JP2010060300A - Method of detecting charged state of secondary battery, and charged state detector and equipment having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2次電池の充電状態検出方法、充電状態検出装置およびこの装置を用いた機器に関するものである。 The present invention relates to a method for detecting a state of charge of a secondary battery, a state of charge detection device, and a device using this device.
鉛蓄電池、Ni−MH電池、Li2次電池等の各種の2次電池は、バックアップ用や、自動車用、各種電動車用の電源として用いられている。これらの2次電池の使用機器の使用者に対して、機器の使用可能時間、あるいは使用可能期間を知らしめるため、さらには近年のハイブリッド車のように、回生電力を2次電池に回収するため、充電状態(SOC)を50〜70%といった中間状態に制御する必要上、2次電池の充電状態(SOC)を検出する方法が種々提案されてきている。 Various secondary batteries such as lead storage batteries, Ni-MH batteries, and Li secondary batteries are used as power sources for backup, automobiles, and various electric vehicles. In order to inform the users of the devices using these secondary batteries of the usable time or usable period of the devices, and further to recover the regenerative power to the secondary batteries as in recent hybrid vehicles. Various methods for detecting the state of charge (SOC) of the secondary battery have been proposed in order to control the state of charge (SOC) to an intermediate state such as 50 to 70%.
ここで、充電状態(SOC;State of Charge、以下、SOCという)は、鉛蓄電池をはじめとする、各種の2次電池で共通して用いられているパラメータであり、2次電池容量と残存容量の比として、一般的には百分率で表示する。すなわち、2次電池が満充電状態であるときのSOCは100%であり、完全放電状態でのSOCを0%として表す。なお、完全放電を行なうときの放電電気量は、放電電流と、放電終止電圧によって異なるため、使用機器の放電パターンおよびその電流値、放電終止電圧値に応じて、設計者が適宜設定する。この設定された放電条件で2次電池を完全放電状態としたときのSOCを0%と定義することとなる。 Here, the state of charge (SOC) is a parameter commonly used in various secondary batteries including lead-acid batteries, and the secondary battery capacity and remaining capacity. The ratio is generally expressed as a percentage. That is, the SOC when the secondary battery is in a fully charged state is 100%, and the SOC in a fully discharged state is expressed as 0%. The amount of electricity discharged during complete discharge differs depending on the discharge current and the discharge end voltage, and therefore the designer appropriately sets the discharge pattern of the device used, its current value, and the discharge end voltage value. The SOC when the secondary battery is completely discharged under the set discharge conditions is defined as 0%.
例えば、鉛蓄電池のSOCは、鉛蓄電池の動作原理上、電池内部の電解液中の硫酸濃度ならびに、開路電圧と強い相関性がある。また、他のNi−MH2次電池やLi2次電池も、開路電圧とSOCとの相関性、特にLi2次電池は開路電圧とSOCとの相関性が強いため、このような、相関関係を利用した様々なSOCの検出方法が提案されている。また、2次電池の充電電流と放電電流を検出し、これらを時間で積算することによって、によって、充電電気量と放電電気量を求め、これらの収支から、2次電池のSOCを直接的に求める方法が提案されている。 For example, the SOC of a lead storage battery has a strong correlation with the sulfuric acid concentration in the electrolyte solution inside the battery and the open circuit voltage, based on the principle of operation of the lead storage battery. In addition, other Ni-MH secondary batteries and Li secondary batteries also have such a correlation because the correlation between the open circuit voltage and the SOC, in particular, the Li secondary battery has a strong correlation between the open circuit voltage and the SOC. Various SOC detection methods have been proposed. Further, by detecting the charging current and discharging current of the secondary battery and integrating them with time, the amount of charge electricity and the amount of discharge electricity are obtained, and the SOC of the secondary battery is directly calculated from these balances. A method to find it has been proposed.
例えば、特許文献1には、鉛蓄電池の電解液比重と、充放電電流の積算値からバッテリの残存容量を求める方法が示されている。また、特に充電電気量については充電電流値の時間積算値に充電効率を乗じた値を採用することが示されており、この充電効率として、SOCおよび温度と充電効率との関係から、予め求めておいたテーブルを参照して求めることが示されている。
しかしながら、特許文献1の方法では、鉛蓄電池の充放電直後や、電解液が成層化した状態では、電解液中の硫酸濃度は均一ではなく、結果として、SOCを正確に検出できないという課題がある。また、SOCの検出にあたって、充電効率が考慮されているものの、充電効率を得る手法に関し、充電効率とSOCおよび温度との相関はあるものの、SOCと温度のみからでは、得られる充電効率の精度は不十分であり、より精度の高いSOC検出には十分とはいえなかった。また、このような課題は、鉛蓄電池以外の他の2次電池にも共通の課題であった。本発明は、係る課題を解決し、検出精度をより向上させた2次電池の充電状態検出方法を提供するものである。
However, in the method of
前記した課題を解決するために、本発明の請求項1に係る発明は、充放電が繰り返し行なわれる2次電池への充放電電流を時間で積算して得た充電電気量(CHGCAP)と、放電電気量(DISCAP)とから、前記2次電池の充電状態(SOC)を検出する2次電池の充電状態の検出方法であって、前記2次電池の電圧Vおよび内部抵抗(DC−IR)より充電効率(η)を求め、前記充電電気量(CHGCAP)を前記充電効率(η)で補正することを特徴とする2次電池の充電状態の検出方法を示すものである。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
また、本発明の請求項2に係る発明は、請求項1の2次電池の充電状態検出方法において、予め設定された、前記2次電池の電圧(V)および直流法によって求めた直流内部抵抗(DC−IR)と充電効率(η)との関係を示すテーブルより、前記電圧(V)と前記直流内部抵抗(DC−IR)を求め、前記テーブルを参照して前記充電効率(η)を得ることを特徴とする。
Further, the invention according to claim 2 of the present invention is the method for detecting the state of charge of the secondary battery according to
また、本発明の請求項3に係る発明は、請求項1〜2に記載の2次電池の充電状態検出方法において、所定の時間間隔△tで前記2次電池の充放電電流および電池電圧を計側し、前記2次電池への電流が放電から充電へ移行した際の充電電流Iと、そのときの電池電圧(V)を疑似的な開路電圧OCVとして計測し、前記充電電流Iと前記した疑似的な開路電圧(OCV)のデータ対(I,OCV)を少なくとも2対以上計測し、前記データ対から得られた充電電流I−擬似的な開路電圧(OCV)との関係より前記内部抵抗(DC−IR)を求めることを特徴とする。
Moreover, the invention according to claim 3 of the present invention is the secondary battery charge state detection method according to any one of
また、本発明の請求項4に係る発明は、請求項1〜2に記載の2次電池の充電状態検出方法において、所定の時間間隔△tで前記2次電池の充放電電流および電池電圧を計側し、前記2次電池への電流が放電から充電へ移行した際の充電電流Iと、そのときの電池電圧(V)を疑似的な開路電圧OCVとして計測して得た、前記充電電流Iと前記した疑似的な開路電圧(OCV)のデータ対(I,OCV)と、このデータ対の前記所定時間間隔△t後に測定される前記充電電流I′と、その時の電池電圧(V′)を前記した疑似的な開路電圧OCV′として計測して得たデータ対(I′,OCV′)とから得られた充電電流I−擬似的な開路電圧(OCV)との関係より前記内部抵抗(DC−IR)を求めることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for detecting a charged state of the secondary battery according to any one of the first to second aspects, the charge / discharge current and the battery voltage of the secondary battery are measured at a predetermined time interval Δt. The charge current obtained by measuring the charge current I when the current to the secondary battery transitions from discharge to charge and the battery voltage (V) at that time as a pseudo open circuit voltage OCV. I and the pseudo open circuit voltage (OCV) data pair (I, OCV), the charging current I ′ measured after the predetermined time interval Δt of the data pair, and the battery voltage (V ′ at that time) ) As the above-described pseudo open circuit voltage OCV ′, and the internal resistance based on the relationship between the charging current I obtained from the data pair (I ′, OCV ′) obtained from the pseudo open circuit voltage OCV ′ and the pseudo open circuit voltage (OCV). (DC-IR) is obtained.
