JPWO2016059869A1 - Secondary battery charge state estimation apparatus and charge state estimation method thereof - Google Patents
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Abstract
二次電池の充電状態を精度良く推定することのできる二次電池の充電状態推定装置及び充電状態推定方法を提供する。二次電池を構成する電池セル1の状態量の測定データに基づいて、二次電池の劣化状態を推定するSOH推定部8と、少なくとも劣化状態と二次電池の内部状態パラメータの値とが関連付けられた電池特性情報が記憶された電池特性情報記憶部10と、電池特性情報記憶部10の電池特性テーブルから、SOH推定部8で推定した劣化状態に応じた内部状態パラメータを求め、当該内部状態パラメータに基づいて二次電池の充電率を算出するSOC推定部11と、を備える。Provided are a secondary battery charge state estimation device and a charge state estimation method capable of accurately estimating the state of charge of a secondary battery. Based on the measurement data of the state quantity of the battery cell 1 constituting the secondary battery, the SOH estimating unit 8 that estimates the deterioration state of the secondary battery and at least the deterioration state and the value of the internal state parameter of the secondary battery are associated with each other. An internal state parameter corresponding to the deterioration state estimated by the SOH estimating unit 8 is obtained from the battery characteristic information storage unit 10 storing the obtained battery characteristic information and the battery characteristic table of the battery characteristic information storage unit 10, and the internal state And an SOC estimation unit 11 that calculates the charging rate of the secondary battery based on the parameters.
Description
本発明の実施形態は、電力系統等につながる電力貯蔵用二次電池システム等において、二次電池の充電状態推定装置及びその充電状態推定方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a secondary battery charging state estimation device and a charging state estimation method thereof in a secondary battery system for power storage connected to an electric power system and the like.
二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車のバッテリとしてや、定置型の電力貯蔵用二次電池システムに用いられている。二次電池の充電状態(SOC:State Of Charge)は充電率で表され、二次電池を放電終止電圧(完放電)まで放電した状態をSOC 0%と定義し、逆に充電終止電圧(満充電)まで充電した状態をSOC 100%と定義する。換言すると、充電率は、電池容量に対する現在の充電量の割合ということができる。 The secondary battery is used as a battery of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle or in a stationary secondary battery system for power storage. The state of charge (SOC) of the secondary battery is expressed as a charging rate, and the state in which the secondary battery is discharged to the end-of-discharge voltage (complete discharge) is defined as SOC 0%. The state of charging up to (charging) is defined as SOC 100%. In other words, the charging rate can be said to be the ratio of the current charging amount to the battery capacity.
二次電池の充電率は、二次電池の充放電可能容量を推定するために重要であり、車載用二次電池の場合は航続可能距離の算出に大きな影響を与える。また、定置型二次電池システムでは、充電率の推定値において誤差が生じると、充放電が予期せず停止したり、二次電池を効率的に利用できなかったりする等の問題が発生する。 The charging rate of the secondary battery is important for estimating the chargeable / dischargeable capacity of the secondary battery, and in the case of a vehicle-mounted secondary battery, it greatly affects the calculation of the cruising range. Further, in the stationary secondary battery system, when an error occurs in the estimated value of the charging rate, problems such as unexpectedly stopping charging / discharging or being unable to use the secondary battery efficiently occur.
二次電池の充電率を算出する方法としては様々な方法が提案されている。例えば、電流積算方法がある。この方法は、二次電池の充放電電流を電流センサーで計測し、その電流値を積算することで二次電池の充電率を算出する方法である。しかし、この電流積算方法では、電流センサーの計測誤差が蓄積し、充電率の測定値に大きな誤差が生じてしまう。 Various methods have been proposed for calculating the charging rate of the secondary battery. For example, there is a current integration method. In this method, the charging / discharging current of the secondary battery is measured by a current sensor, and the charging rate of the secondary battery is calculated by integrating the current values. However, in this current integration method, current sensor measurement errors accumulate, and a large error occurs in the measured charge rate.
そのため、電流積算法で求めた充電率に対して、無電流時の開放電圧(OCV:Open Cuircit Voltage)から充電率を補正する方法がある。この方法は、電池の各充電率(例えば、SOC10%毎等)での開放電圧を予め測定し、電池特性を取得しておく。充電中は電流積算法で充電率を測定し、充放電が行われない無電流時に電池セルの開放電圧を測定し、予め取得した上記の電池特性(OCV−SOC特性)から電池の充電率を補正するものである。 Therefore, there is a method of correcting the charging rate from the open circuit voltage (OCV: Open Circuit Voltage) when there is no current with respect to the charging rate obtained by the current integration method. In this method, the open circuit voltage at each charging rate (for example, every 10% of SOC) of the battery is measured in advance, and the battery characteristics are acquired. During charging, the charging rate is measured by the current integration method, the open-circuit voltage of the battery cell is measured when there is no charging / discharging, and the charging rate of the battery is calculated from the battery characteristics (OCV-SOC characteristics) acquired in advance. It is to correct.
その他、二次電池の等価回路モデルでシミュレーションし、充放電電流と電池温度から二次電池の閉路電圧(CCV:Closed Circuit Voltage)を推定し、計測された電池電圧からカルマン・フィルタを用いて充電率を補正する方法がある。 In addition, simulation is performed with an equivalent circuit model of a secondary battery, the closed circuit voltage (CCV) of the secondary battery is estimated from the charge / discharge current and the battery temperature, and charging is performed using the Kalman filter from the measured battery voltage. There is a way to correct the rate.
上記の通り、二次電池の使用をする上で、二次電池の充電率を正確に推定することは重要である。二次電池の充電率を算出する方法としては様々な方法が提案されているが、中でも電池特性を用いて充電率を推定する方法では、電池の劣化状態(SOH:State Of Health)を考慮する必要がある。ところが、従来の電池特性を用いて充電率を推定する方法は、電池の劣化を考慮したものではなく、初期の電池特性のみを用いて充電率を算出していたため、推定誤差が拡大するという問題が生じていた。 As described above, when using a secondary battery, it is important to accurately estimate the charging rate of the secondary battery. Various methods have been proposed as a method for calculating the charging rate of the secondary battery. In particular, the method for estimating the charging rate using the battery characteristics takes into account the state of health (SOH) of the battery. There is a need. However, the conventional method of estimating the charging rate using the battery characteristics does not take into account the deterioration of the battery, and the charging rate is calculated using only the initial battery characteristics, so that the estimation error increases. Has occurred.
本実施形態に係る二次電池の充電状態推定装置及び充電状態推定方法は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、二次電池の充電状態を精度良く推定することのできる二次電池の充電状態推定装置及び充電状態推定方法を提供することを目的とする。 The charging state estimation device and the charging state estimation method for a secondary battery according to the present embodiment are made to solve the above-described problems, and can accurately estimate the charging state of the secondary battery. An object of the present invention is to provide a state of charge estimation device and a state of charge estimation method for a secondary battery.
上記の目的を達成するために、本実施形態の二次電池の充電状態推定装置は、二次電池を構成する電池セルの状態量の測定データに基づいて、二次電池の劣化状態を推定するSOH推定部と、少なくとも劣化状態と二次電池の内部状態パラメータの値とが関連付けられた電池特性情報が記憶された記憶部と、前記記憶部の電池特性情報から、前記SOH推定部で推定した劣化状態に応じた内部状態パラメータを求め、当該内部状態パラメータに基づいて二次電池の充電率を算出するSOC推定部と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the secondary battery charge state estimation device of the present embodiment estimates the deterioration state of the secondary battery based on the measurement data of the state quantities of the battery cells constituting the secondary battery. Estimated by the SOH estimation unit from the SOH estimation unit, the storage unit storing the battery characteristic information in which at least the deterioration state and the value of the internal state parameter of the secondary battery are associated, and the battery characteristic information of the storage unit An SOC estimation unit that obtains an internal state parameter corresponding to the deteriorated state and calculates a charging rate of the secondary battery based on the internal state parameter is provided.
