JP6747333B2

JP6747333B2 - Secondary battery system

Info

Publication number: JP6747333B2
Application number: JP2017027797A
Authority: JP
Inventors: 祥平松岡; 石川　英明; 英明石川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: JP2018133295A

Description

本開示は、二次電池システムに関し、より特定的には、車両に搭載可能に構成され、リチウムイオン二次電池を備えた二次電池システムに関する。 The present disclosure relates to a secondary battery system, and more particularly to a secondary battery system that is configured to be mountable on a vehicle and includes a lithium ion secondary battery.

近年、ハイブリッド車および電気自動車などの車両の普及が進んでいる。これらの車両には、走行用バッテリとしてリチウムイオン二次電池が搭載されている。 In recent years, vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles have become popular. These vehicles are equipped with a lithium-ion secondary battery as a running battery.

時間が経過したり充放電を繰り返したりすることでリチウムイオン二次電池の劣化が進行し、満充電容量が低下することが知られている。このため、満充電容量を高精度に推定するための技術が要望されている。 It is known that deterioration of the lithium ion secondary battery progresses as time passes and charging/discharging is repeated, and the full charge capacity decreases. Therefore, there is a demand for a technique for highly accurately estimating the full charge capacity.

たとえば特開２０１３−０５３９４３号公報（特許文献１）に開示されたコントローラは、リチウムイオン二次電池の電圧（より詳細にはＯＣＶ：Open Circuit Voltage）が第１の電圧から第２の電圧に変化したときの電池容量である「区間容量」を算出する。そして、当該コントローラは、区間容量と満充電容量との対応関係を示す情報を用いて、区間容量に対応した満充電容量を算出する。 For example, in the controller disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2013-053943 (Patent Document 1), the voltage (more specifically, OCV: Open Circuit Voltage) of the lithium-ion secondary battery changes from the first voltage to the second voltage. The "section capacity", which is the battery capacity at that time, is calculated. Then, the controller calculates the full charge capacity corresponding to the section capacity by using the information indicating the correspondence relationship between the section capacity and the full charge capacity.

特開２０１３−０５３９４３号公報JP, 2013-053943, A 特開２０１５−１０６４８２号公報JP, 2005-106482, A

一般に、リチウムイオン二次電池では、大電流での充放電が継続的に行なわれることにより、電極体内でのリチウムイオンの濃度分布に偏りが生じ得る。その結果、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が増加し得る。この劣化は、「ハイレート劣化」とも称される。ハイレート劣化が生じた場合にも満充電容量が低下し得る。したがって、ハイレート劣化後のリチウムイオン二次電池の満充電容量を高精度に推定する技術が求められる。 Generally, in a lithium-ion secondary battery, uneven distribution in the concentration of lithium ions in the electrode body may occur due to continuous charging/discharging with a large current. As a result, the internal resistance of the lithium ion secondary battery may increase. This deterioration is also referred to as “high rate deterioration”. The full charge capacity may decrease even when high rate deterioration occurs. Therefore, there is a demand for a technique for highly accurately estimating the full charge capacity of the lithium ion secondary battery after high rate deterioration.

本発明者らは、車両外部から供給される電力により二次電池を充電する「外部充電制御」の実行時に、ハイレート劣化の進行度合いを示す指標値を用いることによって、満充電容量の推定精度を向上させることが可能であることを見出した。 The inventors of the present invention use the index value indicating the degree of progress of high rate deterioration to execute the estimation accuracy of the full charge capacity when executing the "external charging control" for charging the secondary battery with the electric power supplied from the outside of the vehicle. It was found that it can be improved.

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両に搭載可能に構成された二次電池システムにおいて、リチウムイオン二次電池のハイレート劣化が生じている場合に満充電容量を高精度に推定することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to fully charge a secondary battery system that can be mounted in a vehicle when high-rate deterioration of a lithium ion secondary battery occurs. It is to estimate the capacity with high accuracy.

本開示のある局面に従う二次電池システムは、車両に搭載可能に構成される。二次電池システムは、リチウムイオンを含む電解液に含浸された電極体を有する二次電池と、制御装置とを備える。制御装置は、車両の外部から供給される電力により二次電池を充電する外部充電制御を実行するとともに、二次電池の「区間容量」を算出して区間容量から二次電池の満充電容量を推定することが可能に構成される。区間容量は、外部充電制御により二次電池の電圧が第１の電圧から第２の電圧に上昇したときの、第１の電圧に対応する二次電池の容量と第２の電圧に対応する二次電池の容量との差分である。制御装置は、電極体内でのリチウムイオンの濃度分布が偏ることにより生じる劣化である「ハイレート劣化」の進行度合いを示す指標値を取得する。制御装置は、区間容量から満充電容量を推定する際に、上記指標値を用いて満充電容量を補正する。 A secondary battery system according to an aspect of the present disclosure is configured to be mountable on a vehicle. The secondary battery system includes a secondary battery having an electrode body impregnated with an electrolytic solution containing lithium ions, and a controller. The control device executes external charging control for charging the secondary battery with electric power supplied from the outside of the vehicle, calculates the "section capacity" of the secondary battery, and calculates the full charge capacity of the secondary battery from the section capacity. It is configured so that it can be estimated. The section capacity is the secondary battery capacity corresponding to the first voltage and the secondary voltage corresponding to the second voltage when the voltage of the secondary battery rises from the first voltage to the second voltage by the external charging control. This is the difference from the capacity of the next battery. The control device acquires an index value indicating the degree of progress of “high-rate deterioration”, which is deterioration caused by uneven distribution of the concentration of lithium ions in the electrode body. The control device corrects the full charge capacity using the index value when estimating the full charge capacity from the section capacity.

