JP2021071320A - Ｓｏｈ推定装置、蓄電装置及びｓｏｈ推定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易的に蓄電素子のＳＯＨを推定するＳＯＨ推定装置、蓄電装置及びＳＯＨ推定方法を提供する。【解決手段】ＳＯＨ推定装置は、蓄電素子が通電を開始する前に取得した蓄電素子のＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第１のＳＯＣを特定し、蓄電素子が通電している間に蓄電素子に流れる電流に基づいて、蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算し、蓄電素子が通電を終了した以後の時点での電気変化量を、蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第１のＳＯＣ変化量を計算し、蓄電素子が通電を終了した後に取得した蓄電素子のＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第２のＳＯＣを特定し、第２のＳＯＣから第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算し、第１のＳＯＣ変化量と第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する。【選択図】図２
Description
本発明は、蓄電素子のＳＯＨを推定するＳＯＨ推定装置、蓄電装置及びＳＯＨ推定方法に関する。
リチウムイオン二次電池等の蓄電素子は、車両用の蓄電装置等、種々の分野で使用されている。蓄電装置を使用する際には、蓄電装置が備える蓄電素子のＳＯＣ（State of Charge ）を管理する必要がある。ＳＯＣは、蓄電素子の満充電容量に対して、蓄電素子に充電されている電気量を比率で表したものである。蓄電素子のＳＯＣを推定する方法として、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage；開回路電圧）とＳＯＣとが一対一対応する相関関係（ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線）に基づいてＳＯＣを推定する方法がある。他の方法として、蓄電素子に流れる電流を逐次測定し、電流を積算することによって、蓄電素子に充電されている電気量を計算し、電気量に基づいてＳＯＣを推定する電流積算法がある。特許文献１には、蓄電素子のＳＯＣを推定する技術の例が記載されている。
蓄電素子は、充放電を繰り返すことによって劣化が進行し、満充電容量が低下する。蓄電素子の劣化状態は、蓄電素子の初期の満充電容量に対する実際の満充電容量の割合を示す健全度（ＳＯＨ：State of Health ）で表すことができる。電流積算法によって蓄電素子のＳＯＣをより正確に推定するためには、蓄電素子のＳＯＨを推定することが望ましい。ＳＯＨを推定する方法として、蓄電素子の完全充放電を行い、蓄電素子から放出された電気量から実際の満充電容量を計算し、実際の満充電容量からＳＯＨを推定する方法がある。この方法は、完全充放電を実行するタイミングが制限され、また、実行に長時間が必要とされる。
本発明の目的は、簡易的に蓄電素子のＳＯＨを推定するＳＯＨ推定装置、蓄電装置及びＳＯＨ推定方法を提供することにある。
本発明の一局面に係るＳＯＨ推定装置は、蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を取得し、取得したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第１のＳＯＣ（State of Charge ）を特定する第１特定部と、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を取得し、取得した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第１計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第１のＳＯＣ変化量を計算する第２計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のＯＣＶを取得し、取得したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第２のＳＯＣを特定する第２特定部と、前記第２のＳＯＣから前記第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算する第３計算部と、前記第１のＳＯＣ変化量と前記第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、前記蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する推定部とを備える。
本発明の一局面に係る蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第１のＳＯＣを特定する第１特定部と、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第１計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第１のＳＯＣ変化量を計算する第２計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第２のＳＯＣを特定する第２特定部と、前記第２のＳＯＣから前記第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算する第３計算部と、前記第１のＳＯＣ変化量と前記第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、前記蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する推定部とを備える。
