JP2005347166A - 二次電池の内部抵抗演算方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】演算精度の高い二次電池の内部抵抗演算方法を提供する。
【解決手段】二次電池が放電又は充電し続けている間に、二次電池の電圧V及び電流Iを連続して複数回測定する段階(S01段階)と、電圧V及び電流Iの測定値に基づいて二次電池の内部抵抗Rを演算する段階(S05段階)とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】二次電池が放電又は充電し続けている間に、二次電池の電圧V及び電流Iを連続して複数回測定する段階(S01段階)と、電圧V及び電流Iの測定値に基づいて二次電池の内部抵抗Rを演算する段階(S05段階)とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は二次電池の内部抵抗演算方法に関し、特に、二次電池の電圧及び電流の複数回の測定結果に基づき内部抵抗を演算する方法に関する。
ハイブリッド車両では、二次電池への電力の入出力が頻繁に繰り返されて入出力値が時々刻々と変化するため、入出力値を正確に検出する必要がある。また、入出力値に影響を与える電池の劣化状態を正確に検出する必要もある。二次電池の入出力値及び劣化状態を正確に検出するためには二次電池の正確な内部抵抗Rを検出する必要がある(例えば、特許文献1参照)。
図5に示すように、二次電池に放電電流Id(>0)が流れると、内部抵抗Rにより端子電圧VがVdまで低下する。また、二次電池に充電電流Ic(<0)が流れると、内部抵抗Rにより端子電圧VがVcまで上昇する。放電時の電圧Vdと電流Id及び充電時の電圧Vcと電流Icにより決まる電池のV−I直線の傾きは電池の内部抵抗Rを示す。電池の充電状態(State of Charge:以後、「SOC」という)が大きくなるとV−I直線自体が上がってくる。したがって、正確なV−I特性を推定し、正確な内部抵抗Rを検出するためにはSOCが同一の放電時と充電時において電圧及び電流を測定しなければならない。
特許文献1に開示された方法では、ハイブリッド車両用電池の放電時と充電時における二次電池のSOCが同一であると推定される時点で二次電池の電圧Vd、Vcと電流Id、Icを測定し、それらの放電時と充電時の電圧Vd、Vcと電流Id、Icに基づいて内部抵抗Rを演算する方法が開示されている。
特開2000−021455号公報
しかし、特許文献1の方法では、規定時間T内で電流I及び電圧Vを測定(サンプリング)する場合、規定時間Tの間に放電或いは充電された量(AH)分の放電(充電)がされる。その際、それぞれのサンプリングのタイミングによっては二次電池のSOCの差が発生した状態で電流I、電圧Vがサンプリングされ、その電流I、電圧Vから内部抵抗Rを演算されるおそれがある。この場合、実力の内部抵抗Rに対して誤差が発生してしまう。
また、二次電池の低温時或いは劣化時の電流に対する電圧変動に直線性がない場合、低い電流域のみで内部抵抗の演算が実施された場合、或いは高電流域でのサンプリングがない場合、実力の内部抵抗Rとは異なる内部抵抗を演算してしまう。
本発明の特徴は、二次電池が放電又は充電し続けている間に、二次電池の電圧及び電流を連続して複数回測定する段階と、電圧及び電流の測定値に基づいて二次電池の内部抵抗を演算する段階とを有する二次電池の内部抵抗演算方法であることを要旨とする。
本発明によれば、演算精度の高い二次電池の内部抵抗演算方法を提供することが出来る。
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。
図1に示すように、本発明の実施の形態に係わる二次電池の内部抵抗演算方法は、S01〜S05段階の手順を備えている。なお、S01〜S05段階の手順が実施されている間、二次電池は放電或いは充電を連続して行っている。
(イ)実施の形態に係わる二次電池の内部抵抗演算方法は、二次電池が搭載された車両が走行中において開始される。先ず、S01段階において、二次電池の電流I及び電圧Vを測定する。
(ロ)次にS02段階において、電流Iが(n-1)回連続して増加しているか否かを判断する。ここで、nは2以上の任意の自然数である。第1回目のサイクルにおいては1回しか電流Iを測定していないため、電流が増加しているか否かを判断できない。したがって、第1回目のサイクルにおいてはS02段階においてNOを選択し、S01段階に戻り、再び、電流I及び電圧Vを測定する。S01段階及びS02段階のサイクルをn回繰り返す。
