KR101329826B1

KR101329826B1 - 축전 소자의 열화 추정 장치 및 열화 추정 방법

Info

Publication number: KR101329826B1
Application number: KR1020127018401A
Authority: KR
Inventors: 마사루 다까기
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2013-11-14
Also published as: CN102859377A; CN102859377B; JPWO2011135609A1; EP2565660A1; KR20120104359A; JP5382208B2; US20120310571A1; WO2011135609A1

Abstract

열화 상태를 나타내는 열화값과 경과 시간의 ｎ승근(n은 1보다도 큰 값)이 비례 관계에 있으며, 열화 조건에 따라서 비례 관계가 변화하는 축전 소자를 사용했을 때, 축전 소자의 열화 상태를 추정하는 열화 추정 장치이며, 복수의 열화 조건에 있어서의 열화값의 변화량을 누적하고, 소정 시간이 경과할 때의 축전 소자의 열화값을 산출하는 연산기를 갖는다. 연산기는 소정 시간이 경과하기까지의 동안에, 각 열화 조건이 발생하는 기간을 예측한다. 또한, 연산기는 열화값 및 경과 시간의 관계를 나타내는 열화 특성과, 각 열화 조건의 발생 기간에 기초하여, 각 열화 조건에 있어서의 열화값의 변화량을 산출하고, 산출된 변화량을 순서대로 가산할 때, 가산 전에 얻어진 열화값을 기준으로 하여, 가산되는 열화값의 변화량을 산출한다.

Description

축전 소자의 열화 추정 장치 및 열화 추정 방법{DEGRADATION　ESTIMATION　DEVICE　AND　DEGRADATION　ESTIMATION　METHOD　FOR　STORAGE　BATTERY　DEVICE}

본 발명은 축전 소자의 열화 상태를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

특허 문헌 1에는 축전지의 온도가 25℃ 이하인 경우와, 축전지의 온도가 25℃를 넘는 경우로 나누어, 축전지의 열화량을 각각 산출하고 있다. 구체적으로는, 각 온도 영역에 있어서의 열화 용량에 대하여, 실측 온도가 각 온도 영역에 존재하는 시간을 곱함으로써, 열화 용량을 산출하고 있다. 그리고, 2개의 열화 용량을 가산함으로써, 축전지의 사용을 시작하고 나서부터, 소정 시간이 경과하기까지의 열화 용량을 산출하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2003-161768호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2007-057433호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 제2000-228227호 공보

특허 문헌 1에서는 2개의 온도 영역에 있어서의 열화 용량을 각각 구하고, 이들 열화 용량을 단순히 가산하고 있을 뿐이다. 이와 같이, 복수의 열화량을 단순히 가산하는 것만으로는, 전지의 열화 상태를 추정하는 데 있어서, 불충분해지는 경우가 있다.

본원 제1 발명은, 열화 상태를 나타내는 열화값과 경과 시간의 ｎ승근(n은 1보다도 큰 값)이 비례 관계에 있으며, 열화 조건에 따라서 비례 관계가 변화하는 축전 소자를 사용했을 때, 축전 소자의 열화 상태를 추정하는 열화 추정 장치이며, 복수의 열화 조건에 있어서의 열화값의 변화량을 누적하고, 소정 시간이 경과할 때의 축전 소자의 열화값을 산출하는 연산기를 갖는다. 연산기는 소정 시간이 경과하기까지의 동안에, 각 열화 조건이 발생하는 기간을 예측한다. 또한, 연산기는 열화값 및 경과 시간의 관계를 나타내는 열화 특성과, 각 열화 조건의 발생 기간에 기초하여, 각 열화 조건에 있어서의 열화값의 변화량을 산출하고, 산출된 변화량을 순서대로 가산할 때, 가산 전에 얻어진 열화값을 기준으로 하여, 가산되는 열화값의 변화량을 산출한다.

여기서, 하기 식(Ex1)에 기초하여, 열화값의 변화량의 총합을 산출할 수 있다.

여기서, Δd_total은 열화값의 변화량의 총합이며, v(f)는 각 열화 조건에 대응하여 설치되고, 경과 시간에 대한 열화값의 변화를 나타내는 열화 속도이며, t(f)는 예측된 각 열화 조건의 발생 기간이다.

각 열화 조건에 있어서의 열화 특성은, 메모리에 기억할 수 있다. 이에 의해, 메모리로부터 열화 특성을 판독하여, 각 열화 조건에 있어서의 열화값의 변화량을 산출할 수 있다.

또한, 열화 조건을 검출하기 위한 검출 센서와, 시간을 계측하는 타이머를 설치할 수 있다. 그리고, 연산기는 검출 센서 및 타이머를 사용하여, 소정 시간보다도 짧은 시간이 경과하기까지의 각 열화 조건의 발생 기간을 취득하고, 취득한 발생 기간에 기초하여, 소정 시간이 경과하기까지의 각 열화 조건의 발생 기간을 예측할 수 있다. 이에 의해, 실측값에 기초하여, 열화 조건의 발생 기간을 예측할 수 있으며, 열화율의 변화량을 산출할 때의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

열화값을 취득하기 위한 취득 센서와, 시간을 계측하는 타이머를 설치할 수 있다. 그리고, 연산기는 취득 센서를 사용해서 취득한 열화값이, 타이머를 사용해서 취득한 경과 시간의 ｎ승근에 비례하는지의 여부를 판별하고, 열화값이 경과 시간의 ｎ승근에 비례할 때, 소정 시간이 경과할 때의 축전 소자의 열화값을 산출할 수 있다. 이에 의해, 본 발명에 있어서의 열화 상태의 추정에 적용되는 축전 소자인지의 여부를 판별할 수 있다.

