JP2014181924A - Full charge capacity estimation method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電可能な電池の満充電容量を推定する満充電容量推定方法及び装置に関する。 The present invention relates to a full charge capacity estimation method and apparatus for estimating the full charge capacity of a rechargeable battery.
充電可能な電池の満充電容量は、満充電容量に対する残容量の比率である充電率(SOC:State Of Charge)と電池の開回路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)との対応をマッピングしたSOC−OCV特性データを用い、電池の充電電流の電流積算値ΔI、充電開始時の開回路電圧OCV0及び充電終了時の開回路電圧OCV1の測定値を基に、以下のように推定される。 The full charge capacity of the rechargeable battery is an SOC− that maps the correspondence between the state of charge (SOC), which is the ratio of the remaining capacity to the full charge capacity, and the open circuit voltage (OCV) of the battery. Using the OCV characteristic data, it is estimated as follows based on measured values of the integrated current value ΔI of the charging current of the battery, the open circuit voltage OCV0 at the start of charging, and the open circuit voltage OCV1 at the end of charging.
充電開始時の開回路電圧OCV0及び充電終了時の開回路電圧OCV1から、SOC−OCV特性データを参照し、充電開始時の充電率SOC0[%]及び充電終了時の充電率SOC1[%]を取得する。そして、充電電流の電流積算値ΔI[Ah]と、充電開始時の充電率SOC0[%]及び充電終了時の充電率SOC1[%]から、一般的に以下の(式1)により満充電容量が推定される。下記の(式1)による満充電容量の推定方法は、例えば下記の特許文献1等にも記載されている。
(式1) 満充電容量={ΔI/(SOC1−SOC0)}×100
ただし、充電終了直後の電池電圧は、充電電流による分極の影響のため正確な開回路電圧(OCV)とならない。そのため、分極が十分解消したと判断される時点の電池電圧を開回路電圧(OCV)として用いて、上述の満充電容量を推定する。
The SOC-OCV characteristic data is referred to from the open circuit voltage OCV0 at the start of charging and the open circuit voltage OCV1 at the end of charging, and the charging rate SOC0 [%] at the start of charging and the charging rate SOC1 [%] at the end of charging are obtained. get. From the current integrated value ΔI [Ah] of the charging current, the charging rate SOC0 [%] at the start of charging, and the charging rate SOC1 [%] at the end of charging, the full charge capacity is generally calculated by the following (Equation 1). Is estimated. The method for estimating the full charge capacity according to the following (Equation 1) is also described in, for example, Patent Document 1 below.
(Formula 1) Full charge capacity = {ΔI / (SOC1−SOC0)} × 100
However, the battery voltage immediately after the end of charging is not an accurate open circuit voltage (OCV) due to the influence of polarization due to the charging current. Therefore, the above-mentioned full charge capacity is estimated using the battery voltage at the time when it is determined that the polarization is sufficiently eliminated as the open circuit voltage (OCV).
なお、ここで、開回路電圧(OCV)は、分極の影響がない(分極が解消したとみなせる)電池電圧であり、閉回路電圧(CCV:Closed Circuit Voltage)は、該開回路電圧(OCV)に、分極の影響による電圧(以下、分極電圧という)及び内部抵抗による電圧変化分が加わった電圧であるとする。 Here, the open circuit voltage (OCV) is a battery voltage that is not affected by polarization (it can be considered that polarization has been eliminated), and the closed circuit voltage (CCV) is the open circuit voltage (OCV). In addition, it is assumed that the voltage is a voltage due to the influence of polarization (hereinafter referred to as polarization voltage) and a voltage change due to internal resistance.
図10は、充電終了後、放電が無い休止中の電池の閉回路電圧(CCV)及び開回路電圧(OCV)の推移の様態を示している。図10において、実線101は閉回路電圧(CCV)を示し、一点鎖線102は開回路電圧(OCV)を示している。図10に示すように、充電中は、閉回路電圧(CCV)及び開回路電圧(OCV)は共に上昇し、充電終了の時刻t1以降の休止中は、開回路電圧(OCV)は一定電圧となり、閉回路電圧(CCV)は、分極の解消とともに該一定電圧の開回路電圧(OCV)に漸次近づいていく。
FIG. 10 shows the transition of the closed circuit voltage (CCV) and open circuit voltage (OCV) of a battery that is not discharged after charging is complete. In FIG. 10, a
分極が解消したか否かの判断は、定期的に閉回路電圧(CCV)を取得し、該閉回路電圧(CCV)の変動が所定の閾値以下となったとき、分極が解消したとみなすのが一般である。図11は、分極解消の判断の様態の一例を示す。図11において、実線101で示すように、閉回路電圧(CCV)は、充電終了の時刻t1以降、分極の解消とともに一定電圧に徐々に収束する。
Whether or not the polarization has been resolved is determined by periodically obtaining the closed circuit voltage (CCV), and assuming that the polarization has been resolved when the variation of the closed circuit voltage (CCV) falls below a predetermined threshold. Is common. FIG. 11 shows an example of a mode for determining the elimination of polarization. In FIG. 11, as indicated by a
そこで、ΔTの間隔で定期的に取得した閉回路電圧(CCV)の変動ΔV1,ΔV2,ΔV3,・・・を基に、該閉回路電圧(CCV)の変動ΔV1,ΔV2,ΔV3,・・・が所定の閾値以内の値(ΔV≒0)になったとき、充電による分極が解消したと判断する。そして、該分極が解消したとみなされたときの閉回路電圧(CCV)を、前述の開回路電圧(OCV)として求めている。 Therefore, based on fluctuations ΔV1, ΔV2, ΔV3,... Of the closed circuit voltage (CCV) periodically acquired at intervals of ΔT, fluctuations ΔV1, ΔV2, ΔV3,. Is a value within a predetermined threshold (ΔV≈0), it is determined that the polarization due to charging has been eliminated. Then, the closed circuit voltage (CCV) when the polarization is considered to be eliminated is obtained as the above-mentioned open circuit voltage (OCV).
