JP6238314B2 - Storage battery deterioration diagnosis method and storage battery deterioration diagnosis apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、例えばリチウムイオン蓄電池などの蓄電池の残寿命を予測する蓄電池劣化診断方法及び蓄電池劣化診断装置に関するものである。 The present invention relates to a storage battery deterioration diagnosis method and a storage battery deterioration diagnosis apparatus that predict the remaining life of a storage battery such as a lithium ion storage battery.
近年、リチウムイオン蓄電池は、電気エネルギー貯蔵の有望な技術として注目されている。リチウムイオン蓄電池は、時間の経過につれて劣化していき、充電可能な容量である電池容量が減少していく。一般に、リチウムイオン蓄電池は、電池容量がある容量（例えば新品時の電池容量の５０％の容量）以下になると、寿命の終わりであるとされる。リチウムイオン蓄電池の残寿命を知ることは、リチウムイオン蓄電池を使用するうえで、有用なことである。 In recent years, lithium ion storage batteries have attracted attention as a promising technology for electrical energy storage. Lithium ion storage batteries deteriorate over time, and the battery capacity, which is a chargeable capacity, decreases. In general, a lithium ion storage battery is considered to have reached the end of its life when the battery capacity falls below a certain capacity (for example, a capacity of 50% of the battery capacity when new). Knowing the remaining life of a lithium ion storage battery is useful in using the lithium ion storage battery.
リチウムイオン蓄電池の残寿命は、電池容量が時間の経過につれて減少していくことから、電池容量の経時変化すなわち複数の異なる時点での電池容量に基いて予測することができる。電池容量を求めるには、蓄電池残量ＳＯＣ（State of Charge）を用いる必要がある。蓄電池残量ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）との間には対応関係があり、この対応関係は、リチウムイオン蓄電池の劣化状態によって変化しないことが知られている。従って、ＯＣＶを知ることができれば、ＳＯＣとＯＣＶとの対応関係からＳＯＣを推定することができ、そのＳＯＣを用いて電池容量を推定することができる。 The remaining life of the lithium ion storage battery can be predicted based on the change in battery capacity over time, that is, the battery capacity at a plurality of different points in time, since the battery capacity decreases with time. In order to obtain the battery capacity, it is necessary to use the remaining battery charge SOC (State of Charge). It is known that there is a correspondence between the storage battery remaining amount SOC and the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage), and this correspondence does not change depending on the deterioration state of the lithium ion storage battery. Therefore, if the OCV can be known, the SOC can be estimated from the correspondence between the SOC and the OCV, and the battery capacity can be estimated using the SOC.
ＯＣＶを知る方法には、リチウムイオン蓄電池の等価回路モデルからＯＣＶの同定式を導出し、その同定式を用いて、計測した端子間電圧及び放電電流からＯＣＶを同定する方法がある。この方法では、どのような等価回路モデルを採用するかによって、また、どのような同定式を導出するかによって、ＯＣＶの同定精度に影響を及ぼす。この方法として、非特許文献１に記載されている方法が知られている。 As a method of knowing the OCV, there is a method of deriving an OCV identification formula from an equivalent circuit model of a lithium ion storage battery and identifying the OCV from the measured inter-terminal voltage and discharge current using the identification formula. In this method, the OCV identification accuracy is influenced by what equivalent circuit model is adopted and what identification formula is derived. As this method, a method described in Non-Patent Document 1 is known.
しかしながら、上述した非特許文献１に記載の方法は、ＯＣＶと内部インピーダンスの両方を同時に同定する方法であるため、ＯＣＶを精度良く同定することができない。ＯＣＶの同定精度は、ＳＯＣの推定精度につながり、電池容量の推定精度につながる。ひいては、残寿命の予測精度につながる。 However, since the method described in Non-Patent Document 1 described above is a method for simultaneously identifying both the OCV and the internal impedance, the OCV cannot be accurately identified. The OCV identification accuracy leads to the SOC estimation accuracy and leads to the battery capacity estimation accuracy. As a result, it leads to the prediction accuracy of the remaining life.
本発明は、上記課題を解決するものであり、蓄電池のＯＣＶを高精度に同定し、蓄電池の残寿命を高精度に予測することができる蓄電池劣化診断方法及び蓄電池劣化診断装置を提供することを目的とする。 This invention solves the said subject, and provides the storage battery deterioration diagnostic method and storage battery deterioration diagnostic apparatus which can identify OCV of a storage battery with high precision, and can estimate the remaining life of a storage battery with high precision. Objective.
上記目的を達成するために本発明の蓄電池劣化診断方法は、蓄電池の電池容量を推定し、その電池容量に基いて、蓄電池の残寿命を予測する蓄電池劣化診断方法において、蓄電池が全放電状態から満充電状態に充電される間の各時点における蓄電池の充電電流積算値、蓄電池が満充電状態から全放電状態に放電される間の各時点における蓄電池の放電電流積算値、及びそれらの各時点における蓄電池の端子間電圧に基いて、蓄電池の蓄電池残量ＳＯＣ（State of Charge）と開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）との関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を求めるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得ステップと、蓄電池の端子間電圧と放電電流又は充電電流とを蓄電池の等価回路モデルに適用して蓄電池のある時点におけるＯＣＶを同定するＯＣＶ同定ステップと、ＯＣＶ同定ステップで同定したＯＣＶとＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得ステップで求めたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線とを用いて蓄電池のある時点におけるＳＯＣを推定するＳＯＣ推定ステップと、ＯＣＶ同定ステップ及びＳＯＣ推定ステップを繰り返して、蓄電池のＳＯＣの推移を観測し、ＳＯＣが所定の第1の基準ＳＯＣと所定の第２の基準ＳＯＣとを推移する間の蓄電池の放電電流積算値又は充電電流積算値に基いて、蓄電池のある時点における電池容量を求め、これを繰り返して、蓄電池の複数の異なる時点における電池容量を求める電池容量取得ステップと、蓄電池の初期時の電池容量及び電池容量取得ステップで求めた複数の異なる時点における電池容量に基いて蓄電池の残寿命を予測する残寿命予測ステップと、を備え、ＯＣＶ同定ステップにおいて、蓄電池の等価回路モデルから蓄電池のＯＣＶを一定として導出される所定の同定式を用いて蓄電池の内部インピーダンスを同定し、その同定した内部インピーダンスを所定の同定式に当て嵌めて蓄電池のＯＣＶを同定する、ものである。 In order to achieve the above object, the storage battery deterioration diagnosis method of the present invention estimates the battery capacity of the storage battery, and predicts the remaining life of the storage battery based on the battery capacity. Accumulated charge current value of the storage battery at each time point while being fully charged, accumulated discharge current value of the storage battery at each time point when the storage battery is discharged from the fully charged state to the fully discharged state, and at each time point An SOC-OCV curve acquisition step for obtaining an SOC-OCV curve indicating a relationship between a storage battery remaining amount SOC (State of Charge) of the storage battery and an open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) based on the inter-terminal voltage of the storage battery; An OCV identification step of identifying an OCV at a certain point in time of the storage battery by applying the inter-terminal voltage and the discharge current or the charging current to the equivalent circuit model of the storage battery; The SOC estimation step for estimating the SOC at a certain point in time of the storage battery using the OCV identified in the V identification step and the SOC-OCV curve obtained in the SOC-OCV curve acquisition step, and the OCV identification step and the SOC estimation step are repeated. Observe the transition of the SOC of the storage battery, and determine whether there is a storage battery based on the accumulated discharge current value or the accumulated charge current value of the storage battery while the SOC transitions between the predetermined first reference SOC and the predetermined second reference SOC. Obtain battery capacity at a point in time and repeat this to obtain a battery capacity at a plurality of different points in time of the storage battery, and a battery at a plurality of different points of time obtained in the battery capacity and battery capacity acquisition step at the initial stage of the storage battery A remaining life prediction step for predicting the remaining life of the storage battery based on the capacity, and the OCV identification step. Then, the internal impedance of the storage battery is identified using a predetermined identification formula derived from the equivalent circuit model of the storage battery with the OCV of the storage battery being constant, and the OCV of the storage battery is determined by fitting the identified internal impedance to the predetermined identification formula. To identify.
本発明の蓄電池劣化診断方法において、所定の同定式は、以下の式である、ことが好ましい。
また、本発明の蓄電池劣化診断方法において、残寿命予測ステップは、初期時の電池容量及び複数の異なる時点における電池容量に加え、初期時の内部インピーダンス及びＯＣＶ同定ステップで同定した内部インピーダンスに基いて、蓄電池の残寿命を予測する、ことが好ましい。 In the storage battery deterioration diagnosis method of the present invention, the remaining life prediction step is based on the initial internal impedance and the internal impedance identified in the OCV identification step in addition to the initial battery capacity and the battery capacity at a plurality of different times. It is preferable to predict the remaining life of the storage battery.
また、本発明の蓄電池劣化診断方法において、ＯＣＶ同定ステップは、蓄電池の端子間電圧と放電電流又は充電電流を計測するサンプリング周期を変動させる、ことが好ましい。 In the storage battery deterioration diagnosis method of the present invention, it is preferable that the OCV identification step fluctuates a sampling cycle for measuring a voltage between terminals of the storage battery and a discharge current or a charge current.
また、本発明の蓄電池劣化診断装置は、蓄電池が接続されて使用され、蓄電池の電池容量を推定し、その電池容量に基いて、蓄電池の残寿命を予測する蓄電池劣化診断装置において、蓄電池の端子間電圧を計測する電圧センサと、蓄電池の放電電流又は充電電流を計測する電流センサと、電圧センサの計測電圧及び電流センサの計測電流に基いて、所定のプログラムによる演算処理により蓄電池の劣化を診断するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータによる演算処理により得られた各種データを表示する表示部と、を備え、マイクロコンピュータは、蓄電池が全放電状態から満充電状態に充電される間、蓄電池の充電電流積算値を電流センサの計測電流に基いて所定時間間隔で算出し、また、蓄電池が満充電状態から全放電状態に放電される間、蓄電池の放電電流積算値を電流センサの計測電流に基いて所定時間間隔で算出し、それらの電流積算値、及びそれらの各電流積算値の算出時点における電圧センサの計測電圧に基いて、蓄電池の蓄電池残量ＳＯＣ（State of Charge）と開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）との関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を求めるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得ステップと、電圧センサの計測電圧と電流センサの計測電流とを蓄電池の等価回路モデルに適用して蓄電池のある時点におけるＯＣＶを同定するＯＣＶ同定ステップと、ＯＣＶ同定ステップで同定したＯＣＶとＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得ステップで求めたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線とを用いて蓄電池のある時点におけるＳＯＣを推定するＳＯＣ推定ステップと、ＯＣＶ同定ステップ及びＳＯＣ推定ステップを繰り返して、蓄電池のＳＯＣの推移を観測し、ＳＯＣが所定の第1の基準ＳＯＣと所定の第２の基準ＳＯＣとを推移する間の蓄電池の放電電流積算値又は充電電流積算値を電流センサの計測電流に基いて算出し、その電流積算値に基いて蓄電池のある時点における電池容量を求め、これを繰り返して、蓄電池の複数の異なる時点における電池容量を求める電池容量取得ステップと、蓄電池の初期時の電池容量及び電池容量取得ステップで求めた複数の異なる時点における電池容量に基いて蓄電池の残寿命を予測する残寿命予測ステップと、を実行し、ＯＣＶ同定ステップにおいて、蓄電池の等価回路モデルから蓄電池のＯＣＶを一定として導出される所定の同定式を用いて蓄電池の内部インピーダンスを同定し、その同定した内部インピーダンスを所定の同定式に当て嵌めて蓄電池のＯＣＶを同定する、ものである。 Further, the storage battery deterioration diagnosis device of the present invention is used with a storage battery connected thereto, estimates the battery capacity of the storage battery, and predicts the remaining life of the storage battery based on the battery capacity. Based on the voltage sensor that measures the voltage across the battery, the current sensor that measures the discharge current or charging current of the storage battery, and the measured voltage of the voltage sensor and the measured current of the current sensor, the deterioration of the storage battery is diagnosed by arithmetic processing using a predetermined program And a display unit for displaying various data obtained by arithmetic processing by the microcomputer. The microcomputer integrates the charging current of the storage battery while the storage battery is charged from the fully discharged state to the fully charged state. The value is calculated at predetermined time intervals based on the current measured by the current sensor, and the storage battery is changed from a fully charged state to a fully discharged state. During charging, the accumulated discharge current value of the storage battery is calculated at predetermined time intervals based on the measured current of the current sensor, and the accumulated current value and the measured voltage of the voltage sensor at the time of calculation of each accumulated current value are calculated. An SOC-OCV curve acquisition step for obtaining an SOC-OCV curve indicating a relationship between a storage battery remaining amount SOC (State of Charge) of the storage battery and an open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage), a measurement voltage of the voltage sensor, and a current sensor An OCV identification step for identifying the OCV at a certain point in time of the storage battery by applying the measurement current of the storage battery to the equivalent circuit model of the storage battery, and the SOC-OCV curve obtained in the OCV identification and SOC-OCV curve acquisition step SOC estimation step for estimating the SOC at a certain point of time using the storage battery, OCV identification step and SOC estimation step The SOC of the storage battery is observed repeatedly, and the discharge current integrated value or the charge current integrated value of the storage battery is measured while the SOC changes between the predetermined first reference SOC and the predetermined second reference SOC. A battery capacity acquisition step for calculating the battery capacity at a certain point in time of the storage battery based on the measured current of the sensor, and determining the battery capacity at a plurality of different points in time of the storage battery, The remaining battery life prediction step of predicting the remaining battery life based on the battery capacity at the initial time and the battery capacity obtained at the battery capacity acquisition step is performed, and in the OCV identification step, the equivalent circuit of the storage battery is executed. The internal impedance of the storage battery is identified using a predetermined identification formula derived from the model with a constant OCV of the storage battery, and the identified internal impedance The dance is applied to a predetermined identification formula to identify the OCV of the storage battery.
