JP2012181037A - Deterioration estimation device, deterioration estimating method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池の劣化度を推定する劣化推定装置、劣化推定方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a deterioration estimation device, a deterioration estimation method, and a program for estimating a deterioration degree of a secondary battery.
従来、二次電池の充電率は、当該二次電池の電流の積算値を当該二次電池の満充電容量で除算することで算出している。この満充電容量は、二次電池の劣化とともに減少することが分かっている。そのため、当該方法を用いる場合、当該二次電池の劣化度に基づいて充電率を算出することが好ましい。 Conventionally, the charging rate of a secondary battery is calculated by dividing the integrated value of the current of the secondary battery by the full charge capacity of the secondary battery. It has been found that this full charge capacity decreases with secondary battery degradation. Therefore, when using this method, it is preferable to calculate the charging rate based on the degree of deterioration of the secondary battery.
なお、特許文献1には、二次電池の充放電に用いる電流パルスを二次電池に印加したときの応答を監視し、当該応答に基づいて当該二次電池の劣化を判定する方法が開示されている。
また、特許文献2には、開回路電圧に所定周波数の交流電位を重畳した際における応答電流の解析によって二次電池のコンダクタンス及びサセプタンスを求め、当該これらの値に基づいて当該二次電池の満充電容量を算出する技術が開示されている。
Patent Document 1 discloses a method of monitoring a response when a current pulse used for charging / discharging a secondary battery is applied to the secondary battery and determining deterioration of the secondary battery based on the response. ing.
Patent Document 2 also obtains the conductance and susceptance of a secondary battery by analyzing the response current when an AC potential of a predetermined frequency is superimposed on the open circuit voltage, and based on these values, A technique for calculating the charge capacity is disclosed.
なお、二次電池に許容外の電圧や電流を印加すると、リミッタが動作し、有効な特性を取得することができなくなってしまう。他方、印加する電圧や電流が小さい場合、信号対雑音比が大きくなるため、推定した劣化度の誤差が大きくなってしまう。つまり、印加する電圧や電流は、ノイズの影響を抑える観点から、大きいものを用いることが好ましい。 Note that if an unacceptable voltage or current is applied to the secondary battery, the limiter operates and it becomes impossible to acquire effective characteristics. On the other hand, when the voltage or current to be applied is small, the signal-to-noise ratio increases, so that the error of the estimated deterioration degree increases. That is, it is preferable to use a large voltage or current to be applied from the viewpoint of suppressing the influence of noise.
しかしながら、二次電池は、温度やSOC(State Of Charge:充電率)や劣化状態など(第1の物理量)によってその内部抵抗が変化する。そのため、特許文献1や特許文献2に記載された劣化推定に用いることができる電圧や電流の最大値は、二次電池の状態によって異なり、劣化推定に用いる最適な電圧値や電流値を特定することが困難であった。 However, the internal resistance of the secondary battery varies depending on temperature, SOC (State Of Charge), deterioration state, etc. (first physical quantity). Therefore, the maximum values of voltage and current that can be used for the deterioration estimation described in Patent Document 1 and Patent Document 2 vary depending on the state of the secondary battery, and specify the optimum voltage value and current value used for deterioration estimation. It was difficult.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、二次電池の劣化度を推定する劣化推定装置であって、前記二次電池の内部抵抗を変化させる要因となる前記二次電池の物理量である第1の物理量を取得する取得部と、前記第1の物理量と当該第1の物理量によって変化する前記二次電池の内部抵抗に応じた許容印加電流値との関係に基づいて、前記取得部が取得した第1の物理量に対応する許容印加電流値を求める電流値特定部と、前記電流値特定部が決定した許容印加電流値を振幅とする正負対称の波形を有する周期電流を前記二次電池に印加する周期電流印加部と、前記周期電流印加部が周期電流を印加している間に前記二次電池に生じる電圧に基づいて前記二次電池のインピーダンスを示す物理量である第2の物理量を算出する算出部と、前記第2の物理量と前記二次電池の劣化度との関係に基づいて、前記算出部が算出した第2の物理量を用いて前記二次電池の劣化度を推定する劣化推定部とを備えることを特徴とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and is a deterioration estimation device for estimating the deterioration degree of a secondary battery, which is a factor that changes the internal resistance of the secondary battery. Based on the relationship between an acquisition unit that acquires a first physical quantity that is a physical quantity of the first physical quantity and an allowable applied current value according to the internal resistance of the secondary battery that changes according to the first physical quantity, A current value specifying unit for obtaining an allowable applied current value corresponding to the first physical quantity acquired by the acquiring unit; and a periodic current having a positive / negative symmetrical waveform with the allowable applied current value determined by the current value specifying unit as an amplitude. A periodic current applying unit applied to the secondary battery, and a physical quantity indicating an impedance of the secondary battery based on a voltage generated in the secondary battery while the periodic current applying unit applies the periodic current. Calculate physical quantity of 2 A deterioration estimation unit that estimates the degree of deterioration of the secondary battery using the second physical quantity calculated by the calculation unit based on a relationship between the calculation unit and the second physical quantity and the degree of deterioration of the secondary battery. And a section.
また、本発明においては、前記電流値特定部は、推定対象となる最大の劣化度の前記二次電池の温度と許容印加電流値との関係に基づいて、前記取得部が取得した温度に対応する許容印加電流値を求めることが好ましい。 In the present invention, the current value specifying unit corresponds to the temperature acquired by the acquiring unit based on the relationship between the temperature of the secondary battery having the maximum deterioration level to be estimated and the allowable applied current value. It is preferable to obtain an allowable applied current value.
また、本発明においては、前記第1の物理量と前記第2の物理量と前記劣化度とを関連付けて記憶する推定テーブル記憶部を備え、前記劣化推定部は、前記推定テーブル記憶部が記憶する物理量のうち、前記取得部が取得した第1の物理量以下でありかつ最も大きい第1の物理量と、前記推定テーブル記憶部が記憶する劣化度のうち、前記劣化推定部が前回推定した劣化度以上でありかつ最も小さい劣化度とに関連付けられた第2の物理量を前記劣化推定部から読み出し、前記推定テーブル記憶部が記憶する物理量のうち、前記取得部が取得した第1の物理量以上でありかつ最も小さい第2の物理量と、前記推定テーブル記憶部が記憶する劣化度のうち、前記劣化推定部が前回推定した劣化度以下でありかつ最も大きい劣化度とに関連付けられた第2の物理量を前記劣化推定部から読み出し、それぞれ読み出した第2の物理量と劣化度とを用いて、劣化度と第2の物理量との関係を示す関数を算出し、前記算出部が算出した第2の物理量を前記関数に代入することで、劣化度を推定することが好ましい。 The present invention further includes an estimation table storage unit that stores the first physical quantity, the second physical quantity, and the deterioration degree in association with each other, and the deterioration estimation unit stores the physical quantity stored in the estimation table storage unit Of the first physical quantity that is less than or equal to the first physical quantity obtained by the obtaining unit and the degree of deterioration stored in the estimation table storage unit, the deterioration estimating unit is equal to or more than the degree of deterioration previously estimated. The second physical quantity associated with the smallest degree of degradation is read from the degradation estimation section, and among the physical quantities stored in the estimation table storage section, the second physical quantity is greater than or equal to the first physical quantity obtained by the acquisition section and the most Of the second physical quantity that is small, the degree of deterioration stored in the estimation table storage unit is associated with the degree of deterioration that is equal to or less than the degree of deterioration estimated by the deterioration estimation unit last time. The second physical quantity is read from the deterioration estimation unit, and a function indicating the relationship between the deterioration degree and the second physical quantity is calculated using the read second physical quantity and the deterioration degree, and the calculation unit calculates It is preferable to estimate the degree of deterioration by substituting the second physical quantity thus obtained into the function.
また、本発明においては、前記算出部は、前記周期電流を第1の周波数で印加している間に前記二次電池に生じる電圧の最大値と最小値との差を算出することで、前記第2の物理量である電圧変動量を算出し、前記周期電流印加部が周期電流を、前記第1の周波数より低い第2の周波数で1周期分印加したときに前記二次電池に生じる電圧が最大値となった時刻と前記周期電流の電流値が最大値となった時刻との差の時間を算出することで、前記第2の物理量である電流と電圧の位相差を算出し、前記劣化推定部は、前記算出部が算出した電圧変動量及び位相差のそれぞれを用いて二次電池の劣化度を算出し、それぞれの劣化度の代表値を用いて劣化度を推定することが好ましい。 In the present invention, the calculation unit calculates the difference between the maximum value and the minimum value of the voltage generated in the secondary battery while applying the periodic current at the first frequency, A voltage fluctuation amount that is a second physical quantity is calculated, and a voltage generated in the secondary battery when the periodic current application unit applies a periodic current for one period at a second frequency lower than the first frequency is calculated. By calculating the time difference between the time when the maximum value is reached and the time when the current value of the periodic current is the maximum value, the phase difference between the current and the second physical quantity is calculated, and the deterioration It is preferable that the estimation unit calculates a deterioration level of the secondary battery using each of the voltage fluctuation amount and the phase difference calculated by the calculation unit, and estimates the deterioration level using a representative value of each deterioration level.
