JP2013214371A - Battery system and estimation method - Google Patents
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Abstract
【課題】 電池ユニットの分極が解消される時間を推定して、分極に伴う電圧変化量を含まない開放電圧を精度良く検出する。
【解決手段】 電池システムは、充放電を行う電池ユニット(1)と、電池ユニットの電圧を検出する電圧センサ(201,201a)と、電池ユニットの状態を推定するコントローラ(300,310)と、を有する。コントローラは、拡散方程式を用いることにより、電池ユニットの活物質内の濃度分布を算出するとともに、電池ユニットの充放電が行われていないと仮定したときに、濃度分布が許容範囲内に収まるまでの分極解消時間を算出する。コントローラは、電池ユニットの充放電を行っていない間の時間が分極解消時間以上であるとき、電圧センサを用いて、電池ユニットの開放電圧を取得する。
【選択図】 図15PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect an open circuit voltage that does not include a voltage change amount due to polarization by estimating a time for which polarization of a battery unit is eliminated.
A battery system includes a battery unit (1) for charging / discharging, a voltage sensor (201, 201a) for detecting a voltage of the battery unit, a controller (300, 310) for estimating a state of the battery unit, Have The controller calculates the concentration distribution in the active material of the battery unit by using the diffusion equation, and assumes that the concentration distribution falls within an allowable range when it is assumed that the battery unit is not charged / discharged. Calculate the polarization elimination time. When the time during which the battery unit is not being charged / discharged is equal to or longer than the polarization elimination time, the controller acquires the open voltage of the battery unit using the voltage sensor.
[Selection] FIG.
Description
本発明は、電池ユニットの開放電圧を精度良く取得することができる電池システムおよび推定方法に関する。 The present invention relates to a battery system and an estimation method that can accurately acquire an open circuit voltage of a battery unit.
二次電池の電圧は、電圧センサを用いて取得することができる。ここで、二次電池の充放電を行っている間や、二次電池の充放電を停止した直後では、二次電池の分極が発生しており、電圧センサを用いて取得された電圧には、分極に伴う電圧変動量が含まれてしまう。 The voltage of the secondary battery can be obtained using a voltage sensor. Here, during the charging / discharging of the secondary battery or immediately after stopping the charging / discharging of the secondary battery, the polarization of the secondary battery occurs, and the voltage acquired using the voltage sensor The amount of voltage fluctuation accompanying polarization is included.
二次電池の分極は、二次電池を充放電せずに放置することによって解消することができる。このため、分極が解消していることを確認した後に、電圧センサを用いて二次電池の電圧を取得すれば、分極の影響を排除した電圧(いわゆる開放電圧)を取得することができる。ここで、分極が解消する時間として、固定値を用いると、分極が解消されるまでの時間を過度に見積もってしまうことがある。これにより、分極が解消されていると判別できる機会が減ってしまう。 The polarization of the secondary battery can be eliminated by leaving the secondary battery without charging / discharging. For this reason, if the voltage of a secondary battery is acquired using a voltage sensor after confirming that polarization has been eliminated, a voltage (so-called open circuit voltage) excluding the influence of polarization can be acquired. Here, when a fixed value is used as the time for eliminating the polarization, the time until the polarization is canceled may be excessively estimated. This reduces the opportunity to determine that polarization has been eliminated.
本願第1の発明である電池システムは、充放電を行う電池ユニットと、電池ユニットの電圧を検出する電圧センサと、電池ユニットの状態を推定するコントローラと、を有する。コントローラは、拡散方程式を用いることにより、電池ユニットの活物質内の濃度分布を算出するとともに、電池ユニットの充放電が行われていないと仮定したときに、濃度分布が許容範囲内に収まるまでの分極解消時間を算出する。また、コントローラは、電池ユニットの充放電を行っていない間の時間が分極解消時間以上であるとき、電圧センサを用いて、電池ユニットの開放電圧を取得する。 The battery system according to the first invention of the present application includes a battery unit that performs charging and discharging, a voltage sensor that detects the voltage of the battery unit, and a controller that estimates the state of the battery unit. The controller calculates the concentration distribution in the active material of the battery unit by using the diffusion equation, and assumes that the concentration distribution falls within an allowable range when it is assumed that the battery unit is not charged / discharged. Calculate the polarization elimination time. Moreover, a controller acquires the open circuit voltage of a battery unit using a voltage sensor, when the time during which charging / discharging of a battery unit is not performed is more than polarization elimination time.
本願第1の発明では、拡散方程式(後述する電池モデル式)を用いて、活物質内の濃度分布を算出しており、電池ユニットの現在の濃度分布を取得することができる。現在の濃度分布を取得できれば、拡散方程式に基づいて、濃度分布が許容範囲内に収まるまでの時間、言い換えれば、分極が解消されるまでの時間を算出することができる。このように分極解消時間を算出することにより、現在の電池ユニットの状態(濃度分布)を反映した分極解消時間を取得することができ、分極が解消されるまでの時間を適切に見積もることができる。そして、分極の解消時間を適切に見積もることにより、分極が解消されていると判別する機会を増やすことができる。 In the first invention of this application, the concentration distribution in the active material is calculated using the diffusion equation (battery model equation described later), and the current concentration distribution of the battery unit can be acquired. If the current concentration distribution can be obtained, it is possible to calculate the time until the concentration distribution falls within the allowable range, in other words, the time until polarization is eliminated, based on the diffusion equation. By calculating the polarization elimination time in this way, the polarization elimination time reflecting the current state (concentration distribution) of the battery unit can be obtained, and the time until polarization is eliminated can be estimated appropriately. . And the opportunity to discriminate | determine that polarization is eliminated can be increased by estimating the elimination time of polarization appropriately.
また、電池ユニットの充放電を行っていない間の時間が分極解消時間以上であるとき、言い換えれば、分極が解消されていると判別したとき、電池ユニットの電圧を取得すれば、分極に伴う電圧変化量が含まれていない電圧を取得することができる。これにより、電池ユニットの開放電圧を精度良く取得することができる。 Also, when the time during which the battery unit is not being charged / discharged is equal to or longer than the polarization elimination time, in other words, when it is determined that the polarization is eliminated, the voltage associated with the polarization can be obtained by obtaining the voltage of the battery unit. A voltage that does not include a change amount can be acquired. Thereby, the open circuit voltage of a battery unit can be acquired accurately.
例えば、電池ユニットがリチウムイオン二次電池であるとき、濃度分布は、リチウム濃度分布となる。濃度分布は、活物質の中心および界面における濃度を境界条件として設定することにより算出することができる。また、分極解消時間を設定するときには、濃度分布から算出される分極解消時間に対して、補正時間を加算した値を用いることができる。濃度分布を算出したり、濃度分布から分極解消時間を算出したりするときには、算出誤差が発生するおそれがある。そこで、算出誤差を考慮した補正時間を用いることにより、分極が解消されていると判別するときの精度を向上させることができる。 For example, when the battery unit is a lithium ion secondary battery, the concentration distribution is a lithium concentration distribution. The concentration distribution can be calculated by setting the concentration at the center and interface of the active material as boundary conditions. When setting the polarization elimination time, a value obtained by adding the correction time to the polarization elimination time calculated from the concentration distribution can be used. When calculating the concentration distribution or calculating the polarization elimination time from the concentration distribution, a calculation error may occur. Therefore, by using a correction time considering the calculation error, it is possible to improve the accuracy when determining that the polarization has been eliminated.
電池ユニットの充放電を行っている間、濃度分布を算出するとともに、電池ユニットの充電状態(SOC:State of Charge)を算出することができる。具体的には、濃度分布の平均値および充電状態の対応関係を予め求めておき、この対応関係を用いて、濃度分布の平均値から充電状態を推定することができる。なお、濃度分布を算出すれば、この濃度分布から平均値を算出することができる。 While the battery unit is being charged and discharged, the concentration distribution can be calculated and the state of charge (SOC) of the battery unit can be calculated. Specifically, a correspondence relationship between the average value of the concentration distribution and the charge state is obtained in advance, and the charge state can be estimated from the average value of the concentration distribution using this correspondence relationship. If the concentration distribution is calculated, the average value can be calculated from this concentration distribution.
一方、電池ユニットの充電状態に基づいて、電池ユニットの満充電容量を推定することができる。具体的には、電池ユニットを充電(又は放電)するとき、充電(又は放電)を開始するときの充電状態と、充電(又は放電)を終了したときの充電状態と、電池ユニットを充電(又は放電)している間の電流積算値とから、満充電容量を算出することができる。 On the other hand, the full charge capacity of the battery unit can be estimated based on the state of charge of the battery unit. Specifically, when charging (or discharging) a battery unit, a charging state when charging (or discharging) is started, a charging state when charging (or discharging) is ended, and a battery unit is charged (or The full charge capacity can be calculated from the integrated current value during discharging.
ここで、電池ユニットの充電状態は、開放電圧および充電状態の対応関係を用いて算出することができる。電池ユニットの開放電圧は、上述したように分極が解消されているときに取得されるため、開放電圧の推定精度を向上させることができる。この開放電圧に基づいて充電状態を算出しているため、充電状態の精度も向上させることができる。充電状態の精度を向上させれば、充電状態から算出される満充電容量の精度も向上させることができる。 Here, the state of charge of the battery unit can be calculated using the correspondence between the open circuit voltage and the state of charge. Since the open voltage of the battery unit is acquired when the polarization is eliminated as described above, it is possible to improve the estimation accuracy of the open voltage. Since the state of charge is calculated based on this open circuit voltage, the accuracy of the state of charge can also be improved. If the accuracy of the state of charge is improved, the accuracy of the full charge capacity calculated from the state of charge can also be improved.
一方、複数の電池ユニットが直列に接続されているときには、均等化回路を用いて、複数の電池ユニットにおける電圧を均等化させることができる。本発明では、各電池ユニットの開放電圧を精度良く取得することができるため、均等化の処理を精度良く行うことができる。 On the other hand, when the plurality of battery units are connected in series, the voltage in the plurality of battery units can be equalized using the equalization circuit. In the present invention, since the open circuit voltage of each battery unit can be obtained with high accuracy, equalization processing can be performed with high accuracy.
ここで、濃度分布の平均値から電池ユニットの開放電圧を推定することもできる。しかし、この場合には、推定した開放電圧に誤差が含まれていることがあり、推定した開放電圧が真の開放電圧に対して、どちらの側(高い側又は低い側)にずれているのかを把握することができない。このような状態では、複数の電池ユニットにおける電圧を均等化させるときに、均等化の処理を行い難くなる。 Here, the open circuit voltage of the battery unit can also be estimated from the average value of the concentration distribution. However, in this case, the estimated open-circuit voltage may contain an error, and to which side (higher side or lower side) the estimated open-circuit voltage is shifted relative to the true open-circuit voltage I can't figure out. In such a state, when equalizing the voltages in the plurality of battery units, it becomes difficult to perform equalization processing.
すなわち、推定した開放電圧が真の開放電圧に対して、どちらの側にずれているかを把握できなければ、電圧のバラツキを増加させる方向に、均等化処理を誤って行ってしまうおそれもある。そこで、開放電圧の推定精度を向上させることができる本発明を用いることにより、均等化の処理を行いやすくなり、均等化を精度良く行うことができる。 That is, if it is not possible to grasp to which side the estimated open circuit voltage is deviated from the true open circuit voltage, the equalization process may be erroneously performed in the direction of increasing the voltage variation. Therefore, by using the present invention that can improve the estimation accuracy of the open-circuit voltage, the equalization process can be easily performed, and the equalization can be performed with high accuracy.
電池ユニットは、単電池で構成したり、電気的に接続された複数の単電池で構成したりすることができる。また、電池ユニットは車両に搭載することができ、電池ユニットから出力された電気エネルギを、車両を走行させる運動エネルギに変換することができる。 The battery unit can be composed of single cells or a plurality of electrically connected single cells. In addition, the battery unit can be mounted on the vehicle, and the electric energy output from the battery unit can be converted into kinetic energy for running the vehicle.
本願第2の発明は、充放電を行う電池ユニットの状態を推定する推定方法であって、拡散方程式を用いることにより、電池ユニットの活物質内の濃度分布を算出するとともに、電池ユニットの充放電が行われていないと仮定したときに、濃度分布が許容範囲内に収まるまでの分極解消時間を算出する。そして、電池ユニットの充放電を行っていない間の時間が分極解消時間以上であるとき、電池ユニットの電圧を検出する電圧センサを用いて、電池ユニットの開放電圧を取得する。本願第2の発明においても、本願第1の発明と同様の効果を得ることができる。 A second invention of the present application is an estimation method for estimating a state of a battery unit that is charged and discharged, and calculates a concentration distribution in the active material of the battery unit by using a diffusion equation, and charges and discharges the battery unit. When it is assumed that the concentration distribution is not performed, the polarization elimination time until the concentration distribution falls within the allowable range is calculated. When the time during which the battery unit is not being charged / discharged is equal to or longer than the polarization elimination time, the open voltage of the battery unit is acquired using a voltage sensor that detects the voltage of the battery unit. Also in the second invention of the present application, the same effect as that of the first invention of the present application can be obtained.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図1は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。図1に示す電池システムは、車両に搭載することができる。車両としては、HV(Hybrid Vehicle)、PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)およびEV(Electric Vehicle)がある。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the battery system of this example. The battery system shown in FIG. 1 can be mounted on a vehicle. Vehicles include HV (Hybrid Vehicle), PHV (Plug-in Hybrid Vehicle), and EV (Electric Vehicle).
HVは、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池に加えて、内燃機関又は燃料電池といった他の動力源を備えている。PHVでは、HVにおいて、外部電源からの電力を用いて組電池を充電できる。EVは、車両の動力源として、組電池だけを備えており、外部電源からの電力供給を受けて、組電池を充電することができる。外部電源とは、車両の外部において、車両とは別に設けられた電源(例えば、商用電源)である。 The HV includes other power sources such as an internal combustion engine or a fuel cell in addition to an assembled battery described later as a power source for running the vehicle. In PHV, an assembled battery can be charged using power from an external power source in HV. The EV includes only the assembled battery as a power source of the vehicle, and can receive the power supply from the external power source to charge the assembled battery. The external power source is a power source (for example, commercial power source) provided separately from the vehicle outside the vehicle.
組電池100は、直列に接続された複数の二次電池(単電池又は電池ユニットに相当する)1を有する。二次電池1としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いることができる。 The assembled battery 100 includes a plurality of secondary batteries (corresponding to single cells or battery units) 1 connected in series. As the secondary battery 1, a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be used. An electric double layer capacitor (capacitor) can be used instead of the secondary battery.
二次電池1の数は、組電池100の要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。組電池100には、並列に接続された複数の二次電池1を含めることもできる。監視ユニット(電圧センサに相当する)201は、組電池100の端子間電圧を検出したり、各二次電池1の電圧Vbを検出したりする。監視ユニット201は、検出結果をコントローラ300に出力する。 The number of secondary batteries 1 can be appropriately set based on the required output of the assembled battery 100 and the like. The assembled battery 100 can also include a plurality of secondary batteries 1 connected in parallel. A monitoring unit (corresponding to a voltage sensor) 201 detects a voltage between terminals of the assembled battery 100 or detects a voltage Vb of each secondary battery 1. The monitoring unit 201 outputs the detection result to the controller 300.
電流センサ202は、組電池100に流れる電流Ibを検出し、検出結果をコントローラ300に出力する。ここで、放電電流Ibを正の値とし、充電電流Ibを負の値としている。温度センサ203は、組電池100の温度Tbを検出し、検出結果をコントローラ300に出力する。複数の温度センサ203を用いることにより、互いに異なる位置に配置された二次電池1の温度Tbを検出することができる。 The current sensor 202 detects the current Ib flowing through the assembled battery 100 and outputs the detection result to the controller 300. Here, the discharge current Ib is a positive value, and the charging current Ib is a negative value. The temperature sensor 203 detects the temperature Tb of the assembled battery 100 and outputs the detection result to the controller 300. By using the plurality of temperature sensors 203, it is possible to detect the temperature Tb of the secondary batteries 1 arranged at different positions.
コントローラ300は、メモリ300aを有しており、メモリ300aは、コントローラ300が所定処理(例えば、本実施例で説明する処理)を行うための各種の情報を記憶している。本実施例では、メモリ300aが、コントローラ300に内蔵されているが、コントローラ300の外部にメモリ300aを設けることもできる。 The controller 300 includes a memory 300a, and the memory 300a stores various types of information for the controller 300 to perform predetermined processing (for example, processing described in the present embodiment). In this embodiment, the memory 300a is built in the controller 300, but the memory 300a can be provided outside the controller 300.
