JP2013032947A - Device and method for calculating internal resistance value - Google Patents

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貴宏 松浦
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Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk
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住友電装株式会社
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住友電気工業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method for calculating an internal resistance value for secondary batteries capable of highly accurately detecting a deterioration state of a secondary battery and avoiding an influence of aged deterioration or the like.SOLUTION: A capacitor 33 is connected so as to have a parallel relation with a battery 1, and a series circuit of a first resistance 32 and a fist switch 31 is connected therebetween. Further, one end of a second resistance 35 is connected between the fist resistance 32 and the capacitor 33 via a second switch 34, and the first switch 31 and the second switch 34 are complementarily switched. When the first switch 31 is on, charge is transferred from the battery 1 to the capacitor 33. A time constant τis expressed as τ=(Rb+R1+Rc)C using an internal resistance value Rb of the battery 1, a resistance value R1 of the first resistance 32, an internal resistance value Rc of the capacitor 33 and a capacity C. The internal resistance value Rb of the battery 1 is obtained on the basis of a calculation of the time constant τ=(R1+Rc)C when discharging the capacitor 33.

Description

本発明は、二次電池の充電状態を検知する装置に関し、特に、コンデンサを用いて経年劣化等の影響を回避して劣化状態を検知するために、精度良く内部抵抗値を算出することができる二次電池の内部抵抗値算出装置及び内部抵抗値算出方法に関する。   The present invention relates to a device for detecting the state of charge of a secondary battery, and in particular, it can accurately calculate the internal resistance value in order to detect the state of deterioration while avoiding the effects of deterioration over time using a capacitor. The present invention relates to an internal resistance value calculation device and an internal resistance value calculation method for a secondary battery.
車両に搭載されるバッテリ(二次電池)は、エンジン始動時にスタータへの電圧供給のために十分に充電されていることが必要である。したがって、バッテリの充電状態を正確に検知できることが重要である。   A battery (secondary battery) mounted on the vehicle needs to be sufficiently charged to supply voltage to the starter when the engine is started. Therefore, it is important that the state of charge of the battery can be accurately detected.
従来では、特許文献1及び2に示すように、車両のイグニッションスイッチがオンにされたときの突入電流が流れているときの放電電流値及び端子電圧値(解放電圧値及び放電時電圧値)をサンプリングし、サンプリングした値から内部抵抗値を算出して劣化度合いを検出する方法が用いられている。   Conventionally, as shown in Patent Documents 1 and 2, the discharge current value and the terminal voltage value (release voltage value and discharge voltage value) when an inrush current flows when the ignition switch of the vehicle is turned on are obtained. A method of sampling, calculating an internal resistance value from the sampled value, and detecting the degree of deterioration is used.
特開2008−8703号公報JP 2008-8703 A 特開2009−226996号公報JP 2009-226996 A
しかしながら、サンプリングされる電流値又は電圧値は、数十ミリ秒間での瞬間値であるから誤差が比較的大きく、算出される内部抵抗値にもバラつきが出る。しかも、算出される内部抵抗値は、スタータの内部抵抗値の影響を受けるが、スタータの内部抵抗値も経年劣化を受けるために正確に算出できない可能性がある。   However, since the sampled current value or voltage value is an instantaneous value in several tens of milliseconds, the error is relatively large, and the calculated internal resistance value varies. In addition, the calculated internal resistance value is affected by the internal resistance value of the starter, but the internal resistance value of the starter is also subject to deterioration over time, and may not be accurately calculated.
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、精度良く二次電池の劣化状態を検知することができ、且つ経年劣化等の影響を回避できる二次電池の内部抵抗値算出装置及び内部抵抗算出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of detecting a deterioration state of a secondary battery with high accuracy and avoiding the influence of aged deterioration and the like, and an internal resistance value calculation device for a secondary battery, It is an object to provide a method for calculating internal resistance.
第1発明に係る内部抵抗値算出装置は、二次電池の一方の電極側に、第1スイッチ及び第1抵抗の直列回路を介して一端子が接続され、他端子が前記二次電池の他方の電極側に接続されるコンデンサと、第1抵抗及び前記コンデンサの間に第2スイッチを介して一端子が接続され、他端子が前記二次電池の他方の電極側に接続される第2抵抗と、第1スイッチ及び第2スイッチを相補的にオン/オフして前記コンデンサの充放電を切り替える手段と、該手段による切り替え後の前記コンデンサの一端子側の電位を複数時点で測定する手段と、測定した複数時点での電位に基づき、前記コンデンサへの充電時の時定数及び放電時の時定数を算出する手段と、算出された充電時及び放電時の時定数から前記二次電池の内部抵抗値を算出する手段とを備えることを特徴とする。   In the internal resistance value calculating device according to the first invention, one terminal is connected to one electrode side of the secondary battery via a series circuit of a first switch and a first resistor, and the other terminal is the other side of the secondary battery. A capacitor connected to the electrode side of the second resistor, one terminal connected via a second switch between the first resistor and the capacitor, and a second resistor whose other terminal is connected to the other electrode side of the secondary battery And means for switching on / off the first switch and the second switch in a complementary manner to switch charging / discharging of the capacitor, and means for measuring the potential on one terminal side of the capacitor after switching by the means at a plurality of time points. A means for calculating a time constant at the time of charging and a time constant at the time of discharging based on the measured potentials at a plurality of points in time, and the inside of the secondary battery from the calculated time constant at the time of charging and discharging Means for calculating the resistance value; Characterized in that it comprises.
