JP6536687B2 - 容量維持率推定装置又は容量維持率推定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリの容量維持率推定装置又はバッテリの容量維持率推定方法に関するものである。
電池容量を算出できる電池容量算出方法が知られている。この電池容量算出方法は、バッテリの充電期間内における所定電流積算期間のセンサ電流の積算値に基づいて電流積算充電率変化量を算出し、バッテリの状態量に基づいて所定電流積算期間の開始時および終了時の開放電圧を推定し、推定した開放電圧から所定電流積算期間の開始時および終了時の充電率を求め、両者の差分から開放電圧充電率変化量を算出する。そして、開放電圧充電率変化量に対する電流積算充電率変化量の比である容量維持率を算出し、バッテリの初期バッテリ容量に容量維持率を乗算してバッテリの電池容量を算出する(特許文献1)。
しかしながら、センサの検出誤差によって、容量維持率の演算精度が低いという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、容量維持率の推定精度の高い容量維持率推定装置及び容量維持率推定方法を提供することである。
本発明は、バッテリの電流の絶対値が0アンペア近傍になる第1時点からバッテリの電流の絶対値が0アンペア近傍になる第2時点までの期間を積算期間として特定し、積算期間におけるバッテリの電流の積算値を演算し、バッテリの検出電圧に基づき当該第1時点における第1開放電圧及び当該第2時点における第2開放電圧を演算し、当該第1開放電圧と当該第2開放電圧との電圧差と所定の条件を満たす積算値とに基づきバッテリの容量維持率を推定し、積算値が所定の下限値以上であり、かつ、前記積算期間における前記バッテリの電流の平均値が所定値以上であることを当該所定の条件とすることによって上記課題を解決する。
本発明によれば、センサの検出誤差に対して影響の小さい電流積算値を用いて、容量維持率を演算するため、容量維持率の推定精度を高めることができる、という効果を奏する。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第1実施形態》
《第1実施形態》
図1は、本実施形態に係る容量維持率推定装置を備えたバッテリパックのブロック図である。容量維持率推定装置は、バッテリの容量維持率(劣化度に相当)を推定するための装置である。本実施形態では、容量維持率推定装置はバッテリパック内に搭載されている。容量維持率推定装置は、必ずしもバッテリパック内に搭載されている必要なく、バッテリパックの外部に設けられていてもよい。
バッテリパック1は、セル10及びバッテリコントローラ20を備えている。バッテリパック1は、二次電池及びコントローラをモジュール化したデバイスである。バッテリパック1は、車両用の電源又は定置用の電源等に用いられる。
セル10は、バッテリ11、電流センサ12、電圧センサ13、及び温度センサ14を有している。バッテリ11は、複数の二次電池を直列又は並列に接続した組電池である。バッテリ11は、バッテリパック1に接続された負荷に対して、電力を出力する。バッテリ11は、バッテリパック1に接続された充電器により充電可能である。バッテリ11は、負荷の回生により充電されてもよい。二次電池は、リチウムイオン電池等である。
電流センサ12は、バッテリ11の充電電流及び放電電流を検出する。電圧センサ13はバッテリ11の電圧を検出する。温度センサ14は、バッテリ11の付近に設置されており、バッテリ11の温度を検出する。電流センサ12、電圧センサ13及び温度センサ14の検出値はバッテリコントローラ20に出力される。
バッテリコントローラ20は、電流センサ12、電圧センサ13、及び温度センサ14の検出値に基づき、バッテリ11の状態を管理する。
次に、図2を用いて、バッテリコントローラ20の構成について説明する。図2はバッテリコントローラ20のブロック図である。バッテリコントローラ20は、CPU、ROM、RAM等を備えている。バッテリコントローラ20は、バッテリ11の状態の管理機能を動作するための機能ブロックとして、ゼロ電流時点特定部21、電流積算値演算部22、平均電流演算部23、推定条件判定部24、ΔSOC−i演算部25、OCV演算部26、ΔSOC−v演算部27、容量維持率演算部28、及び満充電容量演算部29を有している。
