JP2019132780A - Chargeable battery state detecting device and chargeable battery state detecting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電可能電池状態検出装置および充電可能電池状態検出方法に関するものである。 The present invention relates to a rechargeable battery state detection device and a rechargeable battery state detection method.
充電可能電池の状態を検出する技術としては、例えば、特許文献1に開示される技術がある。
As a technique for detecting the state of a rechargeable battery, for example, there is a technique disclosed in
特許文献1に開示された技術は、電池に所定の電流値で略矩形波のパルス放電を行わせる放電手段と、電池をパルス放電させたときの応答電圧をサンプリングしてこれを直交する矩形波成分に展開する矩形波展開手段と、矩形波展開手段で算出した係数と電流値から擬似インピーダンスを算出する擬似インピーダンス算出手段と、擬似インピーダンスを用いて電池の劣化状態を判定する劣化判定手段を有している。
The technique disclosed in
ところで、特許文献1に開示された技術では、疑似インピーダンスを用いて電池の劣化判定をするが、疑似インピーダンスを構成する内部抵抗は、電池に流れる電流によってその値が変化する。このため、車載の電池等のように流れる電流が車両の要求に支配され、絶えず変動するような場合には、一定の電流を流す構成を採用するか、あるいは、流れている電流値を観測し、電流値が内部抵抗を求める条件を満たしているか否かを判断し、条件を満たしたときのみ内部抵抗の算出を行うようにする必要がある。
By the way, in the technique disclosed in
一定の電流を流す構成を採用するためには、放電機構および充電機構等を追加する必要があり大きなコストアップ要因となる。また、電流値が内部抵抗を求める条件を満たしているか否かを判断する場合は、内部抵抗を求められるタイミングが車両等の電流を流す側の状況に支配されるため、十分な頻度で内部抵抗を求めることを確実に保証することが困難という問題がある。 In order to employ a configuration in which a constant current flows, it is necessary to add a discharging mechanism, a charging mechanism, and the like, which is a significant cost increase factor. In addition, when determining whether the current value satisfies the condition for obtaining the internal resistance, the timing for obtaining the internal resistance is governed by the situation of the current flow side of the vehicle, etc. There is a problem that it is difficult to assure that it is requested.
また、条件を満たしたときのみ内部抵抗の算出を行う場合、予測したい要求電流と同様の電流が流れたタイミングで内部抵抗を求めれば、求めた内部抵抗から正確に応答電圧を推定することができる。しかしながら、多くの場合、要求電流は過酷な条件を想定して設定されるため、要求電流が流れる頻度は極めてまれであることから、十分な頻度で内部抵抗を求めることを確実に保証することが困難という問題がある。 If the internal resistance is calculated only when the condition is satisfied, the response voltage can be accurately estimated from the obtained internal resistance if the internal resistance is obtained at the timing when the same current as the requested current to be predicted flows. . However, in many cases, since the required current is set assuming severe conditions, the frequency of the requested current flowing is extremely rare, so it is possible to ensure that the internal resistance is obtained with sufficient frequency. There is a problem of difficulty.
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、十分な頻度で充電可能電池の状態を検出することが可能な充電可能電池状態検出装置および充電可能電池状態検出方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides a rechargeable battery state detection device and a rechargeable battery state detection method capable of detecting the state of a rechargeable battery with sufficient frequency. The purpose is that.
上記課題を解決するために、本発明は、充電可能電池の状態を検出する充電可能電池状態検出装置において、前記充電可能電池が放電状態であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によって放電中であると判定された場合には、前記充電可能電池に流れる電流および端子電圧の値を複数回測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された電流および端子電圧の値から、それぞれの測定タイミングにおける前記充電可能電池の内部抵抗の値を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出されたそれぞれの測定タイミングにおける前記内部抵抗の値を、電流を入力変数とする関数としてフィッティングし、前記内部抵抗を、電流を入力変数とする前記関数として特定する特定手段と、前記特定手段によって特定された前記関数に基づいて前記充電可能電池の状態を検出する検出手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、十分な頻度で充電可能電池の状態を検出することが可能となる。
In order to solve the above problems, the present invention provides a rechargeable battery state detection device that detects a state of a rechargeable battery, a determination unit that determines whether or not the rechargeable battery is in a discharged state, and the determination unit If it is determined that the battery is being discharged by the measurement means for measuring the current flowing through the rechargeable battery and the value of the terminal voltage a plurality of times, and the current measured by the measurement means and the value of the terminal voltage, respectively. A calculation means for calculating the value of the internal resistance of the rechargeable battery at the measurement timing, and the value of the internal resistance at each measurement timing calculated by the calculation means is fitted as a function using the current as an input variable, A specifying means for specifying the internal resistance as the function having an electric current as an input variable, and the function specified by the specifying means Based and having a detecting means for detecting a state of the rechargeable battery.
According to such a configuration, the state of the rechargeable battery can be detected with sufficient frequency.
また、本発明は、前記特定手段が用いる前記関数は、少なくとも1つの指数関数項を有することを特徴とする。
このような構成によれば、内部抵抗の値を、電流を入力変数とする関数として精度よくフィッティングすることができる。
Further, the present invention is characterized in that the function used by the specifying means has at least one exponential function term.
