WO2021085354A1 - Soh推定装置、蓄電装置及びsoh推定方法 - Google Patents

Soh推定装置、蓄電装置及びsoh推定方法 Download PDF

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WO2021085354A1
WO2021085354A1 PCT/JP2020/040027 JP2020040027W WO2021085354A1 WO 2021085354 A1 WO2021085354 A1 WO 2021085354A1 JP 2020040027 W JP2020040027 W JP 2020040027W WO 2021085354 A1 WO2021085354 A1 WO 2021085354A1
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power storage
storage element
soc
soh
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裕樹 松井
雄太 柏
航 尾郷
落合 誠二郎
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株式会社Gsユアサ
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    • G01R31/382Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3828Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC using current integration
    • GPHYSICS
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    • HELECTRICITY
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    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an SOH estimation device for estimating the SOH of a power storage element, a power storage device, and an SOH estimation method.
  • Power storage elements such as lithium ion secondary batteries are used in various fields such as power storage devices for vehicles.
  • SOC State of Charge
  • SOC represents the amount of electricity charged in the power storage element as a ratio to the full charge capacity of the power storage element.
  • SOC-OCV curve correlation (SOC-OCV curve) in which the OCV (Open Circuit Voltage) and the SOC have a one-to-one correspondence.
  • Patent Document 1 describes an example of a technique for estimating the SOC of a power storage element.
  • the power storage element deteriorates by repeating charging and discharging, and the full charge capacity decreases.
  • the deteriorated state of the power storage element can be represented by a soundness (SOH: State of Health) indicating the ratio of the actual full charge capacity to the initial full charge capacity of the power storage element.
  • SOH State of Health
  • As a method of estimating SOH there is a method of fully charging and discharging the power storage element, calculating the actual full charge capacity from the amount of electricity discharged from the power storage element, and estimating SOH from the actual full charge capacity. This method limits the timing of performing full charge / discharge, and requires a long time to execute.
  • An object of the present invention is to provide an SOH estimation device, a power storage device, and an SOH estimation method for simply estimating the SOH of a power storage element.
  • the SOH estimation device acquires the OCV (Open Circuit Voltage) of the power storage element before the power storage element starts energization, and based on the acquired OCV, the first SOC of the power storage element ( The first specific unit that specifies the State of Charge) and the current that flows through the power storage element while the power storage element is energized are acquired, and the amount of electricity that is charged to the power storage element based on the acquired current.
  • the first calculation unit that calculates the amount of change in electricity that represents the amount of change that has changed since the start of energization, and the amount of change in electricity at the time after the end of energization of the electricity storage element are the initial stage of the electricity storage element.
  • the second calculation unit that calculates the first SOC change amount by dividing by the full charge capacity of, and the OCV of the power storage element after the power storage element has finished energization are acquired, and based on the acquired OCV, A second specific unit that specifies the second SOC of the power storage element, a third calculation unit that calculates the amount of change in the second SOC by subtracting the first SOC from the second SOC, and the first unit. It is provided with an estimation unit that calculates an estimated value of SOH of the power storage element based on the SOC change amount of 1 and the second SOC change amount.
  • the power storage device measures the OCV of the power storage element and the power storage element before the power storage element starts energization, and identifies the first SOC of the power storage element based on the measured OCV.
  • the current flowing through the power storage element is measured while the power storage element is energized, and the amount of electricity charged in the power storage element starts energization based on the measured current.
  • the first calculation unit that calculates the amount of electrical change that represents the amount of change that has changed since then, and the amount of electrical change at a time after the power storage element has finished energizing are divided by the initial full charge capacity of the power storage element.
  • the second calculation unit that calculates the first SOC change amount and the OCV of the power storage element are measured after the power storage element has finished energization, and the second storage element is based on the measured OCV.
  • the SOH estimation method measures the OCV of the power storage element before the power storage element starts energization, identifies the first SOC of the power storage element based on the measured OCV, and stores the power.
  • the current flowing through the power storage element is measured while the element is energized, and based on the measured current, electricity representing the amount of change in the amount of electricity charged in the power storage element since the start of energization.
  • the first SOC change amount is calculated by calculating the change amount and dividing the electric change amount at the time after the power storage element ends energization by the initial full charge capacity of the power storage element.
  • the OCV of the power storage element is measured, the second SOC of the power storage element is specified based on the measured OCV, and the first SOC is subtracted from the second SOC.
  • the second SOC change amount is calculated, and the estimated value of the SOH of the power storage element is calculated based on the first SOC change amount and the second SOC change amount.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the example of the power storage module and the SOH estimation device. It is a block diagram which shows the example of the functional structure of the power storage module and the SOH estimation device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a graph which shows the example of the SOC-OCV curve which showed the correlation of OCV and SOC.
  • It is a flowchart which shows the procedure of the process of estimating the SOH of a storage cell performed by the SOH estimation apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • It is a graph which shows typically the time change of the amount of electricity charged in a storage cell.
  • the SOH estimation device that estimates the SOH of the power storage element acquires the OCV (Open Circuit Voltage) of the power storage element before the power storage element starts energization, and based on the acquired OCV, the first SOC of the power storage element.
  • the first specific unit that specifies (State of Charge) and the current that flows through the power storage element while the power storage element is energized are acquired, and the electricity that is charged to the power storage element based on the acquired current.
  • the first calculation unit that calculates the amount of change in electricity that represents the amount of change in the amount since the start of energization, and the amount of change in electricity at the time after the electricity storage element has finished energization are calculated by the power storage element.
  • the OCV of the power storage element is acquired.
  • the SOH estimation device acquires the current flowing through the power storage element, calculates the amount of change in the amount of electricity charged in the power storage element before and after energization based on the current, and calculates the amount of change in electricity ( ⁇ Ah). Is divided by the initial full charge capacity (CC 0 ) of the power storage element to calculate the first SOC change amount ( ⁇ Ah / CC 0).
  • the first SOC change amount corresponds to the SOC change amount when it is assumed that the fully charged capacity of the power storage element has not changed from the initial fully charged capacity.
  • the SOH estimator is based on the difference between the first SOC specified from the OCV measured before the power storage element starts energization and the second SOC specified from the OCV measured after the power storage element ends energization. Calculate a second SOC change amount.
  • the second SOC change amount is the actual SOC change amount, and corresponds to the value ( ⁇ Ah / CC) obtained by dividing the electric change amount ( ⁇ Ah) by the actual full charge capacity (CC) of the power storage element.
  • the SOH estimator may divide the first SOC change amount by the second SOC change amount.
  • the value obtained by dividing the first SOC change amount by the second SOC change amount corresponds to the value obtained by dividing the actual full charge capacity of the power storage element by the initial full charge capacity (CC / CC 0 ), and this value is This is the SOH of the power storage element.
  • the estimated value of SOH of the power storage element is calculated. It is not necessary to completely charge and discharge the power storage element in order to estimate the SOH, and the SOH can be estimated when the power storage element is used. Therefore, as compared with the conventional technique that requires full charge / discharge, there are few restrictions on the timing for estimating SOH, and the time required for estimating SOH is shortened.
  • the SOH estimation device further includes a storage unit that stores relationship data representing the relationship between the OCV and the SOC for each of the plurality of SOHs, and the first specific unit and the second specific unit are for the estimated SOH.
  • the first SOC and the second SOC may be specified based on the relational data stored in the storage unit.
  • the SOH estimation device can accurately estimate the SOH of the power storage element by identifying the SOC from the OCV based on the relationship data showing the relationship between the OCV and the SOC and using the relationship data according to the estimated SOH.
  • the power storage device including the power storage element measures the OCV of the power storage element before the power storage element starts energization, and based on the measured OCV, a first specific unit that identifies the first SOC of the power storage element, and a first specific unit.
  • the current flowing through the power storage element is measured while the power storage element is energized, and based on the measured current, the amount of change in the amount of electricity charged in the power storage element after the start of energization is calculated.
  • the first calculation unit that calculates the represented electric change amount and the first calculation unit that divides the electric change amount at a time after the power storage element has finished energization by the initial full charge capacity of the power storage element.
  • a second calculation unit that calculates the amount of change in SOC, and a second specification that measures the OCV of the power storage element after the power storage element has finished energization and specifies the second SOC of the power storage element based on the measured OCV.
  • a third calculation unit that calculates the second SOC change amount by subtracting the first SOC from the second SOC, the first SOC change amount, and the second SOC change amount. Based on the above, an estimation unit for calculating an estimated value of SOH of the power storage element is provided.
