JP2020119820A - Cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、積層された複数のセルが拘束部材によって拘束された組電池を備える電池システムに関する。 The present disclosure relates to a battery system including an assembled battery in which a plurality of stacked cells are constrained by a constraining member.
特開2016−100237号公報(特許文献1)は、積層された複数のリチウムイオン二次電池(セル)をセルホルダにより固定した二次電池モジュールを開示する。この二次電池モジュールでは、セルホルダに歪ゲージが設置され、歪ゲージにより測定される歪量の積算量がしきい値を超えると破断信号が出力される。この二次電池モジュールによれば、充放電により繰り返し生じる歪によって起こるセルホルダの劣化を検知し、セルホルダの破損を防止することができる(特許文献1参照)。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2016-100237 (Patent Document 1) discloses a secondary battery module in which a plurality of stacked lithium ion secondary batteries (cells) are fixed by a cell holder. In this secondary battery module, a strain gauge is installed in the cell holder, and a fracture signal is output when the integrated amount of strain measured by the strain gauge exceeds a threshold value. According to this secondary battery module, it is possible to detect the deterioration of the cell holder caused by the strain repeatedly generated by charging and discharging and prevent the damage of the cell holder (see Patent Document 1).
特許文献1に記載の技術は、充放電により拘束部材(セルホルダ)に繰り返し生じる歪を歪ゲージにより計測しており、歪ゲージ及び通信線等の追加部品が必要となる。
The technique described in
また、電池が長期間使用されると、電極が膨張するとともにセル内でガスが発生することによりセルの内圧が上昇し、セルが膨張する。このような電極の膨張及びガスの発生(以下では、電池の長期使用によるこのような状況を、電池が「劣化」したと称する。)による膨張と、電池の充電状態(SOC:State Of Charge)が高い高SOC時に電極(負極)が膨張することによるセルの膨張とによって、拘束部材は大きく変形し得る。このような拘束部材の大きな変形を抑制するための手段について、特許文献1では特に検討されていない。
Further, when the battery is used for a long period of time, the electrode expands and gas is generated in the cell, so that the internal pressure of the cell rises and the cell expands. Expansion due to such electrode expansion and gas generation (hereinafter, such a condition due to long-term use of the battery is referred to as "deterioration" of the battery) and the state of charge (SOC) of the battery. The constraining member can be largely deformed due to the expansion of the cell due to the expansion of the electrode (negative electrode) at high SOC.
本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、積層された複数のセルが拘束部材によって積層方向に拘束された組電池を備える電池システムにおいて、歪ゲージ等の部品を追加することなく、拘束部材の故障判定を行なうとともに、拘束部材の大変形も抑制することである。 The present disclosure has been made to solve such a problem, and an object of the present disclosure is to provide a strain gauge or the like in a battery system including an assembled battery in which a plurality of stacked cells are constrained in a stacking direction by a constraining member. The failure determination of the restraint member is performed and the large deformation of the restraint member is suppressed without adding the parts.
本開示の電池システムは、積層された複数のセルが拘束部材によって積層方向に拘束された組電池と、処理装置とを備える。処理装置は、組電池の劣化度に基づいて、組電池のSOCの上限(以下「上限SOC」と称する。)を設定する第1の処理と、拘束部材の疲労故障を判定する第2の処理とを実行するように構成される。第1の処理は、劣化度の上昇に従って上限SOCが低下するように、劣化度に基づいて上限SOCを設定する処理を含む。第2の処理は、組電池の劣化度、温度、及びSOCと、拘束部材による拘束荷重との予め定められた関係を用いて、劣化度、温度、及びSOCから拘束荷重を推定する処理と、拘束荷重の履歴から拘束部材の累積ダメージ量を算出する処理と、累積ダメージ量がしきい値を超える場合に、拘束部材に疲労故障が生じていると判定する処理とを含む。 The battery system of the present disclosure includes a battery pack in which a plurality of stacked cells are constrained in the stacking direction by a constraining member, and a processing device. The processing device includes a first process of setting an upper limit of SOC of the battery pack (hereinafter, referred to as “upper limit SOC”) and a second process of determining a fatigue failure of the restraint member based on the degree of deterioration of the battery pack. Configured to perform and. The first process includes a process of setting the upper limit SOC based on the deterioration degree so that the upper limit SOC decreases as the deterioration degree increases. The second process is a process of estimating the restraint load from the deterioration degree, the temperature, and the SOC by using a predetermined relationship between the deterioration degree of the battery pack, the temperature, and the SOC and the restraint load of the restraint member. It includes a process of calculating the cumulative damage amount of the restraint member from the history of the restraint load, and a process of determining that the restraint member has a fatigue failure when the cumulative damage amount exceeds a threshold value.
