JP4043977B2

JP4043977B2 - Secondary battery internal resistance detection device and internal resistance detection method

Info

Publication number: JP4043977B2
Application number: JP2003065158A
Authority: JP
Inventors: 輝彦榊原; 昭治堺; 敏郎岡元
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: JP2004271445A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＶ）などに搭載されて車両を駆動する電動機に電力を供給する二次電池に関し、特に、二次電池の内部抵抗や劣化の状態を正確に検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機により車両の駆動力を得る、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車は、二次電池を搭載している。電気自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動する。ハイブリッド自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したりする。
【０００３】
このような車両においては、回生制動、すなわち、車両制動時に電動機を発電機として機能させ、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより制動する機能を備えている。ここで変換された電気エネルギは二次電池に蓄えられ、加速する時などに再利用される。
【０００４】
二次電池は過放電、過充電を行なうと電池性能を劣化させることになるため、二次電池の充電量（ＳＯＣ：State Of Charge、残存容量ともいう。）を把握して、充放電を制御する必要がある。特に、車両に搭載された熱機関により発電機を駆動して電力を発生し、これを二次電池に充電することができる形式のハイブリッド自動車においては、二次電池が、回生電力を受け入れられるように、また要求があれば直ちに電動機に対して電力を供給できるようにするために、その充電量は満充電の状態（１００％）と、全く充電されていない状態（０％）のおおよそ中間付近（５０〜６０％）に制御される場合がある。このため、二次電池の充電量をより正確に検知する必要がある。
【０００５】
また、このような用途に用いられるので、経時的に発生する様々な変化により二次電池が劣化して満充電時の充電量が減少したまま使用したのでは、二次電池の充電量をより正確に検知することができないばかりか、二次電池の充電量に基づく放電能力が正確に検知できなくなり、電気自動車の可能な走行距離が把握できず、最悪の場合には充電施設がない場所で車両が停止してしまうなどという事態も生ずる可能性がある。
【０００６】
特開平６−５９００３号公報（特許文献１）は、車両の運転中における二次電池の電池容量に基づいて二次電池の劣化度を算出する残存容量計を開示する。特許文献１に開示された残存容量計は、二次電池の放電電流を検出する電流計と、電流計で検出された放電電流の変化状態を検出する変化状態検出部と、二次電池の放電時における放電電圧を検出する電圧計と、電流計および変化状態検出部の検出結果より、放電電流が所定値以上であり、かつ放電電流が増加しているという条件が満足されているか否かを判定する条件判定部と、この条件判定部により条件が満足されていると判定された時に、そのときの電流および電圧と、予め設けられている放電電流および放電電圧に対する残存容量を示すマップに基づいて高負荷時残存容量を算出する高負荷時残存容量検出部と、満充電時から放電された電気量を積算することにより使用中の二次電池の充電状態を算出する充電状態検出部と、高負荷時残存容量検出部により算出された高負荷時残存容量と、充電状態検出部により算出された充電状態から二次電池の満充電状態の電池容量を推定する電池容量算出部と、算出された電池容量と公称容量とを比較することにより、二次電池の劣化度を算出する劣化度算出部とを含む。
【０００７】
特許文献１に開示された残存容量計によると、高負荷時残存容量検出部により、所定のタイミングにおいて高負荷時残存容量が検出される。一方、その高負荷時残存容量が検出された時点の電池の充電状態は、充電状態検出部により、電気量積算方式によって算出される。次に、ある時点の電池の充電状態と高負荷時残存容量が算出されることにより、電池容量算出部により、二次電池の満充電時の容量が算出される。そして、劣化度算出部により、この容量と公称容量とが比較されて電池の劣化度が求められる。二次電池の高負荷時残存容量を検出するにあたっては、条件判定部において、放電電流が所定値以上であり、かつ放電電流が増加しているという条件が満足されているか否かが判定される。そして、この判定結果により、条件が満足されている時に、予め設けられている放電電圧と残存容量のマップに基づいて、検出電圧および電流から電池高負荷時残存容量が算出される。これにより、電圧と残存容量の間によい相関関係がある状態になった時に、電池高負荷時残存容量が算出されることとなり、正確な残存容量の測定が行なえる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−５９００３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＨＶなどで市街地を走行すると、充電と放電との切替えの頻度が高く、充放電電流値が大きく変動する特性を有する。二次電池の電極近傍においては、電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生する。この分極電圧が表われると、電流−電圧特性を正確に把握することができないので、電池の内部抵抗値や残存容量を正確に算出できない。充電時および放電時のいずれの場合においても、充放電電流値の絶対値が増加する場合に、この分極電圧の影響が顕著に表われる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された残存容量計では、算出される残存容量の精度を低下させる分極電圧の影響が考慮されていない。そのため、的確に残存容量を検出できないばかりか、正確に二次電池の劣化度を求めることができない。特に、特許文献１においては、放電電流量が０．７５ＣＡ以上であり、この電流値が増加している状態（高負荷状態）にあるときの放電電流−電圧特性を直線で近似して二次電池の内部抵抗値を検出することが行なわれる。二次電池に接続された負荷により放電電流が増加しているときには、分極電圧の影響がより大きくなるので、検出される内部抵抗値のばらつきが大きくなる可能性があった。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、分極電圧の影響を考慮して、二次電池の劣化を正確に判定する二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法を提供することである。さらに、この目的を達成するために、本発明の別の目的は、分極電圧の影響を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出する二次電池の内部抵抗検出装置および内部抵抗検出方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る二次電池の内部抵抗検出装置は、電流と電圧との特性に基づいて、二次電池の内部抵抗値を検出する。この検出装置は、二次電池の電流値および電圧値を測定するための測定手段と、測定手段により測定された電流値の時間変化率を算出するための第１の算出手段と、時間変化率に基づいて電流値が０に向かう変化を検知すると、測定手段により測定された電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出するための第２の算出手段とを含む。
【００１３】
第１の発明によると、測定手段により測定された電流値の時間変化率に基づいて、測定された電流値が０に向かうと判断されると（充電時の電流値を正、放電時に電流値を負とすると、充電電流値が減少したり、放電電流値が増加したりすると）、電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値が算出される。二次電池においては、その電極近傍の電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生する。この分極電圧の影響は、充放電電流値が０から離れるときよりも充放電電流値が０に向かうときの方が、小さくなる。すなわち、充放電電流値の絶対値が増加するときに分極電圧の影響がより大きく表われることを示す。このため、充電時および放電時のいずれにおいても、電流値が０に向かうときは、電流値が０から離れるとき（すなわち、充放電電流値の絶対値が大きくなるとき）よりも、分極電圧の影響を少なくなるので、電流値および電圧値に基づいて算出される内部抵抗値の精度が高い。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出する二次電池の内部抵抗検出装置を提供することができる。
【００１４】
第２の発明に係る二次電池の内部抵抗検出装置は、第１の発明の構成に加えて、測定手段により測定された電流値が予め定められた条件を満足すると、内部抵抗値を算出するように第２の算出手段を制御するための制御手段をさらに含む。
【００１５】
第２の発明によると、電流値が予め定められた条件を満足すると、たとえば、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００１６】
第３の発明に係る二次電池の内部抵抗検出装置においては、第２の発明の構成に加えて、条件は、測定手段により測定された電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であるという条件である。
【００１７】
