JP6790893B2 - Battery state estimation device and power supply device - Google Patents
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Description
本発明は、電池状態推定装置及び電源装置に関する。 The present invention relates to a battery state estimation device and a power supply device.
二次電池は使用に伴って、電池容量の低下や電池の入出力抵抗値の上昇が生じる。そして、電池容量の低下や入出力抵抗値の上昇の度合いは、二次電池における正極の劣化状態と負極の劣化状態との関係によって決まり、より劣化度合いが高い方の影響を強く受ける。そして、正極及び負極のどちらの劣化度合いが高くなるかは、電池が使用された環境や使用のされ方などの使用履歴によって異なり、電池の固体差も影響する。従って、複数の二次電池において取得した電池容量や端子電圧、入出力抵抗値等が同じ値であっても、それらの正極及び負極の劣化状態は互いに異なる場合があるため、単に電池容量や端子電圧、入出力抵抗値等から二次電池の状態を正確に推定することは困難であった。 As the secondary battery is used, the battery capacity decreases and the input / output resistance value of the battery increases. The degree of decrease in battery capacity and increase in input / output resistance value is determined by the relationship between the deterioration state of the positive electrode and the deterioration state of the negative electrode in the secondary battery, and is strongly influenced by the one with the higher degree of deterioration. Which of the positive electrode and the negative electrode has a higher degree of deterioration depends on the usage history such as the environment in which the battery is used and how it is used, and the individual difference of the battery also affects it. Therefore, even if the battery capacity, terminal voltage, input / output resistance value, etc. acquired in a plurality of secondary batteries are the same, the deterioration states of the positive electrode and the negative electrode thereof may be different from each other. It was difficult to accurately estimate the state of the secondary battery from the voltage, input / output resistance value, and the like.
そこで、各電池の正極及び負極の特性を直接測定してそれぞれの劣化状態を考慮して電池状態を推定することが考えられる。しかしながら、正極及び負極の特性を直接測定するには、測定装置が必要となるため装置の大型化や複雑化を招く。特に、多数の二次電池を備えるPHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)やHEMS(Home Energy Management System)などの電源装置ではこの問題が顕著となる。 Therefore, it is conceivable to directly measure the characteristics of the positive electrode and the negative electrode of each battery and estimate the battery state in consideration of the respective deterioration states. However, in order to directly measure the characteristics of the positive electrode and the negative electrode, a measuring device is required, which causes the device to become large and complicated. In particular, this problem becomes remarkable in power supply devices such as PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) and HEMS (Home Energy Management System) equipped with a large number of secondary batteries.
特許文献1に開示の構成では、正極及び負極の特性を直接測定することに替えて、負荷状態に応じた経時劣化を反映させるアルゴリズムを用いて二次電池の状態を推定している。 In the configuration disclosed in Patent Document 1, the state of the secondary battery is estimated by using an algorithm that reflects the deterioration with time according to the load state, instead of directly measuring the characteristics of the positive electrode and the negative electrode.
しかしながら、特許文献1に開示の構成では、正極及び負極の劣化は一様に進むものとしてアルゴリズムを設定しており、二次電池の使用履歴が何ら考慮されていない。上述の如く、二次電池の使用履歴によって正極及び負極の劣化度合いは異なるため、特許文献1に開示の構成により二次電池の状態を正確に推定するには改善の余地がある。 However, in the configuration disclosed in Patent Document 1, the algorithm is set so that the deterioration of the positive electrode and the negative electrode proceeds uniformly, and the usage history of the secondary battery is not considered at all. As described above, since the degree of deterioration of the positive electrode and the negative electrode differs depending on the usage history of the secondary battery, there is room for improvement in accurately estimating the state of the secondary battery by the configuration disclosed in Patent Document 1.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、二次電池の状態を高精度に推定することができる電池状態推定装置及び電源装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a battery state estimation device and a power supply device capable of estimating the state of a secondary battery with high accuracy.
本発明の一態様は、二次電池(2)における充放電可能な電力量を推定する電池状態推定装置(1)であって、
上記二次電池の電池情報を取得する電池情報取得部(40)と、
上記二次電池の使用履歴情報を取得する履歴情報取得部(41)と、
上記二次電池の電池情報と上記二次電池における正極の特性値及び負極の特性値との対応関係を示す正極特性情報及び負極特性情報がそれぞれ、上記二次電池の使用履歴情報と対応付けられて、予め記憶されている特性情報記憶部(30)と、
上記履歴情報取得部により取得された上記使用履歴情報に対応する上記正極特性情報及び上記負極特性情報を上記特性情報記憶部から抽出する特性情報抽出部(60)と、
上記電池情報取得部により取得された上記電池情報と、上記特性情報抽出部により抽出された上記正極特性情報及び上記負極特性情報とに基づいて、上記二次電池の動作範囲内において上記二次電池における正極の特性値及び負極の特性値をそれぞれ算出する特性値算出部(61)と、
上記特性値算出部により算出された上記正極の特性値及び上記負極の特性値に基づいて、上記二次電池における充放電可能な電力量を推定する推定部(62)と、
を有し、
上記推定部は、上記正極の特性値及び上記負極の特性値から上記正極及び上記負極のどちらが劣化度合いが高いか判定する劣化度判定部(63)と、上記正極及び上記負極のうち劣化度合いが高いと判定された方の上記特性値から上記二次電池における充放電可能な電力量を算出する電力量算出部(64)とを有する、電池状態推定装置にある。
One aspect of the present invention is a battery state estimation device (1) that estimates the amount of power that can be charged and discharged in the secondary battery (2).