この電池システムによれば、組電池の劣化度の上昇に従って上限SOCが低下するように、劣化度に基づいて上限SOCが設定されるので(第1の処理)、劣化による膨張と高SOC時の膨張とを考慮して、拘束部材の大変形を抑制することが可能となる。また、劣化度、温度、及びSOCから推定された拘束荷重の履歴から拘束部材の累積ダメージ量が算出され、算出された累積ダメージ量に基づいて拘束部材に疲労故障が生じているかが判定されるので(第2の処理)、歪ゲージを用いることなく拘束部材の疲労故障を判定することができる。 According to this battery system, the upper limit SOC is set based on the deterioration degree so that the upper limit SOC decreases as the deterioration degree of the assembled battery increases (first processing). Therefore, expansion due to deterioration and high SOC Considering the expansion, it is possible to suppress large deformation of the restraint member. Further, the cumulative damage amount of the restraint member is calculated from the history of the restraint load estimated from the deterioration degree, the temperature, and the SOC, and it is determined whether or not the restraint member has a fatigue failure based on the calculated cumulative damage amount. Therefore (second process), it is possible to determine the fatigue failure of the restraint member without using the strain gauge.
このように、本開示の電池システムによれば、歪ゲージ等の部品を追加することなく、拘束部材の故障判定を行なうとともに、拘束部材の大変形も抑制することができる。 As described above, according to the battery system of the present disclosure, it is possible to determine a failure of the restraint member and suppress large deformation of the restraint member without adding a component such as a strain gauge.
以下、本開示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、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
<電池システムの構成>
図1は、本開示の実施の形態に従う電池システムが適用される車両の構成例を示すブロック図である。図1を参照して、車両100は、蓄電装置10と、システムメインリレー15a,15bと、昇圧コンバータ20と、インバータ25と、モータジェネレータ30と、伝達ギヤ35と、駆動輪40とを備える。
<Battery system configuration>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a vehicle to which the battery system according to the embodiment of the present disclosure is applied. Referring to FIG. 1,
蓄電装置10は、車両100の駆動電源として車両100に搭載される。すなわち、車両100は、蓄電装置10を駆動電源とする電気自動車或いはハイブリッド自動車である。ハイブリッド自動車は、蓄電装置10の他に、図示しないエンジンを動力源として備えていたり、駆動電源として燃料電池をさらに備えていたりする車両である。電気自動車は、車両100の動力源として蓄電装置10のみを備える車両である。
蓄電装置10は、再充電可能に構成された電力貯蔵要素であり、リチウムイオン二次電池に代表される二次電池(セル)を複数含んで構成される組電池である。なお、リチウムイオン二次電池は、リチウムを電荷担体とする二次電池であり、電解質が液体の一般的なリチウムイオン二次電池の他、固体の電解質を用いた所謂全固体電池も含み得る。
蓄電装置10は、システムメインリレー15a,15bを通じて昇圧コンバータ20に接続される。昇圧コンバータ20は、蓄電装置10の出力電圧を昇圧する。インバータ25は、昇圧コンバータ20からの直流電力を交流電力に変換する。
モータジェネレータ(三相交流モータ)30は、インバータ25から交流電力を受け、車両100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30により生成された運動エネルギは、駆動輪40へ伝達される。一方で、車両100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30は、車両100の運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータジェネレータ30で生成された交流電力は、インバータ25によって直流電力に変換され、昇圧コンバータ20を通じて蓄電装置10に供給される。このように、モータジェネレータ30は、蓄電装置10との間での電力の授受(すなわち蓄電装置10の充放電)を伴なって、車両100の駆動力又は制動力を発生するように構成される。
Motor generator (three-phase AC motor) 30 receives AC power from
なお、昇圧コンバータ20は、省略することができる。また、モータジェネレータ30として直流モータを用いるときには、インバータ25を省略することができる。
The
