JP6733515B2 - Battery expansion estimation device - Google Patents
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Description
本発明は、電池の膨張量を推定する電池膨張量推定装置に関する。 The present invention relates to a battery expansion amount estimation device that estimates the expansion amount of a battery.
電池を長期間使用すると電池内の電極の膨張により電池が膨らみ電池を拘束している部材を破壊してしまうおそれがある。そのため、電池の膨張量を精度よく推定することが望まれている。例えば、電池の膨張量を推定する電池膨張量推定装置として、電池の容量維持率を求め、その求めた容量維持率に基づいて電池の膨張量を推定するものがある。 When the battery is used for a long period of time, the electrode in the battery expands, which may cause the battery to swell and destroy the member holding the battery. Therefore, it is desired to accurately estimate the expansion amount of the battery. For example, as a battery expansion amount estimation device that estimates the expansion amount of a battery, there is a device that calculates the capacity maintenance rate of the battery and estimates the expansion amount of the battery based on the calculated capacity maintenance rate.
関連する技術として、例えば、特許文献１がある。 As a related technique, there is Patent Document 1, for example.
しかしながら、上述のように、電池の容量維持率に基づいて電池の膨張量を推定する場合、容量維持率に電池の膨張量が伴わない場合があり、電池の膨張量を精度よく推定することができないおそれがある。 However, as described above, when estimating the expansion amount of the battery based on the capacity maintenance rate of the battery, the capacity maintenance rate may not be accompanied by the expansion amount of the battery, and thus the expansion amount of the battery can be accurately estimated. It may not be possible.
本発明の一側面に係る目的は、電池の膨張量を精度よく推定することが可能な電池膨張量推定装置を提供することである。 An object of one aspect of the present invention is to provide a battery expansion amount estimation device that can accurately estimate the expansion amount of a battery.
本発明に係る一つの形態である電池膨張量推定装置は、記憶部と、制御部とを備える。
記憶部は、放電開始時の電池の状態を示す第１の設定値と、放電開始から放電終了までの電池の状態の変化を示す第２の設定値と、電池の膨張量とが対応付けられている情報、または、充電開始時の電池の状態を示す第３の設定値と、充電開始から充電終了までの電池の状態の変化を示す第４の設定値と、電池の膨張量とが対応付けられている情報を記憶する。
A battery expansion amount estimation device which is one mode of the present invention includes a storage unit and a control unit.
The storage unit associates the first set value indicating the state of the battery at the start of discharging, the second set value indicating the change in the state of the battery from the start of discharging to the end of discharging, and the expansion amount of the battery. Information, or a third set value indicating the state of the battery at the start of charging, a fourth set value indicating a change in the state of the battery from the start of charging to the end of charging, and the amount of expansion of the battery correspond to each other. Memorize the attached information.
制御部は、記憶部に記憶されている情報により、第１の設定値及び第２の設定値に対応する膨張量、または、第３の設定値及び第４の設定値に対応する膨張量を求める。 The control unit determines the expansion amount corresponding to the first setting value and the second setting value or the expansion amount corresponding to the third setting value and the fourth setting value based on the information stored in the storage unit. Ask.
本発明によれば、電池の膨張量を精度よく推定することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately estimate the expansion amount of a battery.
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の電池膨張量推定装置を含む電池パックの一例を示す図である。
図１に示す電池パック１は、例えば、電動フォークリフトや電気自動車などの車両に搭載されるものであって、電池Ｂと、スイッチＳＷと、電流検出部２と、電圧検出部３と、温度検出部４と、記憶部５と、制御部６とを備える。なお、電池膨張量推定装置は、少なくとも記憶部５と、制御部６とを備えて構成される。
Embodiments will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a battery pack including the battery expansion amount estimation device of the embodiment.
The battery pack 1 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle such as an electric forklift truck or an electric vehicle, and includes a battery B, a switch SW, a current detection unit 2, a voltage detection unit 3, and a temperature detection unit. The unit 4, the storage unit 5, and the control unit 6 are provided. The battery expansion amount estimation device is configured to include at least the storage unit 5 and the control unit 6.
電池Ｂは、例えば、１つ以上のニッケル水素電池、１つ以上のリチウムイオン電池、または、１つ以上の電気二重層コンデンサにより構成される。
スイッチＳＷは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチや電磁式リレーにより構成される。また、閉状態のスイッチＳＷを介して電池Ｂに充電器または負荷（例えば、電動フォークリフトや電気自動車などの車両に搭載される走行用モータなど）が接続されているとき、充電器または負荷から電池Ｂへ電力が供給されると、電池Ｂが充電される。また、電池Ｂから負荷へ電力が供給されると、電池Ｂが放電される。
The battery B is composed of, for example, one or more nickel hydrogen batteries, one or more lithium ion batteries, or one or more electric double layer capacitors.
The switch SW is composed of, for example, a semiconductor switch such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an electromagnetic relay. In addition, when a charger or a load (for example, a traveling motor mounted on a vehicle such as an electric forklift truck or an electric vehicle) is connected to the battery B via the switch SW in the closed state, the battery is removed from the charger or the load. When the power is supplied to B, the battery B is charged. Further, when power is supplied from the battery B to the load, the battery B is discharged.
電流検出部２は、例えば、ホール素子またはシャント抵抗により構成され、電池Ｂに流れる電流を検出する。
電圧検出部３は、例えば、電圧検出ＩＣ（Integrated Circuit）により構成され、電池Ｂの電圧を検出する。
The current detection unit 2 is composed of, for example, a Hall element or a shunt resistor, and detects the current flowing in the battery B.
The voltage detection unit 3 includes, for example, a voltage detection IC (Integrated Circuit), and detects the voltage of the battery B.
温度検出部４は、例えば、サーミスタにより構成され、電池Ｂの温度を検出する。
記憶部５は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）により構成される。
The temperature detector 4 is composed of, for example, a thermistor, and detects the temperature of the battery B.
The storage unit 5 is composed of, for example, a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory).
また、記憶部５は、放電開始時の電池Ｂの状態を示す第１の設定値と、放電開始から放電終了までの電池Ｂの状態の変化を示す第２の設定値と、電池Ｂの膨張量とが対応付けられている情報を記憶する。例えば、第１の設定値としては、放電開始時の電池Ｂの充電率（放電開始ＳＯＣ（State Of Charge））、または、放電開始時の電池Ｂの開回路電圧（放電開始ＯＣＶ（Open Circuit Voltage））が考えられる。なお、放電開始時は、放電開始前の充電終了時を含んでもよい。例えば、第２の設定値としては、放電開始から放電終了までの電池Ｂの充電率の変化量（放電ΔＳＯＣ）、放電開始から放電終了までの電池Ｂの開回路電圧の変化量（放電ΔＯＣＶ）、または、放電開始から放電終了までに電池Ｂに流れる電流の積算値（放電ΔＩ）が考えられる。なお、放電開始は、放電開始前の充電終了を含んでもよい。また、放電終了は、放電終了後の次の充電開始を含んでもよい。すなわち、放電開始ＳＯＣと放電ΔＳＯＣと膨張量とが対応付けられている情報、放電開始ＯＣＶと放電ΔＯＣＶと膨張量とが対応付けられている情報、放電開始ＳＯＣと放電ΔＯＣＶと膨張量とが対応付けられている情報、放電開始ＳＯＣと放電ΔＩと膨張量とが対応付けられている情報など、第１の設定値と第２の設定値の組み合わせとして様々な組み合わせが考えられる。 The storage unit 5 also stores a first set value indicating the state of the battery B at the start of discharging, a second set value indicating a change in the state of the battery B from the start of discharging to the end of discharging, and the expansion of the battery B. Information that is associated with the quantity is stored. For example, as the first set value, the charge rate of the battery B at the start of discharge (discharge start SOC (State Of Charge)) or the open circuit voltage of the battery B at the start of discharge (discharge start OCV (Open Circuit Voltage) )) is considered. The start of discharge may include the end of charge before the start of discharge. For example, as the second set value, the amount of change in the charging rate of the battery B from the start of discharge to the end of discharge (discharge ΔSOC), the amount of change in the open circuit voltage of the battery B from the start of discharge to end of discharge (discharge ΔOCV) Alternatively, the integrated value (discharge ΔI) of the current flowing in the battery B from the start of discharge to the end of discharge can be considered. The start of discharge may include the end of charge before the start of discharge. The end of discharge may include the start of the next charge after the end of discharge. That is, information in which discharge start SOC, discharge ΔSOC, and expansion amount are associated with each other, discharge start OCV, discharge ΔOCV, and expansion amount are associated with each other, discharge start SOC, discharge ΔOCV, and expansion amount are associated with each other. Various combinations are conceivable as the combination of the first set value and the second set value, such as the attached information and the information in which the discharge start SOC, the discharge ΔI, and the expansion amount are associated with each other.
