JP2015102344A - Estimation device - Google Patents
Estimation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015102344A JP2015102344A JP2013241162A JP2013241162A JP2015102344A JP 2015102344 A JP2015102344 A JP 2015102344A JP 2013241162 A JP2013241162 A JP 2013241162A JP 2013241162 A JP2013241162 A JP 2013241162A JP 2015102344 A JP2015102344 A JP 2015102344A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- secondary battery
- resistance
- change rate
- resistance change
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Abstract
Description
本発明は、推定装置に関し、特に、二次電池の抵抗変化率を推定する推定装置に関する。 The present invention relates to an estimation device, and more particularly to an estimation device that estimates a resistance change rate of a secondary battery.
二次電池は、充放電の繰り返しあるいは初期状態からの経時変化によって劣化する。二次電池の劣化状態を評価するために、抵抗変化率を用いることが提案されている。たとえば特開２０１３−１６０５３８号公報（特許文献１）または特開２０１３−５７５７６号公報（特許文献２）に開示された推定装置は、抵抗変化率と経過時間との間に成立する関係式に従って、将来の二次電池の抵抗変化率を推定する。 The secondary battery deteriorates due to repeated charge / discharge or changes with time from the initial state. In order to evaluate the deterioration state of the secondary battery, it has been proposed to use the resistance change rate. For example, the estimation device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-160538 (Patent Document 1) or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-57576 (Patent Document 2) follows the relational expression established between the resistance change rate and the elapsed time. Estimate the resistance change rate of the secondary battery in the future.
二次電池の劣化状態の評価精度を向上させる技術、言い換えれば二次電池の抵抗変化率の推定精度を向上させる技術に対する要望が存在する。しかしながら、特許文献１または特許文献２に開示された推定装置では、抵抗変化率の推定精度に課題があった。
There is a need for a technique that improves the evaluation accuracy of the deterioration state of the secondary battery, in other words, a technique that improves the estimation accuracy of the resistance change rate of the secondary battery. However, the estimation apparatus disclosed in
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、二次電池の抵抗変化率を推定する推定装置において、抵抗変化率の推定精度を向上させることである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to improve the estimation accuracy of the resistance change rate in the estimation device that estimates the resistance change rate of the secondary battery.
本発明のある局面に従う推定装置は、二次電池の抵抗変化率を下記式（１）に従って推定する。式（１）において、Ｒｒは抵抗変化率、ｔは二次電池の初期状態からの経過時間、ａ０は二次電池の抵抗値の増加速度、ｋは抵抗値の減少速度、ｈは抵抗値の減少量、ｘは抵抗値を増加させる成分の割合である定数をそれぞれ示す。推定装置は、二次電池が第１の充電状態または第１の温度である場合に、抵抗変化率の測定値と経過時間とを式（１）に代入し、ａ０と、ｋと、ｈとの組合せを曲線回帰演算により求める演算部を備える。演算部は、二次電池が第２の充電状態または第２の温度である場合に、ｈを固定値として用いて、曲線回帰演算を実行する。 An estimation apparatus according to an aspect of the present invention estimates a resistance change rate of a secondary battery according to the following formula (1). In equation (1), Rr is the rate of change in resistance, t is the elapsed time from the initial state of the secondary battery, a0 is the rate of increase of the resistance value of the secondary battery, k is the rate of decrease of the resistance value, and h is the resistance value. The amount of decrease, x, represents a constant that is the proportion of the component that increases the resistance value. When the secondary battery is in the first charge state or the first temperature, the estimation device substitutes the measured value of the resistance change rate and the elapsed time into the equation (1), and a0, k, h, The calculation part which calculates | requires these combinations by curve regression calculation is provided. When the secondary battery is in the second charge state or the second temperature, the calculation unit performs a curve regression calculation using h as a fixed value.
上記構成によれば、式（１）において、増加速度ａ０、減少速度ｋ、および減少量ｈは、曲線回帰演算により演算されるフィッティングパラメータである。本発明者は、減少量ｈが二次電池の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）または温度に依らず一定であることを見出した。したがって、二次電池のＳＯＣまたは温度が異なる場合でも、ｈは固定値として用いることができる。信頼性の高い抵抗変化率Ｒｒの測定値に基づいてｈを求めることにより、ａ０およびｋの精度が高くなる。よって、二次電池の抵抗変化率Ｒｒの推定精度を向上させることができる。 According to the above configuration, in equation (1), the increase speed a0, the decrease speed k, and the decrease amount h are fitting parameters calculated by curve regression calculation. The inventor has found that the reduction amount h is constant regardless of the state of charge (SOC) or temperature of the secondary battery. Therefore, even when the SOC or temperature of the secondary battery is different, h can be used as a fixed value. By obtaining h based on the measured value of the resistance change rate Rr with high reliability, the accuracy of a0 and k increases. Therefore, the estimation accuracy of the resistance change rate Rr of the secondary battery can be improved.
本発明によれば、二次電池の抵抗変化率の推定精度を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the estimation accuracy of the resistance change rate of the secondary battery.
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
図１は、本発明の実施の形態に係る二次電池システムの構成を概略的に示すブロック図である。図１を参照して、二次電池システム１００（推定装置）は、たとえばハイブリッド車または電気自動車に搭載される。二次電池システム１００は、組電池１０と、電圧センサ２１と、電流センサ２２と、温度センサ２３と、システムメインリレー３１，３２と、昇圧回路４１と、インバータ４２と、モータジェネレータ４３と、コントローラ４４とを備える。コントローラ４４はメモリ４４ａを含む。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a secondary battery system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, secondary battery system 100 (estimation device) is mounted on, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle. The
組電池１０は、複数の二次電池（図示せず）を含む。二次電池としては、たとえばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池を採用することができる。二次電池は、正極と、負極と、セパレータ（いずれも図示せず）とを有する。正極は、集電箔と、集電箔の表面に形成された正極活物質層とを有する。正極活物質層は正極活物質および導電剤を含む。負極は、集電箔と、集電箔の表面に形成された負極活物質層とを有する。負極活物質層は負極活物質および導電剤を含む。セパレータは正極と負極との間に配置される。正極活物質層、負極活物質層、ならびにセパレータには、電解液がしみ込んでいる。
The assembled
本実施の形態では、リチウムイオン電池が採用される。正極にはＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２系の正極活物質が用いられ、負極には黒鉛系の負極活物質が用いられる。正極の集電箔はアルミニウムで形成され、負極の集電箔は銅で形成される。電解液は非水有機溶媒である。 In the present embodiment, a lithium ion battery is employed. A LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 -based positive electrode active material is used for the positive electrode, and a graphite-based negative electrode active material is used for the negative electrode. The positive electrode current collector foil is made of aluminum, and the negative electrode current collector foil is made of copper. The electrolyte is a non-aqueous organic solvent.
