JP6631172B2 - 内部抵抗算出装置、コンピュータプログラム及び内部抵抗算出方法 - Google Patents

内部抵抗算出装置、コンピュータプログラム及び内部抵抗算出方法 Download PDF

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Description

本発明は、二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出装置、該内部抵抗算出装置を実現するためのコンピュータプログラム及び内部抵抗算出方法に関する。
近年、HEV(Hybrid Electric Vehicle:ハイブリッド自動車)及びEV(Electric Vehicle:電気自動車)等の車両が普及しつつある。HEV及びEVは二次電池を搭載している。このような車両の走行に伴って、二次電池の充電と放電の切り替えが繰り返される。過放電又は過充電を行うと二次電池を劣化させることになるため、二次電池の充電量を把握しながら充放電を制御する必要がある。また、二次電池の劣化を判定するためには、二次電池の内部抵抗を正確に把握する必要がある。
充放電切替後の二次電池の状態は不安定であるため、充放電の切替時点より所定時間経過後に検出された電圧及び電流に基づいて二次電池の内部抵抗を演算する演算装置が開示されている(特許文献1参照)。
特開2011−257219号公報
しかし、特許文献1のような装置にあっては、二次電池の電圧及び電流を検出する際のサンプリング周期は、例えば、100msを採用している。しかし、充放電切替後の実際の電圧及び電流は、サンプリング周期よりも短い周期で変動するため、サンプリングして得られる電圧値及び電流値が、二次電池の電圧及び電流の変動幅のどの位置になるのかが不明であり、内部抵抗値を精度よく算出することができない場合がある。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、二次電池の内部抵抗を精度よく算出することができる内部抵抗算出装置、該内部抵抗算出装置を実現するためのコンピュータプログラム及び内部抵抗算出方法を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出装置であって、所定の第1サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、該取得部で取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、該切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第1サンプリング周期を該第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期に変更する変更部と、前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第1サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第2サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部とを備える。
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、二次電池の内部抵抗を算出させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、所定の第1サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第1サンプリング周期を該第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期に変更する変更部と、前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第1サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第2サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部として機能させる。
本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出方法は、二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出方法であって、所定の第1サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得部が取得し、取得された電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を切替判定部が判定し、充放電の切り替え有りと判定された場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第1サンプリング周期を該第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期に変更部が変更し、前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第1サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第2サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を抵抗算出部が算出する。
