JP2011030395A - Device and method for calculating remaining time - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定電力で駆動する電気機器に電力を供給する二次電池の残時間を算出する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for calculating the remaining time of a secondary battery that supplies electric power to an electric device driven with constant power.
従来、定電力で駆動する電気機器に電力を供給する二次電池、つまり、定電力放電を行う二次電池の残時間は、二次電池の残容量(mAh)を放電電流(mA)で割ることで算出されていた。 Conventionally, the remaining time of a secondary battery that supplies electric power to an electric device driven by constant power, that is, a secondary battery that performs constant power discharge, is obtained by dividing the remaining capacity (mAh) of the secondary battery by the discharge current (mA). It was calculated by.
しかしながら、二次電池の放電電流は放電時間が経過するにつれて漸次増大するため、放電初期においては放電終了時に比べて放電電流が低く、従来の残時間の算出手法では、放電初期に算出した残時間が実際の残時間よりも大きな値で算出されていた。 However, since the discharge current of the secondary battery gradually increases as the discharge time elapses, the discharge current is lower at the initial stage of discharge than at the end of the discharge, and the conventional remaining time calculation method uses the remaining time calculated at the initial stage of discharge. Was calculated with a value larger than the actual remaining time.
したがって、ユーザは、電気機器の使用開始直後に、残時間が例えば1時間と報知されており、その報知を信じて電気機器を使用していると、1時間が経過するよりかなり前に残容量が0になり、予定していたより早くに電気機器を使用することができなくなるという問題があった。 Therefore, the user is informed that the remaining time is, for example, 1 hour immediately after the start of use of the electric device. If the user believes that notification and is using the electric device, the remaining capacity is considerably long before one hour has passed. Becomes 0, and there is a problem that it becomes impossible to use the electric device earlier than planned.
そのため、従来、定電力放電を行う二次電池の残時間は、15分、30分、というように、大まかな値しか算出されておらず、1分というような細かい時間間隔で算出されていなかった。 Therefore, conventionally, the remaining time of the secondary battery that performs constant power discharge is calculated only as a rough value such as 15 minutes or 30 minutes, and not calculated at a fine time interval such as 1 minute. It was.
なお、本発明に関連する技術として、特許文献1及び2が知られている。特許文献1では、放電電流が大きく変化しても正確にバッテリの残容量を検出することを目的として、所定時間内の平均放電電流から補正係数を決定し、この補正係数をバッテリの満充電容量に乗じることで放電可能容量を求め、放電可能容量から消費電気量を減じ、バッテリの残容量を算出する技術が開示されている。
また、特許文献2では、二次電池の温度特性や劣化を考慮した残容量を算出することを目的として、パワー特性対放電電力量の関係Wh(P)の近似式を、温度補正係数(α)、電気容量変化(β)、及び電池の内部抵抗変化(γ)を用いて補正し、補正後のWh(P)を用いて、残容量を算出する技術が開示されている。
Further, in
ところで、近年、ビデオカメラ等の電気機器においては、二次電池の残時間を1分というような細かい時間間隔で算出してほしいとの要望がある。 By the way, in recent years, there is a demand for electric devices such as video cameras to calculate the remaining time of the secondary battery at a minute time interval such as 1 minute.
しかしながら、従来の残時間の算出手法では、上述したように単に残容量を放電電流で割ることで残時間が算出されているため、精度良く残時間を算出することができず、上記の要望に応えることができないという問題があった。 However, in the conventional remaining time calculation method, as described above, the remaining time is calculated simply by dividing the remaining capacity by the discharge current. There was a problem that we could not respond.
本発明の目的は、二次電池の残時間を精度良く算出することができる技術を提供することである。 The objective of this invention is providing the technique which can calculate the remaining time of a secondary battery accurately.
(1)本発明の一局面による残時間算出装置は、定電力で駆動する負荷装置に電力を供給する二次電池の残時間を算出する残時間算出装置であって、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池の放電電流を検出する電流検出部と、前記二次電池を定電力放電させたときの前記二次電池の平均電圧を予め記憶する記憶部と、前記二次電池の残容量を検出する残容量検出部と、前記電圧検出部により検出された電圧に対する前記平均電圧の割合を基に、前記残容量検出部により検出された残容量を補正する補正部と、前記補正部により補正された残容量を前記電流検出部により検出された放電電流で割ることで、前記二次電池の残時間を算出する残時間算出部とを備える。 (1) A remaining time calculation device according to one aspect of the present invention is a remaining time calculation device that calculates a remaining time of a secondary battery that supplies power to a load device that is driven by constant power, and the voltage of the secondary battery. A voltage detection unit that detects discharge current, a current detection unit that detects a discharge current of the secondary battery, a storage unit that previously stores an average voltage of the secondary battery when the secondary battery is discharged at a constant power, A remaining capacity detector that detects the remaining capacity of the secondary battery, and a correction that corrects the remaining capacity detected by the remaining capacity detector based on the ratio of the average voltage to the voltage detected by the voltage detector. And a remaining time calculating unit that calculates the remaining time of the secondary battery by dividing the remaining capacity corrected by the correcting unit by the discharge current detected by the current detecting unit.
