JP2007322171A - Battery state estimation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はバッテリの状態を推定するバッテリ状態推定装置に関する。 The present invention relates to a battery state estimation device that estimates a state of a battery.
基準となる基準バッテリ(新品のバッテリ)の基準開放電圧値と、エンジン始動時放電を行なわせた際の下限電圧値との関係を示す関係情報を記憶部に予め記憶させておき、車両に搭載されたバッテリのエンジン始動時放電が行われた際の開放電圧値と下限電圧値を測定し、その下限電圧値に対応する基準バッテリの基準開放電圧値を関係情報に基づいて導出し、開放電圧値と導出した基準開放電圧値との差に基づいて、バッテリの劣化度を判定する技術が開示されている(特許文献1参照。)。このような技術を用いることによって、バッテリの劣化状況によらずに的確な劣化判定を行なうことができる。
しかしながら、特許文献1に開示されている技術は、図9に示すように、横軸に開放電圧値VOを、縦軸に放電時の下限電圧値(放電電圧値)VLを適用した指標によって劣化判定を行なうことから、縦軸に放電に伴う電圧の降下成分及び内部抵抗の上昇成分という2つの成分が混交し、劣化判定のための基準ラインが左下がりの線となって取扱いが煩雑であるという問題があった。 However, as shown in FIG. 9, the technique disclosed in Patent Document 1 is deteriorated by an index in which an open voltage value VO is applied to the horizontal axis and a lower limit voltage value (discharge voltage value) VL during discharge is applied to the vertical axis. Since the determination is made, two components, the voltage drop component accompanying discharge and the internal resistance rise component are mixed on the vertical axis, and the reference line for deterioration determination becomes a left-down line, which is complicated to handle. There was a problem.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、バッテリの状態推定(劣化度及び/又は残容量)のための基準ラインの取扱いを極めて簡単にしたうえで、バッテリの的確な状態推定を行なうことができるバッテリ状態推定装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has made the handling of a reference line for battery state estimation (degradation level and / or remaining capacity) extremely simple, and has made accurate battery state estimation. An object of the present invention is to provide a battery state estimation device that can be performed.
第1発明に係るバッテリ状態推定装置は、バッテリの状態を推定するバッテリ状態推定装置であって、満充電状態及び過放電状態を含む複数の放電状態における基準開放電圧値と、電気負荷が接続された各放電状態における基準放電電圧値及び前記基準開放電圧値の差分値との関係を示す関係情報を記憶する記憶手段と、電気負荷が接続されていない状態におけるバッテリの開放電圧値及び電気負荷が接続された状態における前記バッテリの放電電圧値を検出する検出手段と、該検出手段にて検出された前記開放電圧値及び前記放電電圧値の差分値を算出する差分値算出手段と、該差分値算出手段にて算出された差分値に対応する基準開放電圧値を前記関係情報に基づいて導出し、導出した基準開放電圧値、前記記憶手段によって記憶された満充電状態における満充電時基準開放電圧値、及び前記検出手段にて検出された開放電圧値に基づいて、前記バッテリの劣化度を算出する劣化度算出手段とを備えることを特徴とする。 A battery state estimation device according to a first invention is a battery state estimation device that estimates a state of a battery, and is connected to a reference open voltage value in a plurality of discharge states including a full charge state and an overdischarge state, and an electric load. Storage means for storing relationship information indicating a relationship between a reference discharge voltage value in each discharge state and a difference value between the reference open voltage values, and an open voltage value and an electric load of the battery in a state where the electric load is not connected. Detecting means for detecting a discharge voltage value of the battery in a connected state; difference value calculating means for calculating a difference value between the open-circuit voltage value and the discharge voltage value detected by the detecting means; and the difference value A reference open-circuit voltage value corresponding to the difference value calculated by the calculation unit is derived based on the relationship information, and the derived reference open-circuit voltage value is stored by the storage unit Fully charged during the reference open circuit voltage value in a charged state, and based on the detected open-circuit voltage value by the detecting means, characterized by comprising a deterioration degree calculating means for calculating a degree of deterioration of the battery.
第1発明にあっては、電気負荷の接続を実質的に開放した基準バッテリなどの満充電状態及び過放電状態を含む複数の放電状態における基準開放電圧値と、その基準開放電圧値と電気負荷が接続された各放電状態における基準放電電圧値との差分値との関係を示す関係情報を記憶しておく。そして、電気負荷が接続された状態及び電気負荷が接続されていない状態における推定対象のバッテリの出力電圧である開放電圧値及び放電電圧値を検出し、両状態の出力電圧(開放電圧値及び放電電圧値)の差分値を算出する。さらに、算出された差分値に対応する基準開放電圧値を関係情報に基づいて導出し、導出した基準開放電圧値、満充電状態における基準開放電圧値(満充電時基準開放電圧値)、及び検出された開放電圧値に基づいて、バッテリの劣化度を算出する。 In the first invention, a reference open voltage value in a plurality of discharge states including a fully charged state and an overdischarge state such as a reference battery in which the connection of the electric load is substantially opened, and the reference open voltage value and the electric load The relation information indicating the relation with the difference value with the reference discharge voltage value in each discharge state to which is connected is stored. Then, an open-circuit voltage value and a discharge voltage value, which are output voltages of the estimation target battery in a state where the electric load is connected and a state where the electric load is not connected, are detected, and the output voltage (open-circuit voltage value and discharge) in both states is detected. The difference value of the voltage value is calculated. Further, a reference open-circuit voltage value corresponding to the calculated difference value is derived based on the related information, and the derived reference open-circuit voltage value, the reference open-circuit voltage value in the fully charged state (full-charge reference open-circuit voltage value), and detection Based on the open circuit voltage value, the degree of deterioration of the battery is calculated.
