JP2009257775A

JP2009257775A - 二次電池の充電率推定方法及び装置

Info

Publication number: JP2009257775A
Application number: JP2008103744A
Authority: JP
Inventors: Tsuneyoshi Sawai; 恒義澤井; Masato Hayashi; 正人林; Kazuo Tsutsumi; 香津雄堤
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる二次電池の充電率推定方法及び装置を提供する。
【解決手段】予め、それぞれの充放電速度及び電池動作状態に対応する基準温度における電池電圧値と充電率との関係を示す情報であるＳＯＣ電圧特性情報と、電池温度に基づいて基準温度における充放電速度を求めるための充放電速度算出式とを準備しておき、二次電池の電池電圧値、充放電電流値及び電池温度を計測する第１のステップＳ１と、充放電速度算出式と充放電電流値及び電池温度とに基づいて基準温度における充放電速度及び電池動作状態を求める第２のステップＳ２と、充放電速度及び電池動作状態に対応する二次電池のＳＯＣ電圧特性情報を求める第３のステップＳ３と、第３のステップＳ３で求めたＳＯＣ電圧特性情報に基づいて第１のステップＳ１で計測される電池電圧値に対応する二次電池の充電率を求める第４のステップＳ４とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ニッケル水素電池等の二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）である充電率を推定する二次電池の充電率推定方法及び装置に関する。

従来より、二次電池の電流値を積算して、二次電池のＳＯＣを推定する技術が知られている。

例えば、特許文献１には次のような技術が記載されている。ここでは、二次電池としてニッケル水素電池が用いられている。ニッケル水素電池は、ＳＯＣと電池電圧との関係において、ＳＯＣがある範囲（以下、「範囲Ａ」という）内ではＳＯＣの変化に対して電池電圧の変化が小さいため、その範囲Ａ内では、二次電池の電流値の積算値に基づいてＳＯＣを推定し、範囲Ａを下回った場合にはＳＯＣに対する放電時の電池電圧の特性を示す曲線の傾きに基づいてＳＯＣを推定するようにしている。
特開２００５−２６９８２４号公報

特許文献１に記載の技術では、長時間運用すると、検出された電流値に含まれる誤差が蓄積され、範囲Ａ内において推定されるＳＯＣの推定精度が低下するという問題がある。また、電池温度を計測しておらず、ＳＯＣに対する放電時の電池電圧の特性を示す曲線が電池温度の変化に対応していないため、電池温度の変化による電池特性の変化を考慮してＳＯＣを推定することができず、ＳＯＣの推定精度の向上を図る上で問題がある。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる二次電池の充電率推定方法及び装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の二次電池の充電率推定方法は、予め、基準の二次電池が放電動作状態及び充電動作状態のそれぞれの場合について、複数のそれぞれの充放電速度に対応する基準温度における電池電圧値と充電率との関係を示す情報であるＳＯＣ電圧特性情報と、前記基準の二次電池が充放電停止状態であるときの零の充放電速度に対応する前記基準温度における電池電圧値と充電率との関係を示す情報であるＳＯＣ電圧特性情報とを準備しておくとともに、電池温度に基づいて前記基準温度における充放電速度を求めるための充放電速度算出式を準備しておき、被測定対象の二次電池の電池電圧値、充放電電流値及び電池温度を計測する第１のステップと、前記充放電速度算出式と前記第１のステップで計測される前記充放電電流値及び前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を求めるとともに、前記被測定対象の二次電池が放電動作状態、充電動作状態及び充放電停止状態のうちのいずれの電池動作状態であるかを求める第２のステップと、予め準備された前記基準の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報が前記被測定対象の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報に等しいものとして、前記第２のステップで求めた前記充放電速度及び電池動作状態に対応する前記被測定対象の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報を求める第３のステップと、前記第３のステップで求めた前記ＳＯＣ電圧特性情報に基づいて前記第１のステップで計測される前記電池電圧値に対応する前記被測定対象の二次電池の充電率を求める第４のステップとを有する。

この方法によれば、被測定対象の二次電池が基準の二次電池と同一である場合など、被測定対象の二次電池の容量が基準の二次電池の容量と同じ場合に有効であり、現在の電池温度及び充放電電流値に基づいて基準温度における充放電速度及び電池動作状態を求め、その充放電速度及び電池動作状態に対応するＳＯＣ電圧特性情報に基づいてＳＯＣ（充電率）を求めるようにしているため、電池温度の変化による電池特性の変化が考慮されたＳＯＣを推定することができ、ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる。また、充放電電流値の積算を行わないため、充放電電流値の計測誤差が蓄積されることがなく、ＳＯＣの推定を長時間にわたって行っても精度良く推定することができる。