  • the power storage device measures the current flowing through the power storage element, measures the OCV of the power storage element before and after energization, calculates the first SOC change amount and the second SOC change amount, and sets the first SOC change amount as the second SOC.
  • the estimated value of SOH of the power storage element is calculated by dividing by the amount of change in SOC of.
  • the power storage device does not need to completely charge and discharge the power storage element in order to estimate the SOH, and the SOH can be estimated when the power storage element is used.
  • the OCV of the power storage element is measured before the power storage element starts energization, and the first SOC of the power storage element is specified based on the measured OCV.
  • the current flowing through the power storage element is measured while the power storage element is energized, and based on the measured current, the amount of electricity charged in the power storage element represents the amount of change that has changed since the start of energization.
  • the first SOC change amount is calculated by calculating the electric change amount and dividing the electric change amount at the time after the power storage element ends energization by the initial full charge capacity of the power storage element.
  • the OCV of the power storage element is measured, the second SOC of the power storage element is specified based on the measured OCV, and the first SOC is subtracted from the second SOC.
  • the second SOC change amount is calculated, and the estimated value of the SOH of the power storage element is calculated based on the first SOC change amount and the second SOC change amount.
  • the current flowing through the power storage element is measured, the OCV of the power storage element before and after energization is measured, the first SOC change amount and the second SOC change amount are calculated, and the first SOC change amount is the second SOC change amount.
  • the estimated value of SOH of the power storage element is calculated. It is necessary to completely charge and discharge the power storage element in order to estimate the SOH, and the SOH can be estimated when the power storage element is used.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of the power storage module 10 and the SOH estimation device 3.
  • the power storage module 10 and the SOH estimation device 3 execute the SOH estimation method.
  • the power storage module 10 includes a plurality of power storage cells 11 connected in series and / or in parallel.
  • the power storage cell 11 corresponds to a power storage element.
  • the power storage cell 11 is a power storage element for a secondary battery such as a lithium ion battery.
  • the storage cell 11 has a rectangular parallelepiped shape.
  • the storage cell 11 includes a rectangular parallelepiped case, positive terminals, and negative terminals.
  • a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte (electrolyte solution) are housed.
  • the positive electrode is made of a material containing lithium iron phosphate
  • the negative electrode is made of graphite.
  • the separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • the positive electrode, the negative electrode, and the separator are in the form of sheets, and are housed in a case as an electrode body in which they are stacked and wound.
  • the electrode body is not limited to the wound type, and may be a laminated type.
  • the positive electrode is connected to the positive terminal and the negative electrode is connected to the negative terminal.
  • the shape of the power storage cell 11 may be a shape other than a rectangular parallelepiped, and may be a pouch shape or a cylindrical shape.
  • the power storage module 10 includes a rectangular parallelepiped housing 12 which is an example of a holding member.
  • the plurality of storage cells 11 are arranged side by side and held (stored) in the housing 12.
  • the holding member may be formed by a pair of end plates and a plurality of fastening bars connecting the end plates.
  • the plurality of storage cells 11 are connected in series and / or in parallel by a bus bar (not shown).
  • FIG. 1 shows an example in which the power storage module 10 includes four power storage cells 11, the power storage module 10 may include a number of other power storage cells 11.
  • the power storage module 10 includes a CMU (Cell Monitoring Unit) 2.
  • the CMU2 has a configuration in which various parts are arranged on a substrate. In FIG. 1, CMU2 is shown in a plate shape.
  • the CMU 2 measures the current flowing through the power storage cell 11 included in the power storage module 10 and the voltage generated in the power storage cell 11.
  • the SOH estimation device 3 is provided outside the power storage module 10.
  • the SOH estimator 3 is connected to the CMU 2.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the power storage module 10 and the SOH estimation device 3 according to the first embodiment.
  • the CMU 2 includes a calculation unit 21, a memory 22, a storage unit 23, a current measurement unit 24, a voltage measurement unit 25, and a communication unit 26.
  • the calculation unit 21 is, for example, a CPU (Central Processing Unit).
  • the memory 22 stores information necessary for the calculation in the calculation unit 21.
  • the storage unit 23 is non-volatile and stores programs and data.
  • the calculation unit 21 executes the process according to the program stored in the storage unit 23.
  • the storage unit 23 is a non-volatile semiconductor memory.
  • the current measuring unit 24 measures the current flowing through the plurality of storage cells 11.
  • the current measuring unit 24 includes a resistor connected in series to a plurality of storage cells 11 connected in series, and a voltmeter for measuring the voltage across the resistor.
  • the voltage measuring unit 25 measures the voltage between both ends of each storage cell 11.
  • the voltage measuring unit 25 includes a voltmeter connected to a positive terminal and a negative terminal of each storage cell 11.
  • the communication unit 26 transmits / receives information to / from the outside of the power storage module 10.
  • the communication unit 26 is connected to the SOH estimation device 3 and transmits information to the SOH estimation device 3.
  • the calculation unit 21 performs a process of controlling each unit of the CMU2.
  • the power storage module 10 supplies electric power to a load (not shown).
  • the SOH estimation device 3 is configured by using a computer.
  • the SOH estimation device 3 may be configured by an ECU (Electronic Control Unit).
  • the SOH estimation device 3 includes a calculation unit 31, a memory 32, a storage unit 33, and a communication unit 34.
  • the arithmetic unit 31 is configured by using, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), or a multi-core CPU.
  • the calculation unit 31 may be configured by using a quantum computer.
  • the memory 32 stores temporary data generated by the calculation.
  • the memory 32 is, for example, a RAM (Random Access Memory).
  • the storage unit 33 is, for example, a hard disk or a non-volatile semiconductor memory.
  • the storage unit 33 stores the computer program 331, and the calculation unit 31 executes necessary processing according to the computer program 331 stored in the storage unit 33.
  • the communication unit 34 is connected to the power storage module 10 and receives the information transmitted from the power storage module 10.
  • the storage unit 33 stores the relationship data showing the correlation between the OCV and the SOC of the storage cell 11.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of an SOC-OCV curve showing the correlation between OCV and SOC.
  • the horizontal axis represents SOC and the vertical axis represents OCV.
  • the relationship data may be a graph as shown in FIG. 3, a pickup table, or a function that approximates the relationship between OCV and SOC.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of the process of estimating the SOH of the storage cell 11 performed by the SOH estimation device 3 according to the first embodiment.
  • the step is abbreviated as S.
  • the calculation unit 31 executes the following processing according to the computer program 331.
  • the CMU2 measures the OCV of the power storage cell 11 with the voltage measuring unit 25.
  • OCV is a voltage obtained when energization is not performed.
  • the calculation unit 21 of the CMU2 causes the communication unit 26 to transmit data representing the measured OCV value to the SOH estimation device 3.
  • the SOH estimation device 3 acquires the OCV of the storage cell 11 by receiving the data representing the OCV value in the communication unit 34 (S1).
  • the calculation unit 31 of the SOH estimation device 3 identifies the first SOC, which is the SOC before energization of the storage cell 11, based on the acquired OCV (S2).
  • the calculation unit 31 identifies the first SOC corresponding to the OCV before energization, as shown in FIG. 3, according to the SOC-OCV curve represented by the relational data stored in the storage unit 33.
  • the relational data represents a graph of the SOC-OCV curve
  • the calculation unit 31 reads the SOC value corresponding to the acquired OCV on the graph.
  • the relational data is a pickup table
  • the calculation unit 31 reads the SOC value corresponding to the acquired OCV from the pickup table.
  • the value of SOC may be specified by complementing the value recorded in the pickup table.
  • the calculation unit 31 substitutes the acquired OCV into the function and calculates the SOC value.
  • the calculation unit 31 stores the value of the first SOC in the storage unit 33.
  • the processing of S1 and S2 corresponds to the first specific part.
  • the calculation unit 31 starts energizing the power storage cell 11 (S3).
  • the calculation unit 31 causes the communication unit 34 to transmit the control signal to the CMU 2, the CMU 2 receives the control signal in the communication unit 26, and the calculation unit 21 causes the storage cell 11 to start charging or discharging.
  • the SOH estimation device 3 controls a device such as a load outside the power storage module 10 to use the power from the power storage cell 11 outside the power storage module 10, or receives power from the outside of the power storage module 10. It is supplied to the power storage cell 11.
  • the power storage cell 11 is charged when the kinetic energy of the vehicle is regenerated, and power is stored when the acceleration of the vehicle is assisted by electric power.