第2発明に係る内部抵抗値算出装置は、第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値は略等しいことを特徴とする。   The internal resistance value calculation device according to the second invention is characterized in that the resistance values of the first resistance and the second resistance are substantially equal.
第3発明に係る内部抵抗値算出装置は、算出された充電時及び放電時の差分を前記コンデンサの容量で除して前記二次電池の内部抵抗値を算出するようにしてあることを特徴とする。   An internal resistance value calculation device according to a third aspect of the invention is characterized in that the internal resistance value of the secondary battery is calculated by dividing the calculated difference between charging and discharging by the capacity of the capacitor. To do.
第4発明に係る内部抵抗値算出装置は、前記コンデンサは電気二重層キャパシタであることを特徴とする。   In the internal resistance value calculating apparatus according to a fourth aspect of the present invention, the capacitor is an electric double layer capacitor.
第5発明に係る内部抵抗値算出方法は、二次電池の一方の電極側に、第1スイッチ及び第1抵抗の直列回路を介してコンデンサの一端子を接続し、該コンデンサの他端子を前記二次電池の他方の電極側に接続し、第1抵抗及び前記コンデンサの間に第2スイッチを介して第2抵抗の一端子を接続し、他端子を前記二次電池の他方の電極側に接続しておき、第1スイッチをオン、第2スイッチをオフとして前記コンデンサを前記二次電池の供給電力により充電し、充電を開始してからの前記コンデンサの一端子側の電位を複数時点で測定し、第2スイッチをオフ、第2スイッチをオンとして前記コンデンサを放電させ、放電を開始させてからの前記コンデンサの一端子側の電位を複数時点で測定し、測定した複数時点での電位に基づき、前記コンデンサへの充電時の時定数及び放電時の時定数を算出し、算出された充電時及び放電時の時定数から前記二次充電池の内部抵抗値を算出することを特徴とする。   In the internal resistance value calculation method according to the fifth aspect of the invention, one terminal of a capacitor is connected to one electrode side of the secondary battery via a series circuit of a first switch and a first resistor, and the other terminal of the capacitor is connected to the electrode. Connect to the other electrode side of the secondary battery, connect one terminal of the second resistor via the second switch between the first resistor and the capacitor, and connect the other terminal to the other electrode side of the secondary battery The first switch is turned on, the second switch is turned off, the capacitor is charged with the power supplied from the secondary battery, and the potential on the one terminal side of the capacitor after charging is started at a plurality of times. The second switch is turned off, the second switch is turned on, the capacitor is discharged, the electric potential at one terminal side of the capacitor after starting the discharge is measured at a plurality of time points, and the measured potentials at the plurality of time points are measured. Based on the above Calculating the constants and the time constant during discharge when the charging of the capacitor, and calculates the internal resistance of the secondary battery from a time constant during charging and discharging was calculated.
本発明では、二次電池の一方の電極側に第1スイッチ及び第1抵抗の直列回路を介してコンデンサが接続される。コンデンサの一端子が第1スイッチ及び第1抵抗側に接続され、他端子は二次電池の他方の電極側に接続される。なお、二次電池のいずれかの電極は固定電位に接続、例えば接地される。第1スイッチがオンとなると二次電池から放電がされ、コンデンサが充電される。更に第1抵抗とコンデンサとの間には、第2スイッチを介して第2抵抗が接続される。第2抵抗の一端子はコンデンサ側に接続され、他端子は充電池の他方の電極側に接続される。コンデンサが充電された後、第1スイッチをオフ、第2スイッチをオンとした場合、コンデンサから放電がされる。第1スイッチ及び第2スイッチを相補的にオン/オフすることにより、コンデンサの充放電を切り替える。このとき、充電中のコンデンサの一端子側の電位、及び放電中のコンデンサの一端子側の電位を夫々複数時点で測定し、それらの測定値に基づき時定数(τchg ,τdchg)を算出する。二次電池、第1抵抗及びコンデンサからなる回路構成での充電時の時定数(τchg =Rchg C)と、コンデンサ及び第2抵抗からなる回路構成での放電時の時定数(τdchg=RdchgC)とから、既知の第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値を用い、コンデンサの内部抵抗値を相殺して二次電池の内部抵抗値を算出することが可能である。このとき、第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値は、二次電池の内部抵抗値と比較して過大とならないように適宜設定される。 In the present invention, a capacitor is connected to one electrode side of the secondary battery via a series circuit of a first switch and a first resistor. One terminal of the capacitor is connected to the first switch and the first resistance side, and the other terminal is connected to the other electrode side of the secondary battery. Note that any electrode of the secondary battery is connected to a fixed potential, for example, grounded. When the first switch is turned on, the secondary battery is discharged and the capacitor is charged. Further, a second resistor is connected between the first resistor and the capacitor via a second switch. One terminal of the second resistor is connected to the capacitor side, and the other terminal is connected to the other electrode side of the rechargeable battery. When the first switch is turned off and the second switch is turned on after the capacitor is charged, the capacitor is discharged. Capacitor charging / discharging is switched by complementarily turning on / off the first switch and the second switch. At this time, the potential on one terminal side of the capacitor being charged and the potential on one terminal side of the capacitor being discharged are measured at multiple points in time, and time constants (τ chg , τ dchg ) are calculated based on these measured values. To do. A time constant during charging (τ chg = R chg C) in a circuit configuration including a secondary battery, a first resistor and a capacitor, and a time constant during discharge in a circuit configuration including a capacitor and a second resistor (τ dchg = From R dchg C), it is possible to calculate the internal resistance value of the secondary battery by canceling the internal resistance value of the capacitor using the known resistance values of the first resistance and the second resistance. At this time, the resistance values of the first resistor and the second resistor are appropriately set so as not to be excessive compared with the internal resistance value of the secondary battery.
