JP6927000B2 - Deterioration state estimation method for secondary batteries - Google Patents

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Description

本開示は、二次電池の劣化状態推定方法に関し、より特定的には、車両に搭載された二次電池の劣化状態を推定するための二次電池の劣化状態推定方法に関する。 The present disclosure relates to a method for estimating a deterioration state of a secondary battery, and more specifically, to a method for estimating a deterioration state of a secondary battery for estimating the deterioration state of a secondary battery mounted on a vehicle.

近年、走行用の二次電池が搭載された車両の普及が進んでいる。これらの車両に搭載された二次電池は、使用方法または使用環境に伴い、あるいは時間の経過に伴い劣化し得るため、二次電池の劣化状態を高精度に推定することが求められている。そこで、二次電池のインピーダンス(内部抵抗)に基づいて二次電池の劣化状態を推定する方法が提案されている。 In recent years, vehicles equipped with a secondary battery for traveling have become widespread. Since the secondary batteries mounted on these vehicles can deteriorate with the usage method or environment, or with the passage of time, it is required to estimate the deterioration state of the secondary batteries with high accuracy. Therefore, a method of estimating the deterioration state of the secondary battery based on the impedance (internal resistance) of the secondary battery has been proposed.

たとえば、特開2005−221487号公報(特許文献1)に開示された方法によれば、周期性を持たない多様な波形の充放電電流が二次電池を流れる状態で電流値および電圧値が測定される。そして、測定された電流値および電圧値のフーリエ変換を行なうことにより、フーリエ変換後の電流値および電圧値から周波数毎のインピーダンス成分が算出される。 For example, according to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-221487 (Patent Document 1), the current value and the voltage value are measured in a state where charge / discharge currents having various waveforms having no periodicity flow through the secondary battery. Will be done. Then, by performing the Fourier transform of the measured current value and voltage value, the impedance component for each frequency is calculated from the current value and voltage value after the Fourier transform.

特開2005−221487号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-221487

本発明者らは、所定周波数域におけるインピーダンス成分(後述する反応抵抗)が電流依存性および温度依存性を有する点に着目した。反応抵抗の電流依存性および温度依存性を考慮しないと、反応抵抗を高精度に算出することができなくなる可能性がある。その結果、二次電池の劣化状態の推定精度が低下してしまう可能性がある。 The present inventors have focused on the fact that the impedance component (reaction resistance described later) in a predetermined frequency range has current dependence and temperature dependence. If the current dependence and temperature dependence of the reaction resistance are not taken into consideration, it may not be possible to calculate the reaction resistance with high accuracy. As a result, the accuracy of estimating the deteriorated state of the secondary battery may decrease.

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両に搭載された二次電池の劣化状態を推定するための劣化状態推定方法において、二次電池の劣化状態の推定精度を向上させることである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to use a deterioration state estimation method for estimating a deterioration state of a secondary battery mounted on a vehicle, in which the deterioration state of the secondary battery is determined. It is to improve the estimation accuracy.

本開示のある局面に従う二次電池の劣化状態推定方法は、車両に搭載された二次電池について制御装置により実行される。二次電池の劣化状態推定方法は、第1〜第6のステップを含む。第1のステップは、二次電池の電圧値および電流値を所定期間に複数回取得してメモリに格納するステップである。第2のステップは、所定期間における、二次電池の電流変化幅、二次電池の温度変化幅および二次電池のSOC変化幅を算出するステップである。第3のステップは、所定期間における二次電池の温度、電流またはSOC毎に定められた、電流変化幅の許容上限を示す許容電流変化幅、温度変化幅の許容上限を示す許容温度変化幅、および、SOC変化幅の許容上限を示す許容SOC変化幅を二次電池の温度、電流またはSOCから取得するステップである。第4のステップは、電流変化幅が許容電流変化幅を下回るとの電流条件、温度変化幅が許容温度変化幅を下回るとの温度条件、および、SOC変化幅が許容SOC変化幅を下回るとのSOC条件がいずれも成立する場合に、メモリに格納された二次電池の複数回の電圧値および電流値の周波数変換を行なうことにより、周波数変換された電圧値および電流値から二次電池の周波数域毎のインピーダンス成分を算出するステップである。第5のステップは、所定期間における二次電池の温度、および、所定周波数域の電流値に従って、その所定周波数域に対応するインピーダンス成分である反応抵抗を補正する補正処理を実行するステップである。第6のステップは、周波数域毎のインピーダンス成分を用いて、各周波数域に応じた劣化モードの二次電池の劣化状態を推定するステップである。補正処理は、所定周波数域の電流値が小さいほど反応抵抗が低くなるように反応抵抗を補正し、かつ、所定期間における二次電池の温度が低いほど反応抵抗が低くなるように反応抵抗を補正する処理である。 The method for estimating the deterioration state of the secondary battery according to a certain aspect of the present disclosure is executed by the control device for the secondary battery mounted on the vehicle. The method for estimating the deterioration state of the secondary battery includes the first to sixth steps. The first step is a step of acquiring the voltage value and the current value of the secondary battery a plurality of times in a predetermined period and storing them in the memory. The second step is a step of calculating the current change width of the secondary battery, the temperature change width of the secondary battery, and the SOC change width of the secondary battery in a predetermined period. The third step is the permissible current change width indicating the permissible upper limit of the current change width and the permissible temperature change width indicating the permissible upper limit of the temperature change width, which are determined for each secondary battery temperature, current or SOC in a predetermined period. In addition, it is a step of acquiring the allowable SOC change width indicating the allowable upper limit of the SOC change width from the temperature, current, or SOC of the secondary battery. The fourth step is the current condition that the current change width is less than the permissible current change width, the temperature condition that the temperature change width is less than the permissible temperature change width, and the SOC change width is less than the permissible SOC change width. When all the SOC conditions are satisfied, the frequency of the secondary battery is converted from the frequency-converted voltage value and current value by performing frequency conversion of the voltage value and current value of the secondary battery stored in the memory multiple times. This is a step of calculating the impedance component for each region. The fifth step is a step of executing a correction process for correcting the reaction resistance, which is an impedance component corresponding to the predetermined frequency range, according to the temperature of the secondary battery in the predetermined period and the current value in the predetermined frequency range. The sixth step is a step of estimating the deterioration state of the secondary battery in the deterioration mode corresponding to each frequency range by using the impedance component for each frequency range. The correction process corrects the reaction resistance so that the smaller the current value in the predetermined frequency range, the lower the reaction resistance, and the lower the temperature of the secondary battery in the predetermined period, the lower the reaction resistance. It is a process to do.

上記方法によれば、二次電池を流れる電流が小さいほど反応抵抗が高くなる点に着目し、所定期間における温度および所定周波数域の電流に基づいて反応抵抗が補正される(詳細は後述)。このように、反応抵抗の電流依存性および温度依存性を考慮することで、反応抵抗の算出精度を向上させることができる。したがって、二次電池の劣化状態の推定精度を向上させることができる。 According to the above method, paying attention to the fact that the smaller the current flowing through the secondary battery, the higher the reaction resistance, the reaction resistance is corrected based on the temperature in a predetermined period and the current in a predetermined frequency range (details will be described later). In this way, the accuracy of calculating the reaction resistance can be improved by considering the current dependence and the temperature dependence of the reaction resistance. Therefore, the accuracy of estimating the deteriorated state of the secondary battery can be improved.

本開示によれば、二次電池の劣化状態の推定精度を向上させることができる。 According to the present disclosure, it is possible to improve the estimation accuracy of the deteriorated state of the secondary battery.

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図である。It is a figure which shows schematic the whole structure of the vehicle which mounted the secondary battery system which concerns on this Embodiment. バッテリおよび監視ユニットの構成をより詳細に示す図である。It is a figure which shows the structure of a battery and a monitoring unit in more detail. 車両の走行中におけるバッテリの電流、温度およびSOCの時間変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time change of the current, temperature and SOC of a battery while the vehicle is running. バッテリのインピーダンス成分を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the impedance component of a battery. バッテリのインピーダンス成分の周波数依存性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the frequency dependence of the impedance component of a battery. フーリエ変換による周波数域毎のインピーダンス成分の算出手法を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the calculation method of the impedance component for every frequency domain by Fourier transform. インピーダンス成分の算出結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the calculation result of an impedance component. 反応抵抗の電流依存性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the current dependence of a reaction resistance. 本実施の形態におけるバッテリの劣化状態の判定方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the determination method of the deterioration state of the battery in this embodiment. マップMP1の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map MP1. 補正マップMP2の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the correction map MP2. 比較例および本実施の形態における反応抵抗の算出結果を比較するための図である。It is a figure for comparing the calculation result of the reaction resistance in the comparative example and this embodiment.