  • the cell 11 is discharged. Normally, charging and discharging of the storage cell 11 are repeated alternately.
  • the current measuring unit 24 sequentially measures the current flowing through the power storage cell 11, and the CMU2 outputs data representing the measured current value. It is transmitted to the SOH estimation device 3.
  • the SOH estimation device 3 acquires the current of the storage cell 11 by receiving the data representing the current value in the communication unit 34 (S4).
  • the calculation unit 31 stores data representing the current value in the memory 32 or the storage unit 33.
  • the calculation unit 31 calculates the amount of change in electricity representing the amount of change in the amount of electricity charged in the storage cell 11 since the start of energization (S5). For example, the calculation unit 31 calculates the amount of change in electricity by integrating the currents with the current during charging as a positive value and the current during discharging as a negative value. The calculation unit 31 performs the calculation with the amount of change in electricity before the start of energization as zero. Alternatively, the calculation unit 31 calculates the amount of electricity charged in the storage cell 11 and calculates the amount of change in electricity by subtracting the amount of electricity at the time before the start of energization from the calculated amount of electricity. May be good. The calculation unit 31 stores data representing the value of the amount of electrical change in the memory 32 or the storage unit 33.
  • the calculation unit 31 determines whether or not the power storage cell 11 has been energized (S6). For example, the calculation unit 31 determines that the energization of the storage cell 11 is completed when the value of the acquired current becomes almost zero for a predetermined period. Alternatively, when the SOH estimation device 3 controls a device outside the power storage module 10 and ends the use of power from the power storage cell 11 and the supply of power to the power storage cell 11, the calculation unit 31 causes the power storage cell 31 to end. It is determined that the energization of 11 is completed. If the power storage cell 11 is not completely energized (S6: NO), the calculation unit 31 returns the process to S4. The processing of S4 to S6 corresponds to the first calculation unit. The calculation unit 31 may store the time change of the current value in the memory 32 or the storage unit 33 without performing the processing of S5, and calculate the amount of electric change after the energization is completed.
  • FIG. 5 is a graph schematically showing the time change of the amount of electricity charged in the storage cell 11.
  • the horizontal axis in the figure indicates time, and the vertical axis indicates the amount of electricity.
  • the time point of zero time is the time point before the start of energization of the power storage cell 11.
  • energization is started, a current flows through the storage cell 11, and the amount of electricity charged in the storage cell 11 changes.
  • the storage cell 11 is charged, the amount of electricity increases, and when the storage cell 11 is discharged, the amount of electricity decreases.
  • the amount of change in electricity represents the amount of change in the amount of electricity since the start of energization.
  • the amount of change in electricity after the end of energization is the amount of electricity charged in the electricity storage cell 11 before the start of energization and the amount of electricity charged in the electricity storage cell 11 after the end of energization.
  • the amount of electricity decreases before and after energization, the amount of change in electricity becomes a negative value, and when the amount of electricity increases before and after energization, the amount of change in electricity becomes a positive value.
  • the unit of electricity is amp-hours (Ah). Let ⁇ Ah be the amount of change in electricity after the end of energization.
  • FIG. 5 shows the amount of change in electricity ⁇ Ah.
  • the initial full charge capacity is a predetermined value representing the initial full charge capacity of the storage cell 11.
  • CC 0 be the initial full charge capacity.
  • CC 0 is 5 Ah for the initial full charge capacity.
  • the value obtained by dividing the amount of change in electricity ⁇ Ah by the initial full charge capacity CC 0 is the amount of full charge of the power storage cell 11. This is the amount of change in SOC assuming that the capacity has not changed from the initial full charge capacity. This value is the first SOC change amount.
  • the first SOC change amount is ⁇ SOC1.
  • the processing of S7 corresponds to the second calculation unit.
  • the calculation unit 31 acquires the OCV of the storage cell 11 after the end of energization (S8).
  • the voltage measuring unit 25 measures the OCV of the storage cell 11
  • the communication unit 26 transmits data representing the OCV value to the SOH estimation device 3
  • the communication unit 34 receives the data representing the OCV value.
  • the calculation unit 31 acquires the OCV of the storage cell 11.
  • the calculation unit 31 identifies a second SOC, which is the SOC of the power storage cell 11 after the end of energization, based on the acquired OCV (S9).
  • the calculation unit 31 identifies the second SOC according to the SOC-OCV curve represented by the relational data, as shown in FIG. The processing of S8 and S9 corresponds to the second specific part.
  • the calculation unit 31 then calculates the second SOC change amount by subtracting the first SOC from the second SOC (S10). Even when the full charge capacity of the storage cell 11 decreases, the SOC-OCV curve does not change much. Therefore, the first SOC and the second SOC obtained by using the SOC-OCV curve have almost accurate values, and the second SOC change amount represents the actual SOC change amount. Let the second SOC change amount be ⁇ SOC2. FIG. 3 shows the second SOC change amount ⁇ SOC2.
  • the second SOC change amount ⁇ SOC2 when the amount of discharged electricity is less than the amount of charged electricity, the second SOC change amount ⁇ SOC2 is a positive value, and when the amount of discharged electricity is larger than the amount of charged electricity, the second SOC change amount ⁇ SOC2 is the positive value.
  • the SOC change amount ⁇ SOC2 of 2 is a negative value.
  • the processing of S10 corresponds to the third calculation unit.
  • the calculation unit 31 calculates the estimated value of the SOH of the storage cell 11 by dividing the first SOC change amount by the second SOC change amount (S11).
  • the actual full charge capacity of the storage cell 11 may be different from the initial full charge capacity CC 0, and the first SOC change amount may be different from the actual SOC change amount.
  • CC / CC 0 is SOH indicating the ratio of the actual full charge capacity to the initial full charge capacity. That is, the value obtained by dividing the first SOC change amount by the second SOC change amount is the estimated value of the SOH of the storage cell 11.
  • the processing of S11 corresponds to the estimation unit.
  • the calculation unit 31 ends the process of estimating the SOH of the storage cell 11.
  • the calculation unit 31 repeats the processes of S1 to S11 at any time.
  • the estimated value of SOH is approximately 1.
  • the estimated value of SOH decreases.
  • the calculation unit 31 may store the estimated value of SOH in the storage unit 33.
  • the SOH estimation device 3 may have a function of outputting the estimated value of SOH to the outside, or may have a function of controlling the operation of the power storage module 10 based on the estimated value of SOH.
  • the power storage cell 11 or the power storage module 10 is replaced by the user who has confirmed the estimated value of the output SOH.
  • the SOH estimation device 3 limits the power supplied from the storage cell 11 to the load according to the decrease in SOH of the storage cell 11.
  • the SOH estimation device 3 has the first SOC change amount obtained by dividing the change amount of the amount of electricity charged in the storage cell 11 before and after energization by the initial full charge capacity of the storage cell 11 and the OCV.
  • the SOH of the storage cell 11 is estimated based on the second SOC change amount, which is the change amount of the SOC before and after energization obtained from the above.
  • An estimated value of SOH is obtained by dividing the first SOC change amount by the second SOC change amount.
  • the SOH estimation device 3 can calculate the estimated value of SOH by performing necessary measurements and calculations before and after using the storage cell 11.
  • the SOH estimation device 3 can estimate the SOH of the storage cell 11 more easily than in the conventional case. It is also possible to more accurately estimate the SOC of the storage cell 11 by the current integration method using the estimated value of SOH.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of a change in the SOC-OCV curve according to deterioration of the storage cell 11.
  • the horizontal axis represents SOC and the vertical axis represents OCV.
  • the SOC-OCV curve before deterioration is shown by a solid line
  • the SOC-OCV curve after deterioration is shown by a broken line.
  • the SOC-OCV curve after deterioration is slightly different from the SOC-OCV curve before deterioration.
  • the SOH estimation device 3 performs processing using the SOC-OCV curve according to the SOH.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the power storage module 10 and the SOH estimation device 3 according to the second embodiment.
  • the storage unit 33 stores a relational database in which relational data corresponding to each state in which the SOH of the storage cell 11 has a plurality of values is recorded.
  • the relationship data represents the correlation between OCV and SOC.
  • relational data is associated with each of a plurality of ranges of SOH.
  • the storage unit 33 stores the previously calculated estimated value of SOH.
  • the configuration of the other parts of the power storage module 10 and the SOH estimation device 3 is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of the process of estimating the SOH of the storage cell 11 performed by the SOH estimation device 3 according to the second embodiment.
