JP7097336B2 - Secondary battery module temperature estimation method, deterioration state estimation method and life prediction method, secondary battery module temperature estimation device, deterioration state estimation device and life prediction device, and charging device - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池モジュールの温度推定方法、劣化状態推定方法及び寿命予測方法、二次電池モジュールの温度推定装置、劣化状態推定装置及び寿命予測装置並びに充電装置に関する。 The present invention relates to a secondary battery module temperature estimation method, a deterioration state estimation method and a life prediction method, a secondary battery module temperature estimation device, a deterioration state estimation device and a life prediction device, and a charging device.

現在、地球環境問題が大きくクローズアップされてきており、地球温暖化を防止するために、あらゆる場面で炭酸ガスの排出削減が求められている。こうした背景から、炭酸ガスの大きな排出源の一つであるガソリンエンジンを使用した自動車については、ハイブリッド電気自動車や電気自動車などへの代替が進んでいる。ハイブリッド電気自動車や電気自動車の動力用電源に代表される大型の二次電池は、高出力・大容量であることが必要である。そのため、こうした大型の二次電池を構成する蓄電池モジュールは、一般に、複数の電池セルを直並列に接続して構成されている。 At present, global environmental problems are getting a lot of attention, and in order to prevent global warming, it is required to reduce carbon dioxide emissions in every situation. Against this background, automobiles that use gasoline engines, which are one of the major sources of carbon dioxide emissions, are being replaced by hybrid electric vehicles and electric vehicles. Large secondary batteries represented by hybrid electric vehicles and power sources for electric vehicles need to have high output and large capacity. Therefore, the storage battery module constituting such a large secondary battery is generally configured by connecting a plurality of battery cells in series and parallel.

一方、最近では、太陽光発電や風力発電を行って自家発電を行う家庭が増えており、余剰電力がある場合は、電力会社に販売するなどしている。しかしながら、系統への売電量が増加すると、系統電圧が不安定になる。このため、余剰電力を蓄電システムに蓄積し、不足時に蓄電システムより供給することにより、負荷の平準化をすることが考えられている。この負荷平準化には、電気自動車を使用することも提案されている。 On the other hand, recently, the number of households that generate their own power by generating solar power or wind power is increasing, and if there is surplus power, it is sold to an electric power company. However, when the amount of power sold to the grid increases, the grid voltage becomes unstable. Therefore, it is considered to level the load by storing surplus power in the power storage system and supplying it from the power storage system when there is a shortage. It has also been proposed to use an electric vehicle for this load leveling.

車載の電池は、バッテリの性能が走行に影響するため、一般に高性能で軽量のリチウムイオン電池が使用される。そのため、一般に、走行用バッテリの価格は高く、電気自動車の価格も同じクラスのガソリン車よりも高額である。よって、ユーザーからは、より長期間電気自動車の使用・走行を続けたいという要求がある。このため、バッテリの劣化度をより適正に診断し、余寿命を診断することは重要である。 As the in-vehicle battery, a high-performance and lightweight lithium-ion battery is generally used because the performance of the battery affects the running. Therefore, the price of a traveling battery is generally high, and the price of an electric vehicle is also higher than that of a gasoline-powered vehicle of the same class. Therefore, there is a demand from users that they want to continue using and running electric vehicles for a longer period of time. Therefore, it is important to more appropriately diagnose the degree of deterioration of the battery and diagnose the remaining life.

車載電池の劣化をより正確に知るためには、定電流での充放電試験により、電池の抵抗及び容量を算出することが望ましい。しかしながら、いったん車両に取り付けた後は、メーカの保守点検時に電池を取りはずして測定するなど、劣化の診断に時間がかかっていた。 In order to know the deterioration of the in-vehicle battery more accurately, it is desirable to calculate the resistance and capacity of the battery by a charge / discharge test at a constant current. However, once it is attached to the vehicle, it takes time to diagnose deterioration, such as removing the battery during maintenance and inspection by the manufacturer.

リチウムイオン電池等の二次電池は、充放電を繰り返すごとに劣化が進行し、容量が減少すると共に内部抵抗が上昇する。これにより、二次電池の出力の変動が生じる。二次電池における劣化進行の程度は、現在までに二次電池が使用された環境や方法など、二次電池の使用履歴によって異なる。そのため、二次電池の使用履歴に応じた劣化状態を正確に推定する技術が求められている。 A secondary battery such as a lithium-ion battery deteriorates with each repetition of charging and discharging, and its capacity decreases and its internal resistance increases. This causes fluctuations in the output of the secondary battery. The degree of deterioration of the secondary battery varies depending on the usage history of the secondary battery, such as the environment and method in which the secondary battery has been used up to now. Therefore, there is a demand for a technique for accurately estimating the deterioration state according to the usage history of the secondary battery.

また、電気自動車の普及により、大量に出回る中古電池の活用が重要になってくる。この際、電池の適正な使用を促進するためにも、電池の劣化状態を把握することが重要である。 In addition, with the spread of electric vehicles, it is important to utilize used batteries that are widely available. At this time, it is important to understand the deteriorated state of the battery in order to promote the proper use of the battery.

特許文献1には、二次電池の容量劣化に影響する複数の使用条件のそれぞれに対応して、その二次電池に流れる電流量等を積算し、所定の劣化係数を算出し、電流積算値等を劣化係数によって補正し、二次電池の容量劣化のレベルを推定する、電池劣化推定方法が開示されている。 In Patent Document 1, the amount of current flowing through the secondary battery is integrated, a predetermined deterioration coefficient is calculated, and the integrated current value is obtained in accordance with each of a plurality of usage conditions that affect the capacity deterioration of the secondary battery. A battery deterioration estimation method for estimating the level of capacity deterioration of a secondary battery by correcting such factors with a deterioration coefficient is disclosed.

特許文献2には、組電池を構成する二次電池の温度を検出するための温度検出器を各二次電池に対して直接取り付けるコストの抑制を図ることを目的として、電池の電流及び端子電圧に基づいて、電池の内部抵抗値を演算し、その内部抵抗値と、基準温度における電池の初期内部抵抗値と、の比に基づいて、電池の温度を推定する手段を備えた、電池温度推定システムが開示されている。 Patent Document 2 describes the current and terminal voltage of a battery for the purpose of suppressing the cost of directly attaching a temperature detector for detecting the temperature of the secondary batteries constituting the assembled battery to each secondary battery. Battery temperature estimation provided with a means for calculating the internal resistance value of the battery based on the above and estimating the battery temperature based on the ratio between the internal resistance value and the initial internal resistance value of the battery at the reference temperature. The system is disclosed.

特許第5466564号公報Japanese Patent No. 5466564 特開2015-118022号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-118022

二次電池は、容量、抵抗などの特性が温度により変化する。 The characteristics of the secondary battery, such as capacity and resistance, change depending on the temperature.

低温度の条件においては、電池の抵抗が著しく増加する。氷点下の温度において、電池の抵抗値が常温における値の数倍になる場合もある。 Under low temperature conditions, the resistance of the battery increases significantly. At sub-zero temperatures, the resistance of the battery may be several times higher than at room temperature.

また、電池を保存する際の温度により、電池の劣化速度が異なる。常温よりも高い温度で電池を保存した場合、抵抗値を指標とした電池の劣化が進行しやすくなる傾向がある。電池の劣化度を評価するためには、電池の温度条件を加味することが重要である。 In addition, the deterioration rate of the battery varies depending on the temperature at which the battery is stored. When the battery is stored at a temperature higher than normal temperature, the deterioration of the battery using the resistance value as an index tends to progress easily. In order to evaluate the degree of deterioration of the battery, it is important to consider the temperature condition of the battery.

特許文献1に記載の電池劣化推定方法では、特定の使用条件における劣化のレベルを推定するものであり、容量推定に限定している。メーカ毎に基準が異なる中古の電池パックを複数組み合わせる場合には、特許文献1に記載の電池劣化推定方法のように劣化係数によって補正をするだけでは、十分な推定ができるとは限らないため、改善の余地があると考えられる。 The battery deterioration estimation method described in Patent Document 1 estimates the level of deterioration under specific usage conditions, and is limited to capacity estimation. When combining a plurality of used battery packs having different standards for each manufacturer, it is not always possible to make a sufficient estimation simply by correcting with the deterioration coefficient as in the battery deterioration estimation method described in Patent Document 1. There is room for improvement.

従来は、電池の劣化状態を正確に把握するため、電池を個別に取り外し、測定し直すなどの対応をとっていた。しかしながら、このような方法は、作業の時間や手間がかかるものであった。 In the past, in order to accurately grasp the deterioration state of the battery, measures such as removing the battery individually and re-measuring it were taken. However, such a method is time-consuming and labor-intensive.

