JP5694088B2 - Secondary battery deterioration management system - Google Patents

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Description

この発明は、二次電池の劣化管理システムに関し、より特定的には、二次電池の内部状態を推定可能な電池モデル中のパラメータ値の変化に基づく二次電池の劣化管理に関する。   The present invention relates to a secondary battery deterioration management system, and more particularly to secondary battery deterioration management based on changes in parameter values in a battery model capable of estimating the internal state of the secondary battery.

再充電可能な二次電池によって負荷へ電源を供給し、かつ必要に応じて当該負荷の運転中にも当該二次電池を充電可能な構成とした電源システムが用いられている。代表的には、二次電池によって駆動される電動機を駆動力源として備えた、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両がこのような電源システムを搭載している。   A power supply system is used in which power is supplied to a load by a rechargeable secondary battery, and the secondary battery can be charged even during operation of the load as necessary. Typically, an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle equipped with an electric motor driven by a secondary battery as a driving force source is equipped with such a power supply system.

電動車両の電源システムでは、二次電池の蓄積電力が駆動力源としての電動機の駆動電力として用いられるほか、この電動機が回生発電したときの発電電力やエンジンの回転に伴って発電する発電機の発電電力等によってこの二次電池が充電される。したがって、二次電池の充放電管理において、満充電状態に対する充電率(SOC:State of Charge)を正確に推定することが要求される。すなわち、二次電池の充電率を、充放電中や充放電直後にも正確に逐次推定して、二次電池の過剰な充放電を制限する必要がある。また、二次電池の電池パラメータ(内部抵抗等)は、使用に伴い徐々に変化(劣化)していくので、このような経年劣化に対応して、二次電池の状態を精度よく推定することが求められる。   In the power supply system of an electric vehicle, the stored power of the secondary battery is used as the drive power of the electric motor as the driving force source, and the electric power generated when the electric motor regenerates and the generator that generates power with the rotation of the engine. The secondary battery is charged by generated power or the like. Therefore, in charge / discharge management of the secondary battery, it is required to accurately estimate a state of charge (SOC) with respect to a fully charged state. That is, it is necessary to accurately estimate the charging rate of the secondary battery even during charging / discharging or immediately after charging / discharging to limit excessive charging / discharging of the secondary battery. In addition, since the battery parameters (internal resistance, etc.) of the secondary battery gradually change (deteriorate) with use, it is necessary to accurately estimate the state of the secondary battery corresponding to such aging deterioration. Is required.

たとえば、特許文献1(特開2008−241246号公報)、特許文献2(特開2010−60384号公報)および特許文献3(特開2010−60406号公報)には、二次電池の活物質内部での反応関与物質(代表的には、リチウムイオン二次電池におけるリチウム)の濃度分布を推定するための拡散方程式モデルを含む電池モデルによって、電池内部でのリチウム濃度分布を含む内部状態に基づいて二次電池のSOCを推定することが記載されている。   For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-241246), Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-60384), and Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-60406) describe the inside of an active material of a secondary battery. Based on the internal state including the lithium concentration distribution inside the battery by the battery model including the diffusion equation model for estimating the concentration distribution of the reaction participating substance (typically lithium in the lithium ion secondary battery) It is described that the SOC of the secondary battery is estimated.

さらに、特許文献1〜3には、この電池モデル式中のパラメータである直流抵抗および拡散係数(拡散抵抗)について、二次電池の使用中にオンラインでパラメータ同定を実行することが記載されている。そして、パラメータ同定によって求められた現在のパラメータ値について、初期状態値からの変化率(パラメータ変化率)を求めることによって、二次電池の劣化を評価することが記載されている。   Further, Patent Documents 1 to 3 describe that parameter identification is performed online during use of the secondary battery with respect to DC resistance and diffusion coefficient (diffusion resistance), which are parameters in the battery model formula. . Then, it is described that the deterioration of the secondary battery is evaluated by obtaining the change rate (parameter change rate) from the initial state value for the current parameter value obtained by parameter identification.

また、特許文献4(特開2011−15520号公報)には、特許文献1〜3に従った電池モデルを用いて車両に搭載された二次電池の現在の状態を推定する際に、パラメータ変化率を学習することが記載されている。特に、特許文献1〜3と同様の直流抵抗のパラメータ変化率および拡散係数のパラメータ変化率について、電池温度およびSOCによって区分されたマップを用いて、オンラインで学習することが記載されている。これにより、内部抵抗の挙動が電池温度およびSOCによって変化することに対応させて、パラメータ変化率を高精度に推定することができる。この結果、電池モデル式におけるパラメータ値の誤差を抑制することにより、SOCを含む二次電池の状態の推定誤差を減少することができる。   Patent Document 4 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-15520) discloses a parameter change when estimating a current state of a secondary battery mounted on a vehicle using a battery model according to Patent Documents 1 to 3. Learning to rate is described. In particular, it is described that the parameter change rate of the direct current resistance and the parameter change rate of the diffusion coefficient similar to those of Patent Documents 1 to 3 are learned online using a map classified by battery temperature and SOC. Thereby, it is possible to estimate the parameter change rate with high accuracy in correspondence with the behavior of the internal resistance changing with the battery temperature and the SOC. As a result, the estimation error of the state of the secondary battery including the SOC can be reduced by suppressing the error of the parameter value in the battery model formula.

さらに、特許文献4では、車両外部の電源によって充電可能な車載二次電池について、当該電源による外部充電中に、所定の試験パターンに従った実際の充放電試験(以下、「I−V試験」とも称する)を実行することによって、二次電池の現在の直流抵抗および拡散係数を算出することが記載されている。さらに、この機会に算出された直流抵抗および拡散係数が反映された電池モデル式を用いて、I−V試験をソフトウェア上で模擬的に実行することにより、二次電池の内部抵抗の増加率を算出することが記載されている。   Furthermore, in Patent Document 4, an in-vehicle secondary battery that can be charged by a power source external to the vehicle is subjected to an actual charge / discharge test (hereinafter referred to as “IV test”) according to a predetermined test pattern during external charging by the power source. The current direct current resistance and the diffusion coefficient of the secondary battery are calculated by executing (also referred to as). Furthermore, by using the battery model formula that reflects the DC resistance and diffusion coefficient calculated at this opportunity, the IV test is performed on the software in a simulated manner, thereby increasing the increase rate of the internal resistance of the secondary battery. The calculation is described.

特許文献5(特開2007−5304号公報)には、二次電池に関するモデルパラメータを回帰分析によって推定する際に、時間重み係数の最適な値を決定することによる可変忘却係数を導入することが記載されている。これにより、最近得られたデータに早期な影響を与えるようにして、パラメータを推定することができる。   Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-5304) introduces a variable forgetting factor by determining an optimum value of a time weighting factor when estimating a model parameter related to a secondary battery by regression analysis. Have been described. This makes it possible to estimate the parameters so as to have an early influence on recently obtained data.

特開2008−241246号公報JP 2008-241246 A 特開2010−60384号公報JP 2010-60384 A 特開2010−60406号公報JP 2010-60406 A 特開2011−15520号公報JP 2011-15520 A 特開2007−5304号公報JP 2007-5304 A

特許文献4では、外部充電の際に実際のI−V試験によって求められた直流抵抗および拡散係数を反映した電池モデルを用いて、ソフトウェア上で仮想的に実行されたI−V試験(以下、「仮想I−V試験」とも称する)によって、内部抵抗を評価することができる。   In Patent Document 4, an IV test (hereinafter, referred to as “IV test”) virtually executed on software using a battery model that reflects a DC resistance and a diffusion coefficient obtained by an actual IV test at the time of external charging. The internal resistance can be evaluated by “virtual IV test”.

しかしながら、仮想I−V試験の際に電池モデル式に反映される直流抵抗および拡散係数は、外部充電の際に求められたものに止まるので、広いSOC領域および温度領域で使用される二次電池に対しては、必ずしも満足な劣化管理が実行できるとは限らない。   However, since the DC resistance and diffusion coefficient reflected in the battery model formula in the virtual IV test are limited to those obtained in the external charging, the secondary battery used in a wide SOC range and temperature range. However, satisfactory deterioration management cannot always be performed.

また、特許文献4では二次電池の使用時に、SOC領域および電池温度領域の組合せによって規定される所定の学習領域毎に、拡散係数および直流抵抗についてのパラメータ変化率を求めることができる。二次電池の内部抵抗は、リチウムに代表される反応関与物質の電池内部での拡散の度合いを示す拡散係数と、電気化学反応に伴う電流発生の際の直流抵抗とによって決まることが知られている。   Further, in Patent Document 4, when the secondary battery is used, the parameter change rate for the diffusion coefficient and the DC resistance can be obtained for each predetermined learning region defined by the combination of the SOC region and the battery temperature region. It is known that the internal resistance of a secondary battery is determined by the diffusion coefficient indicating the degree of diffusion of reaction-related substances typified by lithium inside the battery and the DC resistance when current is generated due to an electrochemical reaction. Yes.

しかしながら、実際の充放電の際の内部抵抗(以下、「総内部抵抗」とも称する)では、SOCおよび電池温度によって、総内部抵抗に占める拡散抵抗および直流抵抗のそれぞれの影響が異なってくる。このため、学習領域毎に、直流抵抗のパラメータ変化率と、拡散係数のパラメータ変化率とが求められても、これらのパラメータ変化率に直接的に基づいて、適切な二次電池の劣化評価を行なうことは困難である。一方で、種々のSOC範囲および電池温度領域に対応させて、内部抵抗(すなわち、総内部抵抗)を求めるために実機での充放電試験(I−V試験)を実行することは、コスト上負荷となるのみならず、外部充電中に充電を中断して各SOC毎に充放電試験を行うようにした場合には、充電時間が長くなるという問題が生じる。   However, in the internal resistance at the time of actual charge / discharge (hereinafter also referred to as “total internal resistance”), the influences of the diffusion resistance and DC resistance occupying the total internal resistance differ depending on the SOC and the battery temperature. For this reason, even if the parameter change rate of the DC resistance and the parameter change rate of the diffusion coefficient are obtained for each learning region, an appropriate deterioration evaluation of the secondary battery is performed based directly on these parameter change rates. It is difficult to do. On the other hand, performing a charge / discharge test (IV test) on an actual machine in order to obtain an internal resistance (that is, total internal resistance) corresponding to various SOC ranges and battery temperature ranges is costly. In addition, when charging is stopped during external charging and the charge / discharge test is performed for each SOC, there is a problem that the charging time becomes long.

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、二次電池のSOCおよび電池温度の組合せに従った学習領域毎に学習された直流抵抗および拡散係数のパラメータ変化率に基づいて、二次電池の劣化評価を適切に実行することである。   The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to provide a DC resistance learned for each learning region according to a combination of the SOC and battery temperature of the secondary battery, and Based on the parameter change rate of the diffusion coefficient, the deterioration evaluation of the secondary battery is appropriately executed.

この発明のある局面では、二次電池の劣化管理システムは、検出手段と、電池状態推定手段と、第1の記憶手段と、パラメータ変化率学習手段と、第2の記憶手段と、劣化評価手段とを備える。検出手段は、二次電池の電池電圧、電池電流および電池温度を検出する。電池状態推定手段は、電池電圧および電池電流の少なくとも一方を含むデータを用いて、SOCを少なくとも含む二次電池の状態量を推定するための電池モデルに従って状態量を逐次推定する。第1の記憶手段は、電池モデルで用いられるパラメータ群のうちの所定パラメータについて、SOCおよび電池温度の組み合わせによって規定された所定の学習領域毎に初期状態値を予め記憶する。パラメータ変化率学習手段は、二次電池の使用中に、検出手段によって検出されたデータと電池モデルとに基づくパラメータ同定によって、所定パラメータの初期状態値に対する現在のパラメータ値の比であるパラメータ変化率を逐次学習する。第2の記憶手段は、パラメータ変化率学習手段によって算出されたパラメータ変化率学習値を学習領域毎に記憶する。劣化評価手段は、学習領域毎に実行された、二次電池が所定の試験パターンに従って充電および放電の少なくとも一方を実行した際の二次電池の挙動を電池モデルを用いて求める仮想試験の結果に基づいて、二次電池の劣化度を評価する。   In one aspect of the present invention, a deterioration management system for a secondary battery includes a detection unit, a battery state estimation unit, a first storage unit, a parameter change rate learning unit, a second storage unit, and a deterioration evaluation unit. With. The detection means detects the battery voltage, battery current, and battery temperature of the secondary battery. The battery state estimation means sequentially estimates the state quantity according to the battery model for estimating the state quantity of the secondary battery including at least the SOC using data including at least one of the battery voltage and the battery current. The first storage means stores in advance an initial state value for each predetermined learning region defined by a combination of the SOC and the battery temperature for a predetermined parameter in the parameter group used in the battery model. The parameter change rate learning means is a parameter change rate that is a ratio of a current parameter value to an initial state value of a predetermined parameter by parameter identification based on the data detected by the detection means and the battery model during use of the secondary battery. Are learned sequentially. The second storage means stores the parameter change rate learned value calculated by the parameter change rate learning means for each learning region. The degradation evaluation means is a result of a virtual test performed for each learning region to obtain a behavior of the secondary battery when the secondary battery performs at least one of charging and discharging according to a predetermined test pattern using a battery model. Based on this, the deterioration degree of the secondary battery is evaluated.

好ましくは、劣化評価手段は、第2の記憶手段に記憶されたパラメータ変化率学習値に基づいて算出されたパラメータ値を所定パラメータに代入した電池モデルを用いた仮想試験の結果に基づいて、二次電池の劣化度を評価する
さらに好ましくは、劣化評価手段は、学習領域毎に、第2の記憶手段に記憶されたパラメータ変化率学習値に基づいて算出されたパラメータ値を所定パラメータに代入した電池モデルを用いた仮想試験を実行するための手段と、学習領域毎に、仮想試験の結果に基づいて所定の試験パターンにおける二次電池の内部抵抗値を算出するための手段と、学習領域毎に予め設定された内部抵抗値の基準値と、仮想試験の結果に基づいて算出された学習領域毎の内部抵抗値との、学習領域毎での比較に基づいて、二次電池の劣化度を示す指標値を算出するための手段とを含む。
Preferably, the deterioration evaluation unit is configured to perform two tests based on a virtual test result using a battery model in which a parameter value calculated based on the parameter change rate learning value stored in the second storage unit is substituted for a predetermined parameter. More preferably, the deterioration evaluation unit substitutes, for each learning region, a parameter value calculated based on the parameter change rate learning value stored in the second storage unit for a predetermined parameter. Means for executing a virtual test using a battery model; means for calculating an internal resistance value of a secondary battery in a predetermined test pattern based on a result of the virtual test for each learning area; and for each learning area The reference value of the internal resistance value set in advance to the internal resistance value for each learning region calculated based on the result of the virtual test Means for calculating an index value indicating the degree of deterioration.

また好ましくは、劣化評価手段は、学習領域毎における仮想試験の結果に基づいて求められた、所定パラメータのパラメータ変化率に関する限界値と、第2の記憶手段に記憶されたパラメータ変化率学習値との学習領域毎での比較に基づいて、二次電池の劣化度を評価する。   Further preferably, the deterioration evaluation means includes a limit value relating to a parameter change rate of the predetermined parameter obtained based on a result of the virtual test for each learning region, and a parameter change rate learning value stored in the second storage means. The deterioration degree of the secondary battery is evaluated based on the comparison for each learning region.

さらに好ましくは、所定のパラメータは、複数のパラメータを含む。劣化評価手段は、学習領域毎に、複数のパラメータのうちの第1のパラメータを除く他の各パラメータの値を初期状態値に固定する一方で、第1のパラメータをそれぞれ変化させて電池モデルを用いた仮想試験を複数回実行するための手段と、複数回の仮想試験の結果に基づいて、所定の試験パターンにおける二次電池の内部抵抗値が許容最大値であるときに対応する第1のパラメータのパラメータ変化率限界値を限界値として学習領域毎に求めるための手段と、第1のパラメータについての、第2の記憶手段に記憶されたパラメータ変化率学習値と、パラメータ変化率限界値との学習領域毎での比較に基づいて、二次電池の劣化度を示す指標値を算出するための手段とを含む。   More preferably, the predetermined parameter includes a plurality of parameters. For each learning region, the deterioration evaluation means fixes the values of the other parameters except for the first parameter among the plurality of parameters to the initial state values, while changing the first parameter to change the battery model. First means corresponding to the means for executing the used virtual test a plurality of times and the internal resistance value of the secondary battery in the predetermined test pattern is an allowable maximum value based on the results of the plurality of virtual tests. Means for obtaining the parameter change rate limit value of the parameter as a limit value for each learning region, the parameter change rate learned value stored in the second storage means for the first parameter, the parameter change rate limit value, And a means for calculating an index value indicating the degree of deterioration of the secondary battery based on the comparison for each learning region.

さらに好ましくは、劣化評価手段は、二次電池の使用前に複数回の仮想試験によって予め求められた学習領域毎のパラメータ変化率限界値を記憶するための第3の記憶手段を含む。指標値の算出において、学習領域毎のパラメータ変化率限界値は第3の記憶手段から読み出される。   More preferably, the deterioration evaluation means includes a third storage means for storing a parameter change rate limit value for each learning region obtained in advance by a plurality of virtual tests before using the secondary battery. In the calculation of the index value, the parameter change rate limit value for each learning area is read from the third storage means.

あるいは好ましくは、劣化評価手段は、学習領域毎での比較の結果を示す比較評価値を算出するための手段と、学習領域毎の比較評価値のうちの、内部抵抗値が最も高いことを示す最大値に従って指標値を算出するための指標値算出手段とを含む。   Alternatively, preferably, the deterioration evaluation means indicates that the internal resistance value is the highest among the means for calculating the comparison evaluation value indicating the result of the comparison for each learning region and the comparison evaluation value for each learning region. Index value calculating means for calculating the index value according to the maximum value.

さらに好ましくは、パラメータ変化率学習手段は、所定の学習条件が成立する毎に、その際の学習領域のパラメータ変化率学習値を更新する。劣化管理システムは、パラメータ変化率学習手段がパラメータ変化率学習値を更新した回数を学習領域毎に記憶するための第4の記憶手段をさらに備える。劣化評価手段は、学習領域毎での比較の結果を示す比較評価値を算出するための手段と、第4の記憶手段に記憶された学習領域毎の学習回数に基づいて選択された学習領域での比較評価値に従って指標値を算出するための手段とを含む。   More preferably, the parameter change rate learning means updates the parameter change rate learning value of the learning region at that time each time a predetermined learning condition is satisfied. The degradation management system further includes fourth storage means for storing the number of times the parameter change rate learning means has updated the parameter change rate learning value for each learning region. The deterioration evaluation means includes a means for calculating a comparative evaluation value indicating a comparison result for each learning area, and a learning area selected based on the number of learning times for each learning area stored in the fourth storage means. Means for calculating an index value according to the comparative evaluation value.

また、さらに好ましくは、パラメータ変化率学習手段は、所定の学習条件が成立する毎に、その際の学習領域のパラメータ変化率学習値を更新する。劣化管理システムは、パラメータ変化率学習手段がパラメータ変化率学習値を更新した回数を学習領域毎に記憶するための第4の記憶手段をさらに備える。劣化評価手段は、学習領域毎での比較の結果を示す比較評価値を算出するための手段と、学習領域毎の比較評価値についての、第4の記憶手段に記憶された学習領域毎の学習回数で重み付けした平均値に従って、指標値を算出するための手段とを含む。   More preferably, the parameter change rate learning means updates the parameter change rate learning value of the learning area at that time each time a predetermined learning condition is satisfied. The degradation management system further includes fourth storage means for storing the number of times the parameter change rate learning means has updated the parameter change rate learning value for each learning region. The deterioration evaluation means includes means for calculating a comparison evaluation value indicating the result of comparison for each learning area, and learning for each learning area stored in the fourth storage means for the comparison evaluation value for each learning area. Means for calculating an index value according to an average value weighted by the number of times.

さらに好ましくは、パラメータ変化率学習手段は、時間経過に伴って第4の記憶手段に記憶された学習領域毎の学習回数を減少させるための手段をさらに含む。   More preferably, the parameter change rate learning means further includes means for reducing the number of learning times for each learning area stored in the fourth storage means as time elapses.

好ましくは、電池モデルは、二次電池内部の活物質の表面での反応関与物質濃度の関数である開放電圧、および二次電池内部での充放電電流による電圧変化量から表わされる電圧方程式と、活物質の内部における反応関与物質濃度の分布を規定する拡散方程式とを含む。そして、所定パラメータは、電圧方程式において直流抵抗を示すパラメータを含む。   Preferably, the battery model is an open-circuit voltage that is a function of a concentration of a reaction-participating substance on the surface of the active material inside the secondary battery, and a voltage equation expressed by a voltage change amount due to a charge / discharge current inside the secondary battery; And a diffusion equation that defines the distribution of the concentration of the substances involved in the reaction inside the active material. The predetermined parameter includes a parameter indicating DC resistance in the voltage equation.

