JP2020528551A - バッテリーパックのsohを算出する装置及び方法 - Google Patents

バッテリーパックのsohを算出する装置及び方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、バッテリーパックのSOHを精度よく算出する方法を提供する。より具体的に、バッテリーパックのSOHの算出の際に生じる誤差を減らして正確なバッテリーパックのSOHを算出する方法を提供する。

Description

本発明は、バッテリーパックのSOHを算出する装置及び方法に関する。
より具体的には、バッテリーパックのSOHの算出の際に生じる誤差を減らして正確なバッテリーパックのSOHを算出する装置及び方法に関する。
二次バッテリーとは、充電ができない一次バッテリーとは異なり、充電可能なバッテリーのことをいい、スマートフォン、ノート型パソコン、携帯情報端末(PDA)などの小型先端機器の分野だけではなく、電気自動車、エネルギー貯蔵システムに至るまで広く用いられている。使用環境、使用期間、充放電回数などに応じてバッテリー容量は減ることになる。バッテリー容量がスペックに記載された初期のバッテリー容量よりもどれほど減ったかを表わす指標としてのバッテリーのSOHは、バッテリーを評価する重要なパラメーターの一つである。
このように、バッテリーのSOHを推定する上で、下記の数式が使用可能である。
Figure 2020528551
このとき、
Figure 2020528551
は、電流を積算する値である。
しかしながら、電流の積算に際して、電流値を測定する電流センサーにおいて誤差値(error 1)が生じる。
また、バッテリーパックの公称容量(nominal capacity)値は、バッテリーセルを製造するときに設定されるバッテリーセルの容量値であり、バッテリーセル容量に対する誤差値(error 2)が存在していた。
このため、実際にSOHを算出するうえで用いられる数式は、次の通りであってもよい。
Figure 2020528551
このように、SOHを算出する上で用いられる値に二つの誤差(error1、error2)が生じてしまって、正確なSOHを算出し難いという問題があった。
したがって、本発明においては、前記公称容量において生じる誤差(erroe2)を減らして正確なバッテリーの健康状態(SOH)を算出する方法を提案する。
本発明は、バッテリーパックのSOHを精度よく算出する方法を提供する。
より具体的に、バッテリーパックのSOHの算出の際に生じる誤差を減らして正確なバッテリーパックのSOHを算出する方法を提供する。
本発明の実施形態に係るバッテリーパックの健康状態(SOH:state of health)を算出する方法は、電流積算方式を用いて、SOC変化量に対応する電流積算値を算出するSOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップと、SOH更新信号の印加有無及びSOH更新信号の条件を確認するSOH更新信号確認ステップと、前記SOH更新信号確認ステップにおいて、SOH更新信号が所定の条件を満たす場合、前記SOC変化量に対応する電流積算値に基づいて、最終的な電流積算値を算出する最終電流積算値算出ステップと、前記最終電流積算値算出ステップが行われる場合、バッテリーパックの公称容量(nominal capacity)を前記最終電流積算値算出ステップにおいて算出された最終電流積算値に設定するバッテリーパック公称容量設定ステップと、前記バッテリーパック公称容量設定ステップにおいて設定されたバッテリーパックの公称容量に基づいて、バッテリーパックの健康状態(SOH)を算出するバッテリーパックSOH算出ステップと、を含んでなってもよい。
前記SOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップにおいては、下記の数式1に基づいて算出され、前記SOH更新信号確認ステップは、SOH更新信号の印加が確認されるまで所定の周期にて繰り返し行われてもよい。
Figure 2020528551
前記SOH更新信号確認ステップは、SOH算出部にSOH更新信号が印加されたか否かを確認するSOH更新信号印加確認ステップと、SOH算出部が最初のSOH更新信号を印加された場合、前記バッテリーパックの使用期間が初期の使用期限以内であるか否かを確認する最初の信号有無の確認及び使用期限の確認ステップと、を含んでなってもよい。
前記最終電流積算値を取り出すステップにおいては、前記SOH算出部に印加されたSOH更新信号が最初のSOH更新信号であり、前記バッテリーパックの使用期間が初期の使用期限以内である場合、前記SOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップにおいて算出された値を比例式を用いてSOCが0から100になるまでの最終的な電流積算値を算出してもよい。
前記バッテリーパックSOH算出ステップにおいては、下記の数式2によって算出されてもよい。
Figure 2020528551