組電池100の正極端子には、システムメインリレーSMR−Bが接続されている。システムメインリレーSMR−Bは、コントローラ300からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。組電池100の負極端子には、システムメインリレーSMR−Gが接続されている。システムメインリレーSMR−Gは、コントローラ300からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。 A system main relay SMR-B is connected to the positive terminal of the assembled battery 100. System main relay SMR-B is switched between ON and OFF by receiving a control signal from controller 300. A system main relay SMR-G is connected to the negative terminal of the assembled battery 100. System main relay SMR-G is switched between on and off by receiving a control signal from controller 300.
システムメインリレーSMR−Gには、システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗204が並列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗204は、直列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pは、コントローラ300からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。電流制限抵抗204は、組電池100を負荷(具体的には、インバータ205)と接続するときに、突入電流が流れるのを抑制するために用いられる。 A system main relay SMR-P and a current limiting resistor 204 are connected in parallel to the system main relay SMR-G. System main relay SMR-P and current limiting resistor 204 are connected in series. System main relay SMR-P is switched between ON and OFF by receiving a control signal from controller 300. The current limiting resistor 204 is used to suppress the inrush current from flowing when the assembled battery 100 is connected to a load (specifically, the inverter 205).
組電池100をインバータ205と接続するとき、コントローラ300は、まず、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーSMR−Pをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗204に電流が流れることになる。 When connecting the assembled battery 100 to the inverter 205, the controller 300 first switches the system main relay SMR-B from off to on and switches the system main relay SMR-P from off to on. As a result, a current flows through the current limiting resistor 204.
次に、コントローラ300は、システムメインリレーSMR−Gをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーSMR−Pをオンからオフに切り替える。これにより、組電池100およびインバータ205の接続が完了し、電池システムは、起動状態(Ready-On)となる。コントローラ300には、車両のイグニッションスイッチのオン/オフに関する情報が入力され、コントローラ300は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わることに応じて、電池システムを起動する。 Next, after switching the system main relay SMR-G from off to on, the controller 300 switches the system main relay SMR-P from on to off. Thereby, the connection between the assembled battery 100 and the inverter 205 is completed, and the battery system is in a start-up state (Ready-On). Information about on / off of the ignition switch of the vehicle is input to the controller 300, and the controller 300 activates the battery system in response to the ignition switch switching from off to on.
一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ300は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンからオフに切り替える。これにより、組電池100およびインバータ205の接続が遮断され、電池システムは、停止状態(Ready-Off)となる。 On the other hand, when the ignition switch is switched from on to off, the controller 300 switches the system main relays SMR-B and SMR-G from on to off. As a result, the connection between the assembled battery 100 and the inverter 205 is cut off, and the battery system enters a stopped state (Ready-Off).
インバータ205は、組電池100からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ206に出力する。モータ・ジェネレータ206としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ206は、インバータ205からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ206によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達され、車両を走行させることができる。 The inverter 205 converts the DC power from the assembled battery 100 into AC power and outputs the AC power to the motor / generator 206. For example, a three-phase AC motor can be used as the motor / generator 206. Motor generator 206 receives AC power from inverter 205 and generates kinetic energy for running the vehicle. The kinetic energy generated by the motor / generator 206 is transmitted to the wheels so that the vehicle can run.
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ206は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換する。インバータ205は、モータ・ジェネレータ206が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池100に出力する。これにより、組電池100は、回生電力を蓄えることができる。 When the vehicle is decelerated or stopped, the motor generator 206 converts kinetic energy generated during braking of the vehicle into electrical energy (AC power). The inverter 205 converts the AC power generated by the motor / generator 206 into DC power, and outputs the DC power to the assembled battery 100. Thereby, the assembled battery 100 can store regenerative electric power.
本実施例では、組電池100をインバータ205に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池100を昇圧回路に接続し、昇圧回路をインバータ205に接続することができる。昇圧回路を用いることにより、組電池100の出力電圧を昇圧することができる。また、昇圧回路は、インバータ205から組電池100への出力電圧を降圧することができる。 In this embodiment, the assembled battery 100 is connected to the inverter 205, but the present invention is not limited to this. Specifically, the assembled battery 100 can be connected to the booster circuit, and the booster circuit can be connected to the inverter 205. By using the booster circuit, the output voltage of the assembled battery 100 can be boosted. Further, the booster circuit can step down the output voltage from the inverter 205 to the assembled battery 100.
図2に示すように、監視ユニット201は、組電池100を構成する二次電池1の数だけ、電圧監視IC(Integrated Circuit、監視ユニットに相当する)201aを有しており、各電圧監視IC201aは、各二次電池1に並列に接続されている。電圧監視IC201aは、二次電池1の電圧を検出し、検出結果をコントローラ300に出力する。 As shown in FIG. 2, the monitoring unit 201 includes voltage monitoring ICs (integrated circuits, corresponding to monitoring units) 201a as many as the number of secondary batteries 1 constituting the assembled battery 100, and each voltage monitoring IC 201a. Are connected to each secondary battery 1 in parallel. The voltage monitoring IC 201a detects the voltage of the secondary battery 1 and outputs the detection result to the controller 300.
また、各二次電池1には、均等化回路207が並列に接続されており、均等化回路207は、複数の二次電池1における電圧(又はSOC)を均等化させるために用いられる。均等化回路207の動作は、コントローラ300によって制御される。 Moreover, the equalization circuit 207 is connected in parallel to each secondary battery 1, and the equalization circuit 207 is used in order to equalize the voltage (or SOC) in the some secondary battery 1. FIG. The operation of the equalization circuit 207 is controlled by the controller 300.
例えば、コントローラ300は、電圧監視IC207の出力に基づいて、特定の二次電池1の電圧が他の二次電池1の電圧よりも高いと判別したとき、特定の二次電池1に対応した均等化回路207だけを動作させることにより、特定の二次電池1だけを放電させる。これにより、特定の二次電池1の電圧が低下し、他の二次電池1の電圧に揃えることができる。 For example, when the controller 300 determines that the voltage of a specific secondary battery 1 is higher than the voltages of other secondary batteries 1 based on the output of the voltage monitoring IC 207, the controller 300 is equivalent to the specific secondary battery 1. Only the specific secondary battery 1 is discharged by operating only the circuit 207. Thereby, the voltage of the specific secondary battery 1 falls and it can align with the voltage of the other secondary battery 1.
均等化回路207の具体的な構成(一例)について、図3を用いて説明する。図3は、二次電池1および均等化回路207の構成を示す回路図である。 A specific configuration (an example) of the equalization circuit 207 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the secondary battery 1 and the equalization circuit 207.
均等化回路207は、抵抗207aおよびスイッチ素子207bを有する。スイッチ素子207bは、コントローラ300からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチ素子207bがオフからオンに切り替われば、二次電池1から抵抗207aに電流が流れることになり、二次電池1を放電させることができる。これにより、各二次電池1の電圧を調整して、複数の二次電池1における電圧を均等化させることができる。 The equalization circuit 207 includes a resistor 207a and a switch element 207b. The switch element 207b receives the control signal from the controller 300 and switches between on and off. When the switch element 207b is switched from OFF to ON, a current flows from the secondary battery 1 to the resistor 207a, and the secondary battery 1 can be discharged. Thereby, the voltage of each secondary battery 1 can be adjusted, and the voltage in the some secondary battery 1 can be equalized.
本実施例では、各二次電池1に対して均等化回路207や電圧監視IC201aを設けているが、これに限るものではない。例えば、組電池100を構成する複数の二次電池1を、複数の電池ブロック(電池ユニットに相当する)に分けることができる。各電池ブロックは、直列に接続された複数の二次電池1によって構成されており、複数の電池ブロックは、直列に接続される。この場合には、各電池ブロックに対して、均等化回路207や電圧監視IC201aを設けることができる。電圧監視IC201aは、対応する電池ブロックの電圧を検出し、均等化回路207は、対応する電池ブロックを放電させる。なお、各電池ブロックには、並列に接続された複数の二次電池1を含めることもできる。 In this embodiment, the equalization circuit 207 and the voltage monitoring IC 201a are provided for each secondary battery 1, but the present invention is not limited to this. For example, the plurality of secondary batteries 1 constituting the assembled battery 100 can be divided into a plurality of battery blocks (corresponding to battery units). Each battery block is composed of a plurality of secondary batteries 1 connected in series, and the plurality of battery blocks are connected in series. In this case, an equalization circuit 207 and a voltage monitoring IC 201a can be provided for each battery block. The voltage monitoring IC 201a detects the voltage of the corresponding battery block, and the equalization circuit 207 discharges the corresponding battery block. Each battery block can also include a plurality of secondary batteries 1 connected in parallel.
均等化処理を精度良く行うためには、二次電池1のOCV(Open Circuit Voltage)に基づいて行うことが好ましい。組電池100を構成する複数の二次電池1においては、SOC(State of Charge)にバラツキが発生することがある。SOCとは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合である。ここで、満充電容量は、二次電池1の劣化が進行することに応じて低下することがある。例えば、二次電池1の充電容量は、自己放電などによって低下することがあるが、充電容量の低下量は、複数の二次電池1において互いに異なることがある。この結果、複数の二次電池1において、SOCのバラツキが発生してしまう。 In order to perform the equalization process with high accuracy, it is preferable to perform based on the OCV (Open Circuit Voltage) of the secondary battery 1. In the plurality of secondary batteries 1 constituting the assembled battery 100, variation in SOC (State of Charge) may occur. The SOC is the ratio of the current charge capacity to the full charge capacity. Here, the full charge capacity may decrease as the deterioration of the secondary battery 1 proceeds. For example, the charge capacity of the secondary battery 1 may decrease due to self-discharge or the like, but the decrease amount of the charge capacity may differ among the plurality of secondary batteries 1. As a result, SOC variation occurs in the plurality of secondary batteries 1.
SOCのバラツキが発生したときには、複数の二次電池1を同等の状態で使用し続けるために、SOCのバラツキを低減させることが好ましい。複数の二次電池1を互いに異なる状態で使用し続けると、特定の二次電池1だけが劣化しやすくなってしまうことがある。ここで、二次電池1のSOCは、二次電池1のOCVと対応関係があるため、SOCのバラツキを低減させるためには、OCVのバラツキを低減させればよい。このため、複数の二次電池1におけるOCVを取得し、これらのOCVに基づいて、均等化処理を行えば、SOCのバラツキを低減させることができる。 When the SOC variation occurs, it is preferable to reduce the SOC variation in order to continue using the secondary batteries 1 in an equivalent state. If a plurality of secondary batteries 1 are continuously used in different states, only a specific secondary battery 1 may be easily deteriorated. Here, since the SOC of the secondary battery 1 has a corresponding relationship with the OCV of the secondary battery 1, in order to reduce the variation in the SOC, the variation in the OCV may be reduced. For this reason, if OCV in the some secondary battery 1 is acquired and equalization processing is performed based on these OCV, the variation in SOC can be reduced.
二次電池1の充放電を行うと、分極が発生するが、この分極が解消された状態であれば、二次電池1のOCVを取得することができる。二次電池1の充放電を行っている間や、二次電池1の充放電を停止した直後において、監視ユニット201によって検出される二次電池1の電圧(CCV:Closed Circuit Voltage)には、分極による電圧変化量も含まれているため、この状態では、二次電池1のOCVを取得することができない。一方、分極が解消された状態において、二次電池1の電圧を検出すれば、検出電圧には、分極による電圧変化量が含まれないことになる。 When the secondary battery 1 is charged and discharged, polarization occurs. If the polarization is eliminated, the OCV of the secondary battery 1 can be acquired. During charging / discharging of the secondary battery 1 or immediately after stopping charging / discharging of the secondary battery 1, the voltage (CCV: Closed Circuit Voltage) of the secondary battery 1 detected by the monitoring unit 201 is: Since the amount of voltage change due to polarization is also included, the OCV of the secondary battery 1 cannot be acquired in this state. On the other hand, if the voltage of the secondary battery 1 is detected in a state where the polarization is eliminated, the detected voltage does not include the voltage change amount due to the polarization.
分極は、二次電池1を充放電せずに、放置することによって解消することができる。すなわち、二次電池1を十分な時間だけ放置すれば、分極を解消させることができる。ここで、放置とは、二次電池1を充放電させないで放置することをいう。予め実験などを行っておけば、分極を解消させる時間を設定することができる。これにより、二次電池1を放置している時間が分極の解消時間を超えたときに、分極が解消されていると判別することができる。 Polarization can be eliminated by leaving the secondary battery 1 without charging / discharging. That is, if the secondary battery 1 is left for a sufficient time, the polarization can be eliminated. Here, leaving means to leave the secondary battery 1 without charging / discharging. If an experiment or the like is performed in advance, the time for eliminating the polarization can be set. Thereby, it can be determined that the polarization is eliminated when the time during which the secondary battery 1 is left exceeds the polarization elimination time.
分極の解消時間を設定するときには、分極が解消しにくい条件(例えば、低温)を考慮することがある。このように設定された解消時間は、解消時間として許容される範囲の最大値となるため、分極が解消されたと判別するまでに、時間がかかってしまう。例えば、組電池100が搭載された車両をタクシーとして用いるときには、組電池100を放置する時間をとりにくくなり、分極が解消されたと判別できる機会が得にくい。 When setting the polarization elimination time, a condition (for example, low temperature) where polarization is difficult to be eliminated may be considered. Since the elimination time set in this way is the maximum value in the range allowed as the elimination time, it takes time to determine that the polarization has been eliminated. For example, when a vehicle on which the assembled battery 100 is mounted is used as a taxi, it is difficult to take time to leave the assembled battery 100, and it is difficult to obtain an opportunity to determine that polarization has been eliminated.
本実施例では、分極の解消時間を予め設定しておくのではなく、以下に説明する電池モデルを用いることにより、現在の二次電池1の使用状態を考慮して、分極が解消されるまでの時間を推定するようにしている。 In this embodiment, the polarization elimination time is not set in advance, but by using the battery model described below, the polarization is eliminated in consideration of the current usage state of the secondary battery 1. I am trying to estimate the time.
まず、電池モデルについて説明する。図4は、二次電池1の構成を示す概略図である。ここでは、二次電池1の一例として、リチウムイオン二次電池を用いている。図4に示す座標軸xは、電極の厚み方向における位置を示す。 First, the battery model will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the secondary battery 1. Here, a lithium ion secondary battery is used as an example of the secondary battery 1. A coordinate axis x shown in FIG. 4 indicates a position in the thickness direction of the electrode.
二次電池1は、正極141と、負極142と、セパレータ143とを有する。セパレータ143は、正極141および負極142の間に位置しており、電解液を含んでいる。正極141は、アルミニウムなどで構成された集電板141aを有しており、集電板141aは、二次電池1の正極端子11と電気的に接続されている。負極142は、銅などで構成された集電板142aを有しており、集電板142aは、二次電池1の負極端子12と電気的に接続されている。 The secondary battery 1 includes a positive electrode 141, a negative electrode 142, and a separator 143. The separator 143 is located between the positive electrode 141 and the negative electrode 142 and contains an electrolytic solution. The positive electrode 141 has a current collecting plate 141 a made of aluminum or the like, and the current collecting plate 141 a is electrically connected to the positive electrode terminal 11 of the secondary battery 1. The negative electrode 142 includes a current collector plate 142 a made of copper or the like, and the current collector plate 142 a is electrically connected to the negative electrode terminal 12 of the secondary battery 1.
負極142および正極141のそれぞれは、球状の活物質142b,141bの集合体で構成されている。二次電池1を放電するとき、負極142の活物質142bの界面上では、リチウムイオンLi+および電子e-を放出する化学反応が行われる。また、正極141の活物質141bの界面上では、リチウムイオンLi+および電子e-を吸収する化学反応が行われる。負極142および正極141の間でのリチウムイオンLi+の授受によって、二次電池1の充放電が行われ、充電電流Ib(<0)または放電電流Ib(>0)が生じる。 Each of the negative electrode 142 and the positive electrode 141 is composed of an aggregate of spherical active materials 142b and 141b. When the secondary battery 1 is discharged, a chemical reaction that releases lithium ions Li + and electrons e − is performed on the interface of the active material 142 b of the negative electrode 142. In addition, a chemical reaction that absorbs lithium ions Li + and electrons e − is performed on the interface of the active material 141 b of the positive electrode 141. The secondary battery 1 is charged and discharged by the exchange of lithium ions Li + between the negative electrode 142 and the positive electrode 141, and a charging current Ib (<0) or a discharging current Ib (> 0) is generated.
