JP2024153398A - Battery System - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電池システムに関し、特に、非水電解液を含む二次電池の劣化の有無を推定するための電池システムに関する。 This disclosure relates to a battery system, and in particular to a battery system for estimating the presence or absence of degradation of a secondary battery containing a non-aqueous electrolyte.
リチウムイオン電池などの、非水電解液を有する二次電池が注目されている。そのような二次電池のハイレート(大電流)での充電または放電が繰り返されると、非水電解液中のイオン濃度が偏る。その結果、二次電池の内部抵抗が増加して二次電池が劣化する。そのような二次電池の劣化は、「ハイレート劣化」とも呼ばれる。 Secondary batteries with non-aqueous electrolytes, such as lithium-ion batteries, have been attracting attention. When such secondary batteries are repeatedly charged or discharged at high rates (high currents), the ion concentration in the non-aqueous electrolyte becomes biased. As a result, the internal resistance of the secondary battery increases, causing the secondary battery to deteriorate. Such deterioration of secondary batteries is also called "high-rate deterioration."
特開2017-103080号公報(特許文献1)は、電池システムを開示する。電池システムは、二次電池と、電流センサと、制御装置とを備える。電流センサは、二次電池の充電電流または放電電流を検出する。制御装置は、二次電池のハイレート劣化を評価するための評価値を電流センサの検出値に基づいて算出する。制御装置は、評価値の積算値がしきい値よりも高いか否かを判定する。積算値がしきい値よりも高い場合、制御装置は、過度なハイレート劣化を防止するために電池の充電電力または放電電力を制限する。 JP 2017-103080 A (Patent Document 1) discloses a battery system. The battery system includes a secondary battery, a current sensor, and a control device. The current sensor detects the charging current or discharging current of the secondary battery. The control device calculates an evaluation value for evaluating high-rate degradation of the secondary battery based on the detection value of the current sensor. The control device determines whether an integrated value of the evaluation value is higher than a threshold value. If the integrated value is higher than the threshold value, the control device limits the charging power or discharging power of the battery to prevent excessive high-rate degradation.
上記の電池システムによれば、電流センサの検出値が検出誤差を含む場合に、積算値において、検出誤差に起因する誤差が積み重ねられ得る。その結果、積算値において積み重ねられた誤差が無視できないほど大きくなる可能性がある。この場合、ハイレート劣化の有無を積算値に基づいて精度良く推定することができない(適宜なタイミングで充電電力または放電電力を制限することができない)可能性がある。 According to the above battery system, when the detection value of the current sensor includes a detection error, the error caused by the detection error may accumulate in the integrated value. As a result, the error accumulated in the integrated value may become too large to be ignored. In this case, it may not be possible to accurately estimate the presence or absence of high-rate degradation based on the integrated value (it may not be possible to limit the charging power or discharging power at an appropriate time).
本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、非水電解液を含む二次電池の劣化の有無を精度良く推定できる電池システムを提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a battery system that can accurately estimate the presence or absence of degradation of a secondary battery containing a nonaqueous electrolyte.
本開示の電池システムは、非水電解液を含む二次電池の劣化の有無を推定するための電池システムである。この劣化は、非水電解液中のイオン濃度の偏りに起因して二次電池の内部抵抗が増加する現象である。電池システムは、電圧センサと、処理装置とを備える。電圧センサは、二次電池の電圧値を検出する。処理装置は、停止処理、算出処理、および推定処理を実行するように構成されている。停止処理は、二次電池のdQ/dVの、二次電池のSOCに対する変化率がしきい値よりも小さい場合に二次電池の充電を停止する処理を含む。dQ/dVは、二次電池の電圧変化量dVに対する二次電池の蓄電量変化量dQの比率である。算出処理は、二次電池の充電後の分極緩和の程度を評価するための評価値を停止処理の後に電圧値に従って算出する処理を含む。推定処理は、評価値に従って劣化の有無を推定する処理を含む。 The battery system of the present disclosure is a battery system for estimating the presence or absence of deterioration of a secondary battery containing a non-aqueous electrolyte. This deterioration is a phenomenon in which the internal resistance of the secondary battery increases due to a bias in the ion concentration in the non-aqueous electrolyte. The battery system includes a voltage sensor and a processing device. The voltage sensor detects the voltage value of the secondary battery. The processing device is configured to execute a stop process, a calculation process, and an estimation process. The stop process includes a process of stopping charging of the secondary battery when the rate of change of dQ/dV of the secondary battery relative to the SOC of the secondary battery is smaller than a threshold value. dQ/dV is the ratio of the amount of change in the amount of stored electricity dQ of the secondary battery to the amount of change in voltage dV of the secondary battery. The calculation process includes a process of calculating an evaluation value for evaluating the degree of polarization relaxation after charging of the secondary battery according to the voltage value after the stop process. The estimation process includes a process of estimating the presence or absence of deterioration according to the evaluation value.