また、本発明においては、前記算出部は、前記周期電流印加部が周期電流を印加している間に前記二次電池に生じる電圧の最大値と最小値との差を算出することで、前記第2の物理量である電圧変動量を算出することが好ましい。 In the present invention, the calculation unit calculates the difference between the maximum value and the minimum value of the voltage generated in the secondary battery while the periodic current application unit is applying the periodic current. It is preferable to calculate the voltage fluctuation amount which is the second physical quantity.
また、本発明においては、前記算出部は、前記周期電流印加部が周期電流を1周期分印加したときに前記二次電池に生じる電圧が最大値となった時刻と前記周期電流の電流値が最大値となった時刻との差の時間を算出することで、前記第2の物理量である電流と電圧の位相差を算出することが好ましい。 Further, in the present invention, the calculation unit includes a time when the voltage generated in the secondary battery reaches a maximum value when the periodic current application unit applies the periodic current for one period, and a current value of the periodic current. It is preferable to calculate the phase difference between the current and voltage, which is the second physical quantity, by calculating the time difference from the time when the maximum value is reached.
また、本発明においては、前記劣化推定部が推定した劣化度が所定の閾値以上である場合に警告を発する警告部を備えることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable to provide the warning part which issues a warning when the deterioration degree estimated by the said deterioration estimation part is more than a predetermined threshold value.
また、本発明においては、前記劣化推定部が推定した劣化度を用いて前記二次電池の充電率を算出する充電率算出部を備えることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable to provide the charge rate calculation part which calculates the charge rate of the said secondary battery using the deterioration degree estimated by the said deterioration estimation part.
また、本発明は、二次電池の劣化度を推定する劣化推定方法であって、前記二次電池の内部抵抗を変化させる要因となる前記二次電池の物理量である第1の物理量を取得するステップと、前記第1の物理量と当該第1の物理量によって変化する前記二次電池の内部抵抗に応じた許容印加電流値との関係に基づいて、前記取得した第1の物理量に対応する許容印加電流値を求めるステップと、前記求めた許容印加電流値を振幅とする正負対称の波形を有する周期電流を前記二次電池に印加するステップと、前記周期電流を印加している間に前記二次電池に生じる電圧に基づいて前記二次電池のインピーダンスを示す物理量である第2の物理量を算出するステップと、前記第2の物理量と前記二次電池の劣化度との関係に基づいて、前記算出した第2の物理量を用いて前記二次電池の劣化度を推定するステップとを有することを特徴とする。 The present invention is also a degradation estimation method for estimating a degradation level of a secondary battery, and acquires a first physical quantity that is a physical quantity of the secondary battery that causes a change in internal resistance of the secondary battery. Based on the relationship between the first physical quantity and the allowable applied current value corresponding to the internal resistance of the secondary battery that changes according to the first physical quantity, the allowable application corresponding to the acquired first physical quantity A step of obtaining a current value, a step of applying a periodic current having a positive / negative symmetrical waveform with the obtained allowable applied current value as an amplitude to the secondary battery, and the secondary while applying the periodic current The step of calculating a second physical quantity that is a physical quantity indicating the impedance of the secondary battery based on a voltage generated in the battery, and the calculation based on a relationship between the second physical quantity and the degree of deterioration of the secondary battery. did Characterized by a step of estimating the degree of deterioration of the secondary battery using a second physical quantity.
また、本発明は、二次電池の劣化度を推定する劣化推定装置を、前記二次電池の内部抵抗を変化させる要因となる前記二次電池の物理量である第1の物理量を取得する取得部、前記第1の物理量と当該第1の物理量によって変化する前記二次電池の内部抵抗に応じた許容印加電流値との関係に基づいて、前記取得部が取得した第1の物理量に対応する許容印加電流値を求める電流値特定部、前記電流値特定部が決定した許容印加電流値を振幅とする正負対称の波形を有する周期電流を前記二次電池に印加する周期電流印加部、前記周期電流印加部が周期電流を印加している間に前記二次電池に生じる電圧に基づいて前記二次電池のインピーダンスを示す物理量である第2の物理量を算出する算出部、前記第2の物理量と前記二次電池の劣化度との関係に基づいて、前記算出部が算出した第2の物理量を用いて前記二次電池の劣化度を推定する劣化推定部として機能させるためのプログラムである。 In addition, the present invention provides a deterioration estimation device that estimates a deterioration degree of a secondary battery, and acquires a first physical quantity that is a physical quantity of the secondary battery that causes a change in internal resistance of the secondary battery. The tolerance corresponding to the first physical quantity acquired by the acquisition unit based on the relationship between the first physical quantity and the allowable applied current value corresponding to the internal resistance of the secondary battery that changes according to the first physical quantity. A current value specifying unit for obtaining an applied current value, a periodic current applying unit for applying a periodic current having a positive / negative symmetrical waveform with an allowable applied current value determined by the current value specifying unit as an amplitude, to the secondary battery, the periodic current A calculation unit that calculates a second physical quantity that is a physical quantity indicating an impedance of the secondary battery based on a voltage generated in the secondary battery while the application unit is applying a periodic current, the second physical quantity, and the Degradation of secondary battery Based on the relationship, which is a program to function as the deterioration estimating unit for estimating the degree of deterioration of the secondary battery using a second physical quantity that the calculation unit is calculated.
本発明によれば、二次電池の内部抵抗を変化させる要因となる第1の物理量に応じて、当該二次電池に印加する周期電流の振幅、すなわち印加する電流の最大値を決定している。これにより、二次電池に印加する電流の電流値が、二次電池の許容範囲内となるため、二次電池のリミッタが動作することを防ぐことができ、また印加する電流をできるだけ大きくすることができるため、推定した劣化度に含まれる誤差を小さくすることができる。 According to the present invention, the amplitude of the periodic current applied to the secondary battery, that is, the maximum value of the applied current is determined according to the first physical quantity that causes the internal resistance of the secondary battery to change. . As a result, since the current value of the current applied to the secondary battery is within the allowable range of the secondary battery, it is possible to prevent the secondary battery limiter from operating, and to increase the applied current as much as possible. Therefore, the error included in the estimated degree of degradation can be reduced.
