JP2016101048A - Capacity estimation device of on-vehicle secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for estimating a full charge capacity of a secondary battery.SOLUTION: A capacity estimation device disclosed by the present specification includes: a pressure sensor which measures a pressure acting on a secondary battery case; an SOC sensor which measures the SOC of the secondary battery; and a control device which estimates the full charge capacity of the secondary battery on the basis of a measured value of the pressure sensor and the SOC sensor. The control device stores an initial inclination change SOC (C0) when there is a discrete change in the inclination of a pressure change in the relationship of pressure with the initial SOC of the secondary battery. Based on the measured values of the pressure sensor and the SOC sensor, the control device identifies an inclination change SOC (C1) when there is a discrete change in the inclination of the pressure change in the relationship of pressure with a charge residual amount of the secondary battery currently in use (S7). The control device then estimates a drop amount of the full charge capacity from a difference value D=C1-C0 (S10).SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本明細書が開示する技術は、車載二次電池の容量推定装置に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a capacity estimation device for an in-vehicle secondary battery.

繰り返し充放電することができる二次電池が普及している。二次電池は、例えば、ハイブリッド車や電気自動車に搭載される。二次電池は使用すること、即ち、充放電を繰り返すことで、利用可能な電池容量(放電容量)が低下することが知られている。以下、利用可能な電池容量の低下についてまず説明する。   Secondary batteries that can be repeatedly charged and discharged have become widespread. The secondary battery is mounted on, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle. It is known that the use of a secondary battery, that is, repeated charge / discharge, reduces the available battery capacity (discharge capacity). Hereinafter, a decrease in available battery capacity will be described first.

一般に、電池容量を直接に計測することは難しい。電池容量は、電池容量と一意の関係にある二次電池の出力電圧(開回路電圧)を使って測定される。以下では説明を簡略化するため、開回路電圧(Open Circuit Voltage)をOCVと略称する。OCVは電圧センサで測定することができる。あるいは、閉回路電圧(CCV:Close Circuit Voltage)しか計測できない場合でも、CCVからOCVを推定することができる。さらに一般に、電池の電池容量は、SOC(State Of Charge:充電残量)という単位系で表される。電池容量は、予め定められた利用可能なOCVの範囲の下限値をSOC=0%とし、OCVの範囲の上限値をSOC=100%として、現在のOCVの百分率で表される。SOC=100%(OCV=上限値)に相当する電池容量とSOC=0%(OCV=下限値)に相当する電池容量の差が利用可能な電池容量となる。なお、後述するようにSOCの値に対応する電池容量は時間とともに変化する。即ち、SOCの値が示す電池容量が時間とともに変化する。理解を助けるために、SOCを電池残量と称し、二次電池の本来の電池容量と区別する。   In general, it is difficult to directly measure battery capacity. The battery capacity is measured using the output voltage (open circuit voltage) of the secondary battery that has a unique relationship with the battery capacity. Hereinafter, in order to simplify the description, the open circuit voltage is abbreviated as OCV. The OCV can be measured with a voltage sensor. Alternatively, even when only a closed circuit voltage (CCV: Close Circuit Voltage) can be measured, the OCV can be estimated from the CCV. More generally, the battery capacity of a battery is represented by a unit system called SOC (State Of Charge). The battery capacity is expressed as a percentage of the current OCV, where a lower limit value of a predetermined available OCV range is SOC = 0% and an upper limit value of the OCV range is SOC = 100%. The difference between the battery capacity corresponding to SOC = 100% (OCV = upper limit value) and the battery capacity corresponding to SOC = 0% (OCV = lower limit value) is the usable battery capacity. As will be described later, the battery capacity corresponding to the SOC value changes with time. That is, the battery capacity indicated by the SOC value changes with time. In order to help understanding, the SOC is referred to as the remaining battery capacity and is distinguished from the original battery capacity of the secondary battery.

通常の使用期間では二次電池は完全放電されることはなく、所定のSOCの範囲(即ち予め定められたOCVの範囲)で充放電が繰り返される。充放電を繰り返すうちに、OCV=下限値に対応する電池容量が大きくなることが知られている。即ち、二次電池は使用するにつれてSOC=0%に対応する電池容量が大きくなる。その結果、SOC=100%に相当する電池容量とSOC=0%に相当する電池容量の差、即ち、利用可能な電池容量が小さくなる。経時的な使用により利用可能な電池容量が小さくなることは、「電池が劣化する」と表現されることがある。以下では、説明を理解し易くするため、SOC=100%に相当する電池容量とSOC=0%に相当する電池容量の差を、満充電容量と称することにする。別言すれば、満充電容量とは、SOC=100%(満充電)のときに利用可能な電池容量である。   In a normal use period, the secondary battery is not completely discharged, and charging and discharging are repeated within a predetermined SOC range (that is, a predetermined OCV range). It is known that the battery capacity corresponding to OCV = lower limit value increases as charging / discharging is repeated. That is, as the secondary battery is used, the battery capacity corresponding to SOC = 0% increases. As a result, the difference between the battery capacity corresponding to SOC = 100% and the battery capacity corresponding to SOC = 0%, that is, the available battery capacity is reduced. A decrease in available battery capacity due to use over time may be expressed as “battery deterioration”. Hereinafter, for easy understanding of the description, a difference between the battery capacity corresponding to SOC = 100% and the battery capacity corresponding to SOC = 0% is referred to as a full charge capacity. In other words, the full charge capacity is a battery capacity that can be used when SOC = 100% (full charge).

車載の二次電池に特有の現象を利用して、使用によって低下した満充電容量を推定する技術が研究されている。車載の二次電池では、ケースに外側から圧力を加え、ケースの内側に電極体が接するようにして耐振動性を高めている。一方、電極体は、充放電に伴って膨張・収縮を繰り返し、劣化するにつれて膨張の度合が変化する。即ち、ケースに加わる圧力と満充電容量の間には一意の関係がある。ケースに加わる圧力の変化から、使用によって低下した満充電容量を算出する判別システムが例えば特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されている判別システムでは、基準となる端子間電圧において初期状態から劣化状態に亘って予め測定された圧力と充電残量の関係を示すマップを記憶しておく。そのマップを参照して、経時変化後の二次電池のケースに加わる圧力から、現在の満充電容量(低下した満充電容量)を推定する。特許文献1では、二次電池のケースに加わる圧力は二次電池のケースに取り付けられた圧力センサにより計測される。   Research has been conducted on a technique for estimating a full charge capacity that has decreased due to use by utilizing a phenomenon peculiar to an in-vehicle secondary battery. In an in-vehicle secondary battery, pressure resistance is applied to the case from the outside, and the electrode body is in contact with the inside of the case to improve vibration resistance. On the other hand, the electrode body repeatedly expands and contracts with charge and discharge, and the degree of expansion changes as it deteriorates. That is, there is a unique relationship between the pressure applied to the case and the full charge capacity. For example, Patent Document 1 discloses a determination system that calculates a full charge capacity that has decreased due to use from a change in pressure applied to a case. In the discrimination system disclosed in Patent Document 1, a map indicating a relationship between a pressure measured in advance from an initial state to a deteriorated state and a remaining charge amount in a reference terminal voltage is stored. With reference to the map, the current full charge capacity (decreased full charge capacity) is estimated from the pressure applied to the case of the secondary battery after change with time. In Patent Document 1, the pressure applied to the case of the secondary battery is measured by a pressure sensor attached to the case of the secondary battery.

