JP2007108063A - Method and device for determining secondary battery degradation, and power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負荷に電力を供給する二次電池の劣化状態を判定する二次電池劣化状態判定方法等の技術分野に関し、特に、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗を推定し、その推定結果に基づき二次電池の劣化状態を判定する二次電池劣化判定方法等の技術分野に関するものである。 The present invention relates to a technical field such as a secondary battery deterioration state determination method for determining a deterioration state of a secondary battery that supplies power to a load, and in particular, estimates an internal impedance or internal resistance of a secondary battery, and an estimation result thereof The present invention relates to a technical field such as a secondary battery deterioration determination method for determining a deterioration state of a secondary battery based on the above.
自動車等に搭載される鉛蓄電池等の二次電池に関して、その劣化状態を判定する技術が従来から知られており、例えば、特許文献1に記載されている例がある。
For secondary batteries such as lead-acid batteries mounted on automobiles and the like, a technique for determining the deterioration state has been conventionally known. For example, there is an example described in
一般に、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗は、二次電池の劣化状態と強い相関があることから、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗を知ることができれば、その結果から二次電池の劣化度合を判定することが可能となる。これにより、ユーザに対して、劣化度合が大きい二次電池の交換を促すことができる。 Generally, since the internal impedance or internal resistance of a secondary battery is strongly correlated with the deterioration state of the secondary battery, if the internal impedance or internal resistance of the secondary battery can be known, the deterioration of the secondary battery can be determined from the result. The degree can be determined. Thereby, it is possible to prompt the user to replace the secondary battery having a large degree of deterioration.
二次電池を有する電源システムにおいて、該二次電池の劣化状態を判定可能とするために、該二次電池に対し所定の電流の充電または放電を行い、そのときの電流及び電圧を測定し、測定された電流及び電圧から所定の演算により内部インピーダンスまたは内部抵抗を算出する構成を採用すればよい。 In a power supply system having a secondary battery, in order to be able to determine the deterioration state of the secondary battery, the secondary battery is charged or discharged with a predetermined current, and the current and voltage at that time are measured, What is necessary is just to employ | adopt the structure which calculates internal impedance or internal resistance by predetermined calculation from the measured electric current and voltage.
二次電池を自動車等に搭載する場合には、多様な地域や外部環境での使用が想定されることから、非常に広範囲にわたる使用温度において二次電池が正常に動作することを保証することが重要になる。 When a secondary battery is installed in an automobile, etc., it is assumed that it will be used in various regions and external environments, so it is guaranteed that the secondary battery will operate normally over a very wide range of operating temperatures. Become important.
一方、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗は、温度に依存して大きく変化し、特に低温で著しく増大する傾向がある。そのため、常温では内部インピーダンスまたは内部抵抗が許容範囲内にあっても、低温では許容範囲を逸脱して二次電池の使用に支障を来たすこともある。 On the other hand, the internal impedance or internal resistance of the secondary battery varies greatly depending on the temperature, and tends to increase remarkably at low temperatures. Therefore, even if the internal impedance or the internal resistance is within an allowable range at normal temperature, the use of the secondary battery may be hindered by deviating from the allowable range at a low temperature.
そこで、二次電池の使用温度にかかわらずその劣化状態を確実に判定することが重要となるが、そのためには、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗を、何らかの方法で温度補正を行った上で推定する必要がある。二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗は、複雑な温度特性を有しているため、これを単純な近似式等で精度よく近似することは困難であり、内部インピーダンスまたは内部抵抗の温度補正を高い精度で行うことは容易ではなかった。 Therefore, it is important to reliably determine the deterioration state regardless of the operating temperature of the secondary battery. For that purpose, the internal impedance or internal resistance of the secondary battery is subjected to temperature correction by some method. It is necessary to estimate with. Since the internal impedance or internal resistance of a secondary battery has complex temperature characteristics, it is difficult to accurately approximate it with a simple approximation formula, etc., and temperature correction of the internal impedance or internal resistance is high. It was not easy to do with accuracy.
そこで、内部インピーダンスの温度特性を少なくとも3次以上の多項式を用いて補正することにより、二次電池の劣化状態を高い精度で判定するようにした従来技術が特許文献2に開示されている。
しかしながら、上記従来の二次電池の劣化判定方法では、以下のような問題があった。内部インピーダンスを算出するために、二次電池に所定の電流を充電または放電してそのときの電流及び電圧を測定するが、前記所定の電流が20Hz以下の低周波の交流電流である場合には、特許文献2による方法でも二次電池の劣化判定が可能であった。
However, the conventional secondary battery deterioration determination method has the following problems. In order to calculate the internal impedance, the secondary battery is charged or discharged with a predetermined current and the current and voltage at that time are measured. When the predetermined current is a low-frequency alternating current of 20 Hz or less, The method according to
しかし、前記所定の電流を20Hz以下の低周波交流電流とした場合には、ノイズが無視できなくなるという問題があった。すなわち、前記所定の電流を二次電池に充電する場合には、オールタネータを用いて充電することになるが、20Hz以下の低周波交流電流では、オールタネータからのノイズを無視することはできない。また、前記所定の電流を放電する場合でも、負荷からのノイズの影響を受けることになる。 However, when the predetermined current is a low frequency alternating current of 20 Hz or less, there is a problem that noise cannot be ignored. That is, when the secondary battery is charged with the predetermined current, the alternator is used for charging. However, with a low-frequency alternating current of 20 Hz or less, noise from the alternator cannot be ignored. Further, even when the predetermined current is discharged, it is affected by noise from the load.
そこで、オールタネータあるいは負荷からのノイズの影響を受けないようにするためには、前記所定の電流として100Hz以上の交流電流を用いる必要がある。また、前記所定の電流としてパルス状の直流電流を用いる場合には、パルス電流印加後10ms以内の電流測定値及び電圧測定値を内部抵抗の算出に用いる必要がある。 Therefore, in order to avoid the influence of noise from the alternator or the load, it is necessary to use an alternating current of 100 Hz or more as the predetermined current. When a pulsed direct current is used as the predetermined current, it is necessary to use a measured current value and a measured voltage value within 10 ms after applying the pulse current for calculating the internal resistance.
