JP2018136157A - 充電率推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電後に放電することにより、放電後に得られる開回路電圧を用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率を推定できるようにする充電率推定装置を提供する。【解決手段】充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率が推定できる場合、充電後に得られる開回路電圧を用いて、記憶部に記憶されている充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を参照し、充電後に得られる開回路電圧に対応する充電率を求め、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率が推定できる場合、放電後に得られる開回路電圧を用いて、記憶部に記憶されている放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を参照し、放電後に得られる開回路電圧に対応する充電率を求める推定部５と、充電終了を検出すると、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を用いて充電率を推定できると見做せる放電量を放電する放電部６と、を有する充電率推定装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、充電率推定装置に関する。

開回路電圧（Open Circuit Voltage：ＯＣＶ）と充電率（State Of Charge：ＳＯＣ）との関係を示すＳＯＣ−ＯＣＶ特性を用いて電池の充電率ＳＯＣを推定する技術が知られている。

関連する技術として特許文献１や特許文献２がある。

特開２０１６−１４５７９５号公報 特開２０１４−１３９５２１号公報

しかしながら、例えばシリコン負極を用いた電池のように充電と放電とでＳＯＣ−ＯＣＶ特性が異なる電池の充電率ＳＯＣを推定する場合、充電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｃと充電率ＳＯＣとの関係を示す充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性を用いるのか、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄと充電率ＳＯＣとの関係を示す放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性を用いるのかが分からないと、充電率ＳＯＣを精度よく推定できない。

例えば、充電直後の状態は、通常充電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｃを用いて、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できる充電状態であるが、充電後に放電をする場合には、充電後の状態を、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄを用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できる放電状態にしたい。ところが、充電状態から放電状態に切り替えるには、所定量の放電をしなければならないため、充電後所定量の放電をするまでは、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄを用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できる状態にならない。

本発明の一側面に係る目的は、充電後に放電をすることにより、放電後に得られる開回路電圧を用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できるようにする充電率推定装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態である、充電後に得られる開回路電圧と充電率との関係を示す充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性と、放電後に得られる開回路電圧と充電率との関係を示す放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性とが異なる電池の充電率を推定する充電率推定装置は、推定部と放電部とを有する。

推定部は、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率が推定できる場合、充電後に得られる開回路電圧を用いて、充電後に得られる開回路電圧と充電率とが関連付けられて記憶部に記憶されている充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を参照し、充電後に得られる開回路電圧に対応する充電率を求める。

また、推定部は、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率が推定できる場合、放電後に得られる開回路電圧を用いて、放電後に得られる開回路電圧と充電率とが関連付けられて記憶部に記憶されている放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を参照し、放電後に得られる開回路電圧に対応する充電率を求める。

放電部は、充電終了を検出すると、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を用いて充電率を推定できると見做せる放電量を放電する。
また、放電部は、充電終了を検出すると、充電開始時刻から充電終了時刻における充電積算電流量が放電量より大きい場合、放電量の放電をする。

また、放電部は、充電終了を検出すると、充電積算電流量が放電量以下の場合、放電量の放電をしない。

充電後に放電することにより、放電後に得られる開回路電圧を用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率を推定できるようにする。

蓄電装置の一実施例を示す図である。 充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性と放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す図である。 充電率推定装置の動作の一実施例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、蓄電装置１の一実施例を示す図である。蓄電装置１は、充電率推定装置（電流計２、電圧計３、制御回路４）、電池Ｂ１、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２を備える。蓄電装置１は、例えば、車両に搭載された電池パックなどが考えられる。

充電率推定装置は、充電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｃと充電率ＳＯＣとの関係を示す充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性と、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄと充電率ＳＯＣとの関係を示す放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性とが異なる電池Ｂ１の充電率ＳＯＣを推定する。

電池Ｂ１は、電池パックに設けられた二次電池であり、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池又は蓄電素子などである。なお、電池Ｂ１は複数の電池を接続した組電池を用いてもよい。また、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性と放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性とが異なる電池として、シリコン負極を用いた電池が考えられるが、それ以外でもよい。

スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、充電開始から充電終了までＣ接点側に接続され、放電開始から放電終了までＤ接点側に接続される。スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、例えば、リレー、半導体素子が考えられる。なお、スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、どちらか一つを設けるだけでもよい。また、スイッチは、充電装置ＣＨＧ用に一つ、負荷ＬＤ用に一つあってもよい。

