JP2018054371A - 電池装置およびパラメータの設定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 精度よく二次電池のSOCを演算する電池装置およびパラメータの設定方法を提供する。
【解決手段】 実施形態によるパラメータの設定方法は、二次電池セルを充電および放電して、複数の時点における二次電池セルの閉回路電圧CCVおよびセル電流Iを算出し、セル電流の積算値から演算されるSOCに対応した二次電池セルの開回路電圧OCVの第1推定値を演算し、二次電池セルを、開回路電圧OCVと、開回路電圧OCVの正極に直列に接続した第2抵抗器R2と、第2抵抗器R2と直列に接続した第1抵抗器R1と、第2抵抗器R2と並列に接続したコンデンサCとによりモデル化したときの等価回路に閉回路電圧CCVを印加するとともにセル電流Iを流したときの開回路電圧OCVの第2推定値と、第1推定値との各時点での差の二乗和が最小となる、第1抵抗器R1の抵抗値と、第2抵抗器R2の抵抗値と、時定数TCとを演算する。
【選択図】図1
Description
しかしながら、放電電流および充電電流の値を積算して求める方法では、放電電流および充電電流の精度は電流センサの精度に依存するものであり、また精度の高い電流センサを用いたとしても検出値を積算することにより誤差も積算され、正確な充電状態を算出することが困難であった。
閉回路電圧から開回路電圧を推定する別の方法として、等価回路モデルを使用する方法が考えられる。例えば、二次電池の閉回路電圧の挙動は、開回路電圧に抵抗とコンデンサを並列に接続した回路を直列に接続した等価回路によって、よく再現できることが知られている。しかし、電流値が大きく変動する実測値では、等価回路にあてはまらない成分をもち、そのままでは実測値を再現することが困難であること、また、等価回路に対応する電圧変動の計算が複雑で装置に組み込むことが困難であることによりこの方法は実現されていない。
また、開回路電圧に対応する二次電池の充電状態のテーブルを保持すると、テーブルを格納する分のメモリを確保する必要があることも問題となる。
図1は、実施形態の電池装置の一構成例を概略的に示すブロック図である。
本実施形態の電池装置10は、電池モジュールMDLと、電池管理装置C2と、を備えている。電池モジュールMDLは、組電池BTと、電池監視装置C1とを備えている。なお、電池装置10は、複数の電池モジュールMDLを備えていてもよい。
図2は、組電池に含まれる二次電池セルのモデルの等価回路の一例を示す図である。
本実施形態では、組電池BTの二次電池セルを、第1抵抗器R1、第2抵抗器R2と、コンデンサCと、開回路電圧OCVとによりモデル化している。なお、以下の説明において、第1抵抗器R1の抵抗値について符号をR1とし、第2抵抗器R2の抵抗値について符号をR2とし、コンデンサCの容量について符号をCとして説明する。
なお、第2抵抗器R2およびコンデンサCの回路ブロックの前後で電流値は等しいため、このようなブロックを多段に直列接続した回路に対しても、本実施形態の方法を再帰的に適用することにより容易に拡張しうる。
CCV=R1×I+R2×(I−I2)+OCV…(1)
dI/dt=dI2/dt+I2/(R2×C)…(2)
I2=I−(1/(R2×C)exp(−t/(R2×C)))・∫I×exp(t/(R2×C))dt…(3)
I1=I−I2であることから、電流I1は下記数式(4)のように演算される。
I1=(1/(R2×C)exp(−t/(R2×C)))・∫I×exp(t/(R2×C))dt…(4)
OCV=K1+K2×log((1−α)/α)+K3×(1−α)2/2…(5)
なお、上記数式(5)においてα=(積算放電量)/電池容量であり、SOC=(1−α)×100とする。なお、電池容量は、二次電池セルが満充電のときに出力可能な放電量である。
上記モデルにおいて、閉回路電圧CCVと、電流Iとは電池監視装置C1から周期的に通知される値を用いる。また、電流I2は、時定数TC(=R2×C)を決定することにより常時演算可能である。したがって、抵抗値R1、R2と、時定数TC(第1パラメータ)を決定することにより、二次電池セルの開回路電圧OCVを演算することが可能である。
