JP2014109535A - 内部抵抗推定装置、充電装置、放電装置、内部抵抗推定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄電素子の内部抵抗を容易に推定すること。
【解決手段】電池パックは、セルセンサCSとバッテリーマネージャーBMと電流センサを備え、BMに含まれるCPUは、定電力充電又は定電力放電される電池パック内の全単電池の内部抵抗Rを推定する。単電池は、定電力充電又は定電力放電される際に、その充電又は放電を一時的に中断される。CPUは、中断された際の電流値Iである中断前電流値IAを検出する(S8)とともに、中断期間直後の再開時電流値IBを検出する(S14)。そして、中断前電流値IA及び再開時電流値IBを用いて、電池パック内の全単電池の内部抵抗Rを推定する。内部抵抗Rを推定する際に、単電池の端子間電圧である電圧値Vを測定する必要がなく、内部抵抗Rを容易に推定することができる。
【選択図】図3
【解決手段】電池パックは、セルセンサCSとバッテリーマネージャーBMと電流センサを備え、BMに含まれるCPUは、定電力充電又は定電力放電される電池パック内の全単電池の内部抵抗Rを推定する。単電池は、定電力充電又は定電力放電される際に、その充電又は放電を一時的に中断される。CPUは、中断された際の電流値Iである中断前電流値IAを検出する(S8)とともに、中断期間直後の再開時電流値IBを検出する(S14)。そして、中断前電流値IA及び再開時電流値IBを用いて、電池パック内の全単電池の内部抵抗Rを推定する。内部抵抗Rを推定する際に、単電池の端子間電圧である電圧値Vを測定する必要がなく、内部抵抗Rを容易に推定することができる。
【選択図】図3
Description
本発明は、蓄電素子の内部抵抗を推定する技術に関する。
従来から、二次電池など繰り返し使用可能な蓄電素子が用いられている。蓄電素子は、電気自動車など現在その使用分野を広げている。
蓄電素子では、使用回数の増加により劣化し、内部抵抗が増大する。蓄電素子の内部抵抗が増加すると、電池に求められている入出力特性を実現することができない。そのため、従来から、電池の内部抵抗を算出する技術が用いられている(例えば、引用文献1)。この技術では、電池の電圧及び電流を同一のタイミングで計測し、計測された電圧値と電流値を用いて電池の内部抵抗を算出し、算出された内部抵抗の大きさに基づいて、当該電池の異常を判定する。
電池などの蓄電素子の内部抵抗を推定する際には、電流計や電圧計などの計測回路を用いて蓄電素子の電圧及び電流を同一のタイミングで計測することが好ましい。しかし、蓄電素子の電圧と電流など、蓄電素子に関する複数の物理量を同時に計測するためには、計測回路において電流計と電圧計の計測タイミングを同期させるなど、計測回路の構成や制御方法が複雑化してしまい、蓄電素子の内部抵抗を容易に推定することができない問題が生じていた。
本発明は、蓄電素子の内部抵抗を容易に推定する技術を提供することにある。
本明細書によって開示される内部抵抗推定装置は、定電力充電又は定電力放電される蓄電素子の内部抵抗を推定する内部抵抗推定装置であって、前記蓄電素子の充電電流又は放電電流を検出する電流検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記定電力充電又は前記定電力放電が中断された際に、中断期間の直前の前記充電電流又は前記放電電流の電流値である中断前電流値を検出する中断前電流検出処理と、前記中断期間直後の前記充電電流又は前記放電電流の電流値である再開時電流値を検出する再開時電流検出処理と、前記中断前電流値と前記再開時電流値を用いて前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定処理と、を実行する構成を有する。
この内部抵抗推定装置では、前記中断期間は、前記蓄電素子の端子間電圧が開放電圧値に到達するまでの開放電圧到達時間以上であり、前記再開時電流値は、前記端子間電圧が前記開放電圧値である場合に前記蓄電素子に流れる特定電流値である構成としても良い。
この内部抵抗推定装置では、前記中断前電流値及び前記中断期間に対応付けられた補正係数が記憶された記憶部を更に備え、前記中断期間は、前記蓄電素子の前記端子間電圧が開放電圧値に到達するまでの開放電圧到達時間よりも短く、前記制御部は、前記推定処理において、前記中断前電流値及び前記中断期間に対応つけられた前記補正係数を用いて、前記再開時電流値を、前記端子間電圧が前記開放電圧値である場合に前記蓄電素子に流れる特定電流値に補正し、前記中断前電流値と前記特定電流値を用いて前記蓄電素子の内部抵抗を推定する構成としても良い。
この内部抵抗推定装置では、定電力充電又は定電力放電における規定電力値をWとし、前記中断前電流値をIAとし、前記特定電流値をIPとすると、前記蓄電素子の内部抵抗Rは、下記の式で表される構成としても良い。
R=W*(1/IA−1/IP)/IA
R=W*(1/IA−1/IP)/IA
この内部抵抗推定装置では、前記蓄電素子の端子間電圧を検出する電圧検出部を更に備え、前記制御部は、前記中断前電流検出処理において、前記端子間電圧が規定電圧値となった場合に、前記定電力充電又は前記定電力放電が中断されたと判断する構成としても良い。
この内部抵抗推定装置では、前記制御部は、前記充電電流又は前記放電電流を積算して電池容量を算出する容量算出処理を更に実行し、前記中断前電流検出処理において、前記電池容量が規定電池容量値となった場合に、前記定電力充電又は前記定電力放電が中断されたと判断する構成としても良い。
この内部抵抗推定装置では、前記中断前電流値及び前記中断期間に対応付けられた判断電流値が記憶された記憶部を更に備え、前記制御部は、前記推定処理において、前記再開時電流値と、前記中断前電流値及び前記中断期間に対応つけられた前記判断電流値を比較し、前記再開時電流値が前記判断電流値よりも大きい場合に、前記蓄電素子の内部抵抗が基準抵抗値よりも大きいと推定する、構成としても良い。
