JP7306932B2 - Rechargeable battery status detection device and rechargeable battery status detection method - Google Patents

Rechargeable battery status detection device and rechargeable battery status detection method Download PDF

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Description

本発明は、充電可能電池状態検出装置および充電可能電池状態検出方法に関するものである。 The present invention relates to a rechargeable battery state detection device and a rechargeable battery state detection method.

従来、充電可能電池の極板に生じた異常を検出する技術としては、特許文献1および特許文献2に開示された技術がある。 Conventionally, there are technologies disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 as technologies for detecting an abnormality occurring in the electrode plate of a rechargeable battery.

特許文献1に開示された技術では、あらかじめ設定した電圧や電流、または、異常が生じていない状態での充電挙動を学習して定めた電圧や電流と比較して上昇/低下の繰り返しによる乱れが大きい場合には、極板異常が生じていると判定する。 In the technology disclosed in Patent Document 1, disturbance due to repeated rise/fall compared to a preset voltage or current or a voltage or current determined by learning charging behavior in a state where no abnormality occurs. If it is large, it is determined that an electrode plate abnormality has occurred.

また、特許文献2に開示された技術では、充電終了後の充電可能電池の開放電圧を所定のサンプリング周期で所定期間取得し、取得した開放電圧を累乗近似式で近似し、収束電圧の減少割合が予め決められた基準レベルを超えている場合に、極板に異常(セルショート)が発生していると判定する。 Further, in the technique disclosed in Patent Document 2, the open-circuit voltage of a rechargeable battery after completion of charging is obtained for a predetermined period at a predetermined sampling cycle, the obtained open-circuit voltage is approximated by a power approximation formula, and the reduction rate of the convergence voltage is calculated. exceeds a predetermined reference level, it is determined that an abnormality (cell short) has occurred in the electrode plate.

特開平07-165016号公報JP-A-07-165016 特開2005-043339号公報JP-A-2005-043339

ところで、特許文献1に開示された技術では、電流を制限した充電において検出するため、例えば、車両に搭載されている充電可能電池では、電流を制限した充電を担保することは困難であるため、極板の異常を検出することが困難という問題点がある。 By the way, in the technology disclosed in Patent Document 1, since detection is performed during current-limited charging, it is difficult to ensure current-limited charging in a rechargeable battery mounted on a vehicle, for example. There is a problem that it is difficult to detect the abnormality of the electrode plate.

また、特許文献2に開示された技術では、電流の変動によって充電可能電池の電圧が変化する場合があり、そのような場合には、極板の異常と誤判定をするという問題点がある。 In the technique disclosed in Patent Document 2, the voltage of the rechargeable battery may change due to current fluctuations, and in such cases, there is a problem that the electrode plate is erroneously determined to be abnormal.

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、使用環境によらず、車両に搭載された充電可能電池の電極に生じた異常を正確に検出することが可能な充電可能電池状態検出装置および充電可能電池状態検出方法を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the circumstances described above. It is an object of the present invention to provide a state detection device and a rechargeable battery state detection method.

上記課題を解決するために、本発明は、充電可能電池の状態を検出する充電可能電池状態検出装置において、電圧検出部から出力される信号に基づいて前記充電可能電池の電圧を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された電圧値に基づいて、前記充電可能電池の内部の状態を示す所定の数式モデルの係数を調整することで最適化する最適化手段と、前記最適化手段によって前記係数が調整された前記数式モデルによって算出される値または前記係数の値に基づいて前記充電可能電池の電解液内に存在する極板の極板異常の有無を判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果を出力する出力手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、使用環境によらず、車両に搭載された充電可能電池の電極に生じた異常を正確に検出することができる。
In order to solve the above problems, the present invention provides a rechargeable battery state detecting device for detecting the state of a rechargeable battery, wherein detecting means detects the voltage of the rechargeable battery based on a signal output from a voltage detecting section. and optimization means for optimizing by adjusting coefficients of a predetermined mathematical model representing the internal state of the rechargeable battery based on the voltage value detected by the detection means; determining means for determining whether or not there is an abnormality in the electrode plate existing in the electrolyte of the rechargeable battery based on the value calculated by the mathematical model with the adjusted coefficient or the value of the coefficient; and an output means for outputting the determination result.
According to such a configuration, it is possible to accurately detect an abnormality occurring in the electrodes of the rechargeable battery mounted on the vehicle regardless of the usage environment.

また、本発明は、前記極板異常は、前記充電可能電池の電気的特性が不連続に変化する異常であることを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池の極板異常を電気的特性に基づいて検出することができる。
Further, the present invention is characterized in that the electrode plate abnormality is an abnormality in which the electrical characteristics of the rechargeable battery change discontinuously.
According to such a configuration, it is possible to detect the electrode plate abnormality of the rechargeable battery based on the electrical characteristics.

また、本発明は、前記極板異常は、前記極板の一部の領域における短絡であることを特徴とする。
このような構成によれば、電圧降下を生じる極板異常を正確に検出することが可能になる。
Also, the present invention is characterized in that the electrode plate abnormality is a short circuit in a partial region of the electrode plate.
According to such a configuration, it becomes possible to accurately detect a plate abnormality that causes a voltage drop.

また、本発明は、前記数式モデルは、前記充電可能電池の時間経過に伴う電圧変化を示す項を含むことを特徴とする。
このような構成によれば、時間経過に伴う電圧変化に基づいて極板異常の有無を判定することができる。
Further, the present invention is characterized in that the mathematical model includes a term indicating voltage change of the rechargeable battery over time.
With such a configuration, it is possible to determine whether or not there is an abnormality in the electrode plate based on the voltage change over time.

また、本発明は、前記数式モデルは、前記充電可能電池の電流の変化に伴う電圧変化を示す項を含むことを特徴とする。
このような構成によれば、電流の変化がある場合でも、極板異常の有無を判定することができる。
Further, the present invention is characterized in that the mathematical model includes a term indicating voltage change accompanying change in current of the rechargeable battery.
According to such a configuration, it is possible to determine the presence or absence of electrode plate abnormality even when there is a change in current.

また、本発明は、前記数式モデルは、前記充電可能電池に対する充放電が停止された後の電圧変化を示すことを特徴とする。
このような構成によれば、充放電停止後の電圧が安定するときを利用することで、極板異常の有無を正確に判定することができる。
Also, the present invention is characterized in that the mathematical model represents a voltage change after charging/discharging of the rechargeable battery is stopped.
According to such a configuration, it is possible to accurately determine the presence or absence of electrode plate abnormality by utilizing the time when the voltage after charging/discharging is stopped is stabilized.

また、本発明は、前記充電可能電池に対する充放電が停止された後の電圧変化を示す前記数式モデルは、前記充電可能電池の電圧値を算出する、1または複数の項を有する指数減衰関数または反比例関数であることを特徴とする。
このような構成によれば、電圧変化を正確に検出することができる。
Further, according to the present invention, the mathematical model representing a voltage change after charging and discharging of the rechargeable battery is stopped is an exponential decay function or It is characterized by being an inversely proportional function.
According to such a configuration, it is possible to accurately detect voltage changes.

また、本発明は、前記数式モデルは、前記充電可能電池が充放電中の電圧変化を示すことを特徴とする。
このような構成によれば、充放電中であっても、極板異常の有無を判定することが可能になる。
Also, the present invention is characterized in that the mathematical model represents voltage changes during charging and discharging of the rechargeable battery.
According to such a configuration, it is possible to determine the presence or absence of electrode plate abnormality even during charging and discharging.

また、本発明は、前記充電可能電池が充放電中の電圧変化を示す前記数式モデルは、前記充電可能電池の等価回路モデルであることを特徴とする。
このような構成によれば、等価回路モデルに基づいて、充放電中であっても、極板異常の有無を判定することが可能になる。
Further, the present invention is characterized in that the mathematical model representing voltage changes during charging and discharging of the rechargeable battery is an equivalent circuit model of the rechargeable battery.
According to such a configuration, it is possible to determine the presence or absence of electrode plate abnormality even during charging and discharging based on the equivalent circuit model.

また、本発明は、前記最適化手段は、前記充電可能電池が充放電を停止した後の電圧変化を示す第1数式モデルと、前記充電可能電池が充放電中の電圧変化を示す第2数式モデルと、を前記充電可能電池の充電状態に応じて選択して前記係数を選択し、前記検出手段は、前記最適化手段によって選択された前記第1数式モデルまたは前記第2数式モデルに基づいて前記極板異常を検出する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、充放電の状態に拘わらず、極板異常の有無を判定することが可能になる。
Further, in the present invention, the optimizing means includes a first mathematical model representing a voltage change after the rechargeable battery stops charging and discharging, and a second mathematical model representing a voltage change while the rechargeable battery is charging and discharging. a model is selected according to the state of charge of the rechargeable battery to select the coefficients, and the detecting means is based on the first mathematical model or the second mathematical model selected by the optimizing means; It is characterized in that the electrode plate abnormality is detected.
According to such a configuration, it is possible to determine the presence or absence of electrode plate abnormality regardless of the charging/discharging state.

また、本発明は、前記判定手段は、異なる2以上の時間において、前記数式モデルによって算出される値と、前記充電可能電池の電圧の実測値とに基づいて前記極板異常の有無を判定することを特徴とする。
このような構成によれば、異なる時間において算出される値と、実測値とに基づいて極板異常の有無を正確に判定することができる。
Further, in the present invention, the determining means determines whether or not the electrode plate is abnormal based on the value calculated by the mathematical model and the actual measurement value of the voltage of the rechargeable battery at two or more different times. It is characterized by
According to such a configuration, it is possible to accurately determine the presence or absence of the electrode plate abnormality based on the values calculated at different times and the measured values.

また、本発明は、前記判定手段は、異なる2以上の時間において、前記数式モデルによって算出される値と前記充電可能電池の電圧の実測値との差分値のそれぞれが所定の閾値以上となるか、または、前記差分値の和、もしくは、前記差分値の平方和が所定の閾値以上となる場合には、前記極板異常と判定することを特徴とする。
このような構成によれば、簡易な方法によって、極板異常の有無を正確に判定することができる。
Also, in the present invention, the determination means determines whether each of the difference values between the value calculated by the mathematical model and the actual measurement value of the voltage of the rechargeable battery is equal to or greater than a predetermined threshold at two or more different times. Alternatively, when the sum of the difference values or the sum of squares of the difference values is equal to or greater than a predetermined threshold value, the electrode plate abnormality is determined.
According to such a configuration, it is possible to accurately determine the presence or absence of electrode plate abnormality by a simple method.

また、本発明は、前記判定手段は、前記数式モデルによって算出される値と前記充電可能電池の電圧の実測値との差分値が所定の範囲外となる度数または度数率が所定の閾値以上となる場合には、前記極板異常と判定することを特徴とする。
このような構成によれば、度数または度数率に基づいて、極板異常の有無を正確に判定することができる。
Further, in the present invention, the determination means determines that the frequency or frequency rate at which the difference value between the value calculated by the mathematical expression model and the measured voltage value of the rechargeable battery is outside a predetermined range is greater than or equal to a predetermined threshold value. When it becomes so, it is determined that the electrode plate is abnormal.
According to such a configuration, it is possible to accurately determine the presence or absence of the electrode plate abnormality based on the frequency or the frequency rate.

また、本発明は、前記判定手段は、前記数式モデルによって算出される値と前記充電可能電池の電圧の実測値との差分値の標準偏差が所定の閾値以上となる場合には、前記極板異常と判定することを特徴とする。
このような構成によれば、標準偏差に基づいて、極板異常の有無を正確に判定することができる。
Further, according to the present invention, the determination means determines that, when the standard deviation of the difference value between the value calculated by the mathematical model and the measured value of the voltage of the rechargeable battery is equal to or greater than a predetermined threshold value, the electrode plate It is characterized by judging that it is abnormal.
According to such a configuration, it is possible to accurately determine the presence or absence of electrode plate abnormality based on the standard deviation.

