JP2021058071A - Method and device for setting charging rate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電率設定方法、充電率設定装置に関する。 The present invention relates to a charging rate setting method and a charging rate setting device.
車両に搭載される電池パックとして、充電率−開回路電圧曲線(SOC−OCV曲線)を用いて、電池の放電終了後または充電終了後、電池の開回路電圧(OCV(Open Circuit Voltage))から電池の充電率(SOC(State Of Charge))を推定するものがある。 As a battery pack mounted on a vehicle, a charge rate-open circuit voltage curve (SOC-OCV curve) is used, and after the battery is discharged or charged, the battery open circuit voltage (OCV (Open Circuit Voltage)) is used. Some estimates the battery charge rate (SOC (State Of Charge)).
例えば、電池電圧がある一定電圧以上となった時点で、その電池の充電率を100%と判定するものがある。例えば、特許文献1参照。 For example, when the battery voltage exceeds a certain voltage, the charge rate of the battery is determined to be 100%. For example, see Patent Document 1.
電池の電圧Vは、開回路電圧Vocvと、内部抵抗rと、電流Iを用いて算出される。したがって、充電率の推定に電池の電圧Vだけを考慮すると、電池の内部抵抗(rI成分)が含まれるため、誤差が生じる可能性がある。また、充電終了後に取得される電池の開回路電圧Vocvは、電池の分極の影響を受けるため、正確な値でない可能性がある。そのため、充電が終了してから一定の時間が経過するまでは、電池の残容量の推定精度が低くなるおそれがある。特に、例えば産業車両のような頻繁に継ぎ足し充電が行われるような使われ方では、残容量の推定精度の向上を早期に実施できることが求められる。 The battery voltage V is calculated using the open circuit voltage Vocv, the internal resistance r, and the current I. Therefore, if only the voltage V of the battery is considered in the estimation of the charge rate, an error may occur because the internal resistance (rI component) of the battery is included. Further, the open circuit voltage Vocv of the battery acquired after the end of charging is affected by the polarization of the battery, and may not be an accurate value. Therefore, the estimation accuracy of the remaining capacity of the battery may be low until a certain time elapses after the charging is completed. In particular, in a usage such as an industrial vehicle in which recharging is frequently performed, it is required that the accuracy of estimating the remaining capacity can be improved at an early stage.
本発明の一側面に係る目的は、電池の充電率を早期に推定することができるとともに、充電率の推定精度を向上することが可能な充電率設定方法を提供することである。 An object of one aspect of the present invention is to provide a charging rate setting method capable of estimating the charging rate of a battery at an early stage and improving the estimation accuracy of the charging rate.
本発明に係る一つの態様の充電率設定方法は、二次電池の電圧が基準電圧に上昇したときに定電圧充電制御が実行される充電率設定方法であって、第1ステップと、第2ステップと、第3ステップとを有する。第1ステップは、定電圧充電制御が終了してから所定時間が経過したことを判定する。第2ステップは、所定時間が経過した後の二次電池の電圧が、基準電圧よりも低く、かつ、二次電池に対し定電流充電制御のみが実行された場合に推定される定電流充電制御が終了した後の二次電池の推定電圧よりも高いことを検出する。第3ステップは、所定時間が経過した後の二次電池の電圧が、基準電圧よりも低く、かつ、推定電圧よりも高い場合に、二次電池の充電率を100%に設定する。 The charge rate setting method of one aspect according to the present invention is a charge rate setting method in which constant voltage charge control is executed when the voltage of the secondary battery rises to the reference voltage, and the first step and the second step. It has a step and a third step. The first step determines that a predetermined time has elapsed since the constant voltage charging control was completed. The second step is the constant current charge control estimated when the voltage of the secondary battery after the lapse of a predetermined time is lower than the reference voltage and only the constant current charge control is executed for the secondary battery. Detects that the voltage is higher than the estimated voltage of the secondary battery after the end of. The third step sets the charge rate of the secondary battery to 100% when the voltage of the secondary battery after the elapse of a predetermined time is lower than the reference voltage and higher than the estimated voltage.
上記の充電率設定方法において、二次電池の電圧が基準電圧よりも低い場合には、充電制御が終了し分極が解消したことを判定することができる。また、二次電池の電圧が定電流充電制御のみが実行された場合に推定される推定電圧よりも高い場合には、定電流充電制御ではなく、定電圧充電制御が実行されたことを判定することができる。したがって、二次電池の電圧が基準電圧よりも低く、推定電圧よりも高い場合には、定電圧充電制御が実行されたと判定して、二次電池の充電率を100%に設定(リセット)する。これにより、二次電池の内部抵抗(rI成分)の影響により生じた誤差をリセットすることができ、二次電池の充電率の推定精度を向上することができる。さらに、分極解消まで待たずに二次電池の充電率を100%に設定することができるため、二次電池の充電率を早期に推定することができる。 In the above charge rate setting method, when the voltage of the secondary battery is lower than the reference voltage, it can be determined that the charge control is completed and the polarization is eliminated. Further, when the voltage of the secondary battery is higher than the estimated voltage estimated when only the constant current charge control is executed, it is determined that the constant voltage charge control is executed instead of the constant current charge control. be able to. Therefore, when the voltage of the secondary battery is lower than the reference voltage and higher than the estimated voltage, it is determined that the constant voltage charge control has been executed, and the charge rate of the secondary battery is set (reset) to 100%. .. As a result, the error caused by the influence of the internal resistance (rI component) of the secondary battery can be reset, and the estimation accuracy of the charge rate of the secondary battery can be improved. Further, since the charge rate of the secondary battery can be set to 100% without waiting for the polarization to be eliminated, the charge rate of the secondary battery can be estimated at an early stage.