なお、動力源としてエンジン(図示せず)がさらに搭載されるハイブリッド自動車として車両100が構成される場合には、モータジェネレータ30の出力に加えて、エンジンの出力を車両走行のための駆動力に用いることができる。或いは、エンジン出力によって発電するモータジェネレータ(図示せず)をさらに搭載して、エンジン出力によって蓄電装置10の充電電力を発生させることも可能である。
When
車両100は、外部電源90によって蓄電装置10を充電するための機能(以下では、外部電源90による蓄電装置10の充電を「外部充電」と称する。)をさらに具備するように構成されてもよい。この場合、車両100は、充電器45及び充電リレー50a,50bをさらに備える。
外部電源90は、車両100の外部に設けられた電源であり、外部電源90としては、たとえば商用交流電源を適用することができる。充電器45は、外部電源90からの電力を蓄電装置10の充電電力に変換する。充電器45は、充電リレー50a,50bを通じて蓄電装置10に接続されている。充電リレー50a,50bがオンであるとき、外部電源90からの電力によって蓄電装置10を充電することができる。
外部電源90及び充電器45は、たとえば、充電ケーブル95によって接続可能である。すなわち、充電ケーブル95の装着時に、外部電源90及び充電器45が電気的に接続されることにより、外部電源90を用いて蓄電装置10を充電することができる。或いは、外部電源90と充電器45との間で非接触に電力が伝送されるように構成されてもよい。たとえば、外部電源及び車両の双方にコイルを設け、互いに対向したコイル間に形成される磁界を通じて電力を伝送することによって、外部電源90により蓄電装置10を充電することができる。
The
外部電源90から交流電力が供給される場合には、充電器45は、外部電源90からの供給電力(交流電力)を、蓄電装置10の充電電力(直流電力)に変換する機能を有するように構成される。或いは、外部電源90が蓄電装置10の充電電力を直接供給する場合には、充電器45は、外部電源90からの直流電力を蓄電装置10へ伝達するだけでよい。車両100の外部充電の態様については、特に限定されるものではない。
When AC power is supplied from the
車両100は、電流センサ72と、電圧センサ74と、温度センサ76と、電池ECU(Electronic Control Unit)60と、表示部80と、車両ECU85とをさらに備える。電流センサ72は、蓄電装置10に入出力される電流Ibを検出する。電圧センサ74は、蓄電装置10の電圧Vbを検出する。温度センサ76は、蓄電装置10の温度Tbを検出する。各センサの検出値は、電池ECU60へ出力される。
電池ECU60は、制御部62と、記憶部64と、図示しない信号I/F部とを含んで構成される。制御部62は、CPU(Central Processing Unit)を含んで構成され、記憶部64は、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)を含んで構成される。記憶部64には、制御部62を動作させるためのプログラムや各種データが記憶される。制御部62は、ROMに格納されているプログラムをRAMに展開して実行する。ROMに格納されているプログラムには、制御部62によって実行される処理が記されている。電流センサ72、電圧センサ74、及び温度センサ76の各検出信号は、信号I/F部によって電池ECU60に取り込まれる。制御部62により実行される具体的な処理については、後ほど詳しく説明する。
表示部80は、電池ECU60からの指令に応じて、車両100のユーザに対して所定の情報を表示するように構成される。表示部80に表示される情報についても、制御部62とともに後ほど説明する。
車両ECU85は、CPUと、メモリ(RAM及びROM)と、信号I/F部とを含んで構成される(いずれも図示せず)。車両ECU85は、システムメインリレー15a,15b、昇圧コンバータ20、及びインバータ25の動作を制御する。
The
図2は、蓄電装置10の構成の一例を示す斜視図である。図2を参照して、蓄電装置10は、複数のセル12と、2枚のエンドプレート14と、拘束部材16とを含む。各セル12は、略直方体形状を有しており、複数のセル12は、各セル間に図示しないスペーサを介して積層されている。なお、以下では、積層された複数のセル12を「セル積層体」と称する。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of
エンドプレート14は、セル積層体の積層方向端部の双方に設けられ、セル積層体を積層方向の両端から挟むように配置される。
The
拘束部材16は、セル積層体をセル12の積層方向に拘束するための部材である。この例では、拘束部材16は、セル12の積層方向に沿って延在する4本の拘束バンドによって構成され、セル積層体の上面側と下面側とに2本ずつ拘束バンドが設けられている。
The
なお、特に図示しないが、セル積層体は、実際には、電流センサ72、電圧センサ74、温度センサ76、及び電池ECU60とともに、図示しないケースに収容されている。なお、蓄電装置10は、上記のようなセル積層体を複数含んで構成されてもよい。
Although not particularly shown, the cell stack is actually accommodated in a case (not shown) together with the
<拘束部材の保護制御>
セル12は、充放電に伴ない電極が繰り返し膨張収縮し、それによりセル自体も繰り返し膨張収縮する。このため、複数のセル12を拘束する拘束部材16には繰り返し荷重がかかり、拘束部材16は疲労する。拘束部材16の疲労故障(破断等)を検知するために、拘束部材16に歪ゲージを設け、歪の積算量を算出して疲労劣化を検知することも考えられるが、歪ゲージや通信線等の追加部品が必要となる。
<Protective control of restraint members>
In the
また、電池が長期間使用されると、電極が膨張するとともにセル内でガスが発生し、電池が劣化する。電池が劣化すると、セルの内圧が上昇してセルが膨張する。このような電池の劣化による膨張と、高SOC時に電極(負極)が膨張することによるセルの膨張とによって、拘束部材16は大きく変形し得る。このため、拘束部材16については、疲労劣化とともに劣化進行時の大きな変形も抑制する必要がある。
In addition, when the battery is used for a long time, the electrode expands and gas is generated in the cell, which deteriorates the battery. When the battery deteriorates, the internal pressure of the cell rises and the cell expands. The
