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JP7501384B2 - Battery Deterioration Prediction System - Google Patents
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Description

本発明は、電池劣化予測システムに関する。 The present invention relates to a battery deterioration prediction system.

特許文献1には、二次電池の劣化度合いを予測するシステムが開示されている。特許文献1に記載のシステムは、二次電池の劣化量を、二次電池の電極表面に付着する不純物量に相関すると考えるパラメータを用いて予測している。 Patent Document 1 discloses a system for predicting the degree of deterioration of a secondary battery. The system described in Patent Document 1 predicts the degree of deterioration of a secondary battery using a parameter that is thought to be correlated with the amount of impurities adhering to the electrode surface of the secondary battery.

特開2013-181875号公報JP 2013-181875 A

例えば車載用途の二次電池等、大電流が流れる二次電池においては、電極の分極が顕在化しやすい。特許文献1に記載のシステムにおいては、かかる分極の顕在化が考慮されておらず、二次電池の劣化予測の精度を向上させ難い。 For example, in secondary batteries through which a large current flows, such as secondary batteries for in-vehicle use, electrode polarization is likely to become evident. In the system described in Patent Document 1, the emergence of such polarization is not taken into consideration, making it difficult to improve the accuracy of predicting deterioration of secondary batteries.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、二次電池の劣化予測の精度を向上させることができる電池劣化予測システムを提供しようとするものである。 The present invention was made in consideration of these problems, and aims to provide a battery deterioration prediction system that can improve the accuracy of predicting deterioration of secondary batteries.

本発明の一態様は、二次電池(21)の負極抵抗(Ra)及び正極抵抗(Rc)を取得する電極抵抗取得部(107)と、
前記二次電池の電流値(I)を取得する電流値取得部(102)と、
前記二次電池の負極の開回路電位(OCPa)及び前記二次電池の正極の開回路電位(OCPc)を取得するOCP取得部(106)と、
前記電極抵抗取得部において取得される前記負極抵抗及び前記正極抵抗のそれぞれと、前記電流値取得部において取得される前記二次電池の電流値とから、負極分極(ΔVa)、正極分極(ΔVc)を算出する分極算出部(108)と、
前記OCP取得部において取得される前記負極の開回路電位と前記分極算出部において算出される前記負極分極とに基づいて前記負極の閉回路電位(CCPa)を算出するとともに、前記OCP取得部において取得される前記正極の開回路電位と前記分極算出部において算出される前記正極分極とに基づいて前記正極の閉回路電位(CCPc)を算出する、CCP算出部(109)と、
前記CCP算出部において算出される前記負極の閉回路電位及び前記正極の閉回路電位の少なくとも一方に基づいて、前記二次電池の負極容量(Qa)、正極容量(Qc)、及び正負極SOCずれ容量(QLi)を予測するとともに、予測された前記負極容量、前記正極容量、及び前記正負極SOCずれ容量に基づいて、前記二次電池の電池容量(QB)を予測する容量予測部(110)と、を備える電池劣化予測システム(1)にある。
According to one aspect of the present invention, there is provided a secondary battery (21) including an electrode resistance acquisition unit (107) for acquiring a negative electrode resistance (R a ) and a positive electrode resistance (R c );
A current value acquisition unit (102) that acquires a current value (I) of the secondary battery;
an OCP acquisition unit (106) that acquires an open circuit potential (OCP a ) of a negative electrode of the secondary battery and an open circuit potential (OCP c ) of a positive electrode of the secondary battery;
a polarization calculation unit (108) that calculates a negative electrode polarization (ΔV a ) and a positive electrode polarization (ΔV c ) from the negative electrode resistance and the positive electrode resistance acquired by the electrode resistance acquisition unit and the current value of the secondary battery acquired by the current value acquisition unit;
a CCP calculation unit (109) that calculates a closed circuit potential (CCP a ) of the negative electrode based on the open circuit potential of the negative electrode acquired by the OCP acquisition unit and the negative electrode polarization calculated by the polarization calculation unit, and calculates a closed circuit potential (CCP c ) of the positive electrode based on the open circuit potential of the positive electrode acquired by the OCP acquisition unit and the positive electrode polarization calculated by the polarization calculation unit;
The battery deterioration prediction system (1) includes a capacity prediction unit (110) that predicts the negative electrode capacity (Q a ), positive electrode capacity (Q c ), and positive/negative electrode SOC deviation capacity (Q Li ) of the secondary battery based on at least one of the negative electrode closed circuit potential and the positive electrode closed circuit potential calculated in the CCP calculation unit, and predicts the battery capacity (Q B ) of the secondary battery based on the predicted negative electrode capacity, positive electrode capacity, and positive/negative electrode SOC deviation capacity.

前記態様の電池劣化予測システムは、負極の開回路電位と負極分極とに基づいて負極の閉回路電位を算出するとともに、正極の開回路電位と正極分極とに基づいて正極の閉回路電位を算出するCCP算出部を備える。そして、容量予測部は、この閉回路電位に基づいて、二次電池の負極容量、正極容量、及び正負極SOCずれ容量を予測するとともに、予測された負極容量、正極容量、及び正負極SOCずれ容量に基づいて、二次電池の電池容量を予測する。このように、正極の分極及び負極の分極を考慮しつつ、二次電池の電池容量を予測することで、電池容量を高精度で予測することができる。 The battery degradation prediction system of the above aspect includes a CCP calculation unit that calculates the closed circuit potential of the negative electrode based on the open circuit potential and negative electrode polarization of the negative electrode, and calculates the closed circuit potential of the positive electrode based on the open circuit potential and positive electrode polarization of the positive electrode. The capacity prediction unit predicts the negative electrode capacity, positive electrode capacity, and positive/negative electrode SOC deviation capacity of the secondary battery based on this closed circuit potential, and predicts the battery capacity of the secondary battery based on the predicted negative electrode capacity, positive electrode capacity, and positive/negative electrode SOC deviation capacity. In this way, by predicting the battery capacity of the secondary battery while taking into account the polarization of the positive electrode and the polarization of the negative electrode, the battery capacity can be predicted with high accuracy.

以上のごとく、前記態様によれば、二次電池の劣化度合いを高精度に予測することができる電池劣化予測システムを提供することができる。
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。
As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a battery deterioration prediction system that can predict the degree of deterioration of a secondary battery with high accuracy.
In addition, the symbols in parentheses described in the claims and the means for solving the problems indicate a correspondence with the specific means described in the embodiments described below, and do not limit the technical scope of the present invention.

実施形態1における、電池劣化予測システム及びこれを備えた電源システムの概念図。1 is a conceptual diagram of a battery deterioration prediction system and a power supply system including the same in a first embodiment. 実施形態1における、電池劣化予測システムの構成を示す機能ブロック図。1 is a functional block diagram showing the configuration of a battery deterioration prediction system according to a first embodiment. 実施形態1における、電池劣化予測システムが電池容量QBを予測する処理を説明するためのフローチャート。4 is a flowchart for explaining a process in which the battery deterioration prediction system predicts a battery capacity Q B in the first embodiment. 実施形態1における、(a)劣化前の二次電池の開回路電圧と充電率との関係及び閉回路電圧と充電率との関係を模式的に示す図、(b)劣化後の二次電池の開回路電圧と充電率との関係及び閉回路電圧と充電率との関係を模式的に示す図。FIG. 1A is a diagram showing a schematic diagram of the relationship between the open circuit voltage and the charging rate of a secondary battery before deterioration, and the relationship between the closed circuit voltage and the charging rate, in embodiment 1; and FIG. 1B is a diagram showing a schematic diagram of the relationship between the open circuit voltage and the charging rate of a secondary battery after deterioration, and the relationship between the closed circuit voltage and the charging rate, in embodiment 1. 実施形態1における、第一電池と第二電池とのそれぞれについての劣化の仕方を示すグラフ。5 is a graph showing how the first battery and the second battery deteriorate in the first embodiment. 実施形態1における、電池劣化予測システムが二次電池の負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiを利用して、二次電池に流れる電流を制御する処理を説明するためのフローチャート。4 is a flowchart for illustrating a process in which the battery deterioration prediction system in the first embodiment controls a current flowing through the secondary battery by using a negative electrode capacity Q a , a positive electrode capacity Q c , and a positive/negative electrode SOC deviation capacity Q Li of the secondary battery. 実施形態1における、更新OCP特性及び更新OCV特性を示す模式図。5 is a schematic diagram showing an updated OCP characteristic and an updated OCV characteristic in the first embodiment. 実施形態1における、更新OCV特性と微分特性を示す模式図。5 is a schematic diagram showing an updated OCV characteristic and a differential characteristic in the first embodiment. 実施形態2における、予測式の更新フローを説明するためのフローチャート。13 is a flowchart for explaining a flow of updating a prediction formula in the second embodiment. 実施形態2における、充電末期の電圧挙動に基づいた、(a)第1の使用履歴から得られる抵抗の差分と容量維持率との関係式を表す概念図、(b)第2の使用履歴から得られる抵抗の差分と容量維持率との関係式を表す概念図。FIG. 11A is a conceptual diagram showing a relationship between a resistance difference obtained from a first usage history and a capacity retention rate, based on voltage behavior at the end of charging in a second embodiment; and FIG. 11B is a conceptual diagram showing a relationship between a resistance difference obtained from a second usage history and a capacity retention rate, based on voltage behavior at the end of charging in a second embodiment. 変形形態1における、充電休止後の電圧緩和挙動に基づいた、(a)第1の使用履歴から得られる電圧変化と容量維持率との関係式を表す概念図、(b)第2の使用履歴から得られる電圧変化と容量維持率との関係式を表す概念図。FIG. 13A is a conceptual diagram showing a relationship between the voltage change and the capacity retention rate obtained from a first usage history, based on the voltage relaxation behavior after charging is suspended in variant 1; and FIG. 13B is a conceptual diagram showing a relationship between the voltage change and the capacity retention rate obtained from a second usage history. 変形形態2における、(a)及び(b)第1の使用履歴から得られる特定周波数の交流インピーダンスと容量維持率との関係式を表す概念図、(c)及び(d)第2の使用履歴から得られる特定周波数の交流インピーダンスと容量維持率との関係式を表す概念図。13A and 13B are conceptual diagrams showing a relationship between the AC impedance at a specific frequency obtained from a first usage history and the capacity maintenance rate in a modified embodiment 2; and FIG. 13C and 13D are conceptual diagrams showing a relationship between the AC impedance at a specific frequency obtained from a second usage history and the capacity maintenance rate in a modified embodiment 2. 変形形態3における、(a)及び(b)第1の使用履歴から得られる特定周波数の交流インピーダンスと容量維持率との関係式を表す概念図、(c)及び(d)第2の使用履歴から得られる特定周波数の交流インピーダンスと容量維持率との関係式を表す概念図。13A and 13B are conceptual diagrams showing a relationship between the AC impedance at a specific frequency obtained from a first usage history and the capacity maintenance rate in variant embodiment 3; and FIG. 13C and 13D are conceptual diagrams showing a relationship between the AC impedance at a specific frequency obtained from a second usage history and the capacity maintenance rate in variant embodiment 3. 変形形態4における、(a)、(b)及び(c)第1の使用履歴から得られる特定周波数の交流インピーダンスと容量維持率との関係式を表す概念図。13A, 13B, and 13C are conceptual diagrams showing a relationship between the AC impedance at a specific frequency obtained from the first usage history and the capacity maintenance rate in the fourth modified embodiment. 実施形態3における、電池劣化予測システムの構成を示す機能ブロック図。FIG. 11 is a functional block diagram showing the configuration of a battery deterioration prediction system in a third embodiment. 実施形態4における、電池劣化予測システムの構成を示す機能ブロック図。FIG. 13 is a functional block diagram showing the configuration of a battery deterioration prediction system in a fourth embodiment. 実施形態5における、電池劣化予測システムと車両とを示す概念図。FIG. 13 is a conceptual diagram showing a battery deterioration prediction system and a vehicle in a fifth embodiment. 実施形態6における、電池劣化予測システムの構成を示す機能ブロック図。FIG. 13 is a functional block diagram showing the configuration of a battery deterioration prediction system in a sixth embodiment. 実施形態6における、電池劣化予測システムにおけるデータ未取得期間における推定処理を説明するためのフローチャート。23 is a flowchart for explaining an estimation process in a data non-acquired period in a battery deterioration prediction system according to a sixth embodiment. 実施形態6における、(a)イグニッション、(b)温度、(c)電流値、(d)電圧値、(e)SOCのデータ未取得期間の変化を表した概念図。20A to 20E are conceptual diagrams showing changes in (a) ignition, (b) temperature, (c) current value, (d) voltage value, and (e) SOC during a period in which data has not been acquired in the sixth embodiment.

(実施形態1)
電池劣化予測システムの実施形態につき、図1~図8を用いて説明する。
本形態の電池劣化予測システム1は、二次電池21の劣化を予測するシステムである。本形態において、二次電池21は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載して用いられる。
(Embodiment 1)
An embodiment of a battery deterioration prediction system will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG.
The battery deterioration prediction system 1 of this embodiment is a system that predicts deterioration of a secondary battery 21. In this embodiment, the secondary battery 21 is mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle and used.

図1に示すごとく、二次電池21は、インバータ22及び充電装置23に接続されている。インバータ22は、二次電池21から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流電力を図示しない三相交流モータへ出力する。 As shown in FIG. 1, the secondary battery 21 is connected to an inverter 22 and a charging device 23. The inverter 22 converts the DC power supplied from the secondary battery 21 into AC power and outputs the AC power to a three-phase AC motor (not shown).

図1に示すごとく、二次電池21は、互いに直列に接続された、複数の電池セル211を備える。個々の電池セル211は、例えばリチウムイオン二次電池からなる。二次電池21の負極は、例えばグラファイト等のリチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極活物質からなる。二次電池21の正極は、例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/32等のNi、Mn、Coを含有する三元系電極とすることができる。なお、複数の電池セル211を互いに並列に接続してセルブロックを構成し、このセルブロックを複数個、互いに直列に接続することにより、二次電池21を構成してもよい。 As shown in Fig. 1, the secondary battery 21 includes a plurality of battery cells 211 connected in series to each other. Each battery cell 211 is, for example, a lithium ion secondary battery. The negative electrode of the secondary battery 21 is made of a negative electrode active material capable of absorbing and releasing lithium ions, such as graphite. The positive electrode of the secondary battery 21 can be a ternary electrode containing Ni, Mn, and Co, such as LiNi1 / 3Co1 /3Mn1 / 3O2 . The secondary battery 21 may be configured by connecting the plurality of battery cells 211 in parallel to each other to form a cell block, and connecting a plurality of such cell blocks in series to each other.

図1に示すごとく、二次電池21とインバータ22との間には、放電用スイッチ24が設けられている。また、二次電池21と充電装置23との間には、充電用スイッチ25が設けられている。二次電池21からインバータ22へ電力を供給する際には、放電用スイッチ24がオンとなり、二次電池21を充電する際には、充電用スイッチ25がオンとなる。充電用スイッチ25及び放電用スイッチ24のオンオフ動作は、車載されるバッテリマネジメントユニット(すなわちBMU)によって制御される。 As shown in FIG. 1, a discharge switch 24 is provided between the secondary battery 21 and the inverter 22. A charge switch 25 is provided between the secondary battery 21 and the charging device 23. When power is supplied from the secondary battery 21 to the inverter 22, the discharge switch 24 is turned on, and when the secondary battery 21 is charged, the charge switch 25 is turned on. The on/off operation of the charge switch 25 and the discharge switch 24 is controlled by a battery management unit (i.e., BMU) installed in the vehicle.

図1に示すごとく、二次電池21には、二次電池21の電流値を測定する電流センサ26が接続されている。二次電池21には、当該二次電池21の温度を測定するための温度センサ27が設置されている。電流センサ26及び温度センサ27によって取得した二次電池21の情報は、電池劣化予測システム1に送信される。 As shown in FIG. 1, a current sensor 26 that measures the current value of the secondary battery 21 is connected to the secondary battery 21. A temperature sensor 27 that measures the temperature of the secondary battery 21 is installed in the secondary battery 21. Information about the secondary battery 21 acquired by the current sensor 26 and the temperature sensor 27 is transmitted to the battery deterioration prediction system 1.

図2に示すごとく、電池劣化予測システム1は、温度取得部101、電流値取得部102、タイマ103、SOC算出部104、変化量算出部105、OCP取得部106、電極抵抗取得部107、分極算出部108、CCP算出部109、容量予測部110、学習部111、OCV特性算出部112、微分特性算出部113、及び電流制御部114を備える。これらは、例えば、車載されるBMUによって構成される。また、これら各部は、演算領域として機能する揮発性記憶部、各種プログラムを格納する不揮発性記憶部、及びプロセッサを備える。すなわち、これら各部は、自身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。なお、これらの少なくとも一つは、自身の機能を果たすための電子回路(すなわちハードウエア)によって構成されていてもよい。 2, the battery deterioration prediction system 1 includes a temperature acquisition unit 101, a current value acquisition unit 102, a timer 103, an SOC calculation unit 104, a change amount calculation unit 105, an OCP acquisition unit 106, an electrode resistance acquisition unit 107, a polarization calculation unit 108, a CCP calculation unit 109, a capacity prediction unit 110, a learning unit 111, an OCV characteristic calculation unit 112, a differential characteristic calculation unit 113, and a current control unit 114. These are configured, for example, by a BMU mounted on the vehicle. Each of these units includes a volatile memory unit that functions as a calculation area, a non-volatile memory unit that stores various programs, and a processor. In other words, each of these units is configured to be able to execute a program that performs its own function. At least one of these units may be configured by an electronic circuit (i.e., hardware) for performing its own function.

次に、図2及び図3を参照しつつ、電池劣化予測システム1が電池容量QBを予測するステップについて説明する。 Next, steps in which the battery deterioration prediction system 1 predicts the battery capacity Q B will be described with reference to FIGS.

まず、ステップS1において、タイマ103が二次電池21を使用開始したときからの経過時間tを取得し、電流値取得部102が二次電池21の電流値Iを取得し、温度取得部101が二次電池21の温度Tを取得する。 First, in step S1, the timer 103 acquires the elapsed time t from when the secondary battery 21 started to be used, the current value acquisition unit 102 acquires the current value I of the secondary battery 21, and the temperature acquisition unit 101 acquires the temperature T of the secondary battery 21.

タイマ103によって計測された二次電池21の使用時間は、記憶部115に送られ、格納される。記憶部115は、例えば書き換え可能な不揮発性のメモリからなる。電池劣化予測システム1は、連続的に電池容量QBの予測を行うが、そのうちの1回分の予測動作の開始時刻をts、終了時刻をte、開始時刻tsから終了時刻teまでの時間を実施サイクルと呼ぶこととする。実施サイクルを例えば1secのような短期間とすると、容量予測の精度が向上しやすいが、計算負荷は増大する。一方で、実施サイクルを長期間とすると、容量予測の精度の向上は図り難いが、計算負荷は低減する。かかる観点を考慮し、実施サイクルを適宜決定し得る。 The usage time of the secondary battery 21 measured by the timer 103 is sent to the memory unit 115 and stored. The memory unit 115 is, for example, a rewritable non-volatile memory. The battery deterioration prediction system 1 continuously predicts the battery capacity QB , and the start time of one prediction operation is ts , the end time is te , and the time from the start time ts to the end time te is called an execution cycle. If the execution cycle is a short period such as 1 sec, the accuracy of the capacity prediction is likely to improve, but the calculation load increases. On the other hand, if the execution cycle is a long period, it is difficult to improve the accuracy of the capacity prediction, but the calculation load is reduced. Taking such a viewpoint into consideration, the execution cycle can be appropriately determined.

電流値取得部102は、電流センサ26によって測定された二次電池21の電流値の情報を定期的に受信し、受信した二次電池21の電流値の情報を記憶部115に格納する。電流値取得部102は、実施サイクル中に取得された二次電池21の電流値の分布から電流値Iを算出する。電流値Iは、例えば、実施サイクル中に取得された二次電池21の電流値の度数分布から算出した平均値とすることができる。なお、電流値Iとして、計算負荷低減のために、実施サイクル中に取得された二次電池21の電流値の平均値等を採用することも可能である。 The current value acquisition unit 102 periodically receives information on the current value of the secondary battery 21 measured by the current sensor 26, and stores the received information on the current value of the secondary battery 21 in the memory unit 115. The current value acquisition unit 102 calculates the current value I from the distribution of the current values of the secondary battery 21 acquired during the execution cycle. The current value I can be, for example, an average value calculated from the frequency distribution of the current values of the secondary battery 21 acquired during the execution cycle. Note that, in order to reduce the calculation load, it is also possible to adopt, as the current value I, the average value of the current values of the secondary battery 21 acquired during the execution cycle.