According to such a configuration, the value of the internal resistance can be accurately fitted as a function with the current as an input variable.
また、本発明は、前記特定手段は、最小二乗法、カルマンフィルタ、または、ニューラルネットワークを用いた演算処理によって前記関数をフィッティングすることを特徴とする。
このような構成によれば、関数の係数を精度よく求めることが可能になる。
Further, the present invention is characterized in that the specifying means fits the function by arithmetic processing using a least square method, a Kalman filter, or a neural network.
According to such a configuration, the coefficient of the function can be obtained with high accuracy.
また、本発明は、前記特定手段は、前記充電可能電池の周辺温度または電解液温度、SOC、および、放電開始からの経過時間の少なくとも1つに基づいて、前記関数の係数の少なくとも1つを補正することを特徴とする。
このような構成によれば、充電可能電池のおかれている状況等によらず、充電可能電池の状態を精度よく検出することができる。
In the invention, it is preferable that the specifying unit calculates at least one of the coefficients of the function based on at least one of an ambient temperature or an electrolyte temperature of the rechargeable battery, an SOC, and an elapsed time from the start of discharge. It is characterized by correcting.
According to such a configuration, the state of the rechargeable battery can be accurately detected regardless of the situation where the rechargeable battery is placed.
また、本発明は、前記検出手段は、前記関数に基づいて前記充電可能電池に所定の電流が流れたときの応答電圧としてのSOFを求めることを特徴とする。
このような構成によれば、十分な頻度で充電可能電池のSOFを求めることができる。
Further, the present invention is characterized in that the detection means obtains SOF as a response voltage when a predetermined current flows through the rechargeable battery based on the function.
According to such a configuration, the SOF of the rechargeable battery can be obtained with sufficient frequency.
また、本発明は、前記検出手段は、前記関数に基づいて前記充電可能電池の劣化度としてのSOHを求めることを特徴とする。
このような構成によれば、十分な頻度で充電可能電池のSOHを求めることができる。
Further, the present invention is characterized in that the detection means obtains SOH as a deterioration degree of the rechargeable battery based on the function.
According to such a configuration, the SOH of the rechargeable battery can be obtained with sufficient frequency.
また、本発明は、充電可能電池の状態を検出する充電可能電池状態検出方法において、前記充電可能電池が放電状態であるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて放電中であると判定された場合には、前記充電可能電池に流れる電流および端子電圧の値を複数回測定する測定ステップと、前記測定ステップにおいて測定された前記電流および前記端子電圧の値から、それぞれの測定タイミングにおける前記充電可能電池の内部抵抗の値を算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出されたそれぞれの測定タイミングにおける前記内部抵抗の値を、前記電流を入力変数とする関数としてフィッティングし、前記内部抵抗を、前記電流を入力変数とする前記関数として特定する特定ステップと、前記特定ステップにおいて特定された前記関数に基づいて前記充電可能電池の状態を検出する検出ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、十分な頻度で充電可能電池の状態を検出することが可能となる。
Further, the present invention provides a rechargeable battery state detection method for detecting a state of a rechargeable battery, wherein a determination step for determining whether or not the rechargeable battery is in a discharged state and a discharge in the determination step If determined, the measurement step of measuring the current and terminal voltage values flowing through the rechargeable battery a plurality of times, and the current and terminal voltage values measured in the measurement step, at each measurement timing A calculation step of calculating a value of the internal resistance of the rechargeable battery, and fitting the internal resistance value at each measurement timing calculated in the calculation step as a function using the current as an input variable; As a function having the current as an input variable, and the specific step. And having a detection step of detecting a state of the rechargeable battery based on the function specified in.
According to such a method, the state of the rechargeable battery can be detected with sufficient frequency.
本発明によれば、十分な頻度で充電可能電池の状態を検出することが可能な充電可能電池状態検出装置および充電可能電池状態検出方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a rechargeable battery state detection device and a rechargeable battery state detection method capable of detecting the state of a rechargeable battery with sufficient frequency.