第2発明に係るバッテリ状態推定装置は、前記満充電時基準開放電圧値及び前記差分値算出手段にて算出された差分値に対応する基準開放電圧値の差分値と、前記満充電時基準開放電圧値及び前記検出手段にて検出された開放電圧値の差分値との比率を算出する比率算出手段と、前記満充電時基準開放電圧値及び前記記憶手段によって記憶された過放電状態における過放電時基準開放電圧値の差分値と、前記満充電時基準開放電圧値に対する差分値との比率が前記比率算出手段にて算出された比率と等しい開放電圧値を過放電時開放電圧値として算出する過放電時開放電圧値算出手段と、該過放電時開放電圧値算出手段にて算出された過放電時開放電圧値、前記満充電時基準開放電圧値、及び前記検出手段にて検出された開放電圧値に基づいて、前記バッテリの残容量を算出する残容量算出手段とをさらに備えることを特徴とする。 The battery state estimation device according to a second aspect of the present invention includes a difference value between a reference open voltage value at full charge and a reference open voltage value corresponding to the difference value calculated by the difference value calculation means, and the reference open at full charge. A ratio calculating means for calculating a ratio between a voltage value and a difference value between the open-circuit voltage values detected by the detecting means; an overdischarge in the overdischarge state stored by the full-charge reference open-circuit voltage value and the storage means; An open-circuit voltage value in which the ratio between the difference value of the hour reference open-circuit voltage value and the difference value with respect to the full-charge reference open-circuit voltage value is equal to the ratio calculated by the ratio calculation means is calculated as the overdischarge open-circuit voltage value. Overdischarge open-circuit voltage value calculation means, overdischarge open-circuit voltage value calculated by the overdischarge open-circuit voltage value calculation means, full-charge reference open-circuit voltage value, and open-circuit detected by the detection means Based on voltage value , And further comprising a remaining capacity calculating means for calculating the remaining capacity of the battery.
第2発明にあっては、満充電時基準開放電圧値及び差分値算出手段にて算出された差分値に対応する基準開放電圧値の差分値と、満充電時基準開放電圧値及び検出手段にて検出された開放電圧値の差分値との第1比率を算出する。次に、満充電時基準開放電圧値及び過放電状態における過放電時基準開放電圧値の差分値と、満充電時基準開放電圧値に対する差分値との第2比率が第1比率と等しい開放電圧値を過放電時開放電圧値として算出する。そして、算出された過放電時開放電圧値、満充電時基準開放電圧値及び検出手段にて検出された開放電圧値に基づいて、バッテリの残容量を算出する。 In the second invention, the difference value of the reference open circuit voltage value corresponding to the difference value calculated by the full charge reference open circuit voltage value and the difference value calculation means, and the full open reference open voltage value and the detection means The first ratio with the difference value of the open circuit voltage value detected in this way is calculated. Next, an open-circuit voltage in which a second ratio between the difference value between the full-charge reference open-circuit voltage value and the over-discharge reference open-circuit voltage value in the over-discharge state and the full charge reference open-circuit voltage value is equal to the first ratio. The value is calculated as the open-circuit voltage value during overdischarge. Then, the remaining battery capacity is calculated based on the calculated overdischarge open-circuit voltage value, the full-charge reference open-circuit voltage value, and the open-circuit voltage value detected by the detection means.
第3発明に係るバッテリ状態推定装置は、バッテリの状態を推定するバッテリ状態推定装置であって、満充電状態及び過放電状態を含む複数の放電状態における基準開放電圧値と、電気負荷が接続された各放電状態における基準放電電圧値及び前記基準開放電圧値の差分値との関係を示す関係情報を記憶する記憶手段と、電気負荷が接続されていない状態におけるバッテリの開放電圧値及び電気負荷が接続された状態における前記バッテリの放電電圧値を検出する検出手段と、該検出手段にて検出された前記開放電圧値及び前記放電電圧値の差分値を算出する差分値算出手段と、前記記憶手段によって記憶された満充電状態における満充電時基準開放電圧値及び前記差分値算出手段にて算出された差分値に対応する基準開放電圧値の差分値と、前記満充電時基準開放電圧値及び前記検出手段にて検出された開放電圧値の差分値との比率を算出する比率算出手段と、前記満充電時基準開放電圧値及び前記記憶手段によって記憶された過放電状態における過放電時基準開放電圧値の差分値と、前記満充電時基準開放電圧値に対する差分値との比率が前記比率算出手段にて算出された比率と等しい開放電圧値を過放電時開放電圧値として算出する過放電時開放電圧値算出手段と、該過放電時開放電圧値算出手段にて算出された過放電時開放電圧値、前記満充電時基準開放電圧値、及び前記検出手段にて検出された開放電圧値に基づいて、前記バッテリの残容量を算出する残容量算出手段とを備えることを特徴とする。 A battery state estimation device according to a third aspect of the present invention is a battery state estimation device that estimates the state of a battery, to which a reference open voltage value in a plurality of discharge states including a full charge state and an overdischarge state and an electric load are connected. Storage means for storing relationship information indicating a relationship between a reference discharge voltage value in each discharge state and a difference value between the reference open voltage values, and an open voltage value and an electric load of the battery in a state where the electric load is not connected. Detection means for detecting a discharge voltage value of the battery in a connected state, difference value calculation means for calculating a difference value between the open-circuit voltage value and the discharge voltage value detected by the detection means, and the storage means The reference open voltage value at full charge in the fully charged state stored by the difference value of the reference open voltage value corresponding to the difference value calculated by the difference value calculation means and Ratio calculation means for calculating a ratio between the full-charge reference open-circuit voltage value and the difference value of the open-circuit voltage value detected by the detection means, and the full-charge reference open-circuit voltage value and the storage means When the overdischarge state is the overvoltage state, the ratio between the difference value of the reference open circuit voltage value at the time of overdischarge and the difference value with respect to the reference open voltage value at the time of full charge is equal to the ratio calculated by the ratio calculation means. Overdischarge open-circuit voltage value calculating means for calculating as an open-circuit voltage value, overdischarge open-circuit voltage value calculated by the overdischarge open-circuit voltage value calculating means, the full-charge reference open-circuit voltage value, and the detecting means And a remaining capacity calculating means for calculating the remaining capacity of the battery based on the open circuit voltage value detected in step (1).