好ましくは、電池モデルは、二次電池内部の活物質の表面での反応関与物質濃度の関数である開放電圧、および二次電池内部での充放電電流による電圧変化量から表わされる電圧方程式と、活物質の内部における反応関与物質濃度の分布を規定する拡散方程式とを含む。そして、所定パラメータは、拡散方程式において反応関与物質の拡散速度を表わす拡散パラメータを含む。   Preferably, the battery model is an open-circuit voltage that is a function of a concentration of a reaction-participating substance on the surface of the active material inside the secondary battery, and a voltage equation expressed by a voltage change amount due to a charge / discharge current inside the secondary battery; And a diffusion equation that defines the distribution of the concentration of the substances involved in the reaction inside the active material. The predetermined parameter includes a diffusion parameter representing the diffusion rate of the reaction participating substance in the diffusion equation.

この発明によれば、二次電池のSOCおよび電池温度の組合せに従った学習領域毎に学習された直流抵抗および拡散係数のパラメータ変化率に基づいて、二次電池の劣化評価を簡易かつ適切に実行することができる。   According to the present invention, the deterioration evaluation of the secondary battery is easily and appropriately performed based on the parameter change rate of the DC resistance and the diffusion coefficient learned for each learning region according to the combination of the SOC of the secondary battery and the battery temperature. Can be executed.

本発明の実施の形態による二次電池の劣化管理システムが適用される二次電池を電源とする電源システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply system using a secondary battery as a power source to which a secondary battery deterioration management system according to an embodiment of the present invention is applied. 図1に示したECUによる制御構成を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the control structure by ECU shown in FIG. 電池モデルによって表現される二次電池の内部構成の概略を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the outline of the internal structure of the secondary battery expressed with a battery model. 局所的SOCの変化に対する開放電圧の変化特性を示すマップの構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structural example of the map which shows the change characteristic of the open circuit voltage with respect to the change of local SOC. 活物質モデル内の平均リチウム濃度と充電率との関係を示すマップを説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the map which shows the relationship between the average lithium density | concentration in an active material model, and a charging rate. 直流抵抗の初期状態値マップの構成を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the structure of the initial state value map of DC resistance. 拡散係数の初期状態値マップの構成を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the structure of the initial state value map of a spreading | diffusion coefficient. 本発明の実施の形態による電池モデル式を用いた二次電池の状態推定およびパラメータ変化率学習の制御処理手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control processing procedure of the state estimation and parameter change rate learning of a secondary battery using the battery model formula by embodiment of this invention. 直流抵抗のパラメータ変化率マップの構成を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the structure of the parameter change rate map of DC resistance. 拡散係数のパラメータ変化率マップの構成を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the structure of the parameter change rate map of a diffusion coefficient. パラメータ変化率のマップ値(学習値)の更新処理のバリエーションを説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the variation of the update process of the map value (learning value) of parameter change rate. 実施の形態1による劣化評価部の機能を説明するための概略的な機能ブロック図である。3 is a schematic functional block diagram for explaining the function of a deterioration evaluation unit according to Embodiment 1. FIG. 二次電池の総内部抵抗を評価するための充放電試験(I−V)試験における電池電流の波形図である。It is a wave form diagram of the battery current in the charge / discharge test (IV) test for evaluating the total internal resistance of a secondary battery. I−V試験における電池電圧の波形図である。It is a wave form diagram of a battery voltage in an IV test. 劣化評価部による各学習領域に対する制御処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control processing with respect to each learning area | region by a deterioration evaluation part. 仮想I−V試験の制御処理手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control processing procedure of a virtual IV test. 実施の形態1の変形例による劣化評価部の機能を説明するための概略的な機能ブロック図である。FIG. 10 is a schematic functional block diagram for explaining a function of a deterioration evaluation unit according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例における二次電池の劣化管理システムにおける各学習領域に対する制御処理を説明するためのフローチャートである。6 is a flowchart for illustrating a control process for each learning region in a secondary battery deterioration management system according to a modification of the first embodiment. 実施の形態2による二次電池の劣化管理システムにおける直流抵抗の学習回数マップの構成を説明する概念図である。6 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a learning count map of DC resistance in a secondary battery deterioration management system according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2による二次電池の劣化管理システムにおける拡散係数の学習回数マップの構成を説明する概念図である。6 is a conceptual diagram illustrating the configuration of a learning coefficient map of diffusion coefficients in a secondary battery deterioration management system according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2による二次電池の劣化管理システムにおける学習回数の管理に関連する制御処理を説明するフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a control process related to learning count management in a secondary battery deterioration management system according to a second embodiment. 実施の形態2による二次電池の劣化管理システムにおける劣化評価指標算出部による制御処理を説明するフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a control process by a deterioration evaluation index calculation unit in a deterioration management system for a secondary battery according to a second embodiment. 実施の形態2の変形例による二次電池の劣化管理システムにおける劣化評価指標算出部による制御処理を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a control process by a deterioration evaluation index calculation unit in a deterioration management system for a secondary battery according to a modification of the second embodiment. 実施の形態3による二次電池の劣化管理システムにおける学習回数の管理に関連する制御処理を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a control process related to the management of the number of learnings in the secondary battery deterioration management system according to the third embodiment. 実施の形態4による劣化評価部の機能を説明するための概略的な機能ブロック図である。FIG. 10 is a schematic functional block diagram for explaining a function of a deterioration evaluation unit according to a fourth embodiment. 直流抵抗のパラメータ変化率の限界値を仮想I−V試験によって求めるための制御処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control processing for calculating | requiring the limit value of the parameter change rate of DC resistance by a virtual IV test. 実施の形態4の変形例による劣化評価部の機能を説明するための概略的な機能ブロック図である。FIG. 10 is a schematic functional block diagram for explaining a function of a deterioration evaluation unit according to a modification of the fourth embodiment. 拡散抵抗のパラメータ変化率の限界値を仮想I−V試験によって求めるための制御処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control processing for calculating | requiring the limit value of the parameter change rate of a diffused resistance by a virtual IV test.

以下に、本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、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.

(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態による二次電池の劣化管理システムが適用される、二次電池を電源とする電源システムの概略構成を示すブロック図である。
(overall structure)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply system using a secondary battery as a power source to which a secondary battery deterioration management system according to an embodiment of the present invention is applied.

図1を参照して、二次電池10は、負荷50の駆動電力を供給する。負荷50は、たと
えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される走行用電動機で構成される。さらに、負荷50は、電動機の回生電力により二次電池10を充電する。二次電池10は、代表的にはリチウムイオン電池により構成される。
Referring to FIG. 1, secondary battery 10 supplies driving power for load 50. The load 50 is constituted by, for example, a traveling motor mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like. Furthermore, the load 50 charges the secondary battery 10 with the regenerative power of the electric motor. The secondary battery 10 is typically composed of a lithium ion battery.

二次電池10には、電池電流を測るための電流センサ20と、電池電圧を測定するための電圧センサ30と、電池温度を測定するための温度センサ40とが設けられている。以下では、電流センサ20による測定値を電池電流Ibと表記し、電圧センサ30による測定値を電池電流Vbと表記し、温度センサ40による測定値を電池温度Tbと表記する。   The secondary battery 10 is provided with a current sensor 20 for measuring battery current, a voltage sensor 30 for measuring battery voltage, and a temperature sensor 40 for measuring battery temperature. Hereinafter, the measured value by the current sensor 20 is denoted as battery current Ib, the measured value by the voltage sensor 30 is denoted by battery current Vb, and the measured value by the temperature sensor 40 is denoted by battery temperature Tb.

センサ20〜40によって測定された電池電流Ib、電池電圧Vbおよび電池温度Tbは電子制御ユニット(ECU)100へ送出される。なお、電池電流Ibについては、二次電池10の放電時には正値(Ib>0)で示され、充電時には負値(Ib<0)で示されるものと定義する。   The battery current Ib, the battery voltage Vb, and the battery temperature Tb measured by the sensors 20 to 40 are sent to an electronic control unit (ECU) 100. The battery current Ib is defined as a positive value (Ib> 0) when the secondary battery 10 is discharged, and a negative value (Ib <0) when charged.

ECU100は、図示しない、マイクロプロセッサ、メモリ、A/D変換器、D/A変換器等を含み、メモリに予め格納した所定プログラムの実行によって、センサ等からの入力信号・データを用いた所定の演算処理を実行して、演算処理結果に基づく出力信号・データを生成するように構成される。本実施の形態では、ECU100は、電流センサ20、電圧センサ30および温度センサ40によって検出された電池データ(Ib,Vb,Tbを総括的に表記するもの)に基づき、後述する電池モデルに従って二次電池10の内部状態を動的に推定して、充電率(SOC)に代表される電池情報を生成する。   The ECU 100 includes a microprocessor, a memory, an A / D converter, a D / A converter, and the like (not shown). By executing a predetermined program stored in advance in the memory, the ECU 100 uses a predetermined signal using data / input from a sensor or the like. An arithmetic process is executed, and an output signal / data based on the arithmetic process result is generated. In the present embodiment, the ECU 100 performs a secondary operation according to a battery model to be described later based on battery data (which collectively represents Ib, Vb, and Tb) detected by the current sensor 20, the voltage sensor 30, and the temperature sensor 40. Battery information represented by the charging rate (SOC) is generated by dynamically estimating the internal state of the battery 10.

特に、ECU100は、二次電池10による負荷50の運転中、すなわち負荷50を二次電池10の供給電力で駆動する際や、負荷50からの回生電力により二次電池10を充電する際の実際の負荷運転中における電池データに基づいて、電池モデル式中のパラメータ推定を行なうことが可能である。   In particular, the ECU 100 actually operates when the load 50 is operated by the secondary battery 10, that is, when the load 50 is driven by the power supplied from the secondary battery 10 or when the secondary battery 10 is charged by the regenerative power from the load 50. It is possible to perform parameter estimation in the battery model formula based on the battery data during the load operation.

ECU100によって求められた電池情報は、負荷制御装置60に送出される。負荷制御装置60は、電池情報に基づいて負荷50の駆動状態を制御するための制御指令を発生する。たとえば、二次電池10のSOCが低下した場合には、負荷50の使用電力を制限するような制御指令が生成される。逆に、二次電池10のSOCが高い場合には、負荷50による回生電力の発生を抑制するような制御指令が発生される。   The battery information obtained by the ECU 100 is sent to the load control device 60. The load control device 60 generates a control command for controlling the driving state of the load 50 based on the battery information. For example, when the SOC of the secondary battery 10 decreases, a control command that limits the power used by the load 50 is generated. Conversely, when the SOC of the secondary battery 10 is high, a control command that suppresses the generation of regenerative power by the load 50 is generated.

図2は、図1に示したECU100による制御構成を説明するための機能ブロック図である。図2には、特に、二次電池10の内部状態推定および劣化管理に関する構成が示される。   FIG. 2 is a functional block diagram for illustrating a control configuration by ECU 100 shown in FIG. FIG. 2 particularly shows a configuration relating to internal state estimation and deterioration management of the secondary battery 10.

図2を参照して、ECU100は、データ収集部110と、電池状態推定部120と、初期値記憶部130と、変化率記憶部140と、パラメータ変化率学習部150と、劣化評価部200とを含む。   2, ECU 100 includes a data collection unit 110, a battery state estimation unit 120, an initial value storage unit 130, a change rate storage unit 140, a parameter change rate learning unit 150, and a deterioration evaluation unit 200. including.

データ収集部110は、二次電池10の状態を推定するための、電池モデルに用いられるデータを収集する。具体的には、データ収集部110は、二次電池10の電池電圧Vbの検出値、電池電流Ibの検出値および電池温度Tbの検出値を、電圧センサ30、電流センサ20および温度センサ40からそれぞれ取得する。   The data collection unit 110 collects data used for the battery model for estimating the state of the secondary battery 10. Specifically, the data collection unit 110 obtains the detected value of the battery voltage Vb, the detected value of the battery current Ib, and the detected value of the battery temperature Tb of the secondary battery 10 from the voltage sensor 30, the current sensor 20, and the temperature sensor 40. Get each.

電池状態推定部120は、二次電池10の内部状態を動的に推定するための電池モデル125を含む。電池状態推定部120は、データ収集部110により取得されたデータ(たとえば、電池電圧Vbおよび電池温度Tb)を用いて、電池モデル125を構成する電池モデル式に従って二次電池10の内部状態(挙動)を推定する。さらに、電池状態推定部120は、その推定結果に基づいて、二次電池10の充電率(SOC)を推定する。   The battery state estimation unit 120 includes a battery model 125 for dynamically estimating the internal state of the secondary battery 10. The battery state estimation unit 120 uses the data (for example, the battery voltage Vb and the battery temperature Tb) acquired by the data collection unit 110 and uses the internal state (behavior) of the secondary battery 10 according to the battery model formula that configures the battery model 125. ). Furthermore, the battery state estimation part 120 estimates the charging rate (SOC) of the secondary battery 10 based on the estimation result.

初期値記憶部130は、電池モデル125に用いられるパラメータの初期状態値を記憶する。   The initial value storage unit 130 stores initial state values of parameters used for the battery model 125.

パラメータ変化率学習部150は、二次電池10の使用時において、初期値記憶部130に初期状態値が記憶されたパラメータについて、初期状態値に対する現在のパラメータ値の比率で示されるパラメータ変化率を推定する。すなわち、データ収集部110に取得されたデータを用いて、パラメータ変化率はオンラインで推定される。   When the secondary battery 10 is used, the parameter change rate learning unit 150 calculates a parameter change rate indicated by the ratio of the current parameter value to the initial state value for the parameter whose initial state value is stored in the initial value storage unit 130. presume. That is, the parameter change rate is estimated online using the data acquired by the data collection unit 110.

パラメータ変化率学習部150は、オンライン時には、パラメータ変化率の推定結果に基づいて、パラメータ変化率学習値を逐次算出する。変化率記憶部140は、パラメータ変化率学習部150によって算出されたパラメータ変化率学習値を記憶する。すなわち、変化率記憶部140に記憶されるパラメータ変化率学習値は、オンライン中に逐次更新される。なお、パラメータ変化率の推定およびその学習については、後程詳細に説明する。   The parameter change rate learning unit 150 sequentially calculates a parameter change rate learning value based on the parameter change rate estimation result when online. The change rate storage unit 140 stores the parameter change rate learned value calculated by the parameter change rate learning unit 150. In other words, the parameter change rate learning value stored in the change rate storage unit 140 is sequentially updated while online. The parameter change rate estimation and its learning will be described in detail later.

劣化評価部200は、二次電池10が所定の試験パターンに従って充電および/または放電するI−V試験における総内部抵抗(以下、「IV抵抗」とも称する)を評価することによって、二次電池10の劣化指標値Pdgを算出する。後程詳細に説明するように、劣化評価部200は、電池モデル125を用いて上記I−V試験を仮想的に実行することにより、種々の条件下で二次電池10を実際に充放電させることなく、IV抵抗を評価するように構成されている。   The degradation evaluation unit 200 evaluates the total internal resistance (hereinafter, also referred to as “IV resistance”) in the IV test in which the secondary battery 10 is charged and / or discharged according to a predetermined test pattern, whereby the secondary battery 10 The degradation index value Pdg is calculated. As will be described in detail later, the degradation evaluation unit 200 actually charges and discharges the secondary battery 10 under various conditions by virtually executing the IV test using the battery model 125. Rather, it is configured to evaluate IV resistance.

(電池モデル式の説明)
次に、二次電池10の状態推定に用いられる電池モデルの一例を説明する。以下に説明する電池モデルは、二次電池内部での電気化学反応を考慮して内部挙動を動的に推定可能なように、非線形モデルを含んで構築されたものである。二次電池の種類は限定されるものではないが、以下の電池モデルでは、二次電池10としてリチウムイオン電池が適用されるものとして説明を進める。
(Explanation of battery model type)
Next, an example of a battery model used for state estimation of the secondary battery 10 will be described. The battery model described below is constructed by including a non-linear model so that the internal behavior can be dynamically estimated in consideration of the electrochemical reaction inside the secondary battery. Although the kind of secondary battery is not limited, the following battery model will be described assuming that a lithium ion battery is applied as the secondary battery 10.

図3は、電池モデルによって表現される二次電池の内部構成の概略を説明する概念図である。   FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an outline of the internal configuration of the secondary battery expressed by a battery model.

図3を参照して、二次電池10は、負極12と、セパレータ14と、正極15とを含む。セパレータ14は、負極12および正極15の間に設けられた樹脂に電解液を浸透させることで構成される。   Referring to FIG. 3, secondary battery 10 includes a negative electrode 12, a separator 14, and a positive electrode 15. The separator 14 is configured by impregnating an electrolytic solution into a resin provided between the negative electrode 12 and the positive electrode 15.

負極12および正極15の各々は、球状の活物質18の集合体で構成される。二次電池10の放電時において、負極12の活物質18の界面上では、リチウムイオンLi+および電子e-を放出する化学反応が行なわれる。一方、正極15の活物質18の界面上ではリチウムイオンLi+および電子e-を吸収する化学反応が行なわれる。なお、二次電池10の充電時においては、電子e-の放出および吸収に関して、上記の反応とは逆の反応が行なわれる。 Each of the negative electrode 12 and the positive electrode 15 is composed of an aggregate of spherical active materials 18. When the secondary battery 10 is discharged, a chemical reaction that releases lithium ions Li + and electrons e is performed on the interface of the active material 18 of the negative electrode 12. On the other hand, a chemical reaction that absorbs lithium ions Li + and electrons e is performed on the interface of the active material 18 of the positive electrode 15. When the secondary battery 10 is charged, a reaction opposite to the above reaction is performed with respect to the emission and absorption of the electron e .

負極12には、電子e-を吸収する電流コレクタ13が設けられ、正極15には、電子e-を放出する電流コレクタ16が設けられる。負極の電流コレクタ13は、代表的には銅で構成され、正極の電流コレクタ16は代表的にはアルミで構成される。電流コレクタ13には負極端子が設けられ、電流コレクタ16には正極端子が設けられる。セパレータ14を介したリチウムイオンLi+の授受によって、二次電池10では充放電が行なわれ、充電電流または放電電流が生じる。 The negative electrode 12 is provided with a current collector 13 that absorbs electrons e , and the positive electrode 15 is provided with a current collector 16 that emits electrons e . The negative current collector 13 is typically made of copper, and the positive current collector 16 is typically made of aluminum. The current collector 13 is provided with a negative terminal, and the current collector 16 is provided with a positive terminal. By the exchange of lithium ions Li + through the separator 14, the secondary battery 10 is charged / discharged to generate a charging current or a discharging current.

すなわち、二次電池内部の充放電状態は、電極(負極12および正極15)の活物質18におけるリチウム濃度分布によって異なる。このリチウムは、リチウムイオン電池における反応関与物質に相当する。   That is, the charge / discharge state inside the secondary battery varies depending on the lithium concentration distribution in the active material 18 of the electrodes (the negative electrode 12 and the positive electrode 15). This lithium corresponds to a reaction participating substance in the lithium ion battery.

負極12および正極15で電子e-の移動に対する純電気的な抵抗(純抵抗)Rdおよび、活物質界面での反応電流発生時に等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗(反応抵抗)Rrとを併せたものが、二次電池10をマクロに見た場合の直流抵抗に相当する。このマクロな直流抵抗を、以下では直流抵抗Raとも示す。また、活物質18内におけるリチウムLiの拡散は、拡散係数Dsに支配される。すなわち、拡散係数Dsは、拡散抵抗の大きさを示すパラメータである。 Pure electric resistance (pure resistance) Rd against the movement of electrons e at the negative electrode 12 and the positive electrode 15, and charge transfer resistance (reaction resistance) Rr that acts equivalently as an electric resistance when a reaction current is generated at the active material interface, Is equivalent to the DC resistance when the secondary battery 10 is viewed macroscopically. The macroscopic DC resistance, also designated DC resistance R a in the following. Further, the diffusion of lithium Li in the active material 18 is governed by the diffusion coefficient D s . That is, the diffusion coefficient D s is a parameter indicating the magnitude of the diffusion resistance.

引続き、電池モデル125の一例を説明する。なお、ここで説明する電池モデルでは、常温時における電気二重層キャパシタの影響が小さいことを考慮して、この影響を無視したモデルを構築している。さらに、電池モデルは、電極の単位極板面積あたりのモデルとして定義されるものとする。電極の単位極板面積あたりのモデルを用いることで、そのモデルを設計容量に対して一般化させることができる。   Subsequently, an example of the battery model 125 will be described. In the battery model described here, a model that ignores the influence is constructed in consideration of the small influence of the electric double layer capacitor at normal temperature. Furthermore, the battery model is defined as a model per unit electrode plate area of the electrode. By using a model per unit electrode plate area of the electrode, the model can be generalized to the design capacity.

