JP4655568B2 - Secondary battery state estimation method and system - Google Patents

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Description

この発明は、二次電池の状態推定方法およびシステムに関し、より特定的には、電極が充放電に伴って膨張・収縮を生じる二次電池について、残存容量等の状態量を高精度に推定する方法およびシステムに関する。   The present invention relates to a state estimation method and system for a secondary battery, and more specifically, estimates a state quantity such as a remaining capacity with high accuracy for a secondary battery in which an electrode expands and contracts due to charge and discharge. It relates to a method and a system.

ハイブリッド自動車等に用いられる二次電池としては、鉛電池、ニッケル水素(Ni−MH)電池やリチウムイオン電池等がある。二次電池は、電力が消耗されると外部からの充電電流の供給により再び放電可能であるため、従来から各種の機器に適用されている。   Secondary batteries used for hybrid vehicles include lead batteries, nickel metal hydride (Ni-MH) batteries, lithium ion batteries, and the like. A secondary battery can be discharged again by supplying a charging current from the outside when power is consumed, and thus has been conventionally applied to various devices.

たとえば、二次電池は車両に搭載されて、始動時にエンジンの点火プラグやスタータ等へ電力供給を行なうというエンジン始動用バッテリの役割を果たしている。最近では、電気自動車(EV)やハイブリッド自動車(HEV)において、走行用モータを駆動する際の主電源としても用いられている。   For example, a secondary battery is mounted on a vehicle and serves as an engine starting battery that supplies power to an ignition plug, a starter, and the like of the engine at the time of starting. Recently, in electric vehicles (EV) and hybrid vehicles (HEV), it is also used as a main power source when driving a traveling motor.

この種の二次電池においては、充電時期あるいは電池状態を使用者に認識させること等を目的として、何らかの手法によって現在の残存容量を推定することが重要である。特に、ハイブリッド自動車では、車両駆動力エネルギー源となる二次電池の充電状態を適切な範囲内に維持することが要求される。   In this type of secondary battery, it is important to estimate the current remaining capacity by some method for the purpose of making the user recognize the charging time or the battery state. In particular, in a hybrid vehicle, it is required to maintain a charged state of a secondary battery serving as a vehicle driving force energy source within an appropriate range.

このため、二次電池の残存容量を表わす指標として、充放電電流や電池状態(温度・電圧)に基づいて算出されるSOC(State Of Charge)が0%〜100%の間で定義され
る。SOCが所定範囲内に維持されるように、二次電池の充放電が制御される。すなわち、二次電池を効率的に使用するためには、SOCの推定精度を向上させる必要がある。
For this reason, SOC (State Of Charge) calculated based on the charge / discharge current and the battery state (temperature / voltage) is defined between 0% and 100% as an index representing the remaining capacity of the secondary battery. Charging / discharging of the secondary battery is controlled so that the SOC is maintained within a predetermined range. That is, in order to use the secondary battery efficiently, it is necessary to improve the estimation accuracy of the SOC.

従来、SOCの推定手法としては、たとえば、水素吸蔵合金を負極とするNi−MH電池で代表されるアルカリ電池の残存容量を、負極に対して直接歪みゲージや圧力センサを設けることにより、充放電に伴う負極の体積変化を検知して検出する構成が提案されている(たとえば特許文献1)。   Conventionally, as an SOC estimation method, for example, the remaining capacity of an alkaline battery represented by a Ni-MH battery having a hydrogen storage alloy as a negative electrode is charged / discharged by directly providing a strain gauge or a pressure sensor to the negative electrode. The structure which detects and detects the volume change of the negative electrode accompanying a is proposed (for example, patent document 1).

その他にも、Ni−MHバッテリの残容量を、二次電池の内圧(水素ガス圧)と温度とに基づいて推定する構成が提案されている(たとえば特許文献2および3)。さらに、無停電電源装置への適用を考慮して、蓄電池の膨張の検出により蓄電池の寿命を検知する構成が提案されている(特許文献4)。   In addition, a configuration has been proposed in which the remaining capacity of the Ni-MH battery is estimated based on the internal pressure (hydrogen gas pressure) and temperature of the secondary battery (for example, Patent Documents 2 and 3). Furthermore, in consideration of application to an uninterruptible power supply, a configuration for detecting the life of a storage battery by detecting expansion of the storage battery has been proposed (Patent Document 4).

また、二次電池はその使用過程において入出力可能電力や満充電容量(完全充電後の電池容量)に代表される電池性能の劣化が進行するので、その性能は時系列的に変化する。特に、電池性能を超えた電力の入出力を行なうと、劣化が急激に促進され、著しい場合には故障に至る危険性がある。このため、現時点での劣化度合いを定量的に把握して、二次電池性能の限界量を検知することは重要な課題である。   In addition, since the secondary battery deteriorates in battery performance, represented by input / output power and full charge capacity (battery capacity after full charge), in the process of use, the performance changes in time series. In particular, when power input / output exceeding the battery performance is performed, the deterioration is accelerated rapidly, and there is a risk of failure if it is significant. For this reason, it is an important issue to quantitatively grasp the degree of deterioration at the present time and detect the limit amount of the secondary battery performance.

二次電池の劣化判定法としては、電槽の外部に易変形部材を設ける構成として、正極格子の伸びに伴う電槽の膨張を易変形部材での亀裂・破断の発生により検知することで、二次電池の劣化を検知する手法が提案されている(たとえば、特許文献5)。また、二次電池の劣化に伴って、電池内部における水素吸蔵反応の進みが遅くなることにより電池の内部圧力(内圧)が上昇する現象を検知するために、内圧の微分値が判定値を超えたときに二次電池の劣化を検出するとともに、判定値をバッテリ温度に応じて変化させることによって、より正確な劣化判定を行なう手法も提案されている(たとえば、特許文献6)。同様に、電池内圧が所定の判定値を超えたときに二次電池の劣化を検出する手法も提案されている(たとえば、特許文献7)。
特開平8−194037号公報 特開平7−63831号公報 特開平7−263033号公報 特開2001−166016号公報 特開2002−313438号公報 特開平8−331769号公報 特開2002−42896号公報
As a method for determining the deterioration of the secondary battery, as a configuration in which an easily deformable member is provided outside the battery case, by detecting the expansion of the battery case accompanying the elongation of the positive electrode lattice by the occurrence of cracks and breaks in the easily deformable member, A method for detecting deterioration of a secondary battery has been proposed (for example, Patent Document 5). Also, in order to detect the phenomenon that the internal pressure (internal pressure) of the battery rises due to the slow progress of the hydrogen storage reaction inside the battery as the secondary battery deteriorates, the differential value of the internal pressure exceeds the judgment value. In addition, a method has been proposed in which deterioration of the secondary battery is detected and the determination value is changed in accordance with the battery temperature to perform more accurate deterioration determination (for example, Patent Document 6). Similarly, a technique for detecting deterioration of a secondary battery when the battery internal pressure exceeds a predetermined determination value has been proposed (for example, Patent Document 7).
JP-A-8-194037 JP 7-63831 A JP-A-7-263033 JP 2001-166016 A JP 2002-313438 A JP-A-8-331769 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-42896

しかしながら、水素吸蔵合金の収縮・膨張は温度の影響を受けるので、負極の体積変化とSOC(残存容量)の関係も温度に応じて変化する。   However, since the shrinkage / expansion of the hydrogen storage alloy is affected by the temperature, the relationship between the volume change of the negative electrode and the SOC (residual capacity) also changes according to the temperature.

このため、特許文献1に開示されたSOCの推定手法では、負極を構成する水素吸蔵合金の体積変化のみに基づいてSOCを推定しているので、高精度のSOC推定が困難である。   For this reason, in the SOC estimation method disclosed in Patent Document 1, since the SOC is estimated based only on the volume change of the hydrogen storage alloy constituting the negative electrode, it is difficult to estimate the SOC with high accuracy.

また、特許文献2および3では、充放電現象に伴う水素ガス圧変化を二次電池の内圧ガス圧測定によって検知することでSOCを推定する。しかしながら、内部ガスは、電極や電解液に溶解したり、筐体を透過して外部へ放出されたりするため、高精度のSOC推定が困難である。   Moreover, in patent documents 2 and 3, SOC is estimated by detecting the hydrogen gas pressure change accompanying a charging / discharging phenomenon by the internal pressure gas pressure measurement of a secondary battery. However, since the internal gas is dissolved in the electrode and the electrolytic solution, or is transmitted to the outside through the casing, it is difficult to estimate the SOC with high accuracy.