(ハ)n回目のサイクルのS02段階において、n回分の電流Iの測定値が(n-1)回連続して増加しているか否かを判断することが出来る。n回分の電流Iの測定値が(n-1)回連続して増加している場合(S02段階においてYES)、S03段階に進む。n回分の電流Iの測定値が(n-1)回連続して増加していない、つまり、(n-1)回のうち1回でも電流Iが減少しているサイクルがある場合(S02段階においてNO)、再び、S01段階に戻り、電流値Iが(n-1)回連続して増加するまでS01−S02段階を繰り返す。
(ニ)S03段階において、最後のサイクルにおいて測定した電流Inが高電流域の下限値Im以上であるか否かを判断する。電流Inが「高電流域」の下限値Im以上である場合(S03段階においてYES)、S04段階に進む。即ち、S03段階においてn回分の電流Iの測定値が(n-1)回連続して増加していると判断されているため、複数回(ここではn回)の測定における電流Iの測定値のうち少なくとも一部が「高電流域」に含まれている場合には、S04段階に進むことになる。ここで、二次電池が搭載された車両の最大出力をPMAXとし、二次電池の内部抵抗の全回の演算値をRとし、車両の使用の仕方による成立頻度により定まる頻度係数をαとした場合、「高電流域」の下限値(Im)は、
Im=PMAX/R1/2α ・・・(1)
により定義される。
Im=PMAX/R1/2α ・・・(1)
により定義される。
(ホ)一方、最後のサイクルにおいて測定した電流Inが「高電流域」の下限値Im未満である場合(S03段階においてNO)、S01段階に戻り、最後のサイクルにおいて測定した電流が高電流域の下限値Im以上であると判断されるまで、繰り返し電流I及び電圧Vを測定する。
(へ)S04段階において、n回分の電流(I1、I2、・・・In)及び電圧(V1、V2、・・・Vn)を選択する。選択される条件は、S02段階で示したようにn回分の電流Iが(n-1)回連続して増加していること((2)式参照)と、S03段階で示したように、少なくとも一部の電流Iが高電流域に含まれていること((3)式参照)と、そして、n回の測定の間、二次電池は放電或いは充電し続けていることである。
I1<I2<・・・<In ・・・(2)
In>Im ・・・(3)
(ト)最後に、選択されたn回分の電流(I1、I2、・・・In)及び電圧(V1、V2、・・・Vn)の測定値に基づいて、二次電池の内部抵抗Rを演算する。
このように、本発明の実施の形態に係わる二次電池の内部抵抗演算方法は、二次電池が放電又は充電し続けている間に、二次電池の電圧V及び電流Iを連続して複数回(n回)測定し、電圧V及び電流Iのn個の測定値に基づいて二次電池の内部抵抗Rを演算する。
このように、内部抵抗Rを演算するための電流I及び電圧Vのサンプリングを連続放電(充電)時のみに行うことにより、サンプリング時間中の放電量(充電量)を少なくすることができ、二次電池のSOCのずれを少なくすることができる。特許文献1に開示された方法において発生する問題、即ち、二次電池のSOCが異なる条件の元で電流I及び電圧Vを測定することを回避することができる。
複数回の電流の測定値が連続して増加したことをS04段階の選択条件とすることにより、同じSOC条件での電流I及び電圧Vのサンプリングが可能となり、更に演算精度が向上する。
図2は、図1のフローチャートに従って連続して複数回測定された二次電池の電流Iと電圧Vの関係(V−I特性)を示す。n回の電流I及び電圧Vの測定値は、図2に示すグラフ上のn個の測定点d1〜dnとして表示することが出来、n個の測定点d1〜dnの回帰直線を作成し、回帰直線の傾きが二次電池の内部抵抗Rとなる。
ここで、n回の電流I及び電圧Vの測定は、規定時間t秒内に実施されることが望ましい。また、n回の電流I及び電圧Vの測定は、等しい時間間隔で実施されることが望ましい。即ち、測定の時間間隔は、t/(n-1)秒であることが望ましい。更に、最初の測定点d1と最後の測定点dnの間で、二次電池のSOCが実質的に同一であるとみなすことが出来る許容範囲及び電流域等の演算条件を満たしていることが望ましい。
図3は、複数回の電流及び電圧の測定を行っている間に二次電池のSOCが変化してしまう場合(第1の比較例)のV−I特性を示す。図5に示したように二次電池のSOCが変化すると二次電池のV−I特性を示す直線の位置も変化する。図3に示すように、複数回の電流及び電圧の測定を行っている規定時間Tの間に二次電池が放電或いは充電されて二次電池のSOCが変化してしまう場合、複数の測定点がV−I特性の実力値を示す複数の直線上にバラバラに載ってしまう。即ち、複数の測定点を1つのV−I特性の実力値を示す直線上に載せることが出来ない。したがって、測定点の回帰直線(演算値)の傾きは、実際の二次電池のV−I特性を示す直線(実力値)の傾きからずれてしまうことになる。なお、図3においては、電流I及び電圧Vの関係の1次回帰式の傾きで二次電池の内部抵抗を算出している。