第3発明にあっては、電気負荷の接続を実質的に開放した基準バッテリなどの満充電状態及び過放電状態を含む複数の放電状態における基準開放電圧値と、その基準開放電圧値と電気負荷が接続された各放電状態における基準放電電圧値との差分値との関係を示す関係情報を記憶しておく。そして、電気負荷が接続された状態及び電気負荷が接続されていない状態における推定対象のバッテリの出力電圧である開放電圧値及び放電電圧値を検出し、両状態の出力電圧(開放電圧値及び放電電圧値)の差分値を算出する。次に、満充電状態における基準開放電圧値(満充電時基準開放電圧値)及び算出された差分値に対応する基準開放電圧値の差分値と、満充電時基準開放電圧値及び検出手段にて検出された開放電圧値の差分値との第1比率を算出する。次に、満充電時基準開放電圧値及び過放電状態における過放電時基準開放電圧値の差分値と、満充電時基準開放電圧値に対する差分値との第2比率が第1比率と等しい開放電圧値を過放電時開放電圧値として算出する。そして、算出された過放電時開放電圧値、満充電時基準開放電圧値及び検出手段にて検出された開放電圧値に基づいて、バッテリの残容量を算出する。 In the third invention, a reference open voltage value in a plurality of discharge states including a fully charged state and an overdischarge state such as a reference battery in which the connection of the electric load is substantially opened, and the reference open voltage value and the electric load The relation information indicating the relation with the difference value with the reference discharge voltage value in each discharge state to which is connected is stored. Then, an open-circuit voltage value and a discharge voltage value, which are output voltages of the estimation target battery in a state where the electric load is connected and a state where the electric load is not connected, are detected, and the output voltage (open-circuit voltage value and discharge) in both states is detected. The difference value of the voltage value is calculated. Next, the reference open voltage value in the fully charged state (reference open voltage value at full charge) and the difference value of the reference open voltage value corresponding to the calculated difference value, the reference open voltage value at full charge and the detection means A first ratio with the difference value of the detected open-circuit voltage value is calculated. Next, an open-circuit voltage in which a second ratio between the difference value between the full-charge reference open-circuit voltage value and the over-discharge reference open-circuit voltage value in the over-discharge state and the full charge reference open-circuit voltage value is equal to the first ratio. The value is calculated as the open-circuit voltage value during overdischarge. Then, the remaining battery capacity is calculated based on the calculated overdischarge open-circuit voltage value, the full-charge reference open-circuit voltage value, and the open-circuit voltage value detected by the detection means.
本発明によれば、開放電圧値及び放電電圧値の差分値(つまり、電圧降下量)によってバッテリの状態を推定する構成としたので、従来のような放電電圧値を適用した指標と異なり、放電に伴う電圧の降下成分が直接的には含まれないことから、バッテリの状態推定のための基準ラインの取扱いが極めて簡単であるにもかかわらず、バッテリ状態推定を的確に行なうことができる。 According to the present invention, since the battery state is estimated from the difference value (that is, the voltage drop amount) between the open-circuit voltage value and the discharge voltage value, unlike the conventional index using the discharge voltage value, Therefore, the battery state estimation can be accurately performed even though the handling of the reference line for the battery state estimation is extremely simple.
本発明によれば、電気負荷が接続された状態及び電気負荷が接続されていない状態におけるバッテリの開放電圧値及び放電電圧値の差分値に対応する基準開放電圧値、並びに、満充電状態における満充電時基準開放電圧値、及び電気負荷が接続されていない状態におけるバッテリの開放電圧値に基づいて、バッテリの劣化度を算出することから、極めて簡単な演算処理により、バッテリの劣化度を求めることができる。 According to the present invention, the reference open-circuit voltage value corresponding to the difference value between the open-circuit voltage value and the discharge voltage value of the battery when the electric load is connected and when the electric load is not connected, and the full-charge state Since the battery deterioration level is calculated based on the reference open voltage value during charging and the battery open voltage value when the electric load is not connected, the battery deterioration level can be obtained through extremely simple arithmetic processing. Can do.
本発明によれば、満充電時基準開放電圧値及び差分値算出手段にて算出された差分値に対応する基準開放電圧値の差分値と、満充電時基準開放電圧値及び検出手段にて検出された開放電圧値の差分値との第1比率を算出し、満充電時基準開放電圧値及び過放電状態における過放電時基準開放電圧値の差分値と、満充電時基準開放電圧値に対する差分値との第2比率が第1比率と等しい開放電圧値を過放電時開放電圧値として算出する。そして、算出された過放電時開放電圧値、満充電時基準開放電圧値、及び検出手段にて検出された開放電圧値に基づいて、バッテリの残容量を算出することから、極めて簡単な演算処理により、バッテリの残容量を求めることができる等、優れた効果を奏する。 According to the present invention, the difference value of the reference open circuit voltage value corresponding to the difference value calculated by the full charge reference open circuit voltage value and the difference value calculation means, and the full charge reference open circuit voltage value and the detection means are detected. The first ratio with the difference value of the open circuit voltage value calculated, the difference value between the reference open voltage value at full charge and the reference open voltage value at over discharge in the overdischarge state, and the difference with respect to the reference open voltage value at full charge An open-circuit voltage value in which the second ratio to the value is equal to the first ratio is calculated as an over-discharge open-circuit voltage value. Since the remaining battery capacity is calculated based on the calculated overdischarge open-circuit voltage value, the full-charge reference open-circuit voltage value, and the open-circuit voltage value detected by the detection means, an extremely simple calculation process is performed. As a result, the remaining capacity of the battery can be obtained.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
図1は本発明に係るバッテリ状態推定装置を示すブロック図である。
本実施の形態では、車両に搭載されたバッテリ20の状態(劣化度及び残容量)を推定する形態について説明する。バッテリ20には、スイッチング部14,15を経由してスタータ30、電気負荷31,32,…が接続され、スイッチング部14,15のオン/オフによって電気負荷31,32,…への電力供給が制御される。
FIG. 1 is a block diagram showing a battery state estimating apparatus according to the present invention.