また、本発明の請求項5に係る発明は、請求項1〜4に記載の2次電池の充電状態検出方法において、充放電が行なわれていない間に生ずる自己放電量で前記充電状態(SOC)を補正することを特徴とする。 Further, according to a fifth aspect of the present invention, in the method for detecting a charged state of a secondary battery according to any one of the first to fourth aspects, the state of charge (SOC) is determined by a self-discharge amount that is generated while charging and discharging are not performed. ) Is corrected.
また、本発明の請求項6に係る発明は、請求項5に記載の2次電池の充電状態検出方法において、前記2次電池の温度(T)もしくは前記2次電池周辺の雰囲気温度(Ta)の少なくともいずれか一方により、前記自己放電量を補正することを特徴とする。 Further, the invention according to claim 6 of the present invention is the secondary battery charge state detection method according to claim 5, wherein the temperature (T) of the secondary battery or the ambient temperature (Ta) around the secondary battery. The self-discharge amount is corrected by at least one of the above.
また、本発明の請求項7に係る発明は、請求項1〜6に記載の2次電池の充電状態検出方法において、前記2次電池の温度(T)もしくは記鉛蓄電池周辺の雰囲気温度(Ta)の少なくともいずれか一方により、充電効率(η)を補正することを特徴とする。 Further, according to a seventh aspect of the present invention, in the method for detecting a charged state of the secondary battery according to any one of the first to sixth aspects, the temperature (T) of the secondary battery or the ambient temperature (Ta ) Is used to correct the charging efficiency (η).
また、本発明の請求項8に係る発明は、請求項1〜7の2次電池の充電状態検出方法により、充電状態を検出する2次電池の充電状態検出装置を示す。 Moreover, the invention which concerns on Claim 8 of this invention shows the charge condition detection apparatus of the secondary battery which detects a charge condition by the charge condition detection method of the secondary battery of Claims 1-7.
また、本発明の請求項9に係る発明は、請求項8に記載の2次電池の充電状態検出装置を備えた機器を示す。 Further, an invention according to claim 9 of the present invention shows an apparatus including the secondary battery charge state detection device according to claim 8.
本発明の請求項1〜8に係る発明によれば、2次電池の充電状態の検出精度を大幅に向上できるという、顕著な効果を奏する。また、本発明の請求項9に係る発明によれば、本発明の2次電池の充電状態検出装置を車両や電源装置等に用いることにより、例えば車両搭載時においては、2次電池の最適なSOC制御が可能となるため、車両の燃費向上に効果を奏することができる。また、風力発電や、燃料電池等の他の独立電源と2次電池とを組み合わせた電源装置に本発明の充電状態検出装置を用いることにより、電源装置からの出力の安定化に効果を奏することができる。 According to the first to eighth aspects of the present invention, there is a remarkable effect that the detection accuracy of the charged state of the secondary battery can be greatly improved. According to the invention of claim 9 of the present invention, the secondary battery charge state detection device of the present invention is used for a vehicle, a power supply device, etc. Since the SOC control is possible, it is possible to improve the fuel efficiency of the vehicle. In addition, by using the charge state detection device of the present invention in a power supply device that combines a secondary battery with a wind power generator or another independent power source such as a fuel cell, the output from the power supply device can be stabilized. Can do.
(本発明の第1の実施形態)
本発明による2次電池の充電状態検出方法は、2次電池に流れる充電電流と放電電流を時間積算して2次電池のSOCを検出する。
(First embodiment of the present invention)
The secondary battery charge state detection method according to the present invention detects the SOC of the secondary battery by integrating the charging current and the discharge current flowing in the secondary battery over time.
鉛蓄電池やNi−MH電池あるいはLi2次電池を充電する際に、充電電流の電解液の分解反応に費やされること、また、Li2次電池では、負極の電極密度の変化等によって充電効率が低下するため、活物質の充電に費やした充電電気量(CHGCAP)は、実際に充電電流を積算して得た充電電気量(CAP)よりも小となる。したがって、充電電流を積算しても、実際に活物質の充電に消費された充電電気量Qtを検出できないため、SOCの検出精度が低下する。 When charging a lead storage battery, a Ni-MH battery, or a Li secondary battery, the charging efficiency decreases due to the decomposition reaction of the electrolyte of the charging current, and the change in the electrode density of the negative electrode in the Li secondary battery. Therefore, the amount of charge (CHGCAP) spent for charging the active material is smaller than the amount of charge (CAP) obtained by actually integrating the charge current. Therefore, even if the charging current is integrated, the amount of charged electricity Qt actually consumed for charging the active material cannot be detected, so that the SOC detection accuracy decreases.
本発明においては、(CHGCAP/CAP)を充電効率(η)として求め、充電電流の積算値として求めた充電電気量(CAP)を、この充電効率(η)で補正する、実際に充電電気量(CAP)に充電効率(η)を乗ずることによって、実際に活物質の充電反応(Li2次電池や、Ni−MH電池においては、Li+イオンや、H+イオンの移動)に消費された充電電気量CHGCAPを得る。 In the present invention, (CHGCAP / CAP) is obtained as the charging efficiency (η), and the charging electric quantity (CAP) obtained as the integrated value of the charging current is corrected by this charging efficiency (η). (CAP) multiplied by charging efficiency (η) to actually charge the active material for the charging reaction (Li + ion or H + ion transfer in Li secondary battery or Ni-MH battery) The quantity of electricity CHGCAP is obtained.
本発明の特徴とするところは、充電効率(η)を求める手法であって、本発明において、充電効率(η)を電池電圧Vと、充電時の内部抵抗(DC−IR)とから求めるところにある。なお、本発明では、なお、DC−IRとは、直流法によって計測された内部抵抗を示し、2次電池の電圧と電流、あるいはこれらの変化量からオームの法則を用いて求めることができる。 The feature of the present invention is a method for obtaining the charging efficiency (η), and in the present invention, the charging efficiency (η) is obtained from the battery voltage V and the internal resistance during charging (DC-IR). It is in. In the present invention, DC-IR indicates internal resistance measured by the direct current method, and can be obtained from the voltage and current of the secondary battery or the amount of change thereof using Ohm's law.
以降は、なお、本実施形態では、2次電池として、鉛蓄電池(以下、電池)を用いた場合についての例を述べる。 Hereinafter, in this embodiment, an example in which a lead storage battery (hereinafter referred to as a battery) is used as the secondary battery will be described.