The battery information acquisition unit (40) that acquires the battery information of the secondary battery, and
The history information acquisition unit (41) that acquires the usage history information of the secondary battery, and
The positive electrode characteristic information and the negative electrode characteristic information indicating the correspondence between the battery information of the secondary battery and the characteristic value of the positive electrode and the characteristic value of the negative electrode in the secondary battery are associated with the usage history information of the secondary battery, respectively. The characteristic information storage unit (30) stored in advance and
A characteristic information extraction unit (60) that extracts the positive electrode characteristic information and the negative electrode characteristic information corresponding to the usage history information acquired by the history information acquisition unit from the characteristic information storage unit, and
Based on the battery information acquired by the battery information acquisition unit, the positive electrode characteristic information extracted by the characteristic information extraction unit, and the negative electrode characteristic information, the secondary battery is within the operating range of the secondary battery. The characteristic value calculation unit (61) for calculating the characteristic value of the positive electrode and the characteristic value of the negative electrode in
An estimation unit (62) that estimates the amount of power that can be charged and discharged in the secondary battery based on the characteristic value of the positive electrode and the characteristic value of the negative electrode calculated by the characteristic value calculation unit.
Have a,
The estimation unit includes a deterioration degree determination unit (63) for determining which of the positive electrode and the negative electrode has a higher degree of deterioration from the characteristic value of the positive electrode and the characteristic value of the negative electrode, and the degree of deterioration of the positive electrode and the negative electrode. The battery state estimation device has a power amount calculation unit (64) for calculating the chargeable and dischargeable power amount in the secondary battery from the characteristic value of the one determined to be high .
上記電池状態推定装置においては、正極特性情報及び負極特性情報が使用履歴情報に対応付けられて記憶されている。そして、二次電池における充放電可能な電力量を推定する際には、当該二次電池の使用履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を抽出した上で、当該正極特性情報及び負極特性情報に基づいて、二次電池の動作範囲内において正極の特性値と負極の特性値とを個別に算出する。そして、当該正極の特性値と負極の特性値とから当該二次電池における充放電可能な電力量を推定する。これにより、使用履歴に応じて互いに異なる正極及び負極の劣化度合いが反映されるため、当該二次電池における充放電可能な電力量を高精度に推定することができる。 In the battery state estimation device, positive electrode characteristic information and negative electrode characteristic information are stored in association with usage history information. Then, when estimating the amount of power that can be charged and discharged in the secondary battery, after extracting the positive electrode characteristic information and the negative electrode characteristic information corresponding to the usage history information of the secondary battery, the positive electrode characteristic information and the negative electrode characteristic Based on the information, the characteristic value of the positive electrode and the characteristic value of the negative electrode are individually calculated within the operating range of the secondary battery. Then, the amount of power that can be charged and discharged in the secondary battery is estimated from the characteristic value of the positive electrode and the characteristic value of the negative electrode. As a result, the degree of deterioration of the positive electrode and the negative electrode, which differ from each other according to the usage history, is reflected, so that the amount of power that can be charged and discharged in the secondary battery can be estimated with high accuracy.
以上のごとく、本発明によれば、二次電池の状態を高精度に推定することができる電池状態推定装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a battery state estimation device capable of estimating the state of a secondary battery with high accuracy.
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 The reference numerals in parentheses described in the scope of claims and the means for solving the problem indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present invention. It's not a thing.