まず、二次電池10の出力電圧である電池電圧Vについては、電池温度T、電池電流I、開放電圧(OCV)Uおよび、上述の二次電池10全体のマクロな直流抵抗Raを用いた下記の(1)式(電圧方程式)が成立する。ここで、電池電流Iは、単位極板面積あたりの電流値を示すものとする。すなわち、正負極端子に流れる電池電流(電流計により計測可能な電流値)をIbとし、電池の両面極板面積をSとすると、電池電流Iは、I=Ib/Sで定義される。以下、電池モデル中で述べる「電流」および「電流推定値」については、特に説明のない限り、上記の単位極板面積あたりの電流を指すものとする。 First, the battery voltage V output is a voltage of the secondary battery 10, using a battery temperature T, a battery current I, an open circuit voltage (OCV) U and, above secondary battery 10 as a whole macroscopic DC resistance R a The following equation (1) (voltage equation) is established. Here, the battery current I represents a current value per unit electrode plate area. That is, when the battery current flowing through the positive and negative terminals (current value measurable by an ammeter) is Ib and the double-sided electrode plate area of the battery is S, the battery current I is defined as I = Ib / S. Hereinafter, “current” and “current estimation value” described in the battery model refer to the current per unit electrode plate area unless otherwise specified.

Figure 0005694088
Figure 0005694088

θ1およびθ2は、それぞれ正極活物質表面における局所的SOC、および負極活物質表面における局所的SOCを表す。開放電圧OCVは、正極開放電位U1および負極開放電位U2の電位差として表わされる。 θ 1 and θ 2 represent local SOC on the surface of the positive electrode active material and local SOC on the surface of the negative electrode active material, respectively. The open circuit voltage OCV is expressed as a potential difference between the positive electrode open potential U 1 and the negative electrode open potential U 2 .

図4に示すように、正極開放電位U1および負極開放電位U2は、それぞれ局所的SOCθ1および局所的SOCθ2に依存して変化する特性を有する。したがって、二次電池10の初期状態において、局所的SOCθ1と正極開放電位U1との関係、および局所的SOCθ2と負極開放電位U2との関係を測定することにより、局所的SOCθ1の変化に対する正極開放電位U1(θ1)の変化特性および局所的SOCθ2の変化に対する負極開放電位U2(θ2)の変化特性を予め記憶する特性マップを作成することができる。 As shown in FIG. 4, positive electrode open potential U 1 and negative electrode open potential U 2 have characteristics that change depending on local SOC θ 1 and local SOC θ 2 , respectively. Therefore, in the initial state of the secondary battery 10, by measuring the relationship between the local SOC θ 1 and the positive electrode open potential U 1 and the relationship between the local SOC θ 2 and the negative electrode open potential U 2 , the local SOC θ 1 it is possible to create a positive open-circuit potential U 1 1) variation characteristic and characteristic map that prestores change characteristics of negative electrode open-circuit potential U 2 2) with respect to changes in the local SOC [theta] 2 of the relative change.

また、直流抵抗Rは、局所的SOC(θ1)、局所的SOC(θ2)および電池温度の変化に応じて変化する特性を有する。すなわち、直流抵抗Rは、SOC(より詳細には、局所的SOC(θ1,θ2))および電池温度Tの関数として示される。したがって、二次電池10の初期状態における実測実験結果に基づき、図6に示されるような直流抵抗Rの初期状態値マップ131を予め作成することができる。 Also, DC resistance R a is local SOC (θ 1), having a characteristic that varies according to changes in the local SOC (θ 2) and battery temperature. That is, the DC resistance Ra is shown as a function of SOC (more specifically, local SOC (θ 1 , θ 2 )) and battery temperature T. Thus, based on the measured experimental results in the initial state of the secondary battery 10, it is possible to pre-create the initial state value map 131 of DC resistance R a as shown in FIG.

図6を参照して、初期状態値マップ131では、0(%)〜100(%)を複数に分割したSOC範囲と、−Ty(℃)〜Tx(℃)を複数に分割した温度範囲との組み合わせによって定義される領域毎に、直流抵抗Rの初期状態値が格納される。これらの複数の領域は、後述するパラメータ変化率の学習区分と一致するので、「学習領域」とも称する。以下、一例として、本実施の形態では各マップのSOC範囲としては、局所的SOC(θ1またはθ2)の範囲を用いるものとする。 Referring to FIG. 6, in initial state value map 131, an SOC range obtained by dividing 0 (%) to 100 (%) into a plurality, and a temperature range obtained by dividing −Ty (° C.) to Tx (° C.) into a plurality of each region defined by the combination of the initial state value of the DC resistance R a is stored. Since these plural regions coincide with the learning category of the parameter change rate described later, they are also referred to as “learning regions”. Hereinafter, as an example, in the present embodiment, the range of local SOC (θ 1 or θ 2 ) is used as the SOC range of each map.

再び図3を参照して、上述のように、負極12および正極15それぞれの球状活物質モデルにおいて、活物質表面(電解液との界面)における局所的SOCθi(i=1,2)は、下記の(2)式で定義される。なお、局所的SOCθiと同じく、以下の説明では、iで表わされた添字は、1の場合は正極を示し、2の場合は負極を示すものと定義する。 Referring to FIG. 3 again, as described above, in the spherical active material models of the negative electrode 12 and the positive electrode 15, the local SOC θ i (i = 1, 2) on the active material surface (interface with the electrolyte) is It is defined by the following equation (2). As in the case of the local SOC θ i , in the following description, the subscript represented by i is defined as a positive electrode when 1 and a negative electrode when 2.

Figure 0005694088
Figure 0005694088

(2)式中において、cse,iは活物質界面におけるリチウム平均濃度であり、cs,i,maxは活物質における限界リチウム濃度である。 In the formula (2), c se, i is the average lithium concentration at the active material interface, and c s, i, max is the critical lithium concentration in the active material.

球状モデルで取扱われる活物質内では、リチウム濃度cs,iは、半径方向に分布を有する。すなわち、球状と仮定された活物質内でのリチウム濃度分布は下記の(3)式に示す極座標系の拡散方程式により規定される。 In the active material handled by the spherical model, the lithium concentration c s, i has a distribution in the radial direction. That is, the lithium concentration distribution in the active material assumed to be spherical is defined by the diffusion equation of the polar coordinate system shown in the following equation (3).

Figure 0005694088
Figure 0005694088

(3)式において、Ds,iは活物質におけるリチウムの拡散係数である。拡散係数Ds,iはSOCおよび電池温度に依存して変化する特性を有する。以下では、Ds,i(i=1,2)を総称する場合には、単に拡散係数Dsとも称する。 In the formula (3), D s, i is a diffusion coefficient of lithium in the active material. The diffusion coefficient D s, i has a characteristic that varies depending on the SOC and the battery temperature. Hereinafter, when D s, i (i = 1, 2) is generically referred to, it is also simply referred to as a diffusion coefficient D s .

拡散係数Dsについても、上述の直流抵抗Raと同様に、二次電池10の初期状態における実測実験結果に基づき、図7に示されるような初期状態値マップ132を予め作成することができる。 For the diffusion coefficient D s, as with DC resistance R a of the above, based on the measured experimental results in the initial state of the secondary battery 10, it is possible to pre-create the initial state value map 132 as shown in FIG. 7 .

図7を参照して、初期状態値マップ132では、初期状態値マップ131と共通に区分された学習領域毎に、拡散係数Dsの初期状態値が格納される。 Referring to FIG. 7, in the initial state value map 132, the initial state value of the diffusion coefficient D s is stored for each learning region divided in common with the initial state value map 131.

図6に示された初期状態値マップ131および図7に示された初期状態値マップ132によって、図2の初期値記憶部130が構成される。初期値記憶部130は、「第1の記憶手段」に対応する。   The initial state storage unit 130 of FIG. 2 is configured by the initial state value map 131 shown in FIG. 6 and the initial state value map 132 shown in FIG. The initial value storage unit 130 corresponds to a “first storage unit”.

(3)式の拡散方程式の境界条件は下記(4),(5)式のように設定される。   The boundary conditions of the diffusion equation (3) are set as the following expressions (4) and (5).

Figure 0005694088
Figure 0005694088

(4)式は、活物質中心での濃度勾配が0であることを示している。(5)式では、活物質の電解液界面におけるリチウム濃度変化は、活物質表面からのリチウムが出入りすることに伴って変化することを意味している。   Equation (4) indicates that the concentration gradient at the center of the active material is zero. In the formula (5), the change in lithium concentration at the electrolyte interface of the active material means that it changes as lithium enters and leaves from the active material surface.

(5)式においてrs,iは活物質半径を示し、εs,iは活物質の体積分率を示し、as,iは電極単位体積当りの活物質表面積を示す。これらの値は、電極の仕様、すなわち設計値より決定される。また、Fはファラデー定数である。 In equation (5), r s, i represents the active material radius, ε s, i represents the volume fraction of the active material, and as , i represents the active material surface area per unit electrode volume. These values are determined from electrode specifications, that is, design values. F is a Faraday constant.

さらに、(5)式中のjLiは単位体積・時間当りのリチウム生成量であり、簡単化のために電極厚さ方向で反応が均一であると仮定すると、電極厚さLiおよび単位極板面積あたりの電池電流Iを用いて下記(6)式で示される。 Furthermore, j Li in the formula (5) is the amount of lithium produced per unit volume and time, and for the sake of simplicity, assuming that the reaction is uniform in the electrode thickness direction, the electrode thickness L i and the unit electrode Using the battery current I per plate area, the following equation (6) is used.

Figure 0005694088
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電池電流Iまたは電池電圧Vを入力として、これら(1)〜(6)式を連立させて解くことによって、電圧推定値または電流推定値を算出しながら、二次電池10の内部状態を推定して、充電率を推定することが可能となる。   By inputting the battery current I or the battery voltage V and solving these equations (1) to (6) simultaneously, the internal state of the secondary battery 10 is estimated while calculating the estimated voltage value or estimated current value. Thus, the charging rate can be estimated.

この電池モデルを用いることにより、たとえば、電池電圧Vを入力として二次電池の充電率を推定することが可能となる。電池電圧Vを入力とする場合、充電率は、図5に示されるような、活物質モデル内の平均リチウム濃度と充電率との関係を示すマップを用いて算出される。すなわち、電池モデル式によって算出された活物質モデル内の平均リチウム濃度から、図5のマップに従って現在のSOCを推定することができる。   By using this battery model, for example, it is possible to estimate the charging rate of the secondary battery with the battery voltage V as an input. When the battery voltage V is input, the charging rate is calculated using a map showing the relationship between the average lithium concentration in the active material model and the charging rate as shown in FIG. That is, the current SOC can be estimated according to the map of FIG. 5 from the average lithium concentration in the active material model calculated by the battery model formula.

ここで、図8を用いて、上述の電池モデルを用いた二次電池の状態推定の制御処理手順を説明する。図8に示される処理は、ECU100によって所定の演算周期ごとに実行される。   Here, a control processing procedure for estimating the state of the secondary battery using the battery model described above will be described with reference to FIG. The process shown in FIG. 8 is executed by the ECU 100 at every predetermined calculation cycle.

図8には、二次電池の状態推定およびパラメータ変化率学習の両方の制御処理手順が示されるが、前半のステップS100〜S190による制御処理によって、図2に示した電池状態推定部120による二次電池10の状態推定が実現される。   FIG. 8 shows the control processing procedures for both state estimation and parameter change rate learning of the secondary battery. The control processing in steps S100 to S190 in the first half is performed by the battery state estimation unit 120 shown in FIG. The state estimation of the secondary battery 10 is realized.

図8を参照して、ECU100は、ステップS100では、電圧センサ30により電池電圧Vbを測定する。ECU100は、ステップS110では、温度センサ40により電池温度Tbを測定する。今回の演算周期における電池電圧Vbおよび電池温度Tbは、電池モデル式中の電池電圧Vおよび電池温度Tとしてそれぞれ用いられる。なお、ECU100(データ収集部110)は、測定により得られる電池電流Ibについても収集している。   Referring to FIG. 8, ECU 100 measures battery voltage Vb by voltage sensor 30 in step S100. In step S110, ECU 100 measures battery temperature Tb by temperature sensor 40. The battery voltage Vb and the battery temperature Tb in the current calculation cycle are used as the battery voltage V and the battery temperature T in the battery model formula, respectively. ECU 100 (data collection unit 110) also collects battery current Ib obtained by measurement.

ECU100は、ステップS120では、(2)式に従って、前回の演算周期におけるリチウム濃度分布cse,iに基づき、活物質表面の局所的SOCθi(θ1およびθ2)を算出する。 In step S120, ECU 100 calculates local SOC θ i1 and θ 2 ) on the active material surface based on lithium concentration distribution c se, i in the previous calculation cycle, according to equation (2).

さらに、ECU100は、ステップS130により、図4に示したような、局所的SOCθiに対する開放電位Ui(θi)の特性マップから、開放電位Ui(U1およびU2)を算出し、その算出した開放電位U1およびU2の電位差として、開放電圧推定値U♯を算出する。 Further, ECU 100, in step S130, as shown in FIG. 4, calculated from the characteristic map of open-circuit potential U i (theta i) for the local SOC [theta] i, open-circuit potential U i a (U 1 and U 2), As the potential difference between the calculated open circuit potentials U 1 and U 2 , an open circuit voltage estimated value U # is calculated.

さらに、ECU100は、ステップS140により、ステップS130で算出された局所的SOCθおよび、測定された電池温度Tに基づいて、直流抵抗Raを求める。たとえば、初期状態値マップ131に従って、直流抵抗Raが決定される。 Further, ECU 100, in step S140, the local SOC [theta] i and calculated in step S130, based on the measured battery temperature T, obtaining the DC resistance R a. For example, the DC resistance Ra is determined according to the initial state value map 131.

ECU100は、さらに、ステップS150により、電池電圧V(V=Vb)と、算出した開放電圧推定値U♯および直流抵抗Raとを用いて、下記(7)式に基づいて電池電流の推定値Iteを算出する。 ECU100 further by step S150, the battery voltage V (V = Vb), calculated opened by using the voltage estimate U♯ and DC resistance R a, the estimated value of the battery current based on the following equation (7) I te is calculated.

Figure 0005694088
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次に、ECU100は、ステップS160により、電池電流推定値Iteを(6)式の電池電流Iに代入することにより、単位体積・時間当りのリチウム生成量jLiを算出する。この単位体積・時間当りのリチウム生成量jLiを(5)式の境界条件に用いて(3)式の拡散方程式を解くことにより、正負極それぞれの活物質内におけるリチウム濃度分布が決定される。なお(3)式における拡散係数Ds,iについても、SOC(局所的SOC)および電池温度に基づいて求められる。たとえば、初期状態値マップ132に従って、拡散係数Ds,iが決定される。 Next, in step S160, ECU 100 substitutes battery current estimated value I te into battery current I in equation (6) to calculate lithium generation amount j Li per unit volume / time. By using the lithium production amount j Li per unit volume / time as the boundary condition of the equation (5) and solving the diffusion equation of the equation (3), the lithium concentration distribution in the active material of each of the positive and negative electrodes is determined. . Note that the diffusion coefficient D s, i in the expression (3) is also obtained based on the SOC (local SOC) and the battery temperature. For example, the diffusion coefficient D s, i is determined according to the initial state value map 132.

ECU100は、(3)式の拡散方程式を解く際には、位置および時間により離散化した拡散方程式を用いて、活物質内部のリチウム濃度分布cs,i,k(t+Δt)(但しΔtは離散時間ステップ(演算実行周期に相当)を示し、kは半径方向に離散化した離散位置番号を表わす)を更新する(ステップS170)。拡散方程式を位置および時間により離散化する方法は公知であるので詳細な説明はここでは繰返さない。 When solving the diffusion equation (3), the ECU 100 uses the diffusion equation discretized according to the position and time, and uses the diffusion concentration equation c s, i, k (t + Δt) inside the active material (where Δt is discrete) A time step (corresponding to an operation execution cycle) is indicated, and k represents a discrete position number discretized in the radial direction (step S170). Since the method of discretizing the diffusion equation by position and time is well known, detailed description will not be repeated here.

次にECU100は、ステップS180により、下記の(8)式に従って活物質内部の平均リチウム濃度csaveを算出する。但し、(8)式においてNは球状の活物質を半径方向に離散化した場合の分割数である。 Next, in step S180, ECU 100 calculates an average lithium concentration c save inside the active material according to the following equation (8). However, in the formula (8), N is the number of divisions when the spherical active material is discretized in the radial direction.

Figure 0005694088
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そして、ECU100は、ステップS190では、図5に示すような、活物質内の平均リチウム濃度csaveと二次電池10の充電率(SOC)との関係を示した、予め記憶されたマップを用いてSOCを算出する。 In step S190, ECU 100 uses a prestored map showing the relationship between the average lithium concentration c save in the active material and the charging rate (SOC) of secondary battery 10 as shown in FIG. To calculate the SOC.

このようにして、ECU100(電池状態推定部120)は、センサによって測定された電池電圧Vbおよび電池温度Tbから,二次電池10の充電率(SOC)、開放電圧推定値U♯、および単位極板面積当たりの電池電流の推定値を算出することができる。また、電池全体に流れる電流の推定値は、上述の電池電流Iの定義式より、単位極板面積あたりの電流推定値に電池の両面極板面積を乗じることにより算出できる。   In this way, ECU 100 (battery state estimation unit 120) determines secondary battery 10 charging rate (SOC), open-circuit voltage estimated value U #, and unit pole from battery voltage Vb and battery temperature Tb measured by the sensor. An estimated value of the battery current per plate area can be calculated. Moreover, the estimated value of the current flowing through the entire battery can be calculated by multiplying the estimated current value per unit electrode plate area by the double-sided electrode plate area of the battery, from the above-described definition formula of the battery current I.

なお、以上の電池モデル式では、負極12および正極15のそれぞれについて、対応する別個の球状活物質モデルを設定した。ただし、ECUの演算負荷を軽減するために、負極12および正極15での平均した特性を有する単一の球状モデルを、正極負極間共通の活物質モデルとして使用してもよい。単一の球状モデルを使用する場合には、局所的SOCθ1およびθ2は共通の値となる。 In the above battery model formula, a corresponding separate spherical active material model was set for each of the negative electrode 12 and the positive electrode 15. However, in order to reduce the calculation load of the ECU, a single spherical model having the averaged characteristics of the negative electrode 12 and the positive electrode 15 may be used as an active material model common to the positive and negative electrodes. When a single spherical model is used, the local SOCs θ 1 and θ 2 are common values.

(パラメータ値の更新)
次に、電池モデル中のパラメータについて説明する。
(Update parameter values)
Next, parameters in the battery model will be described.

電池モデル式の複数のパラメータのいくつかは、二次電池の使用に伴う電池の劣化によって変化する。たとえば、上記直流抵抗Raは、電池の劣化によって次第に変化する。初期状態(代表的には新品時)における直流抵抗Ra(初期状態値)と、実際の直流抵抗Ra(現在のパラメータ値)との間の差が大きい場合には、SOCの推定誤差が生じやすくなる。 Some of the plurality of parameters of the battery model formula change due to deterioration of the battery accompanying the use of the secondary battery. For example, the DC resistance R a is changed gradually due to the deterioration of the battery. When the difference between the direct current resistance Ra (initial state value) in the initial state (typically when new) and the actual direct current resistance Ra (current parameter value) is large, the SOC estimation error is It tends to occur.

同様に、電池の劣化によって、活物質内の反応関与物質の拡散速度が低下(すなわち拡散係数が低下)し、その結果、いわゆる拡散抵抗が増加する。拡散抵抗の増加は、特に大電流での充放電を継続するケースにおいて電池性能および電流−電圧特性に大きな影響を及ぼす。したがって、大電流で電池を充電あるいは放電する電動車両(ハイブリッド自動車、電気自動車等)においては拡散抵抗の変化、すなわち活物質における拡散係数の変化を推定することが好ましい。   Similarly, due to the deterioration of the battery, the diffusion rate of the reaction-participating substance in the active material decreases (that is, the diffusion coefficient decreases), and as a result, the so-called diffusion resistance increases. The increase in the diffusion resistance has a great influence on the battery performance and the current-voltage characteristics, particularly in the case where charging / discharging with a large current is continued. Therefore, in an electric vehicle (hybrid vehicle, electric vehicle, etc.) that charges or discharges a battery with a large current, it is preferable to estimate a change in diffusion resistance, that is, a change in diffusion coefficient in the active material.