直接、車両から取り出さずに通電時の電流と電圧を取得可能であるのは、電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド車を充電器で充電する場合である。しかし、現行の急速充電器を利用する場合、急速充電器から得られる情報に関しては、CHAdeMO(登録商標)等の充電時の通信規格に車載電池の温度の情報がないため、温度情報を別に取得することが必要で、特性が温度に依存する二次電池の劣化度を単独で正確に検出することが難しいという課題がある。 It is possible to acquire the current and voltage at the time of energization without directly taking it out of the vehicle when charging an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid vehicle with a charger. However, when using the current quick charger, regarding the information obtained from the quick charger, the temperature information is obtained separately because there is no information on the temperature of the in-vehicle battery in the communication standard at the time of charging such as CHAdeMO (registered trademark). There is a problem that it is difficult to accurately detect the degree of deterioration of the secondary battery whose characteristics depend on the temperature.

特許文献2に記載の電池温度推定システムにおいては、電池温度は推定可能であるが、連続した通電に対して満充電容量を算出する場合には、通電に伴う温度変化のため、誤差が生じると考えられる。 In the battery temperature estimation system described in Patent Document 2, the battery temperature can be estimated, but when the full charge capacity is calculated for continuous energization, an error occurs due to the temperature change due to energization. Conceivable.

本発明の目的は、二次電池モジュールを構成する二次電池の温度情報が得られない場合でも、二次電池の温度を推定し、電池の劣化度を判定し、寿命を推定することにある。 An object of the present invention is to estimate the temperature of a secondary battery, determine the degree of deterioration of the battery, and estimate the life even when the temperature information of the secondary battery constituting the secondary battery module cannot be obtained. ..

本発明の二次電池モジュールの温度推定方法は、充電時に二次電池モジュールに供給する電流及び電圧並びに充電時間を含む充電特性データを取得する工程と、充電特性データと、データベースに格納されている既存の充電特性データと温度との相関データと、を照合して、二次電池モジュールを構成する二次電池の温度を推定し、電池の劣化度を判定し、寿命を推定する工程と、を含む。 The method for estimating the temperature of the secondary battery module of the present invention includes a step of acquiring charging characteristic data including the current and voltage supplied to the secondary battery module at the time of charging and charging time, charging characteristic data, and a database. A process of collating the existing charge characteristic data with the correlation data of the temperature, estimating the temperature of the secondary battery constituting the secondary battery module, determining the degree of deterioration of the battery, and estimating the life. include.

本発明によれば、二次電池モジュールを構成する二次電池の温度情報が得られない場合でも、二次電池の温度を推定することができる。 According to the present invention, the temperature of the secondary battery can be estimated even when the temperature information of the secondary battery constituting the secondary battery module cannot be obtained.

電池の抵抗の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of the resistance of a battery. 電池の抵抗に対する電池の保存温度の影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence of the storage temperature of a battery on the resistance of a battery. 充電時における電池の温度上昇を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature rise of a battery at the time of charging. 従来のバッテリーマネージメントシステムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conventional battery management system. 本発明の二次電池モジュールの寿命予測装置及びこれに接続する装置を示す全体構成図である。It is an overall block diagram which shows the life prediction device of the secondary battery module of this invention, and the device connected to this. 本発明に係る二次電池モジュールの劣化状態を推定するための構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure for estimating the deterioration state of the secondary battery module which concerns on this invention. 本発明に係る電池温度推定演算部の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the battery temperature estimation calculation unit which concerns on this invention. 本発明の二次電池モジュールの寿命予測方法の一例を示すフロー図である。It is a flow diagram which shows an example of the life prediction method of the secondary battery module of this invention. 本発明における劣化度の算出方法の例である。This is an example of the method for calculating the degree of deterioration in the present invention. 充電器による充電の対象となる車両の電池システムの基本構成を示す全体構成図である。It is an overall block diagram which shows the basic structure of the battery system of the vehicle which is the object of charging by a charger. 本発明の二次電池モジュールの寿命予測装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the life prediction apparatus of the secondary battery module of this invention.

本発明は、二次電池モジュールを構成する二次電池の温度を推定し、二次電池の劣化状態を算出し、二次電池の寿命を予測するものである。 The present invention estimates the temperature of the secondary battery constituting the secondary battery module, calculates the deterioration state of the secondary battery, and predicts the life of the secondary battery.

最初に、本発明の課題について詳細に説明する。 First, the subject of the present invention will be described in detail.

二次電池は、容量、抵抗などの特性が温度により変化する。 The characteristics of the secondary battery, such as capacity and resistance, change depending on the temperature.

低温度の条件においては、電池の抵抗が著しく増加する。氷点下の温度において、電池の抵抗値が常温における値の数倍になる場合もある。 Under low temperature conditions, the resistance of the battery increases significantly. At sub-zero temperatures, the resistance of the battery may be several times higher than at room temperature.

図1は、リチウムイオン二次電池の抵抗の温度依存性の例を示すグラフである。横軸に温度、縦軸に規格化した抵抗値(直流抵抗)をとっている。ここでは、25℃における抵抗を1としている。 FIG. 1 is a graph showing an example of the temperature dependence of the resistance of a lithium ion secondary battery. The horizontal axis is the temperature, and the vertical axis is the standardized resistance value (DC resistance). Here, the resistance at 25 ° C. is set to 1.

本図に示すように、0℃以下の温度では、抵抗が非常に大きくなる。-20℃では、25℃における値に比べ、約7倍となっている。 As shown in this figure, the resistance becomes very large at a temperature of 0 ° C. or lower. At -20 ° C, it is about 7 times higher than the value at 25 ° C.

図2は、電池の抵抗に対する電池の保存温度の影響の一例を示すグラフである。横軸に電池の保存の際に設定した温度、縦軸に規格化した抵抗値(直流抵抗)をとっている。初期の抵抗に対して、保存電圧一定の条件で保存した後に測定した抵抗値の比率を示している。 FIG. 2 is a graph showing an example of the effect of the storage temperature of the battery on the resistance of the battery. The horizontal axis is the temperature set when the battery is stored, and the vertical axis is the standardized resistance value (DC resistance). The ratio of the resistance value measured after storage under a constant storage voltage condition to the initial resistance is shown.

本図に示すように、保存温度が高いほど抵抗値が大きくなっており、60℃では20%、80℃では40%増加している。以上のように、温度によりリチウムイオン二次電池の抵抗劣化の速度が異なり、電池の劣化度を評価するためには電池温度の条件が重要である。 As shown in this figure, the higher the storage temperature, the larger the resistance value, which increases by 20% at 60 ° C and 40% at 80 ° C. As described above, the rate of resistance deterioration of the lithium ion secondary battery differs depending on the temperature, and the condition of the battery temperature is important for evaluating the degree of deterioration of the battery.

図3は、充電時における電池の温度上昇を説明するための図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the temperature rise of the battery during charging.

本図は、4つのグラフを併記したものであり、横軸の時間は、いずれのグラフにおいても同じ目盛となっている。4つのグラフにおいて、縦軸は、充電電流I、電池電圧V、電池温度Tcell及び温度上昇ΔTである。 In this figure, four graphs are shown together, and the time on the horizontal axis has the same scale in all the graphs. In the four graphs, the vertical axis is the charging current I, the battery voltage V, the battery temperature T cell , and the temperature rise ΔT.

本図において、曲線aは常温の状態から充電する場合であり、曲線bは低温度の状態から定電流で充電する場合である。電池の温度上昇ΔTは、常温の状態から充電する曲線aに対し、低温度の状態から充電する曲線bは内部抵抗が大きいために発熱量が常温よりも大きくなる。このため、曲線bのような挙動をとる。電池外部へ放熱がない場合は、曲線a’、b’のように温度が上昇すると考えられる。 In this figure, the curve a is a case of charging from a normal temperature state, and the curve b is a case of charging from a low temperature state with a constant current. The temperature rise ΔT of the battery has a curve a for charging from a normal temperature state, whereas a curve b for charging from a low temperature state has a large internal resistance, so that the amount of heat generated is larger than the normal temperature. Therefore, it behaves like a curve b. If there is no heat radiation to the outside of the battery, it is considered that the temperature rises as shown by curves a'and b'.

電池を低温度から充電を開始した場合(曲線b)の電圧挙動は、低温度における抵抗が大きいために充電初期における電圧が一気に上昇する。その後、内部抵抗による発熱で電池温度が上昇し、これに伴い、抵抗が小さくなり抵抗と電流値による電圧上昇分が小さくなる。 In the voltage behavior when charging the battery from a low temperature (curve b), the voltage at the initial stage of charging rises at once because the resistance at the low temperature is large. After that, the battery temperature rises due to heat generated by the internal resistance, and accordingly, the resistance becomes smaller and the voltage rise due to the resistance and the current value becomes smaller.