電圧センサ２１は、組電池１０の端子間電圧を検出して、検出結果をコントローラ４４に出力する。電流センサ２２は、組電池１０に流れる充放電電流を検出して、検出結果をコントローラ４４に出力する。温度センサ２３は、組電池１０の温度を検出して、検出結果をコントローラ４４に出力する。
The
昇圧回路４１は、システムメインリレー３１，３２を介して、組電池１０に電気的に接続されている。昇圧回路４１は、組電池１０の電圧を昇圧する。システムメインリレー３１，３２は、コントローラ４４からの制御信号（図示せず）に基づいて、組電池１０と昇圧回路４１との導通／遮断を切り替える。インバータ４２は、昇圧回路４１に電気的に接続されている。インバータ４２は、昇圧回路４１から出力された直流電力を交流電力に変換する。
The booster circuit 41 is electrically connected to the assembled
モータジェネレータ４３は、インバータ４２から出力された交流電力を受けることにより、車両を走行させるための駆動力を生成する。モータジェネレータ４３は、車両を減速あるいは停止させるとき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。モータジェネレータ４３で生成された交流電力は、インバータ４２によって直流電力に変換される。昇圧回路４１は、インバータ４２から出力された直流電圧を降圧して組電池１０に供給する。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。
The
コントローラ４４（演算部）は、昇圧回路４１とインバータ４２とを制御する。メモリ４４ａには、コントローラ４４を動作させるためのプログラムと、後述するマップとが記憶されている。
The controller 44 (arithmetic unit) controls the booster circuit 41 and the
二次電池システム１００は、二次電池の劣化状態を推定する。劣化とは、二次電池を構成する材料が経時変化によって摩耗することに伴う劣化（いわゆる摩耗劣化）をいう。二次電池が劣化すると、二次電池の抵抗が増加する。ここで二次電池の抵抗には、二次電池の抵抗に関与するすべての抵抗成分が含まれる。具体的には、正極および負極における反応抵抗成分、セパレータの抵抗成分、電解液の抵抗成分、ならびにイオンの移動に起因する拡散抵抗成分が挙げられる。
The
二次電池の劣化状態の推定には抵抗変化率Ｒｒが用いられる。抵抗変化率Ｒｒは、下記式（２）に示すように、初期状態における抵抗値Ｒｉｎｉと、劣化後における抵抗値Ｒｋとの比率で表される。初期状態とは、二次電池が劣化していない状態であり、たとえば二次電池を製造した直後の状態である。 The resistance change rate Rr is used to estimate the deterioration state of the secondary battery. The resistance change rate Rr is represented by the ratio between the resistance value Rini in the initial state and the resistance value Rk after deterioration, as shown in the following formula (2). The initial state is a state in which the secondary battery is not deteriorated, for example, a state immediately after manufacturing the secondary battery.
Ｒｒ＝Ｒｋ／Ｒｉｎｉ ・・・（２）
抵抗変化率Ｒｒは、初期状態を基準とした経過時間ｔの平方根に比例して増加することが知られている。しかしながら、抵抗変化率Ｒｒは、経過時間ｔの平方根が大きくなるに従って単調に増加するのではない。二次電池の使用を開始した段階では、抵抗変化率Ｒｒが減少する場合がある。このような場合を考慮して、二次電池システム１００は、下記式（１）に従って二次電池の抵抗変化率Ｒｒを推定する。
Rr = Rk / Rini (2)
It is known that the resistance change rate Rr increases in proportion to the square root of the elapsed time t with respect to the initial state. However, the resistance change rate Rr does not monotonously increase as the square root of the elapsed time t increases. At the stage where the use of the secondary battery is started, the resistance change rate Rr may decrease. Considering such a case, the
右辺の第１項は、抵抗変化率Ｒｒの増加に対応する項である。右辺の第２項は、抵抗変化率Ｒｒの減少に対応する項である。以下では右辺の第１項および第２項を、それぞれ増加項および減少項とも称する。 The first term on the right side is a term corresponding to an increase in the resistance change rate Rr. The second term on the right side corresponds to a decrease in the resistance change rate Rr. Hereinafter, the first term and the second term on the right side are also referred to as an increase term and a decrease term, respectively.
増加項において、ａ０は、二次電池の抵抗値が増加する速度（増加速度）を示す。増加速度ａ０は０よりも大きい値である。減少項において、ｋは、二次電池の抵抗値が減少する速度（減少速度）を示す。減少速度ｋは０よりも大きい値である。ｈは減少項の減少量を示す。減少量ｈは０以上１以下の値である。減少量ｈについては後に詳細に説明する。 In the increase term, a0 indicates a speed (increase speed) at which the resistance value of the secondary battery increases. The increase speed a0 is a value larger than 0. In the decrease term, k indicates a speed (a decrease speed) at which the resistance value of the secondary battery decreases. The decrease rate k is a value greater than zero. h indicates a reduction amount of the reduction term. The decrease amount h is a value between 0 and 1. The reduction amount h will be described in detail later.
