JP6658289B2 - Battery recharge rate estimation system - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池の充電率推定システム、特に、二次電池の拘束荷重から充電率を推定するシステムに関する。 The present invention relates to a system for estimating a state of charge of a secondary battery, and more particularly to a system for estimating a state of charge from a restrained load of a secondary battery.
近年、エンジンとモータを駆動源とするハイブリッド車両や、モータによって駆動される電気自動車等の電動車両が多く用いられている。このような電動車両には駆動用モータに駆動用電力を供給したり回生電力を充電したりする充放電可能な二次電池が搭載されている。二次電池は、その充電率(満充電容量(A×h)に対する充電容量(A×h)の割合、以下、SOCという)によって充放電電力の制御が行われる。このため、二次電池を用いた電源システムでは、二次電池のSOCを適確に推定することが要求される。 In recent years, hybrid vehicles using an engine and a motor as drive sources, and electric vehicles such as electric vehicles driven by a motor have been widely used. Such an electric vehicle is equipped with a chargeable / dischargeable secondary battery that supplies driving power to a driving motor or charges regenerative power. The charge and discharge power of the secondary battery is controlled by its charge rate (the ratio of the charge capacity (A × h) to the full charge capacity (A × h), hereinafter referred to as SOC). Therefore, in a power supply system using a secondary battery, it is required to accurately estimate the SOC of the secondary battery.
二次電池のSOCを推定する方法としては、圧力センサと温度センサにより二次電池の電極の体積変化と温度とを検出し、これらとSOCとの相関関係を規定したマップを用いてSOCを推定する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a method of estimating the SOC of the secondary battery, a volume change and a temperature of the electrode of the secondary battery are detected by a pressure sensor and a temperature sensor, and the SOC is estimated using a map defining a correlation between these and the SOC. A method has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ところで、二次電池は、冷却空気を通流させる平板状の樹脂部材を間に挟んで複数の二次電池を積層し、その両端に拘束板を配置し、拘束板の間を拘束ロッドで一体に拘束して積層体とした電池モジュールとして電動車両等に搭載される場合が多い。二次電池が充放電を繰り返すと二次電池は膨張、収縮を繰り返す。これにより、樹脂部材や拘束ロッド等にクリープが発生し、二次電池の拘束荷重は経年的に低下してくる。特許文献1に記載されたSOCの推定方法では、このような部材のクリープによる経年的な拘束荷重の低下を考慮していないため、経年的にSOCの推定誤差が大きくなってしまうという問題があった。
By the way, a secondary battery is formed by stacking a plurality of secondary batteries with a flat resin member through which cooling air flows, sandwiching restraint plates at both ends thereof, and restraining the restraint plates integrally with restraint rods. In many cases, the battery module is mounted on an electric vehicle or the like as a laminated battery module. When the secondary battery repeats charge and discharge, the secondary battery repeats expansion and contraction. As a result, creep occurs in the resin member, the restraining rod, and the like, and the restraining load of the secondary battery decreases over time. In the method for estimating SOC described in
そこで、本発明は、二次電池の拘束荷重が経年的に変化した場合でもSOCを適確に推定することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to accurately estimate the SOC even when the restraint load of the secondary battery changes over time.
本発明の二次電池の充電率推定システムは、挿間部材を介して積層された二次電池と、前記二次電池と前記挿間部材とを積層方向に拘束する拘束部材と、前記二次電池の間に配置されて拘束荷重を検出する荷重センサと、前記二次電池の温度を検出する温度センサと、前記荷重センサの検出した拘束荷重と、前記温度センサの検出した温度と、拘束荷重の経年変化を補正する補正係数と、に基づいて前記二次電池の充電率を推定する演算部と、を備える二次電池の充電率推定システムであって、前記演算部は、前記二次電池の充電を行う際に、一定の充電容量毎にその間の拘束荷重の増分を算出し、拘束荷重の増分の今回値を拘束荷重の増分の前回値で除した拘束荷重増分比を算出し、充電容量に対する拘束荷重増分比の実測カーブを生成し、予め準備した充電率に対する拘束荷重増分比の基準カーブと前記実測カーブとの誤差が最小となる充電率範囲を特定し、特定した前記充電率範囲における初期拘束荷重と前記荷重センサで検出した拘束荷重とのずれから前記補正係数を算出することを特徴とする。 The system for estimating a charging rate of a secondary battery according to the present invention includes: a secondary battery stacked via an insertion member; a constraining member for constraining the secondary battery and the insertion member in a stacking direction; A load sensor disposed between the batteries to detect a constrained load, a temperature sensor for detecting the temperature of the secondary battery, a constrained load detected by the load sensor, a temperature detected by the temperature sensor, and a constrained load. And a correction unit that estimates the charging rate of the secondary battery based on a correction coefficient that corrects the aging of the secondary battery. When charging the battery, the increment of the restraint load is calculated for each fixed charging capacity, and the restraint load increment ratio is calculated by dividing the present value of the restraint load increment by the previous value of the restraint load increment. Generate the measured curve of the constraint load increment ratio to the capacity A battery charge rate range in which the error between the reference curve of the restraint load increment ratio with respect to the charge rate prepared in advance and the actually measured curve is minimized, and the initial restraint load and the restraint load detected by the load sensor in the specified charge rate range are specified. The correction coefficient is calculated from the deviation from the above.
本発明は、二次電池の拘束荷重が経年的に変化した場合でもSOCを適確に推定することができる。 The present invention can accurately estimate the SOC even when the restraint load of the secondary battery changes over time.