ところが、前記所定の電流として100Hz以上の交流電流あるいはパルス状電流に対する10ms以内の応答を用いた場合には、特許文献2に記載の二次電池の劣化判定方法では、十分な精度で二次電池の劣化を判定することはできなかった。
However, when a response within 10 ms with respect to an alternating current of 100 Hz or higher or a pulsed current is used as the predetermined current, the secondary battery deterioration determination method described in
そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、二次電池の使用温度による内部インピーダンスまたは内部抵抗の変化を的確に補正し、高い精度で二次電池の劣化状態を判定することが可能な二次電池劣化状態判定方法等を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and accurately corrects the change in internal impedance or internal resistance due to the operating temperature of the secondary battery, thereby accurately determining the deterioration state of the secondary battery. An object of the present invention is to provide a secondary battery deterioration state determination method that can be determined.
この発明の二次電池劣化判定方法の第1の態様は、負荷に電力を供給する二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗に基づいて前記二次電池の劣化状態を判定する二次電池劣化判定方法であって、少なくとも1つ以上の指数項と1つの調整パラメータを含み、前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗の温度依存性を表す所定の温度特性関数を事前に作成し、前記二次電池が所定の電流で充電または放電されたときの電流測定値及び電圧測定値をもとに前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗を算出し、前記二次電池が前記所定の電流で充電または放電されたときの前記二次電池の温度測定値と前記算出された内部インピーダンスまたは内部抵抗とを前記温度特性関数に代入して前記調整パラメータの値を決定し、前記決定された調整パラメータの値と所定の基準温度とを前記温度特性関数に代入して基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗を算出し、前記算出された基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗に基づいて前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする二次電池劣化判定方法である。 A first aspect of the secondary battery deterioration determination method of the present invention is a secondary battery deterioration determination method for determining a deterioration state of the secondary battery based on an internal impedance or an internal resistance of a secondary battery that supplies power to a load. A predetermined temperature characteristic function including at least one exponential term and one adjustment parameter, representing a temperature dependence of the internal impedance or the internal resistance is created in advance, and the secondary battery has a predetermined The internal impedance or the internal resistance is calculated based on a current measurement value and a voltage measurement value when charged or discharged with current, and the second battery when the secondary battery is charged or discharged with the predetermined current is calculated. Substituting the measured temperature value of the secondary battery and the calculated internal impedance or internal resistance into the temperature characteristic function to determine the value of the adjustment parameter, the determined The reference internal impedance or reference internal resistance is calculated by substituting the value of the adjustment parameter and a predetermined reference temperature into the temperature characteristic function, and the secondary battery is deteriorated based on the calculated reference internal impedance or reference internal resistance. It is a secondary battery deterioration determination method characterized by determining a state.
第2の態様は、前記温度特性関数が、前記内部インピーダンスをZ、前記内部抵抗をR、前記調整パラメータをC、前記二次電池の温度をTemp、としたとき、
(ここで、f、gは所定の関数を表す)
と表されることを特徴とする二次電池劣化判定方法である。
In a second aspect, when the temperature characteristic function is Z, the internal impedance is R, the internal resistance is R, the adjustment parameter is C, and the temperature of the secondary battery is Temp,
(Where f and g represent predetermined functions)
This is a secondary battery deterioration determination method.
第3の態様は、前記基準内部インピーダンスに基づいて劣化判定を行うための第一の判定閾値と、前記基準内部抵抗に基づいて劣化判定を行うための第二の判定閾値とをそれぞれ事前に設定しておき、前記基準内部インピーダンスを算出した場合にはこれと前記第一の判定閾値との大小関係を評価し、前記基準内部抵抗を算出した場合にはこれと前記第二の判定閾値との大小関係を評価し、前記大小関係のいずれかに基づいて前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする二次電池劣化判定方法である。 In the third aspect, a first determination threshold value for performing deterioration determination based on the reference internal impedance and a second determination threshold value for performing deterioration determination based on the reference internal resistance are set in advance, respectively. In addition, when the reference internal impedance is calculated, the relationship between the reference internal impedance and the first determination threshold value is evaluated, and when the reference internal resistance is calculated, the reference internal impedance is calculated with the second determination threshold value. A secondary battery deterioration determination method characterized by evaluating a magnitude relationship and determining a deterioration state of the secondary battery based on any of the magnitude relationships.
第4の態様は、前記所定の電流として周波数100Hz以上の交流電流を充電または放電させた時の前記電流測定値及び前記電圧測定値をもとに前記内部インピーダンスを算出することを特徴とする二次電池劣化判定方法である。 According to a fourth aspect, the internal impedance is calculated based on the measured current value and the measured voltage value when the alternating current having a frequency of 100 Hz or more is charged or discharged as the predetermined current. This is a secondary battery deterioration determination method.
第5の態様は、前記所定の電流としてパルス状電流を充電または放電させ、前記充電または放電開始後10ms以内の前記電流測定値及び前記電圧測定値をもとに前記内部抵抗を算出することを特徴とする二次電池劣化判定方法である。 In a fifth aspect, a pulsed current is charged or discharged as the predetermined current, and the internal resistance is calculated based on the measured current value and the measured voltage value within 10 ms after the start of the charging or discharging. This is a characteristic secondary battery deterioration determination method.