また、本実施形態の二次電池の充電状態推定方法は、二次電池を構成する電池セルの状態量の測定データに基づいて、二次電池の劣化の指標を定量的に算出し、二次電池の劣化状態を推定するSOH推定ステップと、少なくとも劣化状態と二次電池の内部状態パラメータの値とが関連付けられた電池特性情報から、前記SOH推定ステップで推定した劣化状態に応じた内部状態パラメータを求め、当該内部状態パラメータに基づいて二次電池の充電率を算出するSOC推定ステップと、を備えたことを特徴とする。 Further, the method for estimating the state of charge of the secondary battery according to the present embodiment quantitatively calculates an indicator of deterioration of the secondary battery based on the measurement data of the state quantity of the battery cell constituting the secondary battery, and the secondary battery An internal state parameter corresponding to the deterioration state estimated in the SOH estimation step based on an SOH estimation step for estimating the deterioration state of the battery and battery characteristic information in which at least the deterioration state and the value of the internal state parameter of the secondary battery are associated And a SOC estimation step of calculating a charging rate of the secondary battery based on the internal state parameter.
[1.第1の実施形態]
以下では、図1〜図8を参照しつつ、本実施形態の二次電池の充電状態推定装置について説明する。まず、本実施形態を概略的に説明し、次いで、その構成について詳細に説明する。[1. First Embodiment]
Below, the charge condition estimation apparatus of the secondary battery of this embodiment is demonstrated, referring FIGS. First, this embodiment will be schematically described, and then the configuration will be described in detail.
[1−1.概略]
本実施形態の二次電池の充電状態推定装置は、二次電池の充電率を常に精度良く推定するものである。そのために、まず、二次電池の劣化状態(SOH)を推定し、次に、予め用意しておいた、少なくとも劣化状態と二次電池の内部状態パラメータの値との関係を示す電池特性テーブルから、推定した劣化状態に応じた二次電池の内部状態パラメータを求め、当該パラメータを用いて等価回路モデル及びカルマン・フィルタ方式により充電率(SOC)の推定を行う。[1-1. Outline]
The secondary battery charge state estimation device of this embodiment always estimates the charge rate of the secondary battery with high accuracy. For this purpose, first, the deterioration state (SOH) of the secondary battery is estimated, and then, from a battery characteristic table prepared in advance and showing a relationship between at least the deterioration state and the value of the internal state parameter of the secondary battery. Then, an internal state parameter of the secondary battery corresponding to the estimated deterioration state is obtained, and the charging rate (SOC) is estimated by using the parameter and the equivalent circuit model and the Kalman filter method.
二次電池の劣化とは、時間経過若しくは充放電の繰り返し、又はその両方に伴う電池性能の低下をいう。二次電池の劣化状態は、例えば、初期の電池性能に対する現在の電池性能に基づき表され、電池性能としては、例えば、電池容量、内部抵抗、定電流入流に対する充電時間などが挙げられる。 The deterioration of the secondary battery refers to a decrease in battery performance that accompanies the passage of time or charge / discharge, or both. The deterioration state of the secondary battery is expressed based on, for example, the current battery performance with respect to the initial battery performance. Examples of the battery performance include battery capacity, internal resistance, charging time for constant current input, and the like.
本実施形態では、二次電池の劣化状態の推定は、二次電池の劣化を示す指標を定量的に算出することにより行う。二次電池の劣化を示す指標とは、電池容量、内部抵抗、定電流注入に対する充電時間、又は少なくともこれらの何れかを加味したものとすることができる。本実施形態では、二次電池の劣化を示す指標として、内部抵抗に着目する。 In this embodiment, the deterioration state of the secondary battery is estimated by quantitatively calculating an index indicating the deterioration of the secondary battery. The index indicating the deterioration of the secondary battery may be a battery capacity, internal resistance, charging time for constant current injection, or at least one of these. In the present embodiment, attention is paid to the internal resistance as an index indicating the deterioration of the secondary battery.
充電率の推定には、二次電池の等価回路モデルを用いる。図1は、二次電池を等価回路で表したモデルであり、起電力(開放電圧(OCV))、反応抵抗Ra、及び、互いに並列接続された拡散抵抗Rb及びキャパシタ成分Cが、それぞれ直列接続されて表される。反応抵抗Raは、電流パルス印加直後に瞬時に上昇する抵抗成分であり、電池内部のセパレータ部分でのイオン電導抵抗、正極/負極の電荷移動抵抗である。拡散抵抗Rbは、電流印加中に緩やかに増加する抵抗成分であり、正負極活物質粒子内部でのイオンの拡散遅れによる抵抗成分である。 For the estimation of the charging rate, an equivalent circuit model of a secondary battery is used. FIG. 1 is a model showing a secondary battery in an equivalent circuit, in which an electromotive force (open voltage (OCV)), a reaction resistance Ra, and a diffusion resistance Rb and a capacitor component C connected in parallel to each other are connected in series. Represented. The reaction resistance Ra is a resistance component that increases instantaneously immediately after application of a current pulse, and is an ion conduction resistance in the separator portion inside the battery and a charge transfer resistance of the positive electrode / negative electrode. The diffusion resistance Rb is a resistance component that gradually increases during current application, and is a resistance component due to the diffusion delay of ions inside the positive and negative electrode active material particles.
等価回路モデルで示した起電力(開放電圧(OCV))、反応抵抗Ra、及び拡散抵抗Rbは、二次電池の内部状態を示すパラメータであり、電池の劣化状態によって変化するものである。従って、電池の劣化状態を考慮せず初期状態におけるパラメータを用いて等価回路モデルで充電率の推定を行うと推定誤差が拡大してしまう。そこで、本実施形態では、現在の電池の劣化状態を推定し、その推定した劣化状態に応じた内部状態パラメータを求める。そして、現在の劣化状態に応じた内部状態パラメータを用いて、二次電池を構成する電池セルの端子間電圧(以下、電池電圧という)を推定し、推定した電池電圧と測定した電池電圧の差にカルマンゲインを掛けて、充電率を補正するカルマン・フィルタ方式により充電率の推定を行う。 The electromotive force (open circuit voltage (OCV)), reaction resistance Ra, and diffusion resistance Rb shown in the equivalent circuit model are parameters indicating the internal state of the secondary battery, and change depending on the deterioration state of the battery. Therefore, if the charging rate is estimated with the equivalent circuit model using the parameters in the initial state without considering the deterioration state of the battery, the estimation error increases. Therefore, in the present embodiment, the current deterioration state of the battery is estimated, and an internal state parameter corresponding to the estimated deterioration state is obtained. Then, using the internal state parameter according to the current deterioration state, the voltage between the terminals of the battery cells constituting the secondary battery (hereinafter referred to as battery voltage) is estimated, and the difference between the estimated battery voltage and the measured battery voltage Is multiplied by the Kalman gain to estimate the charging rate by the Kalman filter method for correcting the charging rate.
[1−2.詳細構成]
本実施形態の二次電池の充電状態推定装置の全体構成を説明する。図2は、その全体構成を示すブロック図である。図2に示すように、本実施形態の充電状態推定装置は、二次電池を構成する電池セル1の状態量を測定するための測定部3〜5を備えている。[1-2. Detailed configuration]
The overall configuration of the secondary battery charge state estimation device of the present embodiment will be described. FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration. As shown in FIG. 2, the state-of-charge estimation device according to the present embodiment includes measuring units 3 to 5 for measuring the state quantities of the battery cells 1 constituting the secondary battery.
具体的には、充電状態推定対象となる、直列或いは並列に接続された複数の電池セル1からなる組電池2に対して、各電池セル1の端子間電圧を測定する電圧測定部3が接続されている。電圧測定部3は、電圧計測センサを含み構成され、電圧計測センサにより、電池セル1の正極端子と負極端子間の端子間電圧(電池電圧)が測定される。 Specifically, the voltage measuring unit 3 that measures the voltage between the terminals of each battery cell 1 is connected to the assembled battery 2 that is a target of charge state estimation and is composed of a plurality of battery cells 1 connected in series or in parallel. Has been. The voltage measurement unit 3 includes a voltage measurement sensor, and the voltage measurement sensor measures a terminal voltage (battery voltage) between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the battery cell 1.
また、組電池2の電流経路には、電池セル1への充放電電流を測定する電流測定部4が挿入されている。電流測定部4は、電池セル1への充電電流又は電池セル1の放電電流を測定する電流計測センサを含み構成される。さらに、組電池2の近傍には、電池セル1の温度を測定する温度測定部5が設けられている。温度測定部5は、温度計測センサを含み構成される。なお、温度計測センサは組電池2の温度を計測しても良く、電池セル1の温度には、単に電池セル1の温度をいう他、組電池2の温度も含まれる。なお、電池セル1又は組電池2の温度を電池温度ともいう場合がある。 In addition, a current measuring unit 4 that measures the charge / discharge current to the battery cell 1 is inserted in the current path of the assembled battery 2. The current measuring unit 4 includes a current measurement sensor that measures a charging current to the battery cell 1 or a discharging current of the battery cell 1. Further, a temperature measuring unit 5 that measures the temperature of the battery cell 1 is provided in the vicinity of the assembled battery 2. The temperature measurement unit 5 includes a temperature measurement sensor. The temperature measurement sensor may measure the temperature of the assembled battery 2, and the temperature of the battery cell 1 includes not only the temperature of the battery cell 1 but also the temperature of the assembled battery 2. In addition, the temperature of the battery cell 1 or the assembled battery 2 may also be called battery temperature.