<充電率推定システムの構成>
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態の充電率推定システム100は、電池セル10と、挿間部材である樹脂部材17と、拘束板11,12と、拘束ロッド13〜16と、電池セル10の間に挟み込まれて拘束荷重Fを検出する荷重センサ21と、電池セル10の温度を検出する温度センサ22と、電池セル10のSOCの推定計算を行う演算部30とを含んでいる。
<Configuration of charging rate estimation system>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a charging
電池セル10は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池のような充放電可能な二次電池である。樹脂部材17は冷却空気を通流させる平板状の樹脂成型部材である。図1に示すように、電池セル10は挿間部材である樹脂部材17を間に挟んで積層されており、積層方向の両端に配置された拘束板11,12と拘束ロッド13〜16によって電池セル10と樹脂部材17とを一体に拘束した積層体である電池モジュール50として図示しない電動車両に搭載されている。各電池セル10は、正極端子111と負極端子112とを備え、隣接する電池セル10の正極端子111と負極端子112とは図示しないバスバーで接続されている。
The
図1に示すように、演算部30は、内部に情報処理や演算処理を行うCPU31と、電池セル10の各種の特性マップやSOC推定演算プログラム等を格納するメモリ32と、荷重センサ21、温度センサ22が接続されるセンサインターフェース33とを備えるコンピュータである。CPU31とメモリ32とセンサインターフェース33とはデータバス34で接続されている。
As shown in FIG. 1, the
<電池セルの構造とセグメントのモデル化>
図2、図3(a)に示すように、電池セル10は、アルミニウム等の金属製のケーシング110の中に、充放電を行う発電要素である巻回体120を収納したものである。ケーシング110は密閉状態となっており、内部には電解液が注入されている。図2、図3において、X軸及びZ軸は、互いに直交する軸である。本実施形態では、鉛直方向に相当する軸をZ軸としている。なお、X軸およびZ軸と直交する軸をY軸とする。
<Modeling of battery cell structure and segments>
As shown in FIG. 2 and FIG. 3A, the
図3(a)、図3(b)に示すように、巻回体120は、正極板121と、負極板122と、セパレータ123とを積層した帯状体を長円状に巻回したものである。図3(b)に示すように、正極板121は、集電箔121aと、集電箔121aの表面に形成された正極活物質層121bとを有する。正極活物質層121bは、正極活物質、導電材、バインダーなどを含んでいる。正極板121の集電箔121aは図2に示す正極端子111に接続されている。また、負極板122は、集電箔122aと、集電箔122aの表面に形成された負極活物質層122bとを有する。負極活物質層122bは、負極活物質、導電材、バインダーなどを含んでいる。負極板122の集電箔122aは図2に示す負極端子112に接続されている。図3(b)に示すように、本実施形態では、電解液が浸透する正極活物質層121b、セパレータ123、負極活物質層122bを電極125という。また、電極125に拘束力が掛かっていない状態の長さを電極自然長という。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
図4に示すように、電極自然長は、電池セル10のSOCが高くなると長く、或いは、厚くなる。したがって、電池セルの電極125の自然長を用いて電池セル10のSOCを推定することができる。図4に示すマップは、演算部30のメモリ32の中に格納されている。
As shown in FIG. 4, the natural length of the electrode becomes longer or thicker as the SOC of the
先に、図1を参照して説明したように、電池モジュール50の電池セル10と樹脂部材17とは、拘束板11,12と、拘束ロッド13〜16によって一体に拘束されており、図5に示すように、1つの電池セル10と両側の樹脂部材17で構成される1つのセグメント40の長さは一定の長さLに保持されている。図5を参照しながら、セグメント40の物理モデルについて説明する。図5(a)に示すように、セグメント40は、電池セル10と樹脂部材17とを含んでいる。電池セル10は電解液が浸透してSOCが増加すると厚みが大きくなる電極125(正極活物質層121b、セパレータ123、負極活物質層122b)を含んでいる。一方、樹脂部材17やケーシング110等は、SOCが増加してもその厚さは変化しない。したがって、図5(b)に示すように、セグメント40は、SOCの変化によって厚みが変化する正極活物質層121b、セパレータ123、負極活物質層122bを含む電極125と、SOCが変化してもその厚みが変化しない樹脂部材17やケーシング110等の構造部材45が積層されたものとしてモデル化することができる。一方、電極125も構造部材45も図5(c)に示すように、荷重を受けると厚みが変化する弾性体であるから、電極125をばね定数k1のばね部材とし、構造部材45をばね定数k2のばね部材とし、これら2つのばね部材が直列に接続されたものとしてモデル化することができる。ばね定数k1、k2は、実験等により予め定めておくことができる。
As described above with reference to FIG. 1, the
図5(c)に示すように、電池セル10のSOCが増加すると電極125は厚みがdXだけ増加しようとする。一方、構造部材45は、SOCが増加してもその厚みは変化しない。したがって、電池セル10のSOCが増加するとセグメント40は、電極125の厚さ増加分dXだけ全体厚さが厚くなろうとする。しかし、セグメント40の厚さは拘束ロッド13〜16によって厚さLに保たれているので、セグメント40は、電極125の厚さ増加分dXだけ全体厚さを圧縮する拘束荷重Fを受けることになる。
As shown in FIG. 5C, when the SOC of the
セグメント40をばね定数k1のばね部材とばね定数k2のばね部材が直列に接続されたものとしてモデル化すると、その等価ばね定数ktotalは、下記の式(1)のようになる。
ktotal= (k1×k2)/(k1+k2) ・・・ (1)
セグメント40の全体厚さの増加分は、SOCの増加による電極125の厚さ増加分dXであるから、拘束荷重Fは、以下の式(2)で表わされる。
F = (k1×k2)/(k1+k2)×dX ・・・ (2)
従って、荷重センサ21で拘束荷重Fを検出すれば、SOCの増加による電極125厚さ増加分dXは、以下の式(3)から求められる。
dX = (k1+k2)/(k1×k2)×F ・・・ (3)
When the
ktotal = (k1 × k2) / (k1 + k2) (1)
Since the increase in the total thickness of the
F = (k1 × k2) / (k1 + k2) × dX (2)
Therefore, if the
dX = (k1 + k2) / (k1 × k2) × F (3)
<SOCに対する電極自然長のマップを用いたSOC推定の基本動作>
次に、図6を参照しながら、演算部30がメモリ32に格納した図4に示すSOCに対する電極自然長のマップを用いて電池セル10のSOCを推定する基本動作について説明する。
<Basic operation of SOC estimation using map of electrode natural length with respect to SOC>
Next, a basic operation of estimating the SOC of the
図6のステップS101に示すように、演算部30は、図6に示すステップS102からステップS105の処理を行う直前に電池セル10に大きな発熱が発生したかどうかを確認する。これは、直前の発熱による温度上昇により、電解液が熱膨張し、過渡的に厚みが変化するとSOCの推定誤差が大きくなるので、このような場合には、SOCの推定を行わないようにするためである。
As shown in step S101 in FIG. 6, the
直前に電池セル10に大きな発熱が発生したかどうかを確認するには、いろいろな方法があるが、例えば、直前の所定時間内に電池セル10の電流Ibの二乗が所定の閾値を超えた場合には直前に電池セル10に大きな発熱が発生したと判断するようにしてもよいし、電池セル10のケーシング110の外面と内部の巻回体120の表面とにそれぞれ温度センサを取り付けておき、2つの温度センサの検出した温度差が所定の閾値を超えた場合には、直前に電池セル10に大きな発熱があったと判断するようにしてもよい。
There are various methods for checking whether a large amount of heat is generated in the
