JP7392364B2 - Estimation device, estimation method and computer program - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電素子の形状変化を推定する推定装置、推定方法、及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to an estimation device, an estimation method, and a computer program for estimating a change in shape of a power storage element.
電気エネルギーを蓄積し、必要な時に動力源としてエネルギーを供給できる蓄電素子が利用されている。蓄電素子は、携帯機器、電源装置、自動車や鉄道を含む輸送機器、航空・宇宙・建設用を含む産業用機器等に適用されている。
リチウムイオン二次電池等の蓄電素子(以下、電池という)は、充放電が繰り返されることで徐々に劣化する。この劣化の一つに、電池内部でのガスの発生による内圧の上昇、電極群の膨張等に基づく、エレメントを収容したケースの厚みの増加がある。
Electric storage elements are used that can store electrical energy and supply energy as a power source when needed. Energy storage elements are applied to mobile devices, power supplies, transportation equipment including automobiles and railways, and industrial equipment including aviation, space, and construction equipment.
A power storage element (hereinafter referred to as a battery) such as a lithium ion secondary battery gradually deteriorates due to repeated charging and discharging. One of these deteriorations is an increase in the thickness of the case housing the element due to an increase in internal pressure due to gas generation inside the battery, expansion of the electrode group, and the like.
電池を複数直列に接続して電池モジュールを構成し、機器に搭載することが多い。ケースの厚み増加量を考慮し、最適の電池モジュールの設計を行うことは、コスト、電池性能の観点から重要であり、電池モジュールを搭載する機器の設計においても重要な課題である。即ち電池の性能を最大限に引き出すように電池モジュールの設計を行い、また、電池モジュールを搭載する機器に対しモデルベース開発を適用するために、電池の形状変化を精度良く予測することが必要である。 Multiple batteries are connected in series to form a battery module, which is often installed in equipment. Designing an optimal battery module while taking into account the amount of increase in case thickness is important from the viewpoint of cost and battery performance, and is also an important issue in the design of equipment equipped with battery modules. In other words, in order to design battery modules to maximize battery performance and to apply model-based development to devices equipped with battery modules, it is necessary to accurately predict changes in battery shape. be.
特許文献1には、二次電池の状態を履歴として記憶し、記憶した履歴に基づいて電池ケース内でのガス発生量に相関した係数を取得し、取得した係数と履歴とから二次電池の劣化量を算出する、二次電池の制御装置の発明が開示されている。 In Patent Document 1, the state of the secondary battery is stored as a history, a coefficient correlated to the amount of gas generated within the battery case is acquired based on the stored history, and the state of the secondary battery is determined from the acquired coefficient and the history. An invention of a control device for a secondary battery that calculates the amount of deterioration is disclosed.
特許文献1等の従来の方法では、電池の厚み増加量の推定の精度が不十分であった。SOC(State Of Charge)の変動パターンが複雑である場合を含め、推定の精度の向上が望まれている。 Conventional methods such as those disclosed in Patent Document 1 have insufficient accuracy in estimating the amount of increase in battery thickness. It is desired to improve the accuracy of estimation, including when the variation pattern of SOC (State of Charge) is complex.
本発明の目的は、蓄電素子の形状変化を精度良く推定することが可能な推定装置、推定方法、及びコンピュータプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an estimation device, an estimation method, and a computer program that can accurately estimate a change in shape of a power storage element.
本発明の一態様に係る推定装置は、蓄電素子におけるSOCの時系列データを取得する取得部と、前記時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOC代表値とを特定する特定部と、特定した前記変動幅及び前記SOC代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する推定部とを備える。 An estimation device according to one aspect of the present invention includes an acquisition unit that acquires time-series data of SOC in a power storage element, a fluctuation range of the SOC in the time-series data, and an SOC representative value representing an SOC region in the fluctuation range. and an estimation section that estimates a change in shape of the power storage element based on the specified variation range and the SOC representative value.
本発明の一態様に係る推定方法は、蓄電素子におけるSOCの時系列データを取得し、 前記時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOCの代表値とを特定し、特定した前記変動幅及び前記代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する。 An estimation method according to one aspect of the present invention includes acquiring time-series data of SOC in a power storage element, and calculating a fluctuation range of the SOC in the time-series data and a representative value of the SOC representing an SOC region in the fluctuation range. A change in shape of the power storage element is estimated based on the specified variation range and the representative value.
本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、蓄電素子におけるSOCの時系列データを取得し、前記時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOCの代表値とを特定し、特定した前記変動幅及び前記代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する処理をコンピュータに実行させる。 A computer program according to one aspect of the present invention acquires time-series data of SOC in a power storage element, and calculates a fluctuation range of the SOC in the time-series data and a representative value of the SOC representing an SOC region in the fluctuation range. A computer is caused to perform a process of estimating a change in shape of the power storage element based on the specified fluctuation range and the representative value.
本発明においては、蓄電素子の劣化を精度良く推定することができる。 In the present invention, deterioration of the power storage element can be estimated with high accuracy.
(実施形態の概要)
実施形態に係る推定装置は、蓄電素子におけるSOCの時系列データを取得する取得部と、前記時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOC代表値とを特定する特定部と、特定した前記変動幅及び前記SOC代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する推定部とを備える。
(Summary of embodiment)
An estimation device according to an embodiment includes an acquisition unit that acquires time-series data of SOC in a power storage element, a fluctuation range of the SOC in the time-series data, and a representative SOC value representing an SOC region in the fluctuation range. and an estimation section that estimates a shape change of the power storage element based on the specified variation range and the SOC representative value.
後述するように、本発明者等は、SOCの変動幅が同一であっても、この変動幅における領SOC域を代表するSOC代表値、例えば中心のSOCが異なると、蓄電素子の厚み増加量が大きく異なることを見出した。SOC代表値が同一であっても、SOCの変動幅が異なると、蓄電素子の厚み増加量が大きく異なることを見出した。さらに、SOCの変動値及び代表値が同一であっても、蓄電素子の温度が異なると、蓄電素子の厚み増加量が異なることを見出した。即ち蓄電素子の形状変化を推定するに際し、蓄電素子が使用されたSOCの経路情報(SOC使用範囲)と、この経路の期間の温度代表値とを考慮する必要があることを見出した。SOC代表値としては、経路の期間のSOCの中心値以外に、平均のSOC、最頻値、最小値、及び最大値も挙げられる。温度代表値としては、変動幅の区間の平均値、最頻値、中央値等が挙げられる。
なお、蓄電素子の負荷パターン(使用パターン)等から蓄電素子の温度代表値が一定であると推定される場合は、該温度を温度代表値とすることができる。
As will be described later, the inventors have found that even if the SOC fluctuation range is the same, when the SOC representative value representing the SOC area in this fluctuation range, for example, the central SOC, differs, the amount of increase in the thickness of the power storage element changes. found that there was a big difference. It has been found that even if the SOC representative value is the same, if the SOC fluctuation range is different, the amount of increase in the thickness of the power storage element is significantly different. Furthermore, it has been found that even if the fluctuation value and representative value of the SOC are the same, the amount of increase in the thickness of the power storage element differs when the temperature of the power storage element differs. That is, it has been found that when estimating a change in the shape of a power storage element, it is necessary to consider the path information of the SOC in which the power storage element is used (SOC usage range) and the representative temperature value during the period of this path. In addition to the center value of the SOC during the route period, representative SOC values include the average SOC, the mode, the minimum value, and the maximum value. Examples of the temperature representative value include the average value, mode value, median value, etc. of the range of fluctuation.
Note that if the representative temperature value of the electrical storage element is estimated to be constant from the load pattern (usage pattern) of the electrical storage element, etc., the temperature can be used as the representative temperature value.
ここで、形状変化とは、電極体若しくはエレメントの膨れ等の変位量、電極体若しくはエレメントを収容するケース(密閉型、開放型のいずれでもよい)の変位量、外側に広がる力(反力)の変化、若しくは蓄電素子の少なくとも一面に印加されている圧力の変化、又はこれらの組み合わせをいう。
収容するケースとは、例えば角型ケースや円筒形ケース、パウチラミネートフィルム等が挙げられる。
蓄電素子が完全に拘束されている状態、フリーな状態、及びその中間の状態のいずれであっても、形状変化を推定できる。
Here, shape change refers to the amount of displacement such as swelling of the electrode body or element, the amount of displacement of the case (either closed or open type) that houses the electrode body or element, and the force (reaction force) that spreads outward. or a change in the pressure applied to at least one surface of the electricity storage element, or a combination thereof.
Examples of the housing case include a square case, a cylindrical case, and a pouch laminate film.
A shape change can be estimated whether the power storage element is in a completely restrained state, a free state, or an intermediate state.
上記構成によれば、特定した前記変動幅及び前記SOC代表値に基づいて蓄電素子の形状変化を推定し、即ちSOC使用範囲を加味して推定するので、SOCの変動パターンが複雑である場合を含め、推定の精度が良好である。
電池の形状変化を精度良く推定できるので、適切な電池モジュールの設計を行うことができる。
According to the above configuration, the shape change of the power storage element is estimated based on the specified fluctuation width and the SOC representative value, that is, the estimation is performed taking into account the SOC usage range, so that it is possible to estimate the shape change in the case where the SOC fluctuation pattern is complex. The accuracy of estimation is good.
Since changes in battery shape can be estimated with high accuracy, an appropriate battery module can be designed.
SOC代表値等の特定方法として、以下の4つの例が挙げられる。夫々特定の精度を上げるために指標(形状変化を推定する区間、閾値等の設定)が異なり、指標に応じて特定方法を使い分けることができる。
上述の推定装置において、第1特定方法として、前記特定部は、前記時系列データに基づいて、充電開始点と放電開始点とを取得し、取得した充電開始点と放電開始点とに基づいて、前記変動幅及び前記SOC代表値を特定してもよい。
The following four examples are given as methods for specifying the SOC representative value and the like. In order to improve the accuracy of identification, different indicators (settings of intervals, thresholds, etc. for estimating shape changes) are used, and different identification methods can be used depending on the indicators.
In the above estimation device, as a first identification method, the identification unit obtains a charging start point and a discharging start point based on the time series data, and based on the obtained charging start point and discharging start point. , the fluctuation range and the SOC representative value may be specified.
第1特定方法は、区間、閾値を設定する必要はない。
上記構成によれば、充電を開始し、放電を開始したタイミングで、SOCの変動幅及び代表値を容易に特定できる。充放電が不規則であり、SOCが複雑に変動する場合においても、良好に変動幅及び代表値を特定できる。
In the first identification method, there is no need to set an interval or a threshold value.
According to the above configuration, the fluctuation range and representative value of the SOC can be easily identified at the timing when charging is started and discharging is started. Even when charging and discharging are irregular and the SOC fluctuates in a complicated manner, the fluctuation range and representative value can be specified satisfactorily.