本発明の一局面に係るＳＯＨ推定方法は、蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第１のＳＯＣを特定し、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算し、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第１のＳＯＣ変化量を計算し、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第２のＳＯＣを特定し、前記第２のＳＯＣから前記第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算し、前記第１のＳＯＣ変化量と前記第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、前記蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する。
上記構成により、蓄電素子の完全充放電を行わずとも、蓄電素子を使用する際に簡易的に蓄電素子のＳＯＨの推定が可能となる。
蓄電素子のＳＯＨを推定するＳＯＨ推定装置は、前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を取得し、取得したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第１のＳＯＣ（State of Charge ）を特定する第１特定部と、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を取得し、取得した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第１計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第１のＳＯＣ変化量を計算する第２計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のＯＣＶを取得し、取得したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第２のＳＯＣを特定する第２特定部と、前記第２のＳＯＣから前記第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算する第３計算部と、前記第１のＳＯＣ変化量と前記第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、前記蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する推定部とを備える。
ＳＯＨ推定装置は、蓄電素子に流れる電流を取得し、電流に基づいて、蓄電素子に充電されている電気量の通電前後での変化量を表す電気変化量を計算し、電気変化量（ΔＡｈ）を蓄電素子の初期の満充電容量（ＣＣ0 ）で除した第１のＳＯＣ変化量（ΔＡｈ／ＣＣ0 ）を計算する。第１のＳＯＣ変化量は、蓄電素子の満充電容量が初期の満充電容量から変化していないと仮定した場合のＳＯＣの変化量に相当する。ＳＯＨ推定装置は、蓄電素子が通電を開始する前に測定したＯＣＶから特定される第１のＳＯＣと、蓄電素子が通電を終了した後に測定したＯＣＶから特定される第２のＳＯＣとの差である第２のＳＯＣ変化量を計算する。第２のＳＯＣ変化量は、実際のＳＯＣの変化量であり、電気変化量（ΔＡｈ）を蓄電素子の実際の満充電容量（ＣＣ）で除した値（ΔＡｈ／ＣＣ）に相当する。ＳＯＨ推定装置は、第１のＳＯＣ変化量を第２のＳＯＣ変化量で除算してもよい。第１のＳＯＣ変化量を第２のＳＯＣ変化量で除した値は、蓄電素子の実際の満充電容量を初期の満充電容量で除した値（ＣＣ／ＣＣ0 ）に相当し、この値は蓄電素子のＳＯＨである。このようにして、蓄電素子のＳＯＨの推定値が計算される。ＳＯＨを推定するために従来のような蓄電素子の完全充放電を行う必要が無く、蓄電素子を使用する際にＳＯＨを推定できる。このため、完全充放電を必要とする従来の技術に比べて、ＳＯＨを推定するタイミングの制限が少なく、ＳＯＨを推定するために必要な時間が短くなる。
ＳＯＨ推定装置は、ＯＣＶとＳＯＣとの関係を表した関係データを、複数のＳＯＨの夫々について記憶する記憶部を更に備え、前記第１特定部及び前記第２特定部は、推定されたＳＯＨについて前記記憶部が記憶する関係データに基づいて、前記第１のＳＯＣ及び前記第２のＳＯＣを特定してもよい。蓄電素子が劣化し、ＳＯＨが低下した場合、ＯＣＶとＳＯＣとの関係は若干変化する。ＳＯＨ推定装置は、ＯＣＶとＳＯＣとの関係を表した関係データに基づいてＯＣＶからＳＯＣを特定し、推定されたＳＯＨに応じた関係データを用いることにより、精度良く蓄電素子のＳＯＨを推定できる。
蓄電素子を備える蓄電装置は、前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第１のＳＯＣを特定する第１特定部と、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第１計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第１のＳＯＣ変化量を計算する第２計算部と、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第２のＳＯＣを特定する第２特定部と、前記第２のＳＯＣから前記第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算する第３計算部と、前記第１のＳＯＣ変化量と前記第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、前記蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する推定部とを備える。蓄電装置は、蓄電素子に流れる電流を測定し、通電前後の蓄電素子のＯＣＶを測定し、第１のＳＯＣ変化量及び第２のＳＯＣ変化量を計算し、第１のＳＯＣ変化量を第２のＳＯＣ変化量で除算することにより、蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する。蓄電装置は、ＳＯＨを推定するために蓄電素子の完全充放電を行う必要が無く、蓄電素子を使用する際にＳＯＨを推定できる。