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. 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図である。図1を参照して、車両1は、ハイブリッド車両である。しかし、本開示に係る電池システムが搭載可能な車両はハイブリッド車両(プラグインハイブリッド車を含む)に限られない。本開示に係る電池システムは、二次電池システムから供給される電力を用いて駆動力を発生させる車両全般に搭載可能である。そのため、車両1は、電気自動車またな燃料電池車であってもよい。
[Embodiment]
<Configuration of secondary battery system>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a vehicle equipped with a secondary battery system according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, vehicle 1 is a hybrid vehicle. However, the vehicle on which the battery system according to the present disclosure can be mounted is not limited to a hybrid vehicle (including a plug-in hybrid vehicle). The battery system according to the present disclosure can be mounted on all vehicles that generate driving force by using the electric power supplied from the secondary battery system. Therefore, the vehicle 1 may be an electric vehicle or a fuel cell vehicle.

車両1は、二次電池システム2と、パワーコントロールユニット(PCU:Power Control Unit)30と、モータジェネレータ41,42と、エンジン50と、動力分割装置60と、駆動軸70と、駆動輪80とを備える。二次電池システム2は、バッテリ10と、監視ユニット20と、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)100とを備える。 The vehicle 1 includes a secondary battery system 2, a power control unit (PCU) 30, motor generators 41 and 42, an engine 50, a power dividing device 60, a drive shaft 70, and drive wheels 80. To be equipped. The secondary battery system 2 includes a battery 10, a monitoring unit 20, and an electronic control unit (ECU) 100.

エンジン50は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギーをピストンおよびロータなどの運動子の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する内燃機関である。 The engine 50 is an internal combustion engine that outputs power by converting the combustion energy generated when the air-fuel mixture is burned into the kinetic energy of movers such as pistons and rotors.

動力分割装置60は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車機構(図示せず)を含む。動力分割装置60は、エンジン50から出力される動力を、モータジェネレータ41を駆動する動力と、駆動輪80を駆動する動力とに分割する。 The power splitting device 60 includes, for example, a planetary gear mechanism (not shown) having three rotating shafts of a sun gear, a carrier, and a ring gear. The power dividing device 60 divides the power output from the engine 50 into a power for driving the motor generator 41 and a power for driving the drive wheels 80.

モータジェネレータ41,42の各々は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石(図示せず)が埋設された三相交流同期電動機である。モータジェネレータ41は、主として、動力分割装置60を経由してエンジン50により駆動される発電機として用いられる。モータジェネレータ41が発電した電力は、PCU30を介してモータジェネレータ42またはバッテリ10に供給される。 Each of the motor generators 41 and 42 is an AC rotating electric machine, for example, a three-phase AC synchronous motor in which a permanent magnet (not shown) is embedded in a rotor. The motor generator 41 is mainly used as a generator driven by the engine 50 via the power dividing device 60. The electric power generated by the motor generator 41 is supplied to the motor generator 42 or the battery 10 via the PCU 30.

モータジェネレータ42は、主として電動機として動作し、駆動輪80を駆動する。モータジェネレータ42は、バッテリ10からの電力およびモータジェネレータ41の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、モータジェネレータ42の駆動力は駆動軸70に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、モータジェネレータ42は、発電機として動作して回生発電を行なう。モータジェネレータ42が発電した電力は、PCU30を介してバッテリ10に供給される。 The motor generator 42 mainly operates as an electric motor and drives the drive wheels 80. The motor generator 42 is driven by receiving at least one of the electric power from the battery 10 and the electric power generated by the motor generator 41, and the driving force of the motor generator 42 is transmitted to the drive shaft 70. On the other hand, when the vehicle is braking or the acceleration is reduced on a downward slope, the motor generator 42 operates as a generator to generate regenerative power generation. The electric power generated by the motor generator 42 is supplied to the battery 10 via the PCU 30.

バッテリ10は、複数のセルを含んで構成される組電池である。各セル12は、たとえばリチウムイオン二次電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。バッテリ10は、モータジェネレータ41,42を駆動するための電力を蓄え、PCU50を通じてモータジェネレータ41,42へ電力を供給する。また、バッテリ10は、モータジェネレータ41,42の発電時にPCU30を通じて発電電力を受けて充電される。 The battery 10 is an assembled battery including a plurality of cells. Each cell 12 is a secondary battery such as a lithium ion secondary battery or a nickel metal hydride battery. The battery 10 stores electric power for driving the motor generators 41 and 42, and supplies electric power to the motor generators 41 and 42 through the PCU 50. Further, the battery 10 is charged by receiving the generated power through the PCU 30 when the motor generators 41 and 42 generate power.

監視ユニット20は、電圧センサ21と、電流センサ22と、温度センサ23とを含む。電圧センサ21は、バッテリ10の電圧VBを検出する。電流センサ22は、バッテリ10に入出力される電流IBを検出する。温度センサ23は、バッテリ10の温度TBを検出する。各センサは、その検出結果を示す信号をECU100に出力する。なお、バッテリ10および監視ユニット20の構成については図2にて、より詳細に説明する。 The monitoring unit 20 includes a voltage sensor 21, a current sensor 22, and a temperature sensor 23. The voltage sensor 21 detects the voltage VB of the battery 10. The current sensor 22 detects the current IB input / output to / from the battery 10. The temperature sensor 23 detects the temperature TB of the battery 10. Each sensor outputs a signal indicating the detection result to the ECU 100. The configurations of the battery 10 and the monitoring unit 20 will be described in more detail with reference to FIG.

PCU30は、ECU100からの制御信号に従って、バッテリ10とモータジェネレータ41,42との間で双方向の電力変換を実行する。PCU30は、モータジェネレータ41,42の状態を別々に制御可能に構成されており、たとえば、モータジェネレータ41を回生状態(発電状態)にしつつ、モータジェネレータ42を力行状態にすることができる。PCU30は、たとえば、モータジェネレータ41,42に対応して設けられる2つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧をバッテリ10の出力電圧以上に昇圧するコンバータ(いずれも図示せず)とを含んで構成される。 The PCU 30 executes bidirectional power conversion between the battery 10 and the motor generators 41 and 42 according to the control signal from the ECU 100. The PCU 30 is configured so that the states of the motor generators 41 and 42 can be controlled separately. For example, the motor generator 42 can be put into a power running state while the motor generator 41 is in a regenerative state (power generation state). The PCU 30 includes, for example, two inverters provided corresponding to the motor generators 41 and 42, and a converter (neither shown) that boosts the DC voltage supplied to each inverter to a voltage equal to or higher than the output voltage of the battery 10. Consists of.

ECU100は、CPU(Central Processing Unit)101と、メモリ(ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory))101と、各種信号が入出力される入出力ポート(図示せず)とを含んで構成される。ECU100は、各センサから受ける信号ならびにメモリ102に記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、車両1を所望の状態に制御するための各種処理を実行する。 The ECU 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 101, a memory (ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory)) 101, and an input / output port (not shown) to which various signals are input / output. It is composed. The ECU 100 executes various processes for controlling the vehicle 1 to a desired state based on the signals received from each sensor and the programs and maps stored in the memory 102.