本発明では、第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値は等しくしてあることで、充電時の時定数τchg と、放電時の時定数τdchgとの差分をとり、第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値の成分を除去でき、容易に二次電池の内部抵抗値を算出することが可能となる。 In the present invention, since the resistance values of the first resistor and the second resistor are equal, the difference between the time constant τ chg at the time of charging and the time constant τ dchg at the time of discharging is taken to obtain the first resistance and the second resistance. The resistance value component of the resistor can be removed, and the internal resistance value of the secondary battery can be easily calculated.
本発明では、算出された充電時の時定数τchg と、放電時の時定数τdchgとの差分をコンデンサの容量で除して二次電池の内部抵抗値として算出する。充電時の回路構成が二次電池の内部抵抗、第1抵抗及びコンデンサが直列的に接続される構成であるので、充電時の時定数τchg (=Rchg C)は二次電池の内部抵抗値Rb、第1抵抗の抵抗値R1及びコンデンサの内部抵抗値Rcを用い、
τchg =(Rb+R1+Rc)C …(1)
と表すことができる。同様に、放電時の回路構成がコンデンサ及び第2抵抗が直接的に接続される構成であるので、放電時の時定数τdchg(=RdchgC)はコンデンサの内部抵抗値Rc及び第2抵抗の抵抗値R2(=R1)を用い、
τchg =(Rc+R1)C …(2)
と表すことができる。したがって、時定数の差分(=式(1)−式(2))をコンデンサの容量Cで除すことで二次電池の内部抵抗値Rbを算出することができる。このとき、第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値が等しいために差分をとるのみで算出が可能であり、コンデンサが経年劣化又は温度依存により内部抵抗値が変化したとしても相殺される。
In the present invention, the difference between the calculated time constant τ chg during charging and the time constant τ dchg during discharging is divided by the capacity of the capacitor to calculate the internal resistance value of the secondary battery. Since the circuit configuration at the time of charging is a configuration in which the internal resistance of the secondary battery, the first resistor and the capacitor are connected in series, the time constant τ chg (= R chg C) at the time of charging is the internal resistance of the secondary battery. Using the value Rb, the resistance value R1 of the first resistor, and the internal resistance value Rc of the capacitor,
τ chg = (Rb + R1 + Rc) C (1)
It can be expressed as. Similarly, since the circuit configuration at the time of discharge is such that the capacitor and the second resistor are directly connected, the time constant τ dchg (= R dchg C) at the time of discharge is the internal resistance value Rc and the second resistance of the capacitor. Resistance value R2 (= R1) of
τ chg = (Rc + R1) C (2)
It can be expressed as. Therefore, the internal resistance value Rb of the secondary battery can be calculated by dividing the time constant difference (= expression (1) −expression (2)) by the capacitance C of the capacitor. At this time, since the resistance values of the first resistor and the second resistor are equal, calculation is possible only by taking a difference, and even if the internal resistance value of the capacitor changes due to aging or temperature dependence, it is canceled out.
本発明では、コンデンサは電気二重層キャパシタである。内部抵抗が比較的低いために二次電池の内部抵抗の算出に影響が少なく、また、充放電による劣化が少ない。   In the present invention, the capacitor is an electric double layer capacitor. Since the internal resistance is relatively low, there is little influence on the calculation of the internal resistance of the secondary battery, and deterioration due to charge / discharge is small.
本発明による場合、突入電流時の電圧値及び電流値を用いるのではなく、二次電池からのコンデンサへの充電時の電位変化の時定数を用いて算出するから、突入電流時の瞬間値よりも誤差が少ない充電時の電圧値を用いるので算出される内部抵抗値の精度が高まる。しかも、コンデンサの充放電時の時定数を用い、各抵抗の抵抗値、及びコンデンサの内部抵抗値を相殺して算出するので、二次電池以外の回路構成要素の経年劣化による内部抵抗値の変化及び内部抵抗値の温度依存の影響も回避できる。   In the case of the present invention, instead of using the voltage value and current value at the time of inrush current, it is calculated using the time constant of the potential change at the time of charging the capacitor from the secondary battery, so from the instantaneous value at the time of inrush current However, since the voltage value at the time of charging with a small error is used, the accuracy of the calculated internal resistance value is increased. In addition, the time constant at the time of charging and discharging the capacitor is used to calculate the resistance value of each resistor and the internal resistance value of the capacitor, so the change in the internal resistance value due to aging of circuit components other than the secondary battery In addition, the temperature dependency of the internal resistance value can be avoided.