また、記憶部５は、充電開始時の電池Ｂの状態を示す第３の設定値と、充電開始から充電終了までの電池Ｂの状態の変化を示す第４の設定値と、電池Ｂの膨張量とが対応付けられている情報を記憶する。例えば、第３の設定値としては、充電開始時の電池Ｂの充電率（充電開始ＳＯＣ）、または、充電開始時の電池Ｂの開回路電圧（充電開始ＯＣＶ）が考えられる。なお、充電開始時は、充電開始前の放電終了時を含んでもよい。例えば、第４の設定値としては、充電開始から充電終了までの電池Ｂの充電率の変化量（充電ΔＳＯＣ）、充電開始から充電終了までの電池Ｂの開回路電圧の変化量（充電ΔＯＣＶ）、または、充電開始から充電終了までに電池Ｂに流れる電流の積算値（充電ΔＩ）が考えられる。なお、充電開始は、充電開始前の放電終了を含んでもよい。また、充電終了は、充電終了後の次の放電開始前を含んでもよい。すなわち、充電開始ＳＯＣと充電ΔＳＯＣと膨張量とが対応付けられている情報、充電開始ＯＣＶと充電ΔＯＣＶと膨張量とが対応付けられている情報、充電開始ＳＯＣと充電ΔＯＣＶと膨張量とが対応付けられている情報、充電開始ＳＯＣと充電ΔＩと膨張量とが対応付けられている情報など、第３の設定値と第４の設定値と膨張量の組み合わせとして様々な組み合わせが考えられる。 The storage unit 5 also stores a third set value indicating the state of the battery B at the start of charging, a fourth set value indicating a change in the state of the battery B from the start of charging to the end of charging, and the expansion of the battery B. Information that is associated with the quantity is stored. For example, the third set value may be the charging rate of the battery B at the start of charging (charging start SOC) or the open circuit voltage of the battery B at the start of charging (charging start OCV). The start of charging may include the end of discharging before the start of charging. For example, as the fourth set value, the amount of change in the charging rate of the battery B from the start of charging to the end of charging (charging ΔSOC), the amount of change in the open circuit voltage of the battery B from the start of charging to the end of charging (charging ΔOCV). Alternatively, the integrated value (charging ΔI) of the current flowing in the battery B from the start of charging to the end of charging can be considered. The start of charging may include the end of discharging before the start of charging. The end of charging may include before the start of the next discharge after the end of charging. That is, the information in which the charge start SOC, the charge ΔSOC, and the expansion amount are associated, the information in which the charge start OCV, the charge ΔOCV, and the expansion amount are associated, and the charge start SOC, the charge ΔOCV, and the expansion amount are associated. Various combinations are conceivable as a combination of the third set value, the fourth set value, and the expansion amount, such as information attached thereto, information in which the charge start SOC, the charge ΔI, and the expansion amount are associated with each other.
制御部６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルディバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成される。 The control unit 6 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a multi-core CPU, or a programmable device (FPGA (Field Programmable Gate Array), PLD (Programmable Logic Device), or the like).
また、制御部６は、電池Ｂの充電制御を行う。例えば、制御部６は、電池パック１が充電器に接続されたと判断し、目標の充電率が入力されると、スイッチＳＷを閉状態にし、電池Ｂの充電率が目標の充電率になるように、指令電流値を充電器に送る。そして、充電器が指令電流値に応じた電流を電池パック１に流すことで電池Ｂが充電される。 The control unit 6 also controls the charging of the battery B. For example, the control unit 6 determines that the battery pack 1 is connected to the charger, and when the target charging rate is input, closes the switch SW so that the charging rate of the battery B becomes the target charging rate. Then, the command current value is sent to the charger. Then, the battery B is charged by the charger flowing a current according to the command current value into the battery pack 1.
また、制御部６は、記憶部５に記憶されている情報により、第１の設定値及び第２の設定値に対応する膨張量、または、第３の設定値及び第４の設定値に対応する膨張量を求める。
＜第１実施形態＞
図２は、放電時の膨張量を求める場合の制御部６の動作の一例を示すフローチャートである。
In addition, the control unit 6 corresponds to the expansion amount corresponding to the first set value and the second set value, or the third set value and the fourth set value, based on the information stored in the storage unit 5. Find the amount of expansion.
<First Embodiment>
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation of the control unit 6 when obtaining the expansion amount during discharge.
まず、制御部６は、電池Ｂの充電が終了したと判断すると（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、電池Ｂの容量維持率を取得する（Ｓ２２）。例えば、制御部６は、現在の満充電容量＝（充電開始から充電終了までに充電器から電池Ｂへ流れた電流の積算値／充電終了時の充電率と充電開始時の充電率との差分）×１００を計算することにより、現在の満充電容量を求め、容量維持率＝（現在の満充電容量／初期の満充電容量）×１００を計算することにより、容量維持率を取得する。 First, when the control unit 6 determines that the charging of the battery B is completed (S21: Yes), it acquires the capacity maintenance rate of the battery B (S22). For example, the control unit 6 controls the current full charge capacity=(the integrated value of the current flowing from the charger to the battery B from the start of charging to the end of charging/the difference between the charging rate at the end of charging and the charging rate at the start of charging). )×100 to obtain the current full charge capacity, and the capacity maintenance rate=(current full charge capacity/initial full charge capacity)×100 to obtain the capacity maintenance rate.
次に、制御部６は、放電開始ＳＯＣを取得する（Ｓ２３）。例えば、制御部６は、スイッチＳＷを開状態にした後、開回路電圧と充電率とが対応付けられている情報を参照して、電圧検出部３により検出される電圧（開回路電圧）に対応する充電率を放電開始ＳＯＣとして取得し、その後、スイッチＳＷを閉状態にする。なお、放電開始ＳＯＣは、スイッチＳＷを開状態にした後の電圧（開回路電圧）に限らず、電池Ｂに電流が流れていないときの電圧に対応する充電率でもよい。 Next, the control unit 6 acquires the discharge start SOC (S23). For example, the control unit 6 sets the voltage (open circuit voltage) detected by the voltage detection unit 3 by referring to the information in which the open circuit voltage and the charging rate are associated after opening the switch SW. The corresponding charging rate is acquired as the discharge start SOC, and then the switch SW is closed. The discharge start SOC is not limited to the voltage after the switch SW is opened (open circuit voltage), and may be the charging rate corresponding to the voltage when no current is flowing in the battery B.
次に、制御部６は、放電中、所定時間経過毎に、電池Ｂの充電率及び温度を繰り返し取得する（Ｓ２４、Ｓ２５：Ｎｏ）。例えば、制御部６は、放電中、所定時間経過毎に、充電率＝放電開始ＳＯＣ−（放電開始から現在までに電池Ｂから負荷へ流れる電流の積算値／電池Ｂの満充電容量）×１００を計算することにより充電率を取得するとともに、温度検出部４により検出される温度を取得し、それら充電率と温度を記憶部５に記憶する。なお、取得する充電率及び温度は、放電中に限らず、放電が終了し次の充電が開始されると判断するまでに取得した充電率及び温度を含んでもよい。また、放電が終了してから次の充電が開始されるまでに取得する充電率は、スイッチＳＷを開状態にした後の電圧（開回路電圧）に対応する充電率でもよいし、電池Ｂに電流が流れていないときの電圧に対応する充電率でもよい。 Next, the control unit 6 repeatedly obtains the charging rate and the temperature of the battery B every predetermined time during discharging (S24, S25: No). For example, the control unit 6 discharges at every predetermined time, discharge rate=discharge start SOC−(integrated value of current flowing from the battery B to the load from the start of discharge to the present/full charge capacity of the battery B)×100. The charging rate is obtained by calculating, the temperature detected by the temperature detecting section 4 is obtained, and the charging rate and the temperature are stored in the storage section 5. The acquired charging rate and temperature are not limited to during discharging, but may include the charging rate and temperature acquired until it is determined that discharging ends and next charging starts. Further, the charging rate acquired from the end of discharging to the start of the next charging may be the charging rate corresponding to the voltage (open circuit voltage) after the switch SW is opened, or the battery B The charging rate may correspond to the voltage when no current is flowing.