第３の発明によると、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると（ピーク電流値がしきい値以上であると）、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００１８】
第４の発明に係る二次電池の劣化判定装置は、第１〜３のいずれかに記載の二次電池の内部抵抗検出装置の構成に加えて、第２の算出手段により算出された内部抵抗値に基づいて、二次電池の劣化状態を判定するための判定手段をさらに含む。
【００１９】
第４の発明によると、分極電圧を考慮して正確に算出された二次電池の内部抵抗値が、たとえば予め定められたしきい値よりも高くなると二次電池が劣化していると判定できる。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の劣化を正確に判定する二次電池の劣化判定装置を提供することができる。
【００２０】
第５の発明に係る二次電池の内部抵抗検出方法は、電流と電圧との特性に基づいて、二次電池の内部抵抗値を検出する。この検出方法は、二次電池の電流値および電圧値を測定する測定ステップと、測定ステップにて測定された電流値の時間変化率を算出する第１の算出ステップと、時間変化率に基づいて電流値が０に向かう変化を検知すると、測定ステップにて測定された電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値を算出する第２の算出ステップとを含む。
【００２１】
第５の発明によると、測定ステップにて測定された電流値の時間変化率に基づいて、測定された電流値が０に向かうと判断されると（充電時の電流値を正、放電時に電流値を負とすると、充電電流値が減少したり、放電電流値が増加したりすると）、電流値および電圧値に基づいて、二次電池の内部抵抗値が算出される。二次電池においては、その電極近傍の電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生する。この分極電圧の影響は、充放電電流値が０から離れるときよりも充放電電流値が０に向かうときの方が、小さくなる。すなわち、充放電電流値の絶対値が増加するときに分極電圧の影響がより大きく表われることを表わす。このため、充電時および放電時のいずれにおいても、電流値が０に向かうときは、電流値が０から離れるとき（すなわち、充放電電流値の絶対値が大きくなるとき）よりも、分極電圧の影響を少なくなるので、電流値および電圧値に基づいて算出される内部抵抗値の精度が高い。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出する二次電池の内部抵抗検出方法を提供することができる。
【００２２】
第６の発明に係る二次電池の内部抵抗検出方法は、第５の発明の構成に加えて、測定ステップにて測定された電流値が予め定められた条件を満足すると、内部抵抗値を算出するように第２の算出ステップを制御する制御ステップをさらに含む。
【００２３】
第６の発明によると、電流値が予め定められた条件を満足すると、たとえば、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００２４】
第７の発明に係る二次電池の内部抵抗検出方法においては、第６の発明の構成に加えて、条件は、測定ステップにて測定された電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であるという条件である。
【００２５】
第７の発明によると、電流値の絶対値が予め定められた電流値以上であると（ピーク電流値がしきい値以上であると）、分極状態が安定する。このため、そのような条件を満足しているときに測定された電流値および電圧値に基づいて内部抵抗値を算出するので、内部抵抗値を精度を高く算出することができる。
【００２６】
第８の発明に係る二次電池の劣化判定方法は、第５〜７のいずれかに記載の二次電池の内部抵抗検出方法の構成に加えて、第２の算出ステップにて算出された内部抵抗値に基づいて、二次電池の劣化状態を判定する判定ステップをさらに含む。
【００２７】
第８の発明によると、分極電圧を考慮して正確に算出された二次電池の内部抵抗値が、たとえば予め定められたしきい値よりも高くなると二次電池が劣化していると判定できる。その結果、分極電圧を考慮して、二次電池の劣化を正確に判定する二次電池の劣化判定方法を提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２９】
図１を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が搭載される車両のパワートレーンについて説明する。図１に示すように、この車両のパワートレーンは、たとえば、ハイブリッド自動車に適用され、エンジン２１００と、エンジン２１００の駆動力の一部で発電する交流形式のジェネレータ２２００と、交流形式のジェネレータ２２００から出力される交流電力を直流電力に変換するインバータ２３００と、ニッケル水素電池で構成された電池ユニット２４００と、インバータ２３００に接続されたモータ２６００と、エンジン２１００、ジェネレータ２２００およびモータ２６００に接続されたトルク配分装置２５００と、エンジン２１００およびモータ２６００の少なくとも一部のトルクを駆動輪２８００に伝達するギアユニット２７００とを含む。
【００３０】
インバータ２３００は、電池ユニット２４００から出力される直流電力を交流電力に変換して、変換された交流電力をモータ２６００に供給する。また、インバータ２３００は、エンジン２１００の動力の一部により駆動されたジェネレータ２２００により発電された交流電力を直流電力に変換して電池ユニット２４００を充電する。さらに、インバータ２３００は、車両が回生制動動作を行なった際にモータ２６００をジェネレータとして機能させて回生された交流電力を直流電力に変換して電池ユニット２４００を充電する。
【００３１】
このように、この車両のパワーユニットは、エンジン２１００の駆動力の一部によりジェネレータ２２００で発電された電力および回生制動時にモータ２６００をジェネレータとして機能させて回生発電された電力を、インバータ２３００を介して電池ユニット２４００を充電する。また、エンジン２４００のみによる駆動力では駆動輪２８００におけるトルクが不足する場合には、電池ユニット２４００からインバータ２３００を介してモータ２６００に電力を供給し、エンジン２１００によるトルク不足をモータ２６００がアシストする。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、ハイブリッド車両に適用された場合を説明するが、本発明はこのようなハイブリッド車両に限定されず、電気自動車や燃料電池車であってもよい。
【００３３】
図２を参照して、図１に示す電池ユニット２４００の詳細な制御ブロックについて説明する。
【００３４】
図２に示すように、電池ユニット２４００は、複数の電池パック２４１０から構成される電池モジュール２４１２と、電池モジュール２４１２の充放電電流値を検出する電流検出回路２４１４と、電池パック２４１０毎の電池電圧値を検出する電圧検出回路２４１６と、電池モジュール２４１２毎の電池の温度を検知する温度センサ２４１８および温度検出回路２４２０と、電流検出回路２４１４、電圧検出回路２４１６および温度検出回路２４２０に接続された電池ＥＣＵ２４２２と、電池ＥＣＵ２４２２に接続され、電池の異常などを表示する表示部２４２４とを含む。
【００３５】
電池ユニット２４００の電池ＥＣＵ２４２２は、電池モジュール２４１２毎の電池の内部抵抗値を算出したり、電池モジュール２４１２毎の寿命などを判定したりするプログラムを実行する演算処理部と、演算処理部により実行されるプログラムや、各種データを記憶する記憶部とを含む。
【００３６】
電池パック２４１０は、所定の個数の電池モジュール２４１２を直列に接続した構造を有する。電池モジュール２４１２は、ニッケル水素電池により構成される。
【００３７】
図３を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵが搭載される車両の充放電パターンを説明する。図３（Ａ）に市街地走行モードにおける実際の充放電パターンの経時的変化を示す。図３（Ｂ）に、図３（Ａ）の一部を拡大した電流の経時的変化を示す。図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、ハイブリッド車両においては、走行中に充電モードと放電モードとが繰返し切換えられる。このため、図３（Ｂ）に示すように、放電電流が増加する状態（以下、この状態を充放電パターン（１）と記す。）、放電電流が減少し充電側に向かう状態（以下、この状態を充放電パターン（２）と記す。）、充電電流が増加する状態（以下、この状態を充放電パターン（３）と記す。）、充電電流が減少して放電側に向かう状態（以下、この状態を充放電パターン（４）と記す。）の４つの状態に大きく分けることができる。
【００３８】
すなわち、図３（Ｃ）に示すように、ハイブリッド車両がエンジン２１００のトルクのみでの走行が困難になり、モータ２６００によりエンジン２１００のトルク不足をアシストするために、電池ユニット２４００からインバータ２３００を介してモータ２６００に電力が供給され、車両が加速する。この状態が、前述の（１）の状態である。このような状態で車両の運転者がブレーキを踏むなどすると、モータ２６００がジェネレータとして機能して回生制動が実行される。その結果、図３（Ｃ）に示すように、放電状態から充電状態に移行する。このように、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ハイブリッド車両の市街地における走行においては、三角波形で充放電電流の状態を模擬することができる。
【００３９】
図４を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２において電池モジュール２４１２の内部抵抗値が算出されるタイミングについて説明する。
【００４０】
