JP2018048911A - 満充電容量推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電率の算出精度や電流積算値の算出精度が悪い場合において、電池の満充電容量の精度の悪化を抑える。
【解決手段】今回取得された充電率差分値が、第１の許容範囲内でないと判定部４２により判定されると、または、今回取得された電流積算値が、第２の許容範囲内でないと判定部４２により判定されると、電池Ｂの今回の満充電容量を推定せず、今回取得された充電率差分値が、第１の許容範囲内であると判定部４２により判定されると、または、今回取得された電流積算値が、第２の許容範囲内であると判定部４２により判定されると、電池Ｂの今回の満充電容量を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池の満充電容量を推定する満充電容量推定装置に関する。

満充電容量推定装置として、例えば、充放電中の電池の電流積算値をその充放電の終了時の電池の充電率とその充放電の開始時の電池の充電率との差分で除算し、その結果を電池の満充電容量とするものがある。

関連する技術として、例えば、特許文献１〜３がある。

特開２０１１−００７５６４号公報 特許第０５６２９７６０号公報 特開２０１３−２５００７１号公報

しかしながら、上述のように、充放電中の電池の電流積算値をその充放電の終了時の電池の充電率とその充放電の開始時の電池の充電率との差分で除算し、その結果を電池の満充電容量とする場合では、電流積算値の算出精度や充電率の算出精度が悪いと、満充電容量の推定精度も悪くなってしまう。

本発明の一側面に係る目的は、電流積算値の算出精度や充電率の算出精度が悪い場合において、電池の満充電容量を精度の悪化を抑えることが可能な満充電容量推定装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態である満充電容量推定装置は、推定部と、判定部とを備える。
推定部は、充放電開始時の電池の充電率と充放電終了時の電池の充電率との差分の絶対値である充電率差分値、及び、充放電中の電池に流れる電流の積算値である電流積算値を取得し、電流積算値を充電率差分値で除算した結果を電池の満充電容量として推定する。

判定部は、推定部により今回取得された充電率差分値が、推定部により前回推定された満充電容量及び推定部により今回取得された電流積算値により決まる基準充電率差分値を基準とする第１の許容範囲内であるか否か、または、推定部により今回取得された電流積算値が、推定部により前回推定された満充電容量及び推定部により今回取得された充電率差分値により決まる基準電流積算値を基準とする第２の許容範囲内であるか否か、を判定する。

また、推定部は、今回取得された充電率差分値が、第１の許容範囲内でないと判定部により判定されると、または、今回取得された電流積算値が、第２の許容範囲内でないと判定部により判定されると、電池の今回の満充電容量を推定せず、今回取得された充電率差分値が、第１の許容範囲内であると判定部により判定されると、または、今回取得された電流積算値が、第２の許容範囲内であると判定部により判定されると、電池の今回の満充電容量を推定する。

本発明によれば、充電率の算出精度や電流積算値の算出精度が悪い場合において、電池の満充電容量の精度の悪化を抑えることができる。

実施形態の満充電容量推定装置の一例を示す図である。 第１の許容範囲の求め方の一例を説明するための図である。 第２の許容範囲の求め方の一例を説明するための図である。 満充電容量推定部の動作の一例を示すフローチャートである。 満充電容量推定部の動作の他の例を示すフローチャートである。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の満充電容量推定装置の一例を示す図である。
図１に示す満充電容量推定装置は、電池Ｂの満充電容量を推定するものであって、スイッチＳＷと、電流検出部１と、電圧検出部２と、記憶部３と、満充電容量推定部４とを備える。なお、電池Ｂは、例えば、１つ以上のリチウムイオン電池、１つ以上のニッケル水素電池、または、１つ以上の電気二重層コンデンサにより構成される。また、スイッチＳＷは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチや電磁式リレーにより構成される。また、閉状態のスイッチＳＷを介して電池Ｂに充電器または負荷（例えば、電動フォークリフトや電気自動車などに搭載される走行用モータなど）が接続されているとき、充電器または負荷から電池Ｂへ電力が供給されると、電池Ｂが充電し、電池Ｂから負荷へ電力が供給されると、電池Ｂが放電する。

電流検出部１は、例えば、ホール素子またはシャント抵抗により構成され、電池Ｂに流れる電流を検出する。
電圧検出部２は、例えば、電圧検出ＩＣ（Integrated Circuit）により構成され、電池Ｂの電圧を検出する。

記憶部３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）により構成される。
満充電容量推定部４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルディバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成され、推定部４１及び判定部４２を備える。例えば、ＣＰＵ，マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルディバイスが所定のプログラムを実行することによって、推定部４１及び判定部４２が実現される。

推定部４１は、充放電開始時の電池Ｂの充電率と充放電終了時の電池Ｂの充電率との差分の絶対値である充電率差分値、及び、充放電中の電池Ｂに流れる電流の積算値である電流積算値を取得する。