本発明によれば、二次電池の内部抵抗を精度よく算出することができる。
本実施の形態の内部抵抗算出装置としての電池監視装置を搭載した車両の要部の構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態の二次電池算出装置としての電池監視装置の構成の一例を示すブロック図である。 二次電池ユニットの電流波形の一例を示す説明図である。 図3の電流波形の時間軸を拡大した場合の放電側の電流波形の一例を示す説明図である。 本実施の形態の電池監視装置による電流のサンプリング値の一例を示す説明図である。 本実施の形態の電池監視装置の処理手順の第1例を示すフローチャートである。 本実施の形態の電池監視装置の処理手順の第1例を示すフローチャートである。 本実施の形態の電池監視装置の処理手順の第2例を示すフローチャートである。 本実施の形態の電池監視装置の処理手順の第2例を示すフローチャートである。
[本願発明の実施形態の説明]
本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出装置であって、所定の第1サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、該取得部で取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、該切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第1サンプリング周期を該第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期に変更する変更部と、前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第1サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第2サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部とを備える。
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、二次電池の内部抵抗を算出させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、所定の第1サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第1サンプリング周期を該第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期に変更する変更部と、前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第1サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第2サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部として機能させる。
本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出方法は、二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出方法であって、所定の第1サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得部が取得し、取得された電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を切替判定部が判定し、充放電の切り替え有りと判定された場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第1サンプリング周期を該第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期に変更部が変更し、前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第1サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第2サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を抵抗算出部が算出する。
取得部は、所定の第1サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する。第1サンプリング周期は、例えば、10msとすることができるが、これに限定されるものではない。切替判定部は、取得部で取得した電流に基づいて二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する。例えば、充電又は放電の一方を正と定めておき、電流が正から負又は0になった場合、電流が0から正又は負になった場合、あるいは電流が負から正又は0になった場合、充放電の切り替えが有ったと判定することができる。
変更部は、切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、取得部が電圧及び電流を取得する際の第1サンプリング周期を第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期に変更する。例えば、第1サンプリング周期が10msの場合、第2サンプリング周期は1msとすることができるが、これに限定されるものではない。