これらの測定部3〜5には、組電池2を監視制御する監視制御ユニット6が接続されている。監視制御ユニット6は、例えば、CPU、メモリ等を有するコンピュータを含み構成され、プログラムをHDDやSSD等に記憶して、RAMに適宜展開し、CPUで処理することにより、SOHの推定、SOCの推定等を行う。 A monitoring control unit 6 that monitors and controls the assembled battery 2 is connected to these measuring units 3 to 5. The monitoring control unit 6 includes, for example, a computer having a CPU, a memory, and the like. The program is stored in an HDD, an SSD, or the like, appropriately expanded in a RAM, and processed by the CPU, thereby estimating the SOH and SOC. Estimate.
具体的には、監視制御ユニット6は、測定部3〜5からの測定データの取得を制御する電池状態取得部7と、各測定データに基づいて電池の劣化状態を推定するSOH推定部8と、電池状態を記憶する電池状態記憶部9と、各内部状態パラメータの特性テーブルを有する電池特性情報記憶部10と、推定されたSOHに応じて充電率(SOC)を推定するSOC推定部11と、を備える。また、監視制御ユニット6には、外部との通信を行うための通信インターフェイス部12が接続されている。 Specifically, the monitoring control unit 6 includes a battery state acquisition unit 7 that controls acquisition of measurement data from the measurement units 3 to 5, and an SOH estimation unit 8 that estimates the deterioration state of the battery based on each measurement data. A battery state storage unit 9 for storing the battery state, a battery characteristic information storage unit 10 having a characteristic table for each internal state parameter, and an SOC estimation unit 11 for estimating a charging rate (SOC) according to the estimated SOH. . The monitoring control unit 6 is connected to a communication interface unit 12 for performing communication with the outside.
電池状態取得部7は、例えばインターフェイス及びドライバを含み構成され、インターフェイスを介して測定部3〜5と接続されており、ドライバに従って測定部3〜5の測定データを所定の時間間隔或いはタイミングで取得する。また、電池状態取得部7は、取得した測定データをSOH推定部8及び電池状態記憶部9に出力する。 The battery state acquisition unit 7 includes an interface and a driver, for example, and is connected to the measurement units 3 to 5 via the interface, and acquires measurement data of the measurement units 3 to 5 at a predetermined time interval or timing according to the driver. To do. Further, the battery state acquisition unit 7 outputs the acquired measurement data to the SOH estimation unit 8 and the battery state storage unit 9.
SOH推定部8は、CPU及びプログラムを含み構成され、所定の時間間隔或いはタイミングで得られた測定データを基にして、二次電池の劣化の指標を定量的に算出することで二次電池の劣化状態を推定する。本実施形態では、まず、所定の時間間隔或いはタイミングで得られた電池状態取得部7の電流I、電池電圧Vを入力として、組電池2の内部抵抗値Rを算出する。すなわち、二次電池の内部抵抗値は、電池の経年劣化や充放電サイクルに伴って増加するため、算出された現在の内部抵抗値Rを初期状態の内部抵抗値RBOLで除した内部抵抗値の比率(R/RBOL)を電池劣化の指標として捉え、電池の劣化状態(SOH)を推定する。The SOH estimation unit 8 includes a CPU and a program, and quantitatively calculates a secondary battery deterioration index based on measurement data obtained at predetermined time intervals or timings. Estimate the degradation state. In the present embodiment, first, the internal resistance value R of the assembled battery 2 is calculated using the current I and the battery voltage V of the battery state acquisition unit 7 obtained at a predetermined time interval or timing as inputs. That is, since the internal resistance value of the secondary battery increases with the aging of the battery and the charge / discharge cycle, the internal resistance value obtained by dividing the calculated current internal resistance value R by the internal resistance value R BOL in the initial state. The ratio (R / R BOL ) is taken as an indicator of battery deterioration, and the battery deterioration state (SOH) is estimated.
内部抵抗値を求める方法は、いくつかあるが、ここでは二つの方法について説明する。一つは、交流インピーダンス法であり、もう一つは、定電流パルス法である。交流インピーダンス法は、電池をポテンショスタットに接続し、正弦波の電圧を印加することで、電流出力の交流成分を取り出す方法である。正弦波の周波数を変えることで電池材料毎の抵抗成分を解析することができる。但し、専用の測定装置を用いることが望ましい。 Although there are several methods for obtaining the internal resistance value, two methods will be described here. One is an AC impedance method, and the other is a constant current pulse method. The AC impedance method is a method of extracting an AC component of a current output by connecting a battery to a potentiostat and applying a sine wave voltage. The resistance component for each battery material can be analyzed by changing the frequency of the sine wave. However, it is desirable to use a dedicated measuring device.
定電流パルス法は、特別な装置を用いなくても良い。この方法は、図3に示すように、電池にパルス状の一定電流を印加し、その時の電池電圧を測定することで、オームの法則から内部抵抗値を算出するものである。例えば、蓄電池を太陽光発電の変動抑制に利用する場合、蓄電池は夜間待機状態となる。すなわち、待機中は無電流状態となる。待機中の蓄電池システムに対して、定電流パルスの充放電指令を与え、印加した一定電流と、測定した電池電圧とから内部抵抗値を得る。なお、電池に定電流パルスを印加し、定電流パルス印加時の立ち上りの電圧変化や、印加中に緩やかに増加する電圧変化などから内部抵抗値を求めても良い。 The constant current pulse method does not require a special device. As shown in FIG. 3, this method applies a pulsed constant current to a battery and measures the battery voltage at that time to calculate the internal resistance value from Ohm's law. For example, when the storage battery is used for suppressing fluctuations in photovoltaic power generation, the storage battery is in a standby state at night. In other words, there is no current during standby. A charge / discharge command of a constant current pulse is given to the standby storage battery system, and an internal resistance value is obtained from the applied constant current and the measured battery voltage. Alternatively, a constant current pulse may be applied to the battery, and the internal resistance value may be obtained from a rising voltage change at the time of applying the constant current pulse or a voltage change that gradually increases during the application.
定電流パルス法は、電池の内部抵抗値が印加電流に依存しないことを前提としている。定電流パルスの印加時間は評価方法に依存するが、例えば電気自動車用バッテリでは電池出力が重要な特性の一つであるため、電流パルス印加後10秒目の電圧が用いられている。 The constant current pulse method assumes that the internal resistance value of the battery does not depend on the applied current. Although the application time of the constant current pulse depends on the evaluation method, for example, in a battery for an electric vehicle, since the battery output is one of the important characteristics, the voltage 10 seconds after the application of the current pulse is used.
電池の内部抵抗値は、電池温度や充電率(SOC)によって変化する。そのため、定電流パルス印加時の電池状態(電池温度及びSOC)を同一条件に合わせて算出する。しかし、電池温度は周囲環境温度の影響を受けるため、同一温度条件での算出は困難な場合がある。そこで、温度補正を用いて基準温度での内部抵抗値に換算しても良い。 The internal resistance value of the battery varies depending on the battery temperature and the charging rate (SOC). Therefore, the battery state (battery temperature and SOC) when the constant current pulse is applied is calculated according to the same conditions. However, since the battery temperature is affected by the ambient environment temperature, calculation under the same temperature condition may be difficult. Therefore, the internal resistance value at the reference temperature may be converted using temperature correction.