ゼロ電流時点特定部21は、電流センサ12の検出電流に基づき、バッテリの電流の絶対値が0アンペア近傍である時点を、ゼロ電流時点として特定する。0アンペア近傍は、0以上所定値未満の範囲を示している。所定値は、バッテリ11の充放電電流がゼロであると判断できる値、言い換えるとバッテリ11に負荷がかかっていない(充放電していない)と判断できる値である。所定値は、電流センサ12の誤差又はバッテリ11の性質等により予め設定されている。バッテリ11の放電電流又は充電電流は、バッテリ11の使われ方に応じて時系列で変化する。そのため、ゼロ電流時点は、時系列に特定される。
電流積算値演算部22は、複数のゼロ電流時点の間の時間を積算時間として特定しつつ、電流センサ12の検出電流を積算することで、当該積算期間におけるバッテリ電流の積算値を演算する。
平均電流演算部23は、電流センサ12の検出電流に基づき、積算期間におけるバッテリ11の平均電流を演算する。
推定条件判定部24は、積算期間における電流積算値が、推定条件を満たしているか否かを判定する。推定条件は、電流積算値が容量維持率の推定のために適した値であることを示した条件である。推定条件は、積算期間における電流積算値が所定の下限値以上であり、かつ、積算期間における平均電流が平均電流閾値以上であることである。電流積算値の下限値及び平均電流閾値は、電流センサ12の誤差範囲に応じて予め設定されている。推定条件を満たしていない電流積算値は、容量維持率の推定に適した値ではないため、演算対象から除外される。
ΔSOC−i演算部25は、推定条件を満たす電流積算値に対応するSOCの差を演算する。すなわちΔSOC−i演算部25は、積算期間の始点から終点までの電流積算量(Ah)をバッテリの新品時における満充電容量(Ah)で除算する事によって、積算期間の始点から終点までの間のSOCの変化量を算出する。OCV演算部26は、電圧センサ13の検出電圧に基づき、ゼロ電流時点における開放電圧を演算する。積算期間の始点と終点は、ゼロ電流時点となる。そのため、OCV演算部26は、温度や劣化度によって変化するバッテリ11の内部抵抗の影響を極力抑制して、積算期間の始点と終点それぞれについて、開放電圧を演算することができる。なお、以下では開放電圧をOCV(Open Circuit Voltage)とも記載する。
ΔSOC−v演算部27は、積算期間の始点における開放電圧と、積算期間の終点における開放電圧との電圧差を演算する。ΔSOC−v演算部27は、演算した電圧差に対応するSOCの差を演算する。すなわちΔSOC−v演算部27は、積算期間の始点における開放電圧と終点における開放電圧との差に基づいて、積算期間の始点から終点までの間のSOCの変化量を算出する。
容量維持率演算部28は、ΔSOC−i演算部25により演算されたSOC差(ΔSOC−i)とΔSOC−v演算部27により演算されたSOC差(ΔSOC−v)に基づき、バッテリ11の現在の容量維持率を演算する。容量維持率演算部28は、ΔSOC−i演算部25により演算されたSOC差(ΔSOC−i)をΔSOC−v演算部27により演算されたSOC差(ΔSOC−v)で割ることで、現在の容量維持率を演算する。すなわち、ΔSOC−i演算部25による演算、ΔSOC−v演算部27による演算、及び、容量維持率演算部28による演算により、容量維持率が推定される。そして、満充電容量演算部29は、現在の容量維持率及びバッテリ11の初期の満充電容量に基づき、バッテリ11の現在の満充電容量を演算する。
次に、バッテリコントローラ20が満充電容量を演算する際の制御フローを、図3を用いて、図3は、バッテリコントローラ20の制御フローを示すフローチャートである。なお、図3に示す制御フローは、ゼロ電流時点を特定したタイミングで繰り返し実行される。
ステップS1にて、電流積算値演算部22は、前回のゼロ電流時点から今回のゼロ電流時点までの電流積算値を演算する。
ステップS2にて、平均電流演算部23は、前回のゼロ電流時点から今回のゼロ電流時点までの平均電流を演算する。
ステップS3にて、推定条件判定部24は、電流積算値が予め定めた下限値以上から上限値以下までの範囲内であるか否かを判定する。電流積算値が下限値未満である場合、又は、電流積算値が上限値より大きい場合には、制御フローを終了する。電流積算値が下限値以上から上限値以下までの範囲内である場合には、制御フローはステップS4に進む。