次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
(A)本発明の実施形態の構成の説明
図1は、本発明の実施形態に係る充電可能電池状態検出装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、充電可能電池状態検出装置1は、制御部10、電圧センサ11、電流センサ12、および、温度センサ13を主要な構成要素としており、充電可能電池14の内部における異常の発生を検出する。なお、制御部10、電圧センサ11、電流センサ12、および、温度センサ13を別々の構成とするのではなく、これらの一部または全てをまとめた構成としてもよい。
(A) Description of Configuration of Embodiment of the Present Invention FIG. 1 is a diagram showing a power supply system of a vehicle having a rechargeable battery state detection device according to an embodiment of the present invention. In this figure, the rechargeable battery
ここで、制御部10は、電圧センサ11、電流センサ12、および、温度センサ13からの出力を参照し、充電可能電池14の状態を検出するとともに、オルタネータ15の発電電圧を制御することで充電可能電池14の充電状態を制御する。電圧センサ11は、充電可能電池14の端子電圧を検出し、制御部10に通知する。電流センサ12は、充電可能電池14に流れる電流を検出し、制御部10に通知する。温度センサ13は、充電可能電池14の電解液または充電可能電池14の周囲の温度を検出し、制御部10に通知する。なお、制御部10がオルタネータ15の発電電圧を制御することで充電可能電池14の充電状態を制御するのではなく、例えば、図示しないECU(Electric Control Unit)が充電状態を制御するようにしてもよい。
Here, the
充電可能電池14は、電解液を有する充電可能電池、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、または、ニッケル水素電池等によって構成され、オルタネータ15によって充電され、スタータモータ17を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷18に電力を供給する。なお、充電可能電池14は、複数のセルを直列接続して構成されている。オルタネータ15は、エンジン16によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、充電可能電池14を充電する。オルタネータ15は、制御部10によって制御され、発電電圧を調整することが可能とされている。
The
エンジン16は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ17によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し、車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ15を駆動して電力を発生させる。スタータモータ17は、例えば、直流電動機によって構成され、充電可能電池14から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン16を始動する。負荷18は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、シートヒータ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、充電可能電池14から供給される電力によって動作する。なお、図1の例では、エンジン16のみが駆動力を出力する構成としたが、例えば、エンジン16をアシストする電動モータを具備したハイブリッド車であってもよい。ハイブリッド車の場合、充電可能電池14は、リチウム電池等によって構成される高圧システム(電動モータを駆動するシステム)を起動し、高圧システムがエンジン16を始動する。
The
図2は、図1に示す制御部10の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部10は、CPU(Central Processing Unit)10a、ROM(Read Only Memory)10b、RAM(Random Access Memory)10c、通信部10d、I/F(Interface)10e、および、バス10fを有している。ここで、CPU10aは、ROM10bに格納されているプログラム10baに基づいて各部を制御する。ROM10bは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム10ba等を格納している。RAM10cは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム10baを実行する際に生成されるデータや、後述するテーブル等のデータ10caを格納する。通信部10dは、上位の装置であるECU(Electronic Control Unit)等との間で通信を行い、検出した情報または制御情報を上位装置に通知する。I/F10eは、電圧センサ11、電流センサ12、および、温度センサ13から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、オルタネータ15、および、スタータモータ17等に駆動電流を供給してこれらを制御する。バス10fは、CPU10a、ROM10b、RAM10c、通信部10d、および、I/F10eを相互に接続し、これらの間で情報の授受を可能とするための信号線群である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the
(B)本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。なお、以下では、本発明の実施形態の動作原理について説明した後、詳細な動作について説明する。
(B) Description of Operation of the Embodiment of the Present Invention Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. In the following, after describing the operation principle of the embodiment of the present invention, the detailed operation will be described.
まず、本発明の実施形態の動作原理について説明する。図3は、スタータモータ17によってエンジン16を始動する際に、充電可能電池14からスタータモータ17に流れる電流と、充電可能電池14の端子電圧の時間的変化を示す図である。図3において、塗りつぶされた四角形は充電可能電池14の端子電圧の時間的変化を示し、中抜きの四角形は充電可能電池14に流れる電流の時間的変化を示している。なお、図3では、充電可能電池14を充電する場合を正とし、放電する場合を負としている。図3に示すように時刻0において、スタータモータ17への通電が開始されると、400Aを超える突入電流が流れるとともに充電可能電池14の端子電圧が低下する。そして、エンジン16をクランキング(エンジン16のクランクシャフトを回転させること)すると、エンジン16のピストンが上死点に達するタイミングで大きな電流が流れる。また、エンジン16の回転数が上昇するにつれて電流が減少し、端子電圧も増加する。
First, the operation principle of the embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing temporal changes in the current flowing from the
図4は、図3における内部抵抗の時間的変化を示す図である。なお、この図4において、塗りつぶされた四角形は導電抵抗・液抵抗Rohmと反応抵抗Rctの双方を含む内部抵抗R(=Rohm+Rct)の時間的変化を示し、中抜きの四角形は反応抵抗Rctだけの内部抵抗の時間的変化を示している。 FIG. 4 is a diagram showing temporal changes in internal resistance in FIG. In FIG. 4, the filled squares indicate temporal changes in the internal resistance R (= Rohm + Rct) including both the conductive resistance / liquid resistance Rohm and the reaction resistance Rct, and the hollow squares indicate only the reaction resistance Rct. It shows the time variation of internal resistance.