したがって、本実施の形態では、式(1)中の直流抵抗Raと式(3)中の拡散係数Dsについて、特許文献1〜4と同様にパラメータ変化率を逐次推定することによって、パラメータ値を更新する。 Thus, in this embodiment, the DC resistance R a and the diffusion coefficient D s in the formula (3) in the formula (1), by sequentially estimating the parameters rate of change in the same manner as Patent Documents 1 to 4, the parameters Update the value.

まず、直流抵抗Raのパラメータ変化率について説明する。直流抵抗Raについて、初期状態値Ranからのパラメータ変化率grは、下記の(9)式により定義される。 First, a description will be given parameter change rate of the DC resistance R a. For DC resistance R a, the parameter rate of change gr from the initial state value R an, is defined by the following formula (9).

gr=Ra/Ran …(9)
パラメータ変化率学習部150は、直流抵抗Raのパラメータ変化率grを、以下に説明する忘却要素付きの逐次最小自乗法を用いて推定する。まず、忘却係数付きの逐次最小自乗法について説明する。
gr = R a / R an (9)
Parameter rate of change learning unit 150, the parameter change rate gr of DC resistance R a, estimated using the recursive least-square method with forgetting factor to be described below. First, the sequential least square method with a forgetting factor will be described.

逐次最小自乗法によれば、下記の(10)式で示す線形回帰モデルで表わされるシステムにおいて、(8)式中のパラメータΘは、(11)〜(13)式で示される時間更新式を、(14),(15)式の初期条件により逐次演算することによって推定される。各式においてパラメータΘの推定値は、Θ♯で示されている。   According to the sequential least square method, in the system represented by the linear regression model expressed by the following equation (10), the parameter Θ in the equation (8) is the time update equation expressed by the equations (11) to (13). , (14), and (15) are estimated by sequentially calculating according to the initial conditions. In each equation, the estimated value of the parameter Θ is indicated by Θ #.

Figure 0005694088
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(11),(13)式においてλは忘却係数であり、通常λ<1.0である。また、Pは共分散行列であり、(15)式の初期値P(0)は単位行列Iの対角要素に定数γを乗じた行列とし、γには通常102〜103程度の大きな値を用いる。パラメータΘ♯の初期値Θ♯0は通常ゼロベクトルとされる。 In the equations (11) and (13), λ is a forgetting factor, and usually λ <1.0. Further, P is a covariance matrix, and an initial value P (0) of the equation (15) is a matrix obtained by multiplying a diagonal element of the unit matrix I by a constant γ, and γ is usually a large value of about 10 2 to 10 3. Use the value. The initial value Θ # 0 of the parameter Θ # is usually a zero vector.

このような、忘却要素付きの逐次最小自乗法を用いて、直流抵抗の変化率grを以下のようにして推定する。   Using such a sequential least square method with a forgetting factor, the DC resistance change rate gr is estimated as follows.

新品状態から経年変化(劣化)した二次電池の直流抵抗Raは、(9)式の定義により、Ra=gr・Ranと表わせるので、これを(1)式に代入し、さらに(10)式の形に書き直すと、電池モデル式に基づく線形回帰モデル式として(16)式が得られる。なお、(16)式中では、局所的SOCθ1,θ2を包括的に「θ」と表記している。 The DC resistance R a of the secondary battery that has changed over time (deteriorated) from the new state can be expressed as R a = gr · R an by the definition of the equation (9), and this is substituted into the equation (1). When rewritten in the form of equation (10), equation (16) is obtained as a linear regression model equation based on the battery model equation. In the equation (16), the local SOCs θ 1 and θ 2 are comprehensively expressed as “θ”.

Figure 0005694088
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二次電池10の使用中(オンライン時)には、(16)式の左辺の開放電圧U(θ)に、充電率推定処理の過程で推定した値を用い、Vには測定された電池電圧Vbを用いることにより、Yを計算することができる。(16)式の右辺については、電池温度Tbおよび局所的SOCθおよびθを引数として初期状態値マップ131を参照することにより、直流抵抗の初期状態値Ranが求められる。また、電池電流Iとしては、現在の電池電流(測定値)Ibから算出した単位極板面積あたりの電流値を代入することにより、Zを計算することができる。 When the secondary battery 10 is in use (on-line), the value estimated in the charging rate estimation process is used as the open circuit voltage U (θ) on the left side of the equation (16), and V is the measured battery voltage. Y can be calculated by using Vb. For the right side of the equation (16), the initial state value R an of the DC resistance is obtained by referring to the initial state value map 131 using the battery temperature Tb and the local SOCs θ 1 and θ 2 as arguments. As the battery current I, Z can be calculated by substituting the current value per unit plate area calculated from the current battery current (measured value) Ib.

このように演算したYおよびZを用いて(11)〜(15)式の忘却要素付き逐次最小自乗法により、推定パラメータΘとして、直流抵抗Raのパラメータ変化率grを逐次推定することが可能となる。なお一括最小自乗法等の他方式の最小自乗法の適用も可能である。 Such using computed Y and Z in (11) to (15) of the forgetting factor with recursive least square method, as the estimated parameter theta, can be sequentially estimating parameters change rate gr of DC resistance R a It becomes. It is also possible to apply a least square method of another method such as a collective least square method.

次に、拡散係数Dsのパラメータ変化率の推定について説明する。
拡散係数Dsについても、下記(17)式に従って、初期状態パラメータ値(Dsn)に対する変化率として、拡散係数のパラメータ変化率gdが定義される。
Next, estimation of the parameter change rate of the diffusion coefficient D s will be described.
Also for the diffusion coefficient D s , the parameter change rate gd of the diffusion coefficient is defined as the change rate with respect to the initial state parameter value (D sn ) according to the following equation (17).

gd=Ds/Dsn …(17)
ECU100(データ収集部110)は、拡散抵抗の影響が電池電圧に大きく表われる時間的範囲において、所定の周期で電池電圧Vb,電池電流Ibおよび電池温度Tbのデータを繰返して取得する。
gd = D s / D sn (17)
ECU 100 (data collection unit 110) repeatedly obtains data on battery voltage Vb, battery current Ib, and battery temperature Tb at a predetermined period in a time range in which the influence of the diffusion resistance is greatly expressed in the battery voltage.

さらに、ECU100は、その範囲の電池データを用いて、パラメータ変化率をある候補値としたときの電池モデルによって電池電流の推定値Iteを求めるとともに、実際の電池電流Ibとの誤差を評価する評価関数を算出する。さらに、たとえば公知のGSM法(黄金分割法)を用いて、パラメータ変化率を切換えながら上記処理を所定の繰返し回数実行することにより、評価関数が最小となるようなパラメータ変化率を探索することができる。 Further, ECU 100 uses the battery data in that range to obtain an estimated value I te of the battery current using a battery model when the parameter change rate is a certain candidate value, and evaluates an error from the actual battery current Ib. An evaluation function is calculated. Further, for example, by using the well-known GSM method (Golden section method), the parameter change rate that minimizes the evaluation function can be searched by executing the above process a predetermined number of times while switching the parameter change rate. it can.

GSM法は二分法の一種であり、探索範囲および許容誤差を決めることにより、既知の探索関数で許容誤差を満たす最適値を求められるという特徴がある。ある使用条件および使用期間後におけるリチウムイオン電池の活物質内リチウム拡散係数は、予め劣化試験等により把握することが可能であり、最大でどの程度まで初期状態と比較して拡散係数が変化するかについては事前に予測することができる。   The GSM method is a kind of bisection method and has a feature that an optimum value satisfying the allowable error can be obtained by a known search function by determining the search range and the allowable error. The lithium diffusion coefficient in the active material of a lithium ion battery after a certain use condition and period of use can be determined in advance by a deterioration test or the like, and to what extent the diffusion coefficient changes compared to the initial state to the maximum Can be predicted in advance.

したがって、最大限変化し得る変化率の範囲を探索範囲として設定することにより、拡散係数変化率推定に必要な演算時間を予め予測できるという利点が生じる。このことは、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載された二次電池への適用に適している。なお、GSM法の詳細については公知であるため、詳細な説明についてはここでは繰返さない。なお、これらのパラメータ変化率の推定については、特許文献1〜3に、詳細に記載されている。   Therefore, by setting the range of the change rate that can change to the maximum as the search range, there is an advantage that the calculation time required for estimating the diffusion coefficient change rate can be predicted in advance. This is suitable for application to a secondary battery mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle. Since details of the GSM method are known, detailed description will not be repeated here. Note that the estimation of these parameter change rates is described in detail in Patent Documents 1 to 3.

本実施の形態では、パラメータ変化率について、特許文献4と同様に、二次電池10のSOC(局所的SOC)および電池温度Tbの組合せによって規定される所定の学習領域毎に学習するものとする。   In the present embodiment, the parameter change rate is learned for each predetermined learning region defined by the combination of the SOC (local SOC) of the secondary battery 10 and the battery temperature Tb, as in Patent Document 4. .

図9は、直流抵抗Raのパラメータ変化率を格納するための、変化率マップ141の概略的な構成を説明する概念図である。 Figure 9 is for storing the parameter rate of change in DC resistance R a, it is a conceptual diagram illustrating a schematic configuration of a change rate map 141.

図9を参照して、変化率マップ141では、初期状態値マップ131,132と共通に設定された学習領域毎に、式(9)で定義されるパラメータ変化率grの学習値grlが格納される。パラメータ変化率学習値grlの初期値は、各学習領域とも1.0である。そして、パラメータ変化率学習部150は、所定の学習条件が成立すると、そのときのSOC(局所的SOC)および電池温度に対応する学習領域において、パラメータ変化率grの推定値に基づいて、マップ値(パラメータ変化率学習値grl)を更新する。   Referring to FIG. 9, in change rate map 141, learning value grl of parameter change rate gr defined by equation (9) is stored for each learning region set in common with initial state value maps 131 and 132. The The initial value of the parameter change rate learning value grl is 1.0 in each learning region. Then, when a predetermined learning condition is satisfied, parameter change rate learning unit 150 determines a map value based on the estimated value of parameter change rate gr in a learning region corresponding to the SOC (local SOC) and battery temperature at that time. (Parameter change rate learned value grl) is updated.

たとえば、更新前のマップ値gl0および、学習条件の成立時におけるパラメータ変化率の推定値gに基づいて、下記(18)式に従って、新たな学習値gl1が算出される。なお、(18)式中の係数α(0<α<1)によって、学習値の変化が平滑化される。   For example, a new learning value gl1 is calculated according to the following equation (18) based on the map value gl0 before update and the estimated value g of the parameter change rate when the learning condition is satisfied. Note that the change in the learning value is smoothed by the coefficient α (0 <α <1) in the equation (18).

gl1=α・g+(1−α)・gl0 …(18)
図10には、拡散係数Dsのパラメータ変化率学習値gdlを格納するための、変化率マップ142の概略的な構成を説明する概念図である。
gl1 = α · g + (1−α) · gl0 (18)
FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a schematic configuration of the change rate map 142 for storing the parameter change rate learned value gdl of the diffusion coefficient D s .

図10を参照して、変化率マップ142では、初期状態値マップ131,132および変化率マップ141と共通に設定された学習領域毎に、式(17)で定義されるパラメータ変化率gdの学習値gdlが格納される。パラメータ変化率学習値gdlの初期値は、各学習領域とも1.0である。パラメータ変化率学習部150は、所定の学習条件が成立すると、そのときのSOC(局所的SOC)および電池温度に対応する学習領域において、パラメータ変化率gdの推定値に基づいて、マップ値(パラメータ変化率学習値gdl)を更新する。学習値の更新は、上記(18)式に従って実行することができる。   Referring to FIG. 10, in change rate map 142, learning of parameter change rate gd defined by equation (17) is performed for each learning region set in common with initial state value maps 131 and 132 and change rate map 141. The value gdl is stored. The initial value of the parameter change rate learning value gdl is 1.0 in each learning region. When a predetermined learning condition is established, parameter change rate learning unit 150 determines a map value (parameter) based on the estimated value of parameter change rate gd in a learning region corresponding to the SOC (local SOC) and battery temperature at that time. The change rate learned value gdl) is updated. The learning value can be updated according to the above equation (18).

図8に示された変化率マップ141および図9に示された変化率マップ142によって、図2の変化率記憶部140が構成される。変化率マップ141,142は、「第2の記憶手段」に対応する。   The change rate storage unit 140 of FIG. 2 is configured by the change rate map 141 shown in FIG. 8 and the change rate map 142 shown in FIG. The change rate maps 141 and 142 correspond to “second storage means”.

図11は、変化率マップにおける学習値の更新についてのバリエーションを説明する概念図である。   FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a variation regarding the update of the learning value in the change rate map.

図11を参照して、学習領域AR1において、パラメータ変化率の学習条件が成立したものとする。このとき、少なくとも学習領域AR1のマップ値が、上記式(18)に従って更新される。   Referring to FIG. 11, it is assumed that a learning condition for the parameter change rate is satisfied in learning area AR1. At this time, at least the map value of the learning area AR1 is updated according to the above equation (18).

さらに、学習領域AR1に隣接する学習領域AR2〜AR8のうちの少なくとも一部についても、マップ値を更新してもよい。このときには、式(18)中の係数αを、学習領域AR1におけるマップ値更新時と比較して、小さい値に設定することが好ましい。   Furthermore, the map value may be updated for at least a part of the learning areas AR2 to AR8 adjacent to the learning area AR1. At this time, it is preferable to set the coefficient α in the equation (18) to a small value as compared with the update of the map value in the learning area AR1.

このようにすると、学習条件が成立した場合に、類似のSOC領域および/または電池温度領域においても、学習結果を反映することができる。   In this way, when the learning condition is satisfied, the learning result can be reflected even in a similar SOC region and / or battery temperature region.

次に、本発明の実施の形態による二次電池の評価システムにおけるパラメータ変化率学習の制御処理手順を説明する。   Next, a control processing procedure for parameter change rate learning in the secondary battery evaluation system according to the embodiment of the present invention will be described.

再び図8を参照して、ECU100は、ステップS100〜S190と並列に、上述したパラメータ変化率gr,gdの推定処理を実行している。そして、ECU100は、ステップS200により、パラメータ変化率の学習条件が成立しているかどうかを判定する。   Referring to FIG. 8 again, ECU 100 executes the parameter change rates gr and gd described above in parallel with steps S100 to S190. Then, ECU 100 determines in step S200 whether a learning condition for the parameter change rate is satisfied.

直流抵抗Raは、電池電流に対し電池電圧が線形的に変化する領域において推定することが好ましい。したがって、このような二次電池10の充放電条件が成立しているときに、パラメータ変化率grの学習について、ステップS200をYES判定とするように学習条件を設定することができる。 DC resistance R a is preferably estimated in a region where the battery voltage to the battery current changes linearly. Therefore, when the charging / discharging conditions of the secondary battery 10 are satisfied, the learning conditions can be set so that step S200 is determined as YES for learning of the parameter change rate gr.

拡散係数Dsは、一旦発生した電池電流が0になった後における、活物質内のリチウムの拡散の度合いを示すものである。したがって、二次電池10が充放電した後に、電池電流が0になった後における電池電圧の変化に基づいて、拡散係数が算出される。したがって、電池電流=0の期間がある程度継続したときに、パラメータ変化率gdの学習について、ステップS200をYES判定とするように学習条件を設定することができる。 The diffusion coefficient D s indicates the degree of diffusion of lithium in the active material after the once generated battery current becomes zero. Therefore, after the secondary battery 10 is charged / discharged, the diffusion coefficient is calculated based on the change in the battery voltage after the battery current becomes zero. Therefore, the learning condition can be set so that step S200 is determined as YES for learning of the parameter change rate gd when the battery current = 0 period continues to some extent.

このように、直流抵抗Raのパラメータ変化率grと、拡散係数Dsのパラメータ変化率gdとは、独立に学習することが好ましい。すなわち、ステップS200,S210の処理についても、直流抵抗Raおよび拡散係数Dsのそれぞれについて別個に実行される。 Thus, the parameter change rate gr of DC resistance R a, the parameter change rate gd of the diffusion coefficient D s, it is preferred to learn independently. That, also the processing of steps S200, S210, are performed separately for each of the DC resistance R a and the diffusion coefficient D s.

ECU100は、学習条件が成立すると(S200のYES判定時)、ステップS210により、学習条件が成立したパラメータ変化率について、変化率マップ141または142に格納されたマップ値を更新する。これにより、少なくとも、学習条件成立時のSOC(局所SOC)および電池温度に対応した学習領域におけるパラメータ変化率学習値が更新される。   When the learning condition is satisfied (when YES is determined in S200), ECU 100 updates the map value stored in change rate map 141 or 142 for the parameter change rate for which the learning condition is satisfied in step S210. Thereby, at least the parameter change rate learning value in the learning region corresponding to the SOC (local SOC) when the learning condition is satisfied and the battery temperature is updated.

ECU100は、一方、学習条件が不成立のとき(S200のNO判定時)には、ステップS210の処理をスキップする。したがって、変化率マップ141または142に格納された当該パラメータ変化率のマップ値は、維持される。   On the other hand, ECU 100 skips the process of step S210 when the learning condition is not satisfied (NO in S200). Therefore, the map value of the parameter change rate stored in the change rate map 141 or 142 is maintained.

このように、本実施の形態による二次電池の劣化評価システムでは、二次電池10の使用時に、電池モデル中の所定パラメータ(代表的には、直流抵抗Raおよび拡散係数Ds)について、初期状態値に対する変化(パラメータ変化率)がオンライン推定されていることを前提としている。そして、推定されたパラメータ変化率に基づいて、図9,図10に示した変化率マップ141,142を用いて、SOC(局所的SOC)および電池温度の組合せによって規定される所定の学習区分毎にパラメータ変化率が学習されている。 As described above, in the secondary battery deterioration evaluation system according to the present embodiment, when the secondary battery 10 is used, the predetermined parameters (typically, the DC resistance Ra and the diffusion coefficient D s ) in the battery model are: It is assumed that the change (parameter change rate) with respect to the initial state value is estimated online. Then, based on the estimated parameter change rate, the change rate maps 141 and 142 shown in FIGS. 9 and 10 are used for each predetermined learning category defined by a combination of SOC (local SOC) and battery temperature. The parameter change rate is learned.

(実施の形態1)
次に、本実施の形態1による二次電池の劣化評価システムにおける、劣化評価指標について詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Next, the deterioration evaluation index in the secondary battery deterioration evaluation system according to the first embodiment will be described in detail.

図12は、実施の形態1による劣化評価部200(図2)の機能を説明するための概略的な機能ブロック図である。   FIG. 12 is a schematic functional block diagram for explaining the function of deterioration evaluation unit 200 (FIG. 2) according to the first embodiment.

劣化評価部200は、変化率マップ141,142に格納されたパラメータ変化率(学習値)を直接用いるのではなく、電池モデル125を用いた仮想的なI−V試験に基づいて、学習領域を区分として独立に(すなわち、学習領域毎に)IV抵抗を算出する。   The deterioration evaluation unit 200 does not directly use the parameter change rates (learned values) stored in the change rate maps 141 and 142, but based on a virtual IV test using the battery model 125, the learning region is determined. The IV resistance is calculated independently as a section (that is, for each learning region).

図13および図14には、I−V試験を説明するための波形図が示される。
図13は、I−V試験における代表的な電流波形図である。図13を参照して、時刻ta以前では、電池電流は0であり、二次電池は緩和状態である。時刻taから時刻tbまでの期間、一定の電池電流が電池から出力される。このときの電池電流はたとえば1Cであり、時刻taから時刻tbまでの期間は、たとえば10秒である。1Cは、電池の全容量を1時間で充電もしくは放電する場合の電流値である。
13 and 14 are waveform diagrams for explaining the IV test.
FIG. 13 is a typical current waveform diagram in the IV test. Referring to FIG. 13, before time ta, the battery current is 0 and the secondary battery is in a relaxed state. A constant battery current is output from the battery during a period from time ta to time tb. The battery current at this time is, for example, 1C, and the period from time ta to time tb is, for example, 10 seconds. 1C is a current value when charging or discharging the entire capacity of the battery in one hour.

時刻tbから時刻tcまでの期間は、電池電流が0となる。この期間は、たとえば電池を緩和するための時間として予め定められた時間である。   The battery current is zero during the period from time tb to time tc. This period is a predetermined time as a time for relaxing the battery, for example.

時刻tcから時刻tdまでの期間、一定の電池電流により二次電池が充電される。このときの電池電流はたとえば1Cであり、時刻tcから時刻tdまでの期間は、たとえば10秒である。時刻tdから時刻teまでの期間には、電池電流が0となる。この期間は、たとえば二次電池を緩和するための時間として予め定められた時間である。   During the period from time tc to time td, the secondary battery is charged with a constant battery current. The battery current at this time is, for example, 1C, and the period from time tc to time td is, for example, 10 seconds. During the period from time td to time te, the battery current becomes zero. This period is, for example, a predetermined time as a time for relaxing the secondary battery.