図4は、複数回の測定において1回以上の測定における電流Iが高電流域に含まれている場合及び高電流域に含まれていない場合(第2の比較例)のV−I特性を示す。複数回の測定において1回以上の測定における電流Iが高電流域に含まれている場合、図4の実線が測定点の回帰直線となり、総ての電流Iが高電流域に含まれていない場合、図4の破線が測定点の回帰直線となる。このように、低い電流域のみで内部抵抗の演算が実施された場合、実力の内部抵抗Rとは異なる内部抵抗を演算してしまう。同様にして、二次電池のV−I特性において低温時或いは劣化時に電流に対する電圧変動に直線性がない場合、或いは高負荷時でのサンプリングがない場合も、実力の内部抵抗Rとは異なる内部抵抗を演算してしまう。
以上説明したように、二次電池の内部抵抗Rを演算する際に使用する電流I及び電圧Vの測定値(データ)を、連続して放電或いは充電している時のみのものとすることにより、測定時間中の放電量(充電量)を少なくすることができ、連続測定中の二次電池のSOCのズレを少なくすることができる。
また、S03段階において前述した「高電流域」に含まれている電流I及び電圧Vが測定できていることを、S04段階で選択されるための条件、即ちS05段階で内部抵抗の演算が成立するための条件とする。このことにより、同SOC条件下においても電流―電圧の関係に直線性がない二次電池、或いは二次電池の劣化時及び低温時に対しても対応することができる。高電流域を含んだ場合、実際に必要とされる最大出力(回生)を出力した時のみが演算されることにより、実際に車両で必要とされる最大出力付近での内部抵抗Rを演算することが可能となる。
上記のように、本発明は、1つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
Ic…充電電流
Id…放電電流
Im…高電流域の下限値
I1〜In…電流
R…内部抵抗
Vc…充電電圧
Vd…放電電圧
V1〜Vn…電圧
d1〜dn…測定点
T,t…規定時間
Id…放電電流
Im…高電流域の下限値
I1〜In…電流
R…内部抵抗
Vc…充電電圧
Vd…放電電圧
V1〜Vn…電圧
d1〜dn…測定点
T,t…規定時間
Claims (4)
- 二次電池が放電又は充電し続けている間に、前記二次電池の電圧及び電流を連続して複数回測定し、
前記電圧及び電流の測定値に基づいて前記二次電池の内部抵抗を演算する
ことを特徴とする二次電池の内部抵抗演算方法。 - 前記複数回の測定における電流の測定値は、高電流域に含まれていることを特徴とする請求項1記載の二次電池の内部抵抗演算方法。
- 前記二次電池が搭載された車両の最大出力をPMAXとし、前記二次電池の内部抵抗の全回の演算値をRとし、前記車両の使用の仕方による成立頻度により定まる頻度係数をαとした場合、前記高電流域の下限値(Im)は、
Im=PMAX/R1/2α
により定義されることを特徴とする請求項2記載の二次電池の内部抵抗演算方法。 - 前記複数回の測定における電流の測定値は、連続して増加していることを特徴とする請求項1乃至3何れか1項記載の二次電池の内部抵抗演算方法。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008039516A (ja) * | 2006-08-03 | 2008-02-21 | Nissan Motor Co Ltd | 電池の電流−電圧特性検出装置およびそれを用いた内部抵抗検出装置 |
JP2012172991A (ja) * | 2011-02-17 | 2012-09-10 | Fuji Electric Co Ltd | リチウムイオン電池の充放電動作状態監視方式 |
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-
2004
- 2004-06-04 JP JP2004167080A patent/JP2005347166A/ja active Pending
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JP7031572B2 (ja) | 2018-12-07 | 2022-03-08 | トヨタ自動車株式会社 | 駆動システム |
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