このような手法による分極解消の判断は、例えば下記の特許文献2等に記載されている。特許文献2には、休止中の2次電池の開回路電圧(CCV)の時間当たりの変化率ΔV/ΔTが所定値より小さくなったとき、分極が解消されたと判断し、分極が解消された状態で充電を開始する充電方法が記載されている。 The determination of depolarization by such a method is described in, for example, Patent Document 2 below. In Patent Document 2, when the rate of change ΔV / ΔT per hour of the open circuit voltage (CCV) of the secondary battery that is in suspension is smaller than a predetermined value, it is determined that the polarization has been eliminated, and the polarization has been eliminated. A charging method for starting charging in a state is described.
図11で説明した分極解消の判断の手法は、充電終了後、放電が行われず、開回路電圧(OCV)が一定の場合には有効である。しかし、充電終了後に電池に負荷の一部が接続された状態となり、充電終了後も、一定の負荷電流が流れて放電が起こる場合には、閉回路電圧(CCV)及び開回路電圧(OCV)がともに低下し続け、一定の値に収束しない。 The method for determining polarization elimination described with reference to FIG. 11 is effective when discharge is not performed after the end of charging and the open circuit voltage (OCV) is constant. However, when a part of the load is connected to the battery after the charging is completed, and a constant load current flows and discharging occurs even after the charging is completed, the closed circuit voltage (CCV) and the open circuit voltage (OCV) Both continue to decrease and do not converge to a certain value.
図12は、充電終了後、放電が起こる場合の電池の閉回路電圧(CCV)及び開回路電圧(OCV)の推移の様態を示している。図12において、実線121は閉回路電圧(CCV)を示し、一点鎖線122は開回路電圧(OCV)を示している。図12に示すように、充電終了の時刻t1以降、開回路電圧(OCV)は放電により電圧が低下し続け、閉回路電圧(CCV)も、充電による分極が解消した後、内部抵抗による電圧降下及び放電による分極の影響により、開回路電圧(OCV)より低い電圧となって低下し続ける。
FIG. 12 shows how the battery closed circuit voltage (CCV) and open circuit voltage (OCV) change when discharging occurs after the end of charging. In FIG. 12, a
このように、充電終了後、放電が起こる場合、充電終了後、閉回路電圧(CCV)が低下し続け、一定の値に収束しないため、閉回路電圧(CCV)の変動ΔVが所定の閾値以内の値(ΔV≒0)にならず、前述の分極解消の判断の手法を用いて分極解消の判断を行うことはできない。 As described above, when the discharge occurs after the end of charging, the closed circuit voltage (CCV) continues to decrease and does not converge to a constant value after the end of charging, so that the variation ΔV of the closed circuit voltage (CCV) is within a predetermined threshold. The value of (ΔV≈0) is not reached, and the polarization elimination cannot be determined using the above-described method for determining the polarization elimination.
上記課題に鑑み、本発明は、充電終了後、一定の放電電流が継続的に流れる場合に、充電による分極の解消を判定し、充電による分極の解消後に電池の満充電容量を推定することができる満充電容量推定方法及び装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention can determine the elimination of polarization due to charging and estimate the full charge capacity of the battery after elimination of polarization due to charging when a constant discharge current continuously flows after the end of charging. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for estimating a full charge capacity.
本発明に係る満充電容量推定方法は、充電終了後、電池から負荷への一定電流の放電が継続する場合に、充電による分極の解消を判定して前記電池の満充電容量を推定する方法であって、予め記憶された充電の履歴と分極電圧との相関を示す分極電圧推定値データを参照し、充電の履歴から充電終了時の分極電圧推定値を取得する第1のステップと、前記電池の充電終了時の閉回路電圧から、前記第1のステップで取得した分極電圧推定値を減算して推定した開回路電圧推定値を用い、満充電容量に対する充電終了時の残電流容量の比率である充電終了時充電率を、予め記憶された充電率と開回路電圧との相関を示すSOC−OCV特性データを参照して推定する第2のステップと、前記第2のステップで推定した充電終了時充電率から充電開始時の充電率を減算して求めた充電率の変動値と、充電中の電流積算値とから、仮満充電容量を推定する第3のステップと、前記第3のステップで推定した仮満充電容量と、充電終了後に放電した電流積算値とから、充電終了後の放電電流量の仮満充電容量に対する比率である放電率を算出する第4のステップと、前記第2のステップで推定した充電終了時充電率から、前記第4のステップで算出した放電率を減算し、放電中の充電率を推定する第5のステップと、前記第5のステップで推定された放電中の充電率から前記SOC−OCV特性データを参照して、放電中の開回路電圧を推定する第6のステップと、前記第6のステップで推定した放電中の開回路電圧の推定値と、放電中の閉回路電圧との電圧差を、所定の時間間隔ごとに観測し、該電圧差の単位時間当たりの変動が所定の値以下になったとき、充電による分極が解消したと判断する第7のステップと、前記第7のステップにより充電による分極が解消したと判断された後に、前記電池の満充電容量を推定する第8のステップと、を含むものである。 The full charge capacity estimation method according to the present invention is a method for estimating the full charge capacity of the battery by determining the elimination of polarization due to charge when the discharge of a constant current from the battery to the load continues after the end of charging. A first step of referring to polarization voltage estimated value data indicating a correlation between a charging history and a polarization voltage stored in advance, and obtaining a polarization voltage estimated value at the end of charging from the charging history; Using the open circuit voltage estimated value estimated by subtracting the polarization voltage estimated value obtained in the first step from the closed circuit voltage at the end of charging, the ratio of the remaining current capacity at the end of charging to the fully charged capacity A second step of estimating a charge rate at the end of charge with reference to SOC-OCV characteristic data indicating a correlation between a charge rate stored in advance and an open circuit voltage; and the charge end estimated in the second step Charge from hourly charge rate A third step for estimating a temporary full charge capacity from a fluctuation value of the charge rate obtained by subtracting the initial charge rate and a current integrated value during charging, and a temporary full estimated in the third step. A fourth step of calculating a discharge rate, which is a ratio of the discharge current amount after the end of