特開2013−092398号公報JP2013-092398A

特許文献1の技術では、圧力センサが計測する圧力の絶対値を利用する。ところが、ケースには、電極体から受ける圧力のほか、ケースの外からも圧力が加わる。例えば複数の電池を束ねている結束バンドの緩みなどにより、電極体以外から加わる圧力が変化する。圧力の絶対値を用いる推定では、電極体以外から加わる圧力の変化により推定誤差が生じる。本明細書では、特許文献1と同様に、二次電池の内部圧力の変化を利用するが、圧力の絶対値を使わずに、低下した満充電容量をより高精度に推定する技術を提供する。   In the technique of Patent Document 1, the absolute value of the pressure measured by the pressure sensor is used. However, in addition to the pressure received from the electrode body, pressure is also applied to the case from the outside of the case. For example, the pressure applied from other than the electrode body changes due to loosening of a binding band that bundles a plurality of batteries. In the estimation using the absolute value of the pressure, an estimation error occurs due to a change in pressure applied from other than the electrode body. In this specification, similar to Patent Document 1, a change in internal pressure of a secondary battery is used, but a technique for estimating a reduced full charge capacity with higher accuracy without using an absolute value of pressure is provided. .

発明者は、充電残量と二次電池のケースに作用する圧力の関係を示すグラフを観察していると、充電残量に対する圧力の関係における圧力変化の傾きが所定の充電残量の値で離散的に変化することに気が付いた。また、発明者は、充電残量に対する圧力の関係を示すグラフを初期状態と劣化状態で比べたときに、その所定の充電残量の値が劣化と共に変化することに気が付いた。そこで、発明者は、充電残量に対する圧力の関係における圧力変化の傾きが離散的に変化するときの充電残量の値を利用することで、二次電池の満充電容量を推定するシステムを創案した。なお、このような現象が起こる原理については、実施例にて述べる。   The inventor observes a graph showing the relationship between the remaining charge amount and the pressure acting on the case of the secondary battery, and the slope of the pressure change in the relationship of the pressure with respect to the remaining charge amount is the predetermined remaining charge value. I noticed that it changed discretely. The inventor has also noticed that when the graph showing the relationship of the pressure to the remaining charge is compared between the initial state and the deteriorated state, the value of the predetermined remaining charge changes with deterioration. Therefore, the inventor has devised a system for estimating the full charge capacity of the secondary battery by using the value of the remaining charge when the slope of the pressure change in the relationship of the pressure to the remaining charge changes discretely. did. The principle on which such a phenomenon occurs will be described in Examples.

本明細書が開示する車載二次電池の容量推定装置は、二次電池のケースに作用する圧力を測定する圧力センサと、二次電池の充電残量を測定するSOCセンサと、圧力センサとSOCセンサの計測値に基づいて経時変化後の二次電池の満充電容量を推定する制御装置と、を備えている。制御装置は、初期の二次電池の充電残量に対する圧力の関係における圧力変化の傾きが離散的に変化するときの充電残量(初期傾き変化充電残量)を記憶している。制御装置は、圧力センサとSOCセンサの計測値に基づいて、経時変化後の二次電池の充電残量に対する圧力の関係における圧力変化の傾きが離散的に変化するときの充電残量(経時変化後の傾き変化充電残量)を特定する。そして、制御装置は、初期傾き変化充電残量と経時変化後の傾き変化充電残量の差から、現在の満充電容量を推定する。なお、二次電池のケースの内側には電極体が接触している。この構成によれば、上述した現象を利用して、二次電池の満充電容量を推定することができる。   An in-vehicle secondary battery capacity estimation device disclosed in this specification includes a pressure sensor that measures a pressure acting on a case of the secondary battery, an SOC sensor that measures a remaining charge of the secondary battery, a pressure sensor, and an SOC. And a control device that estimates the full charge capacity of the secondary battery after a change over time based on the measured value of the sensor. The control device stores the remaining charge amount (initial inclination change charge remaining amount) when the slope of the pressure change in the relationship of the pressure to the remaining charge amount of the initial secondary battery changes discretely. Based on the measurement values of the pressure sensor and the SOC sensor, the control device determines the remaining charge amount (change with time) when the slope of the pressure change in the relationship between the pressure and the remaining charge amount of the secondary battery after the change changes discretely. Identify the remaining slope change charge remaining). Then, the control device estimates the current full charge capacity from the difference between the initial gradient change charge remaining amount and the gradient change charge remaining amount after aging. The electrode body is in contact with the inside of the secondary battery case. According to this configuration, the full charge capacity of the secondary battery can be estimated using the phenomenon described above.

本明細書が開示する技術によれば、使用によって低下した二次電池の満充電容量を推定することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。   According to the technology disclosed in the present specification, it is possible to estimate the full charge capacity of the secondary battery that has decreased due to use. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の制御装置を備える電動車両の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of an electric vehicle provided with the control apparatus of an Example. 二次電池モジュールの側面断面図である。It is side surface sectional drawing of a secondary battery module. 二次電池の正面図である。It is a front view of a secondary battery. SOCと圧力測定値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between SOC and a pressure measurement value. SOCと傾きの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between SOC and inclination. 差分値と低下量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a difference value and a fall amount. 正極電位と総電荷量の関係及び負極電位と総電荷量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a positive electrode potential and a total charge amount, and the relationship between a negative electrode potential and a total charge amount. 実施例の制御装置が実行する処理を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the process which the control apparatus of an Example performs. クリープ変形若しくはガス発生が生じた場合のSOCと圧力測定値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between SOC and a pressure measurement value when creep deformation or gas generation occurs.

図面を参照して実施例の容量推定装置を説明する。図1に、実施例の容量推定装置を備える電気自動車200の電力系のブロック図を示す。電気自動車200は、走行用のモータ5と、モータ5に電力を供給する二次電池モジュール2を備えている。二次電池モジュール2は、インバータ3を介してモータ5に接続されている。二次電池モジュール2から出力される直流電力は、インバータ3により交流電力に変換され、モータ5に供給される。二次電池モジュール2とインバータ3の間には、システムメインリレー7が配置されている。   A capacity estimation apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an electric power system of an electric vehicle 200 including the capacity estimation device according to the embodiment. The electric vehicle 200 includes a traveling motor 5 and a secondary battery module 2 that supplies electric power to the motor 5. The secondary battery module 2 is connected to the motor 5 via the inverter 3. The DC power output from the secondary battery module 2 is converted into AC power by the inverter 3 and supplied to the motor 5. A system main relay 7 is disposed between the secondary battery module 2 and the inverter 3.

二次電池モジュール2は、複数の二次電池20を直列に接続して構成されるモジュールである。二次電池モジュール2は、外部電源(不図示)により充電される。また、二次電池モジュール2は、制動時に発生するモータ5からの回生電力によっても充電される。各二次電池20には後述する圧力センサ24が備えられている。図1では、複数の二次電池20の一部が描かれている。なお、図1では、複数の二次電池の内、1つの二次電池に符号を付し、他の二次電池の符号は省略している。各二次電池20に備えられる圧力センサの符号も同様である。   The secondary battery module 2 is a module configured by connecting a plurality of secondary batteries 20 in series. The secondary battery module 2 is charged by an external power source (not shown). The secondary battery module 2 is also charged by regenerative power from the motor 5 generated during braking. Each secondary battery 20 is provided with a pressure sensor 24 described later. In FIG. 1, some of the secondary batteries 20 are depicted. In FIG. 1, among the plurality of secondary batteries, one secondary battery is assigned a reference numeral, and the other secondary batteries are omitted. The reference numerals of the pressure sensors provided in each secondary battery 20 are also the same.