式（１）において経過時間ｔが０であるとき、増加項はｘであり、減少項は（１−ｘ）である。つまり、ｘは、二次電池の抵抗のうち、二次電池の抵抗値を増加させる成分が占める割合を示す。ｘは０以上１以下の固定値である。一方、（１−ｘ）は、二次電池の抵抗のうち、二次電池の抵抗値を減少させる成分が占める割合を示す。 In the equation (1), when the elapsed time t is 0, the increase term is x and the decrease term is (1-x). That is, x indicates the ratio of the resistance of the secondary battery to the component that increases the resistance value of the secondary battery. x is a fixed value between 0 and 1. On the other hand, (1-x) indicates the ratio of the resistance of the secondary battery to the component that decreases the resistance value of the secondary battery.
なお、抵抗変化率Ｒｒの増加は、正極の反応抵抗成分の増加によるものである。一方、抵抗変化率Ｒｒの減少は、負極の反応抵抗成分の増加によるものである。つまり、ｘは初期状態における正極の反応抵抗成分の寄与率を示し、（１−ｘ）は初期状態における負極の反応抵抗成分の寄与率を示すとも言える。 The increase in resistance change rate Rr is due to an increase in the reaction resistance component of the positive electrode. On the other hand, the decrease in the resistance change rate Rr is due to an increase in the reaction resistance component of the negative electrode. That is, it can be said that x represents the contribution ratio of the reaction resistance component of the positive electrode in the initial state, and (1-x) represents the contribution ratio of the reaction resistance component of the negative electrode in the initial state.
図２は、経過時間ｔの平方根に対する抵抗変化率Ｒｒの測定値を示す図である。図２を参照して、横軸は、初期状態（０）を基準とする経過時間ｔの平方根（√ｔ）を示す。縦軸は抵抗変化率Ｒｒを示す。二次電池は恒温槽内に放置される。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、二次電池を２５℃、４０℃、６０℃の恒温槽内に放置した場合における抵抗変化率Ｒｒを示す。以下、恒温槽内の温度を耐久温度とも称する。 FIG. 2 is a diagram illustrating a measured value of the resistance change rate Rr with respect to the square root of the elapsed time t. Referring to FIG. 2, the horizontal axis indicates the square root (√t) of elapsed time t with reference to the initial state (0). The vertical axis represents the resistance change rate Rr. The secondary battery is left in a thermostat. 2A to 2C show the resistance change rate Rr when the secondary battery is left in a constant temperature bath at 25 ° C., 40 ° C., and 60 ° C., respectively. Hereinafter, the temperature in the thermostatic chamber is also referred to as a durable temperature.
抵抗変化率Ｒｒは、各耐久温度について測定される。以下、６０℃における抵抗変化率Ｒｒの測定条件について代表的に説明する（図２（Ｃ）参照）。測定条件は他の耐久温度においても同等である。 The resistance change rate Rr is measured for each durable temperature. Hereinafter, the measurement conditions of the resistance change rate Rr at 60 ° C. will be described representatively (see FIG. 2C). The measurement conditions are the same at other endurance temperatures.
まず、二次電池のＳＯＣを３６％に調整した。この二次電池を２５℃の恒温槽に入れて、二次電池の温度分布が均一になるように放置した。この状態において、二次電池の抵抗値Ｒｍを測定した。このときに測定された抵抗値Ｒｍを初期状態における抵抗値Ｒｉｎｉ（式（２）参照）とする。なお、抵抗値Ｒｍは下記式（３）から求められる。 First, the SOC of the secondary battery was adjusted to 36%. This secondary battery was placed in a constant temperature bath at 25 ° C. and left so that the temperature distribution of the secondary battery was uniform. In this state, the resistance value Rm of the secondary battery was measured. The resistance value Rm measured at this time is defined as a resistance value Rini in the initial state (see Expression (2)). The resistance value Rm is obtained from the following formula (3).
Ｒｍ＝ΔＶ／Ｉ ・・・（３）
式（３）において、Ｉは放電時の電流を示す。ΔＶは、時間Δｔだけ放電した場合の電圧降下量を示す。電圧降下量ΔＶは、ある時刻ｔ０における電圧Ｖ０と、時刻ｔ０から時間Δｔだけ放電した時刻（ｔ０＋Δｔ）における電圧Ｖ１とを用いて、ΔＶ＝Ｖ０−Ｖ１と表される。本実施の形態では、電流Ｉ＝１３０Ａ、時間Δｔ＝１０秒とした。
Rm = ΔV / I (3)
In formula (3), I represents the current during discharge. ΔV indicates the amount of voltage drop when the battery is discharged for the time Δt. The voltage drop amount ΔV is expressed as ΔV = V0−V1 using a voltage V0 at a certain time t0 and a voltage V1 at a time (t0 + Δt) discharged from the time t0 for a time Δt. In this embodiment, the current I = 130 A and the time Δt = 10 seconds.
次に、二次電池のＳＯＣを３６％から６０％に調整した。この二次電池を６０℃の恒温槽に入れて放置した。二次電池のＳＯＣおよび温度を高くすることにより、二次電池の劣化を進行させることができるためである。６０℃の恒温槽に二次電池を入れてから所定の時間が経過すると、二次電池を恒温槽から取り出して、ＳＯＣを再び３６％に調整した。その二次電池を２５℃の恒温槽に戻し、二次電池の温度分布が均一になるように放置した。この状態において、二次電池の抵抗値Ｒｍを測定した。このときに測定された抵抗値Ｒｍを劣化後の抵抗値Ｒｋ（式（２）参照）とする。 Next, the SOC of the secondary battery was adjusted from 36% to 60%. This secondary battery was placed in a constant temperature bath at 60 ° C. and left standing. This is because the secondary battery can be deteriorated by increasing the SOC and temperature of the secondary battery. When a predetermined time had elapsed after putting the secondary battery in a 60 ° C. thermostat, the secondary battery was taken out of the thermostat and the SOC was adjusted to 36% again. The secondary battery was returned to a constant temperature bath of 25 ° C. and left so that the temperature distribution of the secondary battery became uniform. In this state, the resistance value Rm of the secondary battery was measured. The resistance value Rm measured at this time is defined as a resistance value Rk after deterioration (see Expression (2)).