蓄電装置１の回路構成について説明する。
電池Ｂ１の正極端子（＋）は、電流計２の一方の端子と電圧計３の一方の端子と接続される。電流計２の他方の端子は、スイッチＳＷ１のＢ端子と接続される。電流計２の出力端子は、制御回路４の制御端子Ｐ１に接続される。

電池Ｂ１の負極端子（−）は、電圧計３の他方の端子とスイッチＳＷ２のＢ端子と接続される。電圧計３の出力端子は、制御回路４の制御端子Ｐ２に接続される。
スイッチＳＷ１のＣ端子は、充電装置ＣＨＧの正極端子（＋）と接続される。スイッチＳＷ１のＤ端子は、負荷ＬＤ（例えば、モータや補機など）の正極端子（＋）と接続される。スイッチＳＷ２のＣ端子は、充電装置ＣＨＧの負極端子（−）と接続される。スイッチＳＷ２のＤ端子は、負荷ＬＤの負極端子（−）と接続される。また、スイッチＳＷ１、ＳＷ２それぞれの制御端子は、制御回路４の制御端子Ｐ３に接続される。

充電率推定装置について説明する。
電流計２は、電池Ｂ１に流れる電流を計測する。電圧計３は、電池Ｂ１の両端の電圧を計測する。制御回路４は推定部５と放電部６とを有する。

制御回路４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）を用いた回路が考えられる。また、制御回路４は、内部又は外部に記憶部を備え、記憶部に記憶されている蓄電装置１の各部を制御するプログラムを読み出して実行する。

制御回路４は、電池Ｂ１の充電をする場合、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接点を共にＣ接点側に接続させる。また、制御回路４は、充電中に充電装置ＣＨＧから電池Ｂ１に流れる電流（充電電流）に対応する信号又は情報を電流計２から取得すると共に、充電中の電池Ｂ１の電圧（閉回路電圧）に対応する信号又は情報を電圧計３から取得する。また、制御回路４は、電池Ｂ１が放電をする場合、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接点を共にＤ接点側に接続させる。また、制御回路４は、放電中に電池Ｂ１から負荷ＬＤに流れる電流（放電電流）を電流計２から取得すると共に、放電中の電池Ｂ１の電圧（閉回路電圧）を電圧計３から取得する。また、制御回路４は、電池Ｂ１の充放電後に開回路電圧を取得する場合、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接点を共にＣ接点及びＤ接点に接続させないようにし、電池Ｂ１の充放電後の開回路電圧（充電後の開回路電圧ＯＣＶｃ又は放電後の開回路電圧ＯＣＶｄ）を電圧計３から取得する。なお、充放電後の開回路電圧は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の接点がＣ接点又はＤ接点に接続しているときであっても、電池Ｂ１に電流が流れていないときの電圧を開回路電圧としてもよく、電池Ｂ１に電流が流れていないときの電圧の変化から開回路電圧を推定してもよい。

推定部５について説明をする。
推定部５は、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣが推定できる場合、充電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｃを用いて、充電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｃと充電率ＳＯＣとが関連付けられて記憶部に記憶されている充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を参照し、充電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｃに対応する充電率ＳＯＣを求める。

また、推定部５は、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣが推定できる場合、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄを用いて、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄと充電率ＳＯＣとが関連付けられて記憶部に記憶されている放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を参照し、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄに対応する充電率ＳＯＣを求める。

図２は、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性と放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示す図である。また、曲線２１は、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に対応し、曲線２２は、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に対応し、曲線２３は、曲線２１と曲線２２と異なる、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に対応する。

図２に示すように、充電後の開回路電圧ＯＣＶｃと放電後の開回路電圧ＯＣＶｄとが同じ値でも、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性（曲線２１）に応じて充電率ＳＯＣ（図２のＡ）を求めた場合と、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性（曲線２２）に応じて充電率ＳＯＣ（図２のＢ）を求めた場合とでは、充電率ＳＯＣが異なる。そこで、推定部５では、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に対応する充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報又は放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に対応する放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を用いて、充電率ＳＯＣを求める。

