JP2015207371A - State estimation device for lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウム二次電池の状態推定装置に関する。 The present invention relates to a state estimation device for a lithium secondary battery.
二次電池の一つに、リチウムイオン二次電池(以下、単に「リチウム二次電池」と言う)がある。リチウム二次電池の劣化を示す指標の一つに、電池セルの内部抵抗の大きさがある。内部抵抗が増加すると、リチウム二次電池の出力性能などが低下して、リチウム二次電池は劣化する。 One of the secondary batteries is a lithium ion secondary battery (hereinafter simply referred to as “lithium secondary battery”). One of the indexes indicating the deterioration of the lithium secondary battery is the size of the internal resistance of the battery cell. When the internal resistance increases, the output performance of the lithium secondary battery decreases and the lithium secondary battery deteriorates.
内部抵抗の増加は、たとえば、リチウム二次電池の充放電時に、非水電界溶液中のリチウム塩濃度に偏りが生じることに起因する。内部抵抗が増加すると、たとえば、大電流(ハイレート)での充放電において内部抵抗の影響が顕在化し、リチウム二次電池の性能が低下する。このような内部抵抗の増加による二次電池の性能の低下は、ハイレート劣化と呼ばれることもある。 The increase in internal resistance is caused, for example, by a bias in the lithium salt concentration in the non-aqueous electric field solution during charging / discharging of the lithium secondary battery. When the internal resistance increases, for example, the influence of the internal resistance becomes obvious during charging / discharging at a large current (high rate), and the performance of the lithium secondary battery deteriorates. Such a decrease in the performance of the secondary battery due to the increase in internal resistance is sometimes called high-rate deterioration.
たとえば特開2013−122907号公報は、リチウム二次電池を構成する電池セルの面圧に基づいて、リチウム二次電池のハイレート劣化を推定することを提案する。 For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2013-122907 proposes to estimate high-rate deterioration of a lithium secondary battery based on the surface pressure of the battery cells constituting the lithium secondary battery.
本願発明者らは鋭意検討を行ない、電池セルの面圧変化は、リチウム二次電池の残存容量(SOC:State Of Charge)に依存するという知見を得た。たとえば、SOCが大きくなると、電池セルの面圧変化は小さくなる。逆に、SOCが小さくなると、電池セルの面圧変化は大きくなる。たとえば、SOCが大きいために電池セルの面圧変化が小さいときには、電池セルの面圧変化が精度よく検出されない。その結果、リチウム二次電池のハイレート劣化の判断を誤るおそれがある。 The inventors of the present application have made extensive studies and have found that the change in the surface pressure of the battery cell depends on the remaining capacity (SOC: State Of Charge) of the lithium secondary battery. For example, when the SOC increases, the change in the surface pressure of the battery cell decreases. On the other hand, when the SOC decreases, the change in the surface pressure of the battery cell increases. For example, when the change in the surface pressure of the battery cell is small because the SOC is large, the change in the surface pressure of the battery cell is not accurately detected. As a result, there is a risk of misjudgment of the high rate deterioration of the lithium secondary battery.
また、電池セルの面圧変化は、リチウム二次電池の電流(放電電流など)にも依存する。たとえば、放電電流が大きくなると、電池セルの面圧変化は大きくなる。逆に、放電電流が小さくなると、電池セルの面圧変化は小さくなる。このような放電電流と面圧変化との関係が考慮されない場合にも、リチウム二次電池のハイレート劣化の判断を誤るおそれがある。 Further, the change in the surface pressure of the battery cell also depends on the current (discharge current or the like) of the lithium secondary battery. For example, when the discharge current increases, the change in surface pressure of the battery cell increases. Conversely, when the discharge current is reduced, the change in the surface pressure of the battery cell is reduced. Even when such a relationship between the discharge current and the change in surface pressure is not taken into account, there is a risk of misjudgment regarding the high-rate deterioration of the lithium secondary battery.
本発明の目的は、電池セルの面圧変化に基づいてリチウム二次電池のハイレート劣化を推定する場合に、ハイレート劣化の誤判断を抑止することである。 An object of the present invention is to suppress misjudgment of high rate deterioration when estimating high rate deterioration of a lithium secondary battery based on a change in surface pressure of a battery cell.
