JP6828339B2

JP6828339B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP6828339B2
Application number: JP2016184550A
Authority: JP
Inventors: 俊雄小田切; 西垣　研治; 研治西垣; 順一波多野; 筒井　雄介; 雄介筒井
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: JP2018048910A

Description

本発明は、満充電容量を推定する蓄電装置に関する。

電池の充放電終了後に推定した満充電容量には、周辺環境の影響により生じたノイズを含んでいる可能性があるため、重み付け移動平均などを用いて満充電容量を推定し、ノイズの影響を軽減させている。

関連する技術として、特許文献１及び特許文献２などが知られている。

国際公開第２０１２／１０５４９２号特開２０１１−００７５６４号公報

しかしながら、満充電容量を所定期間推定しない場合、例えば電池を長期間放置した場合、電池は保存劣化をしているため、所定期間を経過した後に重み付け移動平均を用いて満充電容量を推定すると、重み付け係数の影響により実際の満充電容量と乖離した満充電容量となる。

本発明の一側面に係る目的は、満充電容量を精度よく推定する蓄電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蓄電装置は、電池と、電池の満充電容量を推定する推定部と、を備える。
推定部は、電池の充放電開始時刻から充放電終了時刻までの電流積算値と、充放電開始時刻及び充放電終了時刻に計測した開回路電圧を用いて推定した充電率の差とを用いて満充電容量を推定する。続いて、推定部は、前回の充放電終了後に推定した前回の確定満充電容量と第一の重み付け係数とを乗算した値と、今回の充放電終了後に推定した満充電容量と第一の重み付け係数に応じて決定される第二の重み付け係数とを乗算した値と、を加算して今回の確定満充電容量を推定する。また、推定部は、確定満充電容量が所定期間推定されない場合、第一の重み付け係数は現在設定されている値より小さい値に設定し、第二の重み付け係数は現在設定されている値より大きい値に設定する。

推定部は、所定期間が長いほど、第一の重み付け係数は小さい値に設定し、第二の重み付け係数は大きい値に設定する。
推定部は、所定期間における電池の温度が所定温度より高い場合、第一の重み付け係数は現在設定されている値より小さい値に設定し、第二の重み付け係数は現在設定されている値より大きい値に設定する。

推定部は、所定温度が高いほど、第一の重み付け係数は小さい値に設定し、第二の重み付け係数は大きい値に設定する。
推定部は、所定期間における充電率が所定充電率より高い場合、第一の重み付け係数は現在設定されている値より小さい値に設定し、第二の重み付け係数は現在設定されている値より大きい値に設定する。

推定部は、所定充電率が高いほど、第一の重み付け係数は小さい値に設定し、第二の重み付け係数は大きい値に設定する。

満充電容量を精度よく推定できる。

蓄電装置の一実施例を示す図である。重み付け係数と容量維持率と日数との関係を示す図である。蓄電装置の動作の一実施例を示すフロー図である。

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、蓄電装置１の一実施例を示す図である。電池２の満充電容量を推定可能な蓄電装置１は、例えば、電池２、制御回路３、電流計測部４、電圧計測部５、温度計測部６を備える。蓄電装置１は、例えば、車両に搭載された電池パックなどが考えられる。電池２は、電池パックに設けられた二次電池であり、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池又は蓄電素子などである。なお、電池２は複数の電池を接続した組電池を用いてもよい。

制御回路３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）を用いた回路が考えられる。また、制御回路３は、内部又は外部に備えられている記憶部を備え、記憶部に記憶されている蓄電装置１の各部を制御するプログラムを読み出して実行する。なお、本例においては制御回路３を用いて説明をするが、制御回路３が実行する制御を、例えば車両に搭載されている一つ以上のＥＣＵ（Electronic Control Unit）などに行わせてもよい。

制御回路３は、電池２の満充電容量を推定する推定部７を有し、推定部７は、電池２の充放電開始時刻から充放電終了時刻までの電流積算値ΔＡｈ［Ａｈ］と、充放電開始時刻及び充放電終了時刻に計測した開回路電圧を用いて推定した充電率の差ΔＳＯＣ［％］とを用いて満充電容量Ｆｃｃ０を推定する。