図４に示すように、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２において電池モジュール２４１２の内部抵抗値が算出されるのは、充電時における電流値が充電電流しきい値（＋Ｉth）よりも大きい状態から電流値が０に向かう状態（ΔＩ＜０）または放電時の電流値が放電電流しきい値（−Ｉth）よりも小さい状態から電流値が０に向かう状態（ΔＩ＞０）のいずれかの場合である。すなわち、本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２においては、充電時であっても放電時であっても、その電流値の絶対値がしきい値以上になって、その後電流値が０に向かう変化が継続して検知されると、電流−電圧特性に基づいて電池モジュール２４１２の内部抵抗値を算出するものである。
【００４１】
充電時および放電時において、電池モジュール２４１２の内部抵抗値を算出するタイミングは、電流値の絶対値が予め定められたしきい値より大きいタイミングである理由について説明する。
【００４２】
図５および図６に示すように、ピーク電流値と内部抵抗値との関係は、ピーク電流値が大きいほど内部抵抗値のばらつきが小さくなる傾向を有する。すなわち、ピーク電流値（内部抵抗値の算出時における最大電流値）によって、算出される内部抵抗値が変動するが、予め定められたしきい値以上の電流値ではこの変動が小さくなる。たとえば、図５に示すように、ピーク電流値がたとえば５０Ａ以上においては算出される電池モジュール２４１２の内部抵抗値は、電流変化速度（ΔＩ）によらずばらつきが小さくなる。また、図６に示すように、ピーク電流値が５０Ａ以上であると市街地、登坂路、高速道路および国道のいずれにおいても、算出された電池モジュール２４１２の内部抵抗値のばらつきが小さくなることがわかる。
【００４３】
次に、図７を参照して、電流変化速度と内部抵抗値との関係について説明する。図７に示すように、電流変化速度の電流変化速度（ΔＩ）の絶対値の変化の影響は、電流値が０Ａに向いて変化する場合の方が、電流が０Ａから離れるように変化する場合に比べてその影響は小さい。すなわち、放電時において放電から充電に向かう場合、充電時において充電から放電に向かう場合のいずれの場合においても、電流値は０Ａに向いて変化するが、その場合、図７の充放電パターン（２）および（４）に示すように、電流変化速度の変化に対する内部抵抗値のばらつきの度合いが小さい。一方、電流が０Ａから離れるように変化する場合には、電流変化速度の変化に対して内部抵抗値が大きく変化する。
【００４４】
すなわち、図５〜図７に示したように、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２は、充電時であっても放電時であっても、その電流値の絶対値（ピーク電流値）が予め定められたしきい値以上になって、その後電流値が０に向かう変化が検知した場合に電池モジュール２４１２の内部抵抗値を算出する。その結果、図４に示すような丸印のタイミングで電池モジュール２４１２の内部抵抗値が算出される。
【００４５】
図８を参照して、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２の演算処理部で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００４６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、各種データを初期化（Ｎ＝０、Ｃ＝０）する。
【００４７】
Ｓ１１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電池モジュール２４２２の電流値Ｉ、電圧値Ｖ、温度Ｔを測定する。このとき、電池ＥＣＵ２４２２は、電流検出回路２４１４、電圧検出回路２４１６および温度検出回路２４２０から入力された信号に基づいて、電池モジュール２４１２ごとの電流値Ｉ、電圧値Ｖおよび温度Ｔを測定する。
【００４８】
Ｓ１２０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、変数Ｎに１を加算（Ｎ＝Ｎ＋１）する。Ｓ１３０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流変化速度ΔＩを、ΔＩ＝（Ｉ（Ｎ）−Ｉ（Ｎ−１））／ｄｔの演算により算出する。Ｓ１４０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、その記憶部に記憶されたフラグＦ（１）が１であるか否かを判断する。フラグＦ（１）が１であると（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１４０にてＮＯ）、処理はＳ１５０へ移される。
【００４９】
Ｓ１５０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、その記憶部に記憶されたフラグＦ（２）が１であるか否かを判断する。フラグＦ（２）が１であると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１５０にてＮＯ）、処理はＳ１６０へ移される。
【００５０】
Ｓ１６０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、Ｓ１１０にて測定した電流値Ｉが、＋電流しきい値（＋Ｉth）以上であるか否かを判断する。測定した電流値Ｉが＋電流しきい値（＋Ｉth）以上であると（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、処理はＳ１８０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１６０にてＮＯ）、処理はＳ１７０へ移される。
【００５１】
Ｓ１７０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、Ｓ１１０にて測定した電流値Ｉが、−電流しきい値（−Ｉth）以下であるか否かを判断する。測定した電流値Ｉが−電流しきい値（−Ｉth）以下であると（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、処理はＳ１９０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１７０にてＮＯ）、処理はＳ４２０へ移される。
【００５２】
Ｓ１８０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（１）に１をセットする。Ｓ１９０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（２）に１をセットする。
【００５３】
Ｓ２００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流変化速度ΔＩが負であるか否かを判断する。ΔＩが負であると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ２２０へ移される。
【００５４】
Ｓ２１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流値Ｉ（Ｎ）および電圧値Ｖ（Ｎ）を記憶する。また、電池ＥＣＵ２４２２は、変数Ｃに１を加算（Ｃ＝Ｃ＋１）する。その後、処理はＳ５００へ移される。
【００５５】
Ｓ２２０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（１）に０をセットする。その後、処理はＳ４００へ移される。
【００５６】
Ｓ３００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、電流変化速度ΔＩが正であるか否かを判断する。ΔＩが正であると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、処理はＳ２１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ３００にてＮＯ）、処理はＳ３１０へ移される。
【００５７】
Ｓ３１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、フラグＦ（２）に０をセットする。その後、処理はＳ４００へ移される。
【００５８】
Ｓ４００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、変数Ｃが１より大きいか否かを判断する。変数Ｃが１よりも大きいと（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ４１０へ移される。Ｓ４１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、内部抵抗値Ｒを算出する。このとき、２以上測定された電流値と電圧値との関係に基づいて、内部抵抗値Ｒが算出される。その後、処理はＳ６００へ移される。
【００５９】
Ｓ６００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、Ｓ４１０にて算出された内部抵抗値Ｒが、内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））よりも大きいか否かを判断する。この内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））は、電池モジュール２４１２の温度Ｔ（ＡＶ）に依存する電池モジュール２４２２が劣化したか否かを判断するための内部抵抗値のしきい値である。電池モジュール２４１２の温度Ｔ（ＡＶ）が高いほど内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））は低く、電池モジュール２４１２の温度Ｔ（ＡＶ）が低いほど内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））は高い関係がある。二次電池が劣化すると、その内部抵抗値は増加する。算出された内部抵抗値Ｒが内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））よりも大きいと（Ｓ６００にてＹＥＳ）、処理はＳ６１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ６００にてＮＯ）、処理はＳ４２０へ移される。