内部抵抗値の温度補正は、温度補正係数Ktにより補正する。すなわち、基準温度(例えば電池温度25℃)における内部抵抗値に対する各電池温度における内部抵抗値の比率を予め求めておく。この比率が温度補正係数Ktであり、電池温度に依存する。そして、電池温度TAが測定された時の電池電圧により算出された内部抵抗値に対し、温度補正係数Kt(TA)を乗ずることによって、基準温度における内部抵抗値に換算する。なお、内部抵抗値算出の際に充電率(SOC)を同一条件に揃えるためには、SOC推定部11から得られたフィードバックされた推定値から基準となるSOCにおける内部抵抗値に換算する。The temperature correction of the internal resistance value is corrected by the temperature correction coefficient Kt. That is, the ratio of the internal resistance value at each battery temperature to the internal resistance value at a reference temperature (for example, a battery temperature of 25 ° C.) is obtained in advance. This ratio is the temperature correction coefficient Kt and depends on the battery temperature. Then, with respect to the internal resistance calculated by the battery voltage when the battery temperature T A is measured, by multiplying the temperature correction coefficient Kt (T A), is converted to the internal resistance value at a reference temperature. In order to make the charging rate (SOC) the same condition when calculating the internal resistance value, the estimated value fed back from the SOC estimation unit 11 is converted into the internal resistance value in the reference SOC.
上記のように温度補正した複数の内部抵抗値を平均化処理しても良い。この場合、このための処理をする平均化処理部(不図示)を監視制御ユニット6に別途設けても良いし、SOH推定部8内部に別途設けても良い。SOH推定部8内部に設ける場合、例えば、SOH推定部8のプログラムに平均化処理するためのプログラムを含め、CPUにより処理することにより構成することができる。ここでは、平均化処理部は一例としてSOH推定部8内部に設けられているものとする。平均化処理としては、1〜3週間単位等の所定期間で得られた複数の内部抵抗値の平均を求めても良いし、移動平均などにより求めても良く、その他公知の平均化方法を用いても良い。 A plurality of internal resistance values subjected to temperature correction as described above may be averaged. In this case, an averaging processing unit (not shown) that performs processing for this purpose may be separately provided in the monitoring control unit 6 or may be separately provided in the SOH estimating unit 8. When provided in the SOH estimation unit 8, for example, the program of the SOH estimation unit 8 can be configured by including a program for averaging processing and processing by the CPU. Here, it is assumed that the averaging processing unit is provided in the SOH estimation unit 8 as an example. As the averaging process, an average of a plurality of internal resistance values obtained in a predetermined period such as 1 to 3 weeks may be obtained, a moving average or the like may be obtained, and other known averaging methods are used. May be.
次に、SOH推定部8は、初期(BOL:Begin OF Life)の内部抵抗値RBOLを基準とした各測定時点における内部抵抗値Rの比率(R/RBOL)を算出し、当該内部抵抗比率と電池容量維持率との相関から、電池の劣化状態(SOH)を推定する。Next, the SOH estimation unit 8 calculates a ratio (R / R BOL ) of the internal resistance value R at each measurement time point with respect to the initial (BOL: Begin OF Life) internal resistance value R BOL as a reference. From the correlation between the ratio and the battery capacity retention rate, the battery deterioration state (SOH) is estimated.
すなわち、二次電池のSOHの推定方法としては、初期の電池容量CapBOL(Ah)に対する各測定時点での電池容量Cap(Ah)の電池容量比率(Cap/CapBOL)を電池劣化の指標とし、式(1)により求める方法があるが、二次電池は、その正極及び負極表面の被膜生成等を要因として劣化するとともに内部抵抗値が上昇し、さらに内部抵抗値の上昇とともに電池容量が低下していく。
そこで、本実施形態では、算出した内部抵抗比率(R/RBOL)から、図4に示すような内部抵抗比率と電池容量維持率との相関に基づいて劣化状態(SOH)を推定する。初期の内部抵抗値RBOL及び測定時の内部抵抗値Rは同条件で統一し例えば基準温度25℃、SOC50%とする。電池容量維持率とは、初期の電池容量CapBOL(Ah)に対する現在の電池容量Cap(Ah)の割合(%)であり、上記式(1)と同義である。Therefore, in the present embodiment, the deterioration state (SOH) is estimated from the calculated internal resistance ratio (R / R BOL ) based on the correlation between the internal resistance ratio and the battery capacity retention rate as shown in FIG. The initial internal resistance value R BOL and the internal resistance value R during measurement are unified under the same conditions, for example, a reference temperature of 25 ° C. and SOC of 50%. The battery capacity maintenance ratio is the ratio (%) of the current battery capacity Cap (Ah) to the initial battery capacity Cap BOL (Ah), and is synonymous with the above formula (1).
例えば、図4のように、内部抵抗比率と電池容量維持率のデータ点を予め測定する等して複数用意しておき、算出した内部抵抗比率と同一又は最も近いデータ点から電池容量維持率(すなわちSOH)を推定する。 For example, as shown in FIG. 4, a plurality of data points of the internal resistance ratio and the battery capacity maintenance ratio are prepared in advance, etc., and the battery capacity maintenance ratio ( That is, SOH) is estimated.
或いは、内部抵抗比率と電池容量維持率のデータ点を統計処理等により導いた内部抵抗比率と電離容量維持率との関係式から、算出した内部抵抗比率から劣化状態(SOH)を推定する。例えば、下記の式(2)からSOHを求めることができる。α、βは例えば最小二乗法で求められる係数である。
なお、内部抵抗比率と電池容量維持率との相関関係は、SOH推定部8が予め保持していても良いし、電池状態記憶部9など他の構成要素に記憶させておき、取得できるようにしても良い。また、内部抵抗比率と電池容量維持率の関係式は、データ点を追加して、所定間隔で更新するようにしても良い。 The correlation between the internal resistance ratio and the battery capacity maintenance rate may be stored in advance by the SOH estimation unit 8 or stored in another component such as the battery state storage unit 9 so that it can be acquired. May be. Further, the relational expression between the internal resistance ratio and the battery capacity maintenance ratio may be updated at a predetermined interval by adding data points.
また、SOH推定部8は、後述するように充電率(SOC)の推定のため、推定した現在のSOH値及び式(1)から現在の電池容量Capを算出する。内部抵抗の算出に誤差が含まれる場合には電池容量にも誤差が含まれてしまうため、SOHの推移を長期的に観測し現在の電池容量を求めるようにしても良い。すなわち、1〜数週間単位や月単位での移動平均を求めるようにしても良い。 In addition, the SOH estimation unit 8 calculates the current battery capacity Cap from the estimated current SOH value and the equation (1) in order to estimate the charging rate (SOC) as will be described later. If the calculation of the internal resistance includes an error, the battery capacity also includes an error. Therefore, the current battery capacity may be obtained by observing the transition of SOH over a long period. That is, you may make it obtain | require the moving average in the unit of one to several weeks or a month.
SOH推定部8は、電池状態記憶部9及びSOC推定部11と接続されており、上記のように得られたSOHを電池状態記憶部9及びSOC推定部11に出力する。 The SOH estimation unit 8 is connected to the battery state storage unit 9 and the SOC estimation unit 11 and outputs the SOH obtained as described above to the battery state storage unit 9 and the SOC estimation unit 11.
電池状態記憶部9は、例えばHDDやSSD等の記録媒体を含み構成され、電池状態取得部7から入力された測定データと、SOH推定部8及びSOC推定部11で推定されたSOH及びSOCの値を逐次記憶する。また、電池状態記憶部9には、SOH推定部8で用いる初期の電池容量CapBOL、及び初期の内部抵抗値RBOL、並びにSOH推定部11で用いる初期の充電率が予め記憶されている。電池状態記憶部9は、SOH推定部8及びSOC推定部11に対して記憶された電池状態を示すデータを出力する。The battery state storage unit 9 includes a recording medium such as an HDD or an SSD, for example. The battery state storage unit 9 includes measurement data input from the battery state acquisition unit 7, and SOH and SOC estimated by the SOH estimation unit 8 and the SOC estimation unit 11. Stores values sequentially. The battery state storage unit 9 stores in advance the initial battery capacity Cap BOL used in the SOH estimation unit 8 and the initial internal resistance value R BOL , and the initial charge rate used in the SOH estimation unit 11. The battery state storage unit 9 outputs data indicating the stored battery state to the SOH estimation unit 8 and the SOC estimation unit 11.
電池特性情報記憶部10は、例えばHDDやSSD等の記録媒体を含み構成される。電池特性情報記憶部10には、少なくとも劣化状態と二次電池の内部状態パラメータの値とが関連付けられた電池特性情報が記憶されている。電池特性情報は、例えば、劣化状態、電池温度、及びSOCに対応付けられた内部状態パラメータの値を有する電池特性テーブル又は劣化状態、電池温度、及びSOCの3変数に対して内部状態パラメータの値を与える関数であり、二次電池の内部状態パラメータの種類毎にそれぞれ記憶されている。本実施形態では、電気特性テーブルが記憶されており、これを例により具体的に説明する。 The battery characteristic information storage unit 10 includes a recording medium such as an HDD or an SSD. The battery characteristic information storage unit 10 stores battery characteristic information in which at least the deterioration state and the value of the internal state parameter of the secondary battery are associated with each other. The battery characteristic information is, for example, a battery characteristic table having values of internal state parameters associated with the deterioration state, battery temperature, and SOC or values of internal state parameters for three variables of deterioration state, battery temperature, and SOC. Is stored for each type of internal state parameter of the secondary battery. In the present embodiment, an electrical characteristic table is stored, which will be specifically described by way of example.