そこで、本実施の形態に従う電池システムでは、電池ECU60は、蓄電装置10の劣化度に基づいて、蓄電装置10の上限SOCを設定する第1の処理と、拘束部材16の疲労故障を判定する第2の処理とを実行する。
Therefore, in the battery system according to the present embodiment,
第1の処理は、拘束部材16の大変形を抑制するための処理である。第1の処理では、蓄電装置10の劣化度が大きくなる程、上限SOCが低下するように、劣化度に基づいて上限SOCが設定される。これにより、劣化による膨張と高SOC時の膨張とを考慮して、拘束部材16の大変形を抑制することができる。
The first process is a process for suppressing large deformation of the
第2の処理は、拘束部材16の疲労故障を判定するための処理である。詳細は後述するが、第2の処理では、蓄電装置10の劣化度、温度Tb、及びSOCから推定された拘束荷重の履歴から拘束部材16の累積ダメージ量が算出され、算出された累積ダメージ量に基づいて拘束部材16に疲労故障が生じているかが判定される。これにより、歪ゲージを用いることなく拘束部材16の疲労故障を判定することができる。以下、第1及び第2の処理を実行する電池ECU60の構成について詳しく説明する。
The second process is a process for determining a fatigue failure of the
図3は、電池ECU60の構成を示す機能ブロック図である。図3を参照して、電池ECU60の制御部62は、SOC算出部112と、劣化度算出部114と、上限SOC設定部116と、拘束荷重推定部118と、疲労故障判定部120と、充電制御部122とを含む。
FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of the
SOC算出部112は、蓄電装置10の電流Ib、電圧Vb及び温度Tbの少なくとも一部を用いて、蓄電装置10のSOCを算出する。なお、蓄電装置10の電圧Vbは、監視部66(図1において図示せず)において検出される各セル12−1〜12−Mの電圧から算出され、電池ECU60へ送信される。電流センサ72及び温度センサ76によってそれぞれ検出される電流Ib及び温度Tbも、監視部66に取り込まれて電池ECU60へ送信される。
SOC calculation unit 112 calculates the SOC of
SOCは、蓄電装置10の現在の満充電容量に対する現在の蓄電量を百分率で示した値である。SOCの算出方法については、OCV(Open Circuit Voltage)とSOCとの関係を示すOCV−SOCカーブ(マップ等)を用いた手法や、充放電電流の積算値を用いた手法等、公知の各種手法を用いることができる。
The SOC is a value indicating the current amount of electricity stored as a percentage with respect to the current full charge capacity of the
劣化度算出部114は、蓄電装置10の劣化の度合いを示す劣化度を算出する。この劣化度は、電池の長期使用により膨張した電極の膨張量及びセル内のガス発生量を示すものであり、蓄電装置10の使用期間が長くなるに従って劣化度は上昇する。
Deterioration
この実施の形態1では、電極の膨張量及びガス発生量を直接測定するのではなく、電極の膨張量及びガス発生量と相関のある量に相関係数を乗じることによって、劣化度が算出される。電極の膨張量及びガス発生量と相関のある量として、たとえば、蓄電装置10の容量維持率を用いることができる。容量維持率とは、蓄電装置10の初期状態(新品時)の満充電容量に対する現在の満充電容量の比である。現在の満充電容量は、たとえば、適当な2点間の電流積算量をその2点間のSOC差で除算することによって算出することができる。容量維持率から劣化度を求めるための相関係数は、事前実験等により予め求められる。
In the first embodiment, the degree of deterioration is calculated by multiplying a correlation coefficient with an amount that correlates with the expansion amount and gas generation amount of the electrode, instead of directly measuring the expansion amount and gas generation amount of the electrode. It As the amount that correlates with the expansion amount of the electrode and the gas generation amount, for example, the capacity retention rate of
なお、電極の膨張量及びガス発生量と相関のある量として、蓄電装置10の初期状態からの放電電流の積分値等を用いてもよい。この場合においても、放電電流の積分値から劣化度を求めるための相関係数は、事前実験等により予め求められる。
It should be noted that an integrated value of the discharge current from the initial state of the
上限SOC設定部116は、劣化度算出部114により算出された劣化度に基づいて、蓄電装置10の上限SOCを設定する。蓄電装置10のSOCは、設定された上限SOCを超えない範囲で制御される。上限SOC設定部116は、具体的には、劣化度の上昇に従って上限SOCが低下するように、劣化度に基づいて上限SOCを設定する。以下、本実施の形態における上限SOCの設定方法について説明する。
Upper limit
図4は、蓄電装置10の劣化度と、SOCと、拘束部材16による拘束荷重との関係の一例を示す図である。なお、この図4では、蓄電装置10の温度TbがT1で一定である場合の関係が示されている。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the degree of deterioration of