また、電気自動車200は、二次電池モジュール2の充電残量(SOC)を測定するSOCセンサ9を備えている。なお、厳密には、直接に計測するのは二次電池モジュール2の各二次電池20の端子間電圧である。その端子間電圧は、二次電池モジュール2に負荷が接続されているときの閉回路電圧(CCV:Close Circuit Voltageの略)である。SOCセンサ9は、所定のアルゴリズム、あるいは、予め記憶している閉回路電圧とSOCの対応マップを使って二次電池モジュール2のCCVから充電残量を得る。例えば、SOCセンサ9は、CCVとともに二次電池モジュール2の出力電流を合わせて計測し、その出力電流から負荷駆動による電圧降下分を特定し、CCVに電圧降下分を加えた値をOCVとして出力する。先に述べたように、充電残量SOCは、予め決められたOCVの範囲の下限値をSOC=0%とし、OCVの範囲の上限値をSOC=100%としたときの現在のOCVを百分率で表した数値である。従って、求めたOCVから一意に現在の充電残量SOCが得られる。電気自動車の技術分野においては、電圧センサ(及び電流センサ)などのセンサと予め記憶しているマップなどから電池のSOCを得るデバイスをSOCセンサと称することはよく知られている。なお、先に述べたように、OCVと電池容量(電池に蓄えられている電気容量=放電容量)にも一意の関係がある。   In addition, the electric vehicle 200 includes an SOC sensor 9 that measures the remaining charge (SOC) of the secondary battery module 2. Strictly speaking, what is directly measured is the voltage between the terminals of each secondary battery 20 of the secondary battery module 2. The inter-terminal voltage is a closed circuit voltage (CCV: abbreviation of Close Circuit Voltage) when a load is connected to the secondary battery module 2. The SOC sensor 9 obtains the remaining charge from the CCV of the secondary battery module 2 using a predetermined algorithm or a correspondence map of the closed circuit voltage and SOC stored in advance. For example, the SOC sensor 9 measures the output current of the secondary battery module 2 together with the CCV, specifies the voltage drop due to the load drive from the output current, and outputs the value obtained by adding the voltage drop to the CCV as the OCV. To do. As described above, the remaining charge SOC is a percentage of the current OCV when the lower limit value of the predetermined OCV range is set to SOC = 0% and the upper limit value of the OCV range is set to SOC = 100%. It is a numerical value expressed by Therefore, the current remaining charge SOC can be obtained uniquely from the obtained OCV. In the technical field of electric vehicles, it is well known that a device that obtains the SOC of a battery from a sensor such as a voltage sensor (and current sensor) and a map stored in advance is referred to as an SOC sensor. As described above, the OCV and the battery capacity (electric capacity stored in the battery = discharge capacity) also have a unique relationship.

電気自動車200は、圧力センサ24の測定値とSOCセンサ9の測定値に基づいて、二次電池20の満充電容量の低下量を推定する制御装置8を備えている。「満充電容量」とは、先に述べたように、SOC=100%に対応する電池容量とSOC=0%に対応する電池容量との差である。二次電池20は、充放電を繰り返すうちに満充電容量が低下する。上述の「低下量」とは、初期状態の満充電容量と充放電を繰り返すことにより低下した満充電容量との差である。制御装置8は、二次電池20の満充電容量の低下量を推定するのに必要なデータを記憶するためのメモリ(不図示)を備えている。制御装置8が、二次電池20の満充電容量の低下量を推定するために実行する処理については、後述する。また、制御装置8により推定された満充電容量の低下量は、ダイアグ用メモリ12に記憶される。メンテナンスの際に、ダイアグ用メモリ12に記憶された情報を読み出すことにより、メンテナンススタッフは二次電池20の満充電容量の低下量を知ることができる。また、制御装置8は、満充電容量の推定値が所定の閾値を下回った場合、警告信号を発信する。その警告信号は、インストルメントパネル13に送信される。インストルメントパネル13では、警告信号に応じて警告灯が点灯する。この警告灯によりドライバが二次電池20の満充電容量が低下したことを知ることができる。なお、二次電池の満充電容量が低下することを、「劣化する」と表現する場合もある。   The electric vehicle 200 includes a control device 8 that estimates the amount of decrease in the full charge capacity of the secondary battery 20 based on the measurement value of the pressure sensor 24 and the measurement value of the SOC sensor 9. The “full charge capacity” is the difference between the battery capacity corresponding to SOC = 100% and the battery capacity corresponding to SOC = 0%, as described above. As the secondary battery 20 is repeatedly charged and discharged, the full charge capacity decreases. The above-mentioned “decrease amount” is the difference between the full charge capacity in the initial state and the full charge capacity that has decreased due to repeated charge and discharge. The control device 8 includes a memory (not shown) for storing data necessary for estimating the amount of decrease in the full charge capacity of the secondary battery 20. The process executed by the control device 8 to estimate the amount of decrease in the full charge capacity of the secondary battery 20 will be described later. The amount of decrease in the full charge capacity estimated by the control device 8 is stored in the diagnosis memory 12. By reading the information stored in the diagnostic memory 12 during maintenance, the maintenance staff can know the amount of decrease in the full charge capacity of the secondary battery 20. Moreover, the control apparatus 8 transmits a warning signal when the estimated value of the full charge capacity falls below a predetermined threshold value. The warning signal is transmitted to the instrument panel 13. On the instrument panel 13, a warning lamp is turned on in response to the warning signal. This warning light allows the driver to know that the full charge capacity of the secondary battery 20 has decreased. Note that a decrease in the full charge capacity of the secondary battery may be expressed as “deteriorating”.

図2、3を参照して、二次電池モジュール2の構成を説明する。図2は、二次電池モジュール2の側面断面図を示す。図3は、二次電池モジュール2を構成する二次電池20の正面図を示す。二次電池20は、扁平な直方体のケース22と、ケース22に電解液と共に収容されている電極体21を備えている。各二次電池20は、ケース22の面積最大の外側面22c同士が対向するように積層されている。隣り合う二次電池20の間には、冷却板23が配置されている。二次電池20は、結束バンド(不図示)により束ねられている。結束バンドの結束力により、二次電池モジュール2には、積層方向に荷重(以下、積層荷重)が作用しており、二次電池20と冷却板23は接している。なお、図2では、二次電池モジュール2の一部が描かれていることに留意されたい。   The configuration of the secondary battery module 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a side sectional view of the secondary battery module 2. FIG. 3 shows a front view of the secondary battery 20 constituting the secondary battery module 2. The secondary battery 20 includes a flat rectangular parallelepiped case 22 and an electrode body 21 accommodated in the case 22 together with an electrolytic solution. Each secondary battery 20 is laminated so that the outer surfaces 22c having the largest area of the case 22 face each other. A cooling plate 23 is disposed between the adjacent secondary batteries 20. The secondary battery 20 is bundled by a binding band (not shown). Due to the binding force of the binding band, a load (hereinafter referred to as a stacking load) acts on the secondary battery module 2 in the stacking direction, and the secondary battery 20 and the cooling plate 23 are in contact with each other. It should be noted that a part of the secondary battery module 2 is drawn in FIG.

電極体21は、帯状の正極シートと帯状の負極シートを間に帯状のセパレータを挟んで積層した積層体を扁平に巻回することにより構成されている。扁平な電極体21は、電極体21の比較的広い側面が扁平なケース22の面積最大の内側面と対向するように、ケース22に収容されている。電極体21とケース22の間には、絶縁シート25が配置されている。二次電池モジュール2に作用する積層荷重により、電極体21は絶縁シート25を介して、ケース22の内側面に接している。   The electrode body 21 is configured by flatly winding a laminated body in which a belt-like positive electrode sheet and a belt-like negative electrode sheet are laminated with a belt-like separator interposed therebetween. The flat electrode body 21 is accommodated in the case 22 so that the relatively wide side surface of the electrode body 21 faces the inner surface having the largest area of the flat case 22. An insulating sheet 25 is disposed between the electrode body 21 and the case 22. Due to the stacking load acting on the secondary battery module 2, the electrode body 21 is in contact with the inner surface of the case 22 via the insulating sheet 25.

二次電池20のケース22の面積最大の外側面22cには、圧力センサ24が備えられている。図3に示すように、圧力センサ24は、外側面22cの中央に配置されている。圧力センサ24は、ケース22の外側面22cと冷却板23の間に挟まれるように配置されている。   A pressure sensor 24 is provided on the outer surface 22 c having the largest area of the case 22 of the secondary battery 20. As shown in FIG. 3, the pressure sensor 24 is disposed at the center of the outer surface 22c. The pressure sensor 24 is disposed so as to be sandwiched between the outer surface 22 c of the case 22 and the cooling plate 23.

