JPWO2019116640A1 - 電池監視装置、コンピュータプログラム及び電池監視方法 - Google Patents

電池監視装置、コンピュータプログラム及び電池監視方法 Download PDF

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Abstract

電池監視装置は、複数の単位電池の電圧を取得する電圧取得部と、二次電池の充放電電流を取得する電流取得部と、第1のトリップ期間内で所定スイッチがオフ状態である第1時点に取得した第1電圧に基づいて第1充電率を算出する第1充電率算出部と、第2のトリップ期間で所定スイッチがオフ状態である第2時点に取得した第2電圧に基づいて第2充電率を算出する第2充電率算出部と、第1時点から第2時点までの間での二次電池の充放電量を算出する充放電量算出部と、第1充電率、第2充電率及び充放電量に基づいて複数の単位電池の単位満充電容量を算出する満充電容量算出部と、算出した単位満充電容量に基づいて二次電池の満充電容量を更新する更新部とを備える。

Description

本開示は、電池監視装置、コンピュータプログラム及び電池監視方法に関する。
本出願は、2017年12月13日出願の日本出願第2017−238642号、2017年12月13日出願の日本出願第2017−238643号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
特許文献1には、車両の始動スイッチがオンされてからオフされるまでの1トリップ中の電池の充放電量を算出するとともに、始動スイッチがオンされた直後に電池セルの電圧を測定することにより、今回トリップ開始時に算出した各電池セルの残存容量と前回トリップ開始時に算出した各電池セルの残存容量との差を算出して電池の満充電容量を算出する満充電容量算出装置が開示されている。
特開2015−83928号公報
本開示の実施の形態に係る電池監視装置は、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置であって、前記複数の単位電池の電圧を取得する電圧取得部と、前記二次電池の充放電電流を取得する電流取得部と、前記二次電池の充放電動作に係る所定スイッチのオン時点から次のオン時点までの第1のトリップ期間内で前記所定スイッチがオフ状態である第1時点に前記電圧取得部が取得した第1電圧に基づいて第1充電率を算出する第1充電率算出部と、前記第1のトリップ期間の次のトリップ期間である第2のトリップ期間で前記所定スイッチがオフ状態である第2時点に前記電圧取得部が取得した第2電圧に基づいて第2充電率を算出する第2充電率算出部と、前記第1時点から前記第2時点までの間で前記電流取得部が取得した充放電電流に基づいて前記二次電池の充放電量を算出する充放電量算出部と、前記第1充電率、前記第2充電率及び前記充放電量に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する満充電容量算出部と、前記満充電容量算出部で算出した単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する更新部とを備える。
本開示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、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記複数の単位電池の電圧を取得する処理と、前記二次電池の充放電電流を取得する処理と、前記二次電池の充放電動作に係る所定スイッチのオン時点から次のオン時点までの第1のトリップ期間内で前記所定スイッチがオフ状態である第1時点に取得した電圧に基づいて第1充電率を算出する処理と、前記第1のトリップ期間の次のトリップ期間である第2のトリップ期間で前記所定スイッチがオフ状態である第2時点に取得した電圧に基づいて第2充電率を算出する処理と、前記第1時点から前記第2時点までの間で取得した充放電電流に基づいて前記二次電池の充放電量を算出する処理と、前記第1充電率、前記第2充電率及び前記充放電量に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する処理と、算出した単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する処理とを実行させる。
本開示の実施の形態に係る電池監視方法は、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置による電池監視方法であって、前記複数の単位電池の電圧を取得し、前記二次電池の充放電電流を取得し、前記二次電池の充放電動作に係る所定スイッチのオン時点から次のオン時点までの第1のトリップ期間内で前記所定スイッチがオフ状態である第1時点に取得された電圧に基づいて第1充電率を算出し、前記第1のトリップ期間の次のトリップ期間である第2のトリップ期間で前記所定スイッチがオフ状態である第2時点に取得された電圧に基づいて第2充電率を算出し、前記第1時点から前記第2時点までの間で取得された充放電電流に基づいて前記二次電池の充放電量を算出し、前記第1充電率、前記第2充電率及び前記充放電量に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出し、算出された単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する。
本開示の実施の形態に係る電池監視装置は、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置であって、前記二次電池の電流を取得する電流取得部と、所定の開始時点から終了時点に亘って前記二次電池の電流積算値を算出する電流積算値算出部と、前記電流積算値算出部で算出した電流積算値の差の絶対値に基づいて第1時点及び第2時点を特定する特定部と、前記特定部で特定した第1時点及び第2時点での前記複数の単位電池それぞれの充電率を算出する充電率算出部と、前記電流積算値の差、前記第1時点及び第2時点での充電率に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する満充電容量算出部とを備える。
本開示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、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記二次電池の電流を取得する処理と、所定の開始時点から終了時点に亘って前記二次電池の電流積算値を算出する処理と、算出した電流積算値の差の絶対値に基づいて第1時点及び第2時点を特定する処理と、特定した第1時点及び第2時点での前記複数の単位電池それぞれの充電率を算出する処理と、前記電流積算値の差の絶対値、前記第1時点及び第2時点での充電率に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する処理とを実行させる。
本開示の実施の形態に係る電池監視方法は、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置による電池監視方法であって、前記二次電池の電流を取得し、所定の開始時点から終了時点に亘って前記二次電池の電流積算値を算出し、算出された電流積算値の差の絶対値に基づいて第1時点及び第2時点を特定し、特定された第1時点及び第2時点での前記複数の単位電池それぞれの充電率を算出し、前記電流積算値の差の絶対値、前記第1時点及び第2時点での充電率に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する。
本実施の形態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。 本実施の形態の電池監視装置の構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態の電池監視装置の動作の一例を示すタイムチャートである。 本実施の形態のセルの開放電圧と充電率との相関関係の一例を示す説明図である。 充電終了後のセルの電圧変化の一例を示す模式図である。 放電終了後のセルの電圧変化の一例を示す模式図である。 各セルの単位満充電容量の履歴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二次電池ユニットの更新方法の第1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二次電池ユニットの更新方法の第2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単位満充電容量の算出処理手順の一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による単位満充電容量の算出処理手順の一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による満充電容量の更新処理手順の一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構成の一例を示すブロック図である。 本実施の形態のセルの等価回路の一例を示す説明図である。 本実施の形態のセルのインピーダンススペクトルの一例を示す説明図である。 本実施の形態のセルの充放電切替前後の電流及び電圧変化の様子の一例を示す説明図である。 本実施の形態のセルの1トリップ内の電流積算値の推移の第1例を示すタイムチャートである。 本実施の形態のセルの1トリップ内の電流積算値の推移の第2例を示すタイムチャートである。 本実施の形態の電池監視装置による充放電量及び充電率の差の算出方法の一覧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充電率及び電流積算値の算出処理手順の一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による充電率及び電流積算値の算出処理手順の一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による単位満充電容量の算出処理手順の一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による満充電容量の更新処理手順の一例を示すフローチャートである。
[本開示が解決しようとする課題]
特許文献1の装置にあっては、始動スイッチがオンされた直後は、電池セルに電流が流れていないことを前提として電池セルの開放電圧を測定しているが、実際には始動スイッチがオンされた直後であっても、電池セルを監視する監視ユニットが起動しており、あるいはインバータ又はモータ等の監視のために電池セルから電流が流れている場合があり、そのような場合には、開放電圧を正確に測定することができないので、結果として電池の満充電容量を精度良く算出することができない。また、各電池セルの残存容量の均等化処理が動作中である場合、電池セルから放電電流が流れ、始動スイッチがオンされた直後に電池セルの電圧が安定しているか否かが不明であり、電池の満充電容量を精度良く算出することができないおそれがある。
そこで、二次電池の満充電容量を精度良く算出することができる電池監視装置、コンピュータプログラム及び電池監視方法を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
本開示によれば、二次電池の満充電容量を精度良く算出することができる。
[本願開示の第1実施形態の説明]
本実施の形態に係る電池監視装置は、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置であって、前記複数の単位電池の電圧を取得する電圧取得部と、前記二次電池の充放電電流を取得する電流取得部と、前記二次電池の充放電動作に係る所定スイッチのオン時点から次のオン時点までの第1のトリップ期間内で前記所定スイッチがオフ状態である第1時点に前記電圧取得部が取得した第1電圧に基づいて第1充電率を算出する第1充電率算出部と、前記第1のトリップ期間の次のトリップ期間である第2のトリップ期間で前記所定スイッチがオフ状態である第2時点に前記電圧取得部が取得した第2電圧に基づいて第2充電率を算出する第2充電率算出部と、前記第1時点から前記第2時点までの間で前記電流取得部が取得した充放電電流に基づいて前記二次電池の充放電量を算出する充放電量算出部と、前記第1充電率、前記第2充電率及び前記充放電量に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する満充電容量算出部と、前記満充電容量算出部で算出した単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する更新部とを備える。
本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、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記複数の単位電池の電圧を取得する処理と、前記二次電池の充放電電流を取得する処理と、前記二次電池の充放電動作に係る所定スイッチのオン時点から次のオン時点までの第1のトリップ期間内で前記所定スイッチがオフ状態である第1時点に取得した電圧に基づいて第1充電率を算出する処理と、前記第1のトリップ期間の次のトリップ期間である第2のトリップ期間で前記所定スイッチがオフ状態である第2時点に取得した電圧に基づいて第2充電率を算出する処理と、前記第1時点から前記第2時点までの間で取得した充放電電流に基づいて前記二次電池の充放電量を算出する処理と、前記第1充電率、前記第2充電率及び前記充放電量に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する処理と、算出した単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する処理とを実行させる。
本実施の形態に係る電池監視方法は、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置による電池監視方法であって、前記複数の単位電池の電圧を取得し、前記二次電池の充放電電流を取得し、前記二次電池の充放電動作に係る所定スイッチのオン時点から次のオン時点までの第1のトリップ期間内で前記所定スイッチがオフ状態である第1時点に取得された電圧に基づいて第1充電率を算出し、前記第1のトリップ期間の次のトリップ期間である第2のトリップ期間で前記所定スイッチがオフ状態である第2時点に取得された電圧に基づいて第2充電率を算出し、前記第1時点から前記第2時点までの間で取得された充放電電流に基づいて前記二次電池の充放電量を算出し、前記第1充電率、前記第2充電率及び前記充放電量に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出し、算出された単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する。