抵抗算出部は、二次電池の充放電の切り替え時点前に取得部が第1サンプリング周期で取得した電圧Vb及び電流Ib、並びに二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間T経過後に取得部が第2サンプリング周期で取得した電圧Vc及び電流Icに基づいて、二次電池の内部抵抗を算出する。
二次電池は、電解液バルクの抵抗Rs、界面電荷移動抵抗Rc、電気二重層キャパシタンスC、拡散インピーダンスZwで構成される等価回路で表すことができる。そして、二次電池の内部抵抗は、電解液バルクの抵抗Rs及び界面電荷移動抵抗Rcが主要部分を占める。一方、交流インピーダンス法を用いて二次電池のインピーダンスを複数の周波数で測定した値をプロットしたインピーダンススペクトルにおいて、周波数を高周波数から低周波数へ変化させた場合、ある境界周波数域で、拡散インピーダンスZwが増加し、二次電池のインピーダンスが増加する。そして、待機時間Tは、拡散インピーダンスZwが増加する境界周波数域に基づいて求めることができる。待機時間Tは、例えば、100msとすることができるが、これに限定されるものではない。
充放電の切替前後の2点間の電圧、電流から求められる直線の傾きの絶対値が、二次電池の内部抵抗を示す。そこで、内部抵抗Rは、例えば、R=(Vc−Vb)/(Ic−Ib)で算出する。充放電切替後に電圧、電流が短い周期で変動する場合でも、充放電切替後のサンプリング周期を短くして電圧、電流のサンプリングを行うので、電圧変動、電流変動を捉えることができる。これにより、充放電切替後の電圧Vc、電流Icを正確に取得することができ、二次電池の内部抵抗を精度よく算出することができる。
本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、前記変更部は、前記切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、前記二次電池の充放電の切り替え時点及び前記待機時間経過時点の間で前記第2サンプリング周期に変更する。
変更部は、切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、二次電池の充放電の切り替え時点及び待機時間T経過時点の間で第2サンプリング周期に変更する。例えば、充放電切替時点を0msとし、待機時間Tを100msとすると、充放電の切り替え時点及び待機時間T経過時点の間の時点(所定時点)は、充放電切替時点から90ms経過した時点とすることができるが、これに限定されるものではない。所定時点を90ms、待機時間Tを100msとした場合、所定時点は、待機時間Tに対して10ms前の時点となる。
二次電池の内部抵抗を精度よく算出するためには、待機時間T経過後の電圧、電流をより正確に検出する必要がある。充放電の切替時点以降、サンプリング周期を短くすれば、待機時間T経過時には、確実に短いサンプリング周期で電圧、電流を取得することができる。一方で、サンプリング周期を短くすることは、処理労力を増大させる。そこで、待機時間Tに対して時間的に十分前の所定時点(100msの待機時間Tに対して、10ms前の時点)まで、サンプリング周期を短くするタイミングを遅らせることにより、二次電池の内部抵抗の算出精度を高めつつ処理労力の増加を抑制することができる。
本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、前記取得部が前記第2サンプリング周期で複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の変動幅が所定の変動閾値以上である場合、該複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の統計値を算出する統計値算出部を備え、前記抵抗算出部は、前記待機時間経過後に前記統計値算出部で算出した統計値に基づいて前記二次電池の内部抵抗を算出する。
統計値算出部は、取得部が第2サンプリング周期で複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の変動幅が所定の変動閾値以上である場合、複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の統計値を算出する。変動幅は、例えば、複数回取得した電圧又は電流のサンプリング値の最大値と最小値との差分とすることができるが、これに限定されるものではない。複数回は、例えば、5回とすることができるが、これらに限定されない。統計値は、例えば、過去5回のサンプリング値の移動平均とすることができるが、これに限定されない。
抵抗算出部は、待機時間T経過後に統計値算出部で算出した統計値に基づいて二次電池の内部抵抗を算出する。例えば、電圧の統計値をVa、電流の統計値をIaとすると、内部抵抗Rは、R=(Va−Vb)/(Ia−Ib)で算出することができる。
待機時間T経過後に過去5回に亘ってサンプリングした値の変動幅が変動閾値以上である場合、過去5回のサンプリング値の移動平均を用いるので、待機時間T経過の前後で電圧又は電流が変動する場合でも、サンプリング値の変動を相殺して電圧、電流を取得することができ、二次電池の内部抵抗を精度よく算出することができる。
本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、前記抵抗算出部は、前記待機時間経過後に前記取得部で取得した電流が所定の電流閾値より大きい場合、前記二次電池の内部抵抗を算出する。