先ず、最初に、図1に示したフローのステップ(S0)において、測定対象の電池のSOC=100%状態での電池容量(Q)とSOCの初期値を設定する。例えば電池を満充電状態としてSOC=100%と設定し、満充電状態から、放電を行い、完全放電状態(SOC=0%)となるまで行なうことによって電池容量(Q)を計測できる。その後、電池を充電して満充電状態(SOC=100%)として計測を開始するならば、初期状態のSOCを100%とすればよい。また、SOC100%に限定されず、SOC100%の状態から0.5×Qに相当する電気量を放電すれば、SOC=50%の状態となるので、この状態からSOCを測定するならば、SOC=50%とすればよい。いずれにせよ、測定電池を補充電して満充電状態とし、初期のSOC=100%とすることがもっとも簡便である。
First, in step (S0) of the flow shown in FIG. 1, the battery capacity (Q) and SOC initial value in the SOC = 100% state of the battery to be measured are set. For example, the battery capacity (Q) can be measured by setting the battery to SOC = 100% with the battery fully charged, discharging from the fully charged state until the battery is fully discharged (SOC = 0%). Thereafter, if the measurement is started with the battery charged to a fully charged state (SOC = 100%), the initial state SOC may be set to 100%. Also, the SOC is not limited to 100%, and if the amount of electricity corresponding to 0.5 × Q is discharged from the
次に、後述するCAP、DISCAP、CHGCAPを初期化、すなわち、CAP=0、DISCAP=0、CHGCAP=0とする。また、充電効率(η)、すなわち、実際に活物質に充電される電気量Aと、充電電流値の積算値によって得た、電池を充電するために通電した電気量Bとの比(A/B)を充電効率(η)とし、その初期値η0を設定する。多くの場合、充電効率(η)は1未満の値となるが、その初期値η0を便宜的に1と設定することができる。また、η0を1とすることは必須ではなく、例えば0.95等の値に設定することができる。 Next, CAP, DISCAP, and CHGCAP described later are initialized, that is, CAP = 0, DISCAP = 0, and CHGCAP = 0. Further, the charging efficiency (η), that is, the ratio of the amount of electricity A that is actually charged to the active material and the amount of electricity B that is energized to charge the battery, obtained by the integrated value of the charging current value (A / B) is the charging efficiency (η), and its initial value η 0 is set. In many cases, the charging efficiency (η) is a value less than 1, but the initial value η 0 can be set to 1 for convenience. Further, it is not essential to set η 0 to 1, and it can be set to a value such as 0.95, for example.
なお、充電効率(η)として、前記した比(A/B)の百分率を用いる場合もあるが、本明細書においての充電効率(η)は、前記した比(A/B)の値を用いており、ηは0以上、1以下の値となる。 As the charging efficiency (η), a percentage of the ratio (A / B) may be used. However, the charging efficiency (η) in this specification uses the value of the ratio (A / B). Η is 0 or more and 1 or less.
そして、次に、充放電電流(I)および電池電圧(V)を測定し(ステップ(S1))、この充放電電流の絶対値|I|に単位時間△tを乗じて得た|I|×△tをCAPとして(CAP=|I|×△t)をメモリー、ハードディスク等の記憶手段に記憶する((S2))。 Next, the charge / discharge current (I) and the battery voltage (V) are measured (step (S1)), and the absolute value | I | of the charge / discharge current is multiplied by the unit time Δt to obtain | I | X Δt is set as CAP, and (CAP = | I | × Δt) is stored in a storage unit such as a memory or a hard disk ((S2)).
なお、上記測定の単位時間△tは、短いほど好ましいが、図1に示すフローを実行するマイコンの処理速度によって限定されるため、実用的には、0.05〜0.5msec.の範囲で設定することができる。 The unit time Δt for the measurement is preferably as short as possible, but is limited by the processing speed of the microcomputer executing the flow shown in FIG. Can be set within the range.
次に、ステップ(S1)において測定した電流(I)の符号に基いて電流Iが電池に対して充電電流であるのか、放電電流であるのか、あるいはI=0であるのかを判定する。なお、I>0を充電、I<0を放電としてもよいが、制御上、その逆、すなわち、I<0を充電、I>0を充電としても何ら差し支えなく、要は、電流Iの符号に基いて、電池が放電されたのか、充電されたのかが判明すればよい。 Next, based on the sign of the current (I) measured in step (S1), it is determined whether the current I is a charging current, a discharging current, or I = 0. It should be noted that I> 0 may be charged and I <0 may be discharged, but the opposite is true for control, that is, I <0 is charged and I> 0 is charged. Based on the above, it is only necessary to determine whether the battery has been discharged or charged.
前述のステップ(S3)において、電流I(0を含まない)の符号によって、電池が放電(0を含まない)である場合には、ステップ(S2)で測定したCAPを放電電気量DISCAPとし(DISCAP=CAP)、充電電気量CHGCAPに0を代入する(CHGCAP=0)((S10))とする。 In the above-described step (S3), when the battery is discharged (not including 0) by the sign of the current I (not including 0), the CAP measured in step (S2) is defined as the discharge electricity quantity DISCAP ( DISCAP = CAP), and 0 is substituted into the charged electricity amount CHGCAP (CHGCAP = 0) ((S10)).
その後、保持しているSOCを更新する。すなわち、ステップ(S11)において、数1に示した式により演算処理を行なう。
Thereafter, the retained SOC is updated. That is, in step (S11), arithmetic processing is performed according to the equation shown in
そして、更新されたSOC、すなわち、上述の数1における左辺のSOCを現時点でのSOCとして出力する(ステップ(S12))。なお、SOCを100分率で表示する場合、数1の右辺第2項の100を(CHGCAP−DISCAP)/Qに乗ずることが必要であるが、SOCの表記として、満充電状態のSOCを1、完全放電状態のSOCを0とする場合、(CHGCAP−DISCAP)/Qに1を乗ずればよい。このようなSOCの表記方法は適宜選択可能である。
Then, the updated SOC, that is, the SOC on the left side in the
そして、ステップ(S12)より、再度ステップ(S1)に復帰し、再び電池に流れる電流(I)と電池電圧(V)を計測する。そして、ステップ(S2)にてステップ電流(I)を前記と同様、単位時間△tを乗じて、CAPを得る。ここでは、電流(I)が放電の場合には前記したので、以下は、電流(I)が0である場合を述べる。 And from step (S12), it returns to step (S1) again, and the electric current (I) and battery voltage (V) which flow into a battery again are measured. In step (S2), the step current (I) is multiplied by the unit time Δt in the same manner as described above to obtain CAP. Here, since the case where the current (I) is a discharge is described above, the case where the current (I) is 0 will be described below.
I=0の場合、は単位時間△tの間、自己放電が進行するため、この自己放電によるSOCの減少量をDISCAPとして、に示す数2の通り、求めることができる(ステップ(S10−2))。 When I = 0, since self-discharge proceeds during unit time Δt, the amount of decrease in SOC due to self-discharge can be calculated as DISCAP as shown in Equation 2 (step (S10-2)). )).
なお、ステップ(S10−2)においてDISCAPの設定と同時に、CHGCAPに0を代入する(CHGCAP=0)。そして、ステップ(S10−2)終了後、ステップ(S11)に移行し、前述の数1に示したように、更新されたSOCを演算し、(S12)に移行後、更新されたSOCを出力(ステップ(S12))した後、再び、ステップ(S1)に復帰する。
In step (S10-2), 0 is assigned to CHGCAP simultaneously with the setting of DISCAP (CHGCAP = 0). Then, after step (S10-2) is completed, the process proceeds to step (S11), and the updated SOC is calculated as shown in
I=0の場合に、ステップ(S10−2)を設けることにより、電池が長期間放置されたときの自己放電をSOCに反映することができ、より正確なSOC判定に好ましいことは言うまでもない。例えば、鉛蓄電池では、自己放電によって容量が減少していき、1日あたり、おおよそ0.1%程度、SOCが低下していく。このような、自己放電量は、電池の種類によって異なるため、電池の種類に応じて、定数kを設定すればよい。例えば、前記したような、1日当りの自己放電量によって0.1%のSOCの低下が生じる場合ののk値は、1.157×10-9msec-1といった値に設定することになる。 Needless to say, by providing the step (S10-2) when I = 0, the self-discharge when the battery is left for a long time can be reflected in the SOC, which is preferable for more accurate SOC determination. For example, in a lead storage battery, the capacity decreases due to self-discharge, and the SOC decreases by about 0.1% per day. Since such a self-discharge amount varies depending on the type of battery, a constant k may be set according to the type of battery. For example, as described above, the k value when the SOC is reduced by 0.1% due to the amount of self-discharge per day is set to a value of 1.157 × 10 −9 msec −1 .