  • the calculation unit 31 executes the processes of S1 to S11 as in the first embodiment.
  • the calculation unit 31 identifies the first SOC by using the relational data corresponding to the estimated value of the SOH stored in the storage unit 33.
  • the calculation unit 31 reads out the estimated value of SOH stored in the storage unit 33, and selects the relational data associated with the range of SOH including the estimated value of SOH from the relational database.
  • the calculation unit 31 identifies the first SOC by specifying the SOC corresponding to the OCV acquired in S1 based on the correlation between the OCV and the SOC represented by the selected relationship data. In S9, the calculation unit 31 similarly identifies the second SOC by using the relational data corresponding to the estimated value of the SOH stored in the storage unit 33.
  • the calculation unit 31 updates the estimated value of SOH stored in the storage unit 33 to the estimated value of SOH calculated in S11 (S12), and ends the process.
  • the calculation unit 31 repeats the processes of S1 to S12 at any time.
  • the processing of S1 to S12 is performed again after the processing of S1 to S12 is performed, the processing using the relational data corresponding to the estimated value of SOH updated in the previous processing of S1 to S12 is performed. Will be.
  • the SOH estimation device 3 estimates the SOH of the storage cell 11 more easily than in the conventional case.
  • the SOH estimation device 3 can estimate the SOH more accurately by performing the process using the SOC-OCV curve according to the estimated value of the SOH.
  • the SOH estimation device 3 may execute processing on each of the plurality of storage cells 11 to estimate the SOH of each storage cell 11.
  • the SOH estimation device 3 may estimate a common SOH in the plurality of storage cells 11.
  • the power storage module 10 may include a single power storage cell 11 and the SOH estimation device 3 may estimate the SOH of the single power storage cell 11.
  • the SOH estimation device 3 may estimate the SOH of the storage cell 11 included in the plurality of power storage modules 10.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the power storage module 10 according to the third embodiment.
  • the power storage module 10 includes a plurality of power storage cells 11 and a BMU (Battery Management Unit) 4.
  • the BMU 4 performs a process of estimating the SOH of the storage cell 11.
  • the power storage module 10 corresponds to a power storage device.
  • the BMU4 corresponds to a SOH estimator.
  • the power storage module 10 executes the SOH estimation method.
  • the BMU 4 includes a calculation unit 41, a memory 42, a storage unit 43, a current measurement unit 44, a voltage measurement unit 45, and a communication unit 46.
  • the calculation unit 41 is configured by using, for example, a CPU, a GPU, or a multi-core CPU.
  • the arithmetic unit 41 may be configured by using a quantum computer.
  • the memory 42 stores information necessary for the calculation in the calculation unit 41.
  • the memory 42 is, for example, a RAM.
  • the storage unit 43 is non-volatile and stores programs and data.
  • the storage unit 43 stores the relationship data showing the correlation between the OCV and the SOC.
  • the calculation unit 41 executes the process according to the program stored in the storage unit 43.
  • the storage unit 43 is a non-volatile semiconductor memory.
  • the current measuring unit 44 measures the current flowing through the plurality of storage cells 11, and the voltage measuring unit 45 measures the voltage between both ends of each storage cell 11.
  • the current measuring unit 44 and the voltage measuring unit 45 correspond to the measuring unit.
  • the communication unit 46 communicates with the outside of the power storage module 10.
  • the power storage module 10 supplies electric power to a load (not shown).
  • the BMU 4 executes the same processing as the processing of S1 to S11 executed by the SOH estimation device 3 in the first embodiment.
  • the voltage measuring unit 45 measures the OCV of the power storage cell 11 before the power storage cell 11 is energized, so that the BMU 4 acquires the OCV of the power storage cell 11 before the power storage cell 11 is energized (S1).
  • the calculation unit 41 of the BMU 4 identifies the first SOC based on the acquired OCV (S2). In S2, the calculation unit 41 identifies the first SOC according to the SOC-OCV curve represented by the relational data stored in the storage unit 43.
  • the calculation unit 41 starts energizing the power storage cell 11 (S3). While the power storage cell 11 is energized, the current measuring unit 44 sequentially measures the current flowing through the power storage cell 11, so that the BMU 4 acquires the current of the power storage cell 11 (S4). The calculation unit 41 calculates the amount of change in electricity representing the amount of change in the amount of electricity charged in the storage cell 11 since the start of energization (S5). The calculation unit 41 determines whether or not the power storage cell 11 has been energized (S6). If the power storage cell 11 has not been energized (S6: NO), the calculation unit 41 returns the process to S4.
  • the calculation unit 41 calculates the first SOC change amount (S7).
  • the voltage measuring unit 45 measures the OCV of the storage cell 11, and the BMU 4 acquires the OCV of the storage cell 11 after the end of energization (S8).
  • the calculation unit 41 identifies the second SOC based on the acquired OCV (S9).
  • the calculation unit 41 then calculates the second SOC change amount (S10), and divides the first SOC change amount by the second SOC change amount to calculate the estimated value of the SOH of the storage cell 11. (S11).
  • the calculation unit 41 ends the process of estimating the SOH of the storage cell 11.
  • the calculation unit 41 repeats the processes of S1 to S11 at any time.
  • the calculation unit 41 may store the estimated value of SOH in the storage unit 43.
  • the BMU 4 may have a function of outputting an estimated value of SOH to the outside, or may have a function of controlling the operation of the power storage module 10 based on the estimated value of SOH.
  • BMU4 may be in the form of performing processing using the SOC-OCV curve according to SOH.
  • the storage unit 43 stores a relational database in which relational data corresponding to each state in which the SOH of the storage cell 11 has a plurality of values is recorded.
  • the storage unit 43 stores the previously calculated estimated value of SOH.
  • the BMU 4 executes the same processing as the processing of S1 to S12 executed by the SOH estimation device 3 in the second embodiment.
  • the calculation unit 41 performs the same processing as described above.
  • the calculation unit 41 identifies the first SOC by using the relational data corresponding to the estimated value of the SOH stored in the storage unit 43.
  • the calculation unit 41 similarly identifies the second SOC by using the relational data corresponding to the estimated value of the SOH stored in the storage unit 43.
  • the calculation unit 41 updates the estimated value of SOH stored in the storage unit 43 to the estimated value of SOH calculated in S11 (S12), and ends the process.
  • the calculation unit 41 repeats the processes of S1 to S12 at any time.
  • the processing of S1 to S12 is performed again after the processing of S1 to S12 is performed, the processing using the relational data corresponding to the estimated value of SOH updated in the previous processing of S1 to S12 is performed. Will be.
  • the SOH of the power storage cell 11 is estimated inside the power storage module 10. Similar to the first and second embodiments, the BMU 4 estimates the SOH of the storage cell 11 more easily than in the conventional case.
  • the BMU 4 may execute processing on each of the plurality of storage cells 11 and estimate the SOH of each storage cell 11.
  • the BMU 4 may estimate a common SOH in the plurality of storage cells 11.
  • the power storage module 10 may include a single power storage cell 11 and the BMU 4 may estimate the SOH of the single power storage cell 11.