この内部抵抗推定装置では、前記中断前電流値及び前記中断期間に対応付けられた判断電流値が記憶された記憶部を更に備え、前記制御部は、前記推定処理において、前記再開時電流値と、前記中断前電流値及び前記中断期間に対応つけられた前記判断電流値を比較し、前記再開時電流値が前記判断電流値以下である場合に、前記蓄電素子の内部抵抗が基準抵抗値以下であると推定する、構成としても良い。
本発明は、上記の内部抵抗推定装置を用いて実現される充電装置にも具現化される。本明細書によって開示される充電装置は、蓄電素子を定電力充電する充電装置であって、前記蓄電素子の充電電流を検出する電流検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記充電電流の電流値が規定電流値となった場合に、前記定電力充電を中断させる中断処理と、前記定電力充電の中断開始から基準時間経過後に、前記定電力充電を再開させる再開処理と、前記定電力充電を再開する際の前記充電電流の電流値である再開時電流値を検出する再開時電流検出処理と、前記規定電流値と前記再開時電流値を用いて前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定処理と、を実行する構成を有する。
また、本発明は、上記の内部抵抗推定装置を用いて実現される放電装置にも具現化される。本明細書によって開示される放電装置は、蓄電素子を定電力放電する放電装置であって、前記蓄電素子の放電電流を検出する電流検出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記放電電流の電流値が規定電流値となった場合に、前記定電力放電を中断させる中断処理と、前記定電力放電の中断開始から基準時間経過後に、前記定電力放電を再開させる再開処理と、前記定電力放電を再開する際の前記放電電流の電流値である再開時電流値を検出する再開時電流検出処理と、前記規定電流値と前記再開時電流値を用いて前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定処理と、を実行する構成を有する。
また、本発明は、上記の内部抵抗推定装置を用いて実現される蓄電素子の内部抵抗推定方法にも具現化される。本明細書によって開示される内部抵抗推定方法は、定電力充電又は定電力放電される蓄電素子の内部抵抗を推定する内部抵抗推定方法であって、前記定電力充電又は前記定電力放電が中断された際に、中断期間の直前における前記蓄電素子の充電電流又は放電電流の電流値である中断前電流値を検出する中断前電流検出工程と、前記中断期間直後の前記充電電流又は前記放電電流の電流値である再開時電流値を検出する再開時電流検出工程と、前記中断前電流値と前記再開時電流値を用いて前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定工程と、を備える。
本明細書によって開示される発明によれば、蓄電素子の内部抵抗を容易に推定することができる。
(本実施形態の概要)
初めに、本実施形態の内部抵抗推定装置の概要について説明する。
本内部抵抗推定装置では、定電力充電又は定電力放電される蓄電素子の内部抵抗を推定する際に、蓄電素子の定電力充電又は定電力放電が一時中断される中断期間前後の蓄電素子の充電電流又は放電電流を検出して蓄電素子の内部抵抗を推定する。一般に、蓄電素子では、充電時又は放電時に蓄電素子の充電又は放電を中断すると、その中断期間前後において蓄電素子の端子間電圧が変化する。例えば、充電により端子間電圧が開放電圧値よりも上昇していた場合には、中断期間後に端子間電圧が減少する。また、放電により端子間電圧が開放電圧値よりも下降していた場合には、中断期間後に端子間電圧が上昇する。このように、蓄電素子では、充電時又は放電時に蓄電素子の充電又は放電を中断すると、中断期間前後の蓄電素子の端子間電圧に変化が生じる。
初めに、本実施形態の内部抵抗推定装置の概要について説明する。
本内部抵抗推定装置では、定電力充電又は定電力放電される蓄電素子の内部抵抗を推定する際に、蓄電素子の定電力充電又は定電力放電が一時中断される中断期間前後の蓄電素子の充電電流又は放電電流を検出して蓄電素子の内部抵抗を推定する。一般に、蓄電素子では、充電時又は放電時に蓄電素子の充電又は放電を中断すると、その中断期間前後において蓄電素子の端子間電圧が変化する。例えば、充電により端子間電圧が開放電圧値よりも上昇していた場合には、中断期間後に端子間電圧が減少する。また、放電により端子間電圧が開放電圧値よりも下降していた場合には、中断期間後に端子間電圧が上昇する。このように、蓄電素子では、充電時又は放電時に蓄電素子の充電又は放電を中断すると、中断期間前後の蓄電素子の端子間電圧に変化が生じる。
発明者らは、蓄電素子の充電時又は放電時の中断期間前後に生じる端子間電圧の変化について研究を重ねた。その結果、蓄電素子が定電力充電又は定電力放電されている場合には、中断期間前後に生じる端子間電圧の変化に伴って発生する蓄電素子の充電電流又は放電電流の変化を用いて、蓄電素子の内部抵抗を推定できることを見出した。
本内部抵抗推定装置では、蓄電素子の内部抵抗を推定する際に、中断期間前後の蓄電素子の充電電流又は放電電流を検出し、蓄電素子の端子間電圧を検出しない。そのため、蓄電素子の内部抵抗を推定する際に、蓄電素子の充電電流又は放電電流と端子間電圧の両方を同時に計測していた従来技術に比べて、計測回路の構成や制御方法を簡略化でき、蓄電素子の内部抵抗を容易に推定できる。
本内部抵抗推定装置では、中断期間が開放電圧到達時間以上に設定されているので、検出した再開時電流値は特定電流値に至っており、特定電流値を用いて蓄電素子の内部抵抗を正確に推定できる。