容量測定は、上限電圧と下限電圧との間の電気量を測定する。低温時の測定では、電池内部の温度状態が変化するため、温度が変化すると容量も変化する。電池の劣化度は容量と抵抗の2つが指標になる。電池の劣化度を比較評価するためには、同じ条件での測定で容量、抵抗を評価しなければならない。 Capacity measurement measures the amount of electricity between the upper and lower voltage limits. In the measurement at low temperature, the temperature inside the battery changes, so the capacity also changes when the temperature changes. The degree of deterioration of a battery is indexed by capacity and resistance. In order to compare and evaluate the degree of deterioration of batteries, it is necessary to evaluate the capacity and resistance by measurement under the same conditions.

図4は、従来のバッテリーマネージメントシステムでの劣化検出演算を示す模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a deterioration detection operation in a conventional battery management system.

本図に示すように、従来のバッテリーマネージメントシステム(BMS)においては、電圧V、電流I及び電池の温度Tを用いてSOH演算部で電池のSOHを演算している。すなわち、SOHの演算に温度Tも用いている。ここで、SOHは、電池の劣化度(劣化状態)を表す指標であり、抵抗又は容量を基準として算出されるものである。なお、BMSは、バッテリーコントローラとも呼ぶ。 As shown in this figure, in the conventional battery management system (BMS), the SOH of the battery is calculated by the SOH calculation unit using the voltage V, the current I, and the temperature T of the battery. That is, the temperature T is also used for the calculation of SOH. Here, SOH is an index showing the degree of deterioration (deterioration state) of the battery, and is calculated based on resistance or capacity. In addition, BMS is also called a battery controller.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図5は、本発明の一実施形態の全体構成(二次電池モジュールの寿命予測装置)を示したものである。 FIG. 5 shows an overall configuration (life prediction device for a secondary battery module) according to an embodiment of the present invention.

本図においては、車両1(電池システム)に設置された二次電池モジュール11(蓄電池モジュール)が寿命診断の対象である。 In this figure, the secondary battery module 11 (storage battery module) installed in the vehicle 1 (battery system) is the target of the life diagnosis.

充電器2(充電装置)は、充電する際に充電ケーブル内の通信プロトコルから得られる充電状態(State of Charge:SOC)、充電器からの出力電流I、出力電圧V等の情報をサーバー4に無線又は有線の通信により送信することができるように構成されている。 The charger 2 (charging device) transfers information such as the state of charge (SOC) obtained from the communication protocol in the charging cable, the output current I from the charger, and the output voltage V to the server 4 when charging. It is configured to be able to transmit by wireless or wired communication.

サーバー4は、二次電池モジュール11の寿命予測装置であり、抵抗・容量演算部5、劣化推定部6及び寿命算出部7を有している。抵抗・容量演算部5、劣化推定部6及び寿命算出部7は、互いに連携し、情報を共有することができるようになっている。サーバー4は、車両1及び充電器2の外部にあってもよいし、充電器2内にその一部が内蔵された構成であってもよい。 The server 4 is a life prediction device for the secondary battery module 11, and has a resistance / capacity calculation unit 5, a deterioration estimation unit 6, and a life calculation unit 7. The resistance / capacitance calculation unit 5, the deterioration estimation unit 6, and the life calculation unit 7 can cooperate with each other and share information. The server 4 may be outside the vehicle 1 and the charger 2, or may have a configuration in which a part thereof is built in the charger 2.

また、本発明は、車両以外にも、二次電池を動力源とする走行ロボット、飛行ロボット等の移動体にも適用可能である。 Further, the present invention can be applied not only to a vehicle but also to a moving body such as a traveling robot or a flying robot powered by a secondary battery.

車両1を充電器2に接続すると、二次電池モジュール11に充電される。すなわち、二次電池モジュール11に車両からの電流指令により電流Iが供給される。この時の電流Iと電圧Vが車両に通知され、車両からは充電量に応じたSOCが通知される。図中の車両1と充電器2との間の矢印に対応する。この際、充電器2は、車両1から二次電池モジュール11を構成する二次電池のSOC、充電器の出力電流I、出力電圧V等の情報(充電情報)を取得する。充電器2は、取得された充電情報を抵抗・容量演算部5に送信する。なお、充電器の出力電圧は、二次電池モジュール11の閉回路電圧(CCV)と等しいものとする。 When the vehicle 1 is connected to the charger 2, the secondary battery module 11 is charged. That is, the current I is supplied to the secondary battery module 11 by the current command from the vehicle. The current I and the voltage V at this time are notified to the vehicle, and the vehicle notifies the SOC according to the charge amount. Corresponds to the arrow between the vehicle 1 and the charger 2 in the figure. At this time, the charger 2 acquires information (charging information) such as the SOC of the secondary battery constituting the secondary battery module 11, the output current I of the charger, and the output voltage V from the vehicle 1. The charger 2 transmits the acquired charging information to the resistance / capacity calculation unit 5. The output voltage of the charger is assumed to be equal to the closed circuit voltage (CCV) of the secondary battery module 11.

抵抗・容量演算部5は、取得した情報から二次電池の現在の容量及び抵抗の値を演算し、初期値と比較して劣化度を算出する。劣化推定部6は、劣化予測式(単に「予測式」ともいう。)を有し、今後の劣化推移を予測する。寿命算出部7は、車両1の寿命基準の容量及び抵抗の規格値を用いて劣化推定部6で算出した予測結果から寿命を算出する。さらに寿命算出部7は、任意の端末(図示なし)に劣化度、余寿命等の情報を送信することができる。 The resistance / capacity calculation unit 5 calculates the current capacity and resistance value of the secondary battery from the acquired information, and calculates the degree of deterioration by comparing with the initial value. The deterioration estimation unit 6 has a deterioration prediction formula (also referred to simply as a “prediction formula”) and predicts future deterioration transitions. The life calculation unit 7 calculates the life from the prediction result calculated by the deterioration estimation unit 6 using the standard values of the capacity and resistance of the life standard of the vehicle 1. Further, the life calculation unit 7 can transmit information such as the degree of deterioration and the remaining life to an arbitrary terminal (not shown).

なお、「現在」の容量、抵抗のデータは、例えば数日前のデータであってもよいが、直近のデータ(リアルタイムのデータ)であることが望ましい。 The "current" capacitance and resistance data may be, for example, data several days ago, but it is desirable that the data is the latest data (real-time data).

上記の説明においては、サーバー4は、抵抗・容量演算部5、劣化推定部6及び寿命算出部7のうち少なくとも寿命算出部7を有していればよい。その場合には、抵抗・容量演算部5及び劣化推定部6は、充電器2に配置してもよい。また、サーバー4は、抵抗・容量演算部5、劣化推定部6及び寿命算出部7のうち劣化推定部6及び寿命算出部7を有している場合には、抵抗・容量演算部5は、充電器2に配置してもよい。 In the above description, the server 4 may have at least the life calculation unit 7 of the resistance / capacity calculation unit 5, the deterioration estimation unit 6, and the life calculation unit 7. In that case, the resistance / capacitance calculation unit 5 and the deterioration estimation unit 6 may be arranged in the charger 2. Further, when the server 4 has the deterioration estimation unit 6 and the life calculation unit 7 among the resistance / capacity calculation unit 5, the deterioration estimation unit 6 and the life calculation unit 7, the resistance / capacity calculation unit 5 may be used. It may be arranged in the charger 2.

1つのサーバー4には、充電器2から取得した複数の車両情報を蓄積することができる。実測の劣化データが蓄積されることにより、データベースを充実させることができる。そして、データベースから同車種の劣化情報を参照し、新車の使用開始時などにも、初期の電池特性値と走行方法を参照する劣化推定式を作成することが容易となり、電池の劣化と余寿命の推定を短時間で更に正確に予測することが可能になる。 A plurality of vehicle information acquired from the charger 2 can be stored in one server 4. By accumulating the measured deterioration data, the database can be enriched. Then, by referring to the deterioration information of the same model from the database, it becomes easy to create a deterioration estimation formula that refers to the initial battery characteristic value and the driving method even when the new vehicle starts to be used, and the battery deterioration and remaining life. It becomes possible to predict the estimation of the above more accurately in a short time.

なお、データベースは、サーバー4に設けられていることが望ましい。また、電池温度推定部は、抵抗・容量演算部5に設けられていることが望ましい。 It is desirable that the database is provided on the server 4. Further, it is desirable that the battery temperature estimation unit is provided in the resistance / capacity calculation unit 5.

図6は、本発明に係るSOHの演算を行うための構成を示したものである。なお、以下の説明においては、図5に記載の構成については、その符号を用いて説明する。 FIG. 6 shows a configuration for performing an SOH calculation according to the present invention. In the following description, the configuration shown in FIG. 5 will be described with reference to the reference numerals.