二次電池20の一側面には正極端子22a、負極端子22bが設けられている。各二次電池20の正極端子22aと負極端子22bは、バスバ(不図示)で直列に接続されている。   A positive electrode terminal 22 a and a negative electrode terminal 22 b are provided on one side surface of the secondary battery 20. The positive terminal 22a and the negative terminal 22b of each secondary battery 20 are connected in series by a bus bar (not shown).

二次電池20はリチウムイオン二次電池である。電極体21の正極シートは、導電性の集電体に正極活物質が塗布されたものである。正極活物質として、リチウム遷移金属酸化物が使用される。例えば、リチウム遷移金属酸化物は、リチウムニッケル系酸化物(LiNiO2等)、リチウムコバルト系酸化物(LiCoO2等)及びリチウムマンガン系酸化物(LiMn2O4等)である。また、電極体21の負極シートは、導電性の集電体に負極活物質が塗布されたものである。負極活物質として、例えば、層状構造を有する炭素材料が使用される。例えば、炭素材料は、黒鉛(グラファイト)、ハードカーボン、ソフトカーボン等である。   The secondary battery 20 is a lithium ion secondary battery. The positive electrode sheet of the electrode body 21 is obtained by applying a positive electrode active material to a conductive current collector. As the positive electrode active material, a lithium transition metal oxide is used. For example, the lithium transition metal oxide is a lithium nickel oxide (LiNiO 2 or the like), a lithium cobalt oxide (LiCoO 2 or the like), and a lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 or the like). The negative electrode sheet of the electrode body 21 is obtained by applying a negative electrode active material to a conductive current collector. As the negative electrode active material, for example, a carbon material having a layered structure is used. For example, the carbon material is graphite (graphite), hard carbon, soft carbon, or the like.

二次電池20は、充電が進むにつれて、即ち、電池容量が大きくなるにつれて、リチウムイオンが負極シートに集まる。そして、負極活物質の層間には、電池容量が大きくなるにつれてリチウムイオンが入り込む。負極活物質の層間に充電によりリチウムイオンが入り込む現象は、インターカレーション反応と称される。インターカレーション反応によりリチウムイオンが増えるにつれて、負極活物質の層間距離が大きくなり、負極シートが膨張する。電池容量が大きくなるにつれて負極シートが膨張することにより、電極体21も膨張する。電極体21が膨張することで、ケース22には電極体21から圧力が作用する。二次電池20の劣化が進むにつれて、負極シートの膨張の仕方も変化する。即ち、二次電池20の劣化は圧力センサ24の計測値に影響する。ただし、圧力センサ24の計測値には、積層荷重が影響し、積層荷重も経時的に変化する可能性がある。従って、圧力センサ24が計測する圧力の絶対値から二次電池20の劣化、即ち、満充電容量の低下量を推定すると誤差が大きくなる。制御装置8は、圧力センサ24が計測する圧力の大きさではなく、SOCの変化に対する圧力変化の傾きに基づいて満充電容量の低下量を推定する。まず、その原理について説明し、次いで、低下量推定のために制御装置8が実行する処理を説明する。   As the charging of the secondary battery 20 proceeds, that is, as the battery capacity increases, lithium ions gather on the negative electrode sheet. Lithium ions enter between the layers of the negative electrode active material as the battery capacity increases. The phenomenon in which lithium ions enter between the layers of the negative electrode active material by charging is called an intercalation reaction. As lithium ions increase due to the intercalation reaction, the interlayer distance of the negative electrode active material increases, and the negative electrode sheet expands. As the battery capacity increases, the negative electrode sheet expands, so that the electrode body 21 also expands. As the electrode body 21 expands, pressure acts on the case 22 from the electrode body 21. As the secondary battery 20 deteriorates, the manner in which the negative electrode sheet expands also changes. That is, the deterioration of the secondary battery 20 affects the measurement value of the pressure sensor 24. However, the measurement value of the pressure sensor 24 is affected by the stacking load, and the stacking load may change over time. Therefore, if the deterioration of the secondary battery 20, that is, the amount of decrease in the full charge capacity is estimated from the absolute value of the pressure measured by the pressure sensor 24, the error increases. The control device 8 estimates the amount of decrease in the full charge capacity based on not the magnitude of the pressure measured by the pressure sensor 24 but the slope of the pressure change with respect to the SOC change. First, the principle will be described, and then the processing executed by the control device 8 for estimating the amount of decrease will be described.

図4から図7のグラフを参照して、ケース22に加わる圧力と劣化の関係を説明する。図4は、二次電池20のSOCに対する圧力センサ24による圧力測定値[Pa]の関係を示すグラフである。なお、先に述べたように、SOCとOCVの間には一意の関係があり、OCVと電池容量にも一意の関係がある。SOCが高くなるにつれて、即ち、電池容量が大きくなるにつれて負極シートが膨張し、圧力が高くなる。図4において、実線で示すグラフが、初期状態における二次電池20のSOCに対する圧力測定値の関係を示すグラフである。一方、一点鎖線で示すグラフが、充放電を繰り返すことにより劣化した二次電池20のSOCに対する圧力測定値の関係を示すグラフである。図4のグラフでは、積層荷重など、負極シートの膨張以外の要因は無視している。また、図5は、SOCに対する圧力測定値の関係における圧力測定値の変化の傾きKを示すグラフである。傾きKは、圧力測定値の変化量dPをSOCの変化量dCで除した値である。図5も、図4と同様に、実線で示すグラフが初期状態を示し、一点鎖線で示すグラフが劣化状態を示す。   The relationship between the pressure applied to the case 22 and the deterioration will be described with reference to the graphs of FIGS. FIG. 4 is a graph showing the relationship of the pressure measurement value [Pa] measured by the pressure sensor 24 to the SOC of the secondary battery 20. As described above, there is a unique relationship between SOC and OCV, and there is also a unique relationship between OCV and battery capacity. As the SOC increases, that is, as the battery capacity increases, the negative electrode sheet expands and the pressure increases. In FIG. 4, a graph indicated by a solid line is a graph showing the relationship of the pressure measurement value to the SOC of the secondary battery 20 in the initial state. On the other hand, the graph shown with a dashed-dotted line is a graph which shows the relationship of the pressure measurement value with respect to SOC of the secondary battery 20 deteriorated by repeating charging / discharging. In the graph of FIG. 4, factors other than the expansion of the negative electrode sheet such as the lamination load are ignored. FIG. 5 is a graph showing the slope K of the change in the pressure measurement value in the relationship of the pressure measurement value to the SOC. The slope K is a value obtained by dividing the change amount dP of the pressure measurement value by the change amount dC of the SOC. In FIG. 5, as in FIG. 4, the graph indicated by the solid line indicates the initial state, and the graph indicated by the alternate long and short dash line indicates the deteriorated state.

図4、図5に示すように、初期状態の二次電池20において、傾きKは、初期傾き変化SOC(C0)のときに離散的に変化する。図5によく表されているように、初期傾き変化SOC(C0)の前では、傾きKは一定である。初期傾き変化SOC(C0)の後でも、傾きKは一定である。そして、初期傾き変化SOC(C0)の前後で傾きKが離散的に変化する。ここで、「離散的に」とは、別言すれば、「ステップ状に」ということである。このように、傾きKが離散的に変化するのは、二次電池20の負極活物質に層状構造を有する炭素材料が利用されることに起因する。上述したように、負極活物質の層間距離は、インターカレーション反応により増えるリチウムイオンの数に応じて大きくなる。負極活物質の層間距離が大きくなることは、負極シート、即ち電極体が膨張することを意味する。リチウムイオンの数に対する層間距離の関係における層間距離の変化の傾きは、リチウムイオンの数が所定数に達するまでは略一定である。そして、インターカレーション反応では、リチウムイオンの数が所定の数を超えると傾きKが離散的に変化することが知られている。具体的には、リチウムイオンの数が所定の数を超えると、傾きKが小さくなる。これは、負極シートに取り込まれたリチウムのステージ構造が変化するためであると推定される。そして、充放電を繰り返すうちに、放電後に負極シートに取り残されるリチウムの量が増え、残量リチウムが増えるに従って、ステージ変化が生じるときのSOCの値(傾き変化SOC)が高電圧側にシフトする。   As shown in FIGS. 4 and 5, in the secondary battery 20 in the initial state, the slope K changes discretely when the initial slope change SOC (C0). As well represented in FIG. 5, the slope K is constant before the initial slope change SOC (C0). Even after the initial inclination change SOC (C0), the inclination K is constant. The slope K changes discretely before and after the initial slope change SOC (C0). Here, “discretely” means “stepwise” in other words. As described above, the slope K changes discretely because the carbon material having a layered structure is used as the negative electrode active material of the secondary battery 20. As described above, the interlayer distance of the negative electrode active material increases with the number of lithium ions that increase due to the intercalation reaction. An increase in the interlayer distance of the negative electrode active material means that the negative electrode sheet, that is, the electrode body expands. The slope of the change in the interlayer distance in the relationship between the interlayer distance and the number of lithium ions is substantially constant until the number of lithium ions reaches a predetermined number. In the intercalation reaction, it is known that the slope K changes discretely when the number of lithium ions exceeds a predetermined number. Specifically, when the number of lithium ions exceeds a predetermined number, the slope K decreases. This is presumed to be because the stage structure of lithium taken into the negative electrode sheet changes. Then, as charge and discharge are repeated, the amount of lithium left in the negative electrode sheet after discharge increases, and as the remaining amount of lithium increases, the SOC value (inclination change SOC) at the stage change shifts to the high voltage side. .

