JP2015081773A - Remaining time calculation device and remaining time calculation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定電力で駆動する電気機器に所定の放電レートで電力を供給する二次電池の残時間を算出する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for calculating the remaining time of a secondary battery that supplies electric power at a predetermined discharge rate to an electric device driven with constant power.
従来、定電力で駆動する電気機器に電力を供給する二次電池、つまり、所定の放電レートで定電力放電を行う二次電池の残時間は、二次電池の残容量(mAhもしくはmWh)を放電電流(mAもしくはmWh)或いは、放電レート(mAもしくはmWh)/放電効率(%)で割ることで算出されていた。 Conventionally, the remaining time of a secondary battery that supplies power to an electric device driven by constant power, that is, a secondary battery that performs constant power discharge at a predetermined discharge rate, is the remaining capacity (mAh or mWh) of the secondary battery. It was calculated by dividing by discharge current (mA or mWh) or discharge rate (mA or mWh) / discharge efficiency (%).
しかしながら、二次電池は放電を開始してから放電時間が経過するにつれて、放電による発熱により温度が漸次上昇する。さらに、二次電池は同じ放電レートで放電する場合、温度が高いほど放電効率が高くなる。そのため、放電初期においては温度が低いため放電終了時に比べて放電効率が低く、従来の残時間の算出手法では、放電初期に算出した残時間が実際の残時間よりも小さな値で算出されていた。 However, as the discharge time elapses after the secondary battery starts discharging, the temperature gradually increases due to heat generated by the discharging. Furthermore, when the secondary battery is discharged at the same discharge rate, the higher the temperature, the higher the discharge efficiency. Therefore, since the temperature is low at the beginning of discharge, the discharge efficiency is lower than at the end of discharge, and in the conventional remaining time calculation method, the remaining time calculated at the beginning of discharge was calculated with a value smaller than the actual remaining time. .
図6に満充電の状態から一定の放電レートで放電した場合の二次電池の温度変化を示す。また、図7に二次電池の温度及び放電レートに対する放電効率の関係を示す図である。図6のように、満充電の二次電池を一定の放電レートで放電を継続すると、5℃であった二次電池の温度が漸次上昇する。特に、高い放電レートほど、二次電池の温度はより高く上昇する。また、図7のように、所定の放電レートでは、二次電池の温度が高いほど放電効率が高い。これらのことから、一定の放電レートで放電を継続していくと、放電初期に比べて二次電池の温度及び放電効率が漸次上昇していくことがわかる。 FIG. 6 shows the temperature change of the secondary battery when discharged from the fully charged state at a constant discharge rate. FIG. 7 is a diagram showing the relationship of the discharge efficiency with respect to the temperature and discharge rate of the secondary battery. As shown in FIG. 6, when the fully charged secondary battery continues to be discharged at a constant discharge rate, the temperature of the secondary battery, which was 5 ° C., gradually increases. In particular, the higher the discharge rate, the higher the temperature of the secondary battery. Moreover, as shown in FIG. 7, at a predetermined discharge rate, the higher the temperature of the secondary battery, the higher the discharge efficiency. From these facts, it can be seen that if the discharge is continued at a constant discharge rate, the temperature and discharge efficiency of the secondary battery gradually increase compared to the initial stage of discharge.
例えば、48Wの放電レートで放電終了まで放電を行った場合、二次電池の温度が5℃から23.5℃まで上昇し、放電効率が74%から87%に上昇する。 For example, when discharging is performed at the discharge rate of 48 W until the end of discharge, the temperature of the secondary battery increases from 5 ° C. to 23.5 ° C., and the discharge efficiency increases from 74% to 87%.
したがって、ユーザは、電気機器の使用開始直後に、残時間が例えば1時間と報知された場合、その報知を信じて電気機器を使用していると、1時間が経過しても残容量が0になっておらず、予定していた時間より長く電気機器を使用することができることがわかる。もし、使用開始時から正確な残時間がわかっていれば、使用頻度を抑える必要もなく、また、正確な残時間に即した電気機器の使用計画を立てることができるという課題を有していた。 Therefore, when the user is informed that the remaining time is 1 hour, for example, immediately after the start of using the electric device, if the user believes that notification and is using the electric device, the remaining capacity is 0 even after 1 hour has passed. It can be seen that the electric device can be used longer than the scheduled time. If the exact remaining time was known from the start of use, there was no need to reduce the frequency of use, and there was a problem that it was possible to make a plan for using electrical equipment in accordance with the exact remaining time. .
そのため、従来、定電力放電を行う二次電池の残時間は、15分、30分、というように、大まかな値しか算出されておらず、1分というような細かい時間間隔で算出されていなかった。 Therefore, conventionally, the remaining time of the secondary battery that performs constant power discharge is calculated only as a rough value such as 15 minutes or 30 minutes, and not calculated at a fine time interval such as 1 minute. It was.