열화값으로서는, 축전 소자가 초기 상태에 있을 때의 내부 저항과, 축전 소자가 열화 상태에 있을 때의 내부 저항의 비를 사용할 수 있다. 또한, 열화값으로서, 축전 소자의 내부 저항을 사용할 수도 있다. 또한, 열화 조건으로서는, 축전 소자에 있어서의 온도, 충전 상태를 나타내는 값(SOC) 및 전류값을 들 수 있다. 또한, 상기 「n」을 「2」로 할 수 있다.

본원 제2 발명은 열화 상태를 나타내는 열화값과 경과 시간의 ｎ승근(n은 1보다도 큰 값)이 비례 관계에 있으며, 열화 조건에 따라서 비례 관계가 변화하는 축전 소자를 사용했을 때, 축전 소자의 열화 상태를 추정하는 열화 추정 방법이다. 여기서, 소정 시간이 경과하기까지의 동안에 각 열화 조건이 발생하는 기간을 예측하는 제1 스텝과, 열화값 및 경과 시간의 관계를 나타내는 열화 특성과, 각 열화 조건의 발생 기간에 기초하여, 각 열화 조건에 있어서의 열화값의 변화량을 산출하고, 산출된 변화량을 순서대로 가산하고, 소정 시간이 경과할 때의 축전 소자의 열화값을 산출하는 제2 스텝을 갖는다. 제2 스텝에서는, 가산 전에 얻어진 열화값을 기준으로 하여, 가산되는 열화값의 변화량을 산출한다.

본 발명에 따르면, 축전 소자의 열화 특성에 따라서 열화값의 변화량을 누적할 수 있으며, 열화 상태의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예인 열화 추정 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 제1 실시예에 있어서, 열화 추정 장치가 탑재된 차량의 일부의 구성을 도시하는 블록도.
도 3은 복수의 온도 상태에 있어서의 발생 빈도를 취득하는 처리를 나타내는 플로우차트.
도 4는 복수의 온도 상태에 있어서의 발생 빈도를 나타내는 그래프.
도 5는 조전지의 열화 상태를 추정하는 처리를 나타내는 플로우차트.
도 6은 열화율 및 경과 시간의 관계를 나타내는 도면.
도 7은 열화율과 경과 시간의 평방근의 관계를 나타내는 도면.
도 8은 열화 상태의 추정 방법을 비교하는 설명도.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

[제1 실시예]

본 발명의 제1 실시예인 열화 추정 장치는, 단전지(축전 소자)의 열화 상태를 추정하는 것이며, 이 구성에 대해서, 도 1을 사용해서 설명한다.

단전지(10)는 니켈 수소 전지나 리튬 이온 전지와 같은 2차 전지이며, 부하에 접속되어 있다. 또한, 2차 전지 대신에, 전기 이중층 캐패시터를 사용할 수도 있다. 전류 센서(21)는 단전지(10)에 흐르는 전류값(충전 전류나 방전 전류)을 검출하고, 검출 결과를 전지 ECU(Electric　Control　Unit, 연산기에 상당함)(30)에 출력한다. 전압 센서(22)는 단전지(10)의 전압값을 검출하고, 검출 결과를 전지 ECU(30)에 출력한다.

온도 센서(23)는 단전지(10)의 온도를 검출하고, 검출 결과를 전지 ECU(30)에 출력한다. 온도 센서(23)는 단전지(10)의 온도를 직접적 또는 간접적으로 검출할 수 있으면 된다. 여기서, 온도 센서(23)를 단전지(10)의 외면에 접촉시키면, 단전지(10)의 온도를 직접적으로 검출할 수 있다. 또한, 온도 센서(23)를 단전지(10)의 근방이며, 단전지(10)로부터 떨어진 위치에 배치하면, 단전지(10)의 온도를 간접적으로 검출할 수 있다. 전지 ECU(30)는 메모리(31) 및 타이머(32)를 구비하고 있다. 또한, 메모리(31) 및 타이머(32)는 전지 ECU(30)의 외부에 설치할 수도 있다.

본 실시예인 열화 추정 장치는, 차량에 탑재할 수 있다. 열화 추정 장치를 차량에 탑재했을 때의 구성에 대해서, 도 2를 사용해서 설명한다. 이 차량으로서는, 하이브리드 자동차나 전기 자동차가 있다. 또한, 도 2에 있어서, 도 1에서 설명한 요소와 동일한 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용하고 있다.

단전지(10)를 차량에 탑재하는 경우에는, 조전지(11)가 사용된다. 복수의 단전지(10)를 전기적으로 직렬로 접속함으로써, 조전지(11)를 구성할 수 있다. 또한, 조전지(11)에는, 전기적으로 병렬로 접속된 단전지(10)가 포함되어 있어도 된다. 조전지(11)를 구성하는 단전지(10)의 수는 조전지(11)의 요구 출력에 기초하여 적절하게 설정할 수 있다.