第6の態様は、負荷に電力を供給する二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗に基づいて前記二次電池の劣化状態を判定する二次電池劣化判定装置であって、前記二次電池に所定の電流を充電させる充電回路と、前記二次電池から所定の電流を放電させる放電回路と、前記二次電池の電流を測定する電流センサと、前記二次電池の電圧を測定する電圧センサと、前記二次電池の温度を測定する温度センサと、前記充電回路または前記放電回路により前記二次電池が所定の電流で充電または放電されたときの電流測定値、電圧測定値及び温度測定値をそれぞれ前記電流センサ、電圧センサ及び温度センサから入力し、前記電流測定値及び前記電圧測定値をもとに前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗を算出し、少なくとも1つ以上の指数項と1つの調整パラメータを含み前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗の温度依存性を表す温度特性関数に、前記算出された内部インピーダンスまたは内部抵抗及び前記温度測定値を代入して前記調整パラメータの値を決定し、前記決定された調整パラメータの値と所定の基準温度とを前記温度特性関数に代入して基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗を算出し、前記算出された基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗に基づいて前記二次電池の劣化状態を判定する制御手段とを備えることを特徴とする二次電池劣化判定装置である。 A sixth aspect is a secondary battery deterioration determination device that determines a deterioration state of the secondary battery based on an internal impedance or an internal resistance of a secondary battery that supplies power to a load. A charging circuit that charges the current of the secondary battery, a discharge circuit that discharges a predetermined current from the secondary battery, a current sensor that measures the current of the secondary battery, a voltage sensor that measures the voltage of the secondary battery, A temperature sensor that measures the temperature of the secondary battery, and a current measurement value, a voltage measurement value, and a temperature measurement value when the secondary battery is charged or discharged at a predetermined current by the charging circuit or the discharging circuit, respectively. Input from the current sensor, voltage sensor and temperature sensor, calculate the internal impedance or the internal resistance based on the current measurement value and the voltage measurement value, at least one or more The value of the adjustment parameter obtained by substituting the calculated internal impedance or internal resistance and the temperature measurement value into a temperature characteristic function including an exponential term and one adjustment parameter and representing the temperature dependence of the internal impedance or the internal resistance. And calculating a reference internal impedance or a reference internal resistance by substituting the value of the determined adjustment parameter and a predetermined reference temperature into the temperature characteristic function, and calculating the reference internal impedance or the reference internal resistance. And a control unit for determining a deterioration state of the secondary battery based on the secondary battery deterioration determination device.
第7の態様は、前記基準内部インピーダンスに基づいて劣化判定を行うための第一の判定閾値と、前記基準内部抵抗に基づいて劣化判定を行うための第二の判定閾値とを予め記憶させる記憶手段を備え、前記制御手段が、前記基準内部インピーダンスを算出した場合には前記記憶手段から前記第一の判定閾値を読み出して前記基準内部インピーダンスとの大小関係を評価し、前記基準内部抵抗を算出した場合には前記記憶手段から前記第二の判定閾値を読み出して前記基準内部抵抗との大小関係を評価し、前記大小関係のいずれかに基づいて前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする二次電池劣化判定装置である。 In a seventh aspect, a first determination threshold value for performing deterioration determination based on the reference internal impedance and a second determination threshold value for performing deterioration determination based on the reference internal resistance are stored in advance. And when the control means calculates the reference internal impedance, the first determination threshold value is read from the storage means, the magnitude relation with the reference internal impedance is evaluated, and the reference internal resistance is calculated. If so, the second determination threshold value is read from the storage means, the magnitude relation with the reference internal resistance is evaluated, and the deterioration state of the secondary battery is judged based on one of the magnitude relations. It is the characteristic secondary battery deterioration determination apparatus.
第8の態様は、前記記憶手段には、前記二次電池に対し前記所定の電流を充電するかあるいは放電するかの充放電選択信号が記憶され、前記制御手段が、前記記憶手段から前記充放電選択信号を読込み、前記充放電選択信号に基づいて前記充電回路か前記放電回路のいずれかに所定の指令信号を出力することを特徴とする二次電池劣化判定装置である。 In an eighth aspect, the storage means stores a charge / discharge selection signal indicating whether to charge or discharge the predetermined current to the secondary battery, and the control means receives the charge from the storage means. A secondary battery deterioration determination device that reads a discharge selection signal and outputs a predetermined command signal to either the charge circuit or the discharge circuit based on the charge / discharge selection signal.
第9の態様は、前記記憶手段には、前記所定の電流が周波数100Hz以上の交流電流か、あるいはパルス状電流かを指定する直交流選択信号が記憶され、前記制御手段が、前記記憶手段から前記直交流選択信号を読込み、前記直交流選択信号に基づいて周波数100Hz以上の交流電流かあるいはパルス状電流かのいずれかを選択して前記充電回路または前記放電回路に所定の制御信号を出力することを特徴とする二次電池劣化判定装置である。 In a ninth aspect, the storage means stores a cross current selection signal that specifies whether the predetermined current is an alternating current having a frequency of 100 Hz or more or a pulsed current, and the control means is configured to store the current from the storage means. Read the cross current selection signal, select either an alternating current with a frequency of 100 Hz or higher or a pulsed current based on the cross current selection signal, and output a predetermined control signal to the charging circuit or the discharging circuit. This is a secondary battery deterioration determination device.
第10の態様は、前記記憶手段には、前記交流電流の周波数及び/または前記パルス状電流のパルス幅が記憶され、前記制御手段が、前記記憶手段から前記交流電流の周波数及び/または前記パルス状電流のパルス幅を読込み、前記充電回路または前記放電回路に対する前記所定の制御信号と同時または前記所定の制御信号に先立って前記交流電流の周波数及び/または前記パルス状電流のパルス幅を前記充電回路または前記放電回路に設定することを特徴とする二次電池劣化判定装置である。 In the tenth aspect, the storage means stores the frequency of the alternating current and / or the pulse width of the pulsed current, and the control means sends the frequency of the alternating current and / or the pulse from the storage means. The pulse width of the current is read, and the frequency of the alternating current and / or the pulse width of the pulse current is charged simultaneously with the predetermined control signal for the charging circuit or the discharging circuit or prior to the predetermined control signal. It is a secondary battery deterioration determination apparatus characterized by setting to a circuit or the said discharge circuit.
第11の態様は、第6の態様から第10の態様のいずれか1項に記載の二次電池劣化判定装置を備えた電源システムである。 An eleventh aspect is a power supply system including the secondary battery deterioration determination device according to any one of the sixth to tenth aspects.