また、前記第２のステップは、前記第１のステップで計測される前記充放電電流値が零値のときには電池動作状態が充放電停止状態であり、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度が零であると判定し、前記充放電電流値が正値及び負値のうちの一方であるときには電池動作状態が放電動作状態であると判定するとともに、前記充放電速度算出式と前記第１のステップで計測される前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を算出し、前記充放電電流値が正値及び負値のうちの他方であるときには電池動作状態が充電動作状態であると判定するとともに、前記充放電速度算出式と前記第１のステップで計測される前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を算出するようにしてもよい。

また、予め、前記基準の二次電池について、充電率が同一である場合の充放電速度の変化量に対する電池電圧値の変化量の割合の絶対値を示す内部抵抗の指標値を求めておき、前記第１〜第４のステップからなる一連のステップを繰り返し行い、複数回の前記一連のステップにおいて求められる前記被測定対象の二次電池の電池電圧値、充放電速度及び充電率に基づいて、前記被測定対象の二次電池について前記内部抵抗の指標値を求め、この被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値と前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値とを比較し、前記被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値が前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値より所定値以上大きい場合に前記被測定対象の二次電池が劣化したことを判定するステップを有するようにしてもよい。

このように、二次電池が劣化したことを判定することにより、電池交換を行う時期であることを知らせるようにすることもできる。なお、それぞれ異なる複数の充電率について、充電率が同一である場合の充放電速度の変化量に対する電池電圧値の変化量の割合の絶対値を求め、これら複数の充電率について求めた絶対値の平均値を内部抵抗の指標値としてもよい。

また、予め、前記基準の二次電池について、充電率が同一である場合の充放電速度の変化量に対する電池電圧値の変化量の割合の絶対値を示す内部抵抗の指標値を求めておくとともに、前記被測定対象の二次電池について前記内部抵抗の指標値を求めておき、前記充放電速度算出式を、前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値と前記被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値とに基づいて補正するようにしてもよい。

これにより、例えば、当初、基準の二次電池を使用していたが、容量の異なる二次電池に交換した場合等に、交換した二次電池について予めＳＯＣ電圧特性情報を準備することなく、ＳＯＣを推定することができる。なお、それぞれ異なる複数の充電率について、充電率が同一である場合の充放電速度の変化量に対する電池電圧値の変化量の割合の絶対値を求め、これら複数の充電率について求めた絶対値の平均値を内部抵抗の指標値としてもよい。

また、前記ＳＯＣ電圧特性情報は、電池電圧値と充電率との関係が数式によって示される情報であってもよい。上記数式としては、例えば電池電圧値が充電率を変数とするｎ次多項式（ｎは２以上の整数）であってもよいし、このようなｎ次多項式に限らず、他の数式であってもよい。

また、本発明の二次電池の充電率推定装置は、被測定対象の二次電池の電池電圧値を計測する電圧センサと、前記被測定対象の二次電池の充放電電流値を計測する電流センサと、前記被測定対象の二次電池の電池温度を計測する温度センサと、予め、基準の二次電池が放電動作状態及び充電動作状態のそれぞれの場合について、複数のそれぞれの充放電速度に対応する基準温度における電池電圧値と充電率との関係を示す情報であるＳＯＣ電圧特性情報と、前記基準の二次電池が充放電停止状態であるときの零の充放電速度に対応する前記基準温度における電池電圧値と充電率との関係を示す情報であるＳＯＣ電圧特性情報とを記憶しておくとともに、電池温度に基づいて前記基準温度における充放電速度を求めるための充放電速度算出式を記憶しておく演算装置とを備え、前記演算装置は、前記電圧センサにより計測される前記電池電圧値と前記電流センサにより計測される前記充放電電流値と前記温度センサにより計測される前記電池温度とを入力する第１の処理と、前記充放電速度算出式と前記第１の処理で入力される前記充放電電流値及び前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を求めるとともに、前記被測定対象の二次電池が放電動作状態、充電動作状態及び充放電停止状態のうちのいずれの電池動作状態であるかを求める第２の処理と、予め記憶された前記基準の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報が前記被測定対象の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報に等しいものとして、前記第２の処理で求めた前記充放電速度及び電池動作状態に対応する前記被測定対象の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報を求める第３の処理と、前記第３の処理で求めた前記ＳＯＣ電圧特性情報に基づいて前記第１の処理で入力される前記電池電圧値に対応する前記被測定対象の二次電池の充電率を求める第４の処理とを行うように構成されている。