また、本発明は、前記判定手段は、前記数式モデルによって算出される値と前記充電可能電池の電圧の実測値との差分値の分布のピークが複数存在する場合には、前記極板異常と判定することを特徴とする。
このような構成によれば、分布のピークに基づいて、極板異常の有無を正確に判定することができる。
Further, in the present invention, the determination means determines that the electrode plate is abnormal when there are a plurality of peaks in the distribution of the difference values between the value calculated by the mathematical model and the voltage measurement value of the rechargeable battery. It is characterized by judging.
With such a configuration, it is possible to accurately determine whether or not there is an abnormality in the electrode plate based on the peak of the distribution.

また、本発明は、前記判定手段は、前記最適化手段によって最適化された前記数式モデルの少なくとも1つの係数に基づいて前記極板異常と判定することを特徴とする。
このような構成によれば、係数に基づいて、極板異常の有無を正確に判定することができる。
Also, the present invention is characterized in that the determining means determines that the electrode plate is abnormal based on at least one coefficient of the mathematical model optimized by the optimizing means.
According to such a configuration, it is possible to accurately determine the presence or absence of the electrode plate abnormality based on the coefficient.

また、本発明は、前記判定手段は、前記最適化手段によって最適化された前記数式モデルの少なくとも1つの係数と、過去において最適化された際における係数と、が所定の閾値以上異なっている場合には、前記極板異常と判定することを特徴とする。
このような構成によれば、過去における係数との比較により、極板異常の有無を正確に判定することができる。
Further, according to the present invention, the determining means determines that at least one coefficient of the mathematical model optimized by the optimizing means differs from a coefficient when optimized in the past by a predetermined threshold or more. (3) is characterized by determining that the electrode plate is abnormal.
According to such a configuration, it is possible to accurately determine whether or not there is an abnormality in the electrode plate by comparison with past coefficients.

また、本発明は、前記充電可能電池は、車両に搭載され、前記出力手段は、前記判定手段による判定結果を車両に搭載される上位の制御装置に通知し、通知を受けた前記制御装置は、判定結果に基づきユーザに対して警告を発し、および/または、アイドリング時にエンジンを停止するアイドリングストップの実行を保留することを特徴とする。
このような構成によれば、極板異常の発生をユーザに通知するとともに、エンジンが再始動できなくなることを防止できる。
Further, according to the present invention, the rechargeable battery is mounted on a vehicle, the output means notifies a higher-level control device mounted on the vehicle of the determination result by the determination means, and the control device receiving the notification , issuing a warning to the user based on the determination result and/or suspending execution of idling stop for stopping the engine during idling.
According to such a configuration, it is possible to notify the user of the occurrence of the electrode plate abnormality and prevent the engine from being unable to restart.

また、本発明は、充電可能電池の状態を検出する充電可能電池状態検出方法において、電圧検出部から出力される信号に基づいて前記充電可能電池の電圧を検出する検出ステップと、前記検出ステップにおいて検出された電圧値に基づいて、前記充電可能電池の内部の状態を示す所定の数式モデルの係数を調整することで最適化する最適化ステップと、前記最適化ステップにおいて前記係数が調整された前記数式モデルによって算出される値または前記係数の値に基づいて前記充電可能電池の電解液内に存在する極板の極板異常の有無を判定する判定ステップと、前記判定ステップにおける判定結果を出力する出力ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、使用環境によらず、車両に搭載された充電可能電池の電極に生じた異常を正確に検出することが可能になる。
The present invention also provides a rechargeable battery state detection method for detecting a state of a rechargeable battery, comprising: a detection step of detecting the voltage of the rechargeable battery based on a signal output from a voltage detection section; an optimization step of optimizing by adjusting coefficients of a predetermined mathematical model representing the internal state of the rechargeable battery based on the detected voltage value; determining the presence or absence of an electrode plate abnormality in the electrode plate existing in the electrolyte of the rechargeable battery based on the value calculated by the mathematical model or the value of the coefficient; and outputting the determination result of the determining step. and an output step.
According to such a method, it is possible to accurately detect an abnormality occurring in the electrodes of the rechargeable battery mounted on the vehicle regardless of the usage environment.

本発明によれば、使用環境によらず、車両に搭載された充電可能電池の電極に生じた異常を正確に検出することが可能な充電可能電池状態検出装置および充電可能電池状態検出方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a rechargeable battery state detecting device and a rechargeable battery state detecting method capable of accurately detecting an abnormality occurring in the electrodes of a rechargeable battery mounted on a vehicle regardless of the usage environment. can do.

本発明の実施形態に係る充電可能電池状態検出装置を有する車両の電源系統の構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of a vehicle power supply system having a rechargeable battery state detection device according to an embodiment of the present invention; FIG. 図1の制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a detailed configuration example of a control unit in FIG. 1; FIG. 充電可能電池が正常な場合において、充放電停止後における充電可能電池の電圧および電流の変化を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing changes in voltage and current of a rechargeable battery after charging and discharging are stopped when the rechargeable battery is normal; 充電可能電池に極板異常が生じた場合において、充放電停止後における充電可能電池の電圧および電流の変化を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing changes in voltage and current of a rechargeable battery after charging and discharging is stopped when electrode plate abnormality occurs in the rechargeable battery; 本発明の実施形態において実行される処理の一例を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining an example of processing executed in an embodiment of the present invention; 数式モデルの係数を最適化する処理の一例を説明するためのフローチャートである。7 is a flowchart for explaining an example of a process of optimizing coefficients of a mathematical model; 極板異常の有無を判定するための処理の一例を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining an example of a process for determining the presence or absence of electrode plate abnormality; 電圧測定タイミングと指数減衰関数の項数との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between voltage measurement timing and the number of terms of an exponential decay function; 充電可能電池に電流が流れた場合の誤差と電流の関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between error and current when current flows through a rechargeable battery; 極板異常がある場合とない場合における差分値の分布を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the distribution of difference values with and without electrode plate abnormality; 極板異常の有無を判定するための処理の一例を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining an example of a process for determining the presence or absence of electrode plate abnormality; 健常な充電可能電池の係数の最適化の過程を示す図である。FIG. 4 shows the process of optimizing the modulus of a healthy rechargeable battery; 極板異常が生じた充電可能電池の係数の最適化の過程を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the process of optimizing the coefficient of a rechargeable battery with plate anomalies; 図12または図13において最適化された係数A1~A6のそれぞれの値を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing respective values of coefficients A1 to A6 optimized in FIG. 12 or FIG. 13; 極板異常の有無を判定するための処理の一例を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining an example of a process for determining the presence or absence of electrode plate abnormality; 時間窓の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of a time window. 等価回路モデルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an equivalent circuit model.

次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described.

(A)本発明の実施形態の構成の説明
図1は、本発明の実施形態に係る充電可能電池状態検出装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、充電可能電池状態検出装置1は、制御部10を主要な構成要素とし、電圧検出部11、電流検出部12、温度検出部13、および、放電回路15が外部に接続され、充電可能電池14の状態を検出する。なお、制御部10、電圧検出部11、電流検出部12、温度検出部13、および、放電回路15を別々の構成とするのではなく、これらの一部または全てをまとめた構成としてもよい。
(A) Description of Configuration of Embodiment of the Invention FIG. 1 is a diagram showing a power supply system of a vehicle having a rechargeable battery state detection device according to an embodiment of the invention. In this figure, the rechargeable battery state detection device 1 has a control unit 10 as a main component, and a voltage detection unit 11, a current detection unit 12, a temperature detection unit 13, and a discharge circuit 15 are connected to the outside. The state of the rechargeable battery 14 is detected. Note that the control unit 10, the voltage detection unit 11, the current detection unit 12, the temperature detection unit 13, and the discharge circuit 15 may not be configured separately, but may be configured by integrating some or all of them.

ここで、制御部10は、電圧検出部11、電流検出部12、および、温度検出部13からの出力を参照し、充電可能電池14の状態を検出して検出結果の情報を外部に出力するとともに、オルタネータ16の発電電圧を制御することで充電可能電池14の充電状態を制御する。なお、制御部10がオルタネータ16の発電電圧を制御することで充電可能電池14の充電状態を制御するのではなく、例えば、図示しないECU(Electric Control Unit)(外部の制御部)が制御部10からの情報に基づいて充電状態を制御するようにしてもよい。 Here, the control unit 10 refers to outputs from the voltage detection unit 11, the current detection unit 12, and the temperature detection unit 13, detects the state of the rechargeable battery 14, and outputs information on the detection result to the outside. At the same time, the state of charge of the rechargeable battery 14 is controlled by controlling the voltage generated by the alternator 16 . The control unit 10 does not control the charging state of the rechargeable battery 14 by controlling the voltage generated by the alternator 16. For example, an ECU (Electric Control Unit) (external control unit) (not shown) controls the control unit 10. You may make it control a charge state based on the information from.

電圧検出部11は、充電可能電池14の端子電圧を検出し、制御部10に電圧信号として供給する。電流検出部12は、充電可能電池14に流れる電流を検出し、制御部10に電流信号として供給する。温度検出部13は、充電可能電池14の環境温度または内部温度を検出し、制御部10に温度信号として供給する。 The voltage detection unit 11 detects the terminal voltage of the rechargeable battery 14 and supplies it to the control unit 10 as a voltage signal. The current detection unit 12 detects the current flowing through the rechargeable battery 14 and supplies it to the control unit 10 as a current signal. The temperature detection unit 13 detects the ambient temperature or internal temperature of the rechargeable battery 14 and supplies it to the control unit 10 as a temperature signal.

放電回路15は、例えば、直列接続された半導体スイッチおよび抵抗素子等によって構成され、制御部10の制御に応じて半導体スイッチをオン/オフすることで、充電可能電池14を所望の波形にて放電させることができる。なお、放電回路15については、構成から除外することも可能である。 The discharge circuit 15 is composed of, for example, a semiconductor switch and a resistance element connected in series. can be made Note that the discharge circuit 15 can be excluded from the configuration.

オルタネータ16は、エンジン17によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、充電可能電池14を充電する。オルタネータ16は、制御部10によって制御され、発電電圧を調整することが可能とされている。 Alternator 16 is driven by engine 17 to generate AC power which is converted to DC power by a rectifier circuit to charge rechargeable battery 14 . The alternator 16 is controlled by the controller 10 and is capable of adjusting the generated voltage.

エンジン17は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ18によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し、車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ16を駆動して電力を発生させる。スタータモータ18は、例えば、直流電動機によって構成され、充電可能電池14から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン17を始動する。なお、エンジン17の代わりに、電気モータを使用するようにしてもよい。 The engine 17 is composed of, for example, a reciprocating engine such as a gasoline engine and a diesel engine, a rotary engine, or the like, and is started by a starter motor 18 to drive drive wheels through a transmission to provide propulsion to the vehicle. to generate electric power. The starter motor 18 is composed of, for example, a direct-current motor, and generates rotational force by electric power supplied from the rechargeable battery 14 to start the engine 17 . An electric motor may be used instead of the engine 17 .

負荷19は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、シートヒータ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、充電可能電池14から供給される電力によって動作する。なお、図1の例では、エンジン17のみが駆動力を出力する構成としたが、例えば、エンジン17をアシストする電動モータを具備したハイブリッド車であってもよい。ハイブリッド車の場合、充電可能電池14は、リチウム電池等によって構成される高圧システム(電動モータを駆動するシステム)を起動し、高圧システムがエンジン17を始動する。 The load 19 includes, for example, an electric steering motor, a defogger, a seat heater, an ignition coil, a car audio system, a car navigation system, and the like, and operates with power supplied from the rechargeable battery 14 . In the example of FIG. 1, only the engine 17 is configured to output driving force, but a hybrid vehicle equipped with an electric motor that assists the engine 17 may be used. In the case of a hybrid vehicle, the rechargeable battery 14 activates a high voltage system (system for driving an electric motor) composed of a lithium battery or the like, and the high voltage system starts the engine 17 .