初期状態における抵抗値Ｒｉｎｉと、劣化後の抵抗値Ｒｋとを式（２）に代入することにより、抵抗変化率Ｒｒの測定値を取得することができる。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、抵抗変化率Ｒｒの測定値を複数回取得して、取得した各測定値をプロットした結果を示す。図２の状態から、さらに、式（１）で表される曲線が各測定値の近傍を通過するように、カーブフィッティング（曲線回帰演算）が実行される。カーブフィッティングでは最小二乗法が用いられる。これにより、フィッティングパラメータ（増加速度ａ０、減少速度ｋ、および減少量ｈ）の値を求めることができる。 By substituting the resistance value Rini in the initial state and the resistance value Rk after deterioration into the equation (2), the measured value of the resistance change rate Rr can be acquired. 2A to 2C show the results of plotting the obtained measured values by obtaining the measured value of the resistance change rate Rr a plurality of times. From the state of FIG. 2, curve fitting (curve regression calculation) is further performed so that the curve represented by the equation (1) passes near each measured value. The least square method is used for curve fitting. Thereby, the values of the fitting parameters (increase speed a0, decrease speed k, and decrease amount h) can be obtained.
抵抗変化率Ｒｒは、図２に示すように、初期状態から一旦減少して、その後増加を始める。このため、将来の抵抗変化率Ｒｒの推定精度は、抵抗変化率Ｒｒが単調に増加する場合と比べて低くなる。たとえば経過時間ｔが短い場合には、減少中あるいは増加開始直後の抵抗変化率Ｒｒの測定値しか取得することができない。このような場合には特に、カーブフィッティングの精度が低くなる。本実施の形態によれば、フィッティングパラメータのうち減少量ｈを固定値とすることにより、カーブフィッティングの精度を向上させることができる。以下、減少量ｈを固定値とする理由について説明する。 As shown in FIG. 2, the resistance change rate Rr once decreases from the initial state and then starts increasing. For this reason, the estimated accuracy of the resistance change rate Rr in the future becomes lower than the case where the resistance change rate Rr increases monotonously. For example, when the elapsed time t is short, only the measured value of the resistance change rate Rr during the decrease or immediately after the start of the increase can be acquired. Especially in such a case, the accuracy of curve fitting becomes low. According to the present embodiment, the accuracy of curve fitting can be improved by setting the reduction amount h of the fitting parameters to a fixed value. Hereinafter, the reason why the reduction amount h is set to a fixed value will be described.
図３は、減少項と経過時間ｔの平方根との間の関係を示す図である。図３を参照して、横軸は、初期状態（０）を基準とする経過時間ｔの平方根（√ｔ）を示す。縦軸は、減少項に１／（１−ｘ）を乗じたもの（図３の説明では単に減少項とも称する）を示す。 FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the decreasing term and the square root of the elapsed time t. Referring to FIG. 3, the horizontal axis indicates the square root (√t) of elapsed time t with reference to the initial state (0). The vertical axis represents the reduction term multiplied by 1 / (1-x) (also simply referred to as the reduction term in the description of FIG. 3).
減少項は初期状態において１である。図２で説明したように、減少項は、二次電池の使用を開始した段階において、経過時間ｔの平方根が大きくなるに従って減少する。しかしながら、減少項は次第に減少しにくくなって、ある値（１−ｈ）に収束する。初期状態における減少項と収束後の減少項との差が減少量ｈに相当する。 The decrease term is 1 in the initial state. As described with reference to FIG. 2, the decrease term decreases as the square root of the elapsed time t increases at the stage where the use of the secondary battery is started. However, the decreasing term gradually becomes difficult to decrease and converges to a certain value (1-h). The difference between the decrease term in the initial state and the decrease term after convergence corresponds to the decrease amount h.
図３から、減少速度ｋが耐久温度ごとに異なること、および、減少量ｈがすべての耐久温度について共通であることが分かる。つまり、減少量ｈは耐久温度に依存しない。また、ここでは図示しないがＳＯＣについても同様に、減少量ｈはＳＯＣに依存しない。このように発明者は、減少量ｈが耐久温度およびＳＯＣに依らず一定であることを見出した。 From FIG. 3, it can be seen that the decrease rate k is different for each endurance temperature, and that the decrease amount h is common for all endurance temperatures. That is, the reduction amount h does not depend on the endurance temperature. Although not shown here, the reduction amount h does not depend on the SOC in the same manner for the SOC. Thus, the inventor has found that the reduction amount h is constant regardless of the endurance temperature and the SOC.
本実施の形態では、まず、６０℃における抵抗変化率Ｒｒの測定値（図２（Ｃ）参照）について、カーブフィッティングを実行する。これにより、減少量ｈを求める。このようにして求めた減少量ｈを固定値として用いる。つまり、２５℃または４０℃におけるフィッティングパラメータを演算する場合には、抵抗変化率Ｒｒの測定値（図２（Ａ）および（Ｂ）参照）をとともに、６０℃の場合に求めた減少量ｈを式（１）に代入する。その後、カーブフィテッィングを実行して、残りのフィッティングパラメータ（増加速度ａ０および減少速度ｋ）を求める。 In the present embodiment, first, curve fitting is performed on the measured value of the resistance change rate Rr at 60 ° C. (see FIG. 2C). Thereby, the reduction amount h is obtained. The reduction amount h thus obtained is used as a fixed value. That is, when calculating the fitting parameter at 25 ° C. or 40 ° C., the decrease value h obtained at 60 ° C. is used together with the measured value of the resistance change rate Rr (see FIGS. 2A and 2B). Substitute into equation (1). Thereafter, curve fitting is executed to determine the remaining fitting parameters (increase speed a0 and decrease speed k).