さらに、自己放電率は、電池の温度Tもしくは雰囲気温度Taの上昇によって加速される。例えば、鉛蓄電池において、25℃雰囲気下の自己放電によるSOCの低下率0.1%/日とした場合、温度が10℃上昇するにしたがい、自己放電率が1.9〜2倍となる。すなわち、自己放電率は、温度に対して指数関数的に増大するため、電池の温度Tもしくは電池周囲の雰囲気温度Taを計測し、この温度TもしくはTaに基いて、k値を補正することがより好ましい。また、このことは、鉛蓄電池に限定されず、他の2次電池においても、同様である。 Furthermore, the self-discharge rate is accelerated by an increase in battery temperature T or ambient temperature Ta. For example, in a lead storage battery, when the rate of decrease in SOC due to self-discharge in a 25 ° C. atmosphere is 0.1% / day, the self-discharge rate becomes 1.9 to 2 times as the temperature increases by 10 ° C. That is, since the self-discharge rate increases exponentially with respect to the temperature, the battery temperature T or the ambient temperature Ta around the battery can be measured, and the k value can be corrected based on the temperature T or Ta. More preferred. In addition, this is not limited to lead-acid batteries, and the same applies to other secondary batteries.
なお、このI=0における自己放電によって生じるSOCの低下を演算するステップ(S10−2)を設ける構成は、本発明においての必須の構成ではない。ステップ(S10−2)を設ける構成は、充放電に加えて、休止期間が多く、SOC検出に自己放電が無視できないほど大きい場合に適用することが好ましい。例えば、自動車、HEVあるいはEVといった用途がこれにあたる。これらの用途においては、ステップ(S10−2)の構成を付加することによって、自己放電によるSOC低下を精度よく、補正でき、SOCの検出精度をより高めることができる。また、特に、Ni−MH電池、Ni−Cd電池は、他の2次電池に比較して、同一期間内での自己放電量が大きいため、ステップ(S10−2)の構成を用いることにより、より精度の高いSOC検出が可能となる。 In addition, the structure which provides the step (S10-2) which calculates the fall of SOC which arises by the self discharge in this I = 0 is not an essential structure in this invention. The configuration in which the step (S10-2) is provided is preferably applied in a case where the rest period is long in addition to charging / discharging and the self-discharge is so large that the SOC detection cannot be ignored. For example, this applies to automobiles, HEVs, and EVs. In these applications, by adding the configuration of step (S10-2), it is possible to accurately correct the SOC decrease due to self-discharge and to further increase the SOC detection accuracy. In particular, since the Ni-MH battery and the Ni-Cd battery have a larger self-discharge amount in the same period than other secondary batteries, by using the configuration of step (S10-2), More accurate SOC detection is possible.
一方、風力発電、燃料電池、ガスタービン発電といった、連続運転を基本とする、独立電源に組み合わされた電源用途に用いられる電池は、常時充放電され、休止時間がそれほど長期間とならないため、自己放電量を考慮する必要がない場合もある。このような場合には、ステップ(S10−2)を省略してもよい。なお、この場合、ステップ(S3)において、I=0を放電として判定し、(S10)のステップへ移行させればよい。 On the other hand, batteries used for power supply applications that are combined with independent power sources such as wind power generation, fuel cells, gas turbine power generation, etc., are always charged and discharged, and the downtime is not so long. In some cases, it is not necessary to consider the amount of discharge. In such a case, step (S10-2) may be omitted. In this case, in step (S3), it may be determined that I = 0 is discharged and the process proceeds to step (S10).
次に、ステップ(S3)において、電池が充電されたと判定された場合、ステップ(S3)からステップ(S4)へ移行する。ステップ(S4)では、前回のフローにおけるステップ(S3)において、放電と判定したか、あるいは充電と判定したか、あるいは初回の充電であるかを判定する。 Next, when it is determined in step (S3) that the battery is charged, the process proceeds from step (S3) to step (S4). In step (S4), it is determined in step (S3) in the previous flow whether the discharge is determined, the charge is determined, or the first charge is performed.
ステップ(S4)において、前回のフローのステップ(S3)において放電を検出した場合には、ステップ(S4)からステップ(S5)に移行する。ステップ(S5)においては、ステップ(S1)において記憶した電池電圧値Vを擬似開路電圧OCVに設定する。なお、一回目に検出したOCVを便宜的にOCV1とし、電池電圧値VをOCV1に代入する、すなわち、OCV1=Vとする。なお、このときの電流値Iを一回目に得られた充電電流値I1とし、便宜上I1とする。すなわち、I1=Iとする。そして、I1とOCV1はデータ対(I1,OCV1)として記憶手段により、記憶される。なお、前回のフローが放電であり、今回のフローが充電である場合、充電に用いられる電流Iは、十分に小さい値であって、このときの電圧値Vは擬似的な開路電圧値と見なすことができ、本発明では、このときの電圧値Vを擬似開路電圧OCVに設定する。 In step (S4), when discharge is detected in step (S3) of the previous flow, the process proceeds from step (S4) to step (S5). In step (S5), battery voltage value V stored in step (S1) is set to pseudo open circuit voltage OCV. The OCV detected for the first time is referred to as OCV1 for convenience, and the battery voltage value V is substituted into OCV1, that is, OCV1 = V. Note that the current value I at this time is the charging current value I1 obtained for the first time, which is I1 for convenience. That is, I1 = I. And I1 and OCV1 are memorize | stored by a memory | storage means as a data pair (I1, OCV1). When the previous flow is discharging and the current flow is charging, the current I used for charging is a sufficiently small value, and the voltage value V at this time is regarded as a pseudo open circuit voltage value. In the present invention, the voltage value V at this time is set to the pseudo open circuit voltage OCV.
ステップ(S5)完了後、ステップ(S5)が初回の場合、IおよびOCVのデータ対は、(I1,OCV1)の1データ対が取得された状態である。本実施形態では、DC−IRを検出するため、後述の如く、少なくとも2個以上の(I,OCV)のデータ対を要するため、ステップ(S5)が初回の場合、では、上述の如く、1個のOCVのデータではDC−IRの検出は不可能である。 When step (S5) is the first time after completion of step (S5), the data pair of I and OCV is in a state where one data pair of (I1, OCV1) has been acquired. In this embodiment, in order to detect DC-IR, as described later, at least two (I, OCV) data pairs are required. Therefore, when step (S5) is the first time, as described above, 1 It is impossible to detect DC-IR with the data of one OCV.
したがって、本発明の実施の形態例では、ステップ(S5)が初回の場合(ステップ(S5−2)におけるYES)、充電効率(η)として、ステップ(S0)において設定したηの初期値、すなわち、前記したη0(例えばη0=1)を採用する(ステップ(S6))。すなわち、η=η0とする。実際のフローにおいては、ステップ(S5)完了後、ステップ(S5−2)に移行し、ステップ(S5−2)が初回である場合には、ステップ(S6)に移行し、η=η0と設定すればよい。 Therefore, in the embodiment of the present invention, when step (S5) is the first time (YES in step (S5-2)), the charging efficiency (η) is the initial value of η set in step (S0), that is, The above-described η 0 (for example, η 0 = 1) is employed (step (S6)). That is, η = η 0 is set. In the actual flow, after step (S5) is completed, the process proceeds to step (S5-2). When step (S5-2) is the first time, the process proceeds to step (S6), and η = η 0 You only have to set it.
