CN113994564A - 二次电池的控制装置 - Google Patents

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CN113994564A CN202080045570.6A CN202080045570A CN113994564A CN 113994564 A CN113994564 A CN 113994564A CN 202080045570 A CN202080045570 A CN 202080045570A CN 113994564 A CN113994564 A CN 113994564A
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Abstract

提供一种二次电池的控制装置，具备控制部，该控制部进行控制以使得修正相对于二次电池的剩余容量的开路电压所涉及的电池特性。在二次电池的控制装置中，所述控制部在向所述二次电池的充电中在所述电池特性中获取多个开路电压的数据，所述控制部在将所述二次电池充满电时，在所述多个开路电压的数据之中的至少一部分的组合的数据对各自中，在各数据对间进行所述开路电压的修正，所述控制部以所述各数据对间的对应的各剩余容量之差，对所述各数据对间进行所述开路电压的修正而计算出的充满电容量进行加权平均来进行修正。

Description

二次电池的控制装置
技术领域
本发明涉及例如锂离子二次电池等的二次电池的控制装置及其控制方法、以及具备所述二次电池的电子设备。
背景技术
例如锂离子二次电池等的二次电池具有由于反复充放电而劣化从而充满电容量(实际容量)减少的问题。因此，已知对二次电池的充满电容量及其特性进行估计的技术。在此，定义以下使用的用语及其缩略语。
OCV(Open Circuit Voltage)：开路电压(mV)
SOC(Sum of Charge)：充电量(mAh)
RSOC(Relative State of Charge)：剩余容量(％)
FCC(Full Charge Capacity)：充满电容量(mAh)
作为到目前为止的二次电池的容量修正，例如存在以下的方法。
(1)二次电池的较正
在将二次电池一旦充满电后，通过使其完全放电，来修正二次电池的充满电容量。该方法是高精度的，但规定时间内不能使用对二次电池进行使用的电子设备(个人计算机等)，因此实施频率少。
(2)两点间OCV修正(例如，参照专利文献1)
在现有例的二次电池容量修正技术中，根据两点的OCV数据和其之间的充放电量来修正二次电池的充满电容量。具体地说，进行以下的处理。
(步骤SS1)获取不进行充放电而经过一小时以上时的开路电压OCV1(mV)，测量用户使用的期间的二次电池的充放电量ΔQ(mAh)。
(步骤SS2)获取下个一小时以上不进行充放电时的开路电压OCV2(mV)。
(步骤SS3)根据获取的OCV数据和二次电池组固有的RSOC-OCV特性，求取充满电容量。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-169238号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
一般地，根据二次电池的RSOC-OCV特性来求取获取到OCV的时刻的RSOC。特别地，在对二次电池劣化、充满电容量减少未进行RSOC-OCV特性的修正时，例如发生充满电容量(余量)的跳跃估计。具体地说，RSOC-OCV特性的变化相对于容量、温度的变化较少，但即使较少若特性偏离，则具有在获取数据的两点计算出现较大偏差的问题。
本公开的目的在于，提供一种能够以比现有例所涉及的两点间OCV修正方法高的精度，来修正二次电池的充满电容量的二次电池的控制装置。
-解决课题的手段-
本公开所涉及的二次电池的控制装置是一种二次电池的控制装置，具备控制部，所述控制部进行控制以使得对相对于二次电池的剩余容量的开路电压所涉及的电池特性进行修正，
所述控制部在向所述二次电池的充电中在所述电池特性中获取多个开路电压的数据，
所述控制部在将所述二次电池充满电时，在所述多个开路电压的数据之中的至少一部分的组合的数据对各自中，在各数据对间进行所述开路电压的修正，