温度取得部101は、温度センサ27によって測定された二次電池21の温度の情報を定期的に受信し、受信した二次電池21の温度情報を記憶部115に格納する。二次電池21の温度Tは、実施サイクル中に取得された二次電池21の温度の分布から算出される。温度Tは、例えば、実施サイクル中に取得された二次電池21の温度の度数分布から算出した平均値とすることができる。なお、温度Tとして、計算負荷低減のため、実施サイクル中に取得された二次電池21の温度の平均値等を採用することも可能である。 The temperature acquisition unit 101 periodically receives information on the temperature of the secondary battery 21 measured by the temperature sensor 27, and stores the received temperature information of the secondary battery 21 in the memory unit 115. The temperature T of the secondary battery 21 is calculated from the distribution of the temperature of the secondary battery 21 acquired during the execution cycle. The temperature T can be, for example, an average value calculated from the frequency distribution of the temperature of the secondary battery 21 acquired during the execution cycle. Note that, in order to reduce the calculation load, it is also possible to adopt, as the temperature T, the average value of the temperature of the secondary battery 21 acquired during the execution cycle, etc.

ステップS2において、SOC算出部104が、実施サイクル中に取得した二次電池21の電流値の積算値を算出し、当該積算値に基づいて二次電池21の充電率を算出する。SOC算出部104は、電流値取得部102によって取得された二次電池21の電流値を用いて、公知の手法で二次電池21の充電率を算出する。二次電池21の充電率は、二次電池21の充電状態を示しており、二次電池21の満充電容量に対する残容量の比が百分率で表される。以後、二次電池21の充電率を、SOCという。SOCは、State Of Chargeの略である。SOC算出部104は、例えば、電流値取得部102によって取得された二次電池21の電流値の積算値に基づいて二次電池21のSOCを算出し得る。SOC算出部104によって算出されたSOCの情報は、記憶部115に格納される。 In step S2, the SOC calculation unit 104 calculates an integrated value of the current value of the secondary battery 21 acquired during the execution cycle, and calculates the charging rate of the secondary battery 21 based on the integrated value. The SOC calculation unit 104 calculates the charging rate of the secondary battery 21 by a known method using the current value of the secondary battery 21 acquired by the current value acquisition unit 102. The charging rate of the secondary battery 21 indicates the charging state of the secondary battery 21, and is expressed as a percentage as the ratio of the remaining capacity to the full charge capacity of the secondary battery 21. Hereinafter, the charging rate of the secondary battery 21 is referred to as SOC. SOC is an abbreviation for State Of Charge. The SOC calculation unit 104 can calculate the SOC of the secondary battery 21 based on, for example, the integrated value of the current value of the secondary battery 21 acquired by the current value acquisition unit 102. Information on the SOC calculated by the SOC calculation unit 104 is stored in the memory unit 115.

ステップS3において、変化量算出部105が、ΔDODを算出する。変化量算出部105は、実施サイクルの開始時刻tsにおけるSOCと終了時刻teにおけるSOCとの差分によってΔDODを求めることができる。なお、DODは、二次電池21の放電深度を示すDepth of dischargeの略である。 In step S3, the change amount calculation unit 105 calculates ΔDOD. The change amount calculation unit 105 can obtain ΔDOD from the difference between the SOC at the start time ts and the end time te of the execution cycle. Note that DOD is an abbreviation for Depth of discharge, which indicates the depth of discharge of the secondary battery 21.

ステップS4において、電極抵抗取得部107が、二次電池21の負極抵抗Ra及び正極抵抗Rcをそれぞれ算出する。電極抵抗取得部107は、二次電池21の温度Tと、二次電池21の電流値Iと、SOCの変化量ΔDODと、二次電池21の負極の閉回路電位又は正極の閉回路電位と、に基づいて、二次電池21の負極抵抗Ra及び正極抵抗Rcを算出する。ここで、温度Tは、ステップS1において温度取得部101によって取得された二次電池21の温度Tである。電流値Iは、ステップS121において算出された二次電池21の電流値Iである。変化量ΔDODは、ステップS3において、変化量算出部105によって算出されたSOCの変化量ΔDODである。二次電池21の負極の閉回路電位及び正極の閉回路電位は、前回の実施サイクルにおいてCCP算出部109によって取得された二次電池21の負極、正極の閉回路電位である。なお、以後、二次電池21の負極の閉回路電位をCCPaといい、二次電池21の正極の閉回路電位をCCPcという。CCPは、Closed Circuit Potentialの略である。負極抵抗Raは、二次電池21の温度T、CCPa、変化量ΔDOD、及び充放電電流値Iの関数、正極抵抗Rcは、二次電池21の温度T、CCPc、変化量ΔDOD、及び充放電電流値Iの関数として表すことができる。これについて、以下説明する。 In step S4, the electrode resistance acquisition unit 107 calculates the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c of the secondary battery 21. The electrode resistance acquisition unit 107 calculates the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c of the secondary battery 21 based on the temperature T of the secondary battery 21, the current value I of the secondary battery 21, the change amount ΔDOD of the SOC, and the closed circuit potential of the negative electrode or the closed circuit potential of the positive electrode of the secondary battery 21. Here, the temperature T is the temperature T of the secondary battery 21 acquired by the temperature acquisition unit 101 in step S1. The current value I is the current value I of the secondary battery 21 calculated in step S121. The change amount ΔDOD is the change amount ΔDOD of the SOC calculated by the change amount calculation unit 105 in step S3. The closed circuit potential of the negative electrode and the closed circuit potential of the positive electrode of the secondary battery 21 are the closed circuit potentials of the negative electrode and the positive electrode of the secondary battery 21 acquired by the CCP calculation unit 109 in the previous execution cycle. Hereinafter, the closed circuit potential of the negative electrode of the secondary battery 21 will be referred to as CCP a , and the closed circuit potential of the positive electrode of the secondary battery 21 will be referred to as CCP c . CCP is an abbreviation for Closed Circuit Potential. The negative electrode resistance R a can be expressed as a function of the temperature T of the secondary battery 21, CCP a , the amount of change ΔDOD, and the charge/discharge current value I, and the positive electrode resistance R c can be expressed as a function of the temperature T of the secondary battery 21, CCP c , the amount of change ΔDOD, and the charge/discharge current value I. This will be described below.

まず、負極抵抗Raについて説明する。
負極抵抗Raは、二次電池21の電解液や当該電解液の添加剤の酸化還元分解により負極表面に被膜(SEI:Solid Electrolyte Interface)が形成されることに起因して増加する。当該被膜は、前述の化学反応により生成されるため、負極抵抗Raは、アレニウス則に従う。それゆえ、負極抵抗Raは、温度Tの関数によって表すことができる。
First, the negative electrode resistance R a will be described.
The negative electrode resistance R a increases due to the formation of a coating (SEI: Solid Electrolyte Interface) on the negative electrode surface due to oxidation-reduction decomposition of the electrolyte of the secondary battery 21 and additives to the electrolyte. Since the coating is produced by the above-mentioned chemical reaction, the negative electrode resistance R a follows the Arrhenius law. Therefore, the negative electrode resistance R a can be expressed as a function of temperature T.

また、負極表面の被膜形成は、酸化還元に起因するため、ターフェル則に従う。それゆえ、負極抵抗Raは、負極電位CCPaの関数によって表すことができる。 In addition, the formation of a film on the negative electrode surface is due to oxidation-reduction and follows Tafel's law. Therefore, the negative electrode resistance R a can be expressed as a function of the negative electrode potential CCP a .

また、二次電池21の充放電サイクルの繰り返しにより、負極の活物質の膨張収縮が繰り返され、表面被膜の割れ(クラック)が進み、やがて負極表面が被膜の割れ目から露出する。この露出面に新たな被膜が形成されることで被膜量が増加し、負極抵抗Raのさらなる増加を引き起こす。そして、ΔDODが大きい程、活物質の膨張収縮の度合いが大きくなる。そのため、負極抵抗Raは、ΔDODの関数によって表すことができる。 In addition, repeated charge/discharge cycles of the secondary battery 21 cause repeated expansion and contraction of the active material of the negative electrode, which causes cracks in the surface coating, and eventually exposes the negative electrode surface through the cracks in the coating. The amount of coating increases as new coating is formed on this exposed surface, causing a further increase in the negative electrode resistance R a . The larger ΔDOD is, the greater the degree of expansion and contraction of the active material is. Therefore, the negative electrode resistance R a can be expressed as a function of ΔDOD.

また、負極においては、前述のように活物質の膨張収縮が繰り返されることに起因して、活物質自体が割れて径が小さくなる。当該活物質自体の割れは、負極抵抗Raを低下させる要素と負極抵抗Raを増加させる要素とを兼ね備える。まず、活物質自体の割れにより、活物質に新たな面(すなわち被膜が形成されていない面)が形成されるため、反応面積が増加する。したがって、活物質自体の割れは負極抵抗Raの低下の要因となる。一方、活物質に新たな面が形成されると、当該新たな面において被膜形成が促進されるため、被膜量が増加し、負極抵抗Raが増加する。以上を考慮し、負極抵抗Raは、以下に示す理論から、ΔDODの関数によって表すことができる。 In addition, in the negative electrode, the active material itself cracks and the diameter becomes smaller due to repeated expansion and contraction of the active material as described above. The cracking of the active material itself combines an element that reduces the negative electrode resistance R a and an element that increases the negative electrode resistance R a . First, due to the cracking of the active material itself, a new surface (i.e., a surface on which no coating is formed) is formed on the active material, so that the reaction area increases. Therefore, the cracking of the active material itself is a factor in the decrease of the negative electrode resistance R a . On the other hand, when a new surface is formed on the active material, the formation of the coating is promoted on the new surface, so that the amount of coating increases and the negative electrode resistance R a increases. In consideration of the above, the negative electrode resistance R a can be expressed by a function of ΔDOD from the theory shown below.

負極の活物質の割れの速度である微粉化速度は、活物質の粒子径をr、時間をtとしたとき、dr/dtにて表される。ここで、微粉化速度dr/dtは、活物質の粒子径rが大きい程、進行しやすいものと考えられる。つまり、微粉化速度dr/dtは、活物質の粒子径rに比例するものと考えることができる。そのため、微粉化速度は、次の式(1)のように表すことができる。 The pulverization rate, which is the rate at which the active material of the negative electrode breaks, is expressed as dr/dt, where r is the particle diameter of the active material and t is time. Here, it is considered that the pulverization rate dr/dt progresses more easily as the particle diameter r of the active material increases. In other words, the pulverization rate dr/dt can be considered to be proportional to the particle diameter r of the active material. Therefore, the pulverization rate can be expressed as the following formula (1).

Figure 0007501384000001
Figure 0007501384000001

なお、前記式(1)において、kは定数であり、以後、微粉化定数ということもある。これを解くと、次の式(2)のようになる。 In the above formula (1), k is a constant, which is hereafter also referred to as the pulverization constant. When this is solved, the following formula (2) is obtained.

Figure 0007501384000002
Figure 0007501384000002

なお、前記式(2)において、aは定数である。
さらに、活物質は、ΔDODが大きい程、活物質の膨張及び収縮の度合いが大きくなるため、微粉化定数は、ΔDODに比例するものと考えられる。そうすると、次の式(3)が成立する。
In the above formula (2), a is a constant.
Furthermore, since the degree of expansion and contraction of the active material increases as the ΔDOD increases, the pulverization constant is considered to be proportional to the ΔDOD.

Figure 0007501384000003
Figure 0007501384000003

なお、前記式(3)において、β及びγは定数である。そして、これを解くと、次の式(4)のようになる。 In the above formula (3), β and γ are constants. When this is solved, the following formula (4) is obtained.

Figure 0007501384000004
Figure 0007501384000004

なお、前記式(4)において、η及びζは定数である。そして、前記式(2)と式(4)とを連成すると、次の式(5)を導くことができる。 In the above formula (4), η and ζ are constants. By coupling the above formula (2) and formula (4), the following formula (5) can be derived.

Figure 0007501384000005
Figure 0007501384000005

なお、r0は、初期(すなわちt=0のとき)の活物質の半径であり、A、B、及びCは定数である。前述のごとく、負極抵抗Raは、負極表面に被膜が形成されることに起因して増加し、負極表面の被膜の形成速度は、負極の活物質の径と相関を有することから、負極抵抗Raは、微粉化関数f(t,ΔDOD)を含む式、すなわちΔDODの関数によって表すことができる。なお、式(5)の右辺のそれぞれの括弧内は、更に定数で加算補正してもよい。また、本実施形態では、定数A、B、及びCは、後述の学習部111によって修正され得る。 Here, r 0 is the radius of the active material at the initial stage (i.e., when t = 0), and A, B, and C are constants. As described above, the negative electrode resistance R a increases due to the formation of a coating on the negative electrode surface, and the formation rate of the coating on the negative electrode surface has a correlation with the diameter of the active material of the negative electrode, so the negative electrode resistance R a can be expressed by an equation including the pulverization function f (t, ΔDOD), that is, a function of ΔDOD. Note that the values in the parentheses on the right side of the formula (5) may be further corrected by adding a constant. In addition, in this embodiment, the constants A, B, and C can be corrected by the learning unit 111 described later.

また、前述の負極の表面被膜の割れ、及び、負極活物質自体の割れは、二次電池21の充放電電流にも依存する。すなわち、充放電電流値が大きい程、電流は活物質の低抵抗部分を集中的に流れるようになる傾向があるため、活物質の部位によって膨張収縮の度合いに差異が生じ得る。これにより、活物質にひずみが発生しやすくなり、負極の表面被膜の割れ、及び、負極活物質自体の割れを引き起こす。そのため、負極の表面被膜の割れ、及び、負極活物質自体の割れは、充放電電流値Iの関数、または充放電電流値Iと相関のあるCレートの関数で表すことができる。ここで、1Cレートは、定電流充放電測定の場合、電池の定格容量を1時間で完全充電又は完全放電させる電流値を示す。 In addition, the above-mentioned cracking of the surface coating of the negative electrode and the cracking of the negative electrode active material itself also depend on the charge/discharge current of the secondary battery 21. That is, the larger the charge/discharge current value, the more the current tends to flow intensively through the low resistance parts of the active material, so the degree of expansion and contraction may differ depending on the part of the active material. This makes it easier for distortion to occur in the active material, causing cracking of the surface coating of the negative electrode and cracking of the negative electrode active material itself. Therefore, cracking of the surface coating of the negative electrode and cracking of the negative electrode active material itself can be expressed as a function of the charge/discharge current value I, or a function of the C rate that is correlated with the charge/discharge current value I. Here, the 1C rate indicates the current value that fully charges or fully discharges the rated capacity of the battery in one hour in the case of constant current charge/discharge measurement.

以上をまとめると、負極抵抗Raは、活物質の表面へ被膜が形成されることを考慮した関数gA(T,CCPa)、活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数gB(T,CCPa,ΔDOD,I)、活物質自体が割れることを考慮した関数gC(T,CCPa,ΔDOD,I)を用いて次の式(7)のように表せる。 To summarize the above, the negative electrode resistance R a can be expressed as the following equation (7) using a function g A (T, CCP a ) that takes into account the formation of a coating on the surface of the active material, a function g B (T, CCP a , ΔDOD, I) that takes into account the cracking of the coating formed on the surface of the active material, and a function g C (T, CCP a , ΔDOD, I) that takes into account the cracking of the active material itself.

Figure 0007501384000006
Figure 0007501384000006

以上のような理論に基づき、負極抵抗Raは、二次電池21の温度T、CCPa、変化量ΔDOD、及び充放電電流値Iの関数として表される。 Based on the above theory, the negative electrode resistance R a is expressed as a function of the temperature T of the secondary battery 21, CCP a , the amount of change ΔDOD, and the charge/discharge current value I.

次に、正極抵抗Rcについて説明する。
正極抵抗Rcは、正極表面の変質により伴って増加する。正極表面は、化学反応により変質するため、正極抵抗Rcは、アレニウス則に従う。それゆえ、正極抵抗Rcは、温度Tの関数によって表すことができる。
Next, the positive electrode resistance Rc will be described.
The positive electrode resistance Rc increases with the deterioration of the positive electrode surface. Since the positive electrode surface is deteriorated by a chemical reaction, the positive electrode resistance Rc follows the Arrhenius law. Therefore, the positive electrode resistance Rc can be expressed as a function of temperature T.

また、正極表面の変質は、正極表面の還元分解に起因するため、ターフェル則に従う。それゆえ、正極抵抗Rcは、CCPcの関数によって表すことができる。 In addition, the deterioration of the positive electrode surface is due to the reductive decomposition of the positive electrode surface, and therefore follows Tafel's law. Therefore, the positive electrode resistance Rc can be expressed as a function of CCPc .

また、二次電池21の充放電サイクルの繰り返しにより、正極の活物質の膨張収縮が繰り返され、変質した正極活物質の表面に割れが生じ、変質していない新たな正極表面が形成される。この新たな正極表面においてやがて変質が生じ、正極抵抗Rcのさらなる増加を引き起こす。そして、ΔDODが大きい程、活物質の膨張収縮の度合いが大きくなる。そのため、正極抵抗Rcは、ΔDODの関数によって表すことができる。 In addition, the positive electrode active material expands and contracts repeatedly due to repeated charge and discharge cycles of the secondary battery 21, causing cracks on the surface of the altered positive electrode active material, and forming a new positive electrode surface that is not altered. This new positive electrode surface eventually undergoes alteration, causing a further increase in the positive electrode resistance Rc . The larger ΔDOD is, the greater the degree of expansion and contraction of the active material is. Therefore, the positive electrode resistance Rc can be expressed as a function of ΔDOD.

また、正極表面の変質は、正極の活物質の膨張収縮が繰り返され、正極の活物質の割れ(クラック)が進み、活物質の径が小さくなることで促進される。当該活物質自体の割れは、正極抵抗Rcを低下させる要素と正極抵抗Rcを増加させる要素とを兼ね備える。まず、活物質自体の割れにより、活物質に新たな面(すなわち変質前の面)が形成されるため、活物質自体の割れは正極抵抗Rcの低下の要因となる。一方、活物質に新たな面が形成されると、当該新たな面がやがて変質し、正極抵抗Rcが増加する。以上を考慮し、正極抵抗Rcは、負極抵抗Raと同様の理論から前記式(6)の微粉化関数f(t,ΔDOD)を含む式、すなわちΔDODの関数によって表すことができる。 In addition, the deterioration of the positive electrode surface is promoted by repeated expansion and contraction of the active material of the positive electrode, which causes cracks in the active material of the positive electrode to progress and the diameter of the active material to become smaller. The cracks in the active material itself combine a factor that reduces the positive electrode resistance R c and a factor that increases the positive electrode resistance R c . First, the cracks in the active material itself form a new surface (i.e., the surface before the deterioration) on the active material, so that the cracks in the active material itself are a factor in the decrease of the positive electrode resistance R c . On the other hand, when a new surface is formed on the active material, the new surface will eventually deteriorate and the positive electrode resistance R c will increase. In consideration of the above, the positive electrode resistance R c can be expressed by an equation including the pulverization function f (t, ΔDOD) of the above equation (6) based on the same theory as the negative electrode resistance R a , that is, a function of ΔDOD.

また、前述の正極活物質自体の割れは、充放電電流Iにも依存する。すなわち、充放電電流値Iが大きい程、電流は活物質の低抵抗部分を集中的に流れるようになる傾向があるため、活物質の部位によって膨張収縮の度合いに差異が生じ得る。これにより、活物質にひずみが発生しやすくなり、正極活物質自体の割れを引き起こす。そのため、正極活物質自体の割れは、充放電電流値Iの関数、または充放電電流値Iと相関のあるCレートの関数で表すことができる。 The cracking of the positive electrode active material itself also depends on the charge/discharge current I. That is, the larger the charge/discharge current value I, the more the current tends to flow intensively through the low resistance parts of the active material, which can cause differences in the degree of expansion and contraction depending on the part of the active material. This makes it easier for distortion to occur in the active material, causing the positive electrode active material itself to crack. Therefore, the cracking of the positive electrode active material itself can be expressed as a function of the charge/discharge current value I, or a function of the C rate, which is correlated with the charge/discharge current value I.