また、第1ステップは、定電圧充電制御が終了してから二次電池の分極解消時間よりも短い所定時間が経過したことを判定してもよい。 Further, in the first step, it may be determined that a predetermined time shorter than the polarization elimination time of the secondary battery has elapsed since the constant voltage charging control was completed.
上記の充電率設定方法において、所定時間は二次電池の分極解消時間よりも短いため、分極解消まで待たずに二次電池の充電率を100%に設定することができる。このため二次電池の充電率を早期に推定することができる。 In the above charge rate setting method, since the predetermined time is shorter than the polarization elimination time of the secondary battery, the charge rate of the secondary battery can be set to 100% without waiting for the polarization elimination. Therefore, the charge rate of the secondary battery can be estimated at an early stage.
また、二次電池は、直列に配置された複数のセルにより構成される。また、第2ステップは、所定時間が経過した後の二次電池の各セルの電圧が、それぞれ、基準電圧よりも低く、かつ、推定電圧よりもそれぞれ高いことを検出する。そして、第3ステップは、所定時間が経過した後の二次電池のセルの電圧が、基準電圧よりも低く、かつ、推定電圧よりも高いと判定された二次電池のセルの充電率を100%に設定する。このため、セル単位で二次電池の充電率を設定することができるため、充電率の推定精度を向上することができる。 Further, the secondary battery is composed of a plurality of cells arranged in series. Further, in the second step, it is detected that the voltage of each cell of the secondary battery after the elapse of a predetermined time is lower than the reference voltage and higher than the estimated voltage. Then, in the third step, the charge rate of the cell of the secondary battery determined that the voltage of the cell of the secondary battery after the elapse of a predetermined time is lower than the reference voltage and higher than the estimated voltage is 100. Set to%. Therefore, since the charge rate of the secondary battery can be set for each cell, the accuracy of estimating the charge rate can be improved.
また、二次電池は、正極材料をリン酸鉄リチウムとするリチウムイオン二次電池であってもよい。リン酸鉄リチウムを正極材料するリチウムイオン電池は、充電率の変化に伴う開回路電圧の変化が微小な範囲が広く、開回路電圧から充電率を推定すると測定誤差の影響を受けやすい。しかしながら、本発明に係る充電率設定方法は、定電圧充電制御が実行されたと判定された場合には、二次電池の充電率を100%に設定(リセット)する。これにより、充電率の推定が難しい二次電池に対する充電率の推定精度を向上することができる。 Further, the secondary battery may be a lithium ion secondary battery in which the positive electrode material is lithium iron phosphate. Lithium-ion batteries using lithium iron phosphate as the positive electrode have a wide range of minute changes in the open circuit voltage due to changes in the charge rate, and when the charge rate is estimated from the open circuit voltage, they are easily affected by measurement errors. However, the charge rate setting method according to the present invention sets (reset) the charge rate of the secondary battery to 100% when it is determined that the constant voltage charge control has been executed. As a result, it is possible to improve the accuracy of estimating the charge rate for the secondary battery, for which it is difficult to estimate the charge rate.
また、二次電池は、産業用の車両に電力を供給していてもよい。産業用の車両は、継ぎ足し充電が頻繁に行われることが求められるため、より効果的に二次電池の充電率の推定精度を向上することができる。 In addition, the secondary battery may supply electric power to an industrial vehicle. Since industrial vehicles are required to be recharged frequently, the accuracy of estimating the charge rate of the secondary battery can be improved more effectively.
また、所定時間は、二次電池の温度により変動するパラメータであってもよい。したがって、二次電池の温度が変化することにより二次電池の内部抵抗が変動した場合であっても、温度に追随して充電率を100%に設定することができるため、充電率の推定精度を向上することができる。 Further, the predetermined time may be a parameter that varies depending on the temperature of the secondary battery. Therefore, even if the internal resistance of the secondary battery fluctuates due to a change in the temperature of the secondary battery, the charge rate can be set to 100% according to the temperature, so that the estimation accuracy of the charge rate can be set. Can be improved.
また、本発明に係る一つの態様の充電率設定装置は、充電制御部と、推定部とを備える。充電制御部は、二次電池の電圧が基準電圧に上昇したときに定電圧充電制御を実行する。推定部は、定電圧充電制御が終了してから所定時間が経過したことを判定し、所定時間が経過した後の二次電池の電圧が、基準電圧よりも低く、かつ、二次電池に対し定電流充電制御のみが実行された場合に推定される定電流充電制御が終了した後の二次電池の推定電圧よりも高いことを検出し、所定時間が経過した後の二次電池の電圧が、基準電圧よりも低く、かつ、推定電圧よりも高い場合に、二次電池の充電率を100%に設定する。 Further, the charge rate setting device of one aspect according to the present invention includes a charge control unit and an estimation unit. The charge control unit executes constant voltage charge control when the voltage of the secondary battery rises to the reference voltage. The estimation unit determines that a predetermined time has elapsed since the constant voltage charging control was completed, and the voltage of the secondary battery after the predetermined time has elapsed is lower than the reference voltage and with respect to the secondary battery. It is detected that the voltage is higher than the estimated voltage of the secondary battery after the constant current charge control is completed, which is estimated when only the constant current charge control is executed, and the voltage of the secondary battery after a predetermined time has elapsed is high. , When the voltage is lower than the reference voltage and higher than the estimated voltage, the charge rate of the secondary battery is set to 100%.