charging to the provisional full charge capacity, from the charge capacity and the current integrated value discharged after the end of charging, and was estimated in the second step. From the charging rate at the end of charging, subtract the discharging rate calculated in the fourth step to estimate the charging rate during discharging, and the charging rate during discharging estimated in the fifth step A sixth step of estimating an open circuit voltage during discharge with reference to the SOC-OCV characteristic data, an estimated value of the open circuit voltage during discharge estimated in the sixth step, and a closed circuit during discharge The voltage difference from the voltage is observed at predetermined time intervals. When the fluctuation per unit time of the voltage difference becomes equal to or less than a predetermined value, a seventh step for determining that the polarization due to charging has been eliminated, and a determination that the polarization due to charging has been eliminated by the seventh step. And an eighth step of estimating the full charge capacity of the battery.
また、本発明に係る満充電容量推定装置は、充電終了後、電池から負荷への一定電流の放電が継続する場合に、充電による分極の解消を判定して前記電池の満充電容量を推定する満充電容量推定装置であって、予め記憶された充電の履歴と分極電圧との相関を示す分極電圧推定値データを参照し、充電の履歴から充電終了時の分極電圧推定値を取得する分極電圧推定手段と、前記電池の充電終了時の閉回路電圧から、前記分極電圧推定手段で取得した分極電圧推定値を減算して推定した開回路電圧推定値を用い、満充電容量に対する充電終了時の残電流容量の比率である充電終了時充電率を、予め記憶された充電率と開回路電圧との相関を示すSOC−OCV特性データを参照して推定する充電終了時充電率推定手段と、前記充電終了時充電率推定手段で推定した充電終了時充電率から充電開始時の充電率を減算して求めた充電率の変動値と、充電中の電流積算値とから、仮満充電容量を推定する仮満充電容量推定手段と、前記仮満充電容量推定手段で推定した仮満充電容量と、充電終了後に放電した電流積算値とから、充電終了後の放電電流量の仮満充電容量に対する比率である放電率を算出する放電率推定手段と、前記充電終了時充電率推定手段で推定した充電終了時充電率から、前記放電率推定手段で算出した放電率を減算し、放電中の充電率を推定する放電中充電率推定手段と、前記放電中充電率推定手段で推定された放電中の充電率から前記SOC−OCV特性データを参照して、放電中の開回路電圧を推定する放電中開回路電圧推定手段と、前記放電中開回路電圧推定手段で推定した放電中の開回路電圧の推定値と、放電中の閉回路電圧との電圧差を、所定の時間間隔ごとに観測し、該電圧差の単位時間当たりの変動が所定の値以下になったとき、充電による分極が解消したと判断する分極解消判断手段と、前記分極解消判断手段により充電による分極が解消したと判断された後に、前記電池の満充電容量を推定する満充電容量推定手段と、を備えたものである。 In addition, the full charge capacity estimation device according to the present invention estimates the full charge capacity of the battery by determining the elimination of polarization due to charge when discharging of a constant current from the battery to the load continues after the end of charging. A full charge capacity estimation device that refers to polarization voltage estimated value data indicating a correlation between a charging history and a polarization voltage stored in advance, and obtains a polarization voltage estimated value at the end of charging from the charging history An estimation circuit and an open circuit voltage estimation value estimated by subtracting a polarization voltage estimation value obtained by the polarization voltage estimation means from a closed circuit voltage at the end of charging of the battery. A charge rate at the end of charge estimating the charge rate at the end of charge, which is a ratio of the remaining current capacity, with reference to SOC-OCV characteristic data indicating a correlation between the charge rate stored in advance and the open circuit voltage; and Charging at the end of charging The temporary full charge capacity for estimating the temporary full charge capacity from the fluctuation value of the charge rate obtained by subtracting the charge rate at the start of charge from the charge rate at the end of charge estimated by the estimation means and the integrated current value during charging. From the estimation means, the provisional full charge capacity estimated by the provisional full charge capacity estimation means, and the integrated current value discharged after completion of charging, a discharge rate that is a ratio of the discharge current amount after completion of charge to the provisional full charge capacity is calculated. The discharging rate estimating means to calculate and the charging rate at the end of charging estimated by the charging rate at the end of charging to subtract the discharging rate calculated by the discharging rate estimating means to estimate the charging rate during discharging Charge rate estimation means, and open circuit voltage estimation means during discharge with reference to the SOC-OCV characteristic data from the charge rate during discharge estimated by the charge rate estimation means during discharge to estimate the open circuit voltage during discharge And open circuit voltage estimation during discharge The voltage difference between the estimated value of the open circuit voltage during discharge estimated in the stage and the closed circuit voltage during discharge is observed at predetermined time intervals, and the fluctuation per unit time of the voltage difference is less than the predetermined value A depolarization determination means for determining that the polarization due to charging has been eliminated, and a full charge capacity for estimating the full charge capacity of the battery after the polarization elimination determination means determines that the polarization due to charging has been eliminated. And an estimation means.