また、コンデンサが電気二重層キャパシタで構成され、二次電池の電圧が電気二重層キャパシタの電圧以下である場合、電気二重層キャパシタと二次電池とが接続されたままとなったとしても、電気二重層キャパシタの電位が二次電池の電位と等しくなったところで電気二重層キャパシタへの充電、つまり二次電池からの放電は停止するので、二次電池からの過放電のリスクも回避することができる。   In addition, when the capacitor is composed of an electric double layer capacitor and the voltage of the secondary battery is equal to or lower than the voltage of the electric double layer capacitor, even if the electric double layer capacitor and the secondary battery remain connected, When the electric potential of the double layer capacitor becomes equal to the electric potential of the secondary battery, charging to the electric double layer capacitor, that is, discharging from the secondary battery is stopped, so that the risk of overdischarge from the secondary battery can be avoided. it can.
本実施の形態における状態検知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the state detection apparatus in this Embodiment. 本実施の形態における状態検知装置の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the state detection apparatus in this Embodiment. 本実施の形態におけるコンデンサの電圧変化(充電時)を示すグラフである。It is a graph which shows the voltage change (at the time of charge) of the capacitor | condenser in this Embodiment. 本実施の形態における状態検知装置の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure of the state detection apparatus in this Embodiment. 本実施の形態におけるコンデンサの電圧変化(放電時)を示すグラフである。It is a graph which shows the voltage change (at the time of discharge) of the capacitor | condenser in this Embodiment.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
なお、以下の実施の形態では、車両に搭載される車載負荷へ電力を供給するバッテリの状態検知について説明する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
In the following embodiments, detection of the state of a battery that supplies power to a vehicle-mounted load mounted on a vehicle will be described.
図1は、本実施の形態における状態検知装置の構成を示すブロック図である。状態検知装置3は、負極側が接地された鉛電池であるバッテリ1と、バッテリ1から給電を受ける負荷2との間の正電圧側(+B)に接続される。負荷2は例えば、複数のECU(Electronic Controller Unit)である。各ECUは電力線にバス型に接続され、給電される。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a state detection device according to the present embodiment. The state detection device 3 is connected to the positive voltage side (+ B) between the battery 1, which is a lead battery whose negative electrode side is grounded, and the load 2 that receives power from the battery 1. The load 2 is, for example, a plurality of ECUs (Electronic Controller Units). Each ECU is connected to a power line in a bus shape and is supplied with power.
状態検知装置3は、第1スイッチ31、第1抵抗32、コンデンサ33、第2スイッチ34及び第2抵抗35、並びにこれらを制御する制御部36を含んで構成される。   The state detection device 3 includes a first switch 31, a first resistor 32, a capacitor 33, a second switch 34, a second resistor 35, and a control unit 36 that controls them.
コンデンサ33は、一方の端子がバッテリ1の正電圧側に接続され、他方の端子が接地されてバッテリ1と並列関係に接続されている。バッテリ1の正電圧側とコンデンサ33の一方の端子との間には第1スイッチ31及び第1抵抗32の直列回路が接続されている。第1スイッチ31がオンとなることにより、バッテリ1の正電圧側とコンデンサ33とが第1抵抗32を介して接続され、コンデンサ33へ充電が可能である。第1スイッチ31は、状態検知のための測定を行なわないときにはオフである。第1抵抗32とコンデンサ33の正電極との間には、第2スイッチ34を介して第2抵抗35が接続されている。第2抵抗35の、第2スイッチと反対側の一端は、接地されている。第2スイッチ34がオンとなることにより、コンデンサ33と第2抵抗35とが接続され、充電されたコンデンサ33が放電し、第2抵抗35に電流が流れる。   The capacitor 33 has one terminal connected to the positive voltage side of the battery 1 and the other terminal grounded and connected in parallel with the battery 1. A series circuit of a first switch 31 and a first resistor 32 is connected between the positive voltage side of the battery 1 and one terminal of the capacitor 33. When the first switch 31 is turned on, the positive voltage side of the battery 1 and the capacitor 33 are connected via the first resistor 32, and the capacitor 33 can be charged. The first switch 31 is off when no measurement for state detection is performed. A second resistor 35 is connected between the first resistor 32 and the positive electrode of the capacitor 33 via a second switch 34. One end of the second resistor 35 opposite to the second switch is grounded. When the second switch 34 is turned on, the capacitor 33 and the second resistor 35 are connected, the charged capacitor 33 is discharged, and a current flows through the second resistor 35.
制御部36は、CPU(Central Processing Unit)又はMPU(Micro Processing Unit)などのプロセッサを用い、第1スイッチ31及び第2スイッチ34のオン/オフを制御する。制御部36は図示しないメモリに情報を記憶することが可能である。また制御部36は電圧検知素子を含み、コンデンサ33のバッテリ1側の端子の電位を測定する。   The control unit 36 uses a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro Processing Unit) to control on / off of the first switch 31 and the second switch 34. The control unit 36 can store information in a memory (not shown). The control unit 36 includes a voltage detection element, and measures the potential of the terminal of the capacitor 33 on the battery 1 side.
このように構成される状態検知装置3は定期的に、又はエンジンが停止されたときなどの何らかのきっかけが検出されたときに、制御部36の制御によりバッテリ1の内部抵抗値を算出し、内部抵抗値の変化によってバッテリ1の状態を検知する。例えば、状態検知装置3は内部抵抗値が所定値よりも増大した場合、バッテリ1が劣化状態であると判断し、警告ランプを点灯させる。内部抵抗値を用いた劣化状態の判断の方法については多様な公知の方法を用いればよい。   The state detection device 3 configured in this way calculates the internal resistance value of the battery 1 under the control of the control unit 36 periodically or when any trigger is detected such as when the engine is stopped. The state of the battery 1 is detected by a change in resistance value. For example, when the internal resistance value increases above a predetermined value, the state detection device 3 determines that the battery 1 is in a deteriorated state and turns on the warning lamp. Various known methods may be used as a method of determining the deterioration state using the internal resistance value.