次に、制御部６は、充電が開始されると判断すると（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、放電ΔＳＯＣを取得する（Ｓ２６）。例えば、制御部６は、Ｓ２３で取得した放電開始ＳＯＣから、充電が開始されると判断する直前にＳ２４で取得した充電率を減算した値を放電ΔＳＯＣとする。なお、Ｓ２５では、放電が終了したと判断されたときを含んでもよい。その場合、制御部６は、Ｓ２６では放電開始ＳＯＣから、放電が終了したと判断した直前にＳ２４で取得した充電率を減算した値を放電ΔＳＯＣとしてもよい。 Next, when the control unit 6 determines that the charging is started (S25: Yes), the control unit 6 acquires the discharge ΔSOC (S26). For example, the control unit 6 sets, as the discharge ΔSOC, a value obtained by subtracting the charge rate acquired in S24 immediately before it is determined that charging is started from the discharge start SOC acquired in S23. Note that S25 may include a time when it is determined that the discharge is completed. In this case, the control unit 6 may set the discharge ΔSOC to a value obtained by subtracting the charge rate acquired in S24 immediately before it is determined that the discharge is completed from the discharge start SOC in S26.
次に、制御部６は、電池Ｂの放電開始から放電終了までの電池Ｂの温度Ｔによって決まる温度補正係数Ｋを取得する（Ｓ２７）。例えば、制御部６は、放電開始から放電終了までに温度検出部４により検出された複数の温度の平均値を求め、図３に示す電池Ｂの温度Ｔと温度補正係数Ｋとが対応付けられた情報を参照することにより、各温度の平均値と一致する温度Ｔに対応する温度補正係数Ｋを取得する。なお、図３に示す情報は予め記憶部５に記憶されているものとする。 Next, the control unit 6 acquires the temperature correction coefficient K determined by the temperature T of the battery B from the start of discharging the battery B to the end of discharging (S27). For example, the control unit 6 obtains an average value of a plurality of temperatures detected by the temperature detection unit 4 from the start of discharge to the end of discharge, and the temperature T of the battery B and the temperature correction coefficient K shown in FIG. 3 are associated with each other. By referring to the information obtained, the temperature correction coefficient K corresponding to the temperature T that matches the average value of each temperature is acquired. The information shown in FIG. 3 is assumed to be stored in the storage unit 5 in advance.
次に、制御部６は、放電開始ＳＯＣと放電ΔＳＯＣと膨張量とが対応付けられている情報を参照することにより、Ｓ２３で取得した放電開始ＳＯＣ及びＳ２６で取得した放電ΔＳＯＣに対応する膨張量を取得し、その取得した膨張量にＳ２７で取得した温度補正係数Ｋを乗算した値を、補正後の膨張量として求める（Ｓ２８）。 Next, the control unit 6 refers to the information in which the discharge start SOC, the discharge ΔSOC, and the expansion amount are associated with each other, and thereby the expansion amount corresponding to the discharge start SOC acquired in S23 and the discharge ΔSOC acquired in S26. Is obtained, and a value obtained by multiplying the obtained expansion amount by the temperature correction coefficient K obtained in S27 is obtained as the corrected expansion amount (S28).
そして、制御部６は、前回求めた補正後の膨張量に、今回求めた補正後の膨張量を加算した値を、電池Ｂの現在の膨張量として求め（Ｓ２９）、Ｓ２１に戻る。
なお、制御部６は、膨張量に温度補正係数Ｋを乗算せずに、電池Ｂの膨張量を求めるように構成してもよい。このように構成する場合、図２に示すフローチャートにおいて、Ｓ２４で温度を取得する処理やＳ２７で温度補正係数Ｋを取得する処理などを省略することができる。
Then, the control unit 6 obtains a value obtained by adding the corrected expansion amount obtained this time to the corrected expansion amount obtained this time as the current expansion amount of the battery B (S29), and returns to S21.
The control unit 6 may be configured to obtain the expansion amount of the battery B without multiplying the expansion amount by the temperature correction coefficient K. With such a configuration, in the flowchart shown in FIG. 2, the process of acquiring the temperature in S24 and the process of acquiring the temperature correction coefficient K in S27 can be omitted.
図４は、記憶部５に記憶されている情報の一例を示す図である。
記憶部５には、放電開始ＳＯＣと、放電ΔＳＯＣと、電池Ｂの膨張量［μｍ］とが対応付けられた複数のマップＭ（Ｍ４１、Ｍ４２・・・）が記憶されている。
FIG. 4 is a diagram showing an example of information stored in the storage unit 5.
The storage unit 5 stores a plurality of maps M (M41, M42,...) In which the discharge start SOC, the discharge ΔSOC, and the expansion amount [μm] of the battery B are associated with each other.
また、図４に示す各マップＭにおいて、膨張量は、放電ΔＳＯＣに応じて増加する。
図５は、放電開始ＳＯＣと、放電ΔＳＯＣと、電池Ｂの単位ΔＳＯＣ（単位充電率）あたりの膨張量の増加量との対応関係の一例を示す図である。なお、図５に示す対応関係は、図４に示すマップＭ４１に対応しているものとする。
Further, in each map M shown in FIG. 4, the expansion amount increases according to the discharge ΔSOC.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a correspondence relationship between the discharge start SOC, the discharge ΔSOC, and the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC (unit charge rate) of the battery B. The correspondence shown in FIG. 5 corresponds to the map M41 shown in FIG.
図５に示す斜線部分のように、単位ΔＳＯＣあたりの膨張量の増加量は、放電ΔＳＯＣが第１の閾値以上で、かつ、第１の閾値よりも大きい第２の閾値以下であるときゼロである。例えば、放電開始ＳＯＣが８０［％］である場合で、かつ、第１の閾値が３０［％］、第２の閾値が５０［％］である場合、放電ΔＳＯＣが１０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．０５［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが２０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．０５［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが３０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．００［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが４０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．００［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが５０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．００［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが６０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．０５［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが７０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．０５［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが８０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．０５［μｍ］である。なお、図５に示す例では、斜線部分以外の膨張量の増加量は、全て一定値０．０５［μｍ］であるが、一定値でなくてもよい。 As indicated by the hatched portion in FIG. 5, the amount of increase in the expansion amount per unit ΔSOC is zero when the discharge ΔSOC is equal to or higher than the first threshold value and equal to or lower than the second threshold value larger than the first threshold value. is there. For example, when the discharge start SOC is 80[%], the first threshold is 30[%], the second threshold is 50[%], and the discharge ΔSOC is 10[%]. The increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC10[%] is 0.05 [μm], and the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC10[%] when the discharge ΔSOC is 20[%] is 0.05 [μm]. [Μm], when the discharge ΔSOC is 30[%], the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC10[%] is 0.00[μm], and when the discharge ΔSOC is 40[%]. The increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC 10 [%] is 0.00 [μm], and the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC 10 [%] is 0.00 [when the discharge ΔSOC is 50 [%]. μm], the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC 10 [%] when the discharge ΔSOC is 60 [%] is 0.05 [μm], and the unit when the discharge ΔSOC is 70 [%] The increase amount of the expansion amount per ΔSOC 10 [%] is 0.05 [μm], and the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC 10 [%] is 0.05 [μm when the discharge ΔSOC is 80 [%]. ]. In addition, in the example shown in FIG. 5, the amount of increase in the expansion amount other than the shaded portion is a constant value of 0.05 [μm], but may not be a constant value.