また、本発明の蓄電池劣化診断装置において、所定の同定式は、以下の式である、ことが好ましい。
本発明によれば、蓄電池のＯＣＶを一定として蓄電池の内部インピーダンスが同定され、蓄電池の内部インピーダンスを一定として蓄電池のＯＣＶが同定される。これにより、蓄電池のＯＣＶを高精度に同定することができ、蓄電池のＳＯＣの推定精度を高めることができる。従って、蓄電池の電池容量の推定精度を高めることができ、蓄電池の残寿命を高精度に予測することができる。 According to the present invention, the internal impedance of the storage battery is identified with the OCV of the storage battery constant, and the OCV of the storage battery is identified with the internal impedance of the storage battery constant. Thereby, OCV of a storage battery can be identified with high precision, and the estimation precision of SOC of a storage battery can be improved. Therefore, the estimation accuracy of the battery capacity of the storage battery can be increased, and the remaining life of the storage battery can be predicted with high accuracy.
以下、本発明を具体化した実施形態による蓄電池劣化診断方法及び蓄電池劣化診断装置について図面を参照して説明する。図１は、蓄電池劣化診断装置１の構成を示す。蓄電池劣化診断装置１は、リチウムイオン蓄電池２（以下、蓄電池２と記す）の残寿命を予測する装置である。蓄電池劣化診断装置１は、蓄電池２、負荷３、及び充電器４を着脱可能になっている。 Hereinafter, a storage battery deterioration diagnosis method and a storage battery deterioration diagnosis apparatus according to embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a storage battery deterioration diagnosis device 1. The storage battery deterioration diagnosis device 1 is a device that predicts the remaining life of a lithium ion storage battery 2 (hereinafter referred to as storage battery 2). In the storage battery deterioration diagnosis device 1, the storage battery 2, the load 3, and the charger 4 can be attached and detached.
蓄電池劣化診断装置１は、蓄電池２の端子間電圧を計測する電圧センサ５と、蓄電池２の放電電流及び充電電流を計測する電流センサ６と、蓄電池２を接続する電池接続端子７ａ、７ｂと、負荷３を接続する負荷接続端子８ａ、８ｂと、充電器４を接続する充電器接続端子９ａ、９ｂと、蓄電池２を充放電させるための充電スイッチ１０及び放電スイッチ１１とを備える。また、蓄電池劣化診断装置１は、新しい蓄電池２を使用開始するときにユーザが操作する初期化スイッチ１２と、蓄電池２を充電するときにユーザが操作する充電指示スイッチ１３と、現在時刻を計測する時計１４と、各種情報を表示する表示部１５と、マイクロコンピュータ１６（以下、マイコン１６と記す）とを備える。 The storage battery deterioration diagnosis device 1 includes a voltage sensor 5 that measures a voltage between terminals of the storage battery 2, a current sensor 6 that measures a discharge current and a charge current of the storage battery 2, battery connection terminals 7a and 7b that connect the storage battery 2, Load connection terminals 8 a and 8 b for connecting the load 3, charger connection terminals 9 a and 9 b for connecting the charger 4, and a charge switch 10 and a discharge switch 11 for charging and discharging the storage battery 2 are provided. Further, the storage battery deterioration diagnosis device 1 measures an initialization switch 12 that a user operates when starting to use a new storage battery 2, a charging instruction switch 13 that a user operates when charging the storage battery 2, and a current time. A clock 14, a display unit 15 for displaying various information, and a microcomputer 16 (hereinafter referred to as a microcomputer 16) are provided.
蓄電池２は、電池接続端子７ａ、７ｂに接続される。負荷３は、負荷接続端子８ａ、８ｂに接続される。負荷３は、例えば、電気自動車や持ち運び可能な電気機器である。負荷接続端子８ａは、電流センサ６を介して電池接続端子７ａに接続されており、負荷接続端子８ｂは、電池接続端子７ｂに接続されている。従って、電池接続端子７ａ、７ｂに蓄電池２が接続され、負荷接続端子８ａ、８ｂに負荷３が接続された状態では、蓄電池２は、電流センサ６及び負荷３を経由して放電され、負荷３は、蓄電池２の電力によって動作する。 The storage battery 2 is connected to the battery connection terminals 7a and 7b. The load 3 is connected to the load connection terminals 8a and 8b. The load 3 is, for example, an electric vehicle or a portable electric device. The load connection terminal 8a is connected to the battery connection terminal 7a via the current sensor 6, and the load connection terminal 8b is connected to the battery connection terminal 7b. Therefore, in a state where the storage battery 2 is connected to the battery connection terminals 7a and 7b and the load 3 is connected to the load connection terminals 8a and 8b, the storage battery 2 is discharged via the current sensor 6 and the load 3, and the load 3 Operates with the electric power of the storage battery 2.
充電器４は、充電器接続端子９ａ、９ｂに接続される。充電器接続端子９ａは、充電スイッチ１０及び電流センサ６を介して電池接続端子７ａに接続されており、充電器接続端子９ｂは、電池接続端子７ｂに接続されている。充電スイッチ１０は、一端側が電流センサ６を介して電池接続端子７ａに接続されており、他端側が充電器接続端子９ａに接続されている。従って、電池接続端子７ａ、７ｂに蓄電池２が接続され、充電器接続端子９ａ、９ｂに充電器４が接続されて充電スイッチ１０が閉じた状態では、蓄電池２は、充電スイッチ１０及び電流センサ６を経由して充電される。充電スイッチ１０は、マイコン１６による制御のもと開閉される。 The charger 4 is connected to the charger connection terminals 9a and 9b. The charger connection terminal 9a is connected to the battery connection terminal 7a via the charge switch 10 and the current sensor 6, and the charger connection terminal 9b is connected to the battery connection terminal 7b. The charge switch 10 has one end connected to the battery connection terminal 7a via the current sensor 6, and the other end connected to the charger connection terminal 9a. Therefore, in a state where the storage battery 2 is connected to the battery connection terminals 7a and 7b, the charger 4 is connected to the charger connection terminals 9a and 9b, and the charge switch 10 is closed, the storage battery 2 includes the charge switch 10 and the current sensor 6. Be charged via. The charging switch 10 is opened and closed under the control of the microcomputer 16.
放電スイッチ１１は、一端側が電流センサ６を介して電池接続端子７ａに接続されており、他端側が電池接続端子７ｂに接続されている。従って、放電スイッチ１１が閉じた状態では、蓄電池２は、電流センサ６及び放電スイッチ１１を経由して放電される。放電スイッチ１１は、マイコン１６による制御のもと開閉される。 One end of the discharge switch 11 is connected to the battery connection terminal 7a via the current sensor 6, and the other end is connected to the battery connection terminal 7b. Therefore, when the discharge switch 11 is closed, the storage battery 2 is discharged via the current sensor 6 and the discharge switch 11. The discharge switch 11 is opened and closed under the control of the microcomputer 16.
電圧センサ５は、電池接続端子７ａ、７ｂ間に接続されており、蓄電池２の端子間電圧を計測して、その計測電圧をマイコン１６に入力する。電流センサ６は、電池接続端子７ａと負荷接続端子８ａとの間に接続されており、蓄電池２の放電電流及び充電電流を計測して、その計測電流をマイコン１６に入力する。マイコン１６は、所定のプログラムを実行して、蓄電池劣化診断装置１の各種動作を制御する。また、マイコン１６は、電圧センサ５の計測電圧及び電流センサ６の計測電流に基いて、所定のプログラムによる演算処理により蓄電池２の劣化を診断する。表示部１５は、マイコン１６による制御のもと、マイコン１６による演算処理により得られた各種データを表示する。 The voltage sensor 5 is connected between the battery connection terminals 7 a and 7 b, measures the voltage between the terminals of the storage battery 2, and inputs the measured voltage to the microcomputer 16. The current sensor 6 is connected between the battery connection terminal 7a and the load connection terminal 8a, measures the discharge current and the charge current of the storage battery 2, and inputs the measured current to the microcomputer 16. The microcomputer 16 executes a predetermined program and controls various operations of the storage battery deterioration diagnosis device 1. Further, the microcomputer 16 diagnoses the deterioration of the storage battery 2 by a calculation process based on a predetermined program based on the measured voltage of the voltage sensor 5 and the measured current of the current sensor 6. The display unit 15 displays various data obtained by arithmetic processing by the microcomputer 16 under the control of the microcomputer 16.
蓄電池劣化診断装置１は、新しい蓄電池２の使用開始時に、蓄電池２の蓄電池残量ＳＯＣ（State of Charge）と開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）との関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を求め、また、蓄電池２の初期時の電池容量を求める。そして、蓄電池２の使用中において、蓄電池２の所定の等価回路モデルから導出した所定の同定式を用いてＯＣＶを同定して、そのＯＣＶとＳＯＣ−ＯＣＶ曲線とを用いてＳＯＣを推定し、そのＳＯＣに基いて蓄電池２の電池容量を求めて、初期時の電池容量及び蓄電池２の使用中に求めた電池容量に基いて蓄電池２の残寿命を予測する。 The storage battery deterioration diagnosis device 1 obtains an SOC-OCV curve indicating the relationship between the storage battery remaining SOC (State of Charge) of the storage battery 2 and the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) at the start of use of the new storage battery 2, and The initial battery capacity of the storage battery 2 is obtained. While the storage battery 2 is in use, the OCV is identified using a predetermined identification formula derived from a predetermined equivalent circuit model of the storage battery 2, and the SOC is estimated using the OCV and the SOC-OCV curve. The battery capacity of the storage battery 2 is determined based on the SOC, and the remaining life of the storage battery 2 is predicted based on the initial battery capacity and the battery capacity determined during use of the storage battery 2.
図２は、本発明において採用する蓄電池２の等価回路モデル２０を示す。この等価回路モデル２０は、開放電圧ＯＣＶと内部インピーダンスＲａ、Ｒｂ、Ｃｂとによって蓄電池２を表している。ＯＣＶは、蓄電池２の起電力（無負荷状態の蓄電池電圧）を表している。Ｒａは、蓄電池２の溶液抵抗と電気二重層の合成抵抗を表しており、Ｒｂ及びＣｂは、蓄電池２の電極内部の拡散現象を表す抵抗及びコンデンサを表している。抵抗Ｒａ、抵抗Ｒｂ、及びコンデンサＣｂを内部インピーダンスと総称する。ｕＬは、蓄電池２の端子間電圧であり、ｉは、蓄電池２に流れる電流である。 FIG. 2 shows an equivalent circuit model 20 of the storage battery 2 employed in the present invention. The equivalent circuit model 20 represents the storage battery 2 by an open circuit voltage OCV and internal impedances Ra, Rb, and Cb. OCV represents the electromotive force (storage battery voltage in a no-load state) of the storage battery 2. Ra represents the solution resistance of the storage battery 2 and the combined resistance of the electric double layer, and Rb and Cb represent a resistance and a capacitor representing a diffusion phenomenon inside the electrode of the storage battery 2. The resistor Ra, the resistor Rb, and the capacitor Cb are collectively referred to as internal impedance. u L is a voltage between terminals of the storage battery 2, and i is a current flowing through the storage battery 2.