本実施例に用いられる基礎的な電池モデル式は、以下の式(1)〜(11)からなる基礎方程式で表される。図5は、電池モデル式で用いられる変数および定数の一覧表を示す。 The basic battery model formula used in this embodiment is represented by a basic equation consisting of the following formulas (1) to (11). FIG. 5 shows a list of variables and constants used in the battery model equation.
以下に説明するモデル式中の変数および定数に関して、添字eは電解液中の値であることを示し、sは活物質中の値であることを示す。添字jは、正極および負極を区別するものであり、jが1であるときには正極における値を示し、jが2であるときには負極における値を示す。正極および負極における変数又は定数を包括的に表記する場合には、添字jを省略する。また、時間の関数であることを示す(t)の表記、電池温度の依存性を示す(T)の表記、あるいは、局所SOCθの依存性を示す(θ)等について、明細書中では表記を省略することもある。変数又は定数に付された記号♯は、平均値を表わす。 Regarding the variables and constants in the model formula described below, the subscript e indicates a value in the electrolytic solution, and s indicates a value in the active material. The subscript j distinguishes between the positive electrode and the negative electrode. When j is 1, the value at the positive electrode is indicated. When j is 2, the value at the negative electrode is indicated. When the variables or constants in the positive electrode and the negative electrode are described comprehensively, the suffix j is omitted. In addition, the notation (t) indicating that it is a function of time, the notation (T) indicating the dependency of the battery temperature, the (θ) indicating the dependency of the local SOC θ, and the like are indicated in the specification. Sometimes omitted. The symbol # attached to a variable or constant represents an average value.
上記式(1),(2)は、電極(活物質)における電気化学反応を示す式であり、バトラー・ボルマーの式と呼ばれる。 The above formulas (1) and (2) are formulas indicating an electrochemical reaction in the electrode (active material), and are called Butler-Volmer formulas.
電解液中のリチウムイオン濃度保存則に関する式として、下記式(3)が成立する。活物質内のリチウム濃度保存則に関する式として、下記式(4)の拡散方程式と、下記式(5),(6)に示す境界条件式が適用される。下記式(5)は、活物質の中心部における境界条件を示し、下記式(6)は、活物質の電解液との界面(以下、単に「界面」ともいう)における境界条件を示す。 The following formula (3) is established as a formula for the conservation law of lithium ion concentration in the electrolytic solution. As an equation relating to the law of conservation of lithium concentration in the active material, a diffusion equation of the following equation (4) and boundary condition equations shown in the following equations (5) and (6) are applied. The following formula (5) represents the boundary condition at the center of the active material, and the following formula (6) represents the boundary condition at the interface between the active material and the electrolyte (hereinafter also simply referred to as “interface”).
活物質の界面における局所的なリチウム濃度分布(濃度分布)である局所SOCθjは、下記式(7)で定義される。下記式(7)中のcsejは、下記式(8)に示されるように、正極および負極の活物質界面におけるリチウム濃度を示している。csj,maxは、活物質内での限界リチウム濃度を示している。 The local SOC θ j that is a local lithium concentration distribution (concentration distribution) at the interface of the active material is defined by the following formula (7). C sej in the following formula (7) indicates the lithium concentration at the active material interface between the positive electrode and the negative electrode, as shown in the following formula (8). c sj, max indicates the limit lithium concentration in the active material.
電解液中の電荷保存則に関する式として、下記式(9)が成立し、活物質中の電荷保存則に関する式として、下記式(10)が成立する。活物質界面での電気化学反応式として、電流密度I(t)と、反応電流密度jj Liとの関係を示す下記式(11)が成立する。 The following equation (9) is established as an equation relating to the charge conservation law in the electrolytic solution, and the following equation (10) is established as an equation relating to the charge conservation law in the active material. As an electrochemical reaction formula at the active material interface, the following formula (11) indicating the relationship between the current density I (t) and the reaction current density j j Li is established.
上記式(1)〜(11)の基礎方程式で表される電池モデル式は、以下に説明するように、簡易化することができる。電池モデル式の簡易化により、演算負荷を低減したり、演算時間を短縮したりすることができる。 The battery model formula represented by the basic equations of the above formulas (1) to (11) can be simplified as described below. The simplification of the battery model formula can reduce the calculation load and the calculation time.
負極142および正極141のそれぞれにおける電気化学反応を一様なものと仮定する。すなわち、各電極142,141において、x方向における反応が均一に生じるものと仮定する。また、各電極142,141に含まれる複数の活物質142b,141bでの反応が均一と仮定するので、各電極142,141の活物質142b,141bを、1個の活物質モデルとして取り扱う。これにより、図4に示す二次電池1の構造は、図6に示す構造にモデリングすることができる。 It is assumed that the electrochemical reaction in each of the negative electrode 142 and the positive electrode 141 is uniform. That is, it is assumed that the reaction in the x direction occurs uniformly in each of the electrodes 142 and 141. Further, since it is assumed that the reactions in the plurality of active materials 142b and 141b included in the electrodes 142 and 141 are uniform, the active materials 142b and 141b of the electrodes 142 and 141 are handled as one active material model. Thereby, the structure of the secondary battery 1 shown in FIG. 4 can be modeled into the structure shown in FIG.
図6に示す電池モデルでは、活物質モデル141b(j=1)および活物質モデル142b(j=2)の表面における電極反応をモデリングすることができる。また、図6に示す電池モデルでは、活物質モデル141b,142bの内部におけるリチウムの拡散(径方向)と、電解液中のリチウムイオンの拡散(濃度分布)とをモデリングすることができる。さらに、図6に示す電池モデルの各部位において、電位分布や温度分布をモデリングすることができる。 In the battery model shown in FIG. 6, the electrode reaction on the surfaces of the active material model 141b (j = 1) and the active material model 142b (j = 2) can be modeled. Further, in the battery model shown in FIG. 6, it is possible to model the diffusion (diameter direction) of lithium inside the active material models 141b and 142b and the diffusion (concentration distribution) of lithium ions in the electrolytic solution. Furthermore, potential distribution and temperature distribution can be modeled in each part of the battery model shown in FIG.
図7に示すように、各活物質モデル141b,142bの内部におけるリチウム濃度csは、活物質モデル141b,142bの半径方向の座標r(r:各点の中心からの距離、rs:活物質の半径)上での関数として表すことができる。ここで、活物質モデル141b,142bの周方向における位置依存性は、無いものと仮定している。図7に示す活物質モデル141b,142bは、界面での電気化学反応に伴う、活物質の内部におけるリチウム拡散現象を推定するために用いられる。活物質モデル141b,142bの径方向にN分割(N:2以上の自然数)された各領域(k=1〜N)について、リチウム濃度cs,k(t)が、後述する拡散方程式に従って推定される。 As shown in FIG. 7, the lithium concentration c s inside each of the active material models 141b and 142b is expressed by the coordinate r in the radial direction of the active material models 141b and 142b (r: distance from the center of each point, r s : active It can be expressed as a function on the radius of the material. Here, it is assumed that there is no position dependency in the circumferential direction of the active material models 141b and 142b. The active material models 141b and 142b shown in FIG. 7 are used to estimate the lithium diffusion phenomenon inside the active material due to the electrochemical reaction at the interface. The lithium concentration c s, k (t) is estimated according to the diffusion equation described later for each region (k = 1 to N) divided into N (N: natural number of 2 or more) in the radial direction of the active material models 141b and 142b. Is done.
図6に示す電池モデルによれば、基礎方程式(1)〜(6),(8)は、下記式(1’)〜(6’),(8’)で表すことができる。 According to the battery model shown in FIG. 6, the basic equations (1) to (6) and (8) can be expressed by the following equations (1 ') to (6') and (8 ').
上記式(3’)では、電解液の濃度を時間に対して不変と仮定することによって、cej(t)が一定値であると仮定する。また、活物質モデル141b,142bに対しては、拡散方程式(4)〜(6)が極座標方向の分布のみを考慮して、拡散方程式(4’)〜(6’)に変形される。上記式(8’)において、活物質の界面におけるリチウム濃度csejは、図7に示したN分割領域のうちの最外周の領域におけるリチウム濃度csi(t)に対応する。 In the above equation (3 ′), it is assumed that c ej (t) is a constant value by assuming that the concentration of the electrolytic solution does not change with time. For the active material models 141b and 142b, the diffusion equations (4) to (6) are transformed into diffusion equations (4 ′) to (6 ′) considering only the distribution in the polar coordinate direction. In the above formula (8 ′), the lithium concentration c sej at the interface of the active material corresponds to the lithium concentration c si (t) in the outermost region of the N-divided regions shown in FIG.
電界液中の電荷保存則に関する上記式(9)は、上記式(3’)を用いて、下記式(12)に簡易化される。すなわち、電解液の電位φejは、xの二次関数として近似される。過電圧ηj♯の算出に用いる電解液中の平均電位φej♯は、下記式(12)を電極厚さLjで積分した下記式(13)によって求められる。 The above formula (9) relating to the law of conservation of electric charge in the electrolysis solution is simplified to the following formula (12) using the above formula (3 ′). That is, the potential φ ej of the electrolytic solution is approximated as a quadratic function of x. The average potential φ ej # in the electrolytic solution used for calculating the overvoltage η j # is obtained by the following formula (13) obtained by integrating the following formula (12) with the electrode thickness L j .
負極142については、下記式(12)に基づいて、下記式(14)が成立する。このため、電解液平均電位φe2♯と、負極142およびセパレータ143の境界における電解液電位との電位差は、下記式(15)で表される。正極141については、電解液平均電位φe1♯と、正極141およびセパレータ143の境界における電解液電位との電位差は、下記式(16)で表される。 For the negative electrode 142, the following formula (14) is established based on the following formula (12). Therefore, the potential difference between the electrolyte average potential φ e2 # and the electrolyte potential at the boundary between the negative electrode 142 and the separator 143 is expressed by the following equation (15). For the positive electrode 141, the potential difference between the electrolyte average potential φ e1 # and the electrolyte potential at the boundary between the positive electrode 141 and the separator 143 is expressed by the following formula (16).
活物質中の電荷保存則に関する上記式(10)についても、下記式(17)に簡易化することができる。すなわち、活物質の電位φsjについても、xの二次関数として近似される。過電圧ηj♯の算出に用いる活物質中の平均電位φsj♯は、下記式(17)を電極厚さLjで積分した下記式(18)によって求められる。このため、正極141に関して、活物質平均電位φs1♯と、活物質モデル141bおよび集電板141aの境界における活物質電位との電位差は、下記式(19)で示される。同様に、負極142については、下記式(20)が成立する。 The above formula (10) relating to the law of conservation of charge in the active material can also be simplified to the following formula (17). That is, the potential φ sj of the active material is also approximated as a quadratic function of x. The average potential φ sj # in the active material used for calculating the overvoltage η j # is obtained by the following formula (18) obtained by integrating the following formula (17) with the electrode thickness L j . Therefore, with respect to the positive electrode 141, the potential difference between the active material average potential φ s1 # and the active material potential at the boundary between the active material model 141b and the current collector plate 141a is expressed by the following formula (19). Similarly, the following formula (20) is established for the negative electrode 142.
図8は、二次電池1の端子電圧V(t)と、上述したように求めた各平均電位との関係を示す。図8において、セパレータ143では、反応電流密度jj Liが0であるため、セパレータ143での電圧降下は、電流密度I(t)に比例し、Ls/κs eff・I(t)となる。 FIG. 8 shows the relationship between the terminal voltage V (t) of the secondary battery 1 and each average potential obtained as described above. In FIG. 8, since the reaction current density j j Li is 0 in the separator 143, the voltage drop at the separator 143 is proportional to the current density I (t), and L s / κ s eff · I (t) Become.
また、各電極中における電気化学反応を一様と仮定したことにより、極板の単位面積当たりの電流密度I(t)と反応電流密度(リチウム生成量)jj Liとの間には、下記式(21)が成立する。 In addition, by assuming that the electrochemical reaction in each electrode is uniform, the current density I (t) per unit area of the electrode plate and the reaction current density (lithium generation amount) j j Li are as follows. Formula (21) is materialized.
図8に示す電位関係および上記式(21)に基づいて、電池電圧V(t)については、下記式(22)が成立する。下記式(22)は、図8に示す式(23)の電位関係式を前提とする。 Based on the potential relationship shown in FIG. 8 and the above equation (21), the following equation (22) is established for the battery voltage V (t). The following equation (22) is based on the potential relational equation of equation (23) shown in FIG.
次に、平均過電圧η♯(t)を算出する。jj Liを一定にするとともに、バトラー・ボルマーの関係式において、充放電効率を同一として、αajおよびαcjを0.5とすると、下記式(24)が成立する。下記式(24)を逆変換することにより、平均過電圧η♯(t)は、下記式(25)により求められる。 Next, an average overvoltage η # (t) is calculated. Assuming that j j Li is constant and the charge / discharge efficiency is the same in the Butler-Bolmer relational expression and α aj and α cj are 0.5, the following equation (24) is established. The average overvoltage η # (t) is obtained by the following equation (25) by inversely transforming the following equation (24).
図8を用いて平均電位φs1、φs2を求め、求めた値を上記式(22)に代入する。また、上記式(25)から求めた平均過電圧η1♯(t)、η2♯(t)を上記式(23)に代入する。この結果、上記式(1’),(21)および上記式(2’)に基づいて、電気化学反応モデル式に従った電圧−電流関係モデル式(M1a)が導出される。 The average potentials φ s1 and φ s2 are obtained using FIG. 8, and the obtained values are substituted into the above equation (22). Further, the average overvoltages η 1 # (t) and η 2 # (t) obtained from the above equation (25) are substituted into the above equation (23). As a result, a voltage-current relationship model formula (M1a) according to the electrochemical reaction model formula is derived based on the formulas (1 ′), (21) and the formula (2 ′).
リチウム濃度保存則(拡散方程式)である上記式(4’)および境界条件式(5’),(6’)によって、活物質モデル141b,142bについての活物質拡散モデル式(M2a)が求められる。 The active material diffusion model equation (M2a) for the active material models 141b and 142b is obtained by the above equation (4 ′) and boundary condition equations (5 ′) and (6 ′) which are the lithium concentration conservation law (diffusion equation). .
モデル式(M1a)の右辺第1項は、活物質表面での反応物質(リチウム)濃度により決定される開放電圧(OCV)を示し、右辺第2項は、過電圧(η1♯−η2♯)を示し、右辺第3項は、二次電池に電流が流れることによる電圧降下を示す。すなわち、二次電池10の直流純抵抗が,式(M2a)中のRd(T)で表わされる。 The first term on the right side of the model formula (M1a) represents the open circuit voltage (OCV) determined by the concentration of the reactant (lithium) on the active material surface, and the second term on the right side represents the overvoltage (η 1 # −η 2 # ), And the third term on the right side indicates a voltage drop due to current flowing through the secondary battery. That is, the DC pure resistance of the secondary battery 10 is represented by Rd (T) in the formula (M2a).
式(M2a)において、反応物質であるリチウムの拡散速度を規定するパラメータとして用いられる拡散係数Ds1、Ds2は温度依存性を有する。したがって、拡散係数Ds1、Ds2は、例えば、図9に示すマップを用いて設定することができる。図9に示すマップは、予め取得しておくことができる。図9において、横軸の電池温度Tは、温度センサ203を用いて取得された温度である。図9に示すように、拡散係数Ds1、Ds2は、電池温度の低下に応じて低下する。言い換えれば、拡散係数Ds1、Ds2は、電池温度の上昇に応じて上昇する。 In the formula (M2a), diffusion coefficients D s1 and D s2 used as parameters for defining the diffusion rate of lithium as a reactant have temperature dependence. Therefore, the diffusion coefficients D s1 and D s2 can be set using, for example, the map shown in FIG. The map shown in FIG. 9 can be acquired in advance. In FIG. 9, the battery temperature T on the horizontal axis is a temperature acquired using the temperature sensor 203. As shown in FIG. 9, the diffusion coefficients D s1 and D s2 decrease as the battery temperature decreases. In other words, the diffusion coefficients D s1 and D s2 increase as the battery temperature increases.