上述の推定装置において、第2特定方法として、前記特定部は、前記時系列データに基づいて、起点からSOCが閾値に達する都度、変動幅及びSOC代表値を算出し、前記起点から算出の時点まで算出した変動幅及びSOC代表値を特定してもよい。 In the above-mentioned estimation device, as a second identification method, the identification unit calculates a fluctuation width and a representative SOC value from the starting point each time the SOC reaches a threshold value based on the time series data, and calculates the fluctuation range and the SOC representative value from the starting point to the point of calculation. The fluctuation range and SOC representative value calculated up to the point may be specified.
第2特定方法は、閾値を設定する必要がある。
上記構成によれば、起点からSOCが閾値に達する都度、合算してSOCの変動幅を容易に特定でき、特定した変動幅におけるSOC代表値を特定する。充放電が不規則であり、SOCが複雑に変動する場合においても、良好に変動幅及びSOC代表値を特定できる。
The second identification method requires setting a threshold value.
According to the above configuration, each time the SOC reaches the threshold value from the starting point, the fluctuation range of the SOC can be easily identified by summing the SOC, and the SOC representative value in the identified fluctuation range is identified. Even when charging and discharging are irregular and the SOC fluctuates in a complicated manner, the range of fluctuation and the representative SOC value can be specified satisfactorily.
上述の推定装置において、第3特定方法として、前記特定部は、前記時系列データに基づいて、SOCの標準偏差及び平均値を算出し、算出した標準偏差及び平均値を前記変動幅及び前記SOC代表値として特定してもよい。 In the above estimation device, as a third identification method, the identification unit calculates the standard deviation and average value of the SOC based on the time series data, and uses the calculated standard deviation and average value as the fluctuation range and the SOC. It may be specified as a representative value.
第3特定方法は、区間を設定する必要がある。
上記構成によれば、統計処理により容易に変動幅及び代表値を特定できる。充放電が不規則であり、SOCが複雑に変動する場合においても、良好に変動幅及びSOC代表値を特定できる。
The third identification method requires setting a section.
According to the above configuration, the fluctuation range and the representative value can be easily specified by statistical processing. Even when charging and discharging are irregular and the SOC fluctuates in a complicated manner, the range of fluctuation and the representative SOC value can be specified satisfactorily.
上述の推定装置において、第4特定方法として、前記特定部は、前記時系列データにおける前記SOCの変動の波形を周波数成分に変換し、変換した周波数成分の振幅を前記変動幅、周波数をSOCの変動量として特定してもよい。 In the above estimation device, as a fourth identification method, the identification unit converts the waveform of the SOC fluctuation in the time series data into a frequency component, and sets the amplitude of the transformed frequency component to the fluctuation width and the frequency to the SOC. It may also be specified as a variation amount.
第4特定方法は、区間を設定する必要がある。ここで、SOCの変動量とは、積算したSOC変動量であり、サイクル数に対応する。
上記構成によれば、SOCの変動の波形を周波数成分に変換するので、変動が大きいが周期(変動時間)が長い波形、及び変動が小さいが周期が短い波形も検出することができる。変動が大きいが周期が長い波形は強度(スペクトル強度、フーリエ変換の場合は振幅スペクトル)が大きく、周波数が低い波形成分となる。変動が小さいが周期が短い波形は強度が小さく、周波数が高い波形成分となる。変動が大きくても周期が非常に長い場合、蓄電素子の形状変化は小さい。変動が小さくても周期が非常に短い場合、形状変化が大きい。蓄電素子の特性とユーザの使い方により、SOCの変動の波形は異なるが、上記の構成によれば、いずれの波形も検出して、良好に蓄電素子の形状変化を推定できる。
The fourth identification method requires setting an interval. Here, the SOC variation amount is the integrated SOC variation amount, and corresponds to the number of cycles.
According to the above configuration, since the waveform of the SOC fluctuation is converted into a frequency component, it is possible to detect a waveform with a large fluctuation but a long period (fluctuation time) and a waveform with a small fluctuation but a short period. A waveform with large fluctuations but a long period has a large intensity (spectral intensity, amplitude spectrum in the case of Fourier transform) and is a waveform component with a low frequency. A waveform with small fluctuations but a short period has a low intensity and a high frequency waveform component. Even if the fluctuation is large, if the period is very long, the change in the shape of the power storage element is small. Even if the fluctuation is small, if the period is very short, the shape change is large. Although the waveform of the SOC fluctuation differs depending on the characteristics of the power storage element and the user's usage, the above configuration can detect any waveform and accurately estimate the shape change of the power storage element.
上述の推定装置において、前記推定部は、変動幅、SOC代表値、及び膨張係数の関係を参照し、特定した前記変動幅及び前記SOC代表値に基づいて、膨張係数を特定し、特定した膨張係数と、SOCの変動量又は時間とに基づいて、前記形状変化を推定してもよい。 In the above-mentioned estimating device, the estimating unit refers to the relationship between the variation range, the SOC representative value, and the expansion coefficient, specifies the expansion coefficient based on the specified variation range and the SOC representative value, and calculates the specified expansion coefficient. The shape change may be estimated based on the coefficient and the amount of variation in SOC or time.
上記構成によれば、予め実験等により得られた変動幅、SOC代表値、及び膨張係数の関係を参照し、特定した変動幅、及びSOC代表値に基づき膨張係数を特定して、形状変化を推定するので、推定の精度が良好である。 According to the above configuration, the relationship between the fluctuation range, the SOC representative value, and the expansion coefficient obtained in advance through experiments is referenced, and the expansion coefficient is specified based on the specified fluctuation range and the SOC representative value, and the shape change is performed. Since it is estimated, the estimation accuracy is good.
上述の推定装置において、前記推定部は、前記変動幅、前記SOC代表値に基づいて、前記蓄電素子の通電時の形状変化を算出し、算出した形状変化に、前記蓄電素子の経時的な形状変化を加味して、形状変化を推定してもよい。 In the estimation device described above, the estimating unit calculates a shape change of the power storage element when energized based on the variation range and the SOC representative value, and adds a shape change over time to the calculated shape change. The shape change may be estimated by taking the change into account.
上記構成によれば、非通電時の経時的な形状変化を考慮して、精度良く蓄電素子の形状変化を推定できる。一例として、通電時の形状変化に経時的な形状変化を加算する。なた、通電時には通電時の形状変化のみを推定し、休止時には経時的な形状変化のみを推定してもよい。 According to the above configuration, it is possible to accurately estimate a change in shape of the power storage element by taking into consideration a change in shape over time during non-energization. As an example, a change in shape over time is added to a change in shape during energization. Alternatively, when energizing, only the change in shape during energization may be estimated, and when not, only the change in shape over time may be estimated.
上述の推定装置において、前記推定部が推定する形状変化に基づいて、前記蓄電素子の残寿命を予測する予測部をさらに備えてもよい。 The estimation device described above may further include a prediction unit that predicts the remaining life of the electricity storage element based on the shape change estimated by the estimation unit.
上記構成によれば、形状変化のグラフにおいて、形状変化が閾値を超える時期を寿命とし、残寿命を予測することができる。 According to the above configuration, in the shape change graph, the time when the shape change exceeds the threshold value is defined as the life span, and the remaining life can be predicted.
上述の推定装置において、前記形状変化は、前記蓄電素子の少なくとも一面に印加されている圧力に係る情報を含んでもよい。 In the estimation device described above, the shape change may include information regarding pressure applied to at least one surface of the electricity storage element.
上記構成によれば、圧力の変化により蓄電素子の形状変化を推定できる。例えば複数の蓄電素子を直列に接続して挟み込むエンドプレートの圧迫力を推定することで、電池モジュールの設計を良好に行うことができる。蓄電素子が拘束されていない場合、反力の変化、一面に印加されている圧力の変化を形状変化とすることができる。 According to the above configuration, it is possible to estimate a change in shape of the power storage element based on a change in pressure. For example, by estimating the compressive force of end plates that connect and sandwich a plurality of power storage elements in series, a battery module can be designed well. When the electricity storage element is not restrained, a change in reaction force or a change in pressure applied to one surface can be considered as a change in shape.
上述の推定装置において、前記取得部は、前記SOC領域に対応する区間の前記蓄電素子の温度を取得し、前記特定部は、前記区間の温度を代表する温度代表値を特定し、前記推定部は、前記温度代表値に基づいて、前記形状変化を推定してもよい。 In the above estimation device, the acquisition unit acquires the temperature of the electricity storage element in the section corresponding to the SOC region, the identification unit identifies a temperature representative value representing the temperature of the interval, and the estimation unit may estimate the shape change based on the temperature representative value.
上述したように、SOCの変動値及びSOC代表値が同一であっても、蓄電素子の温度が異なると、蓄電素子の厚み増加量が異なる。
上記構成によれば、蓄電素子の温度代表値も加味して、良好に蓄電素子の形状変化を推定できる。
As described above, even if the SOC variation value and the SOC representative value are the same, if the temperature of the power storage element is different, the amount of increase in the thickness of the power storage element will be different.
According to the above configuration, the change in shape of the power storage element can be estimated satisfactorily by taking into consideration the temperature representative value of the power storage element.
実施形態に係る推定方法は、蓄電素子におけるSOCの時系列データを取得し、前記時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOCの代表値とを特定し、特定した前記変動幅及び前記代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する。 The estimation method according to the embodiment acquires time-series data of SOC in a power storage element, identifies a fluctuation range of the SOC in the time-series data, and a representative value of the SOC that represents the SOC region in the fluctuation range, A shape change of the power storage element is estimated based on the specified variation range and the representative value.
上記構成によれば、蓄電素子のSOC使用範囲を加味して推定するので、SOCの変動パターンが複雑である場合を含め、推定の精度が良好である。 According to the above configuration, since the estimation is performed taking into account the SOC usage range of the power storage element, the estimation accuracy is good even when the SOC fluctuation pattern is complicated.
実施形態に係るコンピュータプログラムは、蓄電素子におけるSOCの時系列データを取得し、前記時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOCの代表値とを特定し、特定した前記変動幅及び前記代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する処理をコンピュータに実行させる。 A computer program according to an embodiment acquires time-series data of SOC in a power storage element, identifies a fluctuation range of the SOC in the time-series data, and a representative value of the SOC representing an SOC region in the fluctuation range, A computer is caused to perform a process of estimating a change in shape of the power storage element based on the specified fluctuation range and the representative value.
上記構成によれば、蓄電素子のSOCの使用範囲を加味して推定するので、SOCの変動パターンが複雑である場合を含め、推定の精度が良好である。 According to the above configuration, since the SOC of the power storage element is estimated in consideration of the usage range, the estimation accuracy is good even when the SOC variation pattern is complicated.