２５℃または４０℃における抵抗変化率Ｒｒの測定値に基づいて、固定値とする減少量ｈを求めることも考えられる。しかしながら、本実施の形態では、６０℃の場合の減少量ｈを固定値とすることが好ましい。その理由について説明すると、図２（Ａ）〜（Ｃ）を再び参照して、抵抗変化率Ｒｒの測定値の変化は、６０℃において最も顕著である。そのため、カーブフィッティングの精度、すなわちフィッティングパラメータの演算精度は、６０℃の場合が最も高い。したがって、６０℃の場合の減少量ｈの精度は、２５℃または４０℃の場合の減少量ｈの精度よりも高い。減少量ｈが高精度に求まるため、残りのフィッティングパラメータについても高精度に求めることができる。 It is also conceivable to obtain the reduction amount h as a fixed value based on the measured value of the resistance change rate Rr at 25 ° C. or 40 ° C. However, in the present embodiment, it is preferable to set the reduction amount h at 60 ° C. to a fixed value. The reason will be described. Referring again to FIGS. 2A to 2C, the change in the measured value of the resistance change rate Rr is most noticeable at 60 ° C. Therefore, the accuracy of curve fitting, that is, the calculation accuracy of fitting parameters is highest at 60 ° C. Therefore, the accuracy of the reduction amount h at 60 ° C. is higher than the accuracy of the reduction amount h at 25 ° C. or 40 ° C. Since the reduction amount h can be obtained with high accuracy, the remaining fitting parameters can also be obtained with high accuracy.
なお、本実施の形態では耐久温度が最も高い場合の減少量ｈを固定値としたが、減少量ｈを固定値とすべき耐久温度は、二次電池の材料に応じて適宜選択される。二次電池の材料によっては、耐久温度が相対的に低い場合の減少量ｈを固定値としてもよい。 In the present embodiment, the reduction amount h when the durability temperature is the highest is a fixed value, but the durability temperature at which the reduction amount h should be a fixed value is appropriately selected according to the material of the secondary battery. Depending on the material of the secondary battery, the reduction amount h when the endurance temperature is relatively low may be a fixed value.
以下、減少量ｈを固定値とする本実施の形態と、減少量ｈを変動値とする比較例とを比較しながら、カーブフィッティングの結果について説明する。 Hereinafter, the results of curve fitting will be described while comparing the present embodiment in which the reduction amount h is a fixed value and the comparative example in which the reduction amount h is a fluctuation value.
図４は、本実施の形態におけるカーブフィッティングの結果を示す図である。図５は、図４に示す１０年後の抵抗変化率Ｒｒの温度依存性を表す図である。図５を参照して、横軸は耐久温度を示し、縦軸は１０年後の抵抗変化率Ｒｒを示す。 FIG. 4 is a diagram showing a result of curve fitting in the present embodiment. FIG. 5 is a diagram showing the temperature dependence of the resistance change rate Rr after 10 years shown in FIG. Referring to FIG. 5, the horizontal axis indicates the endurance temperature, and the vertical axis indicates the resistance change rate Rr after 10 years.
図４を参照して、割合ｘは０．５（定数）である。まず、耐久温度６０℃について、割合ｘ＝０．５を式（１）に代入して、図２（Ｃ）に示す抵抗変化率Ｒｒの測定値に対してカーブフィッティングを実行する。これにより、増加速度ａ０、減少速度ｋ、および減少量ｈを演算する。このようにして求めた減少量ｈ＝０．４１９を固定値とする。 Referring to FIG. 4, the ratio x is 0.5 (constant). First, for an endurance temperature of 60 ° C., the ratio x = 0.5 is substituted into Equation (1), and curve fitting is performed on the measured value of the resistance change rate Rr shown in FIG. Thereby, the increase speed a0, the decrease speed k, and the decrease amount h are calculated. The reduction amount h = 0.419 obtained in this way is set as a fixed value.
次に、耐久温度２５℃について、割合ｘ＝０．５および減少量ｈ＝０．４１９を式（１）に代入して、図２（Ａ）に示す抵抗変化率Ｒｒの測定値に対してカーブフィッティングを実行する。同じく、耐久温度４０℃について、割合ｘ＝０．５および減少量ｈ＝０．４１９を式（１）に代入して、図２（Ｂ）に示す抵抗変化率Ｒｒの測定値に対してカーブフィッティングを実行する。これにより、耐久温度２５℃および４０℃の各々について、増加速度ａ０および減少速度ｋを取得することができる。 Next, for an endurance temperature of 25 ° C., the ratio x = 0.5 and the reduction amount h = 0.419 are substituted into the equation (1), and the measured value of the resistance change rate Rr shown in FIG. Perform curve fitting. Similarly, for an endurance temperature of 40 ° C., the ratio x = 0.5 and the reduction amount h = 0.419 are substituted into the equation (1), and a curve is obtained with respect to the measured value of the resistance change rate Rr shown in FIG. Perform the fitting. Thereby, the increase speed a0 and the decrease speed k can be acquired for each of the endurance temperatures of 25 ° C. and 40 ° C.
さらに、各耐久温度について、割合ｘ、増加速度ａ０、減少速度ｋ、および減少量ｈの値を式（１）に代入する。その結果、式（１）の右辺では変数が経過時間ｔのみになる。そこで、経過時間ｔに１０年に相当する値を代入することにより、１０年後の抵抗変化率Ｒｒを求めることができる。ただし、１０年は経過時間ｔの一例であって、経過時間ｔには任意の値が代入される。 Further, the values of the ratio x, the increase speed a0, the decrease speed k, and the decrease amount h are substituted into the equation (1) for each durable temperature. As a result, the variable is only the elapsed time t on the right side of Equation (1). Therefore, the resistance change rate Rr after 10 years can be obtained by substituting a value corresponding to 10 years into the elapsed time t. However, 10 years is an example of the elapsed time t, and an arbitrary value is substituted for the elapsed time t.