図4を参照して、横軸は蓄電装置10のSOCを示し、縦軸は拘束部材16による拘束荷重を示す。拘束部材16による拘束荷重とは、セル積層体が拘束部材16により拘束されていることによって、セル積層体の膨張に伴ないセル積層体と拘束部材16との間に生じる荷重である。
Referring to FIG. 4, the horizontal axis represents the SOC of
線k1〜k3は、互いに異なる劣化度に対してのSOCと拘束荷重との関係の一例を示しており、線k3,k2,k1の順に劣化度が高い。なお、この図4では、図示できていないが、蓄電装置10の温度Tbによっても拘束荷重は変化し、線k1〜k3の各々について、温度Tbが高いほど、同じSOCに対する拘束荷重は大きくなる。
Lines k1 to k3 show an example of the relationship between the SOC and the restraint load with respect to different deterioration degrees, and the deterioration degrees are higher in the order of the lines k3, k2, and k1. Although not shown in FIG. 4, the restraint load also changes depending on the temperature Tb of
拘束荷重のしきい値FUは、拘束荷重の許容上限を示し、これを超える拘束荷重が生じると拘束部材16が破損する可能性があるものとして設定される値である。しきい値FUは、拘束部材16の強度に基づいて適宜決定される。
The threshold value FU of the restraint load indicates an allowable upper limit of the restraint load, and is a value that is set so that the
SOCの値SU1は、線k3で示される劣化度(高)の場合に、拘束荷重がしきい値FUとなるSOCを示す。すなわち、線k3で示される劣化度の場合に、SOCが値SU1を超えると、拘束荷重がしきい値FUを超える。 The SOC value SU1 indicates the SOC at which the constraint load becomes the threshold value FU in the case of the deterioration degree (high) indicated by the line k3. That is, in the case of the degree of deterioration indicated by the line k3, when the SOC exceeds the value SU1, the constraint load exceeds the threshold value FU.
SOCの値SU2(SU2>SU1)は、線k2で示される劣化度(中)の場合に、拘束荷重がしきい値FUとなるSOCを示す。すなわち、線k2で示される劣化度の場合に、SOCが値SU2を超えると、拘束荷重がしきい値FUを超える。 The SOC value SU2 (SU2>SU1) indicates the SOC at which the restraint load becomes the threshold value FU in the case of the deterioration degree (medium) indicated by the line k2. That is, in the case of the deterioration degree indicated by the line k2, when the SOC exceeds the value SU2, the constraint load exceeds the threshold value FU.
この値SU1,SU2は、劣化度に基づいて設定される上限SOCに相当する。劣化度が高いほど、上限SOCは低くなる(SU1<SU2)。このような劣化度と上限SOCとの関係が、事前実験等によって予め求められ、マップや関係式として記憶部64のROMに記憶されている。そして、上限SOC設定部116は、劣化度算出部114によって算出された劣化度に基づいて、上記のマップ又は関係式を用いて上限SOCを設定する。
The values SU1 and SU2 correspond to the upper limit SOC set based on the degree of deterioration. The higher the degree of deterioration, the lower the upper limit SOC (SU1<SU2). The relationship between the deterioration degree and the upper limit SOC is obtained in advance by a preliminary experiment or the like, and is stored in the ROM of the
さらに、上限SOC設定部116は、上限SOCが所定のしきい値Sthを下回ると、上限SOCが制限されている旨のコーションの表示を指示する指令を表示部80へ出力する。上限SOCが制限(低下)されると、蓄電装置10の蓄電量の上限が抑えられるため、モータジェネレータ30による走行距離(EV走行距離)がユーザの想定以上に短くなり、ユーザが混乱する可能性がある。上限SOCが制限されている旨のコーションが表示部80に表示されることにより、ユーザの混乱を未然に防ぐことができ、また、蓄電装置10の交換をユーザに促すこと等もできる。なお、しきい値Sthは、たとえば、蓄電装置10の初期状態(新品時)における満充電状態に対して70%である。
Further, when upper limit SOC falls below predetermined threshold value Sth, upper limit
なお、蓄電装置10の温度Tbによっても拘束荷重は変化するので、拘束荷重に対する温度Tbの影響が大きい場合には、温度Tbもパラメータに含めてもよい。この場合には、劣化度と温度TbとSOC上限との関係が事前実験等によって予め求められ、マップや関係式として記憶部64のROMに記憶される。そして、上限SOC設定部116は、劣化度算出部114によって算出された劣化度と温度センサ76により検出される温度Tbとに基づいて、マップ又は関係式を用いて上限SOCを設定するようにしてもよい。