本発明は、ある局面において、リチウム二次電池の状態推定装置である。状態推定装置は、リチウム二次電池の電池セルの面圧を取得する面圧取得部と、リチウム二次電池の残存容量を制御可能に構成されるとともに、面圧取得部が取得した面圧と、リチウム二次電池の放電電流および残存容量とに基づいて、リチウム二次電池の劣化状態を推定する制御部とを備える。制御部は、劣化状態を推定する場合に、残存容量が所定値以上のときには、残存容量が所定値未満となるように残存容量を制御した後に劣化状態を推定する。 In one aspect, the present invention is a state estimation device for a lithium secondary battery. The state estimation device is configured to be capable of controlling the surface pressure of the lithium secondary battery, and the surface pressure acquired by the surface pressure acquisition unit. And a controller that estimates a deterioration state of the lithium secondary battery based on the discharge current and the remaining capacity of the lithium secondary battery. When estimating the deterioration state, the control unit estimates the deterioration state after controlling the remaining capacity so that the remaining capacity is less than the predetermined value if the remaining capacity is equal to or greater than a predetermined value.
上記構成の状態推定装置では、制御部は、劣化状態を推定する場合に、リチウム二次電池の残存容量が所定値以上のときには、残存容量が所定値未満となるように残存容量を制御する。これにより、残存容量が所定値未満のときに取得された面圧に基づいて、すなわち比較的大きな面圧変化に基づいてリチウム二次電池の劣化状態が推定される。そのような大きな面圧変化に基づいてリチウム二次電池の劣化状態を推定することで、小さな面圧変化に基づいてリチウム二次電池の劣化状態を推定するよりも、リチウム二次電池の劣化状態が精度よく推定される。所定値は、たとえば、面圧の取得(測定)誤差を考慮して定められる。 In the state estimation device configured as described above, when the deterioration state is estimated, the control unit controls the remaining capacity so that the remaining capacity becomes less than the predetermined value when the remaining capacity of the lithium secondary battery is equal to or larger than the predetermined value. Thereby, the deterioration state of the lithium secondary battery is estimated based on the surface pressure acquired when the remaining capacity is less than the predetermined value, that is, based on a relatively large surface pressure change. By estimating the deterioration state of a lithium secondary battery based on such a large change in surface pressure, it is possible to estimate the deterioration state of the lithium secondary battery rather than estimating the deterioration state of the lithium secondary battery based on a small change in surface pressure. Is accurately estimated. The predetermined value is determined in consideration of, for example, a surface pressure acquisition (measurement) error.
また、上記構成の状態推定装置では、電池セルの面圧だけでなく、リチウム二次電池の放電電流および残存容量が考慮されて、リチウム二次電池の劣化状態が推定される。これにより、ハイレート劣化の判断が適切になされる。 Moreover, in the state estimation device having the above configuration, the deterioration state of the lithium secondary battery is estimated in consideration of not only the surface pressure of the battery cell but also the discharge current and remaining capacity of the lithium secondary battery. Thereby, the judgment of high rate deterioration is made appropriately.
本発明によると、電池セルの面圧変化に基づいてリチウム二次電池のハイレート劣化を推定する場合に、ハイレート劣化の誤判断が抑止される。 According to the present invention, when the high-rate deterioration of the lithium secondary battery is estimated based on the change in the surface pressure of the battery cell, erroneous determination of the high-rate deterioration is suppressed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の実施の形態に係る、リチウム二次電池の状態推定装置200を説明するための図である。状態推定装置200は、たとえば、車両1に搭載された二次電池100の状態を推定するために、車両1に搭載されて使用される。
FIG. 1 is a diagram for explaining a
図1に示すように、車両1は、二次電池100と、状態推定装置200と、電力変換器300と、回転電機400とを含む。
As shown in FIG. 1,
二次電池100は、充放電可能な蓄電装置を構成する。二次電池100は、たとえばリチウムイオン電池を含んで構成される。二次電池100は、所望の特性を得るために、複数の電池セル110を含み得る。二次電池100は、リチウムイオン電池以外に、ニッケル水素電池または鉛蓄電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成されてもよい。
状態推定装置は、面圧取得部210と、二次電池監視部220と、記憶部230と、制御部240とを含む。
The state estimation device includes a surface
面圧取得部210は、二次電池100の電池セルの面圧を取得(測定)する。取得された面圧の情報は、制御部240に送られる。面圧の取得の詳細については後述する。
The surface
二次電池監視部220は、二次電池100を監視する。二次電池監視部220は、たとえば、二次電池100の充放電電力(電力に代えて、電圧や電流でもよい)、二次電池100のSOC、および、二次電池100の温度などを監視する。二次電池監視部220が監視する二次電池100のSOCの値などの情報は、制御部240に送られる。
The secondary