本発明の他の実施形態に係るバッテリーパックのSOHを算出する装置は、所定の周期おきにバッテリーのSOCを算出するSOC算出部と、前記SOC算出部において測定されたSOCに基づいてSOHを算出するSOH算出部と、を備えてなり、前記SOC算出部は、バッテリーのSOC変化量に対応する電流積算値を算出する電流積算値算出モジュールを備えてなり、前記SOH算出部は、SOH更新信号の印加有無を確認するSOH更新信号確認モジュールと、前記電流積算値算出モジュールにおいて算出されたSOC変化量に対応する電流積算値に基づいて最終電流積算値を算出する最終電流積算値算出モジュールと、バッテリーパックの公称容量を設定するバッテリーパック公称容量設定モジュールと、前記バッテリーパックのSOHを算出するSOH算出モジュールと、を備えてなってもよい。
前記SOC変化量に対応する電流積算値を算出する電流積算値算出モジュールは、下記の数式1に基づいて電流積算値を算出し、前記SOH更新信号確認モジュールにおいてSOH更新信号の印加が確認されるまで所定の周期にてSOC変化量に対応する電流積算値を算出してもよい。
Figure 2020528551
前記SOH更新信号確認モジュールは、前記SOH更新信号が最初のSOH更新信号であるか否かを確認する最初のSOH信号確認モジュールと、前記SOH更新信号がバッテリーパックに既に設定されている初期の使用期間以内であるか否かを確認する使用期限確認モジュールと、を備えてなってもよい。
前記最終電流積算値算出モジュールは、前記SOH更新信号確認モジュールにおいて確認した結果、最初のSOH更新信号であり、前記最初のSOH更新信号がバッテリーパックの初期の使用期限以内に印加された場合、前記SOC変化量に対応する電流積算値を比例式を用いてSOCが0から100となるまでの最終電流積算値を算出してもよい。
前記SOH算出モジュールは、下記の数式2を用いて、バッテリーパックのSOHを算出してもよい。
Figure 2020528551
本発明は、バッテリーパックのSOHの算出過程において生じる誤差を減らしてより精度よいバッテリーパックのSOHを算出することができる。
本発明の実施形態に係るバッテリーパックのSOHを算出する方法を示す手順図である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリーパックのSOHを算出する装置の構成を示す図である。
以下、添付図面に基づいて、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態について詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化される。なお、図中、本発明を明確に説明するために、説明とは無関係な部分は省略し、明細書の全般に亘って、類似の部分には類似の図面符号を付している。
また、「第1の」、「第2の」など序数を含む言い回しは、様々な構成要素を説明するうえで使用可能であるが、前記構成要素は、前記言い回しによって何等限定されない。前記言い回しは、ある構成要素を他の構成要素から区別する目的でしか使えない。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないつつも、第1の構成要素は第2の構成要素と命名されてもよく、同様に、第2の構成要素もまた第1の構成要素と命名されてもよい。本出願において用いた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。
明細書の全般に亘って、ある部分が他の部分と「接続」されているとか、「接続」されているとか、と言及された場合、前記ある部分が前記他の部分に直接的に接続されたり接続されたりする場合だけではなく、これらの間に他の素子を間に挟んで電気的に接続されたり接続されたりする場合も含む。なお、ある部分がある構成要素を「備える」としたとき、これは、特に断りのない限り、他の構成要素を除外するわけではなく、他の構成要素をさらに備えていてもよいことを意味する。本願の明細書の全般に亘って用いられる度合いの言い回しである「〜するステップ」又は「〜のステップ」は、「〜のためのステップ」を意味するものではない。
本発明において用いられる用語としては、本発明における機能を考慮したうえで、できる限り現在汎用されている通常の用語を選択したが、これは、当分野に携わっている技術者の意図又は判例、新たな技術の出現などに応じて異なる。なお、特定の場合、出願人が任意に選定した用語もあり、この場合、対応する発明の説明の部分において詳しくその意味を記載する。したがって、本発明において用いられる用語は、単なる用語の名称ではなく、その用語が有する意味と本発明の全般に亘たっての内容に基づいて定義されるべきである。
1.本発明の実施形態に係るバッテリーパックにおけるSOHの算出方法。
本発明は、バッテリーパックのSOHの算出過程において生じる誤差を減らすことにより、バッテリーパックのSOHをより精度よく算出するための発明である。
図1は、本発明の実施形態に係るバッテリーパックにおけるSOHの算出方法を示す手順図である。
以下では、図1に基づいて、本発明の実施形態に係るバッテリーパックにおけるSOHの算出方法について説明する。