二次電池の劣化の有無は、二次電池の分極緩和の程度に関係している。停止処理の後、上記電圧センサの検出値は、二次電池の分極緩和と、二次電池のOCVの変動との双方に起因して変化し得る。上記の変化率がしきい値よりも小さい場合、そうでない場合よりもOCVの変動が小さい。その結果、上記検出値は、OCVの変動(詳細には、この変動が原因で二次電池の見かけの抵抗が変化し、この抵抗変化に起因する二次電池の電圧低下)により影響され難い。よって、評価値は、分極緩和の程度を正確に反映し得る。上記の構成とすることにより、停止処理に起因して、評価値がOCVの変動により影響され難い状況が強制的に作り出される。これにより、評価値が分極緩和の程度を正確に反映する。その結果、劣化の有無を評価値に従って精度良く推定することができる。 The presence or absence of deterioration of the secondary battery is related to the degree of polarization relaxation of the secondary battery. After the stop process, the detection value of the voltage sensor may change due to both the polarization relaxation of the secondary battery and the fluctuation of the OCV of the secondary battery. When the above-mentioned rate of change is smaller than the threshold value, the fluctuation of the OCV is smaller than in other cases. As a result, the detection value is less affected by the fluctuation of the OCV (more specifically, the apparent resistance of the secondary battery changes due to this fluctuation, and the voltage drop of the secondary battery caused by this resistance change). Therefore, the evaluation value can accurately reflect the degree of polarization relaxation. By adopting the above configuration, a situation in which the evaluation value is less affected by the fluctuation of the OCV due to the stop process is forcibly created. As a result, the evaluation value accurately reflects the degree of polarization relaxation. As a result, the presence or absence of deterioration can be accurately estimated according to the evaluation value.
本開示によれば、非水電解液を含む二次電池の劣化の有無を精度良く推定することができる。 According to the present disclosure, it is possible to accurately estimate the presence or absence of degradation of a secondary battery containing a non-aqueous electrolyte.
[実施の形態1]
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明を繰り返さない。実施の形態およびその変形例の各々は、適宜互いに組み合わせられてもよい。
[First embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. Each of the embodiments and their modified examples may be appropriately combined with each other.
図1は、実施の形態1に従う電池システムが搭載される車両を含む充電システムの全体構成を概略的に示す図である。図1を参照して、充電システム100は、車両1と、充電設備5とを備える。
Figure 1 is a diagram that shows a schematic diagram of the overall configuration of a charging system including a vehicle equipped with a battery system according to the first embodiment. With reference to Figure 1, the
車両1は、電池20が搭載される電動車両であって、例えば、電気自動車(BEV:Battery Electric Vehicle)である。車両1は、プラグインハイブリッド車(PHEV:Plug-in Hybrid Electric Vehicle)などの、他の種類の電動車両であってもよい。車両1は、充電ケーブル6を介して充電設備5に電気的に接続されており、充電設備5から供給される充電電流により電池20を充電する外部充電を実行可能に構成されている。
充電設備5は、車両1の外部に設けられている。充電設備5は、外部充電時に充電ケーブル6を介して電池20に大電流の給電電力(直流電力)を供給可能に構成されている。
The
図2は、車両1および充電設備5のハードウェア構成を詳細に示す図である。図2を参照して、充電設備5は、AC/DC変換器51と、HMI(Human Machine Interface)装置53と、制御回路55とを含む。
Figure 2 is a diagram showing in detail the hardware configuration of the
AC/DC変換器51は、電力網(交流電源)7からの交流電力を直流電力(電池20の充電電力)に変換する。HMI装置53は、車両1の外部充電の開始を指示するユーザ操作を受ける。制御回路55は、AC/DC変換器51を制御したり、例えばCAN(Controller Area Network)通信により車両1と各種情報をやり取りしたりする。
The AC/
車両1は、インレット11と、充電リレー131,132と、PCU(Power Control Unit)16と、モータジェネレータ17と、駆動輪19とを備える。車両1は、電池20と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)141,142と、電圧センサ21と、電流センサ22と、温度センサ23と、スタートスイッチ(ST-SW)35と、ECU40とをさらに備える。
The
インレット11は、充電ケーブル6の充電コネクタ61と接続可能に構成されている。充電リレー131,132は、それぞれ、充電線PL1,NL1に接続されている。PCU16は、電力線PL2,NL2とモータジェネレータ17との間に電気的に接続されている。PCU16は、電池20の出力電力を交流電力に変換することでモータジェネレータ17を駆動するように構成されている。モータジェネレータ17の出力トルクが駆動輪19に伝達されると、車両1が走行する。PCU16は、モータジェネレータ17により発電された交流電力を直流電力に変換して電池20を充電可能に構成されている。