図4に示すように、劣化状態の二次電池20のSOCと圧力測定値の関係を示すグラフ(一点鎖線のグラフ)は、初期状態のグラフ(実線のグラフ)と比較して、傾き変化SOCが図中右側へと変化する。なお、図5に示すように、傾きKの値は、初期状態と劣化状態では余り変化しない。発明者は、劣化状態の二次電池20における傾き変化SOC(C1)と初期傾き変化SOC(C0)の差分値Dと満充電容量の低下量の関係を調べた。その結果、差分値Dと満充電容量の低下量との間に相関関係があることが分かった。図6は、差分値Dと満充電容量の低下量の関係を示すグラフである。図6に示すように、差分値Dが大きくなるにつれて、二次電池20の満充電容量の低下量は大きくなる。SOCの変化に対する圧力変化の傾きKと、図6に示す差分値Dと低下量の関係を利用することで二次電池の満充電容量の低下量を正確に推定することができる。   As shown in FIG. 4, the graph showing the relationship between the SOC of the secondary battery 20 in the deteriorated state and the pressure measurement value (the dashed-dotted line graph) is compared with the graph in the initial state (solid line graph) as the slope change SOC. Changes to the right in the figure. As shown in FIG. 5, the value of the slope K does not change much between the initial state and the deteriorated state. The inventor examined the relationship between the difference value D between the slope change SOC (C1) and the initial slope change SOC (C0) in the deteriorated secondary battery 20 and the amount of decrease in the full charge capacity. As a result, it was found that there is a correlation between the difference value D and the amount of decrease in the full charge capacity. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the difference value D and the reduction amount of the full charge capacity. As shown in FIG. 6, as the difference value D increases, the amount of decrease in the full charge capacity of the secondary battery 20 increases. The amount of decrease in the full charge capacity of the secondary battery can be accurately estimated by utilizing the slope K of the pressure change with respect to the change in SOC and the relationship between the difference value D and the amount of decrease shown in FIG.

図7を参照して、二次電池20の満充電容量が低下する現象について補足する。図7は、二次電池20の総電荷量と正極シートの電位(以下、正極電位)及び負極シートの電位(以下、負極電位)の関係を示すグラフである。総電荷量の増加と共に電位が増加する傾向を有する図中上側に示すグラフが総電荷量と正極電位の関係を示すグラフである。一方、総電荷量の増加と共に電位が減少する傾向を有する図中下側に示すグラフが総電荷量と負極電位の関係を示すグラフである。総電荷量が高い範囲では、負極電位はほぼ一定である。図7において、正極電位と負極電位の差が二次電池20の出力、即ち、OCVである。正極電位のグラフと負極電位のグラフが交わるときの総電荷量が、OCVが0Vとなるときの総電荷量である。なお、総電荷量は、二次電池20に蓄えられる電荷量の総量であり、アンペア時[Ah]の単位で示される。総電荷量は、二次電池20において、正極から負極へと移動したリチウムイオンの総量に相当する。   With reference to FIG. 7, it supplements about the phenomenon in which the full charge capacity of the secondary battery 20 falls. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the total charge amount of the secondary battery 20, the potential of the positive electrode sheet (hereinafter, positive electrode potential) and the potential of the negative electrode sheet (hereinafter, negative electrode potential). The graph shown on the upper side in the figure having a tendency that the potential increases with the increase in the total charge amount is a graph showing the relationship between the total charge amount and the positive electrode potential. On the other hand, a graph shown on the lower side in the figure having a tendency that the potential decreases as the total charge amount increases is a graph showing the relationship between the total charge amount and the negative electrode potential. In the range where the total charge amount is high, the negative electrode potential is substantially constant. In FIG. 7, the difference between the positive electrode potential and the negative electrode potential is the output of the secondary battery 20, that is, OCV. The total charge amount when the positive electrode potential graph and the negative electrode potential graph intersect is the total charge amount when the OCV is 0V. The total charge amount is the total amount of charge stored in the secondary battery 20, and is expressed in units of ampere hours [Ah]. The total charge amount corresponds to the total amount of lithium ions that have moved from the positive electrode to the negative electrode in the secondary battery 20.

図7の総電荷量と負極電位の関係において、実線で示すグラフが初期状態におけるグラフであり、一点鎖線で示すグラフが充放電を繰り返した後の状態(以下、経時変化後の状態と称する)におけるグラフである。図7に示すように、総電荷量と負極電位の関係は初期状態と経時変化後の状態で変化する。一方、総電荷量と正極電位の関係は初期状態と経時変化後の状態では余り変化しない。図7に示すように、負極電位と総電荷量の関係は、経時変化後の状態では図中右側にシフトする。これは、二次電池20の充放電が繰り返されると、インターカレーション反応により負極活物質の層間に入り込んだリチウムイオンがその層間に放電後も不可逆に残留する現象が起こるからである。   In the relationship between the total charge amount and the negative electrode potential in FIG. 7, a graph indicated by a solid line is a graph in an initial state, and a graph indicated by a one-dot chain line is a state after repeated charge / discharge (hereinafter referred to as a state after change over time). It is a graph in. As shown in FIG. 7, the relationship between the total charge amount and the negative electrode potential changes between an initial state and a state after change with time. On the other hand, the relationship between the total charge amount and the positive electrode potential does not change much in the initial state and the state after change with time. As shown in FIG. 7, the relationship between the negative electrode potential and the total charge amount shifts to the right side in the figure in the state after change with time. This is because, when charging / discharging of the secondary battery 20 is repeated, a phenomenon occurs in which lithium ions that have entered the layer of the negative electrode active material by the intercalation reaction remain irreversibly after the discharge.

二次電池20では、初期状態において、OCVが3.0Vである状態がSOC0%(即ち、完全放電状態)と定義される。そして、OCVが4.1Vである状態がSOC100%(即ち、満充電状態)と定義される。従って、二次電池20の満充電容量は、OCVが4.1Vである総電荷量とOCVが3.0Vである総電荷量との差になる。図7に示すように、経時変化後の状態においてOCVが3.0Vになる総電荷量は、初期状態に比べて高くなる。つまり、二次電池20の経時変化後の状態における満充電容量は初期状態と比較して小さくなる。即ち、二次電池20は、充放電を繰り返すことで満充電容量が低下する。図7に示すように、負極電位を示すグラフが図中右側にシフトするほど満充電容量が低下することになり、二次電池20の劣化が進んでいることが示される。図7に示す初期状態の満充電容量と経時変化後の状態の満充電容量との差は、図6に示す低下量に相当する。   In the secondary battery 20, the state where the OCV is 3.0 V in the initial state is defined as SOC 0% (that is, the complete discharge state). A state where the OCV is 4.1 V is defined as SOC 100% (that is, a fully charged state). Therefore, the full charge capacity of the secondary battery 20 is the difference between the total charge amount with an OCV of 4.1V and the total charge amount with an OCV of 3.0V. As shown in FIG. 7, the total charge amount at which the OCV becomes 3.0 V in the state after change with time is higher than that in the initial state. That is, the full charge capacity of the secondary battery 20 in the state after change with time is smaller than that in the initial state. That is, the secondary battery 20 has a full charge capacity that is reduced by repeating charge and discharge. As shown in FIG. 7, the full charge capacity decreases as the graph indicating the negative electrode potential shifts to the right side in the drawing, indicating that the deterioration of the secondary battery 20 is progressing. The difference between the full charge capacity in the initial state shown in FIG. 7 and the full charge capacity in the state after change with time corresponds to the amount of decrease shown in FIG.