なお、本発明に関連する技術として、特許文献1及び2が知られている。特許文献1では、放電電流が大きく変化しても正確にバッテリの残容量を検出することを目的として、所定時間内の平均放電電流から補正係数を決定し、この補正係数をバッテリの満充電容量に乗じることで放電可能容量を求め、放電可能容量から消費電気量を減じ、バッテリの残容量を算出する技術が開示されている。
また、特許文献2では、二次電池の温度特性や劣化を考慮した残容量を算出することを目的として、パワー特性対放電電力量の関係Wh(P)の近似式を、温度補正係数(α)、電気容量変化(β)、及び電池の内部抵抗変化(γ)を用いて補正し、補正後のWh(P)を用いて、残容量を算出する技術が開示されている。
Further, in
ところで、近年、ビデオカメラ等の電気機器においては、二次電池の残時間を1分というような細かい時間間隔で算出してほしいとの要望がある。 By the way, in recent years, there is a demand for electric devices such as video cameras to calculate the remaining time of the secondary battery at a minute time interval such as 1 minute.
しかしながら、従来の残時間の算出手法では、上述したように単に残容量を放電電流で割ることで残時間が算出されているため、精度良く残時間を算出することができず、上記の要望に応えることができないという問題があった。 However, in the conventional remaining time calculation method, as described above, the remaining time is calculated simply by dividing the remaining capacity by the discharge current. There was a problem that we could not respond.
本発明の目的は、二次電池の残時間を精度良く算出することができる技術を提供することである。 The objective of this invention is providing the technique which can calculate the remaining time of a secondary battery accurately.
前記従来の課題を解決するために、本発明の残時間算出装置は、負荷装置に所定の放電レートで電力を供給する二次電池の残時間を算出する残時間算出装置であって、前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、前記二次電池の残容量を検出する残容量検出部と、前記放電レートと前記温度から放電効率を検出する放電効率検出部と、前記放電レートと前記温度と前記残容量から残時間の補正値を検出する補正部と、前記放電レートと前記残容量と前記放電効率と前記補正値から式(1)で、前記二次電池の残時間を算出する残時間算出部とを備える。 In order to solve the conventional problem, a remaining time calculation device according to the present invention is a remaining time calculation device that calculates a remaining time of a secondary battery that supplies power to a load device at a predetermined discharge rate. A temperature detector that detects a temperature of the secondary battery, a remaining capacity detector that detects a remaining capacity of the secondary battery, a discharge efficiency detector that detects discharge efficiency from the discharge rate and the temperature, and the discharge rate A correction unit for detecting a correction value of the remaining time from the temperature and the remaining capacity, and a remaining time of the secondary battery is calculated from the discharge rate, the remaining capacity, the discharge efficiency, and the correction value by Equation (1). A remaining time calculating unit.
また、本発明の残時間算出方法は、負荷装置に所定の放電レートで電力を供給する二次電池の残時間を算出する残時間算出方法であって、前記二次電池の温度を検出する温度検出ステップと、前記二次電池の残容量を検出する残容量検出ステップと、前記放電レートと前記温度から放電効率を検出する放電効率検出ステップと、前記放電レートと前記温度と前記残容量から残時間の補正値を検出する補正ステップと、前記放電レートと前記残容量と前記放電効率と前記補正値から式(1)で、前記二次電池の残時間を算出する残時間算出ステップとを備える。
(数1)
残時間 = 残容量 / 放電レート × 放電効率 + 補正値 ・・・ (1)
これらの構成によれば、温度検出部により検出された二次電池の温度に対する、二次電池を所定の放電レートで放電させた場合の二次電池の放電効率を基に、二次電池の温度と、残容量検出部により検出された二次電池の残容量から残時間の補正値を抽出し、残容量が放電レートで商算され放電効率が積算され、そして、補正値が加算されることで、二次電池の残時間が算出されている。
The remaining time calculation method of the present invention is a remaining time calculation method for calculating a remaining time of a secondary battery that supplies power to a load device at a predetermined discharge rate, the temperature detecting the temperature of the secondary battery. A detection step, a remaining capacity detection step for detecting a remaining capacity of the secondary battery, a discharge efficiency detection step for detecting a discharge efficiency from the discharge rate and the temperature, a remaining capacity from the discharge rate, the temperature and the remaining capacity. A correction step of detecting a correction value of time, and a remaining time calculation step of calculating the remaining time of the secondary battery by the equation (1) from the discharge rate, the remaining capacity, the discharge efficiency, and the correction value. .
(Equation 1)
Remaining time = remaining capacity / discharge rate x discharge efficiency + correction value (1)
According to these configurations, the temperature of the secondary battery is based on the discharge efficiency of the secondary battery when the secondary battery is discharged at a predetermined discharge rate with respect to the temperature of the secondary battery detected by the temperature detection unit. Then, a correction value of the remaining time is extracted from the remaining capacity of the secondary battery detected by the remaining capacity detection unit, the remaining capacity is calculated by the discharge rate, the discharge efficiency is integrated, and the correction value is added. Thus, the remaining time of the secondary battery is calculated.
ここで、二次電池の温度は放電時間が経過するにつれて漸次上昇するため、満充電状態にある二次電池を所定のレートで放電した場合、放電初期の二次電池の放電効率は放電終了時に比べて値が小さくなる傾向にある。そのため、放電初期において、放電を継続した後に放電効率が向上する放電効率変化量を考慮する必要がある。 Here, since the temperature of the secondary battery gradually increases as the discharge time elapses, when the secondary battery in the fully charged state is discharged at a predetermined rate, the discharge efficiency of the secondary battery in the initial stage of discharge is The value tends to be smaller than that. Therefore, in the initial stage of discharge, it is necessary to consider the amount of change in discharge efficiency that improves the discharge efficiency after continuing the discharge.