조전지(11)는 시스템 메인 릴레이(41a , 41b)를 통하여, 승압 회로(DC/DC 컨버터)(42)에 접속되어 있다. 시스템 메인 릴레이(41a , 41b)의 온/오프의 전환은, 전지 ECU(30)에 의해 제어된다. 승압 회로(42)는 조전지(11)의 출력 전압을 상승시키고 인버터(43)에 공급한다. 인버터(43)는 승압 회로(42)로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 모터 제너레이터(예를 들면, 3상 교류 모터)(44)에 공급한다. 모터 제너레이터(44)는, 차륜(도시하지 않음)과 접속되어 있으며, 인버터(43)로부터의 교류 전력을 받아, 차량을 주행시키기 위한 운동 에너지를 발생시킨다.

차량의 제동 시에는, 모터 제너레이터(44)가 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 인버터(43)에 공급한다. 인버터(43)는 모터 제너레이터(44)로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 승압 회로(42)에 공급한다. 승압 회로(42)는 인버터(43)로부터의 전압을 하강시켜서, 조전지(11)에 공급하고, 조전지(11)는 승압 회로(42)로부터의 전력을 축적할 수 있다.

다음으로, 조전지(11)의 열화 상태를 추정하는 처리에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는, 조전지(11)의 온도에 기초하여, 조전지(11)의 열화 상태를 추정하도록 하고 있다. 여기서, 열화 상태란, 조전지(11)가 초기 상태에 있을 때의 내부 저항과, 조전지(11)가 열화 상태에 있을 때의 내부 저항의 비율이며, 하기 식(1)에 의해 나타낸다.

여기서, D는 열화 상태를 나타내는 열화값인 열화율을 나타내고, R1은 조전지(11)가 초기 상태에 있을 때의 내부 저항을 나타내고, R2는 조전지(11)가 열화 상태에 있을 때의 내부 저항을 나타낸다. 조전지(11)의 열화가 진행됨에 따라, 내부 저항 R2가 상승한다.

또한, 본 실시예에서는 열화 상태로서, 내부 저항 R1, R2의 비율을 사용하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 열화 상태를 특정할 수 있는 파라미터를 사용하면 된다.

우선, 도 3의 플로우차트에 나타낸 바와 같이, 열화 상태의 추정을 행하기 위한 데이터를 취득한다. 도 3에 도시하는 플로우차트는, 전지 ECU(30)에 의해 실행된다.

스텝 S101에 있어서, 전지 ECU(30)는, 타이머(32)의 카운트 동작을 개시시킨다. 타이머(32)는 조전지(11)의 온도가 임의의 온도로 유지되고 있을 때의 시간을 계측하기 위해서 사용된다. 스텝 S102에 있어서, 전지 ECU(30)는 온도 센서(23)의 출력에 기초하여, 현 시점에 있어서의 조전지(11)의 온도를 검출한다. 또한, 스텝 S101, S102의 처리는, 역순서로 행할 수도 있고, 동시에 행할 수도 있다.

스텝 S103에 있어서, 전지 ECU(30)는, 스텝 S102에서 얻어진 검출 온도가 변화하였는지 여부를 판별한다. 구체적으로는, 복수로 구분된 온도 범위 중, 어느 하나의 온도 범위 내에 검출 온도가 들어 있는지의 여부를 판별한다. 본 실시예에서는, 검출 온도가 소수점 이상으로 변화되었을 때에는, 검출 온도가 변화되었다고 판별하고, 검출 온도가 소수점 이하로 변화되었을 때에는, 검출 온도가 변화되지 않았다고 판별한다.

예를 들면, 조전지(11)의 온도가 16℃에서 17℃로 변화되었을 때에는, 스텝 S103의 처리에 있어서, 검출 온도가 변화되었다고 판별된다. 한편, 조전지(11)의 온도가 16.2℃에서 16.8℃로 변화되었을 때에는, 스텝 S103의 처리에 있어서, 검출 온도가 변화되지 않았다고 판별된다. 또한, 소수점 이하의 수치를 검출할 수 없는 경우에는, 수치가 변화되면, 검출 온도가 변화되었다고 판별할 수 있다.

스텝 S103에 있어서, 검출 온도가 변화되었다고 판별했을 때에는, 스텝 S104로 진행한다. 또한, 검출 온도가 변화되지 않았다고 판별했을 때에는, 스텝 S102로 되돌아가, 조전지(11)의 온도 검출을 계속한다. 또한, 본 실시예에서는, 소수점 이상에 있어서의 수치의 변화를, 검출 온도의 변화로 하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 검출 온도가 변화하였는지 여부를 판별하기 위한 조건은, 적절하게 설정할 수 있다.

스텝 S104에 있어서, 전지 ECU(30)는 타이머(32)의 카운트 동작을 정지시키고, 타이머(32)의 카운트 시간을 메모리(31)에 저장한다. 이 카운트 시간은 조전지(11)가 특정한 온도 상태로 유지되고 있을 때의 시간이 된다.

도 3에 도시하는 처리를, 소정 기간만큼 행하면, 도 4에 도시하는 데이터(일례)가 얻어진다. 도 4에 있어서, 횡축은 조전지(11)의 온도를 나타내고, 종축은 각 온도의 발생 빈도를 나타내고 있다. 발생 빈도는, 특정한 온도가 발생하고 있을 때의 빈도이며, 하기 식(2)로 나타낸다.