本発明の実施形態に係るバッテリーパックの健康状態(SOH:State Of charge)の算出方法は、電流積算方式を用いて、SOC変化量に対応する電流積算値を算出するSOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップ(S100)、SOH更新信号の印加有無及びSOH更新信号の条件を確認するSOH更新信号確認ステップ(S200)、前記SOH更新信号確認ステップ(S200)において、SOH更新信号が所定の条件を満たす場合、前記SOC変化量に対応する電流積算値に基づいて、最終電流積算値を算出する最終電流積算値算出ステップ(S300)、前記最終電流積算値算出ステップ(S300)が行われる場合、バッテリーパックの公称容量(nominal capacity)を前記最終電流積算値算出ステップにおいて算出された最終電流積算値に設定するバッテリーパック公称容量設定ステップ(S400)、前記バッテリーパック公称容量設定ステップにおいて設定されたバッテリーパックの公称容量に基づいて、バッテリーパックの健康状態(SOH)を算出するバッテリーパックSOH算出ステップ(S500)を含んでなってもよい。
より具体的に、前記SOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップ(S100)は、所定の周期をもって繰り返し行われ、下記の数式1により算出可能である。
Figure 2020528551
一方、前記SOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップ(S100)において算出されたSOC変化量に対応する電流積算値は、メモリーに保存されてもよく、SOH算出部に伝送してもよい。
このように、メモリーに保存されたSOC変化量に対応する電流積算値、あるいは、SOH算出部に伝送されたSOC変化量に対応する電流積算値は、後述する最終電流積算値算出ステップにおいて使用可能である。
一方、前記SOH更新信号確認ステップ(S200)は、SOH算出部にSOH更新信号が印加されたか否かを確認するSOH更新信号印加確認ステップ及びバッテリーパックのBMSからSOH更新信号が印加された場合、前記バッテリーパックのBMSから印加されたSOH更新信号が最初の更新信号であるか否かを確認し、前記バッテリーパックの使用期間が初期の使用期限以内であるか否かを確認する確認する最初の信号有無確認及び使用期間確認ステップを含んでなってもよい。
より具体的には、前記SOH更新信号印加確認ステップ(S300)においては、所定の周期をもって前記SOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップを行う最中に、SOH算出部にSOH更新信号が割り込み形式で印加されてもよい。このように、割り込み形式でSOH算出部にSOH信号が印加されれば、前記SOH算出部は、印加されたSOH更新信号が最初にSOHを算出する信号であり、バッテリーの使用期限が既に設定されている初期の使用期限以内である場合、最近に保存されたSOC変化量に対応する電流積算値または最近に受信したSOC変化量に対応する電流積算値に基づいて、後述する最終電流積算値を算出するステップを行ってもよい。
一方、前記最終電流積算値算出ステップ(S400)においては、前記SOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップにおいて算出された値を比例式を用いて、SOCが0から100になるまでの最終電流積算値を算出してもよい。
例えば、前記SOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップが、SOCが40から45へと変わり、このとき、電流積算値が10である場合、SOC変化量5に対応する電流積算値は、10であってもよい。これを用いて、SOCが0から100へと変わる場合、最終電流積算値は、比例式を用いて200として算出されてもよい。
このように、SOC変化量に対応する電流積算値に基づいて、バッテリーの公称容量(nominal capacity)を算出し、これをバッテリーパックの公称容量として設定すれば、背景技術の欄において説明したバッテリーパックが生産されるときに既に設定されるバッテリーセルの公称容量(nominal capacity)に含まれている誤差(error2)を除去することができる。
また、上述した方法により設定されるバッテリーセルの公称容量は、前記SOC変化量に対応する電流積算ステップにおいて既に電流センサーにおいて生じる誤差(error1)を反映した値に基づいて算出されるので、最終的に算出されるSOH値において、電流センサーにおいて生じる誤差(error1)を減らすことができる。
したがって、正確なSOHを算出することができる。
一方、前記SOH更新信号確認ステップ(S300)においてSOH更新信号が印加されないか、あるいは、印加されたSOH更新信号がバッテリーパックの初期の使用期限を過ぎた場合は、バッテリーパックの公称容量を再設定することなく、バッテリーの生産の際に既に設定されている誤差(eorrr2)が含まれているバッテリーパックの公称容量をそのまま用いて、バッテリーパックのSOHを算出してもよい。
一方、前記バッテリーパックSOH算出ステップ(S500)においては、下記の数式2によって算出されてもよい。
Figure 2020528551
2.本発明の他の実施形態に係るバッテリーパックにおけるSOHの算出装置。