演算部30は、図6のステップS101でYESと判断した場合には、SOCの推定誤差が大きくなると判断してSOCの推定処理を行わない。一方、図6のステップS101でNOと判断した場合には、SOCの推定精度が確保可能と判断して図6のステップS102に進む。
When YES is determined in step S101 of FIG. 6,
演算部30は、図6のステップS102に進んだら、拘束がない初期状態からのSOCの増加による電極125の厚さ増加分dXの算出を行う。先に説明したように、演算部30は、荷重センサ21によって拘束荷重Fを取得し、式(3)により電極125の厚さ増加分dXを算出する。
After proceeding to step S102 in FIG. 6, the
次に、演算部30は、ステップS103に進み、電極125の厚さ増加分dXの温度変化分を下記の式(4)によって補正する。
dX = dX−ΔT×kT×X0 ・・・・・・・・ (4)
式(4)において、ΔTは、初期状態からの温度変化であり、温度センサ22で検出した温度と予めメモリ32の中に設定された初期温度との温度差である。また、kTは、電極125の線膨張係数である。X0は拘束がない初期状態における電極125の厚さである。
Next, the
dX = dX-ΔT × k T × X0 ········ (4)
In Expression (4), ΔT is a temperature change from the initial state, and is a temperature difference between the temperature detected by the
次に、演算部30は、ステップS104に進み、拘束がない初期状態における電極125の厚さX0に、式(4)で補正した電極125の厚さ増加分dXを加えて、式(5)により電極125の自然長Xを算出する。
X = X0+dX ・・・・・・・・ (5)
Next, the
X = X0 + dX (5)
次に、演算部30は、ステップS105に進み、メモリ32に格納した図4に示すSOCに対する電極自然長のマップを用いて電池セル10のSOCを推定する。
Next, the
<クリープを考慮した電池セルのSOCの推定>
以上、SOCに対する電極自然長のマップを用いて電池セル10のSOCを推定する動作について説明したが、次に樹脂部材17や拘束ロッド13〜16等のクリープを考慮して電池セル10のSOCを推定する方法について説明する。
<Estimation of SOC of battery cell considering creep>
The operation of estimating the SOC of the
図7は、電池セル10のSOCに対する拘束荷重Fの変化を示す図である。図7の実線は初期状態における電池セル10のSOCに対する拘束荷重Fの変化を示し、破線は、経年変化によって樹脂部材17や拘束ロッド13〜16等にクリープが発生した状態における電池セル10のSOCに対する拘束荷重Fの変化を示している。図1に示す電池モジュール50の各電池セル10に拘束荷重Fが加わっている場合、電池セル10の間に挟まれている樹脂部材17には拘束荷重Fと同じ大きさの圧縮荷重が加わっている。また、拘束ロッド13〜16には、それぞれ拘束荷重Fの1/2の大きさの引っ張り荷重が加わっている。この状態が長時間継続すると、圧縮荷重によって樹脂部材17の圧縮応力が低下し、それにつれて拘束ロッド13〜16の引張応力も低下する。このような現象がクリープである。
FIG. 7 is a diagram illustrating a change in the constraint load F with respect to the SOC of the
樹脂部材17、拘束ロッド13〜16にクリープが発生し、樹脂部材17の圧縮応力の低下と拘束ロッド13〜16の引張応力の低下が発生すると、電池セル10の拘束荷重Fが小さくなる。このため、図7に示すように、クリープが発生した後は、初期状態よりもSOCの変化に対する拘束荷重Fの変化が小さくなる。
When creep occurs in the
SOCに対する電極自然長のマップを用いて電池セル10のSOCを推定する場合、先に説明したように、電極125厚さ増加分dXは式(3)(以下に再度記載する)によって計算される。
dX = (k1+k2)/(k1×k2)×F ・・・・ (3)
このため、クリープによって拘束荷重Fが小さくなると、SOCの増加量が同じでも電極125厚さ増加分dXが小さくなり、式(5)で計算する電極125の自然長Xも小さくなり、電池セル10のSOCを実際よりも小さく推定してしまうことになる。
When estimating the SOC of the
dX = (k1 + k2) / (k1 × k2) × F (3)
For this reason, when the restraint load F decreases due to creep, the increase dX in the thickness of the
そこで、クリープにより電池セル10の拘束荷重Fが経年的に変化した場合に、SOCの推定誤差を補正し、SOCを適確に推定する方法について以下説明する。
Therefore, a method of correcting the estimation error of the SOC and accurately estimating the SOC when the constraint load F of the
この方法は、まず、以下の(a)〜(c)の3つの原理を用いて式(1)に示すセグメント40の等価ばね定数ktotal(=(k1×k2)/(k1+k2))を補正する補正係数αを算出する。
(a)図8、図9に示すように、電池セル10を一定の充電容量ΔAhずつ充電した際の前回分の拘束荷重Fの増分ΔF(n−1)に対する今回分の拘束荷重Fの増分との比率であるΔF(n)の比率である拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))が初期状態とクリープ後でも同一となること、
(b)拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))は充電容量(A×h)の変化によって変化し、図9に示すようなカーブとなること、
(c)拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))はSOCの変化によって変化し、図14に示す基準カーブのようになること。
This method first corrects the equivalent spring constant ktotal (= (k1 × k2) / (k1 + k2)) of the
(A) As shown in FIGS. 8 and 9, the increment of the present constraint load F with respect to the increment of the previous constraint load F when the
(B) The constraint load increment ratio ΔF ratio (= ΔF (n) / ΔF (n−1)) changes according to the change in the charge capacity (A × h), and becomes a curve as shown in FIG. 9;
(C) The constraint load increment ratio ΔF ratio (= ΔF (n) / ΔF (n−1)) changes according to the change in the SOC, and becomes like the reference curve shown in FIG.
補正係数αを用いると、SOCの増加による電極125厚さ増加分dXは、以下の式(6)から求められる。
dX = α×(k1+k2)/(k1×k2)×F ・・・ (6)
When the correction coefficient α is used, an increase dX in the thickness of the
dX = α × (k1 + k2) / (k1 × k2) × F (6)
<充電容量(A×h)に対する拘束荷重増分比ΔF比のカーブ取得動作>
以下、図10、図12から図14を参照しながら、充電容量(A×h)に対する拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))のカーブを取得する動作について説明する。
<Curve acquisition operation of restraint load increment ratio ΔF ratio to charging capacity (A × h)>
Hereinafter, with reference to FIGS. 10 and 12 to 14, an operation of acquiring a curve of the constraint load increment ratio ΔF ratio (= ΔF (n) / ΔF (n−1)) with respect to the charging capacity (A × h) will be described. explain.