《第1の実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による劣化推定装置100の構成を示す概略ブロック図である。なお、図1において実線は情報の流れを示し、破線は電気の流れを示す。
劣化推定装置100は、劣化推定の対象となる組電池10の劣化度を推定する装置である。なお、本実施形態による劣化推定装置100では、セル電池11の劣化度を0%から25%までの範囲で推定する。つまり、劣化度25%は、本実施形態において推定対象となる劣化度の最大値である。また、組電池10は、リチウムイオン電池等からなり、単一のセル電池11、または複数のセル電池11(二次電池)を直列に、あるいは並列に接続した電池ブロックから構成される。
劣化推定装置100は、温度取得部101、電圧取得部102、電流取得部103、許容電流値テーブル記憶部104、電流値特定部105、周期電流印加部106、推定テーブル記憶部107、劣化推定部108(算出部)、警告部109、SOC演算部110、劣化度記憶部111を備える。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a
The
The
温度取得部101は、セル電池11それぞれの温度(第1の物理量)を取得する。
電圧取得部102は、セル電池11それぞれにかかる電圧の電圧値(第1の物理量)を取得する。
電流取得部103は、組電池10の充放電による電流の電流値を取得する。
許容電流値テーブル記憶部104は、劣化度25%(本実施形態による劣化推定装置100が扱う最大の劣化度)のセル電池11における、温度とSOCと許容印加電流値との関係を示す許容電流値テーブルを記憶する。なお、許容印加電流値とは、セル電池11に印加してもリミッタが作動しない電流の最大値を示す。
電流値特定部105は、電圧取得部102が取得した電圧値に基づいてセル電池11のSOCを算出し、当該SOCと温度取得部101が取得した温度とに関連付けられた許容印加電流値を、許容電流値テーブル記憶部104から読み出すことで、セル電池11に印加する電流の電流値を特定する。
周期電流印加部106は、電流値特定部105が特定した電流値を振幅とする正弦波(周期電流)を、セル電池11に印加する。
The
The
The
The allowable current value
The current
The periodic
図2は、印加電流とセル電池11の電圧と電圧変動量との関係を示す図である。
推定テーブル記憶部107は、劣化度の異なるセル電池11における、温度とSOCと電圧変動幅(第2の物理量)との関係を示す変動幅テーブルを記憶する。ここで、電圧変動幅とは、周期電流印加部106が正弦波の印加電流をセル電池11に印加したときに発生する電圧の最大値(図2(a))と、電圧の最小値(図2(b))との差を示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the applied current, the voltage of the
The estimation
劣化推定部108は、電圧取得部102が取得した電圧値からセル電池11の電圧変動幅を算出し、算出した電圧変動幅と推定テーブル記憶部107が記憶する情報とを用いてセル電池11の劣化度を推定する。
警告部109は、劣化推定部108が推定した劣化度が所定の閾値以上である場合に、警告情報をディスプレイ等に表示させる。
SOC演算部110は、劣化推定部108が推定した劣化度を用いてセル電池11のSOCを演算する。
劣化度記憶部111は、劣化推定部108が推定した劣化度を記憶する。
The
The
The
The deterioration
ここで、電圧変動量を用いてセル電池11の劣化度を推定することができる理由について説明する。
図3は、セル電池11の使用サイクル数と内部抵抗と容量変化率の関係を示す図である。
図3に示すように、セル電池11の使用サイクル数が増えるほど、当該セル電池11の劣化は進み、同時に内部抵抗は増加していく。内部抵抗が増加するということは、すなわちセル電池11のレジスタンスが増加するということであり、これにより印加電流対電圧比が高くなる。このことから、正弦波の印加電流を印加したときのセル電池11の電圧変動幅から内部抵抗を特定することができ、内部抵抗から容量変化率を特定することができる。つまり、電圧変動量を用いてセル電池11の劣化度を推定することができることとなる。
Here, the reason why the degree of deterioration of the
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the number of use cycles of the
As shown in FIG. 3, as the number of use cycles of the
次に、許容電流値テーブル記憶部104及び推定テーブル記憶部107が記憶する情報について説明する。
図4は、許容電流値テーブル記憶部104が記憶する許容電流値テーブルとその例を示す図である。
許容電流値テーブル記憶部104は、図4(a)に示すように、劣化度25%のセル電池11におけるSOC(20%〜80%)、OCV(Open Circuit Voltage:開放電圧)(V2〜V8)、及び温度(50℃〜−10℃)と許容印加電流値(I50−20〜I−10−80)との関係を示す許容電流値テーブルを記憶している。つまり、あるセル電池11のSOCまたはOCVと温度によって、劣化度25%のセル電池11における許容印加電流値を特定することができる。例えば、SOCが50%で温度が20℃である場合、許容印加電流値は、I20−50である。なお、許容電流値テーブルは、予め推定対象のセル電池11と同種のセル電池11を25%劣化させ、当該劣化させたセル電池11を用いて各SOC(OCV)と各温度とに対応する許容印加電流値を求めることで、作成しておく。
Next, information stored in the allowable current value
FIG. 4 is a diagram illustrating an allowable current value table stored in the allowable current value
As shown in FIG. 4A, the allowable current value
なお、許容電流値テーブルの具体例としては、図4(b)に示すような値となる。ここで、許容電流値テーブルの作成方法を説明する。まず、電池許容電流の最大値を決定し、当該電池許容電流の最大値に基づいて印加する周期電流の振幅の最大値(すなわち許容印加電流値)を決定する。図4(b)に示す例では、電池許容電流の最大値を300Aとし、許容印加電流値を、25%劣化による内部抵抗の増加を鑑みて100Aとしている。次に、最良条件における許容印加電流値を決定した許容印加電流値に決定する。図4(b)に示す例では、SOC50%、温度25℃の状態を最良条件とし、当該最良条件における許容印加電流値を100Aとしている。そして、他の条件での許容印加電流値を決定していくことで、許容電流値テーブルを作成する。なお、本実施形態では10%、10℃刻みであるが、SOCと温度の感覚はできるだけ小さくして許容電流値テーブルを作成することが好ましい。 Note that, as a specific example of the allowable current value table, values as shown in FIG. Here, a method for creating the allowable current value table will be described. First, the maximum value of the battery allowable current is determined, and the maximum value of the amplitude of the periodic current to be applied (that is, the allowable applied current value) is determined based on the maximum value of the battery allowable current. In the example shown in FIG. 4B, the maximum value of the battery allowable current is set to 300A, and the allowable applied current value is set to 100A in view of an increase in internal resistance due to 25% deterioration. Next, the allowable applied current value in the best condition is determined as the determined allowable applied current value. In the example shown in FIG. 4B, the state where the SOC is 50% and the temperature is 25 ° C. is the best condition, and the allowable applied current value in the best condition is 100A. Then, an allowable current value table is created by determining the allowable applied current value under other conditions. In this embodiment, it is 10% in increments of 10 ° C., but it is preferable to create an allowable current value table with the sense of SOC and temperature as small as possible.
図5は、推定テーブル記憶部107が記憶する変動幅テーブルを示す図である。
推定テーブル記憶部107は、図5に示すように、複数の異なる劣化度(0%〜25%)のセル電池11におけるSOC(20%〜80%)、OCV(V2〜V8)、及び温度(50℃〜−10℃)と電圧変動幅(V50−20〜V−10−80)との関係を示す変動幅テーブルを記憶している。なお、本実施形態において推定テーブル記憶部107は、図3においてプロットした「劣化なし」、「5%劣化」、「10%劣化」、「15%劣化」、「20%劣化」、「25%劣化」の6つの劣化度に関連付けて変動幅テーブルを記憶する。
推定テーブル記憶部107が変動幅テーブルを記憶することで、あるセル電池11のSOCまたはOCVと温度と電圧変動幅とによって、セル電池11の劣化度を特定することができる。例えば、SOCが50%で温度が20℃であり、電圧変動幅が0.15Vである場合、変動幅テーブルのうちV20−50が0.15Vを示すものに関連付けられた劣化度が、当該セル電池11の劣化度である。
なお、変動幅テーブルは、予め推定対象のセル電池11と同種のセル電池11を0%〜25%劣化させ、当該劣化させたそれぞれのセル電池11に、図4(a)に示す許容印加電流値を振幅とする周期電流を印加することで、各SOC(OCV)と各温度とに対応する電圧変動幅を求めて作成しておく。
FIG. 5 is a diagram illustrating a fluctuation range table stored in the estimation
As shown in FIG. 5, the estimation
Since the estimation
Note that the fluctuation range table previously degrades the
なお、例えば図4(b)に示す例を用いると、セル電池11の温度が−10℃以上0℃未満である場合、変動幅テーブルの−10℃に関連付けられた電圧変動幅と劣化度の関係、及び変動幅テーブルの0℃に関連付けられた電圧変動幅と劣化度の関係を用いて劣化度の推定を行う必要がある。この場合、それぞれの電圧変動幅と劣化度の関係は、25Aの振幅を有する周期電流で求められている必要がある。他方、セル電池11の温度が0℃以上10℃未満であり許容印加電流値が50Aである場合、変動幅テーブルの0℃に関連付けられた電圧変動幅と劣化度の関係、及び変動幅テーブルの10℃に関連付けられた電圧変動幅と劣化度の関係を用いて劣化度の推定を行う必要がある。この場合、それぞれの電圧変動幅と劣化度の関係は、50Aの振幅を有する周期電流で求められている必要がある。つまり、変動幅テーブルの0℃に関連付けられた電圧変動幅と劣化度の関係は、25Aの振幅を有する周期電流と、50Aの振幅を有する周期電流とのそれぞれを用いて求めておく必要がある。
そのため、推定テーブル記憶部107は、許容電流値テーブルに格納された温度と当該温度の直下の温度に関連付けられたそれぞれの許容印加電流値を用いて別個に変動幅テーブルを作成しておく。
4B, for example, when the temperature of the
Therefore, the estimation
なお、本明細書において「直下の」とは、テーブルなどに記憶されている値のうち、比較対象となる値以下でありかつ最も大きい値のことを示す。即ち、「許容電流値テーブルにおける温度Aの直下の温度」とは、許容電流値テーブルに格納された温度のうち、温度A以下でありかつ最大の温度のことを指す。同様に、本明細書において「直上の」とは、テーブルなどに記憶されている値のうち、比較対象となる値以上でありかつ最も小さい値のことを示す。 In the present specification, “immediately below” indicates a value that is equal to or smaller than a value to be compared among values stored in a table or the like. That is, “the temperature immediately below the temperature A in the allowable current value table” refers to the maximum temperature that is equal to or lower than the temperature A among the temperatures stored in the allowable current value table. Similarly, “immediately above” in the present specification indicates the smallest value that is equal to or larger than the value to be compared among the values stored in the table or the like.
