JP2009264962A - 二次電池の残存容量推定方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二次電池10aに充放電電流が流れていないノー・バッテリカレント状態において、二次電池10aの端子電圧Vの変動量ΔVを測定する電圧変動測定部と、該変動量ΔVを用いて分極電圧Vpを算出する分極電圧算出部とを有する分極電圧演算部100と、充放電経路の遮断状態における無負荷電圧Voから分極電圧Vpを減算することにより、二次電池10aの起電力Veを算出する起電力算出部14dと、該起電力Veに基づいて、二次電池10aの残存容量(SOC)を推定するSOC推定部17とを備えた二次電池の残存容量推定装置を解決手段とする。
【選択図】図1
Description
まず、所定期間Δt(ここでは、60sec)に端子電圧Vと充放電された充放電電流Iとの組データを複数個取得して記憶し、その組データから、最小二乗法を用いた統計処理により1次の近似直線(電圧V−電流I近似直線)を演算し、このV−I近似直線のV切片を無負荷電圧Voとして求める。
図1に示すように、電池パックシステム1は、ハイブリッド車両(HEV)に搭載された場合、通常、モータに対する所定の出力を得るため、例えば、各々がニッケル−水素バッテリである複数の単電池が電気的に直列接続された電池モジュールがさらに複数個電気的に直列接続されて構成される二次電池10aと、該二次電池10aの充放電に寄与させるために同二次電池10aのSOCを推定する残存容量推定装置としての電池ECU10とから構成される。
そして、充電効率算出部18では、参照テーブル(LUT)18aに記憶されている、温度TをパラメータとしたSOC推定値に対する充電効率ηの特性曲線から、温度測定部13で測定された温度データT(n)に基づいて、充電効率ηが算出される。尚、電池パックシステム1が放電状態にある場合は、充電効率ηは1に固定され、電池パックシステム1が充電状態にある場合に、充電効率算出部18により算出された充電効率ηが用いられる。
まず、ステップS1において、上述したように、電圧データV(n)と電流データI(n)を組データとして測定する(S1)。
続くステップS7aでは、二次電池の端子電圧Vの変動量ΔVを測定する(S7a;電圧変動測定ステップ)。具体的には、ノー・バッテリカレント状態において、電圧測定部11から電圧変動測定部102に入力される電圧データV(n)に基づき、図4(a)(ii)に示す所定期間Δtの変動量ΔVを測定する。
ここで、補正係数Kaは、前述したとおり、二次電池10aの温度Tに依存する自己放電量に応じて決定される。
ここで、jは1制御周期に対応させている。また、分極電圧Vp(j)の初期値としてのVp(0)は上述した方法により算出される。
ここで、減衰係数Kbは、二次電池10aが充放電の行われているバッテリカレント状態にあることを想定して決定されたものであり、充放電電流Iの積算容量Q及び二次電池10aの温度Tに応じて決定される。具体的には、減衰係数Kbは、動的減衰量・発生量算出部104の参照テーブル(LUT)104aに記憶された、同減衰係数Kbと、充放電電流Iの積算容量Q及び二次電池10aの温度Tの関係を示すマップに基づいて算出される。
ここで、hは、二次電池10aの温度Tをパラメータとして、予め実験等によって求められた関数f(T)に基づいて算出される分極電圧発生係数であり、∫Iは、電流データI(n)の電流積算値、つまり、積算容量Qを示す。
すると、図6に示すように、二次電池10aに充放電電流Iが流れなくなり、ノー・バッテリカレント状態になってからの最初の所定期間Δto(=60sec)、つまり、最初の制御周期では、分極電圧Vpは、計算上、動的減衰量ΔVp2及び動的発生量ΔVp3に従い、急峻に減少することがあるが、同所定期間Δtoを過ぎると、静的減衰量ΔVp1に従い、緩やかに減少するようになる。
(1)ノー・バッテリカレント状態において測定され、二次電池10aに充放電電流Iが流れず、その起電力Veに変動がないために分極電圧Vpの減衰のみが寄与すると考えられる二次電池10aの端子電圧Vの変動量ΔVに基づいて分極電圧Vpが算出される。このため、算出される分極電圧Vpが過度に減衰することがなく、ノー・バッテリカレント状態における実際の分極電圧値に近づくようになる。この結果、起電力Veが正確に算出されるとともに、SOCが正確に推定されるようになる。また、二次電池10aの端子電圧Vの変動量ΔVに基づき、ノー・バッテリカレント状態における分極電圧Vpの減衰量としての静的減衰量ΔVp1が算出されるとともに、該ΔVp1に基づいて分極電圧Vpが算出される。このような静的減衰量ΔVp1を用いることにより、ノー・バッテリカレント状態における分極電圧Vpが的確に算出されるようになる。
