JP2015025686A - 二次電池パックの管理方法および電源管理システム、電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
CCNTS_var(n) = Σp=0:m[{CCNT(n-p)-CCNT(n-p-1)}* K_dec(p)]
(ただし、CCNTは前記クーロンカウンタの値、K_decは時間経過に伴う減衰係数、mは履歴の影響度に算入する過去の標本数、(n-p)は現在の時刻nよりもp個前の時刻を示す)
として定義されてもよい。
SOC_cc(n) = CCNT(n)/BATCAP
にしたがって算出する第2充電状態推定部をさらに備えてもよい。
この態様によれば、2つの方法で求めた充電状態により、誤差を補正することができる。
電池容量補正部は、2つの充電状態SOC_ocvとSOC_ccの相対誤差が所定のしきい値を超えると、電池容量BATCAPに所定の係数を乗算してもよい。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図3は、実施の形態に係る電源管理システム101を備える電子機器のブロック図である。
電子機器100は、電池駆動型デバイスであり、二次電池パック200に加えて、バッテリマネージメント回路300、システムコントローラ400、パワーマネージメント回路500を備える。二次電池パック200、バッテリマネージメント回路300、システムコントローラ400、パワーマネージメント回路500により構成される電子機器100における電力制御に関するシステム全体を、電源管理システム101と称する。
実施の形態に係る図3の電源管理システム101によれば、バッテリマネージメント回路300の中に、充電回路302と、電池の状態を計測する装置すなわち、電池モニタ部304、電池計測部306、クーロンカウンタ308、を一体に構成することにより、A/D変換器、アンプ、抵抗、コンパレータなどのハードウェア資源を共用化することができ、重複する機能ブロックを削減することができる。
はじめに、この推定演算処理に使用可能な、二次電池のモデルについて説明する。
RINT = RF + RV
固定成分RFは、電池の動作条件に依存しない、電池本来の持つ固定的な抵抗成分すなわち、電極活物質と集電体との接触抵抗や、電極金属自身の電気抵抗などを含む。また、変動成分RVは、電池の動作条件に依存する抵抗値変動、すなわち電池の温度、負荷電流変動、充電状態(SOC)に依存する電池の特性変化を含む。
RV = RI + RT
なおこの等価回路モデルを、公知技術として認識してはならず、本発明者らが独自に考案したものである。
OCV = VBAT + IBAT * RINT=VBAT + IBAT×(RF + RI + RT)
BATCAP=BATCAP_max×(VCHG_term - VBAT_low)/(VBAT_max - VBAT_low) …(1)
ZBAT1_init = (VBAT1 - VBAT0) / IBAT0 - ZBAT2_pre(T) …(2)
α = (ZBAT1_init - ZBAT1_pre) / ZBAT1_pre …(3)
VDROP_init = IBAT_init × (ZBAT1_init+ ZBAT2_pre(T) + ZBAT3_pre(CCNTS_var)) …(4)
インピーダンスの項(ZBAT1_init+ ZBAT2_pre(T) + ZBAT3_pre(CCNTS_var))は図5の内部抵抗算出部604により計算され、電圧降下VDROP_initは図5の電圧降下算出部606により計算される。
OCV_init = VBAT_init + VDROP_init …(5)
CCNT_init = SOC_ocv_init [%]/100 × BATCAP …(6)
CCNTS_var(n)=Σp=0:m[{CCNT(n-p)-CCNT(n-p-1)}* K_dec(p)] …(7)
図5の内部抵抗算出部604の取得部604bは、各時刻nにおいて、影響度CCNTS_var(n)を演算し、その結果にもとづいて過渡応答成分ZBAT2を取得する。
K_dec(p)= 2-p
VDROP(n) = IBAT(n)×(ZBAT1_pre + ZBAT2_pre(T) + ZBAT3_pre(CCNTS_var(n)) …(8)
この演算処理は、図5の電圧降下算出部606により実行される。
OCV(n) = VBAT(n) + VDROP(n) …(9)
SOC_cc(n)[%] = CCNT(n) / BATCAP …(10)
Claims (22)
- 二次電池パックの管理方法であって、
前記二次電池パックの内部抵抗RINTが固定成分RFと変動成分RVの和であるものとしてモデリングされ、かつ、
前記二次電池パックの満充電状態に対する相対残量を示す充電状態SOCと、前記二次電池パックの開放電圧OCVとの対応関係があらかじめ取得されており、
前記方法は、
充放電電流IBATおよび電池電圧VBATを測定するステップと、
前記内部抵抗RINTを算出するステップと、
前記内部抵抗RINTに前記充放電電流IBATを乗算して電圧降下VDROPを算出するステップと、
現在の電池電圧VBATに前記電圧降下VDROPを加算することにより前記二次電池パックの開放電圧OCVを推定するステップと、
前記対応関係にもとづいて、現在の前記開放電圧OCVに対応する現在の充電状態SOC_ocvを取得するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 - 前記変動成分RVは、温度依存成分RTと、充放電電流の過渡応答成分RIを含み、
ある時刻における前記過渡応答成分RIは、それまでに流れた充放電電流IBATの履歴から計算される影響度に応じた値を有するものとして定義されることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記影響度は、前記ある時刻からさかのぼる一定の時間区間について、その時間区間において測定された充放電電流IBATを重み付けして計算されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- クーロンカウンタにより、所定の時間間隔ごとに、前記充放電電流を積算するステップをさらに備え、
