JP2012177588A - 充電率推定装置、充電率推定方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】静定判定部105は、二次電池が静定状態であるか否かを判定する。また、SOCV演算部104は、二次電池の電圧を用いて二次電池のSOCを演算する。そして、満充電容量推定部107は、静定判定部105によって二次電池が静定状態であると判定された場合に、SOCV演算部104が演算したSOVを用いて、二次電池の満充電容量を推定する。SOCI演算部103は、満充電容量推定部107によって推定された満充電容量を用いてSOCを演算する。
【選択図】図1
Description
しかし、二次電池の充放電電流の積算値を用いてSOCの演算を行った場合、積算によって電流検出誤差が蓄積していく影響と、計算に用いる二次電池の満充電容量Qが真値と異なっている影響で、所定時間経過後の算出結果であるSOCが、真のSOC(ここでは、事前取得済みの二次電池の開放電圧とSOCの関係から求まる値とする)と大きく異なってしまうおそれがある。
しかし、電流の充放電が反転する際の二次電池の電圧には、これまでの充放電の影響がまだ残っており、電流が概略0アンペアになった瞬間の二次電池の電圧と、電流が概略0アンペアの状態を継続して静定状態(時間経過に対する二次電池の電圧変化が十分小さい状態)になった時の二次電池の電圧とは顕著な差がある場合がある。従って、開放電圧は、電流が概略0アンペアの状態を継続して静定状態に到達したときの二次電池の電圧から推定することが好ましい。
従って、二次電池の充放電電流の積算値を用いてSOCの演算を行う場合、静定条件が成立して開放電圧からSOCを求める場合に切り替わるたびに、大きなSOC差を生じやすい。
そのため、開放電圧によるSOCを用いて、充放電電流の積算値を用いて算出したSOCを修正した際に、劣化によって満充電容量が減少している場合は、推定したSOCと真のSOCとが大きく異なってしまう。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による充電率推定装置100の構成を示す概略ブロック図である。
充電率推定装置100は、運用中の二次電池のSOC(充電率)を推定する装置であって、初期値記憶部101、電流値積算部102、SOCI演算部103(第1の充電率演算部)、SOCV演算部104(第2の充電率演算部)、静定判定部105、SOC出力部106(出力部)、満充電容量推定部107、表示部108を備える。
電流値積算部102は、SOC出力部106からリセット命令を受け付けた時刻からの二次電池の充放電による実測電流の積算値を演算する。
SOCI演算部103は、電流値積算部102が演算した実測電流の積算値、二次電池の初期状態のSOC、及び二次電池の満充電容量を用いて二次電池のSOCを演算する。具体的には、式(1)を用いて二次電池のSOCを演算する。なお、初回の実行時には、SOCI演算部103は、予め測定しておいた二次電池のSOC及び満充電容量を用いて、運用中の二次電池のSOCを演算する。
また、SOCI演算部103は、満充電容量推定部107が推定した満充電容量以外に、現時点の二次電池の満充電容量の候補である複数の候補満充電容量を用いて、複数の候補SOCを演算する。
静定判定部105は、二次電池の充放電による実測電流の電流値の変動を監視し、所定時間(例えば、5分)の間、電流値の変動幅が所定の閾値(例えば、±5アンペア)以内であるときに、二次電池が静定状態(時間経過に対する二次電池の電圧変化が十分小さい状態)であると判定する。
表示部108は、SOC出力部106が出力した二次電池のSOCを表示する。
図2は、本発明の第1の実施形態による充電率推定装置100の動作を示すフローチャートである。
充電率推定装置100が二次電池のSOCの推定を開始すると、電流値積算部102は、二次電池の充放電による実測電流の積算値の演算を開始する(ステップS1)。電流値積算部102が実測電流の積算値の演算を開始すると、SOCI演算部103は、式(1)を用いて二次電池のSOCを演算する(ステップS2)。このとき、SOCI演算部103は、初期値記憶部101が記憶するSOCをS(0)とし、電流値積算部102が積算した電流値を∫It(t)dtとし、満充電容量推定部107が推定した満充電容量をQとする。なお、初回の実行時には、二次電池の運用開始前に予め測定しておいた二次電池のSOCを記憶しており、満充電容量推定部107は、二次電池の運用開始前に予め測定しておいた二次電池の満充電容量を推定結果として出力する。
他方、静定判定部105は、電流値の変動幅が5アンペア以内であると判定した場合(ステップS7:YES)、二次電池が静定状態であると判定する(ステップS9)。
また、SOC出力部106は、SOCV演算部104による演算結果を表示部108に出力する(ステップS15)。これにより、表示部108は、SOCV演算部104による演算結果を表示する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
第1の実施形態では、SOCV演算部104が、二次電池の実測電圧を開放電圧とみなしてSOCを演算する場合を説明したが、第2の実施形態によるSOCV演算部104は、実測電圧から二次電池のインピーダンス電圧を除いて開放電圧を推定し、当該開放電圧を用いてSOCを演算する。これにより、SOCV演算部104の演算結果の精度をより高くすることができる。