本発明によれば、充電終了後、一定の放電電流が継続的に流れる場合に、充電による分極の解消を判定し、充電による分極の解消後に電池の満充電容量を精度よく推定することができる。また、放電中でも満充電容量の推定を行うことができるので、満充電容量の推定頻度を増やすことができ、満充電容量の推定の精度を向上させることができる。 According to the present invention, when a constant discharge current continuously flows after charging, it is possible to determine the elimination of polarization due to charging, and to accurately estimate the full charge capacity of the battery after the elimination of polarization due to charging. . In addition, since the full charge capacity can be estimated even during discharge, the frequency of full charge capacity estimation can be increased, and the accuracy of full charge capacity estimation can be improved.
以下、本発明に係る満充電容量推定方法及び装置の実施形態について図1〜図9を参照して説明する。図1は満充電容量推定装置の構成例を示す。図1において、1は充電可能な電池、2は電圧センサ、3は電流センサ、4は電子制御部(ECU:Electronic Control Unit)、5は切替スイッチ、6は充電器、7は負荷である。 Embodiments of a full charge capacity estimation method and apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a configuration example of a full charge capacity estimation apparatus. In FIG. 1, 1 is a rechargeable battery, 2 is a voltage sensor, 3 is a current sensor, 4 is an electronic control unit (ECU), 5 is a changeover switch, 6 is a charger, and 7 is a load.
図1では電池1として、単一の電池を図示しているが、複数の電池を含む電池モジュールであっても良い。しかし、以下の説明では簡明化のため電池1として説明する。電池1には、該電池の端子間電圧を測定する電圧センサ2及び該電池に流れる電流を測定する電流センサ3が接続される。電圧センサ2及び電流センサ3の測定値は、電子制御部4に送出される。 In FIG. 1, a single battery is illustrated as the battery 1, but a battery module including a plurality of batteries may be used. However, in the following description, the battery 1 will be described for simplicity. A battery 1 is connected to a voltage sensor 2 for measuring the voltage between the terminals of the battery and a current sensor 3 for measuring a current flowing through the battery. The measured values of the voltage sensor 2 and the current sensor 3 are sent to the electronic control unit 4.
また、電池1は、切替スイッチ5を介して充電器6又は負荷7が接続される。なお、本発明に係る満充電容量推定方法及び装置は、充電器6による充電終了後も電池1を監視する電子制御部4が起動された状態を継続し、電池1の電圧及び電流等を常時監視することができる電池システムにおけるものとする。
The battery 1 is connected to a
電子制御部4は、充電器6による充電終了後、電池1から負荷7への放電が起こる場合でも、充電による分極の解消のタイミングを適正に判定して、閉回路電圧(CCV)を元に電池1の満充電容量を推定する。該満充電容量の推定のために、電子制御部4は、分極電圧推定部41、充電終了時SOC推定部42、仮満充電容量推定部43、放電率推定部44、放電中充電率推定部45、放電中OCV推定部46、分極解消判断部47、満充電容量推定部48を備える。
Even when the
分極電圧推定部41は、予め取得した充電の履歴と充電時の分極電圧との相関を示す分極電圧推定値データを参照し、電池1の充電終了時の充電の履歴から、分極電圧推定値を取得する。
The polarization
充電終了時SOC推定部42は、電圧センサ2により測定される充電終了時の電池1の閉回路電圧(CCV)から、分極電圧推定部41により取得される分極電圧推定値を減算して開回路電圧(OCV)推定値を求め、該開回路電圧(OCV)推定値を用い、SOC−OCV特性データを参照して、電池1の満充電容量に対する充電終了時の残電流容量の比率である充電率(SOC)を推定する。
The
仮満充電容量推定部43は、充電終了時SOC推定部42により推定された充電終了時の充電率から、予め取得した充電開始時の充電率を減算した、充電による充電率の変動値と、電流センサ3によって測定された充電中の電流積算値とから、電池1の仮満充電容量を推定する。
The provisional full charge
放電率推定部44は、仮満充電容量推定部43で推定した仮満充電容量と、充電終了後に放電した電流積算値とから、充電終了後から放電した電流積算量の仮満充電容量に対する比率である放電率を推定する。
The
放電中充電率推定部45は、充電終了時SOC推定部42により推定した充電終了時の充電率から、放電率推定部44により算出した放電率を減算し、放電中の充電率を推定する。
The charging
放電中OCV推定部46は、放電中充電率推定部45により推定された放電中の充電率を元に、予め取得したSOC−OCV特性データを参照して、放電中の開回路電圧(OCV)推定値を取得する。
The discharging
分極解消判断部47は、電圧センサ2により測定される閉回路電圧(CCV)と、放電中OCV推定部46により取得された放電中の開回路電圧(OCV)推定値と、の電圧差を、所定の時間間隔ごとに観測し、該電圧差の単位時間当たりの変動が所定の範囲内に収束したと判定されたとき、充電による分極が解消したと判断する。
The polarization