In the present embodiment, a mode for estimating the state (degradation level and remaining capacity) of the
本発明に係るバッテリ状態推定装置は、制御部11、記憶部12、電圧検出部13及び表示部40を備えている。
記憶部12は各種の情報を記憶するための不揮発性のフラッシュメモリであって、記憶部12には、電気負荷31,32,…が接続されていない状態における基準バッテリの出力電圧である基準開放電圧値VOSと、電気負荷31,32,…が接続された状態における基準バッテリの出力電圧である基準放電電圧値VLS及び基準開放電圧値VOSの差分値(基準電圧降下量ΔVS)との関係を示す関係情報(特性パターン)12aが記憶されている。なお、この特性パターン12aは、バッテリ20の基準となる基準バッテリに対し、満充電状態及び過放電状態を含む複数の放電状態における電圧計測を行なって導出する。ここで、基準バッテリとは、例えば新品(実質的に新品であればよい(以下同様))のバッテリのことである。
The battery state estimation device according to the present invention includes a
The
電圧検出部13はバッテリ20の出力電圧を検出する電圧計であり、電気負荷31,32,…が接続されていない状態におけるバッテリ20の出力電圧である開放電圧値VOを検出するとともに、電気負荷31,32,…が接続された状態におけるバッテリ20の出力電圧である放電電圧値VLを検出する。
The
電気負荷31,32,…とバッテリ20との接続はスイッチング部14によって制御される。スイッチング部14をオンすることによってバッテリ20に電気負荷31,32,…が接続され、スイッチング部14をオフすることによってバッテリ20から電気負荷31,32,…が切断される。
The connection between the
制御部11は、電圧降下量算出部11a、劣化度算出部11b及び残容量算出部11cを備えている。
電圧降下量算出部11aは、電圧検出部13によって検出されたバッテリ20の開放電圧値VOから放電電圧値VLを減算し、電圧降下量ΔVを算出する。
The
The voltage drop
劣化度算出部11bは、電圧降下量算出部11aにて算出された電圧降下量ΔVに対応する基準バッテリの基準開放電圧値VOSを特性パターン12aから導出する。また、記憶部12に記憶されている特性パターン12aから、基準バッテリの満充電状態における満充電時基準開放電圧値VOSFを読み出す。そして、導出した基準開放電圧値VOS、満充電時基準開放電圧値VOSF、及び電圧検出部13によって検出された開放電圧値VOに基づいてバッテリ20の基準バッテリに対する劣化度SOH(State Of Health)を算出する。
The deterioration
残容量算出部11cは、電圧降下量算出部11aにて算出された電圧降下量ΔVに対応する基準バッテリの基準開放電圧値VOSを特性パターン12aから導出するとともに、基準バッテリの満充電状態における満充電時基準開放電圧値VOSFを特性パターン12aから読み出す。そして、満充電時基準開放電圧値VOSF及び基準開放電圧値VOSの差分値と、満充電時基準開放電圧値VOSF及び電圧検出部13によって検出された開放電圧値VOの差分値との比率R1を算出する。
The remaining
次に、残容量算出部11cは、基準バッテリの過放電状態における過放電時基準開放電圧値VOSEを特性パターン12aから読み出し、満充電時基準開放電圧値VOSF及び過放電時基準開放電圧値VOSEの差分値と、満充電時基準開放電圧値VOSFに対する差分値との比率R2が比率R1と等しくなる開放電圧値VOP(バッテリ20の過放電時開放電圧値に相当する)を算出する。そして、残容量算出部11cは、算出された開放電圧値VOP、満充電時基準開放電圧値VOSF及び電圧検出部13によって検出された開放電圧値VOに基づいて、バッテリ20の残容量SOC(State Of Charge)を算出する。
Next, the remaining
表示部40は、算出された劣化度SOH及び残容量SOCを表示して、ユーザにバッテリ20の状態を把握させるためのものである。
The
次に、バッテリ20の状態(劣化度及び残容量)の推定方法について詳述する。図2はバッテリの開放電圧と開放電圧及びエンジン始動時の下限電圧である放電電圧の差分値との相関関係を示すグラフである。具体的には、劣化度及び残容量の異なるバッテリにおいて、エンジン始動時放電開始前の開放電圧値VOとエンジン始動時の放電電圧値VLとを試験により計測し、開放電圧値VO及び放電電圧値VLの差分値である電圧降下量ΔVを算出し、横軸に開放電圧値VOを、縦軸に電圧降下量ΔVをプロットしたものである。図3に示すように、開放電圧値VOはバッテリ20が実質的に放電を行っていないときのバッテリ20の出力電圧であり、放電電圧値VLはエンジン始動時の放電によりバッテリ20の出力電圧が低下したときのその最低電圧である。
Next, a method for estimating the state (degradation level and remaining capacity) of the
図2において、G1は新品のバッテリ、G2〜G4は使用されてある程度劣化したバッテリについての曲線を示し、曲線G2,G3,G4の順にバッテリの劣化が進行している。なお、充電終了時(エンジン停止時)直後の開放電圧を計測するより、一定時間経過後の開放電圧を計測することにより、バッテリ20の放電特性取得や状態推定などの精度がより向上する。
In FIG. 2, G1 indicates a new battery, G2 to G4 indicate curves for a battery that has been used and deteriorated to some extent, and the deterioration of the battery proceeds in the order of curves G2, G3, and G4. It should be noted that, by measuring the open circuit voltage after a certain period of time rather than measuring the open circuit voltage immediately after the end of charging (when the engine is stopped), the accuracy of obtaining the discharge characteristics and estimating the state of the
バッテリ20の劣化に応じて、対応する曲線G1〜G4がグラフの概ね右方向(右上方向)にシフトしていることが分かる。これより、曲線G1に対応した新品のバッテリのエンジン始動時の放電特性(各充電残量に応じた各放電電圧値に対するエンジン始動時放電による電圧降下量)を記憶しておけば、これを基準としてバッテリ20の状態推定を行なうことができる。
It can be seen that the corresponding curves G1 to G4 are shifted substantially to the right (upper right) of the graph according to the deterioration of the