以上をまとめると、正極抵抗Rcは、活物質の表面の変質を考慮した関数hA(T,CCPa)、活物質の変質した表面が割れることを考慮した関数hB(T,CCPa,ΔDOD,I)、活物質自体が割れることを考慮した関数hC(T,CCPa,ΔDOD,I)を用いて次の式(8)のように表せる。 To summarize the above, the positive electrode resistance Rc can be expressed as the following equation (8) using a function hA (T, CCPa ) that takes into account the deterioration of the surface of the active material, a function hB (T, CCPa ,ΔDOD,I) that takes into account the cracking of the deteriorated surface of the active material, and a function hC (T, CCPa ,ΔDOD,I) that takes into account the cracking of the active material itself.

Figure 0007501384000007
Figure 0007501384000007

以上のような理論に基づき、正極抵抗Rcは、二次電池21の温度T、CCPc、変化量ΔDOD、及び充放電電流値Iの関数として表される。 Based on the above theory, the positive electrode resistance R c is expressed as a function of the temperature T of the secondary battery 21, CCP c , the amount of change ΔDOD, and the charge/discharge current value I.

ここで、ステップS4において用いるCCPa及びCCPcについては、今回の実施サイクルの1つ前の実施サイクルに、後述するステップS7でCCP算出部109によって算出されたCCPa及びCCPcを用いる。なお、前回の実施サイクルに取得されたCCPa及びCCPcがない場合(例えばシステム起動時等)は、次のようにして初期のCCPa及びCCPcを算出する。 Here, the CCP a and CCP c used in step S4 are those calculated by the CCP calculation unit 109 in step S7 (described later) in the implementation cycle immediately preceding the current implementation cycle. If there is no CCP a and CCP c obtained in the previous implementation cycle (for example, at the time of system startup, etc.), the initial CCP a and CCP c are calculated as follows.

まず、ステップS1において取得された電流値Iと負極抵抗Raの後述の初期値との積から初期の負極の分極ΔVaを算出し、ステップS1において取得された電流値Iと正極抵抗Rcの初期値との積から初期の正極の分極ΔVcを算出する。負極抵抗Raの初期値及び正極抵抗Rcの初期値は、例えば、本形態の二次電池21と同型の、初期状態(例えば、二次電池21の工場出荷時の状態を意味する。)の二次電池21において取得した負極抵抗及び正極抵抗であり、予め記憶部115に記憶されているものである。初期状態の負極抵抗Ra及び正極抵抗Rcは、例えば、交流インピーダンス法や、IV測定等により決定することができる。あるいは、初期状態の二次電池21を解体し、正極を用いたハーフセル、負極を用いたハーフセルをそれぞれ作成し、それぞれのハーフセルの抵抗測定を行うことによっても初期状態の負極抵抗Ra及び正極抵抗Rcを決定することができる。 First, the initial negative electrode polarization ΔV a is calculated from the product of the current value I acquired in step S1 and the initial value of the negative electrode resistance R a described later, and the initial positive electrode polarization ΔV c is calculated from the product of the current value I acquired in step S1 and the initial value of the positive electrode resistance R c . The initial value of the negative electrode resistance R a and the initial value of the positive electrode resistance R c are, for example, the negative electrode resistance and the positive electrode resistance acquired in the secondary battery 21 in the initial state (for example, the state of the secondary battery 21 at the time of shipment from the factory) of the same type as the secondary battery 21 of this embodiment, and are stored in the memory unit 115 in advance. The negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c in the initial state can be determined, for example, by an AC impedance method or IV measurement. Alternatively, the initial state negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c can also be determined by dismantling the secondary battery 21 in the initial state, creating a half cell using the positive electrode and a half cell using the negative electrode, and measuring the resistance of each half cell.

そして、記憶部115が記憶する後述の初期OCP特性と、ステップS2において算出されたSOCとに基づいて、SOCに対応する二次電池21の負極の開回路電位、及びSOCに対応する二次電池21の正極の開回路電位を取得する。各開回路電位は、二次電池21と外部回路とが通電していない状態が長期間経過したときの、二次電池21の各電極の電位である。以後、二次電池21の負極の開回路電位をOCPaといい、二次電池21の正極の開回路電位をOCPcという。OCPは、Open Circuit Potentialの略である。初期OCP特性は、初期状態における二次電池21の、SOCとOCPaとの関係、及び、SOCとOCPcとの関係を示すものであり、記憶部115が予め記憶している。次いで、OCPa+ΔVaを算出することによってCCPaを得、OCPc+ΔVcを算出することによってCCPcを得る。 Then, based on the initial OCP characteristic stored in the storage unit 115 and the SOC calculated in step S2, the open circuit potential of the negative electrode of the secondary battery 21 corresponding to the SOC and the open circuit potential of the positive electrode of the secondary battery 21 corresponding to the SOC are obtained. Each open circuit potential is the potential of each electrode of the secondary battery 21 when a long period of time has passed without current passing between the secondary battery 21 and the external circuit. Hereinafter, the open circuit potential of the negative electrode of the secondary battery 21 is referred to as OCP a , and the open circuit potential of the positive electrode of the secondary battery 21 is referred to as OCP c . OCP is an abbreviation for Open Circuit Potential. The initial OCP characteristic indicates the relationship between the SOC and OCP a , and the relationship between the SOC and OCP c , of the secondary battery 21 in the initial state, and is stored in advance in the storage unit 115. Next, CCP a is obtained by calculating OCP a + ΔV a , and CCP c is obtained by calculating OCP c + ΔV c .

以上のように、前回の実施サイクルに取得されたCCPa及びCCPcがない場合(例えばシステム起動時等のように前回の実施サイクルがそもそもない場合)は、初期のCCPa及びCCPcを算出する。 As described above, when there is no CCP a and CCP c obtained in the previous implementation cycle (when there is no previous implementation cycle, such as at system startup), initial CCP a and CCP c are calculated.

ステップS5において、分極算出部108が、負極の分極ΔVa=I×Raを算出し、正極の分極ΔVc=I×Rcを算出する。Iは、ステップS1において電流値取得部102が取得した二次電池21の電流値Iであり、Ra、Rcのそれぞれは、ステップS4において電極抵抗取得部107が算出した負極抵抗Ra及び正極抵抗Rcである。 In step S5, the polarization calculation unit 108 calculates the negative electrode polarization ΔV a = I × R a and calculates the positive electrode polarization ΔV c = I × R c , where I is the current value I of the secondary battery 21 acquired by the current value acquisition unit 102 in step S1, and R a and R c are the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c calculated by the electrode resistance acquisition unit 107 in step S4, respectively.

ステップS6において、OCP取得部106がOCPa及びOCPcを算出する。OCP取得部106は、ステップS2においてSOC算出部104が算出した二次電池21のSOC、及び記憶部115が記憶する前回の実施サイクルの後述のステップS10において算出された更新OCP特性に基づいて、OCPa及びOCPcを取得する。更新OCP特性は、劣化後の二次電池21のSOCとOCPaとの関係及びSOCとOCPcとの関係を示すものである。更新OCP特性の取得の仕方の詳細は、後述のステップS10にて説明する。OCP取得部106によって取得されたOCPa及びOCPcの情報は、記憶部115に格納される。 In step S6, the OCP acquisition unit 106 calculates OCP a and OCP c . The OCP acquisition unit 106 acquires OCP a and OCP c based on the SOC of the secondary battery 21 calculated by the SOC calculation unit 104 in step S2 and the updated OCP characteristics calculated in step S10 (described later) of the previous execution cycle stored in the storage unit 115. The updated OCP characteristics indicate the relationship between the SOC and OCP a of the secondary battery 21 after deterioration and the relationship between the SOC and OCP c . Details of how to acquire the updated OCP characteristics will be described in step S10 (described later). The information on OCP a and OCP c acquired by the OCP acquisition unit 106 is stored in the storage unit 115.

ステップS7において、CCP算出部109が二次電池21のCCPa及びCCPcを算出する。CCP算出部109は、ステップS5において分極算出部108が算出したΔVa及びΔVcを取得するとともに、ステップS6においてOCP取得部106が取得したOCPa及びOCPcを取得する。そして、CCP算出部109は、OCPa+ΔVaによってOCPaをCCPaに書き換え、OCPc+ΔVcによってOCPcをCCPcに書き換える。 In step S7, the CCP calculation unit 109 calculates CCP a and CCP c of the secondary battery 21. The CCP calculation unit 109 acquires ΔV a and ΔV c calculated by the polarization calculation unit 108 in step S5, and acquires OCP a and OCP c acquired by the OCP acquisition unit 106 in step S6. The CCP calculation unit 109 then rewrites OCP a to CCP a using OCP a + ΔV a , and rewrites OCP c to CCP c using OCP c + ΔV c .

ここで、二次電池21は、劣化によって分極が顕在化する。すなわち、分極の発生により、二次電池21の充電時には、二次電池21の閉回路電圧が上昇し、放電時には閉回路電圧が下降するが、劣化が進むと、二次電池21の充電時には閉回路電圧が一層上昇し、放電時には閉回路電圧が一層下降する。例えば、図4(a)に、劣化前の二次電池21の、充電時のSOCと電圧との関係を模式的に示し、図4(b)に、劣化後の二次電池21の、充電時のSOCと電圧との関係を模式的に示している。図4(a)、図4(b)において、実線で開回路電圧、破線で閉回路電圧を表している。図4(a)及び図4(b)は、縦軸の電圧のスケールが一致しているものとする。なお、以後、開回路電圧はOCVといい、閉回路電圧は、CCVという。OCVは、Open Circuit Voltageの略であり、CCVは、Closed Circuit Voltageの略である。 Here, the polarization of the secondary battery 21 becomes apparent due to deterioration. That is, due to the occurrence of polarization, the closed circuit voltage of the secondary battery 21 rises when the secondary battery 21 is charged, and the closed circuit voltage drops when the secondary battery 21 is discharged. However, as deterioration progresses, the closed circuit voltage of the secondary battery 21 rises further when the secondary battery 21 is charged, and the closed circuit voltage drops further when the secondary battery 21 is discharged. For example, FIG. 4(a) shows a schematic diagram of the relationship between the SOC and voltage of the secondary battery 21 before deterioration when it is charged, and FIG. 4(b) shows a schematic diagram of the relationship between the SOC and voltage of the secondary battery 21 after deterioration when it is charged. In FIG. 4(a) and FIG. 4(b), the open circuit voltage is represented by a solid line, and the closed circuit voltage is represented by a dashed line. It is assumed that the voltage scale on the vertical axis is the same in FIG. 4(a) and FIG. 4(b). In the following, the open circuit voltage is referred to as OCV, and the closed circuit voltage is referred to as CCV. OCV stands for Open Circuit Voltage, and CCV stands for Closed Circuit Voltage.

図4(a)及び図4(b)から、劣化後の二次電池の分極ΔVの方が、劣化前のものよりも大きくなっていることが分かる。本形態の電池劣化予測システム1は、かかる点に鑑み、二次電池の劣化予測に当たってOCPを、分極ΔVを考慮したCCPに書き換え、当該CCPを用いて電池容量QBを予測している。 4(a) and 4(b), it can be seen that the polarization ΔV of the secondary battery after deterioration is larger than that before deterioration. In view of this, the battery deterioration prediction system 1 of this embodiment rewrites the OCP in predicting deterioration of the secondary battery into a CCP that takes into account the polarization ΔV, and predicts the battery capacity QB using this CCP.

図2及び図3に示すごとく、ステップS8において、容量予測部110が、二次電池21の負極容量Qa、正極容量Qc、正負極SOCずれ容量QLiのそれぞれを算出する。容量予測部110は、ステップS7においてCCP算出部109が算出したCCPa及びCCPcと、ステップS1において温度取得部101が取得した二次電池21の温度Tと、ステップS3において変化量算出部105が算出したΔDODとを取得する。容量予測部110は、二次電池21の負極容量Qa、正極容量Qc、正負極SOCずれ容量QLiのそれぞれを、CCPa及びCCPcの少なくとも一方と、二次電池21の温度Tと、二次電池21の電流値Iと、ΔDODとに基づいて算出する。負極容量Qaは、リチウムイオンが挿入することができる負極のサイト数に対応している。正極容量Qcは、リチウムイオンが挿入することができる正極のサイト数に対応している。正負極SOCずれ容量QLiは、二次電池21における正極と負極の使用容量領域のずれである。正負極SOCずれ容量QLiは正極と負極との間を移動することができるリチウムイオンの数、及びリチウムイオン全体の前記移動のしやすさに対応している。 2 and 3, in step S8, the capacity prediction unit 110 calculates the negative electrode capacity Qa , the positive electrode capacity Qc , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi of the secondary battery 21. The capacity prediction unit 110 acquires the CCP a and CCP c calculated by the CCP calculation unit 109 in step S7, the temperature T of the secondary battery 21 acquired by the temperature acquisition unit 101 in step S1, and the ΔDOD calculated by the change amount calculation unit 105 in step S3. The capacity prediction unit 110 calculates the negative electrode capacity Qa , the positive electrode capacity Qc , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi of the secondary battery 21 based on at least one of the CCP a and CCP c , the temperature T of the secondary battery 21, the current value I of the secondary battery 21, and the ΔDOD. The negative electrode capacity Qa corresponds to the number of sites of the negative electrode into which lithium ions can be inserted. The positive electrode capacity Qc corresponds to the number of sites of the positive electrode into which lithium ions can be inserted. The positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi is the deviation of the usable capacity ranges of the positive electrode and the negative electrode in the secondary battery 21. The positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi corresponds to the number of lithium ions that can move between the positive electrode and the negative electrode, and the ease of movement of all the lithium ions.

容量予測部110は、電極抵抗取得部107において負極抵抗Raを算出する場合と同様の理論で、負極容量Qaを表す。つまり、負極容量Qaは、活物質の表面へ被膜が形成されることを考慮した関数iA(T,CCPa)、活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数iB(T,CCPa,ΔDOD,I)、活物質自体が割れることを考慮した関数iC(T,CCPa,ΔDOD,I)を用いて次の式(9)のように表せる。すなわち、二次電池21の温度T、CCPa、変化量ΔDOD(すなわち微粉化関数f(t,ΔDOD))、及び充放電電流値Iの関数によって負極容量Qaが表される。 The capacity prediction unit 110 expresses the negative electrode capacity Qa by the same theory as that used when the electrode resistance acquisition unit 107 calculates the negative electrode resistance R a . That is, the negative electrode capacity Qa can be expressed as the following formula (9) using a function i A (T, CCP a ) that takes into account the formation of a coating on the surface of the active material, a function i B (T, CCP a , ΔDOD, I) that takes into account the cracking of the coating formed on the surface of the active material, and a function i C (T, CCP a , ΔDOD, I) that takes into account the cracking of the active material itself. That is, the negative electrode capacity Qa is expressed by a function of the temperature T, CCP a , the change amount ΔDOD (i.e., the pulverization function f(t, ΔDOD)) of the secondary battery 21 , and the charge/discharge current value I.

Figure 0007501384000008
Figure 0007501384000008

また、容量予測部110は、電極抵抗取得部107において正極抵抗Rcを算出する場合と同様の理論で、正極容量Qcを表す。つまり、正極容量Qcは、活物質の表面が変質することを考慮した関数jA(T,CCPc)、活物質の変質した表面が割れることを考慮した関数jB(T,CCPc,ΔDOD,I)、活物質自体が割れることを考慮した関数jC(T,CCPc,ΔDOD,I)を用いて次の式(10)のように表せる。すなわち、二次電池21の温度T、CCPc、変化量ΔDOD(すなわち微粉化関数f(t,ΔDOD))、及び充放電電流値Iの関数によって正極容量Qcが表される。 In addition, the capacity prediction unit 110 expresses the positive electrode capacity Qc by the same theory as that in the case of calculating the positive electrode resistance Rc in the electrode resistance acquisition unit 107. That is, the positive electrode capacity Qc can be expressed as the following formula (10) using a function jA (T, CCPc ) that takes into consideration the deterioration of the surface of the active material, a function jB (T, CCPc , ΔDOD, I) that takes into consideration the cracking of the deteriorated surface of the active material, and a function jC (T, CCPc , ΔDOD, I) that takes into consideration the cracking of the active material itself. That is, the positive electrode capacity Qc is expressed by a function of the temperature T of the secondary battery 21, CCPc , the amount of change ΔDOD (i.e., the pulverization function f(t, ΔDOD)), and the charge/discharge current value I.

Figure 0007501384000009
Figure 0007501384000009

正負極SOCずれ容量QLiは、負極、正極での被膜(SEI:Solid Electrolyte Interface)形成によるリチウムイオンの消費と相関する。かかるリチウムイオンの消費は、化学反応であり、正負極SOCずれ容量QLiはアレニウス則に従う。それゆえ、正負極SOCずれ容量QLiは、温度Tの関数によって表すことができる。 The positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li correlates with the consumption of lithium ions due to the formation of a coating (SEI: Solid Electrolyte Interface) at the negative and positive electrodes. The consumption of lithium ions is a chemical reaction, and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li follows the Arrhenius law. Therefore, the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li can be expressed as a function of temperature T.

負極、正極での被膜形成によるリチウムイオンの消費は、酸化還元反応であるため、ターフェル則に従う。それゆえ、正負極SOCずれ容量QLiは、CCPa及びCCPcの関数によって表すことができる。 The consumption of lithium ions due to the formation of films on the negative and positive electrodes is an oxidation-reduction reaction, and therefore follows Tafel's law. Therefore, the positive and negative electrode SOC shift capacity Q Li can be expressed as a function of CCP a and CCP c .

また、二次電池21の充放電サイクルの繰り返しにより、各電極(すなわち負極、正極)の活物質の膨張収縮が繰り返され、各電極の活物質の表面被膜の割れが進む。これにより、やがて各電極表面が被膜の割れ目から露出する。この露出面に新たな被膜が形成されることでリチウムイオンの消費量が増える。そして、ΔDODが大きい程、活物質の膨張収縮の度合いが大きくなる。そのため、正負極SOCずれ容量QLiは、ΔDODの関数によって表すことができる。 In addition, the repetition of charge and discharge cycles of the secondary battery 21 causes repeated expansion and contraction of the active material of each electrode (i.e., negative electrode, positive electrode), and cracks in the surface coating of the active material of each electrode progress. As a result, the surface of each electrode is eventually exposed through the cracks in the coating. The consumption of lithium ions increases as a new coating is formed on this exposed surface. The larger ΔDOD is, the greater the degree of expansion and contraction of the active material is. Therefore, the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li can be expressed as a function of ΔDOD.

また、各電極においては、前述のように活物質の膨張収縮が繰り返されることに起因して、活物質自体が割れて径が小さくなる。当該活物質自体の割れは、正負極SOCずれ容量QLIを増加させる要素と正負極SOCずれ容量QLIを低下させる要素とを兼ね備える。まず、活物質自体の割れにより、活物質に新たな面(すなわち被膜が形成されていない面)が形成されるため、リチウムイオンは各電極の活物質に移動しやすくなり、正負極SOCずれ容量QLiの増加の要因となる。一方、活物質に新たな面が形成されると、当該新たな面において被膜形成が促進されてリチウムイオンが消費され、正負極SOCずれ容量QLiの低下の要因となる。以上を考慮し、正負極SOCずれ容量QLiは、負極抵抗Ra及び正極抵抗Rcと同様の理論から、微粉化関数f(t,ΔDOD)を含む式、すなわちΔDODの関数によって表すことができる。 In addition, in each electrode, the active material itself is cracked and the diameter becomes smaller due to repeated expansion and contraction of the active material as described above. The cracking of the active material itself has both an element that increases the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q LI and an element that decreases the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q LI . First, due to the cracking of the active material itself, a new surface (i.e., a surface on which a film is not formed) is formed on the active material, so that lithium ions are easily moved to the active material of each electrode, which is a factor of increasing the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li . On the other hand, when a new surface is formed on the active material, the formation of a film is promoted on the new surface, and lithium ions are consumed, which is a factor of decreasing the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li . In consideration of the above, the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li can be expressed by an equation including a pulverization function f (t, ΔDOD), that is, a function of ΔDOD, from the same theory as the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c .