図5は充電可能電池14の電気的等価回路モデルの一例を示している。図5に示す等価回路モデルでは、並列接続された反応抵抗Rct1および電気二重層容量C1と、同様に並列接続された反応抵抗Rct2および電気二重層容量C2と、導電抵抗・液抵抗Rohmとが直列接続されて構成されている。導電抵抗・液抵抗Rohmは電流依存性を有しない抵抗であり、反応抵抗Rct1,Rct2は電流依存性を有する抵抗である。以下では、直列接続された反応抵抗Rct1,Rct2を反応抵抗Rct(=Rct1+Rct2)と表す。
FIG. 5 shows an example of an electrical equivalent circuit model of the
なお、内部抵抗Rは、測定された端子電圧をVとし、測定された電流をIとし、開回路電圧をOCV(Open Circuit Voltage)とするとき、R=(V−OCV)/Iによって求めることができる。また、導電抵抗・液抵抗Rohmは、充電可能電池14を、例えば、100Hz以下の周期を有する矩形波によるパルス放電させ、放電前の電圧V1と放電後の電圧V2の差(V1−V2)を電流Iで除して得られる値を導電抵抗・液抵抗Rohmとすることができる。もちろん、これ以外の方法で求めるようにしてもよい。なお、図4では、中抜きの四角形で示す反応抵抗Rctだけのグラフは、塗りつぶされた四角形は導電抵抗・液抵抗Rohmと反応抵抗Rctの双方を含む内部抵抗のグラフを下方向に平行移動したものとなっている。
The internal resistance R is obtained by R = (V−OCV) / I, where V is the measured terminal voltage, I is the measured current, and OCV (Open Circuit Voltage) is the open circuit voltage. Can do. In addition, the conductive resistance / liquid resistance Rohm causes the
図6は、図4に示す測定結果を、横軸を電流値とし、縦軸を抵抗値として並べ換えた図である。図6の例では、放電電流の減少に応じて内部抵抗の値が増加している。また、中抜きの四角形で示す反応抵抗Rctのグラフは、塗りつぶされた四角形で示す導電抵抗・液抵抗Rohmと反応抵抗Rctの双方を含む内部抵抗のグラフを下方向に平行移動したものとなっている。 FIG. 6 is a diagram in which the measurement results shown in FIG. 4 are rearranged with the horizontal axis as the current value and the vertical axis as the resistance value. In the example of FIG. 6, the value of the internal resistance increases as the discharge current decreases. In addition, the reaction resistance Rct graph indicated by a hollow square is obtained by translating the internal resistance graph including both the conductive resistance / liquid resistance Rohm and the reaction resistance Rct indicated by a filled square downward. Yes.
本実施形態では、図6に示す、反応抵抗Rctのグラフを構成する各測定点の電流Iおよび反応抵抗Rctを以下の式(1)を用いてフィッティングを行い、係数a,t,yを求める。 In the present embodiment, the coefficients I, t, and y are obtained by fitting the current I and the reaction resistance Rct at each measurement point constituting the graph of the reaction resistance Rct shown in FIG. 6 using the following equation (1). .
Rct(I)=a×exp(I/t)+y ・・・(1) Rct (I) = a × exp (I / t) + y (1)
以上の式(1)を求めることにより、電流依存性を有する反応抵抗Rctと電流の関係を求めることができる。図7は、式(1)による推定値(実線)と、実測値(四角形)との関係を示す図である。図7に示すように、推定値と実測値はよく一致していることから、式(1)を用いた推定が妥当であることが理解できる。 By obtaining the above equation (1), the relationship between the reaction resistance Rct having current dependency and the current can be obtained. FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between an estimated value (solid line) according to Expression (1) and an actual measurement value (rectangle). As shown in FIG. 7, since the estimated value and the actually measured value are in good agreement, it can be understood that the estimation using Expression (1) is appropriate.
以上の式(1)を求めることで、任意の電流値における反応抵抗Rctを求めることができる。反応抵抗Rctを用いることで、例えば、図8に示すように、内部抵抗Rとの間で高い相関関係を有するSOF(State of Function)を任意の電流値において求めることができる。なお、図8は、横軸が内部抵抗を示し、縦軸がSOFを示す。また、実線は推定値を示し、丸は実測値を示す。 By obtaining the above equation (1), the reaction resistance Rct at an arbitrary current value can be obtained. By using the reaction resistance Rct, for example, as shown in FIG. 8, an SOF (State of Function) having a high correlation with the internal resistance R can be obtained at an arbitrary current value. In FIG. 8, the horizontal axis indicates internal resistance, and the vertical axis indicates SOF. A solid line indicates an estimated value, and a circle indicates an actually measured value.
また、任意の時点における所定の電流値に対する反応抵抗Rctの値を、所定の電流値における内部抵抗の初期値Rct0(例えば、充電可能電池14の新品時または交換時等の内部抵抗の値)で除算して百分率で表す(=Rct/Rct0×100)ことで、SOH(State of Health)を求めることができる。
Further, the value of the reaction resistance Rct with respect to a predetermined current value at an arbitrary time point is an initial value Rct0 of the internal resistance at the predetermined current value (for example, the value of the internal resistance when the
なお、前述した例では、SOFとSOHは、反応抵抗Rctのみから求めるようにしたが、Rct+Rohmから求めるようにしてもよい。また、過充電または過放電がなされたり、短周期で充放電が繰り返されたりした場合には、充電可能電池14のセル間で劣化のばらつきが生じる。このため、充電可能電池14の使用状態の履歴を記憶し、充電可能電池14のセル間の劣化のばらつきを誘発するような使用履歴を有する場合には、前述した式によって求めたSOHを補正するようにしてもよい。なお、補正式としては、下の式(2)を用いることができる。ここで、g()は、1以下の値を有する関数であり、セル間の劣化のばらつきが少ない場合には1に近い値となり、セル間の劣化のばらつきが大きくなるにつれて値が小さくなる関数である。つまり、充電可能電池14が新品時にはg()=1であり、また、劣化が進行した場合であっても充電可能電池14のばらつきがない場合にはg()=1となる。一方、充電可能電池14の劣化にばらつきがある場合には、g()は、例えば、「最も劣化したセルの容量/全セルの容量の平均値」に近い値となる。
In the example described above, SOF and SOH are obtained from only the reaction resistance Rct, but may be obtained from Rct + Rohm. In addition, when overcharge or overdischarge is performed or charging / discharging is repeated in a short cycle, variation in deterioration occurs between cells of the
SOH=f(Rohm,Rct1,Rct2,C1,C2)×g(使用履歴に応じた1または複数の変数) ・・・(2) SOH = f (Rohm, Rct1, Rct2, C1, C2) × g (one or a plurality of variables according to usage history) (2)
本実施形態では、式(1)を用いることで、任意の電流値における内部抵抗の値を求めることができることから、一定の電流を流す構成を追加する必要がないため、装置のコストが上昇することを防止できる。また、所定の電流になることを待って測定をする必要がないので、所望のタイミングで内部抵抗を求め、SOHおよびSOF等の状態を求めることができる。 In this embodiment, since the value of the internal resistance at an arbitrary current value can be obtained by using the expression (1), it is not necessary to add a configuration for flowing a constant current, and the cost of the apparatus increases. Can be prevented. Further, since it is not necessary to perform measurement after waiting for a predetermined current, internal resistance can be obtained at a desired timing, and states such as SOH and SOF can be obtained.