本内部抵抗推定装置では、中断期間が開放電圧到達時間よりも短く設定されているので、検出した再開時電流値は特定電流値に至っていないが、記憶部に記憶された補正係数を用いて再開時電流値を特定電流値に補正できる。この内部抵抗推定装置によれば、再開時電流値を補正した特定電流値を用いて、蓄電素子の内部抵抗を正確に推定できる。また、中断期間が開放電圧到達時間以上に設定されている場合に比べて、短時間で内部抵抗を推定できる。
本内部抵抗推定装置では、規定電力値Wと中断前電流値IAと特定電流値IPから、内部抵抗Rを推定できる。
本内部抵抗推定装置では、蓄電素子の定電力充電又は定電力放電が中断されたか否かを電圧検出部により判断するので、定電力充電又は定電力放電が中断されたか否かを判断しやすい。また、電圧検出部で検出された端子間電圧は、定電力充電又は定電力放電が中断されたか否かを判断するのに用い、蓄電素子の内部抵抗を推定するのには用いないので、計測回路の構成や制御方法を簡略化できる。
本内部抵抗推定装置では、蓄電素子の定電力充電又は定電力放電が中断されたか否かを充電電流又は放電電流が積算された電池容量により判断するので、定電力充電又は定電力放電が中断されたか否かを判断しやすい。この内部抵抗推定装置では、定電力充電又は定電力放電が中断されたか否かを判断する際に、及び蓄電素子の内部抵抗を推定する際に、電流検出部で検出された充電電流又は放電電流を用い、端子間電圧を用いないので、計測回路の構成や制御方法を簡略化できる。
本内部抵抗推定装置では、中断前電流値及び中断期間に対応付けられた判断電流値を用いて、蓄電素子の内部抵抗が基準抵抗値よりも大きいか、又は基準抵抗値以下であるか否かを容易に推定できる。
本充電装置では、蓄電素子を定電力充電し、定電力充電の過程において当該蓄電素子の内部抵抗を推定する。蓄電素子の内部抵抗を推定する際に、蓄電素子の定電力充電を一時中断させ、中断期間前後における蓄電素子の充電電流を検出し、蓄電素子の端子間電圧を検出しない。この充電装置によれば、蓄電素子を定電力充電しながら蓄電素子の内部抵抗を推定でき、かつ、内部抵抗の推定に必要な計測回路の構成や制御方法を簡略化できる。
本充電装置では、蓄電素子を定電力放電し、定電力放電の過程において当該蓄電素子の内部抵抗を推定する。蓄電素子の内部抵抗を推定する際に、蓄電素子の定電力放電を一時中断させ、中断期間前後における蓄電素子の放電電流を検出し、蓄電素子の端子間電圧を検出しない。この放電装置によれば、蓄電素子を定電力放電しながら蓄電素子の内部抵抗を推定でき、かつ、内部抵抗の推定に必要な計測回路の構成や制御方法を簡略化できる。
<実施形態1>
以下、実施形態1について、図1ないし図6を参照しつつ説明する。
以下、実施形態1について、図1ないし図6を参照しつつ説明する。
1.内部抵抗推定装置の構成
図1は、本実施形態における電池パック60の構成を示す図である。本実施形態の電池パック60は、例えば電気自動車やハイブリット自動車に搭載され、電気エネルギーで作動する動力源に電力を供給するものである。
図1は、本実施形態における電池パック60の構成を示す図である。本実施形態の電池パック60は、例えば電気自動車やハイブリット自動車に搭載され、電気エネルギーで作動する動力源に電力を供給するものである。
図1に示すように、電池パック60は、複数の単電池14(図2参照)から構成される組電池12と、センサユニット30や通信部28等が形成された基板であるセルセンサ(以下、CS)20とを含む複数個の電池モジュール10を有するとともに、これらの電池モジュール10を管理するバッテリ−マネージャー(以下、BM)62、及び電流センサ64を有する。電流センサ64は、電流検出部の一例である。CS20及びBM62は、制御部の一例であり、CS20とBM62と電流センサ64を加えたものが、内部抵抗推定装置、充電装置及び放電装置の一例である。
各電池モジュール10の組電池12及び電流センサ64は、配線68を介して直列に接続されており、電気自動車等の外部に設けられた充電器18、または、電気自動車等の内部に設けられた動力源等の負荷18に接続される。配線68により接続された複数の組電池12は、蓄電素子の一例である。
BM62は、中央処理装置(以下、CPU)70の他、電流センサ64を用いて各組電池12に直列に流れる充電電流又は放電電流の電流値I[A]を所定期間毎に測定する電流計測部72、及び通信部74を備える。
図1に示すように、CPU70は、ROMやRAMなどのメモリ76と、アナログ信号として測定される電流値Iをデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換機(以下、ADC)78と、を有する。メモリ76には、CS20の動作を制御するための各種のプログラム(電池管理プログラムを含む)が記憶されており、CPU70は、メモリ76から読み出したプログラムに従って、後述する内部抵抗推定処理を実行するなど、各部の制御を行う。メモリ76には、また、後述して説明する開放電圧到達時間RT、補正係数HN、規定電圧値KV等が予め決定されて記憶されている。メモリ76は、記憶部の一例である。
通信部74は、通信ライン80を介して各電池モジュール10のCS20と接続されており、後述するように各CS20で測定された電圧値Vや温度D等の情報を受け取る。CPU70は、これらの情報を用いて組電池12の充放電を制御するとともに、全単電池14の内部抵抗Rを推定する。
また、通信部74は、通信ライン66を介して充電器18又は負荷18の通信部16に接続されており、充電器18又は負荷18から後述する再開信号AS等の信号を受信する。
なお、電池パック60には、この他に、ユーザからの入力を受け付ける操作部(図示せず)、組電池12の劣化状態等を表示する液晶ディスプレイからなる表示部(図示せず)が設けられている。