さらに、特許文献4に開示された構成では、二次電池筐体の膨張が一定量を超した場合に、二次電池が破損する前に電池の寿命を検知しているが、二次電池の残存容量(SOC)について推定する手法については何ら開示されていない。   Further, in the configuration disclosed in Patent Document 4, when the expansion of the secondary battery casing exceeds a certain amount, the life of the battery is detected before the secondary battery is damaged. There is no disclosure of a method for estimating the remaining capacity (SOC).

また、上記のように電極および電槽の体積変化量(膨張)が温度に依存して変わるため、温度を考慮に入れずに電槽表面の易変形部材の変形のみで劣化を検知する特許文献5に開示される二次電池の劣化判定法では、精度の良い劣化判定は困難である。同様に、特許文献6および7では、電池の内圧測定に基いて劣化検出を行なうため、上記のような内部ガスの溶解や漏れの存在から、精度の良い劣化判定は困難である。   Further, as described above, the volume change amount (expansion) of the electrode and the battery case changes depending on the temperature, so that the deterioration is detected only by the deformation of the easily deformable member on the surface of the battery case without taking the temperature into consideration. In the secondary battery degradation determination method disclosed in No. 5, accurate degradation determination is difficult. Similarly, in Patent Documents 6 and 7, since the deterioration is detected based on the measurement of the internal pressure of the battery, it is difficult to accurately determine the deterioration because of the dissolution or leakage of the internal gas as described above.

特に、特許文献5〜7に開示された手法では、二次電池の劣化判定を二値的に実行可能であるものの、劣化度合いを定量的に把握して、その時点での入出力可能電力や満充電容量の限界量を検知することはできない。   In particular, in the methods disclosed in Patent Documents 5 to 7, although the deterioration determination of the secondary battery can be executed in a binary manner, the degree of deterioration can be quantitatively grasped, and the input / output power at that time or The limit amount of the full charge capacity cannot be detected.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、残存容量(SOC)に代表される電池の状態量を簡易な構成で高精度に推定可能な二次電池の状態推定方法およびシステムを提供することである。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to estimate a state quantity of a battery represented by a remaining capacity (SOC) with a simple configuration with high accuracy. A secondary battery state estimation method and system are provided.

この発明による二次電池の状態推定方法は、正極および負極を筐体内に格納した二次電池の状態推定方法であって、正極および負極の少なくとも一方の電極の体積変化を検知するステップと、正極および負極の少なくとも一方の電極の温度を検知するためのステップと、検知された体積変化および温度に基づいて、予め設定された相関関係から二次電池の状態を推定するステップとを備えている。   A state estimation method for a secondary battery according to the present invention is a state estimation method for a secondary battery in which a positive electrode and a negative electrode are housed in a casing, the step of detecting a volume change of at least one of the positive electrode and the negative electrode, And a step for detecting the temperature of at least one of the negative electrodes, and a step for estimating the state of the secondary battery from a preset correlation based on the detected volume change and temperature.

上記の二次電池の状態推定方法によれば、温度によって電極の体積変化特性が変化する点を考慮することにより、電極の体積変化と関連して変化する電池の諸状態について高精度に推定できる。また、電極の温度および体積変化の測定に基づいた推定を行なうので、二次電池の通電状態に左右されず、充放電中にも状態推定を実行できる。   According to the state estimation method for the secondary battery described above, it is possible to accurately estimate various battery states that change in relation to the volume change of the electrode by considering that the volume change characteristic of the electrode changes depending on the temperature. . In addition, since the estimation is performed based on the measurement of the temperature and volume change of the electrode, the state estimation can be executed during charging / discharging without being influenced by the energization state of the secondary battery.

好ましくは、この発明による二次電池の状態推定方法では、上記相関関係より二次電池の状態として残存容量推定値が算出される。   Preferably, in the secondary battery state estimation method according to the present invention, the remaining capacity estimation value is calculated as the state of the secondary battery from the correlation.

上記の二次電池の状態推定方法によれば、温度によって電極の体積変化特性が変化する点を考慮に入れて残存容量(SOC)を推定できるので、その推定精度を向上できる。   According to the state estimation method for the secondary battery, the remaining capacity (SOC) can be estimated taking into consideration that the volume change characteristic of the electrode changes depending on the temperature, so that the estimation accuracy can be improved.

また好ましくは、この発明による二次電池の状態推定方法では、上記相関関係より二次電池の状態として劣化度合いを反映して変化する状態量の推定値が算出される。   Preferably, in the secondary battery state estimation method according to the present invention, an estimated value of a state quantity that changes as a state of the secondary battery reflecting the degree of deterioration is calculated from the correlation.

上記の二次電池の状態推定方法によれば、電池の劣化進行に応じて変化する状態量、たとえば、入力可能電力、出力可能電力および満充電容量について、その時点での電池の劣化度合いを反映した値を把握できる。これにより、劣化度合いを考慮に入れて、二次電池の充放電制御における充電制限および放電制限をより精密に行なうことが可能となるので、過放電および過充電を安定的に回避できる。特に、ハイブリッド自動車搭載時には、電池の使用可能範囲を広げて、内燃機関との間でさらに効率的なエネルギー配分制御ができる可能性がある。   According to the secondary battery state estimation method described above, the amount of state that changes with the progress of battery deterioration, for example, the input power, output power, and full charge capacity, reflects the degree of battery deterioration at that time. Value can be grasped. Thereby, taking into consideration the degree of deterioration, it becomes possible to more precisely perform charge restriction and discharge restriction in charge / discharge control of the secondary battery, so that overdischarge and overcharge can be stably avoided. In particular, when a hybrid vehicle is mounted, there is a possibility that more efficient energy distribution control can be performed with the internal combustion engine by expanding the usable range of the battery.

この発明による二次電池の状態推定方法では、相関関係は、当該二次電池について予め実験的に求められた、体積変化、温度および二次電池の状態を示す状態量の間の関係に基づいた二次元マップに設定されていることが好ましい。   In the secondary battery state estimation method according to the present invention, the correlation is based on the relationship between the volume change, the temperature, and the state quantity indicating the state of the secondary battery, which is experimentally obtained in advance for the secondary battery. It is preferable that the two-dimensional map is set.

上記の二次電池の状態推定方法によれば、処理負荷の小さい簡易な演算によって、残存容量推定値等の二次電池の状態を示す状態量を算出できる。   According to the secondary battery state estimation method, the state quantity indicating the secondary battery state, such as the estimated remaining capacity, can be calculated by a simple calculation with a small processing load.

この発明による二次電池の状態推定システムは、正極および負極を筐体内に格納した二次電池と、筐体の外面に対して取付けられた圧力測定部と、筐体および圧力測定部の間に押付け力が生じるように拘束する拘束手段と、正極および負極の少なくとも一方の電極の温度を検知するための温度測定部と、状態推定手段とを備えている。状態推定手段は、圧力測定部による測定圧力および温度測定部による測定温度に基づいて、予め設定された相関関係から二次電池の状態を推定している。   A state estimation system for a secondary battery according to the present invention includes a secondary battery in which a positive electrode and a negative electrode are housed in a housing, a pressure measuring unit attached to the outer surface of the housing, and a housing and the pressure measuring unit. A restraining means for restraining the pressing force to be generated, a temperature measuring unit for detecting the temperature of at least one of the positive electrode and the negative electrode, and a state estimating means are provided. The state estimation means estimates the state of the secondary battery from a preset correlation based on the pressure measured by the pressure measuring unit and the temperature measured by the temperature measuring unit.