The
電池20は、非水電解液を含む二次電池であって、この例では、リチウムイオン電池である。電池20は、車両1の駆動力を発生させるための電力を蓄える。電池20の正極は、SMR141を介して充電線PL1および電力線PL2に電気的に接続される。電池20の負極は、SMR142を介して充電線NL1および電力線NL2に電気的に接続される。
電池20の分極は、電池20に電流が流れた後にその電流とは反対の向きの起電力が一時的に発生する現象として知られている。例えば電池20の充電後、分極は、電池20の充電後に電圧VBが一時的に上昇する現象である。分極は、時間とともに緩和し、十分長い時間が経過すると解消する(上記の起電力が零になり、電池20の電圧が安定する)。
The polarization of
電圧センサ21、電流センサ22、および温度センサ23は、それぞれ、電池20の電圧値VV、電流値CV、および温度値TVを検出する。電圧値VV、電流値CV、および温度値TVは、それぞれ、電池20の電圧VB、電流IB、および温度TBの検出値である。電池20の充電時には電流値CV(電流IB)が正であり、放電時には電流値CV(電流IB)が負であるものとする。
The
スタートスイッチ35は、車両1の走行システムの起動または停止を指示するユーザ操作を受ける。走行システムの起動は、SMR141,142のオン(詳細には、電池20、PCU16、およびMG17の電気的な接続が確立されること)に相当する。走行システムの停止は、SMR141,142のオフに相当する。走行システムの停止(SMR141,142のオフ)後、電池20がPCU16から電気的に切り離されて、電池20の充電または放電が停止する。
The start switch 35 receives a user operation to instruct starting or stopping the traveling system of the
ECU40は、CPU41と、メモリ42とを含む。CPU41は、各種の演算処理を実行する。メモリ42は、ROM42Aと、RAM42Bとを含む。ROM42Aは、CPU41により実行されるプログラム、および各種データを記憶する。当該データは、電池20のdQ/dV特性線(後述)を含む。
The
ECU40は、充電リレー131,132、SMR141,142、PCU16、およびモータジェネレータ17などの、車両1の各種機器を制御する。ECU40は、PCU16を制御することによって車両1の走行中の電池20の充電電力および放電電力を制御する。ECU40は、走行中の充電電力および放電電力を制限する(充電電力の上限値Winおよび放電電力の上限値Woutを小さく設定する)こともできる。ECU40は、充電リレー131,132のオンオフと、SMR141,142のオンオフとを制御するように構成されている。ECU40は、電圧値VV、電流値CV、および温度値TVに基づいて電池20のSOC(State Of Charge)を逐次算出する。ECU40は、電圧値VVおよび電流値CVの履歴をメモリ42に逐次格納する。
The
ECU40は、外部充電を制御する外部充電制御処理を実行することができる。ECU40は、この処理時、充電リレー131,132およびSMR141,142をオンし、CAN通信により制御回路55と各種情報をやり取りする。ECU40は、例えば、充電設備5からインレット11(電池20)への給電を指令する制御指令を制御回路55に送信し、それにより外部充電制御処理を実行する。外部充電制御処理は、外部充電を停止する外部充電停止処理を含む。
The
電池20、電圧センサ21、充電リレー131,132、SMR141,142、PCU16、およびECU40は、本開示の「電池システム」の一例を形成する。
The
図3は、電池20のdQ/dV特性線を説明するための図である。dQ/dV特性線とは、電池20のdQ/dVと、電池20のSOCとの間の関係を表す線である。dQ/dVは、電池20の電圧変化量dVに対する、電池20の蓄電量Qの変化量dQの比率である。
Figure 3 is a diagram for explaining the dQ/dV characteristic line of
図3を参照して、線200は、dQ/dV特性線に相当する。dQ/dV特性線は、マップとしてメモリ42に予め記憶されており、例えば温度TB(一例として、外部充電停止直後の温度TB)に依存して定められる。この例では、一つのdQ/dV特性線が示されているが、メモリ42は、複数のdQ/dV特性線(図示せず)を記憶している。複数のdQ/dV特性線のうち一のdQ/dV特性線が温度TB(温度値TV)に基づいてECU40により選択される。この例では、当該一のdQ/dV特性線が線200である。
Referring to FIG. 3,
SOCがX1,X2である場合の、線200上の点を、それぞれ、点p1,p2とも表す。線250,260は、それぞれ、点p1,p2での、線200の接線である。線250,260は、それぞれ、SOCがX1,X2である場合の変化率grを表す。変化率grは、dQ/dVのSOCに対する変化率(詳細には、その大きさ)である。SOCがX1,X2である場合の変化率grは、それぞれ、gr1,gr2である。
The points on
この例では、SOCが60%以上かつ80%未満の範囲RNG内にある場合、そうでない場合よりも変化率grが基本的に小さい(dQ/dV特性線が平坦である)。その結果、SOCが範囲RNG内にある場合、そうでない場合よりも電池20のOCV(Open Circuit Voltage)の変動が小さくなる。この例では、SOCがX2に到達すると変化率grが所定のしきい値TH(後述)よりも小さくなるものとする。
In this example, when the SOC is within the range RNG of 60% or more and less than 80%, the rate of change gr is generally smaller than when it is not within the range RNG (the dQ/dV characteristic line is flat). As a result, when the SOC is within the range RNG, the fluctuation in the OCV (Open Circuit Voltage) of the
電池20のハイレートでの充放電、例えば、充電設備5を用いた外部充電が頻繁に繰り返されると、電池20の非水電解液中のイオン濃度が偏る。その結果、電池20の内部抵抗が増加して電池20の劣化が引き起こされる。そのような劣化、すなわち、電池20の非水電解液中のイオン濃度の偏りに起因して電池20の内部抵抗が増加する現象は、電池20の「ハイレート劣化」とも呼ばれる。電池20のハイレート劣化が有る場合、ECU40は、ハイレート劣化のさらなる進行を防止するために走行中の充電電力および放電電力を制限することが好ましい。適切なタイミングでそのように充電電力および放電電力を制限するためにはハイレート劣化の有無を適切に推定することを要する。
When the
ハイレート劣化の有無を推定する一つの手法は、電流センサ22の検出値(電流値CV)の積算値を算出し、この積算値に基づいてハイレート劣化の有無を推定することである。しかしながら、この手法において、各電流値CVに含まれる検出誤差に起因して、積算値において電流値CVの検出誤差が積み重ねられ得る。これは、ハイレート劣化の有無の推定結果の精度の低下を招く可能性がある。
One method for estimating the presence or absence of high-rate degradation is to calculate an integrated value of the detection value (current value CV) of the