【００６０】
Ｓ６１０にて、電池ＥＣＵ２４２２は、表示部２４２４に電池モジュール２４１２の劣化を示す表示処理を実行する。その後、Ｓ４２０へ移される。
【００６１】
Ｓ５００にて、電池ＥＣＵ２４２２は、イグニッションスイッチがオフ状態にされたか否かを判断する。イグニッションスイッチがオフ状態にされると（Ｓ５００にてＹＥＳ）、この処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ５００にてＮＯ）、処理はＳ１１０へ戻される。
【００６２】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電池ＥＣＵ２４２２の動作について説明する。
【００６３】
イグニッションスイッチがオンされハイブリッド車両が走行を開始すると、変数が初期化（Ｎ＝０、Ｃ＝０）される（Ｓ１００）。電池モジュール２４１２の電流値Ｉ、電圧値Ｖおよび温度Ｔが測定され（Ｓ１１０）、電流変化速度ΔＩが算出される。
【００６４】
充電状態において、測定された電流値が＋電流しきい値（＋Ｉth）以上であって（Ｓ１６０にてＹＥＳ）、電流変化速度ΔＩが負であると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、測定された電流値と電圧値とが記憶される。このような状態で、電流値と電圧値との組が２組以上測定されて記憶されると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、内部抵抗値Ｒが算出される（Ｓ４１０）。
【００６５】
また、放電状態において、測定された電流値が−電流しきい値（−Ｉth）以下であって（Ｓ１７０にてＹＥＳ）、電流変化速度ΔＩが正であると（Ｓ３００にてＹＥＳ）、測定された電流値と電圧値とが記憶される。このような状態で、電流値と電圧値との組が２組以上測定されて記憶されると（Ｓ４００にてＹＥＳ）、内部抵抗値Ｒが算出される（Ｓ４１０）。
【００６６】
このようにして充電時および放電時のいずれの場合であっても、充電時の電流値が＋電流しきい値以上になってその後に電流値が０に向かう方向が継続して、電流値および電圧値がそれぞれ２以上記憶されると内部抵抗値Ｒが算出される。また、放電時において測定された電流値が−電流しきい値以下になってその後に電流値が０に向かう方向が継続して、電流値および電圧値がそれぞれ２以上記憶されると内部抵抗値Ｒが算出される。
【００６７】
算出された内部抵抗値Ｒと内部抵抗しきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＶ））とが比較され、算出された内部抵抗値Ｒが内部抵抗のしきい値Ｒlimit（Ｔ（ＡＢ））よりも大きいとその電池モジュール２４１２は劣化していると判断されて、表示部２４２４に電池モジュール２４１２が劣化していることを表わす情報が表示される（Ｓ６１０）。
【００６８】
図９および図１０に、このようにして算出した電池モジュール２４１２の内部抵抗値と電流変化速度との関係を示す。図９は、充放電パターン（２）および（４）の状態において算出された内部抵抗値のばらつきを示し、図１０は、充放電パターン（１）および（３）の状態において算出された内部抵抗値のばらつきを示す。図９および図１０から、充放電パターン（２）および（４）の方が、充放電パターン（１）および（３）に比べて、算出される内部抵抗値は、電流変化速度の影響を受けずに、そのばらつきも小さいことがわかる。
【００６９】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池ＥＣＵによると、電流検出回路により検出された電流値の時間変化率に基づいて、測定された電流値が０に向かうと判断されると（すなわち充電時の電流値を正とし放電時の電流値を負として、充電電流値が減少したり放電電流値が増加したりすると）、測定された電流値および電圧値に基づいて、電池モジュールの内部抵抗値が算出される。二次電池において、その電極近傍の電解液の濃度勾配に起因して分極電圧が発生するが、この分極電圧の影響が、充放電電流値が０から離れるときよりも充放電電流値が０に向かうときの方が小さくなる。さらに、充放電電流値の絶対値が予め定められた電流しきい値以上であると、電流変化速度ΔＩの影響を受けにくくなる。その結果、充電時および放電時のいずれにおいても、ピーク電流値の絶対値が予め定められたしきい値以上であって、その後電流値が０に向かうときには、分極電圧の影響および電流変化速度の影響を少なくできるので、電流値および電圧値に基づいて算出される内部抵抗値の精度が高くなる。その結果、分極電圧や電流の変化速度を考慮して、二次電池の内部抵抗を正確に検出するとともに、正確に検出された内部抵抗値に基づいて電池の劣化を判定することができる。
【００７０】
なお、上述した実施の形態においては、算出された内部抵抗値Ｒと、電池ＥＣＵ２４２２の記憶部に記憶された内部抵抗しきい値Ｒlimitとを比較して電池の劣化を判定して表示部２４２４に電池の劣化に関する情報を表示するように説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、電池が劣化していると判断されると、電池ＥＣＵ２４２２から、ハイブリッド車両の全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵに対して、電池が劣化していることを示す情報を送信する。ＨＶ＿ＥＣＵにおいては、電池が劣化していることを検知すると、ハイブリッド車両の制御に一定の制限を加えるようにすることもできる。
【００７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵが搭載される車両のパワートレーンを示す図である。
【図２】図１に示す電池ユニットの制御ブロック図である。
【図３】充放電パターンを示す図である。
【図４】電流の経時的変化を示す図である。
【図５】ピーク電流値と内部抵抗値との関係を示す図（その１）である。
【図６】ピーク電流値と内部抵抗値との関係を示す図（その２）である。
【図７】電流変化速度と内部抵抗値との関係を示す図（その１）である。
【図８】本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示す図である。
【図９】電流変化速度と内部抵抗値との関係を示す図（その２）である。
【図１０】電流変化速度と内部抵抗値との関係を示す図（その３）である。
【符号の説明】
２１００エンジン、２２００ジェネレータ、２３００インバータ、２４００電池ユニット、２４１０電池パック、２４１２電池モジュール、２４１４電流検出回路、２４１６電圧検出回路、２４１８温度センサ、２４２０温度検出回路、２４２２電池ＥＣＵ、２４２４表示部、２５００トルク配分装置、２６００モータ、２７００ギヤユニット、２８００駆動輪。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a secondary battery that is mounted on an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV), or the like and supplies electric power to an electric motor that drives the vehicle, and in particular, accurately determines the internal resistance and the state of deterioration of the secondary battery. It relates to the technology to detect.
[0002]
[Prior art]
Electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell vehicles that obtain the driving force of a vehicle with an electric motor are equipped with secondary batteries. An electric vehicle drives a motor by driving an electric motor using electric power stored in the secondary battery. A hybrid vehicle drives an electric motor using the electric power stored in the secondary battery to drive the vehicle, or assists an engine with the electric motor to drive the vehicle. A fuel cell vehicle drives a vehicle by driving an electric motor using electric power from the fuel cell, or drives an electric motor using electric power stored in a secondary battery in addition to electric power from the fuel cell. To do.
[0003]
Such a vehicle has a function of braking by regenerative braking, that is, by causing the motor to function as a generator during vehicle braking and converting the kinetic energy of the vehicle into electric energy. The converted electric energy is stored in the secondary battery and reused when accelerating.
