JP2014066556A - バッテリ - Google Patents

Abstract

【課題】互いに並列接続される複数の組電池を備えるバッテリにおいて、満充電容量を算出するためのリソースの増加を抑えることを目的とする。
【解決手段】互いに並列接続される複数の組電池４１−１〜４１−３と、組電池４１−１の満充電容量を、組電池４１−１のＯＣＶ１と満充電容量との対応関係を示すデータを使用して求めた後、組電池４１−２、４１−３の満充電容量を、前記１つの組電池の内部抵抗を用いて求められた補正値と、前記他の組電池の内部抵抗とを用いて、内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを共通に使用して求める満充電容量算出部とを備えてバッテリ４を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに並列接続される複数の組電池を備えるバッテリに関する。

複数の充電可能な二次電池を直列に接続して組電池とし高電圧のバッテリを実現する技術が実用化されている。この種のバッテリは、近年では、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車などの車両への実装において注目されている。また、この種のバッテリは、充電容量の拡大や負荷への安定した電力供給のために複数の組電池を互いに並列接続させているものもある。

ところで、車両の走行可能距離を取得するためには、バッテリの満充電容量を求める必要がある。例えば、バッテリの開路電圧であるＯＣＶ（Open Circuit Voltage）とバッテリの満充電容量に対する現在の残充電容量の比率であるＳＯＣ（State Of Charge）との関係を示すデータに基づいてバッテリの満充電容量を求めるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−３２２６７号公報

しかしながら、上述のように、互いに並列接続される複数の組電池を備えるバッテリでは、組電池のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示すデータが組電池毎に必要であり、組電池の増加に伴って、組電池のＯＣＶとＳＯＣとの関係を示すデータも増大して満充電容量を算出するためのリソースが増大してしまう。

そこで、本発明は、互いに並列接続される複数の組電池を備えるバッテリにおいて、満充電容量を算出するためのリソースの増大を抑えることを目的とする。

本発明のバッテリは、互いに並列接続される複数の組電池と、満充電容量算出部とを備える。
前記満充電容量算出部は、前記複数の組電池のうちの１つの組電池の満充電容量を、前記１つの組電池の開路電圧と、前記１つの組電池の満充電容量に対する現在の残充電容量の比率との対応関係を示すデータを使用して求めた後、前記複数の組電池のうちの他の組電池の満充電容量を、前記１つの組電池の内部抵抗を用いて求められた補正値と、前記他の組電池の内部抵抗とを用いて、内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを共通に使用して求める。

これにより、組電池が増加しても、増加する分の組電池の開路電圧と満充電容量との対応関係を示すデータが必要ないため、満充電容量を算出するためのリソースの増大を抑えることができる。

また、前記満充電容量算出部は、前記複数の組電池のうちの１つの組電池の満充電容量を、前記１つの組電池の開路電圧と前記１つの組電池の満充電容量に対する現在の残充電容量の比率との対応関係を示すデータを使用して求め、その求めた１つの組電池の満充電容量に対応する内部抵抗を、前記内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを使用して求め、その求めた１つの組電池の内部抵抗と前記１つの組電池の閉路電圧により求められる前記１つの組電池の内部抵抗とにより補正値を求め、その補正値を用いて、前記他の組電池の閉路電圧により求められる前記他の組電池の内部抵抗を、前記他の組電池の開路電圧により求められる前記他の組電池の内部抵抗となるように補正し、その補正後の前記他の組電池の内部抵抗に対応する満充電容量を、前記内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを使用して求めるように構成してもよい。

これにより、各組電池の満充電容量を精度良く求めることができる。

本発明によれば、互いに並列接続される複数の組電池を備えるバッテリにおいて、満充電容量を算出するためのリソースの増大を抑えることができる。

本発明の実施形態のバッテリが搭載される車両の一例を示す図である。 電池ＥＣＵの動作を示すフローチャートである。 （ａ）は組電池のＯＣＶとＳＯＣとの対応関係を示すデータの一例である。（ｂ）は組電池の満充電容量と内部抵抗との対応関係を示すデータの一例である。