発明者らは、ハイレート劣化の有無が電池20の分極緩和の程度に反映されること、具体的には、ハイレート劣化が有る場合には分極緩和時の電圧値VV(電圧VB)の変化量が変化することに着目した。以下、この点を説明する。
The inventors have noted that the presence or absence of high-rate degradation is reflected in the degree of polarization relaxation of the
図4は、分極緩和時の電圧値VVの変化量がハイレート劣化の有無によって異なることを説明するための図である。図4を参照して、変化量ΔVVは、電池20の外部充電停止後の分極緩和時の電圧値VVの変化量であって、VV(t0)-VV(t)に相当する。時刻t0は、外部充電が停止された時刻である。
Figure 4 is a diagram for explaining that the amount of change in the voltage value VV during polarization relaxation differs depending on whether or not high-rate degradation occurs. Referring to Figure 4, the amount of change ΔVV is the amount of change in the voltage value VV during polarization relaxation after external charging of the
線300,320は、それぞれ、ケースA,Bにおける変化量ΔVVの推移を表す。この例では、ケースAにおいて、ハイレート劣化が有り、ケースBにおいて、ハイレート劣化が無いものとする。ケースA,Bのいずれにおいても、時刻t0の後に分極緩和が開始して変化量ΔVVが増加する一方で、時刻t1において分極が既に解消している(電圧VBが安定して一定になるため変化量ΔVVが一定になる)。時刻t01は、時刻t0よりも所定時間PTだけ後かつ時刻t1よりも前の所定時刻である。
時刻t1以降の(すなわち、分極解消時の)変化量ΔVVを変化量ΔV01とも表す。分極解消時とは、電池20の分極が解消した時をいう。変化量ΔV01は、電池20の分極緩和量に相当する。分極緩和量は、分極が開始してから解消するまでの変化量ΔVVである。ΔV01a,ΔV01bは、それぞれ、ケースA,Bにおける変化量ΔV01(分極緩和量)に相当する。ΔV01aは、ΔV01bよりも大きい。このように、ハイレート劣化の有無は、変化量ΔV01に反映される。ΔV01aとΔV01bとの間の差分の大きさを差分Diffとも表す。
The amount of change ΔVV after time t1 (i.e., when polarization is eliminated) is also referred to as the amount of change ΔV01. When polarization is eliminated, it refers to the time when the polarization of the
実施の形態では、ECU40は、電池20のハイレート劣化の有無を適切に推定するための構成を有する。具体的には、ECU40は、外部充電停止処理、算出処理および推定処理を実行するように構成されている。算出処理は、外部充電後の分極緩和の程度を評価するための評価値を、外部充電の停止後(詳細には、外部充電停止処理の後)に電圧値VVに従って算出する処理に相当する。推定処理は、そのように算出された評価値に従ってハイレート劣化の有無を推定する処理に相当する。
In the embodiment, the
評価値は、例えば、時刻t0での電圧値VVと、時刻t1での電圧値VVとの間の差分値(詳細には、その大きさ)である変化量ΔV01である。この場合、推定処理は、変化量ΔV01が所定の基準値RVよりも小さい場合にハイレート劣化が無いと推定する処理と、変化量ΔV01が基準値RV以上である場合にハイレート劣化が有りと推定する処理とを含む。基準値RVは、例えば、メモリ42に記憶されている。
The evaluation value is, for example, a change amount ΔV01, which is the difference value (more specifically, its magnitude) between the voltage value VV at time t0 and the voltage value VV at time t1. In this case, the estimation process includes a process of estimating that there is no high-rate degradation when the change amount ΔV01 is smaller than a predetermined reference value RV, and a process of estimating that there is high-rate degradation when the change amount ΔV01 is equal to or greater than the reference value RV. The reference value RV is stored, for example, in
変化量ΔV01に含まれる誤差は、基本的には電圧センサ21の検出誤差(詳細には、時刻t0,t1における電圧値VVの検出誤差)に過ぎず、その他の検出誤差により影響され難い。評価値は、変化量ΔV01として算出されるため、電圧センサ21の検出誤差以外の検出誤差により影響されにくい。その結果、評価値に従ってハイレート劣化の有無を精度良く推定できる。
The error contained in the change amount ΔV01 is basically just the detection error of the voltage sensor 21 (specifically, the detection error of the voltage value VV at times t0 and t1) and is not easily affected by other detection errors. Because the evaluation value is calculated as the change amount ΔV01, it is not easily affected by detection errors other than the detection error of the
外部充電の停止後、変化量ΔV01は、電池20の分極緩和と、電池20のOCVの変動との双方に起因して変化し得る。変化量ΔV01に従ってハイレート劣化の有無を精度良く推定するためには、OCVの変動が可能な限り低減されることが望ましい。よって、ECU40は、OCVの変動が可能な限り低減されている状況において、算出処理および推定処理を実行することが好ましい。
After external charging is stopped, the change amount ΔV01 may change due to both polarization relaxation of the
ECU40は、そのような状況が強制的に作り出されるように外部充電停止処理を実行するように構成されている。具体的には、この処理は、外部充電時に変化率gr(図3)がしきい値THよりも小さい場合(例えば、SOCがX2に到達した場合)に外部充電を停止する処理に相当する。しきい値THは、メモリ42に記憶されている。
The