[0004]
Since secondary batteries degrade battery performance when overdischarged or overcharged, the amount of charge (SOC: State Of Charge, also referred to as remaining capacity) of the secondary battery is ascertained to control charging and discharging. There is a need to. In particular, in a hybrid vehicle of a type in which a generator is driven by a heat engine mounted on a vehicle to generate electric power and this can be charged to a secondary battery, the secondary battery can accept regenerative power. In addition, in order to be able to supply power to the motor immediately if requested, the amount of charge is approximately in the middle between the fully charged state (100%) and the uncharged state (0%). (50 to 60%) may be controlled. For this reason, it is necessary to detect the charge amount of the secondary battery more accurately.
[0005]
Also, because it is used for such applications, if the secondary battery deteriorates due to various changes that occur over time and the charge amount at the time of full charge is reduced, the charge amount of the secondary battery is further increased. In addition to being unable to detect accurately, it is impossible to accurately detect the discharge capacity based on the amount of charge of the secondary battery, it is not possible to grasp the possible mileage of the electric vehicle, and in the worst case there is no charging facility There is also a possibility that the vehicle will stop.
[0006]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-59003 (Patent Document 1) discloses a remaining capacity meter that calculates the degree of deterioration of a secondary battery based on the battery capacity of the secondary battery during operation of the vehicle. The remaining capacity meter disclosed in Patent Document 1 includes an ammeter that detects a discharge current of a secondary battery, a change state detection unit that detects a change state of the discharge current detected by the ammeter, and a discharge of the secondary battery. Whether or not the condition that the discharge current is equal to or greater than the predetermined value and the discharge current is increasing is satisfied from the voltmeter that detects the discharge voltage at the time and the detection results of the ammeter and the change state detection unit Based on a condition determination unit for determining, and a map indicating the current and voltage at that time and the remaining capacity with respect to the discharge current and discharge voltage provided in advance when the condition determination unit determines that the condition is satisfied A high load residual capacity detection unit that calculates a high load residual capacity; a charge state detection unit that calculates a charge state of a secondary battery in use by integrating the amount of electricity discharged from a full charge; and High load A battery capacity calculation unit that estimates the remaining battery capacity at the time of high load calculated by the remaining capacity detection unit and the battery capacity of the secondary battery fully charged from the charge state calculated by the charge state detection unit; and the calculated battery capacity And a nominal capacity, and a deterioration degree calculation unit that calculates the deterioration degree of the secondary battery.
[0007]
According to the remaining capacity meter disclosed in Patent Document 1, the high load remaining capacity detection unit detects the high load remaining capacity at a predetermined timing. On the other hand, the state of charge of the battery at the time when the high load remaining capacity is detected is calculated by the charge amount detection unit by the electric quantity integration method. Next, the state of charge of the battery at a certain point in time and the remaining capacity under high load are calculated, so that the capacity when the secondary battery is fully charged is calculated by the battery capacity calculation unit. Then, the capacity is compared with the nominal capacity by the deterioration degree calculation unit to obtain the degree of deterioration of the battery. In detecting the high load remaining capacity of the secondary battery, the condition determination unit determines whether or not the condition that the discharge current is equal to or greater than a predetermined value and the discharge current is increased is satisfied. . Then, based on this determination result, when the condition is satisfied, the battery high load remaining capacity is calculated from the detected voltage and current based on a map of the discharge voltage and remaining capacity provided in advance. As a result, when there is a good correlation between the voltage and the remaining capacity, the remaining capacity at the time of high battery load is calculated, and the accurate remaining capacity can be measured.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-6-59003
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when driving in an urban area with HV or the like, the frequency of switching between charging and discharging is high, and the charge / discharge current value varies greatly. In the vicinity of the electrode of the secondary battery, a polarization voltage is generated due to the concentration gradient of the electrolytic solution. When this polarization voltage appears, the current-voltage characteristics cannot be accurately grasped, so that the internal resistance value and remaining capacity of the battery cannot be accurately calculated. In both cases of charging and discharging, when the absolute value of the charging / discharging current value increases, the influence of this polarization voltage appears remarkably.
[0010]
However, the remaining capacity meter disclosed in Patent Document 1 does not consider the influence of the polarization voltage that decreases the accuracy of the calculated remaining capacity. For this reason, not only the remaining capacity cannot be accurately detected, but also the degree of deterioration of the secondary battery cannot be obtained accurately. In particular, in Patent Document 1, the discharge current amount is 0.75 CA or more, and the discharge current-voltage characteristic when the current value is increasing (high load state) is approximated by a straight line to obtain a secondary. The internal resistance value of the battery is detected. When the discharge current is increased by the load connected to the secondary battery, the influence of the polarization voltage becomes larger, and thus the variation in the detected internal resistance value may be increased.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a secondary battery deterioration determination device that accurately determines the deterioration of a secondary battery in consideration of the influence of the polarization voltage. It is to provide a degradation determination method. In order to achieve this object, another object of the present invention is to detect the internal resistance of the secondary battery and to detect the internal resistance accurately, taking into account the influence of the polarization voltage. Is to provide a method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A secondary battery internal resistance detection device according to a first aspect of the present invention detects an internal resistance value of a secondary battery based on characteristics of current and voltage. The detection device includes a measuring unit for measuring a current value and a voltage value of the secondary battery, a first calculating unit for calculating a time change rate of the current value measured by the measuring unit, and a time change rate. And a second calculating means for calculating the internal resistance value of the secondary battery based on the current value and the voltage value measured by the measuring means.
[0013]
According to the first invention, when it is determined that the measured current value goes to 0 based on the time rate of change of the current value measured by the measuring means (the current value during charging is positive, the current value during discharging is positive). If the charging current value decreases or the discharging current value increases), the internal resistance value of the secondary battery is calculated based on the current value and the voltage value. In the secondary battery, a polarization voltage is generated due to the concentration gradient of the electrolyte near the electrode. The effect of this polarization voltage is smaller when the charge / discharge current value goes to 0 than when the charge / discharge current value goes away from 0. That is, it shows that the influence of the polarization voltage appears more greatly when the absolute value of the charge / discharge current value increases. For this reason, in both charging and discharging, when the current value goes to 0, the polarization voltage is larger than when the current value moves away from 0 (that is, when the absolute value of the charging / discharging current value increases). Since the influence is reduced, the accuracy of the internal resistance value calculated based on the current value and the voltage value is high. As a result, it is possible to provide a secondary battery internal resistance detection device that accurately detects the internal resistance of the secondary battery in consideration of the polarization voltage.
[0014]
The internal resistance detection device for a secondary battery according to the second invention calculates the internal resistance value when the current value measured by the measuring means satisfies a predetermined condition in addition to the configuration of the first invention. As described above, it further includes control means for controlling the second calculation means.
[0015]
According to the second invention, when the current value satisfies a predetermined condition, for example, when the absolute value of the current value is equal to or greater than the predetermined current value, the polarization state is stabilized. For this reason, since the internal resistance value is calculated based on the current value and the voltage value measured when such conditions are satisfied, the internal resistance value can be calculated with high accuracy.
[0016]
In the internal resistance detecting device for a secondary battery according to the third invention, in addition to the configuration of the second invention, the condition is that the absolute value of the current value measured by the measuring means is not less than a predetermined current value. It is a condition that there is.
[0017]
According to the third invention, when the absolute value of the current value is equal to or greater than a predetermined current value (when the peak current value is equal to or greater than the threshold value), the polarization state is stabilized. For this reason, since the internal resistance value is calculated based on the current value and the voltage value measured when such conditions are satisfied, the internal resistance value can be calculated with high accuracy.
[0018]
A secondary battery deterioration determination device according to a fourth aspect of the present invention is the internal resistance calculated by the second calculation means in addition to the configuration of the internal resistance detection device of the secondary battery according to any one of the first to third aspects. Further included is a determination means for determining a deterioration state of the secondary battery based on the value.