上記の二次電池の状態推定システムによれば、筐体内部の電極の体積変化が反映された筐体圧力と電極温度とに基づいて二次電池の状態量を推定できるので、温度によって電極の体積変化特性が変化する点を考慮に入れて、電極の体積変化と関連して変化する諸状態について高精度の推定を行なえる。特に、筐体外部に圧力測定部を配置することにより、センサ取付け構造が簡易化されて製造費を安価にできるとともに、電極全体の体積変化を反映した高精度な推定が行なえる。   According to the above-described secondary battery state estimation system, the state quantity of the secondary battery can be estimated based on the housing pressure and the electrode temperature reflecting the volume change of the electrode inside the housing. Taking into consideration that the volume change characteristic changes, it is possible to accurately estimate various states that change in relation to the volume change of the electrode. In particular, by disposing the pressure measuring unit outside the housing, the sensor mounting structure can be simplified, the manufacturing cost can be reduced, and high-precision estimation reflecting the volume change of the entire electrode can be performed.

好ましくは、この発明による二次電池の状態推定システムでは、状態推定手段は、相関関係より、二次電池の状態として残存容量推定値を算出する。   Preferably, in the state estimation system for a secondary battery according to the present invention, the state estimation means calculates an estimated remaining capacity value as the state of the secondary battery from the correlation.

上記の二次電池の状態推定システムによれば、温度によって電極の体積変化特性が変化する点を考慮に入れて残存容量(SOC)を推定できるので、その推定精度を向上できる。   According to the state estimation system of the secondary battery, the remaining capacity (SOC) can be estimated taking into consideration that the volume change characteristic of the electrode changes depending on the temperature, so that the estimation accuracy can be improved.

また好ましくは、この発明による二次電池の状態推定システムでは、状態推定手段は、相関関係より、劣化状態を反映して変化する状態量を推定する。特に、劣化状態を反映して変化する状態量としては、二次電池の入出力可能電力あるいは、二次電池の満充電容量が推定される。   Preferably, in the state estimation system for a secondary battery according to the present invention, the state estimation means estimates a state quantity that changes to reflect the deterioration state from the correlation. In particular, as the state quantity that reflects the deterioration state, the input / output power of the secondary battery or the full charge capacity of the secondary battery is estimated.

上記の二次電池の状態推定システムによれば、電池の劣化進行に応じて変化する状態量、たとえば、入力可能電力、出力可能電力および満充電容量について、その時点での電池の劣化度合いを反映した値を把握できる。これにより、劣化度合いを考慮に入れて、二次電池の充放電制御における充電制限および放電制限をより精密に行なうことが可能となるので、過放電および過充電を安定的に回避できる。特に、ハイブリッド自動車搭載時には、電池の使用可能範囲を広げて、内燃機関との間でさらに効率的なエネルギー配分制御ができる可能性がある。   According to the above secondary battery state estimation system, the amount of state that changes with the progress of battery deterioration, for example, input power, output power, and full charge capacity, reflects the degree of battery deterioration at that time. Value can be grasped. Thereby, taking into consideration the degree of deterioration, it becomes possible to more precisely perform charge restriction and discharge restriction in charge / discharge control of the secondary battery, so that overdischarge and overcharge can be stably avoided. In particular, when a hybrid vehicle is mounted, there is a possibility that more efficient energy distribution control can be performed with the internal combustion engine by expanding the usable range of the battery.

また好ましくは、この発明による二次電池の状態推定システムでは、状態推定手段は、当該二次電池について予め実験的に求められた、測定圧力、測定温度および二次電池の状態を示す定量値の間の関係に基づいた二次元マップを参照して、定量値を算出する。   Preferably, in the state estimation system for a secondary battery according to the present invention, the state estimation means includes a measurement value, a measurement temperature, and a quantitative value indicating the state of the secondary battery, which are experimentally obtained in advance for the secondary battery. A quantitative value is calculated with reference to a two-dimensional map based on the relationship between the two.

上記の二次電池の状態推定システムによれば、処理負荷の小さい簡易な演算によって二次電池の状態を示す状態量(定量値)を算出できる。   According to the secondary battery state estimation system, the state quantity (quantitative value) indicating the state of the secondary battery can be calculated by a simple calculation with a small processing load.

好ましくは、この発明による二次電池の状態推定システムでは、温度測定部は、筐体の外面のうちの、少なくとも一方の電極の温度に応じて自身の温度が変化する部位に対応して設けられている。   Preferably, in the state estimation system for a secondary battery according to the present invention, the temperature measurement unit is provided corresponding to a portion of the outer surface of the housing that changes its temperature according to the temperature of at least one of the electrodes. ing.

上記の二次電池の状態推定システムによれば、筐体外部に温度測定部を配置して電極温度を検知することができるので、センサ取付け構造が簡易化されて製造費を安価にできる。   According to the state estimation system for a secondary battery described above, the temperature measuring unit can be arranged outside the housing to detect the electrode temperature, so that the sensor mounting structure is simplified and the manufacturing cost can be reduced.

あるいは好ましくは、この発明による二次電池の状態推定システムでは、二次電池は、互いに電気的に接続されて複数個配置され、圧力測定部は、少なくとも1個の二次電池の筐体に取付けられる。拘束手段は、連続的に配置された、複数個の二次電池および圧力測定部の両側にそれぞれ配置された拘束板と、拘束板の間を結合する拘束ロッドとを含んでいる。   Alternatively, preferably, in the state estimation system for a secondary battery according to the present invention, a plurality of secondary batteries are electrically connected to each other, and the pressure measuring unit is attached to a housing of at least one secondary battery. It is done. The restraint means includes a plurality of secondary batteries and a restraint plate disposed on both sides of the pressure measuring unit, and a restraint rod that couples the restraint plates.

上記の二次電池の状態推定システムによれば、複数個の二次電池セルの集合体によってモジュールが形成される場合にも、圧力測定に必要な拘束構造をコンパクトに実現できるので、システム全体を小型化できる。   According to the secondary battery state estimation system described above, even when a module is formed by an assembly of a plurality of secondary battery cells, the restraint structure necessary for pressure measurement can be realized in a compact manner. Can be downsized.

また好ましくは、二次電池は単一セルで構成され、圧力測定部は二次電池の筐体に取付けられる。さらに、拘束手段は、二次電池および圧力測定部の両側にそれぞれ配置された拘束板と、拘束板の間を結合する拘束ロッドとを含んでいる。   Preferably, the secondary battery is configured by a single cell, and the pressure measuring unit is attached to the casing of the secondary battery. Further, the restraining means includes a restraining plate disposed on both sides of the secondary battery and the pressure measuring unit, and a restraining rod that couples between the restraining plates.

上記の二次電池の状態推定システムによれば、二次電池が単一セルで構成される場合にも、圧力測定に必要な拘束構造をコンパクトに実現できるので、システムを小型化できる。   According to the state estimation system for a secondary battery described above, even when the secondary battery is configured by a single cell, the restraint structure necessary for pressure measurement can be realized in a compact manner, and thus the system can be miniaturized.

この発明によれば、簡易な構成で残存容量(SOC)等の内部状態量を高精度に推定可能な二次電池の状態推定方法およびシステムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a state estimation method and system for a secondary battery capable of estimating an internal state quantity such as a remaining capacity (SOC) with a simple configuration with high accuracy.

以下においてこの発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中における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ものとする。   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 the description thereof will not be repeated.

(SOC推定への適用)
図1は、この発明に従う二次電池の状態推定システムの代表例として示される残存容量推定システムの構成を示す概略図である。以下に説明する残存容量推定システムでは、二次電池の代表的な状態量である残存容量(SOC)が推定される。
(Application to SOC estimation)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a remaining capacity estimation system shown as a representative example of a state estimation system for a secondary battery according to the present invention. In the remaining capacity estimation system described below, the remaining capacity (SOC), which is a representative state quantity of the secondary battery, is estimated.

図1を参照して、残存容量推定システム10は、二次電池セル20a〜20dと、拘束板30,31と、拘束ロッド40と、圧力センサ50と、バスバー60〜64と、温度センサ70と、ECU(Electronic Control Unit)100とを有する。   Referring to FIG. 1, remaining capacity estimation system 10 includes secondary battery cells 20 a to 20 d, restraint plates 30 and 31, restraint rod 40, pressure sensor 50, bus bars 60 to 64, and temperature sensor 70. And an ECU (Electronic Control Unit) 100.

二次電池セル20a〜20dの各々は、筐体に格納された、正極21および負極22を有する。正極21および負極22には、充放電に伴って膨張・収縮が発生し、体積変化が生じる。   Each of the secondary battery cells 20a to 20d has a positive electrode 21 and a negative electrode 22 housed in a casing. In the positive electrode 21 and the negative electrode 22, expansion / contraction occurs with charge / discharge, and a volume change occurs.