上記構成によれば、外部充電制御時に算出された区間容量から満充電容量を推定する際に、ハイレート劣化度合いを示す指標値（後述する積算指標値ΣＤ）を用いた補正が行なわれる。これにより、ハイレート劣化に起因する容量減少分を満充電容量に適切に反映させることができる。したがって、満充電容量を高精度に推定することが可能になる。 According to the above configuration, when the full charge capacity is estimated from the section capacity calculated during the external charge control, the correction is performed using the index value indicating the high rate deterioration degree (integrated index value ΣD described later). This makes it possible to appropriately reflect the amount of capacity decrease due to high rate deterioration in the full charge capacity. Therefore, the full charge capacity can be estimated with high accuracy.

本開示によれば、車両に搭載可能に構成された二次電池システムにおいて、リチウムイオン二次電池のハイレート劣化が生じている場合に満充電容量を高精度に推定することができる。 According to the present disclosure, in a secondary battery system that can be installed in a vehicle, the full charge capacity can be estimated with high accuracy when the lithium ion secondary battery is deteriorated at a high rate.

本実施の形態に係る二次電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a vehicle equipped with a secondary battery system according to this embodiment. 各セルの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of each cell. 本実施の形態における外部充電制御を説明するためのフローチャートである。5 is a flowchart for explaining external charging control in the present embodiment. 図３に示した容量算出処理（Ｓ８０の処理）を、より詳細に説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining the capacity calculation process (process of S80) shown in FIG. 3 in more detail. 補正係数の算出手法の一例を説明するための図である。It is a figure for explaining an example of a calculation method of a correction coefficient. 区間容量と満充電容量との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between area capacity and full charge capacity.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.

［実施の形態］
＜二次電池システムの構成＞
図１は、本実施の形態に係る二次電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。車両１は、二次電池システム１Ａと、モータジェネレータ１０と、駆動輪２０と、電力制御装置（ＰＣＵ：Power Control Unit）３０と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）４０とを備える。二次電池システム１Ａは、バッテリ５０と、監視ユニット６０と、充電リレー（ＣＨＲ：Charge Relay）７０と、電力変換装置８０と、インレット９０と、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１００とを備える。 [Embodiment]
<Secondary battery system configuration>
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a vehicle equipped with a secondary battery system according to the present embodiment. The vehicle 1 includes a secondary battery system 1A, a motor generator 10, drive wheels 20, a power control unit (PCU) 30, and a system main relay (SMR) 40. The secondary battery system 1A includes a battery 50, a monitoring unit 60, a charging relay (CHR: Charge Relay) 70, a power conversion device 80, an inlet 90, and an electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit) 100. Prepare

モータジェネレータ１０は、たとえば永久磁石がロータ（図示せず）に埋設された三相交流回転電機である。モータジェネレータ１０は、バッテリ５０から供給された電力により駆動軸を回転させる。また、モータジェネレータ１０は回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ１０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ３０により直流電力に変換されてバッテリ５０に充電される。 Motor generator 10 is, for example, a three-phase AC rotating electric machine in which a permanent magnet is embedded in a rotor (not shown). The motor generator 10 rotates the drive shaft by the electric power supplied from the battery 50. The motor generator 10 can also generate power by regenerative braking. The AC power generated by the motor generator 10 is converted into DC power by the PCU 30 and the battery 50 is charged.

ＰＣＵ３０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて、バッテリ５０に蓄えられた直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１０に供給する。また、ＰＣＵ３０は、モータジェネレータ１０が発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ５０に供給する。 The PCU 30 converts the DC power stored in the battery 50 into AC power and supplies the AC power to the motor generator 10 according to a control signal from the ECU 100. The PCU 30 also converts the AC power generated by the motor generator 10 into DC power and supplies the DC power to the battery 50.

なお、図１では、車両１が電気自動車である構成を例に説明するが、車両１はプラグインハイブリッド車であってもよい。その場合、車両１は、複数（たとえば２つ）のモータジェネレータを備えてもよい。 In FIG. 1, the configuration in which the vehicle 1 is an electric vehicle is described as an example, but the vehicle 1 may be a plug-in hybrid vehicle. In that case, the vehicle 1 may include a plurality (for example, two) of motor generators.

ＳＭＲ４０は、ＰＣＵ３０とバッテリ５０とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。ＳＭＲ４０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて、ＰＣＵ３０とバッテリ５０との間での電力の供給と遮断とを切り替える。 The SMR 40 is electrically connected to a power line that connects the PCU 30 and the battery 50. The SMR 40 switches between supply and cutoff of electric power between the PCU 30 and the battery 50 according to a control signal from the ECU 100.

バッテリ５０は、組電池であって、各々がリチウムイオン二次電池である複数のセル５１（図２参照）を含んで構成される。バッテリ５０は、車両１の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ３０に供給する。また、バッテリ５０は、モータジェネレータ１０により発電された電力を蓄える。 The battery 50 is an assembled battery, and includes a plurality of cells 51 (see FIG. 2) each being a lithium ion secondary battery. Battery 50 supplies electric power for generating driving force of vehicle 1 to PCU 30. The battery 50 also stores the electric power generated by the motor generator 10.