図2に、電池モジュール10の構成を概略的に示す。組電池12は、複数の単電池14が直列接続された構成であり、各単電池14は、繰り返し充放電可能な二次電池である。より具体的には、単電池14は、満充電時の両端子間の電圧値が略4Vとなるリチウムイオン電池であり、特に、正極活物質として2種類以上のリチウム含有金属酸化物を用いたリチウムイオン電池である。尚、上記のリチウム含有金属酸化物としては、例えば、Co、MnあるいはNi等の各元素を1種類又は2種類以上含むものを用いることができる。また、結晶構造で言うと、スピネル構造を有するリチウム含有金属酸化物と層状構造を有するリチウム含有金属酸化物とを混合してなるものを正極活物質としている。
また、CS20は、電圧測定回路24と温度センサ26を含むセンサユニット30と通信部28とを含む。電圧測定回路24は、組電池12に含まれる各単電池14の両端に接続され、各単電池14の両端子間の電圧値V[V]を所定期間毎に測定する。温度センサ26は、接触式あるいは非接触式で組電池12に含まれる各単電池14の温度D[℃]を所定期間毎に測定する。なお、温度Dは各単電池毎ではなく、組電池12中の一部の単電池について測定することとしても良い。電圧測定回路24は、電圧検出部の一例である。電圧が、端子間電圧の一例である。
通信部28は、通信ライン80を介してBM62と接続されており、CS20で測定された上記電圧値Vや温度D等の情報をBM62に送信する。BM62は、各CS20から送信される電圧値Vや温度D等をメモリ76に記憶する。BM62のCPU70は、メモリ76に記憶された各単電池14の電圧値Vから、電池パック60に含まれる全単電池14の電圧値Vを合計した合計電圧値VSを取得する。各単電池14の正負両端子間の電圧値Vや電池パック60内の直列接続された全単電池の両端間の合計電圧値VSが、端子間電圧の一例である。
2.内部抵抗推定処理
次に、図3ないし図6を用いて、電池パック60に含まれる全単電池14の合計の内部抵抗である内部抵抗Rを推定する内部抵抗推定処理について説明する。この内部抵抗推定処理では、充電器18において規定電力値Wで定電力充電される全単電池14の充電を一時中断し、中断期間前後の電流値Iから全単電池14の内部抵抗Rを推定する。
次に、図3ないし図6を用いて、電池パック60に含まれる全単電池14の合計の内部抵抗である内部抵抗Rを推定する内部抵抗推定処理について説明する。この内部抵抗推定処理では、充電器18において規定電力値Wで定電力充電される全単電池14の充電を一時中断し、中断期間前後の電流値Iから全単電池14の内部抵抗Rを推定する。
電池パック60では、例えば電気自動車への電源の投入、あるいは電気自動車への充電開始等、ユーザによって電池パック60が起動されると、BM62及びCS20が起動し、直列接続された組電池12への充電が開始される。BM62が起動すると、CPU70はメモリ76からプログラムを読み出し、内部抵抗推定処理を実行する。CPU70は、内部抵抗推定処理を開始すると、各単電池14の温度D及び電圧値Vの測定を開始し、電流値Iの測定を開始する(S2)。CPU70は、測定された各単電池14の電圧値Vから合計電圧値VSを取得する。
CPU70は、合計電圧値VSを用いて、全単電池14(すなわち電池パック60)への充電が中断されたかを検出する。具体的には、CPU70は、メモリ76からプログラムにより、合計電圧値VSが規定電圧値KVに到達すると、充電を中断するように制御されており、合計電圧値VSがメモリ76に記憶された規定電圧値KVに到達したかを検出する(S4)。CPU70は、合計電圧値VSが規定電圧値KV(図4参照)に到達するのを待機し(S4:NO)、合計電圧値VSが規定電圧値KVに到達した場合(S4:YES)、全単電池14への充電が中断されたと判断する(S6)。
CPU70は、合計電圧値VSが規定電圧値KVに到達した際、つまり、全単電池14への充電が中断された際の電流値Iである中断前電流値IA(図4参照)を検出する(S8)。また、CPU70は、全単電池14への充電が中断されてからの経過時間Tを計測する(S10)。
図4に示すように、充電器18は、点線で示す全単電池14の合計電圧値VSが規定電圧値KVに到達し、実線で示す電流値Iが規定電圧値KVに対応する規定電流値KI(中断前電流値IAに等しい)に到達すると、全単電池14に対する電流の供給を中断する。つまり、規定電圧値KVは、全単電池14に対する電流の供給を中断する際の電圧値である中断前電圧値KVということができる。中断期間において、充電器18は、単電池14に全く電流を供給しなくてもよければ(電流値I=0[A])、わずかに電流を供給してもよい(電流値I≒0[A])。充電器18は、所定の中断期間が経過すると、再開信号ASを通信ライン66を介してBM62に送信し、全単電池14への定電力充電を再開する。
CPU70は、中断期間において、充電器18から再開信号ASが送信されるのを検出する(S12)。CPU70は、再開信号ASが送信されるのを待機し(S12:NO)、再開信号ASが送信されると(S12:YES)、中断期間直後の電流値Iである再開時電流値IB(図4参照)を検出する(S14)。また、CPU70は、中断経過時間CTを計時する(S16)。
CPU70は、計時された中断経過時間CTをメモリ76に記憶された開放電圧到達時間RTと比較する(S18)。図5に、中断期間における合計電圧値VS(点線)と、それに対応する再開時電流値IB(一点鎖線)の変化を示す。図5に示すように、充電中に充電を一時中断すると、全単電池14の合計電圧値VSが比較的長い開放電圧到達時間RTをかけて開放電圧値VEにまで低下して収束する。規定電力値Wで定電力充電されている単電池14では、上記の合計電圧値VSの変化に対応して、再開時電流値IBは、中断前電流値IAより大きい、図5の一点鎖線上の値となる。合計電圧値VSが開放電圧値VEで収束すると再開時電流値も一定の値(特定電流値IP)となる。ここで、特定電流値IPとは、開放電圧値VEに対応する再開時電流値IBであり、開放電圧値VEを用いて、下記の関係を有する。