二次電池(二次電池ユニットとも称する)は、単一の又は複数並列に接続された単位電池(電池セルとも称する)が複数直列に接続された構成を有する。電圧取得部は、直列に接続された複数の単位電池それぞれの電圧を取得する。電流取得部は、二次電池の充放電電流を取得する。
第1充電率算出部は、二次電池の充放電動作に係る所定スイッチのオン時点から次のオン時点までの第1のトリップ期間内で当該所定スイッチがオフ状態である第1時点に電圧取得部が取得した第1電圧に基づいて第1充電率を算出する。トリップは、所定スイッチがオンした時点を始点とし、所定スイッチが一旦オフとなり次にオンした時点を終点とする期間を示す。所定スイッチは、例えば、車両の始動スイッチとすることができる。電圧取得部は、第1時点において、各単位電池の電圧(開放電圧:OCV)を取得する。単位電池の予め定められたOCVと充電率:SOC(State of Charge)との関係に基づいて、OCVから充電率:SOCを算出することができる。
第2充電率算出部は、第1のトリップ期間の次のトリップ期間である第2のトリップ期間で所定スイッチがオフ状態である第2時点に電圧取得部が取得した第2電圧に基づいて第2充電率を算出する。第1充電率をSOC1とし、第2充電率をSOC2と表す。
充放電量算出部は、第1時点から第2時点までの間で電流取得部が取得した充放電電流に基づいて二次電池の充放電量を算出する。第1時点から第2時点までの充放電量をΔCと表す。
満充電容量算出部は、第1充電率SOC1、第2充電率SOC2及び充放電量ΔCに基づいて複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する。単位満充電容量をFで表すと、単位満充電容量Fは、F=ΔC/ΔSOC(ただし、ΔSOC=SOC2−SOC1)という式で算出することができる。
更新部は、満充電容量算出部で算出した単位満充電容量に基づいて二次電池の満充電容量を更新する。例えば、二次電池の満充電容量は、単位電池毎の単位満充電容量を合計することにより算出することができる。
上述のとおり、所定スイッチがオフ状態である時点における各単位電池の電圧を取得するので、各単位電池には充放電電流が流れていないので、各単位電池の正確な開放電圧を得ることができ、結果として、二次電池の満充電容量を精度良く算出することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記更新部は、前記満充電容量算出部で算出した一の時点での単位満充電容量及び該一の時点よりも前の時点での単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する。
更新部は、満充電容量算出部で算出した一の時点(例えば、今回と称する)での単位満充電容量及び当該一の時点よりも前の時点(例えば、前回と称する)での単位満充電容量に基づいて二次電池の満充電容量を更新する。
例えば、任意の単位電池について、今回の単位満充電容量が前回の単位満充電容量より大きい場合、時間経過とともに満充電容量が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の単位満充電容量を使用せずに、前回の単位満充電容量を使用する。一方、今回の単位満充電容量が前回の単位満充電容量以下である場合には、単位電池の満充電容量を今回の満充電容量で更新する。これにより、単位電池の単位満充電容量を精度良く更新することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置は、前記満充電容量算出部で算出する都度、前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶した過去所定回数の単位満充電容量に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する統計値算出部とを備え、前記更新部は、前記統計値算出部で算出した一の時点での統計値及び該一の時点よりも前の時点での統計値に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する。
記憶部は、満充電容量算出部で算出する都度、複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を記憶する。
統計値算出部は、記憶部に記憶した過去所定回数の単位満充電容量に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する。所定回数は、例えば、今回(又は現在)から過去に向かって5回、10回などとすることができるが、5回又は10回に限定されるものではなく、誤差を抑制するという観点から複数回であればよい。統計値は、例えば、平均値とすることができるが、平均値に限定されない。
例えば、任意の単位電池の単位満充電容量が、過去に向かって、Fn、F(n−1)、F(n−2)、F(n−3)、F(n−4)とすると、統計値は、{Fn+F(n−1)+F(n−2)+F(n−3)+F(n−4)}/5という式で算出することができる。
更新部は、統計値算出部で算出した一の時点(例えば、今回と称する)での統計値及び当該一の時点よりも前の時点(例えば、前回と称する)での統計値に基づいて二次電池の満充電容量を更新する。
例えば、任意の単位電池について、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合、時間経過とともに満充電容量が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用しない。一方、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値以下である場合には、今回の統計値を単位電池の単位満充電容量とし、二次電池の満充電容量を更新する。これにより、誤差を抑制して二次電池の満充電容量を精度良く更新することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記更新部は、前記一の時点での統計値が前記前の時点での統計値よりも大きい場合、前記二次電池の満充電容量を更新しない。
更新部は、一の時点での統計値が前の時点での統計値よりも大きい場合、二次電池の満充電容量を更新しない。例えば、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合、時間経過とともに満充電容量が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用せずに、二次電池の満充電容量を更新しない。これにより、二次電池の満充電容量の精度が低下することを防止することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記更新部は、前記一の時点での統計値が前記前の時点での統計値以下である場合、前記統計値に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する。
更新部は、一の時点での統計値が前の時点での統計値以下である場合、統計値に基づいて二次電池の満充電容量を更新する。例えば、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値以下である場合、二次電池の満充電容量を更新するので、時間経過とともに低下する満充電容量を反映して二次電池の満充電容量を精度良く求めることができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記更新部は、前記一の時点での統計値が公称満充電容量より大きい場合、前記統計値に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する。
更新部は、一の時点での統計値が公称満充電容量より大きい場合、統計値に基づいて二次電池の満充電容量を更新する。
電池の実際の満充電容量(実力値)は、電池の生産上などのばらつきを考慮して、公称満充電容量より大きな値となることが一般的である。特に、単位電池(又は二次電池)が新品又は新品に近い状態では、単位電池の単位満充電容量は、公称満充電容量より大きな値となる場合が多い。そこで、統計値が公称満充電容量より大きい場合、統計値に基づいて二次電池の満充電容量を更新する。
例えば、公称満充電容量をFNとし、算出した満充電容量をF(=FN+ΔF)とすると、二次電池の満充電容量をFNではなく、Fとすることにより、ΔFに相当する容量だけ、回生することが可能となり、回生可能な範囲を拡大することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記更新部は、前記一の時点での統計値が公称満充電容量以下であって、前記前の時点での統計値よりも大きい場合、前記二次電池の満充電容量を更新しない。
更新部は、一の時点での統計値が公称満充電容量以下であって、前の時点での統計値よりも大きい場合、二次電池の満充電容量を更新しない。統計値が公称満充電容量以下である場合には、統計値が公称満充電容量より大きいときのように、回生可能な範囲を広げる余地はない。さらに、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用せずに、二次電池の満充電容量を更新しない。これにより、二次電池の満充電容量の精度が低下することを防止することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記更新部は、前記一の時点での統計値が公称満充電容量以下であって、前記前の時点での統計値以下である場合、前記統計値に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する。
更新部は、一の時点での統計値が公称満充電容量以下であって、前の時点での統計値以下である場合、統計値に基づいて二次電池の満充電容量を更新する。統計値が公称満充電容量以下である場合には、統計値が公称満充電容量より大きいときのように、回生可能な範囲を広げる余地はない。さらに、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値以下である場合、二次電池の満充電容量を更新するので、時間経過とともに低下する満充電容量を反映して二次電池の満充電容量を精度良く求めることができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記統計値算出部は、前記記憶部に記憶した前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量の前記過去所定回数に亘る最小値に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する。
統計値算出部は、記憶部に記憶した複数の単位電池それぞれの単位満充電容量の過去所定回数に亘る最小値に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する。
例えば、複数の単位電池それぞれの単位満充電容量のうち、単位満充電容量の最小値が、過去に向かって、Fn、F(n−1)、F(n−2)、F(n−3)、F(n−4)とすると、統計値は、{Fn+F(n−1)+F(n−2)+F(n−3)+F(n−4)}/5という式で算出することができる。複数の単位電池それぞれの単位満充電容量が異なる場合、二次電池の満充電容量は、複数の単位電池の単位満充電容量の最小値に依拠して決まることが多い。上述の構成により、複数の単位電池が直列に接続された二次電池の満充電容量を精度良く求めることができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記電圧取得部は、前記二次電池が充電中又は放電中に取得した電圧を除外して前記第1電圧及び第2電圧を取得する。
電圧取得部は、二次電池が充電中又は放電中に取得した電圧を除外して第1電圧及び第2電圧を取得する。別言すれば、電圧取得部は、二次電池が充電中又は放電中である場合、電圧を取得しない。これにより、二次電池(単位電池)に電流が流れていない場合の電圧(すなわち、開放電圧)を取得することができ、充電率(SOC)を精度良く算出することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記電圧取得部は、前記二次電池の充電若しくは放電終了時点から所定時間内、又は前記所定スイッチのオフ時点から所定時間内に取得した電圧を除外して前記第1電圧及び第2電圧を取得する。
電圧取得部は、二次電池の充電若しくは放電終了時点から所定時間内、又は所定スイッチのオフ時点から所定時間内に取得した電圧を除外して第1電圧及び第2電圧を取得する。充電終了後、放電終了後、あるいは所定スイッチをオフした後の所定時間内では、単位電池の電圧が安定しない可能性があるので、単位電池の電圧が安定するのを待って電圧を取得することにより、充電率(SOC)を精度良く算出することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置は、前記二次電池の充電若しくは放電終了時点以降、又は前記所定スイッチのオフ時点以降の前記複数の単位電池の電圧変化率を算出する電圧変化率算出部を備え、前記電圧取得部は、前記電圧変化率算出部で算出した電圧変化率が所定値以上であるときに取得した電圧を除外して前記第1電圧及び第2電圧を取得する。
電圧変化率算出部は、二次電池の充電若しくは放電終了時点以降、所定スイッチのオフ時点以降の複数の単位電池の電圧変化率を算出する。
電圧取得部は、電圧変化率算出部で算出した電圧変化率が所定値以上であるときに取得した電圧を除外して第1電圧及び第2電圧を取得する。充電終了後、放電終了後、あるいは所定スイッチをオフした後は、単位電池の電圧が安定しない可能性があるので、単位電池の電圧が安定するのを待って電圧を取得することにより、充電率(SOC)を精度良く算出することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置は、前記複数の単位電池の残存容量の均衡動作に係る信号を取得する信号取得部を備え、前記電圧取得部は、前記信号取得部で取得した信号が均衡動作中であるときに取得した電圧を除外して前記第1電圧及び第2電圧を取得する。
信号取得部は、複数の単位電池の残存容量の均衡動作に係る信号を取得する。残存容量の均衡動作は、セルバランス動作とも称する。均衡動作を行う回路は、例えば、単位電池毎に並列に接続された抵抗素子及びスイッチの直列回路の当該スイッチをオンにすることにより、単位電池毎に放電を行うことができ、残存容量を均等化することができる。