また、前述の各電極の活物質自体の割れは、充放電電流Iにも依存する。すなわち、充放電電流値Iが大きい程、電流は活物質の低抵抗部分を集中的に流れるようになる傾向があるため、活物質の部位によって膨張収縮の度合いに差異が生じ得る。これにより、活物質にひずみが発生しやすくなり、活物質自体の割れを引き起こす。そのため、各電極の活物質自体の割れは、充放電電流値Iの関数、または充放電電流値Iと相関のあるCレートの関数で表すことができる。 In addition, the cracking of the active material itself of each electrode described above also depends on the charge/discharge current I. That is, the larger the charge/discharge current value I, the more the current tends to flow concentratedly through the low resistance parts of the active material, which can cause differences in the degree of expansion and contraction depending on the part of the active material. This makes it easier for distortion to occur in the active material, causing the active material itself to crack. Therefore, the cracking of the active material itself of each electrode can be expressed as a function of the charge/discharge current value I, or a function of the C rate, which is correlated with the charge/discharge current value I.

以上をまとめると、正負極SOCずれ容量QLiは、負極の活物質の表面へ被膜が形成されることを考慮した関数kA(T,CCPa)、負極の活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数kB(T,CCPa,ΔDOD,I)、及び、負極の活物質自体が割れることを考慮した関数kC(T,CCPa,ΔDOD,I)、並びに、正極の活物質の表面へ被膜が形成されることを考慮した関数lA(T,CCPc)、正極の活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数lB(T,CCPc,ΔDOD,I)、及び、正極の活物質自体が割れることを考慮した関数lC(T,CCPc,ΔDOD,I)を用いて次の式(11)のように表せる。 To summarize the above, the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li can be expressed as the following equation (11) using function k A (T, CCP a ) that takes into account the formation of a coating on the surface of the negative electrode active material, function k B (T, CCP a , ΔDOD, I) that takes into account the cracking of the coating formed on the surface of the negative electrode active material, and function k C (T, CCP a , ΔDOD, I) that takes into account the cracking of the negative electrode active material itself, as well as function l A (T, CCP c ) that takes into account the formation of a coating on the surface of the positive electrode active material, function l B (T, CCP c , ΔDOD, I) that takes into account the cracking of the coating formed on the surface of the positive electrode active material, and function l C (T, CCP c , ΔDOD, I) that takes into account the cracking of the positive electrode active material itself.

Figure 0007501384000010
Figure 0007501384000010

以上のように、正負極SOCずれ容量QLiは、二次電池21の温度T、CCPa、CCPc、変化量ΔDOD、及び充放電電流値Iの関数として表すことができる。 As described above, the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li can be expressed as a function of the temperature T, CCP a , CCP c , the amount of change ΔDOD, and the charge/discharge current value I of the secondary battery 21 .

ステップS9において、容量予測部110が、電池容量QBを、QB=min(Qa,Qc,QLi)によって求める。つまり、容量予測部110は、二次電池21の負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiのうち最小のものを、二次電池21の電池容量(すなわち満充電容量)と判断する。前述のごとく、負極容量Qaは、リチウムイオンが挿入することができる負極のサイト数に対応しており、正極容量Qcは、リチウムイオンが挿入することができる正極のサイト数に対応している。正負極SOCずれ容量QLiは正極と負極との間を移動することができるリチウムイオンの数に対応している。それゆえ、負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiのうち最小のものは、二次電池21の電池容量QBに対応する。 In step S9, the capacity prediction unit 110 obtains the battery capacity QB by QB = min ( Qa , Qc , QLi ). That is, the capacity prediction unit 110 judges the smallest one of the negative electrode capacity Qa , the positive electrode capacity Qc , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi of the secondary battery 21 as the battery capacity (i.e., full charge capacity) of the secondary battery 21. As described above, the negative electrode capacity Qa corresponds to the number of sites of the negative electrode into which lithium ions can be inserted, and the positive electrode capacity Qc corresponds to the number of sites of the positive electrode into which lithium ions can be inserted. The positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi corresponds to the number of lithium ions that can move between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, the smallest one of the negative electrode capacity Qa , the positive electrode capacity Qc , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi corresponds to the battery capacity QB of the secondary battery 21.

ここで、自動車駆動用等で用いられるような、大電流が流れる二次電池21は、二次電池21の負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiのうち正負極SOCずれ容量QLiが最小となる領域でのみ使用されることが多い。すなわち、大電流が流れる二次電池21において、電池容量QBは、正負極SOCずれ容量QLiとなることが多い。前述のごとく、正負極SOCずれ容量QLiは、前記式(11)によって表せる。そして、前述のごとく、正負極SOCずれ容量QLiは、負極及び正極のそれぞれの活物質の表面へ被膜が形成されること、負極及び正極のそれぞれの活物質の表面に形成された被膜が割れること、及び、負極及び正極のそれぞれの活物質自体が割れることを考慮しているため、高精度に算出される。これに伴い、電池容量QBが正負極SOCずれ容量QLiで表されるとき、電池容量QBも高精度に算出される。このことについて説明する。 Here, a secondary battery 21 through which a large current flows, such as that used for driving an automobile, is often used only in a region where the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li is the smallest among the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li of the secondary battery 21. That is, in a secondary battery 21 through which a large current flows, the battery capacity Q B is often the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li . As described above, the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li can be expressed by the above formula (11). As described above, the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li is calculated with high accuracy because it takes into account the formation of a coating on the surface of each active material of the negative electrode and the positive electrode, the cracking of the coating formed on the surface of each active material of the negative electrode and the positive electrode, and the cracking of each active material of the negative electrode and the positive electrode itself. Accordingly, when the battery capacity Q B is expressed by the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li , the battery capacity Q B is also calculated with high accuracy. This will be explained.

ここで、2つの同型の二次電池(以下、便宜上、第一電池、第二電池と区別するが、これらは互いに同じ型の電池である。)を想定して次のシミュレーションをおこなった。当該シミュレーションの結果は、図5に示している。図5のグラフの横軸は、日数の平方根を示しており、縦軸は二次電池の容量維持率を示している。なお、二次電池の容量維持率は、初期状態の二次電池の容量に対する現時点の二次電池の容量の割合である。また、図5において、第一電池に関する結果を線L1、第二電池に関する実験結果を線L2にて示している。図5に示す、第一電池及び第二電池のそれぞれの結果は、いずれも、負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiのうち正負極SOCずれ容量QLiが最小であり、電池容量QB=正負極SOC容量QLiとなる。そして、図5の容量維持率は、初期の二次電池の容量に対する劣化後の正負極SOC容量QLiの割合である。 Here, the following simulation was performed assuming two secondary batteries of the same type (hereinafter, for convenience, they will be distinguished as a first battery and a second battery, but they are batteries of the same type). The results of the simulation are shown in FIG. 5. The horizontal axis of the graph in FIG. 5 indicates the square root of the number of days, and the vertical axis indicates the capacity maintenance rate of the secondary battery. The capacity maintenance rate of the secondary battery is the ratio of the capacity of the secondary battery at the current time to the capacity of the secondary battery in the initial state. In addition, in FIG. 5, the results for the first battery are shown by line L1, and the experimental results for the second battery are shown by line L2. In each of the results of the first battery and the second battery shown in FIG. 5, the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li is the smallest among the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li , and the battery capacity Q B = the positive and negative electrode SOC capacity Q Li . And, the capacity maintenance rate in FIG. 5 is the ratio of the positive and negative electrode SOC capacity Q Li after deterioration to the capacity of the initial secondary battery.

第一電池については、容量維持率100%の状態から、第一電池を45℃の環境下で保存劣化させ、容量維持率を92%まで下げた。容量維持率100%から容量維持率92%まで保存劣化させたときの第一電池の容量の低下は、各電極への被膜形成に起因するものが7.2%、各電極の活物質の表面に形成された被膜が割れることに起因するものが0.4%、各電極の活物質自体が割れることに起因するものが0.4%であった。 As for the first battery, the first battery was degraded in storage at 45°C from a capacity retention rate of 100% to a capacity retention rate of 92%. When the first battery was degraded from a capacity retention rate of 100% to a capacity retention rate of 92%, the decrease in capacity was 7.2% due to the formation of a coating on each electrode, 0.4% due to cracking of the coating formed on the surface of the active material of each electrode, and 0.4% due to cracking of the active material of each electrode itself.

第二電池については、容量維持率100%の状態から、第二電池を45℃の環境下でサイクル劣化させ、容量維持率を92%まで下げた。容量維持率100%から容量維持率92%までサイクル劣化させたときの第二電池の容量の低下は、各電極への被膜形成に起因するものが4.0%、各電極の活物質の表面に形成された被膜が割れることに起因するものが1.6%、各電極の活物質自体が割れることに起因するものが2.4%であった。 As for the second battery, the second battery was cycle-degraded in an environment of 45°C from a state of 100% capacity retention rate, and the capacity retention rate was reduced to 92%. When cycle-degraded from a capacity retention rate of 100% to a capacity retention rate of 92%, the capacity reduction of the second battery was 4.0% due to the formation of a coating on each electrode, 1.6% due to cracking of the coating formed on the surface of the active material of each electrode, and 2.4% due to cracking of the active material of each electrode itself.

つまり、互いに同じ容量維持率、正負極SOC容量QLiの第一電池及び第二電池であっても、それまでの使用状況により、正負極SOC容量QLiを構成する式(11)の関数kA、kB、kC、lA、lB、lCの値が第一電池と第二電池とで異なる。 In other words, even if the first battery and the second battery have the same capacity maintenance rate and positive and negative electrode SOC capacity QLi , the values of functions kA , kB , kC , lA , lB , and lC in equation (11) that configure the positive and negative electrode SOC capacity QLi will differ between the first battery and the second battery depending on the usage conditions up to that point.

そして、容量維持率を92%とした第一電池と第二電池とを、サイクル劣化と保存劣化とを組み合わせて同じ条件で劣化させた。その結果、図5に示すごとく、最初にサイクル劣化させた第二電池の方が、最初に保存劣化させた第一電池よりも劣化が早くなる(つまり図5の容量維持率92%以下の領域のグラフの傾きが大きくなる)ことが分かった。このことから、互いに同じ容量維持率の二次電池であっても、それまでの二次電池の使用状況によって、その後の二次電池の劣化の進行度合いが異なることが分かる。このことから正負極SOCずれ容量QLiを、各電極への被膜形成を考慮した関数kA、lA、各電極の活物質の表面に形成された被膜が割れることを考慮した関数kB、lB、各電極の活物質自体が割れることを考慮した関数kC、lCに基づいて算出することで、高精度に電池容量QBを算出することができることが分かる。なお、電池容量QBが負極容量Qa又は正極容量Qcとなる場合も同様である。 Then, the first battery and the second battery, which had a capacity maintenance rate of 92%, were deteriorated under the same conditions by combining cycle deterioration and storage deterioration. As a result, as shown in FIG. 5, it was found that the second battery, which was cycle-degraded first, deteriorated faster than the first battery, which was storage-degraded first (i.e., the slope of the graph in the region below 92% capacity maintenance rate in FIG. 5 becomes larger). From this, it can be seen that even if the secondary batteries have the same capacity maintenance rate, the degree of deterioration of the secondary battery thereafter differs depending on the usage condition of the secondary battery up to that point. From this, it can be seen that the battery capacity Q B can be calculated with high accuracy by calculating the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li based on the functions k A and l A taking into account the formation of the film on each electrode, the functions k B and l B taking into account the cracking of the film formed on the surface of the active material of each electrode, and the functions k C and l C taking into account the cracking of the active material itself of each electrode. The same applies when the battery capacity Q B is the negative electrode capacity Q a or the positive electrode capacity Q c .

次に、図2及び図6を参照しつつ、電池劣化予測システム1が、図3のステップS9で算出された二次電池21の負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiを利用して、二次電池21に流れる電流を制御するステップについて説明する。 Next, with reference to Figures 2 and 6, a step will be described in which the battery deterioration prediction system 1 controls the current flowing to the secondary battery 21 by using the negative electrode capacity Qa , positive electrode capacity Qc , and positive/negative electrode SOC deviation capacity QLi of the secondary battery 21 calculated in step S9 of Figure 3.

まず、ステップS10において、OCV特性算出部112が、更新OCP特性を算出する。ステップS10においては、記憶部115が記憶する初期OCP特性を、前述のステップS8において算出された負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiに基づいて更新する。初期OCP特性は、初期状態における二次電池21の、SOCとOCPaとの関係、及び、SOCとOCPcとの関係を示すものである。初期OCP特性の更新の手法は特に限定されず、例えば公知の手法を採用することが可能である。更新OCP特性の一例を、図7に示している。 First, in step S10, the OCV characteristic calculation unit 112 calculates an updated OCP characteristic. In step S10, the initial OCP characteristic stored in the storage unit 115 is updated based on the negative electrode capacity Qa , the positive electrode capacity Qc , and the positive/negative electrode SOC deviation capacity QLi calculated in the above-mentioned step S8. The initial OCP characteristic indicates the relationship between the SOC and OCPa and the relationship between the SOC and OCPc of the secondary battery 21 in the initial state. The method of updating the initial OCP characteristic is not particularly limited, and for example, a known method can be adopted. An example of the updated OCP characteristic is shown in FIG. 7.

図2及び図6に示すごとく、ステップS11において、OCV特性算出部112が、更新OCV特性を算出する。更新OCV特性は、ステップS10において算出された更新OCP特性から、OCPcとOCPaとの差分を取ることで劣化後の二次電池21のSOCとOCVとの関係である更新OCV特性を算出する。更新OCV特性の一例を、図7に示している。 2 and 6, in step S11, the OCV characteristic calculation unit 112 calculates an updated OCV characteristic. The updated OCV characteristic is calculated by taking the difference between OCP c and OCP a from the updated OCP characteristic calculated in step S10, thereby calculating an updated OCV characteristic, which is the relationship between the SOC and OCV of the secondary battery 21 after deterioration. An example of the updated OCV characteristic is shown in FIG. 7.

図2及び図6に示すごとく、ステップS12において、微分特性算出部113が、ステップS11においてOCV特性算出部112が算出する更新OCV特性に基づいて、微分特性を算出する。微分特性は、二次電池21のSOCと、二次電池21のOCVをSOCで一階微分又は二階微分することで得られる微分値との関係である。図6に示すごとく、本形態のステップS12においては、微分特性算出部113がd2V/dQ2曲線を算出する。d2V/dQ2曲線は、二次電池21のSOCと、OCVを二階微分することで得られる微分値との関係を示すグラフであり、微分特性の一種である。図8に、OCVをSOCで二階微分した曲線を表している。 As shown in Fig. 2 and Fig. 6, in step S12, the differential characteristic calculation unit 113 calculates a differential characteristic based on the updated OCV characteristic calculated by the OCV characteristic calculation unit 112 in step S11. The differential characteristic is a relationship between the SOC of the secondary battery 21 and a differential value obtained by first-order or second-order differentiation of the OCV of the secondary battery 21 with respect to the SOC. As shown in Fig. 6, in step S12 of this embodiment, the differential characteristic calculation unit 113 calculates a d2V / dQ2 curve. The d2V / dQ2 curve is a graph showing a relationship between the SOC of the secondary battery 21 and a differential value obtained by second-order differentiation of the OCV, and is a type of differential characteristic. Fig. 8 shows a curve obtained by second-order differentiation of the OCV with respect to the SOC.

図2及び図6に示すごとく、ステップS13において、電流制御部114が、電流制御領域を算出する。すなわち、本ステップS13においては、図8に示すd2V/dQ2曲線におけるピークが、閾値以上となるSOCの領域(例えば図8において破線で囲ったSOCの領域)を算出する。 2 and 6, in step S13, current control unit 114 calculates a current control region. That is, in step S13, the SOC region (e.g., the SOC region surrounded by a dashed line in FIG. 8) in which the peak in the d2V / dQ2 curve shown in FIG. 8 is equal to or greater than a threshold value is calculated.

図2及び図6に示すごとく、ステップS14において、電流制御部114が、二次電池21のSOCがステップS13において算出したピークが閾値を超えるSOCの領域となるときに、二次電池21に流れる電流値を低減するよう制御する。すなわち、電流制御部114は、二次電池21がステップS13において算出したSOCとなるとき、二次電池21に流れる電流値を、当該SOCの領域以外の領域において二次電池21に流す電流値よりも小さくするよう制御する。これによって、二次電池21の劣化を抑制できる。このことについて、次に説明する。 2 and 6, in step S14, the current control unit 114 controls the current value flowing through the secondary battery 21 to be reduced when the SOC of the secondary battery 21 is in a region of the SOC where the peak calculated in step S13 exceeds a threshold value. That is, when the secondary battery 21 is at the SOC calculated in step S13, the current control unit 114 controls the current value flowing through the secondary battery 21 to be smaller than the current value flowing through the secondary battery 21 in a region other than the SOC region. This makes it possible to suppress deterioration of the secondary battery 21. This will be explained next.

微分特性を示す曲線において、ピークが所定の閾値以上となる場合は、OCVの変動が比較的大きく、膨張収縮が大きい領域であると考える。すなわち、ピークが閾値以上となるSOCの領域では、活物質の膨張収縮が大きいため高電流を印加するほど活物質内にひずみが発生しやすくなり、活物質の割れが促進されやすくなる。そこで、電流制御部114は、ピークが閾値以上となるSOCの領域において、二次電池21に流す電流を制限するよう制御する。これにより、活物質の割れが促進されることを抑制することができる。また、閾値以上のピークを検出することにより、電流制御部114において、ノイズ領域(すなわち比較的小さなピークが現れるSOCの領域)において、電流値が制限されることを防止している。 When the peak in the curve showing the differential characteristic is equal to or greater than a predetermined threshold, it is considered to be a region where the OCV fluctuates relatively greatly and the expansion and contraction are large. That is, in the SOC region where the peak is equal to or greater than the threshold, the expansion and contraction of the active material is large, so that the higher the current applied, the more likely it is that strain will occur in the active material, and the more likely it is that cracking of the active material will be accelerated. Therefore, the current control unit 114 controls to limit the current flowing to the secondary battery 21 in the SOC region where the peak is equal to or greater than the threshold. This makes it possible to suppress the acceleration of cracking of the active material. In addition, by detecting peaks equal to or greater than the threshold, the current control unit 114 prevents the current value from being limited in the noise region (i.e., the SOC region where a relatively small peak appears).

以上のように、二次電池21の負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiを利用して、二次電池21に流れる電流を制御することができる。 As described above, the current flowing through the secondary battery 21 can be controlled by utilizing the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive/negative electrode SOC deviation capacity Q Li of the secondary battery 21 .

また、図2に示すごとく、本形態の電池劣化予測システム1は、前述のごとく学習部111を備えている。学習部111は、二次電池の負極抵抗Ra、正極抵抗Rc、負極容量Qa、正極容量Qc、正負極SOCずれ容量QLi及び二次電池の電池容量QBの少なくとも一つを予測するための予測式を学習によって更新するように構成することができる。学習部111が学習により更新する予測式は限定されないが、本実施形態では、学習部111は、電極抵抗取得部107における負極抵抗Ra、正極抵抗Rcの算出、及び、容量予測部110における負極容量Qa、正極容量Qc、正負極SOCずれ容量QLiの算出に用いる微粉化関数f(t,ΔDOD)の定数A、B、及びCを学習により更新する。学習部111は、例えばフィッティングにより修正することができる。例えば、学習部111は、電流値取得部102によって取得される二次電池21の積算に基づいて二次電池21の電池容量QBの実測値を算出し、これと容量予測部110によって算出された電池容量QBとの誤差が最小となる定数A、B、及びCを算出することでA、B、及びCの学習を行う。なお、その他の実測値と理論値との誤差を最小とするように、定数A、B、及びCの学習を行うことも可能である。 As shown in FIG. 2, the battery deterioration prediction system 1 of this embodiment includes a learning unit 111 as described above. The learning unit 111 can be configured to update a prediction formula for predicting at least one of the negative electrode resistance R a , positive electrode resistance R c , negative electrode capacity Q a , positive electrode capacity Q c , positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li , and battery capacity Q B of the secondary battery by learning. The prediction formula updated by the learning unit 111 by learning is not limited, but in this embodiment, the learning unit 111 updates the constants A, B, and C of the pulverization function f (t, ΔDOD) used in the calculation of the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c in the electrode resistance acquisition unit 107, and the calculation of the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li in the capacity prediction unit 110 by learning. The learning unit 111 can be corrected by, for example, fitting. For example, the learning unit 111 calculates an actual measurement value of the battery capacity QB of the secondary battery 21 based on the integration of the secondary battery 21 acquired by the current value acquisition unit 102, and calculates constants A, B, and C that minimize the error between this and the battery capacity QB calculated by the capacity prediction unit 110, thereby learning A, B, and C. It is also possible to learn the constants A, B, and C so as to minimize the error between other actual measurements and theoretical values.