例えば、推定部４１は、充放電開始時の時刻ｔ１において、スイッチＳＷを開状態にすることで電池Ｂを充電器や負荷から切り離し、そのとき電圧検出部２により検出される電圧を「充放電開始時の電池Ｂの開回路電圧」とする。

また、例えば、推定部４１は、充放電終了時の時刻ｔ２において、スイッチＳＷを開状態にすることで電池Ｂを充電器や負荷から切り離し、そのとき電圧検出部２により検出される電圧を「充放電終了時の電池Ｂの開回路電圧」とする。

また、例えば、推定部４１は、記憶部３に記憶されている、電池Ｂの開回路電圧と電池Ｂの充電率との対応関係を示す情報を参照して、「充放電開始時の電池Ｂの開回路電圧」に対応する充電率を求め、その求めた充電率を「充放電開始時の電池Ｂの充電率」とする。

また、例えば、推定部４１は、記憶部３に記憶されている、電池Ｂの開回路電圧と電池Ｂの充電率との対応関係を示す情報を参照して、「充放電終了時の電池Ｂの開回路電圧」に対応する充電率を求め、その求めた充電率を充放電終了時の電池Ｂの充電率とする。

また、例えば、推定部４１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの充放電中において、電流検出部１により検出される電流の積算値を「電流積算値」とする。
また、例えば、推定部４１は、電流積算値を充電率差分値で除算し、その結果を電池Ｂの満充電容量として推定し、その推定した満充電容量を記憶部３に記憶させる。

判定部４２は、推定部４１により今回取得された充電率差分値が、推定部４１により前回推定された満充電容量及び推定部４１により今回取得された電流積算値により決まる基準充電率差分値を基準とする第１の許容範囲内であるか否か、または、推定部４１により今回取得された電流積算値が、推定部４１により前回推定された満充電容量及び推定部４１により今回取得された充電率差分値により決まる基準電流積算値を基準とする第２の許容範囲内であるか否かを判定する。すなわち、判定部４２は、図２に示すように、推定部４１により前回推定された満充電容量に対応する充電率差分値と電流積算値の関係を示す線（情報）及び推定部４１により今回取得された電流積算値により基準充電率差分値を決め、充電率差分値の軸上において基準充電率差分値を基準として第１の許容範囲を求め、その第１の許容範囲内に、推定部４１により今回取得された充電率差分値があるか否かを判定する。または、判定部４２は、図３に示すように、推定部４１により前回推定された満充電容量に対応する充電率差分値と電流積算値の関係を示す線（情報）及び推定部４１により今回取得された充電率差分値により基準電流積算値を決め、電流積算値の軸上において基準電流積算値を基準として第２の許容範囲を求め、その第２の許容範囲内に、推定部４１により今回取得された電流積算値があるか否かを判定する。

例えば、判定部４２は、推定部４１により前回推定された満充電容量を記憶部３から取り出し、推定部４１により今回取得された電流積算値を、前回推定された満充電容量で除算し、その結果を基準充電率差分値とする。

また、例えば、判定部４２は、基準充電率差分値に所定値αを加算した結果を上限値とし、基準充電率差分値から所定値αを減算した結果を下限値とし、その上限値から下限値までの範囲を、第１の許容範囲とする。なお、所定値αは、例えば、正常値として許容される充電率差分値の変動幅により求められる値とする。

また、例えば、判定部４２は、推定部４１により前回推定された満充電容量を記憶部３から取り出し、推定部４１により今回取得された充電率差分値と、前回推定された満充電容量との乗算値を基準電流積算値とする。

また、例えば、判定部４２は、基準電流積算値に所定値βを加算した結果を上限値とし、基準電流積算値から所定値βを減算した結果を下限値とし、その上限値から下限値までの範囲を、第２の許容範囲とする。なお、所定値βは、例えば、正常値として許容される電流積算値の変動幅により求められる値とする。

また、推定部４１は、今回取得された充電率差分値が、第１の許容範囲内でないと判定部４２により判定されると（今回取得された充電率差分値が前回推定された満充電容量に対応する充電率差分値と比較して乖離があると）、または、今回取得された電流積算値が、第２の許容範囲内でないと判定部４２により判定されると（今回取得された電流積算値が前回推定された満充電容量に対応する電流積算値と比較して乖離があると）、電池Ｂの今回の満充電容量を推定せず、記憶部３に記憶されている前回推定の満充電容量を更新しない。

また、推定部４１は、今回取得された充電率差分値が、第１の許容範囲内であると判定部４２により判定されると（今回取得された充電率差分値が前回推定された満充電容量に対応する充電率差分値と比較して乖離がないと）、または、今回取得された電流積算値が、第２の許容範囲内であると判定部４２により判定されると（今回取得された電流積算値が前回推定された満充電容量に対応する電流積算値と比較して乖離がないと）、電池Ｂの今回の満充電容量を推定し、記憶部３に記憶されている前回推定の満充電容量を今回推定の満充電容量に更新する。