また、本発明の別の一局面による残時間算出方法は、定電力で駆動する負荷装置に電力を供給する二次電池の残時間を算出する残時間算出方法であって、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出ステップと、前記二次電池の放電電流を検出する電流検出ステップと、前記二次電池の残容量を検出する残容量検出ステップと、前記電圧検出ステップにより検出された電圧に対する、前記二次電池を定電力放電させることで予め得られた前記二次電池の平均電圧の割合を基に、前記残容量検出ステップにより検出された残容量を補正する補正ステップと、前記補正ステップにより補正された残容量を前記電流検出ステップにより検出された放電電流で割ることで、前記二次電池の残時間を算出する残時間算出ステップとを備える。 A remaining time calculation method according to another aspect of the present invention is a remaining time calculation method for calculating a remaining time of a secondary battery that supplies power to a load device that is driven at a constant power. A voltage detection step for detecting a voltage; a current detection step for detecting a discharge current of the secondary battery; a remaining capacity detection step for detecting a remaining capacity of the secondary battery; and a voltage detected by the voltage detection step. A correction step of correcting the remaining capacity detected by the remaining capacity detection step based on a ratio of the average voltage of the secondary battery obtained in advance by discharging the secondary battery at constant power; and the correction step And a remaining time calculating step of calculating a remaining time of the secondary battery by dividing the remaining capacity corrected by the above by the discharge current detected by the current detecting step.
これらの構成によれば、電圧検出部により検出された二次電池の電圧に対する、二次電池を定電力放電させた場合の二次電池の平均電圧の割合を基に、二次電池の残容量が補正され、補正された残容量が放電電流で割られ、二次電池の残時間が算出されている。 According to these configurations, the remaining capacity of the secondary battery is based on the ratio of the average voltage of the secondary battery when the secondary battery is discharged at a constant power with respect to the voltage of the secondary battery detected by the voltage detection unit. Is corrected, the corrected remaining capacity is divided by the discharge current, and the remaining time of the secondary battery is calculated.
ここで、二次電池の放電電流は放電時間が経過するにつれて漸次増大するため、満充電状態にある二次電池を定電力放電した場合、放電初期の二次電池の電圧は平均電圧に比べて値が大きくなる傾向にある。そのため、放電初期において、二次電池の電圧に対する平均電圧の割合は、分母が分子より大きくなり、1未満となる。 Here, since the discharge current of the secondary battery gradually increases as the discharge time elapses, when the secondary battery in a fully charged state is discharged at a constant power, the voltage of the secondary battery at the initial stage of discharge is higher than the average voltage. The value tends to increase. Therefore, in the initial stage of discharge, the ratio of the average voltage to the voltage of the secondary battery is less than 1 because the denominator is larger than the numerator.
したがって、放電初期の二次電池の電圧に対する平均電圧の割合を用いて、二次電池の残容量を補正すると、補正後の残容量は補正前の残容量に比べて値が小さくなる。これにより、補正された残容量を放電初期の放電電流で割ることで求められた残時間は、補正される前の残容量を放電初期の放電電流で割ることで求められた従来の残時間に比べて小さくなる。 Therefore, when the remaining capacity of the secondary battery is corrected using the ratio of the average voltage to the voltage of the secondary battery at the initial stage of discharge, the value of the remaining capacity after correction becomes smaller than the remaining capacity before correction. As a result, the remaining time obtained by dividing the corrected remaining capacity by the discharge current at the initial stage of discharge is the conventional remaining time obtained by dividing the remaining capacity before correction by the discharge current at the initial stage of discharge. Smaller than that.
つまり、放電初期において、分母の放電電流が小さくなっている分を考慮して分子の残容量を小さくすることができ、残時間が実際の残時間よりも大きな値で算出されることを防止することができる。その結果、残時間を精度良く算出することができ、1分というような短い時間間隔で残時間を算出することが可能となる。 In other words, in the initial stage of discharge, the remaining capacity of the numerator can be reduced in consideration of the fact that the discharge current of the denominator is reduced, and the remaining time is prevented from being calculated with a value larger than the actual remaining time. be able to. As a result, the remaining time can be accurately calculated, and the remaining time can be calculated at a short time interval such as 1 minute.
(2)前記記憶部は、異なる放電電流で前記二次電池を定電力放電させたときの前記放電電流に応じた前記平均電圧を示す平均電圧情報を予め記憶し、前記補正部は、前記電流検出部により検出された放電電流に応じた平均電圧を、前記平均電圧情報を用いて特定し、特定した平均電圧を用いて前記割合を算出することが好ましい。 (2) The storage unit stores in advance average voltage information indicating the average voltage according to the discharge current when the secondary battery is discharged at a constant power with a different discharge current, and the correction unit stores the current It is preferable that an average voltage corresponding to the discharge current detected by the detection unit is specified using the average voltage information, and the ratio is calculated using the specified average voltage.
この構成によれば、種々の放電電流で二次電池を定電力放電させたときの放電電流と平均電圧との関係を示す平均電圧情報が予め記憶されている。そして、残時間算出時における実際の放電電流に応じた平均電圧が平均電圧情報を参照することで特定され、特定した平均電圧を用いて割合が算出されている。そのため、放電時における実際の二次電池の状態を考慮して残時間を算出することができ、より正確に残時間を算出することができる。 According to this configuration, the average voltage information indicating the relationship between the discharge current and the average voltage when the secondary battery is discharged at constant power with various discharge currents is stored in advance. And the average voltage according to the actual discharge current at the time of remaining time calculation is specified with reference to average voltage information, and the ratio is calculated using the specified average voltage. Therefore, the remaining time can be calculated in consideration of the actual state of the secondary battery at the time of discharging, and the remaining time can be calculated more accurately.
(3)前記二次電池の温度を検出する温度検出部を更に備え、前記平均電圧情報は、異なる放電電流及び異なる温度で前記二次電池を定電力放電させたときの前記放電電流及び前記温度に対する前記平均電圧を示し、前記補正部は、前記電流検出部により検出された放電電流及び前記温度検出部により検出された温度に応じた平均電圧を、前記平均電圧情報を用いて特定し、特定した平均電圧を用いて前記割合を算出することが好ましい。 (3) It further includes a temperature detection unit that detects the temperature of the secondary battery, and the average voltage information includes the discharge current and the temperature when the secondary battery is discharged at a constant power at a different discharge current and a different temperature. The correction unit specifies the average voltage according to the discharge current detected by the current detection unit and the temperature detected by the temperature detection unit using the average voltage information, and specifies It is preferable to calculate the ratio using the average voltage obtained.