次に、第1の実施形態による劣化推定装置100の動作について説明する。
図6は、第1の実施形態による劣化推定装置100の動作を示すフローチャートである。
まず、劣化推定装置100が起動すると、劣化推定装置100は、組電池10を構成するセル電池11のうち劣化度の推定を行うものを1つ選択する(ステップS1)。なお、劣化推定装置100は、以降の処理をセル電池11毎に実施する。
電流取得部103は、現在時刻からの経過時間の測定を開始する(ステップS2)。次に、電流取得部103は、組電池10から流出する電流の電流値を測定し、当該電流値が所定の電流値範囲内であるか否かを判定する(ステップS3)。なお、所定の電流値範囲とは、組電池10が静定状態であるとみなすことができるときの電流値の範囲である。電流取得部103は、電流値が所定の電流値範囲内にないと判定した場合(ステップS3:NO)、ステップS2に戻って経過時間の測定をリセットし、電流値の監視を継続する。
Next, the operation of the
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the
First, when the
The
他方、電流取得部103は、電流値が所定の電流値範囲内にあると判定した場合(ステップS3:YES)、ステップS2から計測している経過時間が所定時間を経過したか否かを判定する(ステップS4)。ステップS2から計測している経過時間が所定時間を経過していない場合(ステップS4:NO)、ステップS3に戻り、電流値の監視を継続する。他方、ステップS2から計測している経過時間が所定時間を経過した場合(ステップS4:YES)、電圧取得部102は、ステップS1で選択したセル電池11の電圧値を取得する(ステップS5)。
On the other hand, when the
次に、電流値特定部105は、取得した電圧値からセル電池11のSOCを特定する(ステップS6)。なお、SOCの特定は、予め取得したおいたセル電池11の開放電圧とSOCとの関係を示すテーブルなどから読み出すことで行うと良い。次に、温度取得部101は、ステップS1で選択したセル電池11の温度を取得する(ステップS7)。そして、電流値特定部105は、ステップS6で特定したSOC及びステップS7で取得した温度に関連付けられた許容印加電流値を許容電流値テーブル記憶部104から読み出すことで、セル電池11に印加する電流値を特定する(ステップS8)。なお、許容電流値テーブル記憶部104が記憶するSOCが、ステップS6で特定したSOCと一致しない場合は、許容電流値テーブルにおける、特定したSOCの直下のSOCに関連付けられた許容印加電流値を読み出す。同様に、許容電流値テーブル記憶部104が記憶する温度が、ステップS7で取得した温度と一致しない場合は、許容電流値テーブルにおける、取得した温度の直下の温度に関連付けられた許容印加電流値を読み出す。次に、劣化推定装置100は、電圧変動幅に基づく劣化度の推定処理を行う(ステップS9)。
Next, the current
図7は、電圧変動幅に基づく劣化度の推定処理のフローチャートである。
電圧変動幅に基づく劣化度の推定処理を開始すると、周期電流印加部106は、ステップS1で選択したセル電池11に、電流値特定部105が特定した電流値を振幅とする正弦波の周期電流を1サイクル以上のサイクル数で印加を開始する(ステップS501)。なお、周期電流印加部106が印加する周期電流の周波数には、分極減少の影響を受けない周波数(第1の周波数)を用いることが好ましい。周期電流印加部106が周期電流の印加を開始すると、電圧取得部102は、ステップS1で選択したセル電池11の電圧値を取得する(ステップS502)。なお、取得した電圧値は、劣化推定部108に通知される。劣化推定部108は、周期電流印加部106による周期電流の印加が終了したか否かを判定する(ステップS503)。周期電流の印加が終了していない場合(ステップS503:NO)、ステップS502に戻り、電圧値の取得を継続する。
FIG. 7 is a flowchart of the deterioration degree estimation process based on the voltage fluctuation range.
When the process of estimating the degree of deterioration based on the voltage fluctuation range is started, the periodic
他方、周期電流の印加が終了した場合(ステップS503:YES)、劣化推定部108は、電圧取得部102がステップS502で取得した電圧値の移動平均値を算出する(ステップS504)。このように電圧値の移動平均値を算出することで、電圧取得部102が取得した電圧値に含まれるノイズを低減することができる。次に、劣化推定部108は、電圧値の移動平均値の最大値と最小値との差を算出することで電圧変動幅を算出する(ステップS505)。
On the other hand, when the application of the periodic current is completed (step S503: YES), the
図8は、劣化度と電圧変動値との関係を示す図である。
ここで、図8を用いながら劣化推定部108による劣化度の推定処理について説明する。なお、以下の説明では、劣化度記憶部111がステップS1で選択したセル電池11の劣化度として「10%劣化」を記憶しており、ステップS6で特定したSOCの直下のSOCが25%、ステップS7で特定した温度の直下の温度が25℃である例を用いて説明を行う。
劣化推定部108は、推定テーブル記憶部107が記憶する電圧変動幅のうち、ステップS6で特定したSOCの直下のSOC(20%)と、ステップS7で特定した温度の直下の温度(20℃)と、劣化度記憶部111がステップS1で選択したセル電池11に関連付けて記憶する劣化度の直上の劣化度(15%劣化)に関連付けられた電圧変動幅(図8(a))を読み出す(ステップS506)。次に、劣化推定部108は、推定テーブル記憶部107が記憶する電圧変動幅のうち、ステップS6で特定したSOCの直下のSOC(20%)と、ステップS7で特定した温度の直上の温度(30℃)と、劣化度記憶部111がステップS1で選択したセル電池11に関連付けて記憶する劣化度の直下の劣化度(10%劣化)に関連付けられた電圧変動幅(図8(b))を読み出す(ステップS507)。次に、劣化推定部108は、ステップS506で読み出した「直下のSOC」、「直下の温度」及び「直上の劣化度」に関連付けられた電圧変動幅(図8(a))と、ステップS507で読み出した「直下のSOC」、「直上の温度」及び「直下の劣化度」に関連付けられた電圧変動幅(図8(b))とを用いて、劣化度と電圧変動幅との関係を示す一次関数(図8(f))を導出する(ステップS508)。なお、ステップS508で導出した関数は、ステップS1で選択したセル電池11が「直下のSOC」である場合の劣化度と電圧変動幅との関係を示す関数となる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the degree of deterioration and the voltage fluctuation value.