記憶部230は、状態推定装置200の動作に必要な種々の情報を記憶する。たとえば、上述の面圧取得部210が取得する二次電池100の電池セルの面圧や、二次電池監視部220が監視する二次電池100のSOCの値などを、記憶部230は記憶する。また、後に説明する二次電池100のSOCについて定められる所定値や、電池セルの面圧変化に対して定められる閾値なども、記憶部230は記憶し得る。
The
制御部240は、車両1の各要素を制御するECU(Electronic Control Unit)である。制御は、たとえば、制御部240と、車両1の各要素との間での制御信号や通信信号を利用して実現される。
The
なお、面圧取得部210、二次電池監視部220、および、記憶部230の機能も、ECUによって実現されてもよい。
Note that the functions of the surface
電力変換器300は、二次電池100からの電力を、回転電機400を動作させるための電力に変換する。また、電力変換器300は、回転電機400からの電力を、二次電池100の充電電力に変換する。
The
回転電機400は、電力変換器300から電力を受けて、車両1の走行のための動力を発生する。この場合、二次電池100は放電されて、二次電池100のSOCは低下する。
The rotating
また、回転電機400は、エンジン(図示しない)からの動力を受けて発電し、発電した電力を電力変換器300に送る。この場合、二次電池100は充電されて、二次電池100のSOCは上昇する。なお、回転電機400は、車両1のブレーキ動作に伴う回生エネルギを利用して発電し、発電した電力を電力変換器300に送ることもできる。
The rotating
たとえば制御部240が電力変換器300および回転電機400などが適切に制御することで、二次電池100の充放電が制御される。これにより、二次電池100のSOCが制御される。つまり、制御部240は、二次電池100のSOCを制御可能に構成される。
For example, charge / discharge of the
実施の形態において、二次電池100の劣化状態が推定される。二次電池100の劣化状態は、たとえば、二次電池100の内部抵抗が増加した状態である。具体的に、二次電池100の劣化状態は、たとえば、二次電池の充放電によって非水電界溶液中のリチウム塩濃度に偏りが生じることに起因して内部抵抗が増加した状態、すなわち、いわゆるハイレート劣化が生じた状態であることを示す。
In the embodiment, the deterioration state of the
リチウムイオン電池のような二次電池において、電池セルの面圧と、二次電池のハイレート劣化との間には所定の関係がある。たとえば二次電池の放電時には、電池セルの面圧は、非放電時の面圧から低下する。実施の形態において、この低下量を「面圧変化」と定義する。なお、ハイレート劣化が進むほど、放電時の面圧と、非放電時の面圧との差(面圧変化)は、小さくなる傾向にある。 In a secondary battery such as a lithium ion battery, there is a predetermined relationship between the surface pressure of the battery cell and the high rate deterioration of the secondary battery. For example, when the secondary battery is discharged, the surface pressure of the battery cell decreases from the surface pressure during non-discharge. In the embodiment, this amount of decrease is defined as “change in surface pressure”. As the high-rate deterioration progresses, the difference (surface pressure change) between the surface pressure during discharge and the surface pressure during non-discharge tends to decrease.
面圧変化に着目すれば、二次電池のハイレート劣化を推定し得る。たとえば、面圧変化が閾値以上であれば、二次電池が劣化していると判断し、面圧変化が閾値未満であれば、二次電池は劣化していないと判断し得る。 If attention is paid to the change in surface pressure, high-rate deterioration of the secondary battery can be estimated. For example, if the change in surface pressure is equal to or greater than a threshold value, it can be determined that the secondary battery has deteriorated. If the change in surface pressure is less than the threshold value, it can be determined that the secondary battery has not deteriorated.
本願発明者らは鋭意検討を行ない、実際の面圧測定において、二次電池の電池セルの面圧変化は、二次電池のSOCに依存するという知見を得た。たとえば、図1に示す二次電池100のSOCが大きくなると、電池セル110の面圧変化は小さくなる。逆に、二次電池100のSOCが比較的小さくなると、電池セル110の面圧変化は大きくなる。そうすると、たとえば、二次電池100のSOCが大きいために電池セル110の面圧変化が小さいときには、電池セル110の面圧変化が精度よく検出されない。その結果、二次電池100のハイレート劣化の判断を誤るおそれがある。
The inventors of the present application have conducted intensive studies and have found that, in actual surface pressure measurement, the change in the surface pressure of the battery cell of the secondary battery depends on the SOC of the secondary battery. For example, when the SOC of the
すなわち、面圧変化は、たとえば、面圧取得部210が二次電池100の電池セルの面圧を取得(測定)することによって算出されるが、面圧取得部210が取得する面圧の値には、誤差(面圧誤差)が含まれる。面圧変化が小さいと、面圧誤差の影響によって、面圧の値が正確に取得されないおそれがある。正確に取得されない面圧に基づいて面圧差を算出して二次電池100の劣化を推定すると、ハイレート劣化特性が誤判断され得る。
That is, the surface pressure change is calculated, for example, by the surface
そこで、実施の形態では、二次電池100のSOCが所定値未満の状態に、ハイレート劣化特性が推定される。二次電池100のSOCが所定値以上のときには、二次電池100のSOCが所定値未満となるように、二次電池100のSOCが制御された後に、ハイレート劣化特性が推定される。所定値は、上述の面圧誤差の影響によってハイレート劣化が誤判断されないような値に定められる。このため、電池セルの面圧変化に基づいてリチウム二次電池のハイレート劣化を推定する場合に、ハイレート劣化の誤判断が抑止される。
Therefore, in the embodiment, the high rate deterioration characteristic is estimated in a state where the SOC of the
また、実施の形態では、電池セル110の面圧変化に対する閾値は、二次電池100の放電電流およびSOCに基づいて定められる。これについては、後に図4〜図7を参照してさらに説明される。
In the embodiment, the threshold for the change in surface pressure of
電池セルの面圧の測定について、次に図2を参照して説明する。
図2は、電池セルの面圧を取得するための二次電池の構成の一例を説明するための図である。
Next, the measurement of the surface pressure of the battery cell will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the configuration of the secondary battery for obtaining the surface pressure of the battery cell.