図2は、本発明の他の実施形態に係るバッテリーパックにおけるSOHの算出装置を示す図である。
以下では、図2に基づいて、本発明の他の実施形態に係るバッテリーパックにおけるSOHの算出装置について説明する。
本発明の他の実施形態に係るバッテリーパックのSOHの算出装置は、所定の周期おきにバッテリーのSOCを算出するSOC算出部100、及び前記SOC算出部100において測定されたSOCに基づいてSOHを算出するSOH算出部200を備えてなってもよい。
より具体的に、前記SOC算出部100は、バッテリーのSOC変化量に対応する電流積算値を算出する電流積算値算出モジュール110を備えてなり、前記SOH算出部200は、SOH更新信号の印加有無を確認するSOH更新信号確認モジュール210、前記電流積算値算出モジュール110において算出されたSOC変化量に対応する電流積算値に基づいて最終電流積算値を算出する最終電流積算値算出モジュール220、バッテリーパックの公称容量を設定するバッテリーパック公称容量設定モジュール230、及び前記バッテリーパックのSOHを算出するSOH算出モジュール240を備えてなってもよい。
一方、前記SOC変化量に対応する電流積算値を算出する電流積算値算出モジュール110は、下記の数式1に基づいて電流積算値を算出し、前記SOH更新信号確認モジュールにおいて、SOH更新信号の印加が確認されるまで所定の周期にてSOC変化量に対応する電流積算値を算出してもよい。
Figure 2020528551
一方、上記の数式1に基づいて算出されたSOC変化量に対応する電流積算値は、メモリーに保存されてもよく、前記SOH算出部200に伝送されてもよい。
このように、メモリーに保存されたSOC変化量に対応する電流積算値、あるいは、前記SOH算出部に伝送されたSOC変化量に対応する電流積算値は、後述する最終電流積算値算出モジュールにおいて用いられてもよい。
一方、前記SOH更新信号確認モジュール210は、前記SOH更新信号が最初のSOH更新信号であるか否かを確認する最初のSOH信号確認モジュール、及び前記SOH更新信号がバッテリーパックに既に設定されている初期の使用期間以内であるか否かを確認する使用期限確認モジュールを備えてなってもよい。
一方、前記最終電流積算値算出モジュール220は、前記SOH更新信号確認モジュールにおいて確認した結果、最初のSOH更新信号であり、前記最初のSOH更新信号がバッテリーパックの初期の使用期限以内に印加された場合、前記SOC変化量に対応する電流積算値を比例式を用いてSOCが0から100になるまでの最終電流積算値を算出してもよい。
このように、SOC変化量に対応する電流積算値に基づいてバッテリーの公称容量(nominal capacity)を算出し、これをバッテリーパックの公称容量として設定すれば、背景技術の欄において説明したバッテリーパックが生産されるときに既に設定されるバッテリーセルの公称容量(nominal capacity)に含まれている誤差(error2)を除去することができる。
一方、前記SOH更新信号確認モジュール210からSOH算出部200へとSOH更新信号が印加されないか、あるいは、印加されたSOH更新信号がバッテリーパックの初期の使用期限を過ぎたと確認される場合は、バッテリーパックの公称容量を再設定することなく、バッテリーの生産の際に既に設定されている誤差(error2)が含まれているバッテリーパックの公称容量をそのまま用いて、バッテリーパックのSOHを算出してもよい。
また、上述した方法により設定されるバッテリーセルの公称容量は、前記SOC変化量に対応する電流積算ステップにおいて既に電流センサーにおいて生じる誤差(error1)を反映した値に基づいて算出されるので、最終的に算出されるSOH値において、電流センサーにおいて生じる誤差(error1)を減らすことができる。
一方、前記SOH算出モジュール240は、下記の数式2を用いて、バッテリーパックのSOHを算出してもよい。
Figure 2020528551
一方、本発明の技術的思想は、前記実施形態に基づいて具体的に記述されたが、前記実施形態はその説明のためのものであり、その制限のためのものではないということに留意すべきである。なお、本発明の技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想の範囲内において種々の実施形態が実施可能であるということが理解できる筈である。
100 SOC算出部
110 電流積算値算出モジュール
200 SOH算出部
210 SOH更新信号確認モジュール
220 最終電流積算値算出モジュール
230 バッテリーパック公称容量設定モジュール
240 SOH算出モジュール

Claims (10)

  1. バッテリーパックの健康状態(SOH:state of health)を算出する方法において、
    電流積算方式を用いて、SOC変化量に対応する電流積算値を算出するSOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップと、
    SOH更新信号の印加有無及び前記SOH更新信号の条件を確認するSOH更新信号確認ステップと、
    前記SOH更新信号確認ステップにおいて、前記SOH更新信号が所定の条件を満たす場合、前記SOC変化量に対応する電流積算値に基づいて、最終的な電流積算値を算出する最終電流積算値算出ステップと、