第12の態様は、前記二次電池劣化判定装置から前記二次電池の劣化状態判定結果を入力して表示する表示手段を備えていることを特徴とする電源システムである。 A twelfth aspect is a power supply system characterized by comprising display means for inputting and displaying a deterioration state determination result of the secondary battery from the secondary battery deterioration determination device.
第13の態様は、前記記憶手段に記憶されたデータを変更するための入力手段を備え、前記入力手段から前記第一の判定閾値、前記第二の判定閾値、前記充放電選択信号、前記直交流選択信号、前記交流電流の周波数、及び前記パルス状電流のパルス幅のいずれか、あるいは全てが変更可能であることを特徴とする電源システムである。 A thirteenth aspect includes input means for changing the data stored in the storage means, and the first determination threshold, the second determination threshold, the charge / discharge selection signal, the direct Any one or all of an alternating current selection signal, a frequency of the alternating current, and a pulse width of the pulsed current can be changed.
本発明によれば、二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗の温度依存性を少なくとも1つ以上の指数項を含む温度特性関数を用いて補正することにより、所定の基準温度における基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗を推定して二次電池の劣化状態を判定するようにしたので、使用温度にかかわらず二次電池の劣化状態を高精度で確実に判定することが可能となる。 According to the present invention, the reference internal impedance or reference at a predetermined reference temperature is corrected by correcting the temperature dependence of the internal impedance or internal resistance of the secondary battery using a temperature characteristic function including at least one exponential term. Since the internal resistance is estimated and the deterioration state of the secondary battery is determined, the deterioration state of the secondary battery can be reliably determined with high accuracy regardless of the operating temperature.
また、二次電池の電流測定値、電圧測定値及び温度測定値に基づいて前記温度特性関数の調整パラメータを決定するようにしたので、二次電池の経年劣化等による温度特性の変化に対しても、二次電池の劣化状態を精度良く判定することが可能となる。 In addition, since the adjustment parameter of the temperature characteristic function is determined based on the measured current value, the measured voltage value, and the measured temperature value of the secondary battery, the temperature characteristic change due to the aging deterioration of the secondary battery, etc. In addition, the deterioration state of the secondary battery can be accurately determined.
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における二次電池劣化判定方法、二次電池劣化判定装置、及び電源システムの構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。以下、本実施形態においては、自動車等の車両に搭載される二次電池の劣化状態を判定する機能を備えた車両用電源装置及び車両用電源システムに対して本発明を適用する場合を説明する。 Configurations of a secondary battery deterioration determination method, a secondary battery deterioration determination device, and a power supply system in a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about each structural part which has the same function, the same code | symbol is attached | subjected and shown for simplification of illustration and description. Hereinafter, in the present embodiment, a case where the present invention is applied to a vehicle power supply device and a vehicle power supply system having a function of determining a deterioration state of a secondary battery mounted on a vehicle such as an automobile will be described. .
図2は、本実施形態に係る車両用電源装置の概略の構成を示すブロック図である。図2において、車両用電源装置11は、二次電池12と、二次電池12の電流、電圧及び温度を測定するためのそれぞれのセンサである、電流センサ13、電圧センサ14、及び温度センサ15を備えている。また、二次電池12の劣化判定を行うために、放電回路16と制御部17及び記憶部18を備えている。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the vehicle power supply device according to the present embodiment. In FIG. 2, the vehicle
車両用電源装置11は、車両の各種電装品等からなる負荷21及びオールタネータ22と接続されており、負荷21への電力供給が二次電池12またはオールタネータ22から行われる構成となっている。オールタネータ22はまた、二次電池12を充電するための充電用電力も供給している。
The vehicle
図2に示す構成の車両用電源装置11では、二次電池12の劣化状態を判定するために、所定のタイミングで二次電池12に対し所定の電流を放電または充電させる。二次電池12から前記所定の電流を放電させる場合には、放電回路16を二次電池12に接続して放電を行わせる。また、二次電池12を充電させる場合には、オールタネータ22からの電流で充電させるようにする。すなわち、本実施形態では充電回路としてオールタネータ22を用いる構成としている。この場合、放電回路16をバイパスさせるために、経路19を経由して電流が流れるようにする。
In the vehicle
上記のように二次電池12の放電または充電が行われると、そのときの電流及び電圧をそれぞれ電流センサ13及び電圧センサ14で測定し、測定された電流測定値及び電圧測定値を制御部17に送出する。
When the
制御部17は、電流センサ13及び電圧センサ14からそれぞれ前記電流測定値及び前記電圧測定値を入力すると、これをもとに後述の方法により二次電池12の内部インピーダンスまたは内部抵抗を算出して劣化状態を判定する。制御部17はまた、前記所定のタイミングで二次電池12に前記所定の電流を放電させるか、または充電させるかを判定し、判定結果に基づき放電回路16との接続をオン/オフさせる。
When the
前記所定の電流を放電させるか、または充電させるかの判定にあたっては、例えば記憶部18に充放電選択信号をあらかじめ設定しておき、制御部17が記憶部18から前記充放電選択信号を読み込んで充電かあるいは放電かの判定を行うようにすることができる。
In determining whether to discharge or charge the predetermined current, for example, a charge / discharge selection signal is set in advance in the
本発明の車両用電源装置11では、さらに温度センサ15を備えている。温度センサ15は、二次電池12の近傍に設置されて二次電池12の温度を測定し、測定温度を制御部17に送出する。
The vehicle
本実施形態では、二次電池12に対し充電または放電を行うときの前記所定の電流として、周波数100Hz以上の交流電流、またはパルス状電流を用いるものとしている。但し、パルス状電流を用いる場合には、パルス状電流印加後10ms以内に測定した電流及び電圧を内部抵抗の算出に用いものとしている。前記所定の電流を上記のようにすることにより、オールタネータ22あるいは負荷21からのノイズの影響をできるだけ受けないようにすることが可能となる。