この構成によれば、平均電圧情報は、種々の値の放電電流に加えて種々の温度で二次電池を定電力放電させたときの放電電流と平均電圧との関係を示している。そして、残時間算出時における実際の放電電流と温度とに応じた平均電圧が平均電圧情報を参照することで特定され、特定された平均電圧を用いて割合が算出されている。そのため、放電時における実際の二次電池の状態を考慮して残時間を算出することができ、より正確に残時間を算出することができる。 According to this configuration, the average voltage information indicates the relationship between the discharge current and the average voltage when the secondary battery is discharged at a constant power at various temperatures in addition to various values of the discharge current. And the average voltage according to the actual discharge current and temperature at the time of remaining time calculation is specified with reference to average voltage information, and the ratio is calculated using the specified average voltage. Therefore, the remaining time can be calculated in consideration of the actual state of the secondary battery at the time of discharging, and the remaining time can be calculated more accurately.
(4)前記補正部は、補正後の残容量をImCapa、前記残容量検出部により検出された残容量をRC、前記平均電圧をVave、前記電圧検出部により検出された電圧をVとすると、
ImCapa=(Vave/V)・RC
により前記残容量を補正することが好ましい。
(4) When the corrected remaining capacity is ImCapa, the remaining capacity detected by the remaining capacity detecting unit is RC, the average voltage is Vave, and the voltage detected by the voltage detecting unit is V,
ImCapa = (Vave / V) · RC
It is preferable to correct the remaining capacity by the above.
この構成によれば、上記数式を用いて残容量が補正されているため、比較的簡便な処理により残時間を算出することができる。 According to this configuration, since the remaining capacity is corrected using the above formula, the remaining time can be calculated by a relatively simple process.
本発明によれば、二次電池の残時間を精度良く算出することができる。 According to the present invention, the remaining time of the secondary battery can be calculated with high accuracy.
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の一実施の形態に係る残時間算出装置21を備えた電池パック2、及びこの電池パック2を定電力放電させる負荷装置3の構成の一例を示すブロック図である。そして、図1に示す電池パック2と負荷装置3とが組み合わされて、電気機器システム1が構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a
ここで、負荷装置3としては、定電力で駆動するパソコン等の種々の電気機器を採用することができ、特に、本実施の形態では、ビデオカメラ等の主に動画像を撮像する電気機器を採用する。
Here, as the
電池パック2は、接続端子11,12,13、組電池14(二次電池)、電圧検出回路15、電流検出抵抗16(電流検出部)、温度センサ17(温度検出部)、制御IC18、及びスイッチング素子Q1,Q2を備えている。また、制御IC18は、アナログデジタル(A/D)変換器201と、制御部202と、通信部203とを備えている。
The
また、組電池14、電圧検出回路15、温度センサ17、電流検出抵抗16、及び制御IC18により残時間算出装置21が構成される。
The
負荷装置3は、接続端子31,32,33及び本体部34を備えている。電池パック2及び負荷装置3は、給電を行う直流ハイ側の接続端子11,31と、通信信号用の接続端子13,33と、給電および通信信号のための接続端子12,32とによって相互に接続される。
The
電池パック2では、接続端子11は、放電用のスイッチング素子Q1と充電用のスイッチング素子Q2とを介して組電池14の正極に接続されている。スイッチング素子Q1,Q2としては、例えばpチャネルのFET(Field Effect Transistor)が用いられる。
スイッチング素子Q1は、寄生ダイオードのアノードが接続端子11の方向にされている。また、スイッチング素子Q2は、寄生ダイオードのアノードが組電池14の方向にされている。
In the
In the switching element Q1, the anode of the parasitic diode is in the direction of the
また、接続端子12は、電流検出抵抗16を介して組電池14の負極に接続されており、接続端子11からスイッチング素子Q1,Q2、組電池14、及び電流検出抵抗16を介して接続端子12に至る電流経路が構成されている。
The
電流検出抵抗16は、組電池14の充電電流及び放電電流を電圧値に変換する。組電池14は、複数、例えば三個の二次電池141,142,143が直列に接続された組電池である。二次電池141,142,143は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池である。なお、組電池14は、例えば単電池であってもよく、例えば複数の二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続された組電池であってもよい。
The
温度センサ17は、二次電池141,142,143の温度を検出する温度センサである。そして、二次電池141,142,143の温度は温度センサ17によって検出され、制御IC18内のアナログデジタル変換器201に入力される。また、組電池14の端子電圧である電圧V、及び二次電池141,142,143の各端子電圧V1,V2,V3は電圧検出回路15によってそれぞれ読取られ、制御IC18内のアナログデジタル変換器201に入力される。さらにまた、電流検出抵抗16によって検出された電流の電流値も、制御IC18内のアナログデジタル変換器201に入力される。アナログデジタル変換器201は、各入力値をデジタル値に変換して、制御部202へ出力する。
The
アナログデジタル変換器201は、例えば、電流検出抵抗16により検出された電流の電流値を、組電池14を充電する方向の電流をプラス、組電池14から放電される方向の電流をマイナスで表すものとする。
The analog-