等価回路モデル２０において、Ｒａ、Ｒｂ、Ｃｂの両端電圧をｕＲＣＣとし、Ｒａの両端電圧をｕａとし、Ｒｂ、Ｃｂの両端電圧をｕｂとし、時間をｔとすると、以下の式（１）（２）（３）が成り立つ。
式（１）に式（２）（３）を代入して、式（１）をラプラス変換すると、以下の式（４）が得られる。
式（４）を以下の式（５）を用いて離散化（変数変換）する。Ｔｓは、サンプリング周期である。
これにより、式（４）は、以下の式（６）となる。
式（６）を差分方程式で表すと、以下の式（７）となる。ｋは、サンプリングステップであり、ｋ＝１、２、・・・である。
式（７）を以下の式（８）に代入する。なお、ＯＣＶの変化は遅いので、式（８）において、ＯＣＶは一定値であるとしている。
これにより、以下の式（９）が得られる。
式（９）に以下の式（１０）を代入する。なお、ＯＣＶの変化は遅いので、式（１０）において、ＯＣＶは一定値であるとしている。
これにより、式（９）は、以下の式（１１）となる。
式（１１）を整理すると、以下の式（１２）となる。
式（１２）を簡略化して表すと、以下の式（１３）となる。
式（１４）（１５）（１６）から内部インピーダンスＲａ、Ｒｂ、Ｃｂを逆算すると、以下の式（１７）（１８）（１９）となる。
式（１３）は、蓄電池２の端子間電圧ｕＬ、電流ｉ、開放電圧ＯＣＶ、及び内部インピーダンスＲａ、Ｒｂ、Ｃｂの関係を示す関係式であって、端子間電圧ｕＬ及び電流ｉから内部インピーダンスＲａ、Ｒｂ、Ｃｂ及び開放電圧ＯＣＶを同定するための同定式である。この同定式（１３）は、蓄電池２の等価回路モデル２０からＯＣＶを一定として導出した同定式である。 Equation (13) is a relational expression showing the relationship between the inter-terminal voltage u L , current i, open-circuit voltage OCV, and internal impedances Ra, Rb, Cb of the storage battery 2, and is based on the inter-terminal voltage u L and the current i. It is an identification formula for identifying the impedance Ra, Rb, Cb and the open circuit voltage OCV. This identification formula (13) is an identification formula derived from the equivalent circuit model 20 of the storage battery 2 with a constant OCV.
本発明では、同定式（１３）を用いて、蓄電池２の開放電圧ＯＣＶを同定する。すなわち、同定式（１３）を用いて、内部インピーダンスＲａ、Ｒｂ、Ｃｂを同定し、その同定した内部インピーダンスＲａ、Ｒｂ、Ｃｂを同定式（１３）に当て嵌めて、開放電圧ＯＣＶを同定する。具体的には、同定式（１３）を忘却機能付き最小二乗法に適用して、内部インピーダンスＲａ、Ｒｂ、Ｃｂを同定し、その同定した内部インピーダンスＲａ、Ｒｂ、Ｃｂを同定式（１３）に当て嵌めて、開放電圧ＯＣＶを同定する。同定式（１３）を忘却機能付き逐次最小二乗法に適用した場合のｂ０、ａ０、ａ１の推定式は、以下の式（２０）となる。式（２０）の導出方法については、周知であるので、説明を省略する。
図３は、蓄電池２のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を示す。蓄電池２のＳＯＣとＯＣＶとの間には、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線で表される対応関係がある。ＳＯＣとは、充電率のことであり、「満充電時の電荷蓄積量（＝電池容量）」に対する「その時点での電荷蓄積量」の比率である。ＳＯＣは、１．０〜０．０で表され、満充電状態がＳＯＣ＝１．０であり、全放電状態がＳＯＣ＝０．０である。なお、満充電状態は、蓄電池２の端子間電圧ｕＬが所定の上限電圧ｕＬｍａｘとなるまで充電された状態であり、全放電状態は、蓄電池２の端子間電圧ｕＬが所定の下限電圧（終止電圧）ｕＬｍｉｎとなるまで放電された状態である。ＯＣＶは、ＳＯＣが０．０（全放電状態）のときにＯＣＶｍｉｎであり、ＳＯＣが０．０から増加するにつれて、ＯＣＶｍｉｎからＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に従って上昇し、ＳＯＣが１．０（満充電状態）のときにＯＣＶｍａｘになる。また、ＯＣＶは、ＳＯＣが１．０から減少するにつれて、ＯＣＶｍａｘからＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に従って低下し、ＳＯＣが０．０のときにＯＣＶｍｉｎになる。ＳＯＣとＯＣＶのこの対応関係（ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線）は、蓄電池２の劣化状態によって変化しないことが知られている。従って、ＯＣＶから、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いて、ＳＯＣを推定することができる。 FIG. 3 shows an SOC-OCV curve of the storage battery 2. Between the SOC and the OCV of the storage battery 2, there is a correspondence relationship represented by an SOC-OCV curve. The SOC is a charging rate, and is a ratio of “charge accumulation amount at that time” to “charge accumulation amount at full charge (= battery capacity)”. The SOC is represented by 1.0 to 0.0, the fully charged state is SOC = 1.0, and the fully discharged state is SOC = 0.0. Incidentally, the fully charged state is a state where the terminal voltage u L of the battery 2 is charged to a predetermined upper limit voltage u L max, the total discharged state, the lower limit terminal voltage u L of the battery 2 is in a predetermined It is in a state of being discharged until it reaches a voltage (end voltage) u L min. The OCV is OCVmin when the SOC is 0.0 (fully discharged state). As the SOC increases from 0.0, the OCVmin increases according to the SOC-OCV curve, and the SOC is 1.0 (fully charged state). At OCVmax. Further, the OCV decreases from the OCVmax according to the SOC-OCV curve as the SOC decreases from 1.0, and becomes OCVmin when the SOC is 0.0. It is known that this correspondence (SOC-OCV curve) between the SOC and the OCV does not change depending on the deterioration state of the storage battery 2. Therefore, the SOC can be estimated from the OCV using the SOC-OCV curve.
ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線は、蓄電池２が全放電状態（ＳＯＣ＝０．０）から満充電状態（ＳＯＣ＝１．０）に充電される間の各時点における充電電流積算値、蓄電池２が満充電状態から全放電状態に放電される間の各時点における放電電流積算値、及びそれらの各時点における蓄電池２の端子間電圧に基いて求められる。すなわち、蓄電池２の充電時における各時点での全放電状態からの充電電流積算値をＱａ（ｊ）（ｊ＝１、２、・・・）とし、充電電流積算値がＱａ（ｊ）のときの端子間電圧をｕＬａ（ｊ）とし、満充電時点での全放電状態からの充電電流積算値をＱｍａｘとする。また、蓄電池２の放電時における各時点での満充電状態からの放電電流積算値をＱｂ（ｊ）（ｊ＝１、２、・・・）とし、放電電流積算値がＱｂ（ｊ）のときの端子間電圧をｕＬｂ（ｊ）とする。充電時における各時点でのＳＯＣ（ｊ）は、ＳＯＣ（ｊ）＝Ｑａ（ｊ）／Ｑｍａｘであり、また、放電時における各時点でのＳＯＣ（ｊ）は、ＳＯＣ（ｊ）＝（Ｑｍａｘ−Ｑｂ（ｊ））／Ｑｍａｘである。任意のＳＯＣをＳＯＣｎとし、ＳＯＣｎのときのＯＣＶをＯＣＶｎとし、充電時におけるＳＯＣｎのときの端子間電圧をｕＬａｎとし、放電時におけるＳＯＣｎのときの端子間電圧をｕＬｂｎとすると、ＯＣＶｎ＝（ｕＬａｎ＋ｕＬｂｎ）／２の関係がある。従って、Ｑａ（ｊ）、ｕＬａ（ｊ）、Ｑｍａｘ、Ｑｂ（ｊ）、ｕＬｂ（ｊ）（ｊ＝１、２、・・・）に基いて、所定の演算を行って各ＳＯＣｎ及び各ＳＯＣｎのときのＯＣＶｎ＝（ｕＬａｎ＋ｕＬｂｎ）／２を算出することにより、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線が求められる。 The SOC-OCV curve is the accumulated charge current value at each time point when the storage battery 2 is charged from the fully discharged state (SOC = 0.0) to the fully charged state (SOC = 1.0), and the storage battery 2 is fully charged. It is calculated | required based on the discharge current integrated value in each time while it discharges to a full discharge state, and the voltage between the terminals of the storage battery 2 in those each time. That is, when the storage battery 2 is charged, the charging current integrated value from all the discharge states at each time point is Qa (j) (j = 1, 2,...), And the charging current integrated value is Qa (j). The inter-terminal voltage is u L a (j), and the charge current integrated value from the fully discharged state at the time of full charge is Qmax. In addition, when the discharge current integrated value from the fully charged state at each time point when the storage battery 2 is discharged is Qb (j) (j = 1, 2,...), And the discharge current integrated value is Qb (j). Let u L b (j) be the terminal voltage of. The SOC (j) at each time point during charging is SOC (j) = Qa (j) / Qmax, and the SOC (j) at each time point during discharging is SOC (j) = (Qmax− Qb (j)) / Qmax. Any SOC and SOCn, and OCVn the OCV when the SOCn, when the inter-terminal voltage when the SOCn during charge and u L an,, the inter-terminal voltage when the SOCn during discharge and u L bn, OCVn = (U L an + u L bn) / 2 Accordingly, Qa (j), u L a (j), Qmax, Qb (j), u L b (j) (j = 1,2, ···) on the basis of, each performing a predetermined operation SOCn and by calculating the OCVn = (u L an + u L bn) / 2 when each SOCn, SOC-OCV curve is determined.
蓄電池２の電池容量Ｃは、ＳＯＣと放電電流積算値又は充電電流積算値とに基いて求められる。電池容量Ｃとは、充電可能な容量のことであり、満充電時（ＳＯＣ＝１．０のとき）の電荷蓄積量である。２つの異なる任意のＳＯＣをＳＯＣａ、ＳＯＣｂ（＜ＳＯＣａ）とすると、ＳＯＣがＳＯＣａのときの電荷蓄積量Ｑａは、Ｑａ＝Ｃ×ＳＯＣａであり、ＳＯＣがＳＯＣｂのときの電荷蓄積量Ｑｂは、Ｑｂ＝Ｃ×ＳＯＣｂである。この関係から、ＳＯＣがＳＯＣａとＳＯＣｂとの間を推移する間の電荷放出量又は電荷蓄積量をＱａｂ（Ｑａｂ＝Ｑａ−Ｑｂ）とすると、Ｃ＝Ｑａｂ／（ＳＯＣａ−ＳＯＣｂ）の関係式が成り立つ。電荷放出量又は電荷蓄積量Ｑａｂは、ＳＯＣがＳＯＣａとＳＯＣｂとの間を推移する間の放電電流積算値又は充電電流積算値である。従って、２つの異なるＳＯＣａ、ＳＯＣｂと、それらの間の放電電流積算値又は充電電流積算値Ｑａｂとから、Ｃ＝Ｑａｂ／（ＳＯＣａ−ＳＯＣｂ）によって、電池容量Ｃが求められる。 The battery capacity C of the storage battery 2 is obtained based on the SOC and the discharge current integrated value or the charge current integrated value. The battery capacity C is a chargeable capacity and is a charge accumulation amount when fully charged (when SOC = 1.0). If two different arbitrary SOCs are SOCa and SOCb (<SOCa), the charge accumulation amount Qa when the SOC is SOCa is Qa = C × SOCa, and the charge accumulation amount Qb when the SOC is SOCb is Qb. = C x SOCb. From this relationship, if the charge release amount or the charge accumulation amount during the transition of the SOC between SOCa and SOCb is Qab (Qab = Qa−Qb), the relational expression of C = Qab / (SOCa−SOCb) holds. . The charge release amount or the charge accumulation amount Qab is a discharge current integrated value or a charge current integrated value while the SOC changes between SOCa and SOCb. Therefore, the battery capacity C is obtained by C = Qab / (SOCa−SOCb) from two different SOCa and SOCb and the discharge current integrated value or charge current integrated value Qab between them.
