JP2005347166A - 二次電池の内部抵抗演算方法 - Google Patents

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

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P_MAX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=P_MAX/R^1/2α ・・・（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。

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を示すフローチャートである。 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と電圧の関係（Ｖ−Ｉ特性）を示すグラフである。 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特性を示すグラフである。 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特性を示すグラフである。 一般的な二次電池の電流と電圧の関係及びこれらと二次電池のＳＯＣとの関係を示すグラフである。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 前記二次電池が搭載された車両の最大出力をP_MAX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=P_MAX/R^1/2α
   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。
4. 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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