電圧取得部は、信号取得部で取得した信号が均衡動作中であるときに取得した電圧を除外して第1電圧及び第2電圧を取得する。均衡動作中は、単位電池の電圧が安定しない可能性があるので、均衡動作が行われていないときに電圧を取得することにより、充電率(SOC)を精度良く算出することができる。
[本開示が解決しようとする課題]
また、特許文献1の装置にあっては、1トリップ中の充放電量が小さい場合、満充電容量の算出誤差が大きくなるおそれがある。
そこで、二次電池の満充電容量を精度良く算出することができる電池監視装置、コンピュータプログラム及び電池監視方法を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
本開示によれば、二次電池の満充電容量を精度良く算出することができる。
[本願開示の第2実施形態の説明]
本実施の形態に係る電池監視装置は、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置であって、前記二次電池の電流を取得する電流取得部と、所定の開始時点から終了時点に亘って前記二次電池の電流積算値を算出する電流積算値算出部と、前記電流積算値算出部で算出した電流積算値の差の絶対値に基づいて第1時点及び第2時点を特定する特定部と、前記特定部で特定した第1時点及び第2時点での前記複数の単位電池それぞれの充電率を算出する充電率算出部と、前記電流積算値の差、前記第1時点及び第2時点での充電率に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する満充電容量算出部とを備える。
本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、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記二次電池の電流を取得する処理と、所定の開始時点から終了時点に亘って前記二次電池の電流積算値を算出する処理と、算出した電流積算値の差の絶対値に基づいて第1時点及び第2時点を特定する処理と、特定した第1時点及び第2時点での前記複数の単位電池それぞれの充電率を算出する処理と、前記電流積算値の差の絶対値、前記第1時点及び第2時点での充電率に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する処理とを実行させる。
本実施の形態に係る電池監視方法は、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置による電池監視方法であって、前記二次電池の電流を取得し、所定の開始時点から終了時点に亘って前記二次電池の電流積算値を算出し、算出された電流積算値の差の絶対値に基づいて第1時点及び第2時点を特定し、特定された第1時点及び第2時点での前記複数の単位電池それぞれの充電率を算出し、前記電流積算値の差の絶対値、前記第1時点及び第2時点での充電率に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する。
二次電池(二次電池ユニットとも称する)は、単一の又は複数並列に接続された単位電池(電池セルとも称する)が複数直列に接続された構成を有する。電流取得部は、二次電池の充放電電流を取得する。
電流積算値算出部は、所定の開始時点から終了時点に亘って二次電池の電流積算値を算出する。二次電池の充電電流を正とし、放電電流を負とすると、電流積算値は、充電中には増加し、放電中は減少する。所定の開始時点は、例えば、車両の始動スイッチがオフからオンになる時点とすることができ、終了時点は、始動スイッチがオンからオフになる時点とすることができる。なお、始動スイッチのオン時点は、オン時点だけでなく、オン時点の前後短い近傍時間も含めることができる。また、始動スイッチのオフ時点は、オフ時点だけでなく、オフ時点の前後短い近傍時間も含めることができる。
特定部は、電流積算値算出部で算出した電流積算値の差の絶対値に基づいて第1時点及び第2時点を特定する。第1時点及び第2時点は、電流積算値の差の絶対値が、開始時点での電流積算値と終了時点での電流積算値との差よりも大きい時点とすることができる。
充電率算出部は、特定部で特定した第1時点及び第2時点での複数の単位電池それぞれの充電率を算出する。
満充電容量算出部は、電流積算値の差、第1時点及び第2時点での充電率に基づいて複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する。電流積算値の差をΔCとし、第1時点及び第2時点での充電率の差をΔSOCとすると、単位満充電容量Fは、ΔC/ΔSOCという式で算出することができる。
上述のとおり、開始時点での電流積算値と終了時点での電流積算値との差が小さくなったとしても、電流積算値の差の絶対値が、開始時点での電流積算値と終了時点での電流積算値との差よりも大きい第1時点及び第2時点を特定するので、電流積算値の差ΔCが小さくなることを抑制することができ、結果として、二次電池の満充電容量を精度良く算出することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置は、前記電流積算値算出部で算出した電流積算値が最小値となる最小時点を特定する最小値特定部を備え、前記特定部は、前記開始時点、終了時点及び最小時点から前記第1時点及び第2時点を特定する。
最小値特定部は、電流積算値算出部で算出した電流積算値が最小値となる最小時点を特定する。なお、最小値が時間経過とともに続く場合には、最小時点は、最初に当該最小値に至った時点としてもよく、最小値が維持されている他の任意の時点でもよい。
特定部は、開始時点、終了時点及び最小時点から第1時点及び第2時点を特定する。例えば、第1時点及び第2時点は、開始時点及び最小時点でもよく、最小時点及び終了時点でもよい。
上述のとおり、開始時点での電流積算値と終了時点での電流積算値との差が小さくなったとしても、電流積算値が最小値となる最小時点を特定するので、電流積算値の差ΔCが小さくなることを抑制することができ、結果として、二次電池の満充電容量を精度良く算出することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置は、前記電流積算値算出部で算出した電流積算値が最大値となる最大時点を特定する最大値特定部を備え、前記特定部は、前記開始時点、終了時点及び最大時点から前記第1時点及び第2時点を特定する。
最大値特定部は、電流積算値算出部で算出した電流積算値が最大値となる最大時点を特定する。なお、最大値が時間経過とともに続く場合には、最大時点は、最初に当該最大値に至った時点としてもよく、最大値が維持されている他の任意の時点でもよい。
特定部は、開始時点、終了時点及び最大時点から第1時点及び第2時点を特定する。例えば、第1時点及び第2時点は、開始時点及び最大時点でもよく、最大時点及び終了時点でもよく、あるいは最小時点及び最大時点でもよい。
上述のとおり、開始時点での電流積算値と終了時点での電流積算値との差が小さくなったとしても、電流積算値が最大値となる最大時点を特定するので、電流積算値の差ΔCが小さくなることを抑制することができ、結果として、二次電池の満充電容量を精度良く算出することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置は、前記複数の単位電池の電圧を取得する電圧取得部と、前記複数の単位電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と、前記二次電池の電流、前記複数の単位電池の電圧及び内部抵抗に基づいて、前記複数の単位電池の開放電圧を算出する開放電圧算出部とを備え、前記充電率算出部は、前記開放電圧算出部で算出した開放電圧に基づいて前記充電率を算出する。
電圧取得部は、複数の単位電池の電圧を取得する。抵抗算出部は、複数の単位電池の内部抵抗を算出する。充電から放電、あるいは放電から充電に切り替わると、単位電池の内部抵抗のうち、例えば、拡散抵抗(拡散インピーダンス)及び電荷移動抵抗は一旦リセットされ、通電時間に応じて内部抵抗が増加し始める。そこで、充放電の切り替えありと判定した場合、待機時間T後の電圧V2、電流I2を取得することにより、単位電池の内部抵抗を算出することができる。より具体的には、充放電切替前の単位電池の電圧をV1とし、電流をI1とすると、内部抵抗Rは、R=(V2−V1)/(I2−I1)で算出することができる。
開放電圧算出部は、二次電池の電流、複数の単位電池の電圧及び内部抵抗に基づいて、複数の単位電池の開放電圧を算出する。単位電池の開放電圧OCVは、OCV=V2−I2×Rという式で算出することができる。なお、電圧V2、電流I2は、内部抵抗Rを算出したときの電圧及び電流である。
充電率算出部は、開放電圧算出部で算出した開放電圧に基づいて充電率を算出する。単位電池の予め定められたOCVと充電率(SOC:State of Charge)との関係に基づいて、OCVから充電率を算出することができる。
上述の構成により、満充電容量の算出に必要な単位電池の充電率を算出することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記特定部は、前記電流積算値算出部で算出した前記開始時点での電流積算値と前記終了時点での電流積算値との差の絶対値が所定の閾値より小さい場合、前記第1時点及び第2時点を特定する。
特定部は、電流積算値算出部で算出した開始時点での電流積算値と終了時点での電流積算値との差の絶対値が所定の閾値より小さい場合、第1時点及び第2時点を特定する。
上述のとおり、電流積算値の差ΔCが小さくなることを抑制することができ、結果として、二次電池の満充電容量を精度良く算出することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置は、前記満充電容量算出部で算出した単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する更新部を備える。
更新部は、満充電容量算出部で算出した単位満充電容量に基づいて二次電池の満充電容量を更新する。例えば、直列接続された単位電池で二次電池が構成されている場合、二次電池の満充電容量は、単位満充電容量とすることができ、並列接続された単位電池で二次電池が構成されている場合、単位満充電容量×単位電池の並列数とすることができ、結果として、二次電池の満充電容量を精度良く算出することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記更新部は、前記満充電容量算出部で算出した一の時点での単位満充電容量及び該一の時点よりも前の時点での単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する。
更新部は、満充電容量算出部で算出した一の時点(例えば、今回と称する)での単位満充電容量及び当該一の時点よりも前の時点(例えば、前回と称する)での単位満充電容量に基づいて二次電池の満充電容量を更新する。
例えば、任意の単位電池について、今回の単位満充電容量が前回の単位満充電容量より大きい場合、時間経過とともに満充電容量が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の単位満充電容量を使用せずに、前回の単位満充電容量を使用する。一方、今回の単位満充電容量が前回の単位満充電容量以下である場合には、単位電池の満充電容量を今回の満充電容量で更新する。これにより、単位電池の単位満充電容量を精度良く更新することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置は、前記満充電容量算出部で算出する都度、前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶した過去所定回数の単位満充電容量に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する統計値算出部とを備え、前記更新部は、前記統計値算出部で算出した一の時点での統計値及び該一の時点よりも前の時点での統計値に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する。
記憶部は、満充電容量算出部で算出する都度、複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を記憶する。
統計値算出部は、記憶部に記憶した過去所定回数の単位満充電容量に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する。所定回数は、例えば、今回(又は現在)から過去に向かって5回、10回などとすることができるが、5回又は10回に限定されるものではなく、誤差を抑制するという観点から複数回であればよい。統計値は、例えば、平均値とすることができるが、平均値に限定されない。
例えば、任意の単位電池の単位満充電容量が、過去に向かって、Fn、F(n−1)、F(n−2)、F(n−3)、F(n−4)とすると、統計値は、{Fn+F(n−1)+F(n−2)+F(n−3)+F(n−4)}/5という式で算出することができる。
更新部は、統計値算出部で算出した一の時点(例えば、今回と称する)での統計値及び当該一の時点よりも前の時点(例えば、前回と称する)での統計値に基づいて二次電池の満充電容量を更新する。
例えば、任意の単位電池について、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合、時間経過とともに満充電容量が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用しない。一方、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値以下である場合には、今回の統計値を単位電池の単位満充電容量とし、二次電池の満充電容量を更新する。これにより、誤差を抑制して二次電池の満充電容量を精度良く更新することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記更新部は、前記一の時点での統計値が前記前の時点での統計値よりも大きい場合、前記二次電池の満充電容量を更新しない。
更新部は、一の時点での統計値が前の時点での統計値よりも大きい場合、二次電池の満充電容量を更新しない。例えば、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合、時間経過とともに満充電容量が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用せずに、二次電池の満充電容量を更新しない。これにより、二次電池の満充電容量の精度が低下することを防止することができる。