監視ユニット６０は、電圧センサと、電流センサと、温度センサ（いずれも図示せず）とを含む。電圧センサはバッテリ５０の電圧ＶＢを検出する。電流センサはバッテリ５０に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサはバッテリ５０の温度ＴＢを検出する。各センサは、その検出結果をＥＣＵ１００に出力する。ＥＣＵ１００は、電圧ＶＢ、電流ＩＢおよび温度ＴＢに基づいて、バッテリ５０のＳＯＣ（State Of Charge）を推定する。この推定手法については公知の手法を用いることができるため、詳細な説明は繰り返さない。 The monitoring unit 60 includes a voltage sensor, a current sensor, and a temperature sensor (none of which is shown). The voltage sensor detects the voltage VB of the battery 50. The current sensor detects a current IB input/output to/from the battery 50. The temperature sensor detects the temperature TB of the battery 50. Each sensor outputs the detection result to the ECU 100. The ECU 100 estimates the SOC (State Of Charge) of the battery 50 based on the voltage VB, the current IB and the temperature TB. Since a known method can be used as this estimation method, detailed description will not be repeated.

充電リレー７０は、バッテリ５０と電力変換装置８０とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。充電リレー７０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて、バッテリ５０と電力変換装置８０との間での電力の供給と遮断とを切り替える。 The charging relay 70 is electrically connected to a power line that connects the battery 50 and the power conversion device 80. The charging relay 70 switches between supply and interruption of electric power between the battery 50 and the electric power conversion device 80 according to a control signal from the ECU 100.

電力変換装置８０は、たとえばＡＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を含んで構成され、車両外部の充電装置２から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリ５０に供給する。 Power conversion device 80 is configured to include, for example, an AC/DC converter (not shown), converts AC power supplied from charging device 2 outside the vehicle into DC power, and supplies the DC power to battery 50.

インレット９０は、充電ケーブル３のコネクタの一端を接続することが可能に構成される。充電装置２は、系統電源２００からの交流電力を充電ケーブル３を介して車両１に供給する。 The inlet 90 is configured so that one end of the connector of the charging cable 3 can be connected. The charging device 2 supplies the AC power from the system power supply 200 to the vehicle 1 via the charging cable 3.

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリ１０２と、バッファ（いずれも図示せず）とを含んで構成される。ＥＣＵ１００は、各センサからの信号の入力ならびにメモリ１０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、制御信号を出力するとともに、車両１が所望の状態となるように各機器を制御する。ＥＣＵ１００により実行される主要な制御として車両１の外部充電制御が挙げられるが、この制御については図３にて詳細に説明する。 The ECU 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 101, a memory 102, and a buffer (none of which is shown). The ECU 100 outputs a control signal based on the input of the signal from each sensor and the map and the program stored in the memory 102, and controls each device so that the vehicle 1 is in a desired state. The main control executed by the ECU 100 is the external charging control of the vehicle 1, and this control will be described in detail with reference to FIG.

なお、図１では充電ケーブル３を用いて外部充電が行なわれる例を示すが、たとえば地中に埋設された送電装置から車載の受電装置（いずれも図示せず）へと非接触で送電する「非接触充電」にも、後述する外部充電制御は適用可能である。 Although FIG. 1 shows an example in which external charging is performed using the charging cable 3, for example, power is transmitted from a power transmission device buried in the ground to an on-vehicle power receiving device (neither is shown) in a non-contact manner. The external charging control described below can also be applied to "contactless charging".

図２は、各セル５１の構成の一例を示す図である。セル５１のケース５１１上面は蓋体５１２によって封止されている。蓋体５１２には、正極端子５１３および負極端子５１４が設けられる。正極端子５１３および負極端子５１４の各々の一方端は、蓋体５１２から外部に突出している。正極端子５１３および負極端子５１４の各々の他方端は、ケース５１１内部において、内部正極端子および内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ電気的に接続されている。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of each cell 51. The upper surface of the case 511 of the cell 51 is sealed by a lid 512. The lid 512 is provided with a positive electrode terminal 513 and a negative electrode terminal 514. One end of each of the positive electrode terminal 513 and the negative electrode terminal 514 projects outside from the lid 512. The other end of each of the positive electrode terminal 513 and the negative electrode terminal 514 is electrically connected to an internal positive electrode terminal and an internal negative electrode terminal (neither is shown) inside the case 511.

ケース５１１内部には電極体５１５が収容されている（図２ではケース５１１を透視して破線で示す）。電極体５１５は、たとえば、セパレータ５１８を介して積層された正極シート５１６と負極シート５１７とが筒状に捲回されることにより形成されている。 An electrode body 515 is housed inside the case 511 (in FIG. 2, the case 511 is seen through and shown by a broken line). The electrode body 515 is formed, for example, by winding a positive electrode sheet 516 and a negative electrode sheet 517, which are laminated via a separator 518, in a tubular shape.