実施形態に係るコンピュータプログラムは、蓄電素子におけるSOCの時系列データを推定し、推定した時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOCの代表値とを特定し、特定した前記変動幅及び前記代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する処理をコンピュータに実行させる。 A computer program according to an embodiment estimates time-series data of SOC in a power storage element, and specifies a fluctuation range of the SOC in the estimated time-series data and a representative value of SOC representing an SOC region in the fluctuation range. , causing a computer to execute a process of estimating a change in shape of the power storage element based on the specified fluctuation range and the representative value.
上記構成によれば、蓄電素子の使用方法を想定した時系列データに基づいてSOCの変動幅、SOC代表値を特定することで、所定期間経過した場合の蓄電素子の形状変化を予測できる。 According to the above configuration, by specifying the SOC fluctuation range and the SOC representative value based on time-series data based on the usage method of the power storage element, it is possible to predict the shape change of the power storage element after a predetermined period of time has elapsed.
上述のコンピュータプログラムにおいて、推定した形状変化に基づいて、前記蓄電素子を設計する処理をコンピュータに実行させてもよい。 In the above-mentioned computer program, the computer may execute a process of designing the electricity storage element based on the estimated shape change.
上記構成によれば、所定期間経過した場合の蓄電素子の形状変化を予測し、複数の蓄電素子間に配置するスペーサの形状、配置間隔、複数の蓄電素子を挟み込むエンドプレートの圧迫力等の設計を良好に行うことができる。従って、蓄電素子の性能を最大限に引き出し、電池モジュールの過度の大型化を回避でき、低コスト化を図ることができる。 According to the above configuration, the shape change of the power storage element after a predetermined period of time is predicted, and the shape and arrangement interval of the spacer placed between the plurality of power storage elements, the compressive force of the end plate that sandwiches the plurality of power storage elements, etc. are designed. can be performed well. Therefore, the performance of the power storage element can be maximized, excessive enlargement of the battery module can be avoided, and costs can be reduced.
以下、具体的に蓄電素子の形状変化の推定方法について説明する。
図1は、厚み増加量の時間変化を示すグラフである。横軸は時間(日)、縦軸は厚み増加量(%)である。厚み増加量は通電による厚み増加量と、非通電時の経時的厚み増加量との和により算出される。経時的厚み増加量は所定の係数を因子とする時間の関数で表され、通電による厚み増加量は、所定の係数を因子とする時間又は合計SOC(SOCの総変動量)の関数で表される。
Hereinafter, a method for estimating a change in shape of a power storage element will be specifically described.
FIG. 1 is a graph showing changes in thickness increase over time. The horizontal axis is time (days), and the vertical axis is thickness increase (%). The amount of increase in thickness is calculated by the sum of the amount of increase in thickness due to energization and the amount of increase in thickness over time when not energized. The amount of increase in thickness over time is expressed as a function of time with a predetermined coefficient as a factor, and the amount of increase in thickness due to energization is expressed as a function of time or total SOC (total variation in SOC) with a predetermined coefficient as a factor. Ru.
図2は、ΔSOC(SOC変動幅)は25%、充放電電流は同一であり、中心SOCを37.5%(○)、62.5%(△)、87.5%(□)に変えた場合の、時間と厚み増加量との関係を示すグラフである。横軸は時間(日)、縦軸は厚み増加量(%)である。厚み増加量は通電による厚み増加量と、非通電時の経時的厚み増加量との和である。 In Figure 2, the ΔSOC (SOC fluctuation range) is 25%, the charge/discharge current is the same, and the center SOC is changed to 37.5% (○), 62.5% (△), and 87.5% (□). It is a graph showing the relationship between time and the amount of increase in thickness when the thickness is increased. The horizontal axis is time (days), and the vertical axis is thickness increase (%). The amount of increase in thickness is the sum of the amount of increase in thickness due to energization and the amount of increase in thickness over time when not energized.
図3は、図2の合計厚み増加量から経時的厚み増加量を減じた場合の、時間と厚み増加量との関係を示すグラフである。横軸は時間(日)、縦軸は厚み増加量(%)である。
図2及び図3より、ΔSOCが同一であっても中心SOCが異なる場合、通電による厚み増加量が変化する。通電による厚み増加量は、中心SOCの大きさに応じて大きくなる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between time and the amount of increase in thickness when the amount of increase in thickness over time is subtracted from the total amount of increase in thickness shown in FIG. The horizontal axis is time (days), and the vertical axis is thickness increase (%).
From FIGS. 2 and 3, even if ΔSOC is the same, when the center SOC is different, the amount of increase in thickness due to energization changes. The amount of increase in thickness due to energization increases depending on the size of the center SOC.
図4は、中心SOCは60%、充放電電流は同一であり、ΔSOCを10%(○)、80%(△)に変えた場合の、合計SOCと厚み増加量との関係を示すグラフである。横軸は合計SOC(%)、縦軸は厚み増加量(%)である。厚み増加量は通電による厚み増加量と、非通電時の経時的厚み増加量との和である。 Figure 4 is a graph showing the relationship between the total SOC and the amount of thickness increase when the center SOC is 60%, the charge/discharge current is the same, and ΔSOC is changed to 10% (○) and 80% (△). be. The horizontal axis is the total SOC (%), and the vertical axis is the thickness increase (%). The amount of increase in thickness is the sum of the amount of increase in thickness due to energization and the amount of increase in thickness over time when not energized.
図5は、図4の合計厚み増加量から経時的厚み増加量を減じた場合の、時間と厚み増加量との関係を示すグラフである。横軸は合計SOC(%)、縦軸は厚み増加量(%)である。
図4及び図5より、中心SOCが同一であってもSOCの変動幅(ΔSOC)が異なる場合、通電による厚み増加量が変化することが分かる。通電による厚み増加量が、ΔSOCの変動の大きさに応じて大きくなる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between time and the amount of increase in thickness when the amount of increase in thickness over time is subtracted from the total amount of increase in thickness shown in FIG. The horizontal axis is the total SOC (%), and the vertical axis is the thickness increase (%).
From FIGS. 4 and 5, it can be seen that even if the center SOC is the same, when the SOC fluctuation range (ΔSOC) is different, the amount of increase in thickness due to energization changes. The amount of increase in thickness due to energization increases depending on the magnitude of the fluctuation in ΔSOC.
図6は、中心SOC及びΔSOCは同一であり、蓄電素子の温度が25℃(○)、45℃(△)である場合の、合計SOCと厚み増加量との関係を示すグラフである。横軸は合計SOC(%)、縦軸は厚み増加量(%)である。厚み増加量は合計厚み増加量から経時的厚み増加量を減じた、通電による厚み増加量を示す。
図6より、中心SOC及びΔSOCが同一であっても温度が異なる場合、通電による厚み増加量が変化することが分かる。通電による厚み増加量は、温度が高くなるのに従い、大きくなる。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the total SOC and the amount of increase in thickness when the center SOC and ΔSOC are the same and the temperature of the power storage element is 25° C. (○) and 45° C. (Δ). The horizontal axis is the total SOC (%), and the vertical axis is the thickness increase (%). The amount of increase in thickness indicates the amount of increase in thickness due to energization, which is obtained by subtracting the amount of increase in thickness over time from the total amount of increase in thickness.
From FIG. 6, it can be seen that even if the center SOC and ΔSOC are the same, when the temperature is different, the amount of increase in thickness due to energization changes. The amount of increase in thickness due to energization increases as the temperature increases.
以上より、厚み増加量は、合計SOC又は時間のみではなく、ΔSOC、中心SOC、及び温度を考慮して推定する必要があることが分かる。なお、充放電電流を変え、同一のSOCの変動範囲でサイクル試験を行った場合、通電電流によって、厚み増加の速度に差があることが実験により確認されている。即ち通電電流によっては、厚み増加量を求めるための係数の補正が必要である。 From the above, it can be seen that the amount of increase in thickness needs to be estimated in consideration of not only the total SOC or time, but also ΔSOC, center SOC, and temperature. It has been experimentally confirmed that when a cycle test is performed in the same SOC variation range by changing the charging/discharging current, there is a difference in the rate of increase in thickness depending on the applied current. That is, depending on the applied current, it is necessary to correct the coefficient for determining the amount of increase in thickness.
本願発明者は、ΔSOC、並びに変動幅におけるSOC領域の代表SOC、及び温度代表値に基づいて、蓄電素子の形状変化を推定する推定装置を開発した。蓄電素子の形状変化としては、厚み増加量、蓄電素子の少なくとも一面に印加されている圧力等が挙げられる。厚み増加量は、蓄電素子の長側面の中央部の厚み、又は両側の厚みの増加量をいう。代表SOCとしては、前記SOC領域の中心SOC、平均SOC、最低SOC、又は最高SOCが挙げられる。以下、厚み増加量は、蓄電素子の長側面の中央部の厚みとして説明する。 The inventor of the present application has developed an estimation device that estimates a change in shape of a power storage element based on ΔSOC, a representative SOC of an SOC region in a fluctuation range, and a representative temperature value. Examples of changes in the shape of the power storage element include the amount of increase in thickness, the pressure applied to at least one surface of the power storage element, and the like. The amount of increase in thickness refers to the amount of increase in the thickness of the central portion of the long side of the power storage element or the thickness of both sides. Examples of the representative SOC include the center SOC, average SOC, minimum SOC, and maximum SOC of the SOC area. Hereinafter, the amount of increase in thickness will be explained as the thickness at the center of the long side of the power storage element.
本実施形態に係る推定方法は、蓄電素子におけるSOCの時系列データを取得し、時系列データにおけるΔSOCと、ΔSOCにおけるSOC領域を代表する中心SOC等のSOC代表値及び温度代表値とを特定する。特定したΔSOC、SOC代表値、及び温度代表値に基づいて、蓄電素子の厚み増加量等の形状変化を推定する。 The estimation method according to the present embodiment acquires time-series data of SOC in a power storage element, and specifies ΔSOC in the time-series data, a representative SOC value such as a center SOC representing the SOC region in ΔSOC, and a representative temperature value. . Based on the specified ΔSOC, SOC representative value, and temperature representative value, a change in shape such as an increase in thickness of the electricity storage element is estimated.
(実施形態1)
以下、蓄電素子がリチウムイオン二次電池である場合を説明する。
図7は、実施形態1に係る充放電システム1及びサーバ9の構成を示すブロック図である。
充放電システム1は、電池モジュール3と、BMU(Battery Management Unit)4と、電圧センサ5と、電流センサ6と、制御装置7、温度センサ8とを備える。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a case where the electricity storage element is a lithium ion secondary battery will be described.
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the charging/discharging system 1 and the server 9 according to the first embodiment.