所述控制部以所述各数据对间的对应的各剩余容量之差，对在所述各数据对间进行所述开路电压的修正而计算出的充满电容量进行加权平均来进行修正。
-发明效果-
根据本公开中的二次电池的控制装置，能够以比现有例所涉及的两点间OCV修正方法高的精度，修正二次电池的充满电容量。
附图说明
图1是搭载有实施方式所涉及的锂离子二次电池的电子设备的外观图。
图2是表示图1的电子设备的功能结构例的框图。
图3是表示图2的锂离子二次电池的结构例的框图。
图4是表示图3的OCV预测部的结构例的框图。
图5是表示具有通过图3的电池特性计算部来执行的电池容量修正处理的电池特性计算处理的流程图。
图6是表示图5的步骤S1的子程序即电池充电时的OCV预测处理的流程图。
图7是表示对实施方式的电池容量修正处理进行表示的RSOC-OCV特性的图表。
具体实施方式
以下，适当参照附图，对实施方式详细进行说明。但是，可能省略非必要详细的说明。例如，可能省略已知事项的详细说明、针对实质相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗余，使本领域技术人员容易理解。
另外，发明人为了本领域技术人员充分理解本公开而提供附图以及以下的说明，并不意图通过这些来限定权利要求书所述的主题。
(实施方式)
图1是搭载有锂离子二次电池的电子设备的外观图。
图1中，个人计算机100为了进行动作而搭载锂离子二次电池(图1中未图示。图2以及图3的300)。锂离子二次电池例如被保存于与键盘101的背侧抵接的底面、或者键盘101与显示器102的接合部分的底面后侧等。
在本公开中，作为搭载有锂离子二次电池的电子设备，以个人计算机为例而表示。但是，本公开并不限定于此。若是搭载锂离子二次电池等的二次电池而进行动作的电子设备，则例如也可以是智能电话、便携电话、平板设备等的电子设备等的其他设备。
图2是表示搭载有本实施方式所涉及的锂离子二次电池的电子设备的功能结构例的框图。在图2中，个人计算机100具备主体部200、锂离子二次电池300。主体部200具备：电源端子201、控制部202、负载电路203。
在图2中，电源端子201是在从外部提供电力时连接电源线等的端子。利用从这里提供的电力，锂离子二次电池300进行充电。控制部202对个人计算机100的负载电路203、其他硬件等进行控制。特别是在本实施方式中，控制部202对锂离子二次电池300进行控制。控制部202能够包含MPU(Micro-Procesing Unit)、专用IC(Integrated Circuit)等。此外，控制部202能够包含DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable GateArray)等。
负载电路203是通过从电源端子201输入的电力、或者从锂离子二次电池300提供的电力而进行动作的电子电路。在个人计算机100的情况下，CPU、存储器、显示器等一般构成计算机的各种设备相当于此。
锂离子二次电池300在内部具备一个或者多个锂离子二次电池的单元。通过对这些单元进行充电以及放电，能够蓄积来自主体部200的电力，或者向主体部200提供电力。锂离子二次电池300通过正连接端子以及负连接端子(电源连接端子)以及数据通信端子而与主体部200电连接。
图3是图2的锂离子二次电池300的结构图。锂离子二次电池300具备电池单元块310、控制模块320。
在图3中，电池单元块310具备能够进行以锂离子为电解质的充电的电池单元。电池单元块310根据锂离子二次电池被要求的性能，具备一个或者多个电池单元。
控制模块320对向电池单元块310的充电、放电进行控制。控制模块320具备正端子321、负端子322、数据端子323、电流检测电阻324、充电开关325、放电开关326、保险丝327、开关328、电池控制部329、保护电路330、第1温度传感器331以及第2温度传感器332。