図４は、蓄電池２の使用中におけるＯＣＶの同定とＯＣＶからのＳＯＣの推定の様子を示す。蓄電池２が満充電状態（ＳＯＣ＝１．０）から使用されると、電力の消費につれて、ＳＯＣは１．０から減少していき、ＯＣＶはＯＣＶｍａｘから低下していく。蓄電池２の満充電後の使用開始から継続的にＯＣＶの同定を行っていくと、時点ｔ１でのＯＣＶ（ｔ１）、時点ｔ２でのＯＣＶ（ｔ２）、・・・、時点ｔｊでのＯＣＶ（ｔｊ）、・・・を求めることができ、これらのＯＣＶとＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いて、時点ｔ１でのＳＯＣ（ｔ１）、時点ｔ２でのＳＯＣ（ｔ２）、・・・、時点ｔｊでのＳＯＣ（ｔｊ）、・・・を求めることができる。従って、蓄電池２の満充電後の使用開始から継続的にＯＣＶの同定を行っていくことにより、ＳＯＣが所定の第1の基準ＳＯＣ１（例えば０．９）になったこと及び所定の第２の基準ＳＯＣ２（例えば０．２）になったことを知ることができ、その間の放電電流積算値Ｑｒを求めて、Ｃ＝Ｑｒ／（ＳＯＣ１−ＳＯＣ２）を算出することによって、電池容量Ｃを求めることができる。また、蓄電池２の満充電後の使用開始毎に、同様に電池容量Ｃを求めることにより、複数の異なる時点における電池容量Ｃを求めることができる。 FIG. 4 shows how the OCV is identified and the SOC is estimated from the OCV during use of the storage battery 2. When the storage battery 2 is used from a fully charged state (SOC = 1.0), the SOC decreases from 1.0 and the OCV decreases from OCVmax as the power is consumed. When OCV is continuously identified from the start of use of the storage battery 2 after full charge, OCV (t1) at time t1, OCV (t2) at time t2,..., OCV at time tj ( tj),..., and using these OCV and SOC-OCV curves, SOC (t1) at time t1, SOC (t2) at time t2,. SOC (tj),... Can be obtained. Therefore, by continuously identifying the OCV from the start of use after the storage battery 2 is fully charged, the SOC has reached a predetermined first reference SOC1 (for example, 0.9) and the predetermined second It can be known that the reference SOC2 (for example, 0.2) has been reached, and the battery capacity C is obtained by calculating the discharge current integrated value Qr during that period and calculating C = Qr / (SOC1-SOC2). Can do. In addition, the battery capacity C at a plurality of different time points can be obtained by similarly obtaining the battery capacity C every time the storage battery 2 is used after being fully charged.
図５は、蓄電池２の容量劣化の法則を示す。蓄電池２の電池容量Ｃは、蓄電池２の新品からの使い始めにおいては、ルート則と呼ばれる規則に従って減少（容量劣化）していくこと、及び、その後においては、線形則と呼ばれる規則に従って減少していく場合があることが知られている。ルート則とは、初期時の電池容量Ｃ（０）からの電池容量Ｃの容量減少量をΔＣ（ΔＣ＝Ｃ（０）−Ｃ）とし、初期時からの経過時間をｔとすると、ｔ＝ａ×ΔＣ２＋ｂ×ΔＣ＋ｃ（ａ、ｂ、ｃは定数、ｔ＝０のときΔＣ＝０）の関係式を満たすように、容量減少量ΔＣが増加していく法則である。また、線形則とは、ｔ＝ｂ×ΔＣ＋ｃの関係式を満たすように、容量減少量ΔＣが増加していく法則である。電池容量Ｃが所定の容量（一般に、初期時の電池容量Ｃ（０）の１／２）に減少すると、蓄電池２の寿命の終わりであるとされる。現在から寿命の終わりまでの時間、すなわち、現在から電池容量Ｃが所定の容量に減少するまでの時間が残寿命ｔｚである。従って、初期時の電池容量Ｃ（０）及び複数の異なる時点における電池容量Ｃから、ルート則の関係式又は線形則の関係式に基いて、蓄電池２の残寿命ｔｚを予測することができる。 FIG. 5 shows the law of capacity deterioration of the storage battery 2. The battery capacity C of the storage battery 2 decreases (capacity degradation) in accordance with a rule called a root rule when the storage battery 2 starts to be used from a new one, and thereafter decreases in accordance with a rule called a linear rule. It is known that there are cases. The route rule is that when the capacity reduction amount of the battery capacity C from the initial battery capacity C (0) is ΔC (ΔC = C (0) −C), and the elapsed time from the initial time is t, t = This is a law in which the capacity decrease amount ΔC increases so as to satisfy the relational expression of a × ΔC 2 + b × ΔC + c (a, b, and c are constants, and ΔC = 0 when t = 0). The linear law is a law in which the capacity decrease amount ΔC increases so as to satisfy the relational expression of t = b × ΔC + c. When the battery capacity C decreases to a predetermined capacity (generally 1/2 of the initial battery capacity C (0)), the end of the life of the storage battery 2 is assumed. The time from the present to the end of the life, that is, the time from the present until the battery capacity C decreases to the predetermined capacity is the remaining life tz. Therefore, the remaining life tz of the storage battery 2 can be predicted from the battery capacity C (0) at the initial time and the battery capacity C at a plurality of different time points based on the relational expression of the root rule or the relational expression of the linear law.
図６は、蓄電池劣化診断装置１の動作のフローチャートを示し、図７、図８、及び図９は、各々、同動作におけるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得処理、ＯＣＶ同定処理、及び残寿命予測処理のフローチャートを示す。まず、ユーザは、新しい蓄電池２を使用開始するとき、蓄電池２を電池接続端子７ａ、７ｂに接続し、充電器４を充電器接続端子９ａ、９ｂに接続し、初期化スイッチ１２を操作する。 FIG. 6 shows a flowchart of the operation of the storage battery deterioration diagnosis device 1, and FIGS. 7, 8, and 9 are flowcharts of the SOC-OCV curve acquisition process, the OCV identification process, and the remaining life prediction process in the same operation, respectively. Indicates. First, when starting to use a new storage battery 2, the user connects the storage battery 2 to the battery connection terminals 7a and 7b, connects the charger 4 to the charger connection terminals 9a and 9b, and operates the initialization switch 12.
マイコン１６は、初期化スイッチ１２が操作されると、まず、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得処理を行う（＃１）。ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得処理において（図７参照）、マイコン１６は、まず、蓄電池２の全放電状態からの充電電流積算値Ｑａの初期値Ｑａ（０）をＱａ（０）＝０とし（＃３１）、カウンタｊの値をｊ＝１とする（＃３２）。続いて、マイコン１６は、蓄電池２を全放電状態から充電開始する（＃３３）。すなわち、放電スイッチ１１を閉じて蓄電池２を全放電状態にした後、放電スイッチ１１を開き、充電スイッチ１０を閉じる。これにより、蓄電池２は、全放電状態から充電されていく。なお、マイコン１６は、蓄電池２の端子間電圧ｕＬ（電圧センサ５の計測電圧）が所定の下限電圧ｕＬｍｉｎまで低下したことによって、蓄電池２が全放電状態になったことを判断する。そして、マイコン１６は、蓄電池２の充電電流ｉ（電流センサ６の計測電流）を読取り、蓄電池２の全放電状態からの充電電流積算値Ｑａ（ｊ）をＱａ（ｊ）＝Ｑａ（ｊ）＋充電電流ｉ×計測時間間隔Δｔによって算出する（＃３４）。ここで、計測時間間隔Δｔは、＃３３で充電を開始してから＃３４で充電電流ｉを読取るまでの時間間隔（次回以降は、＃３４〜＃３７の繰り返しにおいて充電電流ｉを読取る時間間隔）であり、所定時間間隔である。また、マイコン１６は、蓄電池２の端子間電圧ｕＬを読取り、その電圧ｕＬを充電電流積算値Ｑａ（ｊ）のときの端子間電圧ｕＬａ（ｊ）とする（＃３５）。 When the initialization switch 12 is operated, the microcomputer 16 first performs SOC-OCV curve acquisition processing (# 1). In the SOC-OCV curve acquisition process (see FIG. 7), the microcomputer 16 first sets the initial value Qa (0) of the charging current integrated value Qa from the fully discharged state of the storage battery 2 to Qa (0) = 0 (# 31 ), The value of the counter j is set to j = 1 (# 32). Subsequently, the microcomputer 16 starts charging the storage battery 2 from the fully discharged state (# 33). That is, after the discharge switch 11 is closed and the storage battery 2 is fully discharged, the discharge switch 11 is opened and the charge switch 10 is closed. Thereby, the storage battery 2 is charged from a fully discharged state. Note that the microcomputer 16 determines that the storage battery 2 is in a fully discharged state because the inter-terminal voltage u L of the storage battery 2 (measured voltage of the voltage sensor 5) has decreased to a predetermined lower limit voltage u L min. Then, the microcomputer 16 reads the charging current i of the storage battery 2 (measured current of the current sensor 6), and calculates the charging current integrated value Qa (j) from the fully discharged state of the storage battery 2 as Qa (j) = Qa (j) + It is calculated by charging current i × measurement time interval Δt (# 34). Here, the measurement time interval Δt is the time interval from the start of charging at # 33 until the reading of the charging current i at # 34 (from the next time, the time interval at which the charging current i is read in the repetition of # 34 to # 37) ), And a predetermined time interval. The microcomputer 16 reads the voltage u L between the battery two terminals, the terminal voltage u L a (j) in the case of the voltage u L charging current integrated value Qa (j) (# 35) .
蓄電池２が満充電完了するまで（＃３６でＮＯ）、マイコン１６は、カウンタｊの値を１づつ増加させて（＃３７）、＃３４、＃３５の処理を繰り返す。＃３４、＃３５の処理が繰り返されることにより、全放電状態からの各時点での充電電流積算値Ｑａ（ｊ）（ｊ＝１、２、・・・）、及び、各電流積算値Ｑａ（ｊ）のときの端子間電圧ｕＬａ（ｊ）が得られる。蓄電池２が満充電完了すると（＃３６でＹＥＳ）、マイコン１６は、Ｑｍａｘ＝Ｑａ（ｊ）とする（＃３８）。ここで、Ｑｍａｘは、蓄電池２が全放電状態から満充電状態に充電されたときの充電電流積算値である。すなわち、Ｑｍａｘは、ＳＯＣが０．０から１．０に増加する間の充電電流積算値である。なお、マイコン１６は、蓄電池２の端子間電圧ｕＬが所定の上限電圧ｕＬｍａｘに達したことによって、蓄電池２が満充電状態になったことを判断する。 Until the storage battery 2 is fully charged (NO in # 36), the microcomputer 16 increments the value of the counter j by 1 (# 37) and repeats the processes of # 34 and # 35. By repeating the processes of # 34 and # 35, the charging current integrated value Qa (j) (j = 1, 2,...) And each current integrated value Qa ( The inter-terminal voltage u L a (j) at j) is obtained. When the storage battery 2 is fully charged (YES in # 36), the microcomputer 16 sets Qmax = Qa (j) (# 38). Here, Qmax is a charging current integrated value when the storage battery 2 is charged from the fully discharged state to the fully charged state. That is, Qmax is a charging current integrated value while the SOC increases from 0.0 to 1.0. Note that the microcomputer 16 determines that the storage battery 2 is fully charged when the inter-terminal voltage u L of the storage battery 2 has reached a predetermined upper limit voltage u L max.