状態検知装置3の制御部36によるバッテリ1の内部抵抗値の測定について詳細を説明する。制御部36は例えば、エンジンの始動前に、以下に説明するように第1スイッチ31と第2スイッチ34とをオン/オフし、その間のコンデンサ33の電圧値を複数時点で測定してバッテリ1の内部抵抗値を算出する。   Details of the measurement of the internal resistance value of the battery 1 by the control unit 36 of the state detection device 3 will be described. For example, before starting the engine, the control unit 36 turns on / off the first switch 31 and the second switch 34 as will be described below, and measures the voltage value of the capacitor 33 between them at a plurality of points in time. The internal resistance value of is calculated.
まず制御部36は、状態検知のための測定を開始するために、第1スイッチ31をオン、第2スイッチ34をオフとする。図2は、本実施の形態における状態検知装置3の回路構成を示すブロック図である。図2に示す回路構成は、第1スイッチ31がオン、第2スイッチ34がオフである場合を示している。図2中、Rbはバッテリ1の内部抵抗値を表し、Rcはコンデンサ33の内部抵抗値を表す。Cはコンデンサ33の容量を表す。R1は第1抵抗32及び第2抵抗35の抵抗値を表す。つまり本実施の形態では、第1抵抗32及び第2抵抗35の抵抗値は等しくしてある。   First, the control unit 36 turns on the first switch 31 and turns off the second switch 34 in order to start measurement for state detection. FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of the state detection device 3 in the present embodiment. The circuit configuration shown in FIG. 2 shows a case where the first switch 31 is on and the second switch 34 is off. In FIG. 2, Rb represents the internal resistance value of the battery 1, and Rc represents the internal resistance value of the capacitor 33. C represents the capacity of the capacitor 33. R1 represents the resistance value of the first resistor 32 and the second resistor 35. That is, in the present embodiment, the resistance values of the first resistor 32 and the second resistor 35 are equal.
制御部36が第2スイッチ34をオフ、第1スイッチ31をオンとすると、バッテリ1からの放電が行なわれ、コンデンサ33への充電が図2中の矢印に示すように開始される。そしてコンデンサ33の電位がバッテリ1の電位と等しくなった時点で充電は完了する。この充電が完了するまでの間に、制御部36は電圧値を複数時点で測定し、内蔵する図示しないメモリに記憶する。なお、コンデンサ33が電気二重層キャパシタであり、その耐圧(使用可能上限電圧)がバッテリ1の電圧より低い場合、制御部36は、コンデンサ33の電位が耐圧に達したところで充電を停止するように両スイッチを制御する。   When the control unit 36 turns off the second switch 34 and turns on the first switch 31, the battery 1 is discharged, and charging of the capacitor 33 is started as shown by the arrow in FIG. 2. Charging is completed when the potential of the capacitor 33 becomes equal to the potential of the battery 1. Until this charging is completed, the control unit 36 measures voltage values at a plurality of points in time and stores them in a built-in memory (not shown). When the capacitor 33 is an electric double layer capacitor and its withstand voltage (usable upper limit voltage) is lower than the voltage of the battery 1, the control unit 36 stops charging when the potential of the capacitor 33 reaches the withstand voltage. Control both switches.
図3は、本実施の形態におけるコンデンサ33の電圧変化(充電時)を示すグラフである。横軸に時間の経過を示し、縦軸はコンデンサ33の電圧を示す。なお図3に示すグラフは、バッテリ1からの充電による電圧変化をシミュレーションして得た結果を、時定数τの10倍の時間までプロットしたものである。   FIG. 3 is a graph showing the voltage change (during charging) of the capacitor 33 in the present embodiment. The horizontal axis shows the passage of time, and the vertical axis shows the voltage of the capacitor 33. The graph shown in FIG. 3 is obtained by plotting the results obtained by simulating the voltage change due to charging from the battery 1 up to a time 10 times the time constant τ.
制御部36は、図3のグラフに示す電圧変化の内、複数の時点で測定し、測定結果に基づき電圧変化を近似によって求めればよい。そして制御部36は、電圧の時間変化から時定数τchg を求める。このとき時定数τchg は、上述したように式(1)で表わされる。
τchg =Rchg C=(Rb+R1+Rc)C …(1)
The control unit 36 may measure at a plurality of time points among the voltage changes shown in the graph of FIG. 3 and obtain the voltage change by approximation based on the measurement result. And the control part 36 calculates | requires time constant (tau) chg from the time change of a voltage. At this time, the time constant τ chg is expressed by the equation (1) as described above.
τ chg = R chg C = (Rb + R1 + Rc) C (1)
次に制御部36は、第1スイッチ31をオフ、第2スイッチ34をオンとする。なお、第1スイッチをオンとしてからオフとするまでは例えば1分間待機する。図4は、本実施の形態における状態検知装置3の回路構成を示すブロック図である。図4に示す回路構成は、第1スイッチ31がオフ、第2スイッチ34がオンである場合を示している。   Next, the control unit 36 turns off the first switch 31 and turns on the second switch 34. Note that, for example, one minute is waited from when the first switch is turned on to when it is turned off. FIG. 4 is a block diagram illustrating a circuit configuration of the state detection device 3 according to the present embodiment. The circuit configuration shown in FIG. 4 shows a case where the first switch 31 is off and the second switch 34 is on.