(実施形態1)
上記電池状態推定装置の実施形態について、図1〜図5を用いて説明する。
本実施形態の電池状態推定装置1は、二次電池2における充放電可能な電力量を推定するものであり、電池情報取得部40、履歴情報取得部41、特性情報記憶部30、特性情報抽出部60、特性値算出部61及び推定部62を有する。
電池情報取得部40は、二次電池2の電池情報を取得する。
履歴情報取得部41は、二次電池2の使用履歴情報を取得する。
特性情報記憶部30は、二次電池2の電池情報と二次電池2における正極の特性値及び負極の特性値との対応関係を示す正極特性情報及び負極特性情報がそれぞれ、二次電池2の使用履歴情報と対応付けられて、予め記憶されている。
特性情報抽出部60は履歴情報取得部41により取得された使用履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を特性情報記憶部30から抽出する。
特性値算出部61は、電池情報取得部40により取得された電池情報と、特性情報抽出部60により抽出された正極特性情報及び負極特性情報とに基づいて、二次電池2の動作範囲内において二次電池2における正極の特性値及び負極の特性値をそれぞれ算出する。
推定部62は、特性値算出部61により算出された正極の特性値及び負極の特性値に基づいて、二次電池2における充放電可能な電力量を推定する。
(Embodiment 1)
An embodiment of the battery state estimation device will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
The battery state estimation device 1 of the present embodiment estimates the amount of power that can be charged and discharged in the
The battery
The history
In the characteristic
The characteristic
The characteristic
The
以下、本実施形態の電池状態推定装置1について、詳述する。
図1に示すように、電池状態推定装置1は、二次電池2における充放電可能な電力量を推定するものであって、二次電池2に接続されて電源装置100を形成している。電源装置100は電気自動車等に搭載されて、二次電池2の出力電力が電気自動車の回転機や種々のアシスト機に利用されるとともに、回転機の回生エネルギーが二次電池2に入力されるように構成されている。本実施形態では、二次電池2はリチウムイオン電池であって、LiFePO4からなる鉄系正極と、グラファイトからなる炭素系負極とを有する。
Hereinafter, the battery state estimation device 1 of the present embodiment will be described in detail.
As shown in FIG. 1, the battery state estimation device 1 estimates the amount of power that can be charged and discharged in the
図1に示すように、電池状態推定装置1は、記憶部3、取得部4、格納部5、演算部6、報知部7を備える。記憶部3は特性情報記憶部30を有する。特性情報記憶部30は書き換え不能な不揮発性メモリであって、二次電池2の正極特性情報と負極特性情報とが予め記憶されている。
As shown in FIG. 1, the battery state estimation device 1 includes a
特性情報記憶部30に記憶された正極特性情報及び負極特性情報とは、二次電池2の正極の特性及び負極の特性と、二次電池2の電池状態との対応関係を示す情報である。正極の特性及び負極の特性としては、正極及び負極における容量維持率、抵抗上昇率、電極電位など、正極及び負極に関する種々の情報を採用することができる。二次電池2の電池状態としては、二次電池2における充放電電力量の積算値である積算充放電電力量、電極に流れた電流量の積算値である積算電流量、充放電回数、通電時間、二次電池2が搭載された車両の走行距離、電池温度、電池電圧など、二次電池2の使用に関する種々の情報を採用することができる。本実施形態では、正極特性情報及び負極特性情報として、正極及び負極における容量維持率を採用した。なお、容量維持率とは、正極及び負極における初期の充放電可能な電気容量Vintに対する検出時の充放電可能な電気容量Vの維持率であるV/Vint×100(%)を示す。
The positive electrode characteristic information and the negative electrode characteristic information stored in the characteristic
特性情報記憶部30に記憶された正極特性情報及び負極特性情報は、それぞれ別個に、二次電池2の使用履歴情報に対応付けられた状態で記憶されている。二次電池2の使用履歴情報とは、二次電池2における温度履歴、電力入出力履歴、通電履歴、二次電池2が搭載された車両の走行履歴、充放電履歴、積算充電容量、積算放電容量、総充電容量、総放電容量、平均電池電圧など、二次電池2の使用履歴に関する種々の情報を採用することができる。
The positive electrode characteristic information and the negative electrode characteristic information stored in the characteristic
本実施形態では、特性情報記憶部30には、正極特性情報及び負極特性情報としての正極及び負極における容量維持率と二次電池2における積算充放電電力量との対応関係が、二次電池2の使用履歴情報としての二次電池2の温度履歴に対応付けられて記憶されている。特性情報記憶部30には、本実施形態では、例えば、図2に示す第1の温度履歴に対応する第1の正極特性情報及び負極特性情報が記憶されており、図3に示す第2の温度履歴に対応する第2の正極特性情報及び負極特性情報が記憶されている。この場合は、第2の温度履歴では、第1の温度履歴の場合よりも、負極の劣化に比べて正極の劣化が進みやすい温度環境で使用されている。なお、特性情報記憶部30に記憶された正極特性情報及び負極特性情報の形態は特に限定されず、例えば、算出式、マップ、表などの形態とすることができる。なお、特性情報記憶部30に記憶される正極特性情報及び負極特性情報は、測定用の二次電池2を用いて加速劣化試験を行って分解調査して得られた実測定値を基に作成したり、二次電池2のモデルを用いて正極及び負極の状態変化を理論的に導き出す算出式により作成することができる。