図10のステップS201に示すように、演算部30は、外部電源によって電池セル10の充電が行われている状態であるかどうか判断する。補正係数αの算出は、外部充電の際のように、SOCが大きく変化することが必要であるからである。演算部30は、外部充電中でない場合には、図10に示すステップS202からS210の処理を実行せずにプログラムの動作を終了する。
As shown in step S201 in FIG. 10, the
演算部30は、図10のステップS201でYESと判断した場合には、図10のステップS202に進み、カウンタnに1をセットして初期化する。そして、演算部30は、図10のステップS203に進み、荷重センサ21によって図12に示す点(1)の拘束荷重F(1)を検出してステップS204に進む。
If the
演算部30は、図10のステップS204で図示しない電流センサで電池セル10の充電電流Ibを検出し、検出した充電電流Ibを積算して電池セル10の充電量を算出する。そして、演算部30は、ステップS204で充電量が図12に示すような一定の充電容量ΔAhに達するまで待機する。そして、演算部30は、電池セル10の充電量が一定の充電容量ΔAhに達したら、ステップS205に進み、図12に示す次の点(2)の拘束荷重F(2)を検出してステップS206に進み、拘束荷重増分ΔF(1)=F(2)−F(1)を計算する。
The
n=1の場合には、前回計算した拘束荷重増分ΔF(n−1)がなく、拘束荷重増分比ΔF比の計算ができない。このため、演算部30は、図10のステップS207でn>1かどうかを判断し、n>1でない場合、つまり、n=1の場合には、ステップS208に進まず、ステップS211に進んでnを1だけインクリメントしてn=2としてステップS204に戻る。そして、電池セル10の充電量が一定の充電容量ΔAhに達したら、ステップS205に進んで次の点(3)の拘束荷重F(3)を検出してステップS206に進み、拘束荷重増分ΔF(2)=F(3)−F(2)を計算する。
In the case of n = 1, there is no restraint load increment ΔF (n−1) calculated previously, and the restraint load increment ratio ΔF ratio cannot be calculated. For this reason, the
ここで、n=2であるから、演算部30は、ステップS207でYESと判断してステップS208に進んで、拘束荷重増分比ΔF比(1)を以下の式(7)で計算する。
ΔF比(1)=ΔF(2)/ΔF(1) ・・・・ (7)
Here, since n = 2, the
ΔF ratio (1) = ΔF (2) / ΔF (1) (7)
演算部30は、拘束荷重増分比ΔF比を算出したら、図10のステップS209に進んでnを1だけインクリメントしてステップS210に進み、nが予め設定したnendかどうか判断する。そして、nがnendになるまでステップS204からS209を繰り返して実行して荷重センサ21によって図12に示す点(4)から点(6)の拘束荷重F(4)から拘束荷重F(6)を検出し、拘束荷重増分ΔF(3)から拘束荷重増分ΔF(5)、拘束荷重増分比ΔF比(2)から拘束荷重増分比ΔF比(5)を算出して、メモリ32に格納していく。そして、演算部30は、ステップS210でn=nendとなったらプログラムの実行を終了する。
After calculating the restraint load increment ratio ΔF ratio, the
演算部30は、上記のプログラムを実行することにより、図13に示すような充電容量(A×h)に対する拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))の実測カーブを取得することができる。先に説明したように、この実測カーブは、初期状態でも、クリープ後でも同一のカーブとなる。
The
<補正係数αの算出>
次に、取得した充電容量(A×h)に対する拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))の実測カーブを用いて、セグメント40の等価ばね定数ktotal(=(k1×k2)/(k1+k2))を補正する補正係数αの計算について説明する。
<Calculation of correction coefficient α>
Next, an equivalent spring constant ktotal (= ((( The calculation of the correction coefficient α for correcting (k1 × k2) / (k1 + k2)) will be described.
図11のステップS301に示すように、演算部30は、図10、図12、13を参照して説明したような充電容量(A×h)に対する拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))の実測カーブの取得が終了しているかどうかを確認する。この実測カーブの取得が終了していない場合には、演算部30は、補正係数αを算出する準備ができていないと判断してプログラムの実行を終了する。一方、上記の実測カーブの取得が終了している場合には、演算部30は、補正係数αを算出する準備ができていると判断して、ステップS302に進む。
As shown in step S301 of FIG. 11, the
演算部30は、ステップS302において、予め準備してメモリ32に格納してある図14に示す、電池セル10のSOCに対する拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))の基準カーブを読み出す。
In step S302, the
<電池セル10のSOCに対する拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))の基準カーブの生成手順>
この基準カーブは、以下のような手順で準備する。まず、初期状態で、その際の電池セル10のSOCおよび満充電容量(A×h)がわかっている場合に、図10、図12を参照して説明したように、電池セル10を外部電源によって充電し、一定の充電容量ΔAh毎に拘束荷重Fを検出し、拘束荷重増分ΔF、拘束荷重増分比ΔF比を算出し、図13に示すような電池セル10の充電容量(A×h)に対する拘束荷重増分比ΔF比のカーブを生成する。ただし、基準カーブを生成する際には、図13に示すカーブよりも広い充電容量(A×h)の範囲で拘束荷重Fを検出し、拘束荷重増分ΔF、拘束荷重増分比ΔF比を算出し、充電容量(A×h)に対する拘束荷重増分比ΔF比のカーブを生成しておく。充電開始の際の電池セル10のSOC(%)と満充電容量(A×h)がわかっているので、生成した充電容量(A×h)に対する拘束荷重増分比ΔF比のカーブの充電開始の際のSOC(%)(=SOC0)、および、一定の充電容量ΔAhに対応するΔSOC(%)がわかる。この関係を使って生成した充電容量(A×h)に対する拘束荷重増分比ΔF比のカーブの横軸の充電容量(A×h)を電池セル10のSOC(%)に置き換えると、図14に示すような電池セル10のSOCに対する拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))の基準カーブを生成できる。生成した基準カーブはメモリ32に格納しておく。
<Procedure for Generating Reference Curve of Restrained Load Incremental Ratio ΔF Ratio (= ΔF (n) / ΔF (n−1)) of SOC of
This reference curve is prepared in the following procedure. First, in the initial state, when the SOC and the full charge capacity (A × h) of the
<基準カーブと実測カーブのフィッティング>
電池セル10に劣化が無く、満充電容量(A×h)が初期状態と同一の場合には、先に説明した基準カーブを生成する場合と同様、図13に示す実測カーブの一定の充電容量ΔAhを電池セル10のΔSOC(%)に変換することができる。そこで、演算部30は、図13に示す実測カーブの横軸のΔAhをΔSOCに変換した実測カーブを生成する。ここで、実測カーブの取得を開始した際のSOCが不明であるので、演算部30は、破線で示す実測カーブの最初の位置を図15に示すSOC1の位置に合わせて図15に示すSOCに対する拘束荷重増分比ΔF比(=ΔF(n)/ΔF(n−1))の基準カーブの上に重ね合わせる。
<Fitting of reference curve and measured curve>
When the
次に、演算部30は、図11のステップS302に示すように、以下の式(8)により、図15に破線で示す実測カーブと実線で示す基準カーブとのフィッティング誤差、つまり、図16に示す区間1のフィッティング誤差を計算する。
フィッティング誤差=Σ(ΔF比(an)−ΔF比(bn)) ・・・ (8)
式(8)において、ΔF比(an)は、実測カーブ上の点anにおけるΔF比の値を示し、ΔF比(bn)は、基準カーブ上の点bnにおけるΔF比の値を示す。
Next, as shown in step S302 in FIG. 11, the
Fitting error = Σ (ΔF ratio (a n) -ΔF ratio (b n)) ··· (8 )
In the formula (8), [Delta] F ratio (a n) represents the value of [Delta] F ratio in a n points on the measured curve, [Delta] F ratio (b n) is the value of [Delta] F ratio at the point b n on the reference curve Show.