つぎに、図9を参照して、本発明の実施形態において実行される処理の一例について説明する。図9に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。 Next, an example of processing executed in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. When the processing of the flowchart shown in FIG. 9 is started, the following steps are executed.
ステップS10では、CPU10aは、充電可能電池14の導電抵抗・液抵抗Rohmを求める。具体的には、例えば、CPU10aは、図示しない放電回路を制御し、100Hz以下の繰り返し周波数により、充電可能電池14を、矩形波形状を有するパルス波による放電をさせ、放電前の電圧V1と放電後の電圧V2の差(V1−V2)を電流Iで除して得られる値を導電抵抗・液抵抗Rohmとすることができる。もちろん、これ以外の方法で求めるようにしてもよい。
In step S <b> 10, the CPU 10 a calculates the conductive resistance / liquid resistance Rohm of the
ステップS11では、CPU10aは、電流センサ12の出力を参照し、充電可能電池14が放電状態であるか否かを判定し、放電状態と判定した場合(ステップS11:Y)にはステップS12に進み、それ以外の場合(ステップS11:N)には処理を終了する。例えば、スタータモータ17によってエンジン16を始動する場合には、Yと判定してステップS12に進む。なお、スタータモータ17以外の負荷(例えば、ステアリングモータ等)に対して電流を供給する場合に、以下のステップを実行するようにしてもよい。ある程度の電流が供給される負荷であれば、測定対象とすることができる。
In step S11, the CPU 10a refers to the output of the
ステップS12では、CPU10aは、電圧センサ11の出力を参照し、充電可能電池14の端子電圧Vを求める。
In step S <b> 12, the CPU 10 a refers to the output of the voltage sensor 11 and obtains the terminal voltage V of the
ステップS13では、CPU10aは、電流センサ12の出力を参照し、充電可能電池14に流れる電流Iを求める。
In step S <b> 13, the CPU 10 a refers to the output of the
ステップS14では、CPU10aは、OCVを取得する。例えば、充電可能電池14が安定時(例えば、車両が停車され、エンジン16が停止されてから所定の時間(例えば、数時間〜十数時間)が経過したとき)に電圧センサ11の出力を参照して取得してRAM10cに格納してあるOCVを取得する。
In step S14, the CPU 10a acquires the OCV. For example, refer to the output of the voltage sensor 11 when the
ステップS15では、CPU10aは、ステップS12で測定した端子電圧V、ステップS13で測定した電流I、ステップS14で取得したOCVに基づき、R=(V−OCV)/Iによって、内部抵抗Rを求める。 In step S15, the CPU 10a obtains the internal resistance R by R = (V−OCV) / I based on the terminal voltage V measured in step S12, the current I measured in step S13, and the OCV acquired in step S14.
ステップS16では、CPU10aは、ステップS15で求めた内部抵抗Rから、ステップS10で求めた導電抵抗・液抵抗Rohmを減算して得た値を、反応抵抗Rctの値とする。 In step S16, the CPU 10a sets the value obtained by subtracting the conductive resistance / liquid resistance Rohm obtained in step S10 from the internal resistance R obtained in step S15 as the value of the reaction resistance Rct.
ステップS17では、CPU10aは、ステップS16で求めた反応抵抗Rctと、ステップS13において測定した電流Iの値をRAM10cに格納する。 In step S17, the CPU 10a stores the reaction resistance Rct obtained in step S16 and the value of the current I measured in step S13 in the RAM 10c.