学習部111は、車載されるBMUによって構成されているが、例えば車外に配される情報処理システムによって構成されていてもよい。この場合、例えば車両にモビリティの通信機であるDCM(Data Communication Module)を搭載し、車内のBCU及びECUが、車外の情報処理システムと、DCMを介して通信されるよう構成することができる。また、DCMに代えて、例えば携帯端末(スマートフォン等)を採用することも可能である。また、車内のBCU及びECUと車外の情報処理システムとの通信手段は、例えばWiFi(登録商標)やBluetooth(登録商標)等の各種の近距離の無線伝送方式を採用することが可能である。さらに、車外の情報処理システムは、定置の形態であってもよいし、モビリティの形態であってもよい。また、例えば車両のECU又はBMUに設けられているコネクタに接続される、後付けの制御装置であってもよい。 The learning unit 111 is configured by a BMU mounted on the vehicle, but may also be configured by an information processing system arranged outside the vehicle. In this case, for example, the vehicle may be equipped with a DCM (Data Communication Module) that is a mobility communication device, and the BCU and ECU inside the vehicle may communicate with the information processing system outside the vehicle via the DCM. In addition, instead of the DCM, for example, a mobile terminal (smartphone, etc.) may be used. In addition, various short-distance wireless transmission methods such as WiFi (registered trademark) and Bluetooth (registered trademark) may be used as communication means between the BCU and ECU inside the vehicle and the information processing system outside the vehicle. Furthermore, the information processing system outside the vehicle may be in a fixed form or in a mobility form. In addition, it may be a retrofit control device connected to a connector provided on the ECU or BMU of the vehicle.

そして、電極抵抗取得部107及び容量予測部110は、更新された定数A、B、及びCを用いて、負極抵抗Ra、正極抵抗Rc、負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiの算出を行う。 Then, the electrode resistance acquisition unit 107 and the capacity prediction unit 110 use the updated constants A, B, and C to calculate the negative electrode resistance R a , the positive electrode resistance R c , the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li .

なお、本形態において、負極抵抗Ra、正極抵抗Rc、負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiを算出するための上記式(7)~(11)に含まれる関数gA、gB、gC、hA、hB、hC、iA、iB、iC、jA、jB、jC、kA、kB、kC、lA、lB、lCの少なくとも一つが、更なる変数として、二次電池を使用開始したときからの経過時間t、充放電のサイクル数N、充放電における電流積算値を示すスループットAhのうちのいずれかを含んでいてもよい。なお、上記関数に含まれる上記更なる変数は、適宜選択することができ、任意の組み合わせてであってよい。 In this embodiment, at least one of the functions gA , gB, gC, hA, hB, hC , iA , iB , iC, jA, jB , jC , kA , kB , kC , lA, lB, and lC included in the above formulas (7) to (11) for calculating the negative electrode resistance R a , the positive electrode resistance R c , the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li may include , as a further variable, any of the elapsed time t from when the secondary battery was started to be used, the number of charge and discharge cycles N, and the throughput Ah indicating the current integrated value in charge and discharge. The further variables included in the above functions can be appropriately selected and may be any combination.

次に、本形態の作用効果につき説明する。
前記態様の電池劣化予測システム1は、OCPaと分極ΔVaとに基づいてCCPaを算出するとともに、OCPcと分極ΔVcとに基づいてCCPcを算出するCCP算出部109を備える。そして、容量予測部110は、このCCPa及びCCPcに基づいて、二次電池21の負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiを予測するとともに、予測された負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiに基づいて、二次電池21の電池容量QBを予測する。分極ΔVa及びΔVcを考慮しつつ、二次電池21の電池容量QBを予測することで、二次電池21の劣化に伴い顕在化する分極を考慮して電池容量QBを予測することができ、電池容量QBの予測が高精度になる。
Next, the effects of this embodiment will be described.
The battery deterioration prediction system 1 of the above embodiment includes a CCP calculation unit 109 that calculates a CCP a based on the OCP a and the polarization ΔV a , and calculates a CCP c based on the OCP c and the polarization ΔV c . The capacity prediction unit 110 predicts the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li of the secondary battery 21 based on the CCP a and CCP c , and predicts the battery capacity Q B of the secondary battery 21 based on the predicted negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li . By predicting the battery capacity Q B of the secondary battery 21 while taking into account the polarization ΔV a and ΔV c , the battery capacity Q B can be predicted taking into account the polarization that becomes apparent as the secondary battery 21 deteriorates, and the prediction of the battery capacity Q B becomes highly accurate.

また、電極抵抗取得部107及び容量予測部110は、二次電池21の負極における複数の劣化要因と相関を有する複数の関数gA、gB、gC、iA、iB、iCを用いて、負極抵抗Ra及び負極容量Qaのそれぞれを算出する。また、電極抵抗取得部107及び容量予測部110は、二次電池21の正極における複数の劣化要因と相関を有する複数の関数hA、hB、hC、jA、jB、jCを用いて、正極抵抗Rc及び正極容量Qcのそれぞれを算出する。また、容量予測部110は、二次電池21の電解質における複数の劣化要因と相関を有する複数の関数kA、kB、kC、lA、lB、lCを用いて、正負極SOCずれ容量QLiを算出する。これにより、二次電池21の各部の種々の劣化要因(すなわち前述の被膜形成、被膜割れ、活物質自体の割れ、等)を考慮した正確な負極容量Qa、正極容量Qc、正負極SOCずれ容量QLi、負極抵抗Ra及び正極抵抗Rcを予測することができる。 In addition, the electrode resistance acquisition unit 107 and the capacity prediction unit 110 calculate the negative electrode resistance R a and the negative electrode capacity Q a using a plurality of functions g A , g B , g C , i A , i B , and i C that are correlated with a plurality of deterioration factors in the negative electrode of the secondary battery 21. In addition, the electrode resistance acquisition unit 107 and the capacity prediction unit 110 calculate the positive electrode resistance R c and the positive electrode capacity Q c using a plurality of functions h A , h B , h C , j A , j B , and j C that are correlated with a plurality of deterioration factors in the positive electrode of the secondary battery 21. In addition, the capacity prediction unit 110 calculates the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li using a plurality of functions k A , k B , k C , l A , l B , and l C that are correlated with a plurality of deterioration factors in the electrolyte of the secondary battery 21 . This makes it possible to accurately predict the negative electrode capacity Q a , positive electrode capacity Q c, positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li , negative electrode resistance R a and positive electrode resistance R c taking into account various deterioration factors of each part of the secondary battery 21 (i.e., the aforementioned coating formation , coating cracking, cracking of the active material itself, etc.).

また、電極抵抗取得部107及び容量予測部110は、微粉化関数f(t,ΔDOD)=A×exp{-B×exp(C×ΔDOD)×t}、に基づいて、負極容量Qa、正極容量Qc、正負極SOCずれ容量QLi、負極抵抗Ra及び正極抵抗Rcの少なくとも1つを予測する。これにより、二次電池21の充放電の繰り返しによる二次電池21の電極の微粉化を反映して負極容量Qa、正極容量Qc、正負極SOCずれ容量QLi、負極抵抗Ra及び正極抵抗Rcの少なくとも1つを予測することができるため、これらを高精度に予測することができる。 Further, the electrode resistance acquisition unit 107 and the capacity prediction unit 110 predict at least one of the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li , the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c based on the pulverization function f(t, ΔDOD)=A×exp{−B×exp(C×ΔDOD)×t}. As a result, at least one of the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li , the negative electrode resistance R a and the positive electrode resistance R c can be predicted while reflecting the pulverization of the electrodes of the secondary battery 21 due to repeated charging and discharging of the secondary battery 21, and therefore these can be predicted with high accuracy.

また、電池劣化予測システム1は、微粉化関数の定数A、B、及びCを学習によって更新する学習部111を備える。それゆえ、微粉化関数を二次電池21の劣化状態に応じて更新することができ、タイムリーな微粉化関数を得ることができる。これにより、微粉化関数を用いて予測される負極容量Qa、正極容量Qc、正負極SOCずれ容量QLi、負極抵抗Ra及び正極抵抗Rcの算出精度を向上させることができる。 The battery deterioration prediction system 1 also includes a learning unit 111 that updates the constants A, B, and C of the pulverization function by learning. Therefore, the pulverization function can be updated according to the deterioration state of the secondary battery 21, and a timely pulverization function can be obtained. This can improve the calculation accuracy of the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , the positive/negative electrode SOC deviation capacity Q Li , the negative electrode resistance R a , and the positive electrode resistance R c predicted using the pulverization function.

また、電池劣化予測システム1は、学習部111以外の少なくとも一部が車両に搭載されて用いられ、学習部111が車両の外部に設けられている。それゆえ、学習部111による処理を行うためのハードウエアを車内に設ける必要がなく、車内のシステムの負荷を低減しやすい。 In addition, at least a part of the battery deterioration prediction system 1 other than the learning unit 111 is mounted on the vehicle, and the learning unit 111 is provided outside the vehicle. Therefore, there is no need to provide hardware inside the vehicle for performing processing by the learning unit 111, which makes it easier to reduce the load on the system inside the vehicle.

また、電池劣化予測システム1は、微分特性算出部113において算出される微分特性に基づいて、微分値のピークが閾値以上となる電流量の領域において、二次電池21に流れる電流を制限する電流制御部114を備える。すなわち、前述のごとく、電流制御部114は、二次電池21の電極の活物質の割れが促進されやすい電流量の領域において、二次電池21に流れる電流量を制限する。これにより、二次電池21において、電極の活物質の割れの進行を抑制でき、これによって二次電池21の劣化の進行を抑制することができる。 The battery degradation prediction system 1 also includes a current control unit 114 that limits the current flowing through the secondary battery 21 in a current amount region where the peak of the differential value is equal to or greater than a threshold value, based on the differential characteristic calculated by the differential characteristic calculation unit 113. That is, as described above, the current control unit 114 limits the amount of current flowing through the secondary battery 21 in a current amount region where cracking of the active material of the electrodes of the secondary battery 21 is likely to be accelerated. This makes it possible to suppress the progression of cracking of the active material of the electrodes of the secondary battery 21, thereby suppressing the progression of deterioration of the secondary battery 21.

以上のごとく、本形態によれば、二次電池の劣化度合いを高精度に予測することができる電池劣化予測システムを提供することができる。 As described above, this embodiment provides a battery degradation prediction system that can predict the degree of degradation of a secondary battery with high accuracy.

上記実施形態1では、負極抵抗Ra、正極抵抗Rc、負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiを算出するために、上記式(7)~(11)を用いたが、これらに替えて、各式における関数間の演算子を+に変更したものを用いてもよい。すなわち、上記式(7)、(8)、(9)、(10)、(11)に替えて、下記の式(7A)、(8A)、(9A)、(10A)、(11A)をそれぞれ用いてもよい。 In the above embodiment 1, the above formulas (7) to (11) are used to calculate the negative electrode resistance Ra, the positive electrode resistance Rc, the negative electrode capacity Qa, the positive electrode capacity Qc, and the positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi. However, instead of these, the operators between the functions in each formula may be changed to +. That is, instead of the above formulas (7), (8), (9), (10), and (11), the following formulas (7A), (8A), (9A), (10A), and (11A) may be used, respectively.

Figure 0007501384000011
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Figure 0007501384000014
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Figure 0007501384000015
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また、これらに限定されず、上記式(7)~(11)における関数間の演算子は任意のものを採用することができ、同一の式における関数間の演算子は同一であってもよいし、異なっていてもよい。上記各式においていずれの演算子を用いる場合でも、実施形態1と同等の作用効果を奏することができる。 In addition, without being limited to these, any operator can be used between functions in the above formulas (7) to (11), and the operators between functions in the same formula may be the same or different. Regardless of which operator is used in each of the above formulas, the same effect as in embodiment 1 can be achieved.

(実施形態2)
上述の実施形態1では、学習部111は、微粉化関数の定数A、B及びCを学習により更新することとしたが、学習部111における学習による更新はこれに限らず、二次電池21の電池状態に関する予測式を使用履歴に基づいて学習により更新することができる。二次電池21の電池状態は、例えば、二次電池21の負極抵抗Ra、正極抵抗Rc、負極容量Qa、正極容量Qc、正負極SOCずれ容量QLi、二次電池の電池容量QBとすることができる。
(Embodiment 2)
In the above-described first embodiment, the learning unit 111 updates the constants A, B, and C of the pulverization function by learning, but the updating by learning in the learning unit 111 is not limited to this, and the prediction formula for the battery state of the secondary battery 21 can be updated by learning based on the usage history. The battery state of the secondary battery 21 can be, for example, the negative electrode resistance R a , positive electrode resistance R c , negative electrode capacity Q a , positive electrode capacity Q c , positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li , and battery capacity Q B of the secondary battery.

上記予測式は、上記電池情報の少なくとも一つを予測するための予測式とすることができる。例えば、実施形態1において式(7)~式(11)又は式(7A)~(11A)で表されたものを採用することができる。なお、実施形態1における微粉化関数は当該予測式の一部をなすものであると理解することができる。 The prediction formula can be a prediction formula for predicting at least one of the battery information. For example, the formulas (7) to (11) or (7A) to (11A) in the first embodiment can be used. The pulverization function in the first embodiment can be understood to be a part of the prediction formula.

学習部111は、例えば、以下のように、上記予測式を更新することができる。学習部111は、まず、使用履歴から得られる状態推定量を説明変数とし、二次電池21の電池状態を目的変数とする関係式を機械学習によって算出する。当該関係式の形態は限定されず、例えば、一次又は多次のモデル関数、マップなどの形態で示すことができる。 The learning unit 111 can update the prediction formula, for example, as follows. First, the learning unit 111 uses the state estimation amount obtained from the usage history as an explanatory variable and calculates a relational formula using machine learning in which the battery state of the secondary battery 21 is the objective variable. The form of the relational formula is not limited, and can be expressed in the form of, for example, a linear or multi-order model function, a map, etc.

そして、学習部111は、上記関係式から二次電池21の電池状態に関する推定値を真値として算出する。その後、学習部111は、当該推定値と予め用意された二次電池21の予測式から得られる電池状態の予測値とを比較し、比較結果に基づいて予測式を更新することができる。例えば、学習部111は、上記比較結果が推定値と予測値との差分が予め設定された基準値よりも大きいことを示すものである場合に、当該差分が小さくなるように予測式を更新することができる。 Then, the learning unit 111 calculates an estimated value for the battery state of the secondary battery 21 as a true value from the above relational equation. Thereafter, the learning unit 111 compares the estimated value with a predicted value of the battery state obtained from a prediction equation for the secondary battery 21 prepared in advance, and can update the prediction equation based on the comparison result. For example, when the above comparison result indicates that the difference between the estimated value and the predicted value is larger than a preset reference value, the learning unit 111 can update the prediction equation so that the difference becomes smaller.

上記使用履歴は二次電池21の使用に関するものであれば限定されないが、当該二次電池21が車両に搭載されるものである場合は、車両の走行データを使用履歴として採用することができる。また、使用履歴から得られる状態推定量としては、二次電池21における充電末期又は放電末期の電圧挙動、充電休止後又は放電休止後の電圧緩和挙動、特定周波数の交流インピーダンスを例示することができる。なお、使用履歴は記憶部115に格納しておくことができる。また、使用履歴を電池劣化予測システム1の外部に設けられた外部記憶装置に保存しておき、必要に応じて学習部111が外部記憶装置に保存された使用履歴を読み込むこととしてもよい。 The usage history is not limited to anything related to the use of the secondary battery 21, but if the secondary battery 21 is mounted on a vehicle, the vehicle's driving data can be used as the usage history. Examples of state estimation quantities obtained from the usage history include the voltage behavior of the secondary battery 21 at the end of charging or discharging, the voltage relaxation behavior after a charging or discharging pause, and the AC impedance at a specific frequency. The usage history can be stored in the memory unit 115. The usage history can also be saved in an external storage device provided outside the battery deterioration prediction system 1, and the learning unit 111 can read the usage history saved in the external storage device as necessary.

使用履歴に基づく上記関係式を算出するための機械学習の方法としては、既知のものを採用することができ、例えば、回帰手法、サポートベクターマシーン、ニューラルネットワークなどを採用することができる。回帰手法としては、線形回帰、重回帰、ロジスティック回帰、ガウス過程回帰を例示することができる。 As a machine learning method for calculating the above relational equation based on the usage history, a known method can be used, such as a regression method, a support vector machine, or a neural network. Examples of regression methods include linear regression, multiple regression, logistic regression, and Gaussian process regression.

また、学習部111において学習による更新の対象は限定されないが、劣化予測式中の定数とすることができ、例えば、実施形態1における式(7)~式(11)又は式(7A)~(11A)で示される劣化予測式における少なくとも一つの定数とすることができる。 In addition, the object of update through learning in the learning unit 111 is not limited, but can be a constant in the deterioration prediction formula, for example, at least one constant in the deterioration prediction formula shown in formulas (7) to (11) or (7A) to (11A) in embodiment 1.

本実施形態2では、使用履歴として車両の走行データを採用し、当該使用履歴から得られる状態推定量として二次電池21における充電末期の電圧挙動を採用する。なお、本実施形態2において特に言及しない構成は、図2に示す実施形態1における構成と同等の構成を有するものとし、実施形態1の場合と同一の符号を付してその説明を省略する。 In this embodiment 2, vehicle driving data is used as the usage history, and the voltage behavior at the end of charging the secondary battery 21 is used as the state estimation quantity obtained from the usage history. Note that configurations not specifically mentioned in this embodiment 2 are assumed to have the same configurations as those in embodiment 1 shown in FIG. 2, and the same reference numerals as in embodiment 1 are used and the description thereof is omitted.

本実施形態2において、充電末期の電圧挙動として、充電状態における特定時定数の直流抵抗を取得する。なお、充電末期とはSOCが90%以上に充電される期間をいうものとする。そして、上記直流抵抗として、二次電池21を4秒間定電流放電させたときの直流抵抗値R4secと2秒間定電流放電させたときの抵直流抗値R2sec、との差分R4sec-R2secを取得する。実施形態2では、図示しないが、二次電池21の電圧値を検出する電圧センサと、当該電圧センサに検出された電圧値を取得する電圧取得部とが備えられている。直流抵抗値R4secは、当該電圧取得部及び電流値取得部102により取得された4秒間の定電流放電時の電圧変化量ΔV4secと二次電池21に流れた電流値IとからΔV4sec/Iとして算出することができる。同様に、直流抵抗値R2secは、電圧取得部及び電流値取得部102により取得された2秒間の定電流放電時の電圧変化量ΔV2secと二次電池21に流れた電流値IとからΔV2sec/Iとして算出することができる。なお、直流抵抗値R4secの算出は、学習部111で行ってもよいし、他の演算部で行うこととしてもよい。 In the second embodiment, the DC resistance of a specific time constant in the charging state is acquired as the voltage behavior at the end of charging. The end of charging refers to a period in which the SOC is charged to 90% or more. The difference R 4sec -R 2sec between the DC resistance value R 4sec when the secondary battery 21 is discharged at a constant current for 4 seconds and the DC resistance value R 2sec when the secondary battery 21 is discharged at a constant current for 2 seconds is acquired as the DC resistance. In the second embodiment, although not shown, a voltage sensor that detects the voltage value of the secondary battery 21 and a voltage acquisition unit that acquires the voltage value detected by the voltage sensor are provided. The DC resistance value R 4sec can be calculated as ΔV 4sec /I from the voltage change amount ΔV 4sec during constant current discharge for 4 seconds acquired by the voltage acquisition unit and the current value acquisition unit 102 and the current value I flowing through the secondary battery 21. Similarly, the DC resistance value R 2sec can be calculated as ΔV 2sec /I from the voltage change amount ΔV 2sec during constant current discharge for 2 seconds acquired by the voltage acquisition unit and current value acquisition unit 102 and the current value I flowing through the secondary battery 21. The calculation of the DC resistance value R 4sec may be performed by the learning unit 111 or by another calculation unit.