Note that the constraint load also changes depending on the temperature Tb of the
再び図3を参照して、拘束荷重推定部118は、劣化度算出部114により算出された劣化度に基づいて、拘束部材16による拘束荷重を推定する。以下、本実施の形態における拘束荷重の推定方法について説明する。
Referring again to FIG. 3, the restraint
再び図4を参照して、図示されるような関係、すなわち、劣化度と、SOCと、温度Tbと、拘束荷重との関係が、事前実験等によって予め求められ、マップや関係式として記憶部64のROMに記憶されている。そして、拘束荷重推定部118は、そのマップ又は関係式を用いて、劣化度算出部114によって算出された劣化度と、SOC算出部112によって算出されたSOCと、温度センサ76によって検出される蓄電装置10の温度Tbとから拘束荷重を推定する。
Referring again to FIG. 4, the relationship as shown in the drawing, that is, the relationship between the deterioration degree, the SOC, the temperature Tb, and the restraint load is obtained in advance by a preliminary experiment or the like, and is stored in the storage unit as a map or a relational expression. It is stored in 64 ROMs. Then, the constraint
なお、拘束荷重推定部118による拘束荷重の推定は、SOCの変動が見込まれる間、たとえば、車両システムの作動中、及び外部電源90による蓄電装置10の充電中に、繰り返し実行され、記憶部64に蓄積される。すなわち、記憶部64には、拘束荷重推定部118により推定された拘束荷重の履歴が記憶されている。
Note that the restraint
再び図3を参照して、疲労故障判定部120は、拘束荷重推定部118により推定された拘束荷重の履歴から、拘束部材16の累積ダメージ量Dを算出する。この累積ダメージ量Dの算出は、車両システムの起動時や停止時、外部電源90による外部充電の開始時や停止時等に行なわれる。そして、疲労故障判定部120は、拘束部材16の累積ダメージ量Dがしきい値を超えると、拘束部材16に疲労故障が生じていると判定し、その旨のコーションの表示を指示する指令を表示部80へ出力する。
Referring again to FIG. 3, fatigue
累積ダメージ量Dの算出は、所謂レインフロー法を用いて、推定された拘束荷重の履歴から、拘束荷重毎の頻度情報を抽出し、所謂マイナー則に基づいて、累積疲労の損傷度を算出することで行なわれる。以下、本実施の形態における累積ダメージ量Dの算出方法について説明する。 To calculate the cumulative damage amount D, the so-called rainflow method is used to extract frequency information for each restraint load from the history of the estimated restraint load, and the damage degree of cumulative fatigue is calculated based on the so-called Miner's rule. It is done by that. Hereinafter, a method of calculating the cumulative damage amount D according to the present embodiment will be described.
図5は、拘束荷重推定部118により推定される拘束荷重の波形の一例を示す図である。図5を参照して、拘束荷重は、劣化度、SOC及び温度Tbに基づいて推定され、主には、SOCの変動に応じて大きく変化する。このような拘束荷重の履歴から、レインフロー法を用いて、拘束荷重毎の頻度(拘束荷重毎に、同程度の拘束荷重が何回発生したか)がカウントされる。なお、拘束荷重毎の頻度のカウント方法は、レインフロー法に限定されるものではなく、P/V差法等の他の手法を用いてもよい。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a waveform of the restraint load estimated by the restraint
図6は、拘束荷重と、拘束荷重毎に疲労破壊するまでの繰り返し回数との関係を示す図である。このような曲線は、所謂S−N曲線とも称される。この曲線は、拘束部材16に対する疲労試験によって取得することができる。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the restraint load and the number of repetitions until fatigue failure occurs for each restraint load. Such a curve is also called a so-called SN curve. This curve can be obtained by a fatigue test on the
図6を参照して、N1は、F1の拘束荷重に対する疲労破壊までの繰り返し回数を示し、N2は、F2の拘束荷重に対する疲労破壊までの繰り返し回数を示す。FLは、疲労限度を示し、FL以下の拘束荷重に対しては無限の寿命を有するものとされる。 With reference to FIG. 6, N1 indicates the number of repetitions up to fatigue failure with respect to the F1 constraint load, and N2 indicates the number of repetitions up to fatigue failure with respect to the F2 constraint load. FL indicates a fatigue limit, and is assumed to have an infinite life with respect to a constraint load of FL or less.