蓄電素子のＳＯＨを推定するＳＯＨ推定方法では、前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第１のＳＯＣを特定し、前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算し、前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第１のＳＯＣ変化量を計算し、前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第２のＳＯＣを特定し、前記第２のＳＯＣから前記第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算し、前記第１のＳＯＣ変化量と前記第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、前記蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する。蓄電素子に流れる電流が測定され、通電前後の蓄電素子のＯＣＶが測定され、第１のＳＯＣ変化量及び第２のＳＯＣ変化量が計算され、第１のＳＯＣ変化量を第２のＳＯＣ変化量で除算することにより、蓄電素子のＳＯＨの推定値が計算される。ＳＯＨを推定するために蓄電素子の完全充放電を行うことが必要となり、蓄電素子を使用する際にＳＯＨの推定が可能である。
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
＜実施形態１＞
図１は、蓄電モジュール１０及びＳＯＨ推定装置３の例を示す模式図である。蓄電モジュール１０及びＳＯＨ推定装置３は、ＳＯＨ推定方法を実行する。蓄電モジュール１０は、直列及び／又は並列に接続された複数の蓄電セル１１を含んでいる。蓄電セル１１は蓄電素子に対応する。蓄電セル１１は、リチウムイオン電池等の二次電池の蓄電素子である。蓄電セル１１は、直方体の形状を有している。蓄電セル１１は、直方体形状のケースと、正端子と、負端子とを備えている。ケースの内部には、正極、負極、セパレータ及び電解質（電解液）が収容されている。例えば、正極はリン酸鉄リチウムを含む材料で構成され、負極はグラファイトで構成されている。セパレータは正極及び負極の間に介在されている。例えば、正極、負極及びセパレータはシート状であり、それらを重ねて巻回した電極体としてケース内に収容されている。電極体は、巻回型のものに限らず、積層型のものであってもよい。正極は正端子に接続され、負極は負端子に接続されている。なお、蓄電セル１１の形状は直方体以外の形状であってもよく、パウチ形又は円筒形であってもよい。
＜実施形態１＞
図１は、蓄電モジュール１０及びＳＯＨ推定装置３の例を示す模式図である。蓄電モジュール１０及びＳＯＨ推定装置３は、ＳＯＨ推定方法を実行する。蓄電モジュール１０は、直列及び／又は並列に接続された複数の蓄電セル１１を含んでいる。蓄電セル１１は蓄電素子に対応する。蓄電セル１１は、リチウムイオン電池等の二次電池の蓄電素子である。蓄電セル１１は、直方体の形状を有している。蓄電セル１１は、直方体形状のケースと、正端子と、負端子とを備えている。ケースの内部には、正極、負極、セパレータ及び電解質（電解液）が収容されている。例えば、正極はリン酸鉄リチウムを含む材料で構成され、負極はグラファイトで構成されている。セパレータは正極及び負極の間に介在されている。例えば、正極、負極及びセパレータはシート状であり、それらを重ねて巻回した電極体としてケース内に収容されている。電極体は、巻回型のものに限らず、積層型のものであってもよい。正極は正端子に接続され、負極は負端子に接続されている。なお、蓄電セル１１の形状は直方体以外の形状であってもよく、パウチ形又は円筒形であってもよい。
蓄電モジュール１０は、保持部材の一例である直方体状の筐体１２を備えている。複数の蓄電セル１１は、並べられ、筐体１２に保持（収納）されている。代替的に、保持部材は、一対のエンドプレートとそれらエンドプレートを繋ぐ複数の締結バーとによって形成されてもよい。複数の蓄電セル１１は、図示しないバスバーによって直列及び／又は並列に接続される。図１には蓄電モジュール１０が四個の蓄電セル１１を備えた例を示しているが、蓄電モジュール１０はその他の数の蓄電セル１１を備えていてもよい。
蓄電モジュール１０は、ＣＭＵ（Cell Monitoring Unit；セル観測部）２を備えている。ＣＭＵ２は、基板上に各種の部品が配置された構成となっている。図１では、ＣＭＵ２を板状の形状で示している。ＣＭＵ２は、蓄電モジュール１０に含まれる蓄電セル１１に流れる電流と蓄電セル１１に発生する電圧とを測定する。ＳＯＨ推定装置３は、蓄電モジュール１０の外部に設けられている。ＳＯＨ推定装置３は、ＣＭＵ２に接続されている。
図２は、実施形態１に係る蓄電モジュール１０及びＳＯＨ推定装置３の機能構成の例を示すブロック図である。蓄電モジュール１０では、例えば、複数の蓄電セル１１が直列に接続されている。ＣＭＵ２は、演算部２１と、メモリ２２と、記憶部２３と、電流測定部２４と、電圧測定部２５と、通信部２６とを備えている。演算部２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。メモリ２２は、演算部２１での演算に必要な情報を記憶する。記憶部２３は、不揮発性であり、プログラム及びデータを記憶する。演算部２１は、記憶部２３が記憶するプログラムに従って処理を実行する。例えば、記憶部２３は不揮発性の半導体メモリである。電流測定部２４は、複数の蓄電セル１１に流れる電流を測定する。例えば、電流測定部２４は、直列に接続された複数の蓄電セル１１に直列に接続された抵抗器と、抵抗器の両端の電圧を測定する電圧計とを含む。電圧測定部２５は、夫々の蓄電セル１１の両端の間の電圧を測定する。例えば、電圧測定部２５は、夫々の蓄電セル１１の正端子及び負端子に接続された電圧計を含んでいる。通信部２６は、蓄電モジュール１０の外部と情報を送受信する。通信部２６は、ＳＯＨ推定装置３に接続されており、ＳＯＨ推定装置３へ情報を送信する。演算部２１は、ＣＭＵ２の各部を制御する処理を行う。蓄電モジュール１０は、図示しない負荷へ電力を供給する。