演算部30は、フィッティング誤差の計算が終了したら、図16に示すように、破線で示す実測カーブの最初の位置を図16に示すSOC2の位置にずらして実線で示す基準カーブの上に重ね合わせる。そして、式(8)により、図16に示す区間2のフィッティング誤差を計算する。同様に、演算部30は、破線で示す実測カーブの最初の位置を図16に示すSOC3の位置にずらして基準カーブの上に重ね合わせる。そして、式(8)により、図16に示す区間3のフィッティング誤差を計算する。
When the calculation of the fitting error is completed, the
このように、演算部30は、破線で示す実測カーブの開始位置をSOC1、SOC2、SOC3と横にシフトさせながら、各区間でのフィッティング誤差を計算する。すると、演算部30は、図17に示すように、横軸を区間としたフィッティング誤差のカーブを生成することができる。そして、演算部30は、図11のステップS303に示すように、フィッティング誤差が最小となる区間を特定する。この場合、図16、図17に示すように、区間2の場合が最もフィッティング誤差が小さいので、演算部30は、実測カーブは基準カーブの区間2に相当すると特定する。
As described above, the
次に、演算部30は、図18に示すように、図7を参照して説明した電池セル10のSOCに対する拘束荷重Fのカーブに特定した区間2を重ね合わせ、図11のステップS304に示すように特定した区間2、すなわち、特定したSOC範囲の初期の拘束荷重Fとクリープ後の拘束荷重Fの比から補正係数αを以下の式(9)のように算出する。
補正係数α=(初期の拘束荷重F)/(クリープ後の拘束荷重F) ・・・ (9)
補正係数αの計算は、フィッティング誤差が最小となる区間2、つまり、フィッティング誤差が最小となるSOC範囲全体の平均値としてもよいし、区間2或いは、そのSOC範囲の中央値における比率としてもよい。
Next, as illustrated in FIG. 18, the
Correction coefficient α = (initial restraint load F) / (restraint load F after creep) (9)
The calculation of the correction coefficient α may be the
<補正係数αを用いた電池セルのSOCの推定計算>
補正係数αを算出したら、演算部30は、図6のステップS102で先に説明した式(6)(以下に再記載する)を用いて、SOCの増加による電極125厚さ増加分dXを求める。
dX = α×(k1+k2)/(k1×k2)×F ・・・ (6)
<Estimation calculation of SOC of battery cell using correction coefficient α>
After calculating the correction coefficient α, the
dX = α × (k1 + k2) / (k1 × k2) × F (6)
そして、先に説明したと同様、図6のステップS103において、式(4)(以下に再記載する)を用いて電極125の厚さ増加分dXの温度変化分を補正し、
dX = dX−ΔT×kT×X0 ・・・・・・・・・ (4)
図6のステップS104に進んで式(5)(以下に再記載する)により電極125の自然長Xを算出する。
X = X0+dX ・・・・・・・・・ (5)
そして、演算部30は、図6のステップS105において、メモリ32に格納した図4に示すSOCに対する電極自然長のマップを用いて電池セル10のSOCを推定する。
Then, in the same manner as described above, in step S103 of FIG. 6, the temperature change of the thickness increase dX of the
dX = dX-ΔT × k T × X0 ········· (4)
Proceeding to step S104 in FIG. 6, the natural length X of the
X = X0 + dX (5)
Then, in step S105 of FIG. 6, the
以上説明したように、本実施形態の充電率推定システム100は、樹脂部材17や拘束ロッド13〜16がクリープして電池セル10の拘束荷重Fが経年的に低下した場合、拘束荷重Fの低下分を補正してSOCの推定を行うので、樹脂部材17や拘束ロッド13〜16がクリープして電池セル10の拘束荷重Fが経年的に低下した場合でも電池セル10のSOCを適確に推定することができる。
As described above, the charging
<厚みセンサを用いた電池セルのSOCの推定>
以上説明した実施形態では、荷重センサ21によって検出した拘束荷重Fに基づいて電池セル10のSOCを推定する動作について説明したが、荷重センサ21に代えて厚みセンサ23を用いた場合でも上記と同様の動作により、SOCの推定を行うことができる。
<Estimation of SOC of Battery Cell Using Thickness Sensor>
In the embodiment described above, the operation of estimating the SOC of the
図19を参照しながら、本実施形態の充電率推定システム200に構成について説明する。本実施形態の充電率推定システム200は、図1から図3を参照して説明した充電率推定システム100の荷重センサ21に代えて、電池セル10の間に厚みセンサ23を取り付けたものであり、その他の構成は充電率推定システム100と同様である。
The configuration of the charging
次に、図20を参照しながら、厚みセンサ23を用いた場合のセグメント40の物理モデルについて説明する。基本的な物理モデルは、図5を参照して説明した物理モデルと同様である。図20(a)、図20(b)に示すように、1つの電池セル10と両側の樹脂部材17で構成されるセグメント40は、SOCが増加すると厚みが大きくなる電極125とSOCが増加してもその厚さは変化しない構造部材45とで構成されるものとしてモデル化することができる。そして、電極125も構造部材45も図20(c)に示すように、荷重を受けると厚みが変化する弾性体であるから、電極125をばね定数k1のばね部材とし、構造部材45をばね定数k2のばね部材とし、これら2つのばね部材が直列に接続されたものとしてモデル化することができる。ばね定数k1、k2は、実験等により予め定めておくことができる。
Next, a physical model of the
図20(c)に示すように、電池セル10のSOCが増加すると電極125は厚みがdXだけ増加しようとする。一方、構造部材45は、SOCが増加してもその厚みは変化しない。したがって、電池セル10のSOCが増加するとセグメント40は、電極125の厚さ増加分dXだけ全体厚さが厚くなろうとする。しかし、セグメント40の厚さは拘束ロッド13〜16によって厚さLに保たれているので、セグメント40は、電極125の厚さ増加分dXだけ全体厚さを圧縮する拘束荷重Fを受けることになる。そして、この拘束荷重Fによって電極125は、厚さdX1だけ縮められ、構造部材45は厚さdX2だけ縮められる。
したがって、
dX = dX1+dX2 ・・・・ (10)
図20(a)に示すように、厚みセンサ23は、隣接する電池セル10のケーシング110の間隔を検出するものであるから、厚みセンサ23は、構造部材45の縮み量dX2を検出する。ここで、電極125の縮み量dX1と構造部材45の縮み量dX2との比と、電極125のばね定数k1と構造部材45のばね定数k2と比の関係は、以下の式(11)のようになる。
dX1:dX2 = k2:k1 ・・・・ (11)