変化率grがしきい値THよりも小さい場合、そうでない場合よりもOCVの変動が小さい。その結果、評価値(変化量ΔV01)は、OCVの変動(詳細には、この変動が原因で電池20の見かけの抵抗が変化し、この抵抗変化に起因する電圧VBの低下)により影響され難い。この場合、評価値は、OCVの変動により影響され難いため、分極緩和の程度を正確に反映し得る。
When the rate of change gr is smaller than the threshold value TH, the OCV fluctuates less than when it is not. As a result, the evaluation value (amount of change ΔV01) is less affected by the OCV fluctuation (more specifically, the fluctuation causes a change in the apparent resistance of the
上記の外部充電停止処理によれば、評価値がOCVの変動により影響され難い状況が強制的に作り出される。これにより、評価値は、分極緩和の程度を正確に反映する。その結果、ハイレート劣化の有無を評価値に従って精度良く推定することができる。例えば、変化量ΔV01が基準値RVよりも小さい場合に、ECU40は、ハイレート劣化が無いと推定する(線320)。他方、変化量ΔV01が基準値RV以上である場合に、ECU40は、ハイレート劣化が有りと推定する(線300)。
The above external charging stop process forces the creation of a situation in which the evaluation value is less affected by fluctuations in OCV. This allows the evaluation value to accurately reflect the degree of polarization relaxation. As a result, the presence or absence of high-rate degradation can be accurately estimated according to the evaluation value. For example, when the amount of change ΔV01 is smaller than the reference value RV, the
ECU40は、ハイレート劣化が無いと推定する場合、上限値Winをそのデフォルト値に設定するとともに上限値Woutをそのデフォルト値に設定する。他方、ECU40は、ハイレート劣化が有りと推定する場合、上限値Winをそのデフォルト値よりも小さい値に設定するとともに上限値Woutをそのデフォルト値よりも小さい値に設定する。これにより、電池20の充電電力または放電電力が制限される。上限値Winのデフォルト値、および上限値Woutのデフォルト値は、メモリ42に予め記憶されている。
When
ECU40は、外部充電の停止前の所定期間中の電池20の充電電流がしきい電流以上である場合(詳細には、正の電流値CVが所定値以上である場合)、推定処理を実行してもよい。所定期間の長さを表す情報は、メモリ42に記憶されている。所定値は、しきい電流を表す値であり、メモリ42に記憶されている。
The
充電電流が大きいほど、ハイレート劣化時の電池20の充電後の分極の程度(電圧VBの一時的な上昇量)が大きい。その結果、この電池の分極緩和の程度(ΔV01a)も大きくなるため、差分Diffがより大きくなる。したがって、ECU40が基準値RVを適切に(例えば、ΔV01aおよびΔV01bの平均値に)設定することで、ハイレート劣化の有無を変化量ΔV01(ΔV01a,ΔV01b)に従って区別し易くなる。上記の構成とすることにより、充電電流がしきい電流以上であるほど大きい場合、すなわち、ハイレート劣化の有無が変化量ΔV01に従って区別され易い場合に、推定処理が実行される。これにより、ハイレート劣化の有無をより容易に推定することができる。
The larger the charging current, the greater the degree of polarization (the temporary increase in voltage VB) after charging of
図5は、実施の形態においてECU40により実行される処理を例示するフローチャートである。このフローチャートは、外部充電の開始が指示されたことを示す情報をECU40が制御回路55から受信して外部充電を開始すると開始する。以下において、ステップを「S」と略し、図3および図4を適宜参照する。この例では、充電開始SOCは、X1であるものとする。
Figure 5 is a flowchart illustrating the process executed by
図5を参照して、ECU40は、電圧センサ21、電流センサ22および温度センサ23から、それぞれ、電圧値VV、電流値CV、および温度値TVを取得する(S15)。ECU40は、電圧値VV、電流値CV、および温度値TVに従ってSOCを算出する(S20)。
Referring to FIG. 5, the
ECU40は、dQ/dVの変化率grがしきい値THよりも小さいか否かを判定する(S26)。変化率grは、温度値TV(温度TB)に基づいて選択されるdQ/dV特性線(例えば、線200)と、S20において算出されたSOCとに基づいて逐次算出される。変化率grがしきい値TH以上である場合、例えば、SOCが未だX2に到達していない場合(S26においてNO)、処理は、S15に戻る。変化率grがしきい値THよりも小さい場合、例えば、SOCがX2に到達する場合(S26においてYES)、処理は、S30に進む。
The
ECU40は、外部充電を停止するために外部充電停止処理を実行し(S30)、外部充電が停止した時の電圧値VVをメモリ42に格納する。外部充電の停止後、ECU40は、外部充電の停止前の所定期間中の充電電流がしきい電流以上であるか否かを判定する(S35)。そのような充電電流がしきい電流以上である場合(S35においてYES)、処理は、S45に進む。そうでない場合(S35においてNO)、処理は、終了する。
The
ECU40は、分極が解消したか否かを電圧値VVに従って判定する(S45)。具体的には、ECU40は、電圧値VVが一定であるか否か(変化量ΔVVが一定であるか否か)に基づいてこの判定処理を実行する。分極が未だ解消していない場合(S45においてNO)、ECU40は、分極解消までS45を繰り返す。分極が解消している場合(S45においてYES)、処理はS50に進む。
The
ECU40は、変化量ΔV01を評価値として算出し(S50)、この評価値に従って推定処理(S70)を実行する。S70は、S72,S74,およびS76を含む。
The
ECU40は、評価値(変化量ΔV01)が基準値RV以上であるか否かを判定する(S72)。評価値が基準値RV以上である場合(S72においてYES)、ECU40は、ハイレート劣化が有りと推定する(S74)。評価値が基準値RVよりも小さい場合(S72においてNO)、ECU40は、ハイレート劣化が無いと推定する(S76)。
The
上記において、S35は、必ずしも必須ではない。この場合、変化率grがしきい値THよりも小さいことに基づいて(S26においてYES)、処理は、S30からS45に進む。 In the above, S35 is not necessarily required. In this case, if the rate of change gr is smaller than the threshold value TH (YES in S26), the process proceeds from S30 to S45.