拡散係数Ds1、Ds2について、温度の依存性だけでなく、局所SOCθの依存性を考慮してもよい。この場合、電池温度T、局所SOCθおよび拡散係数Ds1、Ds2の関係を示すマップを予め用意しておけばよい。 Regarding the diffusion coefficients D s1 and D s2 , not only the temperature dependency but also the local SOC θ dependency may be considered. In this case, a map indicating the relationship between the battery temperature T, the local SOC θ, and the diffusion coefficients D s1 and D s2 may be prepared in advance.
式(M1a)に含まれる開放電圧U1は、図10Aに示すように、局所SOCθの上昇に応じて低下する。また、開放電圧U2は、図10Bに示すように、局所SOCθの上昇に応じて上昇する。図10Aおよび図10Bに示すマップを予め用意しておけば、局所SOCθに対応した開放電圧U1,U2を特定することができる。 As shown in FIG. 10A, open circuit voltage U1 included in equation (M1a) decreases as local SOC θ increases. Further, as shown in FIG. 10B, open circuit voltage U2 rises as local SOCθ rises. If the maps shown in FIGS. 10A and 10B are prepared in advance, the open-circuit voltages U1 and U2 corresponding to the local SOC θ can be specified.
式(M1a)に含まれる交換電流密度i01、i02は、局所SOCθおよび電池温度Tの依存性を有する。したがって、交換電流密度i01、i02、局所SOCθおよび電池温度Tの関係を示すマップを予め用意しておけば、局所SOCθおよび電池温度Tから、交換電流密度i01、i02を特定することができる。 Exchange current densities i 01 and i 02 included in formula (M1a) have a dependence on local SOC θ and battery temperature T. Therefore, if a map showing the relationship between the exchange current densities i 01 and i 02 , the local SOC θ and the battery temperature T is prepared in advance, the exchange current densities i 01 and i 02 are specified from the local SOC θ and the battery temperature T. Can do.
直流純抵抗Rdは、温度の依存性を有する。したがって、直流純抵抗Rdおよび電池温度Tの関係を示すマップを予め用意しておけば、電池温度Tから直流純抵抗Rdを特定することができる。なお、上述したマップについては、二次電池1に関する周知の交流インピーダンス測定等の実験結果に基づいて作成することができる。 The DC pure resistance Rd has temperature dependence. Therefore, if a map showing the relationship between the DC pure resistance Rd and the battery temperature T is prepared in advance, the DC pure resistance Rd can be specified from the battery temperature T. In addition, about the map mentioned above, it can create based on experimental results, such as the well-known alternating current impedance measurement regarding the secondary battery 1. FIG.
図6に示す電池モデルは、さらに簡略化することができる。具体的には、電極142,141の活物質として、共通の活物質モデルを用いることができる。図6に示す活物質モデル141b,142bを、1つの活物質モデルとして扱うことにより、下記式(26)に示すような式の置き換えができる。下記式(26)では、正極141および負極142の区別を示す添字jが省略される。 The battery model shown in FIG. 6 can be further simplified. Specifically, a common active material model can be used as the active material of the electrodes 142 and 141. By treating the active material models 141b and 142b shown in FIG. 6 as one active material model, the following equation (26) can be replaced. In the following formula (26), the suffix j indicating the distinction between the positive electrode 141 and the negative electrode 142 is omitted.
モデル式(M1a),(M2a)は、下記式(M1b),(M2b)で表すことができる。また、1つの活物質モデルを用いた電池モデルでは、電流密度I(t)および反応電流密度jj Liの関係式として、上記式(21)の代わりに、下記式(21’)が適用される。 The model formulas (M1a) and (M2a) can be expressed by the following formulas (M1b) and (M2b). In the battery model using one active material model, the following formula (21 ′) is applied instead of the above formula (21) as the relational expression of the current density I (t) and the reaction current density j j Li. The
上記式(M1a)中のarcsinh項を一次近似(線形近似)することにより、下記式(M1c)が得られる。このように線形近似することにより、演算負荷を低減したり、演算時間を短縮したりすることができる。 The following equation (M1c) is obtained by first-order approximation (linear approximation) of the arcsinh term in the above equation (M1a). By performing linear approximation in this way, it is possible to reduce the calculation load and the calculation time.
上記式(M1c)では、線形近似の結果、右辺第2項も、電流密度I(t)および反応抵抗Rrの積で示される。反応抵抗Rrは、上記式(27)に示されるように、局所SOCθおよび電池温度Tに依存する交換電流密度i01,i02から算出される。したがって、上記式(M1c)を用いるときには、局所SOCθ、電池温度Tおよび交換電流密度i01,i02の関係を示すマップを予め用意しておけばよい。上記式(M1c)および上記式(27)によれば、上記式(28)が得られる。 In the above formula (M1c), as a result of the linear approximation, the second term on the right side is also represented by the product of the current density I (t) and the reaction resistance Rr. The reaction resistance Rr is calculated from the exchange current densities i 01 and i 02 depending on the local SOC θ and the battery temperature T, as shown in the above equation (27). Therefore, when the above formula (M1c) is used, a map showing the relationship between the local SOC θ, the battery temperature T, and the exchange current densities i 01 and i 02 may be prepared in advance. According to the above formula (M1c) and the above formula (27), the above formula (28) is obtained.
上記式(M1b)における右辺第2項のarcsinh項を線形近似すれば、下記式(M1d)が得られる。 If the arcsinh term of the second term on the right side in the above equation (M1b) is linearly approximated, the following equation (M1d) is obtained.
上記式(M1b)は、下記式(M1e)として表すことができる。 The above formula (M1b) can be expressed as the following formula (M1e).
上記式(M1e)は、一次近似(線形近似)することにより、下記式(M1f)で表される。 The above formula (M1e) is expressed by the following formula (M1f) by performing linear approximation.
次に、上述した電池モデル式を用いて二次電池の状態を推定する構成について説明する。図11は、コントローラ300の内部構成を示す概略図である。電池状態推定部310は、拡散推定部311と、開放電圧推定部312と、電流推定部313と、パラメータ設定部314と、境界条件設定部315とを有する。図11に示す構成において、電池状態推定部310は、上記式(M1f)および上記式(M2b)を用いることにより、電流密度I(t)を算出する。 Next, a configuration for estimating the state of the secondary battery using the battery model formula described above will be described. FIG. 11 is a schematic diagram showing the internal configuration of the controller 300. The battery state estimation unit 310 includes a diffusion estimation unit 311, an open circuit voltage estimation unit 312, a current estimation unit 313, a parameter setting unit 314, and a boundary condition setting unit 315. In the configuration shown in FIG. 11, battery state estimation section 310 calculates current density I (t) by using equation (M1f) and equation (M2b).
本実施例では、上記式(M1f)を用いて電流密度I(t)を算出しているが、これに限るものではない。具体的には、上記式(M1a)〜上記式(M1e)のいずれかと、上記式(M2a)又は上記式(M2b)との任意の組み合わせに基づいて、電流密度I(t)を算出することができる。 In this embodiment, the current density I (t) is calculated using the above formula (M1f), but the present invention is not limited to this. Specifically, the current density I (t) is calculated based on any combination of the above formula (M1a) to the above formula (M1e) and the above formula (M2a) or the above formula (M2b). Can do.
拡散推定部311は、上記式(M2b)を用い、境界条件設定部315で設定された境界条件に基づいて、活物質内部でのリチウム濃度分布を算出する。境界条件は、上記式(5’)又は上記式(6’)に基づいて設定される。拡散推定部311は、上記式(7)を用い、算出したリチウム濃度分布に基づいて局所SOCθを算出する。拡散推定部311は、局所SOCθに関する情報を開放電圧推定部312に出力する。 The diffusion estimation unit 311 calculates the lithium concentration distribution inside the active material based on the boundary condition set by the boundary condition setting unit 315 using the above formula (M2b). The boundary condition is set based on the above formula (5 ') or the above formula (6'). Diffusion estimation unit 311 calculates local SOC θ based on the calculated lithium concentration distribution using equation (7). Diffusion estimation unit 311 outputs information on local SOC θ to open-circuit voltage estimation unit 312.
開放電圧推定部312は、拡散推定部311が算出した局所SOCθに基づいて、各電極142,141の開放電圧U1,U2を特定する。具体的には、開放電圧推定部312は、図10Aおよび図10Bに示すマップを用いることにより、開放電圧U1,U2を特定することができる。開放電圧推定部312は、開放電圧U1,U2に基づいて、二次電池1の開放電圧を算出することができる。二次電池1の開放電圧は、開放電圧U1から開放電圧U2を減算することによって得られる。 The open-circuit voltage estimation unit 312 specifies the open-circuit voltages U1 and U2 of the electrodes 142 and 141 based on the local SOC θ calculated by the diffusion estimation unit 311. Specifically, the open-circuit voltage estimation unit 312 can specify the open-circuit voltages U1 and U2 by using the maps shown in FIGS. 10A and 10B. The open-circuit voltage estimation unit 312 can calculate the open-circuit voltage of the secondary battery 1 based on the open-circuit voltages U1 and U2. The open circuit voltage of the secondary battery 1 is obtained by subtracting the open circuit voltage U2 from the open circuit voltage U1.
パラメータ設定部314は、電池温度Tbおよび局所SOCθに応じて、電池モデル式で用いられるパラメータを設定する。電池温度Tbとしては、温度センサ203による検出温度Tbを用いる。局所SOCθは、拡散推定部311から取得される。パラメータ設定部314で設定されるパラメータとしては、上記式(M2b)中の拡散定数Ds、上記式(M1f)中の電流密度i0および直流抵抗Rdがある。 Parameter setting unit 314 sets parameters used in the battery model equation according to battery temperature Tb and local SOC θ. The temperature Tb detected by the temperature sensor 203 is used as the battery temperature Tb. The local SOC θ is acquired from the diffusion estimation unit 311. Parameters set by the parameter setting unit 314 include the diffusion constant D s in the above formula (M2b), the current density i 0 in the above formula (M1f), and the DC resistance Rd.
電流推定部313は、下記式(M3a)を用いて、電流密度I(t)を算出(推定)する。下記式(M3a)は、上記式(M1f)を変形した式である。下記式(M3a)において、開放電圧U(θ,t)は、開放電圧推定部312で推定された開放電圧U(θ)である。電圧V(t)は、監視ユニット201を用いて取得した電池電圧Vbである。Rd(t)およびi0(θ,T,t)は、パラメータ設定部314で設定された値である。 The current estimation unit 313 calculates (estimates) the current density I (t) using the following formula (M3a). The following formula (M3a) is a formula obtained by modifying the above formula (M1f). In the following formula (M3a), the open circuit voltage U (θ, t) is the open circuit voltage U (θ) estimated by the open circuit voltage estimation unit 312. The voltage V (t) is the battery voltage Vb acquired using the monitoring unit 201. Rd (t) and i 0 (θ, T, t) are values set by the parameter setting unit 314.
なお、上記式(M1a)〜上記式(M1e)のいずれかの式を用いる場合であっても、上述した式(M3a)と同様の方法によって、電流密度I(t)を算出することができる。 Note that even when any one of the above formulas (M1a) to (M1e) is used, the current density I (t) can be calculated by the same method as the above formula (M3a). .
境界条件設定部315は、上記式(21)又は上記式(21’)を用いて、電流推定部313によって算出された電流密度I(t)から反応電流密度(リチウム生成量)jj Liを算出する。そして、境界条件設定部315は、上記式(6’)を用いて、上記式(M2b)における境界条件を更新する。 The boundary condition setting unit 315 calculates the reaction current density (lithium generation amount) j j Li from the current density I (t) calculated by the current estimation unit 313 using the above formula (21) or the above formula (21 ′). calculate. Then, the boundary condition setting unit 315 updates the boundary condition in the equation (M2b) using the equation (6 ′).
次に、電池状態推定部310の処理について、図12に示すフローチャートを用いて説明する。図12に示す処理は、所定の周期で実行される。 Next, the process of the battery state estimation part 310 is demonstrated using the flowchart shown in FIG. The process shown in FIG. 12 is executed at a predetermined cycle.
電池状態量推定部310は、ステップS101において、監視ユニット201の出力に基づいて、二次電池1の電圧(電池電圧)Vbを取得する。また、電池状態量推定部310は、ステップS102において、温度センサ203の出力に基づいて、二次電池1の温度(電池温度)Tbを取得する。 In step S101, the battery state quantity estimation unit 310 acquires the voltage (battery voltage) Vb of the secondary battery 1 based on the output of the monitoring unit 201. In addition, in step S102, the battery state quantity estimation unit 310 acquires the temperature (battery temperature) Tb of the secondary battery 1 based on the output of the temperature sensor 203.
ステップS103において、電池状態推定部310(拡散推定部311)は、上記式(M2b)を用いた前回の演算時におけるリチウム濃度分布に基づき、局所SOCθを算出する。ステップS104において、電池状態推定部310(開放電圧推定部312)は、ステップS103で得られた局所SOCθから、開放電圧U(θ)を算出する。 In step S103, battery state estimation unit 310 (diffusion estimation unit 311) calculates local SOC θ based on the lithium concentration distribution at the time of the previous calculation using equation (M2b). In step S104, battery state estimation unit 310 (open voltage estimation unit 312) calculates open voltage U (θ) from local SOC θ obtained in step S103.
ステップS105において、電池状態推定部310(電流推定部313)は、上記式(M1f)を用いて、電流密度Im(t)を算出(推定)する。推定電流密度Im(t)は、電池電圧Vbと、ステップS103で得られた開放電圧U(θ)と、パラメータ設定部314で設定されたパラメータ値とを、上記式(M3a)に代入することによって得られる。 In step S105, the battery state estimation unit 310 (current estimation unit 313) calculates (estimates) the current density Im (t) using the above formula (M1f). For the estimated current density Im (t), the battery voltage Vb, the open circuit voltage U (θ) obtained in step S103, and the parameter value set by the parameter setting unit 314 are substituted into the above equation (M3a). Obtained by.
ステップS106において、電池状態推定部310(境界条件設定部315)は、ステップS105で得られた推定電流密度I(t)から反応電流密度(リチウム生成量)jj Liを算出する。また、電池状態推定部310(境界条件設定部315)は、算出した反応電流密度を用いて、上記式(M2b)の活物質界面における境界条件(活物質界面)を設定する。 In step S106, the battery state estimation unit 310 (boundary condition setting unit 315) calculates a reaction current density (lithium generation amount) j j Li from the estimated current density I (t) obtained in step S105. Moreover, the battery state estimation part 310 (boundary condition setting part 315) sets the boundary condition (active material interface) in the active material interface of said Formula (M2b) using the calculated reaction current density.
ステップS107において、電池状態推定部310(拡散推定部311)は、上記式(M2b)を用いて、活物質モデルの内部におけるリチウム濃度分布を算出し、各領域におけるリチウム濃度の推定値を更新する。ここで、最外周の分割領域におけるリチウム濃度(更新値)は、図12に示す処理を次回行うときに、ステップS103における局所SOCθの算出に用いられる。 In step S107, the battery state estimation unit 310 (diffusion estimation unit 311) calculates the lithium concentration distribution inside the active material model using the above formula (M2b), and updates the estimated value of the lithium concentration in each region. . Here, the lithium concentration (updated value) in the outermost peripheral divided region is used for calculation of the local SOC θ in step S103 when the process shown in FIG. 12 is performed next time.
リチウム濃度分布を算出することにより、二次電池1のSOCを推定することができる。具体的には、下記式(29)を用いることにより、リチウム濃度分布に基づいて、リチウム平均濃度csaveを算出する。また、下記式(30)を用いることにより、リチウム平均濃度csaveに基づいて、二次電池1のSOCを算出することができる。 By calculating the lithium concentration distribution, the SOC of the secondary battery 1 can be estimated. Specifically, the average lithium concentration c save is calculated based on the lithium concentration distribution by using the following formula (29). Further, by using the following formula (30), the SOC of the secondary battery 1 can be calculated based on the average lithium concentration c save .
上記式(29)に示すリチウム濃度cs1,k(t)(k=1〜N)は、図7に示したように、活物質モデル141b,142bを径方向にN分割した各領域のリチウム濃度であり、拡散モデル式(M2a),(M2b)により推定される。また、ΔVkは、各分割領域の体積を示し、Vは活物質全体の体積を示す。また、正極および負極における活物質モデルを共通化した場合には、共通化された活物質モデル内の各領域のリチウム濃度cs,k(t)(k=1〜N)の平均値を、上記式(29)と同様に求めることによって、リチウム平均濃度csave(t)を求めることができる。 As shown in FIG. 7, the lithium concentration c s1, k (t) (k = 1 to N) shown in the above formula (29) is the lithium concentration in each region obtained by dividing the active material models 141b and 142b into N parts in the radial direction. The concentration is estimated by the diffusion model equations (M2a) and (M2b). ΔVk indicates the volume of each divided region, and V indicates the volume of the entire active material. Moreover, when the active material model in the positive electrode and the negative electrode is made common, the average value of the lithium concentration c s, k (t) (k = 1 to N) in each region in the common active material model is By obtaining in the same manner as the above equation (29), the average lithium concentration c save (t) can be obtained.