図６は、比較例におけるカーブフィッティングの結果を示す図である。図６は図４と対比される。図６では、減少量ｈが耐久温度およびサンプル毎に異なることが分かる。図７は、図６に示す１０年後の抵抗変化率の温度依存性を表す図である。図７は図５と対比される。 FIG. 6 is a diagram illustrating a result of curve fitting in the comparative example. FIG. 6 is contrasted with FIG. In FIG. 6, it can be seen that the amount of decrease h varies depending on the endurance temperature and each sample. FIG. 7 is a diagram showing the temperature dependence of the rate of change in resistance after 10 years shown in FIG. FIG. 7 is contrasted with FIG.
本実施の形態（図５参照）によれば比較例（図７参照）と比べて、耐久温度が同一の２つのサンプル（ｎ＝１，２）について、抵抗変化率Ｒｒの推定値のばらつきが小さいことが分かる。また、本実施の形態（図４）によれば比較例（図６）と比べて、抵抗変化率Ｒｒの推定精度が高い。なお、計算上は「Σ（測定値−推定値）２」（経過時間ごとに測定値と推定値との誤差の２乗を求め、その値をすべての経過時間について加算したもの）が小さい方が推定精度が高いように見えるが、増加速度ａ０または減少速度ｋの信頼性が低ければ推定精度が高いとは言えず、推定精度が高いか否かは「Σ（測定値−推定値）２」のみでは判別できない。 According to the present embodiment (see FIG. 5), as compared with the comparative example (see FIG. 7), there is a variation in the estimated value of the resistance change rate Rr for two samples (n = 1, 2) having the same endurance temperature. I understand that it is small. Further, according to the present embodiment (FIG. 4), the accuracy of estimation of the resistance change rate Rr is higher than that of the comparative example (FIG. 6). In calculation, the smaller “Σ (measured value−estimated value) 2 ” (the square of the error between the measured value and the estimated value for each elapsed time, and adding the values for all elapsed times) However, if the reliability of the increasing speed a0 or the decreasing speed k is low, it cannot be said that the estimation accuracy is high, and whether the estimation accuracy is high is “Σ (measured value−estimated value) 2. "Alone cannot be determined.
図８は、図４および図６に示す増加速度ａ０の温度依存性を表す図である。図８を参照して、横軸は１０００／Ｔ（ただし、Ｔは耐久温度（℃）を絶対温度（Ｋ）で表したもの）を示す。縦軸は、増加速度ａ０の自然対数ｌｎ（ａ０）を示す。 FIG. 8 is a diagram showing the temperature dependence of the increasing speed a0 shown in FIGS. Referring to FIG. 8, the horizontal axis represents 1000 / T (where T is the durable temperature (° C.) expressed in absolute temperature (K)). The vertical axis represents the natural logarithm ln (a0) of the increasing speed a0.
比較例の回帰直線（破線で示す）では、ｌｎ（ａ０）は、耐久温度に依らず一定である。これに対し、本実施の形態の回帰直線（実線で示す）によれば、ｌｎ（ａ０）は、耐久温度が高い方が大きい。つまり、増加速度ａ０は、耐久温度が高い方が大きい。現実には、二次電池は耐久温度が高い方が早く劣化する。このため、二次電池の抵抗値は、耐久温度が高い方が早く増加する。したがって、本実施の形態における増加速度ａ０の温度依存性は、現実の二次電池の性質に合致していることが分かる。 In the regression line of the comparative example (indicated by a broken line), ln (a0) is constant regardless of the endurance temperature. On the other hand, according to the regression line (shown by a solid line) of the present embodiment, ln (a0) has a higher endurance temperature. That is, the increase rate a0 is larger when the durability temperature is higher. In reality, the secondary battery deteriorates faster as the endurance temperature is higher. For this reason, the resistance value of the secondary battery increases faster as the endurance temperature is higher. Therefore, it can be seen that the temperature dependence of the increase rate a0 in the present embodiment matches the actual properties of the secondary battery.
また、本実施の形態によれば比較例と比べて、耐久温度が同一の２つのサンプルについて、ｌｎ（ａ０）のばらつきが小さい、すなわち増加速度ａ０のばらつきが小さい。このように本実施例によれば、増加速度ａ０の温度依存性の信頼性が高い。したがって、増加速度ａ０の推定精度が向上していると言える。 Further, according to the present embodiment, as compared with the comparative example, the ln (a0) variation is small, that is, the increase rate a0 variation is small, for two samples having the same endurance temperature. Thus, according to the present embodiment, the temperature dependency of the increasing speed a0 is highly reliable. Therefore, it can be said that the estimation accuracy of the increase speed a0 is improved.
図９は、図４および図６に示す減少速度ｋの温度依存性を表す図である。図９を参照して、横軸は１０００／Ｔを示す。縦軸は、減少速度ｋの自然対数ｌｎ（ｋ）を示す。 FIG. 9 is a diagram showing the temperature dependence of the decreasing rate k shown in FIGS. 4 and 6. Referring to FIG. 9, the horizontal axis indicates 1000 / T. The vertical axis represents the natural logarithm ln (k) of the decreasing rate k.
本実施の形態によれば比較例と比べて、同一耐久温度における２つのサンプルについて、ｌｎ（ｋ）のばらつきが小さい、すなわち減少速度ｋのばらつきが小さい。このように本実施例によれば、減少速度ｋの温度依存性の信頼性が高い。したがって、減少速度ｋの推定精度が向上していると言える。 According to the present embodiment, as compared with the comparative example, the variation in ln (k) is small, that is, the variation in the decrease rate k is small for two samples at the same endurance temperature. As described above, according to this embodiment, the temperature dependency of the decrease rate k is highly reliable. Therefore, it can be said that the estimation accuracy of the decrease rate k is improved.
図１０は、抵抗変化率Ｒｒと充放電サイクル数との間の関係を示す図である。図１０を参照して、横軸は充放電サイクル数を示し、縦軸は抵抗変化率Ｒｒを示す。 FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between the resistance change rate Rr and the number of charge / discharge cycles. Referring to FIG. 10, the horizontal axis represents the number of charge / discharge cycles, and the vertical axis represents the resistance change rate Rr.