In the present embodiment, the characteristic
図1に示すように、取得部4は、電池情報取得部40と履歴情報取得部41とを有する。電池情報取得部40は、電池状態推定装置1に接続された二次電池2から上述の電池情報を取得する。電池情報取得部40は、例えば、各種センサや計測器により構成することができる。本実施形態では、電池情報取得部40は、二次電池2に流れた電流量、二次電池2の電圧値及び流れた時間に基づいて二次電池2において充放電された電力量を計測する計測器からなる。履歴情報取得部41は、電池状態推定装置1に接続された二次電池2から上述の二次電池2の使用履歴情報を取得する。本実施形態では、電池状態推定装置1に接続された二次電池2の使用環境の温度を計測する温度センサからなる。なお、電池情報取得部40が所定のタイミングや間隔で取得して蓄積した情報を二次電池2の使用履歴情報として取得するようにしてもよい。
As shown in FIG. 1, the
次に、格納部5は、電池情報格納部50と、履歴情報格納部51とを有する。電池情報格納部50は揮発性のメモリであって、電池情報取得部40が取得した電池情報が一次的に格納される。履歴情報格納部51は書き換え可能な不揮発性のメモリであって、履歴情報取得部41が取得した二次電池2の使用履歴情報が蓄積される。
Next, the
演算部6は、特性情報抽出部60、特性値算出部61、推定部62を有する。演算部6はマイコンにより構成され、特性情報抽出部60、特性値算出部61、推定部62としての機能を果たすプログラムを実行可能に構成されている。当該プログラムは演算部6に設けられた図示しないメモリに格納されている。特性情報抽出部60は、特性情報記憶部30から、履歴情報格納部51に格納された二次電池2の使用履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を抽出する。特性値算出部61は、電池情報格納部50に格納された二次電池2の電池情報と、特性情報抽出部60により抽出された正極特性情報及び負極特性情報とに基づいて、二次電池2の動作範囲内において正極の特性値と負極の特性値とを算出する。
The
二次電池2の動作範囲とは、正極及び負極のそれぞれの最大及び最小電気容量から規定される理論範囲内において余裕度を持たせた範囲である。二次電池2はこの動作範囲内で使用することにより、高い安定性を確保できる。そして、本実施形態における特性値算出部61では、二次電池2の動作範囲内において正極の特性値と負極の特性値を算出することにより、二次電池2の高い安定性が確保された範囲内で後述する二次電池2における充放電可能な電力量が推定されるように構成されている。例えば、図2及び図3に示すように、正極及び負極における容量維持率と二次電池2における積算充放電電力量との対応関係からなる正極特性情報及び負極特性情報においては、所定の容量維持率が動作範囲の下限として規定される。そして、二次電池2の動作範囲は、容量維持率が当該動作範囲の下限よりも高い、すなわち正極及び負極における劣化が少ない範囲となる。
The operating range of the
推定部62は、劣化度判定部63と電力量算出部64とを有する。劣化度判定部63は、正極の特性値と負極の特性値とを比較して、どちらが劣化度合いが高いか判定する。電力量算出部64は、劣化度判定部63において、正極及び負極のうち劣化度合いが高いと判定された方の特性値から二次電池2における充放電可能な電力量を算出する。これにより、推定部62において、二次電池2における充放電可能な電力量が推定される。
The
報知部7は、推定結果表示部70を有する。推定結果表示部70は、推定部62による推定結果を表示して、ユーザに推定結果を報知する。推定結果表示部70は、所定のディスプレイで構成され、推定結果である二次電池2における充放電可能な電力量を表示可能に構成されている。なお、報知部7は、推定結果表示部70に替えて、又はこれとともに、推定部62による推定結果を音声で報知したり、所定のランプで報知する推定結果出力部を備えていてもよい。例えば、推定結果である二次電池2における充放電可能な電力量が所定の基準値よりも高い場合又は低い場合に所定態様の音声を出力したり、所定態様のランプを点灯させるようにしてもよい。
The
次に、電池状態推定装置1の使用態様について、図4に示すフロー図を用いて説明する。まず、図4に示すように、ステップS1において、履歴情報取得部41により、二次電池2の使用履歴情報を取得し、履歴情報格納部51に格納する。本実施形態では、履歴情報取得部41は所定間隔で二次電池2の温度を取得し、二次電池2の使用履歴情報として温度履歴情報を履歴情報格納部51に格納する。また、履歴情報取得部41は二次電池2における積算充放電電力量(Wh)も所定間隔で取得し、履歴情報格納部51に格納する。
Next, the usage mode of the battery state estimation device 1 will be described with reference to the flow chart shown in FIG. First, as shown in FIG. 4, in step S1, the history
次に、ステップS2において、二次電池2における充放電可能な電力量を推定する電力量推定タイミングが到来したか否かを判定する。当該判定は図示しない判定部により行う。電力量推定タイミングが到来していないと判定された場合は、再度ステップS1に戻る。
Next, in step S2, it is determined whether or not the electric energy estimation timing for estimating the electric energy that can be charged and discharged in the
ステップS2において、電力量推定タイミングが到来していると判定された場合は、ステップS3に進み、電池情報取得部40により、二次電池2の電池情報を取得し、電池情報格納部50に格納する。本実施形態では、電池情報取得部40は、履歴情報格納部51に格納されている電力量推定タイミングまでの二次電池2における積算充放電電力量(Wh)を電池情報として取得する。
If it is determined in step S2 that the electric energy estimation timing has arrived, the process proceeds to step S3, the battery