図6に示す電池温度推定演算部111(電池温度推定部)、SOH演算部112及びデータベース113は、図5のサーバー4に内蔵されている。なお、これらの構成の全部又は一部がサーバー4以外に設けられていてもよい。例えば、充電装置に設けられていてもよい(充電装置側データベース)。 The battery temperature estimation calculation unit 111 (battery temperature estimation unit), the SOH calculation unit 112, and the database 113 shown in FIG. 6 are built in the server 4 of FIG. In addition, all or a part of these configurations may be provided in other than the server 4. For example, it may be provided in the charging device (charging device side database).

電池温度推定演算部111は、図5に示す抵抗・容量演算部5に設けられ、SOH演算部112は、図5に示す劣化推定部6に設けられている。 The battery temperature estimation calculation unit 111 is provided in the resistance / capacity calculation unit 5 shown in FIG. 5, and the SOH calculation unit 112 is provided in the deterioration estimation unit 6 shown in FIG.

図6においては、電池温度推定演算部111及びSOH演算部112に、充電器2から取得した出力電流I、出力電圧V等の情報が入力される。電池温度推定演算部111は、データベース113に蓄積されている温度(電池の温度又は周囲温度)と充電電圧又は充電電流との関係を示す曲線データ(データベース113に格納されている既存の充電特性データと温度との相関データ)を取得し、これに対応する電池温度Tcellを推定する。この場合において、可能であれば、電池の初期温度Tを取得することが望ましい。電池の初期温度Tとしては、電池又は充電器2の周囲温度を代用してもよい。 In FIG. 6, information such as the output current I and the output voltage V acquired from the charger 2 is input to the battery temperature estimation calculation unit 111 and the SOH calculation unit 112. The battery temperature estimation calculation unit 111 includes curve data (existing charging characteristic data stored in the database 113) showing the relationship between the temperature (battery temperature or ambient temperature) stored in the database 113 and the charging voltage or charging current. (Correlation data between and temperature) is acquired, and the corresponding battery temperature T cell is estimated. In this case, if possible, it is desirable to obtain the initial temperature T 0 of the battery. As the initial temperature T 0 of the battery, the ambient temperature of the battery or the charger 2 may be substituted.

SOH演算部112は、電池温度推定演算部111で推定された電池温度Tcellと、入力された充電電流及び充電電圧とを用いて、現在のSOHを算出する。この場合においては、充電器2から取得したSOCを用いて計算を行ってもよい。 The SOH calculation unit 112 calculates the current SOH using the battery temperature T cell estimated by the battery temperature estimation calculation unit 111 and the input charging current and charging voltage. In this case, the calculation may be performed using the SOC obtained from the charger 2.

図7は、本発明に係る電池温度推定演算部を示したものである。 FIG. 7 shows a battery temperature estimation calculation unit according to the present invention.

本図において、温度推定演算部150は、入力された電圧、電流、SOC、初期温度T等を用いて、データベース151内の一次検索を実施し、相当する電圧プロファイルと温度との関係を参照し、電池の温度の推定値を出力する。初期温度TとSOCを入力することで、開始SOCと初期温度の検索開始領域の初期値を決定し、膨大なデータベースからの検索時間を短縮することが可能になる。 In this figure, the temperature estimation calculation unit 150 performs a primary search in the database 151 using the input voltage, current, SOC, initial temperature T 0 , etc., and refers to the relationship between the corresponding voltage profile and temperature. Then, the estimated value of the battery temperature is output. By inputting the initial temperature T 0 and the SOC, it is possible to determine the initial value of the search start area of the start SOC and the initial temperature, and to shorten the search time from a huge database.

なお、温度推定演算部150は、図6の電池温度推定演算部111に対応する。 The temperature estimation calculation unit 150 corresponds to the battery temperature estimation calculation unit 111 of FIG.

この場合においては、データベース151は、あらかじめ内部抵抗がわかっている電池の通電時の時間に対する電流、環境温度、SOC、電圧、電池温度変化のデータが蓄積されている。または、上述の通電時の時間に対する、電流、環境温度、電圧、電池温度から、特徴量を抽出した複数マップを有している。蓄積データの電流、電圧変化に最も近い条件の時の温度を採用することで電池温度を特定できる。あるいは前記,蓄積データの特徴量を学習した推定モジュールにより入力となる初期温度、SOC,電流、電圧に応じて電池温度を時系列に出力する。電池温度推定演算ブロックから出力された温度データを使用し、SOH演算ブロックでは、データベースを参照して、または特徴量を学習した内部抵抗推定モジュールからこの時の内部抵抗値を出力する。容量は、実測容量に対し、検出した抵抗の劣化度、推定した電池温度等から補正を実施し、カタログ等に表示されている仕様における測定温度と同一の温度での満充電容量値を推算する。これにより、温度による容量の増減の影響なく、容量劣化を検出することが可能になる。ここで、「カタログ等」とは、製造元又は販売元から提供された資料をいう。 In this case, the database 151 stores data of current, environmental temperature, SOC, voltage, and battery temperature change with respect to the time when the battery whose internal resistance is known in advance is energized. Alternatively, it has a plurality of maps in which the feature amount is extracted from the current, the environmental temperature, the voltage, and the battery temperature with respect to the above-mentioned energization time. The battery temperature can be specified by adopting the temperature under the conditions closest to the current and voltage changes of the stored data. Alternatively, the battery temperature is output in chronological order according to the initial temperature, SOC, current, and voltage input by the estimation module that has learned the feature amount of the accumulated data. The temperature data output from the battery temperature estimation calculation block is used, and the SOH calculation block outputs the internal resistance value at this time by referring to the database or from the internal resistance estimation module whose feature amount has been learned. The capacity is corrected from the measured resistance deterioration degree, estimated battery temperature, etc., and the full charge capacity value at the same temperature as the measured temperature in the specifications displayed in the catalog etc. is estimated. .. This makes it possible to detect capacity deterioration without being affected by the increase or decrease in capacity due to temperature. Here, the "catalog, etc." means the material provided by the manufacturer or the seller.

図8は、本発明の二次電池モジュールの寿命予測方法の一例を示したものである。 FIG. 8 shows an example of the life prediction method of the secondary battery module of the present invention.

本図においては、破線で囲んでいる抵抗及び容量の検出、劣化度計算及び寿命予測の工程を示している。 In this figure, the steps of resistance and capacitance detection, deterioration degree calculation, and life prediction, which are surrounded by a broken line, are shown.

まず、充電器から電圧、電流、時間等を取得する(S1)。 First, the voltage, current, time, etc. are acquired from the charger (S1).

次に、あらかじめ既取得の充電カーブを学習したものと照合し、時間に対する電池温度を推定する(S2)。言い換えると、データベースに蓄積されている充電電圧又は充電電流及び温度の経時変化に関するデータを取得し、時間に対する電池温度を推定する。ここまでの工程が図7の温度推定演算部150における処理に対応する。 Next, the battery temperature with respect to time is estimated by collating with the previously acquired charge curve learned (S2). In other words, the data regarding the charging voltage or charging current stored in the database and the change over time of the temperature are acquired, and the battery temperature with respect to time is estimated. The steps up to this point correspond to the processing in the temperature estimation calculation unit 150 of FIG. 7.

次に、時間と電流値との関係から、SOCと開回路電圧(OCV)との関係に変換する(S3)。 Next, the relationship between the time and the current value is converted into the relationship between the SOC and the open circuit voltage (OCV) (S3).

該当する電池モジュールのSOCとOCVとの関係をデータベースから検索する(S4)。そして、同じSOCでの電圧VとOCVを電流値Iで除することにより、抵抗値Rを算出する(S5)。なお、工程S3については、後段において図9を用いて説明する。 The relationship between the SOC and OCV of the corresponding battery module is searched from the database (S4). Then, the resistance value R is calculated by dividing the voltage V and the OCV at the same SOC by the current value I (S5). Note that step S3 will be described later with reference to FIG.

算出された抵抗値Rは、データベースに蓄積されているSOC、温度及び内部抵抗の相関と、S2で推定した電池温度とを用いて温度係数を算出し、この温度係数を用いて抵抗値Rを補正する(S6)。ここまでの工程が図5の抵抗・容量演算部5における処理に対応する。 For the calculated resistance value R, a temperature coefficient is calculated using the correlation between the SOC, temperature, and internal resistance stored in the database and the battery temperature estimated in S2, and the temperature coefficient R is calculated using this temperature coefficient. Correct (S6). The steps up to this point correspond to the processing in the resistance / capacitance calculation unit 5 of FIG.

電流、時間から演算した容量値と、S6で取得した抵抗値Rを、カタログ表示仕様における測定温度など、基準の温度(例えば25℃)、電流、時刻等の条件における取得値に換算して値を補正する(S7)。 The capacitance value calculated from the current and time and the resistance value R acquired in S6 are converted into the acquired values under the conditions such as the reference temperature (for example, 25 ° C.), current, time, etc. such as the measured temperature in the catalog display specifications. Is corrected (S7).