ステップS4にて、推定条件判定部24は、平均電流値が予め定めた平均電流閾値以上であるか否かを判定する。平均電流値が平均電流閾値未満である場合には、制御フローを終了する。平均電流値が平均電流閾値以上である場合には、制御フローはステップS5に進む。
ここで、ステップS3,4の制御フローの判定に用いた推定条件について、説明する。まず、推定条件のうち電流積算値の下限値について図4を用いて説明する。図4は、電流積算値と開放電圧の変化量との関係を示すグラフである。グラフaはバッテリ11の新品時の特性を示す。グラフbは、バッテリ11の満充電容量が半分になった時の特性を示す。バッテリ11の電流積算値と、電流積算値に相当するOCVの変化量をそれぞれ測定すると、測定値は図4に示すような点でプロットされる。電流積算値とOCV変化量との間には比例関係がある。ただし、バッテリの劣化が進むと、満充電容量の低下に応じて電流積算値に対するOCV変化量が大きくなり、グラフの傾きが大きくなる。
ここで、電流積算値はバッテリ11の残充電電荷量の変化量に相当する。一方、OCVはSOC(State Of Charge:満充電時の充電電荷量に対する残充電電荷量の割合)と相関が有り、従って、OCVの変化量はバッテリ11のSOCの変化量に相当する。このため、残充電電荷量の変化量に相当する電流積算値とSOCに相当するOCVの変化量とは相関する。但し、残充電電荷量の変化量である電流積算値が同じであっても、バッテリの劣化による満充電時の充電電荷量(満充電容量)の低下に伴ってSOCの変化量に相当するOCVの変化量は大きくなる。なお、上述の通りOCVはSOCと相関が有り、SOCはOCVから一義的に導き出せるため、 実質的にはOCVとSOCとは同義である。
図4のグラフにより、電流積算値が小さい時には、OCV変化量が小さい。そして、電流積算値が小さい時には、OCVの変化量が小さい分、OCVの変化量に対して、電流センサ12の誤差の影響が大きくなる。すなわち、電流積算値が小さい時には、OCVの変化が、バッテリ11の充放電による変化か、電流センサの誤差による変化なのか、判別が難しい。そのため、本実施形態では、推定条件として電流積算値の下限値が設定されている。
次に、推定条件のうち電流積算値の上限値について図5を用いて説明する。図5は、電流センサの検出値と誤差との関係を示すグラフである。
図5に示すように、電流センサ12の誤差特性は、電流ゼロの時の誤差を最小値とした2次曲線となる。すなわち、電流値の絶対値が大きくなるほど、誤差は大きくなる。電流積算値が大きくなると、電流センサの誤差が積み上がることになり、電流積算値に対する誤差の影響が大きくなる。そのため、本実施形態では、推定条件として電流積算値の上限値が設定されている。
上述の通り、電流積算値が下限値より小さい場合には、OCVの変化量に対して、電流センサ12の誤差の影響が大きくなる。一方で、電流値が大きく、電流積算値が上限値より大きい場合には、電流センサの誤差による電流積算値に対する誤差の影響が大きくなる。このため、電流積算値の上限値及び下限値は、電流センサの誤差による影響を抑制できるような値を、予め実験等によって定めたものである。
上述の通り、電流積算値が下限値より小さい場合には、OCVの変化量に対して、電流センサ12の誤差の影響が大きくなる。一方で、電流値が大きく、電流積算値が上限値より大きい場合には、電流センサの誤差による電流積算値に対する誤差の影響が大きくなる。このため、電流積算値の上限値及び下限値は、電流センサの誤差による影響を抑制できるような値を、予め実験等によって定めたものである。
推定条件のうち平均電流閾値について図5を用いて説明する。バッテリ11の容量維持率の演算式は、開放電圧に基づくSOC差(ΔSOC−v)を分子とし、電流積算値に基づくSOC差(ΔSOC−i )を分母としている。図5に示す特性より、バッテリ11の電流(充放電電流)が小さい場合には、検出電流値の誤差は小さくなる。容量維持率の演算式において、検出電流値の誤差成分は分母に影響する。そのため、検出電流値の誤差が小さいほど容量維持率の演算値に対する影響が小さくなる。そこで、本実施形態では、推定条件として平均電流閾値が設定されている。