ＳＯＨ推定装置３は、コンピュータを用いて構成されている。例えば、蓄電モジュール１０が車両に搭載された蓄電装置に含まれる場合、ＳＯＨ推定装置３はＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって構成されていてもよい。ＳＯＨ推定装置３は、演算部３１と、メモリ３２と、記憶部３３と、通信部３４とを備えている。演算部３１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit ）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はマルチコアＣＰＵを用いて構成されている。演算部３１は、量子コンピュータを用いて構成されていてもよい。メモリ３２は、演算に伴って発生する一時的なデータを記憶する。メモリ３２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）である。記憶部３３は、例えばハードディスク又は不揮発性半導体メモリである。記憶部３３はコンピュータプログラム３３１を記憶しており、演算部３１は記憶部３３に記憶されたコンピュータプログラム３３１に従って必要な処理を実行する。通信部３４は、蓄電モジュール１０と接続されており、蓄電モジュール１０から送信された情報を受信する。
記憶部３３は、蓄電セル１１のＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を表した関係データを記憶している。図３は、ＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を表したＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の例を示すグラフである。図中の横軸はＳＯＣを示し、縦軸はＯＣＶを示す。ＯＣＶとＳＯＣとは、一対一対応している。関係データは、図３に示すごときグラフであってもよく、ピックアップテーブルであってもよく、ＯＣＶとＳＯＣとの関係を近似した関数であってもよい。
図４は、実施形態１に係るＳＯＨ推定装置３が行う蓄電セル１１のＳＯＨを推定する処理の手順を示すフローチャートである。以下、ステップをＳと略す。演算部３１は、コンピュータプログラム３３１に従って以下の処理を実行する。蓄電セル１１の通電前、即ち蓄電セル１１が放電又は充電を行う前に、ＣＭＵ２は、電圧測定部２５で蓄電セル１１のＯＣＶを測定する。ＯＣＶは通電が行われていない状態で得られる電圧である。ＣＭＵ２の演算部２１は、測定したＯＣＶの値を表すデータを通信部２６にＳＯＨ推定装置３へ送信させる。ＳＯＨ推定装置３は、ＯＣＶの値を表すデータを通信部３４で受信することにより、蓄電セル１１のＯＣＶを取得する（Ｓ１）。
ＳＯＨ推定装置３の演算部３１は、取得したＯＣＶに基づいて、蓄電セル１１の通電前のＳＯＣである第１のＳＯＣを特定する（Ｓ２）。Ｓ２では、演算部３１は、記憶部３３が記憶する関係データが表すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に従って、図３に示すように、通電前のＯＣＶに対応する第１のＳＯＣを特定する。関係データがＳＯＣ−ＯＣＶ曲線のグラフを表す場合、演算部３１は、取得したＯＣＶに対応するＳＯＣの値をグラフ上で読み取る。関係データがピックアップテーブルである場合は、演算部３１は、取得したＯＣＶに対応するＳＯＣの値をピックアップテーブルから読み出す。ＳＯＣの値は、ピックアップテーブルに記録された値を補完することによって特定されてもよい。関係データが関数を表す場合は、演算部３１は、取得したＯＣＶを関数へ代入し、ＳＯＣの値を計算する。演算部３１は、第１のＳＯＣの値を記憶部３３に記憶する。Ｓ１及びＳ２の処理は第１特定部に対応する。
演算部３１は、次に、蓄電セル１１の通電を開始させる（Ｓ３）。演算部３１は、制御信号を通信部３４にＣＭＵ２へ送信させ、ＣＭＵ２は、制御信号を通信部２６で受信し、演算部２１は、蓄電セル１１に充電又は放電を開始させる。或は、ＳＯＨ推定装置３は、蓄電モジュール１０の外部にある負荷等の機器を制御し、蓄電モジュール１０の外部で蓄電セル１１からの電力を利用させるか、又は蓄電モジュール１０の外部から電力を蓄電セル１１へ供給させる。例えば、蓄電モジュール１０が車両に搭載された蓄電装置に含まれる場合、車両の運動エネルギーが回生される際に蓄電セル１１の充電が行われ、電力による車両の加速のアシストが行われる際に蓄電セル１１の放電が行われる。通常、蓄電セル１１の充電及び放電は交互に繰り返される。
蓄電セル１１の通電中、即ち蓄電セル１１の充電及び放電が行われている間、電流測定部２４は蓄電セル１１に流れる電流を逐次測定し、ＣＭＵ２は、測定した電流の値を表すデータをＳＯＨ推定装置３へ送信する。ＳＯＨ推定装置３は、電流の値を表すデータを通信部３４で受信することにより、蓄電セル１１の電流を取得する（Ｓ４）。演算部３１は、電流の値を表すデータをメモリ３２又は記憶部３３に記憶する。
演算部３１は、取得された電流に基づいて、蓄電セル１１に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する（Ｓ５）。例えば、演算部３１は、充電時の電流をプラスの値、放電時の電流をマイナスの値として、電流を積算することにより、電気変化量を計算する。演算部３１は、通電開始前の電気変化量をゼロとして計算を行う。代替的に、演算部３１は、蓄電セル１１に充電されている電気量を計算し、計算した電気量から通電開始前の時点での電気量を減算することにより、電気変化量を計算してもよい。演算部３１は、電気変化量の値を表すデータをメモリ３２又は記憶部３３に記憶する。