以上のように、ECU40は、dQ/dVの変化率grがしきい値THよりも小さい場合に外部充電を停止する外部充電停止処理を実行する。外部充電の停止後、ECU40は、電圧値VVに従って評価値(変化量ΔV01)を算出し、この評価値に従ってハイレート劣化の有無を推定する。このような構成とすることにより、電池20のOCVの変動が可能な限り低減されている状況において、評価値が算出される。これにより、評価値は、分極緩和の程度を正確に反映する。その結果、ECU40は、ハイレート劣化の有無を評価値に従って精度良く推定することができる。したがって、ECU40は、走行中の充電電力および放電電力を適切なタイミングで制限することができ、それにより電池20を適切に保護することができる。
As described above, the
[実施の形態1の変形例]
図4を再び参照して、評価値は、時刻t01での変化量ΔVVの、変化量ΔV01(分極緩和量)に対する割合であってもよい。この割合を「分極緩和率」とも表す。この例では、変化量ΔV01は、外部充電の直後の温度値TVと、外部充電終了時のSOC(充電終了SOC)とに依存して予め定められた値として、ケースA,Bのいずれにおいてもメモリ42に予め記憶されているものとする。
[Modification of the first embodiment]
4 again, the evaluation value may be the ratio of the amount of change ΔVV at time t01 to the amount of change ΔV01 (amount of polarization relaxation). This ratio is also referred to as the "polarization relaxation rate." In this example, the amount of change ΔV01 is a value that is determined in advance depending on the temperature value TV immediately after external charging and the SOC at the end of external charging (end-of-charging SOC), and is stored in advance in the
この変形例では、ECU40は、時刻t01での変化量ΔVVと、メモリ42に記憶された変化量ΔV01とに従って時刻t01での分極緩和率を算出する。ECU40は、この分極緩和率が所定のしきい率以上であるか否かを判定し、その判定の結果に従って推定処理を実行する。具体的には、この推定処理は、分極緩和率がしきい率以上である場合にハイレート劣化が無いと推定する処理と、分極緩和率がしきい率未満である場合にハイレート劣化が有りと推定する処理とを含む。しきい率は、メモリ42に記憶されている。
In this modified example, the
ハイレート劣化の有無は、分極が相対的に早く緩和されるか、または相対的に遅く緩和されるかにも関係する。分極緩和が早いかまたは遅いかは、時刻t01での分極緩和率に反映される。例えば、線320により示されるように、ハイレート劣化が無い場合、時刻t01では分極がほぼ解消されているため、分極緩和率は、相対的に高い(分極緩和が早い)。他方、線300により示されるように、ハイレート劣化が有る場合、時刻t01では分極が未だ十分には解消されていないため、分極緩和率は、相対的に低い(分極緩和が遅い)。
The presence or absence of high-rate degradation also relates to whether the polarization relaxes relatively quickly or slowly. Whether the polarization relaxation is fast or slow is reflected in the polarization relaxation rate at time t01. For example, as shown by
上記の推定処理によれば、ハイレート劣化の有無は、時刻t01での分極緩和率が相対的に高いか低いか(言い換えれば、分極緩和が早いかまたは遅いか)に従って推定される。分極緩和率に含まれる誤差は、基本的には電圧センサ21の検出誤差(詳細には、時刻t0,t01での電圧値VVの検出誤差)に過ぎず、その他の検出誤差により影響され難い。したがって、この変形例においても、評価値に従ってハイレート劣化の有無を精度良く推定できる。さらに、分極解消時の電圧値VVは、メモリ42に記憶された値であるため、ECU40は、分極解消時(例えば、時刻t1)の前に分極緩和率を算出することができる。したがって、車両1のユーザが外部充電終了後に分極解消まで待つことなく車両1の運転を開始する場合であっても、ECU40は、ハイレート劣化の有無を早期かつ精度良く推定することができる。
According to the above estimation process, the presence or absence of high-rate degradation is estimated according to whether the polarization relaxation rate at time t01 is relatively high or low (in other words, whether the polarization relaxation is fast or slow). The error contained in the polarization relaxation rate is basically only the detection error of the voltage sensor 21 (specifically, the detection error of the voltage value VV at times t0 and t01), and is not easily affected by other detection errors. Therefore, even in this modified example, the presence or absence of high-rate degradation can be accurately estimated according to the evaluation value. Furthermore, since the voltage value VV at the time of polarization elimination is a value stored in the