また、平均電流閾値を設定する他の理由として、以下の理由が挙げられる。例えば一例として、電流の経時的変化が図6に示すような変化であると仮定する。図6は、電流の経時的変化を示すグラフである。図6に示すような電流変化において、電流積算値は下限値以上から上限値以下までの範囲内とする。
図6に示す電流変化では、時間t1までの高電流の期間は短く、時間t1以降の低電流の期間は長くなっている。時間t1以降、電流値は低いため、電流センサ12の誤差は小さい。しかしながら、時間t1以降の低電流の期間が長いため、小さな電流誤差が長い時間をかけて積み上がることになり、その結果、電流積算値に含まれる全体の誤差は大きくなる。そのため、本実施形態では、推定条件として平均電流閾値が設定されている。図6に示すような電流変化では、平均電流が平均電流閾値未満となるため、推定条件を満たさないことになる。
ステップS3及びステップS4の制御フローにおいて、推定条件を満たす場合には、OCV演算部26は、前回のゼロ電流時点における開放電圧(OCV1)と今回のゼロ電流時点における開放電圧(OCV2)を演算する。
図7を用いて、開放電圧の演算に用いられる検出電圧の検出タイミングについて説明する。図7は、ゼロ電流時点(ta)の前後におけるバッテリ11電流変化(図7(a)に示す電流変化)及び電圧変化(図7(b)に示す電圧変化)を示すグラフである。
図7に示すように、バッテリ11の充電電流は、時間taでゼロになる。バッテリ11の電圧は、時間taで下がり始めるが、分極現象によって、時間taでは完全には下がらない。バッテリ11の電圧は、時間ta以降も徐々に下がる。そして、時間tbで、分極がほぼ解消され、バッテリ11の電圧は下がりきった電圧となる。すなわち、時間taから時間tbまでの間は分極期間となり、バッテリ電圧が不安定な状態なる。そして、分極期間中の検出電圧に基づいて、開放電圧が演算された場合には、演算誤差の要因にもなる。そのため、OCV演算部26は、ゼロ電流時点から所定の分極期間の経過後の検出電圧に基づき開放電圧を演算している。分極期間は、バッテリ11の特性に応じて予め設定されている。また、OCV演算部26は、バッテリの電圧の大きさに応じて、分極時間の長さを設定してよい。これにより、分極が解消された電圧に基づき開放電圧を演算しているため、開放電圧の演算精度を高めることができる。
ステップS5の制御フローにて開放電圧(OCV1、OCV2)を演算した後、ステップS6にて、ΔSOC−v演算部27は、今回の開放電圧(OCV2)に対応する充電状態(SOC:State of Charge)を演算する。開放電圧とSOCとの間には相関関係がある。ΔSOC−v演算部27は、この相関関係をマップとして予め記憶し、当該マップを参照してSOCを演算する。そして、ΔSOC−v演算部27は、今回の開放電圧(OCV2)に対応するSOC2と前回の開放電圧(OCV1)に対応するSOC1との差分を演算することで、SOCの変化量(ΔSOC−v)を演算する。
ステップS7にて、ΔSOC−i演算部25は、現在のバッテリ11の満充電容量に対する電流積算値の比で表す演算式によって、SOC変化量(ΔSOC−i)を演算する。ステップS8にて、容量維持率演算部28は、SOC変化量(ΔSOC−i)に対するSOC変化量(ΔSOC−v)の比で表す演算式によって、容量維持率を演算する。ステップS9にて、満充電容量演算部29は、初期の満充電容量に、現在の容量維持率を乗ずることで、現在の満充電容量を演算する。
上記のように、本実施形態では、バッテリの電流の絶対値が0アンペア近傍になる第1時点からバッテリの電流の絶対値が0アンペア近傍になる第2時点までの期間を積算期間として特定し、積算期間におけるバッテリの電流の積算値を演算し、バッテリの検出電圧に基づき第1時点における第1開放電圧及び第2時点における第2開放電圧を演算し、第1開放電圧と第2開放電圧との電圧差と推定条件を満たす積算値とに基づきバッテリの容量維持率を推定する。このとき、積算値が所定の下限値以上であり、かつ、前記積算期間における前記バッテリの電流の平均値が所定値以上であることを、推定条件として設定されている。これにより、センサの検出誤差に対して影響の小さい電流積算値を用いて、容量維持率を演算するため、容量維持率の推定精度を高めることができる。