ステップS18では、CPU10aは、例えば、電流センサ12の出力を参照し、放電が終了したか否かを判定し、終了したと判定した場合(ステップS18:Y)にはステップS19に進み、それ以外の場合(ステップS18:N)にはステップS12に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。なお、放電の終了ではなく、所定の時間が経過した場合にステップS19に進むようにしたり、電流値が所定の閾値以下になった場合にステップS19に進むようにしたりしてもよい。
In step S18, for example, the CPU 10a refers to the output of the
ステップS19では、CPU10aは、ステップS12〜ステップS18の処理によって、RAM10cに格納されたRct,Iの値を用いて、前述した式(1)をフィッティングする処理を実行する。なお、式(1)の係数a,t,yを求める方法としては、最小二乗法、カルマンフィルタ、および、ニューラルネットワーク等の演算方法があり、これらの演算方法を適宜用いることによって最適な係数を決定することができる。 In step S19, the CPU 10a executes a process of fitting the above-described equation (1) using the values of Rct, I stored in the RAM 10c by the processes of steps S12 to S18. In addition, as a method for obtaining the coefficients a, t, and y in the equation (1), there are calculation methods such as a least square method, a Kalman filter, and a neural network, and an optimum coefficient is determined by appropriately using these calculation methods. can do.
ステップS20では、CPU10aは、ステップS19で求めた式(1)の係数a,t,yの値を、温度センサ13の出力を参照して補正する。具体的には、例えば、CPU10aは、温度センサ13によって検出された充電可能電池14の外部温度と、充電可能電池14の熱等価回路モデルに基づいて、充電可能電池14の電解液の温度を推定する。CPU10aは、ROM10bに格納されている、その時点の係数a,t,yの値を基準温度(例えば、25℃)における係数a,t,yの値に変換するための変換式を用いて、基準温度における係数a,t,yの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。
In step S20, the CPU 10a corrects the values of the coefficients a, t, y in the equation (1) obtained in step S19 with reference to the output of the
ステップS21では、CPU10aは、ステップS20で温度による補正を行った係数a,t,yを、その時点のSOCに基づいて補正する。具体的には、例えば、CPU10aは、OCVとSOCの関係に基づいて求めたSOCに対して、充電可能電池14に流入出する電流値を累積加算することでその時点におけるSOCを求める。CPU10aは、ROM10bに格納されている、その時点の係数a,t,yの値を基準SOC(例えば、100%)における係数a,t,yの値に変換するための変換式を用いて、基準SOCにおける係数a,t,yの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。
In step S21, the CPU 10a corrects the coefficients a, t, and y corrected by the temperature in step S20 based on the SOC at that time. Specifically, for example, the CPU 10a obtains the SOC at that time by cumulatively adding the current value flowing into and out of the
ステップS22では、CPU10aは、ステップS21でSOCによる補正を行った係数a,t,yの値を、放電開始からの時間に基づいて補正する。具体的には、例えば、CPU10aは、放電開始から終了までの時間を計測し、ROM10bに格納されている、その時点の係数a,t,yの値を放電開始からの基準時間(例えば、1秒)における係数a,t,yの値に変換するための変換式を用いて、基準SOCにおける係数a,t,yの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。 In step S22, the CPU 10a corrects the values of the coefficients a, t, and y corrected by the SOC in step S21 based on the time from the start of discharge. Specifically, for example, the CPU 10a measures the time from the start to the end of discharge, and stores the values of the coefficients a, t, y at that time stored in the ROM 10b as a reference time (for example, 1). The values of the coefficients a, t, and y in the reference SOC are obtained using a conversion formula for converting the values into the values of the coefficients a, t, and y in seconds). A table may be used instead of the conversion formula.
ステップS23では、CPU10aは、ステップS20〜ステップS22で係数が補正されたRct(I)を用いてSOFを求める。より詳細には、Rct(I)を用いて、所定の電流Iにおける反応抵抗Rctの値を求め、RctとSOFの関係から、所定の電流IにおけるSOFを求めることができる。なお、Rctに対してRohmを加算して得た値を用いてSOFを求めるようにしてもよい。 In step S23, the CPU 10a obtains the SOF using Rct (I) whose coefficients have been corrected in steps S20 to S22. More specifically, the value of the reaction resistance Rct at a predetermined current I is obtained using Rct (I), and the SOF at the predetermined current I can be obtained from the relationship between Rct and SOF. Note that SOF may be obtained using a value obtained by adding Rohm to Rct.
ステップS24では、CPU10aは、ステップS20〜ステップS22で係数が補正されたRct(I)を用いてSOHを求める。より詳細には、Rct(I)を用いて、所定の電流値における反応抵抗Rctの値を求め、所定の電流値における反応抵抗の初期値Rct0で除算して百分率で表す(=Rct/Rct0×100)ことで、SOHを求めることができる。なお、Rctに対してRohmを加算して得た値を用いてSOHを求めるようにしてもよい。 In step S24, the CPU 10a obtains SOH using Rct (I) whose coefficients have been corrected in steps S20 to S22. More specifically, the value of the reaction resistance Rct at a predetermined current value is obtained using Rct (I), and is expressed as a percentage by dividing by the initial value Rct0 of the reaction resistance at the predetermined current value (= Rct / Rct0 × 100), SOH can be obtained. Note that SOH may be obtained using a value obtained by adding Rohm to Rct.
以上の処理によれば、前述した動作を実現することができる。 According to the above processing, the above-described operation can be realized.