また、図５において、第１の閾値及び第２の閾値は、放電開始ＳＯＣに応じて変化する。例えば、放電開始ＳＯＣが４０［％］である場合、第１の閾値は１０［％］、第２の閾値は１０［％］である。放電開始ＳＯＣが５０［％］になると、第１の閾値は１０［％］、第２の閾値は２０［％］になる。放電開始ＳＯＣが６０［％］になると、第１の閾値は１０［％］、第２の閾値は３０［％］になる。放電開始ＳＯＣが７０［％］になると、第１の閾値は２０［％］、第２の閾値は４０［％］になる。放電開始ＳＯＣが８０［％］になると、第１の閾値は３０［％］、第２の閾値は５０［％］になる。放電開始ＳＯＣが９０［％］になると、第１の閾値は４０［％］、第２の閾値は６０［％］になる。放電開始ＳＯＣが１００［％］になると、第１の閾値は５０［％］、第２の閾値は７０［％］になる。なお、放電開始ＳＯＣが１０［％］、２０［％］、３０［％］である場合、第１の閾値及び第２の閾値は設定されない。 Further, in FIG. 5, the first threshold value and the second threshold value change according to the discharge start SOC. For example, when the discharge start SOC is 40[%], the first threshold is 10[%] and the second threshold is 10[%]. When the discharge start SOC becomes 50[%], the first threshold becomes 10[%] and the second threshold becomes 20[%]. When the discharge start SOC becomes 60[%], the first threshold becomes 10[%] and the second threshold becomes 30[%]. When the discharge start SOC becomes 70[%], the first threshold becomes 20[%] and the second threshold becomes 40[%]. When the discharge start SOC becomes 80[%], the first threshold becomes 30[%] and the second threshold becomes 50[%]. When the discharge start SOC becomes 90[%], the first threshold becomes 40[%] and the second threshold becomes 60[%]. When the discharge start SOC becomes 100[%], the first threshold becomes 50[%] and the second threshold becomes 70[%]. When the discharge start SOC is 10[%], 20[%], 30[%], the first threshold and the second threshold are not set.
これは、電池の使用領域がＳＯＣの中間領域、本実施形態ではＳＯＣ４０〜６０［％］、では電池の膨張量が０［μｍ］であることを示す。言い換えると、電池の使用領域が所定範囲内では電池の膨張量が０であり、所定範囲外では電池の膨張量が０でない、即ち、膨張することを示す。なお、膨張量が０とは、厳密に０である必要はなく、小さな値でもよい。言い換えると、電池の使用領域が所定範囲内では電池の膨張量が小さく、所定範囲外では電池の膨張量は所定範囲外に比べて大きくてもよい。この場合、単位ΔＳＯＣあたりの膨張量の増加量を、放電ΔＳＯＣが第１の閾値以上で、かつ、第１の閾値よりも大きい第２の閾値以下であるときにｘ［μｍ］とし、放電ΔＳＯＣが第１の閾値より小さい、または第２の閾値より大きいときにｙ［μｍ］とすると、ｘはｙより小さい。 This indicates that the expansion amount of the battery is 0 [μm] in the SOC usage region of the battery, which is SOC 40 to 60 [%] in the present embodiment. In other words, the expansion amount of the battery is 0 when the usage area of the battery is within the predetermined range, and the expansion amount of the battery is not 0 outside the predetermined range, that is, the battery expands. The expansion amount of 0 does not need to be exactly 0, and may be a small value. In other words, the expansion amount of the battery may be small when the usage area of the battery is within the predetermined range, and may be larger than that outside the predetermined range outside the predetermined range. In this case, the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC is set to x [μm] when the discharge ΔSOC is equal to or larger than the first threshold and equal to or smaller than the second threshold larger than the first threshold, and the discharge ΔSOC Is smaller than the first threshold value or larger than the second threshold value, and y[μm] is satisfied, x is smaller than y.
図４及び図５において、例えば、放電開始ＳＯＣが８０［％］である場合、放電ΔＳＯＣが第１の閾値３０［％］以上で、かつ、第２の閾値５０［％］以下であるとき以外において、放電ΔＳＯＣが単位ΔＳＯＣ１０［％］大きくなる度に膨張量が０．０５［μｍ］ずつ増加する。すなわち、放電開始ＳＯＣが８０［％］である場合、放電ΔＳＯＣが１０［％］であるとき（ＳＯＣ７０［％］まで放電したとき）の膨張量は０．０５［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが２０［％］であるとき（ＳＯＣ６０［％］まで放電したとき）の膨張量は０．１０［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが３０［％］であるとき（ＳＯＣ５０［％］まで放電したとき）の膨張量は０．１０［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが４０［％］であるとき（ＳＯＣ４０［％］まで放電したとき）の膨張量は０．１０［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが５０［％］であるとき（ＳＯＣ３０［％］まで放電したとき）の膨張量は０．１０［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが６０［％］であるとき（ＳＯＣ２０［％］まで放電したとき）の膨張量は０．１５［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが７０［％］であるとき（ＳＯＣ１０［％］まで放電したとき）の膨張量は０．２０［μｍ］であり、放電ΔＳＯＣが８０［％］であるとき（ＳＯＣ０［％］まで放電したとき）の膨張量は０．２５［μｍ］である。 In FIGS. 4 and 5, for example, when the discharge start SOC is 80 [%], except when the discharge ΔSOC is equal to or higher than the first threshold value 30 [%] and equal to or lower than the second threshold value 50 [%]. In, the expansion amount increases by 0.05 [μm] each time the discharge ΔSOC increases by 10 [%]. That is, when the discharge start SOC is 80 [%], the expansion amount is 0.05 [μm] when the discharge ΔSOC is 10 [%] (when discharged up to SOC 70 [%]), and the discharge ΔSOC is When the discharge amount is 20 [%] (when discharged to SOC 60 [%]), the expansion amount is 0.10 [μm], and when the discharge ΔSOC is 30 [%] (when discharged to SOC 50 [%]) Expansion amount is 0.10 [μm], and when the discharge ΔSOC is 40[%] (when discharged up to SOC 40[%]), the expansion amount is 0.10[μm] and the discharge ΔSOC is 50%. When the discharge amount is [%] (when discharged to SOC 30 [%]), the expansion amount is 0.10 [μm], and when the discharge ΔSOC is 60 [%] (when discharged to SOC 20 [%]). The expansion amount is 0.15 [μm], the expansion amount is 0.20 [μm] when the discharge ΔSOC is 70 [%] (when the SOC is discharged to SOC 10 [%]), and the discharge ΔSOC is 80 [%]. %] (when discharged up to SOC 0 [%]), the expansion amount is 0.25 [μm].
また、図４に示す各マップＭは、電池Ｂの容量維持率毎に作成されており、容量維持率が小さくなるほど、放電開始ＳＯＣ及び放電ΔＳＯＣに対応する膨張量が減少していくものとする。 Further, each map M shown in FIG. 4 is created for each capacity maintenance ratio of the battery B, and the expansion amount corresponding to the discharge start SOC and the discharge ΔSOC decreases as the capacity maintenance ratio decreases. ..
例えば、１回目の放電において、充電率が１００［％］から８０［％］になるまで電池Ｂが放電され、その後、充電率が８０［％］から９０［％］になるまで電池Ｂが充電され、２回目の放電において、充電率が９０［％］から４０［％］になるまで電池Ｂが放電される場合を想定する。なお、電池Ｂの充電率が１００［％］から８０［％］になるまで放電されたときの電池Ｂの温度の平均値を２５［℃］、電池Ｂの充電率が９０［％］から４０［％］になるまで放電されたときの電池Ｂの温度の平均値を２６［℃］とする。 For example, in the first discharge, the battery B is discharged until the charging rate is 100[%] to 80[%], and then the battery B is charged until the charging rate is 80[%] to 90[%]. Then, it is assumed that the battery B is discharged until the charging rate changes from 90[%] to 40[%] in the second discharging. The average value of the temperature of the battery B when the battery B is discharged from 100[%] to 80[%] is 25[° C.], and the charge rate of the battery B is 90[%] to 40[%]. The average value of the temperature of the battery B when discharged to [%] is set to 26 [°C].
