JP2013238404A - 組電池のセルの状態推定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
組電池のセルの状態推定装置は、組電池1の起動時に組電池1を構成する各セル1a〜1nの初期開放電圧Cell-OCV-intをそれぞれ測定する各セル初期開放電圧測定手段2a〜2nと、各セル開放電圧に基づいて各セル初期開放電圧充電率Cell-SOC-intをそれぞれ推定する各セル初期開放電圧充電率推定手段8と、組電池1を流れる充放電電流に基づいて起動時から現在までの電流積算値を算出し、電流積算値に基づいて組電池1の全体充電率変化量Total-ΔSOCを推定する充電率変化量推定手段12と、各セル初期開放電圧充電率Cell-OCV-intから充電率変化量Total-ΔSOCを減算することで各セル1a〜1nの充電率SOCをそれぞれ算出する各セル充電率算出手段11と、を備える。
【選択図】図1
Description
SOCを推定するコンポーネントは、SOCが電池の内部状態の予測を行うコンポーネントと、上記内部状態の予測の不確実性の予測するコンポーネントと、内部状態の予測と不確実性の予測を補正するコンポーネントと、カルマン・フィルタあるいは拡張カルマン・フィルタの少なくとも一方で構成されて上記補正を繰り返すアルゴリズムを適用してSOCに対して行う推定とSOC推定に対する不確実性を算出するコンポーネントと、を有している。
上記従来の組電池のセルの状態推定装置では、現在の電池の状態を複数のセルから構成された組電池全体の全体電圧(総合電圧)から算出するようにしている。この場合、組電池を構成するセル間に残量のばらつきがあると、組電池の使用可能な正しい残量を求めることができない。
すなわち、複数のセルが直列に接続された組電池の場合、組電池の使用可能量は残量の少ないセルに依存する一方、充電可能量は残量が多いセルに依存する。この結果、充放電時にあって組電池の状態を正確に把握するには、セルごとの残量を知る必要がある。
この場合、上記従来の組電池のセルの状態推定装置で実行している充電率推定方法を用いてセルごとにその充電率を算出しようとすると、電気自動車用組電池のようにセルが多い場合にはその演算処理が大変となる。
組電池の起動時に組電池を構成する各セルの初期開放電圧をそれぞれ測定する各セル初期開放電圧測定手段と、
各セル開放電圧測定手段で測定した各セル開放電圧に基づいて各セル初期開放電圧充電率をそれぞれ推定する各セル初期開放電圧充電率推定手段と、
組電池を流れる充放電電流に基づいて起動時から現在までの電流積算値を算出し、電流積算値に基づいて組電池の全体充電率変化量を推定する充電率変化量推定手段と、
各セル初期開放電圧充電率推定手段で得た各セル初期開放電圧充電率から、充電率変化量推定手段で得た充電率変化量を減算することで各セルの充電率をそれぞれ算出する各セル充電率算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
組電池の起動時に組電池を構成する各セルの初期開放電圧をそれぞれ測定する各セル初期開放電圧測定手段と、
各セル開放電圧測定手段で測定した各セル開放電圧に基づいて各セル初期開放電圧充電率をそれぞれ推定する各セル初期開放電圧充電率推定手段と、
各セルの起動時および電源停止時後一定時間以上経過した時の開放電圧と、組電池を流れる充放電量と、に基づいて各セルの健全度をそれぞれ推定する各セル健全度推定手段と、
組電池を流れる充放電電流に基づいて起動時から現在までの電流積算値を算出し、電流積算値および各セル健全度推定手段で得た各セルの健全度に基づいて組電池の各セルの充電率変化量を推定する充電率変化量推定手段と、
各セル初期開放電圧充電率推定手段で得た各セル初期開放電圧充電率から、充電率変化量推定手段で得た現在の各セルの充電率変化量を減算することで各セルの充電率をそれぞれ算出する各セル充電率算出手段と、
を備えた、
ことを特徴とする。
組電池に流れる充放電電流を測定する充放電電流測定手段と、
組電池の全体電圧を測定する全体電圧測定手段と、
組電池の起動時に組電池を構成する各セルの初期開放電圧をそれぞれ測定する各セル初期開放電圧測定手段と、
各セル開放電圧測定手段で測定した各セル開放電圧に基づいて各セル初期開放電圧充電率を、また組電池の起動時に全体電圧測定手段で測定した初期全体開放電圧に基づいて全体初期開放電圧充電率をそれぞれ推定する初期開放電圧充電率推定手段と、
全体電圧測定手段で得た全体電圧および充放電電流測定手段で得た充放電電流に基づきカルマン・フィルタを用いて現在の開放電圧を推定してこの現在の開放電圧に基づいて得た現在の開放電圧充電率と初期開放電圧充電率推定手段で得た全体初期開放電圧充電率とから充電率変化量を推定する充電率変化量推定手段と、