図2に示すように、二次電池100Aは、複数の電池セル110を含む。各電池セル110は、樹脂枠120を介して重ねられ、スタック160とされる。
As shown in FIG. 2,
支持部材150−1および150−2は、拘束板140−1〜140−3の各拘束板の間の距離が変更可能なように、拘束板140−1〜140−3を支持する。 Support members 150-1 and 150-2 support restraint plates 140-1 to 140-3 so that the distance between restraint plates of restraint plates 140-1 to 140-3 can be changed.
スタック160は、拘束板140−1と拘束板140−2との間に配置される。拘束板140−1および拘束板140−2は、スタック160を拘束する。スタック160に含まれる電池セルの面圧は、拘束板140−1および140−2に伝達される。
The
拘束板140−2と拘束板140−3との間には、ロードセル170が配置される。拘束板140−2および拘束板140−3は、ロードセル170を拘束する。これにより、ロードセルは、拘束板140−2および拘束板140−3から受ける圧力を検知できる。これにより、ロードセル170は、拘束板140−2を介して、電池セル110の面圧を検知できる。ロードセル170が検知する圧力は、電池セル110の面圧を示すように適切に補償され得る。
A
ロードセル170によって取得された電池セル110の圧力(P)は、たとえば図1に示す面圧取得部210に送られる。このようにして、電池セル110の面圧が取得される。なお、後に図8を参照して、電池セルの面圧を取得するための二次電池の構成の別の例について説明する。
The pressure (P) of the
以上、図1および図2を参照して説明した構成により、状態推定装置200は、二次電池100のハイレート劣化を推定することができる。
As described above, with the configuration described with reference to FIGS. 1 and 2, the
図3は、ハイレート劣化の推定のために実行される処理を説明するためのフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart for explaining processing executed for estimating high-rate deterioration.
図1および図3を参照して、はじめにステップS1において、ハイレート通電による走行が開始される。ハイレート通電による走行では、二次電池100がハイレートで放電し、その放電電力を利用して車両1が走行する。
Referring to FIGS. 1 and 3, first, in step S1, traveling by high-rate energization is started. In traveling by high-rate energization, the
ステップS2において、オンボード、すなわち走行中の車両1において、二次電池100の出力の低下が検出されたか否かが判断される。たとえば、ハイレートでの放電における二次電池100の電圧低下が顕著となり、電圧が所定電圧を下回るような場合は、二次電池100の出力が低下しているものとして検出される。二次電池100の出力が低下している場合(ステップS2でYES)、ステップS3に処理が進められる。そうでない場合(ステップS2でNO)、ステップS1に処理が戻される。
In step S2, it is determined whether or not a decrease in the output of the
ステップS3において、二次電池100の診断、すなわち二次電池100の劣化状態の推定が開始される。具体的な処理は、ステップS4以降で実行される。
In step S3, diagnosis of the
ステップS4において、二次電池100のSOCが所定値未満であるか否かが判断される。所定値は、たとえば72%である。これについては、後に図5を参照して説明する。SOCが所定値未満の場合(ステップS4でYES)、ステップS6に処理が進められる。そうでない場合(ステップS4でNO)、ステップS5に処理が進められる。
In step S4, it is determined whether or not the SOC of the
ステップS5において、二次電池100のSOCが所定値未満になるように、二次電池100のSOCが制御される。たとえば、二次電池100が充電されず、放電が維持されることによって、二次電池100のSOCは低下して所定値未満になる。
In step S5, the SOC of the
ステップS6において、面圧変化ΔPが算出され、記憶部230に記憶される。面圧変化ΔPの算出は、たとえハイレート通電による車両1の走行が行なわれている現時点における電池セルの面圧を取得し、さらに、二次電池100が放電していない状態の電池セルの面圧との差を算出することによって行なわれる。二次電池100が放電していない状態の電池セルの面圧は、たとえば、予め記憶部230に記憶されている。
In step S <b> 6, the surface pressure change ΔP is calculated and stored in the
ステップS7において、面圧変化ΔPが、閾値ΔPth未満であるか否かが判断される。ΔPがΔPth未満の場合(ステップS7でYES)、ステップS8に処理が進められる。そうでない場合(ステップS7でNO)、ステップS1に処理が戻される。閾値ΔPthについては、後に図6を参照してさらに説明する。 In step S7, it is determined whether or not the surface pressure change ΔP is less than the threshold value ΔP th . If ΔP is less than ΔP th (YES in step S7), the process proceeds to step S8. If not (NO in step S7), the process returns to step S1. The threshold value ΔP th will be further described later with reference to FIG.