[実施の形態2]
分極は、電池20の放電後にも引き起こされ得る。放電後の分極は、電圧VBが一時的に低下する現象である点において充電後の分極とは異なるが、十分長い時間が経過すると解消する点において充電後の分極と同様である。実施の形態2では、ECU40は、ハイレート劣化の有無を、電池20の放電後の分極緩和の程度に従って推定するように構成されている。
[Embodiment 2]
Polarization may also occur after discharging the
具体的には、ECU40は、二次電池の放電後の分極緩和の程度を評価するための評価値を、走行システム停止後に電圧値VVに従って算出する走行システム停止後算出処理を実行可能に構成されている。この例では、車両1の走行システム停止(SMR141,142のオフ)に起因して放電が停止されるものとする。走行システム停止後算出処理は、前述の算出処理に含まれる。
Specifically, the
ECU40は、走行システム停止時(電池20の放電の停止時)に、SOCを算出し、このSOCと、dQ/dV特性線(この例では線200)とに基づいて変化率grを算出する。ECU40は、このように算出された変化率grがしきい値THよりも小さいか否かを判定する。変化率grがしきい値THよりも小さい場合(例えば、走行システム停止時のSOCがX2である場合)、ECU40は、走行システム停止後算出処理を実行する。そうでない場合、ECU40は、走行システム停止後算出処理を実行しない。実施の形態2の推定処理は、走行システム停止後算出処理により算出された評価値に従ってハイレート劣化の有無を推定する処理に相当する。
When the traveling system is stopped (when discharging of the
このような構成とすることにより、走行システム停止後算出処理により算出された評価値は、OCVの変動により影響され難いため、分極緩和の程度を正確に反映し得る。これにより、ECU40は、当該評価値に従って、走行システム停止(放電停止)後であってもハイレート劣化の有無を精度良く推定することができる。
By configuring in this way, the evaluation value calculated by the calculation process after the driving system is stopped is less affected by fluctuations in OCV and can accurately reflect the degree of polarization mitigation. This allows the
上記評価値は、例えば、走行システム停止後の電圧VBの変化量である。当該変化量は、走行システム停止時の電圧値VVと、走行システム停止後の電池20の分極解消時の電圧値VVとの間の差分値(詳細には、その大きさ)に相当し、変化量ΔV01(図4)に対応する。
The evaluation value is, for example, the amount of change in voltage VB after the driving system is stopped. This amount of change corresponds to the difference (more specifically, the magnitude) between the voltage value VV when the driving system is stopped and the voltage value VV when the polarization of
図6は、実施の形態2においてECU40により実行される処理を例示するフローチャートである。図6を参照して、このフローチャートは、走行システムが停止した時に開始され、S30,S35が除去されており、かつ、S15,S70に代えてS15A,S70Aが実行される点において実施の形態のフローチャート(図5)とは異なるが、その他の点において図5のフローチャートと同様である。
Figure 6 is a flowchart illustrating the processing executed by the
ECU40は、走行システムが停止した時の、電圧値VV、電流値CV、および温度値TVを取得し(S15A)、それによりSOCを算出する(S20)。
The
ECU40は、dQ/dVの変化率grがしきい値THよりも小さいか否かを判定する(S26)。変化率grがしきい値TH以上である場合、例えば、走行システムが停止した時のSOCが範囲RNG外にある場合(S26においてNO)、処理は、終了する。変化率grがしきい値THよりも小さい場合、例えば、走行システムが停止した時のSOCがX2である場合(S26においてYES)、ECU40は、分極が解消しているかを電圧値VVに従って判定する(S45)。分極が解消していない場合(S45においてNO)、ECU40は、分極解消までS45を繰り返す。分極が解消している場合(S45においてYES)、ECU40は、走行システム停止後算出処理を実行することによって評価値を算出し(S50A)、当該評価値に従って推定処理(S70A)を実行する。S70Aは、S72A,S74,S76を含む。
The
ECU40は、S50Aにおいて算出された評価値が基準値以上であるか否かを判定する(S72A)。この基準値は、基準値RVに等しくてもよいし、これと異なっていてもよい。評価値が基準値以上である場合(S72AにおいてYES)、ECU40は、ハイレート劣化が有りと推定する(S74)。評価値が基準値未満である場合(S72AにおいてNO)、ECU40は、ハイレート劣化が無いと推定する(S76)。
The
この実施の形態2によれば、走行システム停止後であってもハイレート劣化の有無を精度良く推定することができる。これにより、ハイレート劣化の有無を精度良く推定することができる機会を増やすことができる。 According to this second embodiment, it is possible to accurately estimate the presence or absence of high-rate degradation even after the driving system has stopped. This increases the opportunities to accurately estimate the presence or absence of high-rate degradation.