制御部202は、例えば所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部202は、ROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、充放電制御部211、残容量検出部212、平均電圧情報記憶部213、補正部214、及び残時間算出部215として機能する。
The
充放電制御部211は、電池パック2に充電装置が接続されている場合、例えばCCCV充電、トリクル充電、パルス充電等の種々の充電方式を用いて、組電池14を充電する。そして、充放電制御部211は、例えば組電池14に流れる充電電流が充電終止電流値以下になると、組電池14が満充電になったものと判定して充電を終了する。
When a charging device is connected to the
また、充放電制御部211は、アナログデジタル変換器201からの各入力値から、接続端子11,12間の短絡や負荷装置3からの異常電流などの電池パック2の外部における異常や、組電池14の異常な温度上昇等の異常を検出する。そして、充放電制御部211は、このような異常を検出した場合、スイッチング素子Q1,Q2をオフさせて、過電流や過熱等の異常から、組電池14を保護する保護動作を行う。
Further, the charge /
残容量検出部212は、例えば、電流積算法により組電池14の残容量RCを検出する。具体的には、残容量検出部212は、電流検出抵抗16によって検出された電流Icを一定の時間間隔(例えば1秒)で積算することによって、組電池14に充電されている残容量RCを算出する。この場合、組電池14を充電する方向の電流がプラス、組電池14から放電される方向の電流がマイナスで表されているので、RC’=RC+Ic×tによりRCを更新することで、組電池14の残容量RCが更新される。但し、RC’は更新後の残容量を示し、tは一定の時間間隔を示す。
The remaining
なお、残容量検出部212は、充放電制御部211により組電池14の満充電が検出された場合、予め定められた組電池14の満充電容量値FCCを、現時点での残容量RCとして設定する。ここで、残容量検出部212は、電流積算法以外の電圧測定法等の手法を用いて残容量RCを算出してもよい。
In addition, when the full charge of the assembled
平均電圧情報記憶部213は、組電池14を定電力放電させたときの組電池14の平均電圧を予め記憶する。具体的には、平均電圧情報記憶部213は、異なる放電電流及び異なる温度で組電池14を定電力放電させることで予め得られた、放電電流及び温度に対する平均電圧の値を示す平均電圧情報を記憶する。
The average voltage
図2は、平均電圧情報の一例を示した図である。図2に示すように平均電圧情報は、温度の欄と放電電流の欄とを備える2次元の表形式のデータ構造を有している。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of average voltage information. As shown in FIG. 2, the average voltage information has a two-dimensional tabular data structure including a temperature column and a discharge current column.
図2の例では、放電電流の欄は、「0(A)〜」、「0.5(A)〜」、「1.0(A)〜」、「1.5(A)〜」の4つの欄を備えている。ここで、「0(A)〜」は、放電電流が、0(A)以上、0.5(A)未満であることを示している。「0.5(A)〜」は、放電電流が0.5(A)以上、1.0(A)未満であることを示している。「1.0(A)〜」は、放電電流が1.0(A)以上、1.5(A)未満であることを示している。「1.5(A)〜」は、放電電流が1.5(A)以上であることを示している。 In the example of FIG. 2, the discharge current columns are “0 (A) ˜”, “0.5 (A) ˜”, “1.0 (A) ˜”, “1.5 (A) ˜”. There are four columns. Here, “0 (A) to” indicates that the discharge current is 0 (A) or more and less than 0.5 (A). “0.5 (A) to” indicates that the discharge current is 0.5 (A) or more and less than 1.0 (A). “1.0 (A) to” indicates that the discharge current is 1.0 (A) or more and less than 1.5 (A). “1.5 (A) to” indicates that the discharge current is 1.5 (A) or more.
また、図2の例では、温度の欄は、「〜0(℃)」、「0(℃)〜」、「10(℃)〜」、「20(℃)〜」の4つの欄を備えている。ここで、「〜0(℃)」は、組電池14の温度が、0(℃)未満であることを示している。「0(℃)〜」は、組電池14の温度が、0(℃)以上、10(℃)未満であることを示している。「10(℃)〜」は、組電池14の温度が、10(℃)以上、20(℃)未満であることを示している。「20(℃)〜」は、組電池14の温度が、20(℃)以上であることを示している。
In the example of FIG. 2, the temperature column includes four columns of “˜0 (° C.)”, “0 (° C.)”, “10 (° C.)”, and “20 (° C.)”. ing. Here, “˜0 (° C.)” indicates that the temperature of the assembled
そして、各升には、温度と電流とに対する平均電圧が格納されている。つまり、各升には、対応する温度の欄に規定された温度範囲内の温度と、対応する放電電流の欄に規定された電流範囲内の放電電流とで、満充電状態にある組電池14を残容量RCが0になるまで定電力放電させたときの平均電圧が格納されている。ここで、平均電圧は、例えば、放電開始時から放電終了時まで一定の時間間隔で測定された電圧Vを平均することで求められる。
Each basket stores an average voltage with respect to temperature and current. That is, each
なお、図2に示す温度の各欄の温度範囲及び放電電流の各欄の電流の範囲は一例に過ぎず、異なる値を採用してもよいし、行及び列の数を増やしてより細かな分解能で平均電圧を特定できるようにしてもよい。また、図2に示すに表に代えて、放電電流及び温度を入力とし、平均電圧を出力とする関数を予め求めておき、この関数を平均電圧情報として採用してもよい。 Note that the temperature range in each column of temperature and the range of current in each column of discharge current shown in FIG. 2 are merely examples, and different values may be adopted, or the number of rows and columns may be increased to make more detailed. The average voltage may be specified with resolution. Further, instead of the table shown in FIG. 2, a function having discharge current and temperature as inputs and an average voltage as outputs may be obtained in advance, and this function may be adopted as the average voltage information.