制御部36が第1スイッチ31をオフ、第2スイッチ34をオンとすると、コンデンサ33はバッテリ1とは切断され、充電されたコンデンサ33のバッテリ1側の端子は第2抵抗35を介して接地される。したがってコンデンサ33からの放電が図4中の矢印に示すように開始される。そしてコンデンサ33の電位が接地電位(ゼロV)と等しくなった時点で放電は終了する。この放電が終了するまでの間に、制御部36は電圧値を複数時点で測定し、内蔵する図示しないメモリに記憶する。   When the control unit 36 turns off the first switch 31 and turns on the second switch 34, the capacitor 33 is disconnected from the battery 1, and the terminal on the battery 1 side of the charged capacitor 33 is grounded via the second resistor 35. Is done. Therefore, discharging from the capacitor 33 is started as shown by the arrow in FIG. The discharge ends when the potential of the capacitor 33 becomes equal to the ground potential (zero V). Until this discharge is completed, the control unit 36 measures voltage values at a plurality of points in time and stores them in a built-in memory (not shown).
図5は、本実施の形態におけるコンデンサ33の電圧変化(放電時)を示すグラフである。横軸に時間の経過を示し、縦軸はコンデンサ33の電圧を示す。なお図5に示すグラフは、放電による電圧変化をシミュレーションして得た結果を、時定数τの10倍の時間までプロットしたものである。   FIG. 5 is a graph showing a voltage change (when discharging) of the capacitor 33 in the present embodiment. The horizontal axis shows the passage of time, and the vertical axis shows the voltage of the capacitor 33. The graph shown in FIG. 5 is obtained by plotting the results obtained by simulating the voltage change due to the discharge up to a time 10 times the time constant τ.
制御部36は、図5のグラフに示す電圧変化の内、複数の時点で測定し、測定結果に基づき電圧変化を近似によって求めればよい。そして制御部36は、電圧の時間変化から時定数τdchgを求める。このとき時定数τdchgは、上述したように式(2)で表わされる。
τdchg=Rdchg C=(R1+Rc)C …(2)
The control unit 36 may measure the voltage changes shown in the graph of FIG. 5 at a plurality of time points and obtain the voltage change by approximation based on the measurement result. And the control part 36 calculates | requires time constant (tau) dchg from the time change of a voltage. At this time, the time constant τ dchg is expressed by the equation (2) as described above.
τ dchg = R dchg C = (R1 + Rc) C (2)
そして制御部36は、求めた時定数τchg 及びτdchgを用いてバッテリ1の内部抵抗値Rbを算出する。具体的には、式(1)から式(2)を減算する。減算結果は式(3)となる。
τchg −τdchg=RbC …(3)
減算結果をコンデンサ33の容量Cで除算すれば、以下の式(4)のように、バッテリ1の内部抵抗値Rbを算出することが可能である。
τchg −τdchg/C=Rb …(4)
Then, the control unit 36 calculates the internal resistance value Rb of the battery 1 using the obtained time constants τ chg and τ dchg . Specifically, equation (2) is subtracted from equation (1). The subtraction result is expressed by equation (3).
τ chg −τ dchg = RbC (3)
If the subtraction result is divided by the capacitance C of the capacitor 33, the internal resistance value Rb of the battery 1 can be calculated as in the following equation (4).
τ chg −τ dchg / C = Rb (4)
なお、上述の式(1)〜(4)のようにしてバッテリ1の内部抵抗値Rbを精度よく算出するためには、第1抵抗32及び第2抵抗35の抵抗値R1、コンデンサ33の容量Cなどを適切に設定して構成すべきである。抵抗値R1、コンデンサ33の容量Cは例えば以下のように設定される。車両に搭載される鉛電池であるバッテリ1の内部抵抗値Rbは、約10〜30mΩである。この内部抵抗値Rbの変化を検出するためには、R1は内部抵抗値Rbと同程度から少し大きい値とすべきである。そこで、例えば0.1Ω程度のものを用いる。またコンデンサ33の容量Cについては、コンデンサ33が電気二重層キャパシタで構成される場合、バッテリ1の満充電時の出力電圧が12.8Vであるとすれば、電気二重層キャパシタの1セル当たりの耐圧は2.3〜2.5Vであるからキャパシタを6直列とし、1つが60Fのものを用いて10F以下となるようにする。なお、内部抵抗値Rbを算出するための電圧値の変化を十分に測定するため、時定数の5〜10倍程度が1分間となる程度に適宜容量Cを設計により決めることが望ましい。コンデンサ33の内部抵抗値Rcも、内部抵抗値Rbの変化を検出するために同程度又は少し大きい値とすべきである。そこで、0.1〜0.3Ω・Fのコンデンサを用いることが望ましい。ただし、各構成要素の抵抗値又は容量は、これらの数値に限定されず、冷却するなどにより調整することも可能である。   In order to calculate the internal resistance value Rb of the battery 1 with high accuracy as in the above formulas (1) to (4), the resistance value R1 of the first resistor 32 and the second resistor 35 and the capacitance of the capacitor 33 are calculated. It should be configured with C set appropriately. For example, the resistance value R1 and the capacitance C of the capacitor 33 are set as follows. The internal resistance value Rb of the battery 1 that is a lead battery mounted on the vehicle is about 10 to 30 mΩ. In order to detect the change in the internal resistance value Rb, R1 should be a value that is about the same as or slightly larger than the internal resistance value Rb. Therefore, for example, the one with about 0.1Ω is used. As for the capacitance C of the capacitor 33, when the capacitor 33 is composed of an electric double layer capacitor, if the output voltage when the battery 1 is fully charged is 12.8V, the capacitance per capacitor of the electric double layer capacitor is 12.8V. Since the withstand voltage is 2.3 to 2.5 V, six capacitors are connected in series, and one capacitor is 60 F so that it is 10 F or less. In order to sufficiently measure the change in the voltage value for calculating the internal resistance value Rb, it is desirable to appropriately determine the capacity C by design so that about 5 to 10 times the time constant is 1 minute. The internal resistance value Rc of the capacitor 33 should also be the same or slightly larger value in order to detect a change in the internal resistance value Rb. Therefore, it is desirable to use a capacitor of 0.1 to 0.3Ω · F. However, the resistance value or capacity of each component is not limited to these numerical values, and can be adjusted by cooling or the like.