満充電容量推定部48は、分極解消判断部47により充電による分極が解消したと判断された後の閉回路電圧(CCV)と、電池1の内部抵抗と放電電流との積の値と、放電による分極電圧推定値とを基に、充電による分極解消後の放電中の開回路電圧(OCV)を求め、SOC−OCV特性データから放電中の充電率(SOC)を求め、該放電中の充電率(SOC)と充電開始時の充電率(SOC)との差分の充電率(SOC)と、充電中の電流積算値と充電終了後の放電中の電流積算値との差分の電流積算値と、から、満充電容量を推定する。
The full charge
上述の満充電容量推定の動作について以下に詳しく説明する。図2は本発明による満充電容量推定の原理を説明する図である。図2において、実線121は閉回路電圧(CCV)を示し、一点鎖線122は開回路電圧(OCV)を示している。図2に示すように、充電が終了した時点t1以降、放電が起こる場合、閉回路電圧(CCV)及び開回路電圧(OCV)は低下し続け、閉回路電圧(CCV)と開回路電圧(OCV)との電圧差δVも、充電による分極(以下「充電分極」ともいう)が解消するまで変動する。
The operation for estimating the full charge capacity will be described in detail below. FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of full charge capacity estimation according to the present invention. In FIG. 2, a
しかし、充電分極の解消後の時点t2,t3では、該電圧差δVは一定となる。充電分極の解消後の該電圧差δVは、放電電流と内部抵抗との積の電圧降下分及び放電による分極(以下「放電分極」ともいう)による電圧降下分のみであり、これらの電圧降下分は、負荷電流が一定であれば一定の電圧となるため、該電圧差δVは、充電分極解消後、一定となる。 However, at time points t2 and t3 after the cancellation of the charge polarization, the voltage difference δV is constant. The voltage difference δV after the elimination of the charge polarization is only the voltage drop of the product of the discharge current and the internal resistance and the voltage drop due to the polarization due to the discharge (hereinafter also referred to as “discharge polarization”). Is constant when the load current is constant, the voltage difference δV becomes constant after the charge polarization is eliminated.
本発明は、該電圧差δVの単位時間当たりの変動が所定の範囲内に収まったか否かを判定して、該電圧差δVの変動が所定の範囲内に収まったとき、充電分極が解消したと判断し、その時点の閉回路電圧(CCV)を用いて満充電容量を推定するものである。 The present invention determines whether or not the fluctuation per unit time of the voltage difference δV falls within a predetermined range, and the charge polarization is eliminated when the fluctuation of the voltage difference δV falls within the predetermined range. The full charge capacity is estimated using the closed circuit voltage (CCV) at that time.
図3は、本発明による満充電容量推定の動作例のフローを示す。電子制御部4は、分極電圧推定部41において、予め取得した充電の履歴と充電による分極電圧との相関を示す分極電圧推定値データを参照し、充電の履歴から電池1の充電終了時の分極電圧推定値を取得する(ステップS1)。
FIG. 3 shows a flow of an operation example of full charge capacity estimation according to the present invention. The electronic control unit 4 refers to the polarization voltage estimation value data indicating the correlation between the charging history acquired in advance and the polarization voltage due to charging in the polarization
上述の分極電圧推定値データについて図4を参照して説明する。図4の(a),(b),(c)は、それぞれ、時刻T1まで定電流充電を行った後、時刻T2まで定電圧充電を行った場合の電池1の電圧、電流及び分極電圧の様態の一例を示している。時刻T1までの定電流充電を行っている期間では、電池1の電圧は上昇し、電流は一定である。また、時刻T1から時刻T2までの定電圧充電を行っている期間では、電池1の電圧は一定であり、電流は次第に減少する。また、その間の電池1の分極電圧は、図4の(c)に示すように、充電の履歴によって影響される。 The above-described polarization voltage estimated value data will be described with reference to FIG. (A), (b), and (c) of FIG. 4 respectively show the voltage, current, and polarization voltage of the battery 1 when constant current charging is performed until time T1 and then constant voltage charging is performed until time T2. An example of an aspect is shown. During the period of constant current charging up to time T1, the voltage of the battery 1 rises and the current is constant. Further, during the period of constant voltage charging from time T1 to time T2, the voltage of the battery 1 is constant and the current gradually decreases. Further, the polarization voltage of the battery 1 during that time is affected by the charging history, as shown in FIG.