図2は、図1に示す制御部10の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部10は、プロセッサとしてのCPU(Central Processing Unit)10a、ROM(Read Only Memory)10b、RAM(Random Access Memory)10c、通信部10d、I/F(Interface)10e、および、バス10fを有している。ここで、CPU10aは、ROM10bに格納されているプログラム10baに基づいて各部を制御する。ROM10bは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム10ba等を格納している。RAM10cは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム10baを実行する際に生成されるデータや、テーブル等のデータ10caを格納する。通信部10dは、上位の装置であるECU等との間で通信を行い、検出した情報または制御情報を上位装置に通知する。I/F10eは、電圧検出部11、電流検出部12、および、温度検出部13から供給される電圧信号、および、電流信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路15、オルタネータ16、および、スタータモータ18等に駆動電流を供給してこれらを制御する。バス10fは、CPU10a、ROM10b、RAM10c、通信部10d、および、I/F10eを相互に接続し、これらの間で情報の授受を可能とするための信号線群である。なお、オルタネータ16、および、スタータモータ18等の制御は、ECUが実行するようにしてもよい。図1の構成には限定されない。 FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration example of the control unit 10 shown in FIG. As shown in this figure, the control unit 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 10a as a processor, a ROM (Read Only Memory) 10b, a RAM (Random Access Memory) 10c, a communication unit 10d, and an I/F (Interface) 10e. , and a bus 10f. Here, the CPU 10a controls each section based on a program 10ba stored in the ROM 10b. The ROM 10b is composed of a semiconductor memory or the like, and stores programs 10ba and the like. The RAM 10c is configured by a semiconductor memory or the like, and stores data generated when executing the program 10ba and data 10ca such as tables. The communication unit 10d communicates with an ECU or the like, which is a host device, and notifies the host device of detected information or control information. The I/F 10e converts the voltage signal and the current signal supplied from the voltage detection unit 11, the current detection unit 12, and the temperature detection unit 13 into digital signals and takes them in, and the discharge circuit 15, the alternator 16, and the , the starter motor 18 and the like to control them. The bus 10f is a group of signal lines for interconnecting the CPU 10a, ROM 10b, RAM 10c, communication section 10d, and I/F 10e and enabling information exchange therebetween. The control of the alternator 16, the starter motor 18, etc. may be executed by the ECU. It is not limited to the configuration of FIG.

なお、図2の例では、CPU10aを1つ有するようにしているが、複数のCPUによって分散処理を実行するようにしてもよい。また、CPU10aの代わりに、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、または、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって構成するようにしてもよい。あるいは、ソフトウエアプログラムを読み込むことで機能を実行する汎用プロセッサまたはクラウドコンピューティングによりサーバー上のコンピュータで処理が行われるようにしてもよい。また、図2では、ROM10bおよびRAM10cを有するようにしているが、例えば、これら以外の記憶装置(例えば、磁気記憶装置であるHDD(Hard Disk Drive))を用いるようにしてもよい。 In addition, although one CPU 10a is provided in the example of FIG. 2, distributed processing may be executed by a plurality of CPUs. Alternatively, the CPU 10a may be replaced by a DSP (Digital Signal Processor), FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like. Alternatively, the processing may be performed by a computer on a server using a general-purpose processor or cloud computing that executes the functions by loading a software program. In addition, although the ROM 10b and the RAM 10c are provided in FIG. 2, for example, a storage device other than these (for example, an HDD (Hard Disk Drive) which is a magnetic storage device) may be used.

(B)本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。なお、以下では、本発明の実施形態の動作について説明した後、このような動作を実現するためのフローチャートの処理について説明する。
(B) Description of operation of embodiment of the present invention Next, operation of the embodiment of the present invention will be described. In the following, after describing the operation of the embodiment of the present invention, the processing of the flowchart for realizing such an operation will be described.

まず、本発明の実施形態の動作の概略について説明する。充電可能電池14は、例えば、鉛蓄電池の場合には、陽極が二酸化鉛、陰極が鉛を極板としている。このような極板には、電気的特性(例えば、端子電圧または内部インピーダンス等)の不連続な変化を伴う異常(以下、単に「極板異常」と称する)が生じる場合がある。例えば、放電によって生じる硫酸鉛が陽極と陰極の間に架橋している状態で充電がされると、硫酸鉛が還元されて鉛に変化することで極板の一部の領域で短絡が生じる場合がある。また、車両の振動等によって、極板が剥離し、剥離した極板によって陽極と陰極が導通されることで極板の一部の領域で短絡が生じる場合がある。なお、極板の一部の領域で生じる短絡を以下では「部分短絡」と称する。 First, the outline of the operation of the embodiment of the present invention will be described. The rechargeable battery 14, for example, in the case of a lead-acid battery, has an anode made of lead dioxide and a cathode made of lead. Such an electrode plate may have an abnormality (hereinafter simply referred to as an "electrode plate abnormality") accompanied by a discontinuous change in electrical characteristics (for example, terminal voltage or internal impedance). For example, if lead sulfate generated by discharge is bridged between the anode and cathode and charged, the lead sulfate is reduced and changed to lead, which causes a short circuit in a part of the electrode plate. There is In addition, vibrations of a vehicle or the like may cause the electrode plates to peel off, and the separated electrode plates may cause the anode and the cathode to be electrically connected, thereby causing a short circuit in a part of the electrode plate. A short circuit that occurs in a partial region of the electrode plate is hereinafter referred to as a "partial short circuit."

本発明の実施形態では、充電可能電池14の電圧を後述する数式モデルによって表し、数式モデルによって算出される値と、電圧の実測値とが一致するように数式モデルの係数を最適化する。そして、このようにして得られた数式モデルによって算出される電圧値と、実測した電圧値とが乖離する場合には、電気的特性の不連続な変化を伴う極板異常が発生したと判定して、判定結果を上位の制御装置であるECUに通知する。通知されたECUや制御装置は、判定結果に基づきユーザに対して警告を発するようにしてもよい。また、極板異常が生じた場合には、例えば、アイドリングストップの実行を保留することで、エンジン17が再始動できなくなることを防止するようにしてもよい。 In the embodiment of the present invention, the voltage of the rechargeable battery 14 is represented by a mathematical model, which will be described later, and the coefficients of the mathematical model are optimized so that the values calculated by the mathematical model and the measured voltage values match. When the voltage value calculated by the mathematical model thus obtained deviates from the actually measured voltage value, it is determined that an electrode plate abnormality accompanied by a discontinuous change in electrical characteristics has occurred. Then, the determination result is notified to the ECU, which is a higher control device. The notified ECU or control device may issue a warning to the user based on the determination result. Further, when the electrode plate abnormality occurs, the engine 17 may be prevented from being unable to be restarted by, for example, suspending the execution of the idling stop.

つぎに、本発明の動作について詳細に説明する。本実施形態では、車両のエンジン17が停止され、充電可能電池14が安定な状態になった場合に、CPU10aは、以下の式(1)に示す2次の指数減衰関数をROM10bから取得する。 The operation of the present invention will now be described in detail. In this embodiment, when the engine 17 of the vehicle is stopped and the rechargeable battery 14 is in a stable state, the CPU 10a acquires the second-order exponential decay function shown in the following equation (1) from the ROM 10b.

Figure 0007306932000001
・・・(1)
Figure 0007306932000001
... (1)

ここで、VFn(n,In)は、2次の指数減衰関数であり、nはサンプリングされたデータの番号を示し、Inはn番目の電流のサンプリング値であり、Δtはデータのサンプリング周期であり、expは指数関数を示す。また、「A1・exp(A3・Δt・n)+A2・exp(A4・Δt・n)+A5」は、時間経過による電圧の変化を示す項であり、「A6・In」は暗電流の影響による電圧変化を示す項である。 Here, VFn (n, In) is a second-order exponential decay function, n indicates the number of sampled data, In is the n-th current sampling value, and Δt is the data sampling period. , and exp indicates an exponential function. In addition, “A1 exp (A3 Δt n) + A2 exp (A4 Δt n) + A5” is a term that indicates the change in voltage over time, and “A6 In” is due to the influence of dark current. This is a term indicating a voltage change.

CPU10aは、ROM10bから取得した式(1)の係数の初期設定をする。より詳細には、CPU10aは、Δtの値(例えば、10秒)を設定する。 The CPU 10a initializes the coefficients of equation (1) obtained from the ROM 10b. More specifically, the CPU 10a sets the value of Δt (eg, 10 seconds).

つぎに、CPU10aは、電圧検出部11および電流検出部12から電圧値および電流値を取得し、それぞれ、Vn,Inとする。 Next, the CPU 10a acquires a voltage value and a current value from the voltage detection section 11 and the current detection section 12, and sets them as Vn and In, respectively.

つぎに、CPU10aは、式(1)の係数A1~A6の初期値をROM10bから取得し、式(1)に設定する。なお、これらの係数A1~A6は、最小二乗法によって最適解を導出するために用いられ、後述するように計算の過程で値が順次更新されていく。なお、各係数A1~A6の初期値としては、実験によって予め得た所定値を用いればよい。 Next, the CPU 10a acquires the initial values of the coefficients A1 to A6 of Equation (1) from the ROM 10b and sets them in Equation (1). These coefficients A1 to A6 are used to derive the optimum solution by the method of least squares, and the values are sequentially updated in the process of calculation as described later. As the initial values of the coefficients A1 to A6, predetermined values obtained in advance through experiments may be used.

つぎに、CPU10aは、式(1)に対して、nおよび電流の測定値Inを代入し、VFn(n,In)を計算する。これにより、数式モデルによる計算結果であるVFn(n,In)の値を得る。 Next, the CPU 10a substitutes n and the current measurement value In into the equation (1) to calculate VFn(n, In). As a result, the value of VFn(n, In), which is the result of calculation by the mathematical model, is obtained.

つぎに、CPU10aは、式(1)で求めたVFn(n,In)と、電圧検出部11から取得した測定値としての電圧値Vnを以下の式(2)に適用して、Rnの値を得る。 Next, the CPU 10a applies VFn(n, In) obtained by the equation (1) and the voltage value Vn as the measured value obtained from the voltage detection unit 11 to the following equation (2) to obtain the value of Rn get

Figure 0007306932000002
・・・(2)
Figure 0007306932000002
... (2)

つぎに、CPU10aは、最小二乗法を適用するために、各係数A1~A6に対応する偏微分項を以下の式(3)に基づいて計算する。 Next, the CPU 10a calculates partial differential terms corresponding to the coefficients A1 to A6 based on the following equation (3) in order to apply the least squares method.

Figure 0007306932000003
・・・(3)
Figure 0007306932000003
... (3)

つぎに、CPU10aは、式(3)によって得られた各偏微分項を用いて最小二乗法の連立方程式に適用する行列Bを以下の式(4)に基づいて計算する。 Next, the CPU 10a calculates a matrix B to be applied to the simultaneous equations of the least-squares method using each partial differential term obtained by the equation (3), based on the following equation (4).

Figure 0007306932000004
・・・(4)
Figure 0007306932000004
... (4)

なお、(4)式の行列Bは、6×6の正方行列であり、また、B(x,y)=B(y,x)となる対称行列である。 Note that the matrix B in the formula (4) is a 6×6 square matrix and a symmetric matrix satisfying B(x, y)=B(y, x).

つぎに、CPU10aは、式(2)によって求めたRnと、式(4)によって求めた偏微分項とを用いて、以下の式(5)で表されるdRを計算する。 Next, the CPU 10a calculates dR represented by the following formula (5) using Rn obtained by the formula (2) and the partial differential term obtained by the formula (4).