正極シート５１６は、集電箔と、集電箔の表面に形成された正極活物質層（正極活物質、導電材およびバインダを含む層）とを含む。同様に、負極シート５１７は、集電箔と、集電箔の表面に形成された負極活物質層（負極活物質、導電材およびバインダを含む層）とを含む。セパレータ５１８は、正極活物質層および負極活物質層の両方に接するように設けられている。電極体５１５（正極活物質層、負極活物質層およびセパレータ５１８）は、電解液により含浸されている。 The positive electrode sheet 516 includes a current collector foil and a positive electrode active material layer (a layer including a positive electrode active material, a conductive material, and a binder) formed on the surface of the current collector foil. Similarly, the negative electrode sheet 517 includes a current collector foil and a negative electrode active material layer (a layer including a negative electrode active material, a conductive material, and a binder) formed on the surface of the current collector foil. The separator 518 is provided so as to be in contact with both the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer. The electrode body 515 (positive electrode active material layer, negative electrode active material layer and separator 518) is impregnated with an electrolytic solution.

正極シート５１６、負極シート５１７、セパレータ５１８および電解液の材料としては、従来公知の各種材料を用いることができる。一例として、正極シート５１６には、コバルト酸リチウムまたはマンガン酸リチウムが用いられる。負極シート５１７にはカーボンが用いられる。セパレータ５１８にはポリオレフィンが用いられる。電解液は、有機溶媒と、リチウムイオンと、添加剤とを含む。なお、電極体５１５を捲回体にすることは必須ではなく、電極体５１５は捲回されていない積層体であってもよい。 As the materials for the positive electrode sheet 516, the negative electrode sheet 517, the separator 518, and the electrolytic solution, various conventionally known materials can be used. As an example, for the positive electrode sheet 516, lithium cobalt oxide or lithium manganate is used. Carbon is used for the negative electrode sheet 517. Polyolefin is used for the separator 518. The electrolytic solution contains an organic solvent, lithium ions, and an additive. It is not essential that the electrode body 515 is a wound body, and the electrode body 515 may be a laminated body which is not wound.

＜ハイレート劣化＞
以上のように構成された二次電池システム１Ａにおいて、バッテリ５０の大電流での充放電が継続的に行なわれると、各セル５１の内部抵抗が増加し、セル５１からの出力電圧が低下することが知られている。このような劣化は「ハイレート劣化」と称される。ハイレート劣化を引き起こす要因は、電極体５１５内のリチウムイオン濃度分布（以下「塩濃度分布」と略す）の偏りである。 <High rate deterioration>
In the secondary battery system 1A configured as described above, when the battery 50 is continuously charged and discharged with a large current, the internal resistance of each cell 51 increases and the output voltage from the cell 51 decreases. It is known. Such deterioration is called "high rate deterioration". A factor that causes the high rate deterioration is an uneven distribution of the lithium ion concentration in the electrode body 515 (hereinafter abbreviated as “salt concentration distribution”).

ＥＣＵ１００は、バッテリ５０の充放電履歴に基づいて、ハイレート劣化の進行状態を推定する。より具体的には、ＥＣＵ１００は、バッテリ５０の充放電に伴う塩濃度分布の偏りの増大および減少の両方を考慮して、ハイレート劣化の進行度合い（言い換えればダメージ量）を評価するための評価値Ｄを所定の制御周期ΔＴ毎に算出する。以下、評価値Ｄの算出手法について詳細に説明する。 The ECU 100 estimates the progress state of the high rate deterioration based on the charge/discharge history of the battery 50. More specifically, the ECU 100 considers both an increase and a decrease in the bias of the salt concentration distribution due to charging and discharging of the battery 50, and an evaluation value for evaluating the degree of progress of high rate deterioration (in other words, the amount of damage). D is calculated for each predetermined control cycle ΔT. Hereinafter, a method of calculating the evaluation value D will be described in detail.

Ｎを１以上の整数とし、今回（Ｎ回目）の制御周期で算出されるバッテリ５０の評価値ＤをＤ（Ｎ）と表し、前回（（Ｎ−１）回目）の制御周期で算出された評価値ＤをＤ（Ｎ−１）と表すと、評価値Ｄ（Ｎ）は下記式（１）に従って算出される。評価値Ｄの初期値Ｄ（０）は、たとえば０に設定される。 N is an integer of 1 or more, and the evaluation value D of the battery 50 calculated in the control cycle of this time (Nth time) is expressed as D(N), and is calculated in the control cycle of the previous time ((N-1)th time). When the evaluation value D is represented by D(N-1), the evaluation value D(N) is calculated according to the following formula (1). The initial value D(0) of the evaluation value D is set to 0, for example.

Ｄ（Ｎ）＝Ｄ（Ｎ−１）−Ｄ（−）＋Ｄ（＋）・・・（１）
上記式（１）において、評価値Ｄの減少量Ｄ（−）は、前回の評価値算出時から今回の評価値算出時までの間（制御周期ΔＴの間）にリチウムイオンが拡散することによる塩濃度分布の偏りの減少を表す。より具体的には、減少量Ｄ（−）は、たとえば下記式（２）のように忘却係数αを用いて算出される。なお、０＜α×ΔＴ＜１である。 D(N)=D(N−1)−D(−)+D(+) (1)
In the above formula (1), the decrease amount D(−) of the evaluation value D is due to the diffusion of lithium ions from the time when the evaluation value is calculated last time to the time when the evaluation value is calculated this time (during the control cycle ΔT). It represents a reduction in the bias of the salt concentration distribution. More specifically, the decrease amount D(−) is calculated using the forgetting factor α as in the following equation (2), for example. Note that 0<α×ΔT<1.