ΔＳＯＣは、充放電開始時刻に計測した開回路電圧を用いて推定した充電率ＳＯＣ１と、充放電終了時刻に計測した開回路電圧を用いて推定した充電率ＳＯＣ２との差を用いて求める。式１を参照。
ΔＳＯＣ＝｜ＳＯＣ１−ＳＯＣ２｜式１
また、満充電容量Ｆｃｃ０は式２を用いて推定する。
Ｆｃｃ０＝ΔＡｈ／ΔＳＯＣ式２

制御回路３の推定部７は、重み付け移動平均を用いて周辺環境の影響により生じたノイズを除去する。重み付け移動平均としては、例えば、前回の充放電終了後に推定した前回の確定満充電容量Ｆｃｃ１と重み付け係数α（第一の重み付け係数）とを乗算した値（Ｆｃｃ１×α）と、今回の充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０と重み付け係数αに応じて決定される重み付け係数β（＝１−α：第二の重み付け係数）とを乗算した値（Ｆｃｃ０×β）と、を加算して今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を推定する。式３を参照。
今回のＦｃｃ１＝前回のＦｃｃ１×α＋Ｆｃｃ０×β 式３

また、制御回路３の推定部７は、前回の充放電終了後に前回の確定満充電容量が推定されてから、確定満充電容量Ｆｃｃ１が所定期間Ｔ推定されていない場合、今回のＦｃｃ１を推定するときに、重み付け係数αは現在設定されている値より小さい値に設定し、重み付け係数βは現在設定されている値より大きい値に設定する。例えば、通常時（前回の確定満充電容量が推定されてから、所定期間Ｔ内に今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１が推定されているとき）に、重み付け係数αが０．９、重み付け係数βが０．１であれば、確定満充電容量Ｆｃｃ１が所定期間Ｔ推定されていない場合には重み付け係数αを０．５、重み付け係数βを０．５とする。すなわち、保存劣化を考慮して、前回の確定満充電容量Ｆｃｃ１よりも、所定期間Ｔを経過した後の最初の充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０を重視する重み付けをすることで、今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を実際の満充電容量Ｆｃｃに近づけることができるので、今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を精度よく推定できる。

なお、通常時の重み付け係数α、β、及び、所定期間Ｔ推定されていない場合に用いる重み付け係数α、βは、記憶部に記憶されている。また、重み付け係数αは０．９や０．１に限らず他の値でもよく、βも０．１や０．５に限らず他の値でもよい。また、前回の確定満充電容量Ｆｃｃ１は、前々回の確定満充電容量Ｆｃｃ１×α＋前回の充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０×βによって推定される。

図２は、重み付け係数α、βと満充電容量（又は容量維持率）と日数（時間）との関係を示す図である。図２においては縦軸に満充電容量が示され、横軸に日数が示されている。また、図２の曲線２１（実線）は電池２の実際の満充電容量Ｆｃｃを示す曲線である。曲線２２（破線）は、確定満充電容量Ｆｃｃ１を所定期間Ｔ推定しない場合でも、式３において重み付け係数αを０．９とし重み付け係数βを０．１とした場合の確定満充電容量Ｆｃｃ１の推移を示す曲線である。また、曲線２３（一点鎖線）は、確定満充電容量Ｆｃｃ１を所定期間Ｔ推定しない場合に、所定期間Ｔを経過後、式３において重み付け係数αを０．５とし重み付け係数βを０．５としたときの確定満充電容量Ｆｃｃ１の推移を示す曲線である。

曲線２２と曲線２３とは、０日から２０日まで、式３の重み付け係数αを０．９とし、重み付け係数βを０．１としているので、曲線２２、２３は同じ確定満充電容量Ｆｃｃ１を推定する。また、曲線２２、２３は曲線２１に近い曲線を描く。

続いて、２０日から４０日（所定期間Ｔ）において、電池２は長期間放置されるため、保存劣化により実際の満充電容量Ｆｃｃは曲線２１に示すように低下する。
続いて、４０日（所定期間Ｔを経過した後）において電池２の充放電終了後、式３の重み付け係数αが０．９、重み付け係数βが０．１のままだと曲線２２と曲線２１とは乖離する。その理由は、２０日（所定期間Ｔの開始時刻前）に推定した確定満充電容量Ｆｃｃ１を前回の確定満充電容量Ｆｃｃ１とし、この前回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を重視する重み付けがされるとともに、４０日において電池２の充放電終了後に推定された満充電容量Ｆｃｃ０に対する重み付けが軽視されているためである。そのため、４０日において電池２の充放電終了後に推定された今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１が、２０日における実際の満充電容量Ｆｃｃに近づいてしまう。