・上記実施形態では、HEVを走行状態から駐停車を行い、エンジンを停止させてからの期間において発生するノー・バッテリカレント状態を想定したが、これに限られず、HEVの起動時からエンジンを始動させるまでクランクシャフトが回転していない期間において発生するノー・バッテリカレント状態を想定することも可能である。尚、後者の場合、ノー・バッテリカレント状態が、分極電圧Vpの推定を開始した時点(イグニッションスイッチのオン時)から継続しているので、前者の場合(図6参照)に比較して、分極電圧Vpの減衰は緩やかとなる。
○請求項2に記載の二次電池の残存容量推定方法において、
前記分極電圧算出ステップでは、前記動的減衰量ΔVp2及び動的発生量ΔVp3を、下式3及び式3a、
ΔVp2=分極電圧Vpa・減衰係数Kb …(式3)
ΔVp3=h・∫I …(式3a)
(ここで、分極電圧Vpaは、充放電電流Iの積算容量の変化量と二次電池の温度Tとの関係を示すマップに基づいて算出される。また、減衰係数Kbは、充放電電流Iの積算容量及び二次電池の温度Tに応じて決定される。さらに、hは、二次電池の温度Tをパラメータとして、予め実験等によって求められた関数f(T)に基づいて算出される分極電圧発生係数であり、∫Iは、充放電電流Iの積算容量を示す。)
によって算出するとともに、前記分極電圧Vpを、下式4、
今回の分極電圧Vp(j)=前回の分極電圧Vp(j−1)−ΔVp2+ΔVp3 …(式4)
によって算出するようにした二次電池の残存容量推定方法。
○上記技術的思想の二次電池の残存容量推定方法において、
前記減衰係数Kbは、二次電池に流れる充放電電流の積算容量及び二次電池の温度に応じて決定するようにした二次電池の残存容量推定方法。
Claims (4)
- 二次電池の無負荷電圧Voを算出する無負荷電圧算出ステップと、
二次電池に充放電電流が流れていないノー・バッテリカレント状態と、二次電池に充放電電流が流れているバッテリカレント状態とを判別するバッテリカレント状態判別ステップと、
前記ノー・バッテリカレント状態において、二次電池の端子電圧Vの変動量ΔVを測定する電圧変動測定ステップと、同ノー・バッテリカレント状態において、該変動量ΔVに基づき、前記ノー・バッテリカレント状態における分極電圧Vpの減衰量としての静的減衰量ΔVp1を算出する静的減衰量算出ステップと、
前記バッテリカレント状態において、分極電圧Vpの動的減衰量ΔVp2及び動的発生量ΔVp3を算出する動的減衰量・発生量算出ステップと、
前記減衰量ΔVp1、又は、前記減衰量ΔVp2及び発生量ΔVp3を用いて分極電圧Vpを算出する分極電圧算出ステップと、
前記無負荷電圧Voから前記分極電圧Vpを減算することにより、前記二次電池の起電力Veを算出する起電力算出ステップと、
前記起電力Veに基づいて、前記二次電池の残存容量(SOC)を推定する残存容量推定ステップと、を備える二次電池の残存容量推定方法。 - 請求項1に記載の二次電池の残存容量推定方法において、
前記分極電圧算出ステップでは、前記静的減衰量ΔVp1を、下式1、
ΔVp1=ΔV・補正係数Ka …(式1)
によって算出するとともに、前記分極電圧Vpを、下式2、
今回の分極電圧Vp(j)=前回の分極電圧Vp(j−1)−ΔVp1 …(式2)
によって算出するようにした二次電池の残存容量推定方法。 - 請求項2に記載の二次電池の残存容量推定方法において、
前記補正係数Kaは、二次電池の温度に依存する自己放電量に応じて決定するようにした二次電池の残存容量推定方法。 - 二次電池の無負荷電圧Voを算出する無負荷電圧算出部と、
二次電池に充放電電流が流れていないノー・バッテリカレント状態と、二次電池に充放電電流が流れているバッテリカレント状態とを判別するバッテリカレント状態判別部と、
前記ノー・バッテリカレント状態において、二次電池の端子電圧Vの変動量ΔVを測定する電圧変動測定部と、同ノー・バッテリカレント状態において、該変動量ΔVに基づき、前記ノー・バッテリカレント状態における分極電圧Vpの減衰量としての静的減衰量ΔVp1を算出する静的減衰量算出部と、
前記バッテリカレント状態において、分極電圧Vpの動的減衰量ΔVp2及び動的発生量ΔVp3を算出する動的減衰量・発生量算出部と、
前記減衰量ΔVp1、又は、前記減衰量ΔVp2及び発生量ΔVp3を用いて分極電圧Vpを算出する分極電圧算出部と、
前記無負荷電圧Voから前記分極電圧Vpを減算することにより、前記二次電池の起電力Veを算出する起電力算出部と、
前記起電力Veに基づいて、前記二次電池の残存容量(SOC)を推定する残存容量推定部と、を備える二次電池の残存容量推定装置。
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