この構成によれば、被測定対象の二次電池が基準の二次電池と同一である場合など、被測定対象の二次電池の容量が基準の二次電池の容量と同じ場合に有効であり、現在の電池温度及び充放電電流値に基づいて基準温度における充放電速度及び電池動作状態を求め、その充放電速度及び電池動作状態に対応するＳＯＣ電圧特性情報に基づいてＳＯＣ（充電率）を求めるようにしているため、電池温度の変化による電池特性の変化が考慮されたＳＯＣを推定することができ、ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる。また、充放電電流値の積算を行わないため、充放電電流値の計測誤差が蓄積されることがなく、ＳＯＣの推定を長時間にわたって行っても精度良く推定することができる。

また、前記演算装置は、前記第２の処理において、前記第１の処理で入力される前記充放電電流値が零値のときには電池動作状態が充放電停止状態であり、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度が零であると判定し、前記充放電電流値が正値及び負値のうちの一方であるときには電池動作状態が放電動作状態であると判定するとともに、前記充放電速度算出式と前記第１の処理で入力される前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を算出し、前記充放電電流値が正値及び負値のうちの他方であるときには電池動作状態が充電動作状態であると判定するとともに、前記充放電速度算出式と前記第１の処理で入力される前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を算出するようにしてもよい。

また、前記演算装置は、予め、前記基準の二次電池について、充電率が同一である場合の充放電速度の変化量に対する電池電圧値の変化量の割合の絶対値を示す内部抵抗の指標値を記憶しておき、前記第１〜第４の処理からなる一連の処理を繰り返し行い、複数回の前記一連の処理において求められる前記被測定対象の二次電池の電池電圧値、充放電速度及び充電率に基づいて、前記被測定対象の二次電池について前記内部抵抗の指標値を求め、この被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値と前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値とを比較し、前記被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値が前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値より所定値以上大きい場合に前記被測定対象の二次電池が劣化したことを判定する処理を行うようにしてもよい。

また、前記演算装置は、予め、前記基準の二次電池について、充電率が同一である場合の充放電速度の変化量に対する電池電圧値の変化量の割合の絶対値を示す内部抵抗の指標値を記憶しておくとともに、前記被測定対象の二次電池について前記内部抵抗の指標値を記憶しておき、前記充放電速度算出式を、前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値と前記被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値とに基づいて補正するようにしてもよい。

本発明は、以上に説明した構成を有し、ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる二次電池の充電率推定方法及び装置を提供することができるという効果を奏する。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態の二次電池の充電率推定装置の概略構成を示す図である。

本実施の形態の二次電池の充電率推定装置は、二次電池１の端子電圧値である電池電圧値Ｖｂを検出する電圧センサ２と、二次電池１の充放電電流値である電池電流値Ａｂを検出する電流センサ３と、二次電池１の温度Ｔｂを検出する温度センサ４と、これらによって検出される電池電圧値Ｖｂ、電池電流値Ａｂ及び電池温度Ｔｂに基づいてＳＯＣ推定値を算出する演算装置５とを備えている。なお、電流センサ３は、二次電池１が放電しているときは電池電流値Ａｂを正の値として検出して演算装置５へ出力し、二次電池１が充電されているときは電池電流値Ａｂを負の値として検出して演算装置５へ出力する。

演算装置５で算出されたＳＯＣ推定値は、例えば表示装置（図示せず）へ出力されて表示される。演算装置５は、例えば、ＣＰＵ及びメモリ等を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。

図２は、本実施の形態の二次電池の充電率推定方法を示すフローチャートである。この二次電池の充電率推定方法は、本実施の形態の二次電池の充電率推定装置の動作によって遂行される。