したがって、放電初期の二次電池の温度に対する放電レートと残容量から求めた補正値を、二次電池の残時間に加算して補正する。これにより、補正された残時間は、補正される前の従来の残時間に比べて大きくなる。 Therefore, the correction value obtained from the discharge rate and the remaining capacity with respect to the temperature of the secondary battery at the initial stage of discharge is added to the remaining time of the secondary battery for correction. As a result, the corrected remaining time becomes larger than the conventional remaining time before correction.
つまり、放電初期において、放電効率が小さくなっている分を考慮して、放電が継続された後の放電効率を含めた残時間の算出を行うので、残時間が実際の残時間よりも小さな値で算出されることを防止することができる。その結果、残時間を精度良く算出することができ、1分というような短い時間間隔で残時間を算出することが可能となる。 In other words, the remaining time including the discharge efficiency after the discharge is continued is calculated in consideration of the fact that the discharge efficiency is reduced at the beginning of the discharge, so the remaining time is smaller than the actual remaining time. Can be prevented from being calculated. As a result, the remaining time can be accurately calculated, and the remaining time can be calculated at a short time interval such as 1 minute.
本発明によれば、二次電池の残時間を精度良く算出することができる。 According to the present invention, the remaining time of the secondary battery can be calculated with high accuracy.
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の一実施の形態に係る残時間算出装置21を備えた電池パック2、及びこの電池パック2を定電力放電させる負荷装置3の構成の一例を示すブロック図である。そして、図1に示す電池パック2と負荷装置3とが組み合わされて、電気機器システム1が構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a
ここで、負荷装置3としては、定電力で駆動するパソコンやビデオカメラ等の種々の電気機器を採用することができ、特に、本実施の形態では、ノートパソコンやタブレットなどの電気機器で電源に接続されない状態について説明する。
Here, as the
電池パック2は、接続端子11、12、13、組電池14(二次電池)、電圧検出回路15、電流検出抵抗16(電流検出部)、温度センサ17(温度検出部)、制御IC18、及びスイッチング素子Q1、Q2を備えている。また、制御IC18は、アナログデジタル変換器201と、制御部202と、通信部203とを備えている。
The
また、組電池14、電圧検出回路15、温度センサ17、電流検出抵抗16、及び制御IC18により残時間算出装置21が構成される。
The
負荷装置3は、接続端子31、32、33及び本体部34を備えている。電池パック2及び負荷装置3は、給電を行う直流ハイ側の接続端子11、31と、通信信号用の接続端子13、33と、給電および通信信号のための接続端子12、32とによって相互に接続される。
The
電池パック2では、接続端子11は、放電用のスイッチング素子Q1と充電用のスイッチング素子Q2とを介して組電池14の正極に接続されている。スイッチング素子Q1、Q2としては、例えばNチャネルのFET(Field Effect Transistor)が用いられる。
スイッチング素子Q1は、寄生ダイオードのアノードが接続端子11の方向にされている。また、スイッチング素子Q2は、寄生ダイオードのアノードが組電池14の方向にされている。
In the
In the switching element Q1, the anode of the parasitic diode is in the direction of the
また、接続端子12は、電流検出抵抗16を介して組電池14の負極に接続されており、接続端子11からスイッチング素子Q1、Q2、組電池14、及び電流検出抵抗16を介して接続端子12に至る電流経路が構成されている。
The
電流検出抵抗16は、組電池14の充電電流及び放電電流を電圧値に変換する。組電池14は、複数、例えば三個の二次電池141、142、143が直列に接続された組電池である。二次電池141、142、143は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池である。なお、組電池14は、例えば単電池であってもよく、例えば複数の二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続された組電池であってもよい。
The
温度センサ17は、二次電池141、142、143の温度を検出する温度センサである。そして、二次電池141、142、143の温度は温度センサ17によって検出され、制御IC18内のアナログデジタル変換器201に入力される。また、組電池14の端子電圧である電圧V、及び二次電池141、142、143の各端子電圧V1、V2、V3は電圧検出回路15によってそれぞれ読取られ、制御IC18内のアナログデジタル変換器201に入力される。さらにまた、電流検出抵抗16によって検出された電流の電流値も、制御IC18内のアナログデジタル変換器201に入力される。アナログデジタル変換器201は、各入力値をデジタル値に変換して、制御部202へ出力する。
The
アナログデジタル変換器201は、例えば、電流検出抵抗16により検出された電流の電流値を、組電池14を充電する方向の電流をプラス、組電池14から放電される方向の電流をマイナスで表すものとする。
The analog-
制御部202は、例えば所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶されたROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部202は、ROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、充放電制御部211、残容量検出部212、放電効率検出部213、補正部214、及び残時間算出部215として機能する。
The
充放電制御部211は、電池パック2に充電装置が接続されている場合、例えば、定電流−定電圧(CC−CV)充電、トリクル充電、パルス充電等の種々の充電方式を用いて、組電池14を充電する。そして、充放電制御部211は、例えば組電池14に流れる充電電流が充電終止電流値以下になると、組電池14が満充電になったものと判定して充電を終了する。