    前記最終電流積算値算出ステップが行われる場合、バッテリーパックの公称容量(nominal capacity)を前記最終電流積算値算出ステップにおいて算出された最終電流積算値に設定するバッテリーパック公称容量設定ステップと、
    前記バッテリーパック公称容量設定ステップにおいて設定された前記バッテリーパックの前記公称容量に基づいて、前記バッテリーパックの前記健康状態(SOH)を算出するバッテリーパックSOH算出ステップと、
    を含んでなることを特徴とするバッテリーパックにおけるSOHの算出方法。
  2. 前記SOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップにおいては、
    下記の数式1に基づいて算出され、
    前記SOH更新信号確認ステップは、前記SOH更新信号の印加が確認されるまで所定の周期にて繰り返し行われることを特徴とする請求項1に記載のバッテリーパックにおけるSOHの算出方法。
    Figure 2020528551
  3. 前記SOH更新信号確認ステップは、
    SOH算出部に前記SOH更新信号が印加されたか否かを確認するSOH更新信号印加確認ステップと、
    前記SOH算出部が最初のSOH更新信号を印加された場合、前記バッテリーパックの使用期間が初期の使用期限以内であるか否かを確認する最初の信号有無の確認及び使用期限の確認ステップと、
    を含んでなることを特徴とする請求項1又は2に記載のバッテリーパックにおけるSOHの算出方法。
  4. 前記最終電流積算値を取り出すステップにおいては、
    前記SOH算出部に印加された前記SOH更新信号が最初のSOH更新信号であり、前記バッテリーパックの使用期間が初期の使用期限以内である場合、前記SOC変化量に対応する電流積算値の算出ステップにおいて算出された値を比例式を用いてSOCが0から100になるまでの最終的な電流積算値を算出することを特徴とする請求項3に記載のバッテリーパックにおけるSOHの算出方法。
  5. 前記バッテリーパックSOH算出ステップにおいては、下記の数式2によって算出されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のバッテリーパックにおけるSOHの算出方法。
    Figure 2020528551
  6. バッテリーパックのSOHを算出する装置において、
    所定の周期おきにバッテリーのSOCを算出するSOC算出部と、
    前記SOC算出部において測定されたSOCに基づいて前記SOHを算出するSOH算出部と、
    を備えてなり、
    前記SOC算出部は、
    バッテリーのSOC変化量に対応する電流積算値を算出する電流積算値算出モジュールを備えてなり、
    前記SOH算出部は、
    SOH更新信号の印加有無を確認するSOH更新信号確認モジュールと、
    前記電流積算値算出モジュールにおいて算出されたSOC変化量に対応する電流積算値に基づいて最終電流積算値を算出する最終電流積算値算出モジュールと、
    前記バッテリーパックの公称容量を設定するバッテリーパック公称容量設定モジュールと、
    前記バッテリーパックのSOHを算出するSOH算出モジュールと、
    を備えてなることを特徴とするバッテリーパックにおけるSOHの算出装置。
  7. 前記SOC変化量に対応する電流積算値を算出する電流積算値算出モジュールは、下記の数式1に基づいて電流積算値を算出し、
    前記SOH更新信号確認モジュールにおいてSOH更新信号の印加が確認されるまで所定の周期にてSOC変化量に対応する電流積算値を算出することを特徴とする請求項6に記載のバッテリーパックにおけるSOHの算出装置。
    Figure 2020528551
  8. 前記SOH更新信号確認モジュールは、
    前記SOH更新信号が最初のSOH更新信号であるか否かを確認する最初のSOH信号確認モジュールと、
    前記SOH更新信号がバッテリーパックに既に設定されている初期の使用期間以内であるか否かを確認する使用期限確認モジュールと、
    を備えてなることを特徴とする請求項6又は7に記載のバッテリーパックにおけるSOHの算出装置。
  9. 前記最終電流積算値算出モジュールは、
    前記SOH更新信号確認モジュールにおいて確認した結果、最初のSOH更新信号であり、前記最初のSOH更新信号がバッテリーパックの初期の使用期限以内に印加された場合、前記SOC変化量に対応する電流積算値を比例式を用いてSOCが0から100となるまでの最終電流積算値を算出することを特徴とする請求項8に記載のバッテリーパックにおけるSOHの算出装置。
  10. 前記SOH算出モジュールは、下記の数式2を用いて、バッテリーパックのSOHを算出することを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載のバッテリーパックにおけるSOHの算出装置。
    Figure 2020528551
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