より具体的には、ECU100は、エンジン50およびPCU30を制御することによってバッテリ10の充放電を制御する。また、ECU100は、バッテリ10のSOC(State Of Charge)を推定する。SOCの推定には、電流積算法、OCV−SOCカーブを用いる手法など公知の手法を用いることができる。さらに、ECU100は、バッテリ10のインピーダンス(内部抵抗)を算出する。バッテリ10のインピーダンスは、電圧VBと電流IBとの比(=VB/IB)から算出することができる。インピーダンスの算出については後に詳細に説明する。 More specifically, the ECU 100 controls the charging and discharging of the battery 10 by controlling the engine 50 and the PCU 30. Further, the ECU 100 estimates the SOC (State Of Charge) of the battery 10. For the estimation of SOC, a known method such as a current integration method or a method using an OCV-SOC curve can be used. Further, the ECU 100 calculates the impedance (internal resistance) of the battery 10. The impedance of the battery 10 can be calculated from the ratio of the voltage VB to the current IB (= VB / IB). The calculation of impedance will be described in detail later.

図2は、バッテリ10および監視ユニット20の構成をより詳細に示す図である。図1および図2を参照して、バッテリ10は、直列接続されたM個のブロック11を含む。各ブロック11は、並列接続されたN個のセル12を含む。M,Nは、2以上の自然数である。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the battery 10 and the monitoring unit 20 in more detail. With reference to FIGS. 1 and 2, the battery 10 includes M blocks 11 connected in series. Each block 11 contains N cells 12 connected in parallel. M and N are natural numbers of 2 or more.

電圧センサ21は、各ブロック11の電圧を検出する。電流センサ22は、すべてのブロック11を流れる電流IBを検出する。温度センサ23は、バッテリ10の温度を検出する。ただし、電圧センサの監視単位はブロックに限定されず、セル12毎であってもよいし、隣接する複数(ブロック内のセル数未満の数)のセル12毎であってもよい。また、温度センサ23の監視単位も特に限定されず、たとえばブロック毎(あるいはセル毎)の温度が検出されてもよい。 The voltage sensor 21 detects the voltage of each block 11. The current sensor 22 detects the current IB flowing through all the blocks 11. The temperature sensor 23 detects the temperature of the battery 10. However, the monitoring unit of the voltage sensor is not limited to the block, and may be for each cell 12 or for each of a plurality of adjacent cells (the number less than the number of cells in the block). Further, the monitoring unit of the temperature sensor 23 is not particularly limited, and for example, the temperature of each block (or each cell) may be detected.

このようなバッテリ10の内部構成および監視ユニット20の監視単位は例示に過ぎず、特に限定されるものではない。したがって、以下では、複数のブロック11を互いに区別したり複数のセル12を互いに区別したりせず、単にバッテリ10と包括的に記載する。また、監視ユニット20は、バッテリ10の電圧VB,電流IBおよび温度TBを監視すると記載する。 The internal configuration of the battery 10 and the monitoring unit of the monitoring unit 20 are merely examples, and are not particularly limited. Therefore, in the following, the plurality of blocks 11 are not distinguished from each other or the plurality of cells 12 are not distinguished from each other, and are simply referred to comprehensively as the battery 10. Further, it is described that the monitoring unit 20 monitors the voltage VB, the current IB, and the temperature TB of the battery 10.

<車両走行中における電圧および電流の変化>
以上のように構成された車両1の走行中においては、バッテリ10の電圧VB、電流IB、温度TBおよびSOCが時間経過とともに変化し得る。なお、車両1の「走行中」とは、車両1がイグニッションオンされて走行可能な状態であればよく、車両1が一時停止した状態が含まれていてもよい。
<Changes in voltage and current while the vehicle is running>
While the vehicle 1 configured as described above is running, the voltage VB, the current IB, the temperature TB, and the SOC of the battery 10 may change with the passage of time. The term "running" of the vehicle 1 may include a state in which the vehicle 1 is temporarily stopped, as long as the vehicle 1 is in a state in which the ignition is turned on and the vehicle can run.

図3は、車両1の走行中におけるバッテリ10の電流IB、温度TBおよびSOCの時間変化の一例を示す図である。図3および後述する図12において、横軸は経過時間を示す。縦軸は、上から順に、電流IB、温度TBおよびSOCを示す。なお、電圧VBも電流IBと同様に不規則に変化し得るが、図面が煩雑になるのを防ぐため、以下では電圧VBについては図示を省略する。 FIG. 3 is a diagram showing an example of time changes in the current IB, temperature TB, and SOC of the battery 10 while the vehicle 1 is traveling. In FIG. 3 and FIG. 12 described later, the horizontal axis indicates the elapsed time. The vertical axis shows the current IB, the temperature TB, and the SOC in order from the top. The voltage VB may change irregularly like the current IB, but the voltage VB is not shown below in order to prevent the drawings from becoming complicated.

図3を参照して、温度TBおよびSOCの変化にはある程度の時間を要し、温度TBおよびSOCは比較的滑らかに変化する場合が多い。これに対し、車両1の走行中には、モータジェネレータ42が発生させる駆動力が調整されるのに伴いバッテリからの放電電流が変動したり、モータジェネレータ42の回生発電に伴いバッテリ10に充電電流が流れたりすることで、電流IBが不規則に変化する可能性がある。このように不規則に変化する電流IBに基づいてバッテリ10のインピーダンスを算出する際に、本実施の形態では以下に説明するように、インピーダンス成分の周波数依存性が考慮される。 With reference to FIG. 3, it takes a certain amount of time for the temperature TB and SOC to change, and the temperature TB and SOC often change relatively smoothly. On the other hand, while the vehicle 1 is traveling, the discharge current from the battery fluctuates as the driving force generated by the motor generator 42 is adjusted, and the charging current in the battery 10 due to the regenerative power generation of the motor generator 42. The current IB may change irregularly due to the flow of electric current. When calculating the impedance of the battery 10 based on the irregularly changing current IB, the frequency dependence of the impedance component is taken into consideration in the present embodiment as described below.

<インピーダンス算出>
図4は、バッテリ10のインピーダンス成分を説明するための図である。図4には、バッテリ10(より詳細には各セル12)の正極、負極およびセパレータの等価回路図の一例が示されている。一般に、二次電池のインピーダンス成分は、直流抵抗RDCと、反応抵抗Rと、拡散抵抗Rとに大別される。
<Impedance calculation>
FIG. 4 is a diagram for explaining the impedance component of the battery 10. FIG. 4 shows an example of an equivalent circuit diagram of a positive electrode, a negative electrode, and a separator of the battery 10 (more specifically, each cell 12). Generally, the impedance component of the secondary battery is roughly classified into a DC resistance R DC , a reaction resistance R c, and a diffusion resistance R d.

直流抵抗RDCとは、正極と負極との間でのイオンおよび電子の移動に関連するインピーダンス成分である。直流抵抗RDCは、二次電池に高負荷が印加された場合(高電圧が印加されたり大電流が流れたりした場合)の電解液の塩濃度分布等の偏りによる増加する。直流抵抗RDCは、図4に示す等価回路図において、正極の活物質抵抗Ra1、負極の活物質抵抗Ra2およびセパレータの電解液抵抗R3として表される。 The DC resistance R DC is an impedance component related to the movement of ions and electrons between the positive electrode and the negative electrode. The DC resistance R DC increases due to a bias in the salt concentration distribution of the electrolytic solution when a high load is applied to the secondary battery (when a high voltage is applied or a large current flows). The DC resistance R DC is represented in the equivalent circuit diagram shown in FIG. 4 as the active material resistance Ra1 of the positive electrode, the active material resistance Ra2 of the negative electrode, and the electrolyte resistance R3 of the separator.

反応抵抗Rとは、電解液と活物質界面との界面(正極活物質および負極活物質の表面)における電荷の授受(電荷移動)に関連するインピーダンス成分である。反応抵抗Rは、高SOC状態の二次電池が高温環境下にある場合に活物質/電解液界面に被膜が成長することなどにより増加する。反応抵抗Rは、等価回路図において、正極の抵抗成分Rc1および負極の抵抗成分Rc2として表される。 The reaction resistance R c is an impedance component related to charge transfer (charge transfer) at the interface between the electrolytic solution and the active material interface (the surface of the positive electrode active material and the negative electrode active material). The reaction resistance R c increases due to the growth of a film at the active material / electrolyte interface when the secondary battery in a high SOC state is in a high temperature environment. The reaction resistance R c is represented as a positive electrode resistance component Rc1 and a negative electrode resistance component Rc2 in the equivalent circuit diagram.

