JP6657778B2 - Ｓｏｃ推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池の残存容量を推定するＳＯＣ推定装置に関する。

既存のＳＯＣ推定装置として、図６に示すように、電池の充放電中において、電流積算法により電池の現在の残存容量（ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ））を推定し、電池の充放電停止中において、電圧法により推定した電池の現在の残存容量を用いて、電流積算法により推定した残存容量を補正するものがある。例えば、特許文献１参照。

電流積算法とは、電池の電流量の積算値を電池の満充電容量で割った値に１００を乗算することにより求められる、電流積算開始から現在までの間に増減した分の残存容量と、電流積算開始時の残存容量とを加算した値を、電池の現在の残存容量の推定値とするものである。

電圧法とは、電池の残存容量（ＳＯＣ）と、電池に電流が流れていないときの電池の開回路電圧（ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ））との対応関係を示す情報を参照して、現在の開回路電圧に対応する残存容量を取得し、その取得した残存容量を、電池の現在の残存容量の推定値とするものである。

ところで、電池に流れる電流を検出する電流検出部の出力値に含まれる誤差が上記電流量の積算値に蓄積されたり、上記満充電容量が実際の満充電容量と異なったりしていると、電流積算法により推定した残存容量と電圧法により推定した残存容量との間に誤差が生じてしまう。

そこで、図６に示す例では、電池の充放電停止中において、電圧法により推定した残存容量を用いて、電流積算法により推定した残存容量を補正している。

特開２０１２−０５８０８８号公報

しかしながら、電池の充放電中は、電池の開回路電圧を取得することができないため、電圧法により推定した残存容量を用いて、電流積算法により推定した残存容量を補正することができず、残存容量の推定精度が低下するおそれがある。

本発明の一側面に係る目的は、電池の充放電中において、電池の残存容量の推定精度の低下を抑えることが可能なＳＯＣ推定装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態であるＳＯＣ推定装置は、電流検出部と、電圧検出部と、選択部とを備える。
電流検出部は、電池に流れる電流を検出する。

電圧検出部は、電池の電圧を検出する。
第１の推定部は、電池の充放電中において、電流検出部により検出される電流により電池の残存容量を推定する。

第２の推定部は、電池の充放電中において、電圧検出部により検出される閉回路電圧により電池の残存容量を推定する。
選択部は、電池の充電中において、第１の推定部により推定される残存容量が第２の推定部により推定される残存容量以下である場合、第１の推定部により推定される残存容量を選択し、第１の推定部により推定される残存容量が第２の推定部により推定される残存容量よりも大きい場合、第２の推定部により推定される残存容量を選択する。

また、選択部は、電池の放電中において、第１の推定部により推定される残存容量が第２の推定部により推定される残存容量以上である場合、第１の推定部により推定される残存容量を選択し、第１の推定部により推定される残存容量が第２の推定部により推定される残存容量よりも小さい場合、第２の推定部により推定される残存容量を選択する。

本発明によれば、電池の充放電中において、電池の残存容量の推定精度の低下を抑えることができる。

実施形態のＳＯＣ推定装置の一例を示す図である。 電池の充電中における制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線を示す情報の一例を示す図である。 ＳＯＣｉ、ＳＯＣｖ、及び選択部により選択される残存容量の一例を示す図である。 電池の放電中における制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 既存のＳＯＣ推定装置における電池の残存容量の推定方法の一例を説明するための図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態のＳＯＣ推定装置の一例を示す図である。
図１に示すＳＯＣ推定装置１は、電流検出部２と、電圧検出部３と、制御部４と、記憶部５とを備える。

図１に示す電池Ｂは、例えば、直列接続される複数の電池（リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、または電気二重層コンデンサなど）により構成されるものとする。なお、電池Ｂは、１つの電池により構成されてもよい。

電流検出部２は、例えば、電流計であって、電池Ｂに流れる電流を検出する。
電圧検出部３は、例えば、電圧計であって、電池Ｂの電圧を検出する。
制御部４は、第１の推定部４１と、第２の推定部４２と、選択部４３とを備える。なお、制御部４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やプログラマブルディバイスにより構成され、そのＣＰＵやプログラマブルディバイスが記憶部５に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、第１の推定部４１、第２の推定部４２、及び選択部４３が実現されるものとする。また、記憶部５は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）により構成されるものとする。

図２は、電池Ｂの充電中における制御部４の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、第１の推定部４１は、電流検出部２により検出される電流により電池Ｂの現在の残存容量ＳＯＣｉを推定する（Ｓ２１）。例えば、第１の推定部４１は、電流検出部２により検出される電流の電流量［Ａｈ］の積算値を電池Ｂの満充電容量［Ａｈ］で割った値に１００を乗算して求めた、電流積算開始から現在までの間に増減した分の残存容量［％］と、電流積算開始時の残存容量［％］とを加算した値を、残存容量ＳＯＣｉとする。