この二次電池の充電率推定方法では、予め、以下の準備１〜３を行っておく。

（準備１）
予め、実験等を行うことによって、予め定めた所定温度である基準温度（例えば２９８．１５Ｋ＝２５℃）において、複数の充放電速度のそれぞれに対応する、電池電圧と充電率（ＳＯＣ）との関係を示す情報であるＳＯＣ電圧特性情報を求める。このＳＯＣ電圧特性情報は、二次電池が充電動作状態である場合のものと、二次電池が放電動作状態である場合のものと、二次電池が充電動作状態でも放電動作状態でもなく充放電速度が０である充放電停止状態である場合のものとを求めておく。また、二次電池が充電動作状態である場合のものと、二次電池が放電動作状態である場合のものとについては、複数の充放電速度のそれぞれに対応するＳＯＣ電圧特性情報を求めておく。

なお、充放電速度とは、電池電流値を電池容量で割った値であり、値にＣを添えて表記する。例えば、１００Ａｈの電池容量を持つ電池を１００Ａで放電あるいは充電する場合、充放電速度は１Ｃである。

図３は、ここで準備されるＳＯＣ電圧特性情報の一例を示す図である。図３において、曲線Ｌ１は、二次電池が放電動作状態であり充放電速度が０．１Ｃの場合のＳＯＣ電圧特性情報曲線であり、曲線Ｌ２は、二次電池が放電動作状態であり充放電速度が１．０Ｃの場合のＳＯＣ電圧特性情報曲線である。

ＳＯＣ電圧特性情報は、曲線Ｌ１、Ｌ２等のＳＯＣ電圧特性曲線をｎ次多項式で近似した情報であり、数１で示される。

数１において、Ｖは電池電圧、ａ_ｉは定数、ｘはＳＯＣ（１００〜０％）である。例えば、ｎ＝６である。

（準備２）
次に、予め、実験等を行うことによって、いくつかのＳＯＣにおける二次電池の電池電圧値、充放電電流値を計測し、それらに基づいて、二次電池の内部抵抗の指標値を求めておく。

図４は、内部抵抗の指標値の算出方法を説明するための図である。計測した充放電電流値を充放電速度に換算し、例えば、縦軸に電池電圧値、横軸を充放電速度として図４に示すように測定値をプロットし、各ＳＯＣにおける線形近似式を求める。図４において、Ｌ２１はＳＯＣが９０％の場合の線形近似式による直線であり、Ｌ２１はＳＯＣが５０％の場合の線形近似式による直線であり、Ｌ２２はＳＯＣが１０％の場合の線形近似式による直線である。各ＳＯＣにおける線形近似式の傾きはほぼ等しく、それらの線形近似式の傾きの絶対値の平均値を求め、内部抵抗の指標値とする。

（準備３）
また、予め、電池温度に基づいて二次電池の基準温度における充放電速度を算出するための充放電速度算出式を求めておく。

すなわち、基準温度における充放電速度１Ｃに対して、現在の電池温度における充放電速度が、基準温度においては何Ｃの充放電速度に相当するかを算出するための充放電速度算出式を求めておく。

この充放電速度算出式を求めるために、アレニウス式を適用する。アレニウス式は、温度と化学反応速度を予測する式であることから、温度と充放電速度も同様の関係であると仮定し、数２の式を用いる。

数１において、ｖは充放電速度、Ｔは絶対温度、Ａ，Ｂは定数である。ここで、温度Ｔ_１の時の充放電速度がｖ_１であり、温度Ｔ_２の時の充放電速度がｖ_２であるとすると、以下の数３、数４の式が成り立つ。

数３、数４の式より、定数Ａ，Ｂを求めると、定数Ａ，Ｂは数５、数６で示される。なお、ｌｎは自然対数を表す。

数５、数６を数１に代入すると、充放電速度ｖは数７で示される。

ここで、実験により、温度２５℃（Ｔ_１＝２５＋２７３．１５）における充放電速度が１Ｃ（ｖ_１＝１）、温度４０℃（Ｔ_２＝４０＋２７３．１５）における充放電速度が０．２Ｃ（ｖ_２＝０．２）であることが求められたとすれば、数８で示される充放電速度ｖの算出式が求められる。

以上のようにして準備１〜３が行われ、それにより求められた情報等は、演算装置５のメモリに予め記憶されており、図２に示す処理が行われる。ここでは、準備１〜３で用いる二次電池と、ＳＯＣを推定する被測定対象の二次電池とは、同一の電池あるいは同一容量の電池である。

まず、ステップＳ１では、被測定対象の二次電池１の電池電圧値Ｖｂ、電池電流値Ａｂ及び電池温度Ｔｂ（絶対温度）を計測する。なお、このステップＳ１は、二次電池の充電率推定装置においては、演算装置５が、電圧センサ２により計測される電池電圧値Ｖｂと、電圧センサ３により計測される電池電流値Ａｂと、温度センサ４により計測される電池温度Ｔｂとを、それぞれ読み込む（データとして入力する）ことにより行われる。