第2の実施形態による充電率推定装置100は、第1の実施形態による充電率推定装置100に、さらにインピーダンス推定部109、インピーダンス電圧推定部110、インピーダンス電圧除去部111を備える。
インピーダンス推定部109は、SOC出力部106が出力するSOCと二次電池の実測温度とを入力して、二次電池のSOC及び温度と内部インピーダンスとの関係を示すテーブルから二次電池の内部インピーダンス(インピーダンス電圧推定部110によるインピーダンス電圧の算出に用いるモデル回路のインピーダンス)を推定する。なお、モデル回路としては、例えば、抵抗とコンデンサを並列に接続した回路と、抵抗と二次電池とを直列に接続した回路を用いる。
インピーダンス電圧推定部110は、インピーダンス推定部109が推定したインピーダンスと二次電池の充放電による実測電流とをモデル回路に当てはめ、インピーダンス電圧を演算する。
インピーダンス電圧除去部111は、実測電圧からインピーダンス電圧推定部110が演算したインピーダンス電圧を減算することで、二次電池の開放電圧を演算する。
そして、SOCV演算部104は、実測電圧ではなく、インピーダンス電圧除去部111が演算した開放電圧を用いてSOCを演算する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
第1の実施形態、第2の実施形態では、二次電池が単電池である場合を説明したが、第3の実施形態では、二次電池が複数のセル電池によって構成される組電池である場合について説明する。二次電池が組電池である場合、セル電池それぞれのSOCが異なるため、表示部108は、第1の実施形態、第2の実施形態と異なる表示をする必要がある。
第3の実施形態による充電率推定装置100は、第1の実施形態による充電率推定装置100に、さらに波形生成部112を備え、初期値記憶部101、電流値積算部102、SOCI演算部103、SOCV演算部104、SOC出力部106、満充電容量推定部107を、セル電池毎に備える。具体的には、初期値記憶部101、電流値積算部102、SOCI演算部103、SOCV演算部104、SOC出力部106、満充電容量推定部107は、セル電池毎に設けられるCMU(Cell Monitor Unit)に備えられ、静定判定部105及び波形生成部112は、組電池である二次電池を監視・制御するBMU(Battery Management Unit)に備えられる。
波形生成部112は、各セル電池のSOC出力部106から出力されたSOCのうち、最大値を示す最大SOCと、最小値を示す最小SOCとを特定する。そして、最大SOCを最大ピークとし、最小SOCを最小ピークとする波形を生成する。
表示部108は、波形生成部112が生成した波形を表示する。
なお、波形生成部112は、具体的には以下に示す式(2)に示す波形を生成する。
このように、本実施形態によれば、正弦波信号1つで、組電池を構成する複数のセル電池の充電率のうちの現在の最大SOCと最小SOCとを表示部108に通知し、表示させることができる。
組電池を構成するセル電池の中に1つでもSOCが定格より大きいものがある場合、当該セル電池が過充電により劣化し、組電池全体としての性能が落ちてしまう。他方、組電池を構成するセル電池の中に1つでもSOCが定格より小さいものがある場合、当該セル電池が過放電により劣化し、組電池全体としての性能が落ちてしまう。したがって、全てのセル電池のSOCが定格に収まっている必要があり、そのために最大SOC及び最小SOCを監視しておく必要がある。
本実施形態によれば、最大SOCと最小SOCとを波形によって表示するため、管理者が全てのセル電池のSOCが定格の範囲に収まっているかを監視することができる。
例えば、第1の実施形態〜第3の実施形態では、満充電容量推定部107が、SOCV演算部104が演算したSOCに最も近い候補SOCの演算に用いた候補満充電容量を、現在の候補満充電容量と推定する場合を説明したが、これに限られない。例えば、SOCV演算部104が演算したSOCに最も近い2つの候補SOCを特定し、当該2つの候補SOCの補間計算により候補満充電容量を推定しても良い。
また、例えば、当該統計値から近似曲線を算出し、当該近似曲線に基づいて誤差が0になると予測される満充電容量を推定しても良い。
また、例えば、規定回数毎に候補SOCとSOCV演算部104による演算結果との差分を算出し、当該差分が最も小さい回数が多かった候補SOCを用いて満充電容量を推定しても良い。
Claims (9)
- 運用中の二次電池の充電率を推定する充電率推定装置であって、
前記二次電池の充放電による実測電流の積算値と前記二次電池の満充電容量から、当該二次電池の現時点における充電率を演算する第1の充電率演算部と、
前記二次電池の開放電圧と充電率の関係を示すテーブルを参照して、前記二次電池の実測電圧から当該二次電池の現時点における充電率を演算する第2の充電率演算部と、
前記二次電池が静定状態であるか否かを判定する静定判定部と、
前記静定判定部によって前記二次電池が静定状態であると判定された場合に、前記二次電池の充放電による実測電流の積算値と前記第2の充電率推定部が推定した充電率とから、前記二次電池の現時点における満充電容量を推定する満充電容量推定部と、
前記静定判定部によって前記二次電池が静定状態であると判定された場合に、前記第2の充電率演算部の演算結果を、前記二次電池の充電率として出力し、前記静定判定部によって前記二次電池が静定状態でないと判定された場合に、前記第1の充電率演算部の演算結果を、前記二次電池の充電率として出力する出力部と