疲労故障判定部120は、レインフロー法を用いてカウントされた拘束荷重Ft(t=1〜i)毎の頻度nt(t=1〜i)に対して損傷度nt/Ntを算出する。そして、疲労故障判定部120は、各拘束荷重Ft(t=1〜i)の損傷度の和を算出することで、累積ダメージ量Dを算出する。
The fatigue
累積ダメージ量D=n1/N1+n2/N2+・・・+ni/Ni …(1)
疲労故障判定部120は、累積ダメージ量Dがしきい値Dth(Dth=1)よりも小さいときは、拘束部材16に疲労故障は生じていないと判定する。そして、累積ダメージ量Dがしきい値Dthを超えると、疲労故障判定部120は、拘束部材16に疲労故障が生じていると判定する。
Cumulative damage amount D=n1/N1+n2/N2+...+ni/Ni (1)
When the cumulative damage amount D is smaller than the threshold value Dth (Dth=1), the fatigue
再び図3を参照して、充電制御部122は、外部電源90による外部充電時に充電器45を制御する。その際、充電制御部122は、上限SOC設定部116により設定された上限SOCを蓄電装置10のSOCが超えないように充電器45を制御する。具体的には、SOCが上限SOCに達すると、充電器45を停止する。
Referring again to FIG. 3, charging
図7は、電池ECU60により実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、たとえば、車両システムの作動中、及び外部電源90による外部充電中に、所定周期毎に繰り返し実行される。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of a procedure of processing executed by
図7を参照して、電池ECU60は、蓄電装置10の電流Ib、電圧Vb、及び温度Tbをそれぞれ電流センサ72、電圧センサ74、及び温度センサ76から取得する(ステップS10)。次いで、電池ECU60は、取得された電流Ib、電圧Vb、及び温度Tbの少なくとも一部を用いて、蓄電装置10のSOCを算出する(ステップS15)。
Referring to FIG. 7,
続いて、電池ECU60は、蓄電装置10の劣化度を算出する(ステップS20)。この実施の形態では、電池ECU60は、蓄電装置10の容量維持率を算出し、事前実験等により予め求められた相関係数を容量維持率に乗算することによって劣化度を算出する。
Subsequently,
次いで、電池ECU60は、算出された劣化度に基づいて、蓄電装置10の上限SOCを設定する(ステップS25)。上述のように、事前実験等により予め求められた劣化度と上限SOCとの関係がマップや関係式として記憶部64に記憶されており、電池ECU60は、そのマップ又は関係式を用いて、ステップS20において算出された劣化度に基づいて上限SOCを設定する。
Next,
そして、電池ECU60は、設定された上限SOCがしきい値Sthよりも低いか否かを判定する(ステップS30)。上限SOCがしきい値Sthよりも低いと判定されると(ステップS30においてYES)、電池ECU60は、上限SOCが制限されている旨のコーションを表示するように表示部80を制御する(ステップS30)。上限SOCがしきい値Sth以上であるときは(ステップS30においてNO)、ステップS35の処理は実行されず、ステップS40へ処理が移行する。
Then,
次いで、電池ECU60は、拘束部材16による拘束荷重を推定する(ステップS40)。上述のように、劣化度と、SOCと、温度Tbと、拘束荷重との関係が、事前実験等によって予め求められ、マップや関係式として記憶部64に記憶されている。電池ECU60は、そのマップ又は関係式を用いて、ステップS20において算出された劣化度、ステップS15において算出されたSOC、及びステップS10において取得された温度Tbとから、拘束荷重を推定する。そして、電池ECU60は、推定された拘束荷重を記憶部64に記憶する(ステップS45)。
Next, the
次いで、電池ECU60は、拘束部材16の累積ダメージ量Dを算出するタイミングであるか否かを判定する(ステップS50)。この算出タイミングは、たとえば、車両システムの起動時及び停止時、並びに外部電源90による外部充電の開始時及び停止時の少なくともいずれかである。ステップS50において、累積ダメージ量Dの算出タイミングではないと判定されると(ステップS50においてNO)、電池ECU60は、ステップS55〜S65の処理を実行することなくリターンへと処理を移行する。
Next, the
ステップS50において、累積ダメージ量Dの算出タイミングであると判定されると(ステップS50においてYES)、電池ECU60は、拘束部材16の累積ダメージ量Dを算出する処理を実行する(ステップS55)。
When it is determined in step S50 that it is the timing for calculating the cumulative damage amount D (YES in step S50),
図8は、図7のステップS55において実行される累積ダメージ量算出処理の手順の一例を示すフローチャートである。図8を参照して、電池ECU60は、記憶部64に蓄積された拘束荷重の推定値の履歴を記憶部64から取得する(ステップS110)。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the procedure of the cumulative damage amount calculation processing executed in step S55 of FIG. Referring to FIG. 8,
次いで、電池ECU60は、取得された拘束荷重の履歴から、拘束荷重毎の頻度nt(t=1〜i)をカウントする(ステップS120)。この例では、レインフロー法を用いて拘束荷重毎の頻度ntをカウントするが、上述のように、拘束荷重毎の頻度ntのカウント方法は、レインフロー法に限定されるものではなく、P/V差法等の他の手法を用いてもよい。
Next, the
そして、電池ECU60は、マイナー則に基づく上記の式(1)を用いて、ステップS120において算出された拘束荷重毎の頻度nt(t=1〜i)のカウント値に基づいて、拘束部材16の累積ダメージ量Dを算出する(ステップS130)。
Then, the
再び図7を参照して、ステップS55において累積ダメージ量Dが算出されると、電池ECU60は、算出された累積ダメージ量Dがしきい値Dth(Dth=1)以上であるか否かを判定する(ステップS60)。
Referring to FIG. 7 again, when cumulative damage amount D is calculated in step S55,
そして、累積ダメージ量Dがしきい値Dth以上であると判定されると(ステップS60においてYES)、電池ECU60は、拘束部材16に疲労故障が生じていると判定し、その旨のコーションを表示するように表示部80を制御する(ステップS65)。累積ダメージ量Dがしきい値Dthに達していないときは(ステップS60においてNO)、ステップS65の処理は実行されず、リターンへ処理が移行する。
When it is determined that the cumulative damage amount D is equal to or greater than the threshold value Dth (YES in step S60), the