電池特性テーブルは、例えば図5及び6に示すように、電池温度及びSOC毎に対応する内部状態パラメータの値を有する。電池特性テーブルの種類としては、例えば、起電力(開放電圧OCV)、反応抵抗Ra、及び拡散抵抗Rbの特性テーブルが挙げられる。 For example, as shown in FIGS. 5 and 6, the battery characteristic table has values of internal state parameters corresponding to the battery temperature and the SOC. Examples of the battery characteristic table include a characteristic table of electromotive force (open voltage OCV), reaction resistance Ra, and diffusion resistance Rb.
また、各種類の電池特性テーブルは、異なる劣化状態毎に存在する。例えば、図5、6に示すOCV−SOC特性テーブル及び反応抵抗Ra特性テーブルでは、初期(BOL)のSOH=100%のテーブルと、終期(EOL)のSOH=70%のテーブルが記憶されている。これに限定されず、SOHが初期のテーブルと終期のテーブルの間を埋める中期(例えば70%<SOH<100%)のテーブルが複数備えられていても良い。 Each type of battery characteristic table exists for each different deterioration state. For example, in the OCV-SOC characteristic table and the reaction resistance Ra characteristic table shown in FIGS. 5 and 6, an initial (BOL) SOH = 100% table and an end (EOL) SOH = 70% table are stored. . However, the present invention is not limited to this, and a plurality of middle-term (for example, 70% <SOH <100%) tables in which the SOH fills the space between the initial table and the final table may be provided.
SOC推定部11は、CPU及びプログラムを含み構成され、現在の劣化状態に基づいて現在の内部状態パラメータを求め、等価回路モデルにより、電池電圧及び充電率(SOC)を推定する。そのための構成としては、SOC推定部11は、図7に示すように、内部状態パラメータ特定部11a、電池電圧シミュレータ11b、及びカルマン・フィルタ11cを有する。 The SOC estimation unit 11 includes a CPU and a program, calculates a current internal state parameter based on the current deterioration state, and estimates a battery voltage and a charging rate (SOC) by an equivalent circuit model. As a configuration for that purpose, the SOC estimation unit 11 includes an internal state parameter specifying unit 11a, a battery voltage simulator 11b, and a Kalman filter 11c, as shown in FIG.
内部状態パラメータ特定部11aは、電池特性情報記憶部10から、電池電圧シミュレータ11bで用いられる、SOH推定部8で推定された現在の劣化状態に対応する現在の内部状態パラメータを求める。 The internal state parameter specifying unit 11a obtains a current internal state parameter corresponding to the current deterioration state estimated by the SOH estimating unit 8 used in the battery voltage simulator 11b from the battery characteristic information storage unit 10.
その方法としては、例えば、入力された測定データ及びSOH推定部8で推定された現在の劣化状態に基づき、対応する劣化状態の電池特性テーブルから内部状態パラメータを取得する。また、各内部状態パラメータの劣化状態の異なる二以上の特性テーブルから、内挿(補間)又は外挿(補外)により対応する劣化状態の内部状態パラメータを算出するようにしても良い。すなわち、既知の劣化状態の異なる二以上の特性テーブルから、その範囲内又は範囲外で予想される現在の劣化状態に対応する内部状態パラメータ値を求めるようにしても良い。例えば、反応抵抗Raは、二次電池のBOL時に比べてEOL時の値が数倍に増加する。そこで、例えば、BOL時の反応抵抗Ra特性テーブルとEOL時の反応抵抗Ra特性テーブルとが記憶されている場合に、線形補間により、現在の劣化状態に対応する内部状態パラメータを算出する。このように、内挿や外挿は、測定等により予め判明している内部状態パラメータと劣化状態の相関或いはその相関から導かれる関係式に基づいて行うと、現在の内部状態パラメータの推定を正確に行うことができる。 As the method, for example, based on the input measurement data and the current deterioration state estimated by the SOH estimation unit 8, the internal state parameter is acquired from the battery characteristic table of the corresponding deterioration state. Further, the internal state parameter of the corresponding deterioration state may be calculated by interpolation (interpolation) or extrapolation (extrapolation) from two or more characteristic tables having different deterioration states of the internal state parameters. That is, an internal state parameter value corresponding to a current deterioration state that is expected within or outside the range may be obtained from two or more characteristic tables having different known deterioration states. For example, the value of the reaction resistance Ra at the time of EOL increases several times as compared with that at the time of BOL of the secondary battery. Therefore, for example, when a reaction resistance Ra characteristic table at BOL and a reaction resistance Ra characteristic table at EOL are stored, an internal state parameter corresponding to the current deterioration state is calculated by linear interpolation. As described above, when interpolation or extrapolation is performed based on the correlation between the internal state parameter and the deterioration state, which is previously determined by measurement or the like, or the relational expression derived from the correlation, the current internal state parameter is accurately estimated. Can be done.
内部状態パラメータ特定部11aは、現在の内部状態パラメータを求めると、当該パラメータを電池電圧シミュレータ11bに出力する。このように、内部状態パラメータ特定部11aにより、内部状態パラメータが、過去の劣化状態に対応したものから現在の劣化状態に対応したものに更新できる。 When the internal state parameter specifying unit 11a obtains the current internal state parameter, it outputs the parameter to the battery voltage simulator 11b. Thus, the internal state parameter specifying unit 11a can update the internal state parameter from the one corresponding to the past deterioration state to the one corresponding to the current deterioration state.
電池電圧シミュレータ11bは、求めた内部状態パラメータ並びに電流値、電池温度、及び電池電圧の測定データを入力として、電池電圧を推定する。ここで、時刻tにおける電池の内部状態をxt、システムノイズをwt、次の観測時点t+1における入力データut+1とし、観測時点tの電池の内部状態xtから観測時点t+1のxt+1を求める関数をfとすると、観測時点t+1における電池の内部状態xt+1は、下記の式(3)の方程式で表される。つまり、観測時点t+1の入力データut+1、その前の観測時点tの電池の内部状態xtから、次の観測時点t+1での電池の内部状態を求めるための関数f及びシステムノイズwtに基づいて、観測時点t+1における電池の内部状態を求める。
図1に示す等価回路モデルを離散化すると、下記の式(4)のような状態方程式で表すことができる。
Δt :サンプリング周期時間
It :時刻tにおける電池の充放電電流
Cap :電池容量(Ah)
w1t、w2t :時刻tにおけるシステムノイズ
Vt+1 :時刻t+1における電池電圧(閉路電圧)
OCV :開放電圧
Ra :反応抵抗
Rb :拡散抵抗
C :キャパシタ成分
ω :周波数When the equivalent circuit model shown in FIG. 1 is discretized, it can be expressed by a state equation such as the following equation (4).
w1 t , w2 t : System noise at time t V t + 1 : Battery voltage (closed circuit voltage) at time t + 1
OCV: open circuit voltage Ra: reaction resistance Rb: diffusion resistance C: capacitor component ω: frequency
なお、OCV、Ra、Rbは、時刻tにおける充電率、劣化状態、及び電池温度(SOCt、SOHt、Tt)によって変化する関数である。キャパシタ成分Cは本実施形態では劣化状態に依存しないので一定値を用いるが、劣化に伴い変化する場合は電池特性情報記憶部10に劣化状態に応じた値を有するデータを記憶させておき、劣化状態に応じた値を求め、SOCを算出しても良い。OCV, Ra, and Rb are functions that change depending on the charging rate, the deterioration state, and the battery temperature (SOC t , SOH t , T t ) at time t . Since the capacitor component C does not depend on the deterioration state in this embodiment, a constant value is used. However, when the capacitor component C changes with deterioration, the battery characteristic information storage unit 10 stores data having a value corresponding to the deterioration state, The SOC may be calculated by obtaining a value corresponding to the state.