抵抗算出部は、待機時間T経過後に取得部で取得した電流が所定の電流閾値より大きい場合、二次電池の内部抵抗を算出する。内部抵抗を算出するために待機時間Tが経過した後に取得した電流が小さい場合には、内部抵抗を精度よく算出することができないので、電流が所定の電流閾値より大きい場合という条件を加えることで、内部抵抗の算出精度を上げることができる。
本発明の実施の形態に係る内部抵抗算出装置は、前記抵抗算出部は、前記統計値算出部で電流の統計値を算出し、算出した統計値が所定の電流閾値より大きい場合、前記二次電池の内部抵抗を算出する。
抵抗算出部は、統計値算出部で電流の統計値を算出し、算出した統計値が所定の電流閾値より大きい場合、二次電池の内部抵抗を算出する。内部抵抗を算出するために待機時間Tが経過した後に算出した電流の統計値が小さい場合には、内部抵抗を精度よく算出することができないので、電流の統計値が所定の電流閾値より大きい場合という条件を加えることで、内部抵抗の算出精度を上げることができる。
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明に係る内部抵抗算出装置の実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は本実施の形態の内部抵抗算出装置としての電池監視装置100を搭載した車両の要部の構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、車両は、電池監視装置100の他に、二次電池ユニット50、リレー61、62、63、発電機(ALT)71、スタータモータ(ST)72、電池73、電気負荷74、75などを備える。
二次電池ユニット50は、例えば、リチウムイオン電池であり、複数のセル51が直列又は直並列に接続されている。二次電池ユニット50には、電圧センサ52、電流センサ53、温度センサ54を備える。電圧センサ52は、二次電池ユニット50の両端電圧及び各セル51の電圧を検出し、電圧検出線50aを介して検出した電圧を電池監視装置100へ出力する。電流センサ53は、例えば、シャント抵抗又はホールセンサ等で構成され、二次電池ユニット50の充電電流及び放電電流を検出する。電流センサ53は、電流検出線50bを介して検出した電流を電池監視装置100へ出力する。温度センサ54は、例えば、サーミスタで構成され、セル51の温度を検出する。温度センサ54は、温度検出線50cを介して検出した温度を電池監視装置100へ出力する。
電池73は、例えば、鉛電池であり、車両の電気負荷74(例えば、ライト、各種モータ、各種コントローラ等)への電力供給を行うとともに、リレー63がオンした場合には、スタータモータ72を駆動するための電力供給を行う。発電機71は、車両のエンジンの回転により発電し、内部に設けられた整流回路により直流を出力して電池73を充電する。また、発電機71は、リレー61、62がオンしている場合、電池73及び二次電池ユニット50を充電する。二次電池ユニット50は、リレー61がオンした場合には、電気負荷75(例えば、エンジン系電装、オーディオ等)へ電力を供給する。なお、リレー61、62、63のオン・オフは、電池73及び二次電池ユニット50の充放電バランスや負荷の程度に応じて、供給する電力を分配すべく不図示のリレー制御部が行う。
図2は本実施の形態の二次電池算出装置としての電池監視装置100の構成の一例を示すブロック図である。電池監視装置100は、装置全体を制御する制御部10、電圧取得部11、電流取得部12、温度取得部13、切替判定部14、サンプリング周期変更部15、抵抗算出部16、統計値算出部17、所定の情報を記憶する記憶部18、計時のためのタイマ19などを備える。
制御部10は、CPU等で構成される。
電圧取得部11は、取得部としての機能を有し、二次電池ユニット50の電圧(二次電池ユニット50の両端電圧及び各セル51の電圧)を取得する。また、電流取得部12は、取得部としての機能を有し、二次電池ユニット50の電流(充電電流及び放電電流)を取得する。
より具体的には、電流取得部12は、AD変換器を備え、取得した電流を、サンプリング周期変更部15で変更したサンプリング周期でデジタル値に変換し、変換したデジタル値を制御部10へ出力する。サンプリング周期は、例えば、第1サンプリング周期(例えば、10ms)及び第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期(例えば、1ms)とすることができる。なお、サンプリング周期10ms、1msは一例であって、かかる数値に限定されるものではない。これにより、制御部10は、第1サンプリング周期及び第2サンプリング周期で二次電池ユニット50の電流値を読み取ることができる。
また、電圧取得部11は、AD変換器を備え、取得した電圧を、サンプリング周期変更部15で変更したサンプリング周期でデジタル値に変換し、変換したデジタル値を制御部10へ出力する。サンプリング周期は、例えば、第1サンプリング周期(例えば、10ms)及び第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期(例えば、1ms)とすることができる。なお、サンプリング周期10ms、1msは一例であって、かかる数値に限定されるものではない。これにより、制御部10は、第1サンプリング周期及び第2サンプリング周期で二次電池ユニット50の電圧値を読み取ることができる。
温度取得部13は、二次電池ユニット50の温度を取得する。