正端子321、负端子322是在从主体部200向锂离子二次电池300充电时、或者从锂离子二次电池300向主体部200放电时进行电连接的端子。锂离子二次电池300与主体部200之间进行直流电力的授受。数据端子323是主体部200与锂离子二次电池300进行通信时使用的端子。更具体来讲，主体部200的控制部202与锂离子二次电池300的电池控制部329经由该端子来收发数据、命令等。
电流检测电阻324是为了对从锂离子二次电池300放电的电力的电流、或者向锂离子二次电池300充电时的电力的电流进行检测而利用的电阻。电池控制部329测量其两端的电压差，计算电流值。
充电开关325以及放电开关326分别是为了控制电池单元块310而使用的开关。这些开关被电池控制部329控制。
在向电池单元块310进行电力的充电时，电池控制部329为了抑制构成电池单元块310的电池单元成为过电压的状态、过放电的状态，对充电开关325以及放电开关326进行控制。这些开关例如通过MOSFET等而实现。
保险丝327以保护电池单元块310不受过电流或者过充电(过电压)的影响为目的而具备。若检测向电池单元块310的过电流、过电压等，则保护电路330使开关328通电，向保险丝327的电阻流过电流。保险丝327的电阻通过基于电流的发热而使保险丝327熔断。由此，将电池单元块310电切断，保护其不受过电流或者过电压的影响。
电池控制部329对锂离子二次电池300整体进行控制。电池控制部329经由数据端子323来与主体部200的控制部202进行通信。电池控制部329基于从电流检测电阻324的两端获取的电压差来计算电流值。电池控制部329也进行充电开关325、放电开关326的控制。电池控制部329也从第1温度传感器331、第2温度传感器332获取温度信息。不仅电流、温度，电池控制部329也测量电池单元块310的电压。另外，在电池单元块310通过多个电池单元串联连接而构成的情况下，不仅测量作为整体的电压，也单独测量全部的电池单元的电压。
电池控制部329与非易失性的存储介质(未图示)连接。这些例如能够通过EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、NAND型闪速存储器等来实现。电池控制部329根据需要，将计算出的电流值、获取的温度信息、以及电池单元块310的电压值记录/保持于这些存储介质。此外，电池控制部329将从控制部202指示的信息记录于该存储介质。
保护电路330以保护电池单元块310为目的而具备。保护电路330与电池控制部329控制充电开关325以及放电开关326无关地，在检测到电池单元块310的异常等的情况下，将开关328设为接通，由此，使保险丝327熔断。
另外，电池控制部329以及保护电路330能够通过MPU(Micro-Procesing Unit)、专用IC(Integrated Circuit)等来实现(结构)。此外，电池控制部329以及保护电路330能够通过DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等来实现。
与电池控制部329连接的非易失性的存储介质可以与电池控制部329独立地设置，也可以设置于电池控制部329的内部。
第1温度传感器331对充电开关325、放电开关326的温度进行测量。第2温度传感器332对电池单元块310的温度进行测量。在电池单元块310由多个电池单元构成的情况下，第2温度传感器332也可以构成为能够测量各个电池单元的温度。
电池控制部329的特征在于，还具备：具有OCV预测部341的电池特性计算部340、存储电池特性的电池特性存储器342。在此，电池特性计算部340使用图6的电池充电时的OCV预测处理，执行具有图5的电池容量修正处理的电池特性计算处理，在此，将多点的OCV数据组合，进行多次两点间OCV修正，取其平均值，从而减小上述的现有技术的课题中说明的RSOC-OCV特性中的两点的计算中的偏差。
图4是表示图3的OCV预测部341的结构例的框图。
在图4中，OCV预测部341包含形成所谓的人工智能(AI)的三层感知器400等的神经网络。该三层感知器400构成为具备：11个输入层10-1～10-11(总称附上符号10)、3个中间层20-1～20-3(总称附上符号20)、1个输出层30。各输入层10与全部各中间层20连接，各中间层20与全部输出层30连接。