電池容量Capは、劣化状態に応じて変化するものであるので、SOH推定部8で推定した現在の電池容量や所定期間のサンプルの電池容量平均値を用いる。これによりSOCの推定精度を向上させることができる。システムノイズw1t、w2tは、例えば、測定器3〜5の計測ノイズである。Since the battery capacity Cap changes according to the deterioration state, the current battery capacity estimated by the SOH estimation unit 8 or the average battery capacity value of the sample for a predetermined period is used. Thereby, the estimation accuracy of the SOC can be improved. The system noises w1 t and w2 t are measurement noises of the measuring devices 3 to 5, for example.
電池電圧シミュレータ11bは、各測定データと現在の内部状態パラメータの入力を受けて、式(4)の下式によって電池電圧を推定し、カルマン・フィルタ11cに出力する。カルマン・フィルタ11cは、カルマン・フィルタを用いた状態推定方式により、時刻tにおける推定値を時刻t+1における最新の測定データを用いて更新する。すなわち、カルマンゲインをK、予測誤差wtとすると、時刻t+1における推定値は、下記の式(5)で表される。
具体的には、時刻t+1時点で測定した電池電圧をVmes(t+1)、式(4)で算出(推定)した電池電圧をVest(t+1)とすると、これらの差wをフィードバックし、時刻t+1におけるSOC推定値は下記の式(6)で求められる。
なお、カルマンゲインKは、SOC推定部11に保持されていても良いし、電池状態記憶部9に予め記憶されていても良い。また、カルマンゲインKは固定値としても良いし、逐一算出するようにしても良い。なお、カルマン・フィルタ11cは初期の充電率(SOC)を電池状態記憶部9から取得する。 The Kalman gain K may be stored in the SOC estimation unit 11 or may be stored in advance in the battery state storage unit 9. The Kalman gain K may be a fixed value or may be calculated one by one. The Kalman filter 11c acquires the initial charging rate (SOC) from the battery state storage unit 9.
SOC推定部11は、上記のように求めたSOCの推定値を電池状態記憶部9及び通信インターフェイス部12に出力する。通信インターフェイス部12は、SOC推定値を上位装置(EMSエネルギーマネジメントシステムや、蓄電池全体を統括する制御システム等)に入力するための媒体である。 The SOC estimation unit 11 outputs the estimated SOC value obtained as described above to the battery state storage unit 9 and the communication interface unit 12. The communication interface unit 12 is a medium for inputting the estimated SOC value to a host device (such as an EMS energy management system or a control system that controls the entire storage battery).
(作用)
本実施形態の二次電池の充電状態推定装置の動作を説明する。図8は、本実施形態の二次電池充電状態推定装置の動作フローチャートである。(Function)
Operation | movement of the charge condition estimation apparatus of the secondary battery of this embodiment is demonstrated. FIG. 8 is an operation flowchart of the secondary battery charged state estimation device of the present embodiment.
まず、電池セル1或いは組電池2に対し、測定部3〜5により充放電電流、電池電圧、電池温度を測定し、測定部3〜5から電池状態取得部7が所定のタイミングで各測定データを取得する(ステップS01)。次に、電池状態取得部7は、取得した各測定データをSOH推定部8及び電池状態記憶部9に出力する(ステップS02)。SOH推定部8は、各測定データを基に、内部抵抗値を算出し(ステップS03)、温度補正を行う(ステップS04)。 First, with respect to the battery cell 1 or the assembled battery 2, the measurement units 3 to 5 measure the charge / discharge current, the battery voltage, and the battery temperature, and the measurement unit 3 to the battery state acquisition unit 7 measure each measurement data at a predetermined timing. Is acquired (step S01). Next, the battery state acquisition unit 7 outputs the acquired measurement data to the SOH estimation unit 8 and the battery state storage unit 9 (step S02). The SOH estimation unit 8 calculates an internal resistance value based on each measurement data (step S03) and performs temperature correction (step S04).
ここで、所定期間内で複数(例えば、5つ)の内部抵抗値が得られていない場合は(ステップS05のNO)、ステップS01に戻る。一方、所定期間内で複数(例えば、5つ)の内部抵抗値が得られたら(ステップS05のYES)、SOH推定部8内部の平均化処理部により平均化し(ステップS06)、SOH推定部8がSOH値の推定を行い、当該推定値をSOC推定部11に出力する(ステップS07)。 Here, when a plurality of (for example, five) internal resistance values are not obtained within the predetermined period (NO in step S05), the process returns to step S01. On the other hand, when a plurality of (for example, five) internal resistance values are obtained within a predetermined period (YES in step S05), the average is processed by the averaging processing unit in the SOH estimating unit 8 (step S06), and the SOH estimating unit 8 Performs estimation of the SOH value, and outputs the estimated value to the SOC estimation unit 11 (step S07).
SOC推定部11の内部状態パラメータ特定部11aは、電池状態記憶部9からの各測定データ及びSOH推定部8からのSOHの入力を受けて、その各測定データ、現在のSOH、電池特性情報記憶部10の電池特性テーブルに基づき、現在の内部状態パラメータ(反応抵抗Ra、拡散抵抗Rb、開放電圧OCV)を決定する(ステップS08)。この決定された現在の内部状態パラメータは電池電圧シミュレータ11bに出力される。 The internal state parameter specifying unit 11a of the SOC estimation unit 11 receives each measurement data from the battery state storage unit 9 and the SOH input from the SOH estimation unit 8, and stores each measurement data, current SOH, and battery characteristic information. Based on the battery characteristic table of the unit 10, the current internal state parameters (reaction resistance Ra, diffusion resistance Rb, open circuit voltage OCV) are determined (step S08). The determined current internal state parameter is output to the battery voltage simulator 11b.
電池電圧シミュレータ11bは、現在の内部状態パラメータ及び等価回路モデルに基づいて、電池電圧Vestを推定する(ステップS09)。さらに、この推定値Vestをカルマン・フィルタ11cに出力する。カルマン・フィルタ11cは、入力された推定値Vestと測定値Vmesの推定誤差にカルマンゲインKを掛けて、式(6)に基づき、SOCを推定する(ステップS10)。 The battery voltage simulator 11b estimates the battery voltage Vest based on the current internal state parameter and the equivalent circuit model (step S09). Further, this estimated value Vest is output to the Kalman filter 11c. The Kalman filter 11c multiplies the estimation error between the input estimated value Vest and the measured value Vmes by the Kalman gain K, and estimates the SOC based on the equation (6) (step S10).
(効果)
(1)本実施形態の二次電池の充電状態推定装置は、二次電池を構成する電池セル1の状態量の測定データに基づいて、二次電池の劣化の指標を定量的に算出することで二次電池の劣化状態を推定するSOH推定部8と、少なくとも劣化状態と二次電池の内部状態パラメータの値とが関連付けられた電池特性テーブルが記憶された電池特性情報記憶部10と、電池特性情報記憶部10の電池特性テーブルから、SOH推定部8で推定した劣化状態に応じた内部状態パラメータを求め、当該内部状態パラメータに基づいて二次電池の充電率を算出するSOC推定部11と、を備えるようにした。これにより、現在の電池劣化状態に基づいた内部状態パラメータにより充電率を推定できるので、二次電池の充電状態を精度良く推定することができる。(effect)
(1) The charging state estimation device for a secondary battery according to the present embodiment quantitatively calculates an index of deterioration of the secondary battery based on the measurement data of the state quantity of the battery cell 1 constituting the secondary battery. A battery characteristic information storage unit 10 in which a battery characteristic table in which at least the deterioration state and the value of the internal state parameter of the secondary battery are associated is stored; An SOC estimation unit 11 that obtains an internal state parameter corresponding to the deterioration state estimated by the SOH estimation unit 8 from the battery characteristic table of the characteristic information storage unit 10 and calculates a charging rate of the secondary battery based on the internal state parameter; , Was prepared. Thereby, since a charging rate can be estimated with the internal state parameter based on the present battery deterioration state, the charging state of the secondary battery can be estimated with high accuracy.
(2)SOC推定部8は、電池特性情報記憶部10の異なる劣化状態に対する内部状態パラメータに基づき内挿又は外挿により、SOH推定部8で推定した劣化状態に対応する内部状態パラメータを算出するようにした。これにより、現在の劣化状態に応じた内部状態パラメータを求めることができるので、初期状態の電池特性テーブルしかない場合よりも精度良く充電率を推定することができる。 (2) The SOC estimation unit 8 calculates an internal state parameter corresponding to the deterioration state estimated by the SOH estimation unit 8 by interpolation or extrapolation based on the internal state parameter for different deterioration states in the battery characteristic information storage unit 10. I did it. Thereby, since the internal state parameter according to the present deterioration state can be calculated | required, a charging rate can be estimated more accurately than the case where there is only the battery characteristic table of an initial state.