Figure 0007306932000005
・・・(5)
Figure 0007306932000005
... (5)

つぎに、CPU10aは、式(4)で求めた行列Bと、式(5)で求めたdRとを用いて、以下の式(6)で示す差分ddを算出する。 Next, the CPU 10a calculates the difference dd given by the following formula (6) using the matrix B obtained by the formula (4) and the dR obtained by the formula (5).

Figure 0007306932000006
・・・(6)
Figure 0007306932000006
... (6)

以上のようにして、係数A1~A6のそれぞれに対応する6個の差分dd1~dd6を得ることができるので、CPU10aは、これら6個の差分dd1~dd6について、以下の式(7)を満たすか否かを判定する。 Since the six differences dd1 to dd6 corresponding to the coefficients A1 to A6 can be obtained in the above manner, the CPU 10a satisfies the following equation (7) for these six differences dd1 to dd6. Determine whether or not

Figure 0007306932000007
・・・(7)
Figure 0007306932000007
... (7)

なお、式(7)の右辺のThは、例えば、10-12とすることができる。なお、10-12は一例であって、ゼロに近い値として判断し得る他の値を用いるようにしてもよい。この結果、式(7)を満たさないと判定した場合には、以下の式(8)に基づいて、係数A1~A6を更新し、前述の場合と同様の処理を繰り返す。 Note that Th on the right side of Equation (7) can be set to, for example, 10 −12 . Note that 10 −12 is just an example, and other values that can be judged as values close to zero may be used. As a result, when it is determined that the formula (7) is not satisfied, the coefficients A1 to A6 are updated based on the following formula (8), and the same processing as described above is repeated.

Figure 0007306932000008
・・・(8)
Figure 0007306932000008
... (8)

一方、式(7)を満たすと判定した場合には、差分dd1~dd6が十分にゼロに近いので、その時点で最小二乗法の最適解が得られたと判定する。 On the other hand, if it is determined that the formula (7) is satisfied, the differences dd1 to dd6 are sufficiently close to zero, so it is determined that the optimum solution of the least-squares method has been obtained at that point.

以上の処理により、最適化された係数A1~A6を有する数式モデルを得ることができる。 Through the above processing, a mathematical model having optimized coefficients A1 to A6 can be obtained.

以上のようにして得た数式モデルは、極板が正常な状態では実測した電圧と、数式モデルによって推定した電圧が良く一致する。図3は、エンジン17を停止した後の充電可能電池14の実測した電圧の変化(丸で示す)と、数式モデルで計算した電圧の変化(菱形で示す)と、電流の変化(三角で示す)との関係を示している。図3に示すように、充電可能電池14の電極が正常な状態では、実測した電圧を示す丸と、数式モデルによって計算した電圧を示す菱形とはよく一致している。 In the mathematical model obtained as described above, when the electrode plate is normal, the actually measured voltage and the voltage estimated by the mathematical model agree well. FIG. 3 shows changes in the measured voltage of the rechargeable battery 14 after stopping the engine 17 (indicated by circles), changes in voltage calculated by the mathematical model (indicated by diamonds), and changes in current (indicated by triangles). ). As shown in FIG. 3, when the electrodes of the rechargeable battery 14 are normal, the circles indicating the measured voltage and the diamonds indicating the voltage calculated by the mathematical model match well.

一方、充電可能電池14に極板異常が生じると、極板の異常に起因する電圧変動が発生し、数式モデルによって計算した電圧と、実測した電圧との間に乖離が発生する。図4は、1000秒付近で電極の異常であるセルショート(部分短絡)が生じた場合の充電可能電池14の実測した電圧の変化(丸で示す)と、数式モデルで計算した電圧の変化(菱形で示す)と、電流の変化(三角で示す)との関係を示している。この図4では、セルショートが生じた1000秒以降に充電可能電池14の実測電圧と、数式モデルの計算電圧との乖離が生じている。このような乖離を検出することで、充電可能電池14の極板異常を検出することができる。 On the other hand, when an electrode plate abnormality occurs in the rechargeable battery 14, a voltage fluctuation occurs due to the electrode plate abnormality, and a deviation occurs between the voltage calculated by the mathematical model and the actually measured voltage. FIG. 4 shows changes in the voltage measured by the rechargeable battery 14 when a cell short (partial short), which is an electrode abnormality, occurs around 1000 seconds (indicated by circles), and changes in the voltage calculated by the mathematical model ( diamonds) and changes in current (triangles). In FIG. 4, a deviation occurs between the actually measured voltage of the rechargeable battery 14 and the calculated voltage of the mathematical model after 1000 seconds when the cell short occurs. By detecting such deviation, it is possible to detect the electrode plate abnormality of the rechargeable battery 14 .

より詳細には、CPU10aは、以上の処理によって係数A1~A6の最適解を求めた式(1)に対して、電流Inの測定値を代入して、モデル電圧VFn(n,In)を求める。つぎに、CPU10aは、VFn(n,In)と、電圧の測定値Vnの差分値の絶対値を求め、差分値の絶対値が所定の閾値Thよりも大きい場合には、極板異常が生じていると判定し、それ以外の場合には極板異常が生じていないと判定する。なお、1回の判定だけでは、誤判定が生じる可能性があるので、複数回の判定で異常と判定された場合に、極板異常が発生したと判定するようにしてもよい。 More specifically, the CPU 10a obtains the model voltage VFn(n, In) by substituting the measured value of the current In into the equation (1) obtained by obtaining the optimum solution for the coefficients A1 to A6 through the above processing. . Next, the CPU 10a obtains the absolute value of the difference between VFn(n, In) and the voltage measurement value Vn. Otherwise, it is determined that there is no electrode plate abnormality. It should be noted that there is a possibility that an erroneous determination will occur if only one determination is made. Therefore, it may be determined that an electrode plate abnormality has occurred when an abnormality is determined by multiple determinations.

つぎに、図5~図7を参照して、本発明の実施形態において実行される処理の詳細について説明する。 Next, details of the processing performed in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7. FIG.

図5は、本実施形態において実行されるメインの処理を説明するための図である。図5に示す処理は、所定の時間窓(例えば、1時間の窓)を繰り返し周期として実行され、時間窓内において式(1)に示す数式モデルが最適化される。図5に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。 FIG. 5 is a diagram for explaining the main processing executed in this embodiment. The processing shown in FIG. 5 is executed with a predetermined time window (for example, a one-hour window) as a repeating cycle, and the mathematical model shown in Equation (1) is optimized within the time window. When the process of the flowchart shown in FIG. 5 is started, the following steps are executed.

ステップS1では、CPU10aは、式(1)に示す数式モデルの係数A1~A6を最適化する処理を実行する。なお、ステップS1の処理の詳細は、図6を参照して後述する。 At step S1, the CPU 10a executes a process of optimizing the coefficients A1 to A6 of the mathematical model shown in Equation (1). Details of the processing in step S1 will be described later with reference to FIG.

ステップS2では、CPU10aは、ステップS1で係数A1~A6が最適化された式(1)に示す数式モデルを用いて、VFn(n,In)(n=1,2,・・・,Ns)を計算する処理を実行する。この結果、Ns個(例えば、60個)のデータを得ることができる。 In step S2, the CPU 10a calculates VFn(n, In) (n=1, 2, . Execute the process to calculate As a result, Ns (for example, 60) pieces of data can be obtained.

ステップS3では、CPU10aは、ステップS2で計算した数式モデルを参照して、極板異常が発生したか否かを判定する極板異常判定処理を実行する。なお、ステップS3の処理の詳細は、図7を参照して後述する。 In step S3, the CPU 10a refers to the mathematical model calculated in step S2 and executes an electrode plate abnormality determination process for determining whether or not an electrode plate abnormality has occurred. Details of the processing in step S3 will be described later with reference to FIG.

ステップS4では、CPU10aは、ステップS3に示す極板異常判定処理において極板異常が発生していると判定された場合(ステップS4:Y)にはステップS5に進み、それ以外の場合(ステップS4:N)にはステップS7に進む。例えば、極板異常が発生しているとステップS4で判定された場合には、Yと判定してステップS5に進む。 In step S4, the CPU 10a proceeds to step S5 if it is determined that an electrode plate abnormality has occurred in the electrode plate abnormality determination process shown in step S3 (step S4: Y); :N), the process proceeds to step S7. For example, if it is determined in step S4 that an electrode plate abnormality has occurred, it is determined as Y and the process proceeds to step S5.

ステップS5では、CPU10aは、CPU10aは、極板異常が生じたと判定し、例えば、図示しないECUに対して、極板異常の発生を通知する。 In step S5, the CPU 10a determines that an electrode plate abnormality has occurred, and notifies, for example, an ECU (not shown) of the occurrence of the electrode plate abnormality.

ステップS6では、ECUは、極板異常発生時処理を実行する。より詳細には、ECUは、燃料消費を抑えるためにアイドリング時にエンジン17を一時的に停止させるいわゆるアイドリングストップの実行を保留することができる。これにより、アイドリングストップからの復旧時にエンジン17が再始動できなくことを防止することができる。また、ECUは、極板異常が生じたことから、充電可能電池14を速やかに交換するように促すメッセージを図示しない表示部に表示して、ユーザに通知することができる。もちろん、これら以外の処理を実行するようにしてもよい。 In step S6, the ECU executes a process when an electrode plate abnormality occurs. More specifically, the ECU can suspend execution of a so-called idling stop that temporarily stops the engine 17 during idling in order to reduce fuel consumption. As a result, it is possible to prevent the engine 17 from being unable to restart when recovering from idling stop. In addition, the ECU can notify the user by displaying a message prompting replacement of the rechargeable battery 14 promptly on a display unit (not shown) because the electrode plate abnormality has occurred. Of course, processing other than these may be executed.

ステップS7では、CPU10aは、処理を繰り返すか否かを判定し、処理を繰り返すと判定した場合(ステップS7:Y)にはステップS1に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返し、それ以外の場合(ステップS7:N)には処理を終了する。なお、ステップS7における繰り返しは、前述した時間窓に応じて実行される。 In step S7, the CPU 10a determines whether or not to repeat the process. If it is determined to repeat the process (step S7: Y), the process returns to step S1 to repeat the same process as described above. If so (step S7: N), the process is terminated. It should be noted that the repetition in step S7 is executed according to the time window described above.

図6は、図5のステップS1の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。より詳細には、図6は、式(1)に示す数式モデルの係数A1~A6を最適化するために実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、図6に示す処理は、エンジン17が停止され、充電可能電池14の電圧が安定した場合(例えば、エンジン17が停止されてから所定の時間(例えば、数時間))が経過した場合に実行される。図6に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。 FIG. 6 is a flowchart for explaining the details of the processing in step S1 of FIG. More specifically, FIG. 6 is a flowchart for explaining the flow of processing executed to optimize the coefficients A1 to A6 of the mathematical model shown in Equation (1). The process shown in FIG. 6 is performed when the engine 17 is stopped and the voltage of the rechargeable battery 14 is stabilized (for example, when a predetermined time (for example, several hours) has passed since the engine 17 was stopped). executed. When the process of the flowchart shown in FIG. 6 is started, the following steps are executed.

ステップS10では、CPU10aは、式(1)の係数を初期設定する処理を実行する。より詳細には、CPU10aは、Δtの値(例えば、10秒)を設定する。なお、初期設定する値としては、前述した以外にも、例えば、サンプル取得数Ns、および、充電可能電池14の電圧が安定するまでに要する安定時間Txがある。例えば、ΔTs=10(秒)、Ns=60(個)、Tx=100000(秒)などの初期設定値を用いればよい。この場合、充電可能電池14の特性に応じた適切な固定的な初期設定値を予め定めることも可能であるが、動作状況等に応じて初期設定地を適宜に変更できるようにしてもよい。 In step S10, the CPU 10a executes a process of initializing the coefficients of equation (1). More specifically, the CPU 10a sets the value of Δt (eg, 10 seconds). In addition to the values described above, the values to be initialized include, for example, the number of sample acquisitions Ns and the stabilization time Tx required for the voltage of the rechargeable battery 14 to stabilize. For example, initial setting values such as ΔTs=10 (seconds), Ns=60 (pieces), and Tx=100000 (seconds) may be used. In this case, although it is possible to predetermine an appropriate fixed initial setting value according to the characteristics of the rechargeable battery 14, the initial setting value may be appropriately changed according to the operating conditions or the like.