切替判定部14は、電流取得部12が取得した電流に基づいて二次電池ユニット50の充放電の切り替えの有無を判定する。例えば、充電の場合の電流取得部12で取得した電流を正と定めると、充電と放電とでは、電流の方向が反対であるので、電流取得部12で取得した電流が負の場合には、放電であると判定することができる。すなわち、充電又は放電の一方を正と定めておき、電流が正から負又は0になった場合、電流が0から正又は負になった場合、あるいは電流が負から正又は0になった場合、充放電の切り替えが有ったと判定することができる。
サンプリング周期変更部15は、変更部としての機能を有し、切替判定部14が充放電の切り替え有りと判定した場合、電圧取得部11が電圧を取得する際の第1サンプリング周期及び電流取得部12が電流を取得する際の第1サンプリング周期を第2サンプリング周期に変更する。例えば、第1サンプリング周期が10msの場合、第2サンプリング周期は1msとすることができるが、これに限定されるものではない。
抵抗算出部16は、二次電池ユニット50の充放電の切り替え時点前に電圧取得部11が第1サンプリング周期で取得した電圧Vb及び電流取得部12が第1サンプリング周期で取得した電流Ib、並びに二次電池ユニット50の充放電の切り替え時点から所定の待機時間T経過後に電圧取得部11が第2サンプリング周期で取得した電圧Vc及び電流取得部12が第2サンプリング周期で取得した電流Icに基づいて、二次電池ユニット50の内部抵抗を算出する。
二次電池ユニット50は、電解液バルクの抵抗Rs、界面電荷移動抵抗Rc、電気二重層キャパシタンスC、拡散インピーダンスZwで構成される等価回路で表すことができる。そして、二次電池ユニット50の内部抵抗は、電解液バルクの抵抗Rs及び界面電荷移動抵抗Rcが主要部分を占める。
一方、交流インピーダンス法を用いて二次電池ユニット50のインピーダンスを複数の周波数で測定した値をプロットしたインピーダンススペクトルにおいて、周波数を高周波数から低周波数へ変化させた場合、ある境界周波数域で、拡散インピーダンスZwが増加し、二次電池ユニット50のインピーダンスが増加する。そして、待機時間Tは、拡散インピーダンスZwが増加する境界周波数域に基づいて求めることができる。待機時間Tは、例えば、100msとすることができるが、これに限定されるものではない。
充放電の切替前後の2点間の電圧、電流から求められる直線の傾きの絶対値が、二次電池ユニット50の内部抵抗を示す。そこで、内部抵抗Rは、例えば、R=(Vc−Vb)/(Ic−Ib)で算出する。充放電切替後に電圧、電流が短い周期で変動する場合でも、充放電切替後のサンプリング周期を短くして電圧、電流のサンプリングを行うので、電圧変動、電流変動を捉えることができる。これにより、充放電切替後の電圧Vc、電流Icを正確に取得することができ、二次電池ユニット50の内部抵抗を精度よく算出することができる。
図3は二次電池ユニット50の電流波形の一例を示す説明図である。図4は図3の電流波形の時間軸を拡大した場合の放電側の電流波形の一例を示す説明図である。図3、図4において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。電流が正の場合は充電電流を示し、電流が負の場合は放電電流を示す。図3、図4において、放電側の電流波形において、略30msの間隔で波高値が比較的大きい放電電流パルスが表れている。当該放電電流パルスは、例えば、エンジンの点火系負荷に流れるパルス電流であり、例えば、イグニッションコイルに流れる電流、燃料噴射ポンプの負荷電流などを含む。
次に、図3、図4に例示した二次電池ユニット50の電流のサンプリング方法について説明する。図5は本実施の形態の電池監視装置100による電流のサンプリング値の一例を示す説明図である。図5において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。電流が正の場合は充電電流を示し、電流が負の場合は放電電流を示す。符号Aで示す破線は図4に示す電流を第1サンプリング周期としての10msでサンプリングした電流値を示す。符号Bで示す細線は図4に示す電流を第2サンプリング周期としての1msでサンプリングした電流値を示す。また、符号Cで示す太線は符号Bで示す1msのサンプリンング周期でサンプリングした電流値の統計値としての5移動平均を示す。
図5において、充放電切替時点(図5の例では、充電から放電に切り替わる時点)を210ms時点とする。また、待機時間Tを100msとする。10ms毎のサンプリング周期で電流及び電圧をサンプリングすると、充放電の切り替わりを検出する時点は、210msの時点であり、充放電切替前の電流Ib、電圧Vbは、充放電の切り替わりを検出する時点210msの10ms前である200ms時点のデータとなる。また、待機時間T経過後の電流Ic、電圧Vcは、充放電の切り替わりを検出する時点210msから100ms経過後の310ms時点のデータとなる。本実施の形態では、充放電の切り替わりを検出する時点210msからサンプリング周期を1msに変更し、待機時間Tである100ms経過後の310ms時点まで、1msの周期でサンプリングし、その後は元の10msのサンプリング周期に戻る。
すなわち、二次電池ユニット50の内部抵抗Rは、200ms時点の電流Ib、電圧Vb、及び310ms時点の電流Ic、電圧Vcに基づき、R=(Vc−Vb)/(Ic−Ib)で算出することができる。