図7のグラフと、図4のグラフ(即ち、SOCに対する圧力測定値の関係における圧力測定値の変化の傾きKが離散的に変化するときのSOC)の関係を説明する。図4を参照して説明したように、傾きKは、所定のSOC(傾き変化SOC)で離散的に変化する。傾き変化SOCは、使用するにつれて図4の右側にシフトする。即ち、傾き変化SOCは、使用するにつれて大きくなる。図7を見ると、負極電位のグラフは途中で屈曲する。初期状態のグラフ(実線)におけるポイントPaと、経時変化後の状態のグラフ(一点鎖線)におけるポイントPbである。このポイントPaとポイントPbが、先に述べたステージ構造の変化点と相関がある。そして、初期状態のグラフにおけるSOC=0%のラインからポイントPaまでの距離Qaよりも、経時変化後のグラフにおけるSOC=0%のラインからポイントPbまでの距離Qbの方が大きい。この距離Qaが、初期傾き変化SOC(C0)に対応し、距離Qbが経時変化後の傾き変化SOC(C1)に対応する。負極電位のグラフの傾き方と、SOC=0%を定めるOCVの値との関係により、図7に示したように、劣化が進むと傾き変化SOCが増大することになる。   The relationship between the graph of FIG. 7 and the graph of FIG. 4 (that is, the SOC when the gradient K of the change in the pressure measurement value in the relationship between the pressure measurement value and the SOC changes discretely) will be described. As described with reference to FIG. 4, the inclination K changes discretely with a predetermined SOC (inclination change SOC). The inclination change SOC shifts to the right side of FIG. 4 as it is used. That is, the slope change SOC increases as it is used. Referring to FIG. 7, the graph of the negative electrode potential is bent halfway. The point Pa in the graph (solid line) in the initial state, and the point Pb in the graph (one-dot chain line) after the change with time. The point Pa and the point Pb are correlated with the change point of the stage structure described above. Then, the distance Qb from the SOC = 0% line to the point Pb in the graph after change is larger than the distance Qa from the SOC = 0% line to the point Pa in the graph in the initial state. This distance Qa corresponds to the initial inclination change SOC (C0), and the distance Qb corresponds to the inclination change SOC (C1) after the change with time. Due to the relationship between the slope of the negative potential graph and the OCV value that determines SOC = 0%, the slope change SOC increases as the deterioration progresses, as shown in FIG.

上記の原理を利用した満充電量の推定処理のフローチャートを図8に示す。図8のフローチャートは、制御装置8が実行する。図8に示す一連の処理は、電気自動車200の走行中に適宜実行される。図8の一連の処理は、二次電池モジュール2を構成する二次電池20の全てに実行可能である。以下では、1つの二次電池20に着目して説明する。   FIG. 8 shows a flowchart of the full charge amount estimation process using the above principle. The control device 8 executes the flowchart of FIG. A series of processes shown in FIG. 8 is appropriately executed while the electric vehicle 200 is traveling. The series of processes in FIG. 8 can be performed on all the secondary batteries 20 constituting the secondary battery module 2. Below, it demonstrates paying attention to one secondary battery 20. FIG.

先ず、制御装置8は、SOCセンサ9と圧力センサ24から夫々現在のSOCと圧力を取得する(S2)。制御装置8のメモリは、圧力測定値を記憶するためのマトリックス記憶領域を備えている。マトリックス記憶領域の第1列には、所定の間隔で並ぶSOC(例えば、20%から80%の間で一定間隔に並ぶ数列)が予め設定されており、マトリックス記憶領域の第2列には、第1列の各SOCに対応する圧力測定値を記憶するための圧力記憶領域が設定されている。ステップS2で得られたSOCに対応する圧力記憶領域に測定値が記憶されていない場合(S3でYESの場合)、制御装置8は、このSOCに対応する圧力記憶領域にステップS1で取得した圧力測定値を記憶する(S4)。一方、ステップS2で得られたSOCに対応する圧力記憶領域に測定値が記憶されている場合(S3でNOの場合)、制御装置8は、ステップS2に戻る。そして、全ての圧力記憶領域に圧力測定値が記憶された場合(S5でYESの場合)、制御装置8は、ステップS6に進む。一方、全ての圧力記憶領域に圧力測定値が記憶されてない場合(S5でNOの場合)、制御装置8は、ステップS2に戻る。即ち、全ての圧力記憶領域に圧力測定値が記憶されるまで、制御装置8は、ステップS2からS4までの処理を繰り返し実行する。   First, the control device 8 acquires the current SOC and pressure from the SOC sensor 9 and the pressure sensor 24, respectively (S2). The memory of the control device 8 includes a matrix storage area for storing pressure measurement values. In the first column of the matrix storage area, SOCs arranged at predetermined intervals (for example, several sequences arranged at a constant interval between 20% and 80%) are preset, and in the second column of the matrix storage area, A pressure storage area for storing a pressure measurement value corresponding to each SOC in the first column is set. When the measured value is not stored in the pressure storage area corresponding to the SOC obtained in step S2 (in the case of YES in S3), the control device 8 stores the pressure acquired in step S1 in the pressure storage area corresponding to this SOC. The measured value is stored (S4). On the other hand, when the measured value is stored in the pressure storage area corresponding to the SOC obtained in step S2 (NO in S3), the control device 8 returns to step S2. If pressure measurement values are stored in all pressure storage areas (YES in S5), the control device 8 proceeds to step S6. On the other hand, when the pressure measurement values are not stored in all the pressure storage areas (NO in S5), the control device 8 returns to Step S2. That is, until the pressure measurement values are stored in all the pressure storage areas, the control device 8 repeatedly executes the processing from steps S2 to S4.

ステップS6では、制御装置8は、マトリックス記憶領域に記憶された圧力測定値からSOCに対する圧力測定値の関係における圧力測定値の変化の傾きKを、各SOCの値ごとに算出する。例えば、制御装置8により以下の手法により算出される。先ず、制御装置8は傾きKを求める対象のSOCを特定する。そして、制御装置8は特定したSOCとその近傍のSOCに対応する圧力測定値を圧力記憶領域から読み出す。そして、制御装置8はSOCと読み出した圧力測定値から最小二乗法により傾きKを算出する。これを全てのSOCに対して実行する。   In step S6, the control device 8 calculates, for each SOC value, the slope K of the change in the pressure measurement value in the relationship between the pressure measurement value and the SOC from the pressure measurement value stored in the matrix storage area. For example, it is calculated by the following method by the control device 8. First, the control device 8 specifies the SOC for which the slope K is to be obtained. Then, the control device 8 reads out the pressure measurement values corresponding to the specified SOC and the nearby SOC from the pressure storage area. Then, the control device 8 calculates the slope K by the least square method from the SOC and the read pressure measurement value. This is performed for all SOCs.