本実施の形態に係る電池監視装置において、前記統計値算出部は、前記記憶部に記憶した前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量の前記過去所定回数に亘る最小値に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する。
統計値算出部は、記憶部に記憶した複数の単位電池それぞれの単位満充電容量の過去所定回数に亘る最小値に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する。
例えば、複数の単位電池それぞれの単位満充電容量のうち、単位満充電容量の最小値が、過去に向かって、Fn、F(n−1)、F(n−2)、F(n−3)、F(n−4)とすると、統計値は、{Fn+F(n−1)+F(n−2)+F(n−3)+F(n−4)}/5という式で算出することができる。複数の単位電池それぞれの単位満充電容量が異なる場合、二次電池の満充電容量は、複数の単位電池の単位満充電容量の最小値に依拠して決まることが多い。上述の構成により、複数の単位電池が直列に接続された二次電池の満充電容量を精度良く求めることができる。
[本願開示の実施形態の詳細]
(第1実施形態)
以下、本開示に係る電池監視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、インバータ63、モータ64、DC/DCコンバータ65、電池66、電気負荷67、所定スイッチとしての始動スイッチ68、充電器69などを備える。
二次電池ユニット(二次電池)50は、例えば、リチウムイオン電池であり、複数のセル(単位電池)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、各セル51の電圧、二次電池ユニット50の両端の電圧を検出し、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。
リレー61、62は、不図示のリレー制御部により、オン・オフの制御が行われる。インバータ63は、不図示の車両コントローラからの指令によりモータ64への通電制御を行う。充電器69は、車両停止時に車外の電源から電力の供給を受けて、二次電池ユニット50を充電する。
電池66は、例えば、鉛電池であり、車両の電気負荷67への電力供給を行うとともに、リレー61がオンした場合には、DC/DCコンバータ65を介して、二次電池ユニット50により充電される。なお、電池66は、鉛電池に限定されない。
始動スイッチ68は、二次電池ユニット50の充放電動作に係るスイッチであり、オン・オフを示す信号は電池監視装置100へ出力される。例えば、始動スイッチ68がオフからオンになった場合、電池監視装置100が動作していないときは、電池監視装置100は起動する。
図2は本実施の形態の電池監視装置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、充電率算出部14、充放電量算出部15、満充電容量算出部16、更新部17、統計値算出部18、タイマ19、インタフェース部20、電圧変化率算出部21、記憶部22などを備える。
電圧取得部11は、複数のセル51それぞれの電圧、及び二次電池ユニット50の電圧を取得する。また、電流取得部12は、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。なお、電圧、電流を取得するサンプリング周期は、制御部10が制御することができる。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。温度取得部13は、セル51の温度を取得する。
充電率算出部14は、複数のセル51それぞれの充電率を算出する。充電率は、SOC(State of Charge)とも称する。
充放電量算出部15は、電流取得部12で取得した電流に基づいて、二次電池ユニット50の充放電量を算出する。充放電量は、充電の場合には正となり、放電の場合には負となる。ある期間における充放電量は、当該期間における充電電流及び放電電流の値の大小に応じて、正又は負となり得る。
満充電容量算出部16は、複数のセル51それぞれの単位満充電量を算出する。また、満充電容量算出部16は、二次電池ユニット50の満充電容量を算出する。満充電容量の算出方法の詳細は後述する。満充電容量算出部16は、所定の周期(例えば、1時間、30分など)で満充電容量及び単位満充電容量を算出するが、所定の周期は、30分及び1時間に限定されない。
更新部17は、二次電池ユニット50の満充電容量の更新を行う。更新の条件の詳細については後述する。
統計値算出部18は、満充電容量算出部16が所定の周期で所定回数算出した単位満充電容量の統計値を算出する。所定回数は、例えば、5回、10回などとすることができるが、5回又は10回に限定されるものではなく、誤差を抑制するという観点から複数回であればよい。統計値は、例えば、平均値とすることができるが、平均値に限定されない。
タイマ19は、計時結果を制御部10へ出力する。
インタフェース部20は、始動スイッチ68のオン・オフ信号を取得する。また、インタフェース部20は、信号取得部としての機能を有し、複数のセル51の残存容量の均衡動作に係る信号を取得する。残存容量の均衡動作は、セルバランス動作とも称する。均衡動作を行う回路(不図示)は、例えば、抵抗素子及びスイッチの直列回路を、各セル51に並列に接続した構成を有し、当該スイッチをオンにすることにより、セル51毎に放電を行うことができ、複数のセル51の残存容量を均等化することができる。
電圧変化率算出部21は、電圧取得部11で取得した電圧に基づいて、二次電池ユニット50の充電若しくは放電終了時点以降、始動スイッチ68のオフ時点以降の複数のセル51それぞれの電圧変化率を算出する。
記憶部22は、電圧取得部11で取得した電圧、電流取得部12で取得した電流、充電率算出部14で算出した充電率、充放電量算出部15で算出した充放電量、満充電容量算出部16で算出した満充電容量及び単位満充電容量、更新部17で更新した満充電容量、統計値算出部18で算出した統計値などを記憶する。
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3は本実施の形態の電池監視装置100の動作の一例を示すタイムチャートである。図3では、上段から下段に向かって、始動スイッチ68のオン・オフ状態、電池監視装置100の動作状態(オン・オフ)、二次電池ユニット50の充電及び放電状態、セルバランス動作状態(オン・オフ)を示す。
始動スイッチ68は、時点t1においてオフからオン(オン時点)となり、時点t2においてオンからオフ(オフ時点)となり、時点t3においてオフからオン(オン時点)となり、時点t4においてオンからオフ(オフ時点となり、時点t8においてオフからオン(オン時点)となる。
始動スイッチ68のオン時点(t1)から次のオン時点(t3)までの期間を第1のトリップ期間T1とする。また、始動スイッチ68のオン時点(t3)から次のオン時点(t8)までの期間を第2のトリップ期間T2とする。第2のトリップ期間T2は、第1のトリップ期間T1の次のトリップ期間である。
時点t1で始動スイッチ68がオンとなると、電池監視装置100が動作を開始し、車両の走行に応じて二次電池ユニット50に充電電流及び放電電流が流れる。時点t2で始動スイッチ68がオフになると、車両が停止し、二次電池ユニット50からの車両の通電は停止し、二次電池ユニット50には電流が流れない。また、電池監視装置100の動作も一旦停止する。
時点t2から時点t3までの間、すなわち、始動スイッチ68がオフ状態において、電池監視装置100は、所定の周期(例えば、30分又は1時間など)で起動し、複数のセル51それぞれの単位満充電容量を算出する。具体的には、図3の例では、時点t11から時点t1nに亘って複数回、電圧取得部11は電圧を取得し、充電率算出部14は、各セル51の充電率を算出する。なお、始動スイッチ68がオフ状態である時間が短い場合には、単位満充電容量を算出しない場合もある。
また、時点t3で始動スイッチ68がオンとなると、電池監視装置100が動作を開始し、車両の走行に応じて二次電池ユニット50に充電電流及び放電電流が流れる。時点t4で始動スイッチ68がオフになると、車両が停止し、二次電池ユニット50からの車両の通電は停止する。この例では、時点t4から時点t6までの間、二次電池ユニット50は、外部の電源から充電が行われる。また、充電が進んだ時点t5において、セルバランス動作が開始され、充電停止後(時点t6後)においても時点t7までセルバランス動作が継続される。また、電池監視装置100は、各セル51の電圧を監視するため、セルバランス動作が終了する時点t7まで動作を継続する。
時点t7から時点t8までの間、すなわち、始動スイッチ68がオフ状態において、電池監視装置100は、所定の周期(例えば、30分又は1時間など)で起動し、複数のセル51それぞれの単位満充電容量を算出する。具体的には、図3の例では、時点t21から時点t2nに亘って複数回、電圧取得部11は電圧を取得し、充電率算出部14は、各セル51の充電率を算出する。
充電率算出部14は、第1充電率算出部としての機能を有し、第1のトリップ期間T1内で始動スイッチ68がオフ状態である第1時点(例えば、図3の例において、時点t1n)に電圧取得部11が取得した第1電圧に基づいて第1充電率を算出する。時点t11、…、t1nでは、二次電池ユニット50には電流が流れていないので、第1電圧は開放電圧(OCV)となる。
図4は本実施の形態のセル51の開放電圧と充電率との相関関係の一例を示す説明図である。図4において、横軸は開放電圧(OCV)を示し、縦軸は充電率(SOC)を示す。図4に示すように、セル51の開放電圧が大きいほど充電率が増加する。なお、図4に例示する開放電圧と充電率との相関関係は、記憶部22に記憶してもよく、あるいは演算回路で演算するようにしてもよい。
充電率算出部14は、図4に示す相関関係を用いて、第1電圧に基づいて第1充電率を算出することができる。
充電率算出部14は、第2充電率算出部としての機能を有し、第2のトリップ期間T2内で始動スイッチ68がオフ状態である第2時点(例えば、図3の例において、時点t21、…、t2n)に電圧取得部11が取得した第2電圧に基づいて第2充電率を算出する。時点t2nでは、二次電池ユニット50には電流が流れていないので、第2電圧は開放電圧(OCV)となる。以下では、第1時点を時点t1nとし、第2時点を時点t2nとし、第1充電率をSOC1と表し、第2充電率をSOC2と表す。
充放電量算出部15は、第1時点t1nから第2時点t2nまでの間で電流取得部12が取得した充放電電流に基づいて二次電池ユニット50の充放電量を算出する。第1時点t1nから第2時点t2nまでの充放電量をΔCと表す。
満充電容量算出部16は、第1充電率SOC1、第2充電率SOC2及び充放電量ΔCに基づいて複数のセル51それぞれの単位満充電容量を算出する。単位満充電容量をFで表すと、単位満充電容量Fは、F=ΔC/ΔSOC(ただし、ΔSOC=SOC2−SOC1)という式で算出することができる。
更新部17は、満充電容量算出部16で算出した単位満充電容量に基づいて、所定の条件を充足した場合、二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。例えば、二次電池ユニット50の満充電容量は、単位電池毎の単位満充電容量を合計することにより算出することができる。
上述のとおり、始動スイッチ68がオフ状態である時点における各セル51の電圧を取得するので、各セル51には充放電電流が流れていないので、各セル51の正確な開放電圧(OCV)を得ることができ、結果として、二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く算出することができる。
なお、仮にセルの内部抵抗を5mΩとし、始動スイッチのオン直後にセルに流れる電流を5Aとすると、セルの電圧には25mVの誤差(正確な開放電圧との差)となる。開放電圧に25mVの誤差がある場合、SOCには約10%程度の誤差が生じる。本実施の形態によれば、上述のように、セル51に電流が流れないので、正確な開放電圧を取得して精度良くSOCを算出することができる。
各セル51の電圧を取得するタイミングは、例えば、以下のような条件を用いることができる。
電圧取得部11は、二次電池ユニット50が充電中又は放電中に取得した電圧を除外して第1電圧及び第2電圧を取得する。別言すれば、電圧取得部11は、二次電池ユニット50が充電中又は放電中である場合、電圧を取得しない。図3の例では、時点t1から時点t2までの間、時点t3から時点t6までの間は、二次電池ユニット50が充電中又は放電中であるので、電圧取得部11が取得した電圧は、充電率の算出には使用しない。これにより、二次電池ユニット50(セル51)に電流が流れていない場合の電圧(すなわち、開放電圧)を取得することができ、充電率(SOC)を精度良く算出することができる。
また、電圧取得部11は、二次電池ユニット50の充電若しくは放電終了時点から所定時間内、又は始動スイッチ68のオフ時点から所定時間内に取得した電圧を除外して第1電圧及び第2電圧を取得する。
図5は充電終了後のセル51の電圧変化の一例を示す模式図である。図5において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。時点tsより前の充電中では、セル51の電圧は徐々に上昇する傾向を示す(なお、セル51が満充電状態になると電圧は一定値で維持される)。時点tsで充電を停止すると、セル51の電圧は一旦低下した後、徐々に減少し、時点td以降は、ほぼ一定値で推移する傾向を示す。
図6は放電終了後のセル51の電圧変化の一例を示す模式図である。図6において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。時点tsより前の放電中では、セル51の電圧は徐々に減少する傾向を示す。時点tsで放電を停止すると、セル51の電圧は一旦大きく上昇した後、徐々に上昇し、時点td以降は、ほぼ一定値で推移する傾向を示す。
図5及び図6に示したように、充電終了後又は放電終了後の所定時間内(例えば、図5及び図6に例示した時点tsから時点tdまでの間)、あるいは始動スイッチ68をオフした後の所定時間内(図3の例において、時点t2後の所定時間内)では、セル51の電圧が安定しない可能性がある。そこで、セル51の電圧が安定するのを待って電圧を取得することにより、充電率(SOC)を精度良く算出することができる。