式(10)と式(11)とから、SOCの増加による電極125の厚さの増加分dXは下記の式(12)となる。
dX=k2/k1×dX2+dX2 ・・・・・ (12)
従って、厚みセンサ23で構造部材45の縮み量dX2を検出すると、上記の式(12)からSOCの増加による電極125厚さ増加分dXが求められる。
As shown in FIG. 20C, when the SOC of the
Therefore,
dX = dX1 + dX2 (10)
As shown in FIG. 20A, since the
dX1: dX2 = k2: k1 (11)
From the expressions (10) and (11), the increase dX in the thickness of the
dX = k2 / k1 × dX2 + dX2 (12)
Accordingly, when the
<厚みセンサを用いたクリープを考慮した電池セルのSOCの推定>
次に、厚みセンサ23によって構造部材45の縮み量dX2を検出し、樹脂部材17や拘束ロッド13〜16等のクリープを考慮して電池セル10のSOCを推定する方法について説明する。
<Estimation of SOC of Battery Cell Considering Creep Using Thickness Sensor>
Next, a method of detecting the amount of contraction dX2 of the
図21は、電池セル10のSOCに対する構造部材45の縮み量dX2(以下、構造部材縮み量dX2という)の変化を示す図である。図21の実線は初期状態における電池セル10のSOCに対する構造部材縮み量dX2の変化を示し、破線は、経年変化によって樹脂部材17や拘束ロッド13〜16等にクリープが発生した状態における電池セル10のSOCに対する構造部材縮み量dX2の変化を示している。図1に示す電池モジュール50の各電池セル10に拘束荷重Fが加わっている場合、電池セル10の間に挟まれている樹脂部材17には拘束荷重Fと同じ大きさの圧縮荷重が加わっている。また、拘束ロッド13〜16には、それぞれ拘束荷重Fの1/2の大きさの引っ張り荷重が加わっている。この状態が長時間継続すると、圧縮荷重によって構造部材縮み量dX2が大きくなり、逆に電極125の縮み量dX1が小さくなる。このような現象がクリープである。したがって、樹脂部材17にクリープが発生すると、図21に示すように、初期状態よりもSOCの変化に対する構造部材縮み量dX2の変化が大きくなる。なお、このようなクリープが発生した場合も、拘束荷重Fは低下する。
FIG. 21 is a diagram showing a change in a contraction amount dX2 of the structural member 45 (hereinafter, referred to as a structural member contraction amount dX2) with respect to the SOC of the
SOCに対する電極自然長のマップを用いて電池セル10のSOCを推定する場合、先に説明したように、電極125厚さ増加分dXは、先に説明した式(12)によって計算される。このため、クリープによって構造部材縮み量dX2が大きくなると、SOCの増加量が同じでも電極125厚さ増加分dXが大きくなり、式(5)で計算する電極125の自然長Xも大きくなり、電池セル10のSOCを実際よりも大きく推定してしまうことになる。
When estimating the SOC of the
そこで、クリープにより厚みセンサ23で検出する構造部材縮み量dX2が経年的に変化した場合に、SOCの推定誤差を補正し、SOCを適確に推定する方法について以下説明する。
Therefore, a method for correcting the estimation error of the SOC and accurately estimating the SOC when the contraction amount dX2 of the structural member detected by the
この方法は、まず、以下の(d)〜(f)の3つの原理を用いて式(12)に示す電極125の厚さの増加分dXを補正する補正係数βを算出する。
(d)図22、図23に示すように、電池セル10を一定の充電容量ΔAhずつ充電した際の前回分の構造部材縮み量dX2の増分ΔdX2(n−1)に対する今回分の構造部材縮み量の増分のΔdX2(n)の比率である構造部材縮み量増分比ΔdX2比(=ΔdX2(n)/ΔdX2(n−1))が初期状態とクリープ後でも同一となること、
(e)構造部材縮み量増分比ΔdX2比(=ΔdX2(n)/ΔdX2(n−1))は充電容量(A×h)の変化によって変化し、図23に示すようなカーブとなること、
(f)構造部材縮み量増分比ΔdX2比(=ΔdX2(n)/ΔdX2(n−1))はSOCの変化によって変化し、図28に実線で示す基準カーブのようになること。
In this method, first, a correction coefficient β for correcting the increase dX in the thickness of the
(D) As shown in FIGS. 22 and 23, when the
(E) The structural member shrinkage amount increment ratio ΔdX2 ratio (= ΔdX2 (n) / ΔdX2 (n−1)) changes with the change in the charging capacity (A × h), resulting in a curve as shown in FIG.
(F) The structural member shrinkage amount increment ratio ΔdX2 ratio (= ΔdX2 (n) / ΔdX2 (n-1)) changes according to the change of the SOC, and becomes like a reference curve shown by a solid line in FIG.
補正係数βを用いると、SOCの増加による電極125厚さ増加分dXは、以下の式(13)から求められる。
dX=β×[k2/k1×dX2+dX2] ・・・ (13)
When the correction coefficient β is used, an increase dX in the thickness of the
dX = β × [k2 / k1 × dX2 + dX2] (13)
<充電容量(A×h)に対する構造部材縮み量増分比ΔdX2比のカーブ取得動作>
以下、図24、図26から図27を参照しながら、充電容量(A×h)に対する構造部材縮み量増分比ΔdX2比(=ΔdX2(n)/ΔdX2(n−1))のカーブを取得する動作について説明する。
<Curve Acquisition Operation of Increasing Ratio ΔdX2 Ratio of Structural Member Shrinkage to Charge Capacity (A × h)>
Hereinafter, referring to FIG. 24 and FIGS. 26 to 27, a curve of the ratio of the increase in the contraction amount of the structural member ΔdX2 (= ΔdX2 (n) / ΔdX2 (n−1)) to the charging capacity (A × h) is acquired. The operation will be described.