各セル初期開放電圧充電率推定手段で得た各セル初期開放電圧充電率から、充電率変化量推定手段で得た充電率変化量を加算することで各セルの充電率をそれぞれ算出する各セル充電率算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
なお、図2は、図示しない電源を起動してから走行し車両停車放置した間の充放電電流(図2の上半部)と充電率(図2の下半部)との状態示す。
なお、本実施例では、組電池1は、電気自動車の電源として用いる。
なお、端子電圧測定部2は、本発明の各セルの初期開放電圧測定手段に相当する。
なお、充放電流測定部3は、本発明の充放電電流測定手段に相当する。
初期電圧保存部7は、図示しないイグニッション・キーにより電源起動が行われると、この電源起動時(図2中、時点A)における各セル1a〜1nの端子電圧を、セル電圧測定部2a〜2nからそれぞれ読み込み、記憶保存する。
なお、電源起動時におけるこれらの端子電圧は、充放電が所定時間以上なされず分極反応が緩和しているので、開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)に等しいとみなせる。したがって、初期電圧保存部7は、電源起動時における各セルの初期開放電圧を記憶保持することとなり、これらの値を開放電圧−充電率算出部8へ出力する。
なお、加算部12については、後で説明する。
電流積算部13は、電流測定部3から入力される充放電電流を電源起動時から現在の観測点(たとえば、図2中、時点B)まで積算していき、この電流積算量(電荷変化量)を除算部14へ出力する。
なお、減算部11は、本発明の各セル充電率算出手段に相当する。
この結果、走行可能距離の推定や充電可能量の推定の精度を向上させることができる。
実施例2の組電池のセルの状態推定装置は、各セルの健全度算出部15が追加される他、電流積算充電率変化量算出部12の構成が実施例1と異なる。
なお、各セルの健全度算出部15は、本発明の各セルの健全度算出手段に相当する。
これらの値は、除算部18へ出力される。
これらの値は、乗算部16へ出力される。
また、時点A〜時点C間での電流積算充電率変化量ΔSOCiが所定値以上の場合に時点Cでの測定電圧の記憶保持を行い、所定値より小さい場合は、時点Cでの測定電圧の記憶保持は行わないようにして、推定精度が低くならないようにしている。
さらに、電源停止時から時点Cまでの期間が、電流が流れておらず、その期間が一定時間以上の場合に時点Cでの測定電圧の記憶保持を行い、一定時間より短い場合は、時点Cでの測定電圧の記憶保持は行わないようにして、推定精度が低くならないようにしている。
以上のような場合には、その前に算出した各セルの健全度を用いる。
実施例3の組電池のセルの状態推定装置にあっては、全体電圧測定部4が追加される。また、各セルの充電率算出部6および充電率変化量算出部12の構成が実施例1とそれぞれ一部異なる。
なお、全体電圧測定部4は、本発明の全体初期電圧測定手段に相当する。
なお、加算部22は、本発明の各セル充電率算出手段に相当する。
1a、1b、1m、1n セル
2 端子電圧測定部(開放電圧測定手段)
2a、2b、2m、2n セル電圧測定部(開放電圧測定手段)
3 充放電電流測定部(充放電電流測定手段)
4 全体端子電圧測定部(全体端子電圧測定手段)
5 マイクロ・コンピュータ
6 各セルの充電率算出部
7 初期電圧保存部
8 開放電圧−充電率算出部
11 減算部(各セル充電率算出手段)
12 充電率変化量算出部(充電率変化量算出手段)
13 電流積算部
14 除算部
15 各セルの健全度算出部(各セルの健全度算出手段)
16 乗算
17 減算部
18 除算部
19 モデルベース開放電圧推定部
20 開放電圧−充電率算出部
21 減算部
22 加算部(各セル充電率算出手段)
SOCを推定するコンポーネントは、SOCが電池の内部状態の予測を行うコンポーネントと、上記内部状態の予測の不確実性の予測するコンポーネントと、内部状態の予測と不確実性の予測を補正するコンポーネントと、カルマン・フィルタあるいは拡張カルマン・フィルタの少なくとも一方で構成されて上記補正を繰り返すアルゴリズムを適用してSOCに対して行う推定とSOC推定に対する不確実性を算出するコンポーネントと、を有している。
上記従来の組電池のセルの状態推定装置では、現在の電池の状態を複数のセルから構成された組電池全体の全体電圧(総合電圧)から算出するようにしている。この場合、組電池を構成するセル間に残量のばらつきがあると、組電池の使用可能な正しい残量を求めることができない。
すなわち、複数のセルが直列に接続された組電池の場合、組電池の使用可能量は残量の少ないセルに依存する一方、充電可能量は残量が多いセルに依存する。この結果、充放電時にあって組電池の状態を正確に把握するには、セルごとの残量を知る必要がある。