図4はバッテリに接続される電気負荷とバッテリの内部抵抗との関係を模式的に示す回路図である。エンジン始動時にバッテリ20に接続される電気負荷31,32,…(バッテリ20の内部抵抗以外の負荷)の抵抗値をRSとし、バッテリ20の内部抵抗値をRBとし、バッテリ20の開放電圧値をVOとし、バッテリ20に電気負荷31,32,…を接続して放電を行なわせた際の放電電圧値をVL、開放電圧値及び放電電圧値の差分値をΔVとすると、これらのパラメータRS,RB,VO,VLの間には、次の関係が成り立つ。
FIG. 4 is a circuit diagram schematically showing the relationship between the electric load connected to the battery and the internal resistance of the battery. The resistance value of the
ΔV/VO=(VO−VL)/VO=RB/(RB+RS)…(式1) ΔV / VO = (VO−VL) / VO = RB / (RB + RS) (Formula 1)
式1における内部抵抗値RBは開放電圧値VOの減少に伴って増加するため、開放電圧値VO及び放電電圧値VLの差分値(電圧降下量ΔV)は、曲線G1のように開放電圧値VOの減少に伴って増大する。すなわち、図2の曲線G1の直線G5からの縦軸プラス方向への乖離量が開放電圧値VOの減少に伴って徐々に大きくなるのは、開放電圧値VOの減少に伴う内部抵抗値RBの増加によるものであるといえる。 Since the internal resistance value RB in Equation 1 increases as the open-circuit voltage value VO decreases, the difference value (voltage drop amount ΔV) between the open-circuit voltage value VO and the discharge voltage value VL is the open-circuit voltage value VO as shown by the curve G1. It increases with decreasing. That is, the amount of deviation in the positive direction of the vertical axis from the straight line G5 of the curve G1 in FIG. 2 gradually increases as the open circuit voltage value VO decreases. It can be said that this is due to the increase.
工場での車両組立完成時などのバッテリが新品状態にあるときに、複数の放電状態におけるバッテリの開放電圧値(基準開放電圧値)VOSと、電気負荷31,32,…を接続した際のバッテリの放電電圧値(基準放電電圧値)VLSとを計測し、基準開放電圧値VOS及び基準放電電圧値VLSの差分値(電圧降下量ΔVS)を算出する。なお、基準開放電圧値VOS及び基準放電電圧値VLSの計測を複数回行なってそれらを平均などしたものを利用することにより、計測誤差を小さくして正確な放電特性を得ることができる。
When the battery is in a new state, such as when the vehicle is assembled at the factory, the battery when the open circuit voltage value (reference open circuit voltage value) VOS and the
上述した複数の放電状態には、満充電状態及び過放電状態が含まれており、バッテリが満充電状態であるときの基準開放電圧値(満充電時基準開放電圧値VOSF)と、基準放電電圧値(満充電時基準放電電圧値VLSF)とを計測し、満充電時基準開放電圧値VOSF及び満充電時基準放電電圧値VLSFの差分値(電圧降下量ΔVSF)を算出するとともに、バッテリが過放電状態であるときの基準開放電圧値(過放電時基準開放電圧値VOSE)と、基準放電電圧値(過放電時基準放電電圧値VLSE)とを計測し、過放電時基準開放電圧値VOSE及び過放電時基準放電電圧値VLSEの差分値(電圧降下量ΔVSE)を算出する。バッテリが満充電状態であるか否かの判定は、例えばバッテリの開放電圧値を計測し、その値が満充電状態に対応した所定の基準レベル以上になっているか否かを判定することにより行われる。 The plurality of discharge states described above include a full charge state and an overdischarge state, and a reference open voltage value (reference open voltage value VOSF at full charge) when the battery is in a full charge state and a reference discharge voltage. Value (full charge reference discharge voltage value VLSF) is calculated, a difference value (voltage drop amount ΔVSF) between the full charge reference open voltage value VOSF and the full charge reference discharge voltage value VLSF is calculated, and the battery is overcharged. The reference open voltage value (reference discharge voltage value VOSE during overdischarge) and the reference discharge voltage value (reference discharge voltage value VLSE during overdischarge) when the battery is in the discharge state are measured, and the reference open voltage value VOSE during overdischarge and A difference value (voltage drop amount ΔVSE) of the reference discharge voltage value VLSE during overdischarge is calculated. Whether or not the battery is fully charged is determined by, for example, measuring the open-circuit voltage value of the battery and determining whether or not the value is equal to or higher than a predetermined reference level corresponding to the fully charged state. Is called.