Ｄ（−）＝α×ΔＴ×Ｄ（Ｎ−１）・・・（２）
忘却係数αは、電解液中のリチウムイオンの拡散速度に対応する係数であり、温度ＴＢおよびＳＯＣに依存する。より詳細には、温度ＴＢが同じであればＳＯＣが高くなるほど忘却係数αは大きくなり、ＳＯＣが同じであれば温度ＴＢが高くなるほど忘却係数αは大きくなる。つまり、リチウムイオンの拡散が起こりやすいほど忘却係数αは大きくなる。このような忘却係数αと温度ＴＢおよびＳＯＣとの相関関係が実験またはシミュレーションにより予め取得される。そして、この相関関係をマップまたは変換式としてＥＣＵ１００のメモリ１０２に記憶させることにより、温度ＴＢおよびＳＯＣから忘却係数αを算出することができる。 D(−)=α×ΔT×D(N−1) (2)
The forgetting factor α is a factor corresponding to the diffusion rate of lithium ions in the electrolytic solution and depends on the temperatures TB and SOC. More specifically, if the temperature TB is the same, the forgetting factor α increases as the SOC increases, and if the SOC is the same, the forgetting factor α increases as the temperature TB increases. That is, the forgetting coefficient α increases as the diffusion of lithium ions occurs more easily. Such a correlation between the forgetting factor α and the temperatures TB and SOC is acquired in advance by an experiment or a simulation. Then, by storing this correlation in the memory 102 of the ECU 100 as a map or a conversion formula, the forgetting factor α can be calculated from the temperatures TB and SOC.

上記式（１）に戻り、評価値Ｄの増加量Ｄ（＋）は、前回の評価値算出時から今回の評価値算出時までの間（制御周期ΔＴの間）における充放電による塩濃度分布の偏りの増大を表す。より具体的には、増加量Ｄ（＋）は、たとえば下記式（３）のように電流係数β、限界しきい値γおよび電流ＩＢを用いて算出される。 Returning to the above equation (1), the increase amount D(+) of the evaluation value D is the salt concentration distribution due to charging/discharging from the time when the previous evaluation value is calculated to the time when this evaluation value is calculated (during the control cycle ΔT). Represents an increase in the bias of. More specifically, the increase amount D(+) is calculated using the current coefficient β, the limit threshold value γ, and the current IB, for example, as in the following formula (3).

Ｄ（＋）＝（β／γ）×ＩＢ×ΔＴ・・・（３）
詳細な説明は繰り返さないが、電流係数βおよび限界しきい値γについても忘却係数αと同様に、温度ＴＢおよびＳＯＣとの相関関係が実験またはシミュレーションにより予め取得され、マップまたは変換式としてメモリ１０２に記憶されている。よって、温度ＴＢおよびＳＯＣから電流係数βおよび限界しきい値γを算出することができる。このように、塩濃度分布の偏りの増大および減少の両方を考慮して評価値Ｄ（Ｎ）を算出することにより、塩濃度分布の偏りの変化を評価値Ｄ（Ｎ）に適切に反映させることができる。 D(+)=(β/γ)×IB×ΔT (3)
Although detailed description will not be repeated, regarding the current coefficient β and the limit threshold value γ as well as the forgetting coefficient α, the correlation with the temperature TB and the SOC is acquired in advance by an experiment or a simulation, and is stored in the memory 102 as a map or a conversion formula. Remembered in. Therefore, the current coefficient β and the limit threshold value γ can be calculated from the temperatures TB and SOC. In this way, by calculating the evaluation value D(N) in consideration of both the increase and decrease in the deviation of the salt concentration distribution, the change in the deviation of the salt concentration distribution is appropriately reflected in the evaluation value D(N). be able to.

ＥＣＵ１００は、バッテリ５０のハイレート劣化の進行状態を推定するために、すべての整数Ｎについて評価値Ｄ（Ｎ）を積算することにより積算評価値ΣＤ（Ｎ）を算出する。より具体的には、下記式（４）に示すように、評価値Ｄの初期値Ｄ（０）から（Ｎ−１）回目の制御周期における評価値Ｄ（Ｎ−１）までの積算評価値ΣＤ（Ｎ−１）に減衰係数δが乗算され、さらにＮ回目の制御周期における評価値Ｄ（Ｎ）が加算される。 The ECU 100 calculates an integrated evaluation value ΣD(N) by integrating the evaluation values D(N) for all integers N in order to estimate the progress of the high rate deterioration of the battery 50. More specifically, as shown in the following formula (4), the integrated evaluation value from the initial value D(0) of the evaluation value D to the evaluation value D(N-1) in the (N-1)th control cycle. ΣD(N-1) is multiplied by the damping coefficient δ, and the evaluation value D(N) in the Nth control cycle is further added.

ΣＤ（Ｎ）＝δ×ΣＤ（Ｎ−１）＋Ｄ（Ｎ）・・・（４）
減衰係数δは、時間経過に伴うリチウムイオンの拡散による塩濃度分布の偏りの減少を考慮して定められる係数である。減衰係数δは、実験またはシミュレーションにより予め取得され、メモリ１０２に記憶されている。 ΣD(N)=δ×ΣD(N-1)+D(N) (4)
The attenuation coefficient δ is a coefficient determined in consideration of a decrease in the bias of the salt concentration distribution due to the diffusion of lithium ions with the passage of time. The damping coefficient δ is acquired in advance by experiments or simulations and stored in the memory 102.