여기서, F(Tk)는 온도 Tk에 있어서의 발생 빈도를 나타내고, t1_total은 도 3에 도시하는 처리를 행하고 있는 기간이며, 모든 검출 온도의 기간의 총합을 나타낸다. t1(Tk)는 조전지(11)가 온도 Tk일 때의 누적 시간을 나타낸다. 누적 시간 t1(Tk)는 온도 Tk의 상태가 한번만 발생했을 때에는, 온도 Tk가 발생하고 있는 시간을 나타내고, 온도 Tk의 상태가 복수회, 발생했을 때에는, 합계의 시간이 된다. 또한, 도 4에 도시하는 데이터를 수집하는 기간은, 적절하게 설정할 수 있으며, 예를 들면 1년간으로 할 수 있다.

다음에, 조전지(11)의 열화 상태를 추정하는 처리에 대해서, 도 5를 사용하여 설명한다. 도 5에 도시하는 처리는, 전지 ECU(30)에 의해 실행된다.

스텝 S201에 있어서, 전지 ECU(30)는 타이머(32)의 카운트 동작을 개시시킨다. 스텝 S202에 있어서, 전지 ECU(30)는 전류 센서(21)의 출력에 기초하여, 조전지(11)의 전류값을 검출하는 동시에, 전압 센서(22)의 출력에 기초하여, 조전지(11)의 전압값을 검출한다.

스텝 S203에 있어서, 전지 ECU(30)는, 스텝 S202에서 검출한 전류값 및 전압값에 기초하여, 현 시점에 있어서의 조전지(11)의 저항을 산출하고, 조전지(11)의 열화율을 산출한다. 열화율은 상기 식(1)에 기초하여 산출된다. 열화율의 산출을 반복하여 행함으로써, 경과 시간 및 열화율의 대응 관계를 나타내는 데이터가 얻어진다.

스텝 S204에 있어서, 전지 ECU(30)는 경과 시간 및 열화율의 대응 관계를 나타내는 데이터를 사용하여, 열화율이 경과 시간의 평방근에 비례하고 있는지의 여부를 판별한다. 즉, 본 실시예에 있어서의 열화 상태의 추정 처리를 적용할 수 있는지 여부를 판별한다. 스텝 S204에 있어서, 열화율이 경과 시간의 평방근에 비례하고 있을 때에는, 스텝 S205로 진행하고, 그렇지 않을 때에는, 본 처리를 종료한다.

스텝 S205에 있어서, 전지 ECU(30)는, 각 온도에 있어서의 조전지(11)의 열화 특성과, 각 온도의 발생 빈도를 사용하여, 소정 시간이 경과했을 때의 장래의 열화율을 산출한다. 스텝 S205의 구체적인 처리에 대해서는 후술한다.

도 5에 도시하는 처리에서는, 열화율이 경과 시간의 평방근에 비례하고 있는지의 여부를 판별함으로써, 본 실시예에 있어서의 열화 상태의 추정 처리를 조전지(11)에 적용할 수 있는지 여부를 판별하고 있지만, 이 판별을 생략할 수 있다. 즉, 열화율이 경과 시간의 평방근에 비례하고 있는 것을 미리 알고 있으면, 이 판별을 생략할 수 있다. 예를 들면, 리튬 이온 2차 전지에서는, 열화율이 경과 시간의 평방근에 비례하는 경향이 높기 때문에, 단전지(10)로서 리튬 이온 2차 전지를 사용했을 때에는, 도 5에서 설명한 판별 처리를 생략할 수 있다.

다음에, 도 5의 스텝 S205의 처리에 대해서, 도 6을 사용해서 구체적으로 설명한다. 여기에서는, 조전지(11)를 사용하기 시작하고 나서부터 시간 t2_total이 경과했을 때의 조전지(11)의 열화율을 예측하도록 하고 있다. 기간 t2_total은 상술한 기간 t1_total보다도 긴 기간이다.

메모리(31)에는, 도 6의 점선으로 나타내는 5개의 열화 곡선(데이터)이 저장되어 있으며, 각 열화 곡선(열화 특성에 상당함)은 각 온도 T1 ~ T5에 있어서의 열화율의 변화를 나타내고 있다. 도 6의 종축은, 조전지(11)의 열화율을 나타내고, 횡축은 경과 시간을 나타내고 있다. 도 6에 도시하는 각 열화 곡선은, 미리 실험 등에 의해 구해 둘 수 있다. T1, T2, T3, T4, T5의 순서대로 온도가 높아지고 있으며, 온도가 높아질수록, 열화율이 높아진다.

우선, 기간 t2_total 중, 각 온도 T1 ~ T5의 상태가 차지하는 기간을 결정한다. 여기서, 기간 t2_total 사이에, 각 온도 T1 ~ T5의 상태가 발생하고 있는 것으로 한다. 기간 t2_total은 도 4에 도시하는 각 온도 T1 ~ T5의 발생 빈도에 따라서 분할된다. 구체적으로는, 하기 식(3)에 기초하여, 각 온도 T1 ~ T5의 상태가 차지하는 기간을 결정한다. 온도 T1 ~ T5의 상태가 차지하는 기간의 총합은, 기간 t2_total이 된다.

여기서, t2(Tk)는, 기간 t2_total 중, 온도 Tk의 상태가 차지하는 기간을 나타내고, F(Tk)는 온도 Tk의 발생 빈도를 나타낸다. 발생 빈도 F(Tk)는, 상술한 바와 같이, 도 4에 도시하는 데이터로부터 취득할 수 있다.