本実施形態2における予測式を更新するための更新フローについて、以下に説明する。
まず、図9に示すステップS21において、学習部111は、例えば、第1の使用履歴として二次電池21の電池温度25℃で、SOC10%から90%の間で充放電サイクルを繰り返した劣化過程における差分R4sec-R2secと電池容量Qとを取得し、両者の関係から機械学習により第1の関係式を算出する。当該第1の関係式は、差分R4sec-R2secと容量維持率との関係の実測値から最小二乗法に基づいて得られた回帰直線である。図10(a)に第1の使用履歴における差分R4sec-R2secと容量維持率との関係である実測値の散布図を示し、第1の関係式である回帰直線を破線L1で示した。なお、容量維持率は初期状態の二次電池21の電池容量に対する各時点での電池容量Qの割合である。
The update flow for updating the prediction formula in the second embodiment will be described below.
First, in step S21 shown in FIG. 9, the learning unit 111 acquires, for example, the difference R 4sec -R 2sec and the battery capacity QB in the deterioration process in which the secondary battery 21 is subjected to repeated charge and discharge cycles between SOC 10 % and 90% at a battery temperature of 25°C as the first usage history, and calculates a first relational expression by machine learning from the relationship between the two. The first relational expression is a regression line obtained based on the least squares method from the actual measurement values of the relationship between the difference R 4sec -R 2sec and the capacity maintenance rate. FIG. 10(a) shows a scatter diagram of the actual measurement values that are the relationship between the difference R 4sec -R 2sec and the capacity maintenance rate in the first usage history, and the regression line that is the first relational expression is indicated by a dashed line L1. Note that the capacity maintenance rate is the ratio of the battery capacity QB at each time point to the battery capacity of the secondary battery 21 in the initial state.

同様に、図9に示すステップS21において、学習部111は、例えば、第2の使用履歴として二次電池21の電池温度45℃で、SOC0%から100%の間で充放電サイクルを繰り返した劣化過程における差分R4sec-R2secと容量維持率とを取得し、両者の関係から機械学習により第2の関係式を算出する。第1の使用履歴の場合と同様に、図10(b)に第2の使用履歴における差分R4sec-R2secと容量維持率との関係である実測値の散布図を示し、第2の関係式である回帰直線を破線L2で示した。 9, the learning unit 111 acquires, for example, the difference R4sec-R2sec and the capacity maintenance rate in a deterioration process in which the secondary battery 21 is subjected to repeated charge and discharge cycles between SOC 0% and 100% at a battery temperature of 45 ° C as the second usage history, and calculates a second relational equation by machine learning from the relationship between the two. As in the case of the first usage history, FIG. 10(b) shows a scatter plot of actual measured values, which is the relationship between the difference R4sec - R2sec and the capacity maintenance rate in the second usage history, and the regression line, which is the second relational equation, is indicated by the dashed line L2.

その後、図9に示すステップS22において、学習部111は、例えば、第1の使用履歴に基づいて機械学習によって算出した第1の関係式から二次電池21の電池容量Qの推定値を真値として算出する。そして、図9に示すステップS23において、容量予測部110により、上述の式(7)~式(11)又は式(7A)~(11A)に示す予測式に基づいて二次電池21の電池容量Qの予測値を算出する。 9, the learning unit 111 calculates an estimated value of the battery capacity QB of the secondary battery 21 as a true value from a first relational expression calculated by machine learning based on the first usage history, for example. Then, in step S23 shown in FIG. 9, the capacity prediction unit 110 calculates a predicted value of the battery capacity QB of the secondary battery 21 based on the prediction expressions shown in the above-mentioned formulas (7) to (11) or (7A) to (11A).

そして、学習部111は、図9に示すステップS24において、電池容量Qの上記推定値と電池容量Qの上記予測値とを比較した後、ステップS25において、当該比較結果に基づいて上記予測式の更新の要否を判定する。本実施形態2では、更新の要否は、当該比較結果が推定値と予測値との差分が基準値より大きいことを示すものであるか否かを判定することにより行う。ステップS25において、当該比較結果が推定値と予測値との差分が基準値より大きいことを示すものであると判定された場合は上記予測式の更新を要と判定し、ステップS25のYesに進む。 Then, in step S24 shown in Fig. 9, the learning unit 111 compares the estimated value of the battery capacity QB with the predicted value of the battery capacity QB , and then in step S25, determines whether or not the prediction formula needs to be updated based on the comparison result. In the second embodiment, the need for updating is determined by determining whether or not the comparison result indicates that the difference between the estimated value and the predicted value is greater than a reference value. In step S25, if it is determined that the comparison result indicates that the difference between the estimated value and the predicted value is greater than a reference value, it is determined that the prediction formula needs to be updated, and the process proceeds to Yes in step S25.

そして、学習部111は、ステップS26において、式(7)~式(11)又は式(7A)~(11A)に示す予測式に含まれる定数の少なくとも一つを更新し、当該更新フローを終了する。なお、ステップS24における推定値と予測値との比較及びステップS25における更新の要否の判定は、第1に使用履歴に基づく第1の関係式及による推定値および第2に使用履歴に基づく第2の関係式による推定値の両方を用いてもよいし、いずれか一方のみを用いることとしてもよい。 Then, in step S26, the learning unit 111 updates at least one of the constants included in the prediction formula shown in formulas (7) to (11) or formulas (7A) to (11A), and ends the update flow. Note that the comparison of the estimated value and the predicted value in step S24 and the determination of whether or not an update is required in step S25 may use both the estimated value based on the first relational expression based on the usage history and the estimated value based on the second relational expression based on the usage history, or may use only one of them.

一方、図9に示すステップS25において、上記比較結果が推定値と予測値との差分が基準値より大きいことを示すものでないと判定された場合は上記予測式の更新を不要と判定し、ステップS25のNoに進んで当該更新フローを終了する。なお、本実施形態2における更新フローは所望のタイミングで行うことができる。 On the other hand, in step S25 shown in FIG. 9, if it is determined that the comparison result does not indicate that the difference between the estimated value and the predicted value is greater than the reference value, it is determined that updating of the prediction formula is unnecessary, and the process proceeds to No in step S25 to end the update flow. Note that the update flow in this embodiment 2 can be performed at any desired timing.

本実施形態2によれば、学習部111により、使用に伴って刻々と変化していく二次電池21の劣化状態に応じて予測式を学習により更新することができるため、予測精度を一層向上することができる。これにより、二次電池21の劣化度合いを高精度に予測することができる電池劣化予測システム1を提供することができる。なお、本実施形態2においても、実施形態1と同等の作用効果を奏する。 According to the second embodiment, the learning unit 111 can update the prediction formula through learning in accordance with the deterioration state of the secondary battery 21, which changes from moment to moment with use, thereby further improving the prediction accuracy. This makes it possible to provide a battery deterioration prediction system 1 that can predict the degree of deterioration of the secondary battery 21 with high accuracy. Note that the second embodiment also achieves the same effects as the first embodiment.

上記実施形態2では、使用履歴から得られる状態推定量として二次電池21における充電末期の電圧挙動を採用したが、これに替えて、変形形態1では、二次電池21における充電休止後の電圧緩和挙動を採用する。変形形態1では、充電休止後の電圧緩和挙動として、例えば、二次電池21の充電を休止した後の600秒間の電圧変化ΔV600secを電圧取得部により取得する。なお、電圧緩和の期間は、充電休止後から電池電圧が所定の定常状態に到達するまでの期間とする。 In the above-described second embodiment, the voltage behavior of the secondary battery 21 at the end of charging is used as the state estimated quantity obtained from the usage history, but instead, in the first modified embodiment, the voltage relaxation behavior of the secondary battery 21 after charging is suspended is used. In the first modified embodiment, for example, a voltage change ΔV 600sec for 600 seconds after charging of the secondary battery 21 is suspended is acquired by the voltage acquisition unit as the voltage relaxation behavior after charging is suspended. Note that the voltage relaxation period is the period from after charging is suspended until the battery voltage reaches a predetermined steady state.

そして、学習部111は、例えば、第1の使用履歴として二次電池21の電池温度25℃で、SOC10%から90%の間で充放電サイクルを繰り返した劣化過程における電圧変化ΔV600secと電池容量Qとを取得し、両者の関係から機械学習により第1の関係式を算出する。当該第1の関係式は、電圧変化ΔV600secと電池容量Qとの関係の実測値から最小二乗法に基づいて得られた回帰直線である。図11(a)に第1の使用履歴における電圧変化ΔV600secと容量維持率との関係である実測値の散布図を示し、第1の関係式である回帰直線を破線L3で示した。 Then, the learning unit 111 acquires, for example, the voltage change ΔV 600 sec and the battery capacity QB in the deterioration process in which the secondary battery 21 is subjected to repeated charge and discharge cycles between SOC 10% and 90% at a battery temperature of 25° C. as the first usage history, and calculates a first relational expression by machine learning from the relationship between the two. The first relational expression is a regression line obtained based on the least squares method from the actual measured values of the relationship between the voltage change ΔV 600 sec and the battery capacity QB . FIG. 11(a) shows a scatter diagram of the actual measured values, which are the relationship between the voltage change ΔV 600 sec and the capacity maintenance rate in the first usage history, and the regression line, which is the first relational expression, is indicated by a dashed line L3.

また、同様に、学習部111は、例えば、第2の使用履歴として二次電池21の電池温度45℃で、SOCを0%から100%の間で充放電サイクルを繰り返した劣化過程における電圧変化ΔV600secと電池容量Qとの関係から、機械学習により第2の関係式を算出する。第1の使用履歴の場合と同様に、図11(b)に第2の使用履歴における電圧変化ΔV600secと容量維持率との関係である実測値の散布図を示し、第2の関係式である回帰直線を破線L4で示した。そして、当該変形形態1においても、実施形態2と同様の作用効果を奏する。 Similarly, the learning unit 111 calculates the second relational expression by machine learning from the relationship between the voltage change ΔV 600sec and the battery capacity QB in the deterioration process in which the secondary battery 21 is repeatedly charged and discharged at a battery temperature of 45° C. and the SOC is between 0% and 100% as the second usage history. As in the case of the first usage history, FIG. 11B shows a scatter diagram of actual measurements that are the relationship between the voltage change ΔV 600sec and the capacity maintenance rate in the second usage history, and the regression line that is the second relational expression is shown by the dashed line L4. The first modified embodiment also has the same effects as the second embodiment.

また、更なる変形形態としての変形形態2では、使用履歴から得られる状態推定量として、二次電池21における特定周波数の交流インピーダンスを採用する。なお、本変形形態2では、二次電池21は正極材料としてLiNiCoMnO(NCM)を採用し、負極材料としてグラファイト(Gr)を採用している。なお、特定周波数の交流インピーダンスは、車両に搭載された図示しない交流インピーダンス算出部により算出することができる。本変形形態では、当該交流インピーダンス算出部は、充放電中の二次電池21における電流値の変化及び電圧値の変化に基づいて、特定周波数の交流インピーダンスを算出する。なお、特定周波数は適宜設定することができ、特定周波数の値は限定されない。 In a second modified embodiment, the secondary battery 21 employs an AC impedance of a specific frequency as a state estimation quantity obtained from the usage history. In the second modified embodiment, the secondary battery 21 employs LiNiCoMnO 2 (NCM) as a positive electrode material and graphite (Gr) as a negative electrode material. The AC impedance of the specific frequency can be calculated by an AC impedance calculation unit (not shown) mounted on the vehicle. In this modified embodiment, the AC impedance calculation unit calculates the AC impedance of the specific frequency based on the change in the current value and the change in the voltage value in the secondary battery 21 during charging and discharging. The specific frequency can be set as appropriate, and the value of the specific frequency is not limited.

変形形態2では、学習部111は、例えば、第1の使用履歴として二次電池21の電池温度60℃、SOC90%の状態で保存した後の劣化過程における電池温度-10°の条件下での周波数630Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から機械学習により第1の関係式を算出する。また、電池温度25°の条件下での周波数630Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から機械学習により第2の関係式を算出する。当該第1の関係式及び第2の関係式は、交流インピーダンスと電池容量Qとの関係の実測値から最小二乗法に基づいて得られた回帰直線である。図12(a)に第1の使用履歴における電池温度-10°の条件下での交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第1の関係式である回帰直線を破線L5で示した。また、図12(b)に第1の使用履歴における電池温度25°の条件下での交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第2の関係式である回帰直線を破線L6で示した。 In the second modified embodiment, the learning unit 111 calculates a first relational expression by machine learning from the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB at a frequency of 630 Hz under the condition of a battery temperature of -10° in the deterioration process after storing the secondary battery 21 at a battery temperature of 60° C. and an SOC of 90% as the first usage history. Also, the second relational expression is calculated by machine learning from the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB at a frequency of 630 Hz under the condition of a battery temperature of 25°. The first relational expression and the second relational expression are regression lines obtained based on the least squares method from the actual measured values of the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB . FIG. 12(a) shows a scatter diagram of the actual measured values that are the relationship between the AC impedance and the capacity maintenance rate under the condition of a battery temperature of -10° in the first usage history, and the regression line that is the first relational expression is shown by a dashed line L5. FIG. 12(b) shows a scatter diagram of actual measured values representing the relationship between AC impedance and capacity retention rate at a battery temperature of 25° C. in the first usage history, and also shows the regression line, which is the second relational expression, by a dashed line L6.

また、同様に、学習部111は、例えば、第2の使用履歴として二次電池21の電池温度55℃、SOC100%の状態で保存した後の劣化過程における電池温度-10°の条件下での周波数630Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から機械学習により、第3の関係式を算出する。また、電池温度25°の条件下での周波数630Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から機械学習により第4の関係式を算出する。当該第3の関係式及び第4の関係式は、交流インピーダンスと電池容量Qとの関係の実測値から最小二乗法に基づいて得られた回帰直線である。図12(c)に第2の使用履歴におおける電池温度-10°の条件下での交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第3の関係式である回帰直線を破線L7で示した。また、図12(d)に第2の使用履歴における電池温度25°の条件下での交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第4の関係式である回帰直線を破線L8で示した。そして、当該変形形態2においても、上記実施形態2と同様の作用効果を奏する。 Similarly, the learning unit 111 calculates a third relational expression by machine learning from the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB at a frequency of 630 Hz under the condition of a battery temperature of -10° in the deterioration process after storing the secondary battery 21 at a battery temperature of 55° C. and an SOC of 100% as the second usage history. Also, a fourth relational expression is calculated by machine learning from the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB at a frequency of 630 Hz under the condition of a battery temperature of 25°. The third relational expression and the fourth relational expression are regression lines obtained based on the least squares method from the actual measured values of the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB . FIG. 12(c) shows a scatter diagram of the actual measured values that are the relationship between the AC impedance and the capacity maintenance rate under the condition of a battery temperature of -10° in the second usage history, and the regression line that is the third relational expression is shown by a dashed line L7. 12(d) shows a scatter diagram of actual measured values representing the relationship between the AC impedance and the capacity retention rate at a battery temperature of 25° in the second usage history, and the regression line, which is the fourth relational expression, is shown by a dashed line L8. The modified embodiment 2 also has the same effects as the above-mentioned embodiment 2.

また、更なる変形形態としての変形形態3では、変形形態2と同様に、使用履歴から得られる状態推定量として、二次電池21における特定周波数の交流インピーダンスを採用する。そして、変形形態3では、学習部111は、例えば、第1の使用履歴として二次電池21の電池温度45℃で、SOC0%から100%の間で充放電サイクルを繰り返した劣化過程における、電池温度-10°の条件下での周波数630Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から、機械学習により第1の関係式を算出する。また、電池温度25°の条件下で周波数630Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から機械学習により第2の関係式を算出する。当該第1の関係式及び第2の関係式は、交流インピーダンスと電池容量Qとの関係の実測値から最小二乗法に基づいて得られた回帰直線である。図13(a)に第1の使用履歴における電池温度-10°の条件下での交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第1の関係式である回帰直線を破線L9で示した。また、図13(b)に第1の使用履歴における電池温度25°の条件下での交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第2の関係式である回帰直線を破線L10で示した。 In addition, in the third modified embodiment as a further modified embodiment, as in the second modified embodiment, the AC impedance of a specific frequency in the secondary battery 21 is adopted as a state estimation quantity obtained from the usage history. In the third modified embodiment, the learning unit 111 calculates a first relational expression by machine learning from the relationship between the AC impedance of a frequency of 630 Hz and the battery capacity QB under the condition of a battery temperature of -10° in a deterioration process in which the secondary battery 21 is subjected to repeated charge and discharge cycles between SOC 0% and 100% at a battery temperature of 45° C. as the first usage history. In addition, the learning unit 111 calculates a second relational expression by machine learning from the relationship between the AC impedance of a frequency of 630 Hz and the battery capacity QB under the condition of a battery temperature of 25°. The first relational expression and the second relational expression are regression lines obtained based on the least squares method from the actual measured values of the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB . FIG. 13(a) shows a scatter diagram of the actual measured values that are the relationship between the AC impedance and the capacity maintenance rate under the condition of a battery temperature of -10° in the first usage history, and the regression line that is the first relational expression is shown by a dashed line L9. FIG. 13(b) shows a scatter plot of actual measured values representing the relationship between AC impedance and capacity retention rate at a battery temperature of 25° C. in the first usage history, and also shows the regression line, which is the second relational expression, by the dashed line L10.

また、同様に、学習部111は、例えば、第2の使用履歴として二次電池21の電池温度55℃、SOC100%の状態で保存した後の劣化過程における、電池温度-10°の条件下での周波数630Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から機械学習により、第3の関係式を算出する。また、電池温度25°の条件下での周波数630Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から機械学習により第4の関係式を算出する。当該第3の関係式及び第4の関係式は、交流インピーダンスと電池容量Qとの関係の実測値から最小二乗法に基づいて得られた回帰直線である。図13(c)に第2の使用履歴における電池温度-10°の条件下での交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第3の関係式である回帰直線を破線L11で示した。また、図13(d)に第2の使用履歴における電池温度25°の条件下での交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第4の関係式である回帰直線を破線L12で示した。そして、当該変形形態3においても、上記実施形態2と同様の作用効果を奏する。 Similarly, the learning unit 111 calculates a third relational expression by machine learning from the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB at a frequency of 630 Hz under the condition of a battery temperature of -10° in the deterioration process after storing the secondary battery 21 at a battery temperature of 55° C. and SOC of 100% as the second usage history. Also, a fourth relational expression is calculated by machine learning from the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB at a frequency of 630 Hz under the condition of a battery temperature of 25°. The third relational expression and the fourth relational expression are regression lines obtained based on the least squares method from the actual measured values of the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB . FIG. 13(c) shows a scatter diagram of the actual measured values that are the relationship between the AC impedance and the capacity maintenance rate under the condition of a battery temperature of -10° in the second usage history, and the regression line that is the third relational expression is shown by a dashed line L11. 13(d) shows a scatter diagram of actual measured values representing the relationship between the AC impedance and the capacity retention rate at a battery temperature of 25° in the second usage history, and the regression line, which is the fourth relational expression, is shown by a dashed line L12. The third modified embodiment also has the same effects as the second embodiment.

また、更なる変形形態としての変形形態4では、変形形態2、3と同様に、使用履歴から得られる状態推定量として、二次電池21における特定周波数の交流インピーダンスを採用する。そして、変形形態4では、学習部111は、例えば、第1の使用履歴として二次電池21の電池温度10℃で、SOC10%から90%の間で充放電サイクルを繰り返した劣化過程における、電池温度-10°の条件下での周波数630Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から機械学習により第1の関係式を算出する。また、電池温度25°の条件下で周波数0.005Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から機械学習により第2の関係式を算出する。また、電池温度-10°の条件下での周波数50Hzの交流インピーダンスと電池容量Qとの関係から機械学習により第3の関係式を算出する。 In addition, in the fourth modification as a further modification, as in the second and third modifications, the AC impedance of a specific frequency in the secondary battery 21 is adopted as a state estimation quantity obtained from the usage history. In the fourth modification, the learning unit 111 calculates a first relational expression by machine learning from the relationship between the AC impedance of a frequency of 630 Hz and the battery capacity QB under the condition of a battery temperature of -10° in a deterioration process in which the secondary battery 21 is subjected to repeated charge and discharge cycles between SOC 10% and 90% at a battery temperature of 10° C. as the first usage history. In addition, the learning unit 111 calculates a second relational expression by machine learning from the relationship between the AC impedance of a frequency of 0.005 Hz and the battery capacity QB under the condition of a battery temperature of 25°. In addition, the learning unit 111 calculates a third relational expression by machine learning from the relationship between the AC impedance of a frequency of 50 Hz and the battery capacity QB under the condition of a battery temperature of -10°.