二次電池の劣化には、上述の摩耗劣化だけでなく、ハイレート劣化が含まれる場合がある。ハイレート劣化とは、二次電池内部の塩濃度の偏りによって発生する抵抗値の増加を意味する。ハイレート劣化速度は、経過時間ｔにおける抵抗変化率Ｒｒの変化量に比例する。つまり、ハイレート劣化速度は、係数αを用いて、α×ｄＲｒ／ｄｔと表される。ハイレート劣化速度が大きい場合、中程度の場合、小さい場合の抵抗変化率の変化を図１０に示す。抵抗変化率Ｒｒの増加量が大きいほど、ハイレート劣化速度は大きいことが分かる。 The deterioration of the secondary battery may include not only the above-described wear deterioration but also high-rate deterioration. High-rate degradation means an increase in resistance value caused by a deviation in salt concentration inside the secondary battery. The high rate deterioration rate is proportional to the amount of change in the resistance change rate Rr at the elapsed time t. That is, the high rate deterioration rate is expressed as α × dRr / dt using the coefficient α. FIG. 10 shows the change in resistance change rate when the high rate deterioration rate is large, medium, and small. It can be seen that the higher the rate of change in resistance Rr, the higher the high rate deterioration rate.
ハイレート劣化速度が大きい場合、二次電池の劣化が進行しやすい。このため、コントローラ４４は、二次電池のさらなる劣化が抑制するための制御を実行する。コントローラ４４は、たとえば二次電池の温度が高い場合には、冷却ファン（図示せず）を駆動する。これにより、二次電池の温度が下がるため、二次電池の寿命を延ばすことができる。
When the high rate deterioration rate is large, the secondary battery is likely to deteriorate. For this reason, the
コントローラ４４は、二次電池の劣化を抑制する制御を実行する必要があるか否かを判断するために、抵抗変化率Ｒｒを所定の期間が経過する毎に演算する。抵抗変化率Ｒｒの演算時の状況に応じて、二次電池のＳＯＣおよび温度は異なり得る。二次電池のＳＯＣおよび温度が異なると、各フィッティングパラメータの値も異なる。したがって、コントローラ４４のメモリ４４ａには、二次電池のＳＯＣおよび温度ごとに、ＳＯＣと、温度と、フィッティングパラメータの値との間の関係を示すマップ（たとえば図４に示すようなマップ）が予め記憶されている。
The
図１１は、ハイレート劣化速度に応じた処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定の期間が経過する度、あるいは所定の条件成立時に実行される。図１１を参照して、ステップＳ１０において、コントローラ４４は、電圧センサ２１からの出力に基づいて、組電池１０（または二次電池）のＳＯＣを演算する。また、コントローラ４４は、温度センサ２３からの出力に基づいて、組電池１０の温度を取得する。その後、処理はステップＳ２０に進む。
FIG. 11 is a flowchart for explaining processing according to the high rate deterioration rate. The processing shown in this flowchart is executed whenever a predetermined period elapses or when a predetermined condition is satisfied. Referring to FIG. 11, in step S <b> 10,
ステップＳ２０において、コントローラ４４は、組電池１０のＳＯＣおよび温度に対応するマップから、増加速度ａ０および減少速度ｋを抽出する。なお、割合ｘおよび減少量ｈは固定値である。コントローラ４４は、各フィッティングパラメータを式（１）に代入する。その後、処理はステップＳ３０に進む。
In step S20, the
ステップＳ３０において、コントローラ４４は、経過時間ｔを式（１）に代入して、組電池１０の抵抗変化率Ｒｒを演算する。その後、処理はステップＳ４０に進む。ステップＳ４０において、コントローラ４４は、ハイレート劣化速度を演算する。その後、処理はステップＳ５０に進む。
In step S <b> 30, the
ステップＳ５０において、コントローラ４４は、ハイレート劣化速度が所定のしきい値Ｒｔｈ以上であるか否かを判定する。抵抗変化率Ｒｒがしきい値Ｒｔｈ未満である場合（ステップＳ５０においてＮＯ）、現状のままでも組電池１０の劣化を許容できる。したがって、処理は一旦メインルーチンに戻り、図１１に示す一連の処理が繰り返される。
In step S50, the
一方、抵抗変化率Ｒｒがしきい値Ｒｔｈ以上である場合（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、組電池１０の劣化の進行が速い。したがって、処理はステップＳ６０に進む。ステップＳ６０において、コントローラ４４は、組電池１０の劣化を抑制するための制御を実行する。
On the other hand, when resistance change rate Rr is equal to or greater than threshold value Rth (YES in step S50), deterioration of assembled
本実施の形態によれば、抵抗変化率の推定精度が向上するため、ハイレート劣化速度の演算精度が向上する。したがって、ハイレート劣化速度がしきい値以上であるか否かの判断（ステップＳ５０の処理）を正確に行なうことができる。これにより、組電池の劣化を抑制するための制御（ステップＳ６０の処理）が過剰あるいは過小になることなく、適正に実施することができる。 According to the present embodiment, the estimation accuracy of the resistance change rate is improved, so that the calculation accuracy of the high rate deterioration rate is improved. Therefore, it is possible to accurately determine whether or not the high rate deterioration rate is equal to or higher than the threshold (step S50). Thereby, the control for suppressing the deterioration of the assembled battery (the process of step S60) can be appropriately performed without being excessive or excessive.