なお、本実施の形態における状態検知装置3では、大電流が流れることが考えられるため、配線は大電流に耐えうる構成とすべきである。   In the state detection device 3 according to the present embodiment, since a large current can be considered to flow, the wiring should be configured to withstand the large current.
このようにして、コンデンサ33の充電時及び放電時における時定数τchg ,τdchgを求めて内部抵抗値Rbを算出する構成により、精度良く内部抵抗値Rbを算出することが可能である。したがって、より精度良くバッテリ1の状態を検知することが可能となる。 In this way, the internal resistance value Rb can be calculated with high accuracy by the configuration in which the internal resistance value Rb is calculated by obtaining the time constants τ chg and τ dchg when the capacitor 33 is charged and discharged. Therefore, the state of the battery 1 can be detected with higher accuracy.
また、本実施の形態では、車載のバッテリ1の内部抵抗値Rbを算出するために状態検知装置3を用いる。コンデンサ33もバッテリ1の近傍に設置される状態検知装置3内部に備えられるから、車両内の温度変化の影響を当然受ける。したがって、コンデンサ33の内部抵抗値Rcも変動するが、式(1)〜(4)に示したようにコンデンサ33の内部抵抗値Rcはバッテリ1の内部抵抗値Rbの算出過程で相殺される。第1抵抗32及び第2抵抗35の抵抗値R1など、バッテリ1以外の要素の変化は算出過程で相殺されるので、経年劣化及び温度変化による各要素の値の影響を受けることなくバッテリ1の内部抵抗値Rbを算出することができる点、優れた効果を奏する。   Moreover, in this Embodiment, in order to calculate the internal resistance value Rb of the vehicle-mounted battery 1, the state detection apparatus 3 is used. Since the capacitor 33 is also provided inside the state detection device 3 installed in the vicinity of the battery 1, it is naturally affected by the temperature change in the vehicle. Therefore, although the internal resistance value Rc of the capacitor 33 also fluctuates, the internal resistance value Rc of the capacitor 33 is canceled in the process of calculating the internal resistance value Rb of the battery 1 as shown in the equations (1) to (4). Since changes in elements other than the battery 1 such as the resistance values R1 of the first resistor 32 and the second resistor 35 are canceled in the calculation process, the battery 1 is not affected by the value of each element due to aging and temperature change. The internal resistance value Rb can be calculated, and an excellent effect is achieved.
また、本実施の形態における状態検知装置3の構成では、制御部36の誤動作などによって第1スイッチ31がオンのままとなり、バッテリ1とコンデンサ33とが接続されたままとなったとしても、コンデンサ33の電位がバッテリ1の電位と等しくなった場合に放電は停止するので、過放電のリスクも回避することができるといった効果も奏する。   Further, in the configuration of the state detection device 3 according to the present embodiment, even if the first switch 31 remains on and the battery 1 and the capacitor 33 remain connected due to a malfunction of the control unit 36, the capacitor Since the discharge is stopped when the potential of 33 becomes equal to the potential of the battery 1, the risk of overdischarge can be avoided.
本実施の形態では、状態検知装置3はバッテリ1の正電圧側に接続される構成とした。しかしながら本発明はこれに限らず、バッテリの正電圧側を固定電位に接続し、バッテリの負電圧側に状態検知装置を接続して内部抵抗値を算出し、状態を検知する構成としてもよい。   In the present embodiment, the state detection device 3 is connected to the positive voltage side of the battery 1. However, the present invention is not limited to this, and the positive voltage side of the battery may be connected to a fixed potential, and the state detection device may be connected to the negative voltage side of the battery to calculate the internal resistance value and detect the state.
本実施の形態では、状態検知装置3は車両に搭載される鉛電池であるバッテリ1の充電状態を検知する装置として構成され、車載のバッテリ1の内部抵抗値を算出して状態を検知する構成とした。しかしながら本発明はこれに限らず、鉛電池以外の電池の内部抵抗値の算出にも適用でき、車載バッテリのみならず二次電池の充電状態を検知する装置として広く使用することが可能である。   In the present embodiment, the state detection device 3 is configured as a device that detects the state of charge of the battery 1 that is a lead battery mounted on the vehicle, and detects the state by calculating the internal resistance value of the vehicle-mounted battery 1. It was. However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to the calculation of the internal resistance value of batteries other than lead batteries, and can be widely used as a device for detecting the state of charge of not only the in-vehicle battery but also the secondary battery.