続いて、マイコン１６は、蓄電池２の満充電状態からの放電電流積算値Ｑｂの初期値Ｑｂ（０）をＱｂ（０）＝０とし（＃３９）、カウンタｊの値をｊ＝１とする（＃４０）。続いて、マイコン１６は、蓄電池２を満充電状態から放電開始する（＃４１）。すなわち、充電スイッチ１０を開き、放電スイッチ１１を閉じる、これにより、蓄電池２は、満充電状態から放電されていく。そして、マイコン１６は、蓄電池２の放電電流ｉ（電流センサ６の計測電流）を読取り、蓄電池２の満充電状態からの放電電流積算値Ｑｂ（ｊ）をＱｂ（ｊ）＝Ｑｂ（ｊ）＋放電電流ｉ×計測時間間隔Δｔによって算出する（＃４２）。ここで、計測時間間隔Δｔは、＃４１で充電を開始してから＃４２で放電電流ｉを読取るまでの時間間隔（次回以降は、＃４２〜＃４５の繰り返しにおいて放電電流ｉを読取る時間間隔）であり、所定時間間隔である。また、マイコン１６は、蓄電池２の端子間電圧ｕＬを読取り、その電圧ｕＬを放電電流積算値Ｑｂ（ｊ）のときの端子間電圧ｕＬｂ（ｊ）とする（＃４３）。 Subsequently, the microcomputer 16 sets the initial value Qb (0) of the discharge current integrated value Qb from the fully charged state of the storage battery 2 to Qb (0) = 0 (# 39), and sets the value of the counter j to j = 1. (# 40). Subsequently, the microcomputer 16 starts discharging the storage battery 2 from the fully charged state (# 41). That is, the charge switch 10 is opened and the discharge switch 11 is closed, whereby the storage battery 2 is discharged from the fully charged state. Then, the microcomputer 16 reads the discharge current i of the storage battery 2 (measured current of the current sensor 6), and calculates the accumulated discharge current value Qb (j) from the fully charged state of the storage battery 2 as Qb (j) = Qb (j) + It is calculated by the discharge current i × measurement time interval Δt (# 42). Here, the measurement time interval Δt is the time interval from the start of charging at # 41 to the time when the discharge current i is read at # 42 (from the next time, the time interval at which the discharge current i is read in the repetition of # 42 to # 45) ), And a predetermined time interval. The microcomputer 16 reads the voltage u L between the battery two terminals to the voltage u L and the discharge current accumulated value Qb terminal voltage when the (j) u L b (j ) (# 43).
蓄電池２が全放電完了するまで（＃４４でＮＯ）、マイコン１６は、カウンタｊの値を１づつ増加させて（＃４５）、＃４２、＃４３の処理を繰り返す。＃４２、＃４３の処理が繰り返されることにより、満充電状態からの各時点での放電電流積算値Ｑｂ（ｊ）（ｊ＝１、２、・・・）、及び、各電流積算値Ｑｂ（ｊ）のときの端子間電圧ｕＬｂ（ｊ）が得られる。蓄電池２が全放電完了すると（＃４４でＹＥＳ）、マイコン１６は、充電電流積算値Ｑａ（ｊ）、充電時の端子間電圧ｕＬａ（ｊ）、満充電状態に充電されたときの電流積算値Ｑｍａｘ、放電電流積算値Ｑｂ（ｊ）、及び放電時の端子間電圧ｕＬｂ（ｊ）（ｊ＝１、２、・・・）に基いて、所定の演算を行って、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を作成し（＃４６）、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得処理を終了する。 Until the storage battery 2 is completely discharged (NO in # 44), the microcomputer 16 increments the value of the counter j by 1 (# 45) and repeats the processes of # 42 and # 43. By repeating the processes of # 42 and # 43, the discharge current integrated value Qb (j) (j = 1, 2,...) And each current integrated value Qb ( The inter-terminal voltage u L b (j) at j) is obtained. When the storage battery 2 is fully discharged (YES in # 44), the microcomputer 16 determines the charging current integrated value Qa (j), the inter-terminal voltage u L a (j) during charging, and the current when fully charged. Based on the integrated value Qmax, the discharge current integrated value Qb (j), and the inter-terminal voltage u L b (j) (j = 1, 2,...) At the time of discharge, a predetermined calculation is performed, and the SOC− An OCV curve is created (# 46), and the SOC-OCV curve acquisition process is terminated.
＃１のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得処理を終えると、マイコン１６は、蓄電池２の初期時の電池容量Ｃ（０）を算出する（＃２）。すなわち、マイコン１６は、＃１のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得処理において求めたＱｍａｘ（ＳＯＣが０．０から１．０に増加する間の充電電流積算値）を初期時の電池容量Ｃ（０）とする。また、マイコン１６は、時計１４の計測する現在時刻を読取り、その時刻を電池容量算出時刻Ｔ（０）とする（＃３）。また、マイコン１６は、初期時以降の電池容量Ｃの算出回数ｍをｍ＝０に設定する（＃４）。＃１〜＃４の処理は、初期化の動作であり、＃１〜＃４の処理が終了すると、マイコン１６は、放電スイッチ１１を開き、充電スイッチ１０を閉じて、蓄電池２を充電し、蓄電池２が満充電完了すると、充電スイッチ１０を開き、蓄電池２を使用開始できる旨を表示部１５に表示する。ここで、ユーザは、充電器４を充電器接続端子９ａ、９ｂから取外し、負荷３を負荷接続端子８ａ、８ｂに接続する。これにより、蓄電池２は、満充電後の使用開始となり、負荷３は、蓄電池２の電力によって動作可能な状態となる。 When the # 1 SOC-OCV curve acquisition process is completed, the microcomputer 16 calculates the initial battery capacity C (0) of the storage battery 2 (# 2). That is, the microcomputer 16 calculates the Qmax (charge current integrated value while the SOC is increased from 0.0 to 1.0) obtained in the SOC-OCV curve acquisition process of # 1 as the initial battery capacity C (0). To do. Further, the microcomputer 16 reads the current time measured by the clock 14 and sets the time as the battery capacity calculation time T (0) (# 3). Further, the microcomputer 16 sets the calculation number m of the battery capacity C after the initial time to m = 0 (# 4). The processes of # 1 to # 4 are initialization operations. When the processes of # 1 to # 4 are completed, the microcomputer 16 opens the discharge switch 11, closes the charge switch 10, and charges the storage battery 2. When the storage battery 2 is fully charged, the charging switch 10 is opened and the display unit 15 displays that the storage battery 2 can be used. Here, the user removes the charger 4 from the charger connection terminals 9a and 9b, and connects the load 3 to the load connection terminals 8a and 8b. As a result, the storage battery 2 starts to be used after being fully charged, and the load 3 becomes operable by the power of the storage battery 2.
マイコン１６は、蓄電池２の満充電後の使用開始になると（＃５でＹＥＳ）、ＯＣＶ同定処理を行う（＃６）。ＯＣＶ同定処理において（図８参照）、マイコン１６は、まず、蓄電池２の端子間電圧ｕＬ及び放電電流ｉのサンプリング回数ｋをｋ＝１に設定する（＃５１）。続いて、マイコン１６は、蓄電池２の端子間電圧ｕＬ（ｋ）及び放電電流ｉ（ｋ）をサンプリングする（＃５２）。すなわち、電圧センサ５の計測電圧及び電流センサ６の計測電流をサンプリングする。そして、マイコン１６は、同定式（１３）を忘却機能付き逐次最小二乗法に適用して、ｕＬ（ｋ）、ｉ（ｋ）、ｕＬ（ｋ−１）、ｉ（ｋ−１）から同定式（１３）のパラメータｂ０（ｋ）、ａ０（ｋ）、ａ１（ｋ）を推定する（＃５３）。すなわち、同定式（１３）を忘却機能付き逐次最小二乗法に適用した場合のｂ０、ａ０、ａ１の推定式（２０）を用いて、ｕＬ（ｋ）、ｉ（ｋ）、ｕＬ（ｋ−１）、ｉ（ｋ−１）から推定値ｂ０（ｋ）、ａ０（ｋ）、ａ１（ｋ）を算出する。なお、ｕＬ（ｋ）の初期値ｕＬ（０）、ｉ（ｋ）の初期値ｉ（０）、ｂ０（ｋ）の初期値ｂ０（０）、ａ０（ｋ）の初期値ａ０（０）、ａ１（ｋ）の初期値ａ１（０）は、各々、０とする。 When the microcomputer 16 starts to be used after the storage battery 2 is fully charged (YES in # 5), the microcomputer 16 performs OCV identification processing (# 6). In OCV identification processing (see FIG. 8), the microcomputer 16 first sets a sampling number k of the voltage u L and the discharge current i between the battery 2 terminal to k = 1 (# 51). Subsequently, the microcomputer 16 samples the inter-terminal voltage u L (k) and the discharge current i (k) of the storage battery 2 (# 52). That is, the measurement voltage of the voltage sensor 5 and the measurement current of the current sensor 6 are sampled. Then, the microcomputer 16 applies the identification formula (13) to the sequential least squares method with a forgetting function, and from u L (k), i (k), u L (k−1), i (k−1). The parameters b 0 (k), a 0 (k), a 1 (k) of the identification formula (13) are estimated (# 53). That is, u L (k), i (k), u using the estimation equation (20) of b 0 , a 0 , a 1 when the identification equation (13) is applied to the sequential least square method with a forgetting function. Estimated values b 0 (k), a 0 (k), and a 1 (k) are calculated from L (k−1) and i (k−1). The initial value u L of u L (k) (0), the initial value of i (k) i (0), b 0 initial value b 0 of (k) (0), a 0 initial value of (k) The initial values a 1 (0) of a 0 (0) and a 1 (k) are 0 respectively.
ここで、マイコン１６は、算出した推定値ｂ０（ｋ）、ａ０（ｋ）、ａ１（ｋ）が適正であるか否かを判断する（＃５４）。この判断は、式（１８）の右辺の分母「１＋ａ１」を検査することで行われる。すなわち、１＋ａ１（ｋ）が非常に小さい値の場合には、推定値ｂ０（ｋ）、ａ０（ｋ）、ａ１（ｋ）が適正でないと判断する。これは、内部インピーダンスＲｂの誤算を防ぐためである。算出した推定値ｂ０（ｋ）、ａ０（ｋ）、ａ１（ｋ）が適正であれば（＃５４でＹＥＳ）、その推定値ｂ０（ｋ）、ａ０（ｋ）、ａ１（ｋ）をそのまま採用し（＃５５）、適正でなければ（＃５４でＮＯ）、前回の推定値ｂ０（ｋ−１）、ａ０（ｋ−１）、ａ１（ｋ−１）を今回の推定値ｂ０（ｋ）、ａ０（ｋ）、ａ１（ｋ）として置換える（＃５６）。 Here, the microcomputer 16 determines whether or not the calculated estimated values b 0 (k), a 0 (k), and a 1 (k) are appropriate (# 54). This determination is made by examining the denominator “1 + a 1 ” on the right side of Equation (18). That is, when 1 + a 1 (k) is a very small value, it is determined that the estimated values b 0 (k), a 0 (k), and a 1 (k) are not appropriate. This is to prevent miscalculation of the internal impedance Rb. If the calculated estimated values b 0 (k), a 0 (k), and a 1 (k) are appropriate (YES in # 54), the estimated values b 0 (k), a 0 (k), a 1 If (k) is adopted as it is (# 55) and is not appropriate (NO in # 54), the previous estimated values b 0 (k-1), a 0 (k-1), a 1 (k-1) Are replaced with the current estimated values b 0 (k), a 0 (k), a 1 (k) (# 56).