フローチャートには図示しないが、ＥＣＵ１００は、上述の処理を適宜実行することにより、バッテリ５０の積算評価値ΣＤを算出する。算出された積算評価値ΣＤは、メモリ１０２に格納され、必要に応じて読み出される。 Although not shown in the flowchart, the ECU 100 calculates the integrated evaluation value ΣD of the battery 50 by appropriately executing the above-described processing. The calculated integrated evaluation value ΣD is stored in the memory 102 and read out as needed.

＜外部充電制御＞
図３は、本実施の形態における外部充電制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、所定の充電開始条件が成立した場合（たとえば充電ケーブル３がインレット９０に接続され、ユーザ操作により充電開始指令が出力された場合）にメインルーチンから呼び出されて実行される。各ステップ（以下、Ｓと略す）は、基本的にはＥＣＵ１００によるソフトウェア処理によって実現されるが、ＥＣＵ１００内に作製された電子回路によるハードウェア処理によって実現されてもよい。 <External charge control>
FIG. 3 is a flowchart for explaining the external charging control in this embodiment. This flowchart is called from the main routine and executed when a predetermined charging start condition is satisfied (for example, when the charging cable 3 is connected to the inlet 90 and a charging start command is output by a user operation). Each step (hereinafter, abbreviated as S) is basically realized by software processing by the ECU 100, but may be realized by hardware processing by an electronic circuit produced in the ECU 100.

Ｓ１０において、ＥＣＵ１００は、バッテリ５０の充電を開始するように（あるいは、すでに充電中の場合には充電を継続するように）電力変換装置８０を制御する。 In S10, the ECU 100 controls the power conversion device 80 so as to start charging the battery 50 (or continue charging if the battery 50 is already being charged).

Ｓ２０において、ＥＣＵ１００は、バッテリ５０の電圧ＶＢ（より詳細にはＯＣＶ）が基準電圧Ｖ１（第１の電圧）以上であるか否かを判定する。電圧ＶＢが基準電圧Ｖ１未満の場合（Ｓ２０においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は処理をＳ１０に戻す。これにより、バッテリ５０の充電が継続される。 In S20, the ECU 100 determines whether the voltage VB (more specifically, OCV) of the battery 50 is equal to or higher than the reference voltage V1 (first voltage). If voltage VB is lower than reference voltage V1 (NO in S20), ECU 100 returns the process to S10. Thereby, the charging of the battery 50 is continued.

電圧ＶＢが基準電圧Ｖ１に達すると（Ｓ２０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、処理をＳ３０に進め、監視ユニット６０内の電流センサ（図示せず）により取得された電流ＩＢを積算する。この電流積算は、電圧ＶＢが基準電圧Ｖ１よりも高い基準電圧Ｖ２（第２の電圧）に達するまで継続される（Ｓ４０においてＮＯ）。 When voltage VB reaches reference voltage V1 (YES in S20), ECU 100 advances the process to S30 and integrates current IB acquired by a current sensor (not shown) in monitoring unit 60. This current integration is continued until the voltage VB reaches the reference voltage V2 (second voltage) higher than the reference voltage V1 (NO in S40).

電圧ＶＢが基準電圧Ｖ２に達すると（Ｓ４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、所定の充電終了条件が成立するまで充電を継続する（Ｓ５０）。たとえば、電圧ＶＢが充電終了電圧（充電を終了すべき電圧）に達したり、充電終了時刻が到来したり場合に、充電終了条件が成立したと判定される。充電終了条件が成立すると（Ｓ６においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は充電を終了するように電力変換装置８０を制御する（Ｓ７０）。そして、ＥＣＵ１００は、以下に説明する容量算出処理を実行する（Ｓ８０）。 When voltage VB reaches reference voltage V2 (YES in S40), ECU 100 continues charging until a predetermined charging end condition is satisfied (S50). For example, when the voltage VB reaches the charging end voltage (voltage at which charging should be ended) or when the charging end time arrives, it is determined that the charging end condition is satisfied. When the charging end condition is satisfied (YES in S6), ECU 100 controls power conversion device 80 to end the charging (S70). Then, the ECU 100 executes a capacity calculation process described below (S80).

＜容量算出処理＞
図４は、図３に示した容量算出処理（Ｓ８０の処理）を、より詳細に説明するためのフローチャートである。Ｓ８１において、ＥＣＵ１００は、図３のＳ３０にて算出した電流積算値に基づいて、電圧ＶＢが基準電圧Ｖ１から基準電圧Ｖ２に達するまでの区間容量を算出する（たとえば特許文献１参照）。区間容量は、基準電圧Ｖ１に対応したバッテリ５０の容量と、基準電圧Ｖ２に対応したバッテリ５０の容量との差分に相当するものである。 <Capacity calculation processing>
FIG. 4 is a flowchart for explaining the capacity calculation process (process of S80) shown in FIG. 3 in more detail. In S81, the ECU 100 calculates a section capacity from when the voltage VB reaches the reference voltage V2 to the reference voltage V2 based on the integrated current value calculated in S30 of FIG. 3 (see Patent Document 1, for example). The section capacity corresponds to the difference between the capacity of the battery 50 corresponding to the reference voltage V1 and the capacity of the battery 50 corresponding to the reference voltage V2.