また、上述のようにして計測により求めた複数の放電状態における新品のバッテリの基準開放電圧値VOSと、電圧降下量ΔVSとの関係を特性パターン12aとして記憶しておく。なお、この特性パターン12aは、図5に示すようなデータテーブルとして記憶されていてもよいし、基準開放電圧値VOSと電圧降下量ΔVSとの関係を示す数式として記憶されていてもよい。
Further, the relationship between the reference open circuit voltage value VOS of a new battery and the voltage drop amount ΔVS in a plurality of discharge states obtained by measurement as described above is stored as a
そして、バッテリ20の劣化状態を推定する場合には、バッテリ20の使用が開始されている状態において、電気負荷31,32,…がバッテリ20に接続される前の開放電圧値VOと、電気負荷31,32,…がバッテリ20に接続されたときの下限電圧である開放電圧値VLとを計測し、開放電圧値VO及び放電電圧値VLの差分値(電圧降下量ΔV)を算出する。このとき、バッテリ20の充電残量は満充電状態である必要はなく、任意の放電状態であってよい。
When the deterioration state of the
次に、電圧降下量ΔVと等しい基準電圧降下量ΔVSに対応する対応基準開放電圧値VOSRを特性パターン12aに基づいて導出する。つまり、図6の曲線G1上における電圧降下量が電圧降下量ΔVと等しいときの基準開放電圧値VOSを対応基準開放電圧値VOSRとして導出する。なお、本例のように、特性パターン12aを離散化されたデータテーブルとして用意した場合、基準電圧降下量ΔVS(つまり、電圧降下量ΔV)に対応する対応基準開放電圧値VOSRが特性パターン12aに存在しないときは、適宜の補間処理によって対応基準開放電圧値VOSRを導出する。
Next, a corresponding reference open circuit voltage value VOSR corresponding to the reference voltage drop amount ΔVS equal to the voltage drop amount ΔV is derived based on the
なお、図6の値VOSF,ΔVSFは新品のバッテリの満充電状態の開放電圧値及び電圧降下値に、値VOSE,ΔVSEは新品のバッテリの過放電状態の開放電圧値及び電圧降下値に対応している。 Note that the values VOSF and ΔVSF in FIG. 6 correspond to the open voltage value and voltage drop value of the new battery in the fully charged state, and the values VOSE and ΔVSE correspond to the open voltage value and voltage drop value of the new battery in the overdischarge state. ing.
そして、特性パターン12aとして記憶されている満充電時基準開放電圧値VOSF及び電圧降下量ΔVSFを読み出し、満充電時基準開放電圧値VOSF及び対応基準開放電圧値VOSRの差分値D1と、満充電時基準開放電圧値VOSF及び開放電圧値VOの差分値D2とを比較することにより、その時点におけるバッテリ20の劣化度を算出する。例えば、差分値D2の差分値D1に対する比率を劣化度として算出する。
Then, the full charge reference open voltage value VOSF and the voltage drop ΔVSF stored as the
上述したような劣化度の推定方法は、バッテリ20の劣化度が小さいほどグラフ上の計測点P11(VO,ΔV)が曲線G1に近づくように略左方向(左下方向)にシフトするというバッテリの特性を利用したものである。すなわち、バッテリ20の劣化度が小さいほど図6の計測点P11(VO,ΔV)は、対応する曲線G1上の座標点P12に近づき、その計測点P11の座標点P12に対する近づき度合いに基づいてバッテリ20の劣化度を推定する。
The deterioration degree estimation method as described above is such that the
さらに、バッテリ20の残容量も、劣化度と同様の推定方法により算出することができる。先ず、バッテリ20の使用が開始されている状態において、電気負荷31,32,…がバッテリ20に接続される前の開放電圧である開放電圧値VOと、電気負荷31,32,…がバッテリ20に接続されたときの下限電圧である開放電圧値VLとを計測し、開放電圧値VO及び放電電圧値VLの差分値(電圧降下量ΔV)を算出する。このとき、バッテリ20の劣化状態は新品同等である必要はなく、任意の劣化状態であってよい。
Furthermore, the remaining capacity of the
そして、電圧降下量ΔVと等しい基準電圧降下量ΔVSに対応する対応基準開放電圧値VOSRを特性パターン12aに基づいて導出する。ここまでの処理は、上述したバッテリ20の劣化度の推定方法と同じであり、劣化度を推定した場合に導出した対応基準開放電圧値VOSRを適宜メモリに格納しておくことで、処理の繰り返しを防止することができる。
Then, a corresponding reference open circuit voltage value VOSR corresponding to the reference voltage drop amount ΔVS equal to the voltage drop amount ΔV is derived based on the
そして、特性パターン12aとして記憶されている満充電時基準開放電圧値VOSF及び電圧降下量ΔVSFを読み出し、満充電時基準開放電圧値VOSF及び対応基準開放電圧値VOSRの差分値D1と、満充電時基準開放電圧値VOSF及び開放電圧値VOの差分値(D2)との比率R1を算出する。
Then, the full charge reference open voltage value VOSF and the voltage drop ΔVSF stored as the
次に、特性パターン12aとして記憶されている過放電時基準開放電圧値VOSE及び電圧降下量ΔVSEを特性パターン12aから読み出し、満充電時基準開放電圧値VOSF及び過放電時基準開放電圧値VOSEの差分値と、満充電時基準開放電圧値VOSFに対する差分値との比率R2が比率R1と等しくなる開放電圧値VOPを算出する。この開放電圧値VOPが過放電時閉放電圧値に相当する。
Next, the overdischarge reference open voltage value VOSE and the voltage drop ΔVSE stored as the
そして、満充電時基準開放電圧値VOSF及び過放電時開放電圧値VOPの差分値D3と、開放電圧値VO及び過放電時開放電圧値VOPの差分値D4とを比較することにより、その時点におけるバッテリ20の残容量を算出する。例えば、差分値D4の差分値D2に対する比率を残容量として算出する。
Then, by comparing the difference value D3 between the full charge reference open circuit voltage value VOSF and the overdischarge open circuit voltage value VOP and the open voltage value VO and the overdischarge open circuit voltage value VOP, The remaining capacity of the
上述したような残容量の推定方法は、バッテリ20の残容量が満充電状態から減少するのに従って、図6の横軸に平行な仮想線L1上における計測点P11に対応した座標点P21が、満充電状態に対応する座標点P22側から過放電状態に対応する座標点P23側に近づくというバッテリの特性を利用したものである。
In the remaining capacity estimation method as described above, as the remaining capacity of the
次に、上述の構成のバッテリ状態推定装置の動作を説明する。図7は本発明に係るバッテリ状態推定装置の処理手順を示すフローチャートである。
先ず、イグニッションキー(以下、IGキー)50がオンされると(ステップS1)、制御部11はスイッチング部14をオフするように制御して電気負荷31,32,…を切断し、バッテリ20の開放電圧値VOを検出する(ステップS2)。なお、電気負荷31,32,…が初期状態において切断されているような形態では負荷切断処理は不要である。
Next, the operation of the battery state estimation device having the above-described configuration will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of the battery state estimation apparatus according to the present invention.