상기 식(2)에 있어서의 t1(Tk)는, 온도 Tk의 상태가 발생하고 있을 때의 실측 시간이며, 상기 식(3)에 있어서의 t2(Tk)는, 온도 Tk의 상태가 발생하고 있을 때의 예측 시간이다. 또한, 본 실시예에서는, 발생 빈도 F(Tk)에 기초하여, 기간 t2(Tk)를 산출하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 발생 빈도 F(Tk)를 사용하지 않고, 기간 t2(Tk)를 적절하게 설정할 수도 있다.

기간 t2(Tk)가 얻어지면, 도 6에 도시하는 열화 곡선을 사용하여, 온도 Tk에 있어서의 열화율의 변화량을 산출할 수 있다. 그리고, 복수의 온도 Tk에 있어서의 열화율의 변화량을 누적한 값을, 시간 t2_total이 경과했을 때의 조전지(11)의 열화율로 하고 있다.

도 6에 도시하는 예에서는, 온도 T1 ~ T5에 있어서의 기간 t2(T1) ~ t2(T5)를, t(1) ~ t(5)로 하고 있다. 그리고, 각 온도 T1 ~ T5에 있어서의 열화율의 변화량을 산출하고, 이들 열화율의 변화량을 누적함으로써, 시간 t2_total이 경과했을 때의 조전지(11)의 열화율을 특정할 수 있다. 기간 t2_total은 기간 t(1) ~ t(5)의 총합이다.

여기서, 열화율의 변화량을 누적하는 방법(일례)에 대해서 설명한다. 도 6에 있어서, 온도 T1의 상태가 기간 t(1)만큼 발생하고 있을 때, 열화율은 Δd1만큼 상승한다. 구체적으로는, 조전지(11)가 초기 상태에 있을 때의 열화율에 대하여, 변화량 Δd1만큼 상승하게 된다. 조전지(11)가 초기 상태에 있을 때, 열화율(상기 식(1) 참조)은 「1」과 거의 같은 값이 된다.

다음에, 온도 T2에 있어서의 열화율의 변화량을 산출하지만, 열화율이 Δd1만큼 상승한 후의 열화율을 기준으로 하여, 온도 T2에 있어서의 열화율의 변화량을 산출한다. 구체적으로는, 온도 T2의 열화 곡선에 있어서, 변화량 Δd1만큼 상승한 후의 열화율에 대응한 시간으로부터, 시간 t(2)가 경과하기까지의 동안에 있어서의 열화율의 변화량을 산출한다. 즉, 온도 T2의 상태가 기간 t(2)만큼 발생하고 있을 때, 열화율은 Δd2만큼 상승한다.

온도 T3에 있어서의 열화율의 변화량을 산출할 때에는, 열화율이 「Δd1+Δd2」만큼 상승한 후의 열화율을 기준으로 한다. 온도 T2에 있어서의 열화율의 변화량 Δd2를 산출한 경우와 마찬가지의 산출을 행하면, 온도 T3의 상태가 기간 t(3)만큼 발생하고 있을 때, 열화율은 Δd3만큼 상승한다.

온도 T4에 있어서의 열화율의 변화량을 산출할 때에는, 열화율이 「Δd1+Δd2+Δd3」만큼 상승한 후의 열화율을 기준으로 한다. 온도 T2에 있어서의 열화율의 변화량 Δd2를 산출한 경우와 마찬가지의 산출을 행하면, 온도 T4의 상태가 기간 t(4)만큼 발생하고 있을 때, 열화율은 Δd4만큼 상승한다.

온도 T5에 있어서의 열화율의 변화량을 산출할 때에는, 열화율이 「Δd1+Δd2+Δd3+Δd4」만큼 상승한 후의 열화율을 기준으로 한다. 온도 T2에 있어서의 열화율의 변화량 Δd2를 산출한 경우와 마찬가지의 산출을 행하면, 온도 T5의 상태가 기간 t(5)만큼 발생하고 있을 때, 열화율은 Δd5만큼 상승한다.

이에 의해, 시간 t2_total이 경과했을 때의 조전지(11)의 열화율은, 초기 상태의 열화율에 대하여, 「Δd1+Δd2+Δd3+Δd4+Δd5」만큼 상승한 값이라 추정할 수 있다. 또한, 상술한 설명에서는, 온도 T1 ~ T5의 상태가 발생한 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 온도 상태의 수에 따라, 상술한 처리를 행하면 된다.

상술한 설명에서는, 온도 T1 ~ T5의 순서대로, 열화율의 변화량을 가산하고 있지만, 열화율의 변화량을 가산하는 순서를 바꾸었다고 하여도, 최종적으로 얻어지는 열화율은 대략 동등해진다.

한편, 도 6에서는, 열화율 및 경과 시간의 좌표계에서 나타내는 열화 곡선에 기초하여, 시간 t2_total이 경과했을 때의 조전지(11)의 열화율을 특정하는 방법에 대해서 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 열화율이 경과 시간의 ｎ승근에 비례할 때에는, 경과 시간의 ｎ승근 및 열화율의 좌표계를 사용하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 각 온도의 열화 데이터를 직선으로 나타낼 수 있다. 도 7에 있어서, 종축은 열화율을 나타내고, 횡축은 경과 시간의 평방근을 나타내고 있다.