以上のように、この実施の形態によれば、蓄電装置10の劣化度の上昇に従って上限SOCが低下するように、劣化度に基づいて上限SOCが設定されるので、劣化による膨張と高SOC時の膨張とを考慮して、拘束部材16の大変形を抑制することができる。また、劣化度、温度Tb、及びSOCから推定された拘束荷重の履歴から拘束部材16の累積ダメージ量Dが算出され、算出された累積ダメージ量Dに基づいて拘束部材16に疲労故障が生じているかが判定されるので、歪ゲージを用いることなく拘束部材16の疲労故障を判定することができる。
As described above, according to the present embodiment, the upper limit SOC is set based on the deterioration degree so that the upper limit SOC decreases as the deterioration degree of
今回開示された実施の形態は、全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は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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are to 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 embodiments but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
10 蓄電装置、12 セル、14 エンドプレート、15a,15b システムメインリレー、16 拘束部材、20 昇圧コンバータ、25 インバータ、30 モータジェネレータ、35 伝達ギヤ、40 駆動輪、45 充電器、50a,50b 充電リレー、60 電池ECU、62 制御部、64 記憶部、66 監視部、72 電流センサ、74 電圧センサ、76 温度センサ、80 表示部、85 車両ECU、90 外部電源、95 充電ケーブル、100 車両、112 SOC算出部、114 劣化度算出部、116 上限SOC設定部、118 拘束荷重推定部、120 疲労故障判定部、122 充電制御部。 10 power storage device, 12 cells, 14 end plate, 15a, 15b system main relay, 16 restraint member, 20 boost converter, 25 inverter, 30 motor generator, 35 transmission gear, 40 drive wheel, 45 charger, 50a, 50b charging relay , 60 battery ECU, 62 control unit, 64 storage unit, 66 monitoring unit, 72 current sensor, 74 voltage sensor, 76 temperature sensor, 80 display unit, 85 vehicle ECU, 90 external power supply, 95 charging cable, 100 vehicle, 112 SOC Calculation unit, 114 Deterioration degree calculation unit, 116 Upper limit SOC setting unit, 118 Restraint load estimation unit, 120 Fatigue failure determination unit, 122 Charging control unit.
Claims (1)
前記組電池の劣化度に基づいて、前記組電池のSOCの上限を設定する第1の処理と、前記拘束部材の疲労故障を判定する第2の処理とを実行するように構成された処理装置とを備え、
前記第1の処理は、前記劣化度の上昇に従って前記上限が低下するように、前記劣化度に基づいて前記上限を設定する処理を含み、
前記第2の処理は、
前記劣化度、前記組電池の温度、及び前記SOCと、前記拘束部材による拘束荷重との予め定められた関係を用いて、前記劣化度、前記温度、及び前記SOCから前記拘束荷重を推定する処理と、
前記拘束荷重の履歴から前記拘束部材の累積ダメージ量を算出する処理と、
前記累積ダメージ量がしきい値を超える場合に、前記拘束部材に疲労故障が生じていると判定する処理とを含む、電池システム。 An assembled battery in which a plurality of stacked cells are constrained in the stacking direction by a constraining member,
A processing device configured to execute a first process of setting an upper limit of SOC of the battery pack and a second process of determining a fatigue failure of the restraint member based on the degree of deterioration of the battery pack. With and
The first process includes a process of setting the upper limit based on the deterioration degree so that the upper limit decreases as the deterioration degree increases,
The second processing is
A process of estimating the restraint load from the deterioration degree, the temperature, and the SOC by using a predetermined relationship between the deterioration degree, the temperature of the battery pack, the SOC, and the restraint load by the restraint member. When,
A process of calculating the cumulative damage amount of the restraint member from the restraint load history;
A battery system comprising: a process of determining that a fatigue failure has occurred in the restraint member when the cumulative damage amount exceeds a threshold value.
Priority Applications (1)
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JP2019011207A JP2020119820A (en) | 2019-01-25 | 2019-01-25 | Cell system |
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2019
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