When a charging device is connected to the
また、充放電制御部211は、アナログデジタル変換器201からの各入力値から、接続端子11、12間の短絡や負荷装置3からの異常電流などの電池パック2の外部における異常や、組電池14の異常な温度上昇等の異常を検出する。そして、充放電制御部211は、このような異常を検出した場合、スイッチング素子Q1、Q2をオフさせて、過電流や過熱等の異常から、組電池14を保護する保護動作を行う。
Further, the charge /
残容量検出部212は、例えば、電流積算法により組電池14の残容量RCを検出する。具体的には、残容量検出部212は、電流検出抵抗16によって検出された電流Icを一定の時間間隔(例えば1秒)で積算することによって、組電池14に充電されている残容量RCを算出する。この場合、組電池14を充電する方向の電流がプラス、組電池14から放電される方向の電流がマイナスで表されているので、RC’=RC+Ic×tによりRCを更新することで、組電池14の残容量RCが更新される。但し、RC’は更新後の残容量を示し、tは一定の時間間隔を示す。
The remaining
なお、残容量検出部212は、充放電制御部211により組電池14の満充電が検出された場合、予め定められた組電池14の満充電容量値FCCを、現時点での残容量RCとして設定する。ここで、残容量検出部212は、電流積算法以外の電圧測定法等の手法を用いて残容量RCを算出してもよい。
In addition, when the full charge of the assembled
放電効率検出部213は、組電池14を定電力放電させたときの組電池14の放電効率を予め記憶する。具体的には、放電効率検出部213は、図7のように、二次電池の温度及び放電レートに対する放電効率の関係を記憶する。
The discharge
放電効率検出部213は、充放電制御部211が設定した放電レートを入力、或いは、アナログデジタル変換器201経由で電流検出抵抗16に流れる電流量を入力して放電レートを算出する。さらに、放電効率検出部213は、アナログデジタル変換器201経由で温度センサ17が検出した二次電池141、142、143の温度を入力する。そして、放電効率検出部213は、記憶している二次電池の温度及び放電レートに対する放電効率の関係に、入力した放電レート及び二次電池の温度を用いて放電効率を検出する。
The discharge
補正部214は、現在の放電レートで継続して放電された場合の温度上昇を加味した放電効率の変化による残時間の補正値を検出する。図6及び図7から一定の放電レートで放電を継続すると、二次電池の温度が上昇して放電効率が上昇することがわかっている。このため、補正部214は、所定の放電レートで残容量が0になる放電終了まで放電を継続した場合の温度上昇から生じる放電効率変化量を考慮した残時間の補正値を検出する。
The
補正部214は、残容量検出部212から残容量を入力し、放電効率検出部213から放電レートと二次電池141、142、143の温度を入力する。そして、補正部214は、入力した放電レートで入力した残容量を放電終了まで放電を継続した場合、入力した温度からの温度上昇から生じる放電効率変化量を考慮した残時間の補正値を検出する。
The
なお、補正部214の放電レートと二次電池の温度の入力方法は、放電効率検出部213と同様の方法としてもよい。
Note that the method of inputting the discharge rate and the temperature of the secondary battery of the
図2は、放電レートの大きさ毎に二次電池の温度と残容量によって定まる補正量の一例を示した図である。図2に示すように補正値は、放電レートの大きさ毎に二次電池の温度の欄と残容量の欄とを備える3次元の表形式のデータ構造(ルックアップテーブル)を有している。補正部214は、この3次元の表形式のデータ構造(ルックアップテーブル)を予め記憶している。或いは、補正部214は、制御部202に記憶されているこの3次元の表形式のデータ構造(ルックアップテーブル)を使用することができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a correction amount determined by the temperature and remaining capacity of the secondary battery for each discharge rate. As shown in FIG. 2, the correction value has a three-dimensional tabular data structure (look-up table) that includes a secondary battery temperature column and a remaining capacity column for each discharge rate. . The
図2の例では、放電レートが、12W、30W、48Wのシートを示している。これらは、電池パック2及び負荷装置3で使用する放電レートのシートである。
In the example of FIG. 2, sheets with discharge rates of 12 W, 30 W, and 48 W are shown. These are discharge rate sheets used in the
また、図2の例では、二次電池の温度の欄は、「5(℃)」、「25(℃)」、「40(℃)」の3つの欄を備えている。ここで、「5(℃)」は、組電池14の温度が、代表値が5(℃)で、15(℃)未満であることを示している。「25(℃)」は、組電池14の温度が、代表値が25(℃)で、15(℃)以上、35(℃)未満であることを示している。「40(℃)」は、組電池14の温度が、代表値が40(℃)で、35(℃)以上であることを示している。
In the example of FIG. 2, the temperature column of the secondary battery includes three columns of “5 (° C.)”, “25 (° C.)”, and “40 (° C.)”. Here, “5 (° C.)” indicates that the temperature of the assembled
また、図2の例では、残容量の欄は、「100(%)」、「80(%)」、「60(%)」、「40(%)」、「20(%)」、「0(%)」の6つの欄を備えている。ここで、「100(%)」は、残容量が、90(%)以上、110(%)未満であることを示している。他の欄も同様で、「x(%)」の場合、残容量が、x−10(%)以上、x+10(%)未満であることを示している。 In the example of FIG. 2, the remaining capacity columns include “100 (%)”, “80 (%)”, “60 (%)”, “40 (%)”, “20 (%)”, “ Six columns of “0 (%)” are provided. Here, “100 (%)” indicates that the remaining capacity is 90 (%) or more and less than 110 (%). The same applies to the other columns, and “x (%)” indicates that the remaining capacity is not less than x−10 (%) and less than x + 10 (%).