換算した容量値を用いて満充電容量を計算し、補正した抵抗値、容量値に対して初期値またはカタログ値との比を求め、劣化度SOHR、SOHQを算出する(S8)。工程S7~S8が図5の劣化推定部6における処理に対応する。 The full charge capacity is calculated using the converted capacity value, the ratio of the corrected resistance value and capacity value to the initial value or the catalog value is obtained, and the deterioration degrees SOHR and SOHQ are calculated (S8). Steps S7 to S8 correspond to the processing in the deterioration estimation unit 6 of FIG.

S8で求めたSOHQ、SOHRを逐次電池モジュールの識別番号(ID)毎に蓄積し、時系列の変化を取得、貯めたデータに基づいて寿命(年数、距離数)を予測する(S9)。工程S9が図5の寿命算出部7における処理に対応する。 The SOHQ and SOHR obtained in S8 are sequentially accumulated for each identification number (ID) of the battery module, changes in time series are acquired, and the life (years, distances) is predicted based on the accumulated data (S9). Step S9 corresponds to the process in the life calculation unit 7 of FIG.

以上のフローにより、電池温度を直接取得できない場合でも、電池の劣化度を正確に検出することが可能になる。 With the above flow, it is possible to accurately detect the degree of deterioration of the battery even when the battery temperature cannot be directly acquired.

本図に示す方法においては、車両の充電時の定電流データを使用するため、従来よりも正確な容量及び抵抗の推定が可能となる。また、充電が急速充電の場合は、更に短時間で電池の劣化度SOHQ、SOHRの算出が可能である。なお、劣化度は、「劣化状態」ともいう。 In the method shown in this figure, since the constant current data at the time of charging the vehicle is used, it is possible to estimate the capacity and resistance more accurately than before. Further, when the charging is quick charging, the deterioration degree SOHQ and SOHR of the battery can be calculated in a shorter time. The degree of deterioration is also referred to as "deterioration state".

ここで、電池の劣化状態は、電池の内部抵抗(以下単に「抵抗」ともいう。)を用いて演算したSOHRまたは電池の満充電容量を用いて演算したSOHQである。SOHRは、電池の内部抵抗に基づき求めたSOHであり、電池の劣化に伴い上昇する電池の内部抵抗の上昇率を表し、次の式(1)で定義される。 Here, the deteriorated state of the battery is SOHR calculated using the internal resistance of the battery (hereinafter, also simply referred to as “resistance”) or SOHQ calculated using the full charge capacity of the battery. SOHR is SOH obtained based on the internal resistance of the battery, represents the rate of increase in the internal resistance of the battery that increases with the deterioration of the battery, and is defined by the following equation (1).

SOHR=100×R(SOC,T)/R(SOC,T) …(1)
式中、R(SOC,T)は、現在(劣化後)の単電池の内部抵抗[Ω]を表す。R(SOC,T)は、新品時の単電池の内部抵抗[Ω]を表す。
SOHR = 100 × R 1 (SOC, T) / R 0 (SOC, T)… (1)
In the equation, R 1 (SOC, T) represents the current (deteriorated) internal resistance [Ω] of the cell. R 0 (SOC, T) represents the internal resistance [Ω] of the cell when it is new.

容量を用いて演算するSOHQは、現在容量を初期容量で除したものである。上記式(1)のSOHRは、百分率で表しているが、初期に対する現在の比率であれば必ずしも百分率に限られない。 The SOHQ calculated using the capacity is the current capacity divided by the initial capacity. The SOHR of the above formula (1) is expressed as a percentage, but the current ratio to the initial ratio is not necessarily limited to the percentage.

以上のとおり、実測値で補正することにより、正確な予測による余寿命の推定が可能となる。 As described above, by correcting with the measured value, it is possible to estimate the remaining life by accurate prediction.

図8に示す方法においては、温度情報が全く分からない状態でも検出可能であるが、充電器に環境温度を取得するセンサ機能を加え、環境温度を初期温度Tの入力として、データベース内の電流電圧プロファイルを検索することで、検索から演算出力までの時間を短縮することが可能になり、より短時間で寿命を計算することが可能になる。さらに、開始SOC(SOCini)を入力することで、データベースの検索時間を更に短縮できる。 In the method shown in FIG. 8, it is possible to detect even if the temperature information is not known at all, but a sensor function to acquire the ambient temperature is added to the charger, and the ambient temperature is used as the input of the initial temperature T 0 , and the current in the database is used. By searching the voltage profile, it is possible to shorten the time from the search to the calculation output, and it is possible to calculate the life in a shorter time. Further, by inputting the start SOC (SOC ini ), the database search time can be further shortened.

さらに、工程S2で取得した温度プロファイル、すなわち温度の経時変化から温度上昇ΔTを算出し、ΔTと電池モジュールの熱容量Cp,cellとを用いて、発熱量Qを算出する。そして、発熱量Q及び電流から抵抗値R’を逆算出する。 Further, the temperature rise ΔT is calculated from the temperature profile acquired in step S2, that is, the change over time of the temperature, and the calorific value Q is calculated by using ΔT and the heat capacities Cp and cell of the battery module. Then, the resistance value R'is back-calculated from the calorific value Q and the current.

Q(t)=ΔT(t)×Cp,cell+q’(t) …(2)
R’(t)=Q(t)/(It) …(3)
ここで、q’(t)は電池外への放熱量である。q’(t)は、放熱面積A、熱伝達係数h、表面温度Tcell及び冷媒温度Tを用いて計算できる。S6で得られた抵抗値Rと比較し、かい離がある場合は、更に補正を実施し、データベースに結果を蓄積する。これにより、更に適正な抵抗値を得ることが可能になる。以上のような繰り返しを行い、データを蓄積することにより、データベースが更に充実し、既取得のデータベースに加えてデータが増えるほど、検出精度が向上する。
Q (t) = ΔT (t) × C p, cell + q'(t)… (2)
R'(t) = Q (t) / (I 2 t) ... (3)
Here, q'(t) is the amount of heat dissipated to the outside of the battery. q'(t) can be calculated using the heat dissipation area A, the heat transfer coefficient h, the surface temperature T cell , and the refrigerant temperature TC . Compared with the resistance value R obtained in S6, if there is a deviation, further correction is performed and the result is accumulated in the database. This makes it possible to obtain a more appropriate resistance value. By repeating the above steps and accumulating data, the database is further enriched, and the more data is added to the already acquired database, the higher the detection accuracy is.

さらに、電圧曲線を用いて出力された電池の抵抗値に基づき、補正係数によって電池温度を補正し、データベースに格納してある、測定時に観測した電流値Iでの大電流通電時の容量を、カタログ等での低電流値で取得してある公称容量と同条件の基準条件での容量に変換する。 Furthermore, based on the resistance value of the battery output using the voltage curve, the battery temperature is corrected by the correction coefficient, and the capacity at the time of large current energization at the current value I observed at the time of measurement, which is stored in the database, is calculated. Convert to the capacity under the same standard conditions as the nominal capacity acquired with the low current value in the catalog etc.

以上のようにして得られた基準値の劣化度SOHQ、SOHRは、どの車両の電池モジュールについても公平な基準で劣化度を得ることができ、比較が可能になる。これらの基準の劣化度を利用して、使用済み電池の残価設定や、別用途での複数モジュール使用システムでの安定な活用が可能になる。特に、リユース時の電池劣化評価、性能測定にかかる時間を短縮することができ、中古電池の活用に効果がある。中古電池の活用は廃棄電池量の低減にもつながり、サステイナブルな社会の実現にも寄与することができる。 The deterioration degrees SOHQ and SOHR of the reference values obtained as described above can be obtained with fair standards for the battery modules of any vehicle, and can be compared. By utilizing the degree of deterioration of these standards, it is possible to set the residual value of used batteries and to use them stably in a system using multiple modules for other purposes. In particular, it is possible to shorten the time required for battery deterioration evaluation and performance measurement during reuse, which is effective in utilizing used batteries. Utilization of used batteries also leads to a reduction in the amount of waste batteries and can contribute to the realization of a sustainable society.

ここで、上記の工程S3に対応する劣化度の算出方法の例について、図9を用いて説明する。 Here, an example of a method for calculating the degree of deterioration corresponding to the above step S3 will be described with reference to FIG. 9.

図9の上のグラフは、急速充電及び低速充電における電圧の経時変化の例を示したものである。横軸に時間、縦軸に電圧をとっている。 The upper graph of FIG. 9 shows an example of the change of voltage with time in quick charge and low speed charge. Time is on the horizontal axis and voltage is on the vertical axis.