当該第1の関係式、第2の関係式及び第3の関係式は、交流インピーダンスと電池容量Qとの関係の実測値から最小二乗法に基づいて得られた回帰直線である。図14(a)に第1の使用履歴における電池温度-10°の条件下での周波数630Hzの交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第1の関係式である回帰直線を破線L13で示した。また、図14(b)に第1の使用履歴における電池温度25°の条件下での周波数0.005Hzの交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第2の関係式である回帰直線を破線L14で示した。また、図14(c)に第1の使用履歴における電池温度-10°の条件下での周波数50Hzの交流インピーダンスと容量維持率との関係である実測値の散布図を示すとともに第3の関係式である回帰直線を破線L15で示した。そして、当該変形形態4においても、上記実施形態2と同様の作用効果を奏する。 The first relational expression, the second relational expression, and the third relational expression are regression lines obtained based on the least squares method from the measured values of the relationship between the AC impedance and the battery capacity QB . FIG. 14(a) shows a scatter diagram of the measured values of the relationship between the AC impedance at a frequency of 630 Hz and the capacity maintenance rate under the condition of a battery temperature of -10° in the first usage history, and the regression line which is the first relational expression is shown by the dashed line L13. FIG. 14(b) shows a scatter diagram of the measured values of the relationship between the AC impedance at a frequency of 0.005 Hz and the capacity maintenance rate under the condition of a battery temperature of 25° in the first usage history, and the regression line which is the second relational expression is shown by the dashed line L14. FIG. 14(c) shows a scatter diagram of the measured values of the relationship between the AC impedance at a frequency of 50 Hz and the capacity maintenance rate under the condition of a battery temperature of -10° in the first usage history, and the regression line which is the third relational expression is shown by the dashed line L15. The fourth modified embodiment also has the same effects as the second embodiment.

(実施形態3)
本実施形態3の電池劣化予測システム1では、上述の実施形態1の構成に加えて、図15に示すように、機械的変化算出部116を有する。機械的変化算出部116は、容量予測部110により予測された正負極SOCずれ容量QLiに基づいて、二次電池21の機械的変化に関する関係値を算出する。機械的変化算出部116は、例えば、車載されるBMUによって構成されており、二次電池21の機械的変化に関する関係値を算出するためのプログラムを実行可能なプロセッサからなる。
(Embodiment 3)
15, the battery deterioration prediction system 1 of the third embodiment has a mechanical change calculation unit 116 in addition to the configuration of the first embodiment described above. The mechanical change calculation unit 116 calculates a relation value related to the mechanical change of the secondary battery 21 based on the positive and negative electrode SOC deviation capacity QLi predicted by the capacity prediction unit 110. The mechanical change calculation unit 116 is configured by, for example, a BMU mounted on the vehicle, and includes a processor capable of executing a program for calculating a relation value related to the mechanical change of the secondary battery 21.

本実施形態3において、二次電池21の機械的変化として、二次電池21におけるセル厚みの変化、体積の変化、ばね定数の変化を例示できる。二次電池21の機械的変化は、二次電池21の負極及び正極の膨張により生じる。そして、当該両電極の膨張は、両電極上に生成される被膜に起因して発生する。当該被膜は電池反応系内のリチウムイオンを含む電解液を消費して形成される。一方、正負極SOCずれ容量QLiは、正極と負極との間を移動することができるリチウムイオンの数に依存する。したがって、正負極SOCずれ容量QLiの予測値に基づいて、被膜の形成に起因する二次電池21の機械的変化に関する関係値を算出することができる。二次電池21の機械的変化に関する関係値は、二次電池21におけるセル厚みの変化量、膨張量、ばね定数の変化量とすることができる。 In the third embodiment, examples of mechanical changes in the secondary battery 21 include changes in cell thickness, volume, and spring constant in the secondary battery 21. The mechanical changes in the secondary battery 21 are caused by the expansion of the negative and positive electrodes of the secondary battery 21. The expansion of both electrodes occurs due to a film formed on both electrodes. The film is formed by consuming the electrolyte containing lithium ions in the battery reaction system. On the other hand, the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li depends on the number of lithium ions that can move between the positive and negative electrodes. Therefore, based on the predicted value of the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li , a relational value related to the mechanical changes in the secondary battery 21 caused by the formation of the film can be calculated. The relational value related to the mechanical changes in the secondary battery 21 can be the amount of change in cell thickness, the amount of expansion, and the amount of change in spring constant in the secondary battery 21.

本実施形態3では、機械的変化算出部116により二次電池21の機械的変化に関する関係値を算出することにより、二次電池21における液枯れや集電伯の破断などに起因する急劣化の予測や、高いCレートでの充電によるハイレート劣化に起因するリチウム析出の予測を行うことができる。これにより、構造的な観点で二次電池21の信頼性を診断することができる。なお、本実施形態3においても、上述の実施形態1の場合と同様の作用効果を奏する。 In this embodiment 3, the mechanical change calculation unit 116 calculates relational values related to the mechanical changes of the secondary battery 21, thereby making it possible to predict rapid deterioration of the secondary battery 21 due to electrolyte depletion or breakage of the current collector, and to predict lithium precipitation due to high-rate deterioration caused by charging at a high C rate. This makes it possible to diagnose the reliability of the secondary battery 21 from a structural point of view. Note that this embodiment 3 also provides the same effects as the above-mentioned embodiment 1.

なお、機械的変化算出部116において、二次電池21におけるガス発生を二次電池21の機械的変化として予測することとしてもよい。二次電池21におけるガス発生は二次電池21の電解液の酸化還元分解に起因しており、当該電解液の酸化還元分解は電池反応系内のリチウムイオンを消費する。そのため、上述の被膜の形成の場合と同様に、正負極SOCずれ容量QLiの予測値に基づいて、二次電池21の機械的変化に関する関係値としてガス発生量を算出することができる。 The mechanical change calculation unit 116 may predict gas generation in the secondary battery 21 as a mechanical change in the secondary battery 21. Gas generation in the secondary battery 21 is caused by oxidation-reduction decomposition of the electrolyte in the secondary battery 21, and the oxidation-reduction decomposition of the electrolyte consumes lithium ions in the battery reaction system. Therefore, similar to the case of the formation of the coating described above, the amount of gas generation can be calculated as a relational value regarding the mechanical change in the secondary battery 21 based on the predicted value of the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li .

(実施形態4)
本実施形態4の電池劣化予測システム1では、上述の実施形態3における機械的変化算出部116に替えて、図16に示すようにリチウム析出予測部117を有する。リチウム析出予測部117は、電極抵抗取得部107により算出された負極抵抗Raに基づいて、二次電池21の負極に生じるリチウム析出のタイミングを予測する。リチウム析出予測部117は、負極抵抗Raと、予め設定されたリチウム析出の基準となる基準電圧とを比較し、当該比較結果が負極抵抗Raが基準電圧よりも低いことを示すこととなるタイミングにおいて、二次電池21の負極にリチウム析出が析出し始めることを予測することができる。
(Embodiment 4)
The battery deterioration prediction system 1 of the present embodiment 4 has a lithium precipitation prediction unit 117 as shown in Fig. 16 instead of the mechanical change calculation unit 116 in the above-mentioned embodiment 3. The lithium precipitation prediction unit 117 predicts the timing of lithium precipitation occurring in the negative electrode of the secondary battery 21 based on the negative electrode resistance R a calculated by the electrode resistance acquisition unit 107. The lithium precipitation prediction unit 117 compares the negative electrode resistance R a with a preset reference voltage that is a reference for lithium precipitation, and can predict that lithium precipitation will start to occur in the negative electrode of the secondary battery 21 at the timing when the comparison result indicates that the negative electrode resistance R a is lower than the reference voltage.

本実施形態4では、リチウム析出予測部117によりリチウム析出のタイミングを予測することにより、二次電池21の劣化予測の精度を一層向上することができる。なお、本実施形態4においても、上述の実施形態1の場合と同様の作用効果を奏する。 In this embodiment 4, the lithium precipitation prediction unit 117 predicts the timing of lithium precipitation, thereby further improving the accuracy of the deterioration prediction of the secondary battery 21. Note that this embodiment 4 also provides the same effects as the above-mentioned embodiment 1.

(実施形態5)
上述の実施形態1では、二次電池21、電流センサ26、温度センサ27及び電池劣化予測システム1の全構成が車両に搭載されている態様を示し、他の態様として、学習部111のみが車両外に配されるとともに学習部111以外の構成が車両に搭載された態様を示した。これに限らず、二次電池21が車両に搭載されているとともに、電池劣化予測システム1の少なくとも一部が車両の外部に配された構成としてもよい。例えば、図17に示す実施形態5では、二次電池21、電流センサ26及び温度センサ27が車両50に搭載されており、電池劣化予測システム1の全構成が車両50の外部に配された構成となっている。
(Embodiment 5)
In the above-described first embodiment, the secondary battery 21, the current sensor 26, the temperature sensor 27, and the entire configuration of the battery deterioration prediction system 1 are mounted on the vehicle, and as another embodiment, only the learning unit 111 is disposed outside the vehicle, and the configuration other than the learning unit 111 is mounted on the vehicle. This is not limiting, and the secondary battery 21 may be mounted on the vehicle, and at least a part of the battery deterioration prediction system 1 may be disposed outside the vehicle. For example, in the fifth embodiment shown in FIG. 17, the secondary battery 21, the current sensor 26, and the temperature sensor 27 are mounted on the vehicle 50, and the entire configuration of the battery deterioration prediction system 1 is disposed outside the vehicle 50.

本実施形態5では、電池劣化予測システム1は、車両50の外部に配されたサーバ60上に配されている。サーバ60はコンピュータにより構成することができる。なお、サーバ60は単一のコンピュータにより構成されていてもよいし、複数のコンピュータを有線又は無線で接続してなるネットワークにより構成されていてもよい。また、サーバ60はインターネットを介してクラウドサーバを構成していてもよい。 In this embodiment 5, the battery deterioration prediction system 1 is arranged on a server 60 arranged outside the vehicle 50. The server 60 can be configured by a computer. The server 60 may be configured by a single computer, or may be configured by a network in which multiple computers are connected by wire or wirelessly. The server 60 may also be configured as a cloud server via the Internet.

図17に示すように、本実施形態4では、車両50は無線通信部51を有しており、サーバ60も無線通信部61を有している。そして、車両50において電流センサ26及び温度センサ27により検出された二次電池21の電流値及び電池温度を、両無線通信部51、61を介して、サーバ60上の電池劣化予測システム1に送信することができる。 As shown in FIG. 17, in this embodiment 4, the vehicle 50 has a wireless communication unit 51, and the server 60 also has a wireless communication unit 61. The current value and battery temperature of the secondary battery 21 detected by the current sensor 26 and the temperature sensor 27 in the vehicle 50 can be transmitted to the battery deterioration prediction system 1 on the server 60 via both wireless communication units 51, 61.

また、本実施形態5では、図17に示すように車両50は電池劣化予測システム1による予測結果を表示する表示部52を備えていてもよい。電池劣化予測システム1による予測結果は、無線通信部51、61を介して、サーバ60上の電池劣化予測システム1から車両50に送信されて、車両50の表示部52に表示させることができる。これにより、車両上で電池劣化予測システム1による予測結果を確認することができる。 In addition, in this embodiment 5, as shown in FIG. 17, the vehicle 50 may be provided with a display unit 52 that displays the prediction results by the battery deterioration prediction system 1. The prediction results by the battery deterioration prediction system 1 can be transmitted from the battery deterioration prediction system 1 on the server 60 to the vehicle 50 via the wireless communication units 51, 61 and displayed on the display unit 52 of the vehicle 50. This allows the prediction results by the battery deterioration prediction system 1 to be confirmed on the vehicle.

本実施形態5では、電池劣化予測システム1の構成を車両50に搭載する必要がないため、車両50のBMUの構成が複雑化することが抑制される。また、電池劣化予測システム1の外部に配されたサーバ60上に配されているため、電池劣化予測システム1の管理が容易となる。また、サーバ60上に複数の車両の電池劣化予測システム1を配することとすれば、これらをまとめて管理することにより作業性が向上する。なお、本実施形態5においても、上記実施形態1の場合と同様の作用効果を奏する。 In this embodiment 5, since there is no need to install the configuration of the battery deterioration prediction system 1 on the vehicle 50, the configuration of the BMU of the vehicle 50 is prevented from becoming complicated. In addition, since the battery deterioration prediction system 1 is arranged on a server 60 arranged outside the battery deterioration prediction system 1, management of the battery deterioration prediction system 1 is easy. Furthermore, if the battery deterioration prediction systems 1 of multiple vehicles are arranged on the server 60, workability is improved by managing them collectively. Note that this embodiment 5 also achieves the same effects as the above-mentioned embodiment 1.

(実施形態6)
本実施形態6では、図18に示すように、電池劣化予測システム1は、上記複数の関数gA、gB、gC、hA、hB、hC、iA、iB、iC、jA、jB、jC、kA、kB、kC、lA、lB、lCに含まれる変数の値を取得するのに必要なデータを取得できなかったデータ未取得期間ΔtNにおいて、上記取得できなかったデータを推定する推定部118を有する。そして、電極抵抗取得部107及び容量予測部110は、推定部118により推定された上記データに基づいて取得された変数の値を用いて、データ未取得期間における負極抵抗Ra、正極抵抗Rc、負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiを算出する。本実施形態6において、実施形態1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。
(Embodiment 6)
In this embodiment 6, as shown in FIG. 18, the battery deterioration prediction system 1 has an estimation unit 118 that estimates the data that could not be acquired during a data unacquired period ΔtN in which data necessary to acquire the values of variables included in the above- mentioned multiple functions gA , gB , gC , hA, hB , hC , iA , iB, iC, jA , jB , jC , kA, kB , kC, lA, lB , lC could not be acquired. Then, the electrode resistance acquisition unit 107 and the capacity prediction unit 110 calculate the negative electrode resistance R a , the positive electrode resistance R c, the negative electrode capacity Q a, the positive electrode capacity Q c , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li during the data unacquired period using the values of the variables acquired based on the above data estimated by the estimation unit 118. In this embodiment 6, the same symbols are used for the configurations equivalent to those of embodiment 1, and their description is omitted.

本実施形態6において、上記変数の値を取得するのに必要なデータとは、例えば、二次電池21における温度T、電流値I、電圧値V、SOCなどの電池情報とすることができ、当該データが上記関数における変数そのものであってもよいし、当該データに基づいて上記変数の値が算出されるものであってもよい。 In this embodiment 6, the data required to obtain the values of the above variables may be, for example, battery information such as the temperature T, current value I, voltage value V, and SOC of the secondary battery 21, and the data may be the variables themselves in the above function, or the values of the above variables may be calculated based on the data.

また、図18に示す推定部118は、上記推定を行うためのプログラムを実行する演算装置からなり、本実施形態6では、車載されるBMUによって構成されている。本実施形態6において、データ未取得期間は、例えば、電池劣化予測システム1に電力が供給されていないことにより上記データの取得ができない期間や、電池劣化予測システム1における故障等によって上記データの取得ができない期間などとすることができる。本実施形態6では、二次電池21は車両に搭載されたバッテリを構成しており、電池劣化予測システム1がBMUにより構成されており、当該車両のイグニッションがオフである駐車中の期間は、データ未取得期間に該当する。 The estimation unit 118 shown in FIG. 18 is composed of a calculation device that executes a program for making the above estimation, and in this embodiment 6, is composed of a BMU mounted on the vehicle. In this embodiment 6, the data non-acquired period can be, for example, a period in which the above data cannot be acquired because no power is supplied to the battery deterioration prediction system 1, or a period in which the above data cannot be acquired due to a malfunction in the battery deterioration prediction system 1. In this embodiment 6, the secondary battery 21 constitutes a battery mounted on the vehicle, the battery deterioration prediction system 1 is composed of a BMU, and the period during which the vehicle is parked with the ignition off corresponds to the data non-acquired period.

本実施形態6では、推定部118は、データ未取得期間ΔtNにおける二次電池21の温度T、電流値I、電圧値V、及びSOCを推定する。推定部118によるこれらの推定処理は、図3に示す電池劣化予測システム1による電池容量QBを予測する処理のステップS1の前に行う。推定処理の終了後、当該推定処理により推定された値を用いて、電池容量QBを予測する処理を行う。 In the sixth embodiment, the estimation unit 118 estimates the temperature T, current value I, voltage value V, and SOC of the secondary battery 21 during the data non-acquired period ΔtN. These estimation processes by the estimation unit 118 are performed before step S1 of the process of predicting the battery capacity QB by the battery deterioration prediction system 1 shown in Fig. 3. After the estimation process is completed, the process of predicting the battery capacity QB is performed using the values estimated by the estimation process.

次に、本実施形態6における、推定処理について、図19に示すフロー図を用いて、説明する。
まず、図19に示すステップS101において、推定部118は、車両が履歴に未処理の駐車期間を有しているか否か判定する。本実施形態では、図20(a)に示す車両のイグニッションIgnがOffであった期間を有するか否かを判定する。図20(a)に示すようにIgnがOffであった駐車期間ΔtNがありと判定された場合は、ステップS101のYesに進み、そうでない場合はステップS101のNoに進み、推定処理を終了する。
Next, the estimation process in the sixth embodiment will be described with reference to the flow chart shown in FIG.
First, in step S101 shown in Fig. 19, the estimation unit 118 determines whether or not the vehicle has an unprocessed parking period in the history. In this embodiment, it determines whether or not the vehicle has a period during which the ignition Ign was off as shown in Fig. 20(a). If it is determined that there is a parking period ΔtN during which the Ign was off as shown in Fig. 20(a), the process proceeds to Yes in step S101, and if not, the process proceeds to No in step S101, and the estimation process ends.

次に図19に示すステップS101のYesに進んだ場合は、推定部118は、駐車開始直前のデータの読み込みと、駐車終了直後のデータの読み込みを行う。駐車開始直前のデータとは、図20(a)~図20(e)に示す駐車期間ΔtNの開始タイミングt1の直前タイミングにおける、温度T1、電流値I1、電圧値V1及びSOC1である。また、駐車終了直後のデータとは、図20(a)~図20(e)に示す駐車期間ΔtNの終了タイミングt2の直後タイミングにおける、温度T2、電流値I2、電圧値V2及びSOC2である。これらのデータはいずれも記憶部115に記憶されている。 Next, if the process proceeds to Yes in step S101 shown in FIG. 19, the estimation unit 118 reads data immediately before parking begins and data immediately after parking ends. The data immediately before parking begins is the temperature T1, current value I1, voltage value V1, and SOC1 immediately before the start timing t1 of the parking period ΔtN shown in FIG. 20(a) to FIG. 20(e). The data immediately after parking ends is the temperature T2, current value I2, voltage value V2, and SOC2 immediately after the end timing t2 of the parking period ΔtN shown in FIG. 20(a) to FIG. 20(e). All of this data is stored in the memory unit 115.

その後、図19に示すステップS103において、推定部118により、駐車期間ΔtNにおける二次電池21の雰囲気温度Tsを取得する。二次電池21の雰囲気温度Tsとは、二次電池21自身の温度ではなく、二次電池21が配置された周辺の温度である。当該雰囲気温度Tsとして、二次電池21の周辺に駐車期間ΔtNに作動する他の装置が配置されているときは、当該他の装置に搭載された温度センサにより検出された温度を採用することができる。また、当該他の装置に搭載された温度センサによる雰囲気温度の取得が困難な場合は、気象庁等が提供する気象データを参照して駐車期間ΔtNにおいて当該車両が駐車された場所及び時刻における外気温度を二次電池21の雰囲気温度とすることができる。本実施形態6では、二次電池21の雰囲気温度Tsは、二次電池21の周辺に設けられた装置に搭載された温度センサにより取得された温度であり、図20(b)に示す雰囲気温度Tsをとして表すことができる。 After that, in step S103 shown in FIG. 19, the estimation unit 118 acquires the ambient temperature Ts of the secondary battery 21 during the parking period ΔtN. The ambient temperature Ts of the secondary battery 21 is not the temperature of the secondary battery 21 itself, but the temperature of the surrounding area where the secondary battery 21 is placed. When another device that operates during the parking period ΔtN is placed around the secondary battery 21, the temperature detected by a temperature sensor mounted on the other device can be used as the ambient temperature Ts. In addition, if it is difficult to acquire the ambient temperature using a temperature sensor mounted on the other device, the outside air temperature at the location and time when the vehicle is parked during the parking period ΔtN can be used as the ambient temperature of the secondary battery 21 by referring to weather data provided by the Japan Meteorological Agency or the like. In this embodiment 6, the ambient temperature Ts of the secondary battery 21 is the temperature acquired by a temperature sensor mounted on a device provided around the secondary battery 21, and can be expressed as the ambient temperature Ts shown in FIG. 20(b).