W=VE*IP(式1)
W=VE*IP(式1)
CPU70は、中断経過時間CTについて判断し、開放電圧到達時間RT以上である場合(S18:YES)、再開時電流値IBが特定電流値IPであると判断する。一方、中断経過時間CTが開放電圧到達時間RT未満である場合(S18:NO)、再開時電流値IBが特定電流値IPにまで上昇していないと判断し、メモリ76に記憶された補正係数HNを用いて再開時電流値IBを補正する。
補正係数HNは、開放電圧到達時間RT前に検出された再開時電流値IBを特定電流値IPに補正する係数であり、電池パック60に応じて定められている。補正係数HNは、中断前電流値IA及び中断経過時間CTによって変化することから、図6に示すように、中断前電流値IA及び中断経過時間CTに対応付けられてメモリ76に記憶されている。
CPU70は、再開時電流値IBを補正する際に、内部抵抗推定処理において取得された中断前電流値IA及び中断経過時間CTに対応付けられている補正係数HNを選出し(S20)、再開時電流値IBに選出した補正係数HNを積して再開時電流値IBを補正する(S22)。これにより、再開時電流値IBは特定電流値IPに補正される。
次に、CPU70は、中断前電流値IAと再開時電流値IBを用いて、つまり、中断前電流値IAと特定電流値IPから、全単電池14の内部抵抗Rを推定し(S24)、内部抵抗推定処理を終了する。全単電池14の内部抵抗Rは、充電器18の規定電力値Wを用いて、下記の式のように推定される。
R=W*(1/IA−1/IB)/IA=W*(1/IA−1/IP)/IA
R=W*(1/IA−1/IB)/IA=W*(1/IA−1/IP)/IA
上記の式について説明する。
全単電池14への充電が中断された際における規定電圧値KVは、充電器18の規定電力値Wと中断前電流値IAとの間において、下記の関係を有する。
W=KV*IA(式2)
また、規定電圧値KVは、開放電圧値VEと内部抵抗Rと中断前電流値IAを用いて下記のように表される。
KV=VE+R*IA(式3)
従って、式1ないし式3を用いることで、上記の式が求められる。
全単電池14への充電が中断された際における規定電圧値KVは、充電器18の規定電力値Wと中断前電流値IAとの間において、下記の関係を有する。
W=KV*IA(式2)
また、規定電圧値KVは、開放電圧値VEと内部抵抗Rと中断前電流値IAを用いて下記のように表される。
KV=VE+R*IA(式3)
従って、式1ないし式3を用いることで、上記の式が求められる。
3.本実施形態の効果
(1)本実施形態の電池パック60では、全単電池14の内部抵抗Rを推定する際に、中断期間前後の電流値Iを検出し、中断期間前後の単電池14の電圧値Vを検出しない。そのため、従来技術のように、全単電池14の内部抵抗Rを推定する際に、電流値Iと各単電池14の電圧値Vの両方を同時に計測する必要がない。つまり、これらの値を同時に測定するための構成を電流センサ64や電圧測定回路24に含める必要がなく、CS20やBM62が電流センサ64や電圧測定回路24を制御する処理が複雑化することがない。この電池パック60によれば、全単電池14の内部抵抗Rを容易に推定できる。
(1)本実施形態の電池パック60では、全単電池14の内部抵抗Rを推定する際に、中断期間前後の電流値Iを検出し、中断期間前後の単電池14の電圧値Vを検出しない。そのため、従来技術のように、全単電池14の内部抵抗Rを推定する際に、電流値Iと各単電池14の電圧値Vの両方を同時に計測する必要がない。つまり、これらの値を同時に測定するための構成を電流センサ64や電圧測定回路24に含める必要がなく、CS20やBM62が電流センサ64や電圧測定回路24を制御する処理が複雑化することがない。この電池パック60によれば、全単電池14の内部抵抗Rを容易に推定できる。
(2)本実施形態の電池パック60では、中断経過時間CTが開放電圧到達時間RT以上である場合には、検出した再開時電流値IBを用いて、中断経過時間CTが開放電圧到達時間RT未満である場合には、補正係数HNで補正した再開時電流値IBを用いて、全単電池14の内部抵抗Rを推定する。いずれの場合にも、再開時電流値IBは、開放電圧値VEに対応する特定電流値IPとなることから、特定電流値IPを用いて全単電池14の内部抵抗Rを正確に推定できる。
(3)本実施形態の電池パック60では、中断経過時間CTが開放電圧到達時間RT未満である場合にも、再開時電流値IBを補正することで全単電池14の内部抵抗Rを推定する。そのため、全単電池14の内部抵抗Rの推定に必要な再開時電流値IBを検出する際に、必ずしも開放電圧到達時間RTが経過するまで待つ必要がなく、全単電池14の内部抵抗Rを早期に推定できる。
(4)本実施形態の電池パック60では、全単電池14への充電が中断されたかを合計電圧値VSにより判断するので、全単電池14への充電が中断されたかを判断しやすい。なお、合計電圧値VSは、全単電池14への充電が中断されたか判断するのに用いられ、全単電池14の内部抵抗Rを推定するのには用いられない。そのため、全単電池14への充電が中断されたかを合計電圧値VSにより判断した場合でも、電流センサ64や電圧測定回路24の構成が複雑化したり、CS20やBM62による制御処理が複雑化することを抑制することができる。
<実施形態2>
本発明の実施形態2を、図7を用いて説明する。本実施形態では、CPU70が通信ライン66を介して充電器18を制御し、全単電池14の定電力充電を制御しながら、全単電池14の内部抵抗Rを推定する点で、充電器18による充電に併せて全単電池14の内部抵抗Rを推定する実施形態1と異なる。以下の説明では、実施形態1と同一の内容については重複した記載を省略する。