上記構成の充電率設定装置において、電池の電圧が基準電圧よりも低い場合には、推定部は、定電圧充電制御が終了したことを判定することができる。また、電池の電圧が定電流充電制御のみが実行された場合に推定される推定電圧よりも高い場合には、推定部は、定電流充電制御ではなく、定電圧充電制御が実行されたことを判定することができる。したがって、電池の電圧が基準電圧よりも低く、推定電圧よりも高い場合には、推定部は、定電圧充電制御が実行されたと判定して、二次電池の充電率を100%に設定(リセット)する。これにより、二次電池の内部抵抗(rI成分)の影響により生じた誤差をリセットすることができ、二次電池の充電率の推定精度を向上することができる。さらに、分極解消まで待たずに二次電池の充電率を100%に設定することができるため、二次電池の充電率を早期に推定することができる。 In the charge rate setting device having the above configuration, when the battery voltage is lower than the reference voltage, the estimation unit can determine that the constant voltage charge control has been completed. Further, when the battery voltage is higher than the estimated voltage estimated when only the constant current charging control is executed, the estimation unit indicates that the constant voltage charging control is executed instead of the constant current charging control. Can be determined. Therefore, when the battery voltage is lower than the reference voltage and higher than the estimated voltage, the estimation unit determines that the constant voltage charge control has been executed and sets the charge rate of the secondary battery to 100% (reset). ). As a result, the error caused by the influence of the internal resistance (rI component) of the secondary battery can be reset, and the estimation accuracy of the charge rate of the secondary battery can be improved. Further, since the charge rate of the secondary battery can be set to 100% without waiting for the polarization to be eliminated, the charge rate of the secondary battery can be estimated at an early stage.
本発明によれば、電池の充電率を早期に推定することができるとともに、充電率の推定精度を向上することができる。 According to the present invention, the charge rate of the battery can be estimated at an early stage, and the accuracy of estimating the charge rate can be improved.
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、実施形態の充電率設定装置を含む電池パックの一例を示す図である。
Hereinafter, embodiments will be described in detail based on the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a battery pack including the charge rate setting device of the embodiment.
図1に示す電池パック1は、例えば、電動フォークリフトなどの産業用の車両Veに搭載され、駆動用モータを駆動するインバータなどの負荷へ電力を供給する。 The battery pack 1 shown in FIG. 1 is mounted on, for example, an industrial vehicle Ve such as an electric forklift, and supplies electric power to a load such as an inverter that drives a drive motor.
また、電池パック1は、複数の電池モジュール2と、電池ECU(充電率設定装置)3と、記憶部4とを備える。なお、記憶部4は、例えば、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などにより構成される。
Further, the battery pack 1 includes a plurality of
各電池モジュール2は、それぞれ、電池スタックSと、スイッチSWと、電流検出部21と、温度検出部22と、監視ECU23とを備える。なお、各電池モジュール2のそれぞれの電池スタックSは、互いに並列接続され、組電池を構成する。
Each
電池スタックSは、直列接続される複数の電池セルB(例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの充放電可能な二次電池)により構成される。なお、以下の記載では、各電池モジュール2または各電池セルBを単に「電池B」と呼ぶことがある。なお、各電池スタックSは、それぞれ、1つの電池セルBで構成されてもよい。また、電池B、スイッチSWのそれぞれの数は3つに限定されない。
The battery stack S is composed of a plurality of battery cells B (for example, a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydrogen battery) connected in series. In the following description, each
スイッチSWは、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体リレーや電磁式リレーにより構成される。充電器Chから電池パック1へ電力が供給されているとき、スイッチSWがオンしている電池モジュール2が有する電池Bが充電され、その電池Bの電圧が上昇する。
The switch SW is composed of, for example, a semiconductor relay such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an electromagnetic relay. When power is being supplied from the charger Ch to the battery pack 1, the battery B of the
電流検出部21は、例えば、ホール素子やシャント抵抗により構成され、各電池Bに流れる電流を検出する。
The
温度検出部22は、例えば、サーミスタにより構成され、各電池Bの温度を電池セルB単位で検出する。
The
監視ECU23は、例えば、CPU(Central Processing Unit)またはプログラマブルデバイス(FPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device)など)により構成され、各電池セルBの電圧を検出する。また、監視ECU23は、電池ECU3から送られてくる指示により、スイッチSWのオン、オフを制御する。また、監視ECU23は、各電池Bの電圧、電流検出部21により検出される電流、及び温度検出部22により検出される温度を示す電池状態情報を電池ECU3に送る。
The monitoring
電池ECU3は、所定の充電制御を行うことで各電池Bを充電させる充電制御部31と、各電池Bの充電率を設定する推定部32とを備える。充電制御部31は、所定の充電制御として、例えば、定電流定電圧充電制御(以下、「CCCV(Constant Current Constant Voltage)充電」とも呼ぶ)、定電流充電制御(以下、「CC(Constant Current)充電」とも呼ぶ)、定電圧充電制御(以下、「CV(Constant Voltage)充電」とも呼ぶ)などを実行する。なお、電池ECU3は、例えば、CPUまたはプログラマブルなデバイス(FPGAやPLD)などにより構成される。電池ECU3は、CPUまたはプログラマブルデバイスが所定のプログラムを実行することによって、充電制御部31及び推定部32が実現される。また、充電率設定装置は、例えば、少なくとも充電制御部31及び推定部32を備えて構成される。
The
図2は、CCCV充電を説明するための図である。なお、図2(a)に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電池Bの電圧Vを示している。また、図2(b)に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電池Bに流れる電流Iを示している。 FIG. 2 is a diagram for explaining CCCV charging. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 2A shows time, and the vertical axis shows the voltage V of the battery B. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 2B shows time, and the vertical axis shows the current I flowing through the battery B.