そして、ステップS4において、特性情報抽出部60により、履歴情報格納部51に格納された温度履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を特性情報記憶部30から抽出する。例えば、履歴情報格納部51に格納された温度履歴情報が第1の温度履歴である場合には、特性情報記憶部30から図2に示す第1の正極特性情報及び負極特性情報を抽出し、履歴情報格納部51に格納された温度履歴情報が第2の温度履歴である場合には、特性情報記憶部30から図3に示す第2の正極特性情報及び負極特性情報を抽出する。
Then, in step S4, the characteristic
その後、ステップS5において、特性値算出部61により、電池情報格納部50に格納された二次電池2の電池情報と、特性情報抽出部60により抽出された正極特性情報及び負極特性情報とに基づいて、二次電池2の動作範囲内において正極の特性値と負極の特性値とを算出する。本実施形態では、例えば、履歴情報格納部51に格納された温度履歴情報が第1の温度履歴である場合には、図2に示す第1の正極特性情報及び負極特性情報と、電池情報格納部50に格納された二次電池2における積算充放電電力量(Wh)とに基づいて、二次電池2の動作範囲内において、正極の特性値及び負極の特性値として、正極の容量維持率(V/Vint)及び負極の容量維持率(V/Vint)を算出する。また、例えば、履歴情報格納部51に格納された温度履歴情報が第2の温度履歴である場合には、図3に示す第2の正極特性情報及び負極特性情報と、電池情報格納部50に格納された二次電池2における積算充放電電力量(Wh)とに基づいて、二次電池2の動作範囲内において、正極の特性値及び負極の特性値として、正極の容量維持率(V/Vint)及び負極の容量維持率(V/Vint)を算出する。
After that, in step S5, the characteristic
例えば、図2及び図3に示すように、電池情報格納部50に格納された二次電池2における積算充放電電力量(Wh)がWh1である場合には、正極の容量維持率(V/Vint)はV1pであり、負極の容量維持率(V/Vint)はV1nである。また、電池情報格納部50に格納された二次電池2における積算充放電電力量(Wh)がWh2である場合には、正極の容量維持率(V/Vint)はV1pであり、負極の容量維持率(V/Vint)はV1nである。
For example, as shown in FIGS. 2 and 3, when the integrated charge / discharge electric energy (Wh) in the
そして、図4に示すステップS6において、推定部62における劣化度判定部63により、特性値算出部61によって算出された正極の特性値及び負極の特性値とを比較して、どちらの劣化度合いが高いか判定する。本実施形態では、劣化度判定部63により、正極の容量維持率と負極の容量維持率とを比較して、容量維持率が低い方を劣化度合いが高いと判定する。
Then, in step S6 shown in FIG. 4, the deterioration
例えば、図2に示すように、第1の温度履歴の場合において、二次電池2の積算充放電電力量がWh1の場合には、負極の特性値V1nが正極の特性値V1pよりも小さいため、劣化度判定部63により負極の方が正極よりも劣化度合いが高いと判定される。また、二次電池2の積算充放電電力量がWh2の場合も負極の特性値V2nが正極の特性値V2pよりも小さいため、劣化度判定部63により負極の方が正極よりも劣化度合いが高いと判定される。また、図3に示すように、第2の温度履歴の場合においては、二次電池2の積算充放電電力量がWh1の場合には、第1の温度履歴の場合と同様に、負極の特性値V1nが正極の特性値V1pよりも小さいため、劣化度判定部63により負極の方が正極よりも劣化度合いが高いと判定される。しかし、二次電池2の積算充放電電力量がWh2の場合には、正極の特性値V2pが負極の特性値V2nよりも小さいため、劣化度判定部63により正極の方が負極よりも劣化度合いが高いと判定される。
For example, as shown in FIG. 2, in the case of the first temperature history, when the integrated charge / discharge electric energy of the
その後、図4に示すステップS7において、推定部62における電力量算出部64により、劣化度判定部63によって正極及び負極のうち劣化度合いが高いと判定された方の特性値から二次電池2における充放電可能な電力量を算出する。本実施形態では、電力量算出部64により、劣化度合いが高い方の電極の容量維持率から劣化度合いが高い方の電極の充放電可能な電力量を算出し、これに基づいて当該二次電池2における充放電可能な電力量を算出する。
After that, in step S7 shown in FIG. 4, in the
以上のように、電池状態推定装置1により、二次電池2における充放電可能な電力量を推定することができる。
As described above, the battery state estimation device 1 can estimate the amount of power that can be charged and discharged in the
(評価試験1)
次に、電池状態推定装置における使用履歴に関する以下の評価試験1を行った。
試験例の電池状態推定装置として実施形態1の電池状態推定装置1を使用し、比較例として電極非分離方式の推定方法により電池状態を推定する電池状態推定装置を使用した。
比較例の電池状態推定装置は、二次電池における積算充放電電力量(Wh)と二次電池の容量維持率との関係を示す情報である電池特性情報を有している。比較例の電池状態推定装置による二次電池における充放電可能な電力量の推定は、図5に示すフローに従って行った。まず、ステップS101において、二次電池2における積算充放電電力量を検出し、記憶する。そして、ステップS102において、電力量推定タイミングに到達したか否かを判定する。電力量推定タイミングに到達していないと判定された場合は、再度ステップS101に戻る。一方、ステップS102において電力量推定タイミングに到達していると判定された場合は、測定時点までの二次電池における積算充放電電力量を取得する。そして、ステップS104において、ステップS102で取得した当該二次電池における積算充放電電力量と電池特性情報とに基づいて、ステップS105によって二次電池2の充放電可能な電力量を推定する。
(Evaluation test 1)
Next, the following evaluation test 1 regarding the usage history in the battery state estimation device was performed.