本発明の実施形態2を、図7を用いて説明する。本実施形態では、CPU70が通信ライン66を介して充電器18を制御し、全単電池14の定電力充電を制御しながら、全単電池14の内部抵抗Rを推定する点で、充電器18による充電に併せて全単電池14の内部抵抗Rを推定する実施形態1と異なる。以下の説明では、実施形態1と同一の内容については重複した記載を省略する。
1. 内部抵抗推定処理
図7を用いて、本実施形態の内部抵抗推定処理について説明する。
電池パック60では、ユーザによって電池パック60が起動されると、BM62及びCS20が起動する。BM62が起動すると、CPU70はメモリ76からプログラムを読み出し、内部抵抗推定処理を実行する。CPU70は、内部抵抗推定処理を開始すると、通信ライン66を介して充電器18に充電を開始させる命令を送信する(S32)。
図7を用いて、本実施形態の内部抵抗推定処理について説明する。
電池パック60では、ユーザによって電池パック60が起動されると、BM62及びCS20が起動する。BM62が起動すると、CPU70はメモリ76からプログラムを読み出し、内部抵抗推定処理を実行する。CPU70は、内部抵抗推定処理を開始すると、通信ライン66を介して充電器18に充電を開始させる命令を送信する(S32)。
次に、CPU70は、各単電池14の温度D及び電圧値Vの測定を開始し、電流値Iの測定を開始する(S2)。そして、測定された電圧値Vから取得される合計電圧値VSが規定電圧値KVに到達するのを検出する(S4:NO)。CPU70は、合計電圧値VSが規定電圧値KVに到達すると(S4:YES)、充電器18に対して充電を中断させる命令を送信する(S34)。
また、CPU70は、合計電圧値VSが規定電圧値KVに到達すると、規定電圧値KVに対応する規定電流値KIを取得する(S36)。規定電流値KIを取得する際には、充電器18の規定電力値Wと規定電圧値KVを用いて規定電流値KIを算出して取得してもよければ、予め算出されてメモリ76に記憶されている規定電流値KIを読み出してもよい。CPU70は、全単電池14への充電が中断されてからの経過時間Tを計測する(S10)。
CPU70は、計測される経過時間Tがメモリ76に記憶された基準時間KTに到達したかを検出する(S38)。本実施形態では、基準時間KTは、開放電圧到達時間RT以上の時間に設定されている。CPU70は、経過時間Tが基準時間KTに到達するのを待機し(S38:NO)、経過時間Tが基準時間KTに到達した場合(S38:YES)、充電器18に対して充電を再開させる命令を送信する(S40)。
CPU70は、充電が再開された所定時間後に中断期間直後の電流値Iである再開時電流値IBを検出する(S14:図4参照)。本実施形態では、基準時間KTが開放電圧到達時間RT以上の時間に設定されているので、再開時電流値IBは、開放電圧値VEに対応する特定電流値IPとなる。CPU70は、規定電流値KIと再開時電流値IBを用いて、つまり、規定電流値KIと特定電流値IPを用いて、全単電池14の内部抵抗Rを推定する(S24)。全単電池14の内部抵抗Rは、充電器18の規定電力値Wを用いて、下記の式のように推定される。
R=W*(1/KI−1/IB)/KI=W*(1/KI−1/IP)/KI
R=W*(1/KI−1/IB)/KI=W*(1/KI−1/IP)/KI
次に、CPU70は、電流値Iがメモリ76に記憶された終止電流値LIに到達したかを検出する(S42)。ここで、終止電流値LIは、全単電池14への充電を終了させるための電流値である。CPU70は、電流値Iが終止電流値LIに到達するのを待機し(S42:NO)、電流値Iが終止電流値LIに到達した場合(S42:YES)、充電器18に対して充電を終了させる命令を送信し(S44)、内部抵抗推定処理を終了する。
2.本実施形態の効果
本実施形態の電池パック60では、CPU70が全単電池14の定電力充電を制御することから、定電力充電を再開するタイミングも自ら決定する。そのため、CPU70は、再開時電流値IBを測定するタイミングをCPU70自らが決定することができ、CPU70は、全単電池14の内部抵抗Rを推定しやすい。
本実施形態の電池パック60では、CPU70が全単電池14の定電力充電を制御することから、定電力充電を再開するタイミングも自ら決定する。そのため、CPU70は、再開時電流値IBを測定するタイミングをCPU70自らが決定することができ、CPU70は、全単電池14の内部抵抗Rを推定しやすい。
<実施形態3>
本発明の実施形態3を、図8、9を用いて説明する。本実施形態では、全単電池14の内部抵抗Rを推定する際に、規定抵抗値KR以上であるか否かを推定し、正確な内部抵抗Rの値を算出しない点で、実施形態1と異なる。以下の説明では、実施形態1と同一の内容については重複した記載を省略する。
本発明の実施形態3を、図8、9を用いて説明する。本実施形態では、全単電池14の内部抵抗Rを推定する際に、規定抵抗値KR以上であるか否かを推定し、正確な内部抵抗Rの値を算出しない点で、実施形態1と異なる。以下の説明では、実施形態1と同一の内容については重複した記載を省略する。
1. 内部抵抗推定処理
CPU70は、内部抵抗推定処理を開始すると、実施形態1と同様の処理で中断前電流値IAを検出し(S8)、再開時電流値IBを検出する(S14)。そして、CPU70は、中断経過時間CTを計時し(S16)、再開時電流値IBをメモリ76に記憶された判断電流値GIと比較する。
CPU70は、内部抵抗推定処理を開始すると、実施形態1と同様の処理で中断前電流値IAを検出し(S8)、再開時電流値IBを検出する(S14)。そして、CPU70は、中断経過時間CTを計時し(S16)、再開時電流値IBをメモリ76に記憶された判断電流値GIと比較する。