ステップS8において、二次電池100がハイレート劣化していると判断される。
ステップS9において、ハイレート通電による走行が不可と判断される。ハイレート通電による走行が不可と判断されると、たとえば、二次電池100の放電電力が制限される。なお、このときに、二次電池100の放電電力が劣化している旨がユーザに通知されてもよい。ユーザへの通知は、たとえば車両1に含まれる図示しない表示部(たとえばナビゲーションシステムのディスプレイ)に表示されることによって行なわれ得る。
In step S8, it is determined that the
In step S9, it is determined that traveling by high-rate energization is not possible. If it is determined that traveling by high-rate energization is not possible, for example, the discharge power of the
ステップS9の処理の完了後に、フローチャートの処理は終了する。
図3に示すフローチャートによれば、たとえばステップS5によって、二次電池100のSOCが比較的低い値(たとえば72%未満)に制御される。これにより、電池セル110の比較的大きな面圧変化ΔPに基づいて二次電池100のハイレート劣化状態が推定される。その結果、ハイレート劣化の誤判断が抑止される。
After the process of step S9 is completed, the process of the flowchart ends.
According to the flowchart shown in FIG. 3, the SOC of
図4および図5は、二次電池の放電が行なわれるときの、SOC、放電電流、および電池セルの面圧の関係を説明するための図である。 4 and 5 are diagrams for explaining the relationship among the SOC, the discharge current, and the surface pressure of the battery cell when the secondary battery is discharged.
図4は、各SOCにおける、放電電流と面圧との関係を説明するための取得された実験データを示すグラフである。グラフの横軸は時間を、縦軸は面圧をそれぞれ示す。 FIG. 4 is a graph showing acquired experimental data for explaining the relationship between the discharge current and the surface pressure in each SOC. The horizontal axis of the graph represents time, and the vertical axis represents surface pressure.
図4を参照して、時刻t1以後であって時刻t2より前には、SOCが約36%の状態における、放電電流と面圧の関係が示される。具体的に、放電電流が60A,130Aおよび180Aとされたときの面圧変化が示される。放電電流が生じることによって、面圧は低下する。面圧の低下量は、面圧変化ΔPとして図示される。図4に示すように、放電電流が大きくなるにつれて、面圧変化ΔPも大きくなる。 Referring to FIG. 4, after time t1 and before time t2, the relationship between the discharge current and the surface pressure in a state where the SOC is about 36% is shown. Specifically, changes in surface pressure when the discharge current is 60A, 130A, and 180A are shown. The surface pressure decreases due to the discharge current. The amount of decrease in surface pressure is illustrated as a surface pressure change ΔP. As shown in FIG. 4, the surface pressure change ΔP increases as the discharge current increases.
時刻t2以後には、SOCが約56%の状態における、放電電流と面圧の関係が示される。このときも、SOCが約36%のときと同様に、放電電流が大きくなるにつれて、面圧変化ΔPも大きくなる。 After time t2, the relationship between the discharge current and the surface pressure when the SOC is about 56% is shown. At this time, as in the case where the SOC is about 36%, the surface pressure change ΔP increases as the discharge current increases.
また、図4に示すように、SOCが小さいほど、面圧変化ΔPは大きくなる。
図5は、放電電流をパラメータとしたときの、SOCと面圧変化ΔPとの関係を示すグラフである。グラフの横軸は、SOC(%)を、縦軸は面圧変化ΔPをそれぞれ示す。
Further, as shown in FIG. 4, the smaller the SOC, the larger the surface pressure change ΔP.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the SOC and the surface pressure change ΔP when the discharge current is used as a parameter. The horizontal axis of the graph indicates SOC (%), and the vertical axis indicates the surface pressure change ΔP.