도 7에 도시하는 좌표계에 있어서, 온도 T1의 열화 데이터를 사용함으로써, 기간 t(1)의 평방근에 대응한 열화율의 변화량 Δd1이 얻어진다. 기간 t(1)은, 상술한 바와 같이, 온도 T1의 상태가 차지하는 기간이다. 또한, 변화량 Δd1은, 도 6에서 설명한 변화량 Δd1에 상당한다.

마찬가지로, 온도 T2의 열화 데이터를 사용함으로써, 기간 t(2)의 평방근에 대응한 열화율의 변화량 Δd2가 얻어진다. 기간 t(2)는 온도 T2의 상태가 차지하는 기간이며, 변화량 Δd2는 도 6에서 설명한 변화량 Δd2에 상당한다. 한편, 온도 T3의 열화 데이터를 사용함으로써, 기간 t(3)의 평방근에 대응한 열화율의 변화량 Δd3이 얻어진다. 기간 t(3)은 온도 T3의 상태가 차지하는 기간이며, 변화량 Δd3은 도 6에서 설명한 변화량 Δd3에 상당한다.

도 7에 도시하는 열화율의 변화량 Δd1 ~ Δd3을 가산하면, 도 6에서 설명한 경우와 마찬가지로, 장래의 조전지(11)에 있어서의 열화율을 특정할 수 있다. 도 7에 도시하는 좌표계에서는, 열화율이 경과 시간의 평방근에 비례하고 있기 때문에, 각 온도에서 얻어진 열화율의 변화량을 가산하는 것만으로, 도 6에서 설명한 경우와 마찬가지의 결과를 얻을 수 있다.

도 6을 사용해서 설명한 열화율의 산출(추정)은, 하기 식(4)에 기초하여 행할 수 있다.

여기서, Δd_total은, 시간 t2_total이 경과했을 때의 열화율의 변화량을 나타내고 있고, 초기 상태의 열화율에 변화량 Δd_total을 가산하면, 시간 t2_total이 경과했을 때의 조전지(11)의 열화율을 얻을 수 있다. v(Tk)는 온도 Tk에 있어서의 열화 속도를 나타내고, 도 6에서 설명한 열화 곡선에 상당한다. F(Tk)는, 온도 Tk의 발생 빈도를 나타내고, 구체적으로는 시간 t2_total에 차지하는 온도 Tk의 비율을 나타낸다.

상기 식(4)는, 상기 식(3)을 고려하면, 하기 식(5)로 나타낼 수 있다.

본 실시예에 따르면, 시간 t2_total이 경과했을 때의 열화율의 변화량을 추정하거나, 시간 t2_total이 경과했을 때의 조전지(11)의 열화율을 추정하거나 할 수 있다. 조전지(11)의 열화율을 추정할 수 있으면, 예를 들면 조전지(11)를 교환하는 시기를 특정할 수 있다. 구체적으로는, 조전지(11)의 열화율이 미리 설정한 임계값에 도달할 때의 시간 t2_total을 예측할 수 있고, 예측한 시간 t2_total을, 사용자 등에 대하여, 음성이나 표시 등을 사용해서 알릴 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 열화율 및 경과 시간의 좌표계로 규정되는 열화 곡선을 사용하여, 각 온도에 있어서 열화율의 변화량을 산출하고, 이들 변화량을 단순히 가산하는 경우에 비해, 열화율의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이하, 도 8을 사용하여, 구체적으로 설명한다.

도 8의 우측은 본 실시예에서 설명한 열화율의 산출 방법을 나타내고, 도 8의 좌측은 비교예인 열화율의 산출 방법을 나타내고 있다. 도 8의 좌측에 나타내는 산출 방법에서는, 각 온도 T1, T2에 있어서, 동일한 시점으로부터 열화율의 변화량을 산출하고 있다.

도 8에 도시한 바와 같이, 좌측의 산출 방법 및 우측의 산출 방법에서는, 누적값으로서의 열화율에 차 ΔD가 발생하게 된다. 도 8의 좌측에 나타내는 산출 방법에서는, 초기 상태의 열화율을 기준으로 하여, 각 온도 T1, T2에 있어서의 열화율의 변화량을 산출하도록 하고 있지만, 조전지(11)에 있어서의 실제의 열화 상태를 고려하지 않고 있다. 조전지(11)에 있어서의 실제의 사용 상태에서는, 특정 온도에 있어서의 열화가 발생한 후에, 다른 온도에 있어서의 열화가 발생하게 된다. 따라서, 2개의 온도에 있어서, 동일한 열화율을 기준으로 해서 열화가 진행되는 일은 없다.

본 실시예에 따르면, 각 온도에 있어서의 열화율의 변화량을 산출할 때, 기준이 되는 열화율이 변경되기 때문에, 조전지(11)의 사용 상태를 고려한 뒤에, 열화율을 고정밀도로 추정할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 조전지(11)의 열화 상태를 추정하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 조전지(11)를 구성하는 단전지(10)의 열화 상태에 대해서, 본 실시예와 마찬가지의 추정을 행할 수 있다. 또한, 조전지(11)를 구성하는 복수의 단전지(10)를 복수의 블록으로 나누었을 때에는, 각 블록의 열화 상태에 대해서, 본 실시예와 마찬가지의 추정을 행할 수 있다. 여기서, 1개의 블록은, 적어도 2개의 단전지(10)로 구성되어 있다.