図１は、本発明の実施形態のバッテリが搭載される車両の一例を示す図である。
図１に示す車両１は、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車などであって、インバータ回路２と、走行制御ＥＣＵ３と、バッテリ（電池パック）４とを備える。

インバータ回路２は、バッテリ４から供給される直流電力を交流電力に変換して不図示の走行用モータを駆動する。
走行制御ＥＣＵ３は、ユーザによるアクセルペダルやブレーキペダルの操作に応じた制御信号に基づいてインバータ回路２の動作を制御することにより車両１の発進、加速、減速などの走行に関する制御を行う。また、走行制御ＥＣＵ３は、通信部３１を備える。

バッテリ４は、３つの組電池４１（４１−１〜４１−３）と、３つのスイッチ４２（４２−１〜４２−３）と、３つの電圧センサ４３（４３−１〜４３−３）と、３つの電流センサ４４（４４−１〜４４−３）と、電池ＥＣＵ４５とを備える。なお、組電池４１、スイッチ４２、電圧センサ４３、及び電流センサ４４のそれぞれの数は３つに限定されない。

組電池４１−１〜４１−３は、それぞれ、複数の二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池など）が直列接続されて構成されている。なお、組電池４１−１〜４１−３は、それぞれ、１つの二次電池から構成されてもよい。

スイッチ４２−１〜４２−３は、それぞれ、例えば、電磁式リレーなどにより構成されている。スイッチ４２−１〜４２−３のそれぞれの一方端は互いに接続され、インバータ回路２の一方の入力端子に接続されている。また、スイッチ４２−１の他方端は組電池４１−１のプラス端子に接続され、スイッチ４２−２の他方端は組電池４１−２のプラス端子に接続され、スイッチ４２−３の他方端は組電池４１−３のプラス端子に接続されている。また、組電池４１−１〜４１−３のそれぞれのマイナス端子は互いに接続され、インバータ回路２の他方の入力端子に接続されている。なお、スイッチ４２−１〜４２−３は組電池４１−１〜４１−３のマイナス端子側に直列接続されてもよい。

電圧センサ４３−１は組電池４１−１全体の電圧Ｖ１を検出し、電圧センサ４３−２は組電池４１−２全体の電圧Ｖ２を検出し、電圧センサ４３−３は組電池４１−３全体の電圧Ｖ３を検出する。

電流センサ４４−１は組電池４１−１全体に流れる電流Ｉ１を検出し、電流センサ４４−２は組電池４１−２全体に流れる電流Ｉ２を検出し、電流センサ４４−３は組電池４１−３全体に流れる電流Ｉ３を検出する。

電池ＥＣＵ４５は、通信部４５１と、スイッチ制御部４５２と、満充電容量算出部４５３と、記憶部４５４とを備える。
なお、通信部４５１、スイッチ制御部４５２、及び満充電容量算出部４５３は、それぞれ、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））などにより構成され、記憶部４５４に記憶されているプログラムをＣＰＵ又はプログラマブルなデバイスが読み出して実行することにより、満充電容量の算出処理やスイッチ４２−１〜４２−３のオン、オフ制御を行う。なお、記憶部４５４は、電池ＥＣＵ４５の外部に設けられてもよい。

通信部４５１は、走行制御ＥＣＵ３の通信部３１とＣＡＮ（Controller Area Network）通信などを行う。
スイッチ制御部４５２は、通信部３１から送られてくる情報や満充電容量算出部４５３からの指示に基づいて、スイッチ４２−１〜４２−３のそれぞれのオン、オフを制御する。スイッチ４２−１〜４２−３がそれぞれオフからオンに切り替わると、組電池４１−１〜４１−３が互いに並列接続されるとともに、組電池４１−１〜４１−３のそれぞれのプラス端子がインバータ回路２の一方の入力端子に接続される。そのため、スイッチ４２−１〜４２−３がそれぞれオフからオンに切り替わると、組電池４１−１〜４１−３からの直流電力がインバータ回路２へ供給される。一方、スイッチ４２−１〜４２−３がそれぞれオンからオフに切り替わると、組電池４１−１〜４１−３が互いに切断されるとともに、組電池４１−１〜４１−３のそれぞれのプラス端子がインバータ回路２の一方の入力端子と切断される。