代表的には、二次電池セルとしては、負極22に水素吸蔵合金が用いられるニッケル水素電池が適用される。しかしながら、以下の説明で明らかになるように、少なくとも一方の電極に充放電に伴った体積変化が生じる二次電池に対して、本発明による残存容量推定を適用可能である。すなわち、図1に示された二次電池セル20a〜20dは、ニッケル水素電池に限らず、鉛電池、リチウムイオン電池等によって構成されてもよい。   Typically, as the secondary battery cell, a nickel metal hydride battery in which a hydrogen storage alloy is used for the negative electrode 22 is applied. However, as will be apparent from the following description, the remaining capacity estimation according to the present invention can be applied to a secondary battery in which a volume change accompanying charging / discharging occurs in at least one of the electrodes. That is, the secondary battery cells 20a to 20d shown in FIG. 1 are not limited to nickel metal hydride batteries, and may be constituted by lead batteries, lithium ion batteries, or the like.

二次電池セル20a〜20dは、バスバー61〜63によって直列接続されて、単一モジュールを構成する。すなわち、二次電池セル20aの負極と接続されたバスバー60および、二次電池セル20dの正極と接続されたバスバー64の間には、4セル分の電圧が生じる。   Secondary battery cells 20a to 20d are connected in series by bus bars 61 to 63 to constitute a single module. That is, a voltage of four cells is generated between the bus bar 60 connected to the negative electrode of the secondary battery cell 20a and the bus bar 64 connected to the positive electrode of the secondary battery cell 20d.

バスバー60および64は、図示しない負荷と接続される。また、バスバー60および64は、図示しない充電機器、たとえば自動車においてはジェネレータにも接続されている。このため、二次電池セル20a〜20dは、負荷への電圧供給および充電機器からの充電が可能である。   Bus bars 60 and 64 are connected to a load (not shown). Bus bars 60 and 64 are also connected to a charging device (not shown), for example, a generator in an automobile. For this reason, the secondary battery cells 20a to 20d can supply voltage to the load and be charged from the charging device.

拘束板30および31は、複数の二次電池セル20a〜20dの両側に、筐体の面積が相対的に大きい面に対応して配置される。拘束ロッド40は、拘束板30および31の間を結合する。   The restraint plates 30 and 31 are arranged on both sides of the plurality of secondary battery cells 20a to 20d so as to correspond to surfaces having a relatively large housing area. The restraining rod 40 couples between the restraining plates 30 and 31.

図2は、図1におけるII−II断面図である。   2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

図2を参照して、二次電池セル20a〜20dの筐体および圧力センサ50は、両側に設けられた拘束板30,31の間に一体的に拘束される。したがって、圧力センサ50は、二次電池セル20a〜20dの筐体に作用する圧力を、筐体に対して押付け力が作用した状態で測定できる。   Referring to FIG. 2, the housings of the secondary battery cells 20 a to 20 d and the pressure sensor 50 are integrally restrained between restraining plates 30 and 31 provided on both sides. Therefore, the pressure sensor 50 can measure the pressure acting on the casings of the secondary battery cells 20a to 20d in a state where the pressing force is applied to the casing.

各筐体内部では、充放電現象に伴う膨張・収縮によって正極21および負極22に体積変化が生じているので、圧力センサ50による測定値は、二次電池セル20a〜20d全体での、正極21および負極22の両方の体積変化を反映したものとなる。図1に示されるように、圧力センサ50による圧力検出値Pは、ECU100へ送られる。   Inside each housing, volume changes occur in the positive electrode 21 and the negative electrode 22 due to expansion / contraction associated with the charge / discharge phenomenon. Therefore, the measured values by the pressure sensor 50 are the positive electrode 21 in the entire secondary battery cells 20a to 20d. It reflects the volume change of both the negative electrode 22 and the negative electrode 22. As shown in FIG. 1, the pressure detection value P by the pressure sensor 50 is sent to the ECU 100.

拘束板30,31および拘束ロッド40によって、二次電池セル20a〜20dおよび圧力センサ50を一体的に拘束する構成とすることにより、圧力測定に必要な拘束構造をコンパクトに実現できるので、残存容量推定システム10全体の小型化が図られる。   Since the secondary battery cells 20a to 20d and the pressure sensor 50 are integrally restrained by the restraining plates 30, 31 and the restraining rod 40, the restraint structure necessary for pressure measurement can be realized in a compact manner, so that the remaining capacity The overall estimation system 10 can be reduced in size.

再び図1を参照して、温度センサ70は、正極21および負極22の温度を検知するために、二次電池セル20a〜20dの少なくとも1つに設けられる。図1の構成例では、温度センサ70は、二次電池セル20aの筐体外部に、測定対象となる正極21または負極22の温度に応じて温度が変化するような部位に対応して配置される。温度センサ70による温度検出値Tは、ECU100へ送られる。   Referring to FIG. 1 again, temperature sensor 70 is provided in at least one of secondary battery cells 20a to 20d in order to detect the temperature of positive electrode 21 and negative electrode 22. In the configuration example of FIG. 1, the temperature sensor 70 is disposed outside the housing of the secondary battery cell 20 a so as to correspond to a part where the temperature changes according to the temperature of the positive electrode 21 or the negative electrode 22 to be measured. The The temperature detection value T by the temperature sensor 70 is sent to the ECU 100.

ECU100は、圧力センサ50からの圧力検出値Pおよび温度センサ70からの温度検出値Tに基づいて、二次電池の残存容量の指標となるSOCを算出する。たとえば、ECU100は、所定のプログラム・データ等を記憶するROM,RAM等(図示せず)および、当該プログラムに従った演算処理を逐次実行するためのCPU、MPU等(図示せず)を組み合わせたマイクロコンピュータにより構成される。   ECU 100 calculates an SOC that serves as an index of the remaining capacity of the secondary battery, based on pressure detection value P from pressure sensor 50 and temperature detection value T from temperature sensor 70. For example, the ECU 100 combines a ROM, RAM, etc. (not shown) for storing predetermined program data, etc., and a CPU, MPU, etc. (not shown) for sequentially executing arithmetic processing according to the program. Consists of a microcomputer.

ここで、図1に示された構成とこの発明の構成との対応関係とを説明すれば、二次電池セル20a〜20dの各々がこの発明の「二次電池」に相当し、拘束板30,31および拘束ロッド40がこの発明の「拘束手段」に相当する。さらに、圧力センサ50および温度センサ70がこの発明の「圧力測定部」および「温度測定部」に対応し、ECU100がこの発明の「状態推定手段」に相当する。   Here, the correspondence between the configuration shown in FIG. 1 and the configuration of the present invention will be described. Each of the secondary battery cells 20a to 20d corresponds to the “secondary battery” of the present invention, and the restraint plate 30 , 31 and the restraining rod 40 correspond to the “restraining means” of the present invention. Further, the pressure sensor 50 and the temperature sensor 70 correspond to the “pressure measurement unit” and the “temperature measurement unit” of the present invention, and the ECU 100 corresponds to the “state estimation unit” of the present invention.

各二次電池セル20a〜20dにおいて、正極21および負極22は、充電によって膨張し、かつ放電にすることによって収縮するため、その体積が相対的に大きい領域ではSOCが高くなり、体積が相対的に低い領域ではSOCが小さくなる。   In each of the secondary battery cells 20a to 20d, since the positive electrode 21 and the negative electrode 22 expand by charging and contract by discharging, the SOC increases in a region where the volume is relatively large, and the volume is relatively high. In a very low region, the SOC becomes small.

図3を参照して、このような正極21および負極22の体積変化は、二次電池セル20a〜20dの筐体に作用する圧力の変化として、圧力センサ50により検知される。したがって、圧力センサ50による圧力検出値Pが高い領域ではSOCも高くなり、圧力検出値Pが小さい領域ではSOCも小さくなる。   Referring to FIG. 3, such a change in volume of positive electrode 21 and negative electrode 22 is detected by pressure sensor 50 as a change in pressure acting on the casings of secondary battery cells 20a to 20d. Therefore, the SOC increases in a region where the pressure detection value P by the pressure sensor 50 is high, and the SOC decreases in a region where the pressure detection value P is small.