そして、ステップ(S6)からステップ(S7)に移行する。ステップ(S6)〜ステップ(S7)においては、以下に示す数3にしたがって、CHGCAPの算出およびDISCAPの初期化を行なう。 Then, the process proceeds from step (S6) to step (S7). In step (S6) to step (S7), calculation of CHGCAP and initialization of DISCAP are performed according to the following equation (3).
なお、数3におけるCAPはステップ(S2)において|I|×△tとして求めたCAPである。そしてステップ(S7)完了後、既述したステップ(S11)に移行してSOCを更新、次にステップ(S12)において更新したSOCを出力した後、既述したと同様、ステップ(S12)よりステップ(S1)に復帰する。 The CAP in Equation 3 is the CAP obtained as | I | × Δt in step (S2). After step (S7) is completed, the process proceeds to step (S11) described above to update the SOC, and then outputs the updated SOC in step (S12). Then, as described above, step (S12) is followed by step. Return to (S1).
次に、ステップ(S2)に移行後、ステップ(S3)において再度、放電/充電の判定が行われる。ここでは、実施形態の説明の便宜上、前回のフローにおけるステップ(S3)において放電の判定が為された後、今回のフローにおけるステップ(S3)において充電の判定が為された場合、すなわち、ステップ(S4)において、「前回は放電」と判定された場合を説明する。 Next, after shifting to step (S2), the determination of discharging / charging is performed again in step (S3). Here, for convenience of description of the embodiment, when the determination of discharging is made in step (S3) in the current flow after the determination of discharging is made in step (S3) in the previous flow, that is, the step ( A case will be described in which it is determined in S4) that “previous time is discharging”.
本発明では、このような場合、ステップ(S4)よりステップ(S5)に移行し、ステップ(S5)において、ステップ(S1)で計測した電流Iおよび電圧Vを、それぞれ電流I2および擬似開路電圧OCV2とする。 In such a case, the present invention shifts from step (S4) to step (S5). In step (S5), the current I and the voltage V measured in step (S1) are changed to the current I2 and the pseudo open circuit voltage OCV2, respectively. And
なお、電流I2も、放電から充電に移行した直後の電流であるため、電流I1と同様、0に近接しており、このときの電圧であるOCV2を擬似的な開路電圧として扱うことができる。 Since the current I2 is also a current immediately after shifting from discharging to charging, it is close to 0 like the current I1, and the OCV2 that is the voltage at this time can be handled as a pseudo open circuit voltage.
したがって、図1に示したSOC検出フローの(S0)開始後、放電の後に行なわれる充電が2回行われることにより、0に近接した充電電流Iと、それが故に開路電圧OCVと見なせる電流−電圧データ対、すなわち、(I1,OCV1)および(I2,OCV2)の2対のデータが得られる。ステップ(S5)においては、少なくとも、前回の充電時におけるデータ対を記憶しておく機能を有している。そして、この記憶データから参照したデータ対(I1,OCV1)と、ステップ(S1)で記憶されたデータ対(I2,OCV2)を次のステップ(S5−2)を介してステップ(S6−2)に提供する。 Therefore, after the start of (S0) of the SOC detection flow shown in FIG. 1, the charging performed after the discharge is performed twice, so that the charging current I close to 0 and the current − that can be regarded as the open circuit voltage OCV− Two pairs of voltage data are obtained, namely (I1, OCV1) and (I2, OCV2). In step (S5), at least the data pair at the time of the previous charge is stored. Then, the data pair (I1, OCV1) referenced from the stored data and the data pair (I2, OCV2) stored in step (S1) are passed through the next step (S5-2) to step (S6-2). To provide.
そして、ステップ(S6−2)ではこれら上記2対のデータを図2に示したように、電流Iを横軸とし、疑似開路電圧OCVを縦軸としたグラフ上にプロットすれば、その傾きの絶対値として直流法による内部抵抗値である、DC−IR値を得ることができる。なお、便宜上、図2のグラフを示したが、実際には、グラフを描画する必要は全くなく、以下の数4に示す演算によってDC−IR値を得ることができる。そして得られたDC−IR値が記憶される(ステップ(S6−2))。 Then, in step (S6-2), if these two pairs of data are plotted on a graph with the current I on the horizontal axis and the pseudo open circuit voltage OCV on the vertical axis as shown in FIG. A DC-IR value that is an internal resistance value obtained by a direct current method can be obtained as an absolute value. For the sake of convenience, the graph of FIG. 2 is shown, but actually, there is no need to draw the graph, and the DC-IR value can be obtained by the calculation shown in the following equation 4. Then, the obtained DC-IR value is stored (step (S6-2)).
なお、本例では、電流Iと疑似開路電圧OCVのデータ対を2対としたが、3対あるいはそれ以上とした上で、最小2乗法等により、これらデータ対を結ぶ直線の傾きであるDC−IR値を演算することもでき、さらにDC−IRの精度を高めることができる。但しその場合、ステップ(S5)において、使用するデータ対の数に応じて、過去の充電時におけるデータ対を記憶する機能を有する。例えば、5個のデータ対を用いてDC−IRを演算する場合、過去の4個の(I,OCV)データ対を記憶しておき、これらのデータ対と、最新のデータ対であるステップ(S1)で記憶された(I,OCV)データ対を併せて、演算すればよいことは言うまでもない。 In this example, the data pair of the current I and the pseudo-open circuit voltage OCV is two pairs. However, the data pair is DC or the slope of a straight line connecting these data pairs by the least square method or the like with three or more pairs. -IR value can also be calculated, and the accuracy of DC-IR can be further increased. However, in that case, in step (S5), there is a function of storing data pairs at the time of past charging according to the number of data pairs used. For example, when the DC-IR is calculated using five data pairs, the past four (I, OCV) data pairs are stored, and these data pairs are the latest data pair step ( Needless to say, the (I, OCV) data pair stored in S1) may be calculated together.
なお、ステップ(S5)における複数の(I,OCV)データ対の中で、最も過去に得られた(I,OCV)データ対は、最新の(I,OCV)データ対が得られた時点で、順次消去していけば必要とする記憶容量の節約にもなり、好ましいことであることは言うまでもない。 Of the plurality of (I, OCV) data pairs in step (S5), the most recently obtained (I, OCV) data pair is the time when the latest (I, OCV) data pair is obtained. Needless to say, if the data is erased sequentially, the necessary storage capacity can be saved.
そして、本発明で最も特徴付けられることは、ステップ(S6)で得られ、ステップ(S7)で記憶されたDC−IR値と、その時点での最新の電圧V値、すなわち、DC−IR値を更新したフローにおけるステップ(S1)において測定された最新の電圧V値(疑似開路電圧OCVに相当)により、充電効率(η)を求めることにあり、また、DC−IR値が更新された時点で、ステップ(S6−2)内に記憶され、更新された最新のDC−IR値と、ステップ(S5)で記憶された、更新された最新の電圧V値(疑似開路電圧OCV)とで、ステップ(S8)において充電効率(η)を求めることにある。 What is most characterized in the present invention is the DC-IR value obtained in step (S6) and stored in step (S7), and the latest voltage V value at that time, that is, the DC-IR value. The charging efficiency (η) is obtained from the latest voltage V value (corresponding to the pseudo open circuit voltage OCV) measured in step (S1) in the flow in which the DC-IR value is updated, and the DC-IR value is updated. And the latest DC-IR value stored and updated in step (S6-2) and the updated latest voltage V value (pseudo-open circuit voltage OCV) stored in step (S5). In step (S8), the charging efficiency (η) is obtained.