I−V試験では、所定パターンに基づいて放電および充電の少なくとも一方が実行される。たとえば、二次電池10を図13の充放電パターンに従って充放電させる際の電池電圧の挙動を測定することによって、実機でのI−V試験を実行できる。   In the IV test, at least one of discharging and charging is performed based on a predetermined pattern. For example, by measuring the behavior of the battery voltage when the secondary battery 10 is charged / discharged according to the charge / discharge pattern of FIG.

図14は、I−V試験の際の電池電圧の波形図である。図14には、図13に示した充放電のうちの放電に対応する期間の波形図が示される。   FIG. 14 is a waveform diagram of the battery voltage during the IV test. FIG. 14 shows a waveform diagram of a period corresponding to the discharge of the charge / discharge shown in FIG.

図14を参照して、時刻ta〜tbにおいて、二次電池から電流が出力される(電池電流=I0)。二次電池から電池が出力される間、電池電圧が低下する。時刻tbにおいて電流の出力が停止される。これにより、電池電圧が回復する。   Referring to FIG. 14, at times ta to tb, a current is output from the secondary battery (battery current = I0). While the battery is output from the secondary battery, the battery voltage decreases. At time tb, the output of current is stopped. Thereby, the battery voltage is recovered.

このときの電圧挙動(電圧波形)から、I−V試験時の電圧変化ΔVが求められる。したがって、ΔVをI0で除算することによって、I−V試験時の総内部抵抗(IV抵抗)を求めることができる。同様に、I−V試験による充電時(時刻tc〜td)にも、電圧挙動からIV抵抗を求めることができる。   From the voltage behavior (voltage waveform) at this time, the voltage change ΔV during the IV test is obtained. Therefore, the total internal resistance (IV resistance) during the IV test can be obtained by dividing ΔV by I0. Similarly, the IV resistance can be obtained from the voltage behavior even during charging (time tc to td) in the IV test.

I−V試験は、充電および放電の一方のみとしてもよく、充放電の両方を行ってもよい。充放電の両方を行ったときには、充電時のIV抵抗および充電時のIV抵抗のうちの最大値、あるいは両者の平均値によって、I−V試験によるIV抵抗値が求められる。   In the IV test, only one of charging and discharging may be performed, and both charging and discharging may be performed. When both charging and discharging are performed, the IV resistance value according to the IV test is obtained from the maximum value of the IV resistance during charging and the IV resistance during charging, or the average value of both.

再び図12を参照して、変化率マップ141には、二次電池10の使用時に逐次更新された、直流抵抗Raのパラメータ変化率grのオンライン学習値(grl)が、学習領域毎に格納されている。同様に、変化率マップ142には、拡散係数Dsのパラメータ変化率gdのオンライン学習値(gdl)が、学習領域毎に格納されている。 Referring again to FIG. 12 stored in the change rate map 141, which is sequentially updated at the time of use of the secondary battery 10, online learning values of the parameters change rate gr of DC resistance R a (grl) is, for each learning area Has been. Similarly, the change rate map 142 stores an online learning value (gdl) of the parameter change rate gd of the diffusion coefficient D s for each learning region.

本実施の形態による二次電池の劣化評価システムでは、実機のI−V試験ではなく、電池モデルを用いてI−V試験が模擬的に実行される。以下では、実際の充放電を伴わないソフトウェア上での上述のI−V試験について、「仮想I−V試験」とも称する。   In the secondary battery deterioration evaluation system according to the present embodiment, the IV test is executed in a simulated manner using the battery model, not the actual IV test. Hereinafter, the above-described IV test on software without actual charge / discharge is also referred to as a “virtual IV test”.

ECU100(劣化評価部200)は、上述のように学習領域毎に電池モデルを用いた仮想I−V試験を実行して、IV抵抗を算出する。このとき、電池モデルの式(1)中の直流抵抗Raおよび式(3)中の拡散係数Dsの値は、パラメータ変化率のオンライン学習値grl,gdlに基づいて算出される。すなわち、直流抵抗Raは、各学習領域において、初期状態値マップ131のマップ値(Ran)と変化率マップ141のマップ値との積に従って決定される(Ra=Ran・grl)。同様に、拡散係数Dsは、各学習領域において、初期状態値マップ132のマップ値(Dsn)と変化率マップ142のマップ値との積に従って決定される(Ds=Dsn・gdl)。 The ECU 100 (degradation evaluation unit 200) calculates the IV resistance by executing the virtual IV test using the battery model for each learning region as described above. At this time, the value of the diffusion coefficient D s in DC resistance R a and the formula in the formula of the battery model (1) (3) is online learning values of the parameters rate of change grl, is calculated based on gdl. That is, the DC resistance Ra is determined according to the product of the map value (R an ) of the initial state value map 131 and the map value of the change rate map 141 in each learning region (R a = R an · grl). Similarly, the diffusion coefficient D s is determined according to the product of the map value (D sn ) of the initial state value map 132 and the map value of the change rate map 142 (D s = D sn · gdl) in each learning region. .

このようにして、二次電池10の使用時に学習領域毎にオンライン学習されたパラメータ変化率に基づいて、仮想I−V試験によるIV抵抗値RIVを求めることができる。   In this way, the IV resistance value RIV by the virtual IV test can be obtained based on the parameter change rate learned online for each learning region when the secondary battery 10 is used.

仮想I−V試験によって求められたIV抵抗値RIVは、格納マップ201に学習領域毎に格納される。すなわち、格納マップ201は、変化率マップ141,142と共通の学習領域毎にマップ値(仮想I−V試験での試験値)を記憶するように構成されている。   The IV resistance value RIV obtained by the virtual IV test is stored in the storage map 201 for each learning area. That is, the storage map 201 is configured to store a map value (a test value in the virtual IV test) for each learning area common to the change rate maps 141 and 142.

ECU100(劣化評価部200)は、さらに、IV抵抗の基準値を記憶するための基準値マップ205を有する。基準値マップ205は、変化率マップ141,142と共通の学習領域毎に、IV抵抗の初期値RIVnをマップ値として記憶している。各学習領域における初期値RIVnは、たとえば、パラメータ変化率をgr=gd=1.0としたときの仮想的なI−V試験に基づいて予め求めておくことができる。あるいは、種々のSOC領域および温度領域において、実機によるI−V試験を予め実行することによって、初期値RIVnを求めることも可能である。   ECU 100 (degradation evaluation unit 200) further includes a reference value map 205 for storing a reference value of IV resistance. The reference value map 205 stores an initial value RIVn of IV resistance as a map value for each learning region common to the change rate maps 141 and 142. The initial value RIVn in each learning region can be obtained in advance based on, for example, a virtual IV test when the parameter change rate is set to gr = gd = 1.0. Alternatively, the initial value RIVn can be obtained by executing an IV test using an actual machine in various SOC regions and temperature regions in advance.

演算部202は、学習領域毎に、格納マップに記憶されたIV抵抗値RIV(仮想試験値)と、基準値マップ205に記憶された基準値(初期値RIVn)との比較結果を示すIV抵抗変化率Krを算出する。IV抵抗変化率Krは「比較評価値」に対応する。   The arithmetic unit 202, for each learning region, IV resistance indicating a comparison result between the IV resistance value RIV (virtual test value) stored in the storage map and the reference value (initial value RIVn) stored in the reference value map 205. The change rate Kr is calculated. The IV resistance change rate Kr corresponds to a “comparison evaluation value”.

図12の例では、Kr=RIV/RIVnで示される。すなわち、劣化が進行して内部抵抗が上昇する程、IV抵抗変化率Krが大きくなる。   In the example of FIG. 12, Kr = RIV / RIVn. That is, as the deterioration progresses and the internal resistance increases, the IV resistance change rate Kr increases.

IV抵抗変化率Krは、学習領域毎に算出されて格納マップ210に記憶される。すなわち、格納マップ210は、変化率マップ141,142と共通の学習領域毎に、IV抵抗変化率Krをマップ値として記憶するように構成されている。   The IV resistance change rate Kr is calculated for each learning region and stored in the storage map 210. That is, the storage map 210 is configured to store the IV resistance change rate Kr as a map value for each learning region common to the change rate maps 141 and 142.

図15には、劣化評価部200による上述した各学習領域に対する制御処理を説明するためのフローチャートが示される。   FIG. 15 shows a flowchart for explaining the control process for each learning area described above by the deterioration evaluation unit 200.

図15を参照して、ECU100は、ステップS300により、仮想I−V試験を実行する学習領域を決定する。ステップS200では、全学習領域のうちの1つずつが順次選択される。これにより、対象学習領域が決定される。   Referring to FIG. 15, ECU 100 determines a learning region in which the virtual IV test is executed in step S300. In step S200, one of all the learning areas is sequentially selected. Thereby, the target learning area is determined.

ECU100は、ステップS310により、ステップS300で決定された対象学習領域について、パラメータ変化率gr,gdのオンライン学習値grl,gdlを、変化率マップ141,142から読出す。   In step S310, ECU 100 reads online change values grl and gdl of parameter change rates gr and gd from change rate maps 141 and 142 for the target learning region determined in step S300.

さらに、ECU100は、ステップS320により、ステップS310で読出されたパラメータ変化率学習値grl,gdlおよび初期状態値Ran,Dsnから、仮想I−V試験での電池モデル中の直流抵抗Raおよび拡散係数Dsを決定する。 Further, ECU 100, in step S320, parameter change rate learning value read out in step S310 grl, gdl and initial value R an,, from D sn, DC resistance R a and in the battery model in a virtual I-V test The diffusion coefficient D s is determined.

ECU100は、ステップS330により、電池モデルを用いた仮想I−V試験を実行する。以下では、仮想I−V試験において、図14の電流波形に従った電池電流を電池モデルへの入力として、図14の電圧波形(電池電圧)を電池モデルの出力として求めることとする。   In step S330, ECU 100 executes a virtual IV test using the battery model. Hereinafter, in the virtual IV test, the battery current according to the current waveform in FIG. 14 is input to the battery model, and the voltage waveform (battery voltage) in FIG. 14 is obtained as the output of the battery model.

図16には、ステップS330(仮想I−V試験)での制御処理手順をさらに詳細に説明するためのフローチャートが示される。   FIG. 16 shows a flowchart for explaining the control processing procedure in step S330 (virtual IV test) in more detail.

図16を参照して、ECU100は、仮想I−V試験が開始されると、ステップS510により、電池モデルの式(1)の直流抵抗Raおよび式(3)の拡散係数Dsについて、ステップS320で決定された値を読込む。さらに、ECU100は、ステップS520により、仮想I−V試験における、時刻データtを管理する。具体的には、仮想I−V試験の開始時には、t=0に設定される。一方、仮想I−V試験の実行時には、以下のステップS530〜S560の処理が実行される毎に、時刻データtはΔtずつ増加される。 Referring to FIG. 16, ECU 100, when the virtual I-V test is started, the step S510, the DC resistance R a and the diffusion coefficient D s of formula (3) of the formula of the battery model (1), step The value determined in S320 is read. Further, ECU 100 manages time data t in the virtual IV test in step S520. Specifically, t = 0 is set at the start of the virtual IV test. On the other hand, when the virtual IV test is executed, the time data t is incremented by Δt each time the following steps S530 to S560 are executed.

ECU100は、ステップS530により、ステップS520で決定された時刻データtにおける、電池電流Iを入力する。この電池電流Iは、図14に示された、予め定められたI−V試験での電流波形に基づいて決定される。   In step S530, ECU 100 inputs battery current I in time data t determined in step S520. The battery current I is determined based on a current waveform in a predetermined IV test shown in FIG.

ECU100は、ステップS540では、ステップS530で決定された電池電流Iを式(6)に代入し、かつ式(5)に反映することによって、拡散方程式の境界条件を決定する。さらに、ECU100は、ステップS542により、ステップS540で決定された境界条件に従って、式(3)に従ってリチウム濃度分布を算出する。   In step S540, ECU 100 determines the boundary condition of the diffusion equation by substituting battery current I determined in step S530 into equation (6) and reflecting it in equation (5). Further, in step S542, ECU 100 calculates a lithium concentration distribution according to equation (3) in accordance with the boundary condition determined in step S540.

そして、ECU100は、ステップS546では、ステップS542で算出されたリチウム濃度分布に従って、式(2)に従って局所的SOCを算出する。ECU100は、ステップS548では、図8のステップS130と同様の処理により、ステップS546で算出された局所的SOCに基づいて、式(1)における開放電圧OCVの項を算出する。   In step S546, ECU 100 calculates a local SOC according to equation (2) according to the lithium concentration distribution calculated in step S542. In step S548, ECU 100 calculates the term of open-circuit voltage OCV in equation (1) based on the local SOC calculated in step S546 by the same processing as step S130 in FIG.

さらに、ECU100は、ステップS550では、ステップS548により算出されたOCV、ステップS530で決定された電池電流Iおよび、ステップS510で決定された直流抵抗Raを用いて、式(1)に従って電池電圧V(シミュレーション値)を算出する。そして、ECU100は、現在の時刻データtにおける電池電流Iおよび電池電圧Vを記憶する。 Further, ECU 100, in step S550, OCV calculated by the step S548, the battery current I and determined in the step S530, using a DC resistance R a determined in step S510, the battery voltage V in accordance with equation (1) (Simulation value) is calculated. ECU 100 stores battery current I and battery voltage V at current time data t.

さらに、ECU100は、ステップS570により、現在の時刻データtが仮想I−V試験の終了時に対応する所定値tfinに達しているか否かを判定する。所定値tfinは、たとえば、図14の時刻tbに対応する。   Further, in step S570, ECU 100 determines whether or not current time data t has reached predetermined value tfin corresponding to the end of the virtual IV test. The predetermined value tfin corresponds to, for example, time tb in FIG.

時刻データtがtfinに達するまで(ステップS570のNO判定時)、ECU100は、時刻データtをステップS520によってΔtずつ増加させながら、ステップS530〜S570の処理を繰返し実行する。そして、時刻データtがtfinに達すると(S570のYES判定時)、ECU100は、ステップS580に処理を進めて、対象学習領域のI−V仮想試験を終了する。   Until time data t reaches tfin (NO determination in step S570), ECU 100 repeatedly executes the processes of steps S530 to S570 while increasing time data t by Δt in step S520. When the time data t reaches tfin (YES in S570), the ECU 100 proceeds to step S580 and ends the IV virtual test of the target learning area.

図16に示された一連の処理により、対象学習領域について、図14の電流波形に従う電池電流Iを電池モデルへの入力として、電池電圧Vの挙動をシミュレーションできることが理解される。   By the series of processes shown in FIG. 16, it is understood that the behavior of the battery voltage V can be simulated for the target learning region by using the battery current I according to the current waveform of FIG.

再び図15を参照して、ECU100は、ステップS340により、仮想I−V試験における電池モデルの演算結果に基づいて、当該学習領域でのIV抵抗値RIVを算出する。たとえば、仮想I−V試験によって得られた電池電圧Vの挙動(電圧波形)から、図14での電圧変化量ΔVを求めることにより、ΔV/I0に従ってIV抵抗値RIVを算出することができる。   Referring to FIG. 15 again, ECU 100 calculates IV resistance value RIV in the learning region based on the calculation result of the battery model in the virtual IV test in step S340. For example, the IV resistance value RIV can be calculated according to ΔV / I0 by obtaining the voltage change amount ΔV in FIG. 14 from the behavior (voltage waveform) of the battery voltage V obtained by the virtual IV test.

ECU100は、ステップS350により、当該学習領域のIV抵抗の初期値RIVnを、基準値マップ205から取得する。さらに、ECU100は、ステップS360により、当該学習領域でのIV抵抗変化率Kr(Kr=RIV/RIVn)を算出するとともに、格納マップ210に記憶する。   In step S350, ECU 100 acquires initial value RIVn of the IV resistance of the learning region from reference value map 205. Further, ECU 100 calculates IV resistance change rate Kr (Kr = RIV / RIVn) in the learning region and stores it in storage map 210 in step S360.

図15に示された一連の処理によって、各学習領域において仮想I−V試験の結果に基づいてIV抵抗を求めるとともに、IV抵抗の基準値(図15では初期値RIVn)との比較結果を算出することができる。   Through the series of processes shown in FIG. 15, the IV resistance is obtained based on the result of the virtual IV test in each learning region, and the comparison result with the reference value of IV resistance (the initial value RIVn in FIG. 15) is calculated. can do.

再び図12を参照して、劣化指標算出部250は、全学習領域において、仮想I−V試験および、試験結果に基づくIV抵抗変化率Krの算出が完了すると、格納マップ210に記憶された全学習領域のIV抵抗変化率Krのうちの最大値を、劣化指標値Pdgとして出力する。なお、学習領域毎の仮想I−V試験については、一部の学習領域での実行を予め省略するように処理を変形することも可能である。   Referring to FIG. 12 again, the deterioration index calculation unit 250 completes the virtual IV test and the calculation of the IV resistance change rate Kr based on the test result in all the learning regions, and stores all the data stored in the storage map 210. The maximum value of the IV resistance change rate Kr in the learning region is output as the deterioration index value Pdg. In addition, about the virtual IV test for every learning area | region, a process can also be deform | transformed so that execution in a part of learning area | region may be abbreviate | omitted previously.

このような構成とすることにより、本実施の形態1による二次電池の劣化評価システムでは、二次電池の使用中にパラメータ変化率をオンライン学習する際の学習領域毎での仮想I−V試験の結果に基づく総内部抵抗(IV抵抗)を評価することによって、二次電池の劣化を管理することができる。   By adopting such a configuration, in the secondary battery deterioration evaluation system according to the first embodiment, the virtual IV test for each learning region when the parameter change rate is learned online during use of the secondary battery. By evaluating the total internal resistance (IV resistance) based on the results of the above, it is possible to manage the deterioration of the secondary battery.

したがって、学習領域毎に直流抵抗Raおよび拡散係数Dsの変化率を高精度に推定するとともに、SOCおよび電池温度によって、総内部抵抗に占める直流抵抗Raおよび拡散係数Dsのそれぞれの影響が異なってくることを考慮して、二次電池の内部抵抗の上昇を適切に管理・評価することが可能となる。 Therefore, the rate of change of the DC resistance Ra and the diffusion coefficient D s is estimated with high accuracy for each learning region, and the influence of the DC resistance Ra and the diffusion coefficient D s on the total internal resistance depending on the SOC and the battery temperature. Therefore, it is possible to appropriately manage and evaluate the increase in the internal resistance of the secondary battery.

(実施の形態1の変形例)
図17は、実施の形態1の変形例による劣化評価部200の機能を説明するブロック図である。
(Modification of Embodiment 1)
FIG. 17 is a block diagram illustrating the function of deterioration evaluation unit 200 according to a modification of the first embodiment.

図17を図12と比較して、実施の形態1による変形例では、基準値マップ205が、IV抵抗の初期値RIVnではなく、許容最大値RIVmaxを学習領域毎に記憶する点が、実施の形態1と異なる。各学習領域のIV抵抗の許容最大値RIVmaxは、SOCおよび電池温度の領域に対応した負荷50の要求出力等に基づいて、予め決定することができる。   Compared with FIG. 17 in FIG. 12, in the modification according to the first embodiment, the reference value map 205 stores not the initial IV resistance RIVn but the allowable maximum value RIVmax for each learning region. Different from Form 1. The allowable maximum value RIVmax of the IV resistance in each learning region can be determined in advance based on the required output of the load 50 corresponding to the SOC and battery temperature regions.

一方、各学習領域における総内部抵抗(IV抵抗)の算出については、実施の形態1と同様であるので詳細な説明は繰返さない。   On the other hand, the calculation of the total internal resistance (IV resistance) in each learning region is the same as that in the first embodiment, and therefore detailed description will not be repeated.

演算部202は、学習領域毎に、仮想I−V試験で求められたIV抵抗値RIV(格納マップ)と、基準値マップ205に記憶された基準値(許容最大値RIVmax)との比較結果を示すIV抵抗劣化率Kr♯を算出する。図17の例では、Kr♯=RIV/RIVmaxで示される。すなわち、劣化が進行して内部抵抗が上昇する程、IV抵抗劣化率Kr♯が大きくなる。図17では、IV抵抗劣化率Kr♯が「比較評価値」に対応する。   The calculation unit 202 calculates the comparison result between the IV resistance value RIV (storage map) obtained in the virtual IV test and the reference value (allowable maximum value RIVmax) stored in the reference value map 205 for each learning region. An IV resistance deterioration rate Kr # shown is calculated. In the example of FIG. 17, Kr # = RIV / RIVmax is indicated. That is, the IV resistance deterioration rate Kr # increases as the deterioration progresses and the internal resistance increases. In FIG. 17, the IV resistance deterioration rate Kr # corresponds to the “comparison evaluation value”.