そして、図4、図5に示すように、二次電池ユニット50の電流の変動の周期は、第1サンプリング周期である10msよりも短い。このため、仮に10msのサンプリング周期で待機時間T経過後の電流Ic、電圧Vcをサンプリングした場合には、サンプリングして得られる電圧値及び電流値が、二次電池ユニット50の電圧及び電流の変動幅のどの位置になるのかが不明であり、内部抵抗値を精度よく算出することができない。しかし、本実施の形態によれば、充放電の切り替わりを検出する時点210msからサンプリング周期を1msに変更するので、待機時間T経過後の電流Ic、電圧Vcを1msのサンプリング周期で検出することができ、電圧変動、電流変動を捉えることができる。これにより、充放電切替後の電圧Vc、電流Icを正確に取得することができ、二次電池ユニット50の内部抵抗を精度よく算出することができる。
統計値算出部17は、電圧取得部11又は電流取得部12が第2サンプリング周期で複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の変動幅が所定の変動閾値以上である場合、複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の統計値を算出する。
変動幅は、例えば、複数回取得した電圧又は電流のサンプリング値の最大値と最小値との差分とすることができるが、これに限定されるものではない。複数回は、例えば、5回とすることができるが、これらに限定されない。統計値は、例えば、図5の符号Cで示す太線の如く、過去5回のサンプリング値の5移動平均とすることができるが、これに限定されない。
抵抗算出部16は、待機時間T経過後に統計値算出部17で算出した統計値に基づいて二次電池ユニット50の内部抵抗Rを算出する。例えば、電圧の統計値をVa、電流の統計値をIaとすると、内部抵抗Rは、R=(Va−Vb)/(Ia−Ib)で算出することができる。
待機時間T経過後に過去5回に亘ってサンプリングした値の変動幅が変動閾値以上である場合、過去5回のサンプリング値の移動平均を用いるので、待機時間T経過の前後で電圧又は電流が変動する場合でも、サンプリング値の変動を相殺して電圧、電流を取得することができ、二次電池ユニット50の内部抵抗を精度よく算出することができる。
なお、過去5回のサンプリング値に基づいて5移動平均を算出する場合、最後にサンプリングする5回目の電流、電圧のサンプリング時点が待機時間T経過後であればよい。別言すれば、過去5回のサンプリング時点のすべてが待機時間T経過後であってもよい。また、過去5回のサンプリング時点のうち最初の1回又は数回が待機時間T経過前であってもよい。
上述の例では、サンプリング周期変更部15は、二次電池ユニット50の充放電の切替時点からサンプリング周期を短い周期に変更するものであったが、これに限定されるものではない。
例えば、サンプリング周期変更部15は、切替判定部14で充放電の切り替え有りと判定した場合、二次電池ユニット50の充放電の切り替え時点及び待機時間T経過時点の間で第2サンプリング周期に変更することができる。
例えば、充放電切替時点を0msとし、待機時間Tを100msとすると、充放電の切り替え時点及び待機時間T経過時点の間の時点(所定時点)は、例えば、充放電切替時点から90ms経過した時点とすることができるが、これに限定されるものではない。所定時点を90ms、待機時間Tを100msとした場合、所定時点は、待機時間Tに対して10ms前の時点となる。
二次電池ユニット50の内部抵抗を精度よく算出するためには、待機時間T経過後の電圧、電流をより正確に検出する必要がある。充放電の切替時点以降、サンプリング周期を短くすれば、待機時間T経過時には、確実に短いサンプリング周期で電圧、電流を取得することができる。一方で、サンプリング周期を短くすることは、処理労力を増大させる。そこで、待機時間Tに対して時間的に十分前の所定時点(100msの待機時間Tに対して、10ms前の時点)まで、サンプリング周期を短くするタイミングを遅らせることにより、二次電池ユニット50の内部抵抗の算出精度を高めつつ処理労力の増加を抑制することができる。
また、抵抗算出部16は、待機時間T経過後に電流取得部12で取得した電流が所定の電流閾値より大きい場合、二次電池ユニット50の内部抵抗を算出する。内部抵抗を算出するために待機時間Tが経過した後に取得した電流が小さい場合には、内部抵抗を精度よく算出することができないので、電流が所定の電流閾値より大きい場合という条件を加えることで、内部抵抗の算出精度を上げることができる。
また、抵抗算出部16は、統計値算出部17で電流の統計値を算出し、算出した統計値が所定の電流閾値より大きい場合、二次電池ユニット50の内部抵抗を算出する。内部抵抗を算出するために待機時間Tが経過した後に算出した電流の統計値が小さい場合には、内部抵抗を精度よく算出することができないので、電流の統計値が所定の電流閾値より大きい場合という条件を加えることで、内部抵抗の算出精度を上げることができる。
次に、本実施の形態の電池監視装置100の動作について説明する。図6及び図7は本実施の形態の電池監視装置100の処理手順の第1例を示すフローチャートである。以下では便宜上、処理の主体を制御部10として説明する。制御部10は、第1サンプリング周期(例えば、10ms)で二次電池ユニット50の電圧、電流を取得し(S11)、充放電の切替の有無を判定する(S12)。
充放電の切替がない場合(S12でNO)、制御部10は、ステップS11の処理を行う。充放電の切替があった場合(S12でYES)、制御部10は、タイマ19で計時し(S13)、充放電切替直前の電圧Vb、電流Ibを記憶部18に記憶し(S14)、低優先度処理を停止する(S15)。低優先度処理を停止することにより、制御部10などの処理負荷を軽減し、サンプリング周期を短くする場合の全体としての処理労力を軽減することができる。