ここで、電流積算値と容量維持率の演算誤差との関係について、図8を用いて説明する。図8は、電流積算値と演算誤差との関係を示すグラフである。図8において、菱形は、電流積算値に対する演算誤差の測定値をプロットしたものである。容量維持率の演算は、図3に示す制御フローで実行した演算方式(以下、ΔSOC演算方式とも称す)を用いている。
電流積算値は、上記の推定条件に限定せず、少なくともゼロより高くしつつ、広い範囲としている。また演算誤差は、SOC演算方式を使って演算した演算値と、実際の容量維持率との差に相当する。そして、許容できる演算誤差の下限値をCLとし、上限値をCHとする。
図8に示すように、電流積算値がゼロに近い値で、演算誤差が最も大きくなる。そして、電流積算値の絶対値が大きくなるにつれて、演算誤差が小さくなる。さらに電流積算値の絶対値が大きくなると、所定の領域を境に、演算誤差が再び大きくなる。プロットされた測定値に対して、近似曲線を描くと、グラフaのようなグラフとなる。そして、近似曲線aと演算誤差の上限値CHとの交点で示される範囲Aが、電流積算値に対した演算誤差が小さくなる範囲となる。範囲Aは、近似曲線aと演算誤差の下限値CLとの交点で示される範囲とも同じ範囲となる。
本実施形態では、範囲Aに相当する電流積算値の上限値及び下限値を、推定条件における電流積算値の上限値及び下限値に設定している。図8に示すように、推定条件を満たす電流積算値は、範囲A内に含まれることになるため、演算誤差は、範囲A外の誤差と比較して小さくなる。これにより、推定条件を満たす電流積算値を演算対象にすることで、容量維持率の推定精度を高めることができる。
また本実施形態では、ゼロ電流時点の間の期間を、容量維持率の演算対象の期間に設定している。これにより、開放電圧(無負荷電圧)の推定精度を高め、満充電容量の演算精度を向上させることができる。
ここで、図9を用いて、演算方式とSOC誤差との関係について説明する。SOCを演算する方式として、電流積算値及び開放電圧からSOCを演算する方式が考えられる。すなわち、この方式は、開放電圧から求めたSOC(以下、SOC-v)と電流積算値から求めたSOC(以下、SOC-i)とを所定の比率で合算する(重み付け合成する)ことによってSOCを演算する方式であり、以下ではブレンド方式とも言う。ブレンド方式のSOC算出方法において、電流値が比較的小さい場合にはSOC-vの比率が大きい比率に設定され、SOC-iの比率が小さい比率に設定される。電流値が比較的大きい場合にはSOC-iの比率が大きい比率に設定され、SOC-vの比率が小さい比率に設定される。そして、設定されたSOC-iの比率及び設定されたSOC-vの比率を合算することで、SOCが算出される。なお、このようなブレンド方式のSOC算出方法は例えば特開2013-217899号等に記載の通りよく知られた算出方法であり、以下では詳述しない。また、本実施形態においてはSOC算出方法をSOC-vとSOC-iとを所定の比率で合算するブレンド方式として記載するが、SOC算出方法はブレンド方式に限らない。例えば電流値に応じてSOC-vとSOC-iとのいずれかをSOCとして採用するSOC算出方法であってもよい。
図9はブレンド方式でSOCを演算したときのSOC誤差である。そして、時間tAから時間tBまでの期間は、電流が小さくなった期間であり、時間0から時間tAまでの期間及び時間tB以降の期間は電流が大きくなった期間である。ゼロ電流時点は、時間tAから時間tBの期間内にあったとする。
ブレンド方式のSOC算出方法においては、時間0から時間tAまでの期間及び時間tB以降の期間は電流値が大きいためSOC-iの合成比率が大きく、SOC-vの合成比率が小さい。一方、時間tAから時間tBまでの期間はSOC-vの合成比率が大きく、SOC-iの合成比率が小さい。合成比率は、SOC-iの比率とSOC-vの比率とを合算した合算比率に対する割合に相当する。
時間0を始点として、電流積算値に基づくSOC-iの合成比率が高いため、電流センサ12による誤差が時間の経過と共に積み上がる。時間tA以降も電流積算値に基づくSOC-iの合成比率が高いままであると、電流が低くなっても、誤差は積み上がり、電流誤差はさらに積み上がる。一方、電流値が小さい場合にはSOC-vの合成比率を大きくするブレンド方式であれば、ゼロ電流時点における電圧に基づいて開放電圧を演算し、この開放電圧を用いて算出したSOC-vの合成比率が大きくなるため、ゼロ電流時点における開放電圧に基づくSOCの演算が、電流積算値に基づくSOC誤差を補正していることになる。すなわち、ブレンド方式では、電流積算値に基づくSOCの推定誤差を、ゼロ電流地点時点における開放電圧に基づくSOCの推定によって、補正を行っていることなる。その結果として、満充電容量の演算精度を向上させることができる。