[実施の形態2の変形例]
図6を再び参照して、dQ/dVの変化率grがしきい値THよりも小さい場合(S26においてYES)、ECU40は、走行システムの停止前の所定期間中の電池20の充放電電流(詳細には、その大きさ)がしきい電流以上であるか否かを判定してもよい。そのような充放電電流がしきい電流以上である場合、ECU40は、S45~S70Aを実行する。他方、充放電電流がしきい電流よりも小さい場合、ECU40は、処理を終了する。走行システムの停止前の所定期間の長さを表す情報は、メモリ42に記憶されている。
[Modification of the second embodiment]
6 again, if the rate of change gr of dQ/dV is smaller than the threshold value TH (YES in S26), the
上記のようにS45~S70Aを実行することで、実施の形態1において説明されたように、ハイレート劣化の有無が区別され易くなる。その結果、ハイレート劣化の有無をより容易に推定することができる。 By executing S45 to S70A as described above, it becomes easier to distinguish whether high-rate degradation exists, as explained in the first embodiment. As a result, it becomes easier to estimate whether high-rate degradation exists.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 車両、5 充電設備、20 電池、21 電圧センサ、22 電流センサ、23 温度センサ、35 スタートスイッチ、42 メモリ、100 充電システム。 1 vehicle, 5 charging equipment, 20 battery, 21 voltage sensor, 22 current sensor, 23 temperature sensor, 35 start switch, 42 memory, 100 charging system.
Claims (5)
前記二次電池の電圧値を検出する電圧センサと、
停止処理、算出処理、および推定処理を実行するように構成された処理装置とを備え、
前記停止処理は、前記二次電池のdQ/dVの、前記二次電池のSOCに対する変化率がしきい値よりも小さい場合に前記二次電池の充電を停止する処理を含み、
前記dQ/dVは、前記二次電池の電圧変化量dVに対する前記二次電池の蓄電量変化量dQの比率であり、
前記算出処理は、前記二次電池の充電後の分極緩和の程度を評価するための評価値を前記停止処理の後に前記電圧値に従って算出する処理を含み、
前記推定処理は、前記評価値に従って前記劣化の有無を推定する処理を含む、電池システム。 A battery system for estimating the presence or absence of deterioration of a secondary battery including a non-aqueous electrolyte, the deterioration being a phenomenon in which an internal resistance of the secondary battery increases due to a bias in an ion concentration in the non-aqueous electrolyte,
a voltage sensor for detecting a voltage value of the secondary battery;
a processing device configured to perform a stopping process, a calculating process, and an estimating process;
the stopping process includes a process of stopping charging of the secondary battery when a rate of change of dQ/dV of the secondary battery with respect to an SOC of the secondary battery is smaller than a threshold value;
The dQ/dV is a ratio of a change in the amount of charge stored in the secondary battery, dQ, to a change in the voltage, dV, of the secondary battery,
the calculation process includes a process of calculating an evaluation value for evaluating a degree of polarization relaxation after charging of the secondary battery in accordance with the voltage value after the stopping process,
The estimation process includes a process of estimating the presence or absence of deterioration in accordance with the evaluation value.
前記推定処理は、
前記差分値が基準値よりも小さい場合、前記劣化が無いと推定する処理と、
前記差分値が前記基準値以上である場合、前記劣化が有りと推定する処理とを含む、請求項1に記載の電池システム。 the evaluation value is a difference value between the voltage value at the time when the charging is stopped and the voltage value at the time when the polarization of the secondary battery is eliminated after the charging is stopped,
The estimation process includes:
If the difference value is smaller than a reference value, it is determined that the deterioration does not occur.
The battery system according to claim 1 , further comprising a process of estimating that the deterioration exists when the difference value is equal to or greater than the reference value.
前記処理装置は、前記車両の外部に設けられた充電設備から供給される充電電流により前記二次電池を充電する外部充電が実行されている場合に前記停止処理を実行する、請求項1または請求項2に記載の電池システム。 The battery system is mounted on a vehicle,
3. The battery system according to claim 1, wherein the processing device executes the stop process when external charging is being performed to charge the secondary battery with a charging current supplied from a charging facility provided outside the vehicle.
前記算出処理は、前記二次電池の放電後の分極緩和の程度を評価するための評価値を、前記車両の走行システム停止後に前記電圧値に従って算出する走行システム停止後算出処理をさらに含み、
前記走行システム停止後算出処理は、前記走行システム停止後に前記変化率が前記しきい値よりも小さい場合に実行され、
前記推定処理は、前記走行システム停止後算出処理により算出された前記評価値に従って前記劣化の有無を推定する処理をさらに含む、請求項1または請求項2に記載の電池システム。 The battery system is mounted on a vehicle,
The calculation process further includes a calculation process after a driving system is stopped, the calculation process calculating an evaluation value for evaluating a degree of polarization relaxation after discharging of the secondary battery according to the voltage value after a driving system of the vehicle is stopped,
The calculation process after the traveling system is stopped is executed when the rate of change is smaller than the threshold value after the traveling system is stopped,
3 . The battery system according to claim 1 , wherein the estimation process further includes a process of estimating the presence or absence of the deterioration in accordance with the evaluation value calculated by the calculation process after the traveling system is stopped.
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