まず、制御部６は、１回目の放電において、放電開始ＳＯＣとして１００［％］を取得し、放電ΔＳＯＣとして２０［％］を取得し、図３に示す情報を参照して温度補正係数Ｋとして１．０１を取得し、図４に示す情報を参照して膨張量として０．１０［μｍ］を取得し、その０．１０［μｍ］に１．０１を乗算することにより、１回目の放電における膨張量として０．１０１［μｍ］を求める。 First, the control unit 6 acquires 100[%] as the discharge start SOC and 20[%] as the discharge ΔSOC in the first discharge, and refers to the information shown in FIG. 3 as the temperature correction coefficient K. By obtaining 1.01 and referring to the information shown in FIG. 4 to obtain 0.10 [μm] as the expansion amount and multiplying 0.10 [μm] by 1.01, the first discharge 0.101 [μm] is obtained as the expansion amount at.
次に、制御部６は、２回目の放電において、放電開始ＳＯＣとして９０［％］を取得し、放電ΔＳＯＣとして５０［％］を取得し、図３に示す情報を参照して温度補正係数Ｋとして１．０２を取得し、図４に示す情報を参照して膨張量として０．１５［μｍ］を取得し、その０．１５［μｍ］に１．０２を乗算することにより、２回目の放電における膨張量として０．１５３［μｍ］を求め、この２回目の放電で求めた膨張量０．１５３［μｍ］に１回目の放電で求めた膨張量０．１０１［μｍ］を加算した値０．２５４［μｍ］を電池Ｂの現在の膨張量として求める。 Next, the control unit 6 acquires 90[%] as the discharge start SOC and 50[%] as the discharge ΔSOC in the second discharge, and refers to the information shown in FIG. 1.02 is obtained, and 0.15 [μm] is obtained as the expansion amount by referring to the information shown in FIG. 4, and 0.15 [μm] is multiplied by 1.02 to obtain the second time. A value obtained by calculating 0.153 [μm] as the expansion amount in the discharge and adding the expansion amount 0.101 [μm] obtained in the first discharge to the expansion amount 0.153 [μm] obtained in the second discharge 0.254 [μm] is obtained as the current expansion amount of the battery B.
電池Ｂの充電時、電池Ｂの電極が膨張することにより活物質が圧縮応力を受けて割れる。次に、電池Ｂが放電すると、電池Ｂの電極が収縮することで生じる隙間に電解液が流れ込み新生面に皮膜ができ電極が膨張することにより電池Ｂが膨張する。このような現象において、放電ΔＳＯＣが大きいと、電極の膨張量が大きくなり、電池Ｂの膨張量がさらに大きくなる。また、このような現象において、放電開始ＳＯＣが大きいと、圧縮応力が大きくなり活物質が割れやすくなるため、電池Ｂの膨張量がさらに大きくなる。 When the battery B is charged, the electrode of the battery B expands, so that the active material undergoes compressive stress and cracks. Next, when the battery B is discharged, the electrolytic solution flows into the gap generated by the contraction of the electrode of the battery B, a film is formed on the newly formed surface, and the electrode expands, so that the battery B expands. In such a phenomenon, when the discharge ΔSOC is large, the expansion amount of the electrode is large, and the expansion amount of the battery B is further large. Further, in such a phenomenon, when the discharge start SOC is large, the compressive stress becomes large and the active material is easily cracked, so that the expansion amount of the battery B further increases.
そこで、第１実施形態の電池膨張量推定装置では、放電開始ＳＯＣと、放電ΔＳＯＣと、膨張量との対応関係を示す情報を記憶部５に記憶しておき、その情報により、放電開始ＳＯＣ及び放電ΔＳＯＣに対応する膨張量を求めている。このように、電池Ｂの膨張量と関連性が高く、電池Ｂの膨張量とほぼ同様に変化するパラメータ（放電開始ＳＯＣ及び放電ΔＳＯＣ）を使用して、電池Ｂの現在の膨張量を求めているため、電池Ｂの膨張量の推定精度を向上させることができる。 Therefore, in the battery expansion amount estimation device of the first embodiment, information indicating the correspondence relationship between the discharge start SOC, the discharge ΔSOC, and the expansion amount is stored in the storage unit 5, and the discharge start SOC and the discharge start SOC are stored according to the information. The expansion amount corresponding to the discharge ΔSOC is obtained. As described above, the current expansion amount of the battery B is obtained by using the parameters (the discharge start SOC and the discharge ΔSOC) that are highly related to the expansion amount of the battery B and change almost similarly to the expansion amount of the battery B. Therefore, the estimation accuracy of the expansion amount of the battery B can be improved.
また、第１実施形態の電池膨張量推定装置では、温度変化による膨張量の誤差を補償するために、膨張量に温度補正係数を乗算して膨張量を補正しているため、電池Ｂの膨張量の推定精度をさらに向上させることができる。
＜第２実施形態＞
図６は、充電時の膨張量を算出する際の制御部６の動作の一例を示すフローチャートである。
Further, in the battery expansion amount estimation device of the first embodiment, the expansion amount is multiplied by the temperature correction coefficient to correct the expansion amount in order to compensate the error in the expansion amount due to the temperature change. It is possible to further improve the estimation accuracy of the quantity.
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a flowchart showing an example of the operation of the control unit 6 when calculating the expansion amount during charging.
まず、制御部６は、電池Ｂの充電が開始されると判断すると（Ｓ６１：Ｙｅｓ）、電池Ｂの容量維持率を取得する（Ｓ６２）。例えば、制御部６は、現在の満充電容量＝（放電開始から放電終了までに電池Ｂから負荷へ流れた電流の積算値／放電開始時の充電率と充電終了時の充電率との差分）×１００を計算することにより、現在の満充電容量を求め、容量維持率＝（現在の満充電容量／初期の満充電容量）×１００を計算することにより、容量維持率を取得する。 First, when the control unit 6 determines that the charging of the battery B is started (S61: Yes), it acquires the capacity maintenance rate of the battery B (S62). For example, the control unit 6 is the current full charge capacity=(the integrated value of the current flowing from the battery B to the load from the start of discharge to the end of discharge/the difference between the charge rate at the start of discharge and the charge rate at the end of charge). The current full charge capacity is obtained by calculating ×100, and the capacity maintenance rate is obtained by calculating capacity retention rate=(current full charge capacity/initial full charge capacity)×100.
次に、制御部６は、充電開始ＳＯＣを取得する（Ｓ６３）。例えば、制御部６は、スイッチＳＷを開状態にした後、開回路電圧と充電率とが対応付けられている情報を参照して、電圧検出部３により検出される電圧（開回路電圧）に対応する充電率を充電開始ＳＯＣとして取得し、その後、スイッチＳＷを閉状態にする。なお、充電開始ＳＯＣは、スイッチＳＷを開状態にした後の電圧（開回路電圧）に限らず、電池Ｂに電流が流れていないときの電圧に対応する充電率でもよい。 Next, the control unit 6 acquires the charge start SOC (S63). For example, after opening the switch SW, the control unit 6 refers to the information in which the open circuit voltage and the charging rate are associated with each other, and determines the voltage (open circuit voltage) detected by the voltage detection unit 3. The corresponding charging rate is acquired as the charging start SOC, and then the switch SW is closed. The charging start SOC is not limited to the voltage after the switch SW is opened (open circuit voltage), and may be the charging rate corresponding to the voltage when no current is flowing in the battery B.