また本実施形態では、積算値が所定の下限値以上から上限値以下までの範囲が推定条件として設定されている。これにより、センサの検出誤差に対して影響の小さい電流積算値を用いて、容量維持率を演算するため、容量維持率の推定精度を高めることができる。
また、本実施形態の変形例として、推定条件判定部24は、容量維持率の推定値に基づき、推定条件に含まれる電流積算値の下限値を設定してもよい。図10は、バッテリ11の電流変化(図10(a)に示す変化)及び電圧変化(図10(b)に示す変化)の一例を示すグラフである。
図10に示す電流及び電圧変化は、バッテリが、ある充電状態(SOCS)から充電された際の変化であって、グラフaは初期状態(劣化前)の電流変化を示し、グラフbは劣化後の電流変化を示す。また時間tpは、初期状態のバッテリ11において、時間t0から積算された電流積算値が推定条件の下限値に達した時間を表している。
バッテリ11の管理を行う際には、バッテリ11の保護を目的として、SOCの上限値(SOCH)が予め設定されている。バッテリコントローラ20はバッテリ11のSOCが上限値(SOCH)より高くならないように、バッテリ11を管理している。初期状態のバッテリ11では、SOCSから充電を開始した場合に、SOCがSOCHに達する前に、充電電流の積算値が推定条件の下限値に達する。そのため、時間t0から時間tpまでに積層された電流積算値を、容量維持率の推定制御に用いることができる。
一方、バッテリ11が劣化した場合には、満充電容量が小さくなるため、充電電流を同じ値とした時、劣化後のSOCの変化量(図11(b)のグラフの傾きに相当)は初期状態(劣化前)のSOCの変化量よりも大きくなる。そして、充電電流の積算値が推定条件の下限値に達する前に、時間tqの時点で、SOCが上限値(SOCH)に達し、充電電流は低くなる。そのため、容量維持率を推定する頻度が少なくなる。
図11に示す特性は、図10と同様に、バッテリが、ある電圧(VS)から充電された際の電流及び電圧変化の一例であって、グラフaは初期状態(劣化前)の特性を示し、グラフbは劣化後の特性を示す。また時間tpは、初期状態のバッテリ11において、時間t0から積算された電流積算値が推定条件の下限値に達した時間を表している。
バッテリ11の管理を行う際には、バッテリ11の保護を目的として、電圧の上限値(VH)及び下限値(VL)が予め設定されている。バッテリコントローラ20はバッテリ11の電圧が上限値(VH)より高くならないように、バッテリ11を管理している。初期状態のバッテリ11では、VSから充電を開始した場合に、バッテリ電圧がVHに達する前に、充電電流の積算値が推定条件の下限値に達する。そのため、時間t0から時間tpまでに積層された電流積算値を、容量維持率の推定制御に用いることができる。
バッテリ11が劣化した場合には、満充電容量が小さくなり、バッテリ11の内部抵抗が大きくなる。バッテリ電圧(V)、開放電圧(E)、バッテリ電流(I)、及び内部抵抗(R)を含むバッテリ11の関係式(V=E+IR)によると、内部抵抗が増加すると電流と内部抵抗によって発生する電圧(IR)の変化が増加し、満充電容量が小さくなると残充電電荷量の変化に伴う電圧変化、すなわち開放電圧(E)の変化が大きくなる。すなわち、バッテリ11が劣化した場合に、バッテリ電圧は、バッテリ11の劣化前と比較して、変化しやすくなり、上限値又は下限値に当たりやすくなる。図11(b)に示すように、充電電流の積算値が推定条件の下限値に達する前に、時間tqの時点で、バッテリ電圧が上限値(VH)に達し、充電電流は低くなる。そのため、容量維持率を推定する頻度が少なくなる。
図12に示す特性は、バッテリが、ある充電状態(SOCS)から放電された際の電流及びSOC変化の一例であって、グラフaは初期状態(劣化前)の電流変化を示し、グラフbは劣化後のSOC変化を示す。また時間tpは、初期状態のバッテリ11において、時間t0から積算された電流積算値が推定条件の下限値に達した時間を表している。