(3)二次電池を構成する各電池セル1の端子間電圧を測定する電圧測定部3と、電流経路に挿入され、電池セル1への充放電電流を測定する電流測定部4と、を備え、SOH推定部8は、電圧測定部3及び電流測定部4からの各測定値に基づいて二次電池の内部抵抗を算出し、当該内部抵抗に基づき二次電池の劣化状態を推定するようにした。これにより、電流値を積算して電池容量を求め、劣化状態を推定する場合と比べて、電流測定部4の計測ノイズが蓄積することがないので、劣化状態の推定を精度良く行うことができる。 (3) a voltage measuring unit 3 that measures a voltage between terminals of each battery cell 1 constituting the secondary battery, and a current measuring unit 4 that is inserted in the current path and measures a charge / discharge current to the battery cell 1. The SOH estimating unit 8 calculates the internal resistance of the secondary battery based on the measured values from the voltage measuring unit 3 and the current measuring unit 4, and estimates the deterioration state of the secondary battery based on the internal resistance. I made it. Thereby, compared with the case where the battery capacity is obtained by integrating the current value and the deterioration state is estimated, the measurement noise of the current measuring unit 4 is not accumulated, so that the deterioration state can be estimated with high accuracy. .
(4)SOH推定部8は、二次電池が無電流状態にある場合には、定電流パルス法により内部抵抗を算出するようにした。これにより、簡易な方法により内部抵抗を算出することで二次電池の劣化状態を推定することができる。 (4) When the secondary battery is in a no-current state, the SOH estimation unit 8 calculates the internal resistance by the constant current pulse method. Thereby, the deterioration state of the secondary battery can be estimated by calculating the internal resistance by a simple method.
(5)電池セル1の温度を測定する温度測定部5を備え、SOH推定部8は、温度測定部5で測定された温度での内部抵抗を基準温度の内部抵抗に換算するようにした。これにより、正確な劣化状態の推定を行うことができる。 (5) The temperature measurement unit 5 that measures the temperature of the battery cell 1 is provided, and the SOH estimation unit 8 converts the internal resistance at the temperature measured by the temperature measurement unit 5 into the internal resistance of the reference temperature. Thereby, an accurate degradation state can be estimated.
(6)SOH推定部8は、算出した内部抵抗に基づき、初期の内部抵抗に対する内部抵抗の比率と、初期の電池容量に対する電池容量の維持率との相関から、二次電池の劣化状態を推定するようにした。これにより、測定と、統計的な相関の双方を用いるので、正確な劣化状態の推定が可能になる。また、電池容量を直接的に求めることができない場合であっても、内部抵抗から劣化状態を推定することができる。 (6) Based on the calculated internal resistance, the SOH estimation unit 8 estimates the deterioration state of the secondary battery from the correlation between the ratio of the internal resistance to the initial internal resistance and the maintenance rate of the battery capacity to the initial battery capacity. I tried to do it. As a result, since both measurement and statistical correlation are used, an accurate deterioration state can be estimated. Even when the battery capacity cannot be obtained directly, the deterioration state can be estimated from the internal resistance.
[第1の実施形態の変形例]
(構成)
第1の実施形態の変形例は、SOH推定部8の内部抵抗値の算出に関する。基本構成は第1の実施形態と同じであるので、同じ部分についての構成や動作の説明は適宜省略する。本変形例は、例えば、蓄電池を風力発電の変動抑制に利用する場合等、第1の実施形態で示した定電流パルス法による内部抵抗の算出が困難である場合に有効である。[Modification of First Embodiment]
(Constitution)
The modification of the first embodiment relates to the calculation of the internal resistance value of the SOH estimation unit 8. Since the basic configuration is the same as that of the first embodiment, description of the configuration and operation of the same portion will be omitted as appropriate. This modification is effective when it is difficult to calculate the internal resistance by the constant current pulse method shown in the first embodiment, for example, when the storage battery is used for suppressing fluctuations in wind power generation.
本変形例のSOH推定部8は、一定期間内で測定された電流I、電池電圧Vを入力して、二次電池の内部抵抗値Rを算出する点は第1の実施形態と同様であるが、本変形例では、測定部3、4により計測された充放電電流波形と電池電圧波形を、それぞれウェーブレット変換により周波数毎の信号強度に変換し、それぞれのウェーブレット係数の相関が高い周波数において、下記の式(7)に示す内部抵抗Rを推定する。
ここで、(WΨ i)(a,b)は、電流の計測波形をウェーブレット変換したものであり、各解析レベルa、シフトbのウェーブレット係数を表す。(WΨ v)(a,b)は、電池セルの電圧計測波形をウェーブレット変換したものであり、各解析レベルa、シフトbのウェーブレット係数を表す。ここで算出された内部抵抗値は、定電流パルス法で算出された内部抵抗値に相当するが、低い解析レベルで算出された内部抵抗値が反応抵抗を表している。また、解析レベルaによっては、計測ノイズ等の影響を受けて、電流と電圧の相関が低い場合があり、相関が高い解析レベルaで内部抵抗値を算出する。この場合、相関が高いとは、決定係数が所定の値以上であることをいい、その値は予め設計する。Here, (W Ψ i ) (a, b) is obtained by wavelet transforming a current measurement waveform, and represents a wavelet coefficient of each analysis level a and shift b. (W Ψ v ) (a, b) is obtained by wavelet transforming the voltage measurement waveform of the battery cell, and represents the wavelet coefficient of each analysis level a and shift b. The internal resistance value calculated here corresponds to the internal resistance value calculated by the constant current pulse method, but the internal resistance value calculated at a low analysis level represents the reaction resistance. Further, depending on the analysis level a, the correlation between current and voltage may be low due to the influence of measurement noise or the like, and the internal resistance value is calculated at the analysis level a having a high correlation. In this case, high correlation means that the determination coefficient is equal to or greater than a predetermined value, and the value is designed in advance.
SOH推定部8は、上記のようにウェーブレット変換を用いて内部抵抗値を求め、初期(BOL)の内部抵抗値を基準として、各測定時点における内部抵抗の推定結果からその比率を算出する。また、上記式(2)により、SOH値を推定する。 The SOH estimator 8 calculates the internal resistance value by using the wavelet transform as described above, and calculates the ratio from the estimation result of the internal resistance at each measurement time with the initial (BOL) internal resistance value as a reference. Further, the SOH value is estimated by the above equation (2).
(作用・効果)
本変形例では、SOH推定部8は、電圧測定部3及び電流測定部4により測定された電圧の計測波形及び電流の計測波形からウェーブレット変換を用いて内部抵抗を算出するようにした。これにより、蓄電池のシステムが稼働している場合でも内部抵抗値を推定することができるので、システムを停止させる必要がなくなる。(Action / Effect)
In this modification, the SOH estimation unit 8 calculates the internal resistance from the voltage measurement waveform and the current measurement waveform measured by the voltage measurement unit 3 and the current measurement unit 4 using wavelet transform. Thereby, even when the storage battery system is operating, the internal resistance value can be estimated, so that it is not necessary to stop the system.
[その他の実施形態]
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。[Other Embodiments]
In the present specification, a plurality of embodiments according to the present invention have been described. However, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The above embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof, as long as they are included in the scope and gist of the invention.
例えば、第1の実施形態では、二次電池の劣化状態の推定は、内部抵抗に基づいて行ったが、これに限られず、公知の推定方法を用いることができる。この場合、電池特性情報記憶部10の特性テーブルも、その推定方法の劣化状態の定義に沿ったものとする。公知の劣化状態の推定方法としては、例えば、電流積算又は電力積算等、測定した電流値又は電圧値だけで電池容量を求めることができる。すなわち、劣化の指標として、測定した電流値又は電圧値を積算することによって内部抵抗を求めないで電池容量を直接求め、上記式(1)から劣化状態を推定しても良い。また、予め行った特性試験等により、二次電池の状態量を示す測定データと、二次電池の劣化状態との間に関係性(例えばグラフなど)が判明している場合には、電池の状態量を示す測定データ及び当該関係性に基づいて、二次電池の劣化状態を推定するようにしても良い。 For example, in the first embodiment, the deterioration state of the secondary battery is estimated based on the internal resistance. However, the present invention is not limited to this, and a known estimation method can be used. In this case, the characteristic table of the battery characteristic information storage unit 10 is also in accordance with the definition of the deterioration state of the estimation method. As a known estimation method of the deterioration state, for example, the battery capacity can be obtained only from the measured current value or voltage value such as current integration or power integration. That is, as an indicator of deterioration, the battery capacity may be directly obtained without integrating the internal resistance by integrating the measured current value or voltage value, and the deterioration state may be estimated from the above equation (1). In addition, if a relationship (for example, a graph) between the measurement data indicating the state quantity of the secondary battery and the deterioration state of the secondary battery is known by a characteristic test or the like performed in advance, The deterioration state of the secondary battery may be estimated based on the measurement data indicating the state quantity and the relationship.