そこで、充電の履歴に応じてモデル化した分極電圧を分極電圧推定値データとして予め電子制御部4内の記憶部(図示省略)に記憶させておく。分極電圧推定部41は、該分極電圧推定値データを参照し、充電の履歴から電池1の充電終了時の分極電圧推定値を取得する。
Therefore, the polarization voltage modeled according to the charge history is stored in advance in a storage unit (not shown) in the electronic control unit 4 as polarization voltage estimated value data. The polarization
次に充電終了時SOC推定部42において、電圧センサ2により測定される充電終了時の電池1の閉回路電圧(CCV)から上述の分極電圧推定値を減算して、充電終了時の開回路電圧推定値OCV1を求める。該開回路電圧推定値OCV1を用い、図5に示すように、予め記憶されたSOC−OCV特性データを参照して、電池1の満充電容量に対する充電終了時の残電流容量の比率である充電終了時充電率SOC1を推定する(ステップS2)。なお、図5~図8の説明図において、図3の動作フローの動作ステップに対応する箇所に、図3に付した参照符号と同一の参照符号を付している。
Next, the
次に仮満充電容量推定部43において、充電終了時SOC推定部42により推定された充電終了時の充電率SOC1から、予め取得した充電開始時の充電率SOC0を減算して、充電による充電率の変動値を求める。そして、該充電率の変動値と、電流センサ3によって測定された充電中の電流積算値ΔIとから、前述の(式1)により電池1の仮満充電容量を推定する(ステップS3)。なお、ここで、推定した仮満充電容量は、分極電圧推定値に基づいて導出した値であり、十分な精度が保証されないので、仮満充電容量としている。
Next, the provisional full charge
次に、放電率推定部44において、仮満充電容量推定部43で推定した仮満充電容量と、電流センサ3によって測定される充電終了後に放電した電流積算値とから、充電終了後の放電電流量の仮満充電容量に対する比率である放電率を算出する(ステップS4)。
Next, in the discharge
次に、放電中充電率推定部45において、図6に示すように、充電終了時SOC推定部42により推定した充電終了時の充電率SOC1から、放電率推定部44により算出された放電率を減算し、放電中の充電率SOC2を推定する(ステップS5)。
Next, in the charging
次に、放電中OCV推定部46において、図7に示すように、放電中充電率推定部45により推定された放電中の充電率SOC2から、SOC−OCV特性データを参照し、放電中の開回路電圧OCV2の推定値を取得する(ステップS6)。
Next, the discharging
次に、分極解消判断部47において、放電中OCV推定部46により取得された放電中の開回路電圧OCV2の推定値と、電圧センサ2により測定される放電中の閉回路電圧(CCV)との電圧差δVを、所定の時間間隔ΔTごとに観測する。図8に該開回路電圧OCV2の推定値と閉回路電圧(CCV)との電圧差δVの推移の態様を示す。
Next, in the polarization
分極解消判断部47は、該所定の時間間隔ΔTごとの電圧差δV1,δV2,δV3,δV4・・・の単位時間当たりの変動を観測し、該電圧差δV1,δV2,δV3,δV4・・・の単位時間当たりの変動が所定の値以下になったか否かを判定し、該変動が所定の値以下になったとき、充電分極が解消したと判断する(ステップS7)。なお、充電分極が解消した後も、放電分極及び内部抵抗による電圧降下が発生し、それらの電圧降下分が電圧差δVとして現れる。
The polarization
次に、満充電容量推定部48において、充電分極の解消後に電圧センサ2により測定される閉回路電圧(CCV)に、放電による電圧降下分を加算して、放電中の分極の影響を受けない開回路電圧OCV3を求める。そして、該開回路電圧OCV3からSOC−OCV特性データを参照して、放電中の充電率SOC3を求め、前述の(式1)による算出と同様の算出方法により満充電容量を推定する(ステップS8)。
Next, the full charge
なお、放電による電圧降下分には、放電電流と内部抵抗との積により算出される内部抵抗による電圧降下分と、放電電流による分極の電圧降下分とが有る。内部抵抗の値及び放電履歴に応じた分極電圧のデータを予め測定して用意しておき、それらのデータを用いて放電による電圧降下分を算出することができる。 The voltage drop due to the discharge includes a voltage drop due to the internal resistance calculated by the product of the discharge current and the internal resistance, and a voltage drop due to polarization due to the discharge current. The polarization voltage data corresponding to the value of the internal resistance and the discharge history is measured and prepared in advance, and the voltage drop due to the discharge can be calculated using these data.
図9は放電の履歴と放電分極電圧と様態の一例を示している。図9の(a)は、充電終了時t1以降に、負荷電流として一定の放電電流が流れる様態を示している。図9の(b)は、図9(a)に示すような一定の放電電流が流れる場合の、放電による分極電圧の様態の一例を示している。図9の(b)に示すように、一定の放電電流が流れる場合、放電分極電圧は、所定の過渡期間経過後、一定の電圧に収束する。 FIG. 9 shows an example of discharge history and discharge polarization voltage. FIG. 9A shows a state in which a constant discharge current flows as a load current after the end of charging t1. FIG. 9B shows an example of the state of the polarization voltage due to discharge when a constant discharge current as shown in FIG. 9A flows. As shown in FIG. 9B, when a constant discharge current flows, the discharge polarization voltage converges to a constant voltage after a predetermined transient period.
上述のステップS8において、満充電容量を推定する際に、前述の(式1)における電流積算値ΔIとして、充電電流の電流積算値と放電電流の電流積算値との差分の値を用いる。また、前述の(式1)における充電終了時の充電率SOC1に代えて前述の放電中の充電率SOC3を用いる。 In the above-described step S8, when the full charge capacity is estimated, the value of the difference between the current integrated value of the charging current and the current integrated value of the discharge current is used as the current integrated value ΔI in (Expression 1) described above. Further, the above-described charging rate SOC3 during discharging is used instead of the charging rate SOC1 at the end of charging in the above (Formula 1).
前述のステップS3で、満充電容量を仮推定した後、ステップS8で再度、満充電容量を推定するのは、ステップS3で推定した満充電容量は、充電分極電圧として推定値を用いているため、ステップS3で推定した仮満充電容量の精度はあまり高くないからである。 After temporarily estimating the full charge capacity in the above-described step S3, the full charge capacity is estimated again in step S8 because the full charge capacity estimated in step S3 uses the estimated value as the charge polarization voltage. This is because the accuracy of the provisional fully charged capacity estimated in step S3 is not so high.