この実施の形態では、圧力センサ50を筐体外部に配置して、電極の体積変化を筐体に作用する圧力として測定している。これにより、特許文献1のように筐体内部において電極に直接センサを設ける構成と比較して、センサおよび信号取出用のワイヤの耐電解溶液性の問題やワイヤの筐体貫通部分における耐シール性の問題を考慮する必要がなくなるので、センサの取付けが簡易に行なえる。   In this embodiment, the pressure sensor 50 is disposed outside the housing, and the volume change of the electrode is measured as the pressure acting on the housing. As a result, as compared with the configuration in which the sensor is directly provided on the electrode inside the casing as in Patent Document 1, there is a problem of the electrolytic solution resistance of the sensor and the signal extraction wire and the sealing resistance at the portion of the wire penetrating through the casing. This eliminates the need to consider this problem, so that the sensor can be easily installed.

また、筐体内部でのワイヤ配索や、セパレータにセンサ配置用の凹みを設ける必要もなくなるので、より二次電池セルの設計が容易となり、安価で信頼性の高い圧力測定が可能となる。   In addition, since it is not necessary to wire the inside of the housing or to provide a recess for arranging the sensor in the separator, the secondary battery cell can be easily designed, and inexpensive and highly reliable pressure measurement can be performed.

また、特許文献1のように電極に直接センサを設ける構成では、センサ配置部分での充放電反応が期待できなくなるため、極力小さいセンサが求められる。このため、電極全面で圧力を測定することは不可能であり、電極の局部的な体積変化しか測定することができない。このため、電極の局所部分での圧力に基づいて二次電池全体のSOCを推定することとなる。これに対して、この実施の形態のように、筐体外部に圧力センサを配置する構成によれば、セル側面全体で圧力検知を行なうことができるため、電極全体の体積変化を反映した、二次電池全体でのSOC推定が可能となる。   Further, in the configuration in which the sensor is directly provided on the electrode as in Patent Document 1, a charge / discharge reaction at the sensor arrangement portion cannot be expected, so a sensor as small as possible is required. For this reason, it is impossible to measure the pressure over the entire surface of the electrode, and only a local volume change of the electrode can be measured. For this reason, the SOC of the entire secondary battery is estimated based on the pressure at the local portion of the electrode. On the other hand, according to the configuration in which the pressure sensor is arranged outside the housing as in this embodiment, pressure detection can be performed on the entire side surface of the cell, which reflects the volume change of the entire electrode. The SOC can be estimated for the entire secondary battery.

さらに、図3に示されるように、圧力PおよびSOCの間の関係を示す特性線は、電極温度T♯をパラメータとして変化する。   Further, as shown in FIG. 3, the characteristic line indicating the relationship between pressure P and SOC changes using electrode temperature T # as a parameter.

たとえば、ニッケル水素電池の場合では、水素吸蔵合金の水素吸蔵量は温度に応じて変化する。このため、SOCが同じ状態でも、筐体内に存在する水素について、水素吸蔵合金内に存在する量とガスとして存在する量の比は、温度によって異なる。また、水素吸蔵合金で構成された電極(負極)の体積変化は、その水素吸蔵量に依存する。このため、電極の体積が同等、すなわち圧力検出値Pが同等であっても、電極温度T♯によってSOCは異なってくる。他の二次電池についても、実験的にデータ採取を行なうと、上記特性線は同様に電極温度T♯をパラメータとして変化することが、発明者により確認されている。   For example, in the case of a nickel metal hydride battery, the hydrogen storage amount of the hydrogen storage alloy changes according to the temperature. For this reason, even if the SOC is the same, the ratio of the amount present in the hydrogen storage alloy to the amount present as gas for the hydrogen present in the housing varies depending on the temperature. Moreover, the volume change of the electrode (negative electrode) comprised with the hydrogen storage alloy depends on the hydrogen storage amount. For this reason, even if the volume of the electrode is the same, that is, the detected pressure value P is the same, the SOC varies depending on the electrode temperature T #. It has been confirmed by the inventor that the above characteristic line also changes with the electrode temperature T # as a parameter when data is experimentally collected for other secondary batteries.

なお、SOC推定を始めとする電池の状態量推定には、正極21および負極22を直接測温した電極温度T♯を用いることが好ましい。しかしながら、実際のシステム構成上は電極を直接測温することが困難である。   In addition, it is preferable to use the electrode temperature T # obtained by directly measuring the temperature of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 for the estimation of the state quantity of the battery including the SOC estimation. However, it is difficult to directly measure the temperature of the electrode in an actual system configuration.

したがって、この実施の形態では、図1に示すように、電極温度に近い温度を示す筐体外面部位を測温する。すなわち、温度センサ70は、筐体外表面において、構造上電極21,22から近く、かつ電極からの熱伝導のよい部位、すなわち電極と測温部位間に熱伝導率の小さな部品や空間が介在していない部位に配置することが好ましい。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, temperature measurement is performed on a housing outer surface portion showing a temperature close to the electrode temperature. That is, the temperature sensor 70 is structurally close to the electrodes 21 and 22 on the outer surface of the housing and has a part with good thermal conductivity from the electrodes, that is, a part or space having low thermal conductivity between the electrode and the temperature measuring part. It is preferable to arrange in the part which is not.

温度センサ70については、単一セルに複数個、あるいは複数セルに渡って複数個配置する構成としてもよい。   A plurality of temperature sensors 70 may be arranged in a single cell or a plurality of temperature sensors.

また、必要に応じて、温度センサ70の配置部位の温度と電極温度との予め実験的に求めておいて、SOC推定に反映することも可能である。   If necessary, the temperature of the arrangement site of the temperature sensor 70 and the electrode temperature can be experimentally obtained in advance and reflected in the SOC estimation.

このように、この発明に従う残存容量推定では、ECU100は、電極の体積変化を反映した圧力検出値Pに加えて、電極温度を反映した温度検出値Tをさらに用いてSOCを算出する。   Thus, in the remaining capacity estimation according to the present invention, ECU 100 calculates SOC by further using temperature detection value T reflecting the electrode temperature in addition to pressure detection value P reflecting the volume change of the electrode.

ECU100におけるSOC算出は、図3に示した特性線に基づき、たとえば以下のような方法で実施できる。   The SOC calculation in the ECU 100 can be performed by the following method, for example, based on the characteristic line shown in FIG.

図4は、ECUによるSOC推定ルーチンを説明するフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart for explaining the SOC estimation routine by the ECU.

図4を参照して、SOC推定ルーチンは、所定周期ごとに起動される。SOC推定ルーチンが起動されると、まず圧力センサ50の測定値がサンプリングされる(ステップS100)。これにより、図3における圧力検出値PがECU100に送られる。上述のように、圧力検出値Pには筐体内部の電極の体積変化が反映されているので、このステップS100は、電極(正極および負極の少なくとも一方)の体積変化を検知するステップに相当する。   Referring to FIG. 4, the SOC estimation routine is started every predetermined cycle. When the SOC estimation routine is started, the measurement value of the pressure sensor 50 is first sampled (step S100). Thereby, the pressure detection value P in FIG. 3 is sent to the ECU 100. As described above, since the volume change of the electrode inside the housing is reflected in the pressure detection value P, this step S100 corresponds to a step of detecting the volume change of the electrode (at least one of the positive electrode and the negative electrode). .

さらに、温度センサ70の測定値がサンプリングされて、温度検出値TがECU100へ送られる(ステップS110)。上述のように、温度検出値Tには図3における電極温度T♯が反映されているので、ステップS110は、電極(正極および負極の少なくとも一方)の温度を検知するステップに相当する。   Further, the measurement value of the temperature sensor 70 is sampled, and the temperature detection value T is sent to the ECU 100 (step S110). As described above, since electrode temperature T # in FIG. 3 is reflected in temperature detection value T, step S110 corresponds to a step of detecting the temperature of the electrode (at least one of the positive electrode and the negative electrode).

なお、上記ステップS100およびS110の実行順序は特に規定されず、両者を並行したタイミングで行なうことが好ましい。   Note that the execution order of the above steps S100 and S110 is not particularly defined, and it is preferable to carry out both in parallel.