図13には、一例として、正極141の活物質内のリチウム平均濃度csaveと、SOCの推定値SOCeとの関係を示す。図13に示すように、正極141の活物質内のリチウム平均濃度csaveが上昇することに応じて、推定値SOCeは低下する。このため、まず、満充電時(SOC=100%)におけるリチウム平均濃度Cfと、完全に放電した場合(SOC=0%)におけるリチウム平均濃度COとを予め求めておく。そして、SOCが100%のときのリチウム平均濃度Cfと、SOCが0%のときのリチウム平均濃度COとの間を線形補間することにより、上記式(30)を用いてSOCを推定できる。すなわち、上述したようにリチウム平均濃度csave(t)を求めれば、図13に示す関係を用いて、リチウム平均濃度csave(t)に対応したSOCを特定することができる。 FIG. 13 shows, as an example, the relationship between the average lithium concentration c save in the active material of the positive electrode 141 and the estimated SOC value SOCe. As shown in FIG. 13, the estimated value SOCe decreases as the average lithium concentration c save in the active material of the positive electrode 141 increases. For this reason, first, an average lithium concentration Cf when fully charged (SOC = 100%) and an average lithium concentration CO when fully discharged (SOC = 0%) are obtained in advance. Then, by linearly interpolating between the lithium average concentration Cf when the SOC is 100% and the lithium average concentration CO when the SOC is 0%, the SOC can be estimated using the above equation (30). That is, if the lithium average concentration c save (t) is obtained as described above, the SOC corresponding to the lithium average concentration c save (t) can be specified using the relationship shown in FIG.
図12に示す処理では、リチウム濃度分布を算出することができるが、このリチウム濃度分布は、分極の状態を表している。このため、リチウム濃度分布が均一化されれば、分極が解消されていることになる。図7は、分極が発生しているときの状態を示しているが、分極が解消されると、リチウム濃度分布は、図14に示す状態となる。 In the process shown in FIG. 12, the lithium concentration distribution can be calculated, and this lithium concentration distribution represents the state of polarization. For this reason, if the lithium concentration distribution is made uniform, polarization is eliminated. FIG. 7 shows a state when polarization is occurring, but when the polarization is eliminated, the lithium concentration distribution becomes the state shown in FIG.
上述した電池モデルによれば、上記式(M1a)および(M2a)又は、上記式(M1b)および(M2b)に基づいて、リチウム濃度分布が解消されるまでの時間(解消時間)を算出することができる。ここで、上記式(M1a)および(M2a)又は、上記式(M1b)および(M2b)を用いることにより、活物質内のリチウム濃度cs,k(t+Δt)を算出することができる。Δtは、リチウム濃度分布や推定値SOCeを演算するときの演算周期である。分極は、二次電池1を放置することによって低下するため、二次電池1の電流がゼロであると仮定した上で、周期Δtの回数を増やしていけば、上記式(M1a)および(M2a)又は、上記式(M1b)および(M2b)に基づいて、リチウム濃度分布の変化を推定することができる。 According to the battery model described above, the time until the lithium concentration distribution is eliminated (elimination time) is calculated based on the above formulas (M1a) and (M2a) or the above formulas (M1b) and (M2b). Can do. Here, the lithium concentration c s, k (t + Δt) in the active material can be calculated by using the above formulas (M1a) and (M2a) or the above formulas (M1b) and (M2b). Δt is a calculation cycle for calculating the lithium concentration distribution and the estimated value SOCe. Since polarization decreases when the secondary battery 1 is left unattended, assuming that the current of the secondary battery 1 is zero and increasing the number of cycles Δt, the above formulas (M1a) and (M2a) ) Or a change in lithium concentration distribution can be estimated based on the above formulas (M1b) and (M2b).
ここで、周期Δtの回数が増えるほど、リチウム濃度分布は、解消方向に変化するため、リチウム濃度分布が許容範囲内に収まるまでの周期Δtの回数をカウントする。許容範囲とは、分極(リチウム濃度分布)が解消されていると判別できる範囲であり、適宜設定することができる。分極が完全に解消されれば、活物質内の位置にかかわらず、リチウム濃度は一定となる。しかし、リチウム濃度分布を演算するときの誤差などによって、リチウム濃度分布が発生することがあるため、この点を考慮して、許容範囲を適宜設定することができる。周期Δtのカウント数に周期Δtを乗算した値、言い換えれば、カウント数に応じた周期Δtの累積値は、リチウム濃度分布が許容範囲内に収まるまでの時間(解消時間)となる。 Here, as the number of cycles Δt increases, the lithium concentration distribution changes in the elimination direction. Therefore, the number of cycles Δt until the lithium concentration distribution falls within the allowable range is counted. The allowable range is a range where it can be determined that polarization (lithium concentration distribution) has been eliminated, and can be set as appropriate. If the polarization is completely eliminated, the lithium concentration becomes constant regardless of the position in the active material. However, since the lithium concentration distribution may occur due to an error or the like when calculating the lithium concentration distribution, the allowable range can be appropriately set in consideration of this point. A value obtained by multiplying the count number of the period Δt by the period Δt, in other words, a cumulative value of the period Δt according to the count number is a time (resolving time) until the lithium concentration distribution falls within the allowable range.
なお、本実施例では、電解液中の濃度分布を不変と仮定しているが、電解液中の濃度分布も考慮したほうが良いときには、電解液中のリチウム濃度分布に基づいた分極解消時間を、活物質内のリチウム濃度分布に基づいた分極解消時間とともに計算するほうが好ましい。 In this example, it is assumed that the concentration distribution in the electrolytic solution is unchanged, but when it is better to consider the concentration distribution in the electrolytic solution, the polarization elimination time based on the lithium concentration distribution in the electrolytic solution is It is preferable to calculate together with the depolarization time based on the lithium concentration distribution in the active material.
本実施例によれば、上述したように、電池モデル式を用いて、二次電池1のSOCを推定するときに、リチウム濃度分布が算出されるため、このリチウム濃度分布に基づいて、分極(リチウム濃度分布)が解消されるまでの時間を算出することができる。すなわち、二次電池1のSOCを推定しながら、分極の解消時間を推定することができる。二次電池1のSOCは、所定周期で推定されるため、分極の解消時間も所定周期で推定することができる。 According to the present embodiment, as described above, when the SOC of the secondary battery 1 is estimated using the battery model equation, the lithium concentration distribution is calculated. Based on this lithium concentration distribution, the polarization ( The time until the lithium concentration distribution is eliminated can be calculated. That is, the polarization elimination time can be estimated while estimating the SOC of the secondary battery 1. Since the SOC of the secondary battery 1 is estimated at a predetermined cycle, the polarization elimination time can also be estimated at a predetermined cycle.
電池モデル式を用いて、リチウム濃度分布や分極の解消時間を算出するときには、算出値に誤差が含まれるおそれがある。そこで、推定した分極の解消時間に、誤差を考慮した補正時間を加算した時間を、分極の解消時間とすることもできる。補正時間としては、リチウム濃度分布の算出誤差および解消時間の算出誤差のうち、少なくとも一方を考慮して設定することができる。 When calculating the lithium concentration distribution and the polarization elimination time using the battery model formula, there is a possibility that the calculated value includes an error. Therefore, a time obtained by adding a correction time in consideration of an error to the estimated polarization elimination time can be used as the polarization elimination time. The correction time can be set in consideration of at least one of the calculation error of the lithium concentration distribution and the calculation error of the elimination time.
例えば、電池モデル式から推定される分極の解消時間と、実験などから得られる分極の解消時間とを比較し、この比較結果に基づいて、予め決定することができる。一方、特定の条件において、リチウム濃度分布や分極の解消時間の算出値に誤差が発生しやすいときには、特定の条件を満足しているときだけ、推定した分極の解消時間に補正時間を加算することができる。 For example, the polarization elimination time estimated from the battery model equation can be compared with the polarization elimination time obtained from an experiment or the like, and can be determined in advance based on the comparison result. On the other hand, if errors are likely to occur in the calculated values of the lithium concentration distribution and polarization elimination time under specific conditions, the correction time should be added to the estimated polarization elimination time only when the specific conditions are satisfied. Can do.
また、組電池100を構成する複数の二次電池1では、劣化や温度のバラツキが発生することがある。この場合には、複数の二次電池1において、分極の解消時間にバラツキが発生してしまうことがある。そこで、組電池100の全体において、分極が解消していることを判別するときには、リチウム濃度分布が最も大きい二次電池1、言い換えれば、分極の解消時間が最も長い二次電池1を基準として判別することができる。 Moreover, in the some secondary battery 1 which comprises the assembled battery 100, deterioration and variation in temperature may generate | occur | produce. In this case, the plurality of secondary batteries 1 may vary in polarization elimination time. Therefore, when it is determined that polarization is eliminated in the entire assembled battery 100, the secondary battery 1 having the largest lithium concentration distribution, in other words, the secondary battery 1 having the longest polarization elimination time is determined as a reference. can do.
具体的には、複数の二次電池1におけるリチウム濃度分布をそれぞれ算出したときに、最も大きいリチウム濃度分布を特定し、このリチウム濃度分布に基づいて、分極の解消時間を算出することができる。一方、各二次電池1に関して、リチウム濃度分布から分極の解消時間を算出し、複数の二次電池1における分極の解消時間のうち、最も長い解消時間を、組電池100における分極の解消時間とすることができる。 Specifically, when each of the lithium concentration distributions in the plurality of secondary batteries 1 is calculated, the largest lithium concentration distribution can be identified, and the polarization elimination time can be calculated based on the lithium concentration distribution. On the other hand, for each secondary battery 1, the polarization elimination time is calculated from the lithium concentration distribution, and the longest elimination time among the polarization elimination times in the plurality of secondary batteries 1 is the polarization elimination time in the assembled battery 100. can do.
なお、上述したように、二次電池1の電圧ではなく、電池ブロックの電圧を検出する構成では、各電池ブロックのSOCを推定したり、各電池ブロックにおける分極の解消時間を推定したりすることができる。また、組電池100が複数の電池ブロックで構成されているときには、リチウム濃度分布が最も大きい電池ブロック、言い換えれば、分極の解消時間が最も長い電池ブロックを基準として、組電池100の全体において、分極が解消されているか否かを判別することができる。 As described above, in the configuration in which the voltage of the battery block is detected instead of the voltage of the secondary battery 1, the SOC of each battery block is estimated or the polarization elimination time in each battery block is estimated. Can do. Further, when the assembled battery 100 is composed of a plurality of battery blocks, the entire assembled battery 100 is polarized on the basis of the battery block having the largest lithium concentration distribution, in other words, the battery block having the longest polarization elimination time. It is possible to determine whether or not the problem is solved.
上述したように、分極の解消時間を算出すれば、二次電池1の放置が開始されてからの時間を計測し、計測時間が分極の解消時間を超えているときに、分極が解消されていると判別することができる。分極が解消されていることを確認した後は、監視ユニット201によって、分極の影響を受けていない二次電池1の電圧を検出することができる。ここで、二次電池1の電圧を検出するときには、二次電池1の内部抵抗に起因した電圧変化量を無視できる程度の電流を二次電池1に流すことが好ましい。これにより、監視ユニット201によって検出された二次電池1の電圧を、二次電池1のOCVと見なすことができる。 As described above, when the polarization elimination time is calculated, the time after the secondary battery 1 is left standing is measured, and when the measurement time exceeds the polarization elimination time, the polarization is eliminated. Can be determined. After confirming that the polarization has been eliminated, the monitoring unit 201 can detect the voltage of the secondary battery 1 that is not affected by the polarization. Here, when detecting the voltage of the secondary battery 1, it is preferable to pass a current through the secondary battery 1 so that the amount of voltage change caused by the internal resistance of the secondary battery 1 can be ignored. Thereby, the voltage of the secondary battery 1 detected by the monitoring unit 201 can be regarded as the OCV of the secondary battery 1.
複数の二次電池1において、OCVのバラツキが発生していれば、上述したように、均等化回路207(図2参照)を用いて、OCVのバラツキを低減させることができる。すなわち、OCVが高い側の二次電池1を放電させることにより、複数の二次電池1におけるOCVを均等化することができる。 If the OCV variation occurs in the plurality of secondary batteries 1, the OCV variation can be reduced using the equalization circuit 207 (see FIG. 2) as described above. That is, the OCV in the plurality of secondary batteries 1 can be equalized by discharging the secondary battery 1 on the higher OCV side.
次に、分極の解消時間を算出する処理および均等化処理について、図15に示すフローチャートを用いて説明する。図15に示す処理は、コントローラ300によって実行される。 Next, the process of calculating the polarization elimination time and the equalization process will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The process shown in FIG. 15 is executed by the controller 300.
ステップS201において、コントローラ300(電池状態推定部310)は、二次電池1のリチウム濃度分布を算出する。上述したように、コントローラ300(電池状態推定部310)は、上記式(M1a)および(M2a)又は、上記式(M1b)および(M2b)を用いることにより、活物質内部のリチウム濃度分布を算出することができる。ステップS202において、コントローラ300は、ステップS201の処理で算出されたリチウム濃度分布に基づいて、二次電池1を放置したと仮定したときのリチウム濃度分布の変化を算出する。二次電池1の放置によって二次電池1に電流が流れていないと仮定したとき、リチウム濃度分布は解消方向に変化する。 In step S201, the controller 300 (battery state estimation unit 310) calculates the lithium concentration distribution of the secondary battery 1. As described above, the controller 300 (battery state estimation unit 310) calculates the lithium concentration distribution inside the active material by using the above formulas (M1a) and (M2a) or the above formulas (M1b) and (M2b). can do. In step S202, the controller 300 calculates a change in the lithium concentration distribution when it is assumed that the secondary battery 1 is left based on the lithium concentration distribution calculated in the process of step S201. When it is assumed that no current flows through the secondary battery 1 due to leaving the secondary battery 1, the lithium concentration distribution changes in the elimination direction.
ステップS203において、コントローラ300は、ステップS202の処理で算出された変化後のリチウム濃度分布が、上述した許容範囲内であるか否かを判別する。ここで、リチウム濃度分布が許容範囲内に収まるまで、コントローラ300は、ステップS202,S203の処理を繰り返す。リチウム濃度分布が許容範囲内に収まっているとき、コントローラ300は、ステップS204において、分極の解消時間TimeVを算出する。ここで、リチウム濃度分布が許容範囲内に収まるまで、リチウム濃度分布の演算(ステップS202の処理)が行われ、この演算周期Δtの累積値が解消時間TimeVとなる。 In step S203, the controller 300 determines whether or not the changed lithium concentration distribution calculated in the process of step S202 is within the allowable range described above. Here, the controller 300 repeats the processes of steps S202 and S203 until the lithium concentration distribution falls within the allowable range. When the lithium concentration distribution is within the allowable range, the controller 300 calculates the polarization elimination time TimeV in step S204. Here, the calculation of the lithium concentration distribution (the process of step S202) is performed until the lithium concentration distribution falls within the allowable range, and the accumulated value of this calculation cycle Δt becomes the elimination time TimeV.
ステップS205において、コントローラ300は、車両のイグニッションスイッチがオフであるか否かを判別する。イグニッションスイッチがオンであれば、ステップS201の処理に戻り、イグニッションスイッチがオンの間は、ステップS201〜ステップS205の処理が繰り返して行われる。これにより、イグニッションスイッチがオンの間は、所定の周期において、分極の解消時間TimeVが算出される。 In step S205, the controller 300 determines whether or not the ignition switch of the vehicle is off. If the ignition switch is on, the process returns to step S201. While the ignition switch is on, the processes from step S201 to step S205 are repeated. Thereby, the polarization elimination time TimeV is calculated in a predetermined cycle while the ignition switch is on.