The charging/discharging system 1 includes a
電池モジュール3は、複数の蓄電素子としてのリチウムイオン二次電池(以下、セルという)2が直列に接続されている。制御装置7は、充放電システム1全体を制御する。
サーバ9は、制御部91、及び通信部92を備える。
制御装置7は、制御部71、表示部72、及び通信部73を備える。
制御装置7の制御部71は、通信部73、ネットワーク10、及び通信部92を介し、制御部91と接続されている。
負荷13は、端子11,12を介し電池モジュール3に接続されている。充電する場合は電池モジュール3に充電器が接続される。
In the
The server 9 includes a
The
The
The
制御部71、91は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等により構成され、制御装置7、及びサーバ9の動作を夫々制御する。
通信部73、92は、ネットワーク10を介して他の装置との間で通信を行う機能を有し、所要の情報の送受信を行うことができる。
制御装置7の表示部72は、液晶パネル又は有機EL(Electro Luminescence)表示パネル等で構成することができる。制御部71は、表示部72に所要の情報を表示するための制御を行う。
The
The
The
本実施形態においては、BMU4、制御装置7、及びサーバ9のいずれかが、本発明の推定装置として機能する。なお、サーバ9が推定装置として機能しない場合、充放電システム1がサーバ9に接続されていなくてもよい。
図7においては、電池モジュール3を一組備える場合を示しているが、電池モジュール3は、複数組、直列に接続してもよい。
BMU4は、電池ECUであってもよい。
In this embodiment, either the
Although FIG. 7 shows a case where one set of
BMU4 may be a battery ECU.
電圧センサ5は、電池モジュール3に並列に接続されており、電池モジュール3の全体の電圧に応じた検出結果を出力する。電圧センサ5は、各セル2の後述する正極の端子23,負極の端子26に接続されており、各セル2の端子23,26間の電圧V1 を測定し、各セル2のV1 の合計値である電池モジュール3の後述する負極のリード33,正極のリード34間の電圧Vを検出する。
電流センサ6は、電池モジュール3に直列に接続されており、電池モジュール3の電流に応じた検出結果を出力する。
温度センサ8は、電池モジュール3の付近に設けられており、電池モジュール3の温度に応じた検出結果を出力する。
The
The
図8は、電池モジュール3の斜視図である。
電池モジュール3は、直方体状のケース31と、ケース31に収容された複数の前記セル2とを備える。
FIG. 8 is a perspective view of the
The
セル2は、直方体状のケース本体21と、蓋板22と、蓋板22に設けられた、端子23,26と、破裂弁24と、電極体25とを備える。電極体25は正極板、セパレータ、及び負極板を積層してなり、ケース本体21に収容されている。
電極体25は、正極板と負極板とをセパレータを介して扁平状に巻回して得られるものであってもよい。
The
The
正極板は、アルミニウムやアルミニウム合金等からなる板状(シート状)又は長尺帯状の金属箔である正極基材箔上に活物質層が形成されたものである。負極板は、銅及び銅合金等からなる板状(シート状)又は長尺帯状の金属箔である負極基材箔上に活物質層が形成されたものである。セパレータは、合成樹脂からなる微多孔性のシートである。 The positive electrode plate has an active material layer formed on a positive electrode base material foil, which is a plate-like (sheet-like) or long strip-like metal foil made of aluminum, an aluminum alloy, or the like. The negative electrode plate has an active material layer formed on a negative electrode base material foil, which is a plate-like (sheet-like) or long strip-like metal foil made of copper, copper alloy, or the like. The separator is a microporous sheet made of synthetic resin.
正極の活物質層に用いられる正極活物質は、例えばLix (NiaMnbCoc Md )O2 (MはLi,Ni,Mn,Co以外の金属元素、0≦a<1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c+d=1、0<x≦1.1、a,cは同時に0でない)で表される層状酸化物である。正極活物質は層状岩塩型の結晶構造を有する。前記aは0.5≦a≦1を満たすものであってもよい。この場合、遷移金属サイトにNiを多く含有する。
正極活物質は、d=0であり、Lix (Nia CocMnb)O2 (a+b+c=1)で表されるNCMであるのが好ましい。NCMとしては、NCM111(a:b:c=1:1:1)でもよく、Ni含有量が高いNCM523(a:b:c=5:2:3)等でもよい。
正極活物質は、MがAl、b=0であり、Lix (Nia CocAld )O2 で表されるNCAであってもよい(a+c+d=1)。
なお、NCM又はNCAにおいて、Li、Ni以外の金属が夫々2種類の金属からなる場合に限定されず、3種類以上の金属からなるものでもよい。例えば、少量のTi、Nb、B、W、Zr、Ti、Mgなどが含まれてもよい。
The positive electrode active material used in the positive electrode active material layer is, for example, Li x ( Nia Mn b Co c M d ) O 2 (M is a metal element other than Li, Ni, Mn, Co, 0≦a<1, 0 ≦b<1, 0≦c<1, a+b+c+d=1, 0<x≦1.1, a and c are not 0 at the same time). The positive electrode active material has a layered rock salt crystal structure. The above a may satisfy 0.5≦a≦1. In this case, transition metal sites contain a large amount of Ni.
The positive electrode active material is preferably NCM, where d=0 and represented by Li x ( Nia Co c Mn b ) O 2 (a+b+c=1). The NCM may be NCM111 (a:b:c=1:1:1) or NCM523 (a:b:c=5:2:3) with a high Ni content.
The positive electrode active material may be NCA, where M is Al, b=0, and is represented by Li x ( Nia Co c Al d ) O 2 (a+c+d=1).
Note that in NCM or NCA, the metals other than Li and Ni are not limited to two kinds of metals, and may be made of three or more kinds of metals. For example, small amounts of Ti, Nb, B, W, Zr, Ti, Mg, etc. may be included.
正極活物質としては、例えばLiMeO2-Li2MnO3固溶体、Li2O-LiMeO2固溶体、Li3NbO4 -LiMeO2固溶体、Li4 WO5 -LiMeO2固溶体、Li4 TeO5 -LiMeO2固溶体、Li3SbO4 -LiFeO2固溶体、Li2RuO3 -LiMeO2固溶体、Li2RuO3 -Li2 MeO3 固溶体等のLi過剰型活物質であってもよい。
正極活物質は上述の場合に限定されない。
Examples of the positive electrode active material include LiMeO 2 -Li 2 MnO 3 solid solution, Li 2 O-LiMeO 2 solid solution, Li 3 NbO 4 -LiMeO 2 solid solution, Li 4 WO 5 -LiMeO 2 solid solution, Li 4 TeO 5 -LiMeO 2 solid solution. , Li 3 SbO 4 --LiFeO 2 solid solution, Li 2 RuO 3 --LiMeO 2 solid solution, Li 2 RuO 3 --Li 2 MeO 3 solid solution, and other Li-excess type active materials may be used.
The positive electrode active material is not limited to the above case.
負極活物質層に用いられる負極活物質としては、ハードカーボン、Si、Sn、Cd、Zn、Al、Bi、Pb、Ge、Ag等の金属若しくは合金、又はこれらを含むカルコゲン化物等が挙げられる。カルコゲン化物の一例として、SiOが挙げられる。 Examples of the negative electrode active material used in the negative electrode active material layer include hard carbon, metals or alloys such as Si, Sn, Cd, Zn, Al, Bi, Pb, Ge, and Ag, and chalcogenides containing these. An example of a chalcogenide is SiO.
電池モジュール3の隣り合うセル2の隣り合う端子23,26がバスバー32により電気的に接続されることで、複数のセル2が直列に接続されている。
電池モジュール3の両端のセル2の、端子23,26には、電力を取り出すためのリード34,33が設けられている。
図9は、BMU4の構成を示すブロック図である。BMU4は、制御部41と、記憶部42と、計時部47と、入力部48と、通信部49とを備える。これらの各部は、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the
制御部41は制御部71と同様の構成を有する。
制御部41は、後述する厚み増加量算出プログラム43を読み出して実行することにより、厚み増加量算出の処理を実行する処理部として機能する。
計時部47は経過時間をカウントする。
入力部48は、電圧センサ5、電流センサ6、及び温度センサ8からの検出結果の入力を受け付ける。
通信部49は、ネットワーク10を介して他の装置との間で通信を行う機能を有し、所要の情報の送受信を行うことができる。
The
The
The
The
The
記憶部42は、例えばハードディスクドライブ(HDD)等により構成され、各種のプログラム及びデータを記憶する。記憶部42には、厚み増加量算出プログラム43が格納されている。厚み増加量算出プログラム43は、例えばCD-ROMやDVD-ROM、USBメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体50に格納された状態で提供され、BMU4にインストールすることにより記憶部42に格納される。また、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから厚み増加量算出プログラム43を取得し、記憶部42に記憶させることにしてもよい。
The
記憶部42には充放電の履歴データ44も記憶されている。充放電の履歴とは、電池モジュール3の運転履歴であり、電池モジュール3が充電又は放電を行った期間(使用期間)を示す情報、使用期間において電池モジュール3が行った充電又は放電に関する情報等を含む情報である。電池モジュール3の使用期間を示す情報とは、充電又は放電の開始及び終了の時点を示す情報、電池モジュール3が使用された累積使用期間等を含む情報である。電池モジュール3が行った充電又は放電に関する情報とは、電池モジュール3が行った充電時又は放電時の電圧、レート等を示す情報である。
The
記憶部42には第1膨張係数テーブル45及び第2膨張係数テーブル46も記憶されている。
予め、電池モジュール3の温度別に、複数のΔSOC及び中心SOC毎に、図5に示すように、合計SOCと厚み増加量との関係を実験により求めておき、制御部41は、該関係の近似曲線の係数を第1膨張係数として算出する。第1膨張係数テーブル45は、温度毎に、複数のΔSOC及び中心SOCと、対応する第1膨張係数とを記憶している。この場合、特定した温度代表値に該当する温度のテーブルを選択し、SOCの時系列データに基づき特定したΔSOC及び中心SOCに基づいて、第1膨張係数を特定する。該当する温度のテーブルがない場合、テーブル間で内挿計算を行う。
第1膨張係数がアレニウスプロットにより表せる場合、所定の温度の第1膨張係数テーブルとアレニウスプロットとを第1膨張係数テーブル45に記憶しておく。特定したΔSOC及び中心SOCに基づいて、第1膨張係数を特定し、アレニウスプロットにより温度補正した第1膨張係数(T)を求める。
なお、電池モジュール3の負荷パターン(使用パターン)等から電池モジュール3の温度代表値が一定であると推定される場合は、該温度代表値に対応する第1膨張係数テーブを記憶すればよい。
The
As shown in FIG. 5, the relationship between the total SOC and the amount of increase in thickness is determined in advance by experiment for each temperature of the
When the first expansion coefficient can be represented by an Arrhenius plot, the first expansion coefficient table and the Arrhenius plot at a predetermined temperature are stored in the first expansion coefficient table 45. A first expansion coefficient is specified based on the specified ΔSOC and center SOC, and a temperature-corrected first expansion coefficient (T) is determined using an Arrhenius plot.