1…電池セル
2…組電池
3…電圧測定部
4…電流測定部
5…温度測定部
6…監視制御ユニット
7…電池状態取得部
8…SOH推定部
9…電池状態記憶部
10…電池特性情報記憶部
11…SOC推定部
11a…内部状態パラメータ特定部
11b…電池電圧シミュレータ
11c…カルマン・フィルタ
12…通信インターフェイス部DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery cell 2 ... Assembly battery 3 ... Voltage measurement part 4 ... Current measurement part 5 ... Temperature measurement part 6 ... Monitoring control unit 7 ... Battery state acquisition part 8 ... SOH estimation part 9 ... Battery state storage part 10 ... Battery characteristic information Storage unit 11 ... SOC estimation unit 11a ... internal state parameter specifying unit 11b ... battery voltage simulator 11c ... Kalman filter 12 ... communication interface unit
Claims (14)
少なくとも劣化状態と二次電池の内部状態パラメータの値とが関連付けられた電池特性情報が記憶された記憶部と、
前記記憶部の電池特性情報から、前記SOH推定部で推定した劣化状態に応じた内部状態パラメータを求め、当該内部状態パラメータに基づいて二次電池の充電率を算出するSOC推定部と、
を備えたことを特徴とする二次電池の充電状態推定装置。Based on the measurement data of the state quantities of the battery cells constituting the secondary battery, an SOH estimation unit that estimates the deterioration state of the secondary battery,
A storage unit storing battery characteristic information in which at least a deterioration state and a value of an internal state parameter of the secondary battery are associated;
An SOC estimation unit that calculates an internal state parameter corresponding to the deterioration state estimated by the SOH estimation unit from the battery characteristic information of the storage unit, and calculates a charging rate of the secondary battery based on the internal state parameter;
An apparatus for estimating a charged state of a secondary battery, comprising:
を特徴とする請求項1記載の二次電池の充電状態推定装置。The SOC estimation unit calculates an internal state parameter corresponding to the deterioration state estimated by the SOH estimation unit by interpolation or extrapolation based on internal state parameters for different deterioration states of the storage unit;
The state-of-charge estimation device for a secondary battery according to claim 1.
電流経路に挿入され、前記電池セルへの充放電電流を測定する電流測定部と、
を備え、
前記SOH推定部は、前記電圧測定部及び前記電流測定部からの各測定値に基づいて二次電池の内部抵抗を算出し、当該内部抵抗に基づき二次電池の劣化状態を推定すること、
を特徴とする請求項1又は2記載の二次電池の充電状態推定装置。A voltage measuring unit for measuring a voltage between terminals of each battery cell constituting the secondary battery;
A current measurement unit that is inserted into a current path and measures a charge / discharge current to the battery cell;
With
The SOH estimating unit calculates an internal resistance of the secondary battery based on each measured value from the voltage measuring unit and the current measuring unit, and estimates a deterioration state of the secondary battery based on the internal resistance;
The charge state estimation apparatus of the secondary battery of Claim 1 or 2 characterized by these.
を特徴とする請求項3記載の二次電池の充電状態推定装置。The SOH estimating unit calculates the internal resistance by a constant current pulse method when the secondary battery is in a no-current state;
The charge state estimation apparatus of the secondary battery of Claim 3 characterized by these.
を特徴とする請求項3記載の二次電池の充電状態推定装置。The SOH estimation unit calculates the internal resistance by wavelet transform from a voltage measurement waveform and a current measurement waveform measured by the voltage measurement unit and the current measurement unit;
The charge state estimation apparatus of the secondary battery of Claim 3 characterized by these.
前記SOH推定部は、前記温度測定部で測定された温度での前記内部抵抗を基準温度の内部抵抗に換算すること、
を特徴する請求項3〜5の何れかに記載の二次電池の充電状態推定装置。A temperature measuring unit for measuring the temperature of the battery cell;
The SOH estimation unit converts the internal resistance at the temperature measured by the temperature measurement unit into an internal resistance of a reference temperature;
The state-of-charge estimation device for a secondary battery according to claim 3, wherein:
を特徴とする請求項3〜6の何れかに記載の二次電池の充電状態推定装置。The SOH estimating unit estimates a deterioration state of the secondary battery based on the calculated internal resistance based on a correlation between a ratio of the internal resistance to the initial internal resistance and a maintenance ratio of the battery capacity to the initial battery capacity;
The charge state estimation apparatus of the secondary battery according to any one of claims 3 to 6.
少なくとも劣化状態と二次電池の内部状態パラメータの値とが関連付けられた電池特性情報から、前記SOH推定ステップで推定した劣化状態に応じた内部状態パラメータを求め、当該内部状態パラメータに基づいて二次電池の充電率を算出するSOC推定ステップと、
を備えたことを特徴とする二次電池の充電状態推定方法。An SOH estimation step for estimating the deterioration state of the secondary battery based on the measurement data of the state quantities of the battery cells constituting the secondary battery;
An internal state parameter corresponding to the deterioration state estimated in the SOH estimation step is obtained from battery characteristic information in which at least the deterioration state is associated with the value of the internal state parameter of the secondary battery, and the secondary state is determined based on the internal state parameter. An SOC estimation step for calculating a charging rate of the battery;
A method for estimating a charged state of a secondary battery, comprising:
を特徴とする請求項8記載の二次電池の充電状態推定方法。The SOC estimation step calculates an internal state parameter corresponding to the deterioration state estimated in the SOH estimation step by interpolation or extrapolation based on internal state parameters for different deterioration states;
The method for estimating the state of charge of a secondary battery according to claim 8.
電流経路に挿入され、前記電池セルへの充放電電流を測定する電流測定ステップと、
を備え、
前記SOH推定ステップは、前記電圧測定ステップ及び前記電流測定ステップからの各測定値に基づいて二次電池の内部抵抗を算出し、当該内部抵抗に基づき二次電池の劣化状態を推定すること、
を特徴とする請求項8又は9記載の二次電池の充電状態推定方法。A voltage measuring step for measuring a voltage between terminals of each battery cell constituting the secondary battery;
A current measuring step that is inserted into a current path and measures a charge / discharge current to the battery cell;
With
The SOH estimating step calculates an internal resistance of the secondary battery based on each measured value from the voltage measuring step and the current measuring step, and estimates a deterioration state of the secondary battery based on the internal resistance;
10. The method for estimating the state of charge of a secondary battery according to claim 8 or 9.
を特徴とする請求項10記載の二次電池の充電状態推定方法。The SOH estimating step calculates the internal resistance by a constant current pulse method when the secondary battery is in a no-current state;
The method for estimating a charged state of a secondary battery according to claim 10.
を特徴とする請求項10記載の二次電池の充電状態推定方法。The SOH estimating step calculates the internal resistance by wavelet transform from the voltage measurement waveform and the current measurement waveform measured in the voltage measurement step and the current measurement step;
The method for estimating a charged state of a secondary battery according to claim 10.
前記SOH推定ステップは、前記温度測定ステップで測定された温度での前記内部抵抗を基準温度の内部抵抗に換算すること、
を特徴する請求項10〜12の何れかに記載の二次電池の充電状態推定方法。A temperature measuring step for measuring the temperature of the battery cell;
The SOH estimation step converts the internal resistance at the temperature measured in the temperature measurement step into an internal resistance of a reference temperature.
The charging state estimation method of the secondary battery in any one of Claims 10-12 characterized by these.
を特徴とする請求項10〜13の何れかに記載の二次電池の充電状態推定方法。The SOH estimating step estimates a deterioration state of the secondary battery based on the calculated internal resistance based on a correlation between a ratio of the internal resistance to the initial internal resistance and a maintenance ratio of the battery capacity to the initial battery capacity;
The charging state estimation method of the secondary battery in any one of Claims 10-13 characterized by these.
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