次に、制御部６は、充電中、所定時間経過毎に、電池Ｂの充電率及び温度を繰り返し取得する（Ｓ６４、Ｓ６５：Ｎｏ）。例えば、制御部６は、充電中、所定時間経過毎に、充電率＝充電開始ＳＯＣ＋（充電開始から現在までに充電器から電池Ｂへ流れる電流の積算値／電池Ｂの満充電容量）×１００を計算することにより充電率を取得するとともに、温度検出部４により検出される温度を取得し、それら充電率と温度を記憶部５に記憶する。なお、取得する充電率及び温度は、充電中に限らず、充電が終了し次の放電が開始されると判断するまでに取得した充電率及び温度を含んでもよい。また、充電が終了してから次の放電が開始されるまでに取得する充電率は、スイッチＳＷを開状態にした後の電圧（開回路電圧）に対応する充電率でもよいし、電池Ｂに電流が流れていないときの電圧に対応する充電率でもよい。 Next, the control unit 6 repeatedly acquires the charging rate and the temperature of the battery B every predetermined time during charging (S64, S65: No). For example, the control unit 6 charge rate=charge start SOC+(integrated value of current flowing from the charger to the battery B from the start of charging to the present/full charge capacity of the battery B)×100 every predetermined time during charging. The charging rate is obtained by calculating, the temperature detected by the temperature detecting section 4 is obtained, and the charging rate and the temperature are stored in the storage section 5. The acquired charging rate and temperature are not limited to during charging, and may include the charging rate and temperature acquired until it is determined that charging ends and the next discharge starts. Further, the charging rate acquired from the end of charging to the start of the next discharging may be the charging rate corresponding to the voltage (open circuit voltage) after the switch SW is opened, or the battery B The charging rate may correspond to the voltage when no current is flowing.
次に、制御部６は、充電が終了したと判断すると（Ｓ６５：Ｙｅｓ）、充電ΔＳＯＣを取得する（Ｓ６６）。例えば、制御部６は、Ｓ６３で取得した充電開始ＳＯＣから、充電が終了したと判断する直前にＳ６４で取得した充電率を減算した値を充電ΔＳＯＣとする。 Next, when the control unit 6 determines that the charging is completed (S65: Yes), it acquires the charging ΔSOC (S66). For example, the control unit 6 sets, as the charge ΔSOC, a value obtained by subtracting the charge rate acquired in S64 immediately before determining that the charge is completed, from the charge start SOC acquired in S63.
次に、制御部６は、電池Ｂの充電開始から充電終了までの電池Ｂの温度Ｔによって決まる温度補正係数Ｋを取得する（Ｓ６７）。例えば、制御部６は、充電開始から充電終了までに温度検出部４により検出された複数の温度の平均値を求め、図３に示す電池Ｂの温度Ｔと温度補正係数Ｋとが対応付けられた情報を参照することにより、各温度の平均値と一致する温度Ｔに対応する温度補正係数Ｋを取得する。 Next, the control unit 6 acquires the temperature correction coefficient K determined by the temperature T of the battery B from the start of charging the battery B to the end of charging (S67). For example, the control unit 6 obtains an average value of a plurality of temperatures detected by the temperature detection unit 4 from the start of charging to the end of charging, and the temperature T of the battery B and the temperature correction coefficient K shown in FIG. 3 are associated with each other. By referring to the information obtained, the temperature correction coefficient K corresponding to the temperature T that matches the average value of each temperature is acquired.
次に、制御部６は、充電開始ＳＯＣと充電ΔＳＯＣと膨張量とが対応付けられている情報を参照することにより、Ｓ６３で取得した充電開始ＳＯＣ及びＳ６６で取得した充電ΔＳＯＣに対応する膨張量を取得し、その取得した膨張量にＳ６７で取得した温度補正係数Ｋを乗算した値を、補正後の膨張量として求める（Ｓ６８）。 Next, the control unit 6 refers to the information in which the charge start SOC, the charge ΔSOC, and the expansion amount are associated with each other, and thereby the expansion amount corresponding to the charge start SOC acquired in S63 and the charge ΔSOC acquired in S66. Is obtained, and a value obtained by multiplying the obtained expansion amount by the temperature correction coefficient K obtained in S67 is obtained as the corrected expansion amount (S68).
そして、制御部６は、前回求めた補正後の膨張量に、今回求めた補正後の膨張量を加算した値を、電池Ｂの現在の膨張量として求め（Ｓ６９）、Ｓ６１に戻る。
なお、制御部６は、膨張量に温度補正係数Ｋを乗算せずに、電池Ｂの膨張量を求めるように構成してもよい。このように構成する場合、図６に示すフローチャートにおいて、Ｓ６４で温度を取得する処理やＳ６７で温度補正係数Ｋを取得する処理などを省略することができる。
Then, the control unit 6 obtains a value obtained by adding the corrected expansion amount obtained this time to the corrected expansion amount obtained this time as the current expansion amount of the battery B (S69), and returns to S61.
The control unit 6 may be configured to obtain the expansion amount of the battery B without multiplying the expansion amount by the temperature correction coefficient K. With such a configuration, in the flowchart shown in FIG. 6, the process of acquiring the temperature in S64 and the process of acquiring the temperature correction coefficient K in S67 can be omitted.
図７は、記憶部５に記憶されている情報の一例を示す図である。
記憶部５には、充電開始ＳＯＣと、充電ΔＳＯＣと、電池Ｂの膨張量［μｍ］とが対応付けられた複数のマップＭ（Ｍ７１、Ｍ７２・・・）が記憶されている。
FIG. 7 is a diagram showing an example of information stored in the storage unit 5.
The storage unit 5 stores a plurality of maps M (M71, M72...) In which the charge start SOC, the charge ΔSOC, and the expansion amount [μm] of the battery B are associated with each other.
また、図７に示す各マップＭにおいて、膨張量は、充電ΔＳＯＣに応じて増加する。
図８は、充電開始ＳＯＣと、充電ΔＳＯＣと、電池Ｂの単位ΔＳＯＣ（単位充電率）あたりの膨張量の増加量との対応関係の一例を示す図である。なお、図８に示す対応関係は、図７に示すマップＭ７１に対応しているものとする。
Further, in each map M shown in FIG. 7, the expansion amount increases according to the charge ΔSOC.
FIG. 8 is a diagram showing an example of a correspondence relationship between the charge start SOC, the charge ΔSOC, and the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC (unit charge rate) of the battery B. The correspondence shown in FIG. 8 corresponds to the map M71 shown in FIG.
図８に示す斜線部分のように、単位ΔＳＯＣあたりの膨張量の増加量は、充電ΔＳＯＣが第３の閾値以上で、かつ、第３の閾値よりも大きい第４の閾値以下であるときゼロである。例えば、充電開始ＳＯＣが２０［％］である場合で、かつ、第３の閾値が３０［％］、第４の閾値が５０［％］である場合、充電ΔＳＯＣが１０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．０５［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが２０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．０５［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが３０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．００［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが４０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．００［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが５０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．００［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが６０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．０５［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが７０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．０５［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが８０［％］であるときの単位ΔＳＯＣ１０［％］あたりの膨張量の増加量は０．０５［μｍ］である。なお、図８に示す例では、斜線部分以外の膨張量の増加量は、全て一定値０．０５［μｍ］であるが、一定値でなくてもよい。 As indicated by the hatched portion in FIG. 8, the amount of increase in the expansion amount per unit ΔSOC is zero when the charging ΔSOC is equal to or higher than the third threshold value and equal to or lower than the fourth threshold value larger than the third threshold value. is there. For example, when the charge start SOC is 20[%], the third threshold is 30[%], the fourth threshold is 50[%], and the charge ΔSOC is 10[%]. The increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC10 [%] is 0.05 [μm], and the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC10 [%] when the charging ΔSOC is 20 [%] is 0.05 [μm]. [Μm], when the charge ΔSOC is 30[%], the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC10[%] is 0.00[μm], and when the charge ΔSOC is 40[%]. The increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC 10 [%] is 0.00 [μm], and the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC 10 [%] is 0.00 [when the charging ΔSOC is 50 [%]. μm], the increment of the expansion amount per unit ΔSOC 10 [%] when the charge ΔSOC is 60 [%] is 0.05 [μm], and the unit when the charge ΔSOC is 70 [%]. The increase amount of the expansion amount per ΔSOC 10 [%] is 0.05 [μm], and the increase amount of the expansion amount per unit ΔSOC 10 [%] when the charging ΔSOC is 80 [%] is 0.05 [μm]. ]. In the example shown in FIG. 8, the amount of increase in the amount of expansion other than the shaded area is a constant value of 0.05 [μm], but may not be a constant value.