  • Power storage module 11 Power storage cell 2 CMU 3 SOH estimator 4 BMU

Abstract

SOH推定装置は、蓄電素子が通電を開始する前に取得した蓄電素子のOCVに基づいて、蓄電素子の第1のSOCを特定し、蓄電素子が通電している間に蓄電素子に流れる電流に基づいて、蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算し、蓄電素子が通電を終了した以後の時点での電気変化量を、蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第1のSOC変化量を計算し、蓄電素子が通電を終了した後に取得した蓄電素子のOCVに基づいて、蓄電素子の第2のSOCを特定し、第2のSOCから第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算し、第1のSOC変化量と第2のSOC変化量とに基づいて、蓄電素子のSOHの推定値を計算する。

Description

SOH推定装置、蓄電装置及びSOH推定方法
 本発明は、蓄電素子のSOHを推定するSOH推定装置、蓄電装置及びSOH推定方法に関する。
 リチウムイオン二次電池等の蓄電素子は、車両用の蓄電装置等、種々の分野で使用されている。蓄電装置を使用する際には、蓄電装置が備える蓄電素子のSOC(State of Charge )を管理する必要がある。SOCは、蓄電素子の満充電容量に対して、蓄電素子に充電されている電気量を比率で表したものである。蓄電素子のSOCを推定する方法として、OCV(Open Circuit Voltage;開回路電圧)とSOCとが一対一対応する相関関係(SOC-OCV曲線)に基づいてSOCを推定する方法がある。他の方法として、蓄電素子に流れる電流を逐次測定し、電流を積算することによって、蓄電素子に充電されている電気量を計算し、電気量に基づいてSOCを推定する電流積算法がある。特許文献1には、蓄電素子のSOCを推定する技術の例が記載されている。
特開2004-42799号公報
 蓄電素子は、充放電を繰り返すことによって劣化が進行し、満充電容量が低下する。蓄電素子の劣化状態は、蓄電素子の初期の満充電容量に対する実際の満充電容量の割合を示す健全度(SOH:State of Health )で表すことができる。電流積算法によって蓄電素子のSOCをより正確に推定するためには、蓄電素子のSOHを推定することが望ましい。SOHを推定する方法として、蓄電素子の完全充放電を行い、蓄電素子から放出された電気量から実際の満充電容量を計算し、実際の満充電容量からSOHを推定する方法がある。この方法は、完全充放電を実行するタイミングが制限され、また、実行に長時間が必要とされる。
 本発明の目的は、簡易的に蓄電素子のSOHを推定するSOH推定装置、蓄電装置及びSOH推定方法を提供することにある。
 本発明の一局面に係るSOH推定装置は、蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のOCV(Open Circuit Voltage)を取得し、取得したOCVに基づいて、蓄電素子の第1のSOC(State of Charge )を特定する第1特定部と、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を取得し、取得した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第1計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第1のSOC変化量を計算する第2計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のOCVを取得し、取得したOCVに基づいて、蓄電素子の第2のSOCを特定する第2特定部と、前記第2のSOCから前記第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算する第3計算部と、前記第1のSOC変化量と前記第2のSOC変化量とに基づいて、前記蓄電素子のSOHの推定値を計算する推定部とを備える。
 本発明の一局面に係る蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第1のSOCを特定する第1特定部と、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第1計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第1のSOC変化量を計算する第2計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第2のSOCを特定する第2特定部と、前記第2のSOCから前記第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算する第3計算部と、前記第1のSOC変化量と前記第2のSOC変化量とに基づいて、前記蓄電素子のSOHの推定値を計算する推定部とを備える。
 本発明の一局面に係るSOH推定方法は、蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第1のSOCを特定し、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算し、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第1のSOC変化量を計算し、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第2のSOCを特定し、前記第2のSOCから前記第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算し、前記第1のSOC変化量と前記第2のSOC変化量とに基づいて、前記蓄電素子のSOHの推定値を計算する。
 上記構成により、蓄電素子の完全充放電を行わずとも、蓄電素子を使用する際に簡易的に蓄電素子のSOHの推定が可能となる。
蓄電モジュール及びSOH推定装置の例を示す模式図である。 実施形態1に係る蓄電モジュール及びSOH推定装置の機能構成の例を示すブロック図である。 OCVとSOCとの相関関係を表したSOC-OCV曲線の例を示すグラフである。 実施形態1に係るSOH推定装置が行う蓄電セルのSOHを推定する処理の手順を示すフローチャートである。 蓄電セルに充電されている電気量の時間変化を模式的に示すグラフである。 蓄電セルの劣化に応じたSOC-OCV曲線の変化の例を示すグラフである。 実施形態2に係る蓄電モジュール及びSOH推定装置の機能構成の例を示すブロック図である。 実施形態2に係るSOH推定装置が行う蓄電セルのSOHを推定する処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態3に係る蓄電モジュールの機能構成の例を示すブロック図である。
 蓄電素子のSOHを推定するSOH推定装置は、前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のOCV(Open Circuit Voltage)を取得し、取得したOCVに基づいて、蓄電素子の第1のSOC(State of Charge )を特定する第1特定部と、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を取得し、取得した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第1計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第1のSOC変化量を計算する第2計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のOCVを取得し、取得したOCVに基づいて、蓄電素子の第2のSOCを特定する第2特定部と、前記第2のSOCから前記第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算する第3計算部と、前記第1のSOC変化量と前記第2のSOC変化量とに基づいて、前記蓄電素子のSOHの推定値を計算する推定部とを備える。
 SOH推定装置は、蓄電素子に流れる電流を取得し、電流に基づいて、蓄電素子に充電されている電気量の通電前後での変化量を表す電気変化量を計算し、電気変化量(ΔAh)を蓄電素子の初期の満充電容量(CC0 )で除した第1のSOC変化量(ΔAh/CC0 )を計算する。第1のSOC変化量は、蓄電素子の満充電容量が初期の満充電容量から変化していないと仮定した場合のSOCの変化量に相当する。SOH推定装置は、蓄電素子が通電を開始する前に測定したOCVから特定される第1のSOCと、蓄電素子が通電を終了した後に測定したOCVから特定される第2のSOCとの差である第2のSOC変化量を計算する。第2のSOC変化量は、実際のSOCの変化量であり、電気変化量(ΔAh)を蓄電素子の実際の満充電容量(CC)で除した値(ΔAh/CC)に相当する。SOH推定装置は、第1のSOC変化量を第2のSOC変化量で除算してもよい。第1のSOC変化量を第2のSOC変化量で除した値は、蓄電素子の実際の満充電容量を初期の満充電容量で除した値(CC/CC0 )に相当し、この値は蓄電素子のSOHである。このようにして、蓄電素子のSOHの推定値が計算される。SOHを推定するために従来のような蓄電素子の完全充放電を行う必要が無く、蓄電素子を使用する際にSOHを推定できる。このため、完全充放電を必要とする従来の技術に比べて、SOHを推定するタイミングの制限が少なく、SOHを推定するために必要な時間が短くなる。
 SOH推定装置は、OCVとSOCとの関係を表した関係データを、複数のSOHの夫々について記憶する記憶部を更に備え、前記第1特定部及び前記第2特定部は、推定されたSOHについて前記記憶部が記憶する関係データに基づいて、前記第1のSOC及び前記第2のSOCを特定してもよい。蓄電素子が劣化し、SOHが低下した場合、OCVとSOCとの関係は若干変化する。SOH推定装置は、OCVとSOCとの関係を表した関係データに基づいてOCVからSOCを特定し、推定されたSOHに応じた関係データを用いることにより、精度良く蓄電素子のSOHを推定できる。