そして、各升には、温度と残容量とに対する残時間の補正値が格納されている。つまり、各升には、対応する温度の欄に規定された温度範囲内の温度と、対応する残容量の欄に規定された容量範囲内の残容量とで、現在の残容量が0になる放電終了まで所定の放電レートで放電させたときの残時間の補正値が格納されている。 Each box stores a remaining time correction value for temperature and remaining capacity. In other words, the current remaining capacity is zero for each box, with the temperature within the temperature range defined in the corresponding temperature column and the remaining capacity within the capacity range defined in the corresponding remaining capacity column. A correction value for the remaining time when discharging at a predetermined discharge rate until the end of discharge is stored.
ここで補正値は、図2のように二次電池の温度が低いとき、及び、残容量が多いときに大きくなるように設定している。 Here, the correction value is set so as to increase when the temperature of the secondary battery is low as shown in FIG. 2 and when the remaining capacity is large.
なお、図2に示す放電レートの各シート、温度の各欄の温度範囲及び残容量の各欄の容量の範囲は一例に過ぎず、異なる値を採用してもよいし、シート、行及び列の数を増やしてより細かな分解能で残時間の補正値を特定できるようにしてもよい。また、図2に示す残時間の補正値は、記載されている放電レート、温度及び残容量の値における補正値とし、記載されていない放電レート、温度及び残容量の値における補正値は、記載されている前後の値で補間することとしてもよい。また、図2に示す表に代えて、放電レート、二次電池の温度及び残容量を入力とし、残時間の補正値を出力とする関数を予め求めておき、この関数を残時間の補正情報として採用してもよい。 It should be noted that the discharge rate shown in FIG. 2, the temperature range of each column of temperature, and the capacity range of each column of remaining capacity are merely examples, and different values may be adopted, and sheets, rows and columns may be adopted. The correction value of the remaining time may be specified with a finer resolution by increasing the number of. Further, the correction value for the remaining time shown in FIG. 2 is a correction value for the described discharge rate, temperature, and remaining capacity value, and the correction value for the discharge rate, temperature, and remaining capacity value not described is described. It is also possible to interpolate with the previous and subsequent values. Further, instead of the table shown in FIG. 2, a function that takes discharge rate, secondary battery temperature and remaining capacity as inputs, and outputs a remaining time correction value is obtained in advance, and this function is used as remaining time correction information. May be adopted.
残時間算出部215は、補正部214から残容量と放電レートと残時間の補正値を入力し、放電効率検出部213から放電効率を入力する。入力したデータを基に、式(1)の演算により、組電池14の残時間を算出する。
(数1)
残時間 = 残容量 / 放電レート × 放電効率 + 補正値 ・・・(1)
なお、残時間算出部215の残容量と放電レート入力方法は、補正部214と同様の方法としてもよい。
The remaining
(Equation 1)
Remaining time = remaining capacity / discharge rate × discharge efficiency + correction value (1)
Note that the remaining capacity and discharge rate input method of the remaining
なお、補正部214及び残時間算出部215は、充放電制御部211により組電池14が放電状態にあることが検出されると、一定の時間間隔(例えば1分)で残時間の補正値及び残時間を算出する処理を実行する。
When the charge /
そして、残時間算出部215は、算出した残時間を、通信部203を介して負荷装置3へと送信する。そして、残時間を受信した負荷装置3は、残時間を例えば図略の表示部に表示する。これにより、ユーザは従来の残時間の算出手法に比べて、例えば1分というような細かな時間間隔で残時間の変化を認識することができる。
Then, the remaining
なお、残時間算出部215は、残時間を例えば1分よりも細かい例えば1秒というような時間間隔で算出し、放電開始時の残時間を基準として、算出した残時間が1分減少する毎に、算出した残時間を負荷装置3に送信するようにしてもよい。
The remaining
これにより、負荷装置3は、残時間Tが確実に1分減ったときのみに、残時間を受信することになり、電池パック2及び負荷装置3間の通信トラフィックの軽減及び負荷装置3による残時間を表示するための処理負担の軽減を図ることができる。
As a result, the
図3は、満充電状態から残容量が0になる放電終了まで直列接続された複数個の二次電池を定電力放電させたときの、従来の手法を用いて算出された残時間の時間的推移を示したグラフである。図3において、左側の縦軸は残時間を示し、右側の縦軸は従来の手法で算出された残時間と理想の残時間との誤差を示している。また、横軸は放電時間を示している。 FIG. 3 shows the remaining time calculated using the conventional method when a plurality of secondary batteries connected in series are discharged at a constant power from the fully charged state to the end of discharge when the remaining capacity becomes zero. It is the graph which showed transition. In FIG. 3, the left vertical axis represents the remaining time, and the right vertical axis represents the error between the remaining time calculated by the conventional method and the ideal remaining time. The horizontal axis indicates the discharge time.