First, when an ignition key (hereinafter referred to as an IG key) 50 is turned on (step S1), the
そして、制御部11はスイッチング部14をオンするように制御して電気負荷31,32,…の接続を行ない、スタータ30によって図示しないエンジンの始動が行なわれると(ステップS3)、バッテリ20の電圧検出を連続的に行なって、検出電圧のうちの下限電圧値を放電電圧値VLとして検出する(ステップS4)。なお、バッテリ20は、エンジンの始動時に電圧が放電電圧値VLにまで降下するが、数秒程度で徐々に復帰することから、連続的な電圧検出を行なう期間は電圧が復帰する数秒間程度でよい。
Then, the
そして、開放電圧値VO及び放電電圧値VLの差分値である電圧降下量ΔVを算出する(ステップS5)。そして、電圧降下量ΔVに基づいて上述したバッテリ20の劣化度算出処理を行ない(ステップS6)、さらに、バッテリ20の残容量算出処理を行なう(ステップS7)。なお、バッテリ20の劣化度は時間レベルでの変化は極めて小さいことから、劣化度算出処理は一度の処理で十分であるが、バッテリ20の残容量は時々刻々と変化することから、残容量算出処理を適宜の時間毎に行なって残容量を監視する。このように、S6及びS7の処理はエンジンが停止されるまで繰り返し継続される。
Then, a voltage drop amount ΔV that is a difference value between the open circuit voltage value VO and the discharge voltage value VL is calculated (step S5). Then, the above-described deterioration degree calculation process for the
上述した各処理により算出されたバッテリ20の状態は、図8に示すように、レベル分けされた態様で表示部40に表示される。例えば、バッテリ20に劣化の問題がない場合には良好であることを示す表示領域40aが点灯され、バッテリ20が劣化している場合には要注意であることを示す表示領域40bが点灯される。また、この表示部40には、バッテリ20の残容量を表示するための表示領域40cも設けられている。このようにして、ユーザはバッテリ20の劣化度及び残容量を容易に把握することができる。また、評価時における開放電圧値VO及び放電電圧値VLの差分値である電圧降下量ΔVに対応する基準開放電圧値VOSに基づいて、バッテリ20の状態を推定することから、電圧降下量ΔVが任意の値であっても、バッテリ20の劣化度と残容量を的確に推定することができる。
The state of the
なお、バッテリ20の残容量を監視することによって、走行中におけるバッテリ20の残容量を把握し、残容量が所定範囲内に維持されるように、例えば、図示しないオルタネータの発電量(出力電圧等)を制御することが可能である。
Note that, by monitoring the remaining capacity of the
以上のように、開放電圧値VO及び放電電圧値VLの差分値である電圧降下量ΔVによってバッテリ20の状態を推定することから、従来のような開放電圧値VO及び放電電圧値VLを適用した指標と異なり、バッテリ20の状態推定のための基準ラインの取扱いが極めて簡単であり、かつバッテリ20の状態推定を的確に行なうことができる。
As described above, since the state of the
また、極めて簡単な演算処理により、バッテリ20の劣化度及び残容量を求めることができる。このため、演算処理に要する時間は短くて済み、バッテリ20の状態を常時監視することも可能である。したがって、バッテリ20の状態に応じて、スイッチング部15を制御して電気負荷31,32,…のバッテリ20への接続を制御する電源マネジメントに好適である。
Further, the deterioration degree and remaining capacity of the
なお、図1の装置構成にバッテリ20の温度を計測する温度センサを追加し、バッテリ20の温度を考慮した状態推定を行なうようにしてもよい。より具体的には、例えば、各温度における基準バッテリの開放電圧と電圧降下量との関係を表す2次元座標情報(この場合、温度を含めて考慮すると3次元座標情報ということもできる)を導出し、それに基づいてその時点の温度における状態推定を行なう方法や、温度に依存するパラメータ(開放電圧など)の値を温度補正(例えば、標準温度の値に補正)して状態推定を行なうようにしてもよい。
Note that a temperature sensor that measures the temperature of the
11 制御部
11a 電圧降下量算出部
11b 劣化度算出部
11c 残容量算出部
12 記憶部
12a 特性パターン(関係情報)
13 電圧検出部
14,15 スイッチング部
20 バッテリ
30 スタータ
31,32,… 電気負荷
40 表示部
50 イグニッションキー(IGキー)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (3)
満充電状態及び過放電状態を含む複数の放電状態における基準開放電圧値と、電気負荷が接続された各放電状態における基準放電電圧値及び前記基準開放電圧値の差分値との関係を示す関係情報を記憶する記憶手段と、
電気負荷が接続されていない状態におけるバッテリの開放電圧値及び電気負荷が接続された状態における前記バッテリの放電電圧値を検出する検出手段と、
該検出手段にて検出された前記開放電圧値及び前記放電電圧値の差分値を算出する差分値算出手段と、
該差分値算出手段にて算出された差分値に対応する基準開放電圧値を前記関係情報に基づいて導出し、導出した基準開放電圧値、前記記憶手段によって記憶された満充電状態における満充電時基準開放電圧値、及び前記検出手段にて検出された開放電圧値に基づいて、前記バッテリの劣化度を算出する劣化度算出手段と
を備えることを特徴とするバッテリ状態推定装置。 A battery state estimation device for estimating a battery state,
Relationship information indicating the relationship between the reference open voltage value in a plurality of discharge states including a full charge state and an overdischarge state, the reference discharge voltage value in each discharge state to which an electric load is connected, and the difference value of the reference open voltage value Storage means for storing
Detecting means for detecting an open voltage value of the battery in a state where the electric load is not connected and a discharge voltage value of the battery in a state where the electric load is connected;
Difference value calculating means for calculating a difference value between the open circuit voltage value and the discharge voltage value detected by the detecting means;
A reference open-circuit voltage value corresponding to the difference value calculated by the difference value calculation means is derived based on the relationship information, and the derived reference open-circuit voltage value, when fully charged in the fully charged state stored by the storage means A battery state estimation device comprising: a deterioration degree calculating means for calculating a deterioration degree of the battery based on a reference open voltage value and an open voltage value detected by the detecting means.