図18は、実施の形態1の変形例に従う、各学習領域に対する制御処理を説明するためのフローチャートである。   FIG. 18 is a flowchart for illustrating control processing for each learning region according to the modification of the first embodiment.

図18を図15と比較して、実施の形態1の変形例では、図15に示したステップS350およびステップS360に代えて、ステップS350♯およびS360♯が実行される点で異なる。IV抵抗値を算出するためのステップS300〜S340による処理は、実施の形態1(図15)と同一であるので詳細な説明は繰返さない。   FIG. 18 is different from FIG. 15 in that the modification of the first embodiment executes steps S350 # and S360 # in place of steps S350 and S360 shown in FIG. Since the processes in steps S300 to S340 for calculating the IV resistance value are the same as those in the first embodiment (FIG. 15), detailed description will not be repeated.

ECU100は、ステップS350♯では、当該学習領域のIV抵抗の許容最大値RIVmaxを、基準値マップ205から取得する。さらに、ECU100は、ステップS360♯により、当該学習領域でのIV抵抗劣化率Kr♯(Kr♯=RIV/RIVmax)を算出するとともに、格納マップ210に記憶する。   In step S350 #, ECU 100 obtains allowable maximum value RIVmax of IV resistance in the learning region from reference value map 205. Further, ECU 100 calculates IV resistance deterioration rate Kr # (Kr # = RIV / RIVmax) in the learning region and stores it in storage map 210 in step S360 #.

再び、図17を参照して、劣化指標算出部250は、全学習領域において、仮想I−V試験および、試験結果に基づくIV抵抗劣化率Kr♯の算出が完了すると、格納マップ210に記憶された全学習領域のIV抵抗劣化率Kr♯のうちの最大値を、劣化指標値Pdgとして出力する。   Referring to FIG. 17 again, when the calculation of the virtual IV test and the IV resistance deterioration rate Kr # based on the test result is completed in all learning regions, deterioration index calculation unit 250 is stored in storage map 210. The maximum value of the IV resistance deterioration rates Kr # in all the learning regions is output as the deterioration index value Pdg.

このように、実施の形態1の変形例によっても、実施の形態1と同様に、二次電池の使用中にパラメータ変化率をオンライン学習する際の学習領域毎での仮想I−V試験の結果に基づく総内部抵抗(IV抵抗)を評価することによって、二次電池の劣化を管理することができる。   As described above, according to the modification of the first embodiment, as in the first embodiment, the result of the virtual IV test for each learning region when the parameter change rate is learned online while using the secondary battery. By evaluating the total internal resistance (IV resistance) based on the above, deterioration of the secondary battery can be managed.

(実施の形態2)
実施の形態1で説明したように、本実施の形態による二次電池の劣化評価システムは、二次電池の使用時に電池モデルのパラメータ変化率を学習することを前提としている。したがって、実施の形態2では、オンライン学習における各学習領域での学習回数を反映して、二次電池の劣化を評価をする。
(Embodiment 2)
As described in the first embodiment, the secondary battery deterioration evaluation system according to the present embodiment is premised on learning the parameter change rate of the battery model when the secondary battery is used. Therefore, in Embodiment 2, the deterioration of the secondary battery is evaluated by reflecting the number of learning in each learning area in online learning.

実施の形態2による二次電池の劣化管理システムでは、二次電池10の使用時において、各学習領域における学習回数をカウントするために、図19および図20に示される学習回数マップがさらに設けられる。   In the secondary battery deterioration management system according to the second embodiment, when the secondary battery 10 is used, a learning frequency map shown in FIGS. 19 and 20 is further provided to count the learning frequency in each learning region. .

図19を参照して、図2に示した変化率記憶部140は、図9に示した変化率マップ141と対を成す、直流抵抗Raに関する学習回数マップ143をさらに含む。学習回数マップ143は、変化率マップ141と共通に区分された学習領域毎に、パラメータ変化率grの学習回数Ngrを記憶する。学習回数Ngrは、当該学習領域のマップ値が更新される毎にカウントアップされる。 Referring to FIG. 19, change rate storage section 140 shown in FIG. 2 further includes a learning frequency map 143 related to DC resistance Ra that forms a pair with change rate map 141 shown in FIG. 9. The learning frequency map 143 stores the learning frequency Ngr of the parameter change rate gr for each learning area that is divided in common with the change rate map 141. The learning number Ngr is counted up every time the map value of the learning area is updated.

図20を参照して、図2に示した変化率記憶部140は、図10に示した変化率マップ142と対を成す、拡散係数Dsに関する学習回数マップ144をさらに含む。学習回数マップ144は、変化率マップ142と共通に区分された学習領域毎に、パラメータ変化率gdの学習回数Ngdを記憶する。学習回数Ngdは、当該学習領域のマップ値が更新される毎にカウントアップされる。学習回数マップ143,144は、「第4の記憶手段」に対応する。 Referring to FIG. 20, the change rate storage unit 140 illustrated in FIG. 2 further includes a learning frequency map 144 regarding the diffusion coefficient D s that forms a pair with the change rate map 142 illustrated in FIG. 10. The learning number map 144 stores the learning number Ngd of the parameter change rate gd for each learning region that is divided in common with the change rate map 142. The learning count Ngd is counted up every time the map value of the learning area is updated. The learning frequency maps 143 and 144 correspond to a “fourth storage unit”.

図21は、実施の形態2による二次電池の劣化管理システムにおける学習回数の管理に関連する制御処理を説明するフローチャートである。   FIG. 21 is a flowchart illustrating a control process related to learning count management in the secondary battery deterioration management system according to the second embodiment.

図21を参照して、実施の形態2では、学習条件成立時に実行されるステップS210は、ステップS212およびS214を含む。   Referring to FIG. 21, in the second embodiment, step S210 executed when the learning condition is satisfied includes steps S212 and S214.

ECU100は、ステップS212では、ステップS200により学習条件が成立したパラメータについて、変化率マップ141および/または142のマップ値を更新する。これにより、パラメータ変化率grおよび/またはgdのオンライン学習値(grlおよび/またはgdl)が更新される。   In step S212, ECU 100 updates the map value of change rate map 141 and / or 142 for the parameter for which the learning condition is satisfied in step S200. Thereby, the online learning value (grl and / or gdl) of the parameter change rate gr and / or gd is updated.

さらに、ECU100は、ステップS214により、変化率マップ141,142のマップ値を更新した学習領域について、学習回数マップ143,144に記憶された学習回数をカウントアップする。   Further, ECU 100 counts up the number of learnings stored in learning number maps 143 and 144 for the learning region in which the map values of change rate maps 141 and 142 are updated in step S214.

直流抵抗Raのパラメータ変化率grの学習条件が成立するたびに、学習回数マップ143において対応する学習領域の学習回数Ngrが増加する。同様に、拡散係数Dsのパラメータ変化率gdの学習条件が成立するたびに、学習回数マップ144において対応する学習領域の学習回数Ngdが増加する。このようにして、二次電池10の使用時におけるオンライン学習での学習回数を管理することが可能となる。 Each time a parameter change rate gr learning condition of DC resistance R a is satisfied, the number of times of learning Ngr the corresponding learning region increases in the number of times of learning maps 143. Similarly, every time the learning condition for the parameter change rate gd of the diffusion coefficient D s is satisfied, the learning number Ngd of the corresponding learning region in the learning number map 144 increases. In this way, it is possible to manage the number of learnings in online learning when the secondary battery 10 is used.

なお、図11に示したように、隣接の学習領域AR2〜AR8においてもパラメータ変化率を学習する場合には、学習領域AR2〜AR8における学習回数の増加量を、学習領域AR1における増加量よりも小さくしてもよい。   As shown in FIG. 11, when the parameter change rate is learned also in the adjacent learning areas AR2 to AR8, the increase in the number of learning times in the learning areas AR2 to AR8 is larger than the increase in the learning area AR1. It may be small.

図22は、実施の形態2による二次電池の劣化管理システムにおける劣化指標算出部250(図12)による処理を説明するためのフローチャートである。   FIG. 22 is a flowchart for illustrating processing by deterioration index calculation unit 250 (FIG. 12) in the deterioration management system for a secondary battery according to the second embodiment.

図22を参照して、実施の形態2では、ECU100は、ステップS410〜S430の処理を実行することによって、劣化指標算出部250による機能を実現する。   Referring to FIG. 22, in the second embodiment, ECU 100 implements the function of deterioration index calculation unit 250 by executing the processes of steps S410 to S430.

ECU100は、ステップS410により、学習回数マップ143,144から、全学習領域について学習回数Ngr,Ngdを読出す。そして、ECU100は、ステップS420では、学習領域毎の学習回数Ngr,Ngdに基づいて、少なくとも1つの代表領域を決定する。   In step S410, ECU 100 reads learning times Ngr and Ngd for all learning areas from learning frequency maps 143 and 144. In step S420, ECU 100 determines at least one representative region based on the number of learning times Ngr, Ngd for each learning region.

たとえば、学習回数Ngr,Ngdの合計回数が最大のものを代表領域に決定することができる。また、学習回数NgrおよびNgdの所定の一方について、学習回数が最大の学習領域を代表領域に決定することも可能である。あるいは、学習回数に基づいて、複数個の代表領域を決定してもよい。ステップS420では、予め定められた任意の規則に基づいて代表領域を決定することができる。基本的には、学習回数が少ない学習領域を排除するように代表領域が決定される。   For example, the maximum number of learning times Ngr and Ngd can be determined as the representative region. In addition, for a predetermined one of the learning times Ngr and Ngd, the learning region having the maximum learning frequency can be determined as the representative region. Alternatively, a plurality of representative regions may be determined based on the number of learning times. In step S420, the representative area can be determined based on any predetermined rule. Basically, the representative area is determined so as to exclude the learning area where the learning frequency is small.

ECU100は、ステップS430において、ステップS420で決定された少なくとも1つの代表領域のIV抵抗データ(IV抵抗変化率KrおよびIV抵抗劣化率Kr♯を総称するもの)を、格納マップ210から読出す。そして、読出されたIV抵抗データに基づいて、劣化指標値Pdgを設定する。たとえば、少なくとも1つの代表領域のIV抵抗データのうちの最大値に従って、劣化指標値Pdgを設定することができる。   In step S430, ECU 100 reads from the storage map 210 the IV resistance data (a general term for the IV resistance change rate Kr and the IV resistance deterioration rate Kr #) of at least one representative region determined in step S420. Then, a deterioration index value Pdg is set based on the read IV resistance data. For example, the degradation index value Pdg can be set according to the maximum value among the IV resistance data of at least one representative region.

実施の形態2による二次電池の劣化評価システムによれば、二次電池10の使用中に学習回数が少なかった学習領域のデータを排除して、二次電池のIV抵抗を評価することができる。これによって、学習回数が少ない学習領域での学習結果に基づいて、二次電池の内部抵抗の劣化状態を誤って評価することを防止できる。また、IV抵抗を評価しないこととする、学習回数が少ない学習領域では、仮想I−V試験の実行を省略することも可能である。   According to the secondary battery degradation evaluation system according to the second embodiment, it is possible to evaluate the IV resistance of the secondary battery by eliminating the data in the learning area where the number of times of learning was small during use of the secondary battery 10. . Accordingly, it is possible to prevent the deterioration state of the internal resistance of the secondary battery from being erroneously evaluated based on the learning result in the learning region where the number of learning times is small. Further, in the learning region where the IV resistance is not evaluated and the learning frequency is small, it is possible to omit the execution of the virtual IV test.

(実施の形態2の変形例)
実施の形態2の変形例では、各学習領域での学習回数を反映した劣化指標値の算出の他の例を説明する。すなわち、実施の形態2の変形例では、実施の形態2と比較して、劣化指標算出部250の機能が異なる。その他の部分については、実施の形態2と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
(Modification of Embodiment 2)
In the modification of the second embodiment, another example of calculating the deterioration index value reflecting the number of learning in each learning area will be described. That is, in the modification of the second embodiment, the function of the deterioration index calculation unit 250 is different from that in the second embodiment. Since other parts are the same as those in the second embodiment, detailed description will not be repeated.

図23は、実施の形態2の変形例に従う二次電池の劣化評価システムにおける、劣化指標算出部250(図12)による制御処理を説明するためのフローチャートである。   FIG. 23 is a flowchart for illustrating control processing by deterioration index calculation unit 250 (FIG. 12) in the secondary battery deterioration evaluation system according to the modification of the second embodiment.

図23を参照して、ECU100は、図22と同様のステップS410によって、学習回数マップ143,144から、学習領域毎の学習回数Ngr,Ngdを読出す。さらに、ECU100は、ステップS440により、各学習領域での学習回数を重み付けした、全学習領域でのIV抵抗データの加重平均値を演算する。   Referring to FIG. 23, ECU 100 reads learning times Ngr and Ngd for each learning area from learning number maps 143 and 144 in step S410 similar to FIG. Further, in step S440, ECU 100 calculates a weighted average value of IV resistance data in all learning regions, in which the number of learnings in each learning region is weighted.

たとえば、IV抵抗データの加重平均値IVaveは、学習領域毎のIV抵抗データK(格納マップ210のマップ値)および学習回数Ngr(学習回数マップ143のマップ値)を用いて、下記(19)式に従って求めることができる。式(19)において、“Σ”は、全学習領域に亘る総和を示すものとする。   For example, the weighted average value IVave of the IV resistance data is expressed by the following equation (19) using the IV resistance data K (map value of the storage map 210) and the learning count Ngr (map value of the learning count map 143) for each learning region. Can be asked according to. In Equation (19), “Σ” represents the sum total over the entire learning region.

IVave=Σ(K・Ngr)/Σ(Ngr) …(19)
ECU100は、ステップS450により、ステップS440で求められIV抵抗データの加重平均値IVaveに従って、劣化指標値Pdgを決定する。
IVave = Σ (K · Ngr) / Σ (Ngr) (19)
In step S450, ECU 100 determines deterioration index value Pdg according to the weighted average value IVave of the IV resistance data obtained in step S440.

実施の形態2の変形例による二次電池の劣化評価システムによれば、学習領域毎の学習回数を考慮して、全学習領域を通じたIV抵抗を評価することができる。したがって、学習回数を適切に考慮して、二次電池の内部抵抗の劣化を評価することができる。   According to the secondary battery deterioration evaluation system according to the modification of the second embodiment, it is possible to evaluate the IV resistance through all the learning regions in consideration of the learning frequency for each learning region. Therefore, it is possible to evaluate the deterioration of the internal resistance of the secondary battery by appropriately considering the learning frequency.

(実施の形態3)
実施の形態3では、実施の形態2およびその変形例で使用される学習回数の管理についての変形例が示される。すなわち、実施の形態3では、実施の形態2およびその変形例と比較して、学習回数の管理(図21)が異なる。その他の部分については、実施の形態2またはその変形例と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a modification of the management of the number of learning times used in the second embodiment and the modification is shown. That is, in the third embodiment, the management of the number of learning (FIG. 21) is different from that in the second embodiment and its modification. Since other parts are the same as those in the second embodiment or the modification thereof, detailed description will not be repeated.

図24を参照して、実施の形態3では、ECU110は、ステップS216をさらに実行する。
ECU100は、図21と同様のステップS212により、ステップS200により学習条件が成立したパラメータについて、パラメータ変化率grおよび/またはgdのオンライン学習値grl,gdlを更新する。さらに、図21と同様のステップS214により、変化率マップ141,142のマップ値を更新した学習領域について、学習回数マップ143,144に記憶された学習回数(Ngdおよび/またはNgd)がカウントアップされる。
Referring to FIG. 24, in the third embodiment, ECU 110 further executes step S216.
The ECU 100 updates the online learning values grl and gdl of the parameter change rate gr and / or gd for the parameter for which the learning condition is satisfied in step S200 in step S212 similar to FIG. Furthermore, the learning frequency (Ngd and / or Ngd) stored in the learning frequency maps 143 and 144 is counted up for the learning region in which the map values of the change rate maps 141 and 142 are updated by the same step S214 as in FIG. The

ECU100は、ステップS216により、時間経過に伴って学習回数のマップ値を減少させる処理を実行する。たとえば、所定時間の経過毎に、学習回数マップ143,144の各学習領域のマップ値が所定値だけ減算される。あるいは、学習領域毎に前回の学習条件成立時からの経過時間を管理することにより、所定時間が経過するたびに当該学習領域における学習回数のマップ値を所定値ずつ減算してもよい。   In step S216, the ECU 100 executes a process of reducing the map value of the number of learnings as time passes. For example, every time a predetermined time elapses, the map value of each learning area of the learning frequency maps 143 and 144 is subtracted by a predetermined value. Alternatively, by managing the elapsed time from when the previous learning condition is established for each learning area, the map value of the number of learning times in the learning area may be subtracted by a predetermined value each time the predetermined time elapses.

すなわち、ステップS216では、学習回数マップ143,144のマップ値に対して、過去における学習回数が時間経過とともに影響しなくなるように、時間経過に伴う減少処理が加えられる。この結果、通算の学習回数が同等であっても、最近の学習回数が多い学習領域におけるマップ値を相対的に大きくすることができる。   That is, in step S216, a reduction process with the passage of time is added to the map values of the learning number maps 143 and 144 so that the number of learnings in the past does not affect with the passage of time. As a result, even if the total number of learning times is the same, the map value in the learning region where the recent number of learning times is large can be relatively increased.

そして、実施の形態3では、実施の形態2またはその変形例において、図24に従って管理された学習回数Ngr,Ngdを用いて、劣化指標値Pdgdが算出される。   In the third embodiment, the deterioration index value Pdgd is calculated using the number of learning times Ngr and Ngd managed according to FIG. 24 in the second embodiment or its modification.

このようにすると、二次電池10を搭載した車両が使用される地域が低温地域から高温地域へ変化した等、二次電池10の使用条件(代表的には、電池温度)が大きく変化したときに、最近の二次電池10の使用条件を適切に反映して、二次電池の内部抵抗の劣化を評価することが可能となる。   In this case, when the usage condition (typically, battery temperature) of the secondary battery 10 changes greatly, such as the area where the vehicle equipped with the secondary battery 10 is used has changed from a low temperature area to a high temperature area. In addition, the deterioration of the internal resistance of the secondary battery can be evaluated by appropriately reflecting the recent use conditions of the secondary battery 10.

(実施の形態4)
実施の形態1では、電池モデル式に用いられるパラメータである直流抵抗Raおよび拡散係数Dsの両方が経年的に変化するものとして、両方のパラメータをオンライン学習する構成を説明した。しかしながら、二次電池のタイプによっては、主には、直流抵抗Raおよび拡散係数Dsの一方のみが経年的に変化するものもある。
(Embodiment 4)
In the first embodiment, a configuration has been described in which both the DC resistance Ra and the diffusion coefficient D s , which are parameters used in the battery model equation, change over time, and both parameters are learned online. However, depending on the type of the secondary battery, there is mainly one in which only one of the DC resistance Ra and the diffusion coefficient D s changes over time.

このような二次電池では、直流抵抗Raおよび拡散係数Dsの他方は、劣化が進行しても初期状態値から大きく変化しない。したがって、ECU100の演算負荷を考慮すると、直流抵抗Raおよび拡散係数Dsの一方のみについて、パラメータ変化率をオンライン学習することが好ましい。実施の形態4ではこのようなタイプの二次電池を対象する劣化管理システムについて説明する。まず、直流抵抗Raの経年変化に対して、拡散係数Dsの経年変化が無視できる程に小さいタイプの二次電池の劣化評価について説明する。 In such a secondary battery, the other of the DC resistance Ra and the diffusion coefficient D s does not change greatly from the initial state value even when the deterioration progresses. Therefore, considering the calculation load of the ECU 100, for only one of the DC resistance R a and the diffusion coefficient D s, it is preferable to online learning parameter rate of change. In the fourth embodiment, a deterioration management system for such a type of secondary battery will be described. First, the aging of the DC resistance R a, the deterioration evaluating secondary batteries small type negligibly aged deterioration of the diffusion coefficient D s is described.

図25は、実施の形態4による劣化評価部の機能を説明するための概略的な機能ブロック図である。   FIG. 25 is a schematic functional block diagram for explaining the function of the deterioration evaluation unit according to the fourth embodiment.