また、電圧取得部11は、電圧変化率算出部21で算出した電圧変化率が所定値以上であるときに取得した電圧を除外して第1電圧及び第2電圧を取得する。図5の例では、時点tpでのセル51の電圧変化率が比較的大きく、セル51の電圧が安定していない。また、図6の例では、時点tpでのセル51の電圧変化率が比較的大きく、セル51の電圧が安定していない。すなわち、充電終了後、放電終了後、あるいは始動スイッチ68をオフした後は、セル51の電圧が安定しない可能性があるので、セル51の電圧が安定するのを待って電圧を取得することにより、充電率(SOC)を精度良く算出することができる。
また、電圧取得部11は、インタフェース部20で取得した信号がセルバランス動作中であるときに、取得した電圧を除外して第1電圧及び第2電圧を取得する。図3の例では、時点t5から時点t7までの間において、セルバランス動作が行われている。セルバランス動作中は、セル51の電圧が安定しない可能性があるので、セルバランス動作が行われていないときに電圧を取得する。図3の例では、二次電池ユニット50の充放電が行われず、かつセルバランス動作が行われていない、時点t7から時点t8までの間で各セル51の電圧を取得する。これにより、充電率(SOC)を精度良く算出することができる。
次に、二次電池ユニット50の満充電容量の更新方法について説明する。
更新部17は、満充電容量算出部16で算出した一の時点(例えば、今回と称する)での単位満充電容量及び当該一の時点よりも前の時点(例えば、前回と称する)での単位満充電容量に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。
図3の例において、今回の単位満充電容量は、F=ΔC/ΔSOC(ただし、ΔSOC=SOC2−SOC1)という式で算出することができる。ここで、ΔCは、時点t1nから時点t2nまでの間の充放電量であり、SOC2は時点t2nでの充電率、SOC1は時点t1nでの充電率である。
また、前回の単位満充電容量は、F=ΔC/ΔSOC(ただし、ΔSOC=SOC2−SOC1)という式で算出することができる。ここで、ΔCは、時点t1nから時点t2(n−1)までの間の充放電量であり、SOC2は時点t2(n−1)での充電率、SOC1は時点t1nでの充電率である。時点t2(n−1)は、時点t2nよりも所定の周期(例えば、30分、1時間など)に相当する時間だけ過去の時点である。
例えば、任意のセル51について、今回の単位満充電容量が前回の単位満充電容量より大きい場合、時間経過とともに満充電容量が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回(時点t2n)の単位満充電容量を使用せずに、前回(時点t2(n−1))の単位満充電容量を使用する。一方、今回の単位満充電容量が前回の単位満充電容量以下である場合には、セル51の満充電容量を今回の満充電容量で更新する。これにより、セル51の単位満充電容量を精度良く更新することができる。
なお、セル51の単位満充電容量を更新する場合、単位満充電容量の統計値を用いることができる。以下に、統計値を用いる場合について説明する。
満充電容量算出部16で各セル51の単位満充電容量を算出する都度、算出した単位満充電容量を記憶部22に記憶する。例えば、図3において、時点t21、…、t2nそれぞれで算出した各セル51の単位満充電容量をセル51の識別情報(ID)と関連付けて記憶することができる。
統計値算出部18は、記憶部22に記憶した過去所定回数の単位満充電容量に基づいて、セル51毎の単位満充電容量に係る統計値を算出する。所定回数は、例えば、今回(又は現在)から過去に向かって5回、10回などとすることができるが、5回又は10回に限定されるものではなく、誤差を抑制するという観点から複数回であればよい。統計値は、例えば、平均値とすることができるが、平均値に限定されない。
例えば、任意のセル51の単位満充電容量が、過去に向かって、Fn、F(n−1)、F(n−2)、F(n−3)、F(n−4)とすると、統計値は、{Fn+F(n−1)+F(n−2)+F(n−3)+F(n−4)}/5という式で算出することができる。
例えば、図3において、時点t8直前の単位満充電容量をFnとすると、上述のように、満充電容量算出部16は、時点t21、…、t2nそれぞれで各セル51の単位満充電容量を算出するが、どの時点がt8であるのかが分からないため、毎回単位満充電容量を算出し、その都度、更新して、t8直前(例えば、時点t2n)の値がFnとなる。この場合、時点t21から時点t2(n−1)の値は破棄される。また、F(n−1)は、図3の例では記載されていないが、時点t1以前に算出した値を用いる。そして、更新部17は、統計値算出部18で算出した一の時点(例えば、今回と称する)での統計値及び当該一の時点よりも前の時点(例えば、前回と称する)での統計値に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。
任意のセル51について、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合、時間経過とともに満充電容量が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用しない。一方、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値以下である場合には、今回の統計値をセル51の満充電容量として、二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。これにより、誤差を抑制して二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く更新することができる。
また、統計値算出部18は、記憶部22に記憶した複数のセル51それぞれの単位満充電容量の過去所定回数に亘る最小値に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出することができる。
図7は各セル51の単位満充電容量の履歴の一例を示す説明図である。図7の例では、便宜上、二次電池ユニット50が、セル1〜5の5つのセル51で構成されているとする。図7では、時点tn、t(n−1)、t(n−2)、t(n−3)、t(n−4)、t(n−5)、…の順で過去に向かって、それぞれの時点で算出されて記憶された各セル51の単位満充電容量を示す。例えば、時点tnでは、セル1〜5の単位満充電容量をF1n、F2n、F3n、F4n、F5nと表し、時点t(n−1)では、セル1〜5の単位満充電容量をF1(n−1)、F2(n−1)、F3(n−1)、F4(n−1)、F5(n−1)と表す。他の時点についても、同様である。また、図7中、丸印で囲んだ値は、最小値を示す。例えば、時点tnにおけるセル1〜5の単位満充電容量F1n、F2n、F3n、F4n、F5nのうち、F2nが最小値であることを示す。他の時点についても、同様である。
図7で示す場合、統計値算出部18は、時点tnでの統計値FSnを、FSn={F2n+F2(n−1)+F2(n−2)+F3(n−3)+F2(n−4)}/5という式で算出する。また、統計値算出部18は、時点t(n−1)での統計値FS(n−1)を、FS(n−1)={F2(n−1)+F2(n−2)+F3(n−3)+F2(n−4)+F2(n−5)}/5という式で算出する。
複数のセル51それぞれの単位満充電容量が異なる場合、二次電池ユニット50の満充電容量は、複数のセル51の単位満充電容量の最小値に依拠して決まることが多い。上述の構成により、複数のセル51が直列に接続された二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く求めることができる。
次に、二次電池ユニット50の満充電容量の更新方法について説明する。
図8は本実施の形態の電池監視装置100による二次電池ユニット50の更新方法の第1例を示す説明図である。図8に示すように、更新部17は、今回の統計値が前回の統計値よりも大きい場合、二次電池ユニット50の満充電容量を更新しない。例えば、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合には、時間経過とともに単位満充電容量(満充電容量)が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用せずに、二次電池ユニット50の満充電容量を更新しない。これにより、二次電池ユニット50の満充電容量の精度が低下することを防止することができる。
また、図8に示すように、更新部17は、今回の統計値が前回の統計値以下である場合、今回の統計値に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。例えば、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値以下である場合、二次電池ユニット50の満充電容量を更新するので、時間経過とともに低下する満充電容量を反映して二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く求めることができる。
図9は本実施の形態の電池監視装置100による二次電池ユニット50の更新方法の第2例を示す説明図である。図9に示すように、更新部17は、任意の時点での統計値が公称満充電容量より大きい場合、当該時点での統計値に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。
電池の実際の満充電容量(実力値)は、電池の生産上などのばらつきを考慮して、公称満充電容量より大きな値となることが一般的である。特に、セル51(又は二次電池ユニット50)が新品又は新品に近い状態では、セル51の単位満充電容量は、公称満充電容量より大きな値となる場合が多い。そこで、統計値が公称満充電容量より大きい場合、統計値に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。
例えば、公称満充電容量をFNとし、二次電池ユニット50の、算出した満充電容量をF(=FN+ΔF)とすると、二次電池ユニット50の満充電容量をFNではなく、Fとすることにより、ΔFに相当する容量だけ、回生することが可能となり、回生可能な範囲を拡大することができる。
また、図9に示すように、更新部17は、今回の統計値が公称満充電容量以下であって、かつ、前回の統計値よりも大きい場合、二次電池ユニット50の満充電容量を更新しない。統計値が公称満充電容量以下である場合には、統計値が公称満充電容量より大きいときのように、回生可能な範囲を広げる余地はない。さらに、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用せずに、二次電池ユニット50の満充電容量を更新しない。これにより、二次電池ユニット50の満充電容量の精度が低下することを防止することができる。
また、図9に示すように、更新部17は、今回の統計値が公称満充電容量以下であって、かつ、前回の統計値以下である場合、統計値に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。統計値が公称満充電容量以下である場合には、統計値が公称満充電容量より大きいときのように、回生可能な範囲を広げる余地はない。さらに、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値以下である場合、二次電池ユニット50の満充電容量を更新するので、時間経過とともに低下する満充電容量を反映して二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く求めることができる。
また、二次電池ユニット50の初期の満充電容量を把握して、公称満充電容量と比較することにより、二次電池ユニット50の劣化度合いも正確に把握することができる。
図10及び図11は本実施の形態の電池監視装置100による単位満充電容量の算出処理手順の一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、始動スイッチ68がオフ状態であるか否かを判定し(S11)、始動スイッチ68がオフ状態でない場合(S11でNO)、ステップS11の処理を続ける。なお、始動スイッチ68がオフ状態の場合、電池監視装置100は、動作を停止しているが、始動スイッチ68のオン・オフ状態については、省電力モード又はスタンバイ状態にて常時監視することができる。
始動スイッチ68がオフ状態である場合(S11でYES)、制御部10は、充電又は放電中であるか否かを判定し(S12)、充電又は放電中でない場合(S12でNO)、セルバランス動作中であるか否かを判定する(S13)。
セルバランス動作中でない場合(S13でNO)、制御部10は、各セル51の単位満充電容量の算出タイミングであるか否かを判定する(S14)。算出タイミングは、例えば、前回の算出時点から所定の周期(例えば、30分、1時間など)に相当する時間が経過したか否かにより判定することができる。
単位満充電容量の算出タイミングである場合(S14でYES)、制御部10は、各セル51の電圧を取得し(S15)、各セル51の電圧に基づいて各セル51のSOCを算出し(S16)、算出した各セル51のSOCを記憶部22に記憶する(S17)。
制御部10は、1トリップ前の各セル51のSOCと、今回算出した各セル51のSOCに基づいてSOC差(ΔSOC)を算出する(S18)。制御部10は、1トリップ前の各セル51のSOCを算出したときの各セル51の電圧の取得時点から、今回各セル51のSOCを算出したときの各セル51の電圧の取得時点までの充放電量(ΔC)を算出する(S19)。
制御部10は、各セル51の単位満充電容量FCCを、FCC=ΔC/ΔSOCという式で算出し(S20)、算出した単位満充電容量を記憶部22に記憶する(S21)。制御部10は、始動スイッチ68がオンになったか否かを判定し(S22)、オンになっていない場合(S22でNO)、ステップS12以降の処理を続ける。
充電又は放電中である場合(S12でYES)、セルバランス動作中である場合(S13でYES)、あるいは単位満充電容量の算出タイミングでない場合(S14でNO)、制御部10は、ステップS22の処理を行う。始動スイッチ68がオンになった場合(S22でYES)、制御部10は、処理を終了する。
図12は本実施の形態の電池監視装置100による満充電容量の更新処理手順の一例を示すフローチャートである。制御部10は、各セル51の単位満充電容量を算出したか否かを判定し(S31)、単位満充電容量を算出していない場合(S31でNO)、ステップS31の処理を続ける。
単位満充電容量を算出した場合(S31でYES)、制御部10は、記憶部22に記憶されている各セル51の単位満充電容量の過去所定回数に亘る最小値に基づいて、単位満充電容量の平均値を算出する(S32)。
制御部10は、今回算出した平均値が前回算出した平均値より大きいか否かを判定し(S33)、今回算出した平均値が前回算出した平均値より大きい場合(S33でYES)、二次電池ユニット50の満充電容量を更新せずに(S34)、処理を終了する。