まず、充電制御部31は、充電開始から電圧Vが基準電圧Vcに上昇するまでの間(t0〜t1)、電流Iを一定電流Icに保ちつつ、電池Bの電圧Vが基準電圧Vcまで徐々に上昇するように、電流指令値を充電器Chへ送ることで電池Bを充電させるCC充電を実行する。 First, the charge control unit 31 gradually increases the voltage V of the battery B to the reference voltage Vc while maintaining the current I at a constant current Ic from the start of charging until the voltage V rises to the reference voltage Vc (t0 to t1). CC charging is performed to charge the battery B by sending the current command value to the charger Ch so that the voltage rises to.
次に、充電制御部31は、電圧Vが基準電圧Vcまで上昇してから電流Iが終了電流Ifに減少するまでの間(t1〜t2)、電圧Vを基準電圧Vc以上に保ちつつ、電流Iが終了電流Ifまで徐々に減少するように、電流指令値を充電器Chへ送ることで電池Bを充電させるCV充電を実行する。また、充電器Chは電源の電圧等の情報を充電制御部31に送る。 Next, the charge control unit 31 keeps the voltage V at the reference voltage Vc or higher and the current from the time when the voltage V rises to the reference voltage Vc until the current I decreases to the end current If (t1 to t2). CV charging is performed to charge the battery B by sending a current command value to the charger Ch so that I gradually decreases to the end current If. Further, the charger Ch sends information such as the voltage of the power supply to the charge control unit 31.
そして、充電制御部31は、組電池の各電池Bのうちの少なくとも1つの電池Bの電圧Vが基準電圧Vc以上で、かつ、その電池Bに流れる電流Iが終了電流If以下になると、その電池Bが満充電判定条件を満たしたと判断しCV充電を終了する。 Then, when the voltage V of at least one battery B of each battery B of the assembled battery is equal to or higher than the reference voltage Vc and the current I flowing through the battery B becomes equal to or lower than the end current If. It is determined that the battery B satisfies the full charge determination condition, and CV charging is terminated.
CV充電が終了すると、充電制御部31は、CCCV充電を終了し、充電停止指示を充電器Chに送るとともに、すべてのスイッチSWをオンからオフに切り替える。充電器Chは、充電停止指示を受け取ると、電池パック1への電力供給を停止する。 When the CV charging is completed, the charge control unit 31 ends the CCCV charging, sends a charging stop instruction to the charger Ch, and switches all the switches SW from on to off. Upon receiving the charge stop instruction, the charger Ch stops the power supply to the battery pack 1.
図3は、開回路電圧に基づき充電率を推定する方法を説明するための図である。図3に示すグラフの横軸は充電率(SOC)を示し、図3に示すグラフの縦軸は開回路電圧(OCV)を示している。図3に示す一点鎖線は、曲線V1を示し、二点鎖線は、曲線C2を示している。 FIG. 3 is a diagram for explaining a method of estimating the charge rate based on the open circuit voltage. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 indicates the charge rate (SOC), and the vertical axis of the graph shown in FIG. 3 indicates the open circuit voltage (OCV). The alternate long and short dash line shown in FIG. 3 shows the curve V1, and the alternate long and short dash line shows the curve C2.
曲線V1は、LFP(リン酸鉄リチウム:LiFePO4)を正極材料として使用しているリチウムイオン電池(以下、「LFP系電池」と呼ぶ)の充電率−開回路電圧曲線を示している。曲線V2は、NMC(三元系:LiNixMnyCozO2)を正極材料として使用しているリチウムイオン電池(以下、「NMC系電池」と呼ぶ)の充電率−開回路電圧曲線を示している。 Curve V1 shows a charge rate-open circuit voltage curve of a lithium ion battery (hereinafter referred to as "LFP-based battery") using LFP (lithium iron phosphate: LiFePO 4) as a positive electrode material. Curve V2, NMC (ternary: LiNi x Mn y Co z O 2) and lithium-ion batteries are used as a positive electrode material (hereinafter, referred to as "NMC based battery") charging rate of - the open circuit voltage curve Shown.
図3に示すように、LFP系電池はNMC系電池などと比較して、充電率の変化に伴う開回路電圧の変化が微小な範囲(以下「フラット領域」と呼ぶ)が広く、開回路電圧から充電率を推定すると測定誤差の影響を受けやすい。このため、特にLFP系電池は、NMC系電池などと比較して測定誤差が蓄積されやすい。 As shown in FIG. 3, the LFP battery has a wider range (hereinafter referred to as “flat region”) in which the change in the open circuit voltage due to the change in the charging rate is wider than that of the NMC battery, and the open circuit voltage. If the charge rate is estimated from, it is easily affected by measurement error. Therefore, in particular, the LFP-based battery tends to accumulate measurement errors as compared with the NMC-based battery and the like.