次に、サンプリングされた圧力検出値Pおよび温度検出値Tに基づき、予め設定された相関関係から、具体的には図5に示すマップを参照して、SOCが算出される(ステップS130)。   Next, based on the sampled pressure detection value P and temperature detection value T, the SOC is calculated from the preset correlation, specifically referring to the map shown in FIG. 5 (step S130).

図5は、この発明の実施の形態によるSOC推定マップの例である。   FIG. 5 is an example of the SOC estimation map according to the embodiment of the present invention.

図5を参照して、SOC推定マップは、圧力検出値Pおよび温度検出値Tに応じた二次元マップで構成され、ECU100内に予め格納される。   Referring to FIG. 5, the SOC estimation map is constituted by a two-dimensional map corresponding to pressure detection value P and temperature detection value T, and is stored in ECU 100 in advance.

温度検出値Tに対応して、たとえば、T=−20℃、−10℃、0℃、10℃、20℃、30℃および40℃の10℃刻みで、圧力検出値PとSOCとの相関関係が設定される。たとえば、各温度域において、SOCが0(%)〜100(%)の範囲に対応する圧力検出値Pを10%刻みで設定する。このマップ値については、予め実験によって求めたデータに基づいて決定すればよい。   Corresponding to the temperature detection value T, for example, the correlation between the pressure detection value P and the SOC in increments of 10 ° C. of T = −20 ° C., −10 ° C., 0 ° C., 10 ° C., 20 ° C., 30 ° C. and 40 ° C. A relationship is set. For example, in each temperature range, the pressure detection value P corresponding to the SOC in the range of 0 (%) to 100 (%) is set in increments of 10%. The map value may be determined based on data obtained in advance through experiments.

図4でのステップS130では、温度検出値Tに応じて、2次元マップから1つの行が選択され、かつ、この選択行のマップ値を用いて圧力検出値Pに対応するSOCが算出される。すなわち、ステップS130は、この発明における「二次電池の状態を推定するステップ」に相当する。   In step S130 in FIG. 4, one row is selected from the two-dimensional map according to the temperature detection value T, and the SOC corresponding to the pressure detection value P is calculated using the map value of the selected row. . That is, step S130 corresponds to the “step of estimating the state of the secondary battery” in the present invention.

一例として、温度検出値Tが20℃であった場合には、圧力検出値PがPa0〜Pa10と比較され、マップ値間の補間によって対応するSOC(%)が算出される。なお、マップ値間の補間については、線形補間とすることが演算負荷上好ましいが、非線形の補間とすることも可能である。   As an example, when the temperature detection value T is 20 ° C., the pressure detection value P is compared with Pa0 to Pa10, and the corresponding SOC (%) is calculated by interpolation between map values. It should be noted that the interpolation between the map values is preferably a linear interpolation in terms of calculation load, but may be a non-linear interpolation.

なお、温度検出値Tが所定の刻み幅の中間値である場合には、2次元マップから当該温度検出値の存在範囲に対応させて2つの行を選択し、それぞれの選択行で算出された2つのSOC値を温度によりさらに補間して、最終的な推定SOCを算出してもよい。   When the temperature detection value T is an intermediate value of a predetermined step size, two rows are selected from the two-dimensional map corresponding to the range of the temperature detection value, and the calculation is performed for each selected row. The final estimated SOC may be calculated by further interpolating the two SOC values with the temperature.

このように、この発明による二次電池の状態推定方法およびシステムによれば、温度によって電極の体積変化特性が変化する点を考慮するので、高精度で残存容量(SOC)を推定できる。また、電極の温度および体積変化の測定に基づいた推定を行なうので、二次電池の通電状態に左右されず、充放電中にも残存容量(SOC)を推定できる。   Thus, according to the state estimation method and system of the secondary battery according to the present invention, the remaining capacity (SOC) can be estimated with high accuracy because the volume change characteristic of the electrode changes with temperature. Further, since the estimation is performed based on the measurement of the temperature and volume change of the electrode, the remaining capacity (SOC) can be estimated even during charging / discharging regardless of the energized state of the secondary battery.

さらに、二次電池セルの筐体外部に圧力センサおよび温度センサを配置するシステム構成であるので、センサの取付け構造が複雑化することなく、安価な構成で信頼性の高い残存容量(SOC)推定を実現できる。   Furthermore, since the pressure sensor and the temperature sensor are arranged outside the casing of the secondary battery cell, the remaining capacity (SOC) can be estimated with a low-cost configuration without complicating the sensor mounting structure. Can be realized.

また、予め実験データ等に基づいて作成した二次元マップを参照してSOCを算出する構成としているので、非線形等の演算式に直接代入してSOCを算出する場合と比較して、ECU100での演算を簡易化してその処理負荷を軽減できる。   In addition, since the SOC is calculated with reference to a two-dimensional map created in advance based on experimental data or the like, compared with the case where the SOC is calculated by directly substituting it into an arithmetic expression such as non-linearity, the ECU 100 It is possible to simplify the calculation and reduce the processing load.

なお、図1に示した構成例では、複数の二次電池セル20a〜20dが直列接続される構成を代表的に示したが、この発明の適用に際して二次電池セルの接続形態は特に限定されない。たとえば、1個の二次電池セルに対して、あるいは、複数の二次電池セルを並列接続あるいは直並列接続した構成に対しても、筐体に対して拘束された圧力センサを用いて、SOCに代表される電池の状態量を推定する本発明の構成を適用可能である。   In the configuration example shown in FIG. 1, a configuration in which a plurality of secondary battery cells 20a to 20d are connected in series is representatively shown, but the connection form of the secondary battery cells is not particularly limited when the present invention is applied. . For example, even with respect to one secondary battery cell or a configuration in which a plurality of secondary battery cells are connected in parallel or in series and parallel, a pressure sensor constrained with respect to the casing is used to It is possible to apply the configuration of the present invention that estimates the state quantity of a battery represented by

なお、二次電池セルの拘束構造についても、図1に示した例に限定されるものではなく、セル内部での電極の体積変化をセル筐体(外槽)外部に取付けた圧力センサによって検知可能であれば、任意の構造を適用可能である。   The secondary battery cell constraining structure is not limited to the example shown in FIG. 1, and a change in the volume of the electrode inside the cell is detected by a pressure sensor attached outside the cell casing (outer tank). Any structure can be applied if possible.

(定量的な劣化度合い把握への適用)
図1に示した残存容量推定システムと同様の構成の二次電池の状態推定システムにおいて、マップを適宜準備することにより二次電池の他の状態量を推定することも可能である。たとえば、電池の劣化に応じて変化する、入力可能電力、出力可能電力および満充電容量等の状態量を推定することも可能である。
(Applicable to grasping quantitative deterioration level)
In the state estimation system of the secondary battery having the same configuration as the remaining capacity estimation system shown in FIG. 1, it is possible to estimate other state quantities of the secondary battery by appropriately preparing a map. For example, it is also possible to estimate state quantities such as input possible power, output possible power, and full charge capacity, which change according to battery deterioration.

二次電池の電極材料は、いわゆる劣化反応の進行により、その使用過程において経時変化する。劣化反応には様々な種類が存在し、例えば活物質そのものの割れや不可逆的な化学変化、活物質と電解液や結着材等の活物質以外の物質との化学変化、結着材等の充放電とは無関係な構成材の化学変化など、種々の化学変化が複合して劣化が進行する。   The electrode material of the secondary battery changes with time in the process of use due to the progress of so-called deterioration reaction. There are various types of degradation reactions, such as cracking of the active material itself and irreversible chemical changes, chemical changes between the active material and non-active materials such as electrolytes and binders, binders, etc. Degradation progresses by combining various chemical changes such as chemical changes in the constituent materials that are unrelated to charge / discharge.

これらの化学変化には体積変化を伴うものが多々存在するため、二次電池の劣化は、電極の体積変化として現れる。上記のような拘束構造を備えた状態推定システムでは、電極の体積変化は、圧力センサ50によって測定される圧力検出値P(拘束応力)へ反映される。   Since many of these chemical changes are accompanied by a volume change, the deterioration of the secondary battery appears as a volume change of the electrode. In the state estimation system having the constraint structure as described above, the volume change of the electrode is reflected in the pressure detection value P (restraint stress) measured by the pressure sensor 50.