本発明においては、その一例として、図3(a)に示したように、DC−IRと電圧V(疑似開路電圧OCV)との関係を予め求めておき、記憶手段にこれらの関係を示すテーブルを記憶させておけばよい。更新された最新のDC−IR値と、この最新のDC−IR値が得られた時点での電圧V(疑似開路電圧OCV)値で、前記のテーブルを参照することにより、充電効率(η)を得ることができ(ステップ(S8))、次のステップ(S8−2)に移行して、このステップ(S8−2)において、以前のフローで求めた充電効率(η)を、この最新の充電効率(η)で更新し、その値を記憶手段にて記憶する(ステップS8−2)。 In the present invention, as an example, as shown in FIG. 3A, a relationship between DC-IR and voltage V (pseudo-open circuit voltage OCV) is obtained in advance, and a table showing these relationships in the storage means. Should be remembered. By referring to the table with the updated latest DC-IR value and the voltage V (pseudo-open circuit voltage OCV) value at the time when the latest DC-IR value is obtained, the charging efficiency (η) (Step (S8)), the process proceeds to the next step (S8-2). In this step (S8-2), the charging efficiency (η) obtained in the previous flow is changed to the latest The charging efficiency (η) is updated, and the value is stored in the storage means (step S8-2).
そして以降は、ステップ(S8−2)からステップ(S9)に移行し、ステップ(S9)において補正された充電効率(η)で充電電気量CHGCAPが補正され、ステップ(S11)において、SOCが更新された後、およびステップ(S12)(更新されたSOCの出力)を経てステップ(S1)に復帰する。 Thereafter, the process proceeds from step (S8-2) to step (S9), the charge electricity amount CHGCAP is corrected with the charge efficiency (η) corrected in step (S9), and the SOC is updated in step (S11). After that, the process returns to step (S1) through step (S12) (output of updated SOC).
本発明は、充電効率(η)を演算し、更新するに際し、DC−IRと電圧V(疑似開路電圧OCV)から図3(a)のような予め測定されたテーブルに基いて充電効率(η)を得ることを特徴とする。このような方法によれば、充電効率ηをSOCと、温度から求める方法より高精度でSOCを検出可能である。本発明者らの別途に行なった実験では、本実施形態による方法でSOCの検知精度は、±5%、特許文献1に記載されたような、SOCと温度とから求める方法でのSOCの検知精度は±11%であり、従来の方法に対して顕著なSOC検出精度向上効果が得られた。
In calculating and updating the charging efficiency (η), the present invention calculates the charging efficiency (η) based on a pre-measured table as shown in FIG. 3A from DC-IR and voltage V (pseudo-open circuit voltage OCV). ). According to such a method, the SOC can be detected with higher accuracy than the method of obtaining the charging efficiency η from the SOC and the temperature. In an experiment conducted separately by the present inventors, the SOC detection accuracy is ± 5% by the method according to the present embodiment, and the SOC is detected by a method obtained from the SOC and temperature as described in
また、本発明において、DC−IRと電圧Vとから、充電効率(η)を求めるに際し、図3(a)(25℃用)に示したテーブルを、図3(b)(40℃用)および図3(c)(60℃用)のように、温度別に求めておき、同時に電池温度Tもしくは電池周囲の雰囲気温度Taを計測するサーミスタ等の温度検出手段を設けておき、この得られた温度Tもしくは雰囲気温度Taに応じて用いるテーブルを選択することができる。また、より好ましくは、図3(a)、図3(b)および図3(c)のようにテーブルとして記憶しておくのではなく、これらのテーブルから、予め重回帰分析によって、充電効率(η)をDC−IR、電圧Vおよび温度Tもしくは温度Taの関数、すなわち、充電効率(η)=f(DC−IR,V,T)もしくは、充電効率(η)=g(DC−IR,V,T)として表しておき、この重回帰式によって充電効率(η)を算出することがより好ましい。なお、図3(a)〜(c)に示された表は、ある特定の鉛蓄電池に適用する一例を示すものであって、2次電池の種類、機種に応じて、改変することは言うまでもない。 Further, in the present invention, when obtaining the charging efficiency (η) from the DC-IR and the voltage V, the table shown in FIG. 3A (for 25 ° C.) is changed to FIG. 3B (for 40 ° C.). As shown in FIG. 3C (for 60 ° C.), temperature detection means such as a thermistor for measuring the battery temperature T or the ambient temperature Ta around the battery is provided at the same time. A table to be used can be selected according to the temperature T or the ambient temperature Ta. More preferably, the charging efficiency (not shown in FIG. 3 (a), FIG. 3 (b) and FIG. 3 (c)) is stored in advance by multiple regression analysis from these tables. η) is a function of DC-IR, voltage V and temperature T or temperature Ta, that is, charging efficiency (η) = f (DC-IR, V, T) or charging efficiency (η) = g (DC-IR, More preferably, the charging efficiency (η) is calculated by the multiple regression equation. The table shown in FIGS. 3A to 3C shows an example applied to a specific lead-acid battery, and it goes without saying that the table is modified according to the type and model of the secondary battery. Yes.
温度Tもしくは、雰囲気温度Taを考慮した重回帰式によって求めた充電効率(η)によって得たSOCの検出精度は±1.8%であり、特許文献1に記載された、従来のSOCと温度とから充電効率を求めてSOCを検出する方法に対して極めて精度の高いSOC検出が可能となる。
The detection accuracy of the SOC obtained by the charging efficiency (η) obtained by the multiple regression equation considering the temperature T or the ambient temperature Ta is ± 1.8%, and the conventional SOC and temperature described in
次に、本発明の実施形態において、ステップ(S4)において、前回フローが充電である場合のフローについて説明する。電池が充電されたと判定された場合、ステップ(S3)からステップ(S4)へ移行するし、ステップ(S4)では、前回のフローにおけるステップ(S3)において、放電と判定した場合については、前記したように、ステップ(S4)からステップ(S5)に移行することは既に説明した通りである。 Next, in the embodiment of the present invention, the flow when the previous flow is charging in step (S4) will be described. When it is determined that the battery is charged, the process proceeds from step (S3) to step (S4). In step (S4), the case where it is determined that the battery is discharged in step (S3) in the previous flow is described above. As described above, the process proceeds from step (S4) to step (S5).
ステップ(S3)において、電池が充電されたと判定された場合、ステップ(S3)からステップ(S4)へ移行する。ステップ(S4)では、前回のフローにおけるステップ(S3)において、放電と判定したか、あるいは充電と判定したか、あるいは初回の充電であるかを判定することは既述した通りである。そして、ステップ(S4)において、放電と判定し、次回のフローのステップ(S4)において、充電と判定した場合については、前に述べたとおりである。 If it is determined in step (S3) that the battery is charged, the process proceeds from step (S3) to step (S4). In step (S4), as described above, it is determined in step (S3) in the previous flow whether the discharge is determined, the charge is determined, or the first charge is performed. The case where it is determined that the battery is discharged in step (S4) and the battery is determined to be charged in step (S4) of the next flow is as described above.
ここでは、初回のフローが充電である場合、また、前回のフローが充電で次のフローも充電である場合について述べる。 Here, a case where the first flow is charging and a case where the previous flow is charging and the next flow is also charging will be described.