開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   The disclosed embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 バッテリ(二次電池)
3 状態検知装置(内部抵抗値算出装置)
31 第1スイッチ
32 第1抵抗
33 コンデンサ(電気二重層キャパシタ)
34 第2スイッチ
35 第2抵抗
36 制御部(測定する手段、算出する手段)
1 Battery (secondary battery)
3 State detection device (Internal resistance value calculation device)
31 First switch 32 First resistor 33 Capacitor (electric double layer capacitor)
34 second switch 35 second resistor 36 control unit (measuring means, calculating means)

Claims (5)

  1. 二次電池の一方の電極側に、第1スイッチ及び第1抵抗の直列回路を介して一端子が接続され、他端子が前記二次電池の他方の電極側に接続されるコンデンサと、
    第1抵抗及び前記コンデンサの間に第2スイッチを介して一端子が接続され、他端子が前記二次電池の他方の電極側に接続される第2抵抗と、
    第1スイッチ及び第2スイッチを相補的にオン/オフして前記コンデンサの充放電を切り替える手段と、
    該手段による切り替え後の前記コンデンサの一端子側の電位を複数時点で測定する手段と、
    測定した複数時点での電位に基づき、前記コンデンサへの充電時の時定数及び放電時の時定数を算出する手段と、
    算出された充電時及び放電時の時定数から前記二次電池の内部抵抗値を算出する手段と
    を備えることを特徴とする内部抵抗値算出装置。
    A capacitor having one terminal connected to one electrode side of the secondary battery via a series circuit of a first switch and a first resistor and the other terminal connected to the other electrode side of the secondary battery;
    A second resistor in which one terminal is connected between the first resistor and the capacitor via a second switch, and the other terminal is connected to the other electrode side of the secondary battery;
    Means for switching between charging and discharging of the capacitor by complementarily turning on and off the first switch and the second switch;
    Means for measuring the potential on one terminal side of the capacitor after switching by the means at a plurality of points;
    Based on the measured potential at a plurality of time points, a means for calculating a time constant at the time of charging the capacitor and a time constant at the time of discharging;
    An internal resistance value calculation device comprising: means for calculating an internal resistance value of the secondary battery from the calculated time constants during charging and discharging.
  2. 第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値は略等しいこと
    を特徴とする請求項1に記載の内部抵抗値算出装置。
    The internal resistance value calculation device according to claim 1, wherein the resistance values of the first resistor and the second resistor are substantially equal.
  3. 算出された充電時及び放電時の差分を前記コンデンサの容量で除して前記二次電池の内部抵抗値を算出するようにしてあること
    を特徴とする請求項2に記載の内部抵抗値算出装置。
    The internal resistance value calculation device according to claim 2, wherein the calculated internal resistance value of the secondary battery is calculated by dividing the calculated difference between charging and discharging times by the capacity of the capacitor. .
  4. 前記コンデンサは電気二重層キャパシタであること
    を特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の内部抵抗値算出装置。
    The internal resistance value calculation device according to claim 1, wherein the capacitor is an electric double layer capacitor.
  5. 二次電池の一方の電極側に、第1スイッチ及び第1抵抗の直列回路を介してコンデンサの一端子を接続し、該コンデンサの他端子を前記二次電池の他方の電極側に接続し、第1抵抗及び前記コンデンサの間に第2スイッチを介して第2抵抗の一端子を接続し、他端子を前記二次電池の他方の電極側に接続しておき、
    第1スイッチをオン、第2スイッチをオフとして前記コンデンサを前記二次電池の供給電力により充電し、
    充電を開始してからの前記コンデンサの一端子側の電位を複数時点で測定し、
    第2スイッチをオフ、第2スイッチをオンとして前記コンデンサを放電させ、
    放電を開始させてからの前記コンデンサの一端子側の電位を複数時点で測定し、
    測定した複数時点での電位に基づき、前記コンデンサへの充電時の時定数及び放電時の時定数を算出し、
    算出された充電時及び放電時の時定数から前記二次充電池の内部抵抗値を算出する
    ことを特徴とする内部抵抗値算出方法。
    One terminal of a capacitor is connected to one electrode side of the secondary battery via a series circuit of a first switch and a first resistor, and the other terminal of the capacitor is connected to the other electrode side of the secondary battery, One terminal of the second resistor is connected between the first resistor and the capacitor via a second switch, and the other terminal is connected to the other electrode side of the secondary battery,
    The first switch is turned on, the second switch is turned off, and the capacitor is charged with the power supplied from the secondary battery,
    Measure the potential on one terminal side of the capacitor after starting charging at multiple points in time,
    The second switch is turned off and the second switch is turned on to discharge the capacitor.
    Measure the potential of one terminal side of the capacitor after starting the discharge at multiple points in time,
    Based on the measured potential at multiple points in time, calculate the time constant when charging the capacitor and the time constant when discharging,
    An internal resistance value calculation method, wherein the internal resistance value of the secondary rechargeable battery is calculated from the calculated time constants during charging and discharging.
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