判断電流値GIは、全単電池14の使用上限限界となる抵抗値である規定抵抗値KRに対応した電流値Iであり、電池パック60に応じて定められている。判断電流値GIは、中断前電流値IA及び中断経過時間CTによって変化することから、図8に示すように、中断前電流値IA及び中断経過時間CTに対応付けられてメモリ76に記憶されている。
CPU70は、全単電池14の内部抵抗Rを推定する際に、内部抵抗推定処理において取得された中断前電流値IA及び中断経過時間CTに対応付けられている判断電流値GIを選出し(S52)、再開時電流値IBと選出した判断電流値GIを比較する(S54)。CPU70は、再開時電流値IBが選出した判断電流値GI以下である場合(S54:YES)、全単電池14の内部抵抗Rが規定抵抗値KR以下であると推定する。この場合、CPU70は、電池パック60内の全単電池14が劣化していないと判断し(S56)、内部抵抗推定処理を終了する。
一方、CPU70は、再開時電流値IBが選出した判断電流値GIよりも大きい場合(S54:NO)、全単電池14の内部抵抗Rが規定抵抗値KRよりも大きいと推定する。この場合、CPU70は、全単電池14が劣化していると判断し(S58)、表示部等を用いてユーザに電池パック60内の全単電池14の劣化を報知し、内部抵抗処理を終了する。
2.本実施形態の効果
本実施形態の電池パック60では、全単電池14の内部抵抗Rを推定する際に、中断前電流値IA及び中断経過時間CTに対応付けられた判断電流値GIを用いて内部抵抗Rを推定し、電池パック60内の全単電池14の劣化を推定する。そのため、電池パック60内の全単電池14の劣化を推定しやすい。
本実施形態の電池パック60では、全単電池14の内部抵抗Rを推定する際に、中断前電流値IA及び中断経過時間CTに対応付けられた判断電流値GIを用いて内部抵抗Rを推定し、電池パック60内の全単電池14の劣化を推定する。そのため、電池パック60内の全単電池14の劣化を推定しやすい。
<他の実施形態>
本明細書が開示する技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施形態では、蓄電素子を構成するものの一例として二次電池の単電池14を示したが、これに限らず、蓄電素子は、電気化学現象を伴うキャパシタ等で構成されるものあってもよい。
本明細書が開示する技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施形態では、蓄電素子を構成するものの一例として二次電池の単電池14を示したが、これに限らず、蓄電素子は、電気化学現象を伴うキャパシタ等で構成されるものあってもよい。
(2)上記実施形態では、蓄電素子は複数の単電池で構成されているが、蓄電素子は1個の単電池や1個のキャパシタ等で構成されていてもよい。この場合、CPU70は、内部抵抗推定処理において、1個の単電池や1個のキャパシタ等の内部抵抗Rを推定する。
(3)上記実施形態では、全単電池14を充電する場合に実行される内部抵抗推定処理について説明を行ったが、内部抵抗推定処理は、全単電池14から負荷18に放電される場合に適用されても良い。
(4)上記実施形態では、充電器18の充電を中断させる条件として、電圧測定回路24を用いて単電池14の電圧値Vを測定し、測定された電圧値Vから取得される合計電圧値VSが規定電圧値KVに到達した場合に充電器18の充電を中断させる例を用いて説明を行った。しかし、充電器18の充電を中断させる条件はこれに限られない。例えば、CPU70が電流センサ64が計測した電流値Iを積算してSOCを算出する処理を行っている場合には、SOCが規定値に到達した場合に充電器18の充電を中断させてもよい。ここで、「SOC(state of charge)」とは、蓄電素子の充電状態を示しており、満充電状態においてSOCが100%となり、完放電状態においてSOCが0%となる。SOCは、電池容量の一例であり、規定値は規定電池容量値の一例である。さらには、電力量や放電容量等、及びこれらと電流値、SOCを含めたものの複数個を用いて、充電器18の充電を中断させる条件を設定してもよい。
(5)上記実施形態では、制御部の一例として、1つのCPU70を例に挙げた。しかし、制御部は、複数のCPUを備える構成や、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハード回路を備える構成や、ハード回路及びCPUの両方を備える構成でもよい。要するに、制御部は、上記の状態推定処理を、ソフト処理またはハード回路を利用して実行するものであればよい。
(6)上記実施形態では、CPU70が読み込んで実行するプログラムとして、メモリ76に記憶されたものを例に挙げた。しかし、プログラムは、これに限らず、ハードディスク装置、フラッシュメモリ(登録商標)などの不揮発性メモリや、CD−Rなどの記憶媒体などに記憶されたものでもよい。また、メモリ76は、必ずしもCPU70の内部に設けられる必要はなく、CPU70の外部に設けられていてもよい。
12:組電池、14:単電池、20:CS、24:電圧測定回路、30:センサユニット、62:BM、64:電流センサ、70:CPU、76:メモリ、CT:中断経過時間、GI:判断電流値、、HN:補正係数、IA:中断前電流値、IB:再開時電流値、IP:特定電流値、KV:規定電圧値、RT:開放電圧到達時間、W:規定電力値
Claims (11)
- 定電力充電又は定電力放電される蓄電素子の内部抵抗を推定する内部抵抗推定装置であって、
前記蓄電素子の充電電流又は放電電流を検出する電流検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記定電力充電又は前記定電力放電が中断された際に、中断期間の直前の前記充電電流又は前記放電電流の電流値である中断前電流値を検出する中断前電流検出処理と、
前記中断期間直後の前記充電電流又は前記放電電流の電流値である再開時電流値を検出する再開時電流検出処理と、