Ｓ８２において、ＥＣＵ１００は、充電終了時（Ｓ７０の処理終了時）におけるバッテリ５０の積算評価値ΣＤを取得する。この処理については、すでに詳細に説明したため説明は繰り返さないが、図示しない別フローにより積算評価値ΣＤを算出することができる。なお、積算評価値ΣＤは、充電終了時までの値を算出することが望ましいが、これに限定されるものではなく、たとえば車両１の前回の走行終了時までの値であってもよいし、外部充電制御の実行開始時までの値であってもよい。 In S82, the ECU 100 acquires the integrated evaluation value ΣD of the battery 50 at the end of charging (at the end of the process of S70). Although this processing has already been described in detail and will not be described again, the integrated evaluation value ΣD can be calculated by another flow not shown. It should be noted that the integrated evaluation value ΣD is preferably calculated until the end of charging, but is not limited to this. For example, it may be a value up to the end of the previous travel of the vehicle 1, It may be a value until the start of execution of the external charging control.

Ｓ８３において、ＥＣＵ１００は、Ｓ８１にて算出した区間容量を補正するための補正係数Ｋを算出する。 In S83, the ECU 100 calculates a correction coefficient K for correcting the section capacity calculated in S81.

図５は、補正係数Ｋの算出手法の一例を説明するための図である。図５において、横軸は、積算評価値ΣＤを示す。縦軸は、区間容量（Ｓ８１にて算出された値）を示す。縦軸には、バッテリ５０への充電電力量が同じ条件下で算出された区間容量（たとえば基準電圧Ｖ１，Ｖ２を固定した場合の区間容量）が示されている。 FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a method of calculating the correction coefficient K. In FIG. 5, the horizontal axis represents the integrated evaluation value ΣD. The vertical axis represents the section capacity (value calculated in S81). The vertical axis represents the section capacity (for example, section capacity when the reference voltages V1 and V2 are fixed) calculated under the same condition where the amount of power charged to the battery 50 is the same.

図５に示すように、バッテリ５０が新品の状態（たとえば製造直後の状態）においては、積算評価値ΣＤは０であり、区間容量はΔＣ０である。時間が経過したり、バッテリ５０が充放電されるに従って積算評価値ΔＤは増加し、それとともに区間容量は低下する。たとえば、積算評価値ΣＤ＝Ｄ１になると区間容量はΔＣ１にまで低下し、さらに、積算評価値ΣＤ＝Ｄ２になると区間容量はΔＣ２にまで低下する。 As shown in FIG. 5, when the battery 50 is new (for example, immediately after manufacturing), the integrated evaluation value ΣD is 0, and the section capacity is ΔC0. The integrated evaluation value ΔD increases as time passes and the battery 50 is charged and discharged, and the section capacity decreases accordingly. For example, when the integrated evaluation value ΣD=D1, the section capacity drops to ΔC1, and when the integrated evaluation value ΣD=D2, the section capacity drops to ΔC2.

補正係数Ｋは、たとえば、積算評価値ΣＤ＝０における区間容量ΔＣ０を基準とした区間容量の低下量から算出することができる。一例として、区間容量ΔＣ０に対する現在の区間容量（Ｓ８１にて算出された値）の比を補正係数Ｋとすることができる。 The correction coefficient K can be calculated, for example, from the amount of decrease in the section capacity based on the section capacity ΔC0 at the integrated evaluation value ΣD=0. As an example, the ratio of the current section capacity (the value calculated in S81) to the section capacity ΔC0 can be used as the correction coefficient K.

図４に戻り、Ｓ８４において、ＥＣＵ１００は、Ｓ８１にて算出した区間容量から満充電容量を推定する。この際、ＥＣＵ１００は、補正係数Ｋを用いて満充電容量を補正する。より具体的には、ＥＣＵ１００は、区間容量と満充電容量との対応関係を示す図示しないマップをメモリ１０２に記憶している。ＥＣＵ１００は、このマップを用いて、区間容量から満充電容量を推定することができる。なお、ＥＣＵ１００は、マップに代えてテーブルまたは関係式の形式で区間容量と満充電容量との対応関係を有していてもよい。 Returning to FIG. 4, in S84, the ECU 100 estimates the full charge capacity from the section capacity calculated in S81. At this time, the ECU 100 corrects the full charge capacity using the correction coefficient K. More specifically, the ECU 100 stores in the memory 102 a map (not shown) showing the correspondence between the section capacity and the full charge capacity. The ECU 100 can estimate the full charge capacity from the section capacity using this map. Note that the ECU 100 may have a correspondence relationship between the section capacity and the full charge capacity in the form of a table or a relational expression instead of the map.

図６は、区間容量と満充電容量との対応関係の一例を示す図である。図６において、横軸は区間容量（Ｓ８１にて算出した値）を示し、縦軸は満充電容量を示す。なお、図６に示すような対応関係は、外部充電制御の実行時の温度ＴＢ毎に複数準備することが望ましい。 FIG. 6 is a diagram showing an example of the correspondence relationship between the section capacity and the full charge capacity. In FIG. 6, the horizontal axis represents the section capacity (the value calculated in S81), and the vertical axis represents the full charge capacity. Note that it is desirable to prepare a plurality of correspondence relationships as shown in FIG. 6 for each temperature TB when executing the external charging control.