[0019]
According to the fourth invention, when the internal resistance value of the secondary battery accurately calculated in consideration of the polarization voltage becomes higher than, for example, a predetermined threshold value, it can be determined that the secondary battery has deteriorated. . As a result, it is possible to provide a secondary battery deterioration determination device that accurately determines the deterioration of the secondary battery in consideration of the polarization voltage.
[0020]
A secondary battery internal resistance detection method according to a fifth aspect of the present invention detects an internal resistance value of a secondary battery based on characteristics of current and voltage. This detection method is based on a measurement step for measuring a current value and a voltage value of a secondary battery, a first calculation step for calculating a time change rate of the current value measured in the measurement step, and a time change rate. A second calculation step of calculating an internal resistance value of the secondary battery based on the current value and the voltage value measured in the measurement step when a change in the current value toward 0 is detected.
[0021]
According to the fifth aspect of the present invention, when it is determined that the measured current value goes to 0 based on the time rate of change of the current value measured in the measurement step (the current value during charging is positive, the current value during discharging is positive). If the value is negative, the charging current value decreases or the discharging current value increases), the internal resistance value of the secondary battery is calculated based on the current value and the voltage value. In the secondary battery, a polarization voltage is generated due to the concentration gradient of the electrolyte near the electrode. The effect of this polarization voltage is smaller when the charge / discharge current value goes to 0 than when the charge / discharge current value goes away from 0. That is, when the absolute value of the charge / discharge current value increases, the influence of the polarization voltage appears more greatly. For this reason, in both charging and discharging, when the current value goes to 0, the polarization voltage is larger than when the current value moves away from 0 (that is, when the absolute value of the charging / discharging current value increases). Since the influence is reduced, the accuracy of the internal resistance value calculated based on the current value and the voltage value is high. As a result, it is possible to provide a secondary battery internal resistance detection method that accurately detects the internal resistance of the secondary battery in consideration of the polarization voltage.
[0022]
The internal resistance detection method for a secondary battery according to a sixth aspect of the invention calculates the internal resistance value when the current value measured in the measurement step satisfies a predetermined condition in addition to the configuration of the fifth aspect of the invention. And a control step for controlling the second calculation step.
[0023]
According to the sixth invention, when the current value satisfies a predetermined condition, for example, when the absolute value of the current value is equal to or greater than the predetermined current value, the polarization state is stabilized. For this reason, since the internal resistance value is calculated based on the current value and the voltage value measured when such conditions are satisfied, the internal resistance value can be calculated with high accuracy.
[0024]
In the internal resistance detection method for a secondary battery according to the seventh invention, in addition to the configuration of the sixth invention, the condition is that the absolute value of the current value measured in the measurement step is equal to or greater than a predetermined current value. It is a condition that
[0025]
According to the seventh invention, when the absolute value of the current value is equal to or greater than a predetermined current value (when the peak current value is equal to or greater than the threshold value), the polarization state is stabilized. For this reason, since the internal resistance value is calculated based on the current value and the voltage value measured when such conditions are satisfied, the internal resistance value can be calculated with high accuracy.
[0026]
In addition to the configuration of the secondary battery internal resistance detection method according to any one of the fifth to seventh aspects, the secondary battery deterioration determination method according to the eighth aspect of the present invention is calculated by the second calculation step. The method further includes a determination step of determining a deterioration state of the secondary battery based on the resistance value.
[0027]
According to the eighth invention, when the internal resistance value of the secondary battery accurately calculated in consideration of the polarization voltage becomes higher than, for example, a predetermined threshold value, it can be determined that the secondary battery has deteriorated. . As a result, it is possible to provide a secondary battery deterioration determination method that accurately determines the secondary battery deterioration in consideration of the polarization voltage.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
[0029]
With reference to FIG. 1, a power train of a vehicle on which a battery ECU (Electronic Control Unit) according to the present embodiment is mounted will be described. As shown in FIG. 1, the power train of this vehicle is applied to, for example, a hybrid vehicle, and includes an engine 2100, an AC type generator 2200 that generates electric power with a part of the driving force of the engine 2100, and an AC type generator 2200. Inverter 2300 for converting output AC power to DC power, a battery unit 2400 composed of a nickel metal hydride battery, a motor 2600 connected to inverter 2300, an engine 2100, a generator 2200, and a torque connected to motor 2600 Distributing device 2500 and a gear unit 2700 that transmits at least part of torque of engine 2100 and motor 2600 to drive wheels 2800 are included.
[0030]
Inverter 2300 converts the DC power output from battery unit 2400 into AC power, and supplies the converted AC power to motor 2600. Further, inverter 2300 charges battery unit 2400 by converting AC power generated by generator 2200 driven by part of power of engine 2100 into DC power. In addition, inverter 2300 charges battery unit 2400 by converting AC power regenerated by causing motor 2600 to function as a generator when the vehicle performs a regenerative braking operation, to DC power.
[0031]
As described above, the power unit of this vehicle receives the electric power generated by the generator 2200 by a part of the driving force of the engine 2100 and the electric power generated by causing the motor 2600 to function as a generator during regenerative braking via the inverter 2300. The battery unit 2400 is charged. Further, when the torque in the driving wheel 2800 is insufficient with the driving force only from the engine 2400, electric power is supplied from the battery unit 2400 to the motor 2600 via the inverter 2300, and the motor 2600 assists in the torque shortage by the engine 2100.
[0032]
In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a hybrid vehicle will be described. However, the present invention is not limited to such a hybrid vehicle, and may be an electric vehicle or a fuel cell vehicle.
[0033]
A detailed control block of the battery unit 2400 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
[0034]
As shown in FIG. 2, the battery unit 2400 includes a battery module 2412 including a plurality of battery packs 2410, a current detection circuit 2414 that detects a charge / discharge current value of the battery module 2412, and a battery voltage for each battery pack 2410. A voltage detection circuit 2416 for detecting a value, a temperature sensor 2418 and a temperature detection circuit 2420 for detecting a battery temperature for each battery module 2412, and a battery connected to the current detection circuit 2414, the voltage detection circuit 2416 and the temperature detection circuit 2420 ECU 2422 and display unit 2424 connected to battery ECU 2422 and displaying battery abnormality and the like are included.
[0035]
The battery ECU 2422 of the battery unit 2400 is executed by an arithmetic processing unit that executes a program for calculating the internal resistance value of the battery for each battery module 2412 and determining the life of each battery module 2412, and the arithmetic processing unit. And a storage unit for storing various data.
[0036]
The battery pack 2410 has a structure in which a predetermined number of battery modules 2412 are connected in series. The battery module 2412 is composed of a nickel metal hydride battery.
[0037]
With reference to FIG. 3, the charge / discharge pattern of the vehicle on which the battery ECU according to the present embodiment is mounted will be described. FIG. 3A shows a change with time of an actual charge / discharge pattern in the urban traveling mode. FIG. 3B shows a change with time of current, which is an enlarged view of part of FIG. As shown in FIGS. 3A and 3B, in the hybrid vehicle, the charging mode and the discharging mode are repeatedly switched during traveling. For this reason, as shown in FIG. 3B, the state in which the discharge current increases (hereinafter, this state is referred to as a charge / discharge pattern (1)), the state in which the discharge current decreases and heads toward the charge side (hereinafter, this state). The state is described as a charge / discharge pattern (2).), The state where the charging current increases (hereinafter, this state is referred to as the charge / discharge pattern (3)), the state where the charging current decreases toward the discharge side (hereinafter, This state can be roughly divided into four states: charge / discharge pattern (4).