図25を参照して、実施の形態4による二次電池の劣化評価システムでは、直流抵抗Raのパラメータ変化率grのみがオンライン学習される。パラメータ変化率grのオンライン学習値grlは、実施の形態1と同様に、変化率マップ141において学習領域毎に記憶される。一方で、拡散係数Dsのパラメータ変化率gdについては、推定およびオンライン学習が実行されない。すなわち、全学習領域において、gd=1.0に固定される。これにより、ECU100の演算負荷が軽減される。 Referring to FIG. 25, the deterioration evaluating system for a secondary battery according to the fourth embodiment, only the parameters change rate gr of DC resistance R a is online learning. The online learning value grl of the parameter change rate gr is stored for each learning region in the change rate map 141 as in the first embodiment. On the other hand, estimation and online learning are not executed for the parameter change rate gd of the diffusion coefficient D s . That is, gd = 1.0 is fixed in the entire learning region. Thereby, the calculation load of ECU100 is reduced.

さらに、パラメータ変化率grの限界値grmaxを記憶するための限界値マップ206が予め設けられている。限界値マップ206は、変化率マップ141と共通の学習領域毎に、限界値grmaxを記憶する。限界値grmaxは、電池モデルを用いた仮想I−V試験によって、各学習領域毎に予め求めることができる。限界値マップ206は、「第3の記憶手段」に対応する。   Further, a limit value map 206 for storing the limit value grmax of the parameter change rate gr is provided in advance. The limit value map 206 stores a limit value grmax for each learning region common to the change rate map 141. The limit value grmax can be obtained in advance for each learning region by a virtual IV test using a battery model. The limit value map 206 corresponds to “third storage unit”.

図26は、直流抵抗のパラメータ変化率の限界値を仮想I−V試験によって求めるための制御処理を説明するフローチャートである。なお、以下に説明する限界値の演算処理は、二次電池10の使用に先立って予め実行することができる。あるいは、二次電池10が電源システムに搭載された後でも、負荷50が運転されていない空き時間を利用して、ECU100によって当該演算処理を実行することも可能である。   FIG. 26 is a flowchart illustrating a control process for obtaining a limit value of the parameter change rate of the DC resistance by a virtual IV test. The limit value calculation process described below can be executed in advance prior to the use of the secondary battery 10. Alternatively, even after the secondary battery 10 is mounted on the power supply system, the calculation process can be executed by the ECU 100 using the idle time when the load 50 is not operated.

ECU100は、ステップS610では、パラメータ変化率限界値を算出する学習領域のSOC(局所的SOC)および電池温度Tbおよび、電池モデルの式(3)で用いられる拡散係数Dsの値を読込む。パラメータ変化率gd=1.0に固定されるため、初期状態値マップ132のマップ値を、そのまま拡散係数Dsとして用いることができる。 In step S610, ECU 100 reads the SOC (local SOC) and battery temperature Tb in the learning region for calculating the parameter change rate limit value and the value of diffusion coefficient D s used in equation (3) of the battery model. Since the parameter change rate gd is fixed at 1.0, the map value of the initial state value map 132 can be used as it is as the diffusion coefficient D s .

ECU100は、ステップS620では、パラメータ変化率grの候補値を設定する。そして、ECU100は、ステップS630により、電池モデルにおける直流抵抗Raを、ステップS620で設定されたgrの候補値と、初期状態パラメータ値Ranとの積に従って決定する。 In step S620, ECU 100 sets a candidate value for parameter change rate gr. Then, ECU 100, in step S630, the DC resistance R a in the battery model, and candidate values of gr, which is set in in the step S620, the determined according the product of the initial state parameter value R an,.

ECU100は、ステップS640により、このように直流抵抗Raおよび拡散係数Dsが決められた電池モデルを用いて仮想I−V試験を実行する。仮想I−V試験は、図16のステップS520〜S580と同様の処理によって実行することができる。 ECU100, in step S640, executes a virtual I-V tested using the battery model in this way DC resistance R a and the diffusion coefficient D s have been determined. The virtual IV test can be executed by processing similar to steps S520 to S580 in FIG.

ECU100は、ステップS650により、ステップS640での仮想I−V試験によって得られた電池電圧の挙動に基づくIV抵抗値を、図17の基準値マップ205に記憶されるのと同様の、当該学習領域における許容最大値RIVmaxと比較する。   In step S650, the ECU 100 performs the learning region similar to the case where the IV resistance value based on the behavior of the battery voltage obtained by the virtual IV test in step S640 is stored in the reference value map 205 in FIG. Is compared with the maximum allowable value RIVmax.

さらに、ECU100は、ステップS660に処理を進めて、パラメータ変化率grの探索が終了したかどうかを判定する。パラメータ変化率grの探索については、予め所定パターンを設けることができる。   Further, ECU 100 proceeds to step S660 to determine whether or not the search for parameter change rate gr has been completed. A predetermined pattern can be provided in advance for the search for the parameter change rate gr.

ECU100は、パラメータ変化率grの探索が終了するまでは(S660のNO判定時)、ステップS620によってパラメータ変化率grの候補値を切換えながら、ステップS630,S640による処理を繰返し実行する。この結果、パラメータ変化率grの探索終了時(S660のYES判定時)には、複数の候補値に対して、仮想I−V試験に基づくIV抵抗値が求められていることになる。   The ECU 100 repeatedly executes the processes in steps S630 and S640 while switching the parameter change rate gr candidate values in step S620 until the search for the parameter change rate gr is completed (when NO is determined in S660). As a result, at the end of the search for the parameter change rate gr (when YES is determined in S660), IV resistance values based on the virtual IV test are obtained for a plurality of candidate values.

ECU100は、パラメータ変化率grの探索が終了すると(S660のYES判定時)、ステップS670に処理を進めて、IV抵抗の許容最大値RIVmaxに対応するパラメータ変化率grの限界値grmaxを算出する。   When the search for parameter change rate gr is completed (when YES is determined in S660), ECU 100 proceeds to step S670 to calculate limit value grmax of parameter change rate gr corresponding to allowable maximum value RIVmax of IV resistance.

たとえば、パラメータ変化率grの複数の候補値のうちの、仮想I−V試験に基づくIV抵抗値が許容最大値RIVmaxに最も近い2つの候補値間を補完することによって、パラメータ変化率grの限界値grmaxが求められる。求められたパラメータ変化率grの限界値grmaxは、図25の限界値マップ206において、該当する学習領域のマップ値として記憶される。   For example, among the plurality of candidate values of the parameter change rate gr, the limit of the parameter change rate gr is obtained by complementing between two candidate values whose IV resistance value based on the virtual IV test is closest to the allowable maximum value RIVmax. The value grmax is determined. The obtained limit value grmax of the parameter change rate gr is stored as a map value of the corresponding learning region in the limit value map 206 of FIG.

図26に示した制御処理を各学習領域について実行することにより、図25に示した限界値マップ206を作成することができる。   The limit value map 206 shown in FIG. 25 can be created by executing the control process shown in FIG. 26 for each learning region.

再び図25を参照して、実施の形態4による二次電池の劣化管理システムでは、劣化評価部200は、演算部202により、学習領域毎に、変化率マップ142に記憶されたパラメータ変化率grのオンライン学習値grlと、限界値マップ206に記憶された限界値grmaxとの比較結果を示す、直流抵抗劣化率Kgrを算出する。すなわち、Kgr=gr/grmaxで示される。劣化が進行して内部抵抗が上昇する程、直流抵抗劣化率Kgdが大きくなる。図25では、直流抵抗劣化率Kgrが「比較評価値」に対応する。   Referring to FIG. 25 again, in the secondary battery deterioration management system according to the fourth embodiment, deterioration evaluation unit 200 uses parameter calculation unit 202 to store parameter change rate gr stored in change rate map 142 for each learning region. The DC resistance deterioration rate Kgr indicating the comparison result between the online learning value grl and the limit value grmax stored in the limit value map 206 is calculated. That is, it is represented by Kgr = gr / grmax. As the deterioration progresses and the internal resistance increases, the DC resistance deterioration rate Kgd increases. In FIG. 25, the DC resistance deterioration rate Kgr corresponds to the “comparative evaluation value”.

演算部202によって算出された直流抵抗劣化率Kgrは、学習領域毎に格納マップ212に記憶される。すなわち、格納マップ212は、変化率マップ141と共通の学習領域毎に、直流抵抗劣化率Kgrをマップ値として記憶するように構成されている。   The DC resistance deterioration rate Kgr calculated by the calculation unit 202 is stored in the storage map 212 for each learning region. That is, the storage map 212 is configured to store the DC resistance deterioration rate Kgr as a map value for each learning region common to the change rate map 141.

劣化指標算出部250は、全学習領域において直流抵抗劣化率Kgrの算出が完了すると、格納マップ212に記憶された直流抵抗劣化率Kgrに基づいて、二次電池10の劣化指標値Pdgを算出する。たとえば、実施の形態1と同様に、格納マップ212に記憶された全学習領域の直流抵抗劣化率Kgrのうちの最大値を、劣化指標値Pdgとして出力することができる。   When the calculation of the DC resistance deterioration rate Kgr is completed in the entire learning region, the deterioration index calculation unit 250 calculates the deterioration index value Pdg of the secondary battery 10 based on the DC resistance deterioration rate Kgr stored in the storage map 212. . For example, as in the first embodiment, the maximum value of the DC resistance deterioration rates Kgr of all the learning regions stored in the storage map 212 can be output as the deterioration index value Pdg.

あるいは、実施の形態2あるいはその変形例、または、実施の形態3に従って、パラメータ変化率grの学習回数Ngr(学習回数マップ143)を反映して、格納マップ212に記憶された直流抵抗劣化率Kgrに基づいて、劣化指標値Pdgを算出することも可能である。   Alternatively, the DC resistance deterioration rate Kgr stored in the storage map 212 is reflected in accordance with the second embodiment, the modification thereof, or the third embodiment, reflecting the learning frequency Ngr (learning frequency map 143) of the parameter change rate gr. It is also possible to calculate the deterioration index value Pdg based on the above.

このように、実施の形態4による二次電池の劣化管理システムによれば、電池モデル中の特定パラメータ(直流抵抗Ra)のみが主に経年的に変化するような種類の二次電池において、パラメータ変化率のオンライン学習後に仮想I−V試験を行う必要がない。なぜなら、IV抵抗の許容最大値RIVmaxに対応するパラメータ変化率の限界値は、二次電池10の使用前においても、仮想I−V試験によって求めることができるからである。 Thus, according to the secondary battery deterioration management system according to the fourth embodiment, in a secondary battery of a type in which only a specific parameter (DC resistance R a ) in the battery model changes mainly over time, There is no need to conduct a virtual IV test after online learning of parameter change rates. This is because the limit value of the parameter change rate corresponding to the allowable maximum value RIVmax of the IV resistance can be obtained by the virtual IV test even before the secondary battery 10 is used.

したがって、実施の形態4による二次電池の劣化管理システムでは、ECU100の演算負荷を軽減した上で、実施の形態1〜3およびこれらの変形例と同様の二次電池の劣化管理を実現することができる。   Therefore, the secondary battery deterioration management system according to the fourth embodiment realizes the same secondary battery deterioration management as in the first to third embodiments and the modifications thereof while reducing the calculation load of the ECU 100. Can do.

(実施の形態4の変形例)
実施の形態4の変形例では、実施の形態4とは反対に、拡散係数Dsの経年変化に対して、直流抵抗Raの経年変化が無視できる程に小さいタイプの二次電池の劣化評価について説明する。
(Modification of Embodiment 4)
In the modification of the fourth embodiment, as opposed to the fourth embodiment, with respect to aging of the diffusion coefficient D s, deterioration evaluation of the secondary battery of small type enough to aging of DC resistance R a is negligible Will be described.

図27は、実施の形態4の変形例による劣化評価部の機能を説明するための概略的な機能ブロック図である。   FIG. 27 is a schematic functional block diagram for explaining the function of the deterioration evaluation unit according to the modification of the fourth embodiment.

図27を図26と参照して、実施の形態4の変形例による二次電池の劣化評価システムでは、拡散係数Dsのパラメータ変化率gdのみがオンライン学習される。パラメータ変化率gdのオンライン学習値は、実施の形態1と同様に、変化率マップ142において学習領域毎に記憶される。一方で、直流抵抗Raのパラメータ変化率grについては、推定およびオンライン学習が実行されない。すなわち、全学習領域において、gr=1.0に固定される。これにより、ECU100の演算負荷が軽減される。 With reference to FIG. 27 and FIG. 26, in the secondary battery deterioration evaluation system according to the modification of the fourth embodiment, only the parameter change rate gd of the diffusion coefficient D s is learned online. The online learning value of the parameter change rate gd is stored for each learning region in the change rate map 142 as in the first embodiment. Meanwhile, for the parameter change rate gr of DC resistance R a, estimation and online learning is not performed. That is, gr = 1.0 is fixed in the entire learning region. Thereby, the calculation load of ECU100 is reduced.

拡散係数Dsが小さくなると内部抵抗(IV抵抗)が上昇する。したがって、限界値マップ206は、学習領域毎にパラメータ変化率gdの限界値gdminを記憶する。実施の形態4と同様に、各学習領域における限界値gdminは、電池モデルを用いた仮想I−V試験によって、予め求めることができる。 When the diffusion coefficient D s decreases, the internal resistance (IV resistance) increases. Therefore, the limit value map 206 stores the limit value gdmin of the parameter change rate gd for each learning region. As in the fourth embodiment, the limit value gdmin in each learning region can be obtained in advance by a virtual IV test using a battery model.

図28は、拡散係数のパラメータ変化率の限界値を仮想I−V試験によって求めるための制御処理を説明するフローチャートである。図28に示す処理についても、図26に示したフローチャートによる制御処理と同様の機会に実行できる。   FIG. 28 is a flowchart for explaining a control process for obtaining a limit value of a parameter change rate of a diffusion coefficient by a virtual IV test. The processing shown in FIG. 28 can also be executed at the same opportunity as the control processing according to the flowchart shown in FIG.

ECU100は、ステップS610♯では、パラメータ変化率限界値を算出する学習領域のSOC(局所SOC)および電池温度Tbおよび、電池モデルの式(1)で用いられる直流抵抗Raの値を読込む。パラメータ変化率gr=1.0に固定されるため、初期状態値マップ131のマップ値を、そのまま直流抵抗Raとして用いることができる。 ECU100, in step S610♯, parameter change rate SOC of the learning region for calculating a limit value (local SOC) and battery temperature Tb and reads the value of DC resistance R a used in equation battery model (1). Since it is fixed to the parameter rate of change gr = 1.0, the map value of the initial state value map 131, can be directly used as a DC resistance R a.

ECU100は、ステップS620♯では、パラメータ変化率gdの候補値を設定する。そして、ECU100は、ステップS630♯により、電池モデルにおける拡散係数Dsを、ステップS620♯で設定されたgdの候補値と、初期状態パラメータ値Danとの積に従って決定する。 In step S620 #, ECU 100 sets a candidate value for parameter change rate gd. Then, ECU 100, in step S630♯, the diffusion coefficient D s in the battery model, and candidate values gd set in step S620♯, determined according to the product of the initial state parameter value D an,.

ECU100は、ステップS640♯により、このように直流抵抗Raおよび拡散係数Dsが決められた電池モデルを用いて仮想I−V試験を実行する。仮想I−V試験は、図16のステップS520〜S580と同様の処理によって実行することができる。 ECU100, in step S640♯, executes the virtual I-V tested using this battery model the DC resistance R a and the diffusion coefficient D s is determined so. The virtual IV test can be executed by processing similar to steps S520 to S580 in FIG.

ECU100は、ステップS650♯により、ステップS640♯での仮想I−V試験によって得られた電池電圧の挙動に基づくIV抵抗値を、図17の基準値マップ205に記憶されるのと同様の、当該学習領域における許容最大値RIVmaxと比較する。   In step S650 #, ECU 100 executes the same IV resistance value based on the behavior of the battery voltage obtained by the virtual IV test in step S640 # as that stored in reference value map 205 in FIG. The maximum allowable value RIVmax in the learning area is compared.

さらに、ECU100は、ステップS660♯に処理を進めて、パラメータ変化率gdの探索が終了したかどうかを判定する。パラメータ変化率gdの探索については、予め所定パターンを設けることができる。   Further, ECU 100 proceeds to step S660 # to determine whether or not the search for parameter change rate gd has been completed. A predetermined pattern can be provided in advance for the search for the parameter change rate gd.

ECU100は、パラメータ変化率gdの探索が終了するまでは(S660♯のNO判定時)、ステップS620♯によってパラメータ変化率gdの候補値を切換えながら、ステップS630♯,S640♯による処理を繰返し実行する。この結果、パラメータ変化率gdの探索終了時(S660♯のYES判定時)には、複数の候補値に対して、仮想I−V試験に基づくIV抵抗値が求められていることになる。   ECU 100 repeatedly executes the processes in steps S630 # and S640 # while switching the candidate value of parameter change rate gd in step S620 # until the search for parameter change rate gd is completed (when NO is determined in S660 #). . As a result, when the search for parameter change rate gd is completed (YES in S660 #), IV resistance values based on the virtual IV test are obtained for a plurality of candidate values.

そして、ECU100は、パラメータ変化率gdの探索が終了すると(S660♯のYES判定時)、ステップS670♯に処理を進めて、IV抵抗の許容最大値RIVmaxに対応するパラメータ変化率gdの限界値gdminを算出する。   When the search for parameter change rate gd is completed (when YES in S660 #), ECU 100 proceeds to step S670 # to limit value gdmin of parameter change rate gd corresponding to allowable maximum value RIVmax of IV resistance. Is calculated.

たとえば、パラメータ変化率gdの複数の候補値のうちの、仮想I−V試験に基づくIV抵抗値が許容最大値RIVmaxに最も近い2つの候補値間を補完することによって、パラメータ変化率gdの限界値gdminが求められる。求められたパラメータ変化率grの限界値grmaxは、図27の限界値マップ206において、該当する学習領域のマップ値として記憶される。   For example, among the plurality of candidate values of the parameter change rate gd, the IV resistance value based on the virtual IV test is complemented between two candidate values closest to the allowable maximum value RIVmax, thereby limiting the parameter change rate gd. The value gdmin is determined. The obtained limit value grmax of the parameter change rate gr is stored as a map value of the corresponding learning region in the limit value map 206 of FIG.

図28に示した制御処理を各学習領域について実行することにより、図27に示した限界値マップ206を作成することができる。   The limit value map 206 shown in FIG. 27 can be created by executing the control process shown in FIG. 28 for each learning region.

再び図27を参照して、実施の形態4の変形例による二次電池の劣化管理システムでは、劣化評価部200は、演算部202により、学習領域毎に、変化率マップ141に記憶されたパラメータ変化率gdのオンライン学習値gdlと、限界値マップ206に記憶された限界値gdminとの比較結果を示す、拡散係数劣化率Kgdを算出する。すなわち、Kgd=gdmin/gdで示される。劣化の進行に伴い拡散係数Dsは低下するので、劣化が進行して内部抵抗が上昇する程、拡散係数劣化率Kgdは大きくなる。図25では、拡散係数劣化率Kgdが「比較評価値」に対応する。 Referring to FIG. 27 again, in the deterioration management system for a secondary battery according to the modification of the fourth embodiment, deterioration evaluation unit 200 uses parameters stored in change rate map 141 for each learning region by calculation unit 202. A diffusion coefficient deterioration rate Kgd indicating a comparison result between the online learning value gdl of the change rate gd and the limit value gdmin stored in the limit value map 206 is calculated. That is, Kgd = gdmin / gd. Since the diffusion coefficient D s decreases as the deterioration progresses, the diffusion coefficient deterioration rate Kgd increases as the deterioration progresses and the internal resistance increases. In FIG. 25, the diffusion coefficient deterioration rate Kgd corresponds to the “comparison evaluation value”.

演算部202によって算出された拡散係数劣化率Kgdは、学習領域毎に格納マップ212に記憶される。すなわち、格納マップ212は、変化率マップ142と共通の学習領域毎に、拡散係数劣化率Kgdをマップ値として記憶するように構成されている。   The diffusion coefficient deterioration rate Kgd calculated by the calculation unit 202 is stored in the storage map 212 for each learning region. That is, the storage map 212 is configured to store the diffusion coefficient deterioration rate Kgd as a map value for each learning area common to the change rate map 142.

劣化指標算出部250は、全学習領域において拡散係数劣化率Kgdの算出が完了すると、格納マップ212に記憶された拡散係数劣化率Kgdに基づいて、二次電池10の劣化指標値Pdgを算出する。たとえば、実施の形態1と同様に、格納マップ212に記憶された全学習領域の拡散係数劣化率Kgdのうちの最大値を、劣化指標値Pdgとして出力することができる。   When the calculation of the diffusion coefficient deterioration rate Kgd is completed in the entire learning region, the deterioration index calculation unit 250 calculates the deterioration index value Pdg of the secondary battery 10 based on the diffusion coefficient deterioration rate Kgd stored in the storage map 212. . For example, as in the first embodiment, the maximum value of the diffusion coefficient deterioration rates Kgd of all the learning regions stored in the storage map 212 can be output as the deterioration index value Pdg.