The battery state estimation device 1 of the first embodiment was used as the battery state estimation device of the test example, and the battery state estimation device for estimating the battery state by the electrode non-separation method estimation method was used as a comparative example.
The battery state estimation device of the comparative example has battery characteristic information which is information indicating the relationship between the integrated charge / discharge electric energy (Wh) in the secondary battery and the capacity retention rate of the secondary battery. The amount of power that can be charged and discharged in the secondary battery was estimated by the battery state estimation device of the comparative example according to the flow shown in FIG. First, in step S101, the integrated charge / discharge electric energy in the
評価試験1は以下のように行った。まず、電源装置100が搭載された車両を温度環境が異なる使用履歴A、B及びCにおいて所定期間使用した後、試験例の電池状態推定装置1及び比較例の電池状態推定装置によって二次電池2における充放電可能な電力量を推定した。また、二次電池2において当該推定時点で実際に充放電できた電力量を実測定値として取得した。使用履歴Aは通常温度の市街地で使用した場合であり、使用履歴Bは高温度の地域で使用した場合であり、使用履歴Cは低温度の地域で使用した場合である。そして、試験例1−1及び比較例1−1を使用履歴Aとし、試験例1−2及び比較例1−2を使用履歴Bとし、試験例1−3及び比較例1−3を使用履歴Cとした。評価結果は表1に示した。なお、各試験例及び比較例のいずれにおいても、リン酸鉄リチウムからなる正極と、非晶質炭素からなる負極とを有する二次電池2を使用した。
Evaluation test 1 was conducted as follows. First, a vehicle equipped with the
表1に示すように、試験例1−1、1−2及び1−3のいずれにおいても、推定値と実測定値との差は−0.01〜0.00Ahの範囲内の高い推定精度を示した。一方、比較例1−1、1−2及び1−3では、推定値と実測定値との差はいずれも試験例の場合よりも大きかった。
以上のように、試験例1−1、1−2及び1−3では推定値と実測定値との差は小さく、その精度は比較例のいずれよりも高いことが確認できた。
As shown in Table 1, in all of Test Examples 1-1, 1-2 and 1-3, the difference between the estimated value and the actual measured value has a high estimation accuracy in the range of -0.01 to 0.00Ah. Indicated. On the other hand, in Comparative Examples 1-1, 1-2 and 1-3, the difference between the estimated value and the actual measured value was larger than that in the case of the test example.
As described above, it was confirmed that in Test Examples 1-1, 1-2 and 1-3, the difference between the estimated value and the actual measured value was small, and the accuracy was higher than that of any of the comparative examples.
(評価試験2)
次に、電池状態推定装置と二次電池とを有する電源装置に関する以下の評価試験2を行った。評価試験2では、二次電池の電極の構成を変更した。試験例2−1及び比較例2−1では、正極がリン酸鉄リチウムからなり、負極が非晶質炭素からなる二次電池とした。試験例2−2及び比較例2−2では、正極がニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムからなり、負極が非晶質炭素からなる二次電池とした。試験例2−3及び比較例2−3では、正極がニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムからなり、負極がチタン酸リチウムからなる二次電池とした。なお、各試験例及び比較例では使用履歴として、評価試験1における高温地域の使用履歴Bを採用し、評価試験1の場合と同様に、二次電池2の充放電可能な電力量を推定するとともに実際に充放電可能な電力量の実測定値を測定した。評価結果は以下の表2に示す。
(Evaluation test 2)
Next, the following
表2に示すように、試験例2−1、2−2及び2−3の全てで、比較例2−1、2−2及び2−3よりも推定値と実測定値との差が小さく、その推定精度が高いことが確認できた。 As shown in Table 2, in all of Test Examples 2-1, 2-2 and 2-3, the difference between the estimated value and the actual measured value is smaller than that of Comparative Examples 2-1, 2-2 and 2-3. It was confirmed that the estimation accuracy was high.