また、図2の例では、放電電流と温度とに対応する平均電圧が定められた2次元の表が採用されているが、これに限定されず、放電電流及び温度のいずれか一方と、平均電圧とが定められた一次元の表を採用してもよい。この場合、補正部214は、放電電流又は温度から平均電圧を特定することになる。
In the example of FIG. 2, a two-dimensional table in which an average voltage corresponding to the discharge current and the temperature is determined is adopted, but the present invention is not limited to this, and either the discharge current or the temperature and the average A one-dimensional table in which the voltage is determined may be adopted. In this case, the
図1に戻り、補正部214は、電流検出抵抗16により検出された放電電流Idcと温度センサ17により検出された温度とに対応する平均電圧Vaveを、平均電圧情報を参照することで特定し、電圧検出回路15により検出された電圧Vに対する組電池14の平均電圧Vaveの割合を基に、残容量RCを補正する。
Returning to FIG. 1, the
ここで、補正部214は、補正後の残容量をImCapa、平均電圧をVave、電圧検出回路15により検出された電圧をVとすると、式(1)により残容量RCを補正する。
Here, when the corrected remaining capacity is ImCapa, the average voltage is Vave, and the voltage detected by the
ImCapa=(Vave/V)・RC ・・・(1)
残時間算出部215は、補正部214により算出されたImCapaを電流検出抵抗16により検出された放電電流Idcで割ることで、すなわち、式(2)の演算により、組電池14の残時間Tを算出する。
ImCapa = (Vave / V) · RC (1)
The remaining
T=ImCapa/Idc ・・・(2)
なお、補正部214及び残時間算出部215は、充放電制御部211により組電池14が放電状態にあることが検出されると、一定の時間間隔(例えば1分)でImCapa及び残時間Tを算出する処理を実行する。
T = ImCapa / Idc (2)
When the charge /
そして、残時間算出部215は、算出した残時間Tを、通信部203を介して負荷装置3へと送信する。そして、残時間Tを受信した負荷装置3は、残時間Tを例えば図略の表示部に表示する。これにより、ユーザは従来の残時間の算出手法に比べて、例えば1分というような細かな時間間隔で残時間Tの変化を認識することができる。
Then, the remaining
なお、残時間算出部215は、残時間Tを例えば1分よりも細かい例えば1秒というような時間間隔で算出し、放電開始時の残時間Tを基準として、算出した残時間Tが1分減少する毎に、算出した残時間Tを負荷装置3に送信するようにしてもよい。
The remaining
これにより、負荷装置3は、残時間Tが確実に1分減ったときのみに、残時間Tを受信することになり、電池パック2及び負荷装置3間の通信トラフィックの軽減及び負荷装置3による残時間Tを表示するための処理負担の軽減を図ることができる。
As a result, the
図3は、満充電状態から残容量が0になるまで直列接続された複数個の二次電池を定電力放電させたときの、従来の手法を用いて算出された残時間の時間的推移を示したグラフである。図3において、左側の縦軸は残時間を示し、右側の縦軸は従来の手法で算出された残時間と理想の残時間との誤差を示している。また、横軸は放電時間を示している。 FIG. 3 shows the time transition of the remaining time calculated using the conventional method when a plurality of secondary batteries connected in series from the fully charged state until the remaining capacity becomes zero is discharged at constant power. It is the shown graph. In FIG. 3, the left vertical axis represents the remaining time, and the right vertical axis represents the error between the remaining time calculated by the conventional method and the ideal remaining time. The horizontal axis indicates the discharge time.
なお、左側及び右側の縦軸及び横軸とも単位は分である。但し、左側の縦軸は、点線で示す一区切りが50分に設定されているが、右側の縦軸は、点線で示す一区切りが10分に設定されている。なお、放電開始時において、二次電池は満充電状態にあったものとする。 The unit of the left and right vertical and horizontal axes is in minutes. However, on the left vertical axis, one break indicated by a dotted line is set to 50 minutes, while on the right vertical axis, one break indicated by a dotted line is set to 10 minutes. It is assumed that the secondary battery is in a fully charged state at the start of discharge.
また、従来の手法とは、残容量RCを放電電流Idcで割ることで、残時間を算出する手法である。また、図3において、グラフG10は、従来の手法で算出された残時間の時間的推移を示し、グラフGRは、理想の残時間の時間的推移を示し、グラフGD10は、グラフG10とグラフGRとの誤差を示している。 The conventional method is a method of calculating the remaining time by dividing the remaining capacity RC by the discharge current Idc. Also, in FIG. 3, a graph G10 shows a temporal transition of the remaining time calculated by the conventional method, a graph GR shows a temporal transition of the ideal remaining time, and a graph GD10 includes the graph G10 and the graph GR. The error is shown.
グラフGRにおいて、放電開始時の残時間は約285分であり、放電終了時の残時間も約285分となっている。また、グラフGRにおいて、例えば放電開始時から100分経過した点P1での残時間は約185分であり、点P1の時刻から放電終了時までの時間も約185分となっている。つまり、理想の残時間の時間的推移を示すグラフは傾きが−1の直線であることが分かる。 In the graph GR, the remaining time at the start of discharge is about 285 minutes, and the remaining time at the end of discharge is also about 285 minutes. In the graph GR, for example, the remaining time at the point P1 after 100 minutes from the start of discharge is about 185 minutes, and the time from the time of the point P1 to the end of discharge is also about 185 minutes. That is, it can be seen that the graph indicating the transition of the ideal remaining time is a straight line having a slope of -1.
一方、グラフG10に示すように、放電開始時の残時間は本来的には約285分になるところを、約340分と算出されており、実際の残時間よりも55分(正確には53.4分)も大きな値が算出されていることが分かる。つまり、理想の残時間と従来の手法により算出された残時間とでは、最大53.4分もの誤差が生じていることが分かる。 On the other hand, as shown in the graph G10, the remaining time at the start of discharge is calculated to be about 340 minutes, which is essentially about 285 minutes, and is 55 minutes (more precisely 53 minutes) than the actual remaining time. It can be seen that a large value is also calculated. In other words, it can be seen that there is a maximum error of 53.4 minutes between the ideal remaining time and the remaining time calculated by the conventional method.