この場合、上記従来の組電池のセルの状態推定装置で実行している充電率推定方法を用いてセルごとにその充電率を算出しようとすると、電気自動車用組電池のようにセルが多い場合にはその演算処理が大変となる。
組電池に流れる充放電電流を測定する充放電電流測定手段と、
組電池の全体電圧を測定する全体電圧測定手段と、
組電池の起動時に組電池を構成する各セルの初期開放電圧をそれぞれ測定する各セル初期開放電圧測定手段と、
各セル開放電圧測定手段で測定した各セル開放電圧に基づいて各セル初期開放電圧充電率を、また組電池の起動時に全体電圧測定手段で測定した初期全体開放電圧に基づいて全体初期開放電圧充電率をそれぞれ推定する初期開放電圧充電率推定手段と、
全体電圧測定手段で得た全体電圧および充放電電流測定手段で得た充放電電流に基づきカルマン・フィルタを用いて現在の開放電圧を推定してこの現在の開放電圧に基づいて得た現在の開放電圧充電率と初期開放電圧充電率推定手段で得た全体初期開放電圧充電率とから充電率変化量を推定する充電率変化量推定手段と、
各初期開放電圧充電率推定手段で得た各セル初期開放電圧充電率から、充電率変化量推定手段で得た充電率変化量を加算することで各セルの充電率をそれぞれ算出する各セル充電率算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
<参考例1>
なお、図2は、図示しない電源を起動してから走行し車両停車放置した間の充放電電流(図2の上半部)と充電率(図2の下半部)との状態示す。
なお、本参考例では、組電池1は、電気自動車の電源として用いる。
なお、端子電圧測定部2は、本発明の各セル初期開放電圧測定手段に相当する。
なお、充放電流測定部3は、本発明の充放電電流測定手段に相当する。
初期電圧保存部7は、図示しないイグニッション・キーにより電源起動が行われると、この電源起動時(図2中、時点A)における各セル1a〜1nの端子電圧を、セル電圧測定部2a〜2nからそれぞれ読み込み、記憶保存する。
なお、電源起動時におけるこれらの端子電圧は、充放電が所定時間以上なされず分極反応が緩和しているので、開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)に等しいとみなせる。したがって、初期電圧保存部7は、電源起動時における各セルの初期開放電圧を記憶保持することとなり、これらの値を開放電圧−充電率算出部8へ出力する。
なお、加算部12については、後で説明する。
電流積算部13は、電流測定部3から入力される充放電電流を電源起動時から現在の観測点(たとえば、図2中、時点B)まで積算していき、この電流積算量(電荷変化量)を除算部14へ出力する。
この結果、走行可能距離の推定や充電可能量の推定の精度を向上させることができる。
<参考例2>
参考例2の組電池のセルの状態推定装置は、各セルの健全度算出部15が追加される他、電流積算充電率変化量算出部12の構成が参考例1と異なる。
これらの値は、除算部18へ出力される。
これらの値は、乗算部16へ出力される。
また、時点A〜時点C間での電流積算充電率変化量ΔSOCiが所定値以上の場合に時点Cでの測定電圧の記憶保持を行い、所定値より小さい場合は、時点Cでの測定電圧の記憶保持は行わないようにして、推定精度が低くならないようにしている。
さらに、電源停止時から時点Cまでの期間が、電流が流れておらず、その期間が一定時間以上の場合に時点Cでの測定電圧の記憶保持を行い、一定時間より短い場合は、時点Cでの測定電圧の記憶保持は行わないようにして、推定精度が低くならないようにしている。
以上のような場合には、その前に算出した各セルの健全度を用いる。
実施例1の組電池のセルの状態推定装置にあっては、全体電圧測定部4が追加される。また、各セルの充電率算出部6および充電率変化量算出部12の構成が参考例1とそれぞれ一部異なる。
なお、全体電圧測定部4は、本発明の全体電圧測定手段に相当する。
なお、加算部22は、本発明の各セル充電率算出手段に相当する。
1a、1b、1m、1n セル
2 端子電圧測定部(各セル初期開放電圧測定手段)
2a、2b、2m、2n セル電圧測定部
3 充放電電流測定部(充放電電流測定手段)
4 全体端子電圧測定部(全体電圧測定手段)
5 マイクロ・コンピュータ
6 各セルの充電率算出部
7 初期電圧保存部
8 開放電圧−充電率算出部(初期開放電圧充電率推定手段)
11 減算部
12 充電率変化量算出部
13 電流積算部
14 除算部
15 各セルの健全度算出部
16 乗算
17 減算部
18 除算部
19 モデルベース開放電圧推定部
20 開放電圧−充電率算出部
21 減算部(充電率変化量推定手段)
22 加算部(各セル充電率算出手段)
Claims (3)
- 組電池の起動時に該組電池を構成する各セルの初期開放電圧をそれぞれ測定する各セル初期開放電圧測定手段と、