In the present embodiment, an alternating current having a frequency of 100 Hz or more or a pulsed current is used as the predetermined current when the
前記所定の電流を周波数100Hz以上の交流電流とするか、あるいはパルス状電流とするかの判定は、制御部17が記憶部18から直交流選択信号を読み込み、該直交流選択信号に基づいて行わせるようにすることができる。なお、オールタネータ22からの電流により周波数100Hz以上の交流電流を二次電池12に印加するようにするためには、経路19に代えて所定の充電回路を設ける必要がある。
Whether the predetermined current is an alternating current having a frequency of 100 Hz or more or a pulsed current is determined by the
次に、二次電池12の内部インピーダンス及び内部抵抗について、図1を用いてその温度特性を説明する。図1は、縦軸を内部インピーダンス、横軸を二次電池の温度としたときの、二次電池の温度特性の一実施例を示すグラフである。同図において、グラフ1は、それぞれの温度で測定した二次電池の内部インピーダンスの大きさを示すグラフである。なお、図1の実施例は、周波数100Hzの交流電流を用いて二次電池12の内部インピーダンスを測定したときのものを示している。
Next, temperature characteristics of the internal impedance and internal resistance of the
図1より、二次電池の内部インピーダンスは、温度が低いほど大きくなり、特に氷点下では急激に大きくなることが分かる。同図に示す温度特性は、二次電池の使用期間によっても変化し、使用期間が長くなるにつれて内部インピーダンスも大きくなる特性(経年劣化)を有している。上記では、内部インピーダンスの温度特性について説明したが、直流電流を用いて測定した内部抵抗でも同様の温度特性を有している。 From FIG. 1, it can be seen that the internal impedance of the secondary battery increases as the temperature decreases, and rapidly increases particularly at freezing temperatures. The temperature characteristic shown in the figure also changes depending on the usage period of the secondary battery, and has a characteristic (aging deterioration) in which the internal impedance increases as the usage period becomes longer. In the above description, the temperature characteristics of the internal impedance have been described. However, the internal resistance measured using a direct current also has the same temperature characteristics.
一般に車両用の二次電池12は、広い温度範囲にわたって使用されることから、使用温度範囲内で二次電池12が適正な内部インピーダンス及び内部抵抗を有している必要がある。従って、車両用電源装置11の制御部17において二次電池12の劣化状態を判定するにあたっては、二次電池12の内部インピーダンスまたは内部抵抗が有する上記の温度特性を精度良く評価できるようにすることが重要となる。
Since the
そこで、本発明の二次電池劣化判定方法では、二次電池12の内部インピーダンスまたは内部抵抗の温度特性を精度良く表す所定の温度特性関数を事前に作成して用いるようにしている。本発明の二次電池劣化判定方法は、電流及び電圧の測定と同時に二次電池12の温度も測定し、電流測定値及び電圧測定値から算出した二次電池12の内部インピーダンスまたは内部抵抗を、前記所定の温度特性関数を用いて所定の基準温度における内部インピーダンスまたは内部抵抗に変換している。
Therefore, in the secondary battery deterioration determination method of the present invention, a predetermined temperature characteristic function that accurately represents the temperature characteristic of the internal impedance or internal resistance of the
本発明の二次電池劣化判定方法で用いている前記温度特性関数は、少なくとも1つ以上の指数項と1つの調整パラメータを含むことを特徴としている。前記温度特性関数の一実施例を(1)式に示す。
ここで、二次電池12の内部インピーダンスをZ、内部抵抗をR、二次電池12の温度をTemp、前記調整パラメータをCとし、f、gをCの関数としている。
The temperature characteristic function used in the secondary battery deterioration determination method of the present invention is characterized by including at least one exponential term and one adjustment parameter. An example of the temperature characteristic function is shown in equation (1).
Here, the internal impedance of the
(1)式では、指数項が1つだけ含まれた数式となっているが、指数項をさらに追加してもよい。いずれにせよ、(1)式が二次電池12の内部インピーダンスZまたは内部抵抗Rを精度良く表せるように、指数項の個数、及び関数f(C)とg(C)の関数形を決める。図1には、(1)式で表される内部インピーダンスの一実施例をグラフ2で示している。グラフ2で示した温度特性関数の具体的な関数形を次式に示す。
In the formula (1), the formula includes only one exponent term, but an exponent term may be further added. In any case, the number of exponential terms and the function forms of the functions f (C) and g (C) are determined so that the expression (1) can accurately represent the internal impedance Z or the internal resistance R of the
(2)式では、C、f、gをそれぞれ以下のように設定している。
C=8.176 (3)
f(C)=0.6648×C=5.435 (4)
g(C)=-2.790×C=-22.81 (5)
同図に示す通り、(2)式で算出される内部インピーダンス(グラフ2)は、測定値(グラフ1)と良い一致を示しており、R2=0.99854となっている。
In the equation (2), C, f, and g are set as follows.
C = 8.176 (3)
f (C) = 0.6648 × C = 5.435 (4)
g (C) =-2.790 × C = -22.81 (5)
As shown in the figure, the internal impedance (graph 2) calculated by the equation (2) is in good agreement with the measured value (graph 1), and R 2 = 0.99985.
本発明の二次電池劣化判定方法では、まず二次電池を放電または充電させたときの電流測定値及び電圧測定値から、内部インピーダンスZまたは内部抵抗Rを算出する。また、このときの二次電池の温度も測定されていることから、前記算出された内部インピーダンスZまたは内部抵抗Rと温度測定値Tempを(1)式に代入して調整パラメータCの値を決定する。 In the secondary battery deterioration determination method of the present invention, first, the internal impedance Z or the internal resistance R is calculated from the measured current value and the measured voltage value when the secondary battery is discharged or charged. Further, since the temperature of the secondary battery at this time is also measured, the value of the adjustment parameter C is determined by substituting the calculated internal impedance Z or internal resistance R and the temperature measurement value Temp into the equation (1). To do.