更に、上記数式(5)のパラメータK1、K2、K3(第2パラメータ)を決定することにより、開回路電圧OCVからSOCを算出することができる。
図3は、本実施形態のパラメータの設定方法の一例を説明するためのフローチャートである。
まず、1又は複数の二次電池セルを充電および放電し、1又は複数の二次電池セルに流れる電流と、二次電池セルの電圧(正極端子電圧と負極端子電圧)とを周期的に測定する(ステップSA1)。
すなわち、二次電池セルを、開回路電圧OCVと、第1抵抗器R1と、第2抵抗器R2と、コンデンサCとによりモデル化したときの等価回路に、閉回路電圧CCVを印加するとともにセル電流Iを流したときの開回路電圧OCVの第2推定値と、上記第1推定値と、の各時点での差の二乗和が最小となる抵抗値R1、R2と、時定数Tcとを演算する。
ここでは、縦軸を電圧とし横軸を時間として、電流積算値より求めた開回路電圧OCVの第1推定値と、重回帰分析により求めたパラメータR1、R2、TCと閉回路電圧CCVの実測値から求めた開回路電圧OCVの第2推定値との一例を示している。
また、電池モジュールMDLに搭載された組電池BT内の複数の二次電池セルの全てについて、パラメータR1、R2、TCを求めたところ略等しい値となった。
図5は、実施形態の電池装置において二次電池セルのSOCを算出する動作の一例を説明するためのフローチャートである。
なお、上記実施形態では、第1パラメータ(R1、R2、TC)および第2パラメータ(K1、K2、K3)は、重回帰分析により算出されたが、他の多変量解析により算出されても構わない。例えば、最尤法などにより第1パラメータ(R1、R2、TC)および第2パラメータ(K1、K2、K3)を算出することもできる。いずれの手法を用いても上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Claims (4)
- 二次電池セルを充電および放電して、複数の時点における前記二次電池セルの閉回路電圧およびセル電流を算出し、
前記セル電流の積算値から演算されるSOCに対応した前記二次電池セルの開回路電圧の第1推定値を演算し、
前記二次電池セルを、開回路電圧と、前記開回路電圧の正極に直列に接続した第2抵抗器と、前記第2抵抗器と直列に接続した第1抵抗器と、前記第2抵抗器と並列に接続したコンデンサとによりモデル化したときの等価回路に前記閉回路電圧を印加するとともに前記セル電流を流したときの前記開回路電圧の第2推定値と、前記第1推定値との各時点での差の二乗和が最小となる、前記第1抵抗器の抵抗値と、前記第2抵抗器の抵抗値と、前記第2抵抗器および前記コンデンサによる時定数とを演算する、パラメータの設定方法。 - 複数の二次電池セルを含む組電池と、
前記二次電池セルの電圧と前記組電池に流れる電流とを検出する電池監視装置と、
前記二次電池セルを、開回路電圧と、前記開回路電圧の正極に直列に接続した第2抵抗器と、前記第2抵抗器と直列に接続した第1抵抗器と、前記第2抵抗器と並列に接続したコンデンサとによりモデル化したときの等価回路によりモデル化したときの、前記第1抵抗器の抵抗値と、前記第2抵抗器の抵抗値と、前記第2抵抗器と前記コンデンサとによる時定数と、を第1パラメータとして記録したメモリを含み、前記電池監視装置から電圧と電流との検出値を受信して前記二次電池セルの閉回路電圧と電流とを算出し、前記メモリから読みだした前記第1パラメータを用いて、前記閉回路電圧と前記電流との値から複数の前記二次電池セルの前記開回路電圧を算出する電池管理装置と、を備えた電池装置。 - 前記メモリには前記二次電池セルの前記開回路電圧とSOCとの関係を示す曲線をモデル化した数式に含まれる第2パラメータが更に記録され、
前記電池管理装置は、前記メモリから読みだした前記第2パラメータを用いて、前記二次電池セルの前記開回路電圧からSOCを算出する、請求項2記載の電池装置。 - 前記メモリは、前記複数の二次電池セルに共通の前記第1パラメータを記録している請求項2又は請求項3記載の電池装置。
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