(評価試験3)
次に、電池状態推定装置と二次電池とを有する電源装置に関する以下の評価試験3を行った。評価試験3ではさらに、二次電池の電極の構成を変更した。試験例3−1、3−2、3−3及び比較例3−1、3−2、3−3では、正極をリン酸鉄リチウムからなる二次電池とし、試験例3−4、3−5及び比較例3−4、3−5では正極をニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムからなる二次電池とした。また、試験例3−1、3−4及び比較例3−1、3−4では、負極を非晶質炭素からなる二次電池とし、試験例3−2及び比較例3−2では、負極を黒鉛比表面積が1.2m2/gの高比表面黒鉛からなる二次電池とし、試験例3−3、3−5及び比較例3−3、3−5では、負極を黒鉛比表面積が0.8m2/gの低比表面黒鉛からなる二次電池とした。なお、各試験例及び比較例では使用履歴として、評価試験1における高温地域の使用履歴Bを採用し、評価試験1の場合と同様に、二次電池の充放電可能な電力量を推定するとともに実際に充放電可能な電力量の実測定値を測定した。評価結果は以下の表3に示す。
(Evaluation test 3)
Next, the following
表3に示すように、すべての試験例において、対応する比較例よりも推定値と実測定値との差が少なくなっており、高い推定精度を示すことが確認できた。特に、負極が低比表面黒鉛からなる場合には十分高い推定精度が得られることが分かった。 As shown in Table 3, in all the test examples, the difference between the estimated value and the actual measured value was smaller than that of the corresponding comparative example, and it was confirmed that the estimation accuracy was high. In particular, it was found that sufficiently high estimation accuracy can be obtained when the negative electrode is made of low specific surface graphite.
次に、本実施形態の電池状態推定装置1における作用効果について、詳述する。
電池状態推定装置1においては、正極特性情報及び負極特性情報が使用履歴情報に対応付けられて記憶されている。そして、二次電池2における充放電可能な電力量を推定する際には、当該二次電池2の使用履歴情報に対応する正極特性情報及び負極特性情報を抽出した上で、当該正極特性情報及び負極特性情報に基づいて、二次電池2の動作範囲内において正極の特性値と負極の特性値とを個別に算出する。そして、当該正極の特性値と負極の特性値とから二次電池2における充放電可能な電力量を推定する。これにより、使用履歴に応じて互いに異なる正極及び負極の劣化度合いが反映されるため、二次電池2における充放電可能な電力量を高精度に推定することができる。
Next, the effects of the battery state estimation device 1 of the present embodiment will be described in detail.
In the battery state estimation device 1, positive electrode characteristic information and negative electrode characteristic information are stored in association with usage history information. Then, when estimating the amount of power that can be charged and discharged in the
また、本実施形態では、推定部62は、正極の特性値及び負極の特性値から正極及び負極のどちらが劣化度合いが高いか判定する劣化度判定部63と、正極及び負極のうち劣化度合いが高いと判定された方の特性値から二次電池2における充放電可能な電力量を算出する電力量算出部64とを有する。二次電池2における充放電可能な電力量に対する影響は、二次電池2における正極及び負極のうち、劣化度合いが高い方の電極が優位となる。従って、推定部62は電力量算出部64において、劣化度判定部63において劣化度合いが高いと判定された電極の特性値から二次電池2における充放電可能な電力量を算出することにより、二次電池2における充放電可能な電力量を高精度に推定することができる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、推定部62の推定結果を表示する推定結果表示部70を有する。これにより、当該推定結果を容易に視認することができる。
Further, in the present embodiment, the estimation
また、電池状態推定装置1と、電池状態推定装置1によって充放電可能な電力量が推定される二次電池2とを含む電源装置100は、二次電池2がリチウムイオン二次電池であるとともに、比表面積が3.0m2/g以下である黒鉛を含む負極を有することが好ましく、1.0m2/g以下である黒鉛を含む負極を有することがより好ましい。これにより、電池状態推定装置1により二次電池2における充放電可能な電力量が高精度に推定される電源装置100となる。
Further, in the
本実施形態では、電源装置100は、一つの二次電池2に一つの電池状態推定装置1が接続されているが、これに替えて、図6に示す変形形態1のように、電源装置100において、複数の二次電池2が備えられて組電池20を構成していてもよい。図6に示すように、変形形態1における電源装置100は、組電池20を備えるとともに、電池状態推定装置として、第1電池状態推定装置11及び第2電池状態推定装置12を備えている。第1電池状態推定装置11及び第2電池状態推定装置12は実施形態1における電池状態推定装置1と同一の構成を有する。組電池20は、複数の二次電池2からなる第1電池群21及び第2電池群22を含んでいる。第1電池群21では、複数の二次電池2が並列に接続された状態で第1電池状態推定装置11に接続されている。また、第2電池群22では、複数の二次電池2が並列に接続された状態で第2電池状態推定装置12に接続されている。そして、第1電池状態推定装置11及び第2電池状態推定装置12は、第1電池群21及び第2電池群22ごとの使用履歴情報及び電池情報を取得するとともに、充放電可能な電力量を推定するように構成されている。
In the present embodiment, in the
変形形態1における電源装置100では、監視単位となる第1電池群21及び第2電池群22ごとに、充放電可能な電力量を高精度に推定するようにできる。これにより、多数の二次電池2を備える組電池20において、二次電池2ごとに電池状態推定装置1を使用する場合に比べて電池状態推定装置1の使用数を減らすことができる。さらに、組電池20が使用された環境や使用状況等による監視単位ごとの劣化のバラつきや偏りを考慮して組電池20全体の充放電可能な電力量を高精度に推定することができる。
In the
なお、図7に示す変形形態2のように、組電池20に一つの電池状態推定装置1を接続するようにしてもよい。変形形態2の場合には、電池状態推定装置1の使用数を一層減らすことができる。さらに、複数の二次電池2における充放電可能な電力量を個別に推定することや所定の監視単位ごとに推定することはできないが、組電池20全体における充放電可能な電力量を高精度に推定することができる。
As in the modified
なお、変形形態1及び変形形態2において、実施形態1の場合と同等の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
In the modified form 1 and the modified
以上のごとく、本実施形態によれば、二次電池2の状態を高精度に推定することができる電池状態推定装置1及び電源装置100が提供される。
As described above, according to the present embodiment, the battery state estimation device 1 and the
本発明は上記実施形態及び変形形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態1における電源装置100において、電池状態推定装置1が報知部7を有していない構成としてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments and modifications, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof. For example, in the