次に、制御装置8は、ステップS6で算出したSOCに対する傾きKの関係から傾きKが離散的に変化するときのSOC(C1)(経時変化後の傾き変化SOC(C1))を算出する(S7)。次に、制御装置8は、メモリから初期傾き変化SOC(C0)を読み出す(S8)。初期傾き変化SOC(C0)は、初期状態の二次電池20において測定された傾き変化SOCである。初期傾き変化SOC(C0)は、初期状態の二次電池20のSOCに対する圧力測定値の関係から予め算出されており、制御装置8のメモリには予め初期傾き変化SOC(C0)が記憶されている。   Next, the control device 8 calculates SOC (C1) (gradient change SOC (C1) after time change) when the slope K changes discretely from the relationship of the slope K to the SOC calculated in step S6 ( S7). Next, the control device 8 reads the initial inclination change SOC (C0) from the memory (S8). The initial inclination change SOC (C0) is an inclination change SOC measured in the secondary battery 20 in the initial state. The initial inclination change SOC (C0) is calculated in advance from the relationship of the pressure measurement value to the SOC of the secondary battery 20 in the initial state, and the initial inclination change SOC (C0) is stored in the memory of the control device 8 in advance. Yes.

次に、制御装置8は、経時変化後の傾き変化SOC(C1)と初期傾き変化SOC(C0)の差である差分値Dを算出する(S9)。そして、制御装置8は、差分値Dから二次電池20の満充電容量の低下量を推定する(S10)。差分値Dと低下量の関係は、実験により予め得られており、制御装置8のメモリには、差分値Dと低下量の関係を示すマップが記憶されている。制御装置8は、そのマップに基づいて低下量を推定する。前述した図6がそのマップの一例である。   Next, the control device 8 calculates a difference value D, which is the difference between the slope change SOC (C1) after the change with time and the initial slope change SOC (C0) (S9). And the control apparatus 8 estimates the fall amount of the full charge capacity of the secondary battery 20 from the difference value D (S10). The relationship between the difference value D and the decrease amount is obtained in advance by experiments, and a map indicating the relationship between the difference value D and the decrease amount is stored in the memory of the control device 8. The control device 8 estimates the reduction amount based on the map. FIG. 6 described above is an example of the map.

次に、制御装置8は、ステップS10で推定された低下量が所定の閾値以上の場合(S11でYESの場合)、警告信号をインストルメントパネル13に送信する(S12)。一方、低下量が所定の閾値未満の場合(S11でNOの場合)、警告信号は送信されない。そして、制御装置8は、推定された低下量をダイアグ用メモリ12に記憶する(S13)。そして、制御装置8は、全ての圧力記憶領域をクリアする(S14)。   Next, the control device 8 transmits a warning signal to the instrument panel 13 when the amount of decrease estimated in step S10 is equal to or greater than a predetermined threshold (YES in S11) (S12). On the other hand, when the amount of decrease is less than the predetermined threshold (NO in S11), no warning signal is transmitted. And the control apparatus 8 memorize | stores the estimated fall amount in the memory 12 for a diagnosis (S13). Then, the control device 8 clears all pressure storage areas (S14).

上述の処理を実行することにより、二次電池20の満充電容量の初期状態からの低下量を推定することができる。   By executing the above-described processing, it is possible to estimate the amount of decrease in the full charge capacity of the secondary battery 20 from the initial state.

上述したように、圧力測定値とSOCには相関関係があり、それはSOCが大きくなるにつれて負極活物質に入り込むリチウムイオンの数が増えることが要因である。そして、SOCの変化に対する圧力測定値の変化の傾きKは、所定のSOCで離散的に変化する。これは、負極活物質に捉えられたリチウムイオンのステージ構造の変化に起因するものを推定される。また、上述したように、満充電容量の低下は、負極活物質のリチウムイオンの残留が要因の一つである。そのため、負極シートにリチウムイオンが残留することで、初期状態における圧力測定値とSOCの関係と経時変化後の圧力測定値とSOCの関係に差分値Dが生じることになる。実施例の技術はこの差分値Dに着目して満充電容量の低下量を推定する。   As described above, there is a correlation between the measured pressure value and the SOC, which is caused by an increase in the number of lithium ions that enter the negative electrode active material as the SOC increases. The slope K of the change in the pressure measurement value with respect to the change in the SOC changes discretely with a predetermined SOC. This is presumed to be caused by a change in the stage structure of lithium ions captured by the negative electrode active material. Further, as described above, the decrease in the full charge capacity is caused by the residual lithium ion of the negative electrode active material. Therefore, when lithium ions remain in the negative electrode sheet, a difference value D is generated in the relationship between the pressure measurement value and the SOC in the initial state, and the relationship between the pressure measurement value after the change with time and the SOC. The technology of the embodiment pays attention to the difference value D and estimates the amount of decrease in the full charge capacity.

図9を参照して、傾きKを利用する利点について説明する。図9は、図4と同様のSOCに対する圧力測定値の関係を示すグラフである。図9の実線で示すグラフは、図4の実線で示すグラフ(即ち、初期状態を示すグラフ)と同じである。図9の一点鎖線で示すグラフも、図4の一点鎖線で示すグラフ(即ち、経時変化後の状態を示すグラフ)と同じである。ここで、一点鎖線で示すグラフは、外部圧力が変動しない状態(以下、理想状態)で、二次電池20が劣化した状態を示すグラフである。上述したように、圧力センサ24の測定値は、内部圧力と外部圧力との和である。従って、圧力センサ24の測定値は外部圧力の変動により誤差が生じる。例えば、二次電池20のケース22がクリープ変形した場合や積層荷重が小さくなった場合(例えば、結束バンドが緩んだ場合)に、外部圧力は減少方向に変動する。クリープ変形とは、ケース22に積層荷重が長時間作用することにより、ケース22が不可逆の圧縮変形をする現象である。クリープ変形により、ケース22の積層方向の幅が小さくなるのでケース22と冷却板23の間に隙間が生じ、外部圧力が小さくなる。この場合、SOCと圧力測定値の関係を示すグラフは、理想状態を示す一点鎖線のグラフより下方にシフトしたグラフである(図9の鎖線で示すグラフであって、一点鎖線で示すグラフの下方に位置するグラフ)。また、ケース22が電極体21の膨張とは異なる要因により膨張変形した場合に、外部圧力は増加方向に変動する。例えば、二次電池20の内部でガスが発生した場合、ケース22は膨張する。この場合、SOCと圧力測定値の関係を示すグラフは、理想状態を示す一点鎖線のグラフより上方にシフトしたグラフである(図9の鎖線で示すグラフであって、一点鎖線で示すグラフの上方に位置するグラフ)。   With reference to FIG. 9, the advantage of using the slope K will be described. FIG. 9 is a graph showing the relationship of the pressure measurement value to the SOC similar to FIG. The graph shown by the solid line in FIG. 9 is the same as the graph shown by the solid line in FIG. 4 (that is, the graph showing the initial state). The graph shown by the alternate long and short dash line in FIG. 9 is also the same as the graph shown by the alternate long and short dash line in FIG. 4 (that is, a graph showing a state after aging). Here, the graph shown with a dashed-dotted line is a graph which shows the state which the secondary battery 20 deteriorated in the state (henceforth an ideal state) where an external pressure does not fluctuate. As described above, the measured value of the pressure sensor 24 is the sum of the internal pressure and the external pressure. Therefore, an error occurs in the measured value of the pressure sensor 24 due to the fluctuation of the external pressure. For example, when the case 22 of the secondary battery 20 is creep-deformed or the stacking load is reduced (for example, when the binding band is loosened), the external pressure varies in a decreasing direction. Creep deformation is a phenomenon in which the case 22 undergoes irreversible compressive deformation when a laminated load acts on the case 22 for a long time. Due to the creep deformation, the width of the case 22 in the stacking direction is reduced, so that a gap is generated between the case 22 and the cooling plate 23, and the external pressure is reduced. In this case, the graph indicating the relationship between the SOC and the pressure measurement value is a graph shifted downward from the one-dot chain line graph indicating the ideal state (the graph indicated by the chain line in FIG. 9 and below the graph indicated by the one-dot chain line). Chart located at). Further, when the case 22 expands and deforms due to a factor different from the expansion of the electrode body 21, the external pressure varies in the increasing direction. For example, when gas is generated inside the secondary battery 20, the case 22 expands. In this case, the graph showing the relationship between the SOC and the pressure measurement value is a graph shifted upward from the one-dot chain line graph indicating the ideal state (the graph indicated by the chain line in FIG. 9 and above the graph indicated by the one-dot chain line). Chart located at).