曲線(a)は急速充電の場合であり、曲線(b)はOCVおよび低速充電の場合である。低速充電時、例えば0.2Cレートでの充電時の電圧曲線は、電池の内部抵抗が低い場合はほぼOCV曲線と一致する。電池によってOCVと一致する放電速度は異なる。曲線(a)の充電終了時tendまでに充電された電気量をQchとしている。 The curve (a) is for fast charging and the curve (b) is for OCV and slow charging. The voltage curve at low speed charge, for example at 0.2 C rate, is almost the same as the OCV curve when the internal resistance of the battery is low. The discharge rate that matches the OCV differs depending on the battery. The amount of electricity charged by the end of charging in the curve (a) is defined as Q ch .

図9の下のグラフは、図9の上のグラフをSOC-V曲線に変換したものであり、充電電圧の曲線(急速充電の曲線)及びOCV曲線の例を示したものである。横軸にSOC、縦軸に電圧をとっている。 The graph at the bottom of FIG. 9 is a conversion of the graph at the top of FIG. 9 into an SOC-V curve, and shows an example of a charge voltage curve (quick charge curve) and an OCV curve. The horizontal axis is SOC and the vertical axis is voltage.

曲線(c)は急速充電の場合であり、曲線(d)は電池のOCVである。上のグラフと下のグラフとにおいては、電気量Qchの範囲が対応している。充電電圧の曲線とOCV曲線との差がΔV(SOC)である。 The curve (c) is for quick charging, and the curve (d) is the OCV of the battery. In the upper graph and the lower graph, the range of electric energy Q ch corresponds. The difference between the charge voltage curve and the OCV curve is ΔV (SOC).

電池のOCVは、図5の車両1の情報から車両1に用いられている電池の仕様をデータベース内で検索して得る。 The OCV of the battery is obtained by searching the database for the specifications of the battery used in the vehicle 1 from the information of the vehicle 1 in FIG.

充電開始時の開回路電圧(OCV)をSOCiniに換算し、開始OCVである電圧OCViniを求める。あるいは、通知された充電開始時のSOCをSOCiniとして、開始OCVであるOCViniを求める。 The open circuit voltage (OCV) at the start of charging is converted into SOC ini , and the voltage OCV ini , which is the start OCV, is obtained. Alternatively, the SOC at the start of charging notified is set as the SOC ini , and the OCV ini , which is the start OCV, is obtained.

充電曲線(c)に示すように、通知されたSOCiniからSOCendまでSOCに対する充電電圧を算出し、充電電圧と同じSOCにおけるOCVとの差ΔV(SOC)を通電電流値で除すことにより抵抗値Rを求めることができる。特に、通電開始直後は、SOCが変動する前であり、反応抵抗の影響が少なく好適である。 As shown in the charge curve (c), the charge voltage for the SOC is calculated from the notified SOC ini to the SOC end , and the difference ΔV (SOC) between the charge voltage and the OCV at the same SOC is divided by the energization current value. The resistance value R can be obtained. In particular, immediately after the start of energization, it is before the SOC fluctuates, and it is suitable because the influence of the reaction resistance is small.

リチウムイオン電池では、上記のようにして算出される抵抗値Rは、SOCに対して依存性があることが知られている。 In a lithium ion battery, the resistance value R calculated as described above is known to be dependent on SOC.

本図に示すRとSOCとの関係は、関数またはテーブルとして表すことができる。 The relationship between R and SOC shown in this figure can be expressed as a function or a table.

電池の充放電終了時の電圧及び電流をそれぞれVlast、Ilastとし、充放電終了時から所定時間後に検出される電池の開回路電圧をOCVとすると、抵抗曲線に通電終了時における抵抗値Rは、次の式(4)で求められる。 Assuming that the voltage and current at the end of charging / discharging of the battery are V last and I last , respectively, and the open circuit voltage of the battery detected after a predetermined time from the end of charging / discharging is OCV, the resistance value R at the end of energization is shown in the resistance curve. Is obtained by the following equation (4).

R=|OCV-Vlast|/Ilast …(4)
あるいは、充放電中の電池の電流値Iが一定である場合に、電池の閉回路電圧をCCVとすると、抵抗値Rは、次の式(5)で求めることもできる。
R = | OCV-V last | / I last ... (4)
Alternatively, if the current value I of the battery being charged and discharged is constant and the closed circuit voltage of the battery is CCV, the resistance value R can also be obtained by the following equation (5).

R=|OCV-CCV|/I …(5)
また、一定SOCでの電流値xに応じた、複数の電流と電池の閉回路電圧との関係により求められる線形近似式Ax+Cにおける係数Aから、抵抗値Rを求めることもできる。定数CがOCVのとき、係数Aは内部抵抗DCRとなる。
R = | OCV-CCV | / I ... (5)
Further, the resistance value R can also be obtained from the coefficient A in the linear approximation formula Ax + C obtained by the relationship between the plurality of currents and the closed circuit voltage of the battery according to the current value x at a constant SOC. When the constant C is OCV, the coefficient A becomes the internal resistance DCR.

また、容量Qは、初期のSOCであるSOCiniと終了時のSOCであるSOCendとの差すなわちSOCの変動幅、及び電気量Qchから、次の式(6)で求めることができる。 Further, the capacity Q can be obtained by the following equation (6) from the difference between the SOC ini which is the initial SOC and the SOC end which is the SOC at the end, that is, the fluctuation range of the SOC and the electric energy Q ch .

Q=Qch/(SOCend-SOCini)×100 …(6)
得られたQは電池温度Tcellでの値であり、Tcellでの特性を基準温度で得られる容量に変換する。変換方法は、温度Tcellと基準温度(たとえば25℃)容量との比の係数を利用する、あるいは得られた抵抗値とその時の推定温度を利用し、初期の基準温度と各温度での抵抗値比率を適用して、得られた抵抗値を基準温度での抵抗値に換算し、電圧曲線を再計算し、電池容量の定義となる上限電圧と下限電圧間を基準値容量とする。
Q = Q ch / (SOC end -SOC ini ) × 100… (6)
The obtained Q is a value at the battery temperature T cell , and the characteristics at the T cell are converted into the capacity obtained at the reference temperature. The conversion method uses the coefficient of the ratio of the temperature T cell to the reference temperature (for example, 25 ° C.) capacity, or uses the obtained resistance value and the estimated temperature at that time, and uses the initial reference temperature and the resistance at each temperature. Applying the value ratio, the obtained resistance value is converted to the resistance value at the reference temperature, the voltage curve is recalculated, and the value between the upper limit voltage and the lower limit voltage, which is the definition of the battery capacity, is set as the reference value capacity.

ここまでの工程は、図8の工程S4~S7に対応している。 The steps up to this point correspond to steps S4 to S7 in FIG.

基準温度に変換した抵抗値と、容量を初期値と比較してSOHQとSOHRを計算する(図の工程S8に対応)。得られたSOHQ、SOHRを時系列に蓄積記憶し、蓄積データから予測劣化式または学習による劣化予測関係式を使用して寿命を推定する。劣化予測式は、データ蓄積により更新する(図の工程S9に対応)。 SOHQ and SOHR are calculated by comparing the resistance value converted to the reference temperature and the capacitance with the initial value (corresponding to step S8 in the figure). The obtained SOHQ and SOHR are stored and stored in time series, and the life is estimated from the stored data using a prediction deterioration formula or a deterioration prediction relational expression by learning. The deterioration prediction formula is updated by accumulating data (corresponding to step S9 in the figure).

充電時に取得したデータは逐次データベースに蓄積され、温度推定の精度が向上する。また、SOHも逐次データベース(劣化推定用)に蓄積されて、劣化予測式を更新する。 The data acquired during charging is sequentially accumulated in the database, improving the accuracy of temperature estimation. In addition, SOH is also accumulated in the sequential database (for deterioration estimation), and the deterioration prediction formula is updated.

電池の劣化予測において精度の高い予測モデルを構築するためには、データ量が多いことが必要である。 In order to build a highly accurate prediction model for battery deterioration prediction, it is necessary to have a large amount of data.

本発明においては、データベースを逐次更新し、劣化予測式も更新するため、ある程度のデータ量での予測式を作成し実装した後でも、実測データが増えていき、劣化予測式を更新することができる。このため、測定データの量が増えるほど誤差を小さくできる。また、電池温度を推定し、基準温度での特性値(容量、抵抗)に変換して劣化度を検出できるため、異なる条件で取得した複数モジュールを同一基準で性能を比較することが可能になり、電池の価値評価や、中古電池活用が容易になる。 In the present invention, since the database is sequentially updated and the deterioration prediction formula is also updated, the measured data increases even after the prediction formula with a certain amount of data is created and implemented, and the deterioration prediction formula can be updated. can. Therefore, the error can be reduced as the amount of measurement data increases. In addition, since the battery temperature can be estimated and converted into characteristic values (capacity, resistance) at the reference temperature to detect the degree of deterioration, it is possible to compare the performance of multiple modules acquired under different conditions with the same reference. , It will be easier to evaluate the value of batteries and utilize used batteries.

