 30 restricts input (charging) of the secondary battery 10 (the assembled battery 1). Specifically, the controller 30 reduces the upper limit power Win_lim that can allow the input of the secondary battery 10. When controlling the charging and discharging of the secondary battery 10, the input power W in the secondary battery 10 is to be no higher than the upper limit electric power W In_lim input of the secondary battery 10 is controlled.

したがって、上限電力Win_limを低下させることにより、二次電池10の入力が制限されることになる。ここで、上限電力Win_limを低下させることには、上限電力Win_limを0[kW]に設定することも含まれる。上限電力Win_limを0[kW]に設定すれば、二次電池10の充電が行われない。 Therefore, the input of the secondary battery 10 is limited by reducing the upper limit power Win_lim . Here, reducing the upper limit electric power W In_lim also include the ability to limit power W In_lim set to 0 [kW]. If the upper limit power Win_lim is set to 0 [kW], the secondary battery 10 is not charged.

ステップS306において、コントローラ30は、ステップS303の処理で検出された電圧値Vbが下限電圧値Vl_limよりも低いか否かを判別する。電圧値Vbが下限電圧値Vl_limよりも低いとき、コントローラ30は、ステップS307の処理を行う。一方、電圧値Vbが下限電圧値Vl_limよりも高いとき、コントローラ30は、図9に示す処理を終了する。 In step S306, the controller 30 determines whether or not the voltage value Vb detected in the process of step S303 is lower than the lower limit voltage value Vl_lim . When the voltage value Vb is lower than the lower limit voltage value Vl_lim , the controller 30 performs the process of step S307. On the other hand, when the voltage value Vb is higher than the lower limit voltage value Vl_lim , the controller 30 ends the process shown in FIG.

ステップS307において、コントローラ30は、二次電池10(組電池1)の出力(放電)を制限する。具体的には、コントローラ30は、二次電池10の出力を許容することができる上限電力Wout_limを低下させる。二次電池10の充放電を制御するときには、二次電池10の出力電力Woutが上限電力Wout_limよりも高くならないように、二次電池10の出力が制御される。 In step S307, the controller 30 limits the output (discharge) of the secondary battery 10 (the assembled battery 1). Specifically, the controller 30 reduces the upper limit power W out_lim that can allow the output of the secondary battery 10. When controlling the charging and discharging of the secondary battery 10, the output power W out of the secondary battery 10 so as not higher than the upper limit electric power W Out_lim, the output of the secondary battery 10 is controlled.

したがって、上限電力Wout_limを低下させることにより、二次電池10の出力が抑制されることになる。ここで、上限電力Wout_limを低下させることには、上限電力Wout_limを0[kW]に設定することも含まれる。上限電力Wout_limを0[kW]に設定すれば、二次電池10の放電が行われない。 Therefore, the output of the secondary battery 10 is suppressed by reducing the upper limit power W out_lim . Here, reducing the upper limit electric power W Out_lim also include the ability to limit power W Out_lim set to 0 [kW]. If the upper limit power W out_lim is set to 0 [kW], the secondary battery 10 is not discharged.

二次電池10の充放電を制御するときにおいて、上述した副次的な反応を抑制するために、上限電圧値Vu_limおよび下限電圧値Vl_limを、二次電池10の劣化を予め想定した固定値に設定することも考えられる。しかし、二次電池10の現在の劣化状態が予め想定した劣化状態に到達していないときには、二次電池10の入出力が過度に制限されてしまう。これにより、二次電池10の入出力性能を十分に発揮させることができなくなってしまう。一方、二次電池10の現在の劣化状態が予め想定した劣化状態よりも進行したときには、副次的な反応を抑制することができなくなってしまう。 In case of controlling the charging and discharging of the secondary battery 10, in order to suppress any side reaction mentioned above, the upper limit voltage value V U_lim and lower limit voltage value V L_lim, previously assumed deterioration of the secondary battery 10 fixed It is also possible to set the value. However, when the current deterioration state of the secondary battery 10 does not reach the deterioration state assumed in advance, the input / output of the secondary battery 10 is excessively limited. As a result, the input / output performance of the secondary battery 10 cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, when the current deterioration state of the secondary battery 10 progresses more than the deterioration state assumed in advance, the secondary reaction cannot be suppressed.