更に、図２に示すように、式３の重み付け係数αが０．９、重み付け係数βが０．１のままだと、曲線２２が曲線２１に一致するまでに時間を要してしまう。その理由は、所定期間Ｔを経過した後の最初の充放電終了後、前回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を重視する重み付けをして今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を推定すると、今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１と実際の満充電容量Ｆｃｃとが乖離するので、曲線２２が曲線２１に一致するまでに時間がかかるためである。

そこで、所定期間Ｔを経過した後、４０日において充放電終了後、保存劣化を考慮して式３の重み付け係数αを０．５、重み付け係数βを０．５に設定し、２０日に推定した前回の確定満充電容量Ｆｃｃ１よりも、４０日において電池２の充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０を重視する重み付けをする。そうすると４０日において充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０は、所定期間Ｔを経過した後に推定され、保存劣化の影響が反映されているので、実際の満充電容量Ｆｃｃに近い値となる。よって、今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を精度よく推定できる。

更に、図２に示すように、式３の重み付け係数αを０．５、重み付け係数βを０．５にすることで、曲線２３が曲線２１に一致するまでに時間を早くすることができる。その理由は、所定期間Ｔを経過した後の最初の充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０を重視する重み付けをして今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を推定すると、今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１と実際の満充電容量Ｆｃｃとが近い値となるため、曲線２３が曲線２１に一致するまでの時間を短縮させることができる。

なお、制御回路３の推定部７は、所定期間Ｔが長いほど、重み付け係数αは小さい値に設定し、重み付け係数βは大きい値に設定する。すなわち、所定期間Ｔが長くなるほど、電池２の充放電終了後の保存劣化は大きくなるため、所定期間Ｔの開始時刻前に推定した確定満充電容量Ｆｃｃ１（前回の確定満充電容量Ｆｃｃ１）よりも、所定期間Ｔを経過した後の最初の充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０を重視する重み付けをする。そうすると、満充電容量Ｆｃｃ０は、所定期間Ｔを経過した後に推定されているため、保存劣化の影響が反映され、実際の満充電容量Ｆｃｃに近い値となるので、今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を精度よく推定できる。

また、制御回路３の推定部７は、所定期間Ｔにおける電池２の温度が所定温度より高い場合、重み付け係数αは現在設定されている値より小さい値に設定し、重み付け係数βは現在設定されている値より大きい値に設定する。また、制御回路３の推定部７は、電池２の所定温度が高いほど、重み付け係数αは小さい値に設定し、重み付け係数βは大きい値に設定する。すなわち、電池２の温度が所定温度より高くなると、電池２の劣化により満充電容量が小さくなるため、所定期間Ｔを経過した後の最初の充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０を重視する重み付けをする。そうすると、満充電容量Ｆｃｃ０は、所定期間Ｔを経過した後に推定されているため、電池２の温度及び保存劣化の影響が反映され、実際の満充電容量Ｆｃｃに近い値となるので、今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を精度よく推定できる。なお、電池２の温度は、温度計測部６を用いて計測する。また、制御回路３は、所定期間Ｔにおいて計測した温度の平均を算出し、その平均温度を温度として用いてもよい。

また、制御回路３の推定部７は、所定期間Ｔにおける充電率が所定充電率より高い場合、重み付け係数αは現在設定されている値より小さい値に設定し、重み付け係数βは現在設定されている値より大きい値に設定する。また、制御回路３の推定部７は、所定充電率が高いほど、重み付け係数αは小さい値に設定し、重み付け係数βは大きい値に設定する。すなわち、電池２の充電率が所定充電率より高くなると、電池２の劣化により満充電容量が小さくなるため、所定期間Ｔを経過した後の最初の充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０を重視する重み付けをする。そうすると、満充電容量Ｆｃｃ０は、所定期間Ｔを経過した後に推定されているため、電池２の温度及び保存劣化の影響が反映され、実際の満充電容量Ｆｃｃに近い値となるので、今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を精度よく推定できる。

蓄電装置１の動作について説明をする。
図３は、蓄電装置１の動作の一実施例を示すフロー図である。ステップＳ１で制御回路３は充放電終了を検出すると、ステップＳ２で制御回路３は満充電容量Ｆｃｃ０を推定する。すなわち、制御回路３は、電池２の充放電開始時刻から充放電終了時刻までの電流積算値ΔＡｈ［Ａｈ］と、充放電開始時刻及び充放電終了時刻に計測した開回路電圧を用いて推定した充電率の差ΔＳＯＣ［％］とを用いて満充電容量Ｆｃｃ０を推定する。式２を参照。