なお、記憶部３に記憶されている満充電容量は、例えば、電池Ｂの劣化度などを求めるために使用される。
図４は、満充電容量推定部４の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図４に示す動作の開始タイミングは、所定時間経過毎でもよいし、充電器による電池Ｂの充電開始タイミング毎でもよいし、車両のイグニッションのオンタイミング毎でもよい。

まず、満充電容量推定部４の推定部４１は、充電率差分値及び電流積算値を取得する（Ｓ４１）。
次に、満充電容量推定部４の判定部４２は、推定部４１により前回推定された満充電容量及び推定部４１により今回取得された電流積算値により基準充電率差分値を決め（Ｓ４２）、第１の許容範囲を求める（Ｓ４３）。

次に、判定部４２は、推定部４１により今回取得された充電率差分値が第１の許容範囲内であるか否かを判定する（Ｓ４４）。
そして、推定部４１は、今回取得された充電率差分値が第１の許容範囲内でないと判定部４２により判定されると（Ｓ４４：Ｎｏ）、今回の満充電容量を推定せず（Ｓ４５）、今回取得された充電率差分値が第１の許容範囲内であると判定部４２により判定されると（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、今回の満充電容量を推定する（Ｓ４６）。

図５は、満充電容量推定部４の動作の他の例を示すフローチャートである。なお、図５に示す動作の開始タイミングは、所定時間経過毎でもよいし、充電器による電池Ｂの充電開始タイミング毎でもよいし、車両のイグニッションのオンタイミング毎でもよい。

まず、満充電容量推定部４の推定部４１は、充電率差分値及び電流積算値を取得する（Ｓ５１）。
次に、満充電容量推定部４の判定部４２は、推定部４１により前回推定された満充電容量及び推定部４１により今回取得された充電率差分値により基準電流積算値を決め（Ｓ５２）、第２の許容範囲を求める（Ｓ５３）。

次に、判定部４２は、推定部４１により今回取得された電流積算値が第２の許容範囲内であるか否かを判定する（Ｓ５４）。
そして、推定部４１は、今回取得された電流積算値が第２の許容範囲内でないと判定部４２により判定されると（Ｓ５４：Ｎｏ）、今回の満充電容量を推定せず（Ｓ５５）、今回取得された電流積算値が第２の許容範囲内であると判定部４２により判定されると（Ｓ５４：Ｙｅｓ）、今回の満充電容量を推定する（Ｓ５６）。

このように、実施形態の満充電容量推定装置では、充電率差分値が第１の許容範囲内でないとき、または、電流積算値が第２の許容範囲内でないとき、すなわち、充電率の算出精度や電流積算値の算出精度が悪いとき、それら充電率や電流積算値を使用して満充電容量を推定せず、充電率差分値が第１の許容範囲内であるとき、または、電流積算値が第２の許容範囲内であるとき、すなわち、充電率の算出精度や電流積算値の算出精度が悪くないとき、それら充電率や電流積算値を使用して満充電容量を推定している。これにより、充電率の算出精度や電流積算値の算出精度が悪いとき、電池Ｂの満充電容量が更新されず、充電率の算出精度や電流積算値の算出精度が悪くないとき、電池Ｂの満充電容量が更新されるため、充電率の算出精度や電流積算値の算出精度が悪い場合において、電池Ｂの満充電容量の精度の悪化を抑えることができる。

また、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない許容範囲内で種々の改良、変更が可能である。
例えば、電池Ｂの満充電容量は電池Ｂの劣化により小さくなることがあっても大きくなることはないため、第１の許容範囲の上限値と基準充電率差分値との差の絶対値を、基準充電率差分値と第１の許容範囲の下限値との差の絶対値以上とする、または、第２の許容範囲の下限値と基準電流積算値との差の絶対値を、基準電流積算値と第２の許容範囲の上限値との差の絶対値以上とする。より好ましくは、第１の許容範囲の上限値と基準充電率差分値との差の絶対値を、基準充電率差分値と第１の許容範囲の下限値との差の絶対値より大きくする、または、第２の許容範囲の下限値と基準電流積算値との差の絶対値を、基準電流積算値と第２の許容範囲の上限値との差の絶対値より大きくする。このように構成することにより、電池Ｂの劣化により電池Ｂの満充電容量が小さくなることを考慮して、第１の許容範囲や第２の許容範囲を最適に設定することができるため、電池Ｂの満充電容量の推定精度の悪化をより抑えることができる。