拡散抵抗Rとは、電解液中での塩または活物質中の電荷輸送物質の拡散に関連するインピーダンス成分である。拡散抵抗Rは、高負荷印加時の活物質割れなどにより増加する。拡散抵抗Rは、正極に発生する平衡電圧Veq1と、負極に発生する平衡電圧Veq2と、セル内に発生する塩濃度過電圧Vov3(セパレータ内で活物質の塩濃度分布が生じることに起因する過電圧)とから定まる。 The diffusion resistance R d is an impedance component related to the diffusion of a salt in an electrolytic solution or a charge transporting substance in an active material. The diffusion resistance R d increases due to cracking of the active material when a high load is applied. The diffusion resistance R d is the equilibrium voltage Veq1 generated in the positive electrode, the equilibrium voltage Veq2 generated in the negative electrode, and the salt concentration overvoltage Vov3 generated in the cell (overvoltage caused by the salt concentration distribution of the active material in the separator). ) And it is decided.

バッテリ10のインピーダンスには上記のような様々なインピーダンス成分が含まれるところ、電流IBの変化に対する応答時間がインピーダンス成分毎に異なる。応答時間が相対的に短いインピーダンス成分は、電圧VBの高周波数での変化に追従可能である。一方、応答時間が相対的に長いインピーダンス成分は、高周波数での電圧VBの変化には追従することができない。したがって、以下に説明するように、低周波域、中周波域および高周波域の周波数域毎に、その周波数域において支配的なバッテリ10のインピーダンス成分が存在する。 Where the impedance of the battery 10 includes various impedance components as described above, the response time to a change in the current IB differs for each impedance component. The impedance component, which has a relatively short response time, can follow changes in the voltage VB at high frequencies. On the other hand, the impedance component having a relatively long response time cannot follow the change of the voltage VB at a high frequency. Therefore, as described below, there is a dominant impedance component of the battery 10 in each of the low frequency range, the middle frequency range, and the high frequency range.

図5は、バッテリ10のインピーダンス成分の周波数依存性を説明するための図である。図5において、横軸は電流IB(または電圧VB)の周波数を示し、縦軸はバッテリ10のインピーダンスを示す。 FIG. 5 is a diagram for explaining the frequency dependence of the impedance component of the battery 10. In FIG. 5, the horizontal axis represents the frequency of the current IB (or voltage VB), and the vertical axis represents the impedance of the battery 10.

以下では、電流IBの周波数が高周波域に含まれる場合に測定されるインピーダンスを「高周波インピーダンス成分」と称する。電流IBの周波数が中周波域に含まれる場合に測定されるインピーダンスを「中周波インピーダンス成分」と称する。電流IBの周波数が低周波域に含まれる場合に測定されるインピーダンスを「低周波インピーダンス成分」と称する。 Hereinafter, the impedance measured when the frequency of the current IB is included in the high frequency region is referred to as a “high frequency impedance component”. The impedance measured when the frequency of the current IB is included in the medium frequency range is referred to as a "medium frequency impedance component". The impedance measured when the frequency of the current IB is included in the low frequency region is referred to as a "low frequency impedance component".

図5に示すように、高周波インピーダンス成分には、主としてバッテリ10の直流抵抗RDCが反映されている。中周波インピーダンス成分には、主としてバッテリ10の反応抵抗Rと直流抵抗RDCとが反映されている。そのため、中周波インピーダンス成分と高周波インピーダンス成分との差分から反応抵抗Rを求めることができる。低周波インピーダンス成分には、バッテリ10の反応抵抗R、直流抵抗RDCおよび拡散抵抗Rがいずれも反映されている。そのため、低周波インピーダンス成分と中周波インピーダンス成分との差分から拡散抵抗Rを求めることができる。 As shown in FIG. 5, the DC resistance R DC of the battery 10 is mainly reflected in the high frequency impedance component. The medium frequency impedance component mainly reflects the reaction resistance R c and the DC resistance R DC of the battery 10. Therefore, the reaction resistance R c can be obtained from the difference between the medium frequency impedance component and the high frequency impedance component. The low-frequency impedance component reflects the reaction resistance R c , the DC resistance R DC, and the diffusion resistance R d of the battery 10. Therefore, the diffusion resistance R d can be obtained from the difference between the low frequency impedance component and the medium frequency impedance component.

このように、周波数域毎にインピーダンス成分を算出することにより、直流抵抗RDC、反応抵抗Rおよび拡散抵抗Rの各抵抗を切り分けることができる。そして、これらの各抵抗は、バッテリ10の異なる劣化の要因(劣化モード)に対応する。したがって、現時点での抵抗(直流抵抗RDC、反応抵抗Rおよび拡散抵抗Rのいずれか)がバッテリ10の初期状態における抵抗からどの程度増加したかを求めることによって(あるいは増加率を求めることによって)、バッテリ10の劣化の要因を推定したり、要因毎の劣化の進行度合いを推定したりすることができる。つまり、バッテリ10の劣化状態を高精度に推定することが可能になる。 By calculating the impedance component for each frequency range in this way, each of the DC resistance R DC , the reaction resistance R c, and the diffusion resistance R d can be separated. Then, each of these resistors corresponds to a different deterioration factor (deterioration mode) of the battery 10. Therefore, by determining (or the rate of increase) how much the current resistance (DC resistance R DC , reaction resistance R c, or diffusion resistance R d ) has increased from the resistance in the initial state of the battery 10. The cause of deterioration of the battery 10 can be estimated, and the degree of deterioration of each factor can be estimated. That is, it becomes possible to estimate the deteriorated state of the battery 10 with high accuracy.

<フーリエ変換>
本実施の形態においては、前述のような周波数域毎のインピーダンス成分の算出にフーリエ変換が用いられる。
<Fourier transform>
In the present embodiment, the Fourier transform is used to calculate the impedance component for each frequency range as described above.

図6は、フーリエ変換による周波数域毎のインピーダンス成分の算出手法を説明するための概念図である。図6に示すように、電流IB(および電圧VB)にフーリエ変換を施すことにより、電流IBを低周波成分と中周波成分と高周波成分とに分解することができる。このように分解された電圧VBおよび電流IBに基づいて、周波数域毎にインピーダンス成分を算出することができる。 FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating an impedance component for each frequency domain by Fourier transform. As shown in FIG. 6, by applying a Fourier transform to the current IB (and voltage VB), the current IB can be decomposed into a low frequency component, a medium frequency component, and a high frequency component. The impedance component can be calculated for each frequency range based on the voltage VB and the current IB decomposed in this way.

なお、以下では、電圧VBおよび電流IBに対して高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)を実施することによりインピーダンス成分を算出する例について説明する。ただし、フーリエ変換のアルゴリズムはFFTに限定されず、離散フーリエ変換(DFT:Discrete Fourier Transform)であってもよい。 In the following, an example of calculating the impedance component by performing a fast Fourier transform (FFT) on the voltage VB and the current IB will be described. However, the Fourier transform algorithm is not limited to the FFT, and may be a Discrete Fourier Transform (DFT).

図7は、インピーダンス成分の算出結果の一例を示す図である。図7において、横軸は、周波数を対数目盛りで示す。低周波域は、たとえば0.001Hz以上かつ0.1Hz未満の周波数域である。中周波域は、たとえば1Hz以上かつ10Hz未満の周波数域である。高周波域は、たとえば100Hz以上かつ1kHz未満の周波数域である。図7の縦軸は、インピーダンスを示す。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the calculation result of the impedance component. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the frequency on a logarithmic scale. The low frequency range is, for example, a frequency range of 0.001 Hz or more and less than 0.1 Hz. The medium frequency range is, for example, a frequency range of 1 Hz or more and less than 10 Hz. The high frequency range is, for example, a frequency range of 100 Hz or more and less than 1 kHz. The vertical axis of FIG. 7 shows impedance.

図7に示すように、各周波数域において、周波数が異なる多数のインピーダンス成分が算出される。そのため、ECU100は、低周波域、中周波域および高周波数域の各々について、多数のインピーダンス成分から代表値を決定する。 As shown in FIG. 7, a large number of impedance components having different frequencies are calculated in each frequency range. Therefore, the ECU 100 determines a representative value from a large number of impedance components for each of the low frequency region, the medium frequency region, and the high frequency region.