次に、ステップＳ２では、ステップＳ１で計測される電池電流値Ａｂ及び電池温度Ｔｂに基づいて、二次電池１の電池動作状態及び基準温度における充放電速度を求める。ここでは、ステップＳ１で計測される電池電流値Ａｂが０のときには電池動作状態が充放電停止状態であり、二次電池１の基準温度における充放電速度が０であると判定する。また、電池電流値Ａｂが正の値であるときには電池動作状態が放電動作状態であると判定するとともに、数８の充放電速度算出式のＴに、計測された電池温度Ｔｂを代入して、二次電池１の基準温度における充放電速度ｖを求める。また、電池電流値Ａｂが負の値であるときには電池動作状態が充電動作状態であると判定するとともに、数８の充放電速度算出式のＴに、計測された電池温度Ｔｂを代入して、二次電池１の基準温度における充放電速度ｖを求める。

次に、ステップＳ３では、予め準備され、メモリに記憶されているＳＯＣ電圧特性情報が被測定対象の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報に等しいものとして、ステップＳ２で求めた電池動作状態及び充放電速度に対応する被測定対象の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報を求める。

ここで求めるＳＯＣ電圧特性情報は、ステップＳ２で求めた電池動作状態及び充放電速度に対応するＳＯＣ電圧特性情報がメモリに記憶されている場合には、そのＳＯＣ電圧特性情報を選択すればよい。メモリに記憶されていない場合には、次のようにして求める。

メモリに記憶されているＳＯＣ電圧特性情報の中から、ステップＳ２で求めた電池動作状態であり、求めた充放電速度ｖより小さい充放電速度であって充放電速度ｖとの隔たりが最も小さい充放電速度におけるＳＯＣ電圧特性情報（これを、ＳＯＣ電圧特性情報Ａとする）と、充放電速度ｖより大きい充放電速度であって充放電速度ｖとの隔たりが最も小さい充放電速度におけるＳＯＣ電圧特性情報（これを、ＳＯＣ電圧特性情報Ｂとする）とを選択し、選択した２つの情報から、充放電速度ｖにおけるＳＯＣ電圧特性情報を求める。このＳＯＣ電圧特性情報の求め方を図５に示す。

例えば、ステップＳ２で求めた充放電速度ｖがｖ_１３（例えば０．５Ｃ）であり、上記選択したＳＯＣ電圧特性情報Ａが図５の充放電速度がｖ_１１（例えば０．１Ｃ）の場合の曲線Ｌ１１に相当する情報であり、ＳＯＣ電圧特性情報Ｂが図５の充放電速度がｖ_１２（例えば１Ｃ）の場合の曲線Ｌ１２に相当する情報であるとする。

この場合、充放電速度がｖ_１３の場合の曲線Ｌ１３に相当するＳＯＣ電圧特性情報は次のようにして求める。曲線Ｌ１１において任意のＳＯＣの値ｘ_ｐに対応する電圧がＶ_ｐ１１であり、曲線Ｌ１２において任意のＳＯＣの値ｘ_ｐに対応する電圧がＶ_ｐ１２であるとした場合、曲線Ｌ１３において任意のＳＯＣの値ｘ_ｐに対応する電圧をＶ_ｐ１３とすれば、Ｖ_ｐ１３は次式により求められる。
Ｖ_ｐ１３＝Ｖ_ｐ１２＋（Ｖ_ｐ１１−Ｖ_ｐ１２）×（ｖ_１２−ｖ_１３）／（ｖ_１２−ｖ_１１）
そして、ＳＯＣの値ｘ_ｐが０から１００（％）についてＶ_ｐ１３を求めれば、曲線Ｌ１３に相当するＳＯＣ電圧特性情報が求められる。

次に、ステップＳ４では、ステップＳ３で求めたＳＯＣ電圧特性情報に基づいて、電池電圧値Ｖｂに対応する被測定対象の二次電池のＳＯＣ（充電率）の値を求める。例えば、図５の曲線Ｌ１３において、電池電圧値Ｖｂに対応するＳＯＣの値が求められる。