制御部10は、サンプリング周期を第2サンプリング周期(例えば、1ms)に変更し(S16)、第2サンプリング周期で二次電池ユニット50の電圧、電流を取得し(S17)、充放電の切替時点から待機時間T(例えば、100ms)が経過したか否か判定する(S18)。待機時間Tが経過していない場合(S18でNO)、制御部10は、ステップS18の処理を続ける。
待機時間Tが経過した場合(S18でYES)、制御部10は、待機時間Tが経過後に取得した電流が所定の電流閾値以上であるか否かを判定する(S19)。取得した電流が電流閾値以上である場合(S19でYES)、制御部10は、複数回取得した電圧、電流の変動幅が所定の変動閾値以上であるか否かを判定する(S20)。なお、電圧及び電流の両方の変動幅を判定してもよく、いずれか一方の変動幅を判定してもよい。
変動幅が所定の変動閾値以上でない場合(S20でNO)、制御部10は、待機時間T経過後の電圧Vc、電流Icを取得し(S21)、後述のステップS23の処理を行う。変動幅が所定の変動閾値以上である場合(S20でYES)、制御部10は、電圧の統計値Va、電流の統計値Iaを算出し(S22)、後述のステップS23の処理を行う。
制御部10は、二次電池ユニット50の内部抵抗値Rを算出する(S23)。内部抵抗値Rは、R=(Vc−Vb)/(Ic−Ib)という式、又はR=(Va−Vb)/(Ia−Ib)という式で算出することができる。
制御部10は、低優先度処理を再開し(S24)、サンプリング周期を第1サンプリング周期に変更する(S25)。また、取得した電流が電流閾値以上でない場合(S19でNO)、制御部10は、ステップS20の処理を行うことなく、ステップS24の処理を行う。
制御部10は、処理を終了するか否かを判定し(S26)、処理を終了しない場合(S26でNO)、ステップS11以降の処理を続け、処理を終了する場合(S26でYES)、処理を終了する。
図8及び図9は本実施の形態の電池監視装置100の処理手順の第2例を示すフローチャートである。制御部10は、第1サンプリング周期(例えば、10ms)で二次電池ユニット50の電圧、電流を取得し(S41)、充放電の切替の有無を判定する(S42)。充放電の切替がない場合(S42でNO)、制御部10は、ステップS41の処理を行う。
充放電の切替があった場合(S42でYES)、制御部10は、タイマ19で計時し(S43)、充放電切替直前の電圧Vb、電流Ibを記憶部18に記憶し(S44)、所定時点(例えば、充放電の切替時点から90ms経過した時点)であるか否かを判定する(S45)。所定時点でない場合(S45でNO)、制御部10は、ステップS45の処理を続ける。
所定時点である場合(S45でYES)、制御部10は、低優先度処理を停止する(S46)。低優先度処理を停止することにより、制御部10などの処理負荷を軽減し、サンプリング周期を短くする場合の全体としての処理労力を軽減することができる。
制御部10は、サンプリング周期を第2サンプリング周期(例えば、1ms)に変更し(S47)、第2サンプリング周期で二次電池ユニット50の電圧、電流を取得し(S48)、充放電の切替時点から待機時間T(例えば、100ms)が経過したか否か判定する(S49)。待機時間Tが経過していない場合(S49でNO)、制御部10は、ステップS49の処理を続ける。
待機時間Tが経過した場合(S49でYES)、制御部10は、複数回取得した電圧、電流の変動幅が所定の変動閾値以上であるか否かを判定する(S50)。なお、電圧及び電流の両方の変動幅を判定してもよく、いずれか一方の変動幅を判定してもよい。
変動幅が所定の変動閾値以上でない場合(S50でNO)、制御部10は、待機時間T経過後の電圧Vc、電流Icを取得し(S51)、後述のステップS53の処理を行う。変動幅が所定の変動閾値以上である場合(S50でYES)、制御部10は、電圧の統計値Va、電流の統計値Iaを算出し(S52)、後述のステップS53の処理を行う。
制御部10は、電流が所定の電流閾値以上であるか否かを判定する(S53)。ここで、ステップS51の処理を行った場合、電流は待機時間Tが経過した後の電流Icであり、ステップS52の処理を行った場合、電流は統計値Iaとすることができる。制御部10は、取得した電流が電流閾値以上である場合(S53でYES)、二次電池ユニット50の内部抵抗値Rを算出し(S54)、後述のステップS55の処理を行う。内部抵抗値Rは、R=(Vc−Vb)/(Ic−Ib)という式、又はR=(Va−Vb)/(Ia−Ib)という式で算出することができる。
制御部10は、取得した電流が電流閾値以上でない場合(S53でNO)、ステップS54の処理を行うことなく、後述のステップS55の処理を行う。制御部10は、低優先度処理を再開し(S55)、サンプリング周期を第1サンプリング周期に変更する(S56)。
制御部10は、処理を終了するか否かを判定し(S57)、処理を終了しない場合(S57でNO)、ステップS41以降の処理を続け、処理を終了する場合(S57でYES)、処理を終了する。
本実施の形態の内部抵抗算出装置(電池監視装置100)は、CPU(プロセッサ)、RAM(メモリ)などを備えた汎用コンピュータを用いて実現することもできる。すなわち、図6〜図9に示すような、各処理の手順を定めたコンピュータプログラムをコンピュータに備えられたRAM(メモリ)にロードし、コンピュータプログラムをCPU(プロセッサ)で実行することにより、コンピュータ上で内部抵抗算出装置(電池監視装置100)を実現することができる。