演算部３１は、蓄電セル１１の通電が終了したか否かを判定する（Ｓ６）。例えば、演算部３１は、取得する電流の値が所定期間ほぼゼロになった場合に、蓄電セル１１の通電が終了したと判定する。或は、ＳＯＨ推定装置３が蓄電モジュール１０の外部にある機器を制御し、蓄電セル１１からの電力の利用及び蓄電セル１１への電力の供給を終了した場合に、演算部３１は、蓄電セル１１の通電が終了したと判定する。蓄電セル１１の通電が終了していない場合は（Ｓ６：ＮＯ）、演算部３１は、処理をＳ４へ戻す。Ｓ４〜Ｓ６の処理は第１計算部に対応する。なお、演算部３１は、Ｓ５の処理を行わず、電流の値の時間変化をメモリ３２又は記憶部３３に記憶し、通電が終了した後に、電気変化量を計算してもよい。
図５は、蓄電セル１１に充電されている電気量の時間変化を模式的に示すグラフである。図中の横軸は時間を示し、縦軸は電気量を示す。時間ゼロの時点は、蓄電セル１１の通電開始前の時点である。時間の経過に伴い、通電が開始され、蓄電セル１１に電流が流れ、蓄電セル１１に充電されている電気量は変化する。蓄電セル１１が充電される場合、電気量は増加し、蓄電セル１１が放電する場合、電気量は減少する。蓄電セル１１の通電を終了した以後は、電気量は一定となる。電気変化量は、電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す。即ち、通電終了以後の時点での電気変化量は、通電開始前の時点で蓄電セル１１に充電されていた電気量と、通電終了以後の時点で蓄電セル１１に充電されている電気量との差に相当する。例えば、通電前後で電気量が減少している場合は電気変化量はマイナスの値となり、通電前後で電気量が増加している場合は電気変化量はプラスの値となる。電気量の単位はアンペア時（Ａｈ）である。通電終了以後の時点での電気変化量をΔＡｈとする。図５には、電気変化量ΔＡｈを示している。
蓄電セル１１の通電が終了した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、演算部３１は、通電終了以後の時点での電気変化量ΔＡｈを蓄電セル１１の初期満充電容量で除した第１のＳＯＣ変化量を計算する（Ｓ７）。初期満充電容量は、蓄電セル１１の初期の満充電容量を表す所定の値である。初期満充電容量をＣＣ0 とする。例えば、初期満充電容量をＣＣ0 は５Ａｈである。電気変化量ΔＡｈは、蓄電セル１１に充電されている電気量の通電前後での変化量であるので、電気変化量ΔＡｈを初期満充電容量ＣＣ0 で除した値は、蓄電セル１１の満充電容量が初期満充電容量から変化していないと仮定した場合のＳＯＣの変化量となる。この値が第１のＳＯＣ変化量である。蓄電セル１１の満充電容量が初期満充電容量から変化している場合は、実際のＳＯＣ変化量は第１のＳＯＣ変化量とは異なる。第１のＳＯＣ変化量をΔＳＯＣ１とする。Ｓ７の処理は第２計算部に対応する。
演算部３１は、次に、通電終了以後の蓄電セル１１のＯＣＶを取得する（Ｓ８）。Ｓ８では、電圧測定部２５が蓄電セル１１のＯＣＶを測定し、通信部２６はＯＣＶの値を表すデータをＳＯＨ推定装置３へ送信し、ＯＣＶの値を表すデータを通信部３４が受信することにより、演算部３１は蓄電セル１１のＯＣＶを取得する。演算部３１は、取得したＯＣＶに基づいて、通電終了後の蓄電セル１１のＳＯＣである第２のＳＯＣを特定する（Ｓ９）。Ｓ９では、演算部３１は、関係データが表すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に従って、図３に示すように、第２のＳＯＣを特定する。Ｓ８及びＳ９の処理は第２特定部に対応する。
演算部３１は、次に、第２のＳＯＣから第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算する（Ｓ１０）。蓄電セル１１の満充電容量が低下した場合であっても、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線はあまり変化しない。このため、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いて求められた第１のＳＯＣ及び第２のＳＯＣはほぼ正確な値となり、第２のＳＯＣ変化量は、実際のＳＯＣ変化量を表す。第２のＳＯＣ変化量をΔＳＯＣ２とする。図３には、第２のＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ２を示している。例えば、充電された電気量よりも放電された電気量が少ない場合は、第２のＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ２はプラスの値となり、充電された電気量よりも放電された電気量が多い場合は、第２のＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ２はマイナスの値となる。Ｓ１０の処理は第３計算部に対応する。
演算部３１は、次に、第１のＳＯＣ変化量を第２のＳＯＣ変化量で除算することにより、蓄電セル１１のＳＯＨの推定値を計算する（Ｓ１１）。第１のＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ１は、ΔＳＯＣ１＝ΔＡｈ／ＣＣ0 の式で表される。蓄電セル１１の実際の満充電容量は、初期満充電容量ＣＣ0 とは異なる可能性があり、第１のＳＯＣ変化量は実際のＳＯＣ変化量とは異なる可能性がある。実際の満充電容量をＣＣとすると、実際のＳＯＣ変化量である第２のＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ２は、ΔＳＯＣ２＝ΔＡｈ／ＣＣの式で表されるはずである。第１のＳＯＣ変化量を第２のＳＯＣ変化量で除した値は、ΔＳＯＣ１／ΔＳＯＣ２＝ＣＣ／ＣＣ0 となる。ＣＣ／ＣＣ0 は、初期満充電容量に対する実際の満充電容量の割合を示すＳＯＨである。即ち、第１のＳＯＣ変化量を第２のＳＯＣ変化量で除した値は、蓄電セル１１のＳＯＨの推定値である。Ｓ１１の処理は推定部に対応する。
Ｓ１１が終了した後、演算部３１は、蓄電セル１１のＳＯＨを推定する処理を終了する。演算部３１は、Ｓ１〜Ｓ１１の処理を随時繰り返す。蓄電セル１１があまり劣化していない状態では、ＳＯＨの推定値はほぼ１となる。蓄電セル１１が劣化するのに従って、ＳＯＨの推定値は低下する。