満充電容量算出部４５３は、電圧センサ４３−１〜４３−３により検出される電圧Ｖ１〜Ｖ３、電流センサ４４−１〜４４−３により検出される電流Ｉ１〜Ｉ３、及び記憶部４５４に記憶されているデータに基づいて、組電池４１−１〜４１−３のそれぞれの満充電容量を求める。

図２は、満充電容量算出部４５３の動作を示すフローチャートである。
まず、満充電容量算出部４５３は、スイッチ４２−１〜４２−３をオンからオフに切り替えさせた後、電圧センサ４３−１により検出される電圧Ｖ１を組電池４１−１の開路電圧であるＯＣＶ１として、電圧センサ４３−２により検出される電圧Ｖ２を組電池４１−２の開路電圧であるＯＣＶ２として、電圧センサ４３−３により検出される電圧Ｖ３を組電池４１−３の開路電圧であるＯＣＶ３として取得する（Ｓ１）。

次に、満充電容量算出部４５３は、記憶部４５４に記憶されている、組電池４１−１のＯＣＶ１と、組電池４１−１の満充電容量に対する現在の残充電容量の比率であるＳＯＣ１との対応関係を示すデータからＳ１で取得したＯＣＶ１に対応するＳＯＣ１を取得する（Ｓ２）。図３（ａ）は、ＯＣＶ１とＳＯＣ１との対応関係を示すデータの一例である。例えば、ＯＣＶ１が２１［Ｖ］のとき、満充電容量算出部４５３は、その２１［Ｖ］に対応するＳＯＣ１として９０［％］を図３（ａ）に示すデータから取得する。

次に、満充電容量算出部４５３は、組電池４１−１の残充電容量を、Ｓ３で取得したＳＯＣ１で除算するとともに１００を乗算することにより組電池４１−１の満充電容量を求める（Ｓ３）。例えば、満充電容量算出部４５３は、電流センサ４４−１により検出される電流Ｉ１の積算値を用いて組電池４１−１の残充電容量を求めてもよい。また、例えば、ＳＯＣ１が９０［％］、組電池４１−１の残充電容量が３４．２［Ａｈ］のとき、満充電容量算出部４５３は、組電池４１−１の満充電容量＝（３４．２［Ａｈ］／９０［％］）×１００を計算することにより、組電池４１−１の満充電容量として３８［Ａｈ］を求める。なお、組電池４１−１のＳＯＣ１と組電池４１−１の満充電容量との関係を示すデータを記憶部４５４に予め記憶しておき、そのデータを使用してＳＯＣ１に対応する組電池４１−１の満充電容量を求めるようにしてもよい。

次に、満充電容量算出部４５３は、記憶部４５４に記憶されている、組電池４１の満充電容量と、組電池４１の内部抵抗Ｒとの対応関係を示すデータからＳ３で求めた組電池４１−１の満充電容量に対応する内部抵抗Ｒ１を取得する（Ｓ４）。図３（ｂ）は、組電池４１の満充電容量と、組電池４１の内部抵抗Ｒとの対応関係を示すデータの一例である。例えば、組電池４１−１の満充電容量が３８［Ａｈ］のとき、満充電容量算出部４５３は、その３８［Ａｈ］に対応する組電池４１−１の内部抵抗Ｒ１として１．０［ｏｈｍ］を図３（ｂ）に示すデータから取得する。

次に、満充電容量算出部４５３は、スイッチ４２−１〜４２−３をオフからオンに切り替えさせた後、電圧センサ４３−１により検出される電圧Ｖ１を閉路電圧であるＣＣＶ１とし、内部抵抗Ｒ１´＝（ＣＣＶ１−ＯＣＶ１）／電流Ｉ１を計算することにより、内部抵抗Ｒ１´を求める（Ｓ５）。例えば、ＣＣＶ１が２２［Ｖ］、ＯＣＶ１が２１［Ｖ］、電流Ｉ１が１．１［Ａ］のとき、満充電容量算出部４５３は、内部抵抗Ｒ１´＝（２２［Ｖ］−２１［Ｖ］）／１．１［Ａ］を計算することにより、内部抵抗Ｒ１´として約０．９［ｏｈｍ］を求める。