 蓄電素子を備える蓄電装置は、前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第1のSOCを特定する第1特定部と、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第1計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第1のSOC変化量を計算する第2計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第2のSOCを特定する第2特定部と、前記第2のSOCから前記第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算する第3計算部と、前記第1のSOC変化量と前記第2のSOC変化量とに基づいて、前記蓄電素子のSOHの推定値を計算する推定部とを備える。蓄電装置は、蓄電素子に流れる電流を測定し、通電前後の蓄電素子のOCVを測定し、第1のSOC変化量及び第2のSOC変化量を計算し、第1のSOC変化量を第2のSOC変化量で除算することにより、蓄電素子のSOHの推定値を計算する。蓄電装置は、SOHを推定するために蓄電素子の完全充放電を行う必要が無く、蓄電素子を使用する際にSOHを推定できる。
 蓄電素子のSOHを推定するSOH推定方法では、前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第1のSOCを特定し、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算し、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第1のSOC変化量を計算し、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第2のSOCを特定し、前記第2のSOCから前記第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算し、前記第1のSOC変化量と前記第2のSOC変化量とに基づいて、前記蓄電素子のSOHの推定値を計算する。蓄電素子に流れる電流が測定され、通電前後の蓄電素子のOCVが測定され、第1のSOC変化量及び第2のSOC変化量が計算され、第1のSOC変化量を第2のSOC変化量で除算することにより、蓄電素子のSOHの推定値が計算される。SOHを推定するために蓄電素子の完全充放電を行うことが必要となり、蓄電素子を使用する際にSOHの推定が可能である。
 以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
<実施形態1>
 図1は、蓄電モジュール10及びSOH推定装置3の例を示す模式図である。蓄電モジュール10及びSOH推定装置3は、SOH推定方法を実行する。蓄電モジュール10は、直列及び/又は並列に接続された複数の蓄電セル11を含んでいる。蓄電セル11は蓄電素子に対応する。蓄電セル11は、リチウムイオン電池等の二次電池の蓄電素子である。蓄電セル11は、直方体の形状を有している。蓄電セル11は、直方体形状のケースと、正端子と、負端子とを備えている。ケースの内部には、正極、負極、セパレータ及び電解質(電解液)が収容されている。例えば、正極はリン酸鉄リチウムを含む材料で構成され、負極はグラファイトで構成されている。セパレータは正極及び負極の間に介在されている。例えば、正極、負極及びセパレータはシート状であり、それらを重ねて巻回した電極体としてケース内に収容されている。電極体は、巻回型のものに限らず、積層型のものであってもよい。正極は正端子に接続され、負極は負端子に接続されている。なお、蓄電セル11の形状は直方体以外の形状であってもよく、パウチ形又は円筒形であってもよい。
 蓄電モジュール10は、保持部材の一例である直方体状の筐体12を備えている。複数の蓄電セル11は、並べられ、筐体12に保持(収納)されている。代替的に、保持部材は、一対のエンドプレートとそれらエンドプレートを繋ぐ複数の締結バーとによって形成されてもよい。複数の蓄電セル11は、図示しないバスバーによって直列及び/又は並列に接続される。図1には蓄電モジュール10が四個の蓄電セル11を備えた例を示しているが、蓄電モジュール10はその他の数の蓄電セル11を備えていてもよい。
 蓄電モジュール10は、CMU(Cell Monitoring Unit;セル観測部)2を備えている。CMU2は、基板上に各種の部品が配置された構成となっている。図1では、CMU2を板状の形状で示している。CMU2は、蓄電モジュール10に含まれる蓄電セル11に流れる電流と蓄電セル11に発生する電圧とを測定する。SOH推定装置3は、蓄電モジュール10の外部に設けられている。SOH推定装置3は、CMU2に接続されている。
 図2は、実施形態1に係る蓄電モジュール10及びSOH推定装置3の機能構成の例を示すブロック図である。蓄電モジュール10では、例えば、複数の蓄電セル11が直列に接続されている。CMU2は、演算部21と、メモリ22と、記憶部23と、電流測定部24と、電圧測定部25と、通信部26とを備えている。演算部21は、例えば、CPU(Central Processing Unit)である。メモリ22は、演算部21での演算に必要な情報を記憶する。記憶部23は、不揮発性であり、プログラム及びデータを記憶する。演算部21は、記憶部23が記憶するプログラムに従って処理を実行する。例えば、記憶部23は不揮発性の半導体メモリである。電流測定部24は、複数の蓄電セル11に流れる電流を測定する。例えば、電流測定部24は、直列に接続された複数の蓄電セル11に直列に接続された抵抗器と、抵抗器の両端の電圧を測定する電圧計とを含む。電圧測定部25は、夫々の蓄電セル11の両端の間の電圧を測定する。例えば、電圧測定部25は、夫々の蓄電セル11の正端子及び負端子に接続された電圧計を含んでいる。通信部26は、蓄電モジュール10の外部と情報を送受信する。通信部26は、SOH推定装置3に接続されており、SOH推定装置3へ情報を送信する。演算部21は、CMU2の各部を制御する処理を行う。蓄電モジュール10は、図示しない負荷へ電力を供給する。
 SOH推定装置3は、コンピュータを用いて構成されている。例えば、蓄電モジュール10が車両に搭載された蓄電装置に含まれる場合、SOH推定装置3はECU(Electronic Control Unit)によって構成されていてもよい。SOH推定装置3は、演算部31と、メモリ32と、記憶部33と、通信部34とを備えている。演算部31は、例えばCPU(Central Processing Unit )、GPU(Graphics Processing Unit)、又はマルチコアCPUを用いて構成されている。演算部31は、量子コンピュータを用いて構成されていてもよい。メモリ32は、演算に伴って発生する一時的なデータを記憶する。メモリ32は、例えばRAM(Random Access Memory)である。記憶部33は、例えばハードディスク又は不揮発性半導体メモリである。記憶部33はコンピュータプログラム331を記憶しており、演算部31は記憶部33に記憶されたコンピュータプログラム331に従って必要な処理を実行する。通信部34は、蓄電モジュール10と接続されており、蓄電モジュール10から送信された情報を受信する。
 記憶部33は、蓄電セル11のOCVとSOCとの相関関係を表した関係データを記憶している。図3は、OCVとSOCとの相関関係を表したSOC-OCV曲線の例を示すグラフである。図中の横軸はSOCを示し、縦軸はOCVを示す。OCVとSOCとは、一対一対応している。関係データは、図3に示すごときグラフであってもよく、ピックアップテーブルであってもよく、OCVとSOCとの関係を近似した関数であってもよい。
 図4は、実施形態1に係るSOH推定装置3が行う蓄電セル11のSOHを推定する処理の手順を示すフローチャートである。以下、ステップをSと略す。演算部31は、コンピュータプログラム331に従って以下の処理を実行する。蓄電セル11の通電前、即ち蓄電セル11が放電又は充電を行う前に、CMU2は、電圧測定部25で蓄電セル11のOCVを測定する。OCVは通電が行われていない状態で得られる電圧である。CMU2の演算部21は、測定したOCVの値を表すデータを通信部26にSOH推定装置3へ送信させる。SOH推定装置3は、OCVの値を表すデータを通信部34で受信することにより、蓄電セル11のOCVを取得する(S1)。
 SOH推定装置3の演算部31は、取得したOCVに基づいて、蓄電セル11の通電前のSOCである第1のSOCを特定する(S2)。S2では、演算部31は、記憶部33が記憶する関係データが表すSOC-OCV曲線に従って、図3に示すように、通電前のOCVに対応する第1のSOCを特定する。関係データがSOC-OCV曲線のグラフを表す場合、演算部31は、取得したOCVに対応するSOCの値をグラフ上で読み取る。関係データがピックアップテーブルである場合は、演算部31は、取得したOCVに対応するSOCの値をピックアップテーブルから読み出す。SOCの値は、ピックアップテーブルに記録された値を補完することによって特定されてもよい。関係データが関数を表す場合は、演算部31は、取得したOCVを関数へ代入し、SOCの値を計算する。演算部31は、第1のSOCの値を記憶部33に記憶する。S1及びS2の処理は第1特定部に対応する。
 演算部31は、次に、蓄電セル11の通電を開始させる(S3)。演算部31は、制御信号を通信部34にCMU2へ送信させ、CMU2は、制御信号を通信部26で受信し、演算部21は、蓄電セル11に充電又は放電を開始させる。或は、SOH推定装置3は、蓄電モジュール10の外部にある負荷等の機器を制御し、蓄電モジュール10の外部で蓄電セル11からの電力を利用させるか、又は蓄電モジュール10の外部から電力を蓄電セル11へ供給させる。例えば、蓄電モジュール10が車両に搭載された蓄電装置に含まれる場合、車両の運動エネルギーが回生される際に蓄電セル11の充電が行われ、電力による車両の加速のアシストが行われる際に蓄電セル11の放電が行われる。通常、蓄電セル11の充電及び放電は交互に繰り返される。