ステップS11では、CPU10aは、充電可能電池14の電圧Vnおよび電流Inを測定する処理を実行する。より詳細には、CPU10aは、電圧検出部11および電流検出部12の出力信号を順次読み取って、時間軸上で充電可能電池14の複数の電圧値および電流値を取得する。この結果、サンプリング周期ΔTsで測定されるNs個の電圧および電流値が順次取得されることになる。CPU10aは、取得した電圧値および電流値をRAM10cにデータ10caとして順次格納し、必要に応じて読み出す。以下では、ステップS11で取得したn番目(n=1,2,3・・・Ns)の電圧値をV(n)とし、電流値をI(n)と表すものとする。 In step S11, CPU 10a executes a process of measuring voltage Vn and current In of rechargeable battery . More specifically, the CPU 10a sequentially reads the output signals of the voltage detection section 11 and the current detection section 12 to obtain a plurality of voltage values and current values of the rechargeable battery 14 on the time axis. As a result, Ns voltage and current values measured at the sampling period ΔTs are sequentially obtained. The CPU 10a sequentially stores the acquired voltage values and current values in the RAM 10c as data 10ca, and reads them out as necessary. In the following description, the n-th (n=1, 2, 3, .

ステップS12では、CPU10aは、式(1)の係数A1~A6を初期化する処理を実行する。より詳細には、CPU10aは、実験によって予め取得してROM10bに格納されている初期値を読み出し、式(1)の係数A1~A6に設定する。 At step S12, the CPU 10a executes a process of initializing the coefficients A1 to A6 of Equation (1). More specifically, the CPU 10a reads out the initial values obtained in advance by experiments and stored in the ROM 10b, and sets them to the coefficients A1 to A6 of the equation (1).

ステップS13では、CPU10aは、式(1)に対して、nおよびInを代入することで、VFn(n,In)を算出する。この結果、数式モデルによる計算結果であるVFn(n,In)の値を得る。 In step S13, the CPU 10a calculates VFn(n, In) by substituting n and In into Equation (1). As a result, the value of VFn(n, In), which is the result of calculation by the mathematical model, is obtained.

ステップS14では、CPU10aは、ステップS13において式(1)で求めたVFn(n,In)と、ステップS11において電圧検出部11から取得した電圧値Vnを前述した式(2)に適用して、Rnの値を得る。 In step S14, the CPU 10a applies VFn(n, In) obtained by the formula (1) in step S13 and the voltage value Vn obtained from the voltage detection unit 11 in step S11 to the aforementioned formula (2), Get the value of Rn.

ステップS15では、CPU10aは、各係数A1~A6に対応する偏微分項を前述した式(3)に基づいて計算する。 In step S15, the CPU 10a calculates the partial differential term corresponding to each of the coefficients A1 to A6 based on the above equation (3).

ステップS16では、CPU10aは、前述した式(4)に基づいて、行列Bを計算する。 In step S16, the CPU 10a calculates the matrix B based on the formula (4) described above.

ステップS17では、CPU10aは、ステップS15において式(2)によって求めたRnと、ステップS16において式(3)によって求めた偏微分項とを用いて、式(5)で表されるdRを計算する。 In step S17, the CPU 10a calculates dR represented by equation (5) using Rn determined by equation (2) in step S15 and the partial differential term determined by equation (3) in step S16. .

ステップS18では、CPU10aは、ステップS16において式(4)によって求めた行列Bと、ステップS17において式(5)によって求めたdRを、式(6)に適用して差分ddを算出する。 In step S18, the CPU 10a applies the matrix B determined by equation (4) in step S16 and dR determined by equation (5) in step S17 to equation (6) to calculate the difference dd.

ステップS19では、CPU10aは、ステップS18で求めた、係数A1~A6のそれぞれに対応する6個の差分dd1~dd6について、式(7)を満たすか否かを判定し、式(7)を満たすと判定した場合(ステップS19:Y)には最適解が得られたとして図5の処理に復帰(リターン)し、それ以外の場合(ステップS19:N)にはステップS20に進む。なお、式(7)の右辺のThは、例えば、10-12とすることができる。もちろん、これ以外の値を用いてもよい。 In step S19, the CPU 10a determines whether the six differences dd1 to dd6 corresponding to the coefficients A1 to A6 obtained in step S18 satisfy equation (7), and satisfies equation (7). If so (step S19: Y), the process returns to the process of FIG. 5 assuming that the optimum solution is obtained. Otherwise (step S19: N), the process proceeds to step S20. Note that Th on the right side of Equation (7) can be set to, for example, 10 −12 . Of course, other values may be used.

ステップS20では、CPU10aは、前述した式(8)に基づいて、係数A1~A6を更新し、ステップS13に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。 In step S20, the CPU 10a updates the coefficients A1 to A6 based on the above-described equation (8), returns to step S13, and repeats the same processing as described above.

以上の処理により、式(1)の係数A1~A6を最適化することができる。 Through the above processing, the coefficients A1 to A6 of Equation (1) can be optimized.

つぎに、図7を参照して、図5のステップS3に示す極板異常判定処理の詳細について説明する。図7に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。 Next, details of the electrode plate abnormality determination process shown in step S3 of FIG. 5 will be described with reference to FIG. When the process of the flowchart shown in FIG. 7 is started, the following steps are executed.

ステップS30では、CPU10aは、以下の式(9)に基づいて、式(1)に示す数式モデルの値VFn(n,In)と、電圧の測定値Vnとの差分の絶対値ΔVnを計算する。この結果、例えば、Ns個(例えば、60個)の差分の絶対値ΔVnを得ることができる。 In step S30, the CPU 10a calculates the absolute value ΔVn of the difference between the value VFn(n, In) of the mathematical model shown in Equation (1) and the voltage measurement value Vn based on Equation (9) below. . As a result, for example, Ns (eg, 60) absolute values ΔVn of differences can be obtained.

Figure 0007306932000009
・・・(9)
Figure 0007306932000009
... (9)

ステップS31では、CPU10aは、ステップS30で求めたΔVnのうち、1番目に大きいΔVnをΔVn1とする。 In step S31, the CPU 10a sets the largest ΔVn among the ΔVn obtained in step S30 as ΔVn1.

ステップS32では、CPU10aは、ステップS30で求めたΔVnのうち、2番目に大きいΔVnをΔVn2とする。 In step S32, the CPU 10a sets the second largest ΔVn among the ΔVn obtained in step S30 as ΔVn2.

ステップS33では、CPU10aは、ΔVn1が所定の閾値Th2よりも大きいか否かを判定し、ΔVn1>閾値Th2を満たす場合にはステップS34に進み、それ以外の場合には元の処理に復帰(リターン)する。なお、閾値Th2は、充電可能電池14が正常である場合には取り得ない値であって、極板異常を生じている場合に取り得る値を、例えば、実測等によって求めることができる。 In step S33, the CPU 10a determines whether or not ΔVn1 is greater than a predetermined threshold value Th2. If ΔVn1>threshold value Th2 is satisfied, the process proceeds to step S34. )do. Note that the threshold value Th2 is a value that cannot be obtained when the rechargeable battery 14 is normal, but a value that can be obtained when the electrode plate is abnormal can be obtained, for example, by actual measurement.

ステップS34では、CPU10aは、ΔVn2が所定の閾値Th2よりも大きいか否かを判定し、ΔVn2>閾値Th2を満たす場合にはステップS35に進み、それ以外の場合には図5の処理に復帰(リターン)する。なお、ステップS34で使用する閾値は、ステップS33で使用する閾値よりも小さい値の閾値としてもよい。 In step S34, the CPU 10a determines whether or not ΔVn2 is greater than a predetermined threshold value Th2. If ΔVn2>threshold value Th2 is satisfied, the process proceeds to step S35. return). Note that the threshold used in step S34 may be a threshold smaller than the threshold used in step S33.

ステップS35では、CPU10aは、極板異常が発生したと判定した後、図5の処理に復帰(リターン)する。 In step S35, the CPU 10a returns to the process of FIG. 5 after determining that the electrode plate abnormality has occurred.

以上の処理によれば、図6の処理によって係数A1~A6が最適化された数式モデルを使用して、充電可能電池14の極板異常の発生を検出することができる。 According to the above process, it is possible to detect the occurrence of electrode plate abnormality of the rechargeable battery 14 using the mathematical model in which the coefficients A1 to A6 are optimized by the process of FIG.

なお、図7の処理では、2つの値ΔVn1,ΔVn2に基づいて判定するようにしたが、3つ以上の値に基づいて判定するようにしてもよい。そのような方法によれば、誤判定の発生を低減することができる。 In addition, in the processing of FIG. 7, the determination is made based on the two values ΔVn1 and ΔVn2, but the determination may be made based on three or more values. According to such a method, it is possible to reduce the occurrence of erroneous determinations.

(C)変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、指数減衰関数として2次の関数を用いるようにしたが、1次以下または3次以上の指数減衰関数を用いるようにしてもよい。例えば、4次の指数減衰関数としては、以下の式(10)を用いることができる。
(C) Description of Modified Embodiment The above-described embodiment is merely an example, and needless to say, the present invention is not limited to the case described above. For example, in the above embodiments, a quadratic function is used as the exponential decay function, but an exponential decay function of a first order or less or a third order or more may be used. For example, the following equation (10) can be used as the fourth-order exponential decay function.

Figure 0007306932000010
・・・(10)
Figure 0007306932000010
(10)

また、測定を開始するタイミングに応じて、指数減衰関数の次数を変更するようにしてもよい。具体的には、図8に示すように、測定開始のタイミングが0~10秒の場合には、第1~4項の全てを含む形の指数減衰関数を適用する。このような初期段階では、指数減衰関数の各項の影響は比較的大きいため、演算精度を十分に確保するには、4項全てを用いて本来の4次の指数減衰関数を適用して演算を行う必要があるためである。 Also, the order of the exponential decay function may be changed according to the timing of starting the measurement. Specifically, as shown in FIG. 8, when the measurement start timing is 0 to 10 seconds, an exponential decay function including all of the first to fourth terms is applied. In such an initial stage, each term of the exponential decay function has a relatively large effect. This is because it is necessary to

これに対し、演算処理の開始時点から10秒経過したタイミングでは、指数減衰関数の第1項が無視できる程度に減衰するので、第1項を除き第2~4項を含む形の指数減衰関数を適用する。また、演算処理の開始時点から60秒経過したタイミングでは、指数減衰関数の第1項に加えて第2項も無視できる程度に減衰するので、第1、2項を除き第3、4項を含む形の指数減衰関数を適用する。さらに、演算処理の開始時点から600秒経過したタイミングでは、指数減衰関数の第1、2項に加えて第3項も無視できる程度に減衰するので、第1~3項を除き第4項のみを含む形の指数減衰関数を適用する。 On the other hand, at the timing 10 seconds after the start of the arithmetic processing, the first term of the exponential decay function decays to a negligible extent, so the exponential decay function with the second to fourth terms except for the first term apply. In addition, at the timing 60 seconds after the start of the arithmetic processing, the first and second terms of the exponential decay function are attenuated to a negligible level. Apply an exponential decay function of inclusive form. Furthermore, at the timing 600 seconds after the start of the arithmetic processing, the 3rd term in addition to the 1st and 2nd terms of the exponential decay function decays to a negligible level, so only the 4th term except for the 1st to 3rd terms Apply an exponential decay function of the form containing .