ステップＳ３では、制御回路３が所定期間Ｔにおいて確定満充電容量Ｆｃｃ１が推定されたか否かを判定し、所定期間Ｔに推定をしている場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ４に移行し、所定期間Ｔに推定をしていない場合（Ｎｏ）にはステップＳ５に移行する。

ステップＳ４では、通常時の重み付け係数α、βを用いて、式３に示すように今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を推定する。すなわち、前回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を重視する重み付けをして今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を推定する。例えば、重み付け係数αを０．９、重み付け係数βを０．１として確定満充電容量Ｆｃｃ１を推定する。

ステップＳ５では、確定満充電容量Ｆｃｃ１が所定期間Ｔ推定されない場合、制御回路３は通常時の重み付け係数α、βを変更して、式３に示すように今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を推定する。すなわち、重み付け係数αを現在設定されている通常時の重み付け係数αより小さい値に設定し、重み付け係数βを現在設定されている通常時の重み付け係数βより大きい値に設定し、所定期間Ｔを経過した後の最初の充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０を重視する重み付けをし、今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を推定する。例えば、重み付け係数αを０．９→０．５、重み付け係数βを０．１→０．５として確定満充電容量Ｆｃｃ１を推定する。

このように、所定期間Ｔにおいて確定満充電容量Ｆｃｃ１が推定されていない場合、電池２の保存劣化を考慮して、前回の確定満充電容量Ｆｃｃ１よりも、今回の充放電終了後に推定した満充電容量Ｆｃｃ０を重視する重み付けをすることで、今回の確定満充電容量Ｆｃｃ１を実際の満充電容量Ｆｃｃに近づけられるので、確定満充電容量Ｆｃｃ１を精度よく推定できる。

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蓄電装置
２電池
３制御回路
４電流計測部
５電圧計測部
６温度計測部
７推定部

Claims

電池と、前記電池の充放電終了後に前記電池の満充電容量を推定するとともに第一の重み付け係数及び前記第一の重み付け係数に応じて決定される第二の重み付け係数を設定した後、確定満充電容量を推定する推定部と、を備える蓄電装置であって、
前記推定部は、
前記電池の充放電開始時刻から充放電終了時刻までの電流積算値と、前記充放電開始時刻及び前記充放電終了時刻に計測した開回路電圧を用いて推定した充電率の差とを用いて前記満充電容量を推定し、
前記確定満充電容量を前回推定してから前記満充電容量を今回推定するまでに所定期間経過している場合、前記第一の重み付け係数を現在設定されている値より小さい値に設定し、前記第二の重み付け係数を現在設定されている値より大きい値に設定し、
前回推定した前記確定満充電容量と前記第一の重み付け係数とを乗算した値と、今回推定した前記満充電容量と前記第二の重み付け係数とを乗算した値と、を加算して前記確定満充電容量を推定する、
ことを特徴とする蓄電装置。
請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記推定部は、
前記所定期間が長いほど、前記第一の重み付け係数は小さい値に設定し、前記第二の重み付け係数は大きい値に設定する、
ことを特徴とする蓄電装置。
請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記推定部は、
前記所定期間における前記電池の温度が所定温度より高い場合、前記第一の重み付け係数は現在設定されている値より小さい値に設定し、前記第二の重み付け係数は現在設定されている値より大きい値に設定する、
ことを特徴とする蓄電装置。
請求項３に記載の蓄電装置であって、
前記推定部は、
前記所定温度が高いほど、前記第一の重み付け係数は小さい値に設定し、前記第二の重み付け係数は大きい値に設定する、
ことを特徴とする蓄電装置。
請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記推定部は、
前記所定期間における充電率が所定充電率より高い場合、前記第一の重み付け係数は現在設定されている値より小さい値に設定し、前記第二の重み付け係数は現在設定されている値より大きい値に設定する、
ことを特徴とする蓄電装置。
請求項５に記載の蓄電装置であって、
前記推定部は、
前記所定充電率が高いほど、前記第一の重み付け係数は小さい値に設定し、前記第二の重み付け係数は大きい値に設定する、
ことを特徴とする蓄電装置。