(C)変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、式(1)を用いて電流と反応抵抗の関係を求めるようにしたが、これ以外の式を用いるようにしてもよい。例えば、式(1)では、指数関数項は1項だけであるが2項以上を有するようにしてもよい。また、不定元をIとする多項式(Rct(I)=a0+a1I+a2I2+・・・anIn)(n≧1)を用いてフィッティングを行うようにしてもよい。
(C) Description of Modified Embodiment It goes without saying that the above embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to the case described above. For example, in the above embodiment, the relationship between the current and the reaction resistance is obtained using the equation (1), but other equations may be used. For example, in the formula (1), the exponential function term is only one term, but it may have two or more terms. Alternatively, the fitting may be performed using a polynomial (Rct (I) = a 0 + a 1 I + a 2 I 2 +... A n I n ) (n ≧ 1) whose indefinite element is I.
また、以上の実施形態では、図9に示すフローチャートのステップS20〜ステップS22の処理により、式(1)の係数a,t,yの値を温度、SOC、放電開始からの経過時間に応じて補正するようにした。これ以外にも、例えば、図10のステップS30〜ステップS32に示すように、反応抵抗Rctの値を、温度、SOC、放電開始からの経過時間に応じて補正するようにしてもよい。なお、図10では、図9と比較してステップS20〜22が除外され、ステップS30〜ステップS32が追加されている。これら以外の処理は、図9と同様である。 Further, in the above embodiment, the values of the coefficients a, t, and y in the equation (1) are set according to the temperature, the SOC, and the elapsed time from the start of discharge by the processing of step S20 to step S22 in the flowchart shown in FIG. I corrected it. In addition to this, for example, as shown in steps S30 to S32 of FIG. 10, the value of the reaction resistance Rct may be corrected according to the temperature, the SOC, and the elapsed time from the start of discharge. In FIG. 10, steps S20 to 22 are excluded and steps S30 to S32 are added as compared to FIG. The other processes are the same as those in FIG.
より詳細には、図10に示すフローチャートでは、ステップS30〜ステップS32において以下の処理が実行される。 More specifically, in the flowchart shown in FIG. 10, the following processing is executed in steps S30 to S32.
ステップS30では、CPU10aは、ステップS16で求めた反応抵抗Rctの値を、温度センサ13の出力を参照して補正する。具体的には、例えば、CPU10aは、温度センサ13によって検出された充電可能電池14の外部温度と、充電可能電池14の熱等価回路モデルに基づいて、充電可能電池14の電解液の温度を推定する。CPU10aは、ROM10bに格納されている、その時点の反応抵抗Rctの値を基準温度(例えば、25℃)における反応抵抗Rctの値に変換するための変換式を用いて、基準温度における反応抵抗Rctの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。
In step S30, the CPU 10a corrects the value of the reaction resistance Rct obtained in step S16 with reference to the output of the
ステップS31では、CPU10aは、ステップS30で温度による補正を行った反応抵抗Rctの値を、その時点のSOCに基づいて補正する。具体的には、例えば、CPU10aは、OCVとSOCの関係に基づいて求めたSOCに対して、充電可能電池14に流入出する電流値を累積加算することでその時点におけるSOCを求める。CPU10aは、ROM10bに格納されている、その時点の反応抵抗Rctの値を基準SOC(例えば、100%)における反応抵抗Rctの値に変換するための変換式を用いて、基準SOCにおける反応抵抗Rctの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。
In step S31, the CPU 10a corrects the value of the reaction resistance Rct corrected by the temperature in step S30 based on the SOC at that time. Specifically, for example, the CPU 10a obtains the SOC at that time by cumulatively adding the current value flowing into and out of the
ステップS32では、CPU10aは、ステップS31でSOCによる補正を行った反応抵抗Rctの値を、放電開始からの時間に基づいて補正する。具体的には、例えば、CPU10aは、放電開始からの時間を計測し、ROM10bに格納されている、その時点の反応抵抗Rctの値を放電開始からの基準時間(例えば、1秒)における反応抵抗Rctの値に変換するための変換式を用いて、基準SOCにおける反応抵抗Rctの値を得る。なお、変換式ではなく、テーブルを用いるようにしてもよい。 In step S32, the CPU 10a corrects the value of the reaction resistance Rct corrected by the SOC in step S31 based on the time from the start of discharge. Specifically, for example, the CPU 10a measures the time from the start of discharge, and the value of the reaction resistance Rct at that time stored in the ROM 10b is the reaction resistance at the reference time (for example, 1 second) from the start of discharge. The value of the reaction resistance Rct at the reference SOC is obtained using a conversion formula for converting into the value of Rct. A table may be used instead of the conversion formula.
図10に示すフローチャートによっても、温度、SOC、放電開始からの経過時間によって式(1)に対する誤差の影響を少なくすることができる。 Also in the flowchart shown in FIG. 10, the influence of the error on the equation (1) can be reduced by the temperature, the SOC, and the elapsed time from the start of discharge.
また、以上の実施形態では、スタータモータ17に電流が流れる場合を例に挙げて説明したが、スタータモータ17以外の負荷(例えば、ステアリングモータ)等に電流が流れる場合に測定を行うようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where the current flows through the
また、図9および図10の処理では、温度、SOC、および、放電開始からの経過時間の全てに対して補正を行うようにしたが、これらの少なくとも1つに対して補正を行うようにしてもよい。 Further, in the processes of FIGS. 9 and 10, correction is made for all of the temperature, the SOC, and the elapsed time from the start of discharge, but correction is made for at least one of these. Also good.