また、例えば、判定部４２は、電池Ｂの満充電容量が所定期間以上推定されていないとき、第１の許容範囲の上限値を現在設定されている上限値よりも大きくする、または、第２の許容範囲の下限値を現在設定されている下限値よりも小さくする。このように構成することにより、電池Ｂの使用しない期間が長くなる程、保存劣化により電池Ｂの満充電容量が小さくなることを考慮して、第１の許容範囲や第２の許容範囲を最適に設定することができるため、電池Ｂの満充電容量の推定精度の悪化をより抑えることができる。

また、例えば、判定部４２は、推定部４１により今回取得された充電率差分値が小さい程、第１の許容範囲を狭くする、または、推定部４１により今回取得された電流積算値が小さい程、第２の許容範囲を狭くする。このように構成することにより、充電率差分値や電流積算値が小さい程、満充電容量の推定精度が悪化し易くなることを考慮して、第１許容範囲や第２の許容範囲を最適に設定することができるため、電池Ｂの満充電容量の推定精度の悪化をより抑えることができる。

また、例えば、推定部４１は、前回推定した満充電容量×重み付け係数ａ＋今回推定した満充電容量×重み付け係数ｂを計算し、その計算結果を今回の満充電容量とする。なお、重み付け係数ａ＋重み付け係数ｂ＝１とする。

また、例えば、推定部４１は、前回の満充電容量推定から今回の満充電容量推定までの経過時間が所定時間以上であると、上記重み付け係数ｂを現在設定されている値よりも大きくする。このように構成することにより、電池Ｂの保存劣化によって電池Ｂの満充電容量が変化することを考慮して、電池Ｂの満充電容量を精度良く推定することができる。

また、上記実施形態の推定部４１は、今回の充電率差分値が第１の許容範囲内でないとき、または、今回の電流積算値が第２の許容範囲内でないとき、満充電容量を推定しない構成であるが、今回の充電率差分値が第１の許容範囲内でないときで、かつ、今回の電流積算値が第２の許容範囲内でないとき、満充電容量を推定せず、今回の充電率差分値が第１の許容範囲内であるときで、かつ、今回の電流積算値が第２の許容範囲内であるとき、満充電容量を推定するように構成してもよい。

１ 電流検出部
２ 電圧検出部
３ 記憶部
４ 満充電容量推定部
４１ 推定部
４２ 判定部
Ｂ 電池
ＳＷ スイッチ

Claims (4)

1. 充放電開始時の電池の充電率と充放電終了時の前記電池の充電率との差分の絶対値である充電率差分値、及び、充放電中の前記電池に流れる電流の積算値である電流積算値を取得し、前記電流積算値を前記充電率差分値で除算した結果を前記電池の満充電容量として推定する推定部と、
   前記推定部により今回取得された充電率差分値が、前記推定部により前回推定された満充電容量及び前記推定部により今回取得された電流積算値により決まる基準充電率差分値を基準とする第１の許容範囲内であるか否か、または、前記推定部により今回取得された電流積算値が、前記推定部により前回推定された満充電容量及び前記推定部により今回取得された充電率差分値により決まる基準電流積算値を基準とする第２の許容範囲内であるか否か、を判定する判定部と、
   を備え、
   前記推定部は、前記今回取得された充電率差分値が、前記第１の許容範囲内でないと前記判定部により判定されると、または、前記今回取得された電流積算値が、前記第２の許容範囲内でないと前記判定部により判定されると、前記電池の今回の満充電容量を推定せず、前記今回取得された充電率差分値が、前記第１の許容範囲内であると前記判定部により判定されると、または、前記今回取得された電流積算値が、前記第２の許容範囲内であると前記判定部により判定されると、前記電池の今回の満充電容量を推定する
   ことを特徴とする満充電容量推定装置。
2. 請求項１に記載の満充電容量推定装置であって、
   前記第１の許容範囲の上限値と前記基準充電率差分値との差の絶対値が、前記基準充電率差分値と前記第１の許容範囲の下限値との差の絶対値以上である、または、前記第２の許容範囲の下限値と前記基準電流積算値との差の絶対値が、前記基準電流積算値と前記第２の許容範囲の上限値との差の絶対値以上である
   ことを特徴とする満充電容量推定装置。
3. 請求項１に記載の満充電容量推定装置であって、
   前記判定部は、前記電池の満充電容量が所定期間以上推定されていないとき、前記第１の許容範囲の上限値を大きくする、または、前記第２の許容範囲の下限値を小さくする
   ことを特徴とする満充電容量推定装置。
4. 請求項１に記載の満充電容量推定装置であって、
   前記判定部は、前記推定部により今回取得された充電率差分値が小さい程、前記第１の許容範囲を狭くする、または、前記推定部により今回取得された電流積算値が小さい程、前記第２の許容範囲を狭くする
   ことを特徴とする満充電容量推定装置。
   

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