たとえばインピーダンス成分の最大値を代表値とする場合には、ECU100は、低周波域におけるインピーダンス成分の最大値を低周波インピーダンス成分Zに決定する。また、ECU100は、中周波域におけるインピーダンス成分の最大値を中周波インピーダンス成分Zに決定するとともに、高周波域におけるインピーダンス成分の最大値を高周波インピーダンス成分Zに決定する。なお、最大値を代表値とすることは一例であり、各周波数域内におけるインピーダンス成分の平均値を代表値としてもよいし中間値を代表値としてもよい。 For example, when the maximum value of the impedance component is used as a representative value, the ECU 100 determines the maximum value of the impedance component in the low frequency region as the low frequency impedance component Z L. Further, the ECU 100 determines the maximum value of the impedance component in the medium frequency region as the medium frequency impedance component Z M, and determines the maximum value of the impedance component in the high frequency region as the high frequency impedance component Z H. It should be noted that the maximum value may be used as a representative value, and the average value of the impedance components in each frequency range may be used as the representative value, or the intermediate value may be used as the representative value.

<データ取得期間>
FFTの精度を確保するためには、サンプリング周期毎に繰り返し取得されたデータ(電圧VBおよび電流IB)を、ある程度の期間、ECU100のメモリ102に格納した上でFFTを実施することが求められる。このようにデータを取得してメモリ102に格納する期間を「データ取得期間」とも記載する。なお、データ取得期間は、本開示に係る「所定期間」に相当する。
<Data acquisition period>
In order to ensure the accuracy of the FFT, it is required to store the data (voltage VB and current IB) repeatedly acquired for each sampling cycle in the memory 102 of the ECU 100 for a certain period of time before performing the FFT. The period for acquiring data and storing the data in the memory 102 in this way is also referred to as a “data acquisition period”. The data acquisition period corresponds to the “predetermined period” according to the present disclosure.

バッテリ10のインピーダンス(各周波数域のインピーダンス成分)は、電流依存性、温度依存性およびSOC依存性を有し得る。そのため、あるデータ取得期間中にバッテリ10の電流IB、温度TBおよびSOCのいずれかが過度に変化した場合には、そのデータ取得期間中のある期間(変化前の期間)と別の期間(変化後の期間)とでは依存性(電流依存性、温度依存性またはSOC依存性)の影響が異なるにもかかわらず一括してフーリエ変換(FFT)が実施されることになるので、高精度にインピーダンスを算出することができなくなる可能性がある。 The impedance of the battery 10 (impedance component in each frequency range) may have current dependence, temperature dependence and SOC dependence. Therefore, if any of the current IB, temperature TB, and SOC of the battery 10 changes excessively during a certain data acquisition period, a certain period (the period before the change) and another period (change) during the data acquisition period. Since the Fourier transform (FFT) is performed collectively even though the influence of the dependence (current dependence, temperature dependence or SOC dependence) is different from that of the later period), the impedance is highly accurate. May not be able to be calculated.

このような事情に鑑み、FFTの対象とするデータには、データ取得期間中にバッテリ10の電流IB、温度TBおよびSOCがいずれも大きく変化していないとの条件を課すこととする。この条件が成立しているか否かは、電流変化幅ΔIB、温度変化幅ΔTBおよびSOC変化幅ΔSOCに基づいて判定される。 In view of such circumstances, the data subject to the FFT is subject to the condition that the current IB, the temperature TB, and the SOC of the battery 10 have not changed significantly during the data acquisition period. Whether or not this condition is satisfied is determined based on the current change width ΔIB, the temperature change width ΔTB, and the SOC change width ΔSOC.

より詳細には、電流変化幅ΔIBは、あるデータ取得期間(nを自然数として、データ取得期間Pと記載する)におけるバッテリ10の充電方向および放電方向の両方向を考慮した上で、電流IBの変化幅(充電方向の最大電流と放電方向の最大電流との差)から算出することができる。温度変化幅ΔTBは、データ取得期間Pにおける最高温度(温度TBの最高値)と最低温度(温度TBの最低値)との差分から算出することができる。SOC変化幅ΔSOCは、データ取得期間Pにおける最高SOCと最低SOCとの差分から算出することができる。 More specifically, the current change width ΔIB is the current IB after considering both the charging direction and the discharging direction of the battery 10 in a certain data acquisition period (n is a natural number and is described as the data acquisition period P n). It can be calculated from the change width (difference between the maximum current in the charging direction and the maximum current in the discharging direction). The temperature change width ΔTB can be calculated from the difference between the maximum temperature (the maximum value of the temperature TB) and the minimum temperature (the minimum value of the temperature TB) in the data acquisition period Pn. The SOC change width ΔSOC can be calculated from the difference between the highest SOC and the lowest SOC in the data acquisition period Pn.

<反応抵抗の電流依存性および温度依存性>
前述のように、バッテリ10の周波数毎のインピーダンス成分(低周波インピーダンス成分Z、中周波インピーダンス成分Zおよび高周波インピーダンス成分Z)をFFTにより算出し、さらに、各インピーダンス成分を比較することでバッテリ10の直流抵抗RDC、反応抵抗Rおよび拡散抵抗Rを求めることができる。具体的には、高周波インピーダンス成分Zから直流抵抗RDCが算出される(RDC=Z)。中周波インピーダンス成分Zと高周波インピーダンス成分Zとの差分から反応抵抗Rが算出される(R=Z−Z)。低周波インピーダンス成分Zと中周波インピーダンス成分Zとの差分から拡散抵抗Rが算出される(R=Z−Z)。
<Current dependence and temperature dependence of reaction resistance>
As described above, the impedance components (low-frequency impedance component Z L , medium-frequency impedance component Z M, and high-frequency impedance component Z H ) for each frequency of the battery 10 are calculated by FFT, and each impedance component is compared. The DC resistance R DC , the reaction resistance R c, and the diffusion resistance R d of the battery 10 can be obtained. Specifically, the DC resistance R DC is calculated from the high-frequency impedance component Z H (R DC = Z H ). The reaction resistance R c is calculated from the difference between the medium frequency impedance component Z M and the high frequency impedance component Z H (R c = Z M −Z H ). The diffusion resistance R d is calculated from the difference between the low frequency impedance component Z L and the medium frequency impedance component Z M (R d = Z L −Z M ).

ここで、本発明者らは、反応抵抗Rが以下に説明するような電流依存性および温度依存性を有する点に着目した。 Here, the present inventors have focused on the fact that the reaction resistance R c has current dependence and temperature dependence as described below.

図8は、反応抵抗Rcの電流依存性を説明するための図である。図8において、横軸は電流IBを示し、縦軸は反応抵抗Rを示す。この図に示す反応抵抗Rの特性は、バッテリ10の温度TBを−30℃に維持した状態で電流IBを調整することで測定されたものである。図8に示すように、バッテリ10が低温(たとえば氷点下)である場合、電流IBが小さいほど反応抵抗Rは高くなる。 FIG. 8 is a diagram for explaining the current dependence of the reaction resistor Rc. In FIG. 8, the horizontal axis represents the current IB and the vertical axis represents the reaction resistance R c . The characteristics of the reaction resistance R c shown in this figure are measured by adjusting the current IB while maintaining the temperature TB of the battery 10 at −30 ° C. As shown in FIG. 8, when the battery 10 is at a low temperature (for example, below freezing point), the smaller the current IB, the higher the reaction resistance R c.