次に、満充電容量算出部４５３は、補正値ｃ＝内部抵抗Ｒ１´／内部抵抗Ｒ１を計算することにより、補正値ｃを求める（Ｓ６）。例えば、内部抵抗Ｒ１´が０．９［ｏｈｍ］、内部抵抗Ｒ１が１．００［ｏｈｍ］のとき、満充電容量算出部４５３は、補正値ｃ＝０．９［ｏｈｍ］／１．００［ｏｈｍ］を計算することにより、補正値ｃとして０．９を求める。

次に、満充電容量算出部４５３は、電圧センサ４３−２により検出される電圧Ｖ２を閉路電圧であるＣＣＶ２とし、内部抵抗Ｒ２´＝（ＣＣＶ２−ＯＣＶ２）／電流Ｉ２を計算することにより、内部抵抗Ｒ２´を求める（Ｓ７）。例えば、ＣＣＶ２が２１［Ｖ］、ＯＣＶ２が２０［Ｖ］、電流Ｉ２が１．２５［Ａ］のとき、満充電容量算出部４５３は、内部抵抗Ｒ２´＝（２２［Ｖ］−２１［Ｖ］）／１．２５［Ａ］を計算することにより、内部抵抗Ｒ２´として０．８［ｏｈｍ］を求める。

次に、満充電容量算出部４５３は、補正後の内部抵抗Ｒ２´´＝内部抵抗Ｒ２´×補正値ｃを計算することにより、補正後の内部抵抗Ｒ２´´を求める（Ｓ８）。例えば、内部抵抗Ｒ２´が０．８［ｏｈｍ］、補正値ｃが０．９のとき、満充電容量算出部４５３は、補正後の内部抵抗Ｒ２´´＝０．８［ｏｈｍ］×０．９を計算することにより、補正後の内部抵抗Ｒ２´´として０．７２［ｏｈｍ］を求める。

次に、満充電容量算出部４５３は、記憶部４５４に記憶されている、組電池４１の満充電容量と、組電池４１の内部抵抗Ｒとの対応関係を示すデータからＳ８で求めた補正後の内部抵抗Ｒ２´´に対応する組電池４１−２の満充電容量を取得する（Ｓ９）。例えば、補正後の内部抵抗Ｒ２´´が０．７２［ｏｈｍ］のとき、満充電容量算出部４５３は、その０．７２［ｏｈｍ］に対応する組電池４１−２の満充電容量として４０［Ａｈ］を図３（ｂ）に示すデータから取得する。

次に、満充電容量算出部４５３は、電圧センサ４３−３により検出される電圧Ｖ３を閉路電圧であるＣＣＶ３とし、内部抵抗Ｒ３´＝（ＣＣＶ３−ＯＣＶ３）／電流Ｉ３を計算することにより、内部抵抗Ｒ３´を求める（Ｓ１０）。例えば、ＣＣＶ３が２３［Ｖ］、ＯＣＶ３が２２［Ｖ］、電流Ｉ３が０．８３［Ａ］のとき、満充電容量算出部４５３は、内部抵抗Ｒ３´＝（２３［Ｖ］−２２［Ｖ］）／０．８３［Ａ］を計算することにより、内部抵抗Ｒ３´として約１．２［ｏｈｍ］を求める。

次に、満充電容量算出部４５３は、補正後の内部抵抗Ｒ３´´＝内部抵抗Ｒ３´×補正値ｃを計算することにより、補正後の内部抵抗Ｒ３´´を求める（Ｓ１１）。例えば、内部抵抗Ｒ３´が１．２［ｏｈｍ］、補正値ｃが０．９のとき、満充電容量算出部４５３は、補正後の内部抵抗Ｒ３´´＝１．２［ｏｈｍ］×０．９を計算することにより、補正後の内部抵抗Ｒ３´´として１．０８［ｏｈｍ］を求める。