このように、本発明においては、実装した後でも劣化予測式の更新を行うため、実装までのモデル構築工数を低減することもできる。言い換えると、電池の劣化推定式を構築するための電池劣化試験の工数を削減でき、短時間で確度の高い余寿命診断が可能となる。 As described above, in the present invention, since the deterioration prediction formula is updated even after mounting, it is possible to reduce the man-hours for building the model until mounting. In other words, the man-hours for the battery deterioration test for constructing the battery deterioration estimation formula can be reduced, and the remaining life diagnosis with high accuracy becomes possible in a short time.

図10は、充電器による充電の対象となる車両の電池システムの基本構成を示したものである。 FIG. 10 shows the basic configuration of the battery system of the vehicle to be charged by the charger.

本図においては、システム構成として、車両に用いられている二次電池モジュール11(蓄電池モジュール)と、車両内に設置されている測定値検出部21と、を含む。二次電池モジュール11は、正極及び負極を有する単電池11a、11bを複数直列に接続して構成されている。二次電池モジュール11は、不図示の負荷と接続されており、負荷に対して電力を供給する。 In this figure, the system configuration includes a secondary battery module 11 (storage battery module) used in the vehicle and a measured value detection unit 21 installed in the vehicle. The secondary battery module 11 is configured by connecting a plurality of cell cells 11a and 11b having a positive electrode and a negative electrode in series. The secondary battery module 11 is connected to a load (not shown) and supplies electric power to the load.

このほか、電池制御部30、上位制御部60及び負荷制御部70も、システムの構成要素である。 In addition, the battery control unit 30, the upper control unit 60, and the load control unit 70 are also components of the system.

本システムは、測定値検出部21、電池制御部30、上位制御部60及び負荷制御部70により二次電池モジュール11を制御する。 This system controls the secondary battery module 11 by the measured value detection unit 21, the battery control unit 30, the upper control unit 60, and the load control unit 70.

測定値検出部21は、二次電池モジュール11の状態に関する様々な情報(データ)を検出する。たとえば、二次電池モジュール11の総電流、総電圧、環境温度、最高温度、平均温度、最低温度や、単電池11a、11bそれぞれの温度、電圧等のデータを検出する。測定値検出部21で検出されたデータは、電池制御部30に入力される。なお、単電池11a、11bそれぞれの種類又は型式等、言い換えると、単電池11a、11bの個別の特徴についても検出することが望ましい。 The measured value detection unit 21 detects various information (data) regarding the state of the secondary battery module 11. For example, data such as total current, total voltage, environmental temperature, maximum temperature, average temperature, minimum temperature of the secondary battery module 11, temperature and voltage of each of the cells 11a and 11b are detected. The data detected by the measured value detection unit 21 is input to the battery control unit 30. It is desirable to detect the types or models of the cells 11a and 11b, in other words, the individual characteristics of the cells 11a and 11b.

電池制御部30は、測定値検出部21から入力されたデータに基づいて、現在の二次電池モジュール11の充電状態(SOC)を計算すると共に、異常状態の検知、入出力可能な電力の計算、温度コントロール指令の生成などの処理を実行する。上位制御部60で得られたこれらの情報は、負荷制御部70に出力される。 The battery control unit 30 calculates the current charge state (SOC) of the secondary battery module 11 based on the data input from the measured value detection unit 21, detects an abnormal state, and calculates the power that can be input / output. , Generates temperature control commands, etc. These information obtained by the upper control unit 60 are output to the load control unit 70.

負荷制御部70は、上位制御部60から入力された制御指令と、電池制御部30から入力された情報とに基づいて、負荷の制御を実行する。 The load control unit 70 executes load control based on the control command input from the host control unit 60 and the information input from the battery control unit 30.

図11は、本発明の二次電池モジュールの寿命予測装置の一例を示したものである。 FIG. 11 shows an example of the life prediction device of the secondary battery module of the present invention.

本図において、余寿命診断部50は、データ蓄積部41、データ選択部42、劣化算出部43、劣化予測部46(劣化状態推定部)及び余寿命算出部47の各機能ブロックを有する。余寿命診断部50は、例えば、予め記憶されたプログラムをCPUにより実行することで、これらの機能ブロックに対応する各機能を実現することができる。 In this figure, the remaining life diagnosis unit 50 has each functional block of a data storage unit 41, a data selection unit 42, a deterioration calculation unit 43, a deterioration prediction unit 46 (deterioration state estimation unit), and a remaining life calculation unit 47. The remaining life diagnosis unit 50 can realize each function corresponding to these functional blocks by, for example, executing a program stored in advance by the CPU.

検出部20は、電池の電圧、電流等のデータを、日時等の時間情報と共に検出し、余寿命診断部50に出力する。この際、充電器に通知されて演算されたSOCの情報も、余寿命診断部50に入力する。また、充電器に設けられた外気温測定センサによる外気温も入力する。余寿命診断部50において、データ選択部42は、充電器の出力情報、および検出部20から出力されたデータのうちあらかじめ設定した条件に合致するものを選択し、データ蓄積部41に出力する。データ選択部内に温度推定部を有し、データベースを参照することにより、温度を算出する。算出された温度と充電測定取得データはデータベース内に蓄積する。 The detection unit 20 detects data such as battery voltage and current together with time information such as date and time, and outputs the data to the remaining life diagnosis unit 50. At this time, the SOC information notified to the charger and calculated is also input to the remaining life diagnosis unit 50. In addition, the outside air temperature by the outside air temperature measurement sensor provided in the charger is also input. In the remaining life diagnosis unit 50, the data selection unit 42 selects data that matches the preset conditions from the output information of the charger and the data output from the detection unit 20, and outputs the data to the data storage unit 41. It has a temperature estimation unit in the data selection unit and calculates the temperature by referring to the database. The calculated temperature and charge measurement acquisition data are stored in the database.

データ蓄積部41は、SOC-OCVデータ蓄積部41a、SOC-Rデータ蓄積部41b(SOC-抵抗データ蓄積部)及びデータベース44を有する。 The data storage unit 41 has an SOC-OCV data storage unit 41a, an SOC-R data storage unit 41b (SOC-resistance data storage unit), and a database 44.

データ選択部42では、データベースを参照して温度推定演算部150で温度推定するために必要なデータを選択する。通電時の電圧と温度推定演算部150で算出した電池温度をSOCに対して算出するため、温度に対する電池のSOC-OCVデータ蓄積部41aを有する。同様に、SOCに対し各温度の通秒数に対しての抵抗のデータを取得したものをSOC-Rデータ蓄積部41bに蓄積する。これにより、既存の充電特性データが蓄積される。 The data selection unit 42 refers to the database and selects the data necessary for temperature estimation by the temperature estimation calculation unit 150. In order to calculate the voltage at the time of energization and the battery temperature calculated by the temperature estimation calculation unit 150 with respect to the SOC, the SOC-OCV data storage unit 41a of the battery with respect to the temperature is provided. Similarly, the SOC-R data storage unit 41b stores the acquired resistance data for the number of seconds of each temperature with respect to the SOC. As a result, the existing charge characteristic data is accumulated.

データベース44には、劣化推定に使用する各種データが備えられる。たとえば、劣化を推定する予測式、パラメータの初期値、パラメータの変化量などである。データベース44、SOC-OCVデータ蓄積部41a及びSOC-Rデータ蓄積部41bのデータを使用して、内部状態である容量・抵抗を演算し、劣化を検出する。なお、SOC-OCVデータ蓄積部41a及びSOC-Rデータ蓄積部41bには、電池の初期データもあらかじめ蓄積する。現在の劣化状態を劣化算出部43で推定し、劣化予測部46に出力する。また、算出した劣化状態は時系列データとしてデータベース44に追加し蓄積する。算出したパラメータは、劣化予測部46で時系列の劣化の予測に用いられる。さらに、余寿命算出部47において、データベース44を用いて予測寿命または余寿命を算出し出力する。 The database 44 is provided with various data used for deterioration estimation. For example, a prediction formula for estimating deterioration, an initial value of a parameter, a change amount of a parameter, and the like. Using the data of the database 44, the SOC-OCV data storage unit 41a, and the SOC-R data storage unit 41b, the capacity and resistance in the internal state are calculated, and deterioration is detected. The SOC-OCV data storage unit 41a and the SOC-R data storage unit 41b also store the initial data of the battery in advance. The current deterioration state is estimated by the deterioration calculation unit 43 and output to the deterioration prediction unit 46. Further, the calculated deterioration state is added to the database 44 as time-series data and accumulated. The calculated parameters are used by the deterioration prediction unit 46 for predicting deterioration in time series. Further, the remaining life calculation unit 47 calculates and outputs the predicted life or the remaining life using the database 44.