また、電池の電圧Vは、開回路電圧Vocvと、内部抵抗rと、電流Iを用いて算出される。式1参照。
V=Vocv+rI・・・式1
Further, the voltage V of the battery is calculated by using the open circuit voltage Vocv, the internal resistance r, and the current I. See Equation 1.
V = Vocv + rI ... Equation 1
したがって、充電率の推定に電池Bの電圧Vだけを考慮すると、電池Bの内部抵抗(rI成分)が含まれるため、誤差が生じる可能性がある。また、充電終了後に取得される電池の開回路電圧Vocvは、電池Bの分極の影響を受けるため、正確な値でない可能性がある。そのため、充電が終了してから一定の時間が経過して分極が解消するまでは、電池Bの残容量の推定精度が低くなるおそれがある。 Therefore, if only the voltage V of the battery B is considered in the estimation of the charge rate, an error may occur because the internal resistance (rI component) of the battery B is included. Further, the open circuit voltage Vocv of the battery acquired after the end of charging is affected by the polarization of the battery B, and may not be an accurate value. Therefore, the estimation accuracy of the remaining capacity of the battery B may be low until a certain time elapses from the end of charging until the polarization disappears.
また、LFP系電池は、NMC系電池などと比較して分極解消時間が長いため、電池Bの電圧を測定するまでに時間がかかるという問題がある。特に、電動フォークリフトなどの産業用の車両では、朝から晩まで休みなく使用されるため継ぎ足し充電が頻繁に行われることが求められるため、充電終了後から分極解消まで待たずに早期に充電率を推定することが望まれる。そこで本実施形態においては、制御部31は、CCCV充電が実行されたと判定された場合には、電池Bの充電率を100%に設定(リセット)する。 Further, since the LFP-based battery has a longer polarization elimination time than the NMC-based battery and the like, there is a problem that it takes time to measure the voltage of the battery B. In particular, industrial vehicles such as electric forklifts are used from morning till night without a break, so additional charging is required frequently. Therefore, the charging rate can be increased early without waiting for polarization to be eliminated after charging is completed. It is desirable to estimate. Therefore, in the present embodiment, the control unit 31 sets (reset) the charge rate of the battery B to 100% when it is determined that the CCCV charge has been executed.
図4は、電池の充電率を100%に設定する方法を説明するための図である。なお、図4に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電池Bの電圧Vを示している。時間taは、充電制御部31が充電を終了した時間を示している。図4に示す点線は、電圧波形C1を示し、一点鎖線は、電圧波形C2を示している。 FIG. 4 is a diagram for explaining a method of setting the charge rate of the battery to 100%. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 4 indicates time, and the vertical axis indicates the voltage V of the battery B. The time ta indicates the time when the charge control unit 31 has finished charging. The dotted line shown in FIG. 4 shows the voltage waveform C1, and the alternate long and short dash line shows the voltage waveform C2.
電圧波形C1は、電池Bに対しCCCV充電のCV充電が実行された場合に測定されるCCCV充電が終了した後の電池Bの測定電圧の波形の一例を示している。CCCV充電では、CV充電が実行された後にCV充電が実行される。したがって、電圧波形C1はCCCV充電のうちCV充電が終了した後の波形を示している。 The voltage waveform C1 shows an example of the waveform of the measured voltage of the battery B after the CCCV charging is completed, which is measured when the CV charging of the CCCV charging is executed for the battery B. In CCCV charging, CV charging is executed after CV charging is executed. Therefore, the voltage waveform C1 shows the waveform of the CCCV charge after the CV charge is completed.
図4に示す電圧波形C2は、電池Bに対しCC充電のみが実行された場合に推定されるCC充電が終了した後の電池Bの推定電圧の波形の一例を示している。電圧波形C2の情報は、実験により蓄積された実測値に基づき算出された情報であり、予め記憶部4に記憶されている。なお、電圧波形C2の情報は、電池Bの温度に依存するパラメータである。記憶部4には、複数の温度に基づき異なる電圧波形C2の情報を記憶していてもよい。したがって、例えば屋外で使用されるフォーリフトは外気の影響を強く受けやすい。このような場合に電池Bの温度が変化して電池Bの内部抵抗が変動した場合であっても、温度に追随して充電率を100%に設定することができるため、充電率の推定精度を向上することができる。 The voltage waveform C2 shown in FIG. 4 shows an example of the waveform of the estimated voltage of the battery B after the CC charging, which is estimated when only the CC charging is executed for the battery B, is completed. The information of the voltage waveform C2 is information calculated based on the actually measured values accumulated by the experiment, and is stored in the storage unit 4 in advance. The information of the voltage waveform C2 is a parameter that depends on the temperature of the battery B. The storage unit 4 may store information on different voltage waveforms C2 based on a plurality of temperatures. Therefore, for example, a four lift used outdoors is strongly affected by the outside air. In such a case, even if the temperature of the battery B changes and the internal resistance of the battery B fluctuates, the charge rate can be set to 100% according to the temperature, so that the estimation accuracy of the charge rate can be set. Can be improved.