このステップＳ４で求められたＳＯＣの値（ＳＯＣ推定値）は、例えば表示装置等へ出力されて表示される。

本実施の形態の二次電池の充電率推定装置では、電源投入後、上記のステップＳ１〜Ｓ４の一連のステップを、予め定められた一定時間（例えば１秒）ごとに繰り返し行う。

本実施の形態では、現在の電池温度に基づいて基準温度における充放電速度を求め、その充放電速度及び電池動作状態に対応するＳＯＣ電圧特性情報に基づいてＳＯＣを推定するようにしているため、電池温度の変化による電池特性の変化が考慮されたＳＯＣを推定することができ、ＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる。また、充放電電流値の積算を行わないため、充放電電流値の計測誤差が蓄積されることがなく、ＳＯＣの推定を長時間にわたって行っても精度良く推定することができる。また、ＳＯＣの初期値を与える必要がないため、同初期値の誤差が発生することがなく、長時間放置した後でもＳＯＣを精度良く推定することができる。したがって、充電及び放電を繰り返し行う場合や、一定期間電池を使用しない場合など、様々な運用が行われても、ＳＯＣを精度よく推定することが可能になる。

また、本実施の形態において、ステップＳ１〜Ｓ４の一連のステップを行う都度、一連のステップにおいて求められる電池電圧値、充放電速度及びＳＯＣの値の組合せを内部抵抗指標算出データとしてメモリに記憶しておき、電源投入後、上記一連のステップが所定回数繰り返された後（すなわち、電源投入後、所定時間経過した後）、ステップＳ４の後に続いて、電源投入後から現時点までに記憶されている内部抵抗指標算出データ、あるいは、一定時間前の時点から現時点までに記憶されている内部抵抗指標算出データを用いて、先に述べた準備２と同様の方法によって、現在の二次電池の内部抵抗の指標値を求め、準備２において求めた初期の内部抵抗の指標値と比較し、現在の二次電池の内部抵抗の指標値が初期の内部抵抗の指標値より所定値以上大きい場合に二次電池が劣化したことを判定するようにしてもよい。この二次電池が劣化したことを判定した場合には、例えば、表示装置にそのことを表示するようにすればよい。これにより、電池交換を行う時期であることを知らせることができる。

なお、上記の二次電池の劣化判定を行わない場合には、準備２は行わなくてもよい。

以上の説明において、準備１〜３で用いる二次電池と、ＳＯＣを推定する被測定対象の二次電池とは、同一の電池あるいは同一容量の電池であったが、次に、準備１〜３で用いる二次電池（以下、「基準の二次電池」という）と、ＳＯＣを推定する被測定対象の二次電池とが、電池容量の異なる電池である場合について説明する。

基準の二次電池については、前述のように準備１〜３を行っておく。更に、基準の二次電池とは異なる被測定対象の二次電池についても、準備２と同様にして、内部抵抗の指標値を求める。

そして、準備３で求めた前述の数８の充放電速度算出式を、基準の二次電池の内部抵抗の指標値（Ｒ_１）と被測定対象となる二次電池の内部抵抗の指標値（Ｒ_２）とを用いて補正し、次の数９を、充放電速度算出式として準備する。

数９において、ｖ_Ｎは充放電速度であり、Ｒ_１、Ｒ_２は、求められている内部抵抗の指標値（上記で求めた既知の値）である。

ステップＳ１〜Ｓ４については、充放電速度算出式として数９を用いる他は、前述の実施の形態の場合と同様にして行われる。

このように、充放電速度算出式を数９に変更することにより、例えば、当初、基準の二次電池を使用していたが、容量の異なる二次電池に交換した場合等に、交換した二次電池について、準備１のＳＯＣ電圧特性情報を準備することなく、ＳＯＣの値を推定することができる。

なお、以上に述べたいずれの場合についても、ステップＳ３において、ステップＳ２で求めた電池動作状態及び充放電速度に対応する二次電池１のＳＯＣ電圧特性情報を求める際に、予め準備されているＳＯＣ電圧特性情報（数１のｎ次多項式）を、以下の数１０のように修正を行って用いてもよい。