また、図８において、第３の閾値及び第４の閾値は、充電開始ＳＯＣに応じて変化する。例えば、充電開始ＳＯＣが６０［％］である場合、第３の閾値は１０［％］、第４の閾値は１０［％］である。充電開始ＳＯＣが５０［％］になると、第３の閾値は１０［％］、第４の閾値は２０［％］になる。充電開始ＳＯＣが４０［％］になると、第３の閾値は１０［％］、第３の閾値は３０［％］になる。充電開始ＳＯＣが３０［％］になると、第３の閾値は２０［％］、第４の閾値は４０［％］になる。充電開始ＳＯＣが２０［％］になると、第３の閾値は３０［％］、第４の閾値は５０［％］になる。充電開始ＳＯＣが１０［％］になると、第３の閾値は４０［％］、第４の閾値は６０［％］になる。充電開始ＳＯＣが０［％］になると、第３の閾値は５０［％］、第４の閾値は７０［％］になる。なお、充電開始ＳＯＣが７０［％］、８０［％］、９０［％］である場合、第３の閾値及び第４の閾値は設定されない。 Further, in FIG. 8, the third threshold value and the fourth threshold value change according to the charge start SOC. For example, when the charge start SOC is 60[%], the third threshold value is 10[%] and the fourth threshold value is 10[%]. When the charging start SOC becomes 50[%], the third threshold becomes 10[%] and the fourth threshold becomes 20[%]. When the charge start SOC becomes 40[%], the third threshold becomes 10[%] and the third threshold becomes 30[%]. When the charge start SOC becomes 30[%], the third threshold becomes 20[%] and the fourth threshold becomes 40[%]. When the charge start SOC becomes 20[%], the third threshold becomes 30[%] and the fourth threshold becomes 50[%]. When the charge start SOC becomes 10 [%], the third threshold becomes 40 [%] and the fourth threshold becomes 60 [%]. When the charging start SOC becomes 0 [%], the third threshold becomes 50 [%] and the fourth threshold becomes 70 [%]. When the charging start SOC is 70[%], 80[%], 90[%], the third threshold value and the fourth threshold value are not set.
これは、電池の使用領域がＳＯＣの中間領域、本実施形態ではＳＯＣ４０〜６０［％］、では電池の膨張量が０［μｍ］であることを示すが、放電のときと同じため説明を省略する。また、膨張量が０とは、厳密に０である必要はなく、小さな値でもよいことも放電のときと同じため説明を省略する。 This indicates that the battery expansion region is 0 [μm] in the SOC intermediate region, which is SOC 40 to 60 [%] in the present embodiment, but the description is omitted because it is the same as during discharging. To do. Further, the expansion amount of 0 does not need to be exactly 0, and may be a small value, which is the same as in the case of discharging, and therefore description thereof is omitted.
図７及び図８において、例えば、充電開始ＳＯＣが２０［％］である場合、充電ΔＳＯＣが第３の閾値３０［％］以上で、かつ、第４の閾値５０［％］以下であるとき以外において、充電ΔＳＯＣが単位ΔＳＯＣ１０［％］大きくなる度に膨張量が０．０５［μｍ］ずつ増加する。すなわち、充電開始ＳＯＣが２０［％］である場合、充電ΔＳＯＣが１０［％］であるとき（ＳＯＣ３０［％］まで充電したとき）の膨張量は０．０５［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが２０［％］であるとき（ＳＯＣ４０［％］まで充電したとき）の膨張量は０．１０［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが３０［％］であるとき（ＳＯＣ５０［％］まで充電したとき）の膨張量は０．１０［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが４０［％］であるとき（ＳＯＣ６０［％］まで充電したとき）の膨張量は０．１０［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが５０［％］であるとき（ＳＯＣ７０［％］まで充電したとき）の膨張量は０．１０［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが６０［％］であるとき（ＳＯＣ８０［％］まで充電したとき）の膨張量は０．１５［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが７０［％］であるとき（ＳＯＣ９０［％］まで充電したとき）の膨張量は０．２０［μｍ］であり、充電ΔＳＯＣが８０［％］であるとき（ＳＯＣ１００［％］まで充電したとき）の膨張量は０．２５［μｍ］である。 7 and 8, for example, when the charge start SOC is 20[%], except when the charge ΔSOC is equal to or higher than the third threshold value 30[%] and equal to or lower than the fourth threshold value 50[%]. In the above, the expansion amount increases by 0.05 [μm] each time the charge ΔSOC increases by 10 [%]. That is, when the charge start SOC is 20 [%], the expansion amount is 0.05 [μm] when the charge ΔSOC is 10 [%] (when the SOC is charged to SOC 30 [%]), and the charge ΔSOC is The expansion amount is 0.10 [μm] when it is 20 [%] (when it is charged to SOC 40 [%]), and the charge ΔSOC is 30 [%] (when it is charged to SOC 50 [%]). Expansion amount is 0.10 [μm], and the expansion amount is 0.10 [μm] when the charging ΔSOC is 40 [%] (when the SOC is charged to SOC 60 [%]) and the charging ΔSOC is 50 When it is [%] (when it is charged to SOC 70 [%]), the expansion amount is 0.10 [μm], and when the charge ΔSOC is 60 [%] (when it is charged to SOC 80 [%]). The expansion amount is 0.15 [μm], the expansion amount is 0.20 [μm] when the charge ΔSOC is 70 [%] (when the battery is charged to SOC 90 [%]), and the charge ΔSOC is 80 [%. %] (when charged to SOC 100 [%]), the expansion amount is 0.25 [μm].
また、図７に示す各マップＭは、電池Ｂの容量維持率毎に作成されており、容量維持率が小さくなるほど、充電開始ＳＯＣ及び充電ΔＳＯＣに対応する膨張量が減少していくものとする。 Further, each map M shown in FIG. 7 is created for each capacity maintenance rate of the battery B, and the expansion amount corresponding to the charge start SOC and the charge ΔSOC decreases as the capacity maintenance rate decreases. ..
例えば、１回目の充電において、充電率が２０［％］から８０［％］になるまで電池Ｂが充電され、その後、充電率が８０［％］から４０［％］になるまで電池Ｂが放電され、２回目の充電において、充電率が４０［％］から９０［％］になるまで電池Ｂが充電される場合を想定する。なお、電池Ｂの充電率が２０［％］から８０［％］になるまで充電されたときの電池Ｂの温度の平均値を２６［℃］、電池Ｂの充電率が４０［％］から９０［％］になるまで充電されたときの電池Ｂの温度の平均値を２５［℃］とする。 For example, in the first charging, the battery B is charged until the charging rate becomes 20[%] to 80[%], and then the battery B is discharged until the charging rate becomes 80[%] to 40[%]. Then, it is assumed that the battery B is charged until the charging rate changes from 40% to 90% in the second charging. The average value of the temperature of the battery B when the battery B is charged from 20[%] to 80[%] is 26[° C.], and the charge rate of the battery B is 40[%] to 90[%]. The average value of the temperature of the battery B when charged to [%] is 25 [° C.].
まず、制御部６は、１回目の充電において、充電開始ＳＯＣとして２０［％］を取得し、充電ΔＳＯＣとして６０［％］を取得し、図３に示す情報を参照して温度補正係数Ｋとして１．０２を取得し、図７に示す情報を参照して膨張量として０．１５［μｍ］を取得し、その０．１５［μｍ］に１．０２を乗算することにより、１回目の放電における膨張量として０．１５３［μｍ］を求める。 First, the control unit 6 acquires 20[%] as the charge start SOC and 60[%] as the charge ΔSOC in the first charge, and refers to the information shown in FIG. 3 as the temperature correction coefficient K. 1.02 is acquired, 0.15 [μm] is acquired as the expansion amount by referring to the information shown in FIG. 7, and the 0.15 [μm] is multiplied by 1.02 to discharge the first discharge. 0.153 [μm] is obtained as the expansion amount at.