電池Bに対するCCCV充電のCV充電が終了すると、CC充電が実行された後の電圧は、図4の電圧波形C1に示すように、基準電圧Vcから緩やかに下降し、分極解消時間tbを経過すると電圧Vxに収束する。電圧波形C1の電圧の下降は、主に電池Bの分極解消に伴う電圧降下に起因するものである。分極の特性は、予め既知であり、分極解消に伴う電圧Vxの値は、予め見込み量が記憶部4に記憶されている。 When the CV charging of the CCCV charging to the battery B is completed, the voltage after the CC charging is executed gradually decreases from the reference voltage Vc as shown in the voltage waveform C1 of FIG. 4, and when the polarization elimination time tb elapses. It converges to the voltage Vx. The voltage drop of the voltage waveform C1 is mainly due to the voltage drop accompanying the elimination of the polarization of the battery B. The characteristics of polarization are known in advance, and the estimated amount of the value of the voltage Vx associated with the elimination of polarization is stored in the storage unit 4 in advance.
これに対し、CC充電のみが実行された後に推定される推定電圧は、図4の電圧波形C2に示すように、電圧波形C1の電圧と比較して基準電圧Vcから短時間で急峻に下降する。電圧波形C2の電圧の急峻な下降は、主に電池Bの内部抵抗(rI成分)が減ることにより起こる電圧降下の影響に起因するものである。その後、電圧波形C2の電圧波形は、緩やかに下降する。その後の電圧波形C2の緩やかな電圧波形の下降は、主に電池Bの分極の解消に伴う電圧降下に起因するものである。 On the other hand, as shown in the voltage waveform C2 of FIG. 4, the estimated voltage estimated after only CC charging is executed sharply drops from the reference voltage Vc in a short time as compared with the voltage of the voltage waveform C1. .. The sharp drop in the voltage of the voltage waveform C2 is mainly due to the influence of the voltage drop caused by the decrease in the internal resistance (rI component) of the battery B. After that, the voltage waveform of the voltage waveform C2 gradually decreases. The subsequent gradual decrease in the voltage waveform of the voltage waveform C2 is mainly due to the voltage drop accompanying the elimination of the polarization of the battery B.
したがって、図4に示すように、CV充電が終了してから所定時間tcにおける電圧波形C1の電圧V1は、基準電圧Vcよりも低く、かつ、電圧波形C2の推定電圧V2よりも高くなる。所定時間tcは、電池Bの分極解消時間tbよりも短い時間が設定される。 Therefore, as shown in FIG. 4, the voltage V1 of the voltage waveform C1 at a predetermined time tk after the completion of CV charging is lower than the reference voltage Vc and higher than the estimated voltage V2 of the voltage waveform C2. The predetermined time tc is set to be shorter than the polarization elimination time tb of the battery B.
したがって、所定時間tcが経過した後の電池Bの電圧が、基準電圧Vcよりも低く、かつ、電圧波形C2に示す推定電圧V2よりも高い場合、すなわち、基準電圧Vcと推定電圧V2の範囲Vd内である場合には、推定部32は充電制御部31によりCCCV充電が実行されたと判定する。また、推定部32は、所定時間tcが経過した後の電池Bの電圧が、基準電圧Vcよりも所定の電圧分低く、かつ、電圧波形C2に示す推定電圧V2よりも所定の電圧分高い場合に、充電制御部31によりCCCV充電が実行されたと判定してもよい。なお、CC充電の条件は無数に存在するため、判定に用いる推定電圧は、電圧波形C2の推定電圧V2よりも高い値に設定することも含まれる。その場合、どの程度高い値に設定するかを、電圧波形C2の結果を基に統計的処理等を用いることにより導き出すのが好ましい。
Therefore, when the voltage of the battery B after the elapse of the predetermined time tc is lower than the reference voltage Vc and higher than the estimated voltage V2 shown in the voltage waveform C2, that is, the range Vd of the reference voltage Vc and the estimated voltage V2. If it is, the
CCCV充電が実行されたと判定された場合、推定部32は、電池Bの充電率を100%に設定(リセット)する。具体的には、推定部32は、所定時間tcから分極解消時間tbまでに変動する電池Bの電圧幅(V1−Vx)の情報を記憶部4から取り出し、その取り出した情報を参照して、分極解消時間tbにおける分極が解消した後の電池Bの電圧Vxを100%に設定する。所定時間tcから分極解消時間tbまでに変動する電池Bの電圧幅(V1−Vx)の情報は、予め記憶部4に記憶されている。
When it is determined that the CCCV charge has been executed, the
図5は、電池の充電率を100%に設定する一例を示すフローチャートである。まず、電池ECU3の充電制御部31は、CC充電を開始する(S101)。充電制御部31は、電池Bの電圧Vが基準電圧Vc(図2(a)参照)に上昇するまで処理を待機し(S102:NO)、電池Bの電圧Vが基準電圧Vcまで上昇するとCC充電を終了する(S103)。CC充電を終了すると、充電制御部31は、CV充電を開始する(S104)。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of setting the charge rate of the battery to 100%. First, the charge control unit 31 of the
充電制御部31は、電池Bの電圧Vが基準電圧Vcまで上昇してから電流Iが終了電流Ifに減少するまで処理を待機し(S105:NO)、電流Iが終了電流Ifに減少すると(S105:YES)、CV充電を終了する(S106)。 The charge control unit 31 waits for processing after the voltage V of the battery B rises to the reference voltage Vc until the current I decreases to the end current If (S105: NO), and when the current I decreases to the end current If (S105: NO). S105: YES), CV charging is terminated (S106).