Here, the degradation degree estimation processing by the
Of the voltage fluctuation range stored in the estimation
次に、劣化推定部108は、推定テーブル記憶部107が記憶する電圧変動幅のうち、ステップS6で特定したSOCの直上のSOC(30%)と、ステップS7で特定した温度の直下の温度(20℃)と、劣化度記憶部111がステップS1で選択したセル電池11に関連付けて記憶する劣化度の直上の劣化度(15%劣化)に関連付けられた電圧変動幅(図8(c))を読み出す(ステップS509)。次に、劣化推定部108は、推定テーブル記憶部107が記憶する電圧変動幅のうち、ステップS6で特定したSOCの直上のSOC(30%)と、ステップS7で特定した温度の直上の温度(30℃)と、劣化度記憶部111がステップS1で選択したセル電池11に関連付けて記憶する劣化度の直下の劣化度(10%劣化)に関連付けられた電圧変動幅(図8(d))を読み出す(ステップS510)。次に、劣化推定部108は、ステップS509で読み出した「直上のSOC」、「直下の温度」及び「直上の劣化度」に関連付けられた電圧変動幅(図8(c))と、ステップS510で読み出した「直上のSOC」、「直上の温度」及び「直下の劣化度」に関連付けられた電圧変動幅(図8(d))とを用いて、劣化度と電圧変動幅との関係を示す一次関数(図8(g))を導出する(ステップS511)。なお、ステップS511で導出した関数は、ステップS1で選択したセル電池11が「直上のSOC」である場合の劣化度と電圧変動幅との関係を示す関数となる。
Next, the
次に、劣化推定部108は、ステップS508で導出した関数(図8(f))とステップS511で導出した関数(図8(g))とに、ステップS505で算出した電圧変動幅を代入することで、それぞれの劣化度を算出し、双方の劣化度の平均をとることで、ステップS1で選択したセル電池11の劣化度を推定する(ステップS512)。これにより、劣化推定部108は、電圧変動幅に基づく劣化度の推定処理を終了し、メインルーチンに戻る。
なお、劣化度が増加することで、電圧変動幅は放物線状に増加することが分かっている。そのため、上記方法を用いて劣化度の算出を行う場合、ステップS508で導出する関数とステップS511で導出する関数は、劣化度が高くなるほど係数が大きくなる(傾きが急になる)。したがって、双方の関数から算出される劣化度の差は、セル電池11の劣化度が高いほど小さくなるため、セル電池11の劣化度が高いほど、推定される劣化度の精度が高くなる。
Next, the
It has been found that the voltage fluctuation range increases in a parabolic manner as the degree of deterioration increases. For this reason, when the deterioration degree is calculated using the above method, the coefficient derived from the function derived in step S508 and the function derived in step S511 increases as the deterioration degree increases (the slope becomes steep). Therefore, the difference in the degree of deterioration calculated from both functions becomes smaller as the degree of deterioration of the
図6に戻り、ステップS9の電圧変動幅に基づく劣化度の推定処理が終了すると、劣化推定装置100は、全てのセル電池11に対してステップS2〜ステップS9の処理を繰り返す。
全てのセル電池11に対しての処理を終了すると、劣化推定部108は、推定した各セル電池11の劣化度をそれぞれ劣化度記憶部111に記録する(ステップS10)。次に、警告部109は、劣化推定部108が推定した劣化度の中に、所定の閾値を越えるものがあるか否かを判定する(ステップS11)。警告部109は、所定の閾値を超える劣化度を有するセル電池11があると判定した場合(ステップS11:YES)、当該セル電池11の識別情報とともに交換を促す警告メッセージを表示する(ステップS12)。また、SOC演算部110は、劣化推定部108が推定した劣化度と電流取得部103が取得した電流の積算値とを用いてセル電池11各々のSOCを算出する(ステップS13)。これにより、SOC演算部110は、セル電池11の劣化を考慮したSOCの算出を行うことができる。
Returning to FIG. 6, when the deterioration degree estimation process based on the voltage fluctuation range in step S <b> 9 ends, the
When the process for all the
このように、本実施形態によれば、セル電池11の内部抵抗を変化させる要因となるSOC及び温度に応じて、セル電池11に印加する周期電流の振幅、すなわち印加する電流の最大値を決定している。これにより、セル電池11に印加する電流が、セル電池11の許容範囲内となるため、セル電池11のリミッタが動作することを防ぐことができ、また印加する電流をできるだけ大きくすることができるため、推定した劣化度に含まれる誤差を小さくすることができる。
Thus, according to the present embodiment, the amplitude of the periodic current applied to the
また、本実施形態によれば、電流値特定部105は、推定対象となる最大の劣化度(25%劣化)のセル電池11の温度と許容印加電流値との関係に基づいて、許容印加電流値を求める。これにより、セル電池11の劣化度が推定対象となる劣化度であれば、リミッタを動作させずに劣化度の推定を行うことができる。他方、セル電池11の劣化度が推定対象となる劣化度以上であった場合、リミッタが動作するが、これによりセル電池11の劣化度が高いためにセル電池11を交換すべきであることが分かる。
Further, according to the present embodiment, the current
なお、本実施形態では、推定対象となる最大の劣化度のセル電池11の温度と許容印加電流値との関係に基づいて、許容印加電流値を求める場合を説明したが、これに限られない。例えば、初回の実行時のみ推定対象となる最大の劣化度のセル電池11の温度と許容印加電流値との関係に基づいて許容印加電流値を求め、以降の処理において、劣化度記憶部111が記憶する劣化度の直上の劣化度のセル電池11の温度と許容印加電流値との関係に基づいて、許容印加電流値を求めるようにしても良い。この場合、印加する電流をさらに大きくすることができるため、推定した劣化度に含まれる誤差をさらに小さくすることができる。
In the present embodiment, the case where the allowable applied current value is obtained based on the relationship between the temperature of the
《第2の実施形態》
第1の実施形態では、電圧変動幅を用いて劣化度を推定する例について説明したが、第2の実施形態では、電流−電圧位相差を用いて劣化度を推定する例について説明する。
図9は、本発明の第2の実施形態による劣化推定装置200の構成を示す概略ブロック図である。
第2の実施形態による劣化推定装置200は、第1の実施形態による劣化推定装置100と、推定テーブル記憶部207が記憶する情報及び、劣化推定部208の動作が異なる。
<< Second Embodiment >>
In the first embodiment, the example in which the degree of deterioration is estimated using the voltage fluctuation range has been described. In the second embodiment, an example in which the degree of deterioration is estimated using the current-voltage phase difference will be described.
FIG. 9 is a schematic block diagram showing the configuration of the
The
図10は、印加電流とセル電池11の電圧と電流−電圧位相差との関係を示す図である。
推定テーブル記憶部207は、劣化度の異なるセル電池11における、温度とSOCと電流−電圧位相差(第2の物理量)との関係を示す位相差テーブルを記憶する。ここで、電流−電圧位相差とは、周期電流印加部106が正弦波をセル電池11に印加したときに発生する電圧の電圧値が最大となる時刻(図10(a))と、周期電流印加部106が印加した正弦波の電流値が最大となる時刻(図10(b))との差の時間を示す。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the applied current, the voltage of the
The estimation
ここで、電流−電圧位相差を用いてセル電池11の劣化度を推定することができる理由について説明する。
図3に示すように、セル電池11の使用サイクル数が増えるほど、当該セル電池11の劣化は進み、同時に内部抵抗は増加していく。内部抵抗が増加するということは、すなわちリアクタンスが増加するということであり、電流と電圧との位相差が大きくなる。このことから、電流−電圧位相差及び電圧変動量から内部抵抗を特定することができ、内部抵抗から容量変化率を特定することができる。つまり、電流−電圧位相差を用いてセル電池11の劣化度を推定することができることとなる。
Here, the reason why the deterioration degree of the
As shown in FIG. 3, as the number of use cycles of the
図11は、推定テーブル記憶部207が記憶する位相差テーブルを示す図である。
推定テーブル記憶部207は、図11に示すように、複数の異なる劣化度(0%〜25%)のセル電池11におけるSOC(20%〜80%)、OCV(V2〜V8)、及び温度(50℃〜−10℃)と電流−電圧位相差(ΔP50−20〜ΔP−10−80)との関係を示す位相差テーブルを記憶している。なお、本実施形態において推定テーブル記憶部207は、図3においてプロットした「劣化なし」、「5%劣化」、「10%劣化」、「15%劣化」、「20%劣化」、「25%劣化」の6つの劣化度に関連付けて位相差テーブルを記憶する。
推定テーブル記憶部207が位相差テーブルを記憶することで、あるセル電池11のSOCまたはOCVと温度と電流−電圧位相差とによって、セル電池11の劣化度を特定することができる。例えば、SOCが50%で温度が20℃であり、電流−電圧位相差が10ミリ秒である場合、位相差テーブルのうちΔP20−50が10ミリ秒を示すものに関連付けられた劣化度が、当該セル電池11の劣化度である。
なお、位相差テーブルは、予め推定対象のセル電池11と同種のセル電池11を0%〜25%劣化させ、当該劣化させたそれぞれのセル電池11に、図4(a)に示す許容印加電流値を振幅とする周期電流を印加することで、各SOC(OCV)と各温度とに対応する電流−電圧位相差を求めて作成しておく。
FIG. 11 is a diagram illustrating a phase difference table stored in the estimation
As shown in FIG. 11, the estimation
Since the estimation
In the phase difference table, the
なお、例えば図4(b)に示す例を用いると、セル電池11の温度が−10℃以上0℃未満である場合、位相差テーブルの−10℃に関連付けられた電流−電圧位相差と劣化度の関係、及び位相差テーブルの0℃に関連付けられた電流−電圧位相差と劣化度の関係を用いて劣化度の推定を行う必要がある。この場合、それぞれの電流−電圧位相差と劣化度の関係は、25Aの振幅を有する周期電流で求められている必要がある。他方、セル電池11の温度が0℃以上10℃未満である場合、位相差テーブルの0℃に関連付けられた電流−電圧位相差と劣化度の関係、及び位相差テーブルの10℃に関連付けられた電流−電圧位相差と劣化度の関係を用いて劣化度の推定を行う必要がある。この場合、それぞれの電流−電圧位相差と劣化度の関係は、50Aの振幅を有する周期電流で求められている必要がある。つまり、位相差テーブルの0℃に関連付けられた電流−電圧位相差と劣化度の関係は、25Aの振幅を有する周期電流と、50Aの振幅を有する周期電流とのそれぞれを用いて求めておく必要がある。
そのため、推定テーブル記憶部207は、許容電流値テーブルに格納された温度と当該温度の直下の温度に関連付けられたそれぞれの許容印加電流値を用いて別個に位相差テーブルを作成しておく。