充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣが推定できる場合とは、充電開始時刻から充電終了時刻における充電積算電流量が、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣが推定できると見做せる所定充電量以上の充電をした場合である。また、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣが推定できる場合とは、放電開始時刻から放電終了時刻における放電積算電流量が、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣが推定できると見做せる所定放電量以上の放電をした場合である。

充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報は、例えば、充電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｃ（「ＯＣＶｃ１」「ＯＣＶｃ２」・・・・・・「ＯＣＶｃｎ」）と、充電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｃに関連付けられた充電率ＳＯＣ（「ＯＣＶｃ１」に対応する「ＳＯＣｃ１」、「ＯＣＶｃ２」に対応する「ＳＯＣｃ２」・・・・・・「ＯＣＶｃｎ」に対応する「ＳＯＣｃｎ」）とを有するテーブルである。なお、図２の充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性は、充電後の分極解消後の開回路電圧ＯＣＶｃと充電率ＳＯＣとが関連付けられた充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性でもよいし、充電後の分極解消前の所定時間における開回路電圧ＯＣＶｃと充電率ＳＯＣとが関連付けられた充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性を用いてもよい。

放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報は、例えば、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄ（「ＯＣＶｄ１」「ＯＣＶｄ２」・・・・・・「ＯＣＶｄｎ」）と、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄに関連付けられた充電率ＳＯＣ（「ＯＣＶｄ１」に対応する「ＳＯＣｄ１」、「ＯＣＶｄ２」に対応する「ＳＯＣｄ２」・・・・・・「ＯＣＶｄｎ」に対応する「ＳＯＣｄｎ」）とを有するテーブルである。なお、図２の放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性は、放電後の分極解消後の開回路電圧ＯＣＶｄと充電率ＳＯＣとが関連付けられた放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性でもよいし、放電後の分極解消前の所定時間における開回路電圧ＯＣＶｄと充電率ＳＯＣとが関連付けられた放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性を用いてもよい。

なお、上記「ｎ」は、正の整数である。また、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報と放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報とで「ｎ」は異なる値でもよい。
このように、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報と放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報とを用いて、充電率ＳＯＣを推定することで、充電率ＳＯＣの推定精度を向上させることができる。

放電部６について説明をする。
放電部６は、充電終了を検出すると、予め実験やシミュレーションで求めた放電量を放電する。放電量は、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を用いて充電率ＳＯＣを推定できると見做せる放電電流積算量ΔＩｄ又は放電充電率ΔＳＯＣｄ又は放電電圧ΔＶｄなどが考えられる。言い換えると、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を用いて充電率ＳＯＣを推定できると見做せる放電量とは、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣが推定できる状態から放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣが推定できる状態まで移行するのに必要な放電量でもある。

例えば、充電直後の状態は、通常充電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｃを用いて、充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できる充電状態であるが、充電後に放電をする場合には、充電後の状態を、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄを用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できる放電状態にしなければならない。ところが、充電状態から放電状態に切り替えるには、所定量の放電（放電量）を放電しなければならないため、充電後所定量の放電をするまでは、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄを用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できる状態にならない。例えば、図２に示すように、実際に用いる充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性の曲線２１にも放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性の曲線２２にも沿わないＳＯＣ−ＯＣＶ特性に対応する曲線２３に沿うような状態になる。すなわち、精度よく充電率ＳＯＣが求められない状態になる。そこで、放電部６は、充電終了を検出すると、所定量の放電をして、早い時間に、充電状態から、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄを用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できる放電状態に移行させる。

なお、蓄電装置１が車両に搭載される場合であれば、充電装置ＣＨＧにより電池Ｂ１の充電が終了し、走行前に、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を用いて充電率ＳＯＣを推定できると見做せる放電量の放電をする。

また、放電方法は、例えば、蓄電装置１に放電用の負荷を設けてもよいし、蓄電装置１の内部又は外部に設けられている電池に放電をしてもよい。蓄電装置１が車両に搭載される場合であれば、補機を用いて放電してもよいし、補機用バッテリに放電してもよい。

更に、放電部６は、充電終了を検出すると、充電開始時刻から充電終了時刻における充電積算電流量が、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を用いて充電率ＳＯＣを推定できると見做せる放電量より大きい場合（充電積算電流量＞放電量）、放電量の放電をし、充電積算電流量が放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を用いて充電率ＳＯＣを推定できると見做せる放電量以下の場合（充電積算電流量≦放電量）、放電量の放電をしないように制御する。