そこで、本実施の形態においては、反応抵抗Rcの電流依存性および温度依存性を考慮して反応抵抗Rを補正する構成を採用する。より具体的には、周波数成分毎のインピーダンス成分の比較に基づく反応抵抗Rの算出値(すなわち、R=Z−Z)を基準として、反応抵抗Rcに対応する中周波域の電流(以下、「中周波電流成分」とも称する)が小さいほど反応抵抗Rが低くなるように反応抵抗Rを補正する。さらに、データ取得期間Pにおける平均温度TBaveが低いほど反応抵抗Rが低くなるように(言い換えると、反応抵抗Rの補正量が大きくなるように)反応抵抗Rを補正する。これにより、反応抵抗Rの算出精度が向上するため、バッテリ10の劣化状態の推定精度を向上させることができる。 Therefore, in the present embodiment adopts a configuration of correcting the reaction resistance R c in consideration of the current dependence and temperature dependence of the reaction resistance Rc. More specifically, the calculated value of the reaction resistance R c based on a comparison of the impedance component of each frequency component (i.e., R c = Z M -Z H ) as a reference, the current frequency range in corresponding to the reaction resistance Rc The reaction resistance R c is corrected so that the smaller the value (hereinafter, also referred to as “medium frequency current component”), the lower the reaction resistance R c. Further, the reaction resistance R c is corrected so that the lower the average temperature TB ave in the data acquisition period P n, the lower the reaction resistance R c (in other words, the larger the correction amount of the reaction resistance R c ). As a result, the calculation accuracy of the reaction resistance R c is improved, so that the estimation accuracy of the deteriorated state of the battery 10 can be improved.

<バッテリの劣化状態の判定フロー>
図9は、本実施の形態におけるバッテリ10の劣化状態の判定方法を示すフローチャートである。このフローチャートは、車両1の走行中に所定周期が経過する度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(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。
<Battery deterioration status judgment flow>
FIG. 9 is a flowchart showing a method of determining a deteriorated state of the battery 10 in the present embodiment. This flowchart is called and executed from the main routine every time a predetermined cycle elapses while the vehicle 1 is traveling. Each step (abbreviated as S) is basically realized by software processing by the ECU 100, but may be realized by hardware processing by an electronic circuit manufactured in the ECU 100.

図9を参照して、ECU100は、あるデータ取得期間Pにおいて、バッテリ10の監視ユニット20内の各センサから予め定められたサンプリング周期で電圧VBおよび電流IBを取得する(S1)。ECU100により取得されたすべてのデータ(電圧VBおよび電流IBの取得結果)は、メモリ102に一時的に格納される。なお、データ取得期間Pの長さは、たとえば数秒〜数十秒程度に設定することができる。サンプリング周期は、たとえばミリ秒オーダー〜数百ミリ秒オーダーに設定することができる。 With reference to FIG. 9, the ECU 100 acquires the voltage VB and the current IB from each sensor in the monitoring unit 20 of the battery 10 at a predetermined sampling cycle in a certain data acquisition period Pn (S1). All the data (acquisition result of voltage VB and current IB) acquired by the ECU 100 is temporarily stored in the memory 102. The length of the data acquisition period Pn can be set to, for example, about several seconds to several tens of seconds. The sampling period can be set, for example, from the order of milliseconds to the order of several hundred milliseconds.

S2において、ECU100は、データ取得期間Pにおける電流IBの変化幅を示す電流変化幅ΔIBを算出する。また、ECU100は、データ取得期間Pにおける温度TBの変化幅を示す温度変化幅ΔTBを算出する。さらに、ECU100は、データ取得期間Pにおけるバッテリ10のSOCの変化幅を示すSOC変化幅ΔSOCを算出する。 In S2, ECU 100 calculates the current change width ΔIB showing the variation width of the current IB in the data obtaining period P n. Further, the ECU 100 calculates a temperature change width ΔTB indicating a change width of the temperature TB during the data acquisition period Pn. Further, ECU 100 calculates the SOC variation ΔSOC indicating the SOC variation width of the battery 10 in the data acquisition period P n.

ECU100のメモリ102には、データ取得期間Pにおける平均温度TBaveと、許容電流変化幅ΔIBmaxとの間の対応関係が規定されたマップMP1が不揮発的に記憶されている。許容電流変化幅ΔIBmaxとは、S1にてメモリ102に格納されたデータをインピーダンス算出に使用するか否かの判定基準となるパラメータであり、電流変化幅ΔIBの許容上限を示すものである。 The memory 102 of the ECU 100 non-volatilely stores the map MP1 in which the correspondence between the average temperature TB ave in the data acquisition period Pn and the permissible current change width ΔIB max is defined. The permissible current change width ΔIB max is a parameter that serves as a criterion for determining whether or not the data stored in the memory 102 in S1 is used for impedance calculation, and indicates the permissible upper limit of the current change width ΔIB.

図10は、マップMP1の一例を示す図である。図10に示すように、マップMP1では、データ取得期間Pにおけるバッテリ10の平均温度TBaveの範囲毎に、データ取得期間Pにおける許容電流変化幅ΔIBmaxが定められている。マップMP1には、許容温度変化幅ΔTBmaxおよび許容SOC変化幅ΔSOCmaxについても平均温度TBaveの範囲毎の値が定められている。なお、図10に示した具体的な数値は、マップMP1の理解を容易にするための例示に過ぎないことに留意すべきである。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the map MP1. As shown in FIG. 10, the map MP1, each range of the average temperature TB ave of the battery 10 in the data acquisition period P n, the allowable current variation? IB max in the data obtaining period P n are defined. In the map MP1, the permissible temperature change width ΔTB max and the permissible SOC change width ΔSOC max are also defined for each range of the average temperature TB ave. It should be noted that the specific numerical values shown in FIG. 10 are merely examples for facilitating the understanding of the map MP1.

S3において、ECU100は、マップMP1を参照することによって平均温度TBaveから許容電流変化幅ΔIBmaxを取得する。また、温度変化幅ΔTBおよびSOC変化幅ΔSOCについても同様に、ECU100は、マップMP1を参照することによって平均温度TBaveから許容温度変化幅ΔTBmaxおよび許容SOC変化幅ΔSOCmaxをそれぞれ取得する。 In S3, the ECU 100 acquires the permissible current change width ΔIB max from the average temperature TB ave by referring to the map MP1. Similarly, for the temperature change width ΔTB and the SOC change width ΔSOC, the ECU 100 acquires the permissible temperature change width ΔTB max and the permissible SOC change width ΔSOC max from the average temperature TB ave by referring to the map MP1, respectively.

図9に戻り、S4において、ECU100は、電流変化幅ΔIBが許容電流変化幅ΔIBmax未満であるか否かを判定する。さらに、ECU100は、温度変化幅ΔTBが許容温度変化幅ΔTBmax未満であるか否かを判定するとともに、SOC変化幅ΔSOCが許容SOC変化幅ΔSOCmax未満であるか否かを判定する。 Returning to FIG. 9, in S4, the ECU 100 determines whether or not the current change width ΔIB is less than the allowable current change width ΔIB max. Further, the ECU 100 determines whether or not the temperature change width ΔTB is less than the allowable temperature change width ΔTB max , and determines whether or not the SOC change width ΔSOC is less than the allowable SOC change width ΔSOC max.

電流変化幅ΔIB、温度変化幅ΔTBおよびSOC変化幅ΔSOCがいずれも対応する許容変化幅未満である場合、すなわち、ΔIB<ΔIBmaxとの電流条件が成立し、かつ、ΔTB<ΔTBmaxとの温度条件が成立し、かつΔSOC<ΔSOCmaxとのSOC条件が成立する場合(S4においてYES)、ECU100は、S1にてメモリ102に蓄積されたデータ(電圧VBおよび電流IB)に対してFFTを実施する(S5)。 When the current change width ΔIB, the temperature change width ΔTB and the SOC change width ΔSOC are all less than the corresponding allowable change widths, that is, the current condition of ΔIB <ΔIB max is satisfied and the temperature is ΔTB <ΔTB max. When the condition is satisfied and the SOC condition of ΔSOC <ΔSOC max is satisfied (YES in S4), the ECU 100 executes FFT on the data (voltage VB and current IB) stored in the memory 102 in S1. (S5).

S6において、ECU100は、FFT後の電圧成分および電流成分に基づいて、周波数毎にインピーダンス成分を算出する(インピーダンス成分の詳細な算出式については、たとえば特許文献1を参照)。さらに、ECU100は、周波数域毎のインピーダンス成分からバッテリ10の直流抵抗RDC、反応抵抗Rおよび拡散抵抗Rを算出する。この算出手法については図5にて詳細に説明したため、ここでは説明は繰り返さない。 In S6, the ECU 100 calculates an impedance component for each frequency based on the voltage component and the current component after the FFT (see, for example, Patent Document 1 for a detailed calculation formula of the impedance component). Further, the ECU 100 calculates the DC resistance R DC , the reaction resistance R c, and the diffusion resistance R d of the battery 10 from the impedance components for each frequency range. Since this calculation method has been described in detail in FIG. 5, the description will not be repeated here.