今回算出した平均値が前回算出した平均値より大きくない場合(S33でNO)、制御部10は、今回算出した平均値に基づいて、二次電池ユニット50の満充電容量を更新し(S35)、処理を終了する。
本実施の形態の電池監視装置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10から図12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、コンピュータ上で電池監視装置100を実現することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態では、第1実施形態の図1の内容を援用する。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、インバータ63、モータ64、DC/DCコンバータ65、電池66、電気負荷67、始動スイッチ68、充電器69などを備える。始動スイッチ68は、車両を走行させる前に電源を投入するスイッチである。
二次電池ユニット(二次電池)50は、例えば、リチウムイオン電池であり、複数のセル(単位電池)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、各セル51の電圧、二次電池ユニット50の両端の電圧を検出し、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。
リレー61、62は、不図示のリレー制御部により、オン・オフの制御が行われる。インバータ63は、不図示の車両コントローラからの指令によりモータ64への通電制御を行う。充電器69は、車両停止時に車外の電源から電力の供給を受けて、二次電池ユニット50を充電する。
電池66は、例えば、鉛電池であり、車両の電気負荷67への電力供給を行うとともに、リレー61がオンした場合には、DC/DCコンバータ65を介して、二次電池ユニット50により充電される。なお、電池66は、鉛電池に限定されない。
始動スイッチ68は、二次電池ユニット50の充放電動作に係るスイッチであり、オン・オフを示す信号は電池監視装置100へ出力される。例えば、始動スイッチ68がオフからオンになった場合、電池監視装置100が動作していないときは、電池監視装置100は起動する。なお、始動スイッチ68がオフ状態の場合、電池監視装置100は、動作を停止しているが、始動スイッチ68のオン・オフ状態については、省電力モード又はスタンバイ状態にて常時監視することができる。
図13は本実施の形態の電池監視装置120の構成の一例を示すブロック図である。電池監視装置120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、充電率算出部14、電流積算値算出部23、満充電容量算出部16、抵抗算出部24、更新部17、統計値算出部18、タイマ19、切替判定部25、特定部26、記憶部22、開放電圧算出部27などを備える。
電圧取得部11は、複数のセル51それぞれの電圧、及び二次電池ユニット50の電圧を取得する。また、電流取得部12は、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。なお、電圧、電流を取得するサンプリング周期は、制御部10が制御することができる。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。温度取得部13は、セル51の温度を取得する。
電流積算値算出部23は、電流取得部12で取得した電流に基づいて、二次電池ユニット50(各セル51)の電流積算値を算出する。二次電池ユニット50の充電電流を正とし、放電電流を負とすると、電流積算値は、充電中には増加し、放電中は減少する。ある期間における電流積算値は、当該期間における充電電流及び放電電流の値の大小に応じて、当該期間の開始時点に比べて正又は負となり得る。
満充電容量算出部16は、ある期間における、複数のセル51それぞれの単位満充電量を算出する。また、満充電容量算出部16は、ある期間における、二次電池ユニット50の満充電容量を算出する。満充電容量の算出方法の詳細は後述する。
更新部17は、二次電池ユニット50の満充電容量の更新を行う。更新の条件の詳細については後述する。
統計値算出部18は、満充電容量算出部16が所定回数算出した単位満充電容量の統計値を算出する。所定回数は、例えば、5回、10回などとすることができるが、5回又は10回に限定されるものではなく、誤差を抑制するという観点から複数回であればよい。統計値は、例えば、平均値とすることができるが、平均値に限定されない。
タイマ19は、計時結果を制御部10へ出力する。
切替判定部25は、電流取得部12で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。
抵抗算出部24は、複数のセル51それぞれの内部抵抗を算出する。次に、セル51の内部抵抗の算出方法について説明する。
図14は本実施の形態のセル51の等価回路の一例を示す説明図である。セル51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。より具体的には、セル51のインピーダンスは、界面電荷移動抵抗Rcと拡散インピーダンスZwとの直列回路に電気二重層キャパシタンスCを並列接続した回路にさらに電解液バルクの抵抗Rsを直列に接続した回路で等価的に表すことができる。
電解液バルクの抵抗Rsは、電解液中でのリチウム(Li)イオンの伝導抵抗、正極及び負極での電子抵抗などを含む。界面電荷移動抵抗Rcは、活物質表面における電荷移動抵抗及び被膜抵抗などを含む。拡散インピーダンスZwは、活物質粒子内部へのリチウム(Li)イオンの拡散過程に起因するインピーダンスである。
図15は本実施の形態のセル51のインピーダンススペクトルの一例を示す説明図である。図15において、横軸はインピーダンスZの実数成分Zrを示し、縦軸はインピーダンスZの虚数成分Ziを示す。セル51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での周波数を高周波数から低周波数へ(例えば、100kHzから0.01mHz、あるいは1MHzから10μHzなど)変化させた場合、図15に示すように、ある周波数域(境界周波数域と称する:図15の符号Aで示す付近)で、拡散インピーダンスZwが増加し、セル51のインピーダンスが増加する(セル51のインピーダンスに寄与する)。
すなわち、セル51のインピーダンススペクトルにて、所定のイオンの拡散過程に起因する拡散インピーダンスがセル51のインピーダンスに寄与するとは、周波数(又は角周波数)が高周波数から低周波数に向かって小さくなる場合に、拡散インピーダンスZwが増加し、セル51のインピーダンスが増加することを意味する。つまり、境界周波数域は、セル51のインピーダンスが、電解液バルクの抵抗Rsと界面電荷移動抵抗Rcとの合計値で表すことができ、拡散インピーダンスZwによる影響(寄与)が少ない又は無視することができる程度となる周波数域を意味する。
図15において、w=∞の場合に、軌跡が横軸と交差する点でのインピーダンスZは、Z=Zr=Rsとなる。また、半円状の軌跡の中心(横軸と交差する点)でのインピーダンスZは、Z=Zr=Rs+Rc/2となる。また、図15中、符号Aで示す境界周波数域よりもwが小さくなると、インピーダンスZの軌跡は直線状に増加していくことが分かる。かかる直線を延長した延長線が横軸と交差する点でのインピーダンスZは、Z=Zr=Rs+R−2σ2 Cとなる。符号Aで示す境界周波数域よりも小さい周波数領域は、リチウムイオンの拡散過程に起因する領域となり、周波数が小さくなるに応じて拡散インピーダンスZwが増加する。
前述のとおり、セル51の内部抵抗R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。また、交流インピーダンス法での周波数を高周波数から低周波数へ変化させた場合、境界周波数域で、拡散インピーダンスZwが増加し、セル51のインピーダンスが増加する。そこで、拡散インピーダンスZwが増加する前の境界周波数域でのインピーダンスZがセル51の内部抵抗Rを表すということができる。
また、交流インピーダンス法での周波数fと、直流を通電してから測定するまでの待機時間Tとの間には、T=1/(2×f)という関係がある。すなわち、待機時間Tは、例えば、周波数fの2倍の逆数という関係から特定することができる。例えば、周波数fが5Hzの場合、待機時間Tは0.1秒となる。なお、待機時間Tを周波数fの2倍の逆数とするのは一例であって、例えば、待機時間Tを周波数fの4倍の逆数としてもよい。
図16は本実施の形態のセル51の充放電切替前後の電流及び電圧変化の様子の一例を示す説明図である。図16の例では、時点t0において、放電から充電に切り替わる。充放電の切替時点t0の直前(図16の例では、時点t1)でのセル51の電流をI(t1)とし、電圧をV(t1)とし、切替時点から待機時間T経過した時点(図16の例では、時点t2)でのセル51の電流をI(t2)とし、電圧をV(t2)とする。抵抗算出部24は、セル51の内部抵抗Rを、R={V(t2)−V(t1)}/{I(t2)−I(t1)}という式で算出することができる。なお、充電から放電に切り替わる場合も同様である。
これにより、セル51の内部抵抗Rを精度よく算出することができる。
開放電圧算出部27は、セル51の電流、電圧及び内部抵抗に基づいて、セル51の開放電圧を算出する。セル51の開放電圧OCVは、OCV=V(t2)−I(t2)×Rという式で算出することができる。なお、電圧V(t2)、電流I(t2)は、内部抵抗Rを算出したときの、待機時間Tが経過した時点t2のセル51の電圧及び電流である。
充電率算出部14は、複数のセル51それぞれの充電率を算出する。充電率は、SOC(State of Charge)とも称する。
第2実施形態では、第1実施形態の図4の内容を援用する。図4に示すように、セル51の開放電圧が大きいほど充電率が増加する。なお、図4に例示する開放電圧と充電率との相関関係は、記憶部23に記憶してもよく、あるいは演算回路で演算するようにしてもよい。
充電率算出部14は、図4に示す相関関係を用いて、開放電圧算出部27で算出した開放電圧に基づいて充電率を算出することができる。上述の構成により、満充電容量の算出に必要なセル51の充電率を算出することができる。
記憶部22は、電圧取得部11で取得した電圧、電流取得部12で取得した電流、充電率算出部14で算出した充電率、電流積算値算出部23で算出した電流積算値、満充電容量算出部16で算出した満充電容量及び単位満充電容量、更新部17で更新した満充電容量、統計値算出部18で算出した統計値などを記憶する。
次に、本実施の形態の電池監視装置120の動作について説明する。
図17は本実施の形態のセル51の1トリップ内の電流積算値の推移の第1例を示すタイムチャートである。図17において横軸は時間を示す。時点tsは、1トリップの開始時点を示し、時点teは1トリップの終了時点を示す。1トリップの開始時点tsは、始動スイッチ68がオフからオンになるオン時点とすることができ、1トリップの終了時点teは、オンになった始動スイッチ68がオフになるオフ時点とすることができる。なお、始動スイッチ68のオン時点は、オン時点だけでなく、オン時点の前後短い近傍時間(例えば、セル51の電圧、電流のサンプリング周期の数周期分に相当する時間)も含めることができる。また、始動スイッチ68のオフ時点は、オフ時点だけでなく、オフ時点の前後短い近傍時間も含めることができる。
図17の符号Aで示すチャートは、セル51の充放電電流を示し、0より正側が充電中であることを示し、0より負側が放電中であることを示す。図17の符号Bで示すチャートはセル51の電流積算値の推移を示す。なお、図17の符号Bで示すチャートでは、開始時点tsでの電流積算値を0とし、電流積載値の推移を開始時点tsでの電流積算値に対して、どの程度変化したかを変化量で表している。放電中は電流積算値が減少し、充電中は電流積算値が増加する。図17の符号Cで示すチャートは電流積算値の最小値の推移を示す。図17の符号Cで示すチャートにおいても変化量で表している。図17の例は、終了時点teでの電流積載値が開始時点tsでの電流積算値よりも減少する場合を示す。
制御部10は、開始時点tsでの電流積算値と終了時点teでの電流積算値との差の絶対値(図17の例では、Cen)が所定の閾値より小さいか否かを判定する。開始時点tsでの電流積算値と終了時点teでの電流積算値との差の絶対値が所定の閾値より小さい場合には、セル51の単位満充電容量を算出する際に誤差が含まれる可能性がある。
特定部26は、開始時点tsでの電流積算値と終了時点teでの電流積算値との差の絶対値が所定の閾値より小さい場合、開始時点tsから終了時点teまでの時間において、電流積算値の差の絶対値が開始時点tsでの電流積算値と終了時点teでの電流積算値との差よりも大きくなるような第1時点及び第2時点を特定する。なお、本実施の形態では、電流積算値の差の絶対値が最大値になるような第1時点及び第2時点を特定するが、これに限定されるものではない。
これにより、電流積算値の差ΔCが小さくなることを抑制することができ、結果として、セル51の単位満充電容量及び二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く算出することができる。
図17の例では、電流積算値の最小値Cminが記録されているので、特定部26は、電流積算値が最小値となる最小時点を特定する。なお、最小値が時間経過とともに続く場合には、最小時点は、最初に当該最小値に至った時点(図17の符号Cで示すチャートの時点ta)としてもよく、最小値が維持されている他の任意の時点でもよい。
より具体的には、特定部26は、開始時点ts、終了時点te及び最小時点taから第1時点及び第2時点を特定する。図17の符号Cで示すチャートの例では、開始時点tsでの電流積算値と最小時点taでの電流積算値との差の絶対値が、最小時点taでの電流積算値と終了時点teでの電流積算値との差の絶対値よりも大きいので、開始時点ts及び最小時点taが、第1時点及び第2時点として特定される。
充電率算出部14は、開始時点ts及び最小時点taでの複数のセル51それぞれの充電率を算出する。
開始時点tsでの充電率は、例えば、以下のようにして算出することができる。開始時点tsの直前では、始動スイッチ68がオンする前であり、セル51に流れる電流を無視することができる。この場合、セル51の電圧は開放電圧OCVと考えることができるので、開始時点tsの直前のサンプリング周期で取得したセル51の電圧を開放電圧OCVとする。そして、図4に示す関係を用いて、取得した開放電圧OCVから充電率SOCを算出することができる。