そこで、放電中に実測される電流積算値及び閉回路電圧(CCV)を基に、仮満充電容量及びSOC−OCV特性データを用いて、放電中の開回路電圧(OCV)を推定し、該開回路電圧(OCV)の推定値と実測の閉回路電圧(CCV)との電圧差が一定又はその変動が所定の範囲内になったとき、充電分極が解消したと判定し、充電分極解消後の閉回路電圧(CCV)を用いて、満充電容量を推定する。 Therefore, based on the current integrated value and the closed circuit voltage (CCV) measured during the discharge, the open circuit voltage (OCV) during the discharge is estimated using the temporary full charge capacity and the SOC-OCV characteristic data, When the voltage difference between the estimated value of the open circuit voltage (OCV) and the measured closed circuit voltage (CCV) is constant or the fluctuation is within a predetermined range, it is determined that the charge polarization has been eliminated, and after the charge polarization has been eliminated Is used to estimate the full charge capacity.
なお、開回路電圧(OCV)の推定値と実測の閉回路電圧(CCV)との電圧差が完全に一定となった場合は、ステップS3で推定した仮満充電容量が、実際の満充電容量と完全に一致した場合である。そのような場合には、ステップS8で再度、満充電容量を推定することなく、ステップS3で推定した仮満充電容量を、本満充電容量として推定しても良い。
また、ステップS8で放電中の充電率SOC3を求める際に、開回路電圧OCV3を用いずに、ステップS6で推定した開回路電圧OCV2を用いて、SOC−OCV特性データを参照して、放電中の充電率SOC3を求めても良い。その後、ステップS8と同様の算出方法により満充電容量を推定する。
When the voltage difference between the estimated value of the open circuit voltage (OCV) and the actually measured closed circuit voltage (CCV) becomes completely constant, the temporary full charge capacity estimated in step S3 is the actual full charge capacity. Is exactly the case. In such a case, the temporary full charge capacity estimated in step S3 may be estimated as the full charge capacity without estimating the full charge capacity again in step S8.
Further, when the charging rate SOC3 during discharge is determined in step S8, the open circuit voltage OCV3 estimated in step S6 is used instead of the open circuit voltage OCV3, and the SOC-OCV characteristic data is referred to. The charging rate SOC3 may be obtained. Thereafter, the full charge capacity is estimated by the same calculation method as in step S8.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または実施形態を取ることができる。例えば、ステップS8で満充電容量を推定する際に、充電開始時の充電率SOC0を用いなくても、充電分極解消後の放電中に測定される異なる2つの時点の閉回路電圧(CCV)からそれぞれの開回路電圧(OCV)を推定して各充電率(SOC)を求め、それら2つの各充電率(SOC)と、前記2つの時点の間の放電の電流積算値とから、満充電容量を推定しても良く、種々の変形が可能である。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations or embodiments can be made without departing from the gist of the present invention. be able to. For example, when the full charge capacity is estimated in step S8, the closed circuit voltage (CCV) at two different points in time measured during the discharge after the elimination of charge polarization can be used without using the charge rate SOC0 at the start of charging. Each open circuit voltage (OCV) is estimated to obtain each charging rate (SOC), and from these two charging rates (SOC) and the integrated current value of discharge between the two time points, the full charge capacity May be estimated and various modifications are possible.
1 電池
2 電圧センサ
3 電流センサ
4 電子制御部
41 分極電圧推定部
42 充電終了時SOC推定部
43 仮満充電容量推定部
44 放電率推定部
45 放電中充電率推定部
46 放電中OCV推定部
47 分極解消判断部
48 満充電容量推定部
5 切替スイッチ
6 充電器
7 負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery 2 Voltage sensor 3 Current sensor 4
Claims (8)
予め記憶された充電の履歴と分極電圧との相関を示す分極電圧推定値データを参照し、充電の履歴から充電終了時の分極電圧推定値を取得する第1のステップと、
前記電池の充電終了時の閉回路電圧から、前記第1のステップで取得した分極電圧推定値を減算して推定した開回路電圧推定値を用い、満充電容量に対する充電終了時の残電流容量の比率である充電終了時充電率を、予め記憶された充電率と開回路電圧との相関を示すSOC−OCV特性データを参照して推定する第2のステップと、
前記第2のステップで推定した充電終了時充電率から充電開始時の充電率を減算して求めた充電率の変動値と、充電中の電流積算値とから、仮満充電容量を推定する第3のステップと、
前記第3のステップで推定した仮満充電容量と、充電終了後に放電した電流積算値とから、充電終了後の放電電流量の仮満充電容量に対する比率である放電率を算出する第4のステップと、
前記第2のステップで推定した充電終了時充電率から、前記第4のステップで算出した放電率を減算し、放電中の充電率を推定する第5のステップと、
前記第5のステップで推定された放電中の充電率から前記SOC−OCV特性データを参照して、放電中の開回路電圧を推定する第6のステップと、
前記第6のステップで推定した放電中の開回路電圧の推定値と、放電中の閉回路電圧との電圧差を、所定の時間間隔ごとに観測し、該電圧差の単位時間当たりの変動が所定の値以下になったとき、充電による分極が解消したと判断する第7のステップと、
前記第7のステップにより充電による分極が解消したと判断された後に、前記電池の満充電容量を推定する第8のステップと、
を含むことを特徴とする満充電容量推定方法。 When the discharge of a constant current from the battery to the load continues after the end of charging, it is a method of determining the elimination of polarization due to charging and estimating the full charge capacity of the battery,
A first step of referring to polarization voltage estimated value data indicating a correlation between a charging history and a polarization voltage stored in advance, and obtaining a polarization voltage estimated value at the end of charging from the charging history;
Using the open circuit voltage estimation value estimated by subtracting the polarization voltage estimation value obtained in the first step from the closed circuit voltage at the end of charging of the battery, the remaining current capacity at the end of charging relative to the full charge capacity A second step of estimating a charge rate at the end of charge as a ratio with reference to SOC-OCV characteristic data indicating a correlation between a charge rate stored in advance and an open circuit voltage;
The temporary full charge capacity is estimated from the charge rate fluctuation value obtained by subtracting the charge rate at the start of charge from the charge rate at the end of charge estimated in the second step and the integrated current value during charging. 3 steps,
A fourth step of calculating a discharge rate, which is a ratio of the discharge current amount after completion of charging to the provisional full charge capacity, from the provisional full charge capacity estimated in the third step and the accumulated current value discharged after completion of charge. When,
A fifth step of subtracting the discharge rate calculated in the fourth step from the charge rate at the end of charge estimated in the second step to estimate the charge rate during discharge;
A sixth step of estimating an open circuit voltage during discharge by referring to the SOC-OCV characteristic data from the charge rate during discharge estimated in the fifth step;
The voltage difference between the estimated value of the open circuit voltage during discharge estimated in the sixth step and the closed circuit voltage during discharge is observed at predetermined time intervals, and the fluctuation per unit time of the voltage difference is observed. A seventh step of determining that the polarization due to charging has been eliminated when the value becomes a predetermined value or less;
An eighth step of estimating the full charge capacity of the battery after it is determined that the polarization due to charging has been eliminated by the seventh step;
A method for estimating a full charge capacity.