二次電池の内部インピーダンスまたは内部抵抗は、使用開始後の経年劣化等により温度特性が変化する。調整パラメータCは、このような経年劣化等による温度特性の変化を調整して、その時点における温度特性に(1)式が一致するようにするためのものである。 The temperature characteristics of the internal impedance or internal resistance of the secondary battery change due to deterioration over time after the start of use. The adjustment parameter C is for adjusting the change of the temperature characteristic due to such aged deterioration or the like so that the equation (1) matches the temperature characteristic at that time.
調整パラメータCの値が決定されると、決定されたCの値を用いて、次に(1)式の温度Tempに所定の基準温度Txを代入する。その結果、(1)式から該所定の基準温度Txにおける内部インピーダンスまたは内部抵抗が算出される。そして、算出された内部インピーダンスまたは内部抵抗を所定の閾値と比較することで、二次電池12の劣化状態を判定することができる。
When the value of the adjustment parameter C is determined, a predetermined reference temperature Tx is substituted for the temperature Temp in the equation (1) using the determined C value. As a result, the internal impedance or internal resistance at the predetermined reference temperature Tx is calculated from the equation (1). The deterioration state of the
次に、本実施形態に係る車両用電源装置11において、二次電池12の劣化状態の判定を行う具体的な処理の流れの一実施例を、図3を用いて以下に説明する。図3は、主として制御部17で実行される演算処理の流れを示すフローチャートである。図3に示す演算処理は、車両用電源装置11において、予め設定された所定のタイミングで実行開始される。なお、図3では、内部インピーダンスに基づいて二次電池12の劣化状態の判定を行う実施例を示しているが、内部抵抗に基づいて劣化判定を行う場合には、図3において内部インピーダンスを内部抵抗におきかえればよい。
Next, an example of a specific processing flow for determining the deterioration state of the
図3おいて、前記所定のタイミングに達すると、制御部17における演算処理が開始され、まずステップS101において演算に必要なパラメータの初期設定が行われる。各パラメータの設定値は、記憶部18に予め記憶させたものを、ステップS101で記憶部18から読込んで設定するようにすることができる。
In FIG. 3, when the predetermined timing is reached, calculation processing in the
ステップS101で初期設定の対象となるパラメータとして、内部インピーダンスまたは内部抵抗を推定する前記基準温度Tx、二次電池12の劣化状態を判定するための内部インピーダンス及び内部抵抗に対する判定閾値Zth及びRthなどがある。また、前記充放電選択信号や直交流選択信号もステップS101で記憶部18から読込むようにすることができる。さらに、制御部17から放電回路16あるいはオールタネータ22に対して放電あるいは充電の指令を行わせるようにする場合には、ステップS101で交流電流の周波数あるいはパルス状電流のパルス幅を記憶部18から読込んで設定するようにしてもよい。
The parameters to be initially set in step S101 include the reference temperature Tx for estimating the internal impedance or internal resistance, the internal impedance for determining the deterioration state of the
なお、二次電池12の特性に応じた適切な初期設定値を予め固定的に定めておくこともできるが、二次電池12の動作状況や経年劣化等に応じて初期設定値を適宜に変更できるようにしてもよい。
An appropriate initial setting value according to the characteristics of the
次にステップS102では、放電回路16またはオールタネータ22により交流電流あるいはパルス状電流の所定の電流を放電または充電させ、所定のタイミングで電流センサ13と電圧センサ14のそれぞれから、電流測定値と電圧測定値を取得する。
Next, in step S102, the
ステップS103では、ステップS102で取得した電流測定値及び電圧測定値を用いて、フーリエ展開等の手法により二次電池12の内部インピーダンスZを算出する。なお、内部抵抗Rを算出する場合には、パルス状電流を放電または充電開始から10ms以下の所定の時間dtにおける電圧変化dVから、R=dV/dtで内部抵抗Rを算出することができる。
In step S103, the internal impedance Z of the
次にステップS104において、温度センサ15から前記放電または充電を行ったときの二次電池12の温度測定値Tpを入力する。そして、ステップS105において、ステップS103で算出した内部インピーダンスZと、ステップS104で入力した温度測定値Tpとを(1)式に代入し、同式より調整パラメータCを算出する。
In step S104, the temperature measurement value Tp of the
次に、ステップS106において、ステップS101で設定された基 準温度Txと、ステップS105で算出された調整パラメータCとを用いて、(1)式から基準温度Txにおける内部インピーダンスZxを算出する。
Next, in step S106, the internal impedance Zx at the reference temperature Tx is calculated from the equation (1) using the reference temperature Tx set in step S101 and the adjustment parameter C calculated in step S105.