 蓄電セル11の通電中、即ち蓄電セル11の充電及び放電が行われている間、電流測定部24は蓄電セル11に流れる電流を逐次測定し、CMU2は、測定した電流の値を表すデータをSOH推定装置3へ送信する。SOH推定装置3は、電流の値を表すデータを通信部34で受信することにより、蓄電セル11の電流を取得する(S4)。演算部31は、電流の値を表すデータをメモリ32又は記憶部33に記憶する。
 演算部31は、取得された電流に基づいて、蓄電セル11に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する(S5)。例えば、演算部31は、充電時の電流をプラスの値、放電時の電流をマイナスの値として、電流を積算することにより、電気変化量を計算する。演算部31は、通電開始前の電気変化量をゼロとして計算を行う。代替的に、演算部31は、蓄電セル11に充電されている電気量を計算し、計算した電気量から通電開始前の時点での電気量を減算することにより、電気変化量を計算してもよい。演算部31は、電気変化量の値を表すデータをメモリ32又は記憶部33に記憶する。
 演算部31は、蓄電セル11の通電が終了したか否かを判定する(S6)。例えば、演算部31は、取得する電流の値が所定期間ほぼゼロになった場合に、蓄電セル11の通電が終了したと判定する。或は、SOH推定装置3が蓄電モジュール10の外部にある機器を制御し、蓄電セル11からの電力の利用及び蓄電セル11への電力の供給を終了した場合に、演算部31は、蓄電セル11の通電が終了したと判定する。蓄電セル11の通電が終了していない場合は(S6:NO)、演算部31は、処理をS4へ戻す。S4~S6の処理は第1計算部に対応する。なお、演算部31は、S5の処理を行わず、電流の値の時間変化をメモリ32又は記憶部33に記憶し、通電が終了した後に、電気変化量を計算してもよい。
 図5は、蓄電セル11に充電されている電気量の時間変化を模式的に示すグラフである。図中の横軸は時間を示し、縦軸は電気量を示す。時間ゼロの時点は、蓄電セル11の通電開始前の時点である。時間の経過に伴い、通電が開始され、蓄電セル11に電流が流れ、蓄電セル11に充電されている電気量は変化する。蓄電セル11が充電される場合、電気量は増加し、蓄電セル11が放電する場合、電気量は減少する。蓄電セル11の通電を終了した以後は、電気量は一定となる。電気変化量は、電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す。即ち、通電終了以後の時点での電気変化量は、通電開始前の時点で蓄電セル11に充電されていた電気量と、通電終了以後の時点で蓄電セル11に充電されている電気量との差に相当する。例えば、通電前後で電気量が減少している場合は電気変化量はマイナスの値となり、通電前後で電気量が増加している場合は電気変化量はプラスの値となる。電気量の単位はアンペア時(Ah)である。通電終了以後の時点での電気変化量をΔAhとする。図5には、電気変化量ΔAhを示している。
 蓄電セル11の通電が終了した場合(S6:YES)、演算部31は、通電終了以後の時点での電気変化量ΔAhを蓄電セル11の初期満充電容量で除した第1のSOC変化量を計算する(S7)。初期満充電容量は、蓄電セル11の初期の満充電容量を表す所定の値である。初期満充電容量をCC0 とする。例えば、初期満充電容量をCC0 は5Ahである。電気変化量ΔAhは、蓄電セル11に充電されている電気量の通電前後での変化量であるので、電気変化量ΔAhを初期満充電容量CC0 で除した値は、蓄電セル11の満充電容量が初期満充電容量から変化していないと仮定した場合のSOCの変化量となる。この値が第1のSOC変化量である。蓄電セル11の満充電容量が初期満充電容量から変化している場合は、実際のSOC変化量は第1のSOC変化量とは異なる。第1のSOC変化量をΔSOC1とする。S7の処理は第2計算部に対応する。
 演算部31は、次に、通電終了以後の蓄電セル11のOCVを取得する(S8)。S8では、電圧測定部25が蓄電セル11のOCVを測定し、通信部26はOCVの値を表すデータをSOH推定装置3へ送信し、OCVの値を表すデータを通信部34が受信することにより、演算部31は蓄電セル11のOCVを取得する。演算部31は、取得したOCVに基づいて、通電終了後の蓄電セル11のSOCである第2のSOCを特定する(S9)。S9では、演算部31は、関係データが表すSOC-OCV曲線に従って、図3に示すように、第2のSOCを特定する。S8及びS9の処理は第2特定部に対応する。
 演算部31は、次に、第2のSOCから第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算する(S10)。蓄電セル11の満充電容量が低下した場合であっても、SOC-OCV曲線はあまり変化しない。このため、SOC-OCV曲線を用いて求められた第1のSOC及び第2のSOCはほぼ正確な値となり、第2のSOC変化量は、実際のSOC変化量を表す。第2のSOC変化量をΔSOC2とする。図3には、第2のSOC変化量ΔSOC2を示している。例えば、充電された電気量よりも放電された電気量が少ない場合は、第2のSOC変化量ΔSOC2はプラスの値となり、充電された電気量よりも放電された電気量が多い場合は、第2のSOC変化量ΔSOC2はマイナスの値となる。S10の処理は第3計算部に対応する。
 演算部31は、次に、第1のSOC変化量を第2のSOC変化量で除算することにより、蓄電セル11のSOHの推定値を計算する(S11)。第1のSOC変化量ΔSOC1は、ΔSOC1=ΔAh/CC0 の式で表される。蓄電セル11の実際の満充電容量は、初期満充電容量CC0 とは異なる可能性があり、第1のSOC変化量は実際のSOC変化量とは異なる可能性がある。実際の満充電容量をCCとすると、実際のSOC変化量である第2のSOC変化量ΔSOC2は、ΔSOC2=ΔAh/CCの式で表されるはずである。第1のSOC変化量を第2のSOC変化量で除した値は、ΔSOC1/ΔSOC2=CC/CC0 となる。CC/CC0 は、初期満充電容量に対する実際の満充電容量の割合を示すSOHである。即ち、第1のSOC変化量を第2のSOC変化量で除した値は、蓄電セル11のSOHの推定値である。S11の処理は推定部に対応する。
 S11が終了した後、演算部31は、蓄電セル11のSOHを推定する処理を終了する。演算部31は、S1~S11の処理を随時繰り返す。蓄電セル11があまり劣化していない状態では、SOHの推定値はほぼ1となる。蓄電セル11が劣化するのに従って、SOHの推定値は低下する。
 演算部31は、SOHの推定値を記憶部33に記憶してもよい。SOH推定装置3は、SOHの推定値を外部へ出力する機能を有していてもよく、SOHの推定値に基づいて蓄電モジュール10の動作を制御する機能を有していてもよい。例えば、出力されたSOHの推定値を確認した使用者によって、蓄電セル11又は蓄電モジュール10が交換される。例えば、SOH推定装置3は、蓄電セル11のSOHの低下に応じて、蓄電セル11から負荷へ供給される電力を制限する。
 以上詳述した如く、SOH推定装置3は、蓄電セル11に充電されている電気量の通電前後での変化量を蓄電セル11の初期満充電容量で除した第1のSOC変化量と、OCVから得られたSOCの通電前後の変化量である第2のSOC変化量とに基づいて、蓄電セル11のSOHを推定する。第1のSOC変化量を第2のSOC変化量で除することにより、SOHの推定値が得られる。SOH推定装置3は、蓄電セル11を使用する前後で必要な測定と計算とを行うことにより、SOHの推定値を計算できる。蓄電セル11の完全充放電を行う必要が無く、蓄電セル11を通常に使用する際にSOHを推定できるので、完全充放電を必要とする従来の技術に比べて、SOHを推定するタイミングの制限が少ない。完全充放電を行う必要が無いので、SOHを推定するために必要な時間が短くなる。従って、SOH推定装置3は、従来に比べてより簡易的に蓄電セル11のSOHを推定できる。SOHの推定値を用いて、電流積算法により蓄電セル11のSOCをより正確に推定することも可能となる。
<実施形態2>
 蓄電セル11が劣化し、SOHが低下した場合、SOC-OCV曲線は大きく変化しないものの、若干の変化がみられる。図6は、蓄電セル11の劣化に応じたSOC-OCV曲線の変化の例を示すグラフである。図中の横軸はSOCを示し、縦軸はOCVを示す。図6には、劣化前のSOC-OCV曲線を実線で示し、劣化後のSOC-OCV曲線を破線で示している。劣化後のSOC-OCV曲線は、劣化前のSOC-OCV曲線に比べて若干異なる。実施形態2では、SOH推定装置3は、SOHに応じたSOC-OCV曲線を用いた処理を行う。
 図7は、実施形態2に係る蓄電モジュール10及びSOH推定装置3の機能構成の例を示すブロック図である。記憶部33は、蓄電セル11のSOHが複数の値の夫々である状態に応じた関係データを記録した関係データベースを記憶している。関係データはOCVとSOCとの相関関係を表す。例えば、関係データベースでは、SOHの複数の範囲の夫々に関係データが関連付けられている。また、記憶部33は、以前に計算されたSOHの推定値を記憶している。蓄電モジュール10及びSOH推定装置3のその他の部分の構成は、実施形態1と同様である。
 図8は、実施形態2に係るSOH推定装置3が行う蓄電セル11のSOHを推定する処理の手順を示すフローチャートである。演算部31は、実施形態1と同様に、S1~S11の処理を実行する。S2では、演算部31は、記憶部33に記憶しているSOHの推定値に応じた関係データを用いて、第1のSOCを特定する。例えば、演算部31は、記憶部33に記憶しているSOHの推定値を読み出し、SOHの推定値が含まれるSOHの範囲に関連付けられた関係データを関係データベースから選択する。演算部31は、選択した関係データが表すOCVとSOCとの相関関係に基づいて、S1で取得したOCVに対応するSOCを特定することにより、第1のSOCを特定する。S9では、演算部31は、同様に、記憶部33に記憶しているSOHの推定値に応じた関係データを用いて、第2のSOCを特定する。
 S11が終了した後、演算部31は、記憶部33に記憶しているSOHの推定値を、S11で計算したSOHの推定値に更新し(S12)、処理を終了する。演算部31は、S1~S12の処理を随時繰り返す。S1~S12の処理が行われた後で再度S1~S12の処理が行われる際には、先のS1~S12の処理で更新されたSOHの推定値に応じた関係データを用いた処理が行われる。