In addition, when it is estimated that the temperature representative value of the
第1膨張係数テーブル45は、第1膨張係数を、ΔSOC及び中心SOCの関数として記憶してもよい。
予め複数のΔSOC及び中心SOC毎に、図3に示すように、時間と厚み増加量との関係を実験により求めておき、該関係の近似曲線の係数を第1膨張係数として求め、第1膨張係数テーブル45に記憶してもよい。
第1膨張係数は、内挿計算により補間することができる。
The first expansion coefficient table 45 may store the first expansion coefficient as a function of ΔSOC and center SOC.
As shown in FIG. 3, the relationship between time and thickness increase is determined in advance for each of a plurality of ΔSOCs and the center SOC by experiment, and the coefficient of the approximation curve of this relationship is determined as the first expansion coefficient. It may also be stored in the coefficient table 45.
The first expansion coefficient can be interpolated by interpolation calculation.
予め複数の温度、放置時のSOC毎に、時間と厚み増加量との関係を実験により求めておき、制御部41は、該関係の近似曲線の係数を第2膨張係数として算出する。第2膨張係数テーブル46は、複数の温度及び放置時のSOCと、対応する第2膨張係数とを記憶している。
The relationship between time and thickness increase amount is determined in advance through experiments at a plurality of temperatures and for each SOC during storage, and the
図10は、制御部41による厚み増加量の算出処理の手順を示すフローチャートである。
制御部41は、所定期間のSOCの時系列データ及び電池モジュール3の温度を取得する(S1)。温度は時系列データとして取得してもよい。
制御部41は、ΔSOC、代表SOCとしての中心SOC、及び温度代表値としての平均温度を特定する(S2)。ΔSOC及び中心SOCの特定の方法は後述する。
FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure for calculating the amount of increase in thickness by the
The
The
制御部41は、平均温度に対応する第1膨張係数テーブル45を読み出し、特定したΔSOC、及び中心SOCに基づいて、第1膨張係数を特定する(S3)。平均温度毎に第1膨張係数テーブルを記憶する代わりにアレニウスプロットを記憶している場合、制御部41は、特定した第1膨張係数に対しアレニウスプロットにより、算出時点の温度に補正した第1膨張係数(T)を求める。
The
第1膨張係数の特定の一例を示す。図11はSOCの変動データを示すグラフである。横軸は時間(秒)、縦軸はSOC(%)である。図11より中心SOCは40%、ΔSOCは25%である。図12に第1膨張係数テーブル45の一例を示す。中心SOCが40%、ΔSOCが25%である場合、第1膨張係数テーブル45より、第1膨張係数k7d を特定する。ここで、ΔSOCは、充電時又は放電時の変動量をいう。 An example of specifying the first expansion coefficient is shown. FIG. 11 is a graph showing SOC fluctuation data. The horizontal axis is time (seconds), and the vertical axis is SOC (%). From FIG. 11, the center SOC is 40% and ΔSOC is 25%. FIG. 12 shows an example of the first expansion coefficient table 45. When the center SOC is 40% and ΔSOC is 25%, the first expansion coefficient k7d is specified from the first expansion coefficient table 45. Here, ΔSOC refers to the amount of variation during charging or discharging.
制御部41は、特定した第1膨張係数、及び合計SOCに基づいて、第1厚み増加量を算出する(S4)。
第1厚み増加量は、第1膨張係数を因子とする、合計SOCの関数で表される。温度別に、複数のΔSOC及び中心SOC毎に求めた、時間と厚み増加量との関係の近似曲線の係数を第1膨張係数として求め、第1膨張係数テーブル45に記憶している場合、第1厚み増加量は、第1膨張係数を因子とする、時間の関数で表される。
The
The first thickness increase is expressed as a function of the total SOC, with the first expansion coefficient as a factor. If the coefficient of the approximate curve of the relationship between time and thickness increase amount determined for each temperature and each of the plurality of ΔSOCs and the center SOC is determined as the first expansion coefficient and stored in the first expansion coefficient table 45, the first The amount of increase in thickness is expressed as a function of time using the first expansion coefficient as a factor.
制御部41は、第2膨張係数テーブル46を読み出し、平均温度、及び放置時のSOCに基づいて第2膨張係数を特定する(S5)。
制御部41は、特定した第2膨張係数、及び時間に基づいて、第2厚み増加量を算出する(S6)。第2厚み増加量は、第2膨張係数を因子とする時間(又は√時間)の関数で表される。
制御部41は第1厚み増加量に第2厚み増加量を加算して合計厚み増加量を算出し(S7)、処理を終了する。
The
The
The
以下、ΔSOC及び中心SOCの特定方法について、具体的に説明する。
図13は、SOCの変動データの充放電の開始点からΔSOC及び中心SOCを特定する方法を示す説明図である。横軸は時間、縦軸はSOC(%)である。
制御部41はSOCの変動データから充電開始点及び放電開始点を取得する。
制御部41は充電開始点及び放電開始点のSOCの差をΔSOCとして特定する。
制御部41は充電開始点及び放電開始点間の平均のSOCを中心SOCとして特定し、平均温度を温度代表値として特定する。
The method for identifying ΔSOC and center SOC will be specifically described below.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a method of specifying ΔSOC and center SOC from the charging/discharging starting point of SOC fluctuation data. The horizontal axis is time and the vertical axis is SOC (%).
The
The
The
図14は、SOCの変動データに基づき、起点からSOCが閾値に達する都度、カウントしてΔSOC及び中心SOCを特定する方法を示す説明図である。横軸は時間、縦軸はSOC(%)である。
制御部41はSOCの変化量が2%増減する都度、ΔSOC及び中心SOCを算出する。
制御部41は起点からカウント点までのSOCの変化量をΔSOCとして特定する。
制御部41は起点からカウント点までの平均のSOCを中心SOCとして特定し、平均温度を温度代表値として特定する。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a method of specifying ΔSOC and the center SOC by counting each time the SOC reaches a threshold value from the starting point, based on the SOC fluctuation data. The horizontal axis is time and the vertical axis is SOC (%).
The
The
The
次に、時系列データに基づいて、SOCの標準偏差及び平均値を算出し、算出した標準偏差及び平均値をΔSOC及び中心SOCとして特定する場合につき説明する。
図15は、SOCの変動データを示すグラフであり、横軸は時間(日)、縦軸はSOC(%)である。
制御部41は、SOCの変動データから厚み増加量を算出する期間のデータを取り出す。
Next, a case will be described in which the standard deviation and average value of SOC are calculated based on time-series data, and the calculated standard deviation and average value are specified as ΔSOC and center SOC.
FIG. 15 is a graph showing SOC fluctuation data, where the horizontal axis is time (days) and the vertical axis is SOC (%).
The
図16は、SOCの標準偏差と平均値とを算出する方法を説明するための説明図である。
制御部41は、SOCの標準偏差と平均値とを算出する。
FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining a method of calculating the standard deviation and average value of SOC.
The
制御部41は第1膨張係数テーブル45を読み出し、第1膨張係数を特定する。
図17は、温度別に第1膨張係数テーブル45に記憶している、標準偏差、平均SOC、及び第1膨張係数の関係を示すグラフである。横軸は標準偏差(%)、縦軸は第1膨張係数(%/√SOC)である。平均SOCが12.5%、37.5%、62.5%、87.5%、100%である、a、b、c、d、e夫々の場合につき、標準偏差と第1膨張係数との関係を求めてある。制御部41は平均温度に対応する第1膨張係数テーブル45を参照し、図16に示すようにして特定した標準偏差及び平均SOCに基づいて、第1膨張係数を特定する。制御部41はアレニウスプロットにより、第1膨張係数を温度補正してもよい。
The
FIG. 17 is a graph showing the relationship among the standard deviation, average SOC, and first expansion coefficient stored in the first expansion coefficient table 45 for each temperature. The horizontal axis is the standard deviation (%), and the vertical axis is the first expansion coefficient (%/√SOC). The standard deviation and the first expansion coefficient for each case of a, b, c, d, and e where the average SOC is 12.5%, 37.5%, 62.5%, 87.5%, and 100%. I am looking for the relationship between The
図18は、特定した第1膨張係数、及び時間に基づいて、厚み増加量を算出する方法の説明図である。横軸は時間(日)、縦軸は厚み増加量(%)である。
厚み増加量の計算値をグラフで示す。合わせて実測値も示してある。図18より、計算値が実測値と一致していることが分かる。
FIG. 18 is an explanatory diagram of a method of calculating the amount of increase in thickness based on the specified first expansion coefficient and time. The horizontal axis is time (days), and the vertical axis is thickness increase (%).
The calculated value of the amount of increase in thickness is shown in a graph. Actual measured values are also shown. It can be seen from FIG. 18 that the calculated values match the actually measured values.
次に、時系列データにおける前記SOCの変動の波形を周波数成分に変換し、変換した周波数成分の振幅を変動幅、周波数を合計SOCとして特定する場合につき説明する。
図19は、所定温度で、SOCをΔ0.5%、Δ1.5%、Δ5%、Δ20%、Δ30%で変動させた場合の時間とSOCとの関係を示すグラフである。横軸は時間[秒]、縦軸はSOC[%]である。図19中、SOCをΔ0.5%、Δ1.5%、Δ5%、Δ20%、Δ30%で変動させた場合のグラフをa、b、c、d、eで示す。図19には、蓄電素子を実使用した場合のSOCの変動(実施例)も示す。
Next, a case will be described in which the waveform of the SOC fluctuation in time series data is converted into a frequency component, and the amplitude of the converted frequency component is specified as the fluctuation width, and the frequency is specified as the total SOC.
FIG. 19 is a graph showing the relationship between time and SOC when the SOC is varied by Δ0.5%, Δ1.5%, Δ5%, Δ20%, and Δ30% at a predetermined temperature. The horizontal axis is time [seconds], and the vertical axis is SOC [%]. In FIG. 19, graphs when the SOC is varied by Δ0.5%, Δ1.5%, Δ5%, Δ20%, and Δ30% are indicated by a, b, c, d, and e. FIG. 19 also shows fluctuations in SOC (example) when the power storage element is actually used.
図20は、図19の波形をフーリエ変換し、複数の周波数領域の波形成分に変換したグラフである。横軸は周波数[Hz]、縦軸は振幅スペクトル[%]である。
図19のb、c、d、eの波形に対応する波形成分が示され、実施例の波形を変換して得られた波形成分も示されている。図19のaの波形に対応する波形成分のうちピーク成分は、周波数が略0.013、振幅が略0.133であり、図20には示していない。
FIG. 20 is a graph obtained by Fourier transforming the waveform in FIG. 19 and converting it into waveform components in a plurality of frequency regions. The horizontal axis is frequency [Hz], and the vertical axis is amplitude spectrum [%].