図5に示すように、たとえば、放電電流が同じ約130Aの場合でも、SOCによって面圧変化ΔPの大きさは異なる。具体的に、SOCが小さくなるにつれて、面圧変化ΔPは大きくなる。同様に、放電電流が約10Aの場合、約60Aの場合、および、約180Aの場合のいずれの場合も、SOCが小さくなるにつれて、面圧変化ΔPは大きくなる。 As shown in FIG. 5, for example, even when the discharge current is about 130 A, the magnitude of the surface pressure change ΔP varies depending on the SOC. Specifically, as the SOC decreases, the surface pressure change ΔP increases. Similarly, in any case where the discharge current is about 10 A, about 60 A, or about 180 A, the surface pressure change ΔP increases as the SOC decreases.
また、放電電流が比較的大きい場合(たとえば放電電流が約180Aの場合)、放電電流が比較的小さい場合(たとえば放電電流が60Aの場合)よりも、面圧変化ΔPは大きくなる。 Further, when the discharge current is relatively large (for example, when the discharge current is about 180 A), the surface pressure change ΔP becomes larger than when the discharge current is relatively small (for example, when the discharge current is 60 A).
図5のグラフ中、縦軸に示す「ΔPerror」は、面圧変化ΔPを測定する際に生じ得る誤差の最大値を示す。面圧変化ΔPを精度よく測定するためには、面圧変化ΔPが、ΔPerrorよりも大きい場合に、面圧の測定を行なうことが望ましい。ΔPerrorの大きさは、たとえば、図2のロードセル170の測定精度に起因する。
In the graph of FIG. 5, “ΔP error ” shown on the vertical axis indicates the maximum value of an error that can occur when measuring the surface pressure change ΔP. In order to accurately measure the surface pressure change ΔP, it is desirable to measure the surface pressure when the surface pressure change ΔP is larger than ΔP error . The magnitude of ΔP error is caused by, for example, the measurement accuracy of the
先に述べたように、実施の形態では、電池セルの面圧変化ΔPに基づいて、二次電池のハイレート劣化が推定される。そのため、面圧変化ΔPの値が正確でなれば、二次電池のハイレート劣化を誤判断する可能性がある。たとえば図5に示す例では、SOCが約72%を超えると、面圧変化ΔPがΔPerrorより小さくなり(誤差に埋もれてしまい)、面圧変化ΔPを精度よく測定できなくなる。逆に、SOCが約72%以下であれば、面圧変化ΔPを精度よく測定できる。それゆえに、先に説明したSOCに対する所定値は、一例として72%に設定される(図3のステップS4など参照)。 As described above, in the embodiment, the high rate deterioration of the secondary battery is estimated based on the surface pressure change ΔP of the battery cell. Therefore, if the value of the surface pressure change ΔP is accurate, there is a possibility that the high-rate deterioration of the secondary battery is erroneously determined. For example, in the example shown in FIG. 5, when the SOC exceeds about 72%, the surface pressure change ΔP becomes smaller than ΔP error (becomes buried in an error), and the surface pressure change ΔP cannot be measured accurately. Conversely, if the SOC is about 72% or less, the change in surface pressure ΔP can be measured with high accuracy. Therefore, the predetermined value for the SOC described above is set to 72% as an example (see step S4 in FIG. 3).
先に図4および図5を参照して説明したように、面圧変化ΔPは、SOCおよび放電電流の大きさに依存する。したがって、閾値ΔPthは、SOCおよび放電電流毎に設定される。 As described above with reference to FIGS. 4 and 5, the surface pressure change ΔP depends on the SOC and the magnitude of the discharge current. Therefore, threshold value ΔP th is set for each SOC and discharge current.
図6は、先に説明した面圧変化ΔPに対する閾値ΔPth(図3のステップS7など参照)の設定について説明するための図である。図6は、一例として、放電電流が180Aの場合に、各SOCに対して設定される閾値ΔPthを示すグラフである。グラフの横軸はSOC(%)を、縦軸は面圧変化ΔPをそれぞれ示す。 FIG. 6 is a diagram for explaining the setting of the threshold value ΔP th (see step S7 in FIG. 3 and the like) for the surface pressure change ΔP described above. FIG. 6 is a graph showing, as an example, a threshold value ΔP th set for each SOC when the discharge current is 180 A. The horizontal axis of the graph indicates SOC (%), and the vertical axis indicates the change in surface pressure ΔP.