図1に示したフローの初回のステップ(S3)において、充電である場合、ステップ(S3)からステップ(S4)に移行した後、ステップ(S6)に移行する。その後は、既述したとおり、ステップ(S7)において、充電効率(η)として、その初期値η0を採用する。初回の充電時には、更新された充電効率(η)が得られていないからである。 In the first step (S3) of the flow shown in FIG. 1, in the case of charging, the process proceeds from step (S3) to step (S4), and then proceeds to step (S6). After that, as described above, in step (S7), the initial value η 0 is adopted as the charging efficiency (η). This is because the updated charging efficiency (η) is not obtained at the first charging.
図1に示したフローにおいて、前回のフローが充電であり、今回も充電である場合、ステップ(S4−2)に移行する。ステップ(S4−2)においては、ステップ(S8−2)において記憶された更新された充電効率ηの有無を参照し、更新された充電効率ηが存在する場合、ステップ(S9)へ移行し、ステップ(S11)においてSOCを更新した後、更新されたSOCが出力され(ステップ(S12))、再び、ステップS1に復帰する。 In the flow shown in FIG. 1, when the previous flow is charging and this time is also charging, the process proceeds to step (S4-2). In step (S4-2), the presence or absence of the updated charging efficiency η stored in step (S8-2) is referred to. If the updated charging efficiency η exists, the process proceeds to step (S9). After the SOC is updated in step (S11), the updated SOC is output (step (S12)), and the process returns to step S1 again.
上記した本発明の第1の実施形態の理解の一助となるため、図4に本発明を適用する2次電池の充放電パターンの例を示す。また、その充放電パターンの一部を拡大した図を図5に示す。 In order to help understand the first embodiment of the present invention described above, FIG. 4 shows an example of a charge / discharge pattern of a secondary battery to which the present invention is applied. Moreover, the figure which expanded a part of the charging / discharging pattern is shown in FIG.
これまで述べてきた、図1に示したフローでは、DC−IRの計測方法に関してのみ言えば、図4における放電から充電への移行部分の充電側(図4におけるA部およびB部)において、充電電流Iとそのときの電池電圧Vを擬似的な開路電圧OCVとして測定し、このデータ対(I,OCV)を少なくとも2点以上計測し、充電電流I−擬似的な開路電圧Vとの関係におけるこれら2点を結ぶ直線の傾きの絶対値をDC−IRとして計測するものである。このような手法は、本願の請求項3に対応するものである。 In the flow shown in FIG. 1 that has been described up to now, as far as the DC-IR measurement method is concerned, on the charging side (A part and B part in FIG. 4) of the transition from discharging to charging in FIG. The charge current I and the battery voltage V at that time are measured as a pseudo open circuit voltage OCV, and at least two points of this data pair (I, OCV) are measured. The relationship between the charge current I and the pseudo open circuit voltage V The absolute value of the slope of the straight line connecting these two points is measured as DC-IR. Such a method corresponds to claim 3 of the present application.
また、より詳細には、図4に示したA部およびB部の詳細を図5に示して説明する。2次電池の電圧(V)および電流(I)は所定時間間隔△t毎に計測されている。A部では、放電(a1)の開始△t後に充電(a2)に移行し、同じくB部では、放電(b1)の開始△t後に充電(b2)に移行した例を示している。 More specifically, the details of the A part and the B part shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. The voltage (V) and current (I) of the secondary battery are measured at predetermined time intervals Δt. In the A part, an example is shown in which the transition to charging (a2) is started after the start Δt of discharge (a1), and in the same part B, the transition is made to charging (b2) after the start Δt of discharge (b1).
本発明の第1の実施形態では、放電(a1)に引き続いて行なわれる充電電流I1による充電(a2)時における電池電圧Vを擬似的な電池電圧OCV1として計測し、(I1, OCV1)なるデータ対を取得し、次回の放電から充電に移行するB部において、放電(b1)に引き続いて行なわれる充電(b2)における充電電流I2と、このときの電池電圧Vを擬似的な電池電圧OCV2として、(I2,OCV2)として2対のデータ対を得ることができる。電流−電圧の関係として、上記2対のデータ対をプロットした傾きの絶対値としてDC−IR値を得ることができる。 In the first embodiment of the present invention, the battery voltage V at the time of charging (a2) by the charging current I1 performed following the discharging (a1) is measured as a pseudo battery voltage OCV1, and data (I1, OCV1) is obtained. In the part B where the pair is acquired and the transition is made from the next discharge to the charge, the charge current I2 in the charge (b2) performed following the discharge (b1) and the battery voltage V at this time are set as the pseudo battery voltage OCV2 , (I2, OCV2), two data pairs can be obtained. As the current-voltage relationship, a DC-IR value can be obtained as an absolute value of the slope obtained by plotting the two data pairs.
本発明では、DC−IRを得るタイミングが電流が小さく、開路電圧値に極めて近い時点で計測する。すなわち、DC−IRを計測する条件がほぼ一定となるため、DC−IRと擬似的なOCVから充電効率ηを得るにあたり、DC−IR値の精度が高まり、結果として充電効率(η)の計測精度が高まり、最終的な目的とするSOCの検出精度を高めることができる。 In the present invention, the timing for obtaining DC-IR is measured when the current is small and very close to the open circuit voltage value. That is, since the condition for measuring the DC-IR is substantially constant, the accuracy of the DC-IR value is increased in obtaining the charging efficiency η from the DC-IR and the pseudo OCV, and as a result, the charging efficiency (η) is measured. The accuracy increases, and the final target SOC detection accuracy can be increased.
(本発明の第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、前記した第1の実施形態において、DC−IRの計測タイミングを変化させたものであり、DC−IRの計測に関しては、請求項4に対応する手法である。
(Second embodiment of the present invention)
In the second embodiment of the present invention, the DC-IR measurement timing is changed in the first embodiment, and the DC-IR measurement is a method corresponding to claim 4. .
すなわち、図5に示したA部詳細において、放電(a1)に引き続いて行なわれる充電電流I1による充電(a2)時における電池電圧Vを擬似的な電池電圧OCV1として計測し、(I1, OCV1)なるデータ対を取得し、充電(a2)に引き続いて行なわれる充電(a3)における充電電流I1.1における電池電圧Vを疑似的な電池電圧OCV1.1として計測し、(I1.1,OCV1.1)なるデータ対を得るものである。すなわち、放電から充電の移行段階において、データ対を2対得ることができるため、以降は、第1の実施形態と同様、電流−電圧の関係として、上記2対のデータ対をプロットした傾きの絶対値としてDC−IR値を得ることができる。また、B部においても、同様、DC−IR値を得ることが可能となる。 That is, in the details of the part A shown in FIG. 5, the battery voltage V at the time of charging (a2) by the charging current I1 performed following the discharge (a1) is measured as a pseudo battery voltage OCV1, and (I1, OCV1) The battery voltage V at the charging current I1.1 in the charging (a3) performed following the charging (a2) is measured as a pseudo battery voltage OCV1.1, and (I1.1, OCV1. 1) to obtain the data pair That is, since two pairs of data can be obtained at the stage of transition from discharging to charging, thereafter, as in the first embodiment, the slope of the plot of the two pairs of data is plotted as the current-voltage relationship. A DC-IR value can be obtained as an absolute value. In the B section, it is possible to obtain a DC-IR value as well.