数１０において、ｘ（ｔ−１）は１計算周期前に求められたＳＯＣ、ｊは１〜６であり、t_count_j は、以下の経過時間とする。
（１）t_count₁は、充電動作から現在の放電動作に切り替わってからの経過時間
（２）t_count₂は、放電動作から現在の充電動作に切り替わってからの経過時間
（３）t_count₃は、充放電停止状態から現在の放電動作に切り替わってからの経過時間
（４）t_count₄は、充放電停止状態から現在の充電動作に切り替わってからの経過時間
（５）t_count₅は、放電動作から現在の充放電停止状態に切り替わってからの経過時間
（６）t_count₆は、充電動作から現在の充放電停止状態に切り替わってからの経過時間
演算装置５は、計測される電池電流値Ａｂによって、充電動作（Ａｂ＜０）、放電動作（Ａｂ＞０）、充放電停止状態（Ａｂ＝０）を判定し、上記の各経過時間を計測している。

また、ｆは一次関数（例えばＹ＝ａＸ＋ｂ、ａ，ｂは定数）、ｇは一次関数（例えばＹ＝ｐＸ＋ｑ、ｐ，ｑは定数）あるいは指数関数（例えばＹ＝ｒｅ^ｐＸ＋ｑ、ｐ，ｑ，ｒは定数）であり、これらの関数ｆ、ｇは予め実験等によって求められている。

以上のようにして、実際のＳＯＣ電圧特性により近い情報に修正して用いることにより、ＳＯＣの推定精度の向上をより図ることができる。

本発明は、充電及び放電が頻繁に繰り返される二次電池のＳＯＣの推定精度の向上を図ることができる二次電池の充電率推定方法及び装置として有用である。

本発明の実施の形態の二次電池の充電率推定装置の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態の二次電池の充電率推定方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態において予め準備されるＳＯＣ電圧特性情報の一例を示す図である。本発明の実施の形態において予め準備される内部抵抗の指標値の算出方法を説明するための図である。本発明の実施の形態において充放電速度に対応するＳＯＣ電圧特性情報の求め方を示す図である。