一方、イグニッションスイッチがオフであるとき、コントローラ300は、ステップS206において、タイマの時間Timeとして、解消時間TimeVを設定する。ここでの解消時間TimeVとしては、イグニッションスイッチがオフとなる直前において、ステップS204の処理で算出された解消時間TimeVが用いられる。そして、ステップS207において、コントローラ300は、時間が経過すると、タイマの時間Time(TimeV)を減らす。 On the other hand, when the ignition switch is OFF, the controller 300 sets the cancellation time TimeV as the timer time Time in step S206. As the elimination time TimeV here, the elimination time TimeV calculated in the process of step S204 immediately before the ignition switch is turned off is used. In step S207, when the time has elapsed, the controller 300 decreases the time Time (TimeV) of the timer.
ステップS208において、コントローラ300は、タイマの時間Timeが0であるか否かを判別する。すなわち、コントローラ300は、イグニッションスイッチがオフになってからの時間が、解消時間TimeVに到達しているか否かを判別する。 In step S208, the controller 300 determines whether or not the timer time Time is zero. That is, the controller 300 determines whether or not the time from when the ignition switch is turned off has reached the elimination time TimeV.
タイマの時間Timeが0ではないとき、コントローラ300は、ステップS207の処理を行う。すなわち、タイマの時間Timeが0になるまで、コントローラ300は、時間が経過するたびに、タイマの時間Timeを減らしていく。タイマの時間Timeが0であるとき、言い換えれば、解消時間TimeVが経過したときに、コントローラ300は、ステップS209において、監視ユニット201の出力に基づいて、二次電池1の電圧を取得する。 When the timer time Time is not 0, the controller 300 performs the process of step S207. That is, until the timer time Time reaches 0, the controller 300 decreases the timer time Time each time. When the timer time Time is 0, in other words, when the elimination time TimeV has elapsed, the controller 300 acquires the voltage of the secondary battery 1 based on the output of the monitoring unit 201 in step S209.
ステップS209の処理を行うときには、解消時間TimeVが経過しているため、監視ユニット201によって検出された電圧には、分極に伴う電圧変化量が含まれていない。したがって、分極に伴う電圧変化量が含まれていない二次電池1の電圧、より具体的には、二次電池1のOCVを取得することができる。OCVの取得は、組電池100を構成する、すべての二次電池1に対して行われる。 When the process of step S209 is performed, since the elimination time TimeV has elapsed, the voltage detected by the monitoring unit 201 does not include the amount of voltage change due to polarization. Therefore, it is possible to obtain the voltage of the secondary battery 1 that does not include the amount of voltage change due to polarization, more specifically, the OCV of the secondary battery 1. The OCV is acquired for all the secondary batteries 1 constituting the assembled battery 100.
ステップS210において、まず、コントローラ300は、複数の二次電池1におけるOCVのうち、最小値を示すOCVを特定する。そして、コントローラ300は、OCV(最小値)と、各二次電池1のOCVとの差ΔVが閾値ΔVth以上であるか否かを判別する。閾値ΔVthは、複数の二次電池1において、OCVのバラツキが発生しているか否かを判別するための基準となる。すなわち、OCVの差ΔVが閾値ΔVth以上であるときには、OCVのバラツキが発生していると判別する。また、OCVの差ΔVが閾値ΔVthよりも小さいときには、OCVのバラツキを許容できると判別する。閾値ΔVthは、予め定めておくことができ、閾値ΔVthに関する情報は、メモリ300aに記憶しておくことができる。 In step S210, first, the controller 300 specifies an OCV that indicates the minimum value among the OCVs in the plurality of secondary batteries 1. Then, the controller 300 determines whether or not the difference ΔV between the OCV (minimum value) and the OCV of each secondary battery 1 is greater than or equal to the threshold value ΔVth. The threshold value ΔVth is a reference for determining whether or not OCV variation occurs in the plurality of secondary batteries 1. That is, when the OCV difference ΔV is equal to or greater than the threshold value ΔVth, it is determined that OCV variation has occurred. Further, when the OCV difference ΔV is smaller than the threshold value ΔVth, it is determined that the variation in the OCV is acceptable. The threshold value ΔVth can be determined in advance, and information regarding the threshold value ΔVth can be stored in the memory 300a.
OCVの差ΔVが閾値ΔVth以上であるとき、コントローラ300は、ステップS211において、均等化処理を行う。すなわち、コントローラ300は、均等化回路207(図2参照)を動作させて、OCVが高い側の二次電池1を放電させることにより、OCVのバラツキを低減させることができる。このように均等化処理を行うことにより、複数の二次電池1におけるOCVを、OCV(最小値)に揃えることができる。 When the OCV difference ΔV is equal to or greater than the threshold value ΔVth, the controller 300 performs equalization processing in step S211. That is, the controller 300 operates the equalization circuit 207 (see FIG. 2) to discharge the secondary battery 1 on the side with a higher OCV, thereby reducing the variation in OCV. By performing the equalization process in this way, the OCV in the plurality of secondary batteries 1 can be aligned with the OCV (minimum value).
均等化処理の具体的な内容は、上述した方法に限るものではない。すなわち、複数の二次電池1において、OCVのバラツキを低減させることができればよく、この点に基づいて、均等化処理の内容を決めればよい。例えば、本実施例では、OCV(最小値)を基準として均等化処理を行っているが、均等化処理を行うときの基準となるOCVは、適宜選択することができる。 The specific content of the equalization process is not limited to the method described above. That is, in the plurality of secondary batteries 1, it is only necessary to reduce the variation in OCV, and based on this point, the content of the equalization process may be determined. For example, in the present embodiment, the equalization process is performed based on the OCV (minimum value), but the OCV that is the reference for performing the equalization process can be selected as appropriate.
本実施例によれば、活物質内のリチウム濃度分布を推定し、推定したリチウム濃度分布から分極の解消時間TimeVを推定しているため、リチウム濃度分布の状態に応じて、分極の解消時間TimeVが変化する。分極の解消時間TimeVを、予め定めた固定値とすると、上述したように、分極が解消されたと判別するまでに時間がかかってしまう。 According to this example, the lithium concentration distribution in the active material is estimated, and the polarization elimination time TimeV is estimated from the estimated lithium concentration distribution. Therefore, the polarization elimination time TimeV is determined according to the state of the lithium concentration distribution. Changes. If the polarization elimination time TimeV is set to a predetermined fixed value, as described above, it takes time to determine that the polarization has been eliminated.
一方、本実施例では、現在のリチウム濃度分布に対応した分極の解消時間TimeVを取得できるため、分極の解消時間TimeVを適切に見積もることができる。また、電池モデル式を用いて、リチウム濃度分布を推定することにより、推定したリチウム濃度分布に、二次電池1の使用状態、劣化状態や使用環境(特に、温度)を反映させることができる。このため、二次電池1の使用状態、劣化状態や使用環境に応じた分極の解消時間TimeVを推定することができる。 On the other hand, in this embodiment, since the polarization elimination time TimeV corresponding to the current lithium concentration distribution can be acquired, the polarization elimination time TimeV can be appropriately estimated. In addition, by estimating the lithium concentration distribution using the battery model equation, the use state, deterioration state, and use environment (particularly temperature) of the secondary battery 1 can be reflected in the estimated lithium concentration distribution. For this reason, it is possible to estimate the polarization elimination time TimeV according to the use state, deterioration state, and use environment of the secondary battery 1.
さらに、本実施例では、分極の解消状態を判別するときに、必要以上に二次電池1を放置させる必要はなく、分極が解消されていると判別できる機会を増やすことができる。言い換えれば、複数の二次電池1におけるSOCにバラツキが発生しているときに、均等化処理を行う機会を増やすことができ、SOCのバラツキを効率良く低減させることができる。 Furthermore, in this embodiment, when determining the state of elimination of polarization, there is no need to leave the secondary battery 1 unnecessarily, and the chances of determining that polarization has been eliminated can be increased. In other words, when there are variations in the SOC of the plurality of secondary batteries 1, it is possible to increase the opportunities for performing the equalization process, and it is possible to efficiently reduce the variation in the SOC.
一方、図13を用いて説明したように、リチウム平均濃度csave(t)から二次電池1のSOCを推定することができる。SOCおよびOCVは、対応関係があるため、リチウム平均濃度csave(t)から二次電池1のOCVを推定することができる。このため、推定したOCVに基づいて、均等化処理を行うことが考えられる。 On the other hand, as described with reference to FIG. 13, the SOC of the secondary battery 1 can be estimated from the lithium average concentration c save (t). Since SOC and OCV have a corresponding relationship, the OCV of the secondary battery 1 can be estimated from the lithium average concentration c save (t). For this reason, it is conceivable to perform equalization processing based on the estimated OCV.
しかし、推定したOCVは、誤差を含むことがあり、真のOCVに対して、高い側に位置しているのか、低い側に位置しているのかが不明である。このため、誤差を含んだOCV(推定値)に基づいて、均等化処理を行おうとすると、均等化処理を行うときの基準となるOCVを設定しにくくなる。すなわち、複数の二次電池1において、誤差を含んだOCV(推定値)を取得しても、いずれの二次電池1を放電させて良いのかを特定しにくい。このため、放電させる二次電池1によっては、OCVのバラツキが広がってしまうおそれもある。 However, the estimated OCV may include an error, and it is unknown whether the estimated OCV is located on the high side or the low side with respect to the true OCV. For this reason, if an equalization process is to be performed based on an OCV (estimated value) that includes an error, it is difficult to set an OCV that serves as a reference for performing the equalization process. That is, even if an OCV (estimated value) including an error is acquired in a plurality of secondary batteries 1, it is difficult to specify which secondary battery 1 can be discharged. For this reason, depending on the secondary battery 1 to be discharged, there is a possibility that the dispersion of the OCV spreads.
本実施例では、リチウム濃度分布や分極の解消時間TimeVに誤差が含まれたとしても、上述したように、補正時間を加算するだけで、分極の解消状態を判別することができる。そして、分極が解消されていると判別した後に、監視ユニット201を用いて、二次電池1のOCV(実測値)を取得すれば、二次電池1のOCVに推定誤差が含まれることもなくなり、均等化処理を効率良く行うことができる。すなわち、本実施例では、OCVの精度を向上させることができ、いずれの二次電池1を放電させて良いのかを特定しやすくなる。そして、OCVのバラツキを広げることなく、均等化処理を行うことができる。 In this embodiment, even if an error is included in the lithium concentration distribution and the polarization elimination time TimeV, as described above, the polarization elimination state can be determined by simply adding the correction time. Then, after determining that the polarization has been eliminated, if the OCV (actually measured value) of the secondary battery 1 is obtained using the monitoring unit 201, the OCV of the secondary battery 1 will not include an estimation error. The equalization process can be performed efficiently. That is, in the present embodiment, the accuracy of OCV can be improved, and it becomes easy to specify which secondary battery 1 can be discharged. Then, the equalization process can be performed without widening the variation of the OCV.
本発明の実施例2について説明する。本実施例において、実施例1で説明した内容については、説明を省略し、実施例1と異なる点について、主に説明する。 A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the description of the contents described in the first embodiment will be omitted, and differences from the first embodiment will be mainly described.
実施例1では、リチウム濃度分布に基づいて分極の解消時間を算出し、分極の解消時間が経過したときに、均等化処理を行うようにしている。一方、本実施例では、実施例1と同様に、分極の解消時間を算出し、分極の解消時間が経過した後に取得した二次電池1の電圧(OCV)に基づいて、二次電池1の満充電容量を算出(推定)する。 In Example 1, the polarization elimination time is calculated based on the lithium concentration distribution, and the equalization process is performed when the polarization elimination time has elapsed. On the other hand, in the present embodiment, as in the first embodiment, the polarization elimination time is calculated, and based on the voltage (OCV) of the secondary battery 1 obtained after the polarization elimination time has elapsed, Calculate (estimate) the full charge capacity.
二次電池1の満充電容量を推定すれば、二次電池1の劣化状態を確認することができる。二次電池1の劣化が進行すると、二次電池1の満充電容量が低下してしまうため、満充電容量の低下に応じて、二次電池1の劣化状態を特定することができる。 If the full charge capacity of the secondary battery 1 is estimated, the deterioration state of the secondary battery 1 can be confirmed. As the deterioration of the secondary battery 1 proceeds, the full charge capacity of the secondary battery 1 decreases, so that the deterioration state of the secondary battery 1 can be specified according to the decrease of the full charge capacity.
PHVおよびEVでは、実施例1で説明したように、外部電源からの電力を組電池100に供給することにより、組電池100を充電することができる。この充電を外部充電とよぶ。外部充電を行うとき、外部充電を開始するときの二次電池1のSOC_sと、外部充電を終了するときの二次電池1のSOC_eとを取得するとともに、外部充電を行っている間の電流積算値を取得すれば、二次電池1の満充電容量を推定することができる。 In PHV and EV, as described in the first embodiment, the assembled battery 100 can be charged by supplying power from the external power source to the assembled battery 100. This charging is called external charging. When external charging is performed, the SOC_s of the secondary battery 1 at the time of starting external charging and the SOC_e of the secondary battery 1 at the time of ending external charging are acquired, and the current integration during the external charging is performed If the value is acquired, the full charge capacity of the secondary battery 1 can be estimated.
具体的には、二次電池1の満充電容量CAPnは、下記式(31)を用いて算出することができる。満充電容量CAPnは、外部充電を行うたびに算出することができる。 Specifically, the full charge capacity CAPn of the secondary battery 1 can be calculated using the following formula (31). The full charge capacity CAPn can be calculated every time external charging is performed.
上記式(31)において、ΣIは、外部充電を行っている間の電流積算値であり、外部充電を行っている間、電流センサ202によって検出された電流値を積算することによって得られる。SOC_sは、外部充電を開始したときの二次電池1のSOCであり、外部充電を開始したときの二次電池1のOCVに基づいて推定することができる。SOC_eは、外部充電を終了したときの二次電池1のSOCであり、外部充電を終了したときの二次電池1のOCVに基づいて推定することができる。 In the above equation (31), ΣI is a current integrated value during external charging, and is obtained by integrating the current value detected by the current sensor 202 during external charging. SOC_s is the SOC of the secondary battery 1 when external charging is started, and can be estimated based on the OCV of the secondary battery 1 when external charging is started. SOC_e is the SOC of the secondary battery 1 when external charging is terminated, and can be estimated based on the OCV of the secondary battery 1 when external charging is terminated.
外部充電を行うことにより、SOC_eは、SOC_sよりも高くなる。二次電池1のSOC_s,SOC_eを推定するときには、実施例1でも説明したように、分極が解消された後の二次電池1のOCVを測定することによって、SOC_s,SOC_eを推定することができる。 By performing external charging, SOC_e becomes higher than SOC_s. When estimating the SOC_s and SOC_e of the secondary battery 1, as described in the first embodiment, the SOC_s and SOC_e can be estimated by measuring the OCV of the secondary battery 1 after the polarization is eliminated. .
ここで、二次電池1を放置する時間が、分極の解消時間に到達しないときには、二次電池1の電圧を測定しても、この測定電圧は、分極による電圧変化量を含んでおり、二次電池1のOCVからずれてしまうことがある。したがって、分極が解消されていない状態において、満充電容量を算出したときには、この満充電容量は、実際の満充電容量からずれてしまい、精度が低下してしまうおそれがある。そこで、以下に説明するように、補正係数を用いることにより、満充電容量のずれを補正することができる。 Here, even if the voltage of the secondary battery 1 is measured when the time for leaving the secondary battery 1 does not reach the polarization elimination time, the measured voltage includes the voltage change amount due to the polarization. The OCV of the secondary battery 1 may deviate. Therefore, when the full charge capacity is calculated in a state where the polarization is not eliminated, the full charge capacity may deviate from the actual full charge capacity, and the accuracy may be reduced. Therefore, as described below, the shift of the full charge capacity can be corrected by using the correction coefficient.
まず、満充電容量は、下記式(32)に基づいて補正することができる。 First, the full charge capacity can be corrected based on the following equation (32).
上記式(32)において、CAPは、補正後の満充電容量であり、CAPn−1は、前回(直近)に算出された満充電容量であり、CAPnは、今回算出された満充電容量である。満充電容量CAPn−1,CAPnは、上記式(31)に基づいて算出された値である。満充電容量CAPnを初回に算出するとき、満充電容量CAPn−1としては、実験などによって予め求められた初期値が用いられる。初期値としての満充電容量は、メモリ300aに記憶しておくことができる。 In the above formula (32), CAP is the full charge capacity after correction, CAPn-1 is the full charge capacity calculated last time (nearest), and CAPn is the full charge capacity calculated this time. . The full charge capacities CAPn−1 and CAPn are values calculated based on the above formula (31). When the full charge capacity CAPn is calculated for the first time, an initial value obtained in advance through experiments or the like is used as the full charge capacity CAPn-1. The full charge capacity as the initial value can be stored in the memory 300a.