したがって、電池の劣化度に応じて変化する、入力可能電力、出力可能電力および満充電容量等の状態量に関して、劣化の進行に伴う拘束応力(圧力検出値)および状態量の変化を実験的に予め測定し、両者の対応関係を求めることができる。また、電極の体積変化および拘束応力には、温度も影響を及ぼすので、図5と同様の二次元テーブルを、電池の入力可能電力、出力可能電力および満充電容量に関して作成することにより、これらの状態量についても残存容量(SOC)と同様に、高精度に推定することができる。   Therefore, with regard to state quantities such as input possible power, output possible power, and full charge capacity that change according to the degree of deterioration of the battery, experimental changes in restraint stress (pressure detection value) and state quantities accompanying the progress of deterioration It is possible to obtain a correspondence between the two by measuring in advance. In addition, since the temperature affects the volume change and restraint stress of the electrode, a two-dimensional table similar to that shown in FIG. 5 is created for the input power, output power, and full charge capacity of the battery. Similarly to the remaining capacity (SOC), the state quantity can be estimated with high accuracy.

図6は、ECUによる劣化度推定ルーチンを説明するフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart for explaining a deterioration degree estimation routine by the ECU.

図6を参照して、劣化度推定ルーチンは、所定周期ごとに起動される。起動後には、SOC推定ルーチンと同様に、圧力センサ50の測定値サンプリング(ステップS100)および温度センサ70の測定値がサンプリング(ステップS110)が実行される。   Referring to FIG. 6, the deterioration degree estimation routine is started every predetermined period. After the activation, the measurement value sampling of the pressure sensor 50 (step S100) and the measurement value of the temperature sensor 70 are sampled (step S110) as in the SOC estimation routine.

さらに、サンプリングされた圧力検出値Pおよび温度検出値Tに基づき、予め設定された相関関係から、具体的には図7,8に示すマップの参照により、劣化度を推定した、その時点での入力可能電力、出力可能電力および満充電容量が推定される(ステップ130)。すなわち、ステップS130は、この発明における「二次電池の状態を推定するステップ」に相当する。   Furthermore, based on the sampled pressure detection value P and temperature detection value T, the degree of deterioration was estimated from the preset correlation, specifically by referring to the maps shown in FIGS. Inputtable power, outputable power, and full charge capacity are estimated (step 130). That is, step S130 corresponds to the “step of estimating the state of the secondary battery” in the present invention.

図7に示すように、入力可能電力および出力可能電力の推定マップは、二次元マップで構成され、ECU100内に予め格納される。   As shown in FIG. 7, the estimated map of the input power and the output power is a two-dimensional map and is stored in advance in ECU 100.

この二次元マップでは、温度検出値Tに対応して、たとえば、T=−20℃〜40℃の範囲に10℃刻みで、圧力検出値Pと入力可能電力(または出力可能電力)との相関関係が設定される。たとえば、各温度域において、入力可能電力(または出力可能電力)が0(%)〜100(%)の範囲に対応する圧力検出値Pが、予め実験によって求めたデータに基づいて、10%刻みで設定される。ここで、100(%)が初期状態(劣化無)における入力可能電力(または出力可能電力)に相当する。すなわち、100(%)からの低下量が、入力可能電力(または出力可能電力)に関する定量的な劣化量に相当する。   In this two-dimensional map, in correspondence with the temperature detection value T, for example, the correlation between the pressure detection value P and the input power (or output power) in increments of 10 ° C. in the range of T = −20 ° C. to 40 ° C. A relationship is set. For example, in each temperature range, the pressure detection value P corresponding to the range where the input power (or output power) is 0 (%) to 100 (%) is 10% increments based on data obtained in advance by experiments. Set by. Here, 100 (%) corresponds to input possible power (or output possible power) in the initial state (no deterioration). That is, the amount of decrease from 100 (%) corresponds to a quantitative amount of deterioration related to input possible power (or output possible power).

一例として、温度検出値Tが20℃であった場合には、圧力検出値PがPb0〜Pb10と比較され、マップ値間の補間によって対応する入力可能電力(または出力可能電力)が算出される。なお、マップ値間の補間については、線形補間とすることが演算負荷上好ましいが、非線形の補間とすることも可能である。また、上記のように、温度に関しても2つのマップ行からそれぞれ得られた推定値を補間して、最終的な推定値を算出してもよい。   As an example, when the temperature detection value T is 20 ° C., the pressure detection value P is compared with Pb0 to Pb10, and the corresponding input possible power (or output possible power) is calculated by interpolation between the map values. . It should be noted that the interpolation between the map values is preferably a linear interpolation in terms of calculation load, but may be a non-linear interpolation. Further, as described above, the final estimated value may be calculated by interpolating the estimated values respectively obtained from the two map rows.

なお、マップ設定において、入力可能電力(または出力可能電力)を初期状態に対する比率(%)ではなく、電力量(W)で直接規定してもよい。   In the map setting, the power that can be input (or power that can be output) may be directly defined by the amount of power (W) instead of the ratio (%) to the initial state.

また、図8に示すように、満充電容量の推定マップについても、二次元マップで構成され、ECU100内に予め格納される。   Further, as shown in FIG. 8, the full charge capacity estimation map is also composed of a two-dimensional map and stored in advance in the ECU 100.

この二次元マップにおいても、たとえば、T=−20℃〜40℃の範囲に10℃刻みで、満充電容量と圧力検出値Pとの相関関係が設定される。たとえば、各温度域において、満充電容量が0(%)〜100(%)の範囲に対応する圧力検出値Pが、予め実験によって求めたデータに基づいて、10%刻みで設定される。ここで、100(%)が初期状態(劣化無)における満充電容量に相当する。すなわち、100(%)からの低下量が、満充電容量に関する定量的な劣化量に相当する。   Also in this two-dimensional map, for example, the correlation between the full charge capacity and the pressure detection value P is set in increments of 10 ° C. within a range of T = −20 ° C. to 40 ° C. For example, in each temperature range, the pressure detection value P corresponding to the range where the full charge capacity is 0 (%) to 100 (%) is set in increments of 10% based on data obtained by experiments in advance. Here, 100 (%) corresponds to the full charge capacity in the initial state (no deterioration). That is, the amount of decrease from 100 (%) corresponds to a quantitative deterioration amount related to the full charge capacity.

一例として、温度検出値Tが20℃であった場合には、圧力検出値PがPc0〜Pc10と比較され、マップ値間の補間によって対応する満充電容量が算出される。なお、マップ値間の補間については、線形補間とすることが演算負荷上好ましいが、非線形の補間とすることも可能である。また、上記のように、温度に関しても2つのマップ行からそれぞれ得られた推定値を補間して、最終的な推定値を算出してもよい。   As an example, when the temperature detection value T is 20 ° C., the pressure detection value P is compared with Pc0 to Pc10, and the corresponding full charge capacity is calculated by interpolation between map values. It should be noted that the interpolation between the map values is preferably a linear interpolation in terms of calculation load, but may be a non-linear interpolation. Further, as described above, the final estimated value may be calculated by interpolating the estimated values respectively obtained from the two map rows.

なお、マップ設定において、満充電容量を初期状態に対する比率(%)ではなく、容量値(Ah)で直接規定してもよい。   In the map setting, the full charge capacity may be directly defined by the capacity value (Ah) instead of the ratio (%) to the initial state.

このように、電池の劣化度合いを反映して変化する状態量である、その時点での入力可能電力、出力可能電力および満充電容量を把握することにより、二次電池の充放電制御における充電制限および放電制限をより精密に行なって、過放電および過充電を安定的に回避できる。特に、ハイブリッド自動車搭載時には、電池の使用可能範囲を広げて、内燃機関との間でさらに効率的なエネルギー配分制御ができる可能性がある。   In this way, the charge limit in the charge / discharge control of the secondary battery is obtained by grasping the input possible power, output possible power and full charge capacity at that time, which is the state quantity that reflects the degree of deterioration of the battery. In addition, overdischarge and overcharge can be stably avoided by more precisely limiting the discharge. In particular, when a hybrid vehicle is mounted, there is a possibility that more efficient energy distribution control can be performed with the internal combustion engine by expanding the usable range of the battery.