推定部32は、CV充電が終了してから所定時間tc(図4参照)が経過したか否かを判定する(S107)。S107の処理は、本実施形態の第1ステップに相当する。CV充電が終了してから所定時間tc(図4参照)が経過していない場合(S107:NO)には、推定部32は、所定時間tcが経過するまで処理を待機する。CV充電が終了してから所定時間tcが経過した場合(S107:YES)には、推定部32は、電池Bの電圧が基準電圧Vcよりも低いか否かを判定する(S108)。この場合、推定部32は、電池セルB単位で、電池Bの電圧が基準電圧Vcよりも低いか否かを判定する。
The
電池Bの電圧が基準電圧Vcよりも高い場合(S108:NO)には、推定部32は、電池Bに異常があると判定して、処理を終了する。このため、推定部32は、電池セルB単位で電池の充電率を設定することができるため、充電率の推定精度を向上することができる。また、推定部32は、電池セルB単位で電池Bの異常を判定してもよい。推定部32は、電池Bに異常があると判定した場合には、車両ECU5に接続されたランプを通じて整備士やユーザに異常を通知してもよい。また、1つ1つの電池セルBが、直列で接続されているときであっても、電池セルB単位で電圧を判定することによって、異常の電池セルBを具体的に特定することができる。これにより、異常がある電池セルBのみを交換することができ、電池パック1または電池スタックS単位で電池Bを交換する場合と比較して、コストの低減を図ることができる。これによりユーザの金銭的負担を軽減することができる。
When the voltage of the battery B is higher than the reference voltage Vc (S108: NO), the
電池Bの電圧が基準電圧Vcよりも低い場合(S108:YES)には、推定部32は、電池Bの電圧が推定電圧よりも高いか否かを判定する(S109)。電池Bの電圧が推定電圧よりも低い場合(S109:NO)には、推定部32は、CC充電が実行されたと判定し、処理を終了する。S108、S109の処理は本実施形態の第2ステップに相当する。電池Bの電圧が推定電圧よりも高い場合(S109:YES)には、推定部32は、CCCV充電が実行されたと判定(S110)し、電池Bの充電率を100%の設定(リセット)する(S111)。S111の処理は、本実施形態の第3ステップに相当する。この処理が終了すると、処理は終了となる。
When the voltage of the battery B is lower than the reference voltage Vc (S108: YES), the
以上の構成から、推定部32は、CV充電が終了してから所定時間tcが経過したことを判定する。そして推定部32は、所定時間tcが経過した後の電池Bの電圧が、基準電圧Vcよりも低く、かつ、電池Bに対しCC充電のみが実行された場合に推定されるCV充電が終了した後の電池Bの推定電圧V2よりも高いことを検出する。そして推定部32は、所定時間tcが経過した後の電池Bの電圧が、基準電圧Vcよりも低く、かつ、推定電圧V2よりも高い場合に、電池Bの充電率を100%に設定する。
From the above configuration, the
推定部32は、電池Bの電圧が基準電圧Vcよりも低い場合には、CV充電が終了したことを判定することができる。また、電池Bの電圧がCC充電のみが実行された場合に推定される推定電圧V2よりも高い場合には、CC充電ではなく、CV充電が実行されたことを判定することができる。したがって、電池Bの電圧が基準電圧Vcよりも低く、推定電圧V2よりも高い場合には、CV充電が実行されたと判定して、電池Bの充電率を100%に設定(リセット)する。これにより、電池Bの内部抵抗(rI成分)の影響により生じた誤差をリセットすることができ、電池Bの推定精度を向上することができる。さらに、分極解消まで待たずに電池Bの充電率を100%に設定することができるため、電池Bの充電率を早期に推定することができる。
When the voltage of the battery B is lower than the reference voltage Vc, the
また、電池Bは、直列に配置された複数の電池セルBにより構成される。また、推定部32は、所定時間tcが経過した後の電池Bの各電池セルBの電圧が、それぞれ、基準電圧Vcよりも低く、かつ、推定電圧V2よりもそれぞれ高いことを検出する。そして、推定部32は、所定時間tcが経過した後の電池Bの電池セルBの電圧が、基準電圧Vcよりも低く、かつ、推定電圧V2よりも高いと判定された電池Bの電池セルBの充電率を100%に設定する。このため、電池セルB単位で電池Bの充電率を設定することができるため、充電率の推定精度を向上することができる。
Further, the battery B is composed of a plurality of battery cells B arranged in series. Further, the
また、推定部32は、所定時間tcが経過した後の電池Bの電圧が、基準電圧Vcよりも低く、かつ、推定電圧V2よりも高い場合に、電池BがCCCV充電により充電されたと判定して、電池Bの充電率を100%に設定する。これにより、電池Bの内部抵抗(rI成分)の影響により生じた誤差をリセットすることができ、電池Bの推定精度を向上することができる。
Further, the
また、電池Bは、正極材料をリン酸鉄リチウムとするリチウムイオン二次電池である。リン酸鉄リチウムを正極材料するリチウムイオン電池は、充電率の変化に伴う開回路電圧の変化が微小な範囲が広く、開回路電圧から充電率を推定すると測定誤差の影響を受けやすい。この点本実施形態の推定部32は、CV充電が実行されたと判定された場合には、電池Bの充電率を100%に設定(リセット)する。これにより、電池の種別によらずに充電率の推定精度を向上することができる。
Further, the battery B is a lithium ion secondary battery in which the positive electrode material is lithium iron phosphate. Lithium-ion batteries using lithium iron phosphate as the positive electrode have a wide range of minute changes in the open circuit voltage due to changes in the charge rate, and when the charge rate is estimated from the open circuit voltage, they are easily affected by measurement errors. This point The
また、所定時間tcは、電池Bの温度により変動するパラメータである。したがって、電池Bの温度が変化することにより電池Bの内部抵抗が変動した場合であっても、温度に追随して充電率を100%に設定することができるため、充電率の推定精度を向上することができる。 Further, the predetermined time tc is a parameter that varies depending on the temperature of the battery B. Therefore, even if the internal resistance of the battery B fluctuates due to a change in the temperature of the battery B, the charge rate can be set to 100% according to the temperature, so that the estimation accuracy of the charge rate is improved. can do.