上記式(32)に示すkは、補正係数である。補正係数kは、0〜1の範囲内の値である。補正係数kは、二次電池1を放置した時間、言い換えれば、分極が解消されるまでの残り時間に基づいて決定することができる。分極が解消されるまでの残り時間は、実施例1で説明したタイマの時間Timeに相当する。 K in the above equation (32) is a correction coefficient. The correction coefficient k is a value in the range of 0-1. The correction coefficient k can be determined based on the time when the secondary battery 1 is left, in other words, the remaining time until the polarization is eliminated. The remaining time until the polarization is eliminated corresponds to the timer time Time described in the first embodiment.
上記式(32)によれば、補正後の満充電容量CAPを算出するときに、満充電容量CAPn−1,CAPnを考慮し、補正係数kを用いて、これらの満充電容量CAPn−1,CAPnに重み付けを行っている。ここで、補正係数kが1であるときには、今回算出された満充電容量CAPnだけが用いられ、補正係数kが0であるときには、前回算出された満充電容量CAPn−1だけが用いられる。 According to the above equation (32), when calculating the corrected full charge capacity CAP, the full charge capacity CAPn−1, CAPn is taken into account and the correction coefficient k is used to calculate these full charge capacity CAPn−1, CAPn is weighted. Here, when the correction coefficient k is 1, only the full charge capacity CAPn calculated this time is used, and when the correction coefficient k is 0, only the full charge capacity CAPn−1 calculated last time is used.
例えば、図16に示すマップを予め用意しておけば、分極が解消されるまでの残り時間から、補正係数kを特定することができる。図16に示すマップでは、残り時間が長くなるほど、補正係数kを小さくしている。ここで、残り時間が0であるときには、補正係数kは、1である。また、残り時間が閾値tr_thよりも長いときには、補正係数kを0としている。 For example, if the map shown in FIG. 16 is prepared in advance, the correction coefficient k can be specified from the remaining time until the polarization is eliminated. In the map shown in FIG. 16, the correction coefficient k is made smaller as the remaining time becomes longer. Here, when the remaining time is 0, the correction coefficient k is 1. When the remaining time is longer than the threshold value tr_th, the correction coefficient k is set to 0.
閾値tr_thは、分極の状態、言い換えれば、分極が解消されるまでの残り時間を考慮して、適宜設定することができる。残り時間が長いほど、分極が解消されていないことになり、このような状態で算出された満充電容量CAPnは、実際の満充電容量からずれてしまう。したがって、残り時間が長いほど、今回算出された満充電容量CAPnを考慮しないほうが好ましい。この点を考慮して、閾値tr_thを設定することができる。閾値tr_thに関する情報は、メモリ300aに記憶しておくことができる。 The threshold value tr_th can be appropriately set in consideration of the state of polarization, in other words, the remaining time until the polarization is eliminated. The longer the remaining time, the more polarization is not eliminated, and the full charge capacity CAPn calculated in such a state deviates from the actual full charge capacity. Therefore, it is preferable not to consider the full charge capacity CAPn calculated this time as the remaining time is longer. Considering this point, the threshold value tr_th can be set. Information regarding the threshold value tr_th can be stored in the memory 300a.
なお、上記式(32)では、二次電池1の満充電容量を補正しているが、これに限るものではない。例えば、満充電容量を補正するときと同様の方法(補正係数kを用いた補正方法)によって、満充電容量を算出するときのSOC_s,SOC_eを補正したり、SOC_s,SOC_eを特定するためのOCVを補正したりすることもできる。そして、補正されたSOC_s,SOC_eから満充電容量を算出したり、補正されたOCVからSOC_s,SOC_eを特定して、このSOC_s,SOC_eから満充電容量を算出したりすることができる。 In the above formula (32), the full charge capacity of the secondary battery 1 is corrected, but the present invention is not limited to this. For example, the OCV for correcting SOC_s and SOC_e when calculating the full charge capacity or specifying SOC_s and SOC_e by the same method (correction method using the correction coefficient k) as when correcting the full charge capacity Can also be corrected. Then, the full charge capacity can be calculated from the corrected SOC_s and SOC_e, or the SOC_s and SOC_e can be specified from the corrected OCV, and the full charge capacity can be calculated from the SOC_s and SOC_e.
また、本実施例では、外部充電を行うときに、二次電池1の満充電容量を算出しているが、これに限るものではない。例えば、組電池100の電力を、車両の外部に配置された電子機器(家電製品など)に供給するときにも、二次電池1の満充電容量を算出することができる。ここで、組電池100の電力を電子機器に供給することを、外部放電という。 In this embodiment, the full charge capacity of the secondary battery 1 is calculated when external charging is performed. However, the present invention is not limited to this. For example, the full charge capacity of the secondary battery 1 can be calculated also when the electric power of the assembled battery 100 is supplied to an electronic device (such as a home appliance) arranged outside the vehicle. Here, supplying the electric power of the assembled battery 100 to the electronic device is referred to as external discharge.
外部放電を開始するときの二次電池1のSOC_sと、外部放電を終了するときの二次電池1のSOC_eとを取得するとともに、外部放電を行っている間の電流積算値ΣIを取得すれば、二次電池1の満充電容量を推定することができる。二次電池1の満充電容量は、上記式(31)を用いて算出することができる。外部放電によって、SOC_eは、SOC_sよりも低くなるため、上記式(31)の絶対値が満充電容量となる。 If the SOC_s of the secondary battery 1 when starting the external discharge and the SOC_e of the secondary battery 1 when ending the external discharge are acquired, and the current integrated value ΣI during the external discharge is acquired The full charge capacity of the secondary battery 1 can be estimated. The full charge capacity of the secondary battery 1 can be calculated using the above formula (31). Since SOC_e becomes lower than SOC_s due to external discharge, the absolute value of the above equation (31) becomes the full charge capacity.
次に、満充電容量を算出する処理について、図17A〜図17Cに示すフローチャートを用いて説明する。図17A〜図17Cに示す処理は、コントローラ300によって実行される。 Next, the process of calculating the full charge capacity will be described using the flowcharts shown in FIGS. 17A to 17C. The processing illustrated in FIGS. 17A to 17C is executed by the controller 300.
ステップS301において、コントローラ300は、図1に示す電池システムが外部充電状態であるか否かを判別する。外部充電状態とは、外部充電が開始される状態であり、外部電源から組電池100には、未だ電力が供給されていない。例えば、有線を用いて、外部電源からの電力を組電池100に供給する場合には、ケーブルを介して外部電源と接続されたプラグが、電池システムと接続されたインレットに接続されているか否かを判別することにより、外部充電状態であるか否かを判別することができる。 In step S301, the controller 300 determines whether or not the battery system shown in FIG. 1 is in an externally charged state. The external charging state is a state in which external charging is started, and power is not yet supplied to the assembled battery 100 from the external power source. For example, when power from an external power supply is supplied to the assembled battery 100 using a wired cable, whether or not a plug connected to the external power supply via a cable is connected to an inlet connected to the battery system. It is possible to determine whether or not the battery is in the external charging state.
外部充電状態であるか否かの判別は、外部電源の電力を組電池100に供給するシステムに応じて、適宜設定することができる。電池システムが外部充電状態であるときには、ステップS302の処理に進み、電池システムが外部充電状態ではないときには、ステップS312(図17B)の処理に進む。 The determination of whether or not the battery is in the external charging state can be appropriately set according to the system that supplies power from the external power source to the assembled battery 100. When the battery system is in the external charging state, the process proceeds to step S302. When the battery system is not in the external charging state, the process proceeds to step S312 (FIG. 17B).
ステップS302において、コントローラ300は、電池システムのモードとして、外部充電モードを設定する。ステップS303において、コントローラ300は、外部充電を開始するときの時間Time_sとして、現在の時間Timeを設定する。ここで、時間Timeは、分極が解消されるまでの残り時間である。後述するように、分極が解消されるまでの時間が算出(推定)されると、二次電池1を放置する時間が経過するたびに、分極の解消時間を減らしていく。例えば、分極の解消時間が0であれば、時間Time_sとして0が設定される。また、分極の解消時間が0よりも長ければ、この時間が時間Time_sとして設定される。 In step S302, the controller 300 sets the external charging mode as the battery system mode. In step S303, the controller 300 sets the current time Time as time Time_s when starting external charging. Here, the time Time is the remaining time until the polarization is eliminated. As will be described later, when the time until polarization is eliminated is calculated (estimated), the polarization elimination time is reduced each time the secondary battery 1 is allowed to stand. For example, if the polarization elimination time is 0, 0 is set as the time Time_s. If the elimination time of polarization is longer than 0, this time is set as the time Time_s.
ステップS304において、コントローラ300は、監視ユニット201の出力に基づいて、外部充電を開始するときの二次電池1の電圧を取得する。ここで、時間Time_sが0であれば、実施例1で説明したように、二次電池1のOCVを取得することができる。一方、時間Time_sが0よりも長ければ、監視ユニット201によって検出される二次電池1の電圧には、分極に伴う電圧変化量が含まれることになる。 In step S304, based on the output of the monitoring unit 201, the controller 300 acquires the voltage of the secondary battery 1 when starting external charging. Here, if the time Time_s is 0, the OCV of the secondary battery 1 can be obtained as described in the first embodiment. On the other hand, if the time Time_s is longer than 0, the voltage of the secondary battery 1 detected by the monitoring unit 201 includes a voltage change amount associated with the polarization.
ステップS305において、コントローラ300は、電流積算値ΣIを0に設定する。ステップS305の処理は、外部電源の電力が組電池100に供給される前に行われる。外部充電を行う前に、電流積算値ΣIを0に設定しておくことにより、外部充電を行っている間の電流積算値ΣIを取得することができる。 In step S305, the controller 300 sets the current integrated value ΣI to 0. The process of step S305 is performed before the power of the external power source is supplied to the assembled battery 100. By setting the current integrated value ΣI to 0 before performing external charging, the current integrated value ΣI during external charging can be acquired.
ステップS306において、コントローラ300は、前回のモードとして、現在のモードを設定する。例えば、現在のモードが外部充電モードであれば、前回のモードとして、外部充電モードが設定される。また、後述するように、現在のモードが走行モードであるときには、前回のモードとして、走行モードが設定される。 In step S306, the controller 300 sets the current mode as the previous mode. For example, if the current mode is the external charging mode, the external charging mode is set as the previous mode. As will be described later, when the current mode is the travel mode, the travel mode is set as the previous mode.
ステップS307において、コントローラ300は、電流センサ202の出力に基づいて、組電池100(二次電池1)の電流を取得する。そして、コントローラ300は、前回算出された電流積算値ΣIに、今回取得した電流Iを加算した値を、電流積算値ΣIとして設定する。電流Iを初回に取得したときには、前回の電流積算値ΣIは、0となる。 In step S307, the controller 300 acquires the current of the assembled battery 100 (secondary battery 1) based on the output of the current sensor 202. Then, the controller 300 sets, as the current integrated value ΣI, a value obtained by adding the current I acquired this time to the previously calculated current integrated value ΣI. When the current I is acquired for the first time, the previous current integrated value ΣI becomes zero.
ステップS308において、コントローラ300は、電池モデル式を用いて、活物質内のリチウム濃度分布を算出する。リチウム濃度分布の算出方法は、実施例1で説明した方法と同様であり、上記式(M2a)又は(M2b)を用いてリチウム濃度分布を算出することができる。ステップS309において、コントローラ300は、ステップS308で算出されたリチウム濃度分布に基づいて、リチウム濃度分布の変化を算出する。すなわち、実施例1で説明したように、周期Δtを演算上で経過させながら、周期Δtが経過した後のリチウム濃度分布を算出する。 In step S308, the controller 300 calculates the lithium concentration distribution in the active material using the battery model equation. The method for calculating the lithium concentration distribution is the same as the method described in Example 1, and the lithium concentration distribution can be calculated using the above formula (M2a) or (M2b). In step S309, the controller 300 calculates a change in the lithium concentration distribution based on the lithium concentration distribution calculated in step S308. That is, as described in the first embodiment, the lithium concentration distribution after the lapse of the period Δt is calculated while the period δt is calculated.
ステップS310において、コントローラ300は、ステップS309の処理で算出したリチウム濃度分布の変化に基づいて、分極が解消されるまでの時間TimeVを算出する。すなわち、ステップS309の処理で算出されるリチウム濃度分布が許容範囲内に収まるまでの周期Δtの累積値に基づいて、解消時間TimeVを算出する。解消時間TimeVを算出する方法は、実施例1で説明した方法と同様である。 In step S310, the controller 300 calculates a time Time V until the polarization is eliminated based on the change in the lithium concentration distribution calculated in the process of step S309. That is, the elimination time TimeV is calculated based on the accumulated value of the period Δt until the lithium concentration distribution calculated in the process of step S309 falls within the allowable range. The method for calculating the elimination time TimeV is the same as the method described in the first embodiment.
ステップS311において、コントローラ300は、外部充電が終了しているか否かを判別したり、イグニッションスイッチがオフであるか否かを判別したりする。例えば、外部電源と接続されたプラグを、電池システムと接続されたインレットから外せば、外部充電が終了することになる。一方、車両の走行を終了したときには、運転者からの指示を受けてイグニッションスイッチがオンからオフに切り替わることがある。イグニッションスイッチがオフになると、電池システムが起動停止状態となる。 In step S311, the controller 300 determines whether or not external charging has ended, or determines whether or not the ignition switch is off. For example, when the plug connected to the external power source is removed from the inlet connected to the battery system, the external charging is finished. On the other hand, when the vehicle finishes traveling, the ignition switch may be switched from on to off in response to an instruction from the driver. When the ignition switch is turned off, the battery system is activated and stopped.
外部充電を行う場合において、外部充電が終了していなければ、ステップS307〜ステップS311の処理を繰り返す。また、イグニッションスイッチがオンのままであれば、ステップS307〜ステップS311の処理を繰り返す。これにより、ステップS307の処理により、外部充電を行っている間の電流積算値ΣIを取得したり、ステップS308,S309の処理により、リチウム濃度分布を取得したりすることができる。また、ステップS310の処理により、現在のリチウム濃度分布に対応した分極の解消時間TimeVを算出することができる。一方、外部充電が終了していたり、イグニッションスイッチがオフであったりするときには、ステップS320(図17C)の処理に進む。 In the case where external charging is performed, if external charging has not been completed, the processes in steps S307 to S311 are repeated. If the ignition switch remains on, the processes in steps S307 to S311 are repeated. Thereby, the integrated current value ΣI during external charging can be acquired by the process of step S307, or the lithium concentration distribution can be acquired by the processes of steps S308 and S309. Further, the polarization elimination time TimeV corresponding to the current lithium concentration distribution can be calculated by the process of step S310. On the other hand, when external charging is finished or the ignition switch is off, the process proceeds to step S320 (FIG. 17C).
ステップS301の処理からステップS312の処理に進むときには、電池システムが外部充電状態ではないため、コントローラ300は、電池システムのモードとして、走行モードを設定する。ステップS313において、コントローラ300は、前回のモードが外部充電モードであるか否かを判別する。前回のモードとは、ステップS306の処理で設定されたモード(外部充電モード又は走行モード)である。前回のモードが外部充電モードであるときには、ステップS314の処理に進む。一方、前回のモードが走行モードであるときには、ステップS306(図17A)の処理に進む。 When the process proceeds from step S301 to step S312, the controller 300 sets the travel mode as the battery system mode because the battery system is not in the externally charged state. In step S313, the controller 300 determines whether or not the previous mode is the external charging mode. The previous mode is a mode (external charging mode or traveling mode) set in the process of step S306. When the previous mode is the external charging mode, the process proceeds to step S314. On the other hand, when the previous mode is the traveling mode, the process proceeds to step S306 (FIG. 17A).
ステップS314において、コントローラ300は、タイマの時間Timeが0であるか否かを判別する。上述したように、時間Timeは、分極が解消されるまでの残り時間である。時間Timeが0であるとき、コントローラ300は、二次電池1の分極が解消されていると判別して、ステップS316の処理を行う。一方、時間Timeが0ではないとき、言い換えれば、二次電池1の分極が解消されていないとき、ステップS315の処理に進む。 In step S314, the controller 300 determines whether or not the timer time Time is zero. As described above, the time Time is the remaining time until the polarization is eliminated. When the time Time is 0, the controller 300 determines that the polarization of the secondary battery 1 has been eliminated, and performs the process of step S316. On the other hand, when the time Time is not 0, in other words, when the polarization of the secondary battery 1 is not eliminated, the process proceeds to step S315.