あるいは、実施の形態2あるいはその変形例、または、実施の形態3に従って、パラメータ変化率gdの学習回数Ngd(学習回数マップ144)を反映して、格納マップ212に記憶された拡散係数劣化率Kgdに基づいて、劣化指標値Pdgを算出することも可能である。   Alternatively, the diffusion coefficient deterioration rate Kgd stored in the storage map 212 reflects the learning frequency Ngd (learning frequency map 144) of the parameter change rate gd in accordance with the second embodiment, the modification thereof, or the third embodiment. It is also possible to calculate the deterioration index value Pdg based on the above.

このように、実施の形態4の変形例による二次電池の劣化管理システムによれば、電池モデル中の拡散係数Dsのみが主に経年的に変化するような種類の二次電池に対して、実施の形態4と同様の劣化管理を実現することができる。 Thus, according to the secondary battery deterioration management system according to the modification of the fourth embodiment, for a secondary battery of a type in which only the diffusion coefficient D s in the battery model changes mainly over time. Therefore, the same deterioration management as that in the fourth embodiment can be realized.

このように、実施の形態4およびその変形例によれば、電池モデル中の特定パラメータのみが主に経年的に変化するような種類の二次電池において、ECU100の演算負荷を軽減した上で、学習領域毎における仮想I−V試験の結果に基づいて二次電池の劣化を管理することができる。   As described above, according to the fourth embodiment and the modification thereof, in the secondary battery of a type in which only the specific parameter in the battery model mainly changes over time, the calculation load of the ECU 100 is reduced, The deterioration of the secondary battery can be managed based on the result of the virtual IV test for each learning region.

なお、以上説明した実施の形態では、二次電池をリチウムイオン電池として説明したが、本発明による二次電池の劣化管理システムは、リチウムイオン電池以外の他の二次電池にも、負荷の種類を特に限定することなく適用することが可能である。たとえばニッケル水素電池では、活物質内部での反応関与物質としてプロトンの濃度分布を拡散方程式により算出し、開放電圧を活物質表面のプロトンの関数として定義することによって、本発明の手法を同様に適用することが可能となる。また、その他の種類の二次電池についても、同様の電池モデル式の所定パラメータについて、初期状態のパラメータ値からの変化率を推定する構成とすれば、同様の劣化管理を行なうことが可能である。   In the embodiment described above, the secondary battery is described as a lithium ion battery. However, the secondary battery deterioration management system according to the present invention is applicable to other secondary batteries other than lithium ion batteries. Can be applied without any particular limitation. For example, in a nickel metal hydride battery, the method of the present invention is similarly applied by calculating the concentration distribution of protons as a reaction participating substance inside the active material by a diffusion equation and defining the open-circuit voltage as a function of protons on the active material surface. It becomes possible to do. Further, with respect to other types of secondary batteries, the same deterioration management can be performed if the rate of change from the parameter value in the initial state is estimated for a predetermined parameter of the same battery model formula. .

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。 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. 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.

この発明は、二次電池の劣化管理に適用することができる。   The present invention can be applied to deterioration management of secondary batteries.

10 二次電池、12 負極、13,16 電流コレクタ、14 セパレータ、15 正極、18 活物質、20 電流センサ、30 電圧センサ、40 温度センサ、50 負荷、60 負荷制御装置、110 データ収集部、120 電池状態推定部、125 電池モデル、130 初期値記憶部、131,132 初期状態値マップ、140 変化率記憶部、141,142 変化率マップ、143,144 学習回数マップ、150 パラメータ変化率学習部、200 劣化評価部、201,210 格納マップ、202 演算部、205 基準値マップ、206 限界値マップ、250 劣化指標算出部、AR1〜AR8 学習領域、Dsn 初期状態値(拡散係数)、D 拡散係数、I,Ib 電池電流、Kgr 直流抵抗劣化率、Kgd 拡散係数劣化率、Kr IV抵抗抵抗劣化率、Kr♯ IV抵抗変化率、Ngd,Ngr 学習回数、Pdg 劣化指標値、Ra 直流抵抗、Ran 初期状態値(直流抵抗)、RIV IV抵抗値(仮想I−V試験結果)、RIVmax 許容最大値(IV抵抗)、RIVn 初期値(IV抵抗)、T,Tb 電池温度、U1 正極開放電位、U2 負極開放電位、V,Vb 電池電圧、gd パラメータ変化率(拡散係数)、gdl パラメータ変化率学習値(拡散係数)、gdmin,grmax パラメータ変化率限界値、gr パラメータ変化率(直流抵抗)。 10 secondary battery, 12 negative electrode, 13, 16 current collector, 14 separator, 15 positive electrode, 18 active material, 20 current sensor, 30 voltage sensor, 40 temperature sensor, 50 load, 60 load control device, 110 data collection unit, 120 Battery state estimation unit, 125 battery model, 130 initial value storage unit, 131, 132 initial state value map, 140 change rate storage unit, 141, 142 change rate map, 143, 144 learning frequency map, 150 parameter change rate learning unit, 200 Degradation evaluation unit, 201, 210 Storage map, 202 Calculation unit, 205 Reference value map, 206 Limit value map, 250 Degradation index calculation unit, AR1 to AR8 learning region, D sn initial state value (diffusion coefficient), D s diffusion Coefficient, I, Ib battery current, Kgr DC resistance deterioration rate, Kgd diffusion coefficient deterioration rate, Kr IV resistance resistance Deterioration rate, Kr♯ IV resistance change rate, NGD, Ngr number of times of learning, Pdg degradation index value, R a DC resistance, R an, initial value (DC resistance), RIV IV resistance value (virtual IV Test Results), RIvMax Allowable maximum value (IV resistance), RIVn initial value (IV resistance), T, Tb battery temperature, U 1 positive electrode open potential, U 2 negative electrode open potential, V, Vb battery voltage, gd parameter change rate (diffusion coefficient), gdl Parameter change rate learning value (diffusion coefficient), gdmin, grmax Parameter change rate limit value, gr parameter change rate (DC resistance).

Claims (11)

二次電池の電池電圧、電池電流および電池温度を検出するための検出手段と、
前記電池電圧および前記電池電流の少なくとも一方を含むデータを用いて、SOCを少なくとも含む前記二次電池の状態量を推定するための電池モデルに従って前記状態量を逐次推定するための電池状態推定手段と、
前記電池モデルで用いられるパラメータ群のうちの所定パラメータについて、前記SOCおよび前記電池温度の組み合わせによって規定された所定の学習領域毎に、初期状態値を予め記憶するための第1の記憶手段と、
前記二次電池の使用中に、前記検出手段によって検出されたデータと前記電池モデルとに基づくパラメータ同定によって、前記所定パラメータの前記初期状態値に対する現在のパラメータ値の比であるパラメータ変化率を逐次学習するためのパラメータ変化率学習手段と、
前記パラメータ変化率学習手段によって算出されたパラメータ変化率学習値を前記学習領域毎に記憶するための第2の記憶手段と、
前記学習領域毎に実行された、前記二次電池が所定の試験パターンに従って充電および放電の少なくとも一方を実行した際の前記二次電池の挙動を前記電池モデルを用いて求める仮想試験の結果に基づいて、前記二次電池の劣化度を評価するための劣化評価手段とを備え、
前記劣化評価手段は、
前記第2の記憶手段に記憶された前記パラメータ変化率学習値に基づいて算出されたパラメータ値を前記所定パラメータに代入した前記電池モデルを用いた前記仮想試験の結果に基づいて、前記二次電池の劣化度を評価する、二次電池の劣化管理システム。
Detection means for detecting the battery voltage, battery current and battery temperature of the secondary battery;
Battery state estimation means for sequentially estimating the state quantity according to a battery model for estimating the state quantity of the secondary battery including at least SOC using data including at least one of the battery voltage and the battery current; ,
For a predetermined parameter of the parameter group used in the battery model, first storage means for storing an initial state value in advance for each predetermined learning region defined by a combination of the SOC and the battery temperature;
A parameter change rate, which is a ratio of the current parameter value to the initial state value of the predetermined parameter, is sequentially determined by parameter identification based on the data detected by the detection means and the battery model during use of the secondary battery. A parameter change rate learning means for learning;
Second storage means for storing the parameter change rate learning value calculated by the parameter change rate learning means for each learning region;
Based on the result of a virtual test that is performed for each learning region and that determines the behavior of the secondary battery using the battery model when the secondary battery performs at least one of charging and discharging according to a predetermined test pattern. Te, Bei example a deterioration evaluation means for evaluating the degree of deterioration of the secondary battery,
The deterioration evaluation means includes
Based on a result of the virtual test using the battery model in which a parameter value calculated based on the parameter change rate learning value stored in the second storage unit is substituted for the predetermined parameter, the secondary battery A secondary battery degradation management system that evaluates the degradation level of batteries.
前記劣化評価手段は、
前記学習領域毎に、前記第2の記憶手段に記憶された前記パラメータ変化率学習値に基づいて算出されたパラメータ値を前記所定パラメータに代入した前記電池モデルを用いた前記仮想試験を実行するための手段と、
前記学習領域毎に、前記仮想試験の結果に基づいて前記所定の試験パターンにおける前記二次電池の内部抵抗値を算出するための手段と、
前記学習領域毎に予め設定された前記内部抵抗値の基準値と、前記仮想試験の結果に基づいて算出された前記学習領域毎の前記内部抵抗値との、前記学習領域毎での比較に基づいて、前記二次電池の劣化度を示す指標値を算出するための手段とを含む、請求項1記載の二次電池の劣化管理システム。
The deterioration evaluation means includes
For executing the virtual test using the battery model in which the parameter value calculated based on the parameter change rate learning value stored in the second storage unit is substituted for the predetermined parameter for each learning region Means of
Means for calculating an internal resistance value of the secondary battery in the predetermined test pattern based on the result of the virtual test for each learning region;
Based on a comparison for each learning area between a reference value of the internal resistance value preset for each learning area and the internal resistance value for each learning area calculated based on the result of the virtual test Te, wherein and means for calculating an index value indicating the degree of degradation of the secondary battery, according to claim 1 Symbol placement of the rechargeable battery deterioration management system.
二次電池の電池電圧、電池電流および電池温度を検出するための検出手段と、
前記電池電圧および前記電池電流の少なくとも一方を含むデータを用いて、SOCを少なくとも含む前記二次電池の状態量を推定するための電池モデルに従って前記状態量を逐次推定するための電池状態推定手段と、
前記電池モデルで用いられるパラメータ群のうちの所定パラメータについて、前記SOCおよび前記電池温度の組み合わせによって規定された所定の学習領域毎に、初期状態値を予め記憶するための第1の記憶手段と、
前記二次電池の使用中に、前記検出手段によって検出されたデータと前記電池モデルとに基づくパラメータ同定によって、前記所定パラメータの前記初期状態値に対する現在のパラメータ値の比であるパラメータ変化率を逐次学習するためのパラメータ変化率学習手段と、
前記パラメータ変化率学習手段によって算出されたパラメータ変化率学習値を前記学習領域毎に記憶するための第2の記憶手段と、
前記学習領域毎に実行された、前記二次電池が所定の試験パターンに従って充電および放電の少なくとも一方を実行した際の前記二次電池の挙動を前記電池モデルを用いて求める仮想試験の結果に基づいて、前記二次電池の劣化度を評価するための劣化評価手段とを備え、
前記劣化評価手段は、
前記学習領域毎における前記仮想試験の結果に基づいて求められた、前記所定パラメータの前記パラメータ変化率に関する限界値と、前記第2の記憶手段に記憶された前記パラメータ変化率学習値との前記学習領域毎での比較に基づいて、前記二次電池の劣化度を評価する、二次電池の劣化管理システム。
Detection means for detecting the battery voltage, battery current and battery temperature of the secondary battery;
Battery state estimation means for sequentially estimating the state quantity according to a battery model for estimating the state quantity of the secondary battery including at least SOC using data including at least one of the battery voltage and the battery current; ,
For a predetermined parameter of the parameter group used in the battery model, first storage means for storing an initial state value in advance for each predetermined learning region defined by a combination of the SOC and the battery temperature;
A parameter change rate, which is a ratio of the current parameter value to the initial state value of the predetermined parameter, is sequentially determined by parameter identification based on the data detected by the detection means and the battery model during use of the secondary battery. A parameter change rate learning means for learning;
Second storage means for storing the parameter change rate learning value calculated by the parameter change rate learning means for each learning region;
Based on the result of a virtual test that is performed for each learning region and that determines the behavior of the secondary battery using the battery model when the secondary battery performs at least one of charging and discharging according to a predetermined test pattern. And a deterioration evaluation means for evaluating the deterioration degree of the secondary battery,
The deterioration evaluation means includes
The learning of a limit value related to the parameter change rate of the predetermined parameter obtained based on the result of the virtual test for each learning region and the parameter change rate learned value stored in the second storage unit A secondary battery deterioration management system that evaluates a deterioration degree of the secondary battery based on a comparison for each region.
前記定パラメータは、複数のパラメータを含み、
前記劣化評価手段は、
前記学習領域毎に、前記複数のパラメータのうちの第1のパラメータを除く他の各パラメータの値を前記初期状態値に固定する一方で、前記第1のパラメータをそれぞれ変化させて前記電池モデルを用いた前記仮想試験を複数回実行するための手段と、
前記複数回の前記仮想試験の結果に基づいて、前記所定の試験パターンにおける前記二次電池の内部抵抗値が許容最大値であるときに対応する前記第1のパラメータのパラメータ変化率限界値を前記限界値として前記学習領域毎に求めるための手段と、
前記第1のパラメータについての、前記第2の記憶手段に記憶された前記パラメータ変化率学習値と、前記パラメータ変化率限界値との前記学習領域毎での比較に基づいて、前記二次電池の劣化度を示す指標値を算出するための手段とを含む、請求項3記載の二次電池の劣化管理システム。
The plant Teipa parameter includes a plurality of parameters,
The deterioration evaluation means includes
For each learning region, while fixing the values of the other parameters except the first parameter among the plurality of parameters to the initial state value, the battery model is changed by changing the first parameter, respectively. Means for performing the used virtual test multiple times;
Based on the results of the plurality of virtual tests, the parameter change rate limit value of the first parameter corresponding to the internal resistance value of the secondary battery in the predetermined test pattern is an allowable maximum value. Means for determining each learning area as a limit value;
Based on the comparison of the parameter change rate learned value stored in the second storage means for the first parameter and the parameter change rate limit value for each learning region, the secondary battery and means for calculating an index value indicating the degree of deterioration, the deterioration management system for a secondary battery according to claim 3 Symbol placement.
前記劣化評価手段は、
前記二次電池の使用前に前記複数回の仮想試験によって予め求められた前記学習領域毎の前記パラメータ変化率限界値を記憶するための第3の記憶手段を含み、
前記指標値の算出において、前記学習領域毎の前記パラメータ変化率限界値は前記第3の記憶手段から読み出される、請求項記載の二次電池の劣化管理システム。
The deterioration evaluation means includes
A third storage means for storing the parameter change rate limit value for each learning area obtained in advance by the plurality of virtual tests before using the secondary battery;
5. The secondary battery deterioration management system according to claim 4 , wherein, in the calculation of the index value, the parameter change rate limit value for each learning region is read from the third storage unit.
前記劣化評価手段は、
前記学習領域毎での比較の結果を示す比較評価値を算出するための手段と、
前記学習領域毎の前記比較評価値のうちの、前記内部抵抗値が最も高いことを示す最大値に従って前記指標値を算出するための指標値算出手段とを含む、請求項2または4に記載の二次電池の劣化管理システム。
The deterioration evaluation means includes
Means for calculating a comparative evaluation value indicating a result of comparison for each learning region;
Wherein one of said comparison evaluation value for each learning region, said containing and index value calculating means for calculating the index value according to the maximum value indicating that the internal resistance value is highest, according to claim 2 or 4 Secondary battery deterioration management system.
前記パラメータ変化率学習手段は、所定の学習条件が成立する毎に、その際の前記学習領域の前記パラメータ変化率学習値を更新し、
前記劣化管理システムは、
前記パラメータ変化率学習手段が前記パラメータ変化率学習値を更新した回数を前記学習領域毎に記憶するための第4の記憶手段をさらに備え、
前記劣化評価手段は、
前記学習領域毎での比較の結果を示す比較評価値を算出するための手段と、
前記第4の記憶手段に記憶された前記学習領域毎の学習回数に基づいて選択された前記学習領域での前記比較評価値に従って前記指標値を算出するための手段とを含む、請求項2または4に記載の二次電池の劣化管理システム。
The parameter change rate learning means updates the parameter change rate learning value of the learning region at that time each time a predetermined learning condition is satisfied,
The deterioration management system includes:
A fourth storage means for storing, for each learning area, the number of times the parameter change rate learning means has updated the parameter change rate learning value;
The deterioration evaluation means includes
Means for calculating a comparative evaluation value indicating a result of comparison for each learning region;
Or means for calculating the index value according to the comparative evaluation value in the learning area selected based on the number of learning times for each learning area stored in the fourth storage means. 4. A secondary battery deterioration management system according to 4.
前記パラメータ変化率学習手段は、所定の学習条件が成立する毎に、その際の前記学習領域の前記パラメータ変化率学習値を更新し、
前記劣化管理システムは、
前記パラメータ変化率学習手段が前記パラメータ変化率学習値を更新した回数を前記学習領域毎に記憶するための第4の記憶手段をさらに備え、
前記劣化評価手段は、
前記学習領域毎での比較の結果を示す比較評価値を算出するための手段と、
前記学習領域毎の前記比較評価値についての、前記第4の記憶手段に記憶された前記学習領域毎の学習回数で重み付けした平均値に従って、前記指標値を算出するための手段とを含む、請求項2または4に記載の二次電池の劣化管理システム。
The parameter change rate learning means updates the parameter change rate learning value of the learning region at that time each time a predetermined learning condition is satisfied,
The deterioration management system includes:
A fourth storage means for storing, for each learning area, the number of times the parameter change rate learning means has updated the parameter change rate learning value;
The deterioration evaluation means includes
Means for calculating a comparative evaluation value indicating a result of comparison for each learning region;
Means for calculating the index value according to an average value weighted by the number of learning times for each learning area stored in the fourth storage means for the comparative evaluation value for each learning area. Item 5. The secondary battery deterioration management system according to Item 2 or 4 .
前記パラメータ変化率学習手段は、時間経過に伴って前記第4の記憶手段に記憶された前記学習領域毎の学習回数を減少させるための手段をさらに含む、請求項7または8に記載の二次電池の劣化管理システム。 The secondary according to claim 7 or 8 , wherein the parameter change rate learning means further includes means for reducing the number of learnings for each learning region stored in the fourth storage means as time elapses. Battery deterioration management system. 前記電池モデルは、
前記二次電池内部の活物質の表面での反応関与物質濃度の関数である開放電圧、および前記二次電池内部での充放電電流による電圧変化量から表わされる電圧方程式と、
前記活物質の内部における前記反応関与物質濃度の分布を規定する拡散方程式とを含み、
前記所定パラメータは、前記電圧方程式において直流抵抗を示すパラメータを含む、請求項1〜のいずれか1項に記載の二次電池の劣化管理システム。
The battery model is
A voltage equation represented by the voltage variation due to charge and discharge current in the interior of the open voltage is a function of the concentration of the reaction-participating material in the surface of the active material inside the secondary battery, and the secondary battery,
A diffusion equation defining a distribution of the concentration of the reaction-participating substance inside the active material,
The secondary battery deterioration management system according to any one of claims 1 to 9 , wherein the predetermined parameter includes a parameter indicating a direct current resistance in the voltage equation.
前記電池モデルは、
前記二次電池内部での活物質の表面での反応関与物質濃度の関数である開放電圧、および前記二次電池内部での充放電電流による電圧変化量から表わされる電圧方程式と、
前記活物質の内部における前記反応関与物質濃度の分布を規定する拡散方程式とを含み、
前記所定パラメータは、前記拡散方程式において前記反応関与物質の拡散速度を表わす拡散パラメータを含む、請求項1〜のいずれか1項に記載の二次電池の劣化管理システム。
The battery model is
A voltage equation represented by the voltage variation due to a charge-discharge current within the function in which the open circuit voltage of the concentration of the reaction-participating material in the surface of the active material inside the secondary battery, and the secondary battery,
A diffusion equation defining a distribution of the concentration of the reaction-participating substance inside the active material,
Wherein the predetermined parameter, the at diffusion equation including diffusion parameter representing the rate of diffusion of the reaction involved material, a secondary battery deterioration management system according to any one of claims 1-9.
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