Waveform components corresponding to waveforms b, c, d, and e in FIG. 19 are shown, and waveform components obtained by converting the waveforms of the example are also shown. Among the waveform components corresponding to the waveform a in FIG. 19, the peak component has a frequency of approximately 0.013 and an amplitude of approximately 0.133, and is not shown in FIG.
第1膨張係数テーブル45は、温度別に、周波数成分のメインピークの振幅スペクトル及び周波数と第1膨張係数との関係を記憶している。まず、図19のa、b、c、d、eのパターンでSOCが変動した場合の、時間(日数)と厚み増加量との第1関係を求めておく。
図21は、振幅スペクトルと周波数と第1膨張係数との第2関係を示すグラフである。図21において、x軸は振幅スペクトル[%]、y軸は周波数[Hz]、z軸は第1膨張係数である。第2関係は、図20のa、b、c、d、eの各波形のピークトップの周波数及び振幅スペクトルと、前記第1関係の近似曲線により求めた第1膨張係数とを対応付けて示してある。図21において、振幅スペクトルが略10.2%であり、振幅が略2×10-4である場合、第1膨張係数は略0.94である。図21のグラフは、内挿計算により補間した場合を示す。図21の場合、図20のa、b、c、d、eの各波形以外の波形について、該波形の振幅スペクトル及び周波数に対応するz軸上の値を読み取ることで、第1膨張係数を求めることができる。図20の実施例の場合、メインピークは振幅スペクトルが8.02%、振幅が略8.4×10-5であり、点○のz座標を読み取ることで、第1膨張係数を略0.19と特定する。第1膨張係数を求める場合、強度が小さい波形成分と比較し、強度が大きい波形成分に対し重み付けを行ってもよい。
The first expansion coefficient table 45 stores, for each temperature, the amplitude spectrum of the main peak of the frequency component and the relationship between the frequency and the first expansion coefficient. First, the first relationship between time (days) and the amount of increase in thickness when the SOC changes in patterns a, b, c, d, and e in FIG. 19 is determined.
FIG. 21 is a graph showing the second relationship between the amplitude spectrum, frequency, and first expansion coefficient. In FIG. 21, the x-axis is the amplitude spectrum [%], the y-axis is the frequency [Hz], and the z-axis is the first expansion coefficient. The second relationship shows the correspondence between the peak top frequency and amplitude spectrum of each waveform a, b, c, d, and e in FIG. 20 and the first expansion coefficient obtained from the approximate curve of the first relationship. There is. In FIG. 21, when the amplitude spectrum is approximately 10.2% and the amplitude is approximately 2×10 −4 , the first expansion coefficient is approximately 0.94. The graph in FIG. 21 shows the case where interpolation is performed by interpolation calculation. In the case of FIG. 21, the first expansion coefficient can be determined by reading the values on the z-axis corresponding to the amplitude spectrum and frequency of the waveforms other than the waveforms a, b, c, d, and e in FIG. You can ask for it. In the case of the example shown in FIG. 20, the main peak has an amplitude spectrum of 8.02% and an amplitude of approximately 8.4×10 −5 , and by reading the z coordinate of point ○, the first expansion coefficient can be determined to be approximately 0. 19. When determining the first expansion coefficient, weighting may be performed on a waveform component having a large intensity compared to a waveform component having a small intensity.
図22は、前記所定温度における、時間と厚み増加量との関係を示すグラフである。図22において、横軸は時間(日)、縦軸は厚み増加量(%)である。計算値は、第1膨張係数が0.19である場合の時間と厚み増加量との関係を示している。
実験値は、複数の測定時点において、各時点の厚み増加量をプロットしている。図22より、本実施形態の推定方法により良好に推定できることが確認された。
以上のように、SOCの変動の波形を複数の周波数領域の波形成分に変換し、各波形成分と第1膨張係数とに基づいて蓄電素子の厚み増加量を精度良く推定できることが確認された。
FIG. 22 is a graph showing the relationship between time and thickness increase amount at the predetermined temperature. In FIG. 22, the horizontal axis is time (days) and the vertical axis is the amount of increase in thickness (%). The calculated value shows the relationship between time and thickness increase amount when the first expansion coefficient is 0.19.
The experimental values are obtained by plotting the amount of increase in thickness at each time point at a plurality of measurement time points. From FIG. 22, it was confirmed that the estimation method of this embodiment can perform estimation well.
As described above, it was confirmed that the waveform of the SOC fluctuation can be converted into waveform components in multiple frequency regions, and the amount of increase in the thickness of the power storage element can be estimated with high accuracy based on each waveform component and the first expansion coefficient.
以下、通電的な厚み増加量の推移を求めた結果を示す。
図23は、ΔSOCが同一であり、中心SOCが異なる場合に、合計SOCと厚み増加量との関係を求めた結果を示すグラフである。SOCが25-50%で変動する場合、50-75%で変動する場合、75-100%で変動する場合夫々につき、本実施形態の方法により厚み増加量を算出した(実施例a、実施例b、実施例c)。上記の各場合につき、前記特許文献1の従来の方法により厚み増加量を算出した(比較例d、比較例e、比較例f)。図23において、実測値は、複数の測定点における厚み増加量をプロットしている。
図23より、比較例d、e、fの場合、中心SOCが異なっていても厚み増加量は略同一値として算出されるのに対し、実施例a、b、cの場合、各中心SOCに対応し、実測値に近似した厚み増加量が算出され、算出の精度が高いことが分かる。
The results of determining the change in thickness increase due to energization are shown below.
FIG. 23 is a graph showing the results of determining the relationship between the total SOC and the amount of increase in thickness when the ΔSOC is the same and the center SOC is different. The amount of increase in thickness was calculated by the method of this embodiment for each case where the SOC fluctuated between 25-50%, between 50-75%, and between 75-100% (Example a, Example b, Example c). For each of the above cases, the amount of increase in thickness was calculated using the conventional method disclosed in Patent Document 1 (Comparative Example d, Comparative Example e, and Comparative Example f). In FIG. 23, the actual measured values are plotted as the amount of increase in thickness at a plurality of measurement points.
From FIG. 23, in the case of Comparative Examples d, e, and f, the thickness increase amount is calculated as approximately the same value even if the center SOC is different, whereas in the case of Examples a, b, and c, the thickness increase amount is calculated as approximately the same value even if the center SOC is different. Correspondingly, a thickness increase amount that approximates the actual measured value is calculated, indicating that the calculation accuracy is high.
図24は、中心SOCが同一であり、ΔSOCが異なる場合に、合計SOCと厚み増加量との関係を求めた結果を示すグラフである。SOCが55-65%で変動する場合、20-100%で変動する場合夫々につき、本実施形態により厚み増加量を算出した(実施例g、実施例h)。上記の各場合につき、前記特許文献1の方法により厚み増加量を算出した(比較例i、比較例j)。図24において、実測値は、複数の測定点における厚み増加量をプロットしている。
図24より、比較例i、jの場合、ΔSOCが異なっていても厚み増加量は略同一値として算出されるのに対し、実施例g、hの場合、各ΔSOCに対応し、実測値に近似した厚み増加量が算出され、算出の精度が高いことが分かる。
FIG. 24 is a graph showing the results of determining the relationship between the total SOC and the amount of increase in thickness when the center SOC is the same and the ΔSOC is different. The amount of increase in thickness was calculated according to the present embodiment when the SOC varied between 55% and 65%, and when the SOC varied between 20% and 100% (Example g, Example h). For each of the above cases, the amount of increase in thickness was calculated by the method described in Patent Document 1 (Comparative Example i, Comparative Example J). In FIG. 24, the actual measurement values are plotted as the amount of increase in thickness at a plurality of measurement points.
From FIG. 24, in the case of Comparative Examples i and j, the thickness increase amount is calculated as approximately the same value even if the ΔSOC is different, whereas in the case of Examples g and h, it corresponds to each ΔSOC, and the thickness increase amount is calculated as the same value. It can be seen that an approximate thickness increase amount is calculated, and the calculation accuracy is high.
図25は、短時間に充放電を繰り返し、ΔSOC、中心SOCも異なる複雑な変動パターンを有する場合の、時間と厚み増加量との関係を算出した結果を示すグラフである。横軸は時間(日)、縦軸は厚み増加量(%)である。環境温度は20℃である。図25において、実測値は、複数の測定時点における厚み増加量をプロットしている。
図25より、本実施形態の方法により、精度良く、厚み増加量を算出できることが分かる。
FIG. 25 is a graph showing the results of calculating the relationship between time and thickness increase amount when charging and discharging are repeated in a short period of time and the ΔSOC and center SOC have different and complex fluctuation patterns. The horizontal axis is time (days), and the vertical axis is thickness increase (%). The environmental temperature is 20°C. In FIG. 25, the actual measured values are plotted as the amount of increase in thickness at a plurality of measurement points.
From FIG. 25, it can be seen that the method of this embodiment allows the thickness increase amount to be calculated with high accuracy.
図26は、上記のように複雑な変動パターンを有する場合の、時間と厚み増加量との関係を求めた結果を示すグラフである。横軸は時間(日)、縦軸は厚み増加量(%)である。環境温度は25℃である。図26において、実測値は、複数の測定時点における厚み増加量をプロットしている。
図26より、本実施形態の方法により、精度良く、厚み増加量を算出できることが分かる。
FIG. 26 is a graph showing the results of determining the relationship between time and the amount of increase in thickness in the case of having a complicated variation pattern as described above. The horizontal axis is time (days), and the vertical axis is thickness increase (%). The environmental temperature is 25°C. In FIG. 26, the actual measured values are plotted as the amount of increase in thickness at a plurality of measurement points.
From FIG. 26, it can be seen that the method of this embodiment allows the thickness increase amount to be calculated with high accuracy.