サンプリング回数ｋが３００になるまで（＃５７でＮＯ）、マイコン１６は、サンプリング回数ｋを１づつ増加させて（＃５８）、サンプリング周期Ｔｓが経過する毎に（＃５９でＹＥＳ）、＃５２〜＃５６の処理を繰り返す。サンプリング回数ｋが３００になると（＃５７でＹＥＳ）、マイコン１６は、ｂ０（ｋ）、ａ０（ｋ）、ａ１（ｋ）から内部インピーダンスＲａ、Ｒｂ、Ｃｂを算出する（＃６０）。すなわち、ｂ０（ｋ）、ａ０（ｋ）、ａ１（ｋ）をｂ０、ａ０、ａ１として、式（１７）（１８）（１９）からＲａ、Ｒｂ、Ｃｂを算出する。続いて、マイコン１６は、算出したＲａ、Ｒｂ、Ｃｂを同定式（１３）に当て嵌めて（ｂ０（ｋ）、ａ０（ｋ）、ａ１（ｋ）をｂ０、ａ０、ａ１として同定式（１３）に当て嵌めて）、ｕＬ（ｋ）、ｉ（ｋ）、ｕＬ（ｋ−１）、ｉ（ｋ−１）からＯＣＶを同定し（＃６１）、ＯＣＶ同定処理を終了する。 Until the number of times of sampling k reaches 300 (NO in # 57), the microcomputer 16 increases the number of times of sampling k by 1 (# 58), and every time the sampling period Ts elapses (YES in # 59), # 52. Repeat the process of # 56. When the number of times of sampling k reaches 300 (YES in # 57), the microcomputer 16 calculates internal impedances Ra, Rb, Cb from b 0 (k), a 0 (k), a 1 (k) (# 60). . That is, Ra, Rb, and Cb are calculated from the equations (17), (18), and (19) with b 0 (k), a 0 (k), and a 1 (k) as b 0 , a 0 , and a 1 . Subsequently, the microcomputer 16 applies the calculated Ra, Rb, and Cb to the identification formula (13) (b 0 (k), a 0 (k), and a 1 (k) as b 0 , a 0 , a 1 is applied to the identification formula (13)), and OCV is identified from u L (k), i (k), u L (k−1), i (k−1) (# 61), and OCV identification The process ends.
＃６のＯＣＶ同定処理を終えると、マイコン１６は、同定したＯＣＶから、＃１のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得処理で作成したＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に基いて、蓄電池２のＳＯＣを推定する（＃７）。推定したＳＯＣが所定の第1の基準ＳＯＣ１でなく（＃８でＮＯ）、また、第２の基準ＳＯＣ２でなければ（＃９でＮＯ）、マイコン１６は、＃６、＃７の処理を繰り返す。＃６、＃７の処理が繰り返されることにより、蓄電池２の満充電後の使用開始から継続的にＯＣＶが同定されてＳＯＣが推定されていき、ＳＯＣの推移（経時変化）が観測される。蓄電池２の電力が消費されてＳＯＣが減少していくと、＃６で同定されるＯＣＶが低下してしき、＃７で推定されるＳＯＣが減少していく。＃７で推定したＳＯＣが所定の第1の基準ＳＯＣ１（例えば０．９）になると（＃８でＹＥＳ）、マイコン１６は、蓄電池２の放電電流積算値Ｑｒ（電流センサ６の計測電流の積算値）の積算を開始し（＃１０）、引き続き、＃６、＃７の処理を繰り返す。 When the OCV identification process of # 6 is finished, the microcomputer 16 estimates the SOC of the storage battery 2 from the identified OCV based on the SOC-OCV curve created by the SOC-OCV curve acquisition process of # 1 (# 7). . If the estimated SOC is not the predetermined first reference SOC1 (NO in # 8) and is not the second reference SOC2 (NO in # 9), the microcomputer 16 repeats the processes of # 6 and # 7. . By repeating the processes of # 6 and # 7, the OCV is continuously identified from the start of use after the battery 2 is fully charged, the SOC is estimated, and the transition (time-dependent change) of the SOC is observed. When the power of the storage battery 2 is consumed and the SOC decreases, the OCV identified in # 6 decreases and the SOC estimated in # 7 decreases. When the SOC estimated in # 7 becomes a predetermined first reference SOC1 (for example, 0.9) (YES in # 8), the microcomputer 16 integrates the discharge current integrated value Qr of the storage battery 2 (integrated measurement current of the current sensor 6). Value) is started (# 10), and the processes of # 6 and # 7 are repeated.
その後、＃７で推定したＳＯＣが所定の第２の基準ＳＯＣ２（例えば０．２）になると（＃９でＹＥＳ）、マイコン１６は、放電電流積算値Ｑｒの積算を終了する（＃１１）。放電電流積算値Ｑｒは、ＳＯＣが所定の第1の基準ＳＯＣ１から所定の第２の基準ＳＯＣに推移する間の蓄電池２の放電電流積算値となる。そして、マイコン１６は、電池容量Ｃの算出回数ｍを１だけ増加させ（＃１２）、電池容量Ｃ（ｍ）をＣ（ｍ）＝Ｑｒ／（ＳＯＣ１−ＳＯＣ２）によって算出する（＃１３）。また、マイコン１６は、時計１４の計測する現在時刻を読取り、その時刻を電池容量算出時刻Ｔ（ｍ）とする（＃１４）。 Thereafter, when the SOC estimated in # 7 reaches a predetermined second reference SOC2 (for example, 0.2) (YES in # 9), the microcomputer 16 ends the integration of the discharge current integrated value Qr (# 11). The discharge current integrated value Qr is a discharge current integrated value of the storage battery 2 during the transition of the SOC from the predetermined first reference SOC1 to the predetermined second reference SOC. Then, the microcomputer 16 increases the calculation number m of the battery capacity C by 1 (# 12), and calculates the battery capacity C (m) by C (m) = Qr / (SOC1-SOC2) (# 13). Further, the microcomputer 16 reads the current time measured by the timepiece 14 and sets the time as the battery capacity calculation time T (m) (# 14).
ここで、電池容量Ｃの算出回数ｍが２未満であれば（＃１５でＮＯ）、マイコン１６は、＃５以降の処理を繰り返す。すなわち、マイコン１６は、その後、蓄電池２のＳＯＣが残り少なくなると（例えばＳＯＣが０．１になると）、その旨を表示部１５に表示する。ここで、ユーザは、充電器４を接続して、充電指示スイッチ１３を操作する。マイコン１６は、充電指示スイッチ１３が操作されると、充電スイッチ１０を閉じて、蓄電池２を充電し、蓄電池２が満充電完了すると、充電スイッチ１０を開き、充電を完了した旨を表示部１５に表示する。ここで、ユーザは、充電器４を取外す。これにより、蓄電池２は、満充電後の使用開始となり、マイコン１６は、＃６以降の処理を繰り返す。＃６以降の処理が繰り返されることにより、蓄電池２が満充電されて使用される毎に電池容量Ｃが算出され、電池容量Ｃの算出回数ｍが増加し、蓄電池２の複数の異なる時点における電池容量Ｃ（１）、Ｃ（２）、・・・が算出されていく。 If the calculation number m of the battery capacity C is less than 2 (NO in # 15), the microcomputer 16 repeats the processes after # 5. That is, after that, when the remaining SOC of the storage battery 2 decreases (for example, when the SOC becomes 0.1), the microcomputer 16 displays that fact on the display unit 15. Here, the user connects the charger 4 and operates the charging instruction switch 13. When the charging instruction switch 13 is operated, the microcomputer 16 closes the charging switch 10 to charge the storage battery 2. When the storage battery 2 is fully charged, the microcomputer 16 opens the charging switch 10 to indicate that charging has been completed. To display. Here, the user removes the charger 4. Thereby, the storage battery 2 starts to be used after being fully charged, and the microcomputer 16 repeats the processes after # 6. By repeating the processes after # 6, the battery capacity C is calculated every time the storage battery 2 is fully charged and used, and the number m of times of calculation of the battery capacity C increases. Capacitances C (1), C (2),... Are calculated.
電池容量Ｃの算出回数ｍが２以上になると（＃１５でＹＥＳ）、マイコン１６は、残寿命予測処理を行う（＃１６）。残寿命予測処理において（図９参照）、マイコン１６は、まず、電池容量Ｃの算出回数ｍが１０未満の場合には（＃７１でＹＥＳ）、ΔＣ（０）＝０、ｔ（０）＝０として（＃７２）、カウンタｊの値をｊ＝１とし（＃７３）、電池容量Ｃの算出回数ｍが１０以上の場合には（＃７１でＮＯ）、カウンタｊの値をｊ＝ｍ−９とする（＃７４）。これは、電池容量Ｃの算出回数ｍが１０未満の場合には、これまでに算出した全ての電池容量Ｃ（０）、Ｃ（１）、・・・、Ｃ（ｍ）を用いて蓄電池２の残寿命を予測し、一方、電池容量Ｃの算出回数ｍが１０以上の場合には、近い過去に算出した１０回分の電池容量Ｃ（ｍ−９）、Ｃ（ｍ−８）、・・・、Ｃ（ｍ）を用いて蓄電池２の残寿命を予測するためである。 When the number of calculations m of the battery capacity C is 2 or more (YES in # 15), the microcomputer 16 performs a remaining life prediction process (# 16). In the remaining life prediction process (see FIG. 9), the microcomputer 16 first determines that ΔC (0) = 0, t (0) = when the calculation number m of the battery capacity C is less than 10 (YES in # 71). 0 (# 72), the value of the counter j is set to j = 1 (# 73), and when the battery capacity C calculation count m is 10 or more (NO in # 71), the value of the counter j is set to j = m -9 (# 74). This is because, when the number m of times of calculation of the battery capacity C is less than 10, the storage battery 2 using all the battery capacities C (0), C (1),. On the other hand, when the number m of calculation of the battery capacity C is 10 or more, the battery capacity C (m-9), C (m-8), 10 times calculated in the near past, This is because the remaining life of the storage battery 2 is predicted using C (m).
続いて、マイコン１６は、ΔＣ（ｊ）＝初期時の電池容量Ｃ（０）−電池容量Ｃ（ｊ）、及びｔ（ｊ）＝電池容量算出時刻（ｊ）−初期時の電池容量算出時刻Ｔ（０）を算出する（＃７５）。ここで、ΔＣ（ｊ）は、初期時からの容量減少量であり、ｔ（ｊ）は、容量減少量がΔＣ（ｊ）になるまでの初期時からの経過時間である。カウンタｊの値が電池容量Ｃの算出回数ｍになるまで（＃７６でＮＯ）、マイコン１６は、カウンタｊの値を１づつ増加させて（＃７７）、＃７５の処理を繰り返す。これにより、電池容量Ｃの算出回数ｍが１０未満の場合には、これまでに算出した全ての電池容量Ｃ（０）、Ｃ（１）、・・・、Ｃ（ｍ）に基く初期時からの容量減少量ΔＣ（０）、ΔＣ（１）、・・・、ΔＣ（ｍ）と、それらの容量減少量ΔＣ（０）、ΔＣ（１）、・・・、ΔＣ（ｍ）になるまでの初期時からの経過時間ｔ（０）、ｔ（１）、・・・、ｔ（ｍ）が得られる。一方、電池容量Ｃの算出回数ｍが１０以上の場合には、近い過去に算出した１０回分の電池容量Ｃ（ｍ−９）、Ｃ（ｍ−８）、・・・、Ｃ（ｍ）に基く初期時からの容量減少量ΔＣ（ｍ−９）、ΔＣ（ｍ−８）、・・・、ΔＣ（ｍ）と、それらの容量減少量ΔＣ（ｍ−９）、ΔＣ（ｍ−８）、・・・、ΔＣ（ｍ）になるまでの初期時からの経過時間ｔ（ｍ−９）、ｔ（ｍ−８）、・・・、ｔ（ｍ）が得られる。 Subsequently, the microcomputer 16 determines that ΔC (j) = initial battery capacity C (0) −battery capacity C (j) and t (j) = battery capacity calculation time (j) −initial battery capacity calculation time. T (0) is calculated (# 75). Here, ΔC (j) is a capacity decrease amount from the initial time, and t (j) is an elapsed time from the initial time until the capacity decrease amount becomes ΔC (j). Until the value of the counter j reaches the number m of battery capacity C calculations (NO in # 76), the microcomputer 16 increments the value of the counter j by 1 (# 77) and repeats the process of # 75. Thereby, when the number m of calculation of the battery capacity C is less than 10, from the initial time based on all the battery capacities C (0), C (1),..., C (m) calculated so far. Capacity reduction amounts ΔC (0), ΔC (1),..., ΔC (m) and their capacity reduction amounts ΔC (0), ΔC (1),. Elapsed time t (0), t (1),..., T (m) from the initial time is obtained. On the other hand, when the number m of times of calculation of the battery capacity C is 10 or more, the battery capacity C (m-9), C (m-8),. The amount of decrease in capacity ΔC (m−9), ΔC (m−8),..., ΔC (m) from the initial time and the amount of decrease in capacity ΔC (m−9) and ΔC (m−8) ,..., ΔC (m), and elapsed times t (m−9), t (m−8),.