を備え、
前記第1の充電率演算部は、前記満充電容量推定部が推定した満充電容量を用いて前記充電率を演算する
ことを特徴とする充電率推定装置。 - 前記第1の充電率演算部は、前記満充電容量推定部が推定した満充電容量のほかに、前記二次電池の満充電容量の複数の候補と前記二次電池の充放電による実測電流の積算値とを用いて前記候補それぞれに対応する充電率を演算し、
前記満充電容量推定部は、前記第1の充電率演算部が算出した充電率のうち、前記第2の充電率演算部が演算した充電率に最も近い充電率を特定し、当該充電率に対応する前記満充電容量の候補を用いて、前記二次電池の現時点における満充電容量を推定する
ことを特徴とする請求項1に記載の充電率推定装置。 - 前記静定判定手段は、所定の時間の間における前記二次電池の充放電電流の変動幅が所定の閾値以内であるときに、前記二次電池が静定状態であると判定する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の充電率推定装置。 - 前記二次電池の充電率と当該二次電池の内部インピーダンスとの関係を格納するインピーダンステーブルを参照して、前記出力部が前回出力した充電率から前記二次電池の内部インピーダンスを推定するインピーダンス推定部と、
前記内部インピーダンスを用いて前記二次電池のインピーダンス電圧を推定するインピーダンス電圧推定部と
を更に備え、
前記第2の充電率演算部は、前記二次電池の実測電圧から推定インピーダンス電圧を減じて得られる電圧を用いて開放電圧を推定し、前記二次電池の充電率を演算する
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の充電率推定装置。 - 前記出力部が出力した充電率を表示する表示部を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の充電率推定装置。 - 前記二次電池は、複数の電池セルからなる組電池であって、
前記第1の充電率推定部及び前記第2の充電率推定部は、前記電池セルそれぞれの充電率のうち、最大値を示す最大充電率と、最小値を示す最小充電率とを特定し、
前記表示部は、前記最大充電率を最大ピークとし、前記最小充電率を最小ピークとする波形信号を表示する
ことを特徴とする請求項5に記載の充電率推定装置。 - 前記二次電池は、複数の電池セルからなる組電池であって、
前記第1の充電率推定部及び前記第2の充電率推定部は、前記電池セルそれぞれの充電率のうち、最大値を示す最大充電率と、最小値を示す最小充電率とを特定し、特定した前記最大充電率及び前記最小充電率の2入力に基づいて1つの充電率を演算し、
前記表示部には、前記1つの充電率を表示する
ことを特徴とする請求項5に記載の充電率推定装置。 - 運用中の二次電池の充電率推定方法であって、
前記二次電池の充放電による実測電流の積算値と前記二次電池の満充電容量から、当該二次電池の現時点における充電率を演算するステップと、
前記二次電池の開放電圧と充電率の関係を示すテーブルを参照して、前記二次電池の実測電圧から当該二次電池の現時点における充電率を演算するステップと、
前記二次電池が静定状態であるか否かを判定するステップと、
前記二次電池が静定状態であると判定した場合に、前記二次電池の充放電による実測電流の積算値と前記第1の充電率推定部が推定した充電率とから、前記二次電池の現時点における満充電容量を推定するステップと、
前記二次電池が静定状態であると判定した場合に、前記テーブルと前記二次電池の電圧とを用いて演算した演算結果を前記二次電池の充電率として出力し、前記二次電池が静定状態でないと判定した場合に、前記電流の積算値と前記二次電池の満充電容量から演算した演算結果を前記二次電池の充電率として出力するステップと
を備え、
前記電流の積算値と前記二次電池の満充電容量を用いて充電率を演算するステップでは、前記満充電容量を推定するステップにおいて推定した満充電容量を用いて前記充電率を演算する
ことを特徴とする充電率推定方法。 - 運用中の二次電池の充電率を推定する充電率推定装置を、
前記二次電池の充放電による実測電流の積算値と前記二次電池の満充電容量から、当該二次電池の現時点における充電率を演算する第1の充電率演算部、
前記二次電池の開放電圧と充電率の関係を示すテーブルを参照して、前記二次電池の実測電圧から当該二次電池の現時点における充電率を演算する第2の充電率演算部、
前記二次電池が静定状態であるか否かを判定する静定判定部、
前記静定判定部によって前記二次電池が静定状態であると判定された場合に、前記二次電池の充放電による実測電流の積算値と前記第2の充電率推定部が推定した充電率とから、前記二次電池の現時点における満充電容量を推定する満充電容量推定部、
前記静定判定部によって前記二次電池が静定状態であると判定された場合に、前記第2の充電率演算部の演算結果を、前記二次電池の充電率として出力し、前記静定判定部によって前記二次電池が静定状態でないと判定された場合に、前記第1の充電率演算部の演算結果を、前記二次電池の充電率として出力する出力部
として機能させ、
前記第1の充電率演算部は、前記満充電容量推定部が推定した満充電容量を用いて前記充電率を演算する
ことを特徴とするプログラム。
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