予め記憶された充電の履歴と分極電圧との相関を示す分極電圧推定値データを参照し、充電の履歴から充電終了時の分極電圧推定値を取得する分極電圧推定手段と、
前記電池の充電終了時の閉回路電圧から、前記分極電圧推定手段で取得した分極電圧推定値を減算して推定した開回路電圧推定値を用い、満充電容量に対する充電終了時の残電流容量の比率である充電終了時充電率を、予め記憶された充電率と開回路電圧との相関を示すSOC−OCV特性データを参照して推定する充電終了時充電率推定手段と、
前記充電終了時充電率推定手段で推定した充電終了時充電率から充電開始時の充電率を減算して求めた充電率の変動値と、充電中の電流積算値とから、仮満充電容量を推定する仮満充電容量推定手段と、
前記仮満充電容量推定手段で推定した仮満充電容量と、充電終了後に放電した電流積算値とから、充電終了後の放電電流量の仮満充電容量に対する比率である放電率を算出する放電率推定手段と、
前記充電終了時充電率推定手段で推定した充電終了時充電率から、前記放電率推定手段で算出した放電率を減算し、放電中の充電率を推定する放電中充電率推定手段と、
前記放電中充電率推定手段で推定された放電中の充電率から前記SOC−OCV特性データを参照して、放電中の開回路電圧を推定する放電中開回路電圧推定手段と、
前記放電中開回路電圧推定手段で推定した放電中の開回路電圧の推定値と、放電中の閉回路電圧との電圧差を、所定の時間間隔ごとに観測し、該電圧差の単位時間当たりの変動が所定の値以下になったとき、充電による分極が解消したと判断する分極解消判断手段と、
前記分極解消判断手段により充電による分極が解消したと判断された後に、前記電池の満充電容量を推定する満充電容量推定手段と、
を備えたことを特徴とする満充電容量推定装置。 A full charge capacity estimation device for determining the elimination of polarization due to charge and estimating the full charge capacity of the battery when discharging of a constant current from the battery to the load continues after the end of charging,
Reference is made to polarization voltage estimated value data indicating a correlation between a charging history and a polarization voltage stored in advance, and polarization voltage estimating means for obtaining a polarization voltage estimated value at the end of charging from the charging history;
Using the open circuit voltage estimated value estimated by subtracting the polarization voltage estimated value obtained by the polarization voltage estimating means from the closed circuit voltage at the end of charging of the battery, the remaining current capacity at the end of charging with respect to the fully charged capacity A charge-end-time charge rate estimating means for estimating a charge-end-time charge rate, which is a ratio, with reference to SOC-OCV characteristic data indicating a correlation between a charge rate stored in advance and an open circuit voltage;
From the charging rate fluctuation value obtained by subtracting the charging rate at the start of charging from the charging rate at the end of charging estimated by the charging rate estimation unit at the end of charging, and the accumulated current value during charging, the provisional fully charged capacity is calculated. A provisional full charge capacity estimating means to estimate;
A discharge rate for calculating a discharge rate, which is a ratio of a discharge current amount after completion of charging to a provisional full charge capacity, from the provisional full charge capacity estimated by the provisional full charge capacity estimation means and the current integrated value discharged after completion of charging. An estimation means;
Subtracting the discharge rate calculated by the discharge rate estimation unit from the charge rate at the end of charge estimated by the charge rate estimation unit at the end of charge, and estimating a charge rate during discharge to estimate the charge rate during discharge;
An open circuit voltage estimation means during discharge that estimates an open circuit voltage during discharge with reference to the SOC-OCV characteristic data from the charge rate during discharge estimated by the charge rate estimation means during discharge;
A voltage difference between an estimated value of the open circuit voltage during discharge estimated by the open circuit voltage estimation means during discharge and a closed circuit voltage during discharge is observed at predetermined time intervals, and the voltage difference per unit time is observed. A depolarization determining means for determining that the polarization due to charging has been canceled when the fluctuation of
A full charge capacity estimation means for estimating a full charge capacity of the battery after it is determined by the polarization elimination judgment means that polarization due to charging has been eliminated;
A full charge capacity estimation device comprising:
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