以上のように、本実施形態によれば、特定したΔSOC及び中心SOCに基づいて電池モジュール3の厚み増加量を推定し、即ち電池モジュール3が使用されたSOCの使用範囲を加味して推定するので、SOCの変動パターンが複雑である場合を含め、推定の精度が良好である。
電池モジュール3の形状変化を精度良く推定できるので、セル2の性能を最大限に引き出すように電池モジュール3の設計を行い、電池モジュール3を搭載する機器に対しモデルベース開発を適用することも可能である。
As described above, according to the present embodiment, the amount of increase in the thickness of the
Since changes in the shape of the
(実施形態2)
実施形態2においては、制御部41は、推定した厚み増加量に基づいて、電池モジュール3の残寿命を推定する。
図27は、制御部41により、電池モジュール3の残寿命を予測する場合の処理手順を示すフローチャートである。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the
FIG. 27 is a flowchart showing a processing procedure when the
制御部41は、上述のようにして厚み増加量を算出する(S11)。制御部41は、ΔSOC、中心SOC、及び時間に基づいて、例えば図26に示すように、第1膨張係数を因子とする、時間の関数である厚み増加量のグラフを生成する。
制御部41は、電池モジュール3の残寿命を算出する(S12)。制御部41は、例えば図26の曲線において、厚み増加量が閾値を超えるときの時間を読み取り、読み取った時間から現在までの時間を減じ、残寿命を求める。
The
The
本実施形態においては、厚み増加量の推定のグラフに基づいて、将来の厚み増加量を予測し、残寿命を予測して、電池モジュール3の交換等の管理を行うことができる。
In the present embodiment, the future thickness increase can be predicted based on the thickness increase estimation graph, the remaining life can be predicted, and replacement of the
(実施形態3)
実施形態3においては、蓄電素子の形状変化として、蓄電素子を圧迫する圧迫力の増加量を推定する。
図28は、実施形態3に係る電池モジュール3の斜視図である。
実施形態3に係る電池モジュール3のセル2の並設方向の両端側には、エンドプレート15,15が配置されている。セル2,2の間、セル2とエンドプレート15との間には、合成樹脂製のスペーサ19が配置されている。スペーサ19は波板状であってもよい。エンドプレート15,15は複数のセル2及びスペーサ19を前記並設方向から挟み込むためのものである。エンドプレート15は強度の観点からステンレス等の金属製であるのが好ましい。低圧迫タイプの場合、エンドプレート15は合成樹脂で形成されていてもよい。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, the amount of increase in the pressing force that presses the power storage element is estimated as the change in the shape of the power storage element.
FIG. 28 is a perspective view of the
連結部材16,16はエンドプレート15同士を連結して複数のセル2及び複数のスペーサ19を圧迫した状態で拘束する金属製の部材である。連結部材16は前記並設方向に長い矩形枠状をなす。連結部材16は複数のセル2及びスペーサ19がエンドプレート15,15によって並設方向に圧迫されている状態で、並設方向の両側がエンドプレート15にボルト17によって締結されることにより複数のセル2を圧迫した状態で拘束する。
セル2の内圧が劣化により増大した場合、スペーサ19が変形し、エンドプレート15,15間の圧迫力が増大する。
The connecting
When the internal pressure of the
実施形態3においては、BMU4の記憶部42は、第1膨張係数テーブル45に代えて、第1圧迫力係数テーブルを記憶している。複数のΔSOC及び中心SOC毎に、合計SOCと、圧迫力増加量との関係を実験により求めておき、制御部41は、近似曲線の係数を第1圧迫力係数として算出する。第1圧迫力係数テーブルは、複数のΔSOC及び中心SOCと、対応する第1圧迫力係数とを記憶している。この場合、SOCの時系列データに基づき特定したΔSOC及び中心SOCに基づいて、第1圧迫力係数テーブルを参照し、第1圧迫力係数を特定した後、アレニウスプロットにより温度補正した第1圧迫力係数(T)を求める。第1圧迫力係数テーブルは、複数のΔSOC及び中心SOC、並びに温度と対応付けて、第1圧迫力係数を記憶してもよい。また、予め複数のΔSOC及び中心SOC毎に、時間と、圧迫力増加量との関係を実験により求めておき、該関係の近似曲線の係数を第1圧迫力係数として求め、第1圧迫力係数テーブルに記憶してもよい。
第1圧迫力係数は、内挿計算により補間することができる。
In the third embodiment, the
The first compression force coefficient can be interpolated by interpolation calculation.
予め複数の温度、放置時のSOC毎に、時間と圧迫力増加量との関係を実験により求めておき、制御部41は、該関係の近似曲線の係数を第2圧迫力係数として算出する。第2圧迫力係数テーブルは、複数の温度及び放置時のSOCと、対応する第2圧迫力係数とを記憶している。
The relationship between time and the amount of increase in compression force is determined in advance through experiments for each of a plurality of temperatures and each SOC during storage, and the
図29は、制御部41による圧迫力増加量の算出処理の手順を示すフローチャートである。
制御部41は、所定期間のSOCの変動データ、及び電池モジュール3の温度を取得する(S21)。
制御部41は、ΔSOC、SOCの代表SOCとしての中心SOC、及び温度代表値としての平均温度を特定する(S22)。
制御部41は、平均温度に対応する第1圧迫力係数テーブルを読み出し、特定したΔSOC、中心SOC、及び平均温度に基づいて、第1圧迫力係数を特定する(S23)。制御部41は、特定した第1圧迫力係数に対しアレニウスプロットにより、算出時点の温度に補正した第1圧迫力係数(T)を求めてもよい。
FIG. 29 is a flowchart showing the procedure of the calculation process of the amount of increase in compression force by the
The
The
The
制御部41は、特定した第1圧迫力係数、及び合計のSOC変動量に基づいて、第1圧迫力増加量を算出する(S24)。第1圧迫力増加量は、第1圧迫力係数を因子とする、合計SOCの関数で表される。複数のΔSOC及び中心SOC毎に求めた、時間と圧迫力との関係の近似曲線の係数を第1圧迫力係数として求め、第1圧迫力係数テーブルに記憶している場合、第1圧迫力増加量は、第1圧迫力係数を因子とする、時間の関数で表される。
制御部41は、第2圧迫力係数テーブルを読み出し、平均温度、放置時のSOCに基づいて、第2圧迫力係数を特定する(S25)。
制御部41は、特定した第2圧迫力係数、及び時間に基づいて、第2圧迫力増加量を算出する(S26)。
制御部41は第1圧迫力増加量に第2圧迫力増加量を加算して合計圧迫力増加量を算出し(S27)、処理を終了する。
The
The
The
The
本実施形態によれば、圧迫力の変化により電池モジュール3の形状変化を推定できる。電池モジュール3のエンドプレート15の圧迫力を推定することで、電池モジュール3の設計を良好に行うことができる。
According to this embodiment, a change in the shape of the
(実施形態4)
図30は、実施形態4に係る情報処理システム81の構成の一例を示すブロック図である。情報処理システム81においては、情報管理会社のサーバ9、セル2及び電池モジュール3等の設計者、車両等の電池モジュール3を搭載する機器の設計者等の使用者の端末61,62がインターネット等のネットワーク10を介して接続されている。端末の数は2個に限定されない。端末61,62は、例えば、デスクトップ型コンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット、スマートフォン等で構成することができる。
(Embodiment 4)
FIG. 30 is a block diagram illustrating an example of the configuration of an
サーバ9は、制御部91と、記憶部93と、計時部97と、入力部98と、通信部92とを備える。これらの各部は、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
制御部91は、厚み増加量算出プログラム94を読み出して実行することにより、厚み増加量算出の処理を実行する処理部として機能する。
計時部97は、計時を行う。
入力部98は、端末61,62から負荷パターンの情報の入力を受け付ける。
通信部92は、ネットワーク10を介して端末61,62との間で通信を行う機能を有し、所要の情報の送受信を行うことができる。
The server 9 includes a
The
The
The
The
記憶部93、第1膨張係数テーブル95、及び第2膨張係数テーブル96は、記憶部42、第1膨張係数テーブル45、及び第2膨張係数テーブル46と同様の構成を有する。厚み増加量算出プログラム94は、例えばCD-ROMやDVD-ROM、USBメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体51に格納された状態で提供され、サーバ9にインストールすることにより記憶部93に格納される。また、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから厚み増加量算出プログラム94を取得し、記憶部93に記憶させることにしてもよい。
The
同様に、端末61,62は、制御部61a,62aと、記憶部61b,62bと、計時部61c,62cと、入力部61d,62dと、通信部61e,62eとを備える。
Similarly, the terminals 61 and 62 include
図31は、制御部91による厚み増加量の算出処理の手順、及び制御部61aによる電池モジュール3の設計処理の手順を示すフローチャートである。
端末61の制御部61aは、電池モジュール3の負荷パターンをサーバ9へ送信する(S41)。負荷パターンとしては、電池モジュール3の使用方法を推定した場合の温度、時間、電圧、電流等が挙げられる。
サーバ9の制御部91は、端末61から電池モジュール3の負荷パターンを受信する(S31)。
FIG. 31 is a flowchart illustrating a procedure for calculating the amount of increase in thickness by the
The
The
制御部91は、負荷パターンに基づいて、ΔSOC、SOCの代表SOCとしての中心SOC、温度代表値としての平均温度を特定する(S32)。
制御部91は、平均温度に対応する第1膨張係数テーブル95を読み出し、特定したΔSOC及び中心SOCに基づいて、第1膨張係数を特定する(S33)。制御部91は、特定した第1圧迫力係数に対しアレニウスプロットにより、想定の温度に補正した第1圧迫力係数(T)を求めてもよい。第1膨張係数テーブル95が想定の温度に対応した第1膨張係数を記憶している場合、温度補正は不要である。
Based on the load pattern, the
The
制御部91は、特定した第1膨張係数、及び合計SOCに基づいて、第1厚み増加量を算出する(S34)。
制御部91は、第2膨張係数テーブル96を読み出し、想定の温度、放置時のSOCに基づいて、第2膨張係数を特定する(S35)。
制御部91は、特定した第2膨張係数、及び時間に基づいて、第2厚み増加量を算出する(S36)。
制御部91は、第1厚み増加量に第2厚み増加量を加算して合計厚み増加量を算出する(S37)。
制御部91は、合計厚み増加量のデータを端末61へ送信する(S38)。
The
The
The
The
The
制御部61aは、サーバ9から合計厚み増加量のデータを受信する(S42)。
制御部61aは、電池モジュール3の設計を行い(S43)、処理を終了する。制御部61aは、複数のセル2間に配置するスペーサ19の形状、配置間隔、複数のセル2を挟み込むエンドプレート15の圧迫力等の設計を良好に行うことができる。従って、セル2の性能を最大限に引き出し、電池モジュール3の過度の大型化を回避でき、低コスト化を図ることができる。
The
The
端末61が電池モジュール3を搭載する車両等の機器の設計者の端末である場合、制御部61aは合計厚み増加量のデータを取得し、前記機器における電池モジュール3の収納スペース等の設計を行うことができる。電池モジュール3の性能、寿命に基づいた機器の設計も行うことができる。
端末62においても、上記と同様の処理が行われる。
When the terminal 61 is a terminal of a designer of equipment such as a vehicle in which the
The terminal 62 also performs the same process as described above.