図6において「初期面圧変化」として示される破線は、ハイレート劣化する前の二次電池における、SOCに対する面圧変化を表す。ハイレート劣化が進むと、面圧変化ΔPは小さくなるため、閾値ΔPthは、初期面圧変化よりも小さく設定される。たとえば、閾値ΔPthは、初期面圧変化の半分の大きさ(すなわち50%)に設定される。 A broken line indicated as “initial surface pressure change” in FIG. 6 represents a surface pressure change with respect to the SOC in the secondary battery before high-rate deterioration. As the high-rate deterioration progresses, the surface pressure change ΔP becomes smaller, so the threshold value ΔP th is set smaller than the initial surface pressure change. For example, the threshold value ΔP th is set to half the initial surface pressure change (that is, 50%).
また、図6において、面圧変化が初期面圧変化から小さくなった(低下した)量が、面圧低下量ΔPdrop(%)として図示される。図6に示す例では、面圧低下量ΔPdropが50%を超えると、面圧変化ΔPは、閾値ΔPthを下回る。 Further, in FIG. 6, the amount by which the change in the surface pressure is reduced (decreased) from the change in the initial surface pressure is illustrated as a surface pressure decrease amount ΔP drop (%). In the example shown in FIG. 6, when the surface pressure decrease amount ΔP drop exceeds 50%, the surface pressure change ΔP falls below the threshold value ΔP th .
図7は、面圧低下量ΔPdropに基づくハイレート劣化の判定例を説明するための図である。より具体的には、図7は、放電電流が180Aの場合の、電池の内部抵抗の増加率、電池セルの面圧低下量ΔPdrop、およびハイレート劣化の判定例を示す表である。表の中の「抵抗増加率(倍)」は、ハイレート劣化する前の内部抵抗の大きさに対する、ハイレート劣化により増加した内部抵抗の大きさの比率を示す。両者の大きさが等しいときは、抵抗増加率は1である。「抵抗増加率」が大きいほど、内部抵抗が増加した状態であり、ハイレート劣化は進んだ状態である。 FIG. 7 is a diagram for explaining a determination example of high-rate deterioration based on the surface pressure decrease amount ΔP drop . More specifically, FIG. 7 is a table showing an example of determining the rate of increase of the internal resistance of the battery, the amount of decrease in the surface pressure ΔP drop of the battery cell, and the high rate deterioration when the discharge current is 180A. “Resistance increase rate (times)” in the table indicates the ratio of the size of the internal resistance increased by the high rate deterioration to the size of the internal resistance before the high rate deterioration. When both magnitudes are equal, the resistance increase rate is 1. The larger the “resistance increase rate” is, the higher the internal resistance is, and the higher the rate of deterioration is.
ハイレート劣化が進み抵抗増加率が大きくなると、面圧低下量ΔPdrop(図6参照)は大きくなる。図7に示す例では、抵抗増加率が1.1のとき、ΔPdropは10%である。抵抗増加率が1.2のとき、ΔPdropは35%である。抵抗増加率が1.3のとき、ΔPdropは55%である。抵抗増加率が1.5のとき、ΔPdropは65%である。 As the high-rate deterioration progresses and the resistance increase rate increases, the surface pressure decrease amount ΔP drop (see FIG. 6) increases. In the example shown in FIG. 7, when the resistance increase rate is 1.1, ΔP drop is 10%. When the resistance increase rate is 1.2, ΔP drop is 35%. When the resistance increase rate is 1.3, ΔP drop is 55%. When the resistance increase rate is 1.5, ΔP drop is 65%.
たとえば先に図6を参照して説明したように閾値ΔPthが初期面圧変化の50%に設定される場合、抵抗増加率が1.1および1.2のときにはハイレート劣化がない(劣化なし)と判定され、抵抗増加率が1.3および1.5のときにはハイレート劣化がある(劣化あり)と判定される。 For example, as described above with reference to FIG. 6, when threshold ΔP th is set to 50% of the initial surface pressure change, there is no high rate deterioration when resistance increase rate is 1.1 and 1.2 (no deterioration) ), And when the resistance increase rate is 1.3 and 1.5, it is determined that there is high-rate deterioration (deterioration).