前記影響度は、前記クーロンカウンタの値を用いて算出されることを特徴とする請求項3に記載の方法。 - 離散的なn番目の時刻における前記影響度CCNTS_var(n)は、
CCNTS_var(n) = Σp=0:m[{CCNT(n-p)-CCNT(n-p-1)}* K_dec(p)]
(ただし、CCNTは前記クーロンカウンタの値、K_decは時間経過に伴う減衰係数、mは履歴の影響度に算入する過去の標本数、(n-p)は現在の時刻nよりもp個前の時刻を示す)
を用いて計算されることを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 前記減衰係数K_dec(p)は、2のべき数による指数的減衰K_dec(p) = 2-pとして定義されることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記クーロンカウンタの値CCNT(n)と電池容量BATCAPにもとづいて、充電状態SOC_cc(n)を、
SOC_cc(n) = CCNT(n)/BATCAP
にしたがって算出するステップをさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 2つの充電状態SOC_ocvとSOC_ccの間の誤差が許容値を超えるとき、前記クーロンカウンタの値を補正するステップをさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記補正するステップは、2つの充電状態SOC_ocvとSOC_ccの相対誤差が所定のしきい値を超えると、前記クーロンカウンタの値に所定の係数を乗算することを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記補正するステップは、2つの充電状態SOC_ocvとSOC_ccの相対誤差が前記しきい値を超えると、前記電池容量BATCAPにも前記所定の係数を乗算することを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 二次電池パックの電池電圧VBAT、充放電電流IBATおよび温度Tを測定する電池計測部と、
前記電池電圧VBAT、前記充放電電流IBATおよび前記温度Tにもとづいて二次電池パックの残存容量を算出する残存容量検出部と、
を備え、
前記二次電池パックの内部抵抗RINTは、固定成分RFと変動成分RVの和であるものとしてモデリングされ、
前記残存容量検出部は、
前記内部抵抗RINTを算出する内部抵抗算出部と、
前記内部抵抗RINTに前記充放電電流IBATを乗算して電圧降下VDROPを算出する電圧降下算出部と、
現在の電池電圧VBATに前記電圧降下VDROPを加算することにより前記二次電池パックの開放電圧OCVを算出する開放電圧算出部と、
前記二次電池パックの満充電状態に対する相対残量を示す充電状態SOCと、前記二次電池パックの開放電圧OCVとの対応関係にもとづいて、現在の前記開放電圧OCVに対応する現在の充電状態SOC_ocvを取得する第1充電状態推定部と、
を備えることを特徴とする電源管理システム。 - 前記変動成分RVは、温度依存成分RTと、充放電電流の過渡応答成分RIを含み、
ある時刻における前記過渡応答成分RIは、それまでに流れた充放電電流IBATの履歴から計算される影響度に応じた値を有するものとして定義されることを特徴とする請求項11に記載の電源管理システム。 - 前記影響度は、前記ある時刻からさかのぼる一定の時間区間について、その時間区間において測定された充放電電流IBATを重み付けした値として定義されることを特徴とする請求項12に記載の電源管理システム。
- 所定の時間間隔ごとに、前記充放電電流を積算するクーロンカウンタをさらに備え、
前記影響度は、前記クーロンカウンタの値を引数とする関数として定義されることを特徴とする請求項13に記載の電源管理システム。 - 離散的なn番目の時刻における前記影響度CCNTS_var(n)は、
CCNTS_var(n) = Σp=0:m[{CCNT(n-p)-CCNT(n-p-1)}* K_dec(p)]
(ただし、CCNTは前記クーロンカウンタの値、K_decは時間経過に伴う減衰係数、mは履歴の影響度に算入する過去の標本数、(n-p)は現在の時刻nよりもp個前の時刻を示す)
として定義されることを特徴とする請求項14に記載の電源管理システム。 - 前記減衰係数K_dec(p)は、2のべき数による指数的減衰K_dec(p) = 2-pとして定義されることを特徴とする請求項15に記載の電源管理システム。
- 前記残存容量検出部は、
前記クーロンカウンタの値CCNT(n)と電池容量BATCAPにもとづいて、充電状態SOC_cc(n)を、
SOC_cc(n) = CCNT(n)/BATCAP
にしたがって算出する第2充電状態推定部をさらに備えることを特徴とする請求項14に記載の電源管理システム。 - 前記残存容量検出部は、2つの充電状態SOC_ocvとSOC_ccの間にの誤差が許容値を超えるとき、前記クーロンカウンタの値を補正するクーロンカウンタ補正部をさらに備えることを特徴とする請求項17に記載の電源管理システム。
- 前記クーロンカウンタ補正部は、2つの充電状態SOC_ocvとSOC_ccの相対誤差が所定のしきい値を超えると、前記クーロンカウンタの値に所定の係数を乗算することを特徴とする請求項18に記載の電源管理システム。
- 前記残存容量検出部は、2つの充電状態SOC_ocvとSOC_ccの間の誤差が許容値を超えるとき、前記電池容量BATCAPを補正する電池容量補正部をさらに備えることを特徴とする請求項17に記載の電源管理システム。
- 前記電池容量補正部は、2つの充電状態SOC_ocvとSOC_ccの相対誤差が所定のしきい値を超えると、前記電池容量BATCAPに所定の係数を乗算することを特徴とする請求項20に記載の電源管理システム。
- 請求項11から21のいずれかに記載の電源管理システムを備えることを特徴とする電子機器。
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