図24のステップS401に、演算部30は、外部電源によって電池セル10の充電が行われている状態であるかどうか判断する。補正係数βの算出は、外部充電の際のように、SOCが大きく変化することが必要であるからである。演算部30は、外部充電中でない場合には、図24に示すステップS402からS410の処理を実行せずにプログラムの動作を終了する。
In step S401 in FIG. 24, the
演算部30は、図24のステップS401でYESと判断した場合には、図24のステップS402に進み、カウンタnに1をセットして初期化する。そして、演算部30は、図24のステップS403に進み、厚みセンサ23によって図26に示す点(1)の構造部材縮み量dX2(1)を検出してステップS404に進む。
When determining YES in step S401 in FIG. 24, the
演算部30は、図24のステップS404で図示しない電流センサで電池セル10の充電電流Ibを検出し、検出した充電電流Ibを積算して電池セル10の充電量を算出する。そして、演算部30は、ステップS404で充電量が図26に示すような一定の充電容量ΔAhに達するまで待機する。そして、演算部30は、電池セル10の充電量が一定の充電容量ΔAhに達したら、ステップS405に進み、図26に示す次の点(2)の構造部材縮み量dX2(2)を検出してステップS406に進み、構造部材縮み量増分ΔdX2(1)=dX2(2)−dX2(1)を計算する。
The
n=1の場合には、前回計算した構造部材縮み量増分ΔdX2(n−1)がなく、構造部材縮み量増分比ΔdX2比の計算ができない。このため、演算部30は、図24のステップS407でn>1かどうかを判断し、n>1でない場合、つまり、n=1の場合には、ステップS408に進まず、ステップS411に進んでnを1だけインクリメントしてn=2としてステップS404に戻る。そして、電池セル10の充電量が一定の充電容量ΔAhに達したら、ステップS405に進んで次の点(3)の構造部材縮み量dX2(3)を検出してステップS406に進み、構造部材縮み量増分ΔdX2(2)=dX2(3)−dX2(2)を計算する。
When n = 1, there is no structural member shrinkage amount increment ΔdX2 (n−1) calculated previously, and the structural member shrinkage amount increase ratio ΔdX2 ratio cannot be calculated. Therefore, the
ここで、n=2であるから、演算部30は、ステップS407でYESと判断してステップS408に進んで、構造部材縮み量増分比ΔdX2比(1)を以下の式(14)で計算する。
ΔdX2比(1)=ΔdX2(2)/ΔdX2(1) ・・・・ (14)
Here, since n = 2, the
ΔdX2 ratio (1) = ΔdX2 (2) / ΔdX2 (1) (14)
演算部30は、構造部材縮み量増分比ΔdX2比を算出したら、図24のステップS409に進んでnを1だけインクリメントしてステップS410に進み、nが予め設定したnendかどうか判断する。そして、nがnendになるまでステップS404からS409を繰り返して実行して厚みセンサ23によって図26に示す点(4)から点(6)の構造部材縮み量dX2(4)から構造部材縮み量dX2(6)を検出し、構造部材縮み量増分ΔdX2(3)から構造部材縮み量増分ΔdX2(5)、構造部材縮み量増分比ΔdX2比(2)から構造部材縮み量増分比ΔdX2比(5)を算出して、メモリ32に格納していく。そして、演算部30は、ステップS410でn=nendとなったらプログラムの実行を終了する。
After calculating the structural member shrinkage amount increment ratio ΔdX2 ratio, the
演算部30は、上記のプログラムを実行することにより、図26に示すような充電容量(A×h)に対する構造部材縮み量増分比ΔdX2比(=ΔdX2(n)/ΔdX2(n−1))の実測カーブを取得することができる。先に説明したように、この実測カーブは、初期状態でも、クリープ後でも同一のカーブとなる。
By executing the above-described program, the
<補正係数βの算出>
次に、取得した充電容量(A×h)に対する構造部材縮み量増分比ΔdX2比(=ΔdX2(n)/ΔdX2(n−1))の実測カーブを用いた補正係数βの計算について説明する。
<Calculation of correction coefficient β>
Next, the calculation of the correction coefficient β using the actually measured curve of the ratio ΔdX2 (= ΔdX2 (n) / ΔdX2 (n−1)) of the structural member shrinkage amount increment ratio to the acquired charging capacity (A × h) will be described.
図25のステップS501に示すように、演算部30は、図24、図26、27を参照して説明したような充電容量(A×h)に対する構造部材縮み量増分比ΔdX2比(=ΔdX2(n)/ΔdX2(n−1))の実測カーブの取得が終了しているかどうかを確認する。この実測カーブの取得が終了していない場合には、演算部30は、補正係数βを算出する準備ができていないと判断してプログラムの実行を終了する。一方、上記の実測カーブの取得が終了している場合には、演算部30は、補正係数βを算出する準備ができていると判断して、ステップS502に進む。
As shown in step S501 of FIG. 25, the
演算部30は、ステップS502において、予め準備してメモリ32に格納してある図28に実線で示す、電池セル10のSOCに対する構造部材縮み量増分比ΔdX2比(=ΔdX2(n)/ΔdX2(n−1))の基準カーブを読み出す。
In step S502, the
<基準カーブの準備>
この基準カーブは、先に説明したと同様、以下のような手順で準備する。まず、初期状態で、その際の電池セル10のSOCおよび満充電容量(A×h)がわかっている場合に、電池セル10を外部電源によって充電し、一定の充電容量ΔAh毎に構造部材縮み量dX2を検出し、構造部材縮み量増分ΔdX2、構造部材縮み量増分比ΔdX2比算出し、電池セル10の充電容量(A×h)に対する構造部材縮み量増分比ΔdX2比のカーブを生成する。そして、横軸の充電容量(A×h)をSOC(%)に置き換えて、図28に実線で示すような電池セル10のSOCに対する構造部材縮み量増分比ΔdX2比(=ΔdX2(n)/ΔdX2(n−1))の基準カーブを生成する。生成した基準カーブはメモリ32に格納しておく。
<Preparation of reference curve>
This reference curve is prepared in the following procedure as described above. First, in the initial state, when the SOC and the full charge capacity (A × h) of the
<基準カーブと実測カーブのフィッティング>
電池セル10に劣化が無く、満充電容量(A×h)が初期状態と同一の場合には、先に説明した基準カーブを生成する場合と同様、図27に示す外部充電に際の一定の充電容量ΔAhを電池セル10のΔSOC(%)に変換することができる。そこで、演算部30は、図27に示す実測カーブの横軸のΔAhをΔSOCに変換した実測カーブを生成する。ここで、実測カーブの取得を開始した際のSOCが不明であるので、演算部30は、破線で示す実測カーブの最初の位置を図28に示すSOC1の位置に合わせて図28に示すように、SOCに対する構造部材縮み量増分比ΔdX2比(=ΔdX2(n)/ΔdX2(n−1))の基準カーブの上に重ね合わせる。
<Fitting of reference curve and measured curve>
When the
次に、演算部30は、図25のステップS502に示すように、以下の式(15)により、図28に破線で示す実測カーブと基準カーブとのフィッティング誤差、つまり、図29に示す区間1のフィッティング誤差を計算する。
フィッティング誤差=Σ(ΔdX2比(an)−ΔdX2比(bn)) ・・(15)
式(15)において、ΔdX2比(an)は、実測カーブ上の点anにおけるΔdX2比の値を示し、ΔdX2比(bn)は、基準カーブ上の点bnにおけるΔdX2比の値を示す。
Next, as shown in step S502 of FIG. 25, the
Fitting error = Σ (ΔdX2 ratio (a n) -ΔdX2 ratio (b n)) ·· (15 )
In the formula (15), ΔdX2 ratio (a n) represents the value of DerutadX2 ratio at the point a n on the measured curve, DerutadX2 ratio (b n) is the value of DerutadX2 ratio at the point b n on the reference curve Show.