次に、ステップS107において、ステップS106で算出された基準温度Txにおける内部インピーダンスZxを、ステップS101で設定した判定閾値Zthと比較し、その大小関係を評価する。そして、内部インピーダンスZxが判定閾値Zth以下であると評価された場合、すなわちZx≦Zthと評価された場合には、二次電池12は劣化していないと判定して処理を終了する。
Next, in step S107, the internal impedance Zx at the reference temperature Tx calculated in step S106 is compared with the determination threshold value Zth set in step S101, and the magnitude relationship is evaluated. When the internal impedance Zx is evaluated to be equal to or less than the determination threshold value Zth, that is, when Zx ≦ Zth is evaluated, it is determined that the
これに対し、ステップS107で内部インピーダンスZxが判定閾値Zthを超えていると評価された場合、すなわちZx>Zthと評価された場合には、二次電池12が劣化している可能性があると判定される。図3に示す本実施形態の劣化判定方法では、二次電池12の劣化判定を確実に行うために、ステップS107の判定が所定回数連続で行われた場合に二次電池12が劣化していると判定するようにしている。
On the other hand, when it is evaluated in step S107 that the internal impedance Zx exceeds the determination threshold value Zth, that is, when Zx> Zth is evaluated, the
すなわち、ステップS107において二次電池12が劣化している可能性があると判定されると、ステップS108において、上記判定が前記所定回数だけ連続して行われたか否かを判定する。その結果、前記所定回数連続して二次電池12が劣化していると判定された場合には、ステップS109に進んで二次電池12の劣化判定処理を行う。上記のように、所定回数連続して劣化判定が行われたことを確認するようにしているのは、内部インピーダンスの変動の影響を抑え、判定結果が安定するのを待つためである。
That is, if it is determined in step S107 that there is a possibility that the
次に、本発明の車両用電源装置を備えた車両用電源システムについて以下に説明する。図4は、本発明の車両用電源システムの実施形態を示すブロック図である。車両用電源システム31は、車両用電源装置11と入力装置32、及び表示装置33から構成されている。
Next, a vehicle power supply system including the vehicle power supply device of the present invention will be described below. FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of the vehicle power supply system of the present invention. The vehicle
入力装置32及び表示装置33は、制御部17に接続されてデータの入出力が行えるように構成されている。図3のステップS109において二次電池12の劣化が判定された場合、その結果を制御部17から表示装置33に送出して表示させることで、運転者に二次電池12の劣化を通報できるようにすることができる。
The
また、入力装置32は、例えば二次電池12の内部インピーダンスに対する判定閾値、内部抵抗に対する判定閾値、前記充放電選択信号、前記直交流選択信号、前記交流電流の周波数、及び前記パルス状電流のパルス幅を記憶部18に設定するのに用いることができる。図4の実施形態では、記憶部18への設定を制御部17を介して行わせるように構成している。
Further, the
本発明の車両用電源システムを上記のように構成することにより、二次電池12の劣化を運転者に迅速で判り易く通報できるようにすることが可能であり、また、入力装置32から設定値の変更が容易に行えることから、二次電池12の動作状況や経年劣化等に対応して適切な処理を行わせようにすることが可能となる。
By configuring the vehicle power supply system of the present invention as described above, it is possible to report the deterioration of the
上記では、車両に搭載される車両用二次電池の劣化状態を判定する構成を備えた車両用電源システムについて説明したが、本発明は車両用二次電池に限られることなく、一般的な二次電池を搭載した各種電源システムに対しても広く適用することができる。 In the above description, the vehicle power supply system having the configuration for determining the deterioration state of the vehicle secondary battery mounted on the vehicle has been described. However, the present invention is not limited to the vehicle secondary battery, The present invention can be widely applied to various power supply systems equipped with secondary batteries.
1、2・・・内部インピーダンスのグラフ
11・・・車両用電源装置
12・・・二次電池
13・・・電流センサ
14・・・電圧センサ
15・・・温度センサ
16・・・放電回路
17・・・制御部
18・・・記憶部
19・・・経路
21・・・負荷
22・・・オールタネータ
31・・・車両用電源システム
32・・・入力装置
33・・・表示装置
1, 2 ...
Claims (13)
少なくとも1つ以上の指数項と1つの調整パラメータを含み、前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗の温度依存性を表す所定の温度特性関数を事前に作成し、
前記二次電池が所定の電流で充電または放電されたときの電流測定値及び電圧測定値をもとに前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗を算出し、
前記二次電池が前記所定の電流で充電または放電されたときの前記二次電池の温度測定値と前記算出された内部インピーダンスまたは内部抵抗とを前記温度特性関数に代入して前記調整パラメータの値を決定し、
前記決定された調整パラメータの値と所定の基準温度とを前記温度特性関数に代入して基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗を算出し、
前記算出された基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗に基づいて前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする二次電池劣化判定方法。 A secondary battery deterioration determination method for determining a deterioration state of the secondary battery based on an internal impedance or an internal resistance of a secondary battery that supplies power to a load,
A predetermined temperature characteristic function including at least one exponential term and one adjustment parameter, and representing a temperature dependency of the internal impedance or the internal resistance in advance;
Calculate the internal impedance or the internal resistance based on a current measurement value and a voltage measurement value when the secondary battery is charged or discharged at a predetermined current,
The value of the adjustment parameter by substituting the temperature measurement value of the secondary battery and the calculated internal impedance or internal resistance when the secondary battery is charged or discharged at the predetermined current into the temperature characteristic function Decide
Substituting the value of the determined adjustment parameter and a predetermined reference temperature into the temperature characteristic function to calculate a reference internal impedance or a reference internal resistance,
A secondary battery deterioration determination method, wherein a deterioration state of the secondary battery is determined based on the calculated reference internal impedance or reference internal resistance.
(ここで、f、gは所定の関数を表す)
と表されることを特徴とする請求項1に記載の二次電池劣化判定方法。 When the internal impedance is Z, the internal resistance is R, the adjustment parameter is C, and the temperature of the secondary battery is Temp,
(Where f and g represent predetermined functions)
The secondary battery deterioration determination method according to claim 1, wherein:
前記基準内部インピーダンスを算出した場合にはこれと前記第一の判定閾値との大小関係を評価し、
前記基準内部抵抗を算出した場合にはこれと前記第二の判定閾値との大小関係を評価し、
前記大小関係のいずれかに基づいて前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二次電池劣化判定方法。 A first determination threshold for performing deterioration determination based on the reference internal impedance and a second determination threshold for performing deterioration determination based on the reference internal resistance are set in advance, respectively.
When calculating the reference internal impedance, evaluate the magnitude relationship between this and the first determination threshold,
When calculating the reference internal resistance, evaluate the magnitude relationship between this and the second determination threshold,
The secondary battery deterioration determination method according to claim 1, wherein the deterioration state of the secondary battery is determined based on any one of the magnitude relationships.