なお、左側及び右側の縦軸及び横軸とも単位は分である。但し、左側の縦軸は、点線で示す一区切りが20分に設定されているが、右側の縦軸は、点線で示す一区切りが5分に設定されている。なお、放電開始時において、二次電池は満充電状態にあったものとする。 The unit of the left and right vertical and horizontal axes is in minutes. However, on the left vertical axis, one break indicated by a dotted line is set to 20 minutes, whereas on the right vertical axis, one break indicated by a dotted line is set to 5 minutes. It is assumed that the secondary battery is in a fully charged state at the start of discharge.
また、従来の手法とは、残容量を放電レート/放電効率で割ることで、残時間を算出する手法である。また、図3において、グラフG10は、従来の手法で算出された残時間の時間的推移を示し、グラフGRは、理想の残時間の時間的推移を示し、グラフGD10は、グラフG10とグラフGRとの誤差を示している。 The conventional method is a method of calculating the remaining time by dividing the remaining capacity by the discharge rate / discharge efficiency. Also, in FIG. 3, a graph G10 shows a temporal transition of the remaining time calculated by the conventional method, a graph GR shows a temporal transition of the ideal remaining time, and a graph GD10 includes the graph G10 and the graph GR. The error is shown.
グラフGRにおいて、放電開始時の残時間は約100分であり、放電終了時の残時間も約100分となっている。また、グラフGRにおいて、例えば放電時間20分の点での残時間は約80分であり、放電時間20分の点から放電終了時までの時間も約80分となっている。つまり、理想の残時間の時間的推移を示すグラフは傾きが−1の直線であることが分かる。 In the graph GR, the remaining time at the start of discharge is about 100 minutes, and the remaining time at the end of discharge is also about 100 minutes. In the graph GR, for example, the remaining time at the point of 20 minutes of discharge is about 80 minutes, and the time from the point of 20 minutes of discharge time to the end of discharge is also about 80 minutes. That is, it can be seen that the graph indicating the transition of the ideal remaining time is a straight line having a slope of -1.
一方、グラフG10に示すように、放電開始時の残時間は本来的には約100分になるところを、約88分と算出されており、実際の残時間よりも12分も小さな値が算出されていることが分かる。つまり、理想の残時間と従来の手法により算出された残時間とでは、最大12分もの誤差が生じていることが分かる。
On the other hand, as shown in the graph G10, the remaining time at the start of discharge is calculated to be about 88 minutes, which is essentially about 100 minutes, and a
また、放電時間20分の点においても、放電開始時に比べて誤差は縮まっているものの従来の手法により算出された残時間は理想の残時間よりもかなり大きな値となっている。 Also, at the point of 20 minutes discharge time, the remaining time calculated by the conventional method is considerably larger than the ideal remaining time although the error is reduced as compared with the time of starting the discharge.
そして、グラフGD10に示すように、グラフG10とグラフGRとの誤差は、放電時間が経過するにつれて小さくなっていることが分かる。つまり、放電初期において、従来の手法で算出された残時間は、理想の残時間から大きく乖離していることが分かる。 As can be seen from the graph GD10, the error between the graph G10 and the graph GR decreases as the discharge time elapses. That is, it can be seen that the remaining time calculated by the conventional method greatly deviates from the ideal remaining time in the early stage of discharge.
これは、背景技術でも説明したように、放電効率は、放電時間が経過して二次電池の温度が上昇するにつれて、漸次増大する特性を持っているため、残容量を放電レート/放電効率で割って残時間を求めた場合、放電初期では放電効率の値が小さいために、残時間が理想の残時間よりも小さく算出されてしまうからである。 As explained in the background art, since the discharge efficiency has a characteristic of gradually increasing as the temperature of the secondary battery rises as the discharge time elapses, the remaining capacity is determined by the discharge rate / discharge efficiency. This is because when the remaining time is obtained by dividing, the value of the discharge efficiency is small at the initial stage of discharge, so that the remaining time is calculated to be smaller than the ideal remaining time.
図4は、満充電状態から残容量が0になる放電終了まで直列接続された複数の二次電池を定電力放電させたときの、本実施の形態の手法(以下、「本手法」と記述する)を用いて算出された残時間の時間的推移を示したグラフである。図4において、縦軸及び横軸の単位及びスケールは、図3と同一である。 FIG. 4 shows the method of the present embodiment (hereinafter referred to as “this method”) when a plurality of secondary batteries connected in series from the fully charged state to the end of discharge when the remaining capacity becomes 0 is discharged at constant power. Is a graph showing the temporal transition of the remaining time calculated using 4, the units and scales of the vertical and horizontal axes are the same as those in FIG.