最後に、再び図１を参照して、本実施の形態について総括する。二次電池システム１００は、二次電池の抵抗変化率を下記式（１）に従って推定する。式（１）において、Ｒｒは抵抗変化率、ｔは二次電池の初期状態からの経過時間、ａ０は二次電池の抵抗値の増加速度、ｋは抵抗値の減少速度、ｈは抵抗値の減少量、ｘは抵抗値を増加させる成分の割合である定数をそれぞれ示す。二次電池システム１００は、二次電池のＳＯＣが３６％（第１の充電状態）または６０℃（第１の温度）である場合に、抵抗変化率Ｒｒの測定値と経過時間ｔとを式（１）に代入し、増加速度ａ０と、減少速度ｋと、減少量ｈとの組合せをカーブフィッティングにより求めるコントローラ４４を備える。コントローラ４４は、二次電池のＳＯＣが３６％以外または２５℃または４０℃（第２の温度）である場合に、減少量ｈを固定値として用いて、カーブフィッティングを実行する。
Finally, referring to FIG. 1 again, the present embodiment will be summarized. The
なお、本実施例では、車両に搭載された二次電池システムについて説明したが、「推定装置」はこれに限定されるものではない。「推定装置」は、車両とは別に設けられた装置であってもよく、たとえば専用の装置であってもよい。 In addition, although the present Example demonstrated the secondary battery system mounted in the vehicle, "estimation apparatus" is not limited to this. The “estimation device” may be a device provided separately from the vehicle, for example, a dedicated device.
今回開示された実施の形態は全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、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１００ 二次電池システム、１０ 組電池、２１ 電圧センサ、２２ 電流センサ、２３ 温度センサ、３１，３２ システムメインリレー、４１ 昇圧回路、４２ インバータ、４３ モータジェネレータ、４４ コントローラ、４４ａ メモリ。 100 secondary battery system, 10 assembled battery, 21 voltage sensor, 22 current sensor, 23 temperature sensor, 31, 32 system main relay, 41 booster circuit, 42 inverter, 43 motor generator, 44 controller, 44a memory.
Claims (1)
前記式（１）において、Ｒｒは前記抵抗変化率、ｔは前記二次電池の初期状態からの経過時間、ａ０は前記二次電池の抵抗の増加速度、ｋは前記抵抗の減少速度、ｈは前記抵抗の減少量、ｘは前記抵抗を増加させる成分の割合である定数をそれぞれ示し、
前記二次電池が第１の充電状態または第１の温度である場合に、前記抵抗変化率の測定値と前記経過時間とを前記式（１）に代入し、ａ０と、ｋと、ｈとの組合せを曲線回帰演算により求める演算部を備え、
前記演算部は、前記二次電池が第２の充電状態または第２の温度である場合に、ｈを固定値として用いて、前記曲線回帰演算を実行する、推定装置。
In the equation (1), Rr is the rate of change in resistance, t is the elapsed time from the initial state of the secondary battery, a0 is the increasing speed of the resistance of the secondary battery, k is the decreasing speed of the resistance, h is The amount of decrease in the resistance, x is a constant that is the ratio of the component that increases the resistance,
When the secondary battery is in the first charging state or the first temperature, the measured value of the resistance change rate and the elapsed time are substituted into the equation (1), and a0, k, h, With a calculation unit that obtains a combination of
The said calculating part is an estimation apparatus which performs the said curve regression calculation, using h as a fixed value, when the said secondary battery is a 2nd charge state or 2nd temperature.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013241162A JP2015102344A (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Estimation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013241162A JP2015102344A (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Estimation device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015102344A true JP2015102344A (en) | 2015-06-04 |
Family
ID=53378171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013241162A Pending JP2015102344A (en) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | Estimation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2015102344A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110426644A (en) * | 2019-07-29 | 2019-11-08 | 南京微盟电子有限公司 | A method of simulation lithium battery tests lithium battery charging chip |
| US10923774B2 (en) | 2017-03-07 | 2021-02-16 | Denso Corporation | Battery state estimating device and power supply device |
-
2013
- 2013-11-21 JP JP2013241162A patent/JP2015102344A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10923774B2 (en) | 2017-03-07 | 2021-02-16 | Denso Corporation | Battery state estimating device and power supply device |
| CN110426644A (en) * | 2019-07-29 | 2019-11-08 | 南京微盟电子有限公司 | A method of simulation lithium battery tests lithium battery charging chip |
| CN110426644B (en) * | 2019-07-29 | 2021-04-27 | 南京微盟电子有限公司 | Method for testing lithium battery charging chip by simulating lithium battery |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11226376B2 (en) | Storage battery control device | |
| JP5687584B2 (en) | Lithium-ion battery condition measurement device | |
| JP6414336B2 (en) | Deterioration degree estimation device and deterioration degree estimation method | |
| JP5009223B2 (en) | Secondary battery remaining capacity estimation method and apparatus | |
| JP4925060B2 (en) | Battery state estimation device | |
| JP2018096953A (en) | Battery state estimation device | |
| JP5821669B2 (en) | Estimation apparatus, estimation method, and control method | |
| JP7157766B2 (en) | Rechargeable battery temperature estimation device and rechargeable battery temperature estimation method | |
| JP2017103077A (en) | Power storage system and control method thereof, and device and method for diagnosing sign of thermorunaway of lithium ion secondary battery | |
| JP2016125932A (en) | Deterioration state estimation device for secondary battery | |
| JP2012198175A (en) | Battery state monitor device | |
| JP5470961B2 (en) | Secondary battery control device | |
| JP6534846B2 (en) | Secondary battery charge control device and secondary battery charge control method | |
| JP5379820B2 (en) | Secondary battery temperature estimation device and secondary battery temperature estimation method | |
| JP2015102344A (en) | Estimation device | |
| US8994324B2 (en) | Charge capacity parameter estimation system of electric storage device | |
| JP5655744B2 (en) | Secondary battery degradation estimation apparatus and degradation estimation method | |
| JP5271831B2 (en) | Alternator control device and control method | |
| JP7233270B2 (en) | Rechargeable battery temperature estimation device and rechargeable battery temperature estimation method | |
| JP6350366B2 (en) | Charge / discharge control device | |
| JP6707972B2 (en) | Secondary battery salt concentration distribution estimation method | |
| JP6225664B2 (en) | Battery control system |