図9に示すように、圧力センサ24の測定値は外部圧力の変動により誤差が生じる。従って、圧力センサ24の測定値の絶対値を利用して低下量を推定する場合、外部圧力の変動による影響を受け、低下量の推定に誤差が生じる。一方、傾きKが離散的に変化するときのSOC(傾き変化SOC)は、圧力の計測値の絶対値に依存しないので、外部圧力の変動による影響をほとんど受けない。従って、傾き変化SOCを利用する本実施例の技術は、絶対値を利用する場合に比べて高い精度で低下量の推定をすることができる。   As shown in FIG. 9, an error occurs in the measured value of the pressure sensor 24 due to fluctuations in external pressure. Therefore, when the amount of decrease is estimated using the absolute value of the measurement value of the pressure sensor 24, the amount of decrease is estimated due to the influence of fluctuations in external pressure. On the other hand, the SOC (inclination change SOC) when the inclination K changes discretely does not depend on the absolute value of the measured pressure value, and is hardly affected by fluctuations in the external pressure. Therefore, the technique of the present embodiment using the slope change SOC can estimate the amount of decrease with higher accuracy than the case of using the absolute value.

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。「初期傾き変化SOC(C0)」が「初期傾き変化充電残量」の一例であり、「経時変化後の傾き変化SOC(C1)」が「経時変化後の傾き変化充電残量」の一例である。   Hereinafter, points to be noted regarding the technology shown in the embodiments will be described. “Initial inclination change SOC (C0)” is an example of “initial inclination change charge remaining amount”, and “Inclination change SOC (C1) after time change” is an example of “Inclination change charge remaining amount after time change”. is there.

実施例の制御装置8は、経時変化後の満充電容量の低下量を推定した。経時変化後の満充電容量の低下量は経時変化後の満充電容量と実質的に等価である。初期状態の満充電容量から経時変化後の低下量を差し引いた値が、経時変化後の満充電容量だからである。   The control device 8 of the example estimated the amount of decrease in the full charge capacity after change with time. The amount of decrease in the full charge capacity after change with time is substantially equivalent to the full charge capacity after change with time. This is because the value obtained by subtracting the amount of decrease after aging from the full charge capacity in the initial state is the full charge capacity after aging.

図8のフローチャートにおいて、初期傾き変化SOC(C0)は、予め制御装置8に記憶されている。積算距離が少ない間に、図8のフローチャートのステップS2からS7を実行し、その結果を初期傾き変化SOC(C0)として記憶してもよい。そうすると、積算距離が多くなってから推定される経時変化後の満充電容量は、さらに推定精度が高まる。   In the flowchart of FIG. 8, the initial inclination change SOC (C0) is stored in the control device 8 in advance. While the integrated distance is short, steps S2 to S7 in the flowchart of FIG. 8 may be executed, and the result may be stored as the initial inclination change SOC (C0). Then, the estimation accuracy of the full charge capacity after the change with time estimated after the accumulated distance increases is further increased.

図4、図5に示すように、傾きKは、経時変化後の傾き変化SOC(C1)だけでなく、SOC(C1)よりも高いSOC(以下、第2傾き変化SOC)でも離散的に変化する。上述した差分値Dを、第2傾き変化SOCを利用して算出し、その差分値Dから低下量を推定してもよい。また、経時変化後の傾き変化SOC(C1)を利用した差分値と第2傾き変化SOCを利用した差分値の両方を利用して、低下量を推定してもよい。複数の傾き変化SOCを利用することで、より高い精度で低下量を推定することが期待できる。   As shown in FIGS. 4 and 5, the slope K changes discretely not only with the slope change SOC (C1) after the change with time but also with an SOC higher than the SOC (C1) (hereinafter, the second slope change SOC). To do. The difference value D described above may be calculated using the second slope change SOC, and the amount of decrease may be estimated from the difference value D. Further, the amount of decrease may be estimated using both the difference value using the slope change SOC (C1) after the change with time and the difference value using the second slope change SOC. By using a plurality of slope change SOCs, it can be expected that the amount of decrease is estimated with higher accuracy.

本実施例の容量推定装置は、ハイブリッド車に備えられても良い。また、二次電池はリチウムイオン二次電池に限らない。ステージ構造の変化と同様の現象が起こり得る層構造を有する負極活物質が塗布された負極シートを利用する二次電池であれば、実施例と同様の効果が期待される。   The capacity estimation apparatus of the present embodiment may be provided in a hybrid vehicle. The secondary battery is not limited to a lithium ion secondary battery. If the secondary battery uses a negative electrode sheet coated with a negative electrode active material having a layer structure capable of causing the same phenomenon as the change in the stage structure, the same effect as in the example is expected.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

2:二次電池モジュール
3:インバータ
5:モータ
7:システムメインリレー
8:制御装置
9:電圧センサ
12:ダイアグ用メモリ
13:インストルメントパネル
20:二次電池
21:電極体
22:ケース
22a:正極端子
22b:負極端子
22c:外側面
23:冷却板
24:圧力センサ
25:絶縁シート
200:電気自動車
C0:初期傾き変化SOC
C1:経時変化後の傾き変化SOC
D:差分値
K:傾き
2: secondary battery module 3: inverter 5: motor 7: system main relay 8: control device 9: voltage sensor 12: diagnostic memory 13: instrument panel 20: secondary battery 21: electrode body 22: case 22a: positive electrode Terminal 22b: Negative electrode terminal 22c: Outer surface 23: Cooling plate 24: Pressure sensor 25: Insulation sheet 200: Electric vehicle C0: Initial inclination change SOC
C1: slope change SOC after change with time
D: difference value K: slope

Claims (1)

ケースの内側に電極体が接触している車載二次電池の満充電容量の推定装置であって、
前記ケースに作用する圧力を測定する圧力センサと、
前記二次電池の充電残量を測定するSOCセンサと、
前記圧力センサと前記SOCセンサの計測値に基づいて経時変化後の前記車載二次電池の満充電容量を推定する制御装置と、
を備えており、前記制御装置は、
初期の前記車載二次電池の充電残量に対する前記圧力の関係における圧力変化の傾きが離散的に変化するときの充電残量(初期傾き変化充電残量)を記憶しており、
前記圧力センサと前記SOCセンサの計測値に基づいて、経時変化後の前記車載二次電池の充電残量に対する前記圧力の関係における圧力変化の傾きが離散的に変化するときの充電残量(経時変化後の傾き変化充電残量)を特定し、
前記「初期傾き変化充電残量」と前記「経時変化後の傾き変化充電残量」の差から、現在の満充電容量を推定する、
ことを特徴とする容量推定装置。
A device for estimating the full charge capacity of an in-vehicle secondary battery in which an electrode body is in contact with the inside of a case,
A pressure sensor for measuring the pressure acting on the case;
An SOC sensor for measuring the remaining charge of the secondary battery;
A control device that estimates a full charge capacity of the in-vehicle secondary battery after a change over time based on measurement values of the pressure sensor and the SOC sensor;
The control device comprises:
Storing the charge remaining amount (initial inclination change charge remaining amount) when the slope of the pressure change in the relationship of the pressure with respect to the charge remaining amount of the initial vehicle-mounted secondary battery changes discretely,
Based on the measured values of the pressure sensor and the SOC sensor, the remaining charge amount (time elapsed) when the slope of the pressure change in the relationship of the pressure to the remaining charge amount of the in-vehicle secondary battery after the change with time changes discretely. Identify the slope change charge remaining after the change)
From the difference between the “initial inclination change charge remaining amount” and the “gradient change charge remaining amount after time change”, the current full charge capacity is estimated.
The capacity estimation apparatus characterized by the above-mentioned.
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