例えば、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄを用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できる放電状態に移行できる放電量が１０［％］で、充電積算電流量に対応する充電率ＳＯＣが１０［％］より大きい場合、放電量１０［％］の放電をする。また、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄを用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できる放電状態に移行できる放電量が１０［％］で、充電積算電流量に対応する充電率ＳＯＣが１０［％］以下の場合、放電をしない。

このようにすることで、充電後の所定量の放電を、充電開始時刻から充電終了時刻における充電積算電流量が放電量より大きい場合にのみにすることで、電池Ｂ１の充電率ＳＯＣが充電前より低くなることを防止する。

充電率推定装置の動作について説明する。
図３は、充電率推定装置の動作の一実施例を示す図である。ステップＳ１では、制御回路４が、充電装置ＣＨＧを用いて電池Ｂ１を充電するための制御をする。また、ステップＳ１では、制御回路４が充電積算電流量を算出する。

ステップＳ２では、制御回路４の放電部６が、充電終了したか否かを判定し、充電終了を検出した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ３に移行し、充電中である場合（Ｎｏ）、ステップＳ２で充電終了を待つ。充電終了は、例えば、充電装置ＣＨＧから送信される充電終了を示す情報を、制御回路４が取得して検出する。

ステップＳ３では、制御回路４の放電部６が、充電開始時刻から充電終了時刻における充電積算電流量が放電量より大きい場合（充電積算電流量＞放電量：Ｙｅｓ）、ステップＳ４に移行し、充電積算電流量が放電量以下の場合（充電積算電流量≦放電量：Ｎｏ）、ステップＳ５に移行する。

ステップＳ４では、制御回路４の放電部６が、電池Ｂ１に対して所定量の放電（放電量）をさせる制御をする。
ステップＳ５では、制御回路４が電池Ｂ１を放電するための制御をする。

ステップＳ２からＳ４によれば、充電終了を検出すると、所定量の放電して、充電状態から放電状態に移行し、早い時間に、放電後に得られる開回路電圧ＯＣＶｄを用いて、放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて充電率ＳＯＣを推定できる放電状態にする。

また、充電後の所定量の放電を、充電開始時刻から充電終了時刻における充電積算電流量が放電量より大きい場合にのみ行うことで、電池Ｂ１の充電率ＳＯＣが充電前より低くなることを防止する。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１ 蓄電装置
２ 電流計
３ 電圧計
４ 制御回路
５ 推定部
６ 放電部
Ｂ１ 電池
ＣＨＧ 充電装置
ＬＤ 負荷
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ

Claims (3)

1. 充電後に得られる開回路電圧と充電率との関係を示す充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性と、放電後に得られる開回路電圧と前記充電率との関係を示す放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性とが異なる電池の前記充電率を推定する充電率推定装置であって、
   前記充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて前記充電率が推定できる場合、前記充電後に得られる開回路電圧を用いて、前記充電後に得られる開回路電圧と前記充電率とが関連付けられて記憶部に記憶されている前記充電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を参照し、前記充電後に得られる開回路電圧に対応する前記充電率を求め、
   前記放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に応じて前記充電率が推定できる場合、前記放電後に得られる開回路電圧を用いて、前記放電後に得られる開回路電圧と前記充電率とが関連付けられて前記記憶部に記憶されている前記放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を参照し、前記放電後に得られる開回路電圧に対応する前記充電率を求める推定部と、
   充電終了を検出すると、前記放電用ＳＯＣ−ＯＣＶ特性情報を用いて前記充電率を推定できると見做せる放電量を放電する放電部と、
   を有することを特徴とする充電率推定装置。
2. 請求項１に記載の充電率推定装置であって、
   前記放電部は、
   前記充電終了を検出すると、充電開始時刻から充電終了時刻における充電積算電流量が前記放電量より大きい場合、前記放電量の放電をする、
   ことを特徴とする充電率推定装置。
3. 請求項２に記載の充電率推定装置であって、
   前記放電部は、
   前記充電終了を検出すると、前記充電積算電流量が前記放電量以下の場合、前記放電量の放電をしない、
   ことを特徴とする充電率推定装置。
   

Images