また、以上の実施形態では、充電可能電池14が安定している場合に開回路電圧を測定するようにしたが、推定値に基づいて求めるようにしてもよい。例えば、開回路電圧の時間的な変動を近似できる電圧特性式を用いることで、充電可能電池14の安定時の開回路電圧を推定することができる。電圧特性式として、高次(例えば、4次以上)の指数減衰関数を含む近似式を用いることで、開回路電圧の時間変動を高精度に推定することができる。
In the above embodiment, the open circuit voltage is measured when the
また、図9および図10に示すフローチャートは一例であって、本発明がこれらのフローチャートの処理のみに限定されるものではない。例えば、図9および図10に示すフローチャートでは、ステップS10において、Rohmを求めるようにしているが、ステップS16の処理よりも前であれば、ステップS11よりも後に配置されてもよい。また、ステップS14のOCVを取得する処理についても、ステップS15の処理よりも前であれば、ステップS13よりも前に配置されてもよい。 Further, the flowcharts shown in FIGS. 9 and 10 are examples, and the present invention is not limited only to the processes of these flowcharts. For example, in the flowcharts shown in FIGS. 9 and 10, Rohm is obtained in step S10, but may be arranged after step S11 if it is before the process of step S16. Also, the process of acquiring the OCV in step S14 may be arranged before step S13 as long as it is before the process of step S15.
また、図5に示す電気的等価回路モデルは一例であって、このモデルに限られない。例えば、RC並列回路は1つや3つ以上であってもよく、少なくとも1つ以上のRC並列回路を有する等価回路モデルとしてもよい。 Moreover, the electrical equivalent circuit model shown in FIG. 5 is an example, and is not limited to this model. For example, the number of RC parallel circuits may be one, three or more, and an equivalent circuit model having at least one RC parallel circuit may be used.
1 充電可能電池状態検出装置
10 制御部
10a CPU
10b ROM
10c RAM
10d 通信部
10e I/F
11 電圧センサ
12 電流センサ
13 温度センサ
14 充電可能電池
15 オルタネータ
16 エンジン
17 スタータモータ
18 負荷
DESCRIPTION OF
10b ROM
10c RAM
10d Communication unit 10e I / F
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (7)
前記充電可能電池が放電状態であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって放電中であると判定された場合には、前記充電可能電池に流れる電流および端子電圧の値を複数回測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された電流および端子電圧の値から、それぞれの測定タイミングにおける前記充電可能電池の内部抵抗の値を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出されたそれぞれの測定タイミングにおける前記内部抵抗の値を、電流を入力変数とする関数としてフィッティングし、前記内部抵抗を、電流を入力変数とする前記関数として特定する特定手段と、
前記特定手段によって特定された前記関数に基づいて前記充電可能電池の状態を検出する検出手段と、
を有することを特徴とする充電可能電池状態検出装置。 In the rechargeable battery state detection device that detects the state of the rechargeable battery,
Determining means for determining whether or not the rechargeable battery is in a discharged state;
When the determination means determines that the battery is being discharged, the measurement means measures the current flowing through the rechargeable battery and the value of the terminal voltage a plurality of times;
Calculation means for calculating the value of the internal resistance of the rechargeable battery at each measurement timing from the values of the current and terminal voltage measured by the measurement means;
A specifying means for fitting the value of the internal resistance at each measurement timing calculated by the calculating means as a function having an electric current as an input variable, and specifying the internal resistance as the function having an electric current as an input variable;
Detecting means for detecting a state of the rechargeable battery based on the function specified by the specifying means;
A rechargeable battery state detection device comprising:
前記充電可能電池が放電状態であるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて放電中であると判定された場合には、前記充電可能電池に流れる電流および端子電圧の値を複数回測定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定された前記電流および前記端子電圧の値から、それぞれの測定タイミングにおける前記充電可能電池の内部抵抗の値を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにおいて算出されたそれぞれの測定タイミングにおける前記内部抵抗の値を、前記電流を入力変数とする関数としてフィッティングし、前記内部抵抗を、前記電流を入力変数とする前記関数として特定する特定ステップと、
前記特定ステップにおいて特定された前記関数に基づいて前記充電可能電池の状態を検出する検出ステップと、
を有することを特徴とする充電可能電池状態検出方法。 In the rechargeable battery state detection method for detecting the state of the rechargeable battery,
A determination step of determining whether or not the rechargeable battery is in a discharged state;
If it is determined that the battery is being discharged in the determination step, a measurement step of measuring the current flowing through the rechargeable battery and the value of the terminal voltage a plurality of times;
A calculation step of calculating a value of an internal resistance of the rechargeable battery at each measurement timing from the value of the current and the terminal voltage measured in the measurement step;
A specific step of fitting the value of the internal resistance at each measurement timing calculated in the calculation step as a function using the current as an input variable, and specifying the internal resistance as the function using the current as an input variable When,
A detecting step for detecting a state of the rechargeable battery based on the function specified in the specifying step;
A rechargeable battery state detection method characterized by comprising:
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