バッテリ11の管理を行う際には、バッテリ11の保護を目的として、SOCの下限値(SOCL)が予め設定されている。バッテリコントローラ20はバッテリ11のSOCが下限値(SOCL)より低くならないように、バッテリ11を管理している。初期状態のバッテリ11では、SOCSから放電を開始した場合に、SOCがSOCLに達する前に、放電電流の積算値が推定条件の下限値に達する。そのため、時間t0から時間tpまでに積層された電流積算値を、容量維持率の推定制御に用いることができる。
一方、バッテリ11が劣化した場合には、満充電容量が小さくなるため、放電電流を同じ値とした時、劣化後のSOCの変化量(図11(b)のグラフの傾きに相当)は初期状態のSOCの変化量よりも大きくなる。そして、放電電流の積算値が推定条件の下限値に達する前に、時間tqの時点で、SOCが下限値(SOCL)に達し、放電電流はゼロになる。そのため、容量維持率を推定する頻度が少なくなる。
変形例に係る推定条件判定部24は、容量維持率の推定値に基づき、推定条件の下限値を小さくする。具体的には、推定条件判定部24は、容量維持率が小さくなるほど、推定条件の下限値を小さくする。または、推定条件判定部24は、容量維持率が所定値より低い場合には、推定条件の下限値を小さくする。これにより、バッテリ11が劣化した場合でも、容量維持率の演算頻度を確保できる。
また、変形例に係る推定条件判定部24は、容量維持率の推定値の代わり、バッテリ11の内部抵抗又はバッテリ11の使用期間に基づいて、推定条件の下限値を設定する。具体的には、推定条件判定部24は、内部抵抗が高くなるほど、又は、使用期間が長くなるほど、推定条件の下限値を小さくする。または、推定条件判定部24は、内部抵抗が所定値より高い場合に、又は、使用期間が所定時間より長い場合に、推定条件の下限値を所定値より小さくする。
また本実施形態の変形例として、推定条件判定部24は、電流積算値が下限値以上から上限値以下までの範囲内であること、及び、平均電流値が平均電流閾値未満であることに加えて、温度センサ14の検出電圧が所定の温度閾値以上であることを、推定条件に加える。
図13は、バッテリ11の温度に対する内部抵抗の特性を示すグラフである。図13に示すように、バッテリ11の特性として、バッテリ11の温度が所定値以上である場合にはバッテリ11の内部抵抗は一定値で推移する。一方、バッテリ11の温度が所定値未満である場合には、バッテリ11の温度が低いほど、内部抵抗が大きくなる。また、低温領域における内部抵抗の上昇により、温度センサ14の誤差が大きくなる。
OCV演算部26が開放電圧を演算する際に、直線回帰演算方式を用いる場合には、演算式に内部抵抗を含むことになるため、低温領域では、開放電圧の誤差が大きくなる可能性がある。なお、直線回帰演算方式では、電流センサの検出値(V)、電圧センサの検出値(I)及びバッテリ11の内部抵抗(R)を用いて、演算式(V=E+I×R)により開放電圧(E)を求める方式である。
そのため、変形例では、推定条件判定部24は、温度センサ14の検出電圧が所定の温度閾値以上であることを、推定条件に加える。これにより、低温領域における温度センサの誤差による影響を抑制しつつ、容量維持率の演算精度を高めることができる。
また本実施形態の変形例として、推定条件判定部24は、電流積算値が下限値以上から上限値以下までの範囲内であること、及び、平均電流値が平均電流閾値未満であることに加えて、電流センサ12の検出電流が、所定時間、所定の電流閾値以上であることを、推定条件に加えてもよい。図6に示したように、電流積算期間のうち、低電流の期間が長く続くと、電流センサ12の誤差が電流積算値に積み上がることで、容量維持率の演算精度が低くなる。そのため、変形例に係る推定条件判定部24は、バッテリ11の電流値の条件を加えることで、電流積算期間が低電流期間(図6に示す時間t1以降の電流期間)を含む場合に、当該電流積算期間における電流積算値を、演算対象から除外している。これにより、容量維持率の推定精度を高めることができる。
なお、本実施形態により推定された容量維持率は、容量維持率演算部28で演算された容量維持率、又は、満充電容量演算部29で演算された満充電容量に相当する。