また、電池パック1は駆動用モータを駆動するインバータなどの負荷へ電力を供給する例を示したが、油圧ポンプを駆動する荷役用モータ等であってもよい。 Further, although the battery pack 1 shows an example of supplying electric power to a load such as an inverter for driving a drive motor, it may be a cargo handling motor or the like for driving a hydraulic pump.
また、本発明は、以上の実施の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範囲内で種々の改良、変更が可能である。 Further, the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and changes can be made without departing from the gist of the present invention.
1 電池パック
2 電池モジュール
3 電池ECU(充電率推定装置)
4 記憶部
5 車両ECU
21 電流検出部
22 温度検出部
23 監視ECU
31 充電制御部
32 推定部
S 電池スタック
B 電池セル
SW スイッチ
Ch 充電器
Ve 車両
1
4
21
31
Claims (7)
前記定電圧充電制御が終了してから所定時間が経過したことを判定する第1ステップと、
前記所定時間が経過した後の前記二次電池の電圧が、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記二次電池に対し定電流充電制御のみが実行された場合に推定される前記定電流充電制御が終了した後の前記二次電池の推定電圧よりも高いことを検出する第2ステップと、
前記所定時間が経過した後の前記二次電池の電圧が、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記推定電圧よりも高い場合に、前記二次電池の充電率を100%に設定する第3ステップと、
を有することを特徴とする充電率設定方法。 It is a method of setting the charge rate of a secondary battery in which constant voltage charge control is executed when the voltage of the secondary battery rises to the reference voltage.
The first step of determining that a predetermined time has elapsed since the constant voltage charging control was completed, and
The constant current charge control estimated when the voltage of the secondary battery after the lapse of the predetermined time is lower than the reference voltage and only the constant current charge control is executed for the secondary battery. The second step of detecting that the voltage is higher than the estimated voltage of the secondary battery after the completion of
The third step of setting the charge rate of the secondary battery to 100% when the voltage of the secondary battery after the elapse of the predetermined time is lower than the reference voltage and higher than the estimated voltage. When,
A charging rate setting method characterized by having.
ことを特徴とする請求項1に記載の充電率設定方法。 The charging rate according to claim 1, wherein the first step determines that a predetermined time shorter than the polarization elimination time of the secondary battery has elapsed since the constant voltage charging control was completed. Setting method.
前記第2ステップは、前記所定時間が経過した後の前記二次電池の各セルの電圧が、それぞれ、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記推定電圧よりもそれぞれ高いことを検出し、
前記第3ステップは、前記所定時間が経過した後の前記二次電池のセルの電圧が、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記推定電圧よりも高いと判定された前記二次電池のセルの充電率を100%に設定する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の充電率設定方法。 The secondary battery is composed of a plurality of cells arranged in series.
In the second step, it is detected that the voltage of each cell of the secondary battery after the elapse of the predetermined time is lower than the reference voltage and higher than the estimated voltage, respectively.
In the third step, the voltage of the cell of the secondary battery after the elapse of the predetermined time is determined to be lower than the reference voltage and higher than the estimated voltage of the secondary battery. The charging rate setting method according to claim 1 or 2, wherein the charging rate is set to 100%.
ことを特徴とする請求項1から3のうちいずれかに記載の充電率設定方法。 The charging rate setting method according to any one of claims 1 to 3, wherein the secondary battery is a lithium ion secondary battery in which the positive electrode material is lithium iron phosphate.
ことを特徴とする請求項1から4のうちいずれかに記載の充電率設定方法。 The charging rate setting method according to any one of claims 1 to 4, wherein the secondary battery supplies electric power to an industrial vehicle.
ことを特徴とする請求項1から5のうちいずれかに記載の充電率設定方法。 The charging rate setting method according to any one of claims 1 to 5, wherein the predetermined time is a parameter that varies depending on the temperature of the secondary battery.
前記定電圧充電制御が終了してから所定時間が経過したことを判定し、前記所定時間が経過した後の前記二次電池の電圧が、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記二次電池に対し定電流充電制御のみが実行された場合に推定される前記定電流充電制御が終了した後の前記二次電池の推定電圧よりも高いことを検出し、前記所定時間が経過した後の前記二次電池の電圧が、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記推定電圧よりも高い場合に、前記二次電池の充電率を100%に設定する推定部と、
を備えることを特徴とする充電率設定装置。
A charge control unit that executes constant voltage charge control when the voltage of the secondary battery rises to the reference voltage,
It is determined that a predetermined time has elapsed since the constant voltage charging control is completed, and the voltage of the secondary battery after the predetermined time has elapsed is lower than the reference voltage and the secondary battery has On the other hand, it is detected that the voltage is higher than the estimated voltage of the secondary battery after the constant current charging control, which is estimated when only the constant current charging control is executed, is completed, and the second after the predetermined time has elapsed. An estimation unit that sets the charge rate of the secondary battery to 100% when the voltage of the secondary battery is lower than the reference voltage and higher than the estimated voltage.
A charging rate setting device characterized by being provided with.
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