1 電池状態推定装置
2 二次電池
40 電池情報取得部
41 履歴情報取得部
30 特性情報記憶部
60 特性情報抽出部
61 特性値算出部
62 推定部
63 劣化度判定部
64 電力量算出部
70 推定結果表示部
100 電源装置
1 Battery
Claims (5)
上記二次電池の電池情報を取得する電池情報取得部(40)と、
上記二次電池の使用履歴情報を取得する履歴情報取得部(41)と、
上記二次電池の電池情報と上記二次電池における正極の特性値及び負極の特性値との対応関係を示す正極特性情報及び負極特性情報がそれぞれ、上記二次電池の使用履歴情報と対応付けられて、予め記憶されている特性情報記憶部(30)と、
上記履歴情報取得部により取得された上記使用履歴情報に対応する上記正極特性情報及び上記負極特性情報を上記特性情報記憶部から抽出する特性情報抽出部(60)と、
上記電池情報取得部により取得された上記電池情報と、上記特性情報抽出部により抽出された上記正極特性情報及び上記負極特性情報とに基づいて、上記二次電池の動作範囲内において上記二次電池における正極の特性値及び負極の特性値をそれぞれ算出する特性値算出部(61)と、
上記特性値算出部により算出された上記正極の特性値及び上記負極の特性値に基づいて、上記二次電池における充放電可能な電力量を推定する推定部(62)と、
を有し、
上記推定部は、上記正極の特性値及び上記負極の特性値から上記正極及び上記負極のどちらが劣化度合いが高いか判定する劣化度判定部(63)と、上記正極及び上記負極のうち劣化度合いが高いと判定された方の上記特性値から上記二次電池における充放電可能な電力量を算出する電力量算出部(64)とを有する、電池状態推定装置。 A battery state estimation device (1) that estimates the amount of power that can be charged and discharged in the secondary battery (2).
The battery information acquisition unit (40) that acquires the battery information of the secondary battery, and
The history information acquisition unit (41) that acquires the usage history information of the secondary battery, and
The positive electrode characteristic information and the negative electrode characteristic information indicating the correspondence relationship between the battery information of the secondary battery and the characteristic value of the positive electrode and the characteristic value of the negative electrode in the secondary battery are associated with the usage history information of the secondary battery, respectively. The characteristic information storage unit (30) stored in advance and
A characteristic information extraction unit (60) that extracts the positive electrode characteristic information and the negative electrode characteristic information corresponding to the usage history information acquired by the history information acquisition unit from the characteristic information storage unit, and
Based on the battery information acquired by the battery information acquisition unit, the positive electrode characteristic information extracted by the characteristic information extraction unit, and the negative electrode characteristic information, the secondary battery is within the operating range of the secondary battery. The characteristic value calculation unit (61) for calculating the characteristic value of the positive electrode and the characteristic value of the negative electrode in
An estimation unit (62) that estimates the amount of power that can be charged and discharged in the secondary battery based on the characteristic value of the positive electrode and the characteristic value of the negative electrode calculated by the characteristic value calculation unit.
Have a,
The estimation unit includes a deterioration degree determination unit (63) for determining which of the positive electrode and the negative electrode has a higher degree of deterioration from the characteristic value of the positive electrode and the characteristic value of the negative electrode, and the degree of deterioration of the positive electrode and the negative electrode. A battery state estimation device having a power amount calculation unit (64) for calculating the amount of power that can be charged and discharged in the secondary battery from the characteristic value of the one determined to be higher .
上記二次電池はリチウムイオン二次電池であるとともに、比表面積が3.0m2/g以下である黒鉛を含む負極を有する、電源装置。 A power supply device (100) including the battery state estimation device according to claim 1 or 2 and a secondary battery in which the amount of power that can be charged and discharged by the battery state estimation device is estimated.
The secondary battery is a power supply device which is a lithium ion secondary battery and has a negative electrode containing graphite having a specific surface area of 3.0 m 2 / g or less.
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