ステップS315において、コントローラ300は、監視ユニット201の出力に基づいて、二次電池1の電圧を取得する。ステップS315の処理では、時間Timeが0ではないときにおいて、外部充電を終了した後の二次電池1の電圧を取得することができる。ステップS316において、コントローラ300は、外部充電を終了したときの時間Time_eとして、現在の時間Timeを設定する。時間Timeは、分極が解消されるまでの残り時間である。例えば、分極の解消時間Timeが0であれば、時間Time_eとして0が設定される。また、分極の解消時間Timeが0よりも長ければ、この時間が時間Time_eとして設定される。 In step S315, the controller 300 acquires the voltage of the secondary battery 1 based on the output of the monitoring unit 201. In the process of step S315, when the time Time is not 0, the voltage of the secondary battery 1 after the external charging is completed can be acquired. In step S316, the controller 300 sets the current time Time as the time Time_e when the external charging is finished. Time Time is the remaining time until polarization is eliminated. For example, if the polarization elimination time Time is 0, 0 is set as the time Time_e. If the polarization elimination time Time is longer than 0, this time is set as the time Time_e.
ステップS317において、コントローラ300は、上記式(31)を用いて、二次電池1の満充電容量CAPnを算出する。ここで、上記式(31)に示す電流積算値ΣIとして、ステップS307(図17A)の処理で算出された値が用いられる。 In step S317, the controller 300 calculates the full charge capacity CAPn of the secondary battery 1 using the above equation (31). Here, the value calculated in the process of step S307 (FIG. 17A) is used as the integrated current value ΣI shown in the above equation (31).
また、上記式(31)に示すSOC_sとしては、外部充電を開始したときの二次電池1の電圧に対応したSOCが用いられる。外部充電を開始したときの二次電池1の電圧は、ステップS304(図17A)の処理で得られる。二次電池1の電圧およびSOCの対応関係を予め求めておけば、二次電池1の電圧から二次電池1のSOCを特定することができる。上記式(31)に示すSOC_eとしては、外部充電を終了したときの二次電池1の電圧に対応したSOCが用いられる。外部充電を終了したときの二次電池1の電圧は、ステップS315の処理又は、後述するステップS324(図17C)の処理で得られる。 Moreover, as SOC_s shown in the above formula (31), the SOC corresponding to the voltage of the secondary battery 1 when external charging is started is used. The voltage of the secondary battery 1 when external charging is started is obtained by the process of step S304 (FIG. 17A). If the correspondence between the voltage of the secondary battery 1 and the SOC is obtained in advance, the SOC of the secondary battery 1 can be specified from the voltage of the secondary battery 1. As SOC_e shown in the above equation (31), the SOC corresponding to the voltage of the secondary battery 1 when the external charging is finished is used. The voltage of the secondary battery 1 when the external charging is finished is obtained by the process of step S315 or the process of step S324 (FIG. 17C) described later.
ステップS318において、コントローラ300は、補正係数kを算出する。本実施例では、図18に示すマップ(一例)を用いて、補正係数kが特定される。図18に示すマップは、時間Time_s,Time_eのそれぞれと、補正係数kとの関係を示す。図18に示すマップを用いれば、時間Time_s,Time_eを特定することにより、補正係数kを特定することができる。 In step S318, the controller 300 calculates the correction coefficient k. In the present embodiment, the correction coefficient k is specified using the map (example) shown in FIG. The map shown in FIG. 18 shows the relationship between each of the times Time_s and Time_e and the correction coefficient k. If the map shown in FIG. 18 is used, the correction coefficient k can be specified by specifying the times Time_s and Time_e.
時間Time_sおよび補正係数kの関係や、時間Time_eおよび補正係数kの関係は、図16に示す関係と同様である。すなわち、時間Time_sが長くなるほど、補正係数kは、小さくなる。また、時間Time_eが長くなるほど、補正係数kは、小さくなる。図18に示すマップでは、時間Time_s,Time_eの少なくとも一方が異なっていても、補正係数kが同一となることもある。 The relationship between the time Time_s and the correction coefficient k and the relationship between the time Time_e and the correction coefficient k are the same as those shown in FIG. That is, the longer the time Time_s, the smaller the correction coefficient k. Further, the correction coefficient k becomes smaller as the time Time_e becomes longer. In the map shown in FIG. 18, even when at least one of the times Time_s and Time_e is different, the correction coefficient k may be the same.
ステップS319において、コントローラ300は、上記式(32)を用いて、二次電池1の満充電容量CAPを算出する。上記式(32)に示す満充電容量CAPn,CAPn−1としては、ステップS317の処理で算出された値が用いられる。ここで、CAPnは、今回の処理で算出された満充電容量であり、CAPn−1は、前回の処理で算出された満充電容量である。また、上記式(32)に示す補正係数kとしては、ステップS318の処理で算出された値が用いられる。 In step S319, the controller 300 calculates the full charge capacity CAP of the secondary battery 1 using the above equation (32). As the full charge capacities CAPn and CAPn−1 shown in the above equation (32), the values calculated in the process of step S317 are used. Here, CAPn is the full charge capacity calculated in the current process, and CAPn−1 is the full charge capacity calculated in the previous process. Further, as the correction coefficient k shown in the above equation (32), the value calculated in the process of step S318 is used.
例えば、補正係数kが1であるとき、今回算出される満充電容量CAPnは、上記式(32)から算出される満充電容量CAPと等しくなる。また、補正係数kが1以外であるときには、満充電容量CAPn,CAPn−1の重み付けによって、満充電容量CAPが算出される。 For example, when the correction coefficient k is 1, the full charge capacity CAPn calculated this time is equal to the full charge capacity CAP calculated from the above equation (32). When the correction coefficient k is other than 1, the full charge capacity CAP is calculated by weighting the full charge capacities CAPn and CAPn−1.
ステップS319の処理が終了した後は、ステップS306(図17A)の処理に進む。一方、ステップS311(図17A)の処理からステップS320(図17C)の処理に進んだとき、コントローラ300は、タイマの時間Timeとして、ステップS310の処理で算出された分極の解消時間TimeVを設定する。 After the process of step S319 is completed, the process proceeds to step S306 (FIG. 17A). On the other hand, when the process proceeds from the process of step S311 (FIG. 17A) to the process of step S320 (FIG. 17C), the controller 300 sets the polarization elimination time TimeV calculated in the process of step S310 as the timer time Time. .
ステップS321において、コントローラ300は、時間が経過すると、タイマの時間Time(TimeV)を減らす。ステップS322において、コントローラ300は、タイマの時間Timeが0であるか否かを判別する。すなわち、コントローラ300は、解消時間TimeVが経過したか否かを判別する。 In step S321, the controller 300 decreases the time Time (TimeV) of the timer when the time has elapsed. In step S322, the controller 300 determines whether or not the timer time Time is zero. That is, the controller 300 determines whether or not the elimination time TimeV has elapsed.
タイマの時間Timeが0ではないとき、コントローラ300は、ステップS321の処理を行う。すなわち、タイマの時間Timeが0になるまで、コントローラ300は、時間が経過するたびに、タイマの時間Timeを減らしていく。タイマの時間Timeが0であるとき、言い換えれば、解消時間TimeVが経過したときに、コントローラ300は、ステップS323において、前回のモードが外部充電モードであるか否かを判別する。前回のモードとは、ステップS306(図17A)の処理で設定されたモードである。 When the timer time Time is not 0, the controller 300 performs the process of step S321. That is, until the timer time Time reaches 0, the controller 300 decreases the timer time Time each time. When the timer time Time is 0, in other words, when the elimination time TimeV has elapsed, the controller 300 determines in step S323 whether the previous mode is the external charging mode. The previous mode is a mode set in the process of step S306 (FIG. 17A).
なお、タイマの時間Timeが0に到達すれば、時間Timeとして、0が設定される。一方、タイマの時間Timeが0になる前に、組電池100(二次電池1)の充放電が開始されると、このときの時間Timeが保持される。時間Timeは、ステップS303,ステップS314,ステップS316の処理で用いられる。 If the timer time Time reaches 0, 0 is set as the time Time. On the other hand, if charging / discharging of the assembled battery 100 (secondary battery 1) is started before the timer time Time becomes 0, the time Time at this time is held. The time Time is used in the processing of step S303, step S314, and step S316.
前回のモードが外部充電モードであるときには、ステップS324の処理に進み、前回のモードが外部充電モードではないとき、言い換えれば、前回のモードが走行モードであるときには、本処理を終了する。ステップS324において、コントローラ300は、監視ユニット201の出力に基づいて、二次電池1の電圧を取得する。ここでは、解消時間TimeVが経過しているため、監視ユニット201によって検出された電圧には、分極に伴う電圧変化量が含まれていない。したがって、外部充電を終了した後において、各二次電池1のOCVを取得することができる。 When the previous mode is the external charging mode, the process proceeds to step S324, and when the previous mode is not the external charging mode, in other words, when the previous mode is the traveling mode, this process is terminated. In step S324, the controller 300 acquires the voltage of the secondary battery 1 based on the output of the monitoring unit 201. Here, since the elimination time TimeV has elapsed, the voltage detected by the monitoring unit 201 does not include a voltage change amount due to polarization. Therefore, the OCV of each secondary battery 1 can be acquired after the external charging is finished.
本実施例によれば、二次電池1の分極が解消されたことを確認した上で、外部充電の開始および終了における二次電池1の電圧を取得することができる。この二次電池1の電圧には、分極による電圧変化量が含まれていないため、二次電池1のOCVを取得することができる。二次電池1のOCVが得られれば、二次電池1のSOCを特定することができるため、外部充電の開始および終了における二次電池1のSOCに基づいて、二次電池1の満充電容量CAPを算出することができる。分極の影響を排除した状態で、二次電池1のSOCを算出できるため、二次電池1の満充電容量CAPを推定する精度を向上させることができる。 According to the present embodiment, it is possible to acquire the voltage of the secondary battery 1 at the start and end of external charging after confirming that the polarization of the secondary battery 1 has been eliminated. Since the voltage of the secondary battery 1 does not include the amount of voltage change due to polarization, the OCV of the secondary battery 1 can be acquired. If the OCV of the secondary battery 1 is obtained, the SOC of the secondary battery 1 can be specified. Therefore, based on the SOC of the secondary battery 1 at the start and end of external charging, the full charge capacity of the secondary battery 1 CAP can be calculated. Since the SOC of the secondary battery 1 can be calculated in a state where the influence of polarization is eliminated, the accuracy of estimating the full charge capacity CAP of the secondary battery 1 can be improved.
本実施例においても、実施例1と同様に、分極の解消時間として、活物質内のリチウム濃度分布に応じた適切な時間が特定されるため、分極が解消されていると判別する機会を増やすことができる。これに伴い、精度の高い満充電容量CAPを算出する機会を増やすことができる。 Also in the present embodiment, as in the first embodiment, since an appropriate time corresponding to the lithium concentration distribution in the active material is specified as the polarization elimination time, the opportunity to determine that the polarization is eliminated is increased. be able to. Along with this, it is possible to increase opportunities to calculate the full charge capacity CAP with high accuracy.
また、本実施例では、二次電池1の分極が解消されていなくても、補正係数kを用いることにより、二次電池1の満充電容量CAPを算出することができる。これにより、分極が解消されていない状態において、外部充電の開始や終了における二次電池1の電圧を取得しても、これらの電圧に基づいて、二次電池1の満充電容量CAPを推定することができる。 Further, in this embodiment, even when the polarization of the secondary battery 1 is not eliminated, the full charge capacity CAP of the secondary battery 1 can be calculated by using the correction coefficient k. Thereby, even if the voltage of the secondary battery 1 at the start and end of external charging is acquired in a state where polarization is not eliminated, the full charge capacity CAP of the secondary battery 1 is estimated based on these voltages. be able to.
1:二次電池、100:組電池、201:監視ユニット、201a:電圧監視IC、
202:電流センサ、203:温度センサ、204:電流制限抵抗、
205:インバータ、206:モータ・ジェネレータ、207:均等化回路、
207a:抵抗、207b:スイッチ素子、300:コントローラ、300a:メモリ、
141:正極、141a:集電板、141b:活物質、142:負極、
142a:集電板、142b:活物質、143:セパレータ、11:正極端子、
12:負極端子310:電池状態推定部、311:拡散推定部、
312:開放電圧推定部、313:電流推定部、314:パラメータ設定部、
315:境界条件設定部
1: secondary battery, 100: assembled battery, 201: monitoring unit, 201a: voltage monitoring IC,
202: current sensor, 203: temperature sensor, 204: current limiting resistor,
205: inverter, 206: motor generator, 207: equalization circuit,
207a: resistor, 207b: switch element, 300: controller, 300a: memory,
141: positive electrode, 141a: current collector plate, 141b: active material, 142: negative electrode,
142a: current collector plate, 142b: active material, 143: separator, 11: positive electrode terminal,
12: Negative terminal 310: Battery state estimation unit, 311: Diffusion estimation unit,
312: Open-circuit voltage estimation unit, 313: Current estimation unit, 314: Parameter setting unit,
315: Boundary condition setting part
Claims (10)
前記電池ユニットの電圧を検出する電圧センサと、
前記電池ユニットの状態を推定するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
拡散方程式を用いることにより、前記電池ユニットの活物質内の濃度分布を算出するとともに、前記電池ユニットの充放電が行われていないと仮定したときに、前記濃度分布が許容範囲内に収まるまでの分極解消時間を算出し、
前記電池ユニットの充放電を行っていない間の時間が前記分極解消時間以上であるとき、前記電圧センサを用いて、前記電池ユニットの開放電圧を取得する、
ことを特徴とする電池システム。 A battery unit for charging and discharging;
A voltage sensor for detecting a voltage of the battery unit;
A controller for estimating the state of the battery unit,
The controller is
By calculating the concentration distribution in the active material of the battery unit by using a diffusion equation, and assuming that the battery unit is not charged / discharged, the concentration distribution is within an allowable range. Calculate the depolarization time,
When the time during which the battery unit is not charged or discharged is equal to or longer than the polarization elimination time, the voltage sensor is used to obtain the open voltage of the battery unit.
A battery system characterized by that.
開放電圧および充電状態の対応関係を用いて、取得した前記開放電圧に対応した充電状態を算出し、
前記電池ユニットの充電又は放電を開始したときの前記充電状態と、前記電池ユニットの充電又は放電を終了したときの前記充電状態と、前記電池ユニットの充電又は放電を行っている間の電流積算値とを用いて、前記電池ユニットの満充電容量を算出することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の電池システム。 The controller is
Using the correspondence between the open-circuit voltage and the charge state, calculate the charge state corresponding to the acquired open-circuit voltage,
The charging state when charging or discharging of the battery unit is started, the charging state when charging or discharging of the battery unit is finished, and an integrated current value during charging or discharging of the battery unit The battery system according to claim 1, wherein a full charge capacity of the battery unit is calculated using
前記各電池ユニットを放電させて、前記複数の電池ユニットにおける電圧を均等化させる均等化回路と、を有しており、
前記コントローラは、前記複数の電池ユニットにおける開放電圧の差が閾値以上であるとき、前記均等化回路を動作させることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の電池システム。 A plurality of the battery units connected in series;
An equalization circuit that discharges each of the battery units and equalizes voltages in the plurality of battery units, and
6. The battery system according to claim 1, wherein the controller operates the equalization circuit when a difference in open voltage among the plurality of battery units is equal to or greater than a threshold value.
拡散方程式を用いることにより、前記電池ユニットの活物質内の濃度分布を算出するとともに、前記電池ユニットの充放電が行われていないと仮定したときに、前記濃度分布が許容範囲内に収まるまでの分極解消時間を算出し、
前記電池ユニットの充放電を行っていない間の時間が前記分極解消時間以上であるとき、前記電池ユニットの電圧を検出する電圧センサを用いて、前記電池ユニットの開放電圧を取得する、
ことを特徴とする推定方法。
An estimation method for estimating a state of a battery unit that performs charging and discharging,
By calculating the concentration distribution in the active material of the battery unit by using a diffusion equation, and assuming that the battery unit is not charged / discharged, the concentration distribution is within an allowable range. Calculate the depolarization time,
When the time during which the battery unit is not charged or discharged is equal to or longer than the polarization elimination time, a voltage sensor that detects the voltage of the battery unit is used to obtain the open voltage of the battery unit.
An estimation method characterized by that.
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