次に、第２の推定部４２は、電圧検出部３により検出される閉回路電圧（ＣＣＶ（Ｃｌｏｓｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ））により電池Ｂの現在の残存容量ＳＯＣｖを推定する（Ｓ２２）。例えば、第２の推定部４２は、電池Ｂの残存容量（ＳＯＣ）と電池Ｂの開回路電圧（ＯＣＶ）との対応関係（ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線）を示す情報を参照して、電圧検出部３により検出される閉回路電圧（ＣＣＶ）と同じ値の開回路電圧（ＯＣＶ）に対応する残存容量（ＳＯＣｃ）を取得し、その取得した残存容量（ＳＯＣｃ）を残存容量ＳＯＣｖとする。なお、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線を示す情報は、記憶部５に記憶されているものとする。

そして、選択部４３は、第１の推定部４１により推定される残存容量ＳＯＣｉが第２の推定部４２により推定される残存容量ＳＯＣｖ以下である場合（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、第１の推定部４１により推定される残存容量ＳＯＣｉを選択し（Ｓ２４）、第１の推定部４１により推定される残存容量ＳＯＣｉが第２の推定部４２により推定される残存容量ＳＯＣｖよりも大きい場合（Ｓ２３：Ｎｏ）、第２の推定部４２により推定される残存容量ＳＯＣｖを選択する（Ｓ２５）。

通常、電池Ｂの開回路電圧（ＯＣＶ）は、電池Ｂの内部抵抗や分極の影響がない分、充電中の電池Ｂの閉回路電圧（ＣＣＶ）に比べて低くなる。そのため、図３（ａ）に示すように、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線において、電池Ｂの開回路電圧（ＯＣＶ）に対応する残存容量（ＳＯＣｏ）は、充電中の電池Ｂの閉回路電圧（ＣＣＶ）に対応する残存容量（ＳＯＣｃ）に比べて小さくなる。なお、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線において、開回路電圧（ＯＣＶ）に対応する残存容量（ＳＯＣｏ）は、実際の残存容量と同じまたは略同じとする。また、上述したように、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線において、電圧検出部３により検出される閉回路電圧（ＣＣＶ）と同じ値の開回路電圧（ＯＣＶ）に対応する残存容量（ＳＯＣｃ）を残存容量ＳＯＣｖとする。このような条件において、残存容量ＳＯＣｉが残存容量ＳＯＣｖよりも大きい場合、残存容量ＳＯＣｖと実際の残存容量との差は、残存容量ＳＯＣｉと実際の残存容量との差よりも小さくなることがわかる。すなわち、残存容量ＳＯＣｉが残存容量ＳＯＣｖよりも大きい場合、電池Ｂの現在の残存容量の推定値として、残存容量ＳＯＣｉよりも残存容量ＳＯＣｖを選択した方がその選択した残存容量ＳＯＣｖを実際の残存容量に近づけることができる。

そこで、実施形態のＳＯＣ推定装置１では、図４（ａ）に示すように、電池Ｂの充電中において、通常時（残存容量ＳＯＣｉが残存容量ＳＯＣｖ以下であるとき）、残存容量ＳＯＣｉを電池Ｂの現在の残存容量の推定値として選択し、残存容量ＳＯＣｉが残存容量ＳＯＣｖよりも大きくなったとき、残存容量ＳＯＣｖを電池Ｂの現在の残存容量の推定値として選択している。

これにより、電流検出部２の出力値に含まれる誤差が上記電流量の積算値に蓄積されたり、制御部４が認識している電池Ｂの満充電容量と実際の満充電容量との間に誤差があったりしても、電池Ｂの充電中において、制御部４で推定される残存容量が実際の残存容量とかけ離れて大きくなることを抑えることができる。

図５は、電池Ｂの放電中における制御部４の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、第１の推定部４１は、電流検出部２により検出される電流により電池Ｂの残存容量ＳＯＣｉを推定する（Ｓ５１）。

次に、第２の推定部４２は、電圧検出部３により検出される閉回路電圧（ＣＣＶ）により電池Ｂの残存容量ＳＯＣｖを推定する（Ｓ５２）。
そして、選択部４３は、第１の推定部４１により推定される残存容量ＳＯＣｉが第２の推定部４２により推定される残存容量ＳＯＣｖ以上である場合（Ｓ５３：Ｙｅｓ）、第１の推定部４１により推定される残存容量ＳＯＣｉを選択し（Ｓ５４）、第１の推定部４２により推定される残存容量ＳＯＣｉが第２の推定部４１により推定される残存容量ＳＯＣｖよりも小さい場合（Ｓ５３：Ｎｏ）、第２の推定部４２により推定される残存容量ＳＯＣｖを選択する（Ｓ５５）。