次に、満充電容量算出部４５３は、記憶部４５４に記憶されている、組電池４１の満充電容量と、組電池４１の内部抵抗Ｒとの対応関係を示すデータからＳ１１で求めた補正後の内部抵抗Ｒ３´´に対応する組電池４１−３の満充電容量を取得する（Ｓ１２）。例えば、補正後の内部抵抗Ｒ３´´が１．０８［ｏｈｍ］のとき、満充電容量算出部４５３は、その１．０８［ｏｈｍ］に対応する組電池４１−３の満充電容量として３７［Ａｈ］を図３（ｂ）に示すデータから取得する。

即ち、組電池４１−１（１つの組電池）の内部抵抗を用いて求められた補正値ｃと、組電池４１−２と４１−３の内部抵抗Ｒ２´とＲ３´とを用いて補正後の内部抵抗Ｒ２´´とＲ３´´を求め、内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを共通に使用して組電池４１−２と４１−３（他の組電池）の満充電容量を求める。

このように本実施形態のバッテリ４では、組電池４１−１の満充電容量を、組電池４１−１のＯＣＶ１とＳＯＣ１との対応関係を示すデータを使用して求めた後、組電池４１−２、４１−３の満充電容量を、内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを共通に使用して求めている。そのため、組電池４１が増加しても、増加した分の組電池４１のＯＣＶとＳＯＣ１との対応関係を示すデータが必要ないため、満充電容量を算出するためのリソースの増加を抑えることができる。

また、本実施形態のバッテリ４では、組電池４１−１の満充電容量を、組電池４１−１のＯＣＶ１とＳＯＣ１との対応関係を示すデータを使用して求めているため、組電池４１−１の満充電容量を精度良く求めることができる。また、本実施形態のバッテリ４では、組電池４１−１の満充電容量に対応する内部抵抗Ｒ１を、内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを使用して求め、その求めた内部抵抗Ｒ１と組電池４１−１のＣＣＶ１により求められる組電池４１−１の内部抵抗Ｒ１´とにより補正値ｃを求め、その補正値ｃを用いて、組電池４１−２のＣＣＶ２により求められる組電池４１−２の内部抵抗Ｒ２´を、組電池４１−２のＯＣＶにより求められる組電池４１−２の内部抵抗となるように補正し、その補正後の組電池４１−２の内部抵抗Ｒ２´´に対応する満充電容量を、内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを使用して求めている。そのため、組電池４１−２の満充電容量を精度良く求めることができる。また、組電池４１−３の満充電容量も同様にして精度良く求めることができる。

１ 車両
２ インバータ回路
３ 走行制御ＥＣＵ
４ バッテリ
３１ 通信部
４１ 組電池
４２ スイッチ
４３ 電圧センサ
４４ 電流センサ
４５ 電池ＥＣＵ
４５１ 通信部
４５２ スイッチ制御部
４５３ 満充電容量算出部
４５４ 記憶部

Claims (2)

1. 互いに並列接続される複数の組電池と、
   前記複数の組電池のうちの１つの組電池の満充電容量を、前記１つの組電池の開路電圧と、前記１つの組電池の満充電容量に対する現在の残充電容量の比率との対応関係を示すデータを使用して求めた後、
   前記複数の組電池のうちの他の組電池の満充電容量を、前記１つの組電池の内部抵抗を用いて求められた補正値と、前記他の組電池の内部抵抗とを用いて、内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを共通に使用して求める満充電容量算出部と、
   を備えることを特徴とするバッテリ。
2. 前記満充電容量算出部は、前記複数の組電池のうちの１つの組電池の満充電容量を、前記１つの組電池の開路電圧と、前記１つの組電池の満充電容量に対する現在の残充電容量の比率との対応関係を示すデータを使用して求め、その求めた１つの組電池の満充電容量に対応する内部抵抗を、前記内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを使用して求め、その求めた１つの組電池の内部抵抗と前記１つの組電池の閉路電圧により求められる前記１つの組電池の内部抵抗とにより補正値を求め、その補正値を用いて、前記他の組電池の閉路電圧により求められる前記他の組電池の内部抵抗を、前記他の組電池の開路電圧により求められる前記他の組電池の内部抵抗となるように補正し、その補正後の前記他の組電池の内部抵抗に対応する満充電容量を、前記内部抵抗と満充電容量との対応関係を示すデータを使用して求める
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
   

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