前記中断前電流値と前記再開時電流値を用いて前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定処理と、を実行する構成を有する、内部抵抗推定装置。 - 請求項1に記載の内部抵抗推定装置であって、
前記中断期間は、前記蓄電素子の端子間電圧が開放電圧値に到達するまでの開放電圧到達時間以上であり、
前記再開時電流値は、前記端子間電圧が前記開放電圧値である場合に前記蓄電素子に流れる特定電流値である、内部抵抗推定装置。 - 請求項1に記載の内部抵抗推定装置であって、
前記中断前電流値及び前記中断期間に対応付けられた補正係数が記憶された記憶部を更に備え、
前記中断期間は、前記蓄電素子の前記端子間電圧が開放電圧値に到達するまでの開放電圧到達時間よりも短く、
前記制御部は、
前記推定処理において、前記中断前電流値及び前記中断期間に対応つけられた前記補正係数を用いて、前記再開時電流値を、前記端子間電圧が前記開放電圧値である場合に前記蓄電素子に流れる特定電流値に補正し、前記中断前電流値と前記特定電流値を用いて前記蓄電素子の内部抵抗を推定する、内部抵抗推定装置。 - 請求項2又は請求項3に記載の内部抵抗推定装置であって、
定電力充電又は定電力放電における規定電力値をWとし、前記中断前電流値をIAとし、前記特定電流値をIPとすると、前記蓄電素子の内部抵抗Rは、
R=W*(1/IA−1/IP)/IA
で表される、内部抵抗推定装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の内部抵抗推定装置であって、
前記蓄電素子の端子間電圧を検出する電圧検出部を更に備え、
前記制御部は、
前記中断前電流検出処理において、前記端子間電圧が規定電圧値となった場合に、前記定電力充電又は前記定電力放電が中断されたと判断する、内部抵抗推定装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の内部抵抗推定装置であって、
前記制御部は、
前記充電電流又は前記放電電流を積算して電池容量を算出する容量算出処理を更に実行し、
前記中断前電流検出処理において、前記電池容量が規定電池容量値となった場合に、前記定電力充電又は前記定電力放電が中断されたと判断する、内部抵抗推定装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の内部抵抗推定装置であって、
前記中断前電流値及び前記中断期間に対応付けられた判断電流値が記憶された記憶部を更に備え、
前記制御部は、
前記推定処理において、前記再開時電流値と、前記中断前電流値及び前記中断期間に対応つけられた前記判断電流値を比較し、前記再開時電流値が前記判断電流値よりも大きい場合に、前記蓄電素子の内部抵抗が基準抵抗値よりも大きいと推定する、内部抵抗推定装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の内部抵抗推定装置であって、
前記中断前電流値及び前記中断期間に対応付けられた判断電流値が記憶された記憶部を更に備え、
前記制御部は、
前記推定処理において、前記再開時電流値と、前記中断前電流値及び前記中断期間に対応つけられた前記判断電流値を比較し、前記再開時電流値が前記判断電流値以下である場合に、前記蓄電素子の内部抵抗が基準抵抗値以下であると推定する、内部抵抗推定装置。 - 蓄電素子を定電力充電する充電装置であって、
前記蓄電素子の充電電流を検出する電流検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記充電電流の電流値が規定電流値となった場合に、前記定電力充電を中断させる中断処理と、
前記定電力充電の中断開始から基準時間経過後に、前記定電力充電を再開させる再開処理と、
前記定電力充電を再開する際の前記充電電流の電流値である再開時電流値を検出する再開時電流検出処理と、
前記規定電流値と前記再開時電流値を用いて前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定処理と、を実行する構成を有する、充電装置。 - 蓄電素子を定電力放電する放電装置であって、
前記蓄電素子の放電電流を検出する電流検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記放電電流の電流値が規定電流値となった場合に、前記定電力放電を中断させる中断処理と、
前記定電力放電の中断開始から基準時間経過後に、前記定電力放電を再開させる再開処理と、
前記定電力放電を再開する際の前記放電電流の電流値である再開時電流値を検出する再開時電流検出処理と、
前記規定電流値と前記再開時電流値を用いて前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定処理と、を実行する構成を有する、放電装置。 - 定電力充電又は定電力放電される蓄電素子の内部抵抗を推定する内部抵抗推定方法であって、
前記定電力充電又は前記定電力放電が中断された際に、中断期間の直前における前記蓄電素子の充電電流又は放電電流の電流値である中断前電流値を検出する中断前電流検出工程と、
前記中断期間直後の前記充電電流又は前記放電電流の電流値である再開時電流値を検出する再開時電流検出工程と、
前記中断前電流値と前記再開時電流値を用いて前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定工程と、
を備える、内部抵抗推定方法。
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- 2012-12-04 JP JP2012265237A patent/JP2014109535A/ja active Pending
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