次に、制御部６は、２回目の充電において、充電開始ＳＯＣとして４０［％］を取得し、充電ΔＳＯＣとして５０［％］を取得し、図３に示す情報を参照して温度補正係数Ｋとして１．０１を取得し、図７に示す情報を参照して膨張量として０．１０［μｍ］を取得し、その０．１０［μｍ］に１．０１を乗算することにより、２回目の放電における膨張量として０．１０１［μｍ］を求め、この２回目の放電で求めた膨張量０．１０１［μｍ］に１回目の放電で求めた膨張量０．１５３［μｍ］を加算した値０．２５４［μｍ］を電池Ｂの現在の膨張量として求める。 Next, in the second charge, the control unit 6 acquires 40[%] as the charge start SOC and 50[%] as the charge ΔSOC, and refers to the information shown in FIG. Is obtained as the expansion amount by referring to the information shown in FIG. 7, and 0.10 [μm] is multiplied by 1.01 to obtain the second time. A value obtained by calculating 0.101 [μm] as the expansion amount in the discharge and adding the expansion amount 0.153 [μm] obtained in the first discharge to the expansion amount 0.101 [μm] obtained in the second discharge 0.254 [μm] is obtained as the current expansion amount of the battery B.
電池Ｂの充電時、電池Ｂの電極が膨張することにより活物質が圧縮応力を受けて割れる。次に、電池Ｂが放電すると、電池Ｂの電極が収縮することで生じる隙間に電解液が流れ込み新生面に皮膜ができ電極が膨張することにより電池Ｂが膨張する。このような現象において、充電ΔＳＯＣが大きいと、電極の膨張量が大きくなり、電池Ｂの膨張量がさらに大きくなる。また、このような現象において、充電開始ＳＯＣが大きいと、圧縮応力が大きくなり活物質が割れやすくなるため、電池Ｂの膨張量がさらに大きくなる。 When the battery B is charged, the electrode of the battery B expands, so that the active material undergoes compressive stress and cracks. Next, when the battery B is discharged, the electrolytic solution flows into the gap generated by the contraction of the electrode of the battery B, a film is formed on the newly formed surface, and the electrode expands, so that the battery B expands. In such a phenomenon, if the charge ΔSOC is large, the expansion amount of the electrode is large, and the expansion amount of the battery B is further large. Further, in such a phenomenon, when the charge start SOC is large, the compressive stress becomes large and the active material is easily broken, so that the expansion amount of the battery B further increases.
そこで、第２実施形態の電池膨張量推定装置では、充電開始ＳＯＣと、充電ΔＳＯＣと、膨張量との対応関係を示す情報を記憶部５に記憶しておき、その情報により、充電開始ＳＯＣ及び充電ΔＳＯＣに対応する膨張量を求めている。このように、電池Ｂの膨張量と関連性が高く、電池Ｂの膨張量とほぼ同様に変化するパラメータ（充電開始ＳＯＣ及び充電ΔＳＯＣ）を使用して、電池Ｂの現在の膨張量を推定しているため、電池Ｂの膨張量の推定精度を向上させることができる。 Therefore, in the battery expansion amount estimation device of the second embodiment, information indicating the correspondence between the charge start SOC, the charge ΔSOC, and the expansion amount is stored in the storage unit 5, and the charge start SOC and the charge start SOC are stored according to the information. The expansion amount corresponding to the charge ΔSOC is obtained. As described above, the current expansion amount of the battery B is estimated by using the parameters (charging start SOC and charge ΔSOC) that are highly related to the expansion amount of the battery B and change almost similarly to the expansion amount of the battery B. Therefore, the estimation accuracy of the expansion amount of the battery B can be improved.
また、第２実施形態の電池膨張量推定装置においても、温度変化による膨張量の誤差を補償するために、膨張量に温度補正係数を乗算して膨張量を補正しているため、電池Ｂの膨張量の推定精度をさらに向上させることができる。 Further, also in the battery expansion amount estimation device of the second embodiment, in order to compensate the error of the expansion amount due to the temperature change, the expansion amount is multiplied by the temperature correction coefficient to correct the expansion amount. The estimation accuracy of the expansion amount can be further improved.
また、本発明は、第１実施形態及び第２実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない許容範囲内で種々の改良、変更が可能である。 The present invention is not limited to the first embodiment and the second embodiment, and various improvements and changes can be made within an allowable range without departing from the gist of the present invention.
１ 電池パック
２ 電流検出部
３ 電圧検出部
４ 温度検出部
５ 記憶部
６ 制御部
Ｂ 電池
ＳＷ スイッチ
1 Battery Pack 2 Current Detection Section 3 Voltage Detection Section 4 Temperature Detection Section 5 Storage Section 6 Control Section B Battery SW Switch
Claims (7)
前記記憶部に記憶されている情報により前記第１の設定値及び前記第２の設定値に対応する膨張量を求める制御部と、
を備える電池膨張量推定装置。 A first set value indicating the state of the battery at the start of discharge, a second set value indicating the change in the state of the battery from the start of discharge to the end of discharge, and the amount of expansion of the battery are associated with each other. A storage unit for storing information,
A control unit for obtaining an expansion amount corresponding to the first set value and the second set value based on information stored in the storage unit;
A battery expansion amount estimating device comprising:
前記情報は、前記電池の容量維持率毎に前記記憶部に記憶されている
ことを特徴とする電池膨張量推定装置。 The battery expansion amount estimating device according to claim 1, wherein
The battery expansion amount estimation device, wherein the information is stored in the storage unit for each capacity maintenance ratio of the battery.
前記制御部は、前記膨張量に、前記電池の放電開始から放電終了までの前記電池の温度によって決まる温度補正係数を乗算した値を、補正後の前記膨張量として求める
ことを特徴とする電池膨張量推定装置。 The battery expansion amount estimation device according to claim 1 or 2, wherein
The control unit obtains a value obtained by multiplying the expansion amount by a temperature correction coefficient determined by the temperature of the battery from the start of discharging the battery to the end of discharging, as the corrected expansion amount. Quantity estimation device.
前記第１の設定値は、放電開始時の前記電池の充電率であり、
前記第２の設定値は、放電開始から放電終了までの前記電池の充電率の変化量である
ことを特徴とする電池膨張量推定装置。 The battery expansion amount estimation device according to any one of claims 1 to 3,
The first set value is the charging rate of the battery at the start of discharge,
The battery expansion amount estimating device, wherein the second set value is a change amount of the charging rate of the battery from the start of discharging to the end of discharging.
前記第１の設定値は、放電開始時の前記電池の電圧であり、
前記第２の設定値は、放電開始から放電終了までの前記電池の電圧の変化量である
ことを特徴とする電池膨張量推定装置。 The battery expansion amount estimation device according to any one of claims 1 to 4,
The first set value is the voltage of the battery at the start of discharge,
The battery expansion amount estimation device, wherein the second set value is a change amount of the voltage of the battery from the start of discharge to the end of discharge.
前記第１の設定値及び前記第２の設定値に対応する前記膨張量は、前記第２の設定値に応じて増加し、
前記膨張量の増加量は、前記第２の設定値が第１の閾値以上で、かつ、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値以下であるときゼロであり、
前記第１の閾値及び前記第２の閾値は、前記第１の設定値に応じて変化する
ことを特徴とする電池膨張量推定装置。 The battery expansion amount estimation device according to any one of claims 1 to 5,
The expansion amount corresponding to the first set value and the second set value increases in accordance with the second set value,
The increase amount of the expansion amount is zero when the second set value is equal to or more than a first threshold value and is equal to or less than a second threshold value that is greater than the first threshold value,
The battery expansion amount estimation device, wherein the first threshold value and the second threshold value change according to the first set value.
前記記憶部に記憶されている情報により前記第３の設定値及び前記第４の設定値に対応する膨張量を求める制御部と、
を備える電池膨張量推定装置。
The third set value indicating the state of the battery at the start of charging, the fourth set value indicating the change in the state of the battery from the start of charging to the end of charging, and the amount of expansion of the battery are associated with each other. A storage unit for storing information,
A control unit that obtains an expansion amount corresponding to the third set value and the fourth set value based on the information stored in the storage unit;
A battery expansion amount estimating device comprising:
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