4B, for example, when the temperature of the
Therefore, the estimation
次に、第2の実施形態による劣化推定装置200の動作について説明する。
図12は、第2の実施形態による劣化推定装置200の動作を示すフローチャートである。なお、第1の実施形態と同じ動作をする部分については、同じ符号を用いて説明する。
まず、劣化推定装置200が起動すると、劣化推定装置200は、組電池10を構成するセル電池11のうち劣化度の推定を行うものを1つ選択する(ステップS1)。なお、劣化推定装置200は、以降の処理をセル電池11毎に実施する。
電流取得部103は、現在時刻からの経過時間の測定を開始する(ステップS2)。次に、電流取得部103は、組電池10から流出する電流の電流値を測定し、当該電流値が所定の電流値範囲内であるか否かを判定する(ステップS3)。電流取得部103は、電流値が所定の電流値範囲内にないと判定した場合(ステップS3:NO)、ステップS2に戻って経過時間の測定をリセットし、電流値の監視を継続する。
Next, the operation of the
FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the
First, when the
The
他方、電流取得部103は、電流値が所定の電流値範囲内にあると判定した場合(ステップS3:YES)、ステップS2から計測している経過時間が所定時間を経過したか否かを判定する(ステップS4)。ステップS2から計測している経過時間が所定時間を経過していない場合(ステップS4:NO)、ステップS3に戻り、電流値の監視を継続する。他方、ステップS2から計測している経過時間が所定時間を経過した場合(ステップS4:YES)、電圧取得部102は、ステップS1で選択したセル電池11の電圧値を取得する(ステップS5)。
On the other hand, when the
次に、電流値特定部105は、取得した電圧値からセル電池11のSOCを特定する(ステップS6)。次に、温度取得部101は、ステップS1で選択したセル電池11の温度を取得する(ステップS7)。そして、電流値特定部105は、ステップS6で特定したSOC及びステップS7で取得した温度に関連付けられた許容印加電流値を許容電流値テーブル記憶部104から読み出すことで、セル電池11に印加する電流値を特定する(ステップS8)。次に、劣化推定装置200は、電流−電圧位相差に基づく劣化度の推定処理を行う(ステップS109)。
Next, the current
図13は、電流−電圧位相差に基づく劣化度の推定処理のフローチャートである。
電流−電圧位相差に基づく劣化度の推定処理を開始すると、周期電流印加部106は、ステップS1で選択したセル電池11に、電流値特定部105が特定した電流値を振幅とする正弦波の周期電流を1サイクル以上のサイクル数で印加を開始する(ステップS601)。なお、周期電流印加部106が印加する周期電流の周波数には、分極減少の影響を受ける周波数(第1の実施形態で用いた周波数より低い周波数:第2の周波数)を用いることが好ましい。周期電流印加部106が周期電流の印加を開始すると、電圧取得部102は、ステップS1で選択したセル電池11の電圧値を取得し、電流取得部103は、ステップS1で選択したセル電池11の電流値を取得する(ステップS602)。なお、取得した電圧値及び電流値は、劣化推定部208に通知される。劣化推定部208は、周期電流印加部106による周期電流の印加が終了したか否かを判定する(ステップS603)。周期電流の印加が終了していない場合(ステップS603:NO)、ステップS602に戻り、電圧値及び電流値の取得を継続する。
FIG. 13 is a flowchart of the deterioration degree estimation process based on the current-voltage phase difference.
When the process of estimating the degree of deterioration based on the current-voltage phase difference is started, the periodic
他方、周期電流の印加が終了した場合(ステップS603:YES)、劣化推定部208は、電圧取得部102がステップS502で取得した電圧値及び電流取得部103がステップS502で取得した電流値の移動平均値を算出する(ステップS604)。このように電圧値及び電流値の移動平均値を算出することで、電圧取得部102が取得した電圧値及び電流取得部103が取得した電流に含まれるノイズを低減することができる。次に、劣化推定部208は、周期電流1サイクルにおける電圧値が最大となった時刻と、電流値が最大となった時刻との差を算出することで電流−電圧位相差を算出する(ステップS605)。なお、周期電流を複数サイクル印加した場合、劣化推定部208は、サイクル毎に電流−電圧位相差を算出し、その平均値を算出する。
On the other hand, when the application of the periodic current is finished (step S603: YES), the
次に、劣化推定部208は、推定テーブル記憶部207が記憶する電流−電圧位相差のうち、ステップS6で特定したSOCの直下のSOCと、ステップS7で特定した温度の直下の温度と、劣化度記憶部111がステップS1で選択したセル電池11に関連付けて記憶する劣化度の直上の劣化度に関連付けられた電流−電圧位相差を読み出す(ステップS606)。次に、劣化推定部208は、推定テーブル記憶部207が記憶する電流−電圧位相差のうち、ステップS6で特定したSOCの直下のSOCと、ステップS7で特定した温度の直上の温度と、劣化度記憶部111がステップS1で選択したセル電池11に関連付けて記憶する劣化度の直下の劣化度に関連付けられた電流−電圧位相差を読み出す(ステップS607)。次に、劣化推定部208は、ステップS606で読み出した「直下のSOC」、「直下の温度」及び「直上の劣化度」に関連付けられた電流−電圧位相差と、ステップS607で読み出した「直下のSOC」、「直上の温度」及び「直下の劣化度」に関連付けられた電流−電圧位相差とを用いて、劣化度と電流−電圧位相差との関係を示す関数を導出する(ステップS608)。なお、ステップS608で導出した関数は、ステップS1で選択したセル電池11が「直下のSOC」である場合の劣化度と電流−電圧位相差との関係を示す関数となる。
Next, the
次に、劣化推定部208は、推定テーブル記憶部207が記憶する電流−電圧位相差のうち、ステップS6で特定したSOCの直上のSOCと、ステップS7で特定した温度の直下の温度と、劣化度記憶部111がステップS1で選択したセル電池11に関連付けて記憶する劣化度の直上の劣化度に関連付けられた電流−電圧位相差を読み出す(ステップS609)。次に、劣化推定部208は、推定テーブル記憶部207が記憶する電流−電圧位相差のうち、ステップS6で特定したSOCの直上のSOCと、ステップS7で特定した温度の直上の温度と、劣化度記憶部111がステップS1で選択したセル電池11に関連付けて記憶する劣化度の直下の劣化度に関連付けられた電流−電圧位相差を読み出す(ステップS610)。次に、劣化推定部208は、ステップS609で読み出した「直上のSOC」、「直下の温度」及び「直上の劣化度」に関連付けられた電流−電圧位相差と、ステップS610で読み出した「直上のSOC」、「直上の温度」及び「直下の劣化度」に関連付けられた電流−電圧位相差とを用いて、劣化度と電流−電圧位相差との関係を示す関数を導出する(ステップS611)。なお、ステップS611で導出した関数は、ステップS1で選択したセル電池11が「直上のSOC」である場合の劣化度と電流−電圧位相差との関係を示す関数となる。
Next, the
次に、劣化推定部208は、ステップS608で導出した関数とステップS611で導出した関数とに、ステップS605で算出した電流−電圧位相差を代入することで、それぞれの劣化度を算出し、双方の劣化度の平均をとることで、ステップS1で選択したセル電池11の劣化度を推定する(ステップS612)。これにより、劣化推定部208は、電流−電圧位相差に基づく劣化度の推定処理を終了し、メインルーチンに戻る。
なお、劣化度が増加することで、電流−電圧位相差は放物線状に増加することが分かっている。そのため、上記方法を用いて劣化度の算出を行う場合、ステップS608で導出する関数とステップS611で導出する関数は、劣化度が高くなるほど係数が大きくなる(傾きが急になる)。したがって、双方の関数から算出される劣化度の差は、セル電池11の劣化度が高いほど小さくなるため、セル電池11の劣化度が高いほど、推定される劣化度の精度が高くなる。
Next, the
It has been found that the current-voltage phase difference increases in a parabolic manner as the degree of deterioration increases. For this reason, when the deterioration degree is calculated using the above method, the coefficient derived from the function derived in step S608 and the function derived in step S611 increases as the deterioration degree increases (the slope becomes steep). Therefore, the difference in the degree of deterioration calculated from both functions becomes smaller as the degree of deterioration of the
図12に戻り、ステップS109の電流−電圧位相差に基づく劣化度の推定処理が終了すると、劣化推定装置200は、全てのセル電池11に対してステップS2〜ステップS109の処理を繰り返す。
全てのセル電池11に対しての処理を終了すると、劣化推定部208は、推定した各セル電池11の劣化度をそれぞれ劣化度記憶部111に記録する(ステップS10)。次に、警告部109は、劣化推定部208が推定した劣化度の中に、所定の閾値を越えるものがあるか否かを判定する(ステップS11)。警告部109は、所定の閾値を超える劣化度を有するセル電池11があると判定した場合(ステップS11:YES)、当該セル電池11の識別情報とともに交換を促す警告メッセージを表示する(ステップS12)。また、SOC演算部110は、劣化推定部208が推定した劣化度と電流取得部103が取得した電流の積算値とを用いてセル電池11各々のSOCを算出する(ステップS13)。
Returning to FIG. 12, when the deterioration degree estimation process based on the current-voltage phase difference in step S <b> 109 ends, the
When the process for all the
このように、本実施形態によれば、電流−電圧位相差を用いてセル電池11の劣化度を推定することができる。
Thus, according to this embodiment, the deterioration degree of the
《第3の実施形態》
第1の実施形態では、電圧変動幅を用いて劣化度を推定する例について説明し、第2の実施形態では、電流−電圧位相差を用いて劣化度を推定する例について説明したが、第3の実施形態では、電圧変動幅と電流−電圧位相差の双方を用いて劣化度の推定を行う例について説明する。
図14は、本発明の第3の実施形態による劣化推定装置300の構成を示す概略ブロック図である。
第3の実施形態による劣化推定装置200は、第1の実施形態による劣化推定装置100と、推定テーブル記憶部307が記憶する情報及び、劣化推定部308の動作が異なる。
推定テーブル記憶部307は、図5に示す変動幅テーブルと、図11に示す位相差テーブルとを記憶する。
<< Third Embodiment >>
In the first embodiment, an example in which the degree of deterioration is estimated using the voltage fluctuation range is described. In the second embodiment, an example in which the degree of deterioration is estimated using the current-voltage phase difference has been described. In the third embodiment, an example in which the degree of deterioration is estimated using both the voltage fluctuation range and the current-voltage phase difference will be described.