符号の説明

１二次電池
２電圧センサ
３電流センサ
４温度センサ
５演算装置

Claims

予め、基準の二次電池が放電動作状態及び充電動作状態のそれぞれの場合について、複数のそれぞれの充放電速度に対応する基準温度における電池電圧値と充電率との関係を示す情報であるＳＯＣ電圧特性情報と、前記基準の二次電池が充放電停止状態であるときの零の充放電速度に対応する前記基準温度における電池電圧値と充電率との関係を示す情報であるＳＯＣ電圧特性情報とを準備しておくとともに、電池温度に基づいて前記基準温度における充放電速度を求めるための充放電速度算出式を準備しておき、
被測定対象の二次電池の電池電圧値、充放電電流値及び電池温度を計測する第１のステップと、
前記充放電速度算出式と前記第１のステップで計測される前記充放電電流値及び前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を求めるとともに、前記被測定対象の二次電池が放電動作状態、充電動作状態及び充放電停止状態のうちのいずれの電池動作状態であるかを求める第２のステップと、
予め準備された前記基準の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報が前記被測定対象の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報に等しいものとして、前記第２のステップで求めた前記充放電速度及び電池動作状態に対応する前記被測定対象の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報を求める第３のステップと、
前記第３のステップで求めた前記ＳＯＣ電圧特性情報に基づいて前記第１のステップで計測される前記電池電圧値に対応する前記被測定対象の二次電池の充電率を求める第４のステップとを有する、二次電池の充電率推定方法。
前記第２のステップは、
前記第１のステップで計測される前記充放電電流値が零値のときには電池動作状態が充放電停止状態であり、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度が零であると判定し、
前記充放電電流値が正値及び負値のうちの一方であるときには電池動作状態が放電動作状態であると判定するとともに、前記充放電速度算出式と前記第１のステップで計測される前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を算出し、
前記充放電電流値が正値及び負値のうちの他方であるときには電池動作状態が充電動作状態であると判定するとともに、前記充放電速度算出式と前記第１のステップで計測される前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を算出する、請求項１に記載の二次電池の充電率推定方法。
予め、前記基準の二次電池について、充電率が同一である場合の充放電速度の変化量に対する電池電圧値の変化量の割合の絶対値を示す内部抵抗の指標値を求めておき、
前記第１〜第４のステップからなる一連のステップを繰り返し行い、
複数回の前記一連のステップにおいて求められる前記被測定対象の二次電池の電池電圧値、充放電速度及び充電率に基づいて、前記被測定対象の二次電池について前記内部抵抗の指標値を求め、この被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値と前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値とを比較し、前記被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値が前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値より所定値以上大きい場合に前記被測定対象の二次電池が劣化したことを判定するステップを有する、請求項１に記載の二次電池の充電率推定方法。
予め、前記基準の二次電池について、充電率が同一である場合の充放電速度の変化量に対する電池電圧値の変化量の割合の絶対値を示す内部抵抗の指標値を求めておくとともに、前記被測定対象の二次電池について前記内部抵抗の指標値を求めておき、前記充放電速度算出式を、前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値と前記被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値とに基づいて補正する、請求項１に記載の二次電池の充電率推定方法。
前記ＳＯＣ電圧特性情報は、電池電圧値と充電率との関係が数式によって示される情報である、請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池の充電率推定方法。
被測定対象の二次電池の電池電圧値を計測する電圧センサと、
前記被測定対象の二次電池の充放電電流値を計測する電流センサと、
前記被測定対象の二次電池の電池温度を計測する温度センサと、
予め、基準の二次電池が放電動作状態及び充電動作状態のそれぞれの場合について、複数のそれぞれの充放電速度に対応する基準温度における電池電圧値と充電率との関係を示す情報であるＳＯＣ電圧特性情報と、前記基準の二次電池が充放電停止状態であるときの零の充放電速度に対応する前記基準温度における電池電圧値と充電率との関係を示す情報であるＳＯＣ電圧特性情報とを記憶しておくとともに、電池温度に基づいて前記基準温度における充放電速度を求めるための充放電速度算出式を記憶しておく演算装置とを備え、
前記演算装置は、
前記電圧センサにより計測される前記電池電圧値と前記電流センサにより計測される前記充放電電流値と前記温度センサにより計測される前記電池温度とを入力する第１の処理と、
前記充放電速度算出式と前記第１の処理で入力される前記充放電電流値及び前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を求めるとともに、前記被測定対象の二次電池が放電動作状態、充電動作状態及び充放電停止状態のうちのいずれの電池動作状態であるかを求める第２の処理と、
予め記憶された前記基準の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報が前記被測定対象の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報に等しいものとして、前記第２の処理で求めた前記充放電速度及び電池動作状態に対応する前記被測定対象の二次電池のＳＯＣ電圧特性情報を求める第３の処理と、
前記第３の処理で求めた前記ＳＯＣ電圧特性情報に基づいて前記第１の処理で入力される前記電池電圧値に対応する前記被測定対象の二次電池の充電率を求める第４の処理とを行う、二次電池の充電率推定装置。
前記演算装置は、前記第２の処理において、
前記第１の処理で入力される前記充放電電流値が零値のときには電池動作状態が充放電停止状態であり、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度が零であると判定し、
前記充放電電流値が正値及び負値のうちの一方であるときには電池動作状態が放電動作状態であると判定するとともに、前記充放電速度算出式と前記第１の処理で入力される前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を算出し、
前記充放電電流値が正値及び負値のうちの他方であるときには電池動作状態が充電動作状態であると判定するとともに、前記充放電速度算出式と前記第１の処理で入力される前記電池温度とに基づいて、前記被測定対象の二次電池の前記基準温度における充放電速度を算出する、請求項６に記載の二次電池の充電率推定装置。
前記演算装置は、
予め、前記基準の二次電池について、充電率が同一である場合の充放電速度の変化量に対する電池電圧値の変化量の割合の絶対値を示す内部抵抗の指標値を記憶しておき、
前記第１〜第４の処理からなる一連の処理を繰り返し行い、
複数回の前記一連の処理において求められる前記被測定対象の二次電池の電池電圧値、充放電速度及び充電率に基づいて、前記被測定対象の二次電池について前記内部抵抗の指標値を求め、この被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値と前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値とを比較し、前記被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値が前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値より所定値以上大きい場合に前記被測定対象の二次電池が劣化したことを判定する処理を行う、請求項６に記載の二次電池の充電率推定装置。
前記演算装置は、
予め、前記基準の二次電池について、充電率が同一である場合の充放電速度の変化量に対する電池電圧値の変化量の割合の絶対値を示す内部抵抗の指標値を記憶しておくとともに、前記被測定対象の二次電池について前記内部抵抗の指標値を記憶しておき、前記充放電速度算出式を、前記基準の二次電池の内部抵抗の指標値と前記被測定対象の二次電池の内部抵抗の指標値とに基づいて補正する、請求項６に記載の二次電池の充電率推定装置。
前記ＳＯＣ電圧特性情報は、電池電圧値と充電率との関係が数式によって示される情報である、請求項６〜９のいずれかに記載の二次電池の充電率推定装置。