また、以上の実施形態では、指数減衰関数を用いるようにしたが、これ以外にも、例えば、反比例曲線等を用いるようにしてもよい。 Also, in the above embodiment, an exponential decay function is used, but other than this, for example, an inverse proportional curve or the like may be used.

また、図7に示すフローチャートでは、1番目に大きいΔVn1と2番目に大きいΔVn2とが所定の閾値Th2をともに上回る場合には、極板異常と判定するようにした。しかしながら、1番目に大きいΔVn1の絶対値と2番目に大きいΔVn2の絶対値を計算し、得られた値を加算し、加算によって得られた値と閾値とを比較するようにしてもよい。また、絶対値ではなく、二乗和として加算してもよい。また、VFn(n,In)とVnの差分値の符号が同じ値を選択して加算し、得られた値と閾値とを比較するようにしたり、重みを付けて加算し、得られた値と閾値とを比較したりするようにしてもよい。要は、数式モデルによって得られる計算値が、正常時と比較して、不連続に変化する場合を検出することで、極板異常を検出することができる。 Further, in the flowchart shown in FIG. 7, when both the first largest ΔVn1 and the second largest ΔVn2 exceed the predetermined threshold value Th2, it is determined that the electrode plate is abnormal. However, it is also possible to calculate the absolute value of ΔVn1 which is the largest and the absolute value of ΔVn2 which is the second largest, add the obtained values, and compare the value obtained by the addition with the threshold. Also, the sum of squares may be added instead of the absolute value. Alternatively, values having the same sign of the difference between VFn (n, In) and Vn are selected and added, and the obtained value is compared with a threshold value. may be compared with a threshold value. In short, the electrode plate abnormality can be detected by detecting the case where the calculated value obtained by the mathematical model changes discontinuously compared to the normal state.

また、図7に示すフローチャートでは、極板異常による電圧の乱れが電流の影響と明確に区別できるまで時間が経過しなければ極板異常を検出できないが、この場合、異常の検出が十分早い段階で出来なかったり、検出漏れが発生したりするおそれがある。そこで、そのような事態を回避するために、例えば、乖離または誤差に対して第1閾値を設け、この第1閾値を超えるポイントの度数、あるいは、度数率を用いて判定するようにしてもよい。 Further, in the flowchart shown in FIG. 7, the electrode plate abnormality cannot be detected until the voltage disturbance due to the electrode plate abnormality can be clearly distinguished from the influence of the current. Otherwise, it may not be possible, or detection may be missed. Therefore, in order to avoid such a situation, for example, a first threshold may be set for the divergence or error, and the frequency or the frequency rate of points exceeding this first threshold may be used for determination. .

これは、電流の影響による誤差は、図9に示すように、電流が急変する瞬間に短期的に発生する傾向が強い。図9の例では、横軸は時間であり、縦軸はVFn(n,In)とVnの差分値としての誤差を示しており、破線で囲んだ500秒および1000秒付近で、電流が急激に変化し、それに応じて誤差も大きくなっている。一方、極板異常による場合は、数式モデルと乖離する状態が一定期間にわたって継続する傾向があるので、電流変化の影響による乖離が極板異常による乖離と同程度であっても、一定以上の閾値を超えるものの度数は多くなる。 This is because, as shown in FIG. 9, the error caused by the influence of current tends to occur in the short term at the instant when the current changes suddenly. In the example of FIG. 9, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the error as the difference value between VFn (n, In) and Vn. , and the error increases accordingly. On the other hand, in the case of electrode plate anomaly, the state of deviation from the mathematical model tends to continue for a certain period of time. The frequency of those exceeding .

図10は、所定の期間にわたってVFn(n,In)とVnの差分値をデータとして測定し、測定したデータを電圧に応じて層別して示した図である。なお、図10において、ハッチングを施した矩形は極板異常有りの場合を示し、ハッチングを施していない矩形は極板異常無しの場合を示している。図10に示すように、極板異常無しの場合には殆どのデータが第1閾値である-2Vおよび+2Vの範囲内に収まるとともにピークが1つであるが、極板異常有りの場合には大半のデータが第1閾値の範囲内には収まらないとともに、ピークを複数有している。 FIG. 10 is a diagram showing the difference value between VFn(n, In) and Vn measured as data over a predetermined period, and showing the measured data stratified according to the voltage. In FIG. 10, the hatched rectangles indicate the case where the electrode plate is abnormal, and the non-hatched rectangles indicate the case where the electrode plate is not abnormal. As shown in FIG. 10, when there is no electrode plate abnormality, most of the data falls within the range of -2 V and +2 V, which are the first threshold values, and there is one peak. Most of the data do not fall within the range of the first threshold and have multiple peaks.

このため、第1閾値の範囲内に収まるデータの度数が所定の閾値以上である場合には、極板異常無しと判定し、それ以外の場合には極板異常有りと判定するようにしてもよい。あるいは、データのピークの数が1つである場合には極板異常無しと判定し、データのピークの数が複数である場合には極板異常有りと判定するようにしてもよい。また、データの個数を示す度数ではなく、全てのデータのうちで、所定の範囲(-2~+2の範囲)外に存在するデータの割合を示す度数率を用いて判定するようにしてもよい。 Therefore, if the frequency of the data falling within the range of the first threshold is equal to or greater than the predetermined threshold, it is determined that there is no electrode plate abnormality, and otherwise, it is determined that there is an electrode plate abnormality. good. Alternatively, when the number of data peaks is one, it may be determined that there is no electrode plate abnormality, and when the number of data peaks is plural, it may be determined that there is an electrode plate abnormality. In addition, instead of the frequency indicating the number of data, a frequency rate indicating the ratio of data existing outside a predetermined range (range of -2 to +2) among all data may be used for determination. .

図11は、全てのデータのうちで、所定の範囲(-Th3~+Th3の範囲)内に存在するデータの割合を示す度数率fを用いて異常判定する処理の一例を示すフローチャートである。図11に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。 FIG. 11 is a flow chart showing an example of abnormality determination processing using a frequency rate f that indicates the ratio of data existing within a predetermined range (range of -Th3 to +Th3) among all data. When the process of the flowchart shown in FIG. 11 is started, the following steps are executed.

ステップS50では、CPU10aは、VFn(n,In)とVnの差分値であるΔVn=VFn(n,In)-Vnを計算する。 In step S50, the CPU 10a calculates ΔVn=VFn(n, In)−Vn, which is the difference between VFn(n, In) and Vn.

ステップS51では、CPU10aは、ステップS50で計算したΔVnを値毎に層別する。この結果、例えば、図10に示すように、ΔVnの値毎に層別されたデータを得る。 In step S51, the CPU 10a stratifies ΔVn calculated in step S50 for each value. As a result, for example, as shown in FIG. 10, data stratified by ΔVn values are obtained.

ステップS52では、CPU10aは、ステップS51で層別したΔVnが所定の範囲内、すなわち、-Th3<ΔVn<+Th3の範囲内となる度数fを計算する。例えば、図10に示すように、-2<ΔVn<+2の範囲内となるΔVnの度数fを計算する。 In step S52, the CPU 10a calculates the frequency f at which ΔVn stratified in step S51 is within a predetermined range, ie, −Th3<ΔVn<+Th3. For example, as shown in FIG. 10, the frequency f of ΔVn within the range of −2<ΔVn<+2 is calculated.

ステップS53では、CPU10aは、ステップS52で計算した度数fが所定の閾値Th4未満か否かを判定し、f<Th4を満たす場合(ステップS53:Y)にはステップS54に進み、それ以外の場合(ステップS53:N)には図5の処理に復帰(リターン)する。なお、-Th3<ΔVn<+Th3の範囲「内」となる度数f1と、-Th3<ΔVn<+Th3の範囲「外」となる度数f2との比であるf1/f2に基づいて判定するようにしてもよい。 In step S53, the CPU 10a determines whether or not the frequency f calculated in step S52 is less than a predetermined threshold value Th4. If f<Th4 is satisfied (step S53: Y), the process proceeds to step S54. At (step S53: N), the process of FIG. 5 is returned (returned). Note that the determination is made based on f1/f2, which is the ratio of the frequency f1 "within" the range -Th3<ΔVn<+Th3 and the frequency f2 "outside" the range -Th3<ΔVn<+Th3. good too.

ステップS54では、CPU10aは、極板異常が発生したと判定した後、図5の処理に復帰(リターン)する。例えば、極板異常が発生している場合、図10に示すように、所定の範囲(図10では-2~+2の範囲)内に収まるデータ数としての度数fが所定の閾値Th4未満となるので、その場合には極板異常が発生したと判定して、図5の処理に復帰する。 In step S54, the CPU 10a returns to the process of FIG. 5 after determining that the electrode plate abnormality has occurred. For example, when an electrode plate abnormality occurs, as shown in FIG. 10, the frequency f as the number of data falling within a predetermined range (the range of −2 to +2 in FIG. 10) is less than a predetermined threshold value Th4. Therefore, in such a case, it is determined that the electrode plate abnormality has occurred, and the processing of FIG. 5 is resumed.

また、検出の遅れや検出漏れを改善する他の実施形態としては、VFn(n,In)とVnの差分値の標準偏差が所定の閾値以上となったか否かによって極板異常を検出する方法がある。より詳細には、VFn(n,In)とVnの差分値をxとし、xの平均値をxavとするとき、標準偏差sは以下の式(11)で求めることができる。 Further, as another embodiment for improving detection delays and detection omissions, a method of detecting an electrode plate abnormality based on whether or not the standard deviation of the difference value between VFn(n, In) and Vn is greater than or equal to a predetermined threshold. There is More specifically, when the difference value between VFn(n, In) and Vn is xi , and the average value of xi is xav , the standard deviation s can be obtained by the following equation (11).

Figure 0007306932000011


・・・(11)
Figure 0007306932000011


(11)

このようにして求めた標準偏差sが所定の閾値以上の場合には極板異常が生じていると判定するようにしてもよい。 If the standard deviation s obtained in this manner is equal to or greater than a predetermined threshold value, it may be determined that an electrode plate abnormality has occurred.

また、検出の遅れや検出漏れを改善する他の実施形態としては、最適化された数式モデルの係数が健常な充電可能電池14が取り得る値の範囲を超えるか否かによって極板異常を検出する方法がある。例えば、式(1)の数式モデルを例に挙げると、係数A1~A5が時間の経過に応じて変化する電圧を表現する数式モデルの係数であり、A6が電流の影響を表現する数式モデルの係数である。さらに詳細には、A1,A2は時間経過による電圧の変化量に対応し、A3,A4は変化速度に対応し、A5はベースとなる絶対電圧に対応する。また、A6の電流の影響に関する係数は充電可能電池14の内部抵抗に対応する。 In addition, as another embodiment for improving detection delays and detection omissions, the electrode plate abnormality is detected depending on whether the coefficient of the optimized mathematical model exceeds the range of values that the healthy rechargeable battery 14 can take. There is a way. For example, taking the mathematical model of formula (1) as an example, the coefficients A1 to A5 are the coefficients of the mathematical model expressing voltage that changes over time, and A6 is the coefficient of the mathematical model expressing the effect of current. is the coefficient. More specifically, A1 and A2 correspond to the amount of voltage change over time, A3 and A4 correspond to the rate of change, and A5 corresponds to the base absolute voltage. Also, the factor for current influence of A6 corresponds to the internal resistance of the rechargeable battery 14 .