演算部３１は、ＳＯＨの推定値を記憶部３３に記憶してもよい。ＳＯＨ推定装置３は、ＳＯＨの推定値を外部へ出力する機能を有していてもよく、ＳＯＨの推定値に基づいて蓄電モジュール１０の動作を制御する機能を有していてもよい。例えば、出力されたＳＯＨの推定値を確認した使用者によって、蓄電セル１１又は蓄電モジュール１０が交換される。例えば、ＳＯＨ推定装置３は、蓄電セル１１のＳＯＨの低下に応じて、蓄電セル１１から負荷へ供給される電力を制限する。
以上詳述した如く、ＳＯＨ推定装置３は、蓄電セル１１に充電されている電気量の通電前後での変化量を蓄電セル１１の初期満充電容量で除した第１のＳＯＣ変化量と、ＯＣＶから得られたＳＯＣの通電前後の変化量である第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、蓄電セル１１のＳＯＨを推定する。第１のＳＯＣ変化量を第２のＳＯＣ変化量で除することにより、ＳＯＨの推定値が得られる。ＳＯＨ推定装置３は、蓄電セル１１を使用する前後で必要な測定と計算とを行うことにより、ＳＯＨの推定値を計算できる。蓄電セル１１の完全充放電を行う必要が無く、蓄電セル１１を通常に使用する際にＳＯＨを推定できるので、完全充放電を必要とする従来の技術に比べて、ＳＯＨを推定するタイミングの制限が少ない。完全充放電を行う必要が無いので、ＳＯＨを推定するために必要な時間が短くなる。従って、ＳＯＨ推定装置３は、従来に比べてより簡易的に蓄電セル１１のＳＯＨを推定できる。ＳＯＨの推定値を用いて、電流積算法により蓄電セル１１のＳＯＣをより正確に推定することも可能となる。
＜実施形態２＞
蓄電セル１１が劣化し、ＳＯＨが低下した場合、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線は大きく変化しないものの、若干の変化がみられる。図６は、蓄電セル１１の劣化に応じたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の変化の例を示すグラフである。図中の横軸はＳＯＣを示し、縦軸はＯＣＶを示す。図６には、劣化前のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を実線で示し、劣化後のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を破線で示している。劣化後のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線は、劣化前のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に比べて若干異なる。実施形態２では、ＳＯＨ推定装置３は、ＳＯＨに応じたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いた処理を行う。
蓄電セル１１が劣化し、ＳＯＨが低下した場合、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線は大きく変化しないものの、若干の変化がみられる。図６は、蓄電セル１１の劣化に応じたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の変化の例を示すグラフである。図中の横軸はＳＯＣを示し、縦軸はＯＣＶを示す。図６には、劣化前のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を実線で示し、劣化後のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を破線で示している。劣化後のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線は、劣化前のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に比べて若干異なる。実施形態２では、ＳＯＨ推定装置３は、ＳＯＨに応じたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いた処理を行う。
図７は、実施形態２に係る蓄電モジュール１０及びＳＯＨ推定装置３の機能構成の例を示すブロック図である。記憶部３３は、蓄電セル１１のＳＯＨが複数の値の夫々である状態に応じた関係データを記録した関係データベースを記憶している。関係データはＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を表す。例えば、関係データベースでは、ＳＯＨの複数の範囲の夫々に関係データが関連付けられている。また、記憶部３３は、以前に計算されたＳＯＨの推定値を記憶している。蓄電モジュール１０及びＳＯＨ推定装置３のその他の部分の構成は、実施形態１と同様である。
図８は、実施形態２に係るＳＯＨ推定装置３が行う蓄電セル１１のＳＯＨを推定する処理の手順を示すフローチャートである。演算部３１は、実施形態１と同様に、Ｓ１〜Ｓ１１の処理を実行する。Ｓ２では、演算部３１は、記憶部３３に記憶しているＳＯＨの推定値に応じた関係データを用いて、第１のＳＯＣを特定する。例えば、演算部３１は、記憶部３３に記憶しているＳＯＨの推定値を読み出し、ＳＯＨの推定値が含まれるＳＯＨの範囲に関連付けられた関係データを関係データベースから選択する。演算部３１は、選択した関係データが表すＯＣＶとＳＯＣとの相関関係に基づいて、Ｓ１で取得したＯＣＶに対応するＳＯＣを特定することにより、第１のＳＯＣを特定する。Ｓ９では、演算部３１は、同様に、記憶部３３に記憶しているＳＯＨの推定値に応じた関係データを用いて、第２のＳＯＣを特定する。
Ｓ１１が終了した後、演算部３１は、記憶部３３に記憶しているＳＯＨの推定値を、Ｓ１１で計算したＳＯＨの推定値に更新し（Ｓ１２）、処理を終了する。演算部３１は、Ｓ１〜Ｓ１２の処理を随時繰り返す。Ｓ１〜Ｓ１２の処理が行われた後で再度Ｓ１〜Ｓ１２の処理が行われる際には、先のＳ１〜Ｓ１２の処理で更新されたＳＯＨの推定値に応じた関係データを用いた処理が行われる。