本実施例では、現在の二次電池10における正極電位Eおよび負極電位Eを推定しているため、現在の二次電池10の劣化状態に対応した上限電圧値Vu_limおよび下限電圧値Vl_limを設定することができる。すなわち、二次電池10の劣化状態を把握しながら、上限電圧値Vu_limおよび下限電圧値Vl_limを変更することができる。これにより、副次的な反応を抑制しながら、二次電池10の入出力が過度に制限されることを抑制できる。言い換えれば、副次的な反応を抑制できる範囲において、二次電池10の入出力性能を十分に発揮させることができる。 In this embodiment, since the positive electrode potential E 1 and the negative electrode potential E 2 in the current secondary battery 10 are estimated, the upper limit voltage value V u_lim and the lower limit voltage value V corresponding to the current deterioration state of the secondary battery 10. l_lim can be set. That is, while grasping the deteriorated state of the secondary battery 10, it is possible to change the upper limit voltage value V U_lim and lower limit voltage value V l_lim. Thereby, it can suppress that the input-output of the secondary battery 10 is restrict | limited too much, suppressing a secondary reaction. In other words, the input / output performance of the secondary battery 10 can be sufficiently exhibited within a range in which a secondary reaction can be suppressed.

1:組電池、10:二次電池、12:負極、14:セパレータ、15:正極、
13,16:集電板、18n:負極活物質モデル、18p:正極活物質モデル、
21:監視ユニット、22:電流センサ、23:温度センサ、24:電流制限抵抗、
25:コンデンサ、26:インバータ、27:モータ・ジェネレータ、
30:コントローラ、31:メモリ、PL:正極ライン、NL:負極ライン、
SMR−B,SMR−G,SMR−P:システムメインリレー
1: assembled battery, 10: secondary battery, 12: negative electrode, 14: separator, 15: positive electrode,
13, 16: current collector plate, 18n: negative electrode active material model, 18p: positive electrode active material model,
21: monitoring unit, 22: current sensor, 23: temperature sensor, 24: current limiting resistor,
25: capacitor, 26: inverter, 27: motor generator
30: Controller, 31: Memory, PL: Positive line, NL: Negative line,
SMR-B, SMR-G, SMR-P: System main relay

Claims (7)

二次電池における電流値、電圧値および温度をそれぞれ検出するセンサと、
前記二次電池の単極における電位を推定するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
初期状態にある前記二次電池の抵抗成分と現在の前記二次電池の抵抗成分との比である抵抗変化率を算出パラメータとする線形回帰モデル式に、前記センサによる検出値を代入して最小自乗法を適用することにより、前記抵抗変化率を算出し、
前記抵抗成分に含まれる前記単極の反応抵抗に関して算出された前記抵抗変化率と、前記初期状態にある前記単極の反応抵抗とを用いて、現在の前記単極の反応抵抗を算出し、
前記単極の開放電位と、算出した前記単極の反応抵抗に伴う電位の変化量とを用いて、現在の前記単極の電位を算出する、
ことを特徴とする電池システム。
A sensor for respectively detecting a current value, a voltage value and a temperature in the secondary battery;
A controller for estimating a potential at a single electrode of the secondary battery,
The controller is
Substituting the value detected by the sensor into a linear regression model equation using the resistance change rate, which is the ratio of the resistance component of the secondary battery in the initial state and the current resistance component of the secondary battery, as a calculation parameter By applying the square method, the resistance change rate is calculated,
Using the resistance change rate calculated for the unipolar reaction resistance included in the resistance component and the unipolar reaction resistance in the initial state, the current unipolar reaction resistance is calculated,
Using the open potential of the monopolar and the amount of change in potential associated with the calculated reaction resistance of the monopolar, calculate the current potential of the monopolar.
A battery system characterized by that.
前記線形回帰モデル式は、下記式(I)で表される、