これらは当然ながら健常な状態(極板異常が生じていない状態)を想定した数式モデルであり、正常な電圧、および、電流の観測値に対して係数の最適化を行った場合、充電可能電池14の状態を反映した正常な範囲内の値となる。それに対して、極板異常を生じたり、極板異常に起因する電圧変動が生じたりしている場合、電圧および電流の観測値に対して係数の最適化を行うと、極板異常に起因する電圧変動の影響を受け、正常な範囲から外れた係数となる。これを利用することにより、充電可能電池14の極板異常の発生を検出することができる。 These are, of course, mathematical models assuming a healthy state (a state in which no electrode plate abnormality has occurred). It is a value within the normal range that reflects the 14 conditions. On the other hand, when the electrode plate abnormality occurs or the voltage fluctuation caused by the electrode plate abnormality occurs, if the coefficients are optimized for the observed voltage and current values, Affected by voltage fluctuations, the coefficient is outside the normal range. By utilizing this, it is possible to detect the occurrence of electrode plate abnormality of the rechargeable battery 14 .

図12は健常な充電可能電池14の係数A1~A6の最適化の過程を示し、また、図14(A)は最適化された係数A1~A6のそれぞれの値を示している。なお、図12において丸は充電可能電池14の実測した電圧を示し、菱形は数式モデルの計算値を示す。 FIG. 12 shows the process of optimizing the coefficients A1-A6 for a healthy rechargeable battery 14, and FIG. 14(A) shows the respective values of the optimized coefficients A1-A6. In FIG. 12, the circles indicate the actually measured voltage of the rechargeable battery 14, and the diamonds indicate the calculated values of the mathematical model.

また、図13は極板異常が生じた充電可能電池14の係数A1~A6の最適化の過程を示し、また、図14(B)は最適化された係数A1~A6のそれぞれの値を示している。図13において丸は充電可能電池14の実測した電圧を示し、菱形は数式モデルの計算値を示す。図14(A)および図14(B)の比較から、図14(B)のハッチングが施されている係数(A1~A3,A5)が大きく異なっている。このため、図6の最適化処理によって係数A1~A6を最適化した後、正常時において最適化された係数A1~A6の少なくとも1つと比較して、所定の閾値以上係数の値が異なる場合には、極板異常が発生したと判定するようにしてもよい。 Also, FIG. 13 shows the process of optimizing the coefficients A1 to A6 of the rechargeable battery 14 with the abnormal plate, and FIG. 14(B) shows the values of the optimized coefficients A1 to A6. ing. In FIG. 13, the circles indicate the measured voltage of the rechargeable battery 14, and the rhombuses indicate the calculated values of the mathematical model. From the comparison of FIGS. 14A and 14B, the hatched coefficients (A1 to A3, A5) in FIG. 14B are significantly different. Therefore, after optimizing the coefficients A1 to A6 by the optimization processing of FIG. may determine that an electrode plate abnormality has occurred.

図15は、係数A1~A6に基づく異常判定処理の一例を示すフローチャートである。図15に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。 FIG. 15 is a flowchart showing an example of abnormality determination processing based on coefficients A1 to A6. When the process of the flowchart shown in FIG. 15 is started, the following steps are executed.

ステップS70は、CPU10aは、前回の最適化処理(正常時における最適化処理)によって得られた係数A1~A6を取得する処理を実行する。より詳細には、CPU10aは、前回の最適化処理によって得られ、RAM10cに格納されている係数A1~A6を取得する。 In step S70, the CPU 10a executes a process of obtaining the coefficients A1 to A6 obtained by the previous optimization process (optimization process in the normal state). More specifically, the CPU 10a obtains the coefficients A1 to A6 obtained by the previous optimization process and stored in the RAM 10c.

ステップS71は、CPU10aは、今回の最適化処理によって得られた係数A1~A6を取得する処理を実行する。より詳細には、CPU10aは、今回の最適化処理によって得られ、RAM10cに格納されている係数A1~A6を取得する。 In step S71, the CPU 10a executes a process of obtaining the coefficients A1 to A6 obtained by the optimization process of this time. More specifically, the CPU 10a obtains the coefficients A1 to A6 obtained by the current optimization process and stored in the RAM 10c.

ステップS72では、CPU10aは、前回の最適化処理によって得られた係数A1~A6のそれぞれと、今回の最適化処理によって得られた係数A1~A6のそれぞれとを比較する。 In step S72, the CPU 10a compares the coefficients A1 to A6 obtained by the previous optimization process with the coefficients A1 to A6 obtained by the current optimization process.

ステップS73では、CPU10aは、ステップS72における比較結果により、所定値以上異なる係数が、例えば、複数存在するか否かを判定し、複数存在すると判定した場合(ステップS73:Y)にはステップS74に進み、それ以外の場合(ステップS73:N)には図5の処理に復帰(リターン)する。なお、複数ではなく、1つ存在する場合であって、所定の閾値以上解離している場合にYと判定するようにしてもよい。 In step S73, the CPU 10a determines whether there are, for example, a plurality of coefficients that differ by a predetermined value or more based on the comparison result in step S72. Otherwise (step S73: N), the process returns to the process of FIG. Note that Y may be determined when there is one dissociation, not a plurality, and the dissociation is equal to or greater than a predetermined threshold.

ステップS74では、CPU10aは、極板異常が発生したと判定した後、図5の処理に復帰(リターン)する。例えば、極板異常が発生している場合、図14に示すように、複数の係数が所定の値以上異なる場合には、極板異常が発生したと判定して、図5の処理に復帰する。 In step S74, the CPU 10a returns to the process of FIG. 5 after determining that the electrode plate abnormality has occurred. For example, when an electrode plate abnormality occurs, as shown in FIG. 14, if a plurality of coefficients differ by a predetermined value or more, it is determined that an electrode plate abnormality has occurred, and the process returns to FIG. .

なお、図15の処理では、正常時の係数A1~A6の実測値と、今回の係数A1~A6の実測値との比較によって異常の有無を判定するようにしたが、正常時の係数A1~A6の実測値ではなく、予め測定してROM10bに格納している典型的な係数A1~A6の値を用いるようにしてもよい。また、係数A1~A6のそれぞれの差分値に対して、所定の重み付けをして加算して得た値が所定の閾値以上になった場合に、極板異常と判定するようにしてもよい。 In the process of FIG. 15, the presence or absence of an abnormality is determined by comparing the actual measured values of the coefficients A1 to A6 in the normal state with the actual measured values of the coefficients A1 to A6 this time. Typical values of coefficients A1 to A6 that are measured in advance and stored in the ROM 10b may be used instead of the actually measured values of A6. Further, if the value obtained by adding the difference values of the coefficients A1 to A6 with predetermined weighting is equal to or greater than a predetermined threshold value, it may be determined that the electrode plate is abnormal.

また、以上の実施形態では、図16(A)に示すように、極板異常の判定は、所定の時間窓(例えば、1時間の窓)を区切りとして実行するようにした。しかしながら、例えば、図16(B)に示すように、時間窓同士の一部が相互に重畳するように設定し、それぞれの時間窓において極板異常を判定するようにしてもよい。なお、図16では、視認性を高めるために、隣接する時間窓を実線と破線で示している。また、図16(C)に示すように、相互に重畳しない時間窓を設定し、例えば、複数(例えば、隣接する2つ)の時間窓において最適化処理によって得られた結果に基づいて、極板異常を判定するようにしてもよい。より詳細には、複数の時間窓のそれぞれにおいて最適化された係数A1~A6を比較することで極板異常を判定するようにしたり、VFn(n,In)とVnの差分値の時間的な変化に基づいて極板異常を判定するようにしたりしてもよい。さらに、図16(A)に示す例では、複数の時間窓を設けるようにしたが、1つの時間窓を設けるようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 16A, the determination of the electrode plate abnormality is performed with a predetermined time window (for example, a one-hour window) as a delimiter. However, for example, as shown in FIG. 16B, the time windows may be set so that part of the time windows overlap each other, and the electrode plate abnormality may be determined in each time window. Note that, in FIG. 16, adjacent time windows are indicated by a solid line and a broken line in order to improve visibility. Further, as shown in FIG. 16C, time windows that do not overlap each other are set, and, for example, based on the results obtained by optimization processing in a plurality of (for example, two adjacent) time windows, the maximum A board abnormality may be determined. More specifically, the optimized coefficients A1 to A6 are compared in each of a plurality of time windows to determine the plate abnormality, or the difference value between VFn (n, In) and Vn is temporally determined. An abnormality of the electrode plate may be determined based on the change. Furthermore, although a plurality of time windows are provided in the example shown in FIG. 16A, one time window may be provided.

以上は、エンジン17の停止後に、充電可能電池14に電流が略流れていない状態を想定した数式モデルを用いる実施形態であるが、電流が流れている状態を表現する数式モデルを用いるようにしてもよい。例えば、特許第4532416号で開示されている数式モデルを用いることができる。この数式モデルは、図17(A)に示すように、抵抗を表す9種類の素子定数RΩ,Ra1,Ra2,Ra3,Ra4,Ra5,Rb1,Rb2,Rb3と、コンデンサを表す8種類の素子定数Ca1,Ca2,Ca3,Ca4,Ca5,Cb1,Cb2,Cb3を有する、充電可能電池14の等価回路モデルである。このような等価回路モデルを最適化する方法として、図1に示す放電回路15によって、充電可能電池14を、例えば、パルス放電させ、放電中の電圧および電流に基づいて、例えば、最小二乗法、拡張カルマンフィルタ、または、ニューラルネットワーク等を用いることで、素子定数を最適化する。そして、健常な状態における充電可能電池14の素子定数と比較することで、極板異常を検出することができる。なお、比較方法としては、前述した場合と同様に、放電回路15による放電の際の電圧または電流の値と、等価回路モデルによって得られる電圧または電流の値を比較したり、健常な場合の素子定数と比較したりすることで、極板異常の発生を検出することができる。また、放電回路15によってパルス放電させるのではなく、負荷19またはスタータモータ18等に電流が流れている場合に、電圧と電流を測定し、図17(A)等に示す等価回路を構成する素子を最適化するようにしてもよい。 The above is an embodiment using a mathematical model assuming a state in which substantially no current flows through the rechargeable battery 14 after the engine 17 has stopped. good too. For example, the mathematical model disclosed in Japanese Patent No. 4532416 can be used. As shown in FIG. 17A, this mathematical model includes nine element constants RΩ, Ra1, Ra2, Ra3, Ra4, Ra5, Rb1, Rb2, and Rb3 representing resistors, and eight element constants representing capacitors. 1 is an equivalent circuit model of rechargeable battery 14 having Ca1, Ca2, Ca3, Ca4, Ca5, Cb1, Cb2, Cb3. As a method of optimizing such an equivalent circuit model, the rechargeable battery 14 is, for example, pulse discharged by the discharge circuit 15 shown in FIG. Element constants are optimized by using an extended Kalman filter, a neural network, or the like. Then, by comparing the element constants of the rechargeable battery 14 in a healthy state, it is possible to detect an abnormal electrode plate. As a comparison method, as in the case described above, the value of the voltage or current during discharge by the discharge circuit 15 is compared with the value of the voltage or current obtained by the equivalent circuit model. By comparing with a constant, occurrence of electrode plate abnormality can be detected. In addition, instead of causing pulse discharge by the discharge circuit 15, when current is flowing through the load 19 or the starter motor 18, the voltage and current are measured, and the elements constituting the equivalent circuit shown in FIG. may be optimized.

図17(A)に示す等価回路は一例であって、これ以外の等価回路を用いるようにしてもよい。例えば、図17(B)に示すように、RΩ,Ra1,Ca1からなる等価回路を用いるようにしてもよい。あるいは、図17(C)に示すように、RΩ,Ra1だけからなる等価回路を用いるようにしてもよい。あるいは、図17(A)~図17(C)に示す等価回路の少なくとも1の素子を用いるようにしてもよい。さらに、等価回路に応じて、数式モデルを変更することが望ましい。 The equivalent circuit shown in FIG. 17A is an example, and other equivalent circuits may be used. For example, as shown in FIG. 17B, an equivalent circuit composed of RΩ, Ra1, and Ca1 may be used. Alternatively, as shown in FIG. 17(C), an equivalent circuit consisting only of RΩ and Ra1 may be used. Alternatively, at least one element of the equivalent circuits shown in FIGS. 17A to 17C may be used. Furthermore, it is desirable to change the mathematical model according to the equivalent circuit.