以上のように、本実施形態によれば、特別な放電手段を準備しなくても、二次電池モジュールの劣化状態に関する情報を適切に検出し、二次電池モジュールの内部状態、二次電池モジュールの容量や抵抗等を取得でき、システムの余寿命算出が正確にできる。 As described above, according to the present embodiment, information on the deterioration state of the secondary battery module can be appropriately detected without preparing a special discharging means, and the internal state of the secondary battery module and the secondary battery module can be detected. The capacity and resistance of the module can be obtained, and the remaining life of the system can be calculated accurately.

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も、本発明の範囲内に含まれる。 The present invention is not limited to the above embodiment. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the invention are also included within the scope of the invention.

1:車両、2:充電器、4:サーバー、5:抵抗・容量演算部、6:劣化推定部、7:寿命算出部、11:二次電池モジュール、20:検出部、21:測定値検出部、30:電池制御部、41:データ蓄積部、41a:SOC-OCVデータ蓄積部、41b:SOC-Rデータ蓄積部、42:データ選択部、43:劣化算出部、44:データベース、46:劣化予測部、47:余寿命算出部、50:余寿命診断部、60:上位制御部、70:負荷制御部、111:電池温度推定演算部、112:SOH演算部、113:データベース、140:SOH演算部、150:温度推定演算部、151:データベース。 1: Vehicle 2: Charger, 4: Server, 5: Resistance / capacity calculation unit, 6: Deterioration estimation unit, 7: Life calculation unit, 11: Secondary battery module, 20: Detection unit, 21: Measured value detection Unit, 30: Battery control unit, 41: Data storage unit, 41a: SOC-OCV data storage unit, 41b: SOC-R data storage unit, 42: Data selection unit, 43: Deterioration calculation unit, 44: Database, 46: Deterioration prediction unit, 47: Remaining life calculation unit, 50: Remaining life diagnosis unit, 60: Upper control unit, 70: Load control unit, 111: Battery temperature estimation calculation unit, 112: SOH calculation unit, 113: Database, 140: SOH calculation unit, 150: temperature estimation calculation unit, 151: database.

Claims (11)

充電時に二次電池モジュールに供給する電流及び電圧並びに充電時間を含む充電特性データを取得する工程と、
前記充電特性データと、データベースに格納されている既存の充電特性データと温度との相関データと、を照合して、前記二次電池モジュールを構成する二次電池の温度を推定する工程と、を含む、二次電池モジュールの温度推定方法。
The process of acquiring charge characteristic data including the current and voltage supplied to the secondary battery module during charging and the charging time, and
A step of collating the charging characteristic data with the existing charging characteristic data stored in the database and the correlation data with the temperature to estimate the temperature of the secondary battery constituting the secondary battery module. A method for estimating the temperature of a secondary battery module, including.
請求項1記載の二次電池モジュールの温度推定方法を含み、
前記二次電池の前記温度を用いて前記二次電池の劣化状態を算出する工程を更に含む、二次電池モジュールの劣化状態推定方法。
The method for estimating the temperature of the secondary battery module according to claim 1 is included.
A method for estimating a deterioration state of a secondary battery module, further comprising a step of calculating a deterioration state of the secondary battery using the temperature of the secondary battery.
請求項2記載の二次電池モジュールの劣化状態推定方法を含み、
前記二次電池の寿命を予測する工程を更に含む、二次電池モジュールの寿命予測方法。
The method for estimating the deterioration state of the secondary battery module according to claim 2 is included.
A method for predicting the life of a secondary battery module, further comprising a step of predicting the life of the secondary battery.
既存の充電特性データと温度との相関データを格納するデータベースと、
充電時に二次電池モジュールに供給する電流及び電圧並びに充電時間を含む現在の充電特性データを取得し、前記現在の充電特性データと、前記データベースに格納されている前記相関データと、を照合して、前記二次電池モジュールを構成する二次電池の温度を推定する電池温度推定部と、を備えた、二次電池モジュールの温度推定装置。
A database that stores the correlation data between existing charge characteristic data and temperature,
The current charging characteristic data including the current and voltage supplied to the secondary battery module at the time of charging and the charging time are acquired, and the current charging characteristic data is collated with the correlation data stored in the database. , A battery temperature estimation unit for estimating the temperature of the secondary battery constituting the secondary battery module, and a temperature estimation device for the secondary battery module.
請求項4記載の二次電池モジュールの温度推定装置を含み、
前記二次電池の前記温度を用いて前記二次電池の劣化状態を算出する劣化推定部を更に含む、二次電池モジュールの劣化状態推定装置。
The temperature estimation device for the secondary battery module according to claim 4 is included.
A deterioration state estimation device for a secondary battery module, further including a deterioration estimation unit that calculates a deterioration state of the secondary battery using the temperature of the secondary battery.
請求項5記載の二次電池モジュールの劣化状態推定装置を含み、
前記二次電池の寿命を予測する寿命算出部を更に含む、二次電池モジュールの寿命予測装置。
The device for estimating the deterioration state of the secondary battery module according to claim 5 is included.
A life prediction device for a secondary battery module, further including a life calculation unit for predicting the life of the secondary battery.
前記データベースは、既存のSOC-OCV曲線のデータを有し、
前記現在の充電特性データをSOC-V曲線のデータに変換し、前記既存のSOC-OCV曲線のデータと、前記電池温度推定部により推定された前記二次電池の前記温度と、に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を推定し、
推定された前記二次電池の前記温度及び前記内部抵抗を用いて、基準温度における前記二次電池の劣化状態を算出する構成を有する、請求項5記載の二次電池モジュールの劣化状態推定装置。
The database has existing SOC-OCV curve data and
The current charging characteristic data is converted into SOC-V curve data, and based on the existing SOC-OCV curve data and the temperature of the secondary battery estimated by the battery temperature estimation unit. Estimate the internal resistance of the secondary battery and
The deterioration state estimation device for a secondary battery module according to claim 5, which has a configuration for calculating the deterioration state of the secondary battery at a reference temperature using the estimated temperature and the internal resistance of the secondary battery.
前記劣化推定部は、前記データベースに格納されている前記温度のデータと、測定された前記二次電池モジュールの積算容量値と、を用いて、前記二次電池モジュールの満充電容量の推定値を算出し、前記二次電池の劣化状態を算出する、請求項5記載の二次電池モジュールの劣化状態推定装置。 The deterioration estimation unit uses the temperature data stored in the database and the measured integrated capacity value of the secondary battery module to obtain an estimated value of the full charge capacity of the secondary battery module. The deterioration state estimation device for a secondary battery module according to claim 5, which calculates and calculates the deterioration state of the secondary battery. 充電時の周囲温度を測定する環境温度センサを更に備え、
前記データベースは、前記周囲温度、充電電流、充電電圧及び前記二次電池の前記温度の相関データを蓄積する構成を有する、請求項4記載の二次電池モジュールの温度推定装置。
Further equipped with an environmental temperature sensor that measures the ambient temperature during charging,
The temperature estimation device for a secondary battery module according to claim 4, wherein the database has a configuration for accumulating correlation data of the ambient temperature, charging current, charging voltage, and the temperature of the secondary battery.
充電時における前記二次電池の前記温度から算出される充電開始時と充電終了時との温度差と、充電電流及び充電電圧から推定される発熱量と、前記二次電池の熱容量と、前記二次電池の内部抵抗の経時変化と、前記二次電池の基準温度、前記基準温度における劣化状態及び前記二次電池の内部抵抗と、を用いて、換算値と初期値との比を取ることで、基準条件における前記二次電池の劣化状態を推定する、請求項2記載の二次電池モジュールの劣化状態推定方法。 The temperature difference between the start and end of charging calculated from the temperature of the secondary battery at the time of charging, the calorific value estimated from the charging current and the charging voltage, the heat capacity of the secondary battery, and the above two. By taking the ratio between the converted value and the initial value using the change over time of the internal resistance of the secondary battery, the reference temperature of the secondary battery, the deterioration state at the reference temperature, and the internal resistance of the secondary battery. The method for estimating the deterioration state of the secondary battery module according to claim 2, wherein the deterioration state of the secondary battery under the reference conditions is estimated. 前記二次電池の内部抵抗に基づいて、前記二次電池の温度を補正し、大電流通電時の容量から基準条件における前記二次電池の劣化状態を推定する、請求項2記載の二次電池モジュールの劣化状態推定方法。 The secondary battery according to claim 2, wherein the temperature of the secondary battery is corrected based on the internal resistance of the secondary battery, and the deterioration state of the secondary battery under reference conditions is estimated from the capacity when a large current is applied. How to estimate the deterioration state of the module.
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