最小時点taでの充電率は、最小時点taの近傍時間内で、充放電切替時点から待機時間Tが経過した時点で算出されたセル51の開放電圧OCVと、図4に示す関係を用いて、算出することができる。特に、充放電切替時点から待機時間Tが経過した時点又は当該時点以降の近い時点で算出されたセル51の開放電圧OCVと、図4に示す関係を用いることにより、充電率を一層精度良く算出することができる。
満充電容量算出部16は、電流積算値の差(充放電量)、第1時点及び第2時点での充電率に基づいて複数のセル51それぞれの単位満充電容量を算出する。電流積算値の差をΔCとし、第1時点及び第2時点での充電率の差をΔSOCとすると、単位満充電容量Fは、ΔC/ΔSOCという式で算出することができる。なお、電流積算値の差ΔCを充放電量とも称する。
図17の例では、第1時点及び第2時点が開始時点ts及び最小時点taであるので、ΔCは(Cmin−Cst)となる。ここで、Cstは開始時点tsでの電流積算値であるが、図17では便宜上0としている。また、ΔSOCは(SOCmin−SOCst)となる。ここで、SOCminは最小時点taでのSOCであり、SOCstは開始時点tsでのSOCである。
上述のとおり、開始時点での電流積算値と終了時点での電流積算値との差が小さくなったとしても、電流積算値の差の絶対値が最大となる第1時点及び第2時点を特定するので、電流積算値の差ΔCが小さくなることを抑制することができる。そして、結果として、セル51の単位満充電容量及び二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く算出することができる。
また、開始時点での電流積算値と終了時点での電流積算値との差が小さくなったとしても、電流積算値が最小値となる最小時点を特定するので、電流積算値の差ΔCが小さくなることを抑制することができ、結果として、セル51の単位満充電容量及び二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く算出することができる。
図18は本実施の形態のセル51の1トリップ内の電流積算値の推移の第2例を示すタイムチャートである。図18において横軸は時間を示す。時点tsは、1トリップの開始時点を示し、時点teは1トリップの終了時点を示す。図18の符号Aで示すチャートは、セル51の充放電電流を示し、0より正側が充電中であることを示し、0より負側が放電中であることを示す。図18の符号Bで示すチャートはセル51の電流積算値の推移を示す。なお、図18の符号Bで示すチャートでは、開始時点tsでの電流積算値を0とし、電流積載値の推移を開始時点tsでの電流積算値に対して、どの程度変化したかを変化量で表している。放電中は電流積算値が減少し、充電中は電流積算値が増加する。図18の符号Cで示すチャートは電流積算値の最大値の推移を示す。図18の符号Dで示すチャートは電流積算値の最小値の推移を示す。図18の符号Cで示すチャート、18の符号Dで示すチャートにおいても変化量で表している。
図18の例では、電流積算値の最小値Cminだけでなく、最大値Cmaxが記録されているので、特定部22は、電流積算値が最小値となる最小時点だけでなく、電流積算値が最大値となる最大時点を特定する。なお、最大値が時間経過とともに続く場合には、最大時点は、最初に当該最大値に至った時点(図18の符号Cで示すチャートの時点tb)としてもよく、最大値が維持されている他の任意の時点でもよい。
より具体的には、特定部26は、開始時点ts、終了時点te及び最大時点tbから第1時点及び第2時点を特定する。また、特定部26は、最小時点taも考慮して、開始時点ts、終了時点te、最小時点ta及び最大時点tbから第1時点及び第2時点を特定することもできる。図18の例では、最大時点tbでの電流積算値と最小時点taでの電流積算値との差の絶対値が最も大きいので、最小時点ta及び最大時点tbが、第1時点及び第2時点として特定される。
なお、図示していないが、電流積算値の推移が、開始時点tsでの電流積算値を下回らない場合(すなわち最小値が開始時点tsでの電流積算値である場合)、最小時点を考慮する必要はない。
充電率算出部14は、最小時点ta及び最大時点tbでの複数のセル51それぞれの充電率を算出する。最大時点tbでの充電率は、最大時点tbの近傍時間内で、充放電切替時点から待機時間Tが経過した時点で算出されたセル51の開放電圧OCVと、図4に示す関係を用いて、算出することができる。特に、充放電切替時点から待機時間Tが経過した時点又は当該時点以降の近い時点で算出されたセル51の開放電圧OCVと、図4に示す関係を用いることにより、充電率を一層精度良く算出することができる。
なお、終了時点teでの充電率は、例えば、以下のようにして算出することができる。終了時点teの直後では、始動スイッチ68がオフした後であり、セル51に流れる電流を無視することができる。しかし、セル51の電圧は、緩和減少により緩やかに変化する場合があるので、終了時点teの直後の時点よりも、むしろ十分に時間が経過した時点(例えば、次のトリップの開始直前の時点)においてサンプリング周期で取得したセル51の電圧を開放電圧OCVとする。そして、図4に示す関係を用いて、取得した開放電圧OCVから充電率SOCを算出することができる。これにより、充電率を一層精度良く算出することができる。
満充電容量算出部16は、電流積算値の差(充放電量)、第1時点及び第2時点での充電率に基づいて複数のセル51それぞれの単位満充電容量を算出する。電流積算値の差をΔCとし、第1時点及び第2時点での充電率の差をΔSOCとすると、単位満充電容量Fは、ΔC/ΔSOCという式で算出することができる。なお、電流積算値の差ΔCを充放電量とも称する。
図18の例では、第1時点及び第2時点が最小時点ta及び最大時点tbであるので、ΔCは(Cmax−Cmin)となる。ここで、Cmaxは最大時点tbでの電流積算値であるが、また、ΔSOCは(SOCmax−SOCmin)となる。ここで、SOCmaxは最大時点tbでのSOCである。
上述のとおり、開始時点での電流積算値と終了時点での電流積算値との差が小さくなったとしても、電流積算値が最大値となる最大時点を特定するので、電流積算値の差ΔCが小さくなることを抑制することができ、結果として、セル51の単位満充電容量及び二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く算出することができる。
図19は本実施の形態の電池監視装置120による充放電量ΔC及び充電率の差ΔSOCの算出方法の一覧を示す説明図である。電流積算値の差の絶対値が最大となる第1時点及び第2時点の候補としては、開始時点ts、終了時点te、最小時点ta及び最大時点tbが考えられる。図19に示すように、開始時点tsでの電流積算値Cstと最小時点taでの電流積算値Cminとの差の絶対値が最大(最大差)となる場合は、充放電量(ΔC)は、(Cmin−Cst)により算出することができ、SOC差(ΔSOC)は、(SOCmin−SOCst)により算出することができる。
開始時点tsでの電流積算値Cstと最大時点tbでの電流積算値Cmaxとの差の絶対値が最大(最大差)となる場合は、充放電量(ΔC)は、(Cmax−Cst)により算出することができ、SOC差(ΔSOC)は、(SOCmax−SOCst)により算出することができる。
終了時点teでの電流積算値Cenと最小時点taでの電流積算値Cminとの差の絶対値が最大(最大差)となる場合は、充放電量(ΔC)は、(Cen−Cmin)により算出することができ、SOC差(ΔSOC)は、(SOCen−SOCmin)により算出することができる。
終了時点teでの電流積算値Cenと最大時点tbでの電流積算値Cmaxとの差の絶対値が最大(最大差)となる場合は、充放電量(ΔC)は、(Cen−Cmax)により算出することができ、SOC差(ΔSOC)は、(SOCen−SOCmax)により算出することができる。
最大時点tbでの電流積算値Cmaxと最小時点taでの電流積算値Cminとの差の絶対値が最大(最大差)となる場合は、充放電量(ΔC)は、(Cmax−Cmin)により算出することができ、SOC差(ΔSOC)は、(SOCmax−SOCmin)により算出することができる。
更新部17は、満充電容量算出部16で算出した単位満充電容量に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。例えば、直列接続されたセル51で二次電池ユニット50が構成されている場合、セル51毎の単位満充電容量のばらつきが許容範囲内であれば、二次電池ユニット50の満充電容量は、セル51の単位満充電容量とすることができ、結果として、二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く算出することができる。
また、更新部17は、満充電容量算出部16で算出した一の時点(例えば、今回と称する)での単位満充電容量及び当該一の時点よりも前の時点(例えば、前回と称する)での単位満充電容量に基づいてセル51の単位満充電容量及び二次電池ユニット50の満充電容量を更新することができる。
例えば、任意のセル51について、今回の単位満充電容量が前回の単位満充電容量より大きい場合、時間経過とともに満充電容量が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の単位満充電容量を使用せずに、前回の単位満充電容量を使用する。一方、今回の単位満充電容量が前回の単位満充電容量以下である場合には、セル51の満充電容量を今回の満充電容量で更新する。これにより、セル51の単位満充電容量及び二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く更新することができる。
なお、セル51の単位満充電容量を更新する場合、単位満充電容量の統計値を用いることができる。以下に、統計値を用いる場合について説明する。
満充電容量算出部16で各セル51の単位満充電容量を算出する都度、算出した単位満充電容量を記憶部22に記憶する。例えば、算出した各セル51の単位満充電容量をセル51の識別情報(ID)と関連付けて記憶することができる。
統計値算出部18は、記憶部22に記憶した所定回数分の単位満充電容量に基づいて、セル51毎の単位満充電容量に係る統計値を算出する。所定回数は、例えば、今回(又は現在)から過去に向かって5回、10回などとすることができるが、5回又は10回に限定されるものではなく、誤差を抑制するという観点から複数回であればよい。統計値は、例えば、平均値とすることができるが、平均値に限定されない。
例えば、任意のセル51の単位満充電容量が、過去に向かって、Fn、F(n−1)、F(n−2)、F(n−3)、F(n−4)とすると、統計値は、{Fn+F(n−1)+F(n−2)+F(n−3)+F(n−4)}/5という式で算出することができる。
更新部17は、統計値算出部18で算出した一の時点(例えば、今回と称する)での統計値及び当該一の時点よりも前の時点(例えば、前回と称する)での統計値に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。
任意のセル51について、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合、時間経過とともに満充電容量が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用しない。一方、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値以下である場合には、今回の統計値をセル51の満充電容量として、二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。これにより、誤差を抑制して二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く更新することができる。
また、統計値算出部18は、記憶部22に記憶した複数のセル51それぞれの単位満充電容量の過去所定回数に亘る最小値に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出することができる。
第2実施形態では、第1実施形態の図7、図8及び図9の内容を援用する。図7では、時点tn、t(n−1)、t(n−2)、t(n−3)、t(n−4)、t(n−5)、…の順で過去に向かって、それぞれの時点で算出されて記憶された各セル51の単位満充電容量を示す。例えば、時点tnでは、セル1〜5の単位満充電容量をF1n、F2n、F3n、F4n、F5nと表し、時点t(n−1)では、セル1〜5の単位満充電容量をF1(n−1)、F2(n−1)、F3(n−1)、F4(n−1)、F5(n−1)と表す。他の時点についても、同様である。また、図7中、丸印で囲んだ値は、最小値を示す。例えば、時点tnにおけるセル1〜5の単位満充電容量F1n、F2n、F3n、F4n、F5nのうち、F2nが最小値であることを示す。他の時点についても、同様である。
図7で示す場合、統計値算出部18は、時点tnでの統計値FSnを、FSn={F2n+F2(n−1)+F2(n−2)+F3(n−3)+F2(n−4)}/5という式で算出する。また、統計値算出部18は、時点t(n−1)での統計値FS(n−1)を、FS(n−1)={F2(n−1)+F2(n−2)+F3(n−3)+F2(n−4)+F2(n−5)}/5という式で算出する。
複数のセル51それぞれの単位満充電容量が異なる場合、二次電池ユニット50の満充電容量は、複数のセル51の単位満充電容量の最小値に依拠して決まることが多い。上述の構成により、複数のセル51が直列に接続された二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く求めることができる。
次に、二次電池ユニット50の満充電容量の更新方法について説明する。
図8に示すように、更新部17は、今回の統計値が前回の統計値よりも大きい場合、二次電池ユニット50の満充電容量を更新しない。例えば、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合には、時間経過とともに単位満充電容量(満充電容量)が低下することに鑑みれば、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用せずに、二次電池ユニット50の満充電容量を更新しない。これにより、二次電池ユニット50の満充電容量の精度が低下することを防止することができる。
また、図8に示すように、更新部17は、今回の統計値が前回の統計値以下である場合、今回の統計値に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。例えば、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値以下である場合、二次電池ユニット50の満充電容量を更新するので、時間経過とともに低下する満充電容量を反映して二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く求めることができる。