在三层感知器400的学习时，输入项目A1～A11的学习数据被输入到各输入层10，对输出层30设定输出项目B1的学习结果数据，该三层感知器400进行学习。接下来，进行动作时，对各输入层10，将输入项目A1～A11的各检测数据输入到输入项目A1～A11，从而能够得到输出项目B1。在此，输入项目A1～A11以及输出项目B1的一个例子如下。
A1～A10：后述的图6的步骤S14中的电压变动值；
A11：通过第2温度传感器332而检测的电池温度；
B1：OCV(V)。
图4的图3的OCV预测部341的结构是一个例子，能够包含各种感知器等的神经网络等。另外，取代神经网络，利用作为机器学习的一种的支持向量机，或者基于收集数据的分布进行基于线形近似的预测计算等也能够实现。
图5是表示具有通过图3的电池特性计算部来执行的电池容量修正处理的电池特性计算处理的流程图。
在图5的步骤S1中，在对包含二次电池的电池单元块310进行充电的充电时，使用“使用了三层感知器400的OCV预测处理”(图6的S10)来获取多个N点的OCV数据，对电池单元块310进行充电直到充满电为止。
接下来，在步骤S2中，基于获取的多个N点的OCV数据之中、将该多个N点每两个地选择的全部的组合(优选为全部组合，但本公开也可以是至少一部分的组合)所涉及的各两点的OCV数据对(参照图7)，执行多次RSOC-OCV特性(以下，称为电池特性)的OCV修正。进一步地，在步骤S3中，使用通过所述的多次电池特性的OCV修正而求取的各FCCx，例如通过下式进行加权平均来修正，从而将两点间OCV修正中求取的多个FCCx平均化，为了缩小测定位置的偏差而估计并计算电池特性。FCC＝(∑FCCx×|RSOCm-RSOCn|)/∑|RSOCm-RSOCn| (2)
在此，m，n＝1，2，...，N，m≠n。N是OCV数据的最大个数。另外，在此，对通过两点间OCV修正而求取的多个FCCx进行加权平均，但例如也可以进行使用单纯平均等从具有偏差的数据求取可靠值的方法等的规定的统计处理。
接下来，在步骤S4中，将计算出的电池特性存储于电池特性存储器342并结束该电池特性计算处理。
图6是表示图5的步骤S1的子程序即电池充电时的OCV预测处理的流程图。
在图6的步骤S11中，对电池单元块310进行充电，在步骤S12中从充电开始经过规定时间，判断是否为想要求取OCV的剩余容量，在是时，进入步骤S13，另一方面，在否时，进入步骤S11。在此，步骤S12的规定时间是通过各个电池特性等而决定的时间，例如是30秒、1分钟、3分钟、5分钟或者10分钟等。
在步骤S13中，使充电停止，在步骤S14中，检测该停止前后间的OCV中的例如以5秒等规定时间间隔的多个电压变动值、以及通过第2温度传感器332而检测的温度。
接下来，在步骤S15中，基于所述多个电压变动值和温度，使用图4的三层感知器400来预测OCV并存储于电池特性存储器342，在步骤S16中，开始充电，返回到主程序。
图7是对表示实施方式的电池容量修正处理的RSOC-OCV特性进行表示的图表。在图7中，P1～P10表示RSOC-OCV特性上的图5的步骤S2的各OCV数据。此外，在图7中，表示基于10点的OCV数据之中、将该10点每两个地选择而得到的一部分的组合所涉及的各两点的OCV数据(参照图7)，执行多次RSOC-OCV特性(电池特性)的OCV修正。
在以上的图5以及图6的修正处理中，具有以下的特有的效果。
(1)能够以所决定的剩余容量来停止充电。
(2)相比于放电时，电压变动的变化较少。
(3)由此，能够以比现有例所涉及的两点间OCV修正方法高的精度，来修正二次电池的充满电容量。
(变形例)
在以上的实施方式中，在控制模块320内具备具有OCV预测部341以及电池特性存储器342的电池控制部329，但本公开并不局限于此，也可以在图2的控制部202中具备。
实施例
在本发明人的实验中，对图4的三层感知器400，使用数据组数375、学习集数300、评价组数75的实验数据，进行学习以及评价，得到二次电池的每一个单元的平均误差4.43mV、最大误差15mV、标准偏差3.56mV。
另外，在即使加入人工智能上也要考虑参数的数据尺寸等的制约，作为图3的感知器优选高效地使用简单的设备。