そして、図19に示すステップS104に進み、推定部118により、駐車中の電池温度の仮推定を行う。当該仮推定は、予め二次電池21における雰囲気温度に対する外気放熱抵抗を取得しておき、駐車期間ΔtNの開始タイミングt1における温度T1から駐車期間ΔtNの終了タイミングt2までの雰囲気温度Tsの外気環境での温度変化を推定することにより行う。例えば、推定部118による仮推定値は、図20(b)に示す仮推定温度Taとして表すことができる。 Then, the process proceeds to step S104 shown in FIG. 19, where the estimation unit 118 performs a provisional estimation of the battery temperature during parking. This provisional estimation is performed by acquiring in advance the outside air heat dissipation resistance to the ambient temperature in the secondary battery 21, and estimating the temperature change in the outside air environment of the ambient temperature Ts from the temperature T1 at the start timing t1 of the parking period ΔtN to the end timing t2 of the parking period ΔtN. For example, the provisional estimation value by the estimation unit 118 can be expressed as the provisional estimated temperature Ta shown in FIG. 20(b).

その後、図19に示すステップS105に進み、推定部118により、仮推定温度の補正を行い、当該補正後のものを推定温度として算出する。当該補正は、駐車期間ΔtNの開始タイミングt1における仮推定温度Taの温度Tasと駐車直前の温度T1とが一致するとともに、駐車期間ΔtNの終了タイミングt2における仮推定温度Taの温度Taeと駐車直後の温度T2とが一致するように行う。本実施形態6では、当該補正として時間比例の補正を行う。すなわち、図20(b)に示すように、駐車期間ΔtNの終了タイミングt2における仮推定温度Taeと、駐車期間ΔtNの終了タイミングt2における二次電池21の温度T2とを比較する。そして、両者が異なる値である場合は、開始タイミングt1における仮推定温度Taeと温度T1とを一致させた状態で、仮推定温度Taeが温度T2に一致するように仮推定温度Taの全体をグラフの上下方向に縮小することにより行い、補正後の推定温度Tbを算出する。そして、算出された補正後の推定温度Tbを記憶部115に格納する。なお、仮推定温度Taeが温度T2に一致するための補正はこれに限定されず、他の方法により行うこともできる。 Then, the process proceeds to step S105 shown in FIG. 19, where the estimation unit 118 corrects the provisional estimated temperature, and calculates the corrected value as the estimated temperature. The correction is performed so that the temperature Tas of the provisional estimated temperature Ta at the start timing t1 of the parking period ΔtN coincides with the temperature T1 immediately before parking, and the temperature Tae of the provisional estimated temperature Ta at the end timing t2 of the parking period ΔtN coincides with the temperature T2 immediately after parking. In this embodiment 6, a time-proportional correction is performed as the correction. That is, as shown in FIG. 20(b), the provisional estimated temperature Tae at the end timing t2 of the parking period ΔtN is compared with the temperature T2 of the secondary battery 21 at the end timing t2 of the parking period ΔtN. If the two values are different, the provisional estimated temperature Ta is reduced in its entirety in the vertical direction of the graph so that the provisional estimated temperature Tae coincides with the temperature T2 while the provisional estimated temperature Tae at the start timing t1 coincides with the temperature T1, and the corrected estimated temperature Tb is calculated. The calculated corrected estimated temperature Tb is then stored in the memory unit 115. Note that the correction for making the tentative estimated temperature Tae coincide with the temperature T2 is not limited to this, and can be performed by other methods.

次いで、図19に示すステップS106に進み、推定部118により、駐車期間ΔtNにおける電流値I、電圧値V、SOCを推定する。まず、駐車期間ΔtNでは、実質的に二次電池21に電流が流れていないので、電流値Iの推定値である電流推定値Ibは図20(c)に示すように0Aと推定する。また、駐車期間ΔtNでは、電圧値Vの変化は少ないため、図20(d)に示すように駐車開始直前の電圧値V1から駐車終了直後の電圧値V2までを線形補間することにより電圧推定値Vbを推定する。また、駐車期間ΔtNでは、SOCの変化も少ないため、図20(e)に示すように駐車開始直前のSOC1から駐車終了直後のSOC2までを線形補間することによりSOC推定値SOCbを推定する。そして、電流推定値Ib、電圧推定値Vb及びSOC推定値SOCbも記憶部115に格納する。なお、電流推定値Ib、電圧推定値Vb及びSOC推定値SOCbの推定方法はこれに限定されず、他の方法により行うこともできる。そして、当該推定処理のフローを終了し、図2に示す電池容量QBを予測する処理のステップS1に進む。 Next, the process proceeds to step S106 shown in FIG. 19, where the estimation unit 118 estimates the current value I, the voltage value V, and the SOC during the parking period ΔtN. First, since no current actually flows through the secondary battery 21 during the parking period ΔtN, the estimated current value Ib, which is an estimated value of the current value I, is estimated to be 0 A as shown in FIG. 20(c). Since the change in the voltage value V is small during the parking period ΔtN, the estimated voltage value Vb is estimated by linearly interpolating from the voltage value V1 immediately before the start of parking to the voltage value V2 immediately after the end of parking as shown in FIG. 20(d). Since the change in the SOC is also small during the parking period ΔtN, the estimated SOC value SOCb is estimated by linearly interpolating from the SOC1 immediately before the start of parking to the SOC2 immediately after the end of parking as shown in FIG. 20(e). Then, the estimated current value Ib, the estimated voltage value Vb, and the estimated SOC value SOCb are also stored in the storage unit 115. The method of estimating the current estimate value Ib, the voltage estimate value Vb, and the SOC estimate value SOCb is not limited to this, and other methods may be used. Then, the flow of the estimation process is ended, and the process proceeds to step S1 of the process of predicting the battery capacity QB shown in FIG.

本実施形態6によれば、電池容量QBを予測する処理において、負極抵抗Ra、正極抵抗Rc、負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiを算出するための複数の関数に含まれる変数の値を取得できない期間においても上述の温度推定値Tb、電流推定値Ib、電圧推定値Vb及びSOC推定値SOCbを用いることにより、負極抵抗Ra、正極抵抗Rc、負極容量Qa、正極容量Qc、及び正負極SOCずれ容量QLiを算出することができる。これにより、電池容量QBの予測精度を一層向上することができる。 According to the sixth embodiment, in the process of predicting the battery capacity QB , even during a period in which the values of variables included in a plurality of functions for calculating the negative electrode resistance R a , the positive electrode resistance R c , the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li cannot be obtained, the negative electrode resistance R a , the positive electrode resistance R c , the negative electrode capacity Q a , the positive electrode capacity Q c , and the positive and negative electrode SOC deviation capacity Q Li can be calculated by using the above-mentioned temperature estimate value Tb, current estimate value Ib, voltage estimate value Vb , and SOC estimate value SOCb. This makes it possible to further improve the prediction accuracy of the battery capacity QB .

さらに、本実施形態6では、温度推定値Tbは、二次電池21における外気放熱抵抗に基づいた仮推定温度Taを雰囲気温度Tsを用いて補正することにより算出される。そのため、温度推定値Tbは、車両が駐車状況をより高度に反映したものとなっており、電池容量QBの予測精度をさらに向上することができる。 Furthermore, in the sixth embodiment, the temperature estimate Tb is calculated by correcting the provisional estimated temperature Ta, which is based on the outside air heat radiation resistance of the secondary battery 21, by using the ambient temperature Ts. Therefore, the temperature estimate Tb more accurately reflects the parking situation of the vehicle, and the prediction accuracy of the battery capacity QB can be further improved.

本発明は、前記各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3における機械的変化算出部116と実施形態4におけるリチウム析出予測部117とを兼ね備えた構成とすることもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be applied to various embodiments without departing from the spirit of the present invention. For example, the present invention can be configured to combine the mechanical change calculation unit 116 in embodiment 3 and the lithium precipitation prediction unit 117 in embodiment 4.

1 電池劣化予測システム
102 電流値取得部
106 OCP取得部
107 電極抵抗取得部
108 分極算出部
109 CCP算出部
110 容量予測部
111 学習部
116 機械的変化算出部
117 リチウム析出予測部
21 二次電池
REFERENCE SIGNS LIST 1 Battery degradation prediction system 102 Current value acquisition unit 106 OCP acquisition unit 107 Electrode resistance acquisition unit 108 Polarization calculation unit 109 CCP calculation unit 110 Capacity prediction unit 111 Learning unit 116 Mechanical change calculation unit 117 Lithium precipitation prediction unit 21 Secondary battery

Claims (11)

二次電池(21)の負極抵抗(Ra)及び正極抵抗(Rc)を取得する電極抵抗取得部(107)と、
前記二次電池の電流値(I)を取得する電流値取得部(102)と、
前記二次電池の負極の開回路電位(OCPa)及び前記二次電池の正極の開回路電位(OCPc)を取得するOCP取得部(106)と、
前記電極抵抗取得部において取得される前記負極抵抗及び前記正極抵抗のそれぞれと、前記電流値取得部において取得される前記二次電池の電流値とから、負極分極(ΔVa)、正極分極(ΔVc)を算出する分極算出部(108)と、
前記OCP取得部において取得される前記負極の開回路電位と前記分極算出部において算出される前記負極分極とに基づいて前記負極の閉回路電位(CCPa)を算出するとともに、前記OCP取得部において取得される前記正極の開回路電位と前記分極算出部において算出される前記正極分極とに基づいて前記正極の閉回路電位(CCPc)を算出する、CCP算出部(109)と、
前記CCP算出部において算出される前記負極の閉回路電位及び前記正極の閉回路電位の少なくとも一方に基づいて、前記二次電池の負極容量(Qa)、正極容量(Qc)、及び正負極SOCずれ容量(QLi)を予測するとともに、予測された前記負極容量、前記正極容量、及び前記正負極SOCずれ容量に基づいて、前記二次電池の電池容量(QB)を予測する容量予測部(110)と、を備える電池劣化予測システム(1)。
an electrode resistance acquisition unit (107) that acquires a negative electrode resistance (R a ) and a positive electrode resistance (R c ) of the secondary battery (21);
A current value acquisition unit (102) that acquires a current value (I) of the secondary battery;
an OCP acquisition unit (106) that acquires an open circuit potential (OCP a ) of a negative electrode of the secondary battery and an open circuit potential (OCP c ) of a positive electrode of the secondary battery;
a polarization calculation unit (108) that calculates a negative electrode polarization (ΔV a ) and a positive electrode polarization (ΔV c ) from the negative electrode resistance and the positive electrode resistance acquired by the electrode resistance acquisition unit and the current value of the secondary battery acquired by the current value acquisition unit;
a CCP calculation unit (109) that calculates a closed circuit potential (CCP a ) of the negative electrode based on the open circuit potential of the negative electrode acquired by the OCP acquisition unit and the negative electrode polarization calculated by the polarization calculation unit, and calculates a closed circuit potential (CCP c ) of the positive electrode based on the open circuit potential of the positive electrode acquired by the OCP acquisition unit and the positive electrode polarization calculated by the polarization calculation unit;
and a capacity prediction unit (110) that predicts the negative electrode capacity (Q a ), positive electrode capacity (Q c ), and positive/negative electrode SOC deviation capacity (Q Li ) of the secondary battery based on at least one of the negative electrode closed circuit potential and the positive electrode closed circuit potential calculated in the CCP calculation unit, and predicts the battery capacity (Q B ) of the secondary battery based on the predicted negative electrode capacity, positive electrode capacity, and positive/negative electrode SOC deviation capacity.
前記電極抵抗取得部及び前記容量予測部は、前記二次電池の負極における複数の劣化要因と相関を有する複数の関数(gA、gB、gC、iA、iB、iC)を用いて前記負極抵抗及び前記負極容量のそれぞれを算出し、前記二次電池の正極における複数の劣化要因と相関を有する複数の関数(hA、hB、hC、jA、jB、jC)を用いて前記正極抵抗及び前記正極容量のそれぞれを算出し、
前記容量予測部は、前記二次電池の電解質における複数の劣化要因と相関を有する複数の関数(kA、kB、kC、lA、lB、lC)を用いて、前記正負極SOCずれ容量を算出する、請求項1に記載の電池劣化予測システム。
the electrode resistance acquisition unit and the capacity prediction unit calculate the negative electrode resistance and the negative electrode capacity, respectively, using a plurality of functions ( gA , gB , gC , iA , iB , iC ) correlated with a plurality of deterioration factors in a negative electrode of the secondary battery, and calculate the positive electrode resistance and the positive electrode capacity, respectively, using a plurality of functions ( hA , hB , hC , jA , jB , jC ) correlated with a plurality of deterioration factors in a positive electrode of the secondary battery;
2. The battery degradation prediction system according to claim 1, wherein the capacity prediction unit calculates the positive and negative electrode SOC deviation capacities using a plurality of functions ( kA , kB , kC , lA , lB , lC ) correlated with a plurality of degradation factors in an electrolyte of the secondary battery.
前記複数の関数に含まれる変数の値を取得するのに必要なデータを取得できなかったデータ未取得期間において、上記取得できなかったデータを推定する推定部を有し、
前記電極抵抗取得部及び前記容量予測部は、前記推定部により推定された上記データに基づいて取得された前記変数の値を用いて、前記データ未取得期間における前記負極抵抗、前記負極容量、前記正極抵抗、前記正極容量及び前記正負極SOCずれ容量を算出する、請求項2に記載の電池劣化予測システム。
an estimation unit that estimates data that could not be acquired during a data unacquired period in which data necessary for acquiring values of variables included in the plurality of functions could not be acquired;
3. The battery degradation prediction system according to claim 2, wherein the electrode resistance acquisition unit and the capacity prediction unit calculate the negative electrode resistance, the negative electrode capacity, the positive electrode resistance, the positive electrode capacity, and the positive and negative electrode SOC deviation capacity during the data no-acquisition period, using values of the variables acquired based on the data estimated by the estimation unit.
前記電流値取得部により取得される前記二次電池の電流値に基づいて前記二次電池の充電率(SOC)の変化量(ΔDOD)を算出する変化量算出部(105)と、をさらに備え、
前記電極抵抗取得部及び前記容量予測部は、前記二次電池を使用開始したときからの経過時間t、及び前記変化量算出部において取得される前記二次電池の前記充電率の前記変化量ΔDODを変数とし、A、B及びCを定数とした微粉化関数f(t,ΔDOD)=A×exp{-B×exp(C×ΔDOD)×t}、に基づいて、前記負極容量、前記正極容量、前記正負極SOCずれ容量、前記負極抵抗及び前記正極抵抗の少なくとも1つを予測する、請求項1~3のいずれか一項に記載の電池劣化予測システム。
a change amount calculation unit (105) that calculates a change amount (ΔDOD) of a state of charge (SOC) of the secondary battery based on the current value of the secondary battery acquired by the current value acquisition unit,
The electrode resistance acquisition unit and the capacity prediction unit predict at least one of the negative electrode capacity, the positive electrode capacity, the positive and negative electrode SOC deviation capacity, the negative electrode resistance, and the positive electrode resistance based on a pulverization function f (t, ΔDOD) = A × exp {-B × exp (C × ΔDOD) × t}, in which the elapsed time t from when the secondary battery was started to be used and the change amount ΔDOD of the charging rate of the secondary battery acquired by the change amount calculation unit are variables, and A, B, and C are constants. The battery deterioration prediction system according to any one of claims 1 to 3.
前記微粉化関数の定数A、B、及びCを学習によって更新する学習部(111)を備える、請求項4に記載の電池劣化予測システム。 The battery deterioration prediction system according to claim 4, further comprising a learning unit (111) that updates the constants A, B, and C of the pulverization function through learning. 前記二次電池の負極抵抗(Ra)、正極抵抗(Rc)、負極容量(Qa)、正極容量(Qc)、正負極SOCずれ容量(QLi)及び前記二次電池の電池容量(QB)の少なくとも一つを算出又は予測するための予測式を学習によって更新する学習部(111)を備える、請求項1~4のいずれか一項に記載の電池劣化予測システム。 The battery degradation prediction system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a learning unit ( 111 ) that updates, through learning, a prediction formula for calculating or predicting at least one of the negative electrode resistance (R a ), positive electrode resistance (R c ), negative electrode capacity (Q a ), positive electrode capacity (Q c ), positive/negative electrode SOC deviation capacity (Q Li ), and battery capacity (Q B ) of the secondary battery. 前記学習部は、前記二次電池の使用履歴を用いて前記学習を行う、請求項5又は6に記載の電池劣化予測システム。 The battery deterioration prediction system according to claim 5 or 6, wherein the learning unit performs the learning using a usage history of the secondary battery. 前記電池劣化予測システムは、前記学習部以外の少なくとも一部が車両に搭載されて用いられ、前記学習部が前記車両の外部に設けられている、請求項5~7のいずれか一項に記載の電池劣化予測システム。 The battery deterioration prediction system according to any one of claims 5 to 7, wherein at least a part of the battery deterioration prediction system other than the learning unit is mounted on a vehicle and used, and the learning unit is provided outside the vehicle. 初期状態における前記二次電池の、充電率(SOC)と前記負極の前記開回路電位との関係、及び、前記充電率と前記正極の前記開回路電位との関係である初期OCP特性を記憶する記憶部(115)と、
前記容量予測部が予測する前記負極容量、前記正極容量、及び前記正負極SOCずれ容量と、前記記憶部が記憶する前記初期OCP特性とに基づいて、劣化後の前記二次電池の、前記充電率と開回路電圧(OCV)との関係である更新OCV特性を算出するOCV特性算出部(112)と、
前記OCV特性算出部が算出する前記更新OCV特性に基づいて、前記二次電池の前記充電率と、前記二次電池の前記開回路電圧を前記二次電池の前記充電率で一階微分又は二階微分することで得られる微分値と、の関係である微分特性を算出する微分特性算出部(113)と、
前記微分特性算出部において算出される前記微分特性に基づいて、前記微分値のピークが閾値以上となる前記充電率の領域において、前記二次電池に流れる電流を制限する電流制御部(114)を備える、請求項1~8のいずれか一項に記載の電池劣化予測システム。
A memory unit (115) that stores initial OCP characteristics of the secondary battery in an initial state, the initial OCP characteristics being a relationship between a charging rate (SOC) and the open circuit potential of the negative electrode, and a relationship between the charging rate and the open circuit potential of the positive electrode;
an OCV characteristic calculation unit (112) that calculates an updated OCV characteristic, which is a relationship between the charging rate and an open circuit voltage (OCV) of the secondary battery after deterioration, based on the negative electrode capacity, the positive electrode capacity, and the positive and negative electrode SOC deviation capacity predicted by the capacity prediction unit and the initial OCV characteristic stored in the storage unit;
a differential characteristic calculation unit (113) that calculates a differential characteristic that is a relationship between the charging rate of the secondary battery and a differential value obtained by first-order or second-order differentiation of the open circuit voltage of the secondary battery with the charging rate of the secondary battery, based on the updated OCV characteristic calculated by the OCV characteristic calculation unit;
The battery degradation prediction system according to any one of claims 1 to 8, further comprising a current control unit (114) that limits a current flowing through the secondary battery in a region of the charging rate where the peak of the differential value is equal to or greater than a threshold value, based on the differential characteristic calculated by the differential characteristic calculation unit.
前記容量予測部により予測された前記正負極SOCずれ容量(QLi)に基づいて、上記二次電池の機械的変化に関する関係値を算出する機械的変化算出部(116)を有する、請求項1~9のいずれか一項に記載の電池劣化予測システム。 The battery degradation prediction system according to any one of claims 1 to 9, further comprising a mechanical change calculation unit ( 116 ) that calculates a relationship value related to a mechanical change of the secondary battery based on the positive and negative electrode SOC deviation capacity (Q Li ) predicted by the capacity prediction unit. 前記二次電池は車両に搭載されており、
前記電池劣化予測システムの少なくとも一部は前記車両の外部に設けられている、請求項1~10のいずれか一項に記載の電池劣化予測システム。
The secondary battery is mounted on a vehicle,
The battery deterioration prediction system according to any one of claims 1 to 10, wherein at least a part of the battery deterioration prediction system is provided outside the vehicle.
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