또한, 본 실시예에서는, 열화율이 경과 시간의 평방근에 비례하는 경우에 대해서 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 열화율이 경과 시간의 ｎ승근에 비례할 때에도, 본 발명을 적용할 수 있다.

구체적으로는, 하기 식(6)에 기초하여, 열화율의 변화량을 산출할 수 있다.

여기서, v(Tk)는, 온도 Tk에 있어서의 열화 속도를 나타내고, 열화 속도는, 도 6에서 설명한 바와 같이, 경과 시간에 대한 열화율의 변화로 나타낸다. F(Tk)는, 온도 Tk의 상태가 발생할 때의 빈도이며, t2_total은 조전지(11)의 열화를 예측할 때의 시간을 나타내고 있다. 또한, n은 1보다도 큰 수이다.

상기 식(6)은, 상기 식(3)을 고려하면, 하기 식(7)로 나타낼 수도 있다.

n을 특정할 수 있으면, 상기 식(6)을 사용하여, 열화율의 변화량 Δd_total을 산출할 수 있다. n을 특정하는 방법으로는, 우선, 대상이 되는 조전지(11)의 열화율과, 경과 시간의 관계를 구한다. 다음에, 열화율 및 경과 시간의 관계를, 종축을 열화율로 하고, 횡축을 경과 시간의 ｎ승근으로 한 좌표계에 플롯한다. 여기서, n을 1보다도 큰 범위에서 변화시키고, 복수의 좌표계를 준비한다. n의 값이 서로 다른 복수의 좌표계에 있어서, 플롯된 열화율을 가장 직선 근사할 수 있는 좌표계를 특정하면, n을 특정할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는, 각 온도에 있어서의 열화 곡선을 사용해서 열화율의 변화량을 산출하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 조전지(11)의 열화율은 온도뿐만 아니라, 충전 상태를 나타내는 SOC(State　Of　Charge), 전압, 전류에 의해서도 변화된다. 여기서, SOC 등이 변화되어도, 도 6에 도시하는 특성(열화 곡선)과 마찬가지의 특성이 얻어진다. 그리고, SOC가 높아질수록, 열화율은 높아진다.

이 때문에, 상기 식(6)은 하기 식(8)로 나타낼 수 있다.

여기서, v(f)는 상술한 온도나 SOC와 같은 각 열화 조건에 있어서의 열화 속도를 나타내고, 열화 속도는, 경과 시간에 대한 열화율의 변화로서 나타낸다. F는, 열화 조건의 발생 빈도를 나타내고 있고, t_total은 열화 상태를 예측할 때의 시간을 나타내고 있다.

또한, 상기 식(8)은 하기 식(9)로 나타낼 수 있다.

여기서, t(f)는 열화 조건의 발생하는 기간(예측 기간)을 나타내고 있다.

상기 식(8) 및 (9)에 있어서의 열화 속도 v(f)는, 온도만의 함수가 아니고, SOC, 전압 및 전류 중 적어도 1개를 포함하는 함수로서 나타낼 수 있다. SOC 및 전압은, 일반적으로 대응 관계에 있기 때문에, 어느 하나의 값을 사용하면 된다. 열화

속도 v(f)는, 예를 들면 하기 식(10)에 의해 나타낼 수 있다.

여기서, 변수 V는, 조전지(11)의 전압값이며, 도 2에서 설명한 바와 같이, 전압 센서(22)를 사용해서 취득할 수 있다. 전압값 V를, 조전지(11)의 SOC로 치환할 수도 있다. 변수 I는 조전지(11)에 흐르는 전류값이며, 도 2에서 설명한 바와 같이, 전류 센서(21)를 사용해서 취득할 수 있다. a ~ d는 상수이다.

상기 식(10)은 하기 식(11)로 나타낼 수도 있다.

여기서, e는 상수다.

한편, 조전지(11)의 열화에 가장 영향을 미치는 요인으로서는, 온도를 예로 들 수 있다. 따라서, 상기 식(8)에 있어서의 발생 빈도 F로서, 상기 식(6)에 나타낸 바와 같이, 온도 Tk의 발생 빈도 F(Tk)를 사용할 수 있다. 또한, 상기 식(9)에 있어서의 열화 조건의 발생 기간 t(f)로서, 상기 식(7)에 나타낸 바와 같이, 온도 Tk의 상태가 차지하는 기간 t2(Tk)를 사용할 수 있다.

또한, 조전지(11)[또는 단전지(10)]의 실제의 열화 상태(열화율)에 기초하여, 상술한 열화 속도 v(f)를 보정할 수 있다. 구체적으로는, 조전지(11)의 실제의 열화 상태(열화율)를 검출하는 동시에, 조전지(11)의 사용 환경을 검출한다. 조전지(11)의 사용 환경은, 본 실시예에서 설명한 추정 방법을 사용하여, 조전지(11)의 열화 상태를 추정하기 위해서 사용된다.