[0038]
That is, as shown in FIG. 3C, it becomes difficult for the hybrid vehicle to travel with only the torque of the engine 2100, and the motor 2600 assists the engine 2100 with insufficient torque, so that the battery unit 2400 passes through the inverter 2300. Then, electric power is supplied to the motor 2600, and the vehicle is accelerated. This state is the state (1) described above. When the driver of the vehicle depresses the brake in such a state, the motor 2600 functions as a generator and regenerative braking is executed. As a result, as shown in FIG. 3C, the battery is shifted from the discharged state to the charged state. As described above, as shown in FIGS. 3A to 3C, when the hybrid vehicle travels in an urban area, the state of the charge / discharge current can be simulated with a triangular waveform.
[0039]
With reference to FIG. 4, the timing at which the internal resistance value of battery module 2412 is calculated in battery ECU 2422 according to the present embodiment will be described.
[0040]
As shown in FIG. 4, the internal resistance value of the battery module 2412 is calculated in the battery ECU 2422 according to the present embodiment because the current value at the time of charging is greater than the charging current threshold value (+ Ith). Either the state where the value goes to 0 (ΔI <0) or the state where the current value at the time of discharge is smaller than the discharge current threshold (−Ith) to the state where the current value goes to 0 (ΔI> 0) is there. That is, in battery ECU 2422 according to the embodiment of the present invention, the absolute value of the current value becomes equal to or greater than the threshold value at the time of charging or discharging, and then the current value goes to 0. When the change is continuously detected, the internal resistance value of the battery module 2412 is calculated based on the current-voltage characteristics.
[0041]
The reason why the internal resistance value of the battery module 2412 is calculated at the time of charging and discharging is the timing at which the absolute value of the current value is larger than a predetermined threshold value.
[0042]
As shown in FIGS. 5 and 6, the relationship between the peak current value and the internal resistance value has a tendency that the variation in the internal resistance value decreases as the peak current value increases. In other words, the calculated internal resistance value varies depending on the peak current value (the maximum current value at the time of calculating the internal resistance value), but this variation becomes small at a current value equal to or greater than a predetermined threshold value. For example, as shown in FIG. 5, when the peak current value is, for example, 50 A or more, the calculated internal resistance value of the battery module 2412 has a small variation regardless of the current change rate (ΔI). In addition, as shown in FIG. 6, it can be seen that when the peak current value is 50 A or more, the variation in the calculated internal resistance value of the battery module 2412 is reduced in any of urban areas, uphill roads, highways, and national roads. .
[0043]
Next, the relationship between the current change rate and the internal resistance value will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the influence of the change in the absolute value of the current change rate (ΔI) of the current change rate is that the current value changes toward 0 A and the current changes away from 0 A. The effect is small compared to. That is, the current value changes toward 0 A in both cases of discharging to charging during discharging and charging to discharging during charging. In this case, the charge / discharge pattern (2 in FIG. ) And (4), the degree of variation in the internal resistance value with respect to the change in the current change rate is small. On the other hand, when the current changes away from 0 A, the internal resistance value changes greatly with respect to the change in current change speed.
[0044]
That is, as shown in FIG. 5 to FIG. 7, battery ECU 2422 according to the present embodiment has an absolute value (peak current value) of a current value determined in advance, whether charging or discharging. The internal resistance value of the battery module 2412 is calculated when a change in the current value toward 0 is detected after reaching the threshold value. As a result, the internal resistance value of the battery module 2412 is calculated at the circled timing as shown in FIG.
[0045]
With reference to FIG. 8, a control structure of a program executed by arithmetic processing unit of battery ECU 2422 according to the present embodiment will be described.
[0046]
In step (hereinafter step is abbreviated as S) 100, battery ECU 2422 initializes various data (N = 0, C = 0).
[0047]
In S110, battery ECU 2422 measures current value I, voltage value V, and temperature T of battery module 2422. At this time, battery ECU 2422 measures current value I, voltage value V, and temperature T for each battery module 2412 based on signals input from current detection circuit 2414, voltage detection circuit 2416, and temperature detection circuit 2420.
[0048]
In S120, battery ECU 2422 adds 1 to variable N (N = N + 1). In S130, battery ECU 2422 calculates current change rate ΔI by calculating ΔI = (I (N) −I (N−1)) / dt. In S140, battery ECU 2422 determines whether flag F (1) stored in the storage unit is “1” or not. If flag F (1) is 1 (YES in S140), the process proceeds to S200. If not (NO in S140), the process proceeds to S150.
[0049]
In S150, battery ECU 2422 determines whether flag F (2) stored in the storage unit is “1” or not. If flag F (2) is 1 (YES in S150), the process proceeds to S300. If not (NO in S150), the process proceeds to S160.
[0050]
In S160, battery ECU 2422 determines whether or not current value I measured in S110 is equal to or greater than + current threshold (+ Ith). If measured current value I is equal to or greater than + current threshold value (+ Ith) (YES in S160), the process proceeds to S180. If not (NO in S160), the process proceeds to S170.
[0051]
In S170, battery ECU 2422 determines whether or not current value I measured in S110 is equal to or less than a −current threshold value (−Ith). If measured current value I is equal to or less than -current threshold value (-Ith) (YES in S170), the process proceeds to S190. If not (NO in S170), the process proceeds to S420.
[0052]
In S180, battery ECU 2422 sets 1 to flag F (1). In S190, battery ECU 2422 sets 1 to flag F (2).
[0053]
In S200, battery ECU 2422 determines whether or not current change rate ΔI is negative. If ΔI is negative (YES in S200), the process proceeds to S210. If not (NO in S200), the process proceeds to S220.
[0054]
In S210, battery ECU 2422 stores current value I (N) and voltage value V (N). Further, the battery ECU 2422 adds 1 to the variable C (C = C + 1). Thereafter, the process proceeds to S500.
[0055]
In S220, battery ECU 2422 sets 0 to flag F (1). Thereafter, the process proceeds to S400.
[0056]
In S300, battery ECU 2422 determines whether or not current change rate ΔI is positive. If ΔI is positive (YES in S300), the process proceeds to S210. If not (NO in S300), the process proceeds to S310.
[0057]
In S310, battery ECU 2422 sets 0 to flag F (2). Thereafter, the process proceeds to S400.
[0058]
In S400, battery ECU 2422 determines whether or not variable C is greater than one. If variable C is greater than 1 (YES in S400), the process proceeds to S410. In S410, battery ECU 2422 calculates internal resistance value R. At this time, the internal resistance value R is calculated based on the relationship between the current value and the voltage value measured two or more. Thereafter, the process proceeds to S600.
[0059]
In S600, battery ECU 2422 determines whether or not internal resistance value R calculated in S410 is larger than internal resistance threshold value Rlimit (T (AV)). This internal resistance threshold value Rlimit (T (AV)) is a threshold value of an internal resistance value for determining whether or not the battery module 2422 depending on the temperature T (AV) of the battery module 2412 has deteriorated. . The higher the temperature T (AV) of the battery module 2412 is, the lower the internal resistance threshold value Rlimit (T (AV)) is. The lower the temperature T (AV) of the battery module 2412 is, the lower the internal resistance threshold value Rlimit (T (AV)) is. ) Is highly related. When the secondary battery deteriorates, its internal resistance value increases. If calculated internal resistance value R is larger than internal resistance threshold value Rlimit (T (AV)) (YES in S600), the process proceeds to S610. If not (NO in S600), the process proceeds to S420.