上記式(I)において、U,Uは、正極および負極の開放電位であり、Vは、前記センサによって検出された電圧値であり、Rrn,1,Rrn,2は、初期状態にある正極および負極の反応抵抗であり、IEC,1,IEC,2は、正極および負極に流れる電気化学的成分の電流値であり、Rdnは、初期状態にある前記二次電池の純抵抗であり、Iは、前記センサによって検出された電流値であり、gr1は、正極の反応抵抗に関する前記抵抗変化率であり、gr1は、負極の反応抵抗に関する前記抵抗変化率であり、gr2は、前記抵抗成分に含まれる純抵抗に関する前記抵抗変化率である、
ことを特徴とする請求項1に記載の電池システム。
The linear regression model formula is represented by the following formula (I):

In the above formula (I), U 1 and U 2 are open-circuit potentials of the positive electrode and the negative electrode, V is a voltage value detected by the sensor, and R rn, 1 and R rn, 2 are initial states IEC, 1 , IEC, 2 are current values of electrochemical components flowing through the positive electrode and the negative electrode, and R dn is an initial value of the secondary battery in the initial state. It is a pure resistance, I is a current value detected by the sensor, gr1 1 is the rate of change of resistance relating to the reaction resistance of the positive electrode, and gr1 2 is the rate of change of resistance relating to the reaction resistance of the negative electrode. , Gr2 is the resistance change rate related to the pure resistance included in the resistance component.
The battery system according to claim 1.
前記コントローラは、
前記抵抗変化率gr1から算出される現在の正極の反応抵抗と、前記開放電位Uとを用いて、現在の正極の電位を算出し、
前記抵抗変化率gr1から算出される現在の負極の反応抵抗と、前記開放電位Uとを用いて、現在の負極の電位を算出する、
ことを特徴とする請求項2に記載の電池システム。
The controller is
The current positive electrode potential is calculated using the current positive electrode reaction resistance calculated from the resistance change rate gr1 1 and the open-circuit potential U 1 .
The current and reaction resistance of the negative electrode which is calculated from the rate of change in resistance gr1 2, with said open-circuit potential U 2, to calculate the potential of the current of the negative electrode,
The battery system according to claim 2.
前記開放電位U,Uは、正極活物質および負極活物質の界面における局所的なSOCと、前記二次電池の温度とに応じて変化することを特徴とする請求項2又は3に記載の電池システム。 The open circuit potentials U 1 and U 2 change according to local SOC at the interface between the positive electrode active material and the negative electrode active material and the temperature of the secondary battery. Battery system. 前記反応抵抗Rrn,1,Rrn,2は、正極活物質および負極活物質の界面における局所的なSOCと、前記二次電池の温度とに応じて変化することを特徴とする請求項2から4のいずれか1つに記載の電池システム。 3. The reaction resistances R rn, 1 , R rn, 2 change according to local SOC at the interface between the positive electrode active material and the negative electrode active material and the temperature of the secondary battery. To 4. The battery system according to any one of items 4 to 4. 前記コントローラは、前記二次電池の充放電を制御するとき、算出した前記単極の電位が予め定められた閾値電位に到達しない電圧値の範囲内において、前記二次電池の電圧値を変化させることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の電池システム。   When the controller controls charging / discharging of the secondary battery, the controller changes the voltage value of the secondary battery within a voltage value range in which the calculated potential of the single electrode does not reach a predetermined threshold potential. The battery system according to any one of claims 1 to 5, wherein: 前記閾値電位は、前記二次電池の充放電に関与する化学反応とは異なる副次的な反応を発生させる電位であることを特徴とする請求項6に記載の電池システム。
The battery system according to claim 6, wherein the threshold potential is a potential that generates a secondary reaction different from a chemical reaction involved in charge / discharge of the secondary battery.
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