(実施形態5)
図32は、実施形態5に係る情報処理システム82の構成の一例を示すブロック図である。図中、図30と同一部分は同一符号を付して詳細な説明は省略する。
実施形態5の情報処理システム82においては、サーバ9から、端末61,62の記憶部61b,62bに、厚み増加量算出プログラム61f,62f、第1膨張係数テーブル61g,62g、及び第2膨張係数テーブル61h,62hがインストールされている。厚み増加量算出プログラム61f,62f等は記録媒体を介し、記憶部61b,62bにインストールしてもよい。
(Embodiment 5)
FIG. 32 is a block diagram showing an example of the configuration of the
In the
実施形態5においては、制御部61a又は62aが、電池モジュール3の厚み増加量を推定し、推定した厚み増加量に基づいて電池モジュール3の設計を行う。実施形態5の厚み増加量算出プログラム61f,62fは、負荷パターンの取得の処理と、電池モジュール3の設計を行う処理とを含み、負荷パターンの受信処理及び合計厚み増加量の送信処理を含まない点が、厚み増加量算出プログラム94と異なる。
In the fifth embodiment, the
図33は、制御部61aによる電池モジュール3の厚み増加量算出処理及び設計処理の手順を示すフローチャートである。制御部61aは、厚み増加量算出プログラム61fを読み出して、電池モジュール3の厚み増加量算出処理及び設計処理を実行する。
端末61の制御部61aは、電池モジュール3の負荷パターンを取得する(S51)。負荷パターンとしては、電池モジュール3の使用方法を推定した場合の温度、時間、電圧、電流等が挙げられる。
FIG. 33 is a flowchart showing the steps of the thickness increase calculation process and design process of the
The
制御部61aは、負荷パターンに基づいて、ΔSOC、及びSOCの代表SOCとしての中心SOC、及び温度代表値としての平均温度を特定する(S52)。
制御部61aは、平均温度に対応する第1膨張係数テーブル61gを読み出し、特定したΔSOC及び中心SOCに基づいて、第1膨張係数を特定する(S53)。制御部61aは、特定した第1圧迫力係数に対しアレニウスプロットにより、算出時点の温度に補正した第1圧迫力係数(T)を求めてもよい。第1膨張係数テーブル61gが想定の温度に対応した第1膨張係数を記憶している場合、温度補正は不要である。
Based on the load pattern, the
The
制御部61aは、特定した第1膨張係数、及び合計SOCに基づいて、第1厚み増加量を算出する(S54)。
制御部61aは、第2膨張係数テーブル61hを読み出し、想定の温度、放置時のSOCに基づいて、第2膨張係数を特定する(S55)。
制御部61aは、特定した第2膨張係数及び時間に基づいて、第2厚み増加量を算出する(S56)。
制御部61aは、第1厚み増加量に第2厚み増加量を加算して合計厚み増加量を算出する(S57)。
The
The
The
The
制御部61aは、電池モジュール3の設計を行い(S58)、処理を終了する。制御部61aは、複数のセル2間に配置するスペーサ19の形状、配置間隔、複数のセル2を挟み込むエンドプレート15の圧迫力等の設計を良好に行うことができる。従って、セル2の性能を最大限に引き出し、電池モジュール3の過度の大型化を回避でき、低コスト化を図ることができる。
The
端末61が電池モジュール3を搭載する機器の設計者の端末である場合、制御部61aは合計厚み増加量のデータに基づいて、前記機器における電池モジュール3の収納スペース等の設計を行うことができる。電池モジュール3の性能、寿命に基づいた機器の設計も行うことができる。電池モジュール3の形状変化を精度良く予測できるので、電池モジュール3を搭載する機器に対しモデルベース開発を適用することができる。
端末62においても、上記と同様の処理が行われる。
When the terminal 61 is a terminal of a designer of a device in which the
The terminal 62 also performs the same process as described above.
前記実施形態は、制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
電池モジュール3の形状変化を推定する場合に限定されず、セル2の形状変化を推定してもよい。
電池モジュール3が完全に拘束されている状態において、圧迫力の変化を形状変化として推定する場合に限定されない。セル2はフリーな状態であってもよく、その中間の状態であってもよい。セル2の外側に広がる力(反力)の変化、セル2の少なくとも一面に印加されている圧力の変化を形状変化としてもよい。
SOC代表値は中心SOCに限定されず、温度代表値は平均温度に限定されない。
The embodiments described above are not limiting. The scope of the present invention is intended to include all changes within the meaning and scope equivalent to the claims.
The present invention is not limited to estimating changes in the shape of the
The present invention is not limited to estimating a change in compressive force as a change in shape when the
The SOC representative value is not limited to the center SOC, and the temperature representative value is not limited to the average temperature.
本発明に係る推定方法は、移動体、モバイル機器、発電設備、電力需要設備、鉄道用回生電力貯蔵装置等の充放電システムにも適用できる。
蓄電素子はリチウムイオン二次電池には限定されない。蓄電素子は、他の二次電池であってもよいし、一次電池であってもよいし、キャパシタ等の電気化学セルであってもよい。
The estimation method according to the present invention can also be applied to charging and discharging systems for moving objects, mobile devices, power generation equipment, power demand equipment, regenerative power storage devices for railways, and the like.
The power storage element is not limited to a lithium ion secondary battery. The power storage element may be another secondary battery, a primary battery, or an electrochemical cell such as a capacitor.
1 充放電システム
2 電池(蓄電素子)
3 電池モジュール(蓄電素子)
4 BMU
41 制御部(特定部、推定部、予測部)
42、93 記憶部
43、94 厚み増加量算出プログラム
44 履歴データ
45、95 第1膨張係数テーブル
46、96 第2膨張係数テーブル
47、97 計時部
48、98 入力部
49、92 通信部
5 電圧センサ
6 電流センサ
7 制御装置
8 温度センサ
9 サーバ
91 制御部
10 ネットワーク
61、62 端末
1 Charging/discharging
3 Battery module (storage element)
4 BMU
41 Control unit (identification unit, estimation unit, prediction unit)
42, 93
Claims (14)
前記時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOC代表値とを特定する特定部と、
特定した前記変動幅及び前記SOC代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する推定部と
を備える、推定装置。 an acquisition unit that acquires time-series data of SOC in the electricity storage element;
a specifying unit that specifies a fluctuation range of the SOC in the time-series data and an SOC representative value representing an SOC region in the fluctuation range;
An estimating device comprising: an estimating unit that estimates a change in shape of the power storage element based on the specified variation range and the SOC representative value.
前記時系列データに基づいて、充電開始点と放電開始点とを取得し、
取得した充電開始点と放電開始点とに基づいて、前記変動幅及び前記SOC代表値を特定する、請求項1に記載の推定装置。 The specific part is
Obtaining a charging start point and a discharging start point based on the time series data,
The estimation device according to claim 1, wherein the fluctuation range and the SOC representative value are specified based on the acquired charging start point and discharge start point.
前記時系列データに基づいて、起点からSOCが閾値に達する都度、変動幅及びSOC代表値を算出し、
前記起点から算出の時点まで算出した変動幅及びSOC代表値を特定する、請求項1に記載の推定装置。 The specific part is
Based on the time series data, each time the SOC reaches the threshold from the starting point, calculate the fluctuation range and the SOC representative value,
The estimating device according to claim 1, wherein the fluctuation range and SOC representative value calculated from the starting point to the point of calculation are specified.
前記時系列データに基づいて、SOCの標準偏差及び平均値を算出し、算出した標準偏差及び平均値を前記変動幅及び前記SOC代表値として特定する、請求項1に記載の推定装置。 The specific part is
The estimating device according to claim 1, wherein a standard deviation and an average value of SOC are calculated based on the time series data, and the calculated standard deviation and average value are specified as the fluctuation range and the SOC representative value.
前記時系列データにおける前記SOCの変動の波形を周波数成分に変換し、
変換した周波数成分の振幅を前記変動幅、周波数をSOCの変動量として特定する、請求項1に記載の推定装置。 The specific part is
Converting the waveform of the SOC fluctuation in the time series data into frequency components,
The estimation device according to claim 1, wherein the amplitude of the converted frequency component is specified as the variation width, and the frequency is specified as the variation amount of the SOC.
変動幅、SOC代表値、及び膨張係数の関係を参照し、特定した前記変動幅及び前記SOC代表値に基づいて、膨張係数を特定し、
特定した膨張係数と、SOCの変動量又は時間とに基づいて、前記形状変化を推定する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の推定装置。 The estimation unit is
Referring to the relationship between the variation range, the SOC representative value, and the expansion coefficient, specifying the expansion coefficient based on the specified variation range and the SOC representative value,
The estimating device according to any one of claims 1 to 5, wherein the shape change is estimated based on the specified expansion coefficient and the amount of variation in SOC or time.
前記変動幅、前記SOC代表値に基づいて、前記蓄電素子の通電時の形状変化を算出し、
算出した形状変化に、前記蓄電素子の経時的な形状変化を加味して、形状変化を推定する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の推定装置。 The estimation unit is
Calculating a change in shape of the electricity storage element when energized based on the fluctuation range and the SOC representative value,
The estimating device according to any one of claims 1 to 6, wherein the estimation device estimates a shape change by adding a shape change over time of the electricity storage element to the calculated shape change.
前記特定部は、前記区間の温度を代表する温度代表値を特定し、
前記推定部は、前記温度代表値に基づいて、前記形状変化を推定する、
請求項1から9までのいずれか1項に記載の推定装置。 The acquisition unit acquires the temperature of the power storage element in a section corresponding to the SOC region,
The identification unit identifies a temperature representative value that represents the temperature in the section,
The estimation unit estimates the shape change based on the temperature representative value.
The estimation device according to any one of claims 1 to 9.
蓄電素子におけるSOCの時系列データを取得し、
前記時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOCの代表値とを特定し、
特定した前記変動幅及び前記代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する、推定方法。 The computer is
Obtain time series data of SOC in the energy storage element,
identifying a fluctuation range of the SOC in the time series data and a representative value of the SOC that represents the SOC region in the fluctuation range;
An estimation method for estimating a shape change of the electricity storage element based on the specified variation range and the representative value.
前記時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOCの代表値とを特定し、
特定した前記変動幅及び前記代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する
処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。 Obtain time series data of SOC in the energy storage element,
identifying a fluctuation range of the SOC in the time series data and a representative value of the SOC that represents the SOC region in the fluctuation range;
A computer program that causes a computer to execute a process of estimating a change in shape of the electricity storage element based on the specified fluctuation range and the representative value.
推定した時系列データにおける前記SOCの変動幅と、該変動幅におけるSOC領域を代表するSOCの代表値とを特定し、
特定した前記変動幅及び前記代表値に基づいて、前記蓄電素子の形状変化を推定する
処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。 Estimating time series data of SOC in the energy storage element,
Identifying a fluctuation range of the SOC in the estimated time series data and a representative value of the SOC representing the SOC region in the fluctuation range,
A computer program that causes a computer to execute a process of estimating a change in shape of the electricity storage element based on the specified fluctuation range and the representative value.
処理をコンピュータに実行させる請求項13に記載のコンピュータプログラム。 The computer program according to claim 13, which causes a computer to execute a process of designing the electricity storage element based on the estimated shape change.
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