続いて、電池容量Ｃの算出回数ｍが１０未満の場合には（＃７８でＹＥＳ）、マイコン１６は、ルート則を適用し、ルート則の劣化予測式ｔ＝ａ×ΔＣ２＋ｂ×ΔＣ＋ｃを最小二乗法に適用して、ΔＣ（０）、ｔ（０）、ΔＣ（１）、ｔ（１）、・・・、ΔＣ（ｍ）、ｔ（ｍ）から残寿命ｔｚを算出する（＃７９）。残寿命ｔｚは、現時点から電池容量Ｃが所定の容量（例えば初期時の電池容量Ｃ（０）の半分）に減少するまでの時間である。電池容量Ｃの算出回数ｍが１０未満の場合にルート則を適用するのは、一般に、蓄電池２の新品からの使い始めにおいては、電池容量Ｃがルート則に従って減少していくためである。＃７９では、残寿命ｔｚは、これまでに算出した全ての電池容量Ｃ（０）、Ｃ（１）、・・・、Ｃ（ｍ）とそれらの算出時刻Ｔ（０）、Ｔ（１）、・・・、Ｔ（ｍ）とに基いて算出されることになる。 Subsequently, when the calculation number m of the battery capacity C is less than 10 (YES in # 78), the microcomputer 16 applies the root rule and sets the route rule deterioration prediction formula t = a × ΔC 2 + b × ΔC + c. Applying to the least square method, the remaining lifetime tz is calculated from ΔC (0), t (0), ΔC (1), t (1),..., ΔC (m), t (m) (# 79). The remaining life tz is the time from the current time until the battery capacity C decreases to a predetermined capacity (for example, half of the initial battery capacity C (0)). The reason why the root rule is applied when the number m of calculation times of the battery capacity C is less than 10 is that the battery capacity C generally decreases in accordance with the root rule when the storage battery 2 starts to be used from a new one. In # 79, the remaining life tz is calculated based on all the battery capacities C (0), C (1),..., C (m) calculated so far and their calculated times T (0), T (1). ,..., T (m).
一方、電池容量Ｃの算出回数ｍが１０以上の場合には（＃７８でＮＯ）、前回、ルート則を適用していれば（＃８０でＹＥＳ）、マイコン１６は、ルート則の劣化予測式ｔ＝ａ×ΔＣ２＋ｂ×ΔＣ＋ｃを最小二乗法に適用して、ΔＣ（ｍ−９）、ｔ（ｍ−９）、ΔＣ（ｍ−８）、ｔ（ｍ−８）、・・・、ΔＣ（ｍ）、ｔ（ｍ）からａ、ｂ、ｃを算出し（＃８１）、ａ、ｂ、ｃが前回から大きく変化しているか否かを判断する（＃８２）。これは、一般に、蓄電池２の新品からの使い始めからある程度時間が経過すると、電池容量Ｃが線形則に従って減少していく（ルート則に従った減少から線形則に従った減少に変化する）ことがあり、電池容量Ｃの減少が線形則に従った減少に変化したか否かを判断するためである。ここで、ａ、ｂ、ｃが前回から大きく変化していなければ（＃８２でＮＯ）、マイコン１６は、ルート則を適用し、ルート則の劣化予測式ｔ＝ａ×ΔＣ２＋ｂ×ΔＣ＋ｃを最小二乗法に適用して、ΔＣ（ｍ−９）、ｔ（ｍ−９）、ΔＣ（ｍ−８）、ｔ（ｍ−８）、・・・、ΔＣ（ｍ）、ｔ（ｍ）から、残寿命ｔｚを算出する（＃８３）。一方、ａ、ｂ、ｃが前回から大きく変化していれば（＃８２でＹＥＳ）、マイコン１６は、電池容量Ｃの減少が線形則に従った減少に変化したと判断し、線形則を適用し、線形則の劣化予測式ｔ＝ｂ×ΔＣ＋ｃを最小二乗法に適用して、ΔＣ（ｍ−９）、ｔ（ｍ−９）、ΔＣ（ｍ−８）、ｔ（ｍ−８）、・・・、ΔＣ（ｍ）、ｔ（ｍ）から、残寿命ｔｚを算出する（＃８４）。＃８３及び＃８４では、残寿命ｔｚは、近い過去に算出した１０回分の電池容量Ｃ（ｍ−９）、Ｃ（ｍ−８）、・・・、Ｃ（ｍ）とその算出時刻Ｔ（ｍ−９）、Ｔ（ｍ−８）、・・・、Ｔ（ｍ）に基いて算出されることになる。 On the other hand, if the calculation number m of the battery capacity C is 10 or more (NO in # 78), if the route rule has been applied last time (YES in # 80), the microcomputer 16 uses the route rule deterioration prediction formula. Applying t = a × ΔC 2 + b × ΔC + c to the least squares method, ΔC (m−9), t (m−9), ΔC (m−8), t (m−8),. A, b and c are calculated from ΔC (m) and t (m) (# 81), and it is determined whether or not a, b and c have changed significantly from the previous time (# 82). In general, the battery capacity C decreases according to a linear rule (changes from a decrease according to the root rule to a decrease according to the linear rule) after a certain amount of time has elapsed from the start of use of the storage battery 2 from a new one. This is to determine whether or not the decrease in the battery capacity C has changed to a decrease in accordance with the linear rule. Here, if a, b, and c have not changed significantly from the previous time (NO in # 82), the microcomputer 16 applies the root rule and sets the deterioration prediction formula t = a × ΔC 2 + b × ΔC + c for the root rule. Applying to the method of least squares, from ΔC (m−9), t (m−9), ΔC (m−8), t (m−8),..., ΔC (m) and t (m) The remaining life tz is calculated (# 83). On the other hand, if a, b, and c have changed significantly from the previous time (YES in # 82), the microcomputer 16 determines that the decrease in the battery capacity C has changed to a decrease according to the linear rule, and applies the linear rule. Then, applying the linear law degradation prediction formula t = b × ΔC + c to the least squares method, ΔC (m−9), t (m−9), ΔC (m−8), t (m−8), ..., ΔC (m), t (m), and calculates the remaining life tz (# 84). In # 83 and # 84, the remaining life tz is calculated as the battery capacity C (m-9), C (m-8),... m−9), T (m−8),..., T (m).
＃８０において、前回、ルート則を適用していなければ（線形則を適用していれば）（＃８０でＮＯ）、マイコン１６は、線形則の劣化予測式ｔ＝ｂ×ΔＣ＋ｃを最小二乗法に適用して、ΔＣ（ｍ−９）、ｔ（ｍ−９）、ΔＣ（ｍ−８）、ｔ（ｍ−８）、・・・、ΔＣ（ｍ）、ｔ（ｍ）からｂ、ｃを算出して（＃８５）、ｂ、ｃが前回から大きく変化しているか否かを判断する（＃８６）。そして、ｂ、ｃが前回から大きく変化していなければ（＃８６でＮＯ）、マイコン１６は、線形則を適用して、残寿命ｔｚを算出し（＃８４）、一方、ｂ、ｃが前回から大きく変化していれば（＃８６でＹＥＳ）、マイコン１６は、電池容量Ｃの減少がルート則に従った減少に変化したと判断し、ルート則を適用して、残寿命ｔｚを算出する（＃８３）。 In # 80, if the root rule has not been applied last time (if the linear rule has been applied) (NO in # 80), the microcomputer 16 uses the least squares method to calculate the linear rule deterioration prediction formula t = b × ΔC + c. .DELTA.C (m-9), t (m-9), .DELTA.C (m-8), t (m-8),..., .DELTA.C (m), t (m) to b, c Is calculated (# 85), and it is determined whether b and c have changed significantly from the previous time (# 86). If b and c have not changed significantly from the previous time (NO in # 86), the microcomputer 16 applies the linear rule to calculate the remaining life tz (# 84), while b and c are the previous time. If the battery 16 has changed significantly (YES in # 86), the microcomputer 16 determines that the decrease in the battery capacity C has changed to a decrease according to the root rule, and calculates the remaining life tz by applying the root rule. (# 83).
＃７９、＃８３、又は＃８４で残寿命ｔｚを算出した後、マイコン１６は、その算出した残寿命ｔｚを表示部１５に表示し（＃８７）、残寿命予測処理を終了する。残寿命予測処理を終えると、マイコン１６は、＃５以降の処理を繰り返す。これにより、蓄電池２が満充電されて使用される毎に、新たに電池容量Ｃが算出されて、新たに残寿命ｒｚが予測され、その残寿命ｔｚが表示部１５に表示される。 After calculating the remaining life tz in # 79, # 83, or # 84, the microcomputer 16 displays the calculated remaining life tz on the display unit 15 (# 87), and ends the remaining life prediction process. When the remaining life prediction process is finished, the microcomputer 16 repeats the processes after # 5. Thus, each time the storage battery 2 is fully charged and used, the battery capacity C is newly calculated, the remaining life rz is newly predicted, and the remaining life tz is displayed on the display unit 15.
本発明によれば、蓄電池２のＯＣＶを一定として蓄電池２の内部インピーダンスが同定され、蓄電池２の内部インピーダンスを一定として蓄電池２のＯＣＶが同定される。これにより、蓄電池２のＯＣＶを高精度に同定することができ、蓄電池２のＳＯＣの推定精度を高めることができる。従って、蓄電池２の電池容量Ｃの推定精度を高めることができ、蓄電池２の残寿命ｔｚを高精度に予測することができる。 According to the present invention, the internal impedance of the storage battery 2 is identified with the OCV of the storage battery 2 constant, and the OCV of the storage battery 2 is identified with the internal impedance of the storage battery 2 constant. Thereby, the OCV of the storage battery 2 can be identified with high accuracy, and the estimation accuracy of the SOC of the storage battery 2 can be increased. Therefore, the estimation accuracy of the battery capacity C of the storage battery 2 can be increased, and the remaining life tz of the storage battery 2 can be predicted with high accuracy.
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、ＯＣＶの同定において、蓄電池２の端子間電圧ｕＬと放電電流ｉのサンプリング周期Ｔｓを変動させるようにしてもよい。このようにすれば、計算量を増やすことなく、速い時定数を持った内部インピーダンスと遅い時定数を持った内部インピーダンスの両方を観測できるため、低価格のマイコン１６でも、ＯＣＶの同定精度を高めることができる。また、ＯＣＶの同定において、同定式（１３）を、忘却機能付き最小二乗法に代えて、忘却機能付でない逐次最小二乗法や一括最小二乗法に適用してもよい。また、初期時の電池容量Ｃ（０）及び初期時以降の電池容量Ｃ（１）、Ｃ（２）、・・・の算出において、放電電流積算値に代えて、充電電流積算値を用いてもよい。また、残寿命Ｔｚの予測において、初期時の電池容量Ｃ（０）及び初期時以降の電池容量Ｃ（１）、Ｃ（２）、・・・に加え、蓄電池２の初期時の内部インピーダンス及び初期時以降に同定式（１３）を用いて同定した内部インピーダンスに基いて、残寿命ｔｚを予測するようにしてもよい。 In addition, this invention is not restricted to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the identification of OCV, may be varied between the battery 2 terminal voltage u L sampling period Ts of the discharge current i. In this way, both the internal impedance with a fast time constant and the internal impedance with a slow time constant can be observed without increasing the amount of calculation, so that even the low-cost microcomputer 16 increases the OCV identification accuracy. be able to. In identification of OCV, the identification formula (13) may be applied to a sequential least square method or a collective least square method without forgetting function instead of the least square method with forgetting function. Further, in the calculation of the initial battery capacity C (0) and the initial and subsequent battery capacities C (1), C (2),..., The charging current integrated value is used instead of the discharge current integrated value. Also good. In addition, in the prediction of the remaining life Tz, in addition to the initial battery capacity C (0) and the initial and subsequent battery capacities C (1), C (2),. The remaining life tz may be predicted based on the internal impedance identified using the identification formula (13) after the initial time.