また、エンジン17が停止中と動作中のそれぞれで異なる数式モデルを使用し、それぞれの数式モデルに基づいて極板異常を判定するようにしてもよい。例えば、エンジン17が停止中(充電可能電池14が充電されていない場合)は前述した式(1)に基づいて判定し、エンジン17が動作中(充電可能電池14が充電されている場合)は前述した特許第4532416号の数式モデルに基づいて極板異常を判定するようにしてもよい。 Alternatively, different mathematical models may be used when the engine 17 is stopped and when it is in operation, and the electrode plate abnormality may be determined based on each mathematical model. For example, when the engine 17 is stopped (when the rechargeable battery 14 is not charged), the determination is based on the above-described formula (1), and when the engine 17 is operating (when the rechargeable battery 14 is charged), The electrode plate abnormality may be determined based on the mathematical model of Japanese Patent No. 4532416 mentioned above.

なお、図1の例では、制御部10が充放電の制御を行うようにしたが、図示しないECUが制御部10からSOCまたはOCV等のデータを受信し、これらの値に基づいてECUが制御するようにしてもよい。 In the example of FIG. 1, the control unit 10 controls charging and discharging, but an ECU (not shown) receives data such as SOC or OCV from the control unit 10, and the ECU controls based on these values. You may make it

また、以上の実施形態では、温度による影響については説明していないが、温度検出部13によって検出される温度も考慮して、電圧を測定するようにしてもよい。例えば、測定された電圧を標準温度における電圧に補正し、補正の結果得られた電圧に基づいて、電圧を計算するようにしてもよい。 Further, although the above embodiment does not describe the influence of temperature, the temperature detected by the temperature detection unit 13 may also be taken into consideration when measuring the voltage. For example, the measured voltage may be corrected to the voltage at the standard temperature, and the voltage may be calculated based on the voltage obtained as a result of the correction.

また、以上の実施形態では、充電可能電池状態検出装置1が放電回路15および温度検出部13を有する形態を示したが、放電回路15および温度検出部13を備えない構成としてもよい。 In the above embodiment, the rechargeable battery state detection device 1 has the discharge circuit 15 and the temperature detection section 13, but the discharge circuit 15 and the temperature detection section 13 may be omitted.

また、図5、図6、図7、図11、図15に示すフローチャートは一例であって、本発明がこれらのフローチャートの処理のみに限定されるものではない。 Also, the flowcharts shown in FIGS. 5, 6, 7, 11, and 15 are examples, and the present invention is not limited to the processing of these flowcharts.

1 充電可能電池状態検出装置
10 制御部
10a CPU
10b ROM
10c RAM
10d 通信部
10e I/F
11 電圧検出部
12 電流検出部
13 温度検出部
14 充電可能電池
15 放電回路
16 オルタネータ
17 エンジン
18 スタータモータ
19 負荷
1 Rechargeable Battery State Detector 10 Control Unit 10a CPU
10b ROM
10c RAM
10d communication unit 10e I/F
REFERENCE SIGNS LIST 11 voltage detector 12 current detector 13 temperature detector 14 rechargeable battery 15 discharge circuit 16 alternator 17 engine 18 starter motor 19 load

Claims (14)

充電可能電池の状態を検出する充電可能電池状態検出装置において、
電圧検出部から出力される信号に基づいて前記充電可能電池の電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された電圧値に基づいて、前記充電可能電池の内部の状態を示す所定の数式モデルの係数を調整することで最適化する最適化手段と、
前記最適化手段によって前記係数が調整された前記数式モデルによって算出される値または前記係数の値に基づいて前記充電可能電池の電解液内に存在する極板の極板異常の有無を判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果を出力する出力手段と、
を有し、
前記数式モデルは、前記充電可能電池の時間経過に伴う電圧変化を示す項を含むとともに、前記充電可能電池に対する充放電が停止された後の電圧変化を示すことを特徴とする充電可能電池状態検出装置。
In a rechargeable battery state detection device that detects the state of a rechargeable battery,
detection means for detecting the voltage of the rechargeable battery based on the signal output from the voltage detection section;
optimization means for optimizing by adjusting coefficients of a predetermined mathematical model representing the internal state of the rechargeable battery based on the voltage value detected by the detection means;
Judgment for determining whether or not an electrode plate abnormality exists in the electrolyte of the rechargeable battery based on the value calculated by the mathematical model in which the coefficient is adjusted by the optimization means or the value of the coefficient means and
an output means for outputting a determination result by the determination means;
has
Detecting the state of a rechargeable battery, wherein the mathematical expression model includes a term indicating a voltage change over time of the rechargeable battery and indicates a voltage change after charging/discharging of the rechargeable battery is stopped. Device.
前記極板異常は、前記充電可能電池の電気的特性が不連続に変化する異常であることを特徴とする請求項1に記載の充電可能電池状態検出装置。 2. The rechargeable battery state detection device according to claim 1, wherein the electrode plate abnormality is an abnormality in which electrical characteristics of the rechargeable battery change discontinuously. 前記極板異常は、前記極板の一部の領域における短絡であることを特徴とする請求項2に記載の充電可能電池状態検出装置。 3. The rechargeable battery condition detecting device according to claim 2, wherein the plate abnormality is a short circuit in a partial area of the plate. 前記数式モデルは、前記充電可能電池の電流の変化に伴う電圧変化を示す項を含むことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の充電可能電池状態検出装置。 4. The rechargeable battery state detection device according to claim 1, wherein the mathematical model includes a term indicating a voltage change accompanying a change in current of the rechargeable battery. 前記充電可能電池に対する充放電が停止された後の電圧変化を示す前記数式モデルは、
前記充電可能電池の電圧値を算出する、1または複数の項を有する指数減衰関数または反比例関数であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の充電可能電池状態検出装置。
The mathematical model representing a voltage change after charging and discharging of the rechargeable battery is stopped,
5. The rechargeable battery state detection device according to any one of claims 1 to 4, characterized by being an exponential decay function or an inverse proportional function having one or more terms for calculating the voltage value of the rechargeable battery. .
前記判定手段は、異なる2以上の時間において、前記数式モデルによって算出される値と、前記充電可能電池の電圧の実測値とに基づいて前記極板異常の有無を判定することを特徴とする請求項1に記載の充電可能電池状態検出装置。 The determination means determines the presence or absence of the electrode plate abnormality based on the value calculated by the mathematical model and the actual measurement value of the voltage of the rechargeable battery at two or more different times. Item 2. The rechargeable battery state detection device according to item 1. 前記判定手段は、異なる2以上の時間において、前記数式モデルによって算出される値と前記充電可能電池の電圧の実測値との差分値のそれぞれが所定の閾値以上となるか、または、前記差分値の和、もしくは、前記差分値の平方和が所定の閾値以上となる場合には、前記極板異常と判定することを特徴とする請求項に記載の充電可能電池状態検出装置。 The determination means determines whether each of the difference values between the value calculated by the mathematical model and the actual measurement value of the voltage of the rechargeable battery is equal to or greater than a predetermined threshold at two or more different times, or the difference value or the sum of squares of the difference values is greater than or equal to a predetermined threshold value, it is determined that the electrode plate is abnormal. 前記判定手段は、前記数式モデルによって算出される値と前記充電可能電池の電圧の実測値との差分値が所定の範囲外となる度数または度数率が所定の閾値以上となる場合には、前記極板異常と判定することを特徴とする請求項に記載の充電可能電池状態検出装置。 When the frequency or the frequency rate of the difference between the value calculated by the mathematical model and the measured voltage of the rechargeable battery is outside a predetermined range is equal to or greater than a predetermined threshold, the determination means 7. The rechargeable battery state detection device according to claim 6 , wherein the state detection device determines that the electrode plate is abnormal. 前記判定手段は、前記数式モデルによって算出される値と前記充電可能電池の電圧の実測値との差分値の標準偏差が所定の閾値以上となる場合には、前記極板異常と判定することを特徴とする請求項に記載の充電可能電池状態検出装置。 The determining means determines that the electrode plate is abnormal when the standard deviation of the difference between the value calculated by the mathematical model and the measured voltage of the rechargeable battery is equal to or greater than a predetermined threshold. 7. The rechargeable battery condition detection device according to claim 6 . 前記判定手段は、前記数式モデルによって算出される値と前記充電可能電池の電圧の実測値との差分値の分布のピークが複数存在する場合には、前記極板異常と判定することを特徴とする請求項に記載の充電可能電池状態検出装置。 The determining means determines that the electrode plate is abnormal when a plurality of peaks exist in the distribution of difference values between the value calculated by the mathematical model and the measured voltage value of the rechargeable battery. 7. The rechargeable battery condition detection device according to claim 6 . 前記判定手段は、前記最適化手段によって最適化された前記数式モデルの少なくとも1つの係数に基づいて前記極板異常と判定することを特徴とする請求項1に記載の充電可能電池状態検出装置。 2. The rechargeable battery state detection device according to claim 1, wherein said determination means determines said plate abnormality based on at least one coefficient of said mathematical model optimized by said optimization means. 前記判定手段は、前記最適化手段によって最適化された前記数式モデルの少なくとも1つの係数と、過去において最適化された際における係数と、が所定の閾値以上異なっている場合には、前記極板異常と判定することを特徴とする請求項11に記載の充電可能電池状態検出装置。 If at least one coefficient of the mathematical model optimized by the optimizing means differs from a coefficient optimized in the past by a predetermined threshold or more, the determination means determines that the electrode plate 12. The rechargeable battery state detection device according to claim 11 , characterized in that it determines that there is an abnormality. 前記充電可能電池は、車両に搭載され、
前記出力手段は、前記判定手段による判定結果を車両に搭載される上位の制御装置に通知し、
通知を受けた前記制御装置は、判定結果に基づきユーザに対して警告を発し、および/または、アイドリング時にエンジンを停止するアイドリングストップの実行を保留することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の充電可能電池状態検出装置。
The rechargeable battery is mounted on a vehicle,
The output means notifies a higher control device mounted on the vehicle of the determination result by the determination means,
13. Any one of claims 1 to 12 , wherein the control device that has received the notification issues a warning to the user based on the determination result and/or suspends execution of an idling stop that stops the engine during idling. 1. A rechargeable battery state detection device according to claim 1.
充電可能電池の状態を検出する充電可能電池状態検出方法において、
電圧検出部から出力される信号に基づいて前記充電可能電池の電圧を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出された電圧値に基づいて、前記充電可能電池の内部の状態を示す所定の数式モデルの係数を調整することで最適化する最適化ステップと、
前記最適化ステップにおいて前記係数が調整された前記数式モデルによって算出される値または前記係数の値に基づいて前記充電可能電池の電解液内に存在する極板の極板異常の有無を判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおける判定結果を出力する出力ステップと、
を有し、
前記数式モデルは、前記充電可能電池の時間経過に伴う電圧変化を示す項を含むとともに、前記充電可能電池に対する充放電が停止された後の電圧変化を示すことを特徴とする充電可能電池状態検出方法。
In a rechargeable battery state detection method for detecting a state of a rechargeable battery,
a detection step of detecting the voltage of the rechargeable battery based on a signal output from a voltage detection unit;
an optimization step of optimizing by adjusting coefficients of a predetermined mathematical model representing the internal state of the rechargeable battery based on the voltage value detected in the detection step;
Determining whether or not there is an electrode plate abnormality in the electrolyte of the rechargeable battery based on the value calculated by the mathematical model in which the coefficient is adjusted in the optimization step or the value of the coefficient a step;
an output step of outputting the determination result in the determination step;
has
Detecting the state of a rechargeable battery, wherein the mathematical expression model includes a term indicating a voltage change over time of the rechargeable battery and indicates a voltage change after charging/discharging of the rechargeable battery is stopped. Method.
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