S7において、ECU100は、補正マップMP2を参照することによって、S6にて算出された反応抵抗Rを補正する。この処理は、本開示に係る「補正処理」に相当する。 In S7, the ECU 100 corrects the reaction resistance R c calculated in S6 by referring to the correction map MP2. This process corresponds to the "correction process" according to the present disclosure.

図11は、補正マップMP2の一例を示す概念図である。図11に示すように、補正マップMP2においては、事前の実験結果(交流インピー測定結果)に基づいて、データ取得期間Pにおける平均温度TBaveと、中周波電流成分(中周波域の電流)と、補正係数との間の対応関係が規定されている。補正マップMP2を参照することで、平均温度TBaveおよび中周波電流成分から補正係数が算出される。そして、S6にて算出された反応抵抗Rに補正係数を乗算することにより、反応抵抗Rが補正される。 FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of the correction map MP2. As shown in FIG. 11, in the correction map MP2, the average temperature TB ave in the data acquisition period Pn and the medium frequency current component (current in the medium frequency range) are based on the preliminary experimental results (AC impedance measurement results). And the correspondence between the correction coefficient are defined. By referring to the correction map MP2, the correction coefficient is calculated from the average temperature TB ave and the medium frequency current component. Then, by multiplying the correction factor to the reaction resistance R c calculated in S6, the reaction resistance R c is corrected.

なお、マップMP2ではデータ取得期間Pにおける平均温度TBaveを用いる例を説明するが、平均温度TBaveに代えて、たとえば、データ取得期間Pにおける最高温度または最低温度を用いてもよいし温度TBの最頻値を用いてもよい。また、補正マップMP2に代えて、関数または変換式を用いた反応抵抗Rの補正も可能である。 Incidentally, an example will be described using the average temperature TB ave in the map MP2 the data acquisition period P n, instead of the average temperature TB ave, for example, may be used the maximum temperature or minimum temperature in the data obtaining period P n The mode value of temperature TB may be used. Further, instead of the correction map MP2, the reaction resistance R c can be corrected by using a function or a conversion formula.

その後、ECU100は、メモリ102に格納されたデータ(電圧VBおよび電流IBの取得結果)を破棄する(S8)。なお、S4にて電流変化幅ΔIB、温度変化幅ΔTBおよびSOC変化幅ΔSOCのうちの少なくとも1つが対応する許容変化幅以上である場合(S4においてNO)、すなわち、データ取得期間Pnの間に電流IB、温度TBまたはSOCがある程度大きく変動した場合には、ECU100は、S5〜S7の処理を実行することなく処理をS8に進め、メモリ102に格納されたデータを破棄する。 After that, the ECU 100 discards the data (acquisition result of voltage VB and current IB) stored in the memory 102 (S8). In S4, when at least one of the current change width ΔIB, the temperature change width ΔTB, and the SOC change width ΔSOC is equal to or greater than the corresponding allowable change width (NO in S4), that is, the current during the data acquisition period Pn. When the IB, the temperature TB, or the SOC fluctuates to some extent, the ECU 100 advances the process to S8 without executing the processes of S5 to S7, and discards the data stored in the memory 102.

S9において、ECU100は、S7にて算出された各抵抗成分(直流抵抗RDC、反応抵抗Rおよび拡散抵抗R)に基づいて、バッテリ10の劣化状態を推定する。具体的には、ECU100は、直流抵抗RDCと許容値Xとを比較し、反応抵抗Rと許容値Xとを比較し、拡散抵抗Rと許容値Xとを比較する。そして、少なくとも1つの抵抗成分が許容値よりも高い場合、ECU100は、バッテリ10の劣化が進行していると判定する。一方、すべての抵抗成分が許容値以下である場合には、ECU100は、バッテリ10の劣化は進行していないと判定する。 In S9, the ECU 100 estimates the deteriorated state of the battery 10 based on each resistance component (DC resistance R DC , reaction resistance R c, and diffusion resistance R d) calculated in S7. Specifically, ECU 100 compares the DC resistance R DC and tolerance X H, compares the reaction resistance R c and tolerance X M, compares the allowable value X L with diffusion resistance R d. Then, when at least one resistance component is higher than the permissible value, the ECU 100 determines that the deterioration of the battery 10 is progressing. On the other hand, when all the resistance components are equal to or less than the permissible values, the ECU 100 determines that the deterioration of the battery 10 has not progressed.

なお、S10におけるバッテリ10の劣化状態の推定処理は別フローにて実行されてもよい。つまり、各抵抗成分の算出結果が蓄積されるまでS5〜S7の処理を繰り返し実行し、各抵抗成分の算出結果が蓄積されてからバッテリ10の劣化状態を推定してもよい。 The process of estimating the deterioration state of the battery 10 in S10 may be executed in a separate flow. That is, the processes S5 to S7 may be repeatedly executed until the calculation results of the resistance components are accumulated, and the deterioration state of the battery 10 may be estimated after the calculation results of the resistance components are accumulated.

また、S10にてバッテリ10の劣化が進行していると判定された場合、ECU100は、バッテリ10の充放電を抑制することができる。具体的には、ECU100は、通常時(バッテリ10の劣化が進行していないと判定された場合)と比べて、バッテリ10の充放電電力の制限上限値(充電電力制御上限値および放電電力制御上限値)を低く設定する。これにより、バッテリ10の劣化のさらなる進行を抑制したり、バッテリ10の劣化速度を低減したりすることができる。さらに、ECU100は、バッテリ10の充放電を速やかに停止するための制御を実行してもよい。たとえば、ECU100は、車両1をフェールセーフモードへと遷移させ、それにより、ディーラ(あるいは修理工場等)へと車両1を持ち込んで適切な点検を受けるように車両1のユーザに報知する。 Further, when it is determined in S10 that the deterioration of the battery 10 is progressing, the ECU 100 can suppress the charging / discharging of the battery 10. Specifically, the ECU 100 has a limit upper limit value (charge power control upper limit value and discharge power control) of the charge / discharge power of the battery 10 as compared with the normal time (when it is determined that the deterioration of the battery 10 has not progressed). Set the upper limit) low. As a result, it is possible to suppress the further progress of deterioration of the battery 10 and reduce the deterioration rate of the battery 10. Further, the ECU 100 may execute control for promptly stopping the charging / discharging of the battery 10. For example, the ECU 100 transitions the vehicle 1 to a fail-safe mode, thereby informing the user of the vehicle 1 to bring the vehicle 1 to a dealer (or a repair shop or the like) for appropriate inspection.

図12は、比較例および本実施の形態における反応抵抗Rの算出結果を比較するための図である。図12において、横軸は経過時間を示す。縦軸は、バッテリ10の反応抵抗Rを示す。図12では、一般的な交流インピーダンス測定によって精密に求められた反応抵抗Rが「真値」として破線で示されている。 FIG. 12 is a diagram for comparing the calculation results of the reaction resistance R c in the comparative example and the present embodiment. In FIG. 12, the horizontal axis indicates the elapsed time. The vertical axis shows the reaction resistance R c of the battery 10. In FIG. 12, the reaction resistance R c precisely obtained by a general AC impedance measurement is shown by a broken line as a “true value”.

図12を参照して、比較例における反応抵抗Rの算出結果、すなわち、S7における補正が行なわれなかった場合の反応抵抗Rと、真値との間には誤差が生じている。これに対し、本実施の形態では、S7の処理を行なった結果、補正後の反応抵抗Rと真値とがよく一致していることが分かる。 With reference to FIG. 12, there is an error between the calculation result of the reaction resistance R c in the comparative example, that is, the reaction resistance R c when the correction in S7 is not performed and the true value. On the other hand, in the present embodiment, as a result of performing the treatment of S7, it can be seen that the corrected reaction resistance R c and the true value are in good agreement.