以上では、図6および図7を参照して、放電電流が180Aの場合に、各SOCに対して設定される閾値ΔPthと、その閾値ΔPthに基づくハイレート劣化の有無の判断について説明した。一方、180Aとは異なる大きさの放電電流についても、同様に、各SOCに対して閾値ΔPthが設定され、その閾値ΔPthに基づいてハイレート劣化の有無が判断される。すなわち、閾値ΔPthは、放電電流およびSOC毎にそれぞれ設定される。そのような閾値ΔPthの情報は、たとえばマップデータとして用いられる。マップデータは、たとえば図1の記憶部230に記憶される。
In the above, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, when the discharge current is 180 A, the threshold value ΔP th set for each SOC and the determination of the presence or absence of high-rate deterioration based on the threshold value ΔP th have been described. On the other hand, for discharge currents having a magnitude different from 180A, similarly, a threshold value ΔP th is set for each SOC, and the presence or absence of high-rate deterioration is determined based on the threshold value ΔP th . That is, the threshold value ΔP th is set for each discharge current and SOC. Such information of the threshold value ΔP th is used as map data, for example. The map data is stored, for example, in the
図8は、先に図2を参照して説明したロードセル170とは別の、電池セルの面圧を取得するための二次電池の構成例を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration example of a secondary battery for obtaining the surface pressure of the battery cell, which is different from the
図8に示すように、二次電池100Bは、複数の電池セル110を含む。各電池セル110は、樹脂枠120を介して重ねられ、スタック160Aとされる。スタック160Aは、拘束板140−1と140−3との間に配置される。拘束板140−1および140−3は、スタック160Aを拘束する。
As shown in FIG. 8,
電池セル110と樹脂枠120との間には、面圧センサ180が配置される。面圧センサ180は、電池セル110の面圧を検知する。面圧センサ180が検知する圧力は、電池セル110の面圧を示すように適切に補償され得る。面圧センサ180が検知した圧力は、たとえば図1に示す面圧取得部210に送られる。このようにして、電池セル110の面圧が取得されることもできる。
A
最後に、本発明の実施の形態について総括する。図1を参照して、状態推定装置200は、リチウム二次電池(二次電池100)の電池セル110の面圧を取得する面圧取得部210と、リチウム二次電池(二次電池100)の残存容量(SOC)を制御可能に構成されるとともに、面圧取得部210が取得した面圧と、リチウム二次電池(二次電池100)の放電電流およびSOCとに基づいて、リチウム二次電池(二次電池100)の劣化状態を推定する制御部240とを備える。制御部240は、劣化状態を推定する場合に、SOCが所定値以上のときには、SOCが所定値未満となるようにSOCを制御した後に劣化状態を推定する。
Finally, embodiments of the present invention will be summarized. Referring to FIG. 1,
状態推定装置200では、制御部240は、劣化状態を推定する場合に、二次電池100のSOCが所定値以上のときには、SOCが所定値未満となるようにSOCを制御する。これにより、SOCが所定値未満のときに取得された面圧に基づいて、すなわち比較的大きな面圧変化に基づいて二次電池100の劣化状態が推定される。そのような大きな面圧変化に基づいて二次電池100の劣化状態を推定することで、小さな面圧変化に基づいて二次電池100の劣化状態を推定するよりも、二次電池100の劣化状態が精度よく推定される。所定値は、たとえば、面圧の取得(測定)誤差を考慮して定められる。
In
また、状態推定装置200では、電池セル110の面圧だけでなく、リチウム二次電池100の放電電流およびSCOが考慮されて、リチウム二次電池100の劣化状態が推定される。これにより、ハイレート劣化の判断が適切になされる。
In the
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
1 車両、100,100A,100B 二次電池、110 電池セル、111 電池ケース、112,116 外部端子、113,117 端子板、114,118 ボルト、115 電池セル面、119 ガス排出弁、120 樹脂枠、140−1〜140−3 拘束板、150−1,150−2 支持部材、160,160A スタック、170 ロードセル、180 面圧センサ、200 状態推定装置、210 面圧取得部、220 二次電池監視部、230 記憶部、240 制御部、300 電力変換器、400 回転電機。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記リチウム二次電池の残存容量を制御可能に構成されるとともに、前記面圧取得部が取得した面圧と、前記リチウム二次電池の放電電流および前記残存容量とに基づいて、前記リチウム二次電池の劣化状態を推定する制御部とを備え、
前記制御部は、前記劣化状態を推定する場合に、前記残存容量が所定値以上のときには、前記残存容量が前記所定値未満となるように前記残存容量を制御した後に前記劣化状態を推定する、リチウム二次電池の状態推定装置。 A surface pressure acquisition unit for acquiring a surface pressure of the battery cell of the lithium secondary battery;
The lithium secondary battery is configured to be controllable, and based on the surface pressure acquired by the surface pressure acquisition unit, the discharge current of the lithium secondary battery, and the remaining capacity, the lithium secondary battery A controller for estimating the deterioration state of the battery,
The control unit estimates the deterioration state after controlling the remaining capacity so that the remaining capacity is less than the predetermined value when the remaining capacity is greater than or equal to a predetermined value when the deterioration state is estimated. Lithium secondary battery state estimation device.
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