前記満充電時基準開放電圧値及び前記記憶手段によって記憶された過放電状態における過放電時基準開放電圧値の差分値と、前記満充電時基準開放電圧値に対する差分値との比率が前記比率算出手段にて算出された比率と等しい開放電圧値を過放電時開放電圧値として算出する過放電時開放電圧値算出手段と、
該過放電時開放電圧値算出手段にて算出された過放電時開放電圧値、前記満充電時基準開放電圧値、及び前記検出手段にて検出された開放電圧値に基づいて、前記バッテリの残容量を算出する残容量算出手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のバッテリ状態推定装置。 A difference value between the reference open voltage value at full charge and a reference open voltage value corresponding to the difference value calculated by the difference value calculation means, the reference open voltage value at full charge and the detection means detected by the detection means A ratio calculating means for calculating a ratio of the difference value between the open circuit voltage values;
A ratio between a difference value between the full-charge reference open-circuit voltage value and an over-discharge reference open-circuit voltage value in the over-discharge state stored by the storage means and a difference value with respect to the full-charge reference open-circuit voltage value is the ratio calculation. An overdischarge open-circuit voltage value calculating means for calculating an open-circuit voltage value equal to the ratio calculated by the means as an overdischarge open-circuit voltage value;
Based on the overdischarge open-circuit voltage value calculated by the overdischarge open-circuit voltage value calculation means, the full-charge reference open-circuit voltage value, and the open-circuit voltage value detected by the detection means, the remaining battery level is determined. The battery state estimation apparatus according to claim 1, further comprising: a remaining capacity calculation unit that calculates a capacity.
満充電状態及び過放電状態を含む複数の放電状態における基準開放電圧値と、電気負荷が接続された各放電状態における基準放電電圧値及び前記基準開放電圧値の差分値との関係を示す関係情報を記憶する記憶手段と、
電気負荷が接続されていない状態におけるバッテリの開放電圧値及び電気負荷が接続された状態における前記バッテリの放電電圧値を検出する検出手段と、
該検出手段にて検出された前記開放電圧値及び前記放電電圧値の差分値を算出する差分値算出手段と、
前記記憶手段によって記憶された満充電状態における満充電時基準開放電圧値及び前記差分値算出手段にて算出された差分値に対応する基準開放電圧値の差分値と、前記満充電時基準開放電圧値及び前記検出手段にて検出された開放電圧値の差分値との比率を算出する比率算出手段と、
前記満充電時基準開放電圧値及び前記記憶手段によって記憶された過放電状態における過放電時基準開放電圧値の差分値と、前記満充電時基準開放電圧値に対する差分値との比率が前記比率算出手段にて算出された比率と等しい開放電圧値を過放電時開放電圧値として算出する過放電時開放電圧値算出手段と、
該過放電時開放電圧値算出手段にて算出された過放電時開放電圧値、前記満充電時基準開放電圧値、及び前記検出手段にて検出された開放電圧値に基づいて、前記バッテリの残容量を算出する残容量算出手段と
を備えることを特徴とするバッテリ状態推定装置。 A battery state estimation device for estimating a state of a battery,
Relationship information indicating the relationship between the reference open voltage value in a plurality of discharge states including a full charge state and an overdischarge state, the reference discharge voltage value in each discharge state to which an electric load is connected, and the difference value of the reference open voltage value Storage means for storing
Detecting means for detecting an open voltage value of the battery in a state where the electric load is not connected and a discharge voltage value of the battery in a state where the electric load is connected;
Difference value calculating means for calculating a difference value between the open circuit voltage value and the discharge voltage value detected by the detecting means;
The reference open voltage value at full charge in the fully charged state stored by the storage means and the difference value of the reference open voltage value corresponding to the difference value calculated by the difference value calculation means, and the reference open voltage at full charge A ratio calculating means for calculating a ratio between the value and the difference value of the open circuit voltage value detected by the detecting means;
A ratio between a difference value between the full-charge reference open-circuit voltage value and an over-discharge reference open-circuit voltage value in the over-discharge state stored by the storage means and a difference value with respect to the full-charge reference open-circuit voltage value is the ratio calculation. An overdischarge open-circuit voltage value calculating means for calculating an open-circuit voltage value equal to the ratio calculated by the means as an overdischarge open-circuit voltage value;
Based on the overdischarge open-circuit voltage value calculated by the overdischarge open-circuit voltage value calculation means, the full-charge reference open-circuit voltage value, and the open-circuit voltage value detected by the detection means, the remaining battery level is determined. A battery state estimation device comprising: a remaining capacity calculation unit that calculates a capacity.
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