また、図4において、グラフG1は本手法を用いて算出された残時間の時間的推移を示し、グラフGRは図3のグラフGRと同一であり、グラフGD1はグラフG1とグラフGRとの誤差を示している。 Also, in FIG. 4, a graph G1 shows the temporal transition of the remaining time calculated using this method, the graph GR is the same as the graph GR of FIG. 3, and the graph GD1 is an error between the graph G1 and the graph GR. Is shown.
グラフG1とグラフGRとを対比すれば分かるように、本手法により算出された残時間は、理想の残時間に極めて近いことが分かる。特に放電初期における誤差が従来の手法に
比べて大幅に小さくなっていることが分かる。
As can be seen by comparing the graph G1 and the graph GR, it can be seen that the remaining time calculated by this method is very close to the ideal remaining time. In particular, it can be seen that the error at the initial stage of discharge is significantly smaller than the conventional method.
具体的には、グラフGD1に示すように、グラフG1とグラフGRとの誤差は、従来の手法で誤差が大きかった放電開始から放電時間40分までの期間の誤差を小さくしており、誤差の最大値が、従来の手法では12分であったのが、本手法では4.4分と大幅に小さくなっていることが分かる。 Specifically, as shown in the graph GD1, the error between the graph G1 and the graph GR reduces the error in the period from the start of discharge to the discharge time of 40 minutes, which was large in the conventional method. It can be seen that the maximum value was 12 minutes in the conventional method, but significantly reduced to 4.4 minutes in the present method.
これは、式(1)に示す補正値を残容量が多いときに大きくなるように設定されているからに他ならない。 This is nothing but the correction value shown in Equation (1) is set to be large when the remaining capacity is large.
つまり、二次電池の放電効率は放電時間が経過するにつれて漸次増大するため、満充電状態にある二次電池を所定のレートで放電した場合、放電初期の二次電池の放電効率は放電終了時に比べて値が小さくなる。そのため、放電初期において、残時間の計算に大きな誤差を生じてしまうこととなる。 In other words, since the discharge efficiency of the secondary battery gradually increases as the discharge time elapses, when the secondary battery in the fully charged state is discharged at a predetermined rate, the discharge efficiency of the secondary battery at the initial stage of discharge is The value is smaller than that. Therefore, a large error occurs in the calculation of the remaining time in the early stage of discharge.
したがって、放電初期の放電レート、放電効率、残容量を用いて、放電効率変化量を考慮して残時間の補正値を設定すると、従来の手法で残時間の誤差が大きかった放電開始から放電時間40分までの期間の残時間の誤差が小さくなる。 Therefore, using the discharge rate, discharge efficiency, and remaining capacity at the beginning of the discharge, and setting the correction value for the remaining time in consideration of the amount of change in discharge efficiency, the discharge time from the start of discharge when the error in the remaining time was large in the conventional method. The error of the remaining time of the period up to 40 minutes becomes small.
よって、放電を継続した時の放電効率が上昇する分を考慮して残時間が算出され、放電初期において、残時間が実際の残時間よりも小さな値で算出されることが防止されるのである。 Therefore, the remaining time is calculated in consideration of the increase in discharge efficiency when the discharge is continued, and the remaining time is prevented from being calculated with a value smaller than the actual remaining time in the initial stage of discharge. .
図5は、図1に示す電気機器システム1の動作を示すフローチャートである。なお、本フローチャートを開始する前、組電池14は満充電状態にあったものとする。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the
まず、制御部202は、二次電池141〜143の温度、電圧、放電電流、放電レートを確定する所定のタイミングになったか否かを判定し(ステップS51)、所定のタイミングになったと判定した場合は(ステップS51でYES)、二次電池141、142、143の温度、二次電池141〜143のそれぞれの電圧、及び放電電流をアナログデジタル変換器201から取得し、放電レートを充放電制御部211から取得する(ステップS52)。一方、所定のタイミングになっていない場合(ステップS51でNO)、処理がステップS51に戻される。
First, the
次に、残容量検出部212は、ステップS52で取得した放電電流から組電池14の残容量を算出する(ステップS53)。そして、放電効率検出部213は、ステップS52で取得した放電レートと二次電池141、142、143の温度から放電効率を検出する(ステップS54)。
Next, the remaining
次に、補正部214は、放電中である場合(ステップS55でYES)、ステップS52で取得した二次電池141、142、143の温度と放電レート及びステップS53で取得した残容量から図2に示す補正値の情報を参照して、残時間の補正値を特定する(ステップS56)。一方、放電中でない場合(ステップS55でNO)、処理がステップS51に戻される。
Next, when discharging is in progress (YES in step S55), the
次に、残時間算出部215は、ステップS52で取得した放電レートと、ステップS53で算出した残容量と、ステップS54で検出した放電効率と、ステップS56で特定した補正値を式(1)に代入して、補正後の残時間を算出する(ステップS57)。
Next, the remaining
次に、放電が終了された場合(ステップS58でYES)、処理が終了され、放電が終了されていない場合(ステップS58でNO)、処理がステップS51に戻され、上記の処理が繰り返される。 Next, when the discharge is finished (YES in step S58), the process is finished, and when the discharge is not finished (NO in step S58), the process is returned to step S51 and the above process is repeated.