図６に示すように区間容量がΔＣの場合、バッテリ５０の積算評価値ΣＤが０のときには満充電容量はＣ０と算出される。一方、積算評価値ΣＤがＤ１のときには、補正係数Ｋを用いた補正により、満充電容量はＣ１と算出される。また、積算評価値ΣＤがＤ２のときには、補正係数Ｋを用いた補正により、満充電容量はＣ２と算出される。この補正は、たとえば、積算評価値ΣＤが０のときの満充電容量（言い換えればハイレート劣化を考慮しない場合の満充電容量）に補正係数Ｋの逆数を乗算することにより行なうことができる。 As shown in FIG. 6, when the section capacity is ΔC, when the integrated evaluation value ΣD of the battery 50 is 0, the full charge capacity is calculated as C0. On the other hand, when the integrated evaluation value ΣD is D1, the full charge capacity is calculated as C1 by the correction using the correction coefficient K. Further, when the integrated evaluation value ΣD is D2, the full charge capacity is calculated as C2 by the correction using the correction coefficient K. This correction can be performed, for example, by multiplying the full charge capacity when the integrated evaluation value ΣD is 0 (in other words, the full charge capacity when high-rate deterioration is not considered) by the reciprocal of the correction coefficient K.

以上のように、本実施の形態によれば、外部充電制御時に算出された区間容量から満充電容量を推定する際に、バッテリ５０のハイレート劣化の進行度合いを示す積算評価値ΣＤを用いた補正が行なわれる。これにより、ハイレート劣化による容量減少分を満充電容量に適切に反映させることができる。したがって、満充電容量を高精度に推定することが可能になる。 As described above, according to the present embodiment, when the full charge capacity is estimated from the section capacity calculated during the external charge control, the correction using the integrated evaluation value ΣD indicating the progress degree of the high rate deterioration of the battery 50 is used. Is performed. This makes it possible to properly reflect the amount of capacity reduction due to high rate deterioration in the full charge capacity. Therefore, the full charge capacity can be estimated with high accuracy.

なお、車両１がバッテリ５０の満充電容量に応じてバッテリ５０への充電電力（充電電力の制御上限値Ｗｉｎ）を制限するように構成されている場合には、満充電容量の推定精度が低いと、充電電力が不必要に制限されてしまう可能性がある。本実施の形態によれば、満充電容量の推定精度を向上させることにより、そのような充電電力の過度の制限を抑制することができる。 When the vehicle 1 is configured to limit the charging power to the battery 50 (the control upper limit value Win of the charging power) according to the full charging capacity of the battery 50, the estimation accuracy of the full charging capacity is low. Therefore, charging power may be unnecessarily limited. According to the present embodiment, it is possible to suppress such an excessive limit of charging power by improving the estimation accuracy of the full charge capacity.

また、基準電圧Ｖ１，Ｖ２（あるいは基準電圧Ｖ１と基準電圧Ｖ２との間の電圧幅）は、予め定められた値であってもよいし、基準電圧Ｖ１，Ｖ２の組合せを複数準備して、組合せ毎に図６に示したような対応関係を求めておいてもよい。 Further, the reference voltages V1 and V2 (or the voltage width between the reference voltage V1 and the reference voltage V2) may be a predetermined value, or a plurality of combinations of the reference voltages V1 and V2 are prepared, The correspondence relationship as shown in FIG. 6 may be obtained for each combination.

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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味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。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplifications in all points and not restrictive. The scope of the present disclosure is shown not by the above description of the embodiments but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.

１車両、１Ａ二次電池システム、２充電装置、３充電ケーブル、１０モータジェネレータ、２０駆動輪、３０ＰＣＵ、４０ＳＭＲ、５０バッテリ、５１セル、６０監視ユニット、７０充電リレー（ＣＨＲ）、８０電力変換装置、９０インレット、１００ＥＣＵ、１０１ＣＰＵ、１０２メモリ、２００系統電源、５１１ケース、５１２蓋体、５１３正極端子、５１４負極端子、５１５電極体、５１６正極シート、５１７負極シート、５１８セパレータ。 1 vehicle, 1A secondary battery system, 2 charging device, 3 charging cable, 10 motor generator, 20 driving wheels, 30 PCU, 40 SMR, 50 battery, 51 cells, 60 monitoring unit, 70 charging relay (CHR), 80 power Conversion device, 90 inlet, 100 ECU, 101 CPU, 102 memory, 200 system power supply, 511 case, 512 lid body, 513 positive electrode terminal, 514 negative electrode terminal, 515 electrode body, 516 positive electrode sheet, 517 negative electrode sheet, 518 separator.

Claims

A secondary battery system that can be installed in a vehicle,
A secondary battery having an electrode body impregnated with an electrolytic solution containing lithium ions,
Performing external charging control for charging the secondary battery with electric power supplied from the outside of the vehicle, calculating the section capacity of the secondary battery, and estimating the full charge capacity of the secondary battery from the section capacity. And a control device configured to
The section capacity is the capacity of the secondary battery corresponding to the first voltage when the voltage of the secondary battery rises from the first voltage to the second voltage due to the external charging control, and the second capacity. Is a difference from the capacity of the secondary battery corresponding to the voltage of,
The control device is
Obtaining an index value indicating the degree of progress of high-rate deterioration, which is deterioration caused by uneven distribution of the concentration of the lithium ions in the electrode body,
A secondary battery system that corrects the full charge capacity using the index value when estimating the full charge capacity from the section capacity.