 実施形態2においても、SOH推定装置3は、従来に比べてより簡易的に蓄電セル11のSOHを推定する。SOHの推定値に応じたSOC-OCV曲線を用いた処理を行うことにより、SOH推定装置3は、より精度良くSOHを推定できる。
 実施形態1及び2では、SOH推定装置3は、複数の蓄電セル11の夫々について処理を実行し、夫々の蓄電セル11のSOHを推定してもよい。代替的に、SOH推定装置3は、複数の蓄電セル11で共通のSOHを推定してもよい。代替的に、蓄電モジュール10は単一の蓄電セル11を備え、SOH推定装置3は単一の蓄電セル11のSOHを推定してもよい。SOH推定装置3は、複数の蓄電モジュール10が備える蓄電セル11のSOHを推定してもよい。
<実施形態3>
 図9は、実施形態3に係る蓄電モジュール10の機能構成の例を示すブロック図である。実施形態3では、蓄電モジュール10は、複数の蓄電セル11と、BMU(Battery Management Unit;電池管理装置)4とを備えている。BMU4は、蓄電セル11のSOHを推定する処理を行う。蓄電モジュール10は、蓄電装置に対応する。或は、BMU4は、SOH推定装置に対応する。蓄電モジュール10は、SOH推定方法を実行する。
 BMU4は、演算部41と、メモリ42と、記憶部43と、電流測定部44と、電圧測定部45と、通信部46とを備えている。演算部41は、例えばCPU、GPU又はマルチコアCPUを用いて構成されている。演算部41は、量子コンピュータを用いて構成されていてもよい。メモリ42は、演算部41での演算に必要な情報を記憶する。メモリ42は、例えばRAMである。記憶部43は、不揮発性であり、プログラム及びデータを記憶する。記憶部43は、OCVとSOCとの相関関係を表した関係データを記憶している。演算部41は、記憶部43が記憶するプログラムに従って処理を実行する。例えば、記憶部43は不揮発性の半導体メモリである。電流測定部44は、複数の蓄電セル11に流れる電流を測定し、電圧測定部45は、夫々の蓄電セル11の両端の間の電圧を測定する。電流測定部44及び電圧測定部45は、測定部に対応する。通信部46は、蓄電モジュール10の外部と通信を行う。蓄電モジュール10は、図示しない負荷へ電力を供給する。
 BMU4は、実施形態1におけるSOH推定装置3が実行するS1~S11の処理と同様の処理を実行する。蓄電セル11の通電前に、電圧測定部45が蓄電セル11のOCVを測定することにより、BMU4は、通電前の蓄電セル11のOCVを取得する(S1)。BMU4の演算部41は、取得したOCVに基づいて、第1のSOCを特定する(S2)。S2では、演算部41は、記憶部43が記憶する関係データが表すSOC-OCV曲線に従って、第1のSOCを特定する。
 演算部41は、次に、蓄電セル11の通電を開始させる(S3)。蓄電セル11の通電中、電流測定部44は蓄電セル11に流れる電流を逐次測定することにより、BMU4は、蓄電セル11の電流を取得する(S4)。演算部41は、蓄電セル11に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する(S5)。演算部41は、蓄電セル11の通電が終了したか否かを判定する(S6)。蓄電セル11の通電が終了していない場合は(S6:NO)、演算部41は、処理をS4へ戻す。
 蓄電セル11の通電が終了した場合(S6:YES)、演算部41は、第1のSOC変化量を計算する(S7)。次に、電圧測定部45が蓄電セル11のOCVを測定することにより、BMU4は、通電終了以後の蓄電セル11のOCVを取得する(S8)。演算部41は、取得したOCVに基づいて、第2のSOCを特定する(S9)。演算部41は、次に、第2のSOC変化量を計算し(S10)、第1のSOC変化量を第2のSOC変化量で除算することにより、蓄電セル11のSOHの推定値を計算する(S11)。
 S11が終了した後、演算部41は、蓄電セル11のSOHを推定する処理を終了する。演算部41は、S1~S11の処理を随時繰り返す。演算部41は、SOHの推定値を記憶部43に記憶してもよい。BMU4は、SOHの推定値を外部へ出力する機能を有していてもよく、SOHの推定値に基づいて蓄電モジュール10の動作を制御する機能を有していてもよい。
 BMU4は、SOHに応じたSOC-OCV曲線を用いた処理を行う形態であってもよい。この形態では、記憶部43は、蓄電セル11のSOHが複数の値の夫々である状態に応じた関係データを記録した関係データベースを記憶している。また、記憶部43は、以前に計算されたSOHの推定値を記憶している。
 BMU4は、実施形態2におけるSOH推定装置3が実行するS1~S12の処理と同様の処理を実行する。S1、S3~S8、S10及びS11では、演算部41は前述と同様の処理を行う。S2では、演算部41は、記憶部43に記憶しているSOHの推定値に応じた関係データを用いて、第1のSOCを特定する。S9では、演算部41は、同様に、記憶部43に記憶しているSOHの推定値に応じた関係データを用いて、第2のSOCを特定する。
 S11が終了した後、演算部41は、記憶部43に記憶しているSOHの推定値を、S11で計算したSOHの推定値に更新し(S12)、処理を終了する。演算部41は、S1~S12の処理を随時繰り返す。S1~S12の処理が行われた後で再度S1~S12の処理が行われる際には、先のS1~S12の処理で更新されたSOHの推定値に応じた関係データを用いた処理が行われる。
 以上詳述した如く、実施形態3においては、蓄電モジュール10の内部において蓄電セル11のSOHが推定される。実施形態1及び2と同様に、BMU4は、従来に比べてより簡易的に蓄電セル11のSOHを推定する。
 実施形態3では、BMU4は、複数の蓄電セル11の夫々について処理を実行し、夫々の蓄電セル11のSOHを推定してもよい。代替的に、BMU4は、複数の蓄電セル11で共通のSOHを推定してもよい。代替的に、蓄電モジュール10は単一の蓄電セル11を備え、BMU4は単一の蓄電セル11のSOHを推定してもよい。
 本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
 10 蓄電モジュール
 11 蓄電セル
 2 CMU
 3 SOH推定装置
 4 BMU

Claims (4)

  1.  蓄電素子のSOH(State of Health )を推定するSOH推定装置であって、
     前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のOCV(Open Circuit Voltage)を取得し、取得したOCVに基づいて、蓄電素子の第1のSOC(State of Charge )を特定する第1特定部と、
     前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を取得し、取得した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第1計算部と、
     前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第1のSOC変化量を計算する第2計算部と、
     前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のOCVを取得し、取得したOCVに基づいて、蓄電素子の第2のSOCを特定する第2特定部と、
     前記第2のSOCから前記第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算する第3計算部と、
     前記第1のSOC変化量と前記第2のSOC変化量とに基づいて、前記蓄電素子のSOHの推定値を計算する推定部と
     を備えるSOH推定装置。
  2.  OCVとSOCとの関係を表した関係データを、複数のSOHの夫々について記憶する記憶部を更に備え、
     前記第1特定部及び前記第2特定部は、推定されたSOHについて前記記憶部が記憶する関係データに基づいて、前記第1のSOC及び前記第2のSOCを特定する
     請求項1に記載のSOH推定装置。
  3.  蓄電素子を備える蓄電装置であって、
     前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第1のSOCを特定する第1特定部と、
     前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第1計算部と、
     前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第1のSOC変化量を計算する第2計算部と、
     前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第2のSOCを特定する第2特定部と、
     前記第2のSOCから前記第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算する第3計算部と、
     前記第1のSOC変化量と前記第2のSOC変化量とに基づいて、前記蓄電素子のSOHの推定値を計算する推定部と
     を備える蓄電装置。
  4.  蓄電素子のSOHを推定する方法であって、
     前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第1のSOCを特定し、
     前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算し、
     前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第1のSOC変化量を計算し、
     前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のOCVを測定し、測定したOCVに基づいて、蓄電素子の第2のSOCを特定し、
     前記第2のSOCから前記第1のSOCを減算することによって、第2のSOC変化量を計算し、
     前記第1のSOC変化量と前記第2のSOC変化量とに基づいて、前記蓄電素子のSOHの推定値を計算する
     SOH推定方法。
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