通常、電池Ｂの開回路電圧（ＯＣＶ）は、電池Ｂの内部抵抗や分極の影響がない分、放電中の電池Ｂの閉回路電圧（ＣＣＶ）に比べて高くなる。そのため、図３（ｂ）に示すように、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線において、電池Ｂの開回路電圧（ＯＣＶ）に対応する残存容量（ＳＯＣｏ）は、放電中の電池Ｂの閉回路電圧（ＣＣＶ）に対応する残存容量（ＳＯＣｃ）に比べて大きくなる。なお、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線において、開回路電圧（ＯＣＶ）に対応する残存容量（ＳＯＣｏ）は、実際の残存容量と同じまたは略同じとする。また、上述したように、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性曲線において、電圧検出部３により検出される閉回路電圧（ＣＣＶ）と同じ値の開回路電圧（ＯＣＶ）に対応する残存容量（ＳＯＣｃ）を残存容量ＳＯＣｖとする。このような条件において、残存容量ＳＯＣｉが残存容量ＳＯＣｖよりも小さい場合、残存容量ＳＯＣｖと実際の残存容量との差は、残存容量ＳＯＣｉと実際の残存容量との差よりも小さくなることがわかる。すなわち、残存容量ＳＯＣｉが残存容量ＳＯＣｖよりも小さい場合、電池Ｂの現在の残存容量の推定値として、残存容量ＳＯＣｉよりも残存容量ＳＯＣｖを選択した方がその選択した残存容量ＳＯＣｖを実際の残存容量に近づけることができる。

そこで、実施形態のＳＯＣ推定装置１では、図４（ｂ）に示すように、電池Ｂの放電中において、通常時（残存容量ＳＯＣｉが残存容量ＳＯＣｖ以上であるとき）、残存容量ＳＯＣｉを電池Ｂの現在の残存容量の推定値として選択し、残存容量ＳＯＣｉが残存容量ＳＯＣｖよりも小さくなったとき、残存容量ＳＯＣｖを電池Ｂの現在の残存容量の推定値として選択している。

これにより、電流検出部２の出力値に含まれる誤差が上記電流量の積算値に蓄積されたり、制御部４が認識している電池Ｂの満充電容量と実際の満充電容量との間に誤差があったりしても、電池Ｂの放電中において、制御部４で推定される残存容量が実際の残存容量とかけ離れて小さくなることを抑えることができる。

すなわち、実施形態のＳＯＣ推定装置１によれば、電池Ｂの充放電中において、電池Ｂの残存容量の推定精度の低下を抑えることができる。
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１ ＳＯＣ推定装置
２ 電流検出部
３ 電圧検出部
４ 制御部
５ 記憶部
４１ 第１の推定部
４２ 第２の推定部
４３ 選択部
Ｂ 電池

Claims (2)

1. 電池の残存容量を推定するＳＯＣ推定装置であって、
   前記電池の電流を検出する電流検出部と、
   前記電池の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電池の充放電中において、前記電流検出部により検出される電流により前記電池の残存容量を推定する第１の推定部と、
   前記電池の充放電中において、前記電圧検出部により検出される閉回路電圧により前記電池の残存容量を推定する第２の推定部と、
   前記電池の充電中において、前記第１の推定部により推定される残存容量が前記第２の推定部により推定される残存容量以下である場合、前記第１の推定部により推定される残存容量を常に選択し、前記第１の推定部により推定される残存容量が前記第２の推定部により推定される残存容量よりも大きい場合、前記第２の推定部により推定される残存容量を常に選択すると共に、前記電池の放電中において、前記第１の推定部により推定される残存容量が前記第２の推定部により推定される残存容量以上である場合、前記第１の推定部により推定される残存容量を常に選択し、前記第１の推定部により推定される残存容量が前記第２の推定部により推定される残存容量よりも小さい場合、前記第２の推定部により推定される残存容量を常に選択する選択部と、
   を備えるＳＯＣ推定装置。
2. 請求項１に記載のＳＯＣ推定装置であって、
   前記第２の推定部は、前記電池の残存容量と前記電池の開回路電圧との対応関係を示す情報を参照して、前記電圧検出部により検出される閉回路電圧と同じ値の開回路電圧に対応する残存容量を取得することにより、前記電池の残存容量を推定する
   ことを特徴とするＳＯＣ推定装置。

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