また、放電開始時から100分経過した点P2においても、放電開始時に比べて誤差は縮まっているものの従来の手法により算出された残時間は理想の残時間よりもかなり大きな値となっている。 In addition, even at point P2 after 100 minutes from the start of discharge, the remaining time calculated by the conventional method is considerably larger than the ideal remaining time, although the error is reduced as compared with the start of discharge.
そして、グラフGD10に示すように、グラフG10とグラフGRとの誤差は、放電時間が経過するにつれて小さくなっていることが分かる。つまり、放電初期において、従来の手法で算出された残時間は、理想の残時間から大きく乖離していることが分かる。 As can be seen from the graph GD10, the error between the graph G10 and the graph GR decreases as the discharge time elapses. That is, it can be seen that the remaining time calculated by the conventional method greatly deviates from the ideal remaining time in the early stage of discharge.
これは、背景技術でも説明したように、放電電流は、放電時間が経過して残容量が減少するにつれて、漸次増大する特性を持っているため、残容量を放電電流で割って残時間を求めた場合、放電初期では分母の放電電流の値が小さいために、残時間が理想の残時間よりも大きく算出されてしまうからである。 As explained in the background art, the discharge current has a characteristic of gradually increasing as the remaining capacity decreases as the discharge time elapses, so the remaining time is obtained by dividing the remaining capacity by the discharge current. In this case, since the value of the discharge current of the denominator is small at the beginning of discharge, the remaining time is calculated to be larger than the ideal remaining time.
図4は、満充電状態から残容量が0になるまで直列接続された複数の二次電池を定電力放電させたときの、本実施の形態の手法(以下、「本手法」と記述する)を用いて算出された残時間の時間的推移を示したグラフである。図4において、縦軸及び横軸の単位及びスケールは、図3と同一である。 FIG. 4 shows the method of the present embodiment (hereinafter referred to as “the present method”) when a plurality of secondary batteries connected in series from the fully charged state until the remaining capacity becomes zero is discharged at a constant power. It is the graph which showed the time transition of the remaining time calculated using. 4, the units and scales of the vertical and horizontal axes are the same as those in FIG.
また、図4において、グラフG1は本手法を用いて算出された残時間の時間的推移を示し、グラフGRは図3のグラフGRと同一であり、グラフGD1はグラフG1とグラフGRとの誤差を示している。 Also, in FIG. 4, a graph G1 shows the temporal transition of the remaining time calculated using this method, the graph GR is the same as the graph GR of FIG. 3, and the graph GD1 is an error between the graph G1 and the graph GR. Is shown.
グラフG1とグラフGRとを対比すれば分かるように、本手法により算出された残時間は、理想の残時間に極めて近いことが分かる。特に放電初期における誤差が従来の手法に比べて大幅に小さくなっていることが分かる。 As can be seen by comparing the graph G1 and the graph GR, it can be seen that the remaining time calculated by this method is very close to the ideal remaining time. In particular, it can be seen that the error at the initial stage of discharge is significantly smaller than the conventional method.
具体的には、グラフGD1に示すように、グラフG1とグラフGRとの誤差は、放電期間の中間付近でピークを有する上に凸のカーブを描いて変化しており、誤差の最大値が、従来の手法では53.4分であったのが、本手法では10.9分と大幅に小さくなっていることが分かる。 Specifically, as shown in the graph GD1, the error between the graph G1 and the graph GR changes in a convex curve with a peak near the middle of the discharge period, and the maximum value of the error is It can be seen that the conventional method is 53.4 minutes, but this method is significantly reduced to 10.9 minutes.
これは、式(1)に示すRCをVave/Vで補正して、ImCapaを求め、このImCapaを式(2)に示すように放電電流Idcで割ることで残時間Tを求めているからに他ならない。 This is because the RC shown in the equation (1) is corrected by Vave / V to obtain ImCapa, and the remaining time T is obtained by dividing the ImCapa by the discharge current Idc as shown in the equation (2). There is nothing else.
つまり、二次電池の放電電流は放電時間が経過するにつれて漸次増大するため、満充電状態にある二次電池を定電力放電した場合、放電初期の二次電池の電圧Vは平均電圧Vaveに比べて値が大きくなる。そのため、放電初期において、Vave/Vは1未満となる。 That is, since the discharge current of the secondary battery gradually increases as the discharge time elapses, when the secondary battery in the fully charged state is discharged at constant power, the voltage V of the secondary battery at the initial stage of discharge is higher than the average voltage Vave. Increases the value. Therefore, Vave / V is less than 1 at the beginning of discharge.
したがって、放電初期のVave/Vを用いて、残容量RCを補正すると、ImCapaは補正前の残容量RCに比べて値が小さくなる。これにより、ImCapaを放電初期の放電電流Idcで割ることで求められた残時間Tは、残容量RCを放電初期の放電電流Idcで割ることで求められた残時間に比べて小さくなる。 Therefore, when the remaining capacity RC is corrected using Vave / V at the initial stage of discharge, ImCapa has a smaller value than the remaining capacity RC before correction. Accordingly, the remaining time T obtained by dividing ImCapa by the discharge current Idc at the initial stage of discharge becomes smaller than the remaining time obtained by dividing the remaining capacity RC by the discharge current Idc at the initial stage of discharge.
よって、ImCapa/Idcにおいて、分母の放電電流Idcが小さくなっている分を考慮してImCapaが小さくされ、放電初期において、残時間が実際の残時間よりも大きな値で算出されることが防止されるのである。 Therefore, in ImCapa / Idc, ImCapa is reduced in consideration of the fact that the discharge current Idc of the denominator is small, and the remaining time is prevented from being calculated at a value larger than the actual remaining time at the beginning of discharge. It is.