上述の実施の形態では、二次電池ユニット50をリチウムイオン電池として説明したが、二次電池ユニット50はリチウムイオン電池に限定されるものではなく、例えば、ニッケル水素電池、ニッカド電池などにも提供することができる。
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及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。
10 制御部
11 電圧取得部
12 電流取得部
13 温度取得部
14 切替判定部
15 サンプリング周期変更部
16 抵抗算出部
17 統計値算出部
18 記憶部
19 タイマ
50 二次電池ユニット
51 セル
52 電圧センサ
53 電流センサ
54 温度センサ
100 電池監視装置

Claims (7)

  1. 二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出装置であって、
    所定の第1サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、
    該取得部で取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、
    該切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第1サンプリング周期を該第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期に変更する変更部と、
    前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第1サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第2サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と
    を備える内部抵抗算出装置。
  2. 前記変更部は、
    前記切替判定部で充放電の切り替え有りと判定した場合、前記二次電池の充放電の切り替え時点及び前記待機時間経過時点の間で前記第2サンプリング周期に変更する請求項1に記載の内部抵抗算出装置。
  3. 前記取得部が前記第2サンプリング周期で複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の変動幅が所定の変動閾値以上である場合、該複数回取得した電圧又は電流の少なくとも一方の統計値を算出する統計値算出部を備え、
    前記抵抗算出部は、
    前記待機時間経過後に前記統計値算出部で算出した統計値に基づいて前記二次電池の内部抵抗を算出する請求項1又は請求項2に記載の内部抵抗算出装置。
  4. 前記抵抗算出部は、
    前記待機時間経過後に前記取得部で取得した電流が所定の電流閾値より大きい場合、前記二次電池の内部抵抗を算出する請求項1又は請求項2に記載の内部抵抗算出装置。
  5. 前記抵抗算出部は、
    前記統計値算出部で電流の統計値を算出し、算出した統計値が所定の電流閾値より大きい場合、前記二次電池の内部抵抗を算出する請求項3に記載の内部抵抗算出装置。
  6. コンピュータに、二次電池の内部抵抗を算出させるためのコンピュータプログラムであって、
    コンピュータを、
    所定の第1サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得する取得部と、
    取得した電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を判定する切替判定部と、
    充放電の切り替え有りと判定した場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第1サンプリング周期を該第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期に変更する変更部と、
    前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第1サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第2サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と
    して機能させるコンピュータプログラム。
  7. 二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出方法であって、
    所定の第1サンプリング周期で二次電池の電圧及び電流を取得部が取得し、
    取得された電流に基づいて前記二次電池の充放電の切り替えの有無を切替判定部が判定し、
    充放電の切り替え有りと判定された場合、前記取得部が電圧及び電流を取得する際の前記第1サンプリング周期を該第1サンプリング周期より短い第2サンプリング周期に変更部が変更し、
    前記二次電池の充放電の切り替え時点前に前記取得部が前記第1サンプリング周期で取得した電圧及び電流、並びに前記二次電池の充放電の切り替え時点から所定の待機時間経過後に前記取得部が前記第2サンプリング周期で取得した電圧及び電流に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を抵抗算出部が算出する内部抵抗算出方法。
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