또한, 검출한 조전지(11)의 사용 환경과, 본 실시예에서 설명한 추정 방법을 사용하여, 조전지(11)의 열화 상태를 추정한다. 그리고, 추정한 열화 상태와, 검출한 열화 상태를 비교하여, 대략 일치하고 있지 않은 경우에는, 열화 속도 v(f)를 보정할 수 있다. 즉, 추정한 열화 상태가 검출한 열화 상태로 되도록, 열화 속도 v(f)를 보정할 수 있다. 열화 속도 v(f)를 보정해 두면, 보정 후에 있어서의 열화 상태의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

10 : 단전지
11 : 조전지
21 : 전류 센서
22 : 전압 센서
23 : 온도 센서
30 : 전지 ECU
31 : 메모리
41a, 41b : 시스템 메인 릴레이
42 : 승압 회로
43 : 인버터
44 : 모터 제너레이터

Claims

열화 상태를 나타내는 열화값과 경과 시간의 ｎ승근(n은 1보다도 큰 값)이 비례 관계에 있으며, 열화 조건에 따라서 상기 비례 관계가 변화하는 축전 소자를 사용했을 때, 상기 축전 소자의 열화 상태를 추정하는 열화 추정 장치이며,
복수의 상기 열화 조건에 있어서의 상기 열화값의 변화량을 누적하고, 소정 시간이 경과할 때의 상기 축전 소자의 열화값을 산출하는 연산기를 갖고,
상기 연산기는,
상기 소정 시간이 경과하기까지의 동안에, 상기 각 열화 조건이 발생하는 기간을 예측하고,
상기 열화값 및 상기 경과 시간의 관계를 나타내는 열화 특성과, 상기 각 열화 조건의 발생 기간에 기초하여, 상기 각 열화 조건에 있어서의 상기 열화값의 변화량을 산출하고, 산출된 상기 변화량을 순서대로 가산할 때, 가산 전에 얻어진 상기 열화값을 기준으로 하여, 가산되는 상기 열화값의 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는, 열화 추정 장치.
제1항에 있어서,
상기 연산기는 하기 식(Ex1)에 기초하여, 상기 열화값의 변화량의 총합을 산출하는 것을 특징으로 하는, 열화 추정 장치.
[수학식 13]

여기서, Δd_total은, 열화값의 변화량의 총합이며, v(f)는 상기 각 열화 조건에 대응해서 설치되고, 경과 시간에 대한 상기 열화값의 변화를 나타내는 열화 속도이며, t(f)는 예측된 상기 각 열화 조건의 발생 기간이다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 각 열화 조건에 있어서의 상기 열화 특성을 기억하는 메모리를 갖는 것을 특징으로 하는, 열화 추정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열화 조건을 검출하기 위한 검출 센서와,
시간을 계측하는 타이머를 갖고 있고,
상기 연산기는 상기 검출 센서 및 상기 타이머를 사용하여, 상기 소정 시간보다도 짧은 시간이 경과하기까지의 상기 각 열화 조건의 발생 기간을 취득하고, 취득한 발생 기간에 기초하여, 상기 소정 시간이 경과하기까지의 상기 각 열화 조건의 상기 발생 기간을 예측하는 것을 특징으로 하는, 열화 추정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열화값을 취득하기 위한 취득 센서와,
시간을 계측하는 타이머를 갖고 있고,
상기 연산기는 상기 취득 센서를 사용해서 취득한 상기 열화값이, 상기 타이머를 사용해서 취득한 경과 시간의 ｎ승근에 비례하는지의 여부를 판별하고, 상기 열화값이 상기 경과 시간의 ｎ승근에 비례할 때, 상기 소정 시간이 경과할 때의 상기 축전 소자의 열화값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 열화 추정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열화값은, 상기 축전 소자가 초기 상태에 있을 때의 내부 저항과, 상기 축전 소자가 열화 상태에 있을 때의 내부 저항의 비율인 것을 특징으로 하는, 열화 추정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열화 조건은, 상기 축전 소자에 있어서의 온도, 충전 상태를 나타내는 값 및 전류값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열화 추정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 n이 2인 것을 특징으로 하는, 열화 추정 장치.
열화 상태를 나타내는 열화값과 경과 시간의 ｎ승근(n은 1보다도 큰 값)이 비례 관계에 있으며, 열화 조건에 따라서 상기 비례 관계가 변화하는 축전 소자를 사용했을 때, 상기 축전 소자의 열화 상태를 추정하는 열화 추정 방법이며,
소정 시간이 경과하기까지의 동안에, 복수의 상기 열화 조건이 발생하는 기간을 예측하는 제1 스텝과,
상기 열화값 및 상기 경과 시간의 관계를 나타내는 열화 특성과, 상기 각 열화 조건의 발생 기간에 기초하여, 상기 각 열화 조건에 있어서의 상기 열화값의 변화량을 산출하고, 산출된 상기 변화량을 순서대로 가산하고, 소정 시간이 경과할 때의 상기 축전 소자의 열화값을 산출하는 제2 스텝
을 갖고,
상기 제2 스텝에 있어서, 가산 전에 얻어진 상기 열화값을 기준으로 하여, 가산되는 상기 열화값의 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는, 열화 추정 방법.
제9항에 있어서,
하기 식(Ex2)에 기초하여, 상기 열화값의 변화량의 총합을 산출하는 것을 특징으로 하는, 열화 추정 방법.
[수학식 14]

여기서, Δd_total은 열화값의 변화량의 총합이며, v(f)는 상기 각 열화 조건에 대응해서 설치되고, 경과 시간에 대한 상기 열화값의 변화를 나타내는 열화 속도이며, t(f)는 상기 제1 스텝에서 예측된 상기 각 열화 조건의 발생 기간이다.