実施形態２においても、ＳＯＨ推定装置３は、従来に比べてより簡易的に蓄電セル１１のＳＯＨを推定する。ＳＯＨの推定値に応じたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いた処理を行うことにより、ＳＯＨ推定装置３は、より精度良くＳＯＨを推定できる。
実施形態１及び２では、ＳＯＨ推定装置３は、複数の蓄電セル１１の夫々について処理を実行し、夫々の蓄電セル１１のＳＯＨを推定してもよい。代替的に、ＳＯＨ推定装置３は、複数の蓄電セル１１で共通のＳＯＨを推定してもよい。代替的に、蓄電モジュール１０は単一の蓄電セル１１を備え、ＳＯＨ推定装置３は単一の蓄電セル１１のＳＯＨを推定してもよい。ＳＯＨ推定装置３は、複数の蓄電モジュール１０が備える蓄電セル１１のＳＯＨを推定してもよい。
＜実施形態３＞
図９は、実施形態３に係る蓄電モジュール１０の機能構成の例を示すブロック図である。実施形態３では、蓄電モジュール１０は、複数の蓄電セル１１と、ＢＭＵ（Battery Management Unit；電池管理装置）４とを備えている。ＢＭＵ４は、蓄電セル１１のＳＯＨを推定する処理を行う。蓄電モジュール１０は、蓄電装置に対応する。或は、ＢＭＵ４は、ＳＯＨ推定装置に対応する。蓄電モジュール１０は、ＳＯＨ推定方法を実行する。
図９は、実施形態３に係る蓄電モジュール１０の機能構成の例を示すブロック図である。実施形態３では、蓄電モジュール１０は、複数の蓄電セル１１と、ＢＭＵ（Battery Management Unit；電池管理装置）４とを備えている。ＢＭＵ４は、蓄電セル１１のＳＯＨを推定する処理を行う。蓄電モジュール１０は、蓄電装置に対応する。或は、ＢＭＵ４は、ＳＯＨ推定装置に対応する。蓄電モジュール１０は、ＳＯＨ推定方法を実行する。
ＢＭＵ４は、演算部４１と、メモリ４２と、記憶部４３と、電流測定部４４と、電圧測定部４５と、通信部４６とを備えている。演算部４１は、例えばＣＰＵ、ＧＰＵ又はマルチコアＣＰＵを用いて構成されている。演算部４１は、量子コンピュータを用いて構成されていてもよい。メモリ４２は、演算部４１での演算に必要な情報を記憶する。メモリ４２は、例えばＲＡＭである。記憶部４３は、不揮発性であり、プログラム及びデータを記憶する。記憶部４３は、ＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を表した関係データを記憶している。演算部４１は、記憶部４３が記憶するプログラムに従って処理を実行する。例えば、記憶部４３は不揮発性の半導体メモリである。電流測定部４４は、複数の蓄電セル１１に流れる電流を測定し、電圧測定部４５は、夫々の蓄電セル１１の両端の間の電圧を測定する。電流測定部４４及び電圧測定部４５は、測定部に対応する。通信部４６は、蓄電モジュール１０の外部と通信を行う。蓄電モジュール１０は、図示しない負荷へ電力を供給する。
ＢＭＵ４は、実施形態１におけるＳＯＨ推定装置３が実行するＳ１〜Ｓ１１の処理と同様の処理を実行する。蓄電セル１１の通電前に、電圧測定部４５が蓄電セル１１のＯＣＶを測定することにより、ＢＭＵ４は、通電前の蓄電セル１１のＯＣＶを取得する（Ｓ１）。ＢＭＵ４の演算部４１は、取得したＯＣＶに基づいて、第１のＳＯＣを特定する（Ｓ２）。Ｓ２では、演算部４１は、記憶部４３が記憶する関係データが表すＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に従って、第１のＳＯＣを特定する。
演算部４１は、次に、蓄電セル１１の通電を開始させる（Ｓ３）。蓄電セル１１の通電中、電流測定部４４は蓄電セル１１に流れる電流を逐次測定することにより、ＢＭＵ４は、蓄電セル１１の電流を取得する（Ｓ４）。演算部４１は、蓄電セル１１に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する（Ｓ５）。演算部４１は、蓄電セル１１の通電が終了したか否かを判定する（Ｓ６）。蓄電セル１１の通電が終了していない場合は（Ｓ６：ＮＯ）、演算部４１は、処理をＳ４へ戻す。
蓄電セル１１の通電が終了した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、演算部４１は、第１のＳＯＣ変化量を計算する（Ｓ７）。次に、電圧測定部４５が蓄電セル１１のＯＣＶを測定することにより、ＢＭＵ４は、通電終了以後の蓄電セル１１のＯＣＶを取得する（Ｓ８）。演算部４１は、取得したＯＣＶに基づいて、第２のＳＯＣを特定する（Ｓ９）。演算部４１は、次に、第２のＳＯＣ変化量を計算し（Ｓ１０）、第１のＳＯＣ変化量を第２のＳＯＣ変化量で除算することにより、蓄電セル１１のＳＯＨの推定値を計算する（Ｓ１１）。
Ｓ１１が終了した後、演算部４１は、蓄電セル１１のＳＯＨを推定する処理を終了する。演算部４１は、Ｓ１〜Ｓ１１の処理を随時繰り返す。演算部４１は、ＳＯＨの推定値を記憶部４３に記憶してもよい。ＢＭＵ４は、ＳＯＨの推定値を外部へ出力する機能を有していてもよく、ＳＯＨの推定値に基づいて蓄電モジュール１０の動作を制御する機能を有していてもよい。
ＢＭＵ４は、ＳＯＨに応じたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を用いた処理を行う形態であってもよい。この形態では、記憶部４３は、蓄電セル１１のＳＯＨが複数の値の夫々である状態に応じた関係データを記録した関係データベースを記憶している。また、記憶部４３は、以前に計算されたＳＯＨの推定値を記憶している。
ＢＭＵ４は、実施形態２におけるＳＯＨ推定装置３が実行するＳ１〜Ｓ１２の処理と同様の処理を実行する。Ｓ１、Ｓ３〜Ｓ８、Ｓ１０及びＳ１１では、演算部４１は前述と同様の処理を行う。Ｓ２では、演算部４１は、記憶部４３に記憶しているＳＯＨの推定値に応じた関係データを用いて、第１のＳＯＣを特定する。Ｓ９では、演算部４１は、同様に、記憶部４３に記憶しているＳＯＨの推定値に応じた関係データを用いて、第２のＳＯＣを特定する。