FIG. 14 is a schematic block diagram showing a configuration of a
The
The estimation
次に、第3の実施形態による劣化推定装置300の動作について説明する。
図15は、第3の実施形態による劣化推定装置300の動作を示すフローチャートである。なお、第1の実施形態、第2の実施形態と同じ動作をする部分については、同じ符号を用いて説明する。
まず、劣化推定装置300が起動すると、劣化推定装置300は、組電池10を構成するセル電池11のうち劣化度の推定を行うものを1つ選択する(ステップS1)。なお、劣化推定装置300は、以降の処理をセル電池11毎に実施する。
電流取得部103は、現在時刻からの経過時間の測定を開始する(ステップS2)。次に、電流取得部103は、組電池10から流出する電流の電流値を測定し、当該電流値が所定の電流値範囲内であるか否かを判定する(ステップS3)。電流取得部103は、電流値が所定の電流値範囲内にないと判定した場合(ステップS3:NO)、ステップS2に戻って経過時間の測定をリセットし、電流値の監視を継続する。
Next, the operation of the
FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the
First, when the
The
他方、電流取得部103は、電流値が所定の電流値範囲内にあると判定した場合(ステップS3:YES)、ステップS2から計測している経過時間が所定時間を経過したか否かを判定する(ステップS4)。ステップS2から計測している経過時間が所定時間を経過していない場合(ステップS4:NO)、ステップS3に戻り、電流値の監視を継続する。他方、ステップS2から計測している経過時間が所定時間を経過した場合(ステップS4:YES)、電圧取得部102は、ステップS1で選択したセル電池11の電圧値を取得する(ステップS5)。
On the other hand, when the
次に、電流値特定部105は、取得した電圧値からセル電池11のSOCを特定する(ステップS6)。次に、温度取得部101は、ステップS1で選択したセル電池11の温度を取得する(ステップS7)。そして、電流値特定部105は、ステップS6で特定したSOC及びステップS7で取得した温度に関連付けられた許容印加電流値を許容電流値テーブル記憶部104から読み出すことで、セル電池11に印加する電流値を特定する(ステップS8)。次に、劣化推定装置300は、電圧変動幅に基づく劣化度の推定処理を行う(ステップS9)。なお、電圧変動幅に基づく劣化度の推定処理の詳細は、第1の実施形態で説明したとおりである。
次に、劣化推定装置300は、電流−電圧位相差に基づく劣化度の推定処理を行う(ステップS109)。なお、電流−電圧位相差に基づく劣化度の推定処理の詳細は、第2の実施形態で説明したとおりである。
Next, the current
Next, the
次に、劣化推定部308は、電圧変動幅に基づいて推定した劣化度と電流−電圧位相差に基づいて推定した劣化度との平均値を算出し、当該平均値をステップS1で選択したセル電池11の劣化度と推定する(ステップS200)。以降、劣化推定装置300は、全てのセル電池11に対してステップS2〜ステップS200の処理を繰り返す。
全てのセル電池11に対しての処理を終了すると、劣化推定部308は、推定した各セル電池11の劣化度をそれぞれ劣化度記憶部111に記録する(ステップS10)。次に、警告部109は、劣化推定部308が推定した劣化度の中に、所定の閾値を越えるものがあるか否かを判定する(ステップS11)。警告部109は、所定の閾値を超える劣化度を有するセル電池11があると判定した場合(ステップS11:YES)、当該セル電池11の識別情報とともに交換を促す警告メッセージを表示する(ステップS12)。また、SOC演算部110は、劣化推定部308が推定した劣化度と電流取得部103が取得した電流の積算値とを用いてセル電池11各々のSOCを算出する(ステップS13)。
Next, the
When the process for all the
このように、本実施形態によれば、電圧変動幅及び電流−電圧位相差の双方を用いてセル電池11の劣化度を推定する。これにより、第1の実施形態及び第2の実施形態より更に精度の高い劣化度の推定を行うことができる。
Thus, according to the present embodiment, the deterioration degree of the
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、第1の実施形態〜第3の実施形態では、劣化度の推定を、図7のステップS506〜ステップS512に示す方法や、図13のステップS606〜ステップS612に示す方法を用いて行う場合を説明したが、これに限られない。例えば、推定テーブル記憶部107が記憶する電圧変動幅(電流−電圧位相差)と劣化度との組み合わせから補間計算によって求めても良い。
As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to
For example, in the first to third embodiments, when the deterioration degree is estimated using the method shown in steps S506 to S512 in FIG. 7 or the method shown in steps S606 to S612 in FIG. However, the present invention is not limited to this. For example, you may obtain | require by interpolation calculation from the combination of the voltage fluctuation width (current-voltage phase difference) which the estimation table memory |
また、第1の実施形態〜第3の実施形態では、SOCを用いて許容電流値及び劣化度の特定を行う場合を説明したが、これに限られず、OCVを用いて許容電流値及び劣化度の特定を行っても良い。 In the first to third embodiments, the case where the allowable current value and the deterioration level are specified using the SOC has been described. However, the present invention is not limited to this, and the allowable current value and the deterioration level are determined using the OCV. May be specified.
また、第1の実施形態〜第3の実施形態では、周期電流として正弦波を用いる場合を説明したが、これに限られず、三角波や矩形波など、正負対称の波形を有するその他の波形の周期電流を用いても良い。 In the first to third embodiments, the case where a sine wave is used as the periodic current has been described. However, the present invention is not limited to this, and the period of other waveforms having positive and negative symmetric waveforms such as a triangular wave and a rectangular wave. A current may be used.