図5は、図1に示す電気機器システム1の動作を示すフローチャートである。なお、本フローチャートを開始する前、組電池14は満充電状態にあったものとする。まず、ステップS1において、充放電制御部211は、放電が開始されたか否かを判定する。ここで、充放電制御部211は、アナログデジタル変換器201がマイナスの値の電流を出力した場合に、組電池14の放電が開始されたと判断すればよい。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the
そして、充放電制御部211により、放電が開始されたと判定された場合(ステップS1でYES)、残時間算出部215は、残時間Tの算出タイミングに到達しているか否かを判定する(ステップS2)。一方、放電が開始されていない場合(ステップS1でNO)、処理がステップS1に戻される。
When the charge /
ステップS2において、残時間算出部215は、残時間Tの算出タイミングに到達している場合(ステップS2でYES)、処理をステップS5に進める。一方、残時間算出部215は、残時間Tの算出タイミングに到達していない場合(ステップS2でNO)、処理をステップS3に進める。
In step S2, if the remaining
ここで、残時間Tの算出タイミングとしては、放電開始時と、放電開始時から一定の時間間隔(例えば1分)が経過した時とを採用することができる。 Here, as the calculation timing of the remaining time T, it is possible to employ the time when discharge starts and the time when a certain time interval (for example, 1 minute) has elapsed since the start of discharge.
ステップS3において、残容量検出部212は、残容量RCの検出タイミングに到達しているか否かを判定し、残容量RCの検出タイミングに到達している場合(ステップS3でYES)、RC’=RC+I×tにより残容量RCを更新し(ステップS4)、処理をステップS2に戻す。なお、残容量RCが満充電状態でない場合に放電が開始された場合は、FCCとして、放電開始時の組電池14の残容量を採用すればよい。
In step S3, the remaining
一方、残容量検出部212は、残容量の検出タイミングに到達していないと判定した場合(ステップS3でNO)、処理をステップS2に戻す。
On the other hand, if the remaining
ここで、残容量RCの検出タイミングとしては、放電開始時と、放電開始時から一定の時間間隔(例えば1秒)が経過した時とを採用することができる。 Here, as the detection timing of the remaining capacity RC, it is possible to employ a discharge start time and a time when a certain time interval (for example, 1 second) has elapsed since the discharge start time.
ステップS5において、残容量検出部212は、ステップS4と同様にして、残容量を検出する。
In step S5, the remaining
次に、補正部214は、電流検出抵抗16により検出された放電電流Idcと温度センサ17により検出された組電池14の温度とに対応する平均電圧Vaveを、平均電圧情報を参照することで特定する(ステップS6)。
Next, the
具体的には、補正部214は、例えば放電電流Idc=1.2(A)、温度=15(℃)が検出されたとすると、図2に示すテーブルの「1.0(A)〜」の欄と「10(℃)〜」の欄とがクロスする6.90(V)を平均電圧として特定する。
Specifically, for example, when the discharge current Idc = 1.2 (A) and the temperature = 15 (° C.) are detected, the
次に、補正部214は、電圧検出回路15により検出された組電池14の電圧Vと、ステップS6で特定した平均電圧Vaveと、ステップS5で検出した残容量RCとを式(1)に代入して、ImCapaを算出し、残容量RCを補正する(ステップS7)。
Next, the
次に、残時間算出部215は、ステップS7で算出されたImCapaを、ステップS6で検出された放電電流Idcで割り、残時間Tを算出する(ステップS8)。
Next, the remaining
次に、残時間算出部215は、ステップS8で算出された残時間Tを通信部203を介して負荷装置3に送信する(ステップS9)。
Next, the remaining
次に、放電が終了された場合(ステップS10でYES)、処理が終了され、放電が終了されていない場合(ステップS10でNO)、処理がステップS2に戻され、上記の処理が繰り返される。 Next, when the discharge is finished (YES in step S10), the process is finished, and when the discharge is not finished (NO in step S10), the process is returned to step S2 and the above process is repeated.
このように、本実施の形態による残容量算出装置によれば、式(1)を用いて残容量RCが補正され、ImCapaが算出され、このImCapaを用いて残時間Tが算出されているため、残時間Tを精度良く算出することができる。 As described above, according to the remaining capacity calculation device according to the present embodiment, the remaining capacity RC is corrected using the equation (1), the ImCapa is calculated, and the remaining time T is calculated using this ImCapa. The remaining time T can be calculated with high accuracy.