前記二次電池に所定の電流を充電させる充電回路と、
前記二次電池から所定の電流を放電させる放電回路と、
前記二次電池の電流を測定する電流センサと、
前記二次電池の電圧を測定する電圧センサと、
前記二次電池の温度を測定する温度センサと、
前記充電回路または前記放電回路により前記二次電池が所定の電流で充電または放電されたときの電流測定値、電圧測定値及び温度測定値をそれぞれ前記電流センサ、電圧センサ及び温度センサから入力し、前記電流測定値及び前記電圧測定値をもとに前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗を算出し、少なくとも1つ以上の指数項と1つの調整パラメータを含み前記内部インピーダンスまたは前記内部抵抗の温度依存性を表す温度特性関数に、前記算出された内部インピーダンスまたは内部抵抗及び前記温度測定値を代入して前記調整パラメータの値を決定し、前記決定された調整パラメータの値と所定の基準温度とを前記温度特性関数に代入して基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗を算出し、前記算出された基準内部インピーダンスまたは基準内部抵抗に基づいて前記二次電池の劣化状態を判定する制御手段と
を備えることを特徴とする二次電池劣化判定装置。 A secondary battery deterioration determination device that determines a deterioration state of the secondary battery based on an internal impedance or an internal resistance of a secondary battery that supplies power to a load,
A charging circuit for charging the secondary battery with a predetermined current;
A discharge circuit for discharging a predetermined current from the secondary battery;
A current sensor for measuring the current of the secondary battery;
A voltage sensor for measuring a voltage of the secondary battery;
A temperature sensor for measuring the temperature of the secondary battery;
A current measurement value, a voltage measurement value, and a temperature measurement value when the secondary battery is charged or discharged with a predetermined current by the charging circuit or the discharging circuit are input from the current sensor, the voltage sensor, and the temperature sensor, respectively. The internal impedance or the internal resistance is calculated based on the current measurement value and the voltage measurement value, and the temperature dependence of the internal impedance or the internal resistance includes at least one exponential term and one adjustment parameter. Substituting the calculated internal impedance or internal resistance and the measured temperature value into the temperature characteristic function to determine the value of the adjustment parameter, and determining the value of the determined adjustment parameter and a predetermined reference temperature as the temperature The reference internal impedance or the reference internal resistance is calculated by substituting into the characteristic function, and the calculated reference internal impedance is calculated. Secondary battery deterioration determination device, characterized in that it comprises a determining control means the deterioration state of the secondary battery based on the dance or the reference internal resistance.
前記制御手段は、前記基準内部インピーダンスを算出した場合には前記記憶手段から前記第一の判定閾値を読み出して前記基準内部インピーダンスとの大小関係を評価し、前記基準内部抵抗を算出した場合には前記記憶手段から前記第二の判定閾値を読み出して前記基準内部抵抗との大小関係を評価し、前記大小関係のいずれかに基づいて前記二次電池の劣化状態を判定することを特徴とする請求項6に記載の二次電池劣化判定装置。 Storage means for storing in advance a first determination threshold value for performing deterioration determination based on the reference internal impedance and a second determination threshold value for performing deterioration determination based on the reference internal resistance;
When the reference internal impedance is calculated, the control means reads the first determination threshold value from the storage means, evaluates the magnitude relationship with the reference internal impedance, and calculates the reference internal resistance. The second determination threshold value is read from the storage means, the magnitude relation with the reference internal resistance is evaluated, and the deterioration state of the secondary battery is judged based on any of the magnitude relations. Item 7. The secondary battery deterioration determination device according to Item 6.
前記制御手段は、前記記憶手段から前記充放電選択信号を読込み、前記充放電選択信号に基づいて前記充電回路か前記放電回路のいずれかに所定の指令信号を出力する
ことを特徴とする請求項7に記載の二次電池劣化判定装置。 The storage means stores a charge / discharge selection signal for charging or discharging the predetermined current to the secondary battery,
The control means reads the charge / discharge selection signal from the storage means and outputs a predetermined command signal to either the charging circuit or the discharge circuit based on the charge / discharge selection signal. The secondary battery deterioration determination device according to claim 7.
前記制御手段は、前記記憶手段から前記直交流選択信号を読込み、前記直交流選択信号に基づいて周波数100Hz以上の交流電流かあるいはパルス状電流かのいずれかを選択して前記充電回路または前記放電回路に所定の制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の二次電池劣化判定装置。 The storage means stores a cross current selection signal that specifies whether the predetermined current is an alternating current having a frequency of 100 Hz or higher or a pulsed current,
The control means reads the cross current selection signal from the storage means, selects either an alternating current having a frequency of 100 Hz or more or a pulsed current based on the cross current selection signal, and selects the charging circuit or the discharging circuit. The secondary battery deterioration determination device according to claim 7 or 8, wherein a predetermined control signal is output to the circuit.
前記制御手段は、前記記憶手段から前記交流電流の周波数及び/または前記パルス状電流のパルス幅を読込み、前記充電回路または前記放電回路に対する前記所定の制御信号と同時または前記所定の制御信号に先立って前記交流電流の周波数及び/または前記パルス状電流のパルス幅を前記充電回路または前記放電回路に設定する
ことを特徴とする請求項9に記載の二次電池劣化判定装置。 The storage means stores the frequency of the alternating current and / or the pulse width of the pulsed current,
The control means reads the frequency of the alternating current and / or the pulse width of the pulsed current from the storage means, and simultaneously with the predetermined control signal for the charging circuit or the discharging circuit or prior to the predetermined control signal 10. The secondary battery deterioration determination device according to claim 9, wherein a frequency of the alternating current and / or a pulse width of the pulsed current is set in the charging circuit or the discharging circuit.
ことを特徴とする請求項11に記載の電源システム。 The power supply system according to claim 11, further comprising display means for inputting and displaying a deterioration state determination result of the secondary battery from the secondary battery deterioration determination device.
前記入力手段から前記第一の判定閾値、前記第二の判定閾値、前記充放電選択信号、前記直交流選択信号、前記交流電流の周波数、及び前記パルス状電流のパルス幅のいずれか、あるいは全てが変更可能である
ことを特徴とする請求項11または請求項12に記載の電源システム。 An input unit for changing data stored in the storage unit;
Any or all of the first determination threshold, the second determination threshold, the charge / discharge selection signal, the cross current selection signal, the frequency of the alternating current, and the pulse width of the pulsed current from the input means The power supply system according to claim 11, wherein the power supply system can be changed.
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