此外，为了缩小修正处理中的计算误差，优选FCC的计算中仅使用以下的数据。
RSOCm-RSOCn|＞规定值(例如20％) (3)
进一步地，在OCV较小的区域，个体差较大，因此优选仅使用剩余容量的规定值(例如50％)以上。
更进一步地，由于在低温时RSOC-OCV特性变化，因此优选将二次电池的温度的下限设为规定温度(例如10℃)。
产业上的可利用性
本公开中说明的技术例如能够在利用锂离子二次电池等二次电池的例如个人计算机、智能电话、便携电话、平板设备等的电子设备等中在产业上利用。
-符号说明-
10、10-1～10-11 输入层
20、20-1～20-3 中间层
30 输出层
100 个人计算机
101 键盘
102 显示器
200 主体部
201 电源端子
202 控制部
203 负载电路
300 锂离子二次电池
310 电池单元块
320 控制模块
321 正端子
322 负端子
323 数据端子
324 电流检测电阻
325 充电开关
326 放电开关
327 保险丝
328 开关
329 电池控制部
330 保护电路
331 第1温度传感器
332 第2温度传感器
340 电池特性计算部
341 OCV预测部
342 电池特性存储器
400 三层感知器。

Claims (9)

1.一种二次电池的控制装置，具备控制部，所述控制部进行控制以使得修正相对于二次电池的剩余容量的开路电压所涉及的电池特性，
所述控制部在向所述二次电池的充电中在所述电池特性中获取多个开路电压的数据，
所述控制部在将所述二次电池充满电时，在所述多个开路电压的数据之中的至少一部分的组合的数据对各自中，在各数据对间进行所述开路电压的修正，
所述控制部以所述各数据对间的对应的各剩余容量之差，对在所述各数据对间进行所述开路电压的修正而计算出的充满电容量进行加权平均来进行修正。
2.根据权利要求1所述的二次电池的控制装置，其中，
所述控制部在向所述二次电池的充电中在所述电池特性中获取多个开路电压的数据，是通过如下方式而获取的，即：在向所述二次电池的充电中使该充电停止规定时间，基于该停止前后的期间的规定时间间隔处的开路电压的多个电压变动值和所述二次电池的温度，来预测所述二次电池的开路电压。
3.根据权利要求2所述的二次电池的控制装置，其中，
所述控制部将所述开路电压的多个电压变动值和所述二次电池的温度作为输入，使用规定的学习集来学习输出所述开路电压的神经网络后，使用该学习后的神经网络来预测所述二次电池的开路电压。
4.根据权利要求3所述的二次电池的控制装置，其中，
所述神经网络是三层感知器。
5.一种电子设备，具备权利要求1～4之中的任意一个所述的二次电池的控制装置。
6.一种二次电池的控制方法，所述二次电池的控制装置具备控制部，所述控制部进行控制以使得修正相对于二次电池的剩余容量的开路电压所涉及的电池特性，
所述二次电池的控制方法包含：
所述控制部在向所述二次电池的充电中在所述电池特性中获取多个开路电压的数据的步骤；
所述控制部在将所述二次电池充满电时，在所述多个开路电压的数据之中的至少一部分的组合的数据对各自中，在各数据对间进行所述开路电压的修正的步骤；和
所述控制部以所述各数据对间的对应的各剩余容量之差，对在所述各数据对间进行所述开路电压的修正而计算出的充满电容量进行加权平均来进行修正的步骤。
7.根据权利要求6所述的二次电池的控制方法，其中，
在向所述二次电池的充电中在所述电池特性中获取多个开路电压的数据的步骤包含：在向所述二次电池的充电中使该充电停止规定时间，基于该停止前后的期间的规定时间间隔处的开路电压的多个电压变动值和所述二次电池的温度，预测所述二次电池的开路电压来进行获取。
8.根据权利要求7所述的二次电池的控制方法，其中，
预测所述二次电池的开路电压的步骤包含：所述控制部将所述开路电压的多个电压变动值和所述二次电池的温度作为输入，使用规定的学习集来学习输出所述开路电压的神经网络后，使用该学习后的神经网络来预测所述二次电池的开路电压。
9.根据权利要求8所述的二次电池的控制方法，其中，
所述神经网络是三层感知器。
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