なお、上記フローチャートでは、電池パック2が残時間Tまで計算しているが、これに限定されず、電池パック2が補正後の残容量(ImCapa)まで算出し、補正後の残容量(ImCapa)と放電電流Idcとを負荷装置3に送信し、負荷装置3がImCapa/Idcにより残時間を算出するようにしてもよい。
In the above flowchart, the
この場合、下記のフローチャートを採用することができる。図6は、補正後の残容量までを電池パック2が計算する場合のフローチャートを示している。
In this case, the following flowchart can be adopted. FIG. 6 shows a flowchart when the
まず、制御部202は、二次電池141〜143の温度、電圧、放電電流Idcを確定する所定のタイミングになったか否かを判定し(ステップS21)、所定のタイミングになったと判定した場合は(ステップS21でYES)、組電池14の温度、二次電池141〜143のそれぞれの電圧、及び放電電流IdcをA/D変換器201から取得する(ステップS22)。一方、所定のタイミングになっていない場合(ステップS21でNO)、処理がステップS21に戻される。
First, the
次に、残容量検出部212は、ステップS22で取得した放電電流Idcから組電池14の残容量RCを算出する(ステップS23)。
Next, the remaining
次に、補正部214は、放電中である場合(ステップS24でYES)、ステップS22で取得した放電電流Idcと組電池14の温度とから図2に示す平均電圧情報を参照して、平均電圧Vaveを特定する(ステップS25)。一方、放電中でない場合(ステップS24でNO)、処理がステップS21に戻される。
Next, when discharging is in progress (YES in step S24), the
次に、補正部214は、ステップS22で取得した二次電池141〜143のそれぞれの電圧から組電池14の電圧Vを求め、ステップS25で特定した平均電圧Vaveと、ステップS23算出した残容量RCとを式(1)に代入して、補正後の残容量(ImCapa)を算出する(ステップS26)。
Next, the
次に、通信部203は、補正部214により算出された補正後の残容量(ImCapa)と、ステップS22で取得した放電電流Idcとを接続端子13,33を介して本体部34に送信する(ステップS27)。
Next, the
そして、本体部34は、電池パック2から送信された補正後の残容量(ImCapa)を放電電流Idcで割り、残時間Tを算出する。
Then, the
なお、図6に示すフローチャートを採用した場合、電池パック2の残時間算出部215を負荷装置3の本体部34に設ければよい。この場合、本発明に係る残時間算出装置は、負荷装置3に設けられた残時間算出部215及び図1に示す残時間算出装置21とで構成されることになる。
When the flowchart shown in FIG. 6 is adopted, the remaining
1 電気機器システム
2 電池パック
3 負荷装置
14 組電池
15 電圧検出回路
16 電流検出抵抗
17 温度センサ
21 残時間算出装置
141,142,143 二次電池
201 アナログデジタル変換器
202 制御部
211 充放電制御部
212 残容量検出部
213 平均電圧情報記憶部
214 補正部
215 残時間算出部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記二次電池の電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池の放電電流を検出する電流検出部と、
前記二次電池を定電力放電させたときの前記二次電池の平均電圧を予め記憶する記憶部と、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出部と、
前記電圧検出部により検出された電圧に対する前記平均電圧の割合を基に、前記残容量検出部により検出された残容量を補正する補正部と、
前記補正部により補正された残容量を前記電流検出部により検出された放電電流で割ることで、前記二次電池の残時間を算出する残時間算出部とを備えることを特徴とする残時間算出装置。 A remaining time calculation device that calculates the remaining time of a secondary battery that supplies power to a load device that is driven with constant power,
A voltage detector for detecting the voltage of the secondary battery;
A current detection unit for detecting a discharge current of the secondary battery;
A storage unit that stores in advance an average voltage of the secondary battery when the secondary battery is discharged at a constant power;
A remaining capacity detector for detecting a remaining capacity of the secondary battery;
A correction unit that corrects the remaining capacity detected by the remaining capacity detection unit based on the ratio of the average voltage to the voltage detected by the voltage detection unit;
A remaining time calculation unit that calculates a remaining time of the secondary battery by dividing the remaining capacity corrected by the correction unit by the discharge current detected by the current detection unit. apparatus.
前記補正部は、前記電流検出部により検出された放電電流に応じた平均電圧を、前記平均電圧情報を用いて特定し、特定した平均電圧を用いて前記割合を算出することを特徴とする請求項1記載の残時間算出装置。 The storage unit stores in advance average voltage information indicating the average voltage according to the discharge current when the secondary battery is discharged at a constant power with a different discharge current,
The correction unit specifies an average voltage corresponding to a discharge current detected by the current detection unit using the average voltage information, and calculates the ratio using the specified average voltage. Item 3. A remaining time calculation apparatus according to Item 1.
前記平均電圧情報は、異なる放電電流及び異なる温度で前記二次電池を定電力放電させたときの前記放電電流及び前記温度に対する前記平均電圧を示し、
前記補正部は、前記電流検出部により検出された放電電流及び前記温度検出部により検出された温度に応じた平均電圧を、前記平均電圧情報を用いて特定し、特定した平均電圧を用いて前記割合を算出することを特徴とする請求項2記載の残時間算出装置。 A temperature detection unit for detecting the temperature of the secondary battery;
The average voltage information indicates the average voltage with respect to the discharge current and the temperature when the secondary battery is discharged at a constant power at different discharge currents and different temperatures,
The correction unit specifies an average voltage corresponding to the discharge current detected by the current detection unit and the temperature detected by the temperature detection unit using the average voltage information, and uses the specified average voltage The remaining time calculating apparatus according to claim 2, wherein the ratio is calculated.
ImCapa=(Vave/V)・RC
により前記残容量を補正することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の残時間算出装置。 The correction unit is ImCapa, the remaining capacity after correction, RC is the remaining capacity detected by the remaining capacity detection unit, Vave is the average voltage, and V is the voltage detected by the voltage detection unit.
ImCapa = (Vave / V) · RC
The remaining time calculation apparatus according to claim 1, wherein the remaining capacity is corrected by the following.
前記二次電池の電圧を検出する電圧検出ステップと、
前記二次電池の放電電流を検出する電流検出ステップと、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出ステップと、
前記電圧検出ステップにより検出された電圧に対する、前記二次電池を定電力放電させることで予め得られた前記二次電池の平均電圧の割合を基に、前記残容量検出ステップにより検出された残容量を補正する補正ステップと、
前記補正ステップにより補正された残容量を前記電流検出ステップにより検出された放電電流で割ることで、前記二次電池の残時間を算出する残時間算出ステップとを備えることを特徴とする残時間算出方法。 A remaining time calculation method for calculating a remaining time of a secondary battery that supplies power to a load device that is driven by constant power,
A voltage detection step of detecting a voltage of the secondary battery;
A current detection step of detecting a discharge current of the secondary battery;
A remaining capacity detecting step for detecting a remaining capacity of the secondary battery;
The remaining capacity detected by the remaining capacity detection step based on the ratio of the average voltage of the secondary battery obtained in advance by discharging the secondary battery with constant power to the voltage detected by the voltage detection step. A correction step for correcting
A remaining time calculation step of calculating a remaining time of the secondary battery by dividing the remaining capacity corrected by the correction step by the discharge current detected by the current detection step. Method.
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