このように、本実施の形態による残時間算出装置によれば、式(1)を用いて放電を継続した時の放電効率の変化を考慮した残時間の補正値が算出され、この補正値を用いて残時間に加算しているため、残時間を精度良く算出することができる。 As described above, according to the remaining time calculation device according to the present embodiment, the correction value of the remaining time is calculated using the equation (1) in consideration of the change in the discharge efficiency when the discharge is continued. Therefore, the remaining time can be calculated with high accuracy.
なお、本実施例において、補正部214は、放電レートと二次電池の温度と残容量から残時間の補正値を特定するとしたが、放電レートと二次電池の温度と残容量から放電効率変化量を特定し、放電効率変化量と残時間と二次電池の特性係数を、式(2)の演算により、残時間の補正値を算出するとしても良い。
(数2)
補正値 = 残容量 × 放電効率変化量 × 特性係数 ・・・(2)
In this embodiment, the
(Equation 2)
Correction value = Remaining capacity x Discharge efficiency change x Characteristic coefficient (2)
本発明にかかる残時間算出装置、及び、残時間算出方法は、二次電池の残時間を精度良く算出することが可能になるので、定電力で駆動する電気機器に所定の放電レートで電力を供給する二次電池の残時間を算出するもの等として有用である。 Since the remaining time calculation device and the remaining time calculation method according to the present invention can accurately calculate the remaining time of the secondary battery, the electric device driven with constant power is supplied with electric power at a predetermined discharge rate. This is useful for calculating the remaining time of the secondary battery to be supplied.
1 電気機器システム
2 電池パック
3 負荷装置
14 組電池
15 電圧検出回路
16 電流検出抵抗
17 温度センサ
21 残時間算出装置
141、142、143 二次電池
201 アナログデジタル変換器
202 制御部
211 充放電制御部
212 残容量検出部
213 放電効率検出部
214 補正部
215 残時間算出部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記二次電池の温度を検出する温度検出部と、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出部と、
前記放電レートと前記温度から放電効率を検出する放電効率検出部と、
前記放電レートと前記温度と前記残容量から残時間の補正値を検出する補正部と、
前記放電レートと前記残容量と前記放電効率と前記補正値から式(1)で、前記二次電池の残時間を算出する残時間算出部とを備えることを特徴とする残時間算出装置。
(数1)
残時間 = 残容量 / 放電レート × 放電効率 + 補正値 ・・・(1) A remaining time calculating device that calculates the remaining time of a secondary battery that supplies power to a load device at a predetermined discharge rate,
A temperature detector for detecting the temperature of the secondary battery;
A remaining capacity detector for detecting a remaining capacity of the secondary battery;
A discharge efficiency detector for detecting discharge efficiency from the discharge rate and the temperature;
A correction unit that detects a correction value of a remaining time from the discharge rate, the temperature, and the remaining capacity;
A remaining time calculation device comprising: a remaining time calculation unit that calculates the remaining time of the secondary battery using the equation (1) from the discharge rate, the remaining capacity, the discharge efficiency, and the correction value.
(Equation 1)
Remaining time = remaining capacity / discharge rate × discharge efficiency + correction value (1)
(数2)
補正値 = 残容量 × 放電効率変化量 × 特性係数 ・・・(2) The correction unit calculates the correction value from the amount of change in discharge efficiency at the time of discharging until the end of discharge at the discharge rate, the characteristic coefficient of the secondary battery, and the remaining capacity, using Equation (2). The remaining time calculation device according to claim 1 or 2.
(Equation 2)
Correction value = Remaining capacity x Discharge efficiency change x Characteristic coefficient (2)
前記二次電池の温度を検出する温度検出ステップと、
前記二次電池の残容量を検出する残容量検出ステップと、
前記放電レートと前記温度から放電効率を検出する放電効率検出ステップと、
前記放電レートと前記温度と前記残容量から残時間の補正値を検出する補正ステップと、
前記放電レートと前記残容量と前記放電効率と前記補正値から式(1)で、前記二次電池の残時間を算出する残時間算出ステップとを備えることを特徴とする残時間算出方法。
(数1)
残時間 = 残容量 / 放電レート × 放電効率 + 補正値 ・・・(1) A remaining time calculation method for calculating a remaining time of a secondary battery that supplies power to a load device at a predetermined discharge rate,
A temperature detecting step for detecting a temperature of the secondary battery;
A remaining capacity detecting step for detecting a remaining capacity of the secondary battery;
A discharge efficiency detection step of detecting discharge efficiency from the discharge rate and the temperature;
A correction step of detecting a correction value of a remaining time from the discharge rate, the temperature, and the remaining capacity;
A remaining time calculation method comprising: a remaining time calculation step of calculating a remaining time of the secondary battery by the equation (1) from the discharge rate, the remaining capacity, the discharge efficiency, and the correction value.
(Equation 1)
Remaining time = remaining capacity / discharge rate × discharge efficiency + correction value (1)
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CN108896927A (en) * | 2018-07-20 | 2018-11-27 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | Evaluation method, device, battery and the aircraft of aircraft residual non-uniformity |
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