[0060]
In S610, battery ECU 2422 performs a display process that indicates deterioration of battery module 2412 on display unit 2424. Thereafter, the process proceeds to S420.
[0061]
In S500, battery ECU 2422 determines whether or not the ignition switch is turned off. When the ignition switch is turned off (YES in S500), this process ends. If not (NO in S500), the process returns to S110.
[0062]
An operation of battery ECU 2422 according to the present embodiment based on the above-described structure and flowchart will be described.
[0063]
When the ignition switch is turned on and the hybrid vehicle starts traveling, variables are initialized (N = 0, C = 0) (S100). The current value I, voltage value V, and temperature T of the battery module 2412 are measured (S110), and the current change rate ΔI is calculated.
[0064]
In the state of charge, if the measured current value is equal to or greater than the + current threshold value (+ Ith) (YES in S160) and current change rate ΔI is negative (YES in S200), the measured current value And the voltage value are stored. In this state, when two or more sets of current value and voltage value are measured and stored (YES in S400), internal resistance value R is calculated (S410).
[0065]
In the discharged state, the measured current value is equal to or less than the −current threshold value (−Ith) (YES in S170), and the current change rate ΔI is positive (YES in S300). The current value and voltage value stored are stored. In this state, when two or more sets of current value and voltage value are measured and stored (YES in S400), internal resistance value R is calculated (S410).
[0066]
In this way, in both cases of charging and discharging, the current value at the time of charging becomes equal to or greater than the + current threshold value, and then the direction in which the current value goes to 0 continues. When two or more voltage values are stored, the internal resistance value R is calculated. In addition, when the current value measured at the time of discharge becomes equal to or less than the −current threshold value and then the direction in which the current value goes to 0 continues and two or more current values and voltage values are stored, the internal resistance value R is calculated.
[0067]
The calculated internal resistance value R is compared with the internal resistance threshold value Rlimit (T (AV)), and the calculated internal resistance value R is greater than the internal resistance threshold value Rlimit (T (AB)). The battery module 2412 is determined to be deteriorated, and information indicating that the battery module 2412 is deteriorated is displayed on the display unit 2424 (S610).
[0068]
9 and 10 show the relationship between the internal resistance value of the battery module 2412 calculated in this way and the current change rate. FIG. 9 shows variations in the internal resistance value calculated in the states of the charge / discharge patterns (2) and (4), and FIG. 10 shows the internal resistance calculated in the states of the charge / discharge patterns (1) and (3). It shows the variation of values. From FIG. 9 and FIG. 10, the calculated internal resistance value of charge / discharge patterns (2) and (4) is more influenced by the current change rate than charge / discharge patterns (1) and (3). It can be seen that the variation is small.
[0069]
As described above, according to the battery ECU of the present embodiment, when it is determined that the measured current value goes to 0 based on the time rate of change of the current value detected by the current detection circuit (that is, If the current value during charging is positive and the current value during discharging is negative, the charging current value decreases or the discharging current value increases), the battery module's internal A resistance value is calculated. In a secondary battery, a polarization voltage is generated due to the concentration gradient of the electrolyte solution in the vicinity of the electrode. The effect of this polarization voltage is such that the charge / discharge current value becomes 0 compared to when the charge / discharge current value departs from 0. The direction when heading is smaller. Furthermore, when the absolute value of the charge / discharge current value is equal to or greater than a predetermined current threshold value, it is difficult to be affected by the current change rate ΔI. As a result, when the absolute value of the peak current value is greater than or equal to a predetermined threshold value at the time of charging and discharging, and the current value goes to 0 thereafter, the influence of the polarization voltage and the current change rate Since the influence can be reduced, the accuracy of the internal resistance value calculated based on the current value and the voltage value is increased. As a result, it is possible to accurately detect the internal resistance of the secondary battery in consideration of the change rate of the polarization voltage and current, and to determine the deterioration of the battery based on the accurately detected internal resistance value.
[0070]
In the above-described embodiment, the calculated internal resistance value R is compared with the internal resistance threshold value Rlimit stored in the storage unit of the battery ECU 2422 to determine the deterioration of the battery and display on the display unit 2424. Although it has been described that information regarding battery deterioration is displayed, the present invention is not limited to this. For example, when it is determined that the battery is deteriorated, information indicating that the battery is deteriorated is transmitted from battery ECU 2422 to HV_ECU that controls the entire hybrid vehicle. In the HV_ECU, when it is detected that the battery is deteriorated, it is possible to apply a certain restriction to the control of the hybrid vehicle.
[0071]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a power train of a vehicle on which a battery ECU according to an embodiment of the present invention is mounted.
FIG. 2 is a control block diagram of the battery unit shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a charge / discharge pattern.
FIG. 4 is a diagram showing a change in current over time.
FIG. 5 is a diagram (part 1) illustrating a relationship between a peak current value and an internal resistance value;
FIG. 6 is a diagram (part 2) illustrating a relationship between a peak current value and an internal resistance value;
FIG. 7 is a diagram (part 1) illustrating a relationship between a current change rate and an internal resistance value;
FIG. 8 is a diagram showing a control structure of a program executed by the battery ECU according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram (part 2) illustrating a relationship between a current change rate and an internal resistance value;
FIG. 10 is a diagram (part 3) illustrating a relationship between a current change rate and an internal resistance value;
[Explanation of symbols]
2100 Engine, 2200 Generator, 2300 Inverter, 2400 Battery Unit, 2410 Battery Pack, 2412 Battery Module, 2414 Current Detection Circuit, 2416 Voltage Detection Circuit, 2418 Temperature Sensor, 2420 Temperature Detection Circuit, 2422 Battery ECU, 2424 Display Unit, 2500 Torque Distribution device, 2600 motor, 2700 gear unit, 2800 drive wheel.

Claims

A detection device for detecting an internal resistance value of a secondary battery based on characteristics of current and voltage,
Measuring means for measuring the current value and voltage value of the secondary battery;
First calculating means for calculating a time change rate of the current value measured by the measuring means;
The direction in which the current value of the secondary battery changes is determined based on the rate of time change calculated by the first calculation means, and the determination result is a direction in which the change in current value goes to 0 during charging or discharging. only when there, on the basis of said measured current value and the voltage value by the measuring means, a second calculation means for calculating the internal resistance of the secondary battery,
Control means for controlling the second calculation means so as to calculate the internal resistance value when the current value measured by the measurement means satisfies a predetermined condition;
The internal resistance detection device for a secondary battery, wherein the condition is a condition that an absolute value of a current value measured by the measuring unit is equal to or greater than a predetermined current value .

A detection method for detecting an internal resistance value of a secondary battery based on characteristics of current and voltage,
A measurement step of measuring a current value and a voltage value of the secondary battery;
A first calculation step of calculating a time change rate of the current value measured in the measurement step;
The direction in which the current value of the secondary battery changes is determined based on the rate of time change calculated in the first calculation step, and the determination result is a direction in which the change in current value goes to 0 during charging or discharging. only when there, on the basis of the said measured current value and the voltage value at the measurement step, a second calculation step of calculating the internal resistance of the secondary battery,
A control step for controlling the second calculation step so as to calculate the internal resistance value when the current value measured in the measurement step satisfies a predetermined condition;
The condition is a method for detecting an internal resistance of a secondary battery , wherein the absolute value of the current value measured in the measurement step is equal to or greater than a predetermined current value .