以上のように、本実施の形態によれば、バッテリ10の温度TBが氷点下などの低温である場合に電流IB(より特定的には中周波電流成分)が小さいほど反応抵抗Rは高くなる点に着目し、データ取得期間Pにおける平均温度TBaveおよび中周波電流成分に基づいて反応抵抗Rを補正する(図11に示した補正マップMP2を参照)。このように、反応抵抗Rの電流依存性および温度依存性を考慮することで、反応抵抗Rの算出精度を向上させることができる。その結果、バッテリ10の劣化状態の推定精度を向上させることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when the temperature TB of the battery 10 is a low temperature such as below freezing point, the smaller the current IB (more specifically, the medium frequency current component), the higher the reaction resistance R c. Focusing on the point, the reaction resistance R c is corrected based on the average temperature TB ave and the medium frequency current component in the data acquisition period Pn (see the correction map MP2 shown in FIG. 11). Thus, taking into account the current dependence and temperature dependence of the reaction resistance R c, it is possible to improve the calculation accuracy of the reaction resistance R c. As a result, it is possible to improve the estimation accuracy of the deteriorated state of the battery 10.

また、本実施の形態によれば、データ取得期間中にバッテリ10の電流IB、温度TBおよびSOCのうちの少なくとも1つが対応する許容変化幅(ΔIBmax,ΔTBmax,ΔSOCmax)よりも大きく変化した場合には、そのデータ取得期間に取得されたデータ(電圧VBおよび電流IB)はFFTの対象から外され、インピーダンスの算出には用いられない。これにより、バッテリ10のインピーダンスの算出結果に電流依存性、温度依存性およびSOC依存性を適切に反映させることが可能になるので、バッテリ10の劣化状態の推定精度を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, at least one of the current IB, the temperature TB and the SOC of the battery 10 changes significantly more than the corresponding allowable change width (ΔIB max , ΔTB max , ΔSOC max) during the data acquisition period. If so, the data (voltage VB and current IB) acquired during the data acquisition period is excluded from the target of FFT and is not used for impedance calculation. As a result, the current dependence, the temperature dependence, and the SOC dependence can be appropriately reflected in the calculation result of the impedance of the battery 10, so that the estimation accuracy of the deteriorated state of the battery 10 can be improved.

なお、本実施の形態では、ハイブリッド車である車両1の走行中に生じる不規則な電流波形(および電圧波形)を用いてバッテリ10のインピーダンス成分を算出する構成について説明した。図示しないが、車両1がプラグインハイブリッド車または電気自動車である場合、すなわち、車両外部に設けられた電源(外部電源)から供給される電力によりバッテリ10を充電可能な構成(いわゆる外部充電が可能な構成)を車両1が有する場合には、外部充電時に外部電源から供給される電流波形によりインピーダンス成分を算出してもよい。外部電源からの一定の電流波形の電力を供給するのに代えて、周波数域が低周波域〜高周波域に亘る電流波形(サイン波、矩形波または三角波など)とすることによって、各周波数域におけるインピーダンス成分を算出することが可能になる。 In the present embodiment, a configuration for calculating the impedance component of the battery 10 using an irregular current waveform (and voltage waveform) generated during traveling of the vehicle 1 which is a hybrid vehicle has been described. Although not shown, when the vehicle 1 is a plug-in hybrid vehicle or an electric vehicle, that is, a configuration in which the battery 10 can be charged by the electric power supplied from a power source (external power source) provided outside the vehicle (so-called external charging is possible). When the vehicle 1 has such a configuration, the impedance component may be calculated from the current waveform supplied from the external power source at the time of external charging. In each frequency range, instead of supplying power with a constant current waveform from an external power source, the frequency range is a current waveform (sine wave, square wave, triangle wave, etc.) extending from the low frequency range to the high frequency range. It becomes possible to calculate the impedance component.

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。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is shown by the scope of claims rather than the description of the embodiment described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1 車両、2 二次電池システム、10 バッテリ、11 ブロック、12 セル、20 監視ユニット、21 電圧センサ、22 電流センサ、23 温度センサ、30 PCU、41,42 モータジェネレータ、50 エンジン、60 動力分割装置、70 駆動軸、80 駆動輪、100 ECU、101 CPU、102 メモリ。 1 vehicle, 2 rechargeable battery system, 10 batteries, 11 blocks, 12 cells, 20 monitoring units, 21 voltage sensors, 22 current sensors, 23 temperature sensors, 30 PCUs, 41, 42 motor generators, 50 engines, 60 power dividers. , 70 drive shafts, 80 drive wheels, 100 ECUs, 101 CPUs, 102 memories.

Claims (1)

車両に搭載された二次電池について制御装置により実行される、二次電池の劣化状態推定方法であって、
前記二次電池の電圧値および電流値を所定期間に複数回取得してメモリに格納するステップと、
前記所定期間における、前記二次電池の電流変化幅、前記二次電池の温度変化幅および前記二次電池のSOC変化幅を算出するステップと、
前記所定期間における前記二次電池の温度、電流またはSOC毎に定められた、前記電流変化幅の許容上限を示す許容電流変化幅、前記温度変化幅の許容上限を示す許容温度変化幅、および、前記SOC変化幅の許容上限を示す許容SOC変化幅を前記二次電池の温度、電流またはSOCから取得するステップと、
前記電流変化幅が前記許容電流変化幅を下回るとの電流条件、前記温度変化幅が前記許容温度変化幅を下回るとの温度条件、および、前記SOC変化幅が前記許容SOC変化幅を下回るとのSOC条件がいずれも成立する場合に、前記メモリに格納された前記二次電池の前記複数回取得した電圧値および電流値の周波数変換を行なうことにより、周波数変換された電圧値および電流値から前記二次電池の周波数域毎のインピーダンス成分を算出するステップと、
前記所定期間における前記二次電池の温度、および、所定周波数域の電流値に従って、前記所定周波数域に対応するインピーダンス成分である反応抵抗を補正する補正処理を実行するステップと、
算出された周波数域毎のインピーダンス成分および前記補正処理による補正後の反応抵抗を用いて、各周波数域に応じた劣化モードの前記二次電池の劣化状態を推定するステップとを含み、
前記補正処理は、前記所定周波数域の電流値が小さいほど前記反応抵抗が低くなるように前記反応抵抗を補正し、かつ、前記所定期間における前記二次電池の温度が低いほど前記反応抵抗が低くなるように前記反応抵抗を補正する処理である、二次電池の劣化状態推定方法。
It is a method of estimating the deterioration state of the secondary battery, which is executed by the control device for the secondary battery mounted on the vehicle.
A step of acquiring the voltage value and the current value of the secondary battery a plurality of times in a predetermined period and storing them in the memory.
A step of calculating the current change width of the secondary battery, the temperature change width of the secondary battery, and the SOC change width of the secondary battery in the predetermined period, and
The permissible current change width indicating the permissible upper limit of the current change width, the permissible temperature change width indicating the permissible upper limit of the temperature change width, and the permissible temperature change width indicating the permissible upper limit of the current change width, which are determined for each of the temperature, current or SOC of the secondary battery in the predetermined period. The step of acquiring the permissible SOC change width indicating the permissible upper limit of the SOC change width from the temperature, current or SOC of the secondary battery, and
The current condition that the current change width is less than the allowable current change width, the temperature condition that the temperature change width is less than the allowable temperature change width, and the SOC change width are less than the allowable SOC change width. When all the SOC conditions are satisfied, the frequency conversion of the voltage value and the current value acquired a plurality of times of the secondary battery stored in the memory is performed, and the frequency-converted voltage value and the current value are used. Steps to calculate the impedance component for each frequency range of the secondary battery,
A step of executing a correction process for correcting the reaction resistance, which is an impedance component corresponding to the predetermined frequency range, according to the temperature of the secondary battery and the current value in the predetermined frequency range in the predetermined period.
It includes a step of estimating the deterioration state of the secondary battery in the deterioration mode corresponding to each frequency range by using the calculated impedance component for each frequency range and the reaction resistance after the correction by the correction process.
In the correction process, the reaction resistance is corrected so that the smaller the current value in the predetermined frequency range is, the lower the reaction resistance is, and the lower the temperature of the secondary battery in the predetermined period is, the lower the reaction resistance is. A method for estimating a deterioration state of a secondary battery, which is a process of correcting the reaction resistance so as to be.
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