演算部30は、フィッティング誤差の計算が終了したら、図29に示すように、破線で示す実測カーブの最初の位置を図29に示すSOC2の位置にずらして実線で示す基準カーブの上に重ね合わせる。そして、式(15)により、図29に示す区間2のフィッティング誤差を計算する。同様に、演算部30は、破線で示す実測カーブの最初の位置を図29に示すSOC3の位置にずらして基準カーブの上に重ね合わせる。そして、式(15)により、図29に示す区間3のフィッティング誤差を計算する。
When the calculation of the fitting error is completed, the
このように、演算部30は、破線で示す実測カーブの開始位置をSOC1、SOC2、SOC3と横にシフトさせながら、各区間でのフィッティング誤差を計算する。すると、演算部30は、先に説明した充電率推定システム100と同様、図17に示すように、横軸を区間としたフィッティング誤差のカーブを生成することができる。そして、演算部30は、図25のステップS503に示すように、フィッティング誤差が最小となる区間を特定する。この場合、図29、図17に示すように、区間2の場合が最もフィッティング誤差が小さいので、演算部30は、実測カーブは基準カーブの区間2に相当すると特定する。
As described above, the
次に、演算部30は、図30に示すように、図21を参照して説明した電池セル10のSOCに対する構造部材縮み量dX2のカーブに特定した区間2を重ね合わせ、図25のステップS504に示すように特定した区間2、すなわち、特定したSOC範囲の初期の構造部材縮み量dX2とクリープ後の構造部材縮み量dX2の比から補正係数βを以下の式(9)のように算出する。
補正係数β=(初期の構造部材縮み量dX2)/(クリープ後の構造部材縮み量dX2)
・・・・ (16)
補正係数βの計算は、フィッティング誤差が最小となる区間2、つまり、フィッティング誤差が最小となるSOC範囲全体の平均値としてもよいし、区間2或いは、そのSOC範囲の中央値における比率としてもよい。
Next, as shown in FIG. 30, the
Correction coefficient β = (initial structural member shrinkage dX2) / (creep structural member shrinkage dX2)
... (16)
The calculation of the correction coefficient β may be performed in the
<補正係数βを用いた電池セルのSOCの推定計算>
補正係数βを算出したら、演算部30は、図6のステップS102で先に説明した式(13)(以下に再記載する)を用いて、SOCの増加による電極125厚さ増加分dXを求める。
dX=β×[k2/k1×dX2+dX2] ・・・・・ (13)
<Estimation calculation of SOC of battery cell using correction coefficient β>
After calculating the correction coefficient β, the
dX = β × [k2 / k1 × dX2 + dX2] (13)
そして、先に説明したと同様、図6のステップS103において、式(4)(以下に再記載する)を用いて電極125の厚さ増加分dXの温度変化分を補正し、
dX = dX−ΔT×kT×X0 ・・・・・・・・・ (4)
図6のステップS104に進んで式(5)(以下に再記載する)により電極125の自然長Xを算出する。
X = X0+dX ・・・・・・・・・ (5)
そして、演算部30は、図6のステップS105において、メモリ32に格納した図4に示すSOCに対する電極自然長のマップを用いて電池セル10のSOCを推定する。
Then, in the same manner as described above, in step S103 of FIG. 6, the temperature change of the thickness increase dX of the
dX = dX-ΔT × k T × X0 ········· (4)
Proceeding to step S104 in FIG. 6, the natural length X of the
X = X0 + dX (5)
Then, in step S105 of FIG. 6, the
以上説明したように、本実施形態の充電率推定システム200は、構造部材45がクリープして電池セル10の構造部材縮み量dX2が経年的に大きくなった場合、構造部材縮み量dX2の増加分を補正してSOCの推定を行うので、構造部材45がクリープして電池セル10の構造部材縮み量dX2が経年的に大きくなった場合でも電池セル10のSOCを適確に推定することができる。
As described above, when the
以上、充電率推定システム100における荷重センサ21で検出した拘束荷重Fによって電池セル10のSOCを推定する動作と、充電率推定システム200における厚みセンサ23で検出した構造部材縮み量dX2によって電池セル10のSOCを推定する動作について説明したが、図31に示すように、SOCの変化に対してOCVの変化が大きいSOC範囲では、OCVからSOCを推定し、SOCの変化に対してOCVがほとんど変化しないSOC範囲では、拘束荷重Fまたは構造部材縮み量dX2からSOCを推定するようにしてもよい。更に、図32に示すように、SOC範囲によって、拘束荷重Fまたは構造部材縮み量dX2によるSOC推定反映率を変化させるようにしてもよい。図32に示すように、SOCの変化に対してOCVの変化が大きいSOC範囲では拘束荷重Fまたは構造部材縮み量dX2によるSOC推定反映率をゼロとしてOCVによるSOC推定をメインとし、SOCの変化に対してOCVがほとんど変化しないSOC範囲では、その逆に、拘束荷重Fまたは構造部材縮み量dX2によるSOC推定反映率を1として拘束荷重Fまたは構造部材縮み量dX2によるSOC推定をメインとし、その中間では、拘束荷重Fまたは構造部材縮み量dX2によるSOC推定反映率をゼロから1まで変化させてSOCが大きくなるとともに、拘束荷重Fまたは構造部材縮み量dX2によるSOC推定反映率を大きくしていくようにしてもよい。
As described above, the operation of estimating the SOC of the
10 電池セル、11,12 拘束板、13〜16 拘束ロッド、17 樹脂部材、21 荷重センサ、22 温度センサ、23 厚みセンサ、30 演算部、31 CPU、32 メモリ、33 センサインターフェース、34 データバス、40 セグメント、45 構造部材、50 電池モジュール、100,200 充電率推定システム、110 ケーシング、111 正極端子、112 負極端子、120 巻回体、121 正極板、121a,122a 集電箔、121b 正極活物質層、122 負極板、122b 負極活物質層、123 セパレータ、125 電極。
Claims (1)
前記二次電池と前記挿間部材とを積層方向に拘束する拘束部材と、
前記二次電池の間に配置されて拘束荷重を検出する荷重センサと、
前記二次電池の温度を検出する温度センサと、
前記荷重センサの検出した拘束荷重と、前記温度センサの検出した温度と、拘束荷重の経年変化を補正する補正係数と、に基づいて前記二次電池の充電率を推定する演算部と、を備える二次電池の充電率推定システムであって、
前記演算部は、
前記二次電池の充電を行う際に、一定の充電容量毎にその間の拘束荷重の増分を算出し、拘束荷重の増分の今回値を拘束荷重の増分の前回値で除した拘束荷重増分比を算出し、充電容量に対する拘束荷重増分比の実測カーブを生成し、
予め準備した充電率に対する拘束荷重増分比の基準カーブと前記実測カーブとの誤差が最小となる充電率範囲を特定し、特定した前記充電率範囲における初期拘束荷重と前記荷重センサで検出した拘束荷重とのずれから前記補正係数を算出する二次電池の充電率推定システム。 A secondary battery stacked via an insertion member,
A restraining member for restraining the secondary battery and the insertion member in a stacking direction,
A load sensor disposed between the secondary batteries to detect a restraint load;
A temperature sensor for detecting the temperature of the secondary battery,
A calculation unit configured to estimate a charging rate of the secondary battery based on the restraint load detected by the load sensor, the temperature detected by the temperature sensor, and a correction coefficient for correcting a secular change of the restraint load. A system for estimating a charge rate of a secondary battery,
The arithmetic unit includes:
When performing the charging of the secondary battery, calculate the increase of the restraint load for each fixed charge capacity, calculate the restraint load increment ratio by dividing the current value of the restraint load increment by the previous value of the restraint load increment. Calculate and generate an actual measurement curve of the constraint load increment ratio with respect to the charging capacity,
A battery charge rate range in which an error between the reference curve of the restraint load increment ratio with respect to the charge rate prepared in advance and the actually measured curve is minimized, and the initial restraint load and the restraint load detected by the load sensor in the specified charge rate range are specified. And a charge rate estimating system for the secondary battery that calculates the correction coefficient from the deviation from
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