Ｓ１１が終了した後、演算部４１は、記憶部４３に記憶しているＳＯＨの推定値を、Ｓ１１で計算したＳＯＨの推定値に更新し（Ｓ１２）、処理を終了する。演算部４１は、Ｓ１〜Ｓ１２の処理を随時繰り返す。Ｓ１〜Ｓ１２の処理が行われた後で再度Ｓ１〜Ｓ１２の処理が行われる際には、先のＳ１〜Ｓ１２の処理で更新されたＳＯＨの推定値に応じた関係データを用いた処理が行われる。
以上詳述した如く、実施形態３においては、蓄電モジュール１０の内部において蓄電セル１１のＳＯＨが推定される。実施形態１及び２と同様に、ＢＭＵ４は、従来に比べてより簡易的に蓄電セル１１のＳＯＨを推定する。
実施形態３では、ＢＭＵ４は、複数の蓄電セル１１の夫々について処理を実行し、夫々の蓄電セル１１のＳＯＨを推定してもよい。代替的に、ＢＭＵ４は、複数の蓄電セル１１で共通のＳＯＨを推定してもよい。代替的に、蓄電モジュール１０は単一の蓄電セル１１を備え、ＢＭＵ４は単一の蓄電セル１１のＳＯＨを推定してもよい。
本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
１０ 蓄電モジュール
１１ 蓄電セル
２ ＣＭＵ
３ ＳＯＨ推定装置
４ ＢＭＵ
１１ 蓄電セル
２ ＣＭＵ
３ ＳＯＨ推定装置
４ ＢＭＵ
Claims (4)
- 蓄電素子のＳＯＨ（State of Health ）を推定するＳＯＨ推定装置であって、
前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を取得し、取得したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第１のＳＯＣ（State of Charge ）を特定する第１特定部と、
前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を取得し、取得した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第１計算部と、
前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第１のＳＯＣ変化量を計算する第２計算部と、
前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のＯＣＶを取得し、取得したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第２のＳＯＣを特定する第２特定部と、
前記第２のＳＯＣから前記第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算する第３計算部と、
前記第１のＳＯＣ変化量と前記第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、前記蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する推定部と
を備えるＳＯＨ推定装置。 - ＯＣＶとＳＯＣとの関係を表した関係データを、複数のＳＯＨの夫々について記憶する記憶部を更に備え、
前記第１特定部及び前記第２特定部は、推定されたＳＯＨについて前記記憶部が記憶する関係データに基づいて、前記第１のＳＯＣ及び前記第２のＳＯＣを特定する
請求項１に記載のＳＯＨ推定装置。 - 蓄電素子を備える蓄電装置であって、
前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第１のＳＯＣを特定する第１特定部と、
前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算する第１計算部と、
前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第１のＳＯＣ変化量を計算する第２計算部と、
前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第２のＳＯＣを特定する第２特定部と、
前記第２のＳＯＣから前記第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算する第３計算部と、
前記第１のＳＯＣ変化量と前記第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、前記蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する推定部と
を備える蓄電装置。 - 蓄電素子のＳＯＨを推定する方法であって、
前記蓄電素子が通電を開始する前に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第１のＳＯＣを特定し、
前記蓄電素子が通電している間に前記蓄電素子に流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて、前記蓄電素子に充電されている電気量が通電を開始して以降に変化した変化量を表す電気変化量を計算し、
前記蓄電素子が通電を終了した以後の時点での前記電気変化量を、前記蓄電素子の初期の満充電容量で除算することによって、第１のＳＯＣ変化量を計算し、
前記蓄電素子が通電を終了した後に前記蓄電素子のＯＣＶを測定し、測定したＯＣＶに基づいて、蓄電素子の第２のＳＯＣを特定し、
前記第２のＳＯＣから前記第１のＳＯＣを減算することによって、第２のＳＯＣ変化量を計算し、
前記第１のＳＯＣ変化量と前記第２のＳＯＣ変化量とに基づいて、前記蓄電素子のＳＯＨの推定値を計算する
ＳＯＨ推定方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2019196517A JP2021071320A (ja) | 2019-10-29 | 2019-10-29 | Ｓｏｈ推定装置、蓄電装置及びｓｏｈ推定方法 |
| PCT/JP2020/040027 WO2021085354A1 (ja) | 2019-10-29 | 2020-10-26 | Ｓｏｈ推定装置、蓄電装置及びｓｏｈ推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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