上述の劣化推定装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。 The above-described degradation estimation apparatus has a computer system inside. The operation of each processing unit described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above processing is performed by the computer reading and executing this program. Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
10…組電池 11…セル電池 100、200、300…劣化推定装置 101…温度取得部 102…電圧取得部 103…電流取得部 104…許容電流値テーブル記憶部 105…電流値特定部 106…周期電流印加部 107、207、307…推定テーブル記憶部 108、208、308…劣化推定部 109…警告部 110…SOC演算部 111…劣化度記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記二次電池の内部抵抗を変化させる要因となる前記二次電池の物理量である第1の物理量を取得する取得部と、
前記第1の物理量と当該第1の物理量によって変化する前記二次電池の内部抵抗に応じた許容印加電流値との関係に基づいて、前記取得部が取得した第1の物理量に対応する許容印加電流値を求める電流値特定部と、
前記電流値特定部が決定した許容印加電流値を振幅とする正負対称の波形を有する周期電流を前記二次電池に印加する周期電流印加部と、
前記周期電流印加部が周期電流を印加している間に前記二次電池に生じる電圧に基づいて前記二次電池のインピーダンスを示す物理量である第2の物理量を算出する算出部と、
前記第2の物理量と前記二次電池の劣化度との関係に基づいて、前記算出部が算出した第2の物理量を用いて前記二次電池の劣化度を推定する劣化推定部と
を備えることを特徴とする劣化推定装置。 A deterioration estimation device for estimating a deterioration degree of a secondary battery,
An acquisition unit that acquires a first physical quantity that is a physical quantity of the secondary battery that causes a change in internal resistance of the secondary battery;
The allowable application corresponding to the first physical quantity acquired by the acquisition unit based on the relationship between the first physical quantity and the allowable applied current value corresponding to the internal resistance of the secondary battery that changes according to the first physical quantity. A current value specifying unit for obtaining a current value;
A periodic current application unit for applying a periodic current having a positive / negative symmetrical waveform with an amplitude of an allowable applied current value determined by the current value specifying unit, to the secondary battery;
A calculation unit that calculates a second physical quantity that is a physical quantity indicating an impedance of the secondary battery based on a voltage generated in the secondary battery while the periodic current application unit is applying a periodic current;
A deterioration estimation unit that estimates the degree of deterioration of the secondary battery using the second physical quantity calculated by the calculation unit based on the relationship between the second physical quantity and the degree of deterioration of the secondary battery. A degradation estimation device characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1に記載の劣化推定装置。 The current value specifying unit obtains an allowable applied current value corresponding to the temperature acquired by the acquiring unit based on a relationship between the temperature of the secondary battery having the maximum deterioration level to be estimated and an allowable applied current value. The deterioration estimation apparatus according to claim 1, wherein:
前記劣化推定部は、
前記推定テーブル記憶部が記憶する物理量のうち、前記取得部が取得した第1の物理量以下でありかつ最も大きい第1の物理量と、前記推定テーブル記憶部が記憶する劣化度のうち、前記劣化推定部が前回推定した劣化度以上でありかつ最も小さい劣化度とに関連付けられた第2の物理量を前記劣化推定部から読み出し、
前記推定テーブル記憶部が記憶する物理量のうち、前記取得部が取得した第1の物理量以上でありかつ最も小さい第2の物理量と、前記推定テーブル記憶部が記憶する劣化度のうち、前記劣化推定部が前回推定した劣化度以下でありかつ最も大きい劣化度とに関連付けられた第2の物理量を前記劣化推定部から読み出し、
それぞれ読み出した第2の物理量と劣化度とを用いて、劣化度と第2の物理量との関係を示す関数を算出し、
前記算出部が算出した第2の物理量を前記関数に代入することで、劣化度を推定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の劣化推定装置。 An estimation table storage unit that stores the first physical quantity, the second physical quantity, and the degree of deterioration in association with each other;
The degradation estimation unit
Of the physical quantities stored in the estimated table storage unit, the first estimated physical quantity that is equal to or smaller than the first physical quantity acquired by the acquiring unit and the degree of deterioration stored in the estimated table storage unit, the deterioration estimation A second physical quantity that is equal to or more than the previously estimated degradation level and is associated with the smallest degradation level from the degradation estimation unit,
Of the physical quantities stored in the estimation table storage unit, the deterioration estimation is out of the second physical quantity that is equal to or larger than the first physical quantity acquired by the acquisition unit and the deterioration level stored in the estimation table storage unit. A second physical quantity that is less than or equal to the previously estimated degradation level and is associated with the greatest degradation level from the degradation estimation unit,
Using each of the read second physical quantity and the degree of deterioration, a function indicating the relationship between the degree of deterioration and the second physical quantity is calculated,
The degradation estimation apparatus according to claim 1 or 2, wherein the degradation degree is estimated by substituting the second physical quantity calculated by the calculation unit into the function.
前記周期電流を第1の周波数で印加している間に前記二次電池に生じる電圧の最大値と最小値との差を算出することで、前記第2の物理量である電圧変動量を算出し、
前記周期電流印加部が周期電流を、前記第1の周波数より低い第2の周波数で1周期分印加したときに前記二次電池に生じる電圧が最大値となった時刻と前記周期電流の電流値が最大値となった時刻との差の時間を算出することで、前記第2の物理量である電流と電圧の位相差を算出し、
前記劣化推定部は、前記算出部が算出した電圧変動量及び位相差のそれぞれを用いて二次電池の劣化度を算出し、それぞれの劣化度の代表値を用いて劣化度を推定する
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の劣化推定装置。 The calculation unit includes:
By calculating the difference between the maximum value and the minimum value of the voltage generated in the secondary battery while applying the periodic current at the first frequency, the voltage fluctuation amount that is the second physical quantity is calculated. ,
When the periodic current application unit applies the periodic current for one period at a second frequency lower than the first frequency, the time when the voltage generated in the secondary battery becomes the maximum value and the current value of the periodic current By calculating the time of the difference from the time when becomes the maximum value, the phase difference between the current and voltage as the second physical quantity is calculated,
The degradation estimation unit calculates a degradation level of the secondary battery using each of the voltage fluctuation amount and the phase difference calculated by the calculation unit, and estimates the degradation level using a representative value of each degradation level. The deterioration estimation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the deterioration estimation apparatus is characterized.
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の劣化推定装置。 The calculation unit calculates a difference between a maximum value and a minimum value of a voltage generated in the secondary battery while the periodic current application unit is applying the periodic current, whereby the voltage that is the second physical quantity The deterioration estimation device according to any one of claims 1 to 3, wherein a fluctuation amount is calculated.
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の劣化推定装置。 The calculation unit includes a time when the voltage generated in the secondary battery reaches a maximum value and a time when the current value of the periodic current reaches a maximum value when the periodic current application unit applies one period of the periodic current. The deterioration estimation device according to any one of claims 1 to 3, wherein a phase difference between a current and a voltage, which is the second physical quantity, is calculated by calculating a difference time.
前記二次電池の内部抵抗を変化させる要因となる前記二次電池の物理量である第1の物理量を取得するステップと、
前記第1の物理量と当該第1の物理量によって変化する前記二次電池の内部抵抗に応じた許容印加電流値との関係に基づいて、前記取得した第1の物理量に対応する許容印加電流値を求めるステップと、
前記求めた許容印加電流値を振幅とする正負対称の波形を有する周期電流を前記二次電池に印加するステップと、
前記周期電流を印加している間に前記二次電池に生じる電圧に基づいて前記二次電池のインピーダンスを示す物理量である第2の物理量を算出するステップと、
前記第2の物理量と前記二次電池の劣化度との関係に基づいて、前記算出した第2の物理量を用いて前記二次電池の劣化度を推定するステップと
を有することを特徴とする劣化推定方法。 A degradation estimation method for estimating a degradation level of a secondary battery,
Obtaining a first physical quantity that is a physical quantity of the secondary battery that causes a change in internal resistance of the secondary battery;
Based on the relationship between the first physical quantity and the allowable applied current value corresponding to the internal resistance of the secondary battery, which varies depending on the first physical quantity, an allowable applied current value corresponding to the acquired first physical quantity is obtained. Seeking steps,
Applying a periodic current having a positive / negative symmetrical waveform with the obtained allowable applied current value as an amplitude to the secondary battery;
Calculating a second physical quantity that is a physical quantity indicating an impedance of the secondary battery based on a voltage generated in the secondary battery while applying the periodic current; and
A step of estimating the degree of deterioration of the secondary battery using the calculated second physical quantity based on the relationship between the second physical quantity and the degree of deterioration of the secondary battery. Estimation method.
前記二次電池の内部抵抗を変化させる要因となる前記二次電池の物理量である第1の物理量を取得する取得部、
前記第1の物理量と当該第1の物理量によって変化する前記二次電池の内部抵抗に応じた許容印加電流値との関係に基づいて、前記取得部が取得した第1の物理量に対応する許容印加電流値を求める電流値特定部、
前記電流値特定部が決定した許容印加電流値を振幅とする正負対称の波形を有する周期電流を前記二次電池に印加する周期電流印加部、
前記周期電流印加部が周期電流を印加している間に前記二次電池に生じる電圧に基づいて前記二次電池のインピーダンスを示す物理量である第2の物理量を算出する算出部、
前記第2の物理量と前記二次電池の劣化度との関係に基づいて、前記算出部が算出した第2の物理量を用いて前記二次電池の劣化度を推定する劣化推定部
として機能させるためのプログラム。 A degradation estimation device that estimates the degradation level of a secondary battery,
An acquisition unit that acquires a first physical quantity that is a physical quantity of the secondary battery that causes a change in internal resistance of the secondary battery;
The allowable application corresponding to the first physical quantity acquired by the acquisition unit based on the relationship between the first physical quantity and the allowable applied current value corresponding to the internal resistance of the secondary battery that changes according to the first physical quantity. A current value specifying unit for obtaining a current value;
A periodic current applying unit that applies a periodic current having a positive / negative symmetrical waveform with an amplitude of an allowable applied current value determined by the current value specifying unit, to the secondary battery;
A calculating unit that calculates a second physical quantity that is a physical quantity indicating an impedance of the secondary battery based on a voltage generated in the secondary battery while the periodic current applying unit is applying the periodic current;
In order to function as a deterioration estimation unit that estimates the deterioration level of the secondary battery using the second physical quantity calculated by the calculation unit based on the relationship between the second physical quantity and the deterioration level of the secondary battery. Program.
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