以上説明した本発明による二次電池の状態推定方法およびシステムは、代表的には精密なSOC管理および充放電制御が必要なハイブリッド自動車に適用されるが、二次電池の状態(残存容量)を管理・制御する必要がある機器およびシステムに搭載される二次電池に対しても、共通に適用することが可能である。   The secondary battery state estimation method and system according to the present invention described above are typically applied to hybrid vehicles that require precise SOC management and charge / discharge control, but the state (remaining capacity) of the secondary battery is determined. The present invention can also be applied in common to secondary batteries mounted on devices and systems that need to be managed and controlled.

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 defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明に従う二次電池の残存容量推定システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the remaining capacity estimation system of the secondary battery according to this invention. 図1におけるII−II断面図である。It is II-II sectional drawing in FIG. 二次電池セルの筐体圧力および電極温度とSOCとの定性的な関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the qualitative relationship between the housing | casing pressure of a secondary battery cell, electrode temperature, and SOC. ECUによるSOC算出動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining SOC calculation operation | movement by ECU. この発明の実施の形態に用いられるSOC推定マップの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the SOC estimation map used for embodiment of this invention. ECUによる劣化度推定動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining degradation degree estimation operation | movement by ECU. この発明の実施の形態に用いられる入出力可能電力推定マップの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the input / output possible electric power estimation map used for embodiment of this invention. この発明の実施の形態に用いられる満充電容量推定マップの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the full charge capacity estimation map used for embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 残存容量推定システム、20a〜20d 二次電池セル、21 正極、22 負極、30,31 拘束板、40 拘束ロッド、50 圧力センサ、60〜64 バスバー、70 温度センサ、P 圧力検出値、T 温度検出値、T♯ 電極温度。   10 remaining capacity estimation system, 20a to 20d secondary battery cell, 21 positive electrode, 22 negative electrode, 30, 31 restraint plate, 40 restraint rod, 50 pressure sensor, 60 to 64 bus bar, 70 temperature sensor, P pressure detection value, T temperature Detected value, T # electrode temperature.

Claims (13)

正極および負極を筐体内に格納した二次電池の状態推定方法であって、
前記正極および負極の少なくとも一方の電極の体積変化を検知するステップと、
前記正極および負極の少なくとも一方の電極の温度を検知するためのステップと、
検知された前記体積変化および前記温度に基づいて、予め設定された相関関係から前記二次電池の状態を推定するステップとを備えた、二次電池の状態推定方法。
A method for estimating a state of a secondary battery in which a positive electrode and a negative electrode are stored in a housing,
Detecting a volume change of at least one of the positive electrode and the negative electrode;
Detecting the temperature of at least one of the positive electrode and the negative electrode;
Estimating the state of the secondary battery from a preset correlation based on the detected volume change and the temperature.
前記相関関係より、前記二次電池の状態として残存容量推定値が算出される、請求項1記載の二次電池の状態推定方法。   The secondary battery state estimation method according to claim 1, wherein an estimated remaining capacity value is calculated as the state of the secondary battery from the correlation. 前記相関関係より、前記二次電池の状態として劣化度合いを反映して変化する状態量の推定値が算出される、請求項1記載の二次電池の状態推定方法。   The state estimation method for a secondary battery according to claim 1, wherein an estimated value of a state quantity that reflects a degree of deterioration as the state of the secondary battery is calculated from the correlation. 前記相関関係は、当該二次電池について予め実験的に求められた、前記体積変化、前記温度および前記二次電池の状態を示す状態量の間の関係に基づいた二次元マップに設定される、請求項1記載の二次電池の状態推定方法。   The correlation is set in a two-dimensional map based on a relationship between the volume change, the temperature, and a state quantity indicating the state of the secondary battery, which is experimentally obtained in advance for the secondary battery. The state estimation method of the secondary battery of Claim 1. 正極および負極を筐体内に格納した二次電池と、
前記筐体の外面に対して取付けられた圧力測定部と、
前記筐体および前記圧力測定部の間に押付け力が生じるように拘束する拘束手段と、
前記正極および負極の少なくとも一方の電極の温度を検知するための温度測定部と、
前記圧力測定部による測定圧力および前記温度測定部による測定温度に基づいて、予め設定された相関関係から前記二次電池の状態を推定する状態推定手段とを備えた、二次電池の状態推定システム。
A secondary battery in which a positive electrode and a negative electrode are housed in a housing;
A pressure measurement unit attached to the outer surface of the housing;
Restraining means for restraining the pressing force to be generated between the housing and the pressure measuring unit;
A temperature measuring unit for detecting the temperature of at least one of the positive electrode and the negative electrode;
A state estimation system for a secondary battery, comprising state estimation means for estimating the state of the secondary battery from a preset correlation based on the pressure measured by the pressure measurement unit and the temperature measured by the temperature measurement unit .
前記状態推定手段は、前記相関関係より、前記二次電池の状態として残存容量推定値を算出する、請求項5記載の二次電池の状態推定システム。   6. The state estimation system for a secondary battery according to claim 5, wherein the state estimation means calculates an estimated remaining capacity value as the state of the secondary battery from the correlation. 前記状態推定手段は、前記相関関係より、劣化状態を反映して変化する状態量を推定する、請求項5記載の二次電池の状態推定システム。   6. The state estimation system for a secondary battery according to claim 5, wherein the state estimation unit estimates a state quantity that reflects a deterioration state based on the correlation. 前記状態推定手段は、前記劣化状態を反映して変化する状態量として、二次電池の入出力可能電力を推定する、請求項7記載の二次電池の状態推定システム。   The secondary battery state estimation system according to claim 7, wherein the state estimation unit estimates input / output possible power of the secondary battery as a state quantity that changes to reflect the deterioration state. 前記状態推定手段は、前記劣化状態を反映して変化する状態量として、二次電池の満充電容量を推定する、請求項7記載の二次電池の状態推定システム。   The secondary battery state estimation system according to claim 7, wherein the state estimation unit estimates a full charge capacity of the secondary battery as a state quantity that changes to reflect the deterioration state. 前記状態推定手段は、当該二次電池について予め実験的に求められた、前記測定圧力、前記測定温度および前記二次電池の状態を示す定量値の間の関係に基づいた二次元マップを参照して、前記定量値を算出する、請求項5記載の二次電池の状態推定システム。   The state estimating means refers to a two-dimensional map based on a relationship among the measured pressure, the measured temperature, and a quantitative value indicating the state of the secondary battery, which is experimentally obtained in advance for the secondary battery. The state estimation system for a secondary battery according to claim 5, wherein the quantitative value is calculated. 前記温度測定部は、前記筐体の外面のうちの、前記少なくとも一方の電極の温度に応じて自身の温度が変化する部位に対応して設けられる、請求項5記載の二次電池の状態推定システム。   The state estimation of the secondary battery according to claim 5, wherein the temperature measuring unit is provided corresponding to a portion of the outer surface of the housing where its temperature changes according to the temperature of the at least one electrode. system. 前記二次電池は、互いに電気的に接続されて複数個配置され、
前記圧力測定部は、少なくとも1個の前記二次電池の筐体に取付けられ、
前記拘束手段は、
連続的に配置された、前記複数個の二次電池および圧力測定部の両側にそれぞれ配置された拘束板と、
前記拘束板の間を結合する拘束ロッドとを含む、請求項5記載の二次電池の状態推定システム。
A plurality of the secondary batteries are electrically connected to each other and arranged.
The pressure measuring unit is attached to a housing of at least one secondary battery,
The restraining means is
A constraining plate disposed on both sides of the plurality of secondary batteries and the pressure measuring unit, which are continuously disposed;
The state estimation system for a secondary battery according to claim 5, further comprising a restraining rod that couples between the restraining plates.
前記二次電池は、単一セルで構成され、
前記圧力測定部は、前記二次電池の筐体に取付けられ、
前記拘束手段は、前記二次電池および圧力測定部の両側にそれぞれ配置された拘束板と、
前記拘束板の間を結合する拘束ロッドとを含む、請求項5記載の二次電池の状態推定システム。
The secondary battery is composed of a single cell,
The pressure measuring unit is attached to a casing of the secondary battery,
The restraining means includes restraining plates disposed on both sides of the secondary battery and the pressure measuring unit,
The state estimation system for a secondary battery according to claim 5, further comprising a restraining rod that couples between the restraining plates.
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