上記の電流センサ12及び電圧センサ13が本発明に係る検出部に相当し、推定条件判定部24、ΔSOC−i演算部25、ΔSOC−v演算部27、及び容量維持率演算部28、満充電容量演算部29が本発明に係る容量維持率推定部に相当する。
1…バッテリパック
10…セル
11…バッテリ
12…電流センサ
13…電圧センサ
14…温度センサ
20…バッテリコントローラ
21…ゼロ電流時点特定部
22…電流積算値演算部
23…平均電流演算部
24…推定条件判定部
25…ΔSOC−i演算部
26…OCV演算部
27…ΔSOC−v演算部
28…容量維持率演算部
29…満充電容量演算部
10…セル
11…バッテリ
12…電流センサ
13…電圧センサ
14…温度センサ
20…バッテリコントローラ
21…ゼロ電流時点特定部
22…電流積算値演算部
23…平均電流演算部
24…推定条件判定部
25…ΔSOC−i演算部
26…OCV演算部
27…ΔSOC−v演算部
28…容量維持率演算部
29…満充電容量演算部
Claims (8)
- バッテリの容量維持率を推定する容量維持率推定装置であって、
前記バッテリの電流及び前記バッテリの電圧を検出する検出部と、
前記バッテリの電流の絶対値が0アンペア近傍になる第1時点から前記バッテリの電流の絶対値が0アンペア近傍になる第2時点までの期間を積算期間として特定し、前記検出部により検出された前記バッテリの検出電流に基づき、前記積算期間における前記バッテリの電流の積算値を演算する電流積算値演算部と、
前記検出部により検出された検出電圧に基づき前記第1時点における前記バッテリの第1開放電圧を演算し、前記検出部により検出された検出電圧に基づき前記第2時点における前記バッテリの第2開放電圧を演算する開放電圧演算部と、
前記第1開放電圧と前記第2開放電圧との電圧差と所定の条件を満たす前記積算値とに基づき前記バッテリの容量維持率を推定する容量維持率推定部とを備え、
前記所定の条件は、前記積算値が所定の下限値以上であり、かつ、前記積算期間における前記バッテリの電流の平均値が所定値以上である
容量維持率推定装置。 - 前記所定の条件は、前記積算値が前記所定の下限値以上から所定の上限値以下の範囲である
請求項1記載の容量維持率推定装置。 - 前記検出部は前記バッテリの温度を検出し、
前記所定の条件は、前記バッテリの温度が所定の温度閾値以上である
請求項1又は2記載の容量維持率推定装置。 - 前記所定の条件は、前記バッテリの検出電流の絶対値が、所定期間、所定の電流閾値以上である
請求項1〜3のいずれか一項に記載の容量維持率推定装置。 - 前記開放電圧演算部は、
前記第1時点から所定の分極期間の経過後の前記バッテリの検出電圧に基づき前記第1開放電圧を演算し、前記第2時点から所定の分極期間の経過後の前記バッテリの検出電圧に基づき前記第2開放電圧を演算する
請求項1〜4のいずれか一項に記載の容量維持率推定装置。 - 前記容量維持率推定部は、前記容量維持率の推定値に基づき、前記所定の下限値を設定する
請求項1〜5のいずれか一項に記載の容量維持率推定装置。 - 前記容量維持率推定部は、前記バッテリの内部抵抗又は前記バッテリの使用期間に基づき、前記所定の下限値を設定する
請求項1〜5のいずれか一項に記載の容量維持率推定装置。 - バッテリの容量維持率を推定する容量維持率推定方法であって、
センサを用いて、前記バッテリの電流及び前記バッテリの電圧を検出し、
前記バッテリの電流の絶対値が0アンペア近傍になる第1時点から前記バッテリの電流の絶対値が0アンペア近傍になる第2時点までの期間を積算期間として特定し、
前記センサにより検出された前記バッテリの検出電流に基づき、前記積算期間における前記バッテリの電流の積算値を演算し、
前記センサにより検出された検出電圧に基づき前記第1時点における前記バッテリの第1開放電圧を演算し、
前記センサにより検出された検出電圧に基づき前記第2時点における前記バッテリの第2開放電圧を演算し、
前記第1開放電圧と前記第2開放電圧との電圧差を演算し、
所定の条件を満たす前記積算値と前記電圧差とに基づき前記バッテリの容量維持率を推定し、
前記所定の条件は、前記積算値が所定の下限値以上であり、かつ、前記積算期間における前記バッテリの電流の平均値が所定値以上である
容量維持率推定方法。
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