したがって、第2の実施形態においては、DC−IR値の測定頻度が第1の実施形態の少なくとも、おおよそ2倍以上となるため、充電効率(η)の更新頻度も2倍となる。しかしながら、2対のデータ対のうち、一方のデータ対は、開路電圧に近接したところで測定されるが、もう一方のデータ対が開路電圧から若干はなれた時点で計測してしまうため、ばらつきの要因が若干増大するものの、そのばらつき(公差)の増大量は最大で第1の実施形態の1.2倍程度である。したがって、第2の実施形態においても、特許文献1に示された方式に比較して高い精度で2次電池のSOCを得ることができる。さらに、SOCの更新出力頻度が第1の実施形態の2倍となる利点もあるため、2次電池の特性、充放電条件に応じて、これらの手法から適宜選択すればよい。
Therefore, in the second embodiment, the measurement frequency of the DC-IR value is at least approximately twice or more that in the first embodiment, so the update frequency of the charging efficiency (η) is also doubled. However, one of the two data pairs is measured at a position close to the open circuit voltage, but the measurement is performed when the other data pair is slightly separated from the open circuit voltage. However, the amount of increase in the variation (tolerance) is at most about 1.2 times that of the first embodiment. Therefore, also in the second embodiment, the SOC of the secondary battery can be obtained with higher accuracy than the method disclosed in
本発明は、鉛蓄電池に適用した例について述べたが、SOCと電池電圧との間に相関を有した2次電池であれば、その計測原理上、他の2次電池に適用可能であることは言うまでもない。但し、2次電池の中でも、SOCと電池電圧との間の相関性が明確な鉛蓄電池やリチウム2次電池に好適である。 Although this invention described the example applied to the lead acid battery, if it is a secondary battery with a correlation between SOC and battery voltage, it can be applied to another secondary battery on the measurement principle. Needless to say. However, among secondary batteries, it is suitable for a lead storage battery or a lithium secondary battery in which the correlation between the SOC and the battery voltage is clear.
本発明の第1および第2の実施形態については、その方法のみを記載したが、パソコン上で動作するプログラミング言語を用いて、その方法に応じたプログラムを作成することにより、当業者であれば、比較的簡便に、本発明の2次電池の充電状態検出装置を構成することが容易にできる。 Although only the method has been described for the first and second embodiments of the present invention, a person skilled in the art can create a program according to the method using a programming language that runs on a personal computer. The secondary battery state-of-charge detection device of the present invention can be easily configured relatively easily.
なお、第1の実施の形態において、2次電池の状態検出方法のフロー図を示したが、本発明の請求の範囲を越えない範囲内であり、本発明の請求の範囲に記載された、構成を逸脱しない範囲の改変も可能であり、係る改変によっても、本発明の範囲に含まれることは明らかである。 In the first embodiment, the flowchart of the method for detecting the state of the secondary battery is shown, but it is within the scope of the claims of the present invention, and is described in the claims of the present invention. It is apparent that modifications within a range that does not depart from the configuration are possible, and such modifications are also included in the scope of the present invention.
前記した本発明の構成によれば、2次電池の充電状態の検出精度を大幅に向上できるという、顕著な効果を奏する。また、本発明の2次電池の充電状態検出装置を車両や電源装置等に用いることにより、例えば車両搭載時においては、2次電池の最適なSOC制御が可能となるため、車両の燃費向上に効果を奏することができる。また、風力発電や、燃料電池等の他の独立電源と2次電池とを組み合わせた電源装置に本発明の充電状態検出装置を用いることにより、電源装置からの出力の安定化に効果を奏することができる。 According to the configuration of the present invention described above, there is a remarkable effect that the detection accuracy of the charged state of the secondary battery can be greatly improved. Further, by using the secondary battery state of charge detection device of the present invention for a vehicle, a power supply device, etc., for example, when the vehicle is mounted, it is possible to perform optimal SOC control of the secondary battery, thereby improving the fuel efficiency of the vehicle. There is an effect. In addition, by using the charge state detection device of the present invention in a power supply device that combines a secondary battery with a wind power generator or another independent power source such as a fuel cell, the output from the power supply device can be stabilized. Can do.
本発明は、充放電を繰り返して行なう2次電池の状態検出方法と装置として好適であり、ハイブリッド車や、独立電源と2次電池とを組み合わせた電源等、充放電を繰り返しながら2次電池を使用する機器に好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable as a state detection method and apparatus for a secondary battery that is repeatedly charged and discharged, such as a hybrid vehicle or a power source that combines an independent power source and a secondary battery. Suitable for the equipment used.
Claims (9)
前記2次電池の電圧(V)および内部抵抗(DC−IR)より充電効率(η)を求め、
前記充電電気量(CHGCAP)を前記充電効率(η)で補正することを特徴とする2次電池の充電状態検出方法。 The charge state (SOC) of the secondary battery is determined from the charge amount (CHGCAP) obtained by integrating the charge / discharge current to the secondary battery that is repeatedly charged and discharged over time and the discharge amount (DISCAP). A method for detecting a charge state of a secondary battery to be detected,
The charging efficiency (η) is obtained from the voltage (V) and internal resistance (DC-IR) of the secondary battery,
A method for detecting a state of charge of a secondary battery, wherein the charge electricity amount (CHGCAP) is corrected by the charge efficiency (η).
前記2次電池への電流が放電から充電へ移行した際の充電電流Iと、
そのときの電池電圧(V)を疑似的な開路電圧OCVとして計測し、
前記充電電流Iと前記した疑似的な開路電圧(OCV)のデータ対(I,OCV)を少なくとも2対以上計測し、
前記データ対から得られた充電電流I−擬似的な開路電圧(OCV)との関係より前記内部抵抗(DC−IR)を求めることを特徴とする請求項1〜2に記載の2次電池の充電状態検出方法。 Measuring the charge / discharge current and battery voltage of the secondary battery at a predetermined time interval Δt;
A charging current I when the current to the secondary battery shifts from discharging to charging; and
The battery voltage (V) at that time is measured as a pseudo open circuit voltage OCV,
Measure at least two pairs of data pairs (I, OCV) of the charging current I and the pseudo open circuit voltage (OCV),
3. The secondary battery according to claim 1, wherein the internal resistance (DC-IR) is obtained from a relationship between a charging current I obtained from the data pair and a pseudo open circuit voltage (OCV). 4. Charge state detection method.
前記2次電池への電流が放電から充電へ移行した際の充電電流Iと、
そのときの電池電圧(V)を疑似的な開路電圧OCVとして計測して得た、前記充電電流Iと前記した疑似的な開路電圧(OCV)のデータ対(I,OCV)と、
このデータ対の前記所定時間間隔△t後に測定される前記充電電流I′と、その時の電
池電圧(V′)を前記した疑似的な開路電圧OCV′として計測して得たデータ対(I′,OCV′)とから得られた充電電流I−擬似的な開路電圧(OCV)との関係より前記内部抵抗(DC−IR)を求めることを特徴とする請求項1〜2に記載の2次電池の充電状態検出方法。 Measuring the charge / discharge current and battery voltage of the secondary battery at a predetermined time interval Δt;
A charging current I when the current to the secondary battery shifts from discharging to charging; and
A data pair (I, OCV) of the charging current I and the pseudo open circuit voltage (OCV) obtained by measuring the battery voltage (V) at that time as the pseudo open circuit voltage OCV,
The data pair (I ′) obtained by measuring the charging current I ′ measured after the predetermined time interval Δt of the data pair and the battery voltage (V ′) at that time as the pseudo open circuit voltage OCV ′. , OCV ') and the internal resistance (DC-IR) is determined from the relationship between the charging current I obtained from the pseudo open circuit voltage (OCV). Battery charge state detection method.
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