該各セル開放電圧測定手段で測定した各セル開放電圧に基づいて各セル初期開放電圧充電率をそれぞれ推定する各セル初期開放電圧充電率推定手段と、
前記組電池を流れる充放電電流に基づいて前記起動時から現在までの電流積算値を算出し、該電流積算値に基づいて前記組電池の全体充電率変化量を推定する充電率変化量推定手段と、
前記各セル初期開放電圧充電率推定手段で得た前記各セル初期開放電圧充電率から、前記充電率変化量推定手段で得た前記充電率変化量を減算することで各セルの充電率をそれぞれ算出する各セル充電率算出手段と、
を備えたことを特徴とする組電池のセルの状態推定装置。 - 組電池の起動時に該組電池を構成する各セルの初期開放電圧をそれぞれ測定する各セル初期開放電圧測定手段と、
該各セル開放電圧測定手段で測定した各セル開放電圧に基づいて各セル初期開放電圧充電率をそれぞれ推定する各セル初期開放電圧充電率推定手段と、
前記各セルの起動時および電源停止時後一定時間以上経過した時の開放電圧と、前記組電池を流れる充放電量と、に基づいて前記各セルの健全度をそれぞれ推定する各セル健全度推定手段と、
前記組電池を流れる充放電電流に基づいて前記起動時から現在までの電流積算値を算出し、該電流積算値および前記各セル健全度推定手段で得た前記各セルの健全度に基づいて前記組電池の各セルの充電率変化量を推定する充電率変化量推定手段と、
前記各セル初期開放電圧充電率推定手段で得た各セル初期開放電圧充電率から、前記充電率変化量推定手段で得た現在の各セルの充電率変化量を減算することで各セルの充電率をそれぞれ算出する各セル充電率算出手段と、
を備えたことを特徴とする組電池のセルの状態推定装置。 - 組電池に流れる充放電電流を測定する充放電電流測定手段と、
前記組電池の全体電圧を測定する全体電圧測定手段と、
前記組電池の起動時に該組電池を構成する各セルの初期開放電圧をそれぞれ測定する各セル初期開放電圧測定手段と、
該各セル開放電圧測定手段で測定した各セル開放電圧に基づいて各セル初期開放電圧充電率を、また前記組電池の起動時に全体電圧測定手段で測定した初期全体開放電圧に基づいて全体初期開放電圧充電率をそれぞれ推定する初期開放電圧充電率推定手段と、
前記全体電圧測定手段で得た全体電圧および前記充放電電流測定手段で得た充放電電流に基づきカルマン・フィルタを用いて現在の開放電圧を推定してこの現在の開放電圧に基づいて得た現在の開放電圧充電率と前記初期開放電圧充電率推定手段で得た全体初期開放電圧充電率とから充電率変化量を推定する充電率変化量推定手段と、
前記各セル初期開放電圧充電率推定手段で得た各セル初期開放電圧充電率から、前記充電率変化量推定手段で得た充電率変化量を加算することで各セルの充電率をそれぞれ算出する各セル充電率算出手段と、
備えたことを特徴とする組電池のセルの状態推定装置。
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JP2012109455A JP5393838B2 (ja) | 2012-05-11 | 2012-05-11 | 組電池のセルの状態推定装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104749529A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-07-01 | 上海理工大学 | 锂电池充放电特性的标定方法及充放电特性标定仪 |
JP2017173012A (ja) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | 日置電機株式会社 | 蓄電装置の測定方法および測定装置 |
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2012
- 2012-05-11 JP JP2012109455A patent/JP5393838B2/ja active Active
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104749529A (zh) * | 2015-04-01 | 2015-07-01 | 上海理工大学 | 锂电池充放电特性的标定方法及充放电特性标定仪 |
CN104749529B (zh) * | 2015-04-01 | 2017-09-12 | 上海理工大学 | 锂电池充放电特性的标定方法及充放电特性标定仪 |
JP2017173012A (ja) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | 日置電機株式会社 | 蓄電装置の測定方法および測定装置 |
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