また、蓄電池２の放電電流又は充電電流にパルスを発生させて、その応答波形を参考情報として加味して、蓄電池２の内部インピーダンスを同定するようにしてもよい。また、蓄電池２の放電電流又は充電電流に交流電流を重畳させて、その応答を参考情報として加味して、蓄電池２の内部インピーダンスを同定するようにしてもよい。また、蓄電池２の充放電回数に基いて残寿命ｔｚを予測するようにしてもよい。すなわち、蓄電池２の充放電回数をＮとし、Ｎ＝ａ×ΔＣ２＋ｂ×ΔＣ＋ｃ又はＮ＝ｂ×ΔＣ＋ｃのいずれかに従うと仮定して、残寿命ｔｚを予測するようにしてもよい。また、蓄電池２の温度依存の劣化傾向を加味して、残寿命ｔｚを予測するようにしてもよい。また、本発明は、リチウムイオン蓄電池以外の蓄電池にも適用可能である。 Further, the internal impedance of the storage battery 2 may be identified by generating a pulse in the discharge current or the charging current of the storage battery 2 and taking the response waveform as reference information. Alternatively, the internal impedance of the storage battery 2 may be identified by superimposing an alternating current on the discharge current or charging current of the storage battery 2 and taking the response as reference information. Further, the remaining life tz may be predicted based on the number of times of charging / discharging of the storage battery 2. That is, the remaining life tz may be predicted on the assumption that the number of times of charging / discharging of the storage battery 2 is N and N = a × ΔC 2 + b × ΔC + c or N = b × ΔC + c. Further, the remaining life tz may be predicted in consideration of the temperature-dependent deterioration tendency of the storage battery 2. Moreover, this invention is applicable also to storage batteries other than a lithium ion storage battery.
１ 蓄電池劣化診断装置
２ リチウムイオン蓄電池
３ 負荷
４ 充電器
５ 電圧センサ
６ 電流センサ
７ａ、７ｂ 電池接続端子
８ａ、８ｂ 負荷接続端子
９ａ、９ｂ 充電器接続端子
１０ 充電スイッチ
１１ 放電スイッチ
１２ 初期化スイッチ
１３ 充電指示スイッチ
１４ 時計
１５ 表示部
１６ マイクロコンピュータ
２０ リチウムイオン蓄電池の等価回路モデル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Storage battery deterioration diagnostic apparatus 2 Lithium ion storage battery 3 Load 4 Charger 5 Voltage sensor 6 Current sensor 7a, 7b Battery connection terminal 8a, 8b Load connection terminal 9a, 9b Charger connection terminal 10 Charge switch 11 Discharge switch 12 Initialization switch 13 Charge instruction switch 14 Clock 15 Display 16 Microcomputer 20 Equivalent circuit model of lithium ion storage battery
Claims (6)
蓄電池が全放電状態から満充電状態に充電される間の各時点における蓄電池の充電電流積算値、蓄電池が満充電状態から全放電状態に放電される間の各時点における蓄電池の放電電流積算値、及びそれらの各時点における蓄電池の端子間電圧に基いて、蓄電池の蓄電池残量ＳＯＣ（State of Charge）と開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）との関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を求めるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得ステップと、
蓄電池の端子間電圧と放電電流又は充電電流とを蓄電池の等価回路モデルに適用して蓄電池のある時点におけるＯＣＶを同定するＯＣＶ同定ステップと、
前記ＯＣＶ同定ステップで同定したＯＣＶと前記ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得ステップで求めたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線とを用いて蓄電池のある時点におけるＳＯＣを推定するＳＯＣ推定ステップと、
前記ＯＣＶ同定ステップ及び前記ＳＯＣ推定ステップを繰り返して、蓄電池のＳＯＣの推移を観測し、ＳＯＣが所定の第1の基準ＳＯＣと所定の第２の基準ＳＯＣとを推移する間の蓄電池の放電電流積算値又は充電電流積算値に基いて、蓄電池のある時点における電池容量を求め、これを繰り返して、蓄電池の複数の異なる時点における電池容量を求める電池容量取得ステップと、
蓄電池の初期時の電池容量及び前記電池容量取得ステップで求めた複数の異なる時点における電池容量に基いて蓄電池の残寿命を予測する残寿命予測ステップと、を備え、
前記ＯＣＶ同定ステップにおいて、蓄電池の等価回路モデルから蓄電池のＯＣＶを一定として導出される所定の同定式を用いて蓄電池の内部インピーダンスを同定し、その同定した内部インピーダンスを前記所定の同定式に当て嵌めて蓄電池のＯＣＶを同定する、
ことを特徴とする蓄電池劣化診断方法。 In the storage battery deterioration diagnosis method for estimating the battery capacity of the storage battery and predicting the remaining life of the storage battery based on the battery capacity,
The accumulated charge current value of the storage battery at each time point while the storage battery is charged from the fully discharged state to the fully charged state, the accumulated discharge current value of the storage battery at each time point during which the storage battery is discharged from the fully charged state to the fully discharged state, And an SOC-OCV curve for obtaining a SOC-OCV curve indicating a relationship between a storage battery remaining SOC (State of Charge) of the storage battery and an open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) based on the voltage between the terminals of the storage battery at each time point. An acquisition step;
An OCV identification step of identifying an OCV at a certain point in time of the storage battery by applying a voltage between the terminals of the storage battery and a discharge current or a charging current to an equivalent circuit model of the storage battery;
An SOC estimation step for estimating the SOC at a certain point in time of the storage battery using the OCV identified in the OCV identification step and the SOC-OCV curve obtained in the SOC-OCV curve acquisition step;
The OCV identifying step and the SOC estimating step are repeated to observe the transition of the SOC of the storage battery, and the discharge current integration of the storage battery while the SOC transitions between the predetermined first reference SOC and the predetermined second reference SOC A battery capacity obtaining step for obtaining a battery capacity at a certain point in time of the storage battery based on the value or the charging current integrated value, and repeating this to obtain a battery capacity at a plurality of different points in time of the storage battery;
A remaining life prediction step of predicting the remaining life of the storage battery based on the battery capacity at the initial time of the storage battery and the battery capacity at a plurality of different time points obtained in the battery capacity acquisition step,
In the OCV identification step, the internal impedance of the storage battery is identified using a predetermined identification formula derived from the equivalent circuit model of the storage battery with the OCV of the storage battery being constant, and the identified internal impedance is fitted to the predetermined identification formula. To identify the OCV of the storage battery,
A storage battery deterioration diagnosis method characterized by the above.
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電池劣化診断方法。 In the remaining life prediction step, in addition to the initial battery capacity and the battery capacity at a plurality of different times, the remaining life of the storage battery is predicted based on the initial internal impedance and the internal impedance identified in the OCV identification step.
The storage battery deterioration diagnosis method according to claim 1 or 2, characterized in that:
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の蓄電池劣化診断方法。 The OCV identification step fluctuates the sampling period for measuring the voltage between the terminals of the storage battery and the discharge current or the charge current,
The storage battery deterioration diagnosis method according to any one of claims 1 to 3, wherein the storage battery deterioration diagnosis method is provided.
蓄電池の端子間電圧を計測する電圧センサと、
蓄電池の放電電流又は充電電流を計測する電流センサと、
前記電圧センサの計測電圧及び前記電流センサの計測電流に基いて、所定のプログラムによる演算処理により蓄電池の劣化を診断するマイクロコンピュータと、
前記マイクロコンピュータによる演算処理により得られた各種データを表示する表示部と、を備え、
前記マイクロコンピュータは、
蓄電池が全放電状態から満充電状態に充電される間、蓄電池の充電電流積算値を前記電流センサの計測電流に基いて所定時間間隔で算出し、また、蓄電池が満充電状態から全放電状態に放電される間、蓄電池の放電電流積算値を前記電流センサの計測電流に基いて所定時間間隔で算出し、それらの電流積算値、及びそれらの各電流積算値の算出時点における前記電圧センサの計測電圧に基いて、蓄電池の蓄電池残量ＳＯＣ（State of Charge）と開放電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）との関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を求めるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得ステップと、
前記電圧センサの計測電圧と前記電流センサの計測電流とを蓄電池の等価回路モデルに適用して蓄電池のある時点におけるＯＣＶを同定するＯＣＶ同定ステップと、
前記ＯＣＶ同定ステップで同定したＯＣＶと前記ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線取得ステップで求めたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線とを用いて蓄電池のある時点におけるＳＯＣを推定するＳＯＣ推定ステップと、
前記ＯＣＶ同定ステップ及び前記ＳＯＣ推定ステップを繰り返して、蓄電池のＳＯＣの推移を観測し、ＳＯＣが所定の第1の基準ＳＯＣと所定の第２の基準ＳＯＣとを推移する間の蓄電池の放電電流積算値又は充電電流積算値を前記電流センサの計測電流に基いて算出し、その電流積算値に基いて蓄電池のある時点における電池容量を求め、これを繰り返して、蓄電池の複数の異なる時点における電池容量を求める電池容量取得ステップと、
蓄電池の初期時の電池容量及び前記電池容量取得ステップで求めた複数の異なる時点における電池容量に基いて蓄電池の残寿命を予測する残寿命予測ステップと、を実行し、
前記ＯＣＶ同定ステップにおいて、蓄電池の等価回路モデルから蓄電池のＯＣＶを一定として導出される所定の同定式を用いて蓄電池の内部インピーダンスを同定し、その同定した内部インピーダンスを前記所定の同定式に当て嵌めて蓄電池のＯＣＶを同定する、
ことを特徴とする蓄電池劣化診断装置。 In a storage battery deterioration diagnosis device that uses a storage battery connected to estimate the battery capacity of the storage battery and predicts the remaining life of the storage battery based on the battery capacity.
A voltage sensor for measuring the voltage between the terminals of the storage battery;
A current sensor for measuring the discharge current or charge current of the storage battery;
Based on the measured voltage of the voltage sensor and the measured current of the current sensor, a microcomputer for diagnosing deterioration of the storage battery by arithmetic processing according to a predetermined program;
A display unit for displaying various data obtained by arithmetic processing by the microcomputer,
The microcomputer is
While the storage battery is charged from the fully discharged state to the fully charged state, the accumulated charge current value of the storage battery is calculated at predetermined time intervals based on the measured current of the current sensor, and the storage battery is changed from the fully charged state to the fully discharged state. During discharge, the accumulated discharge current value of the storage battery is calculated at a predetermined time interval based on the measured current of the current sensor, and the current sensor value and the measurement of the voltage sensor at the time of calculation of each current accumulated value are calculated. An SOC-OCV curve acquisition step for obtaining an SOC-OCV curve indicating a relationship between a storage battery remaining amount SOC (State of Charge) of the storage battery and an open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) based on the voltage;
An OCV identification step of identifying an OCV at a certain point in time of the storage battery by applying the measurement voltage of the voltage sensor and the measurement current of the current sensor to an equivalent circuit model of the storage battery;
An SOC estimation step for estimating the SOC at a certain point in time of the storage battery using the OCV identified in the OCV identification step and the SOC-OCV curve obtained in the SOC-OCV curve acquisition step;
The OCV identifying step and the SOC estimating step are repeated to observe the transition of the SOC of the storage battery, and the discharge current integration of the storage battery while the SOC transitions between the predetermined first reference SOC and the predetermined second reference SOC Value or charging current integrated value is calculated based on the measured current of the current sensor, the battery capacity at a certain point in time of the storage battery is obtained based on the current integrated value, and this is repeated, and the battery capacity at a plurality of different times of the storage battery is determined. Battery capacity acquisition step for
Performing a remaining life prediction step of predicting the remaining life of the storage battery based on the battery capacity at the initial time of the storage battery and the battery capacity at a plurality of different time points obtained in the battery capacity acquisition step;
In the OCV identification step, the internal impedance of the storage battery is identified using a predetermined identification formula derived from the equivalent circuit model of the storage battery with the OCV of the storage battery being constant, and the identified internal impedance is fitted to the predetermined identification formula. To identify the OCV of the storage battery,
A storage battery deterioration diagnosis device.
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