図9に示すように、更新部17は、任意の時点での統計値が公称満充電容量より大きい場合、当該時点での統計値に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。
電池の実際の満充電容量(実力値)は、電池の生産上などのばらつきを考慮して、公称満充電容量より大きな値となることが一般的である。特に、セル51(又は二次電池ユニット50)が新品又は新品に近い状態では、セル51の単位満充電容量は、公称満充電容量より大きな値となる場合が多い。そこで、統計値が公称満充電容量より大きい場合、統計値に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。
例えば、公称満充電容量をFNとし、二次電池ユニット50の、算出した満充電容量をF(=FN+ΔF)とすると、二次電池ユニット50の満充電容量をFNではなく、Fとすることにより、ΔFに相当する容量だけ、回生することが可能となり、回生可能な範囲を拡大することができる。
また、図9に示すように、更新部17は、今回の統計値が公称満充電容量以下であって、かつ、前回の統計値よりも大きい場合、二次電池ユニット50の満充電容量を更新しない。統計値が公称満充電容量以下である場合には、統計値が公称満充電容量より大きいときのように、回生可能な範囲を広げる余地はない。さらに、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値より大きい場合、何らかの誤差が生じていると考えられるので、今回の統計値を使用せずに、二次電池ユニット50の満充電容量を更新しない。これにより、二次電池ユニット50の満充電容量の精度が低下することを防止することができる。
また、図9に示すように、更新部17は、今回の統計値が公称満充電容量以下であって、かつ、前回の統計値以下である場合、統計値に基づいて二次電池ユニット50の満充電容量を更新する。統計値が公称満充電容量以下である場合には、統計値が公称満充電容量より大きいときのように、回生可能な範囲を広げる余地はない。さらに、今回の単位満充電容量の統計値が前回の単位満充電容量の統計値以下である場合、二次電池ユニット50の満充電容量を更新するので、時間経過とともに低下する満充電容量を反映して二次電池ユニット50の満充電容量を精度良く求めることができる。
また、二次電池ユニット50の初期の満充電容量を把握して、公称満充電容量と比較することにより、二次電池ユニット50の劣化度合いも正確に把握することができる。
次に、本実施の形態の電池監視装置120の動作について説明する。
図20及び図21は本実施の形態の電池監視装置120による充電率及び電流積算値の算出処理手順の一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、各セル51の電圧、電流を取得し(S111)、トリップの開始時点であるか否かを判定し(S112)、開始時点tsでない場合(S112でNO)、ステップS111以降の処理を続ける。
開始時点である場合(S112でYES)、制御部10は、SOCmax=0、SOCmin=0、Cmax=0、Cmin=0とする(S113)。制御部10は、開始時点tsの直前の各セル51の開放電圧に基づいて開始時点tsでの充電率SOCstを算出する(S114)。
制御部10は、開始時点tsから電流積算値を算出し(S115)、二次電池ユニット50の充放電の切替の有無を判定する(S116)。充放電の切替がない場合(S116でNO)、制御部10は、ステップS115以降の処理を続ける。充放電の切替があった場合(S116でYES)、制御部10は、充放電切替の直前の各セル51の電圧V1、電流I1を記憶する(S117)。
制御部10は、充放電の切替時点から待機時間T経過したか否かを判定し(S118)、待機時間T経過していない場合(S118でNO)、ステップS118の処理を続ける。待機時間T経過した場合(S118でYES)、制御部10は、各セル51の電圧V2、電流I2を取得する(S119)。
制御部10は、開始時点tsから待機時間T経過までの電流積算値がCminより小さいか否かを判定する(S120)。電流積算値がCminより小さい場合(S120でYES)、制御部10は、Cminを当該電流積算値で更新する(S121)。すなわち、当該電流積算値をCminとする。制御部10は、各セル51の内部抵抗Rを算出する(S122)。なお、内部抵抗Rは、R=(V2−V1)/(I2−I1)という式で算出することができる。
制御部10は、各セル51の開放電圧を算出する(S123)。なお、開放電圧OCVは、OCV=V2−I2×Rという式で算出することができる。制御部10は、算出した開放電圧に基づいて充電率を算出し(S124)、SOCminを算出した充電率で更新する(S125)。すなわち、算出した充電率をSOCminとする。制御部10は、後述のステップS132の処理を行う。
電流積算値がCminより小さくない場合(S120でNO)、制御部10は、開始時点tsから待機時間T経過までの電流積算値がCmaxより大きいか否かを判定する(S126)。電流積算値がCmaxより大きい場合(S126でYES)、制御部10は、Cmaxを当該電流積算値で更新する(S127)。すなわち、当該電流積算値をCmaxとする。制御部10は、各セル51の内部抵抗Rを算出する(S128)。
制御部10は、各セル51の開放電圧を算出する(S129)。制御部10は、算出した開放電圧に基づいて充電率を算出し(S130)、SOCmaxを算出した充電率で更新する(S131)。すなわち、算出した充電率をSOCmaxとする。
制御部10は、トリップの終了時点teであるか否かを判定し(S132)、終了時点teでない場合(S132でNO)、ステップS115以降の処理を続ける。また、制御部10は、電流積算値がCmaxより大きくない場合(S126でNO)、ステップS115以降の処理を続ける。
終了時点teである場合(S132でYES)、制御部10は、開始時点tsから終了時点teまでの電流積算値(Cen−Cst)を算出し(S133)、終了時点te直後の各セルの開放電圧に基づいて充電率SOCenを算出し(S134)、処理を終了する。
図22は本実施の形態の電池監視装置120による単位満充電容量の算出処理手順の一例を示すフローチャートである。制御部10は、開始時点tsから終了時点teまでの電流積算値の差(Cen−Cst)の絶対値が閾値より小さいか否かを判定し(S141)、電流積算値の差の絶対値が閾値より小さい場合(S141でYES)、開始時点tsでの電流積算値Cst、終了時点teでの電流積算値Cen、電流積算値の最小値Cmin、電流積算値の最大値Cmaxのうち、電流積算値の差の絶対値が最大となる2点を特定する(S142)。
制御部10は、特定した2点の充電率の差をSOC差(ΔSOC)とし(S143)、特定した2点の電流積算値の差を充放電量(ΔC)とし(S144)、後述のステップS147の処理を行う。
電流積算値の差の絶対値が閾値より小さくない場合(S141でNO)、制御部10は、開始時点ts直前の充電率SOCstと終了時点te直後の充電率SOCenとに基づいてSOC差(ΔSOC)を算出し(S145)、開始時点tsから終了時点teまでの電流積算値の差(Cen−Cst)を充放電量(ΔC)とする(S146)。
制御部10は、各セル51の単位満充電容量FCCを、FCC=ΔC/ΔSOCという式により算出し(S147)、算出した単位満充電容量を記憶部23に記憶し(S148)、処理を終了する。
図23は本実施の形態の電池監視装置120による満充電容量の更新処理手順の一例を示すフローチャートである。制御部10は、各セル51の単位満充電容量を算出したか否かを判定し(S151)、単位満充電容量を算出していない場合(S151でNO)、ステップS151の処理を続ける。
単位満充電容量を算出した場合(S151でYES)、制御部10は、記憶部23に記憶されている各セル51の単位満充電容量の過去所定回数に亘る最小値に基づいて、単位満充電容量の平均値を算出する(S152)。
制御部10は、今回算出した平均値が前回算出した平均値より大きいか否かを判定し(S153)、今回算出した平均値が前回算出した平均値より大きい場合(S153でYES)、二次電池ユニット50の満充電容量を更新せずに(S154)、処理を終了する。
今回算出した平均値が前回算出した平均値より大きくない場合(S153でNO)、制御部10は、今回算出した平均値に基づいて、二次電池ユニット50の満充電容量を更新し(S155)、処理を終了する。
本実施の形態の電池監視装置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20から図23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、コンピュータ上で電池監視装置100を実現することができる。
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。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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 充電率算出部
15 充放電量算出部
16 満充電容量算出部
17 更新部
18 統計値算出部
19 タイマ
20 インタフェース部
21 電圧変化率算出部
22 記憶部
23 電流積算値算出部
24 抵抗算出部
25 切替判定部
26 特定部
27 開放電圧算出部
50 二次電池ユニット
51 セル
52 電圧センサ
53 電流センサ
100 電池監視装置

Claims (27)

  1. 複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置であって、
    前記複数の単位電池の電圧を取得する電圧取得部と、
    前記二次電池の充放電電流を取得する電流取得部と、
    前記二次電池の充放電動作に係る所定スイッチのオン時点から次のオン時点までの第1のトリップ期間内で前記所定スイッチがオフ状態である第1時点に前記電圧取得部が取得した第1電圧に基づいて第1充電率を算出する第1充電率算出部と、
    前記第1のトリップ期間の次のトリップ期間である第2のトリップ期間で前記所定スイッチがオフ状態である第2時点に前記電圧取得部が取得した第2電圧に基づいて第2充電率を算出する第2充電率算出部と、
    前記第1時点から前記第2時点までの間で前記電流取得部が取得した充放電電流に基づいて前記二次電池の充放電量を算出する充放電量算出部と、
    前記第1充電率、前記第2充電率及び前記充放電量に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する満充電容量算出部と、
    前記満充電容量算出部で算出した単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する更新部と
    を備える電池監視装置。
  2. 前記更新部は、
    前記満充電容量算出部で算出した一の時点での単位満充電容量及び該一の時点よりも前の時点での単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する請求項1に記載の電池監視装置。
  3. 前記満充電容量算出部で算出する都度、前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶した過去所定回数の単位満充電容量に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する統計値算出部と
    を備え、
    前記更新部は、
    前記統計値算出部で算出した一の時点での統計値及び該一の時点よりも前の時点での統計値に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する請求項1に記載の電池監視装置。
  4. 前記更新部は、
    前記一の時点での統計値が前記前の時点での統計値よりも大きい場合、前記二次電池の満充電容量を更新しない請求項3に記載の電池監視装置。
  5. 前記更新部は、
    前記一の時点での統計値が前記前の時点での統計値以下である場合、前記統計値に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する請求項3又は請求項4に記載の電池監視装置。
  6. 前記更新部は、
    前記一の時点での統計値が公称満充電容量より大きい場合、前記統計値に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する請求項3に記載の電池監視装置。
  7. 前記更新部は、
    前記一の時点での統計値が公称満充電容量以下であって、前記前の時点での統計値よりも大きい場合、前記二次電池の満充電容量を更新しない請求項6に記載の電池監視装置。
  8. 前記更新部は、
    前記一の時点での統計値が公称満充電容量以下であって、前記前の時点での統計値以下である場合、前記統計値に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する請求項6又は請求項7に記載の電池監視装置。
  9. 前記統計値算出部は、
    前記記憶部に記憶した前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量の前記過去所定回数に亘る最小値に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する請求項3から請求項8のいずれか一項に記載の電池監視装置。
  10. 前記電圧取得部は、
    前記二次電池が充電中又は放電中に取得した電圧を除外して前記第1電圧及び第2電圧を取得する請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の電池監視装置。
  11. 前記電圧取得部は、
    前記二次電池の充電若しくは放電終了時点から所定時間内、又は前記所定スイッチのオフ時点から所定時間内に取得した電圧を除外して前記第1電圧及び第2電圧を取得する請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の電池監視装置。
  12. 前記二次電池の充電若しくは放電終了時点以降、又は前記所定スイッチのオフ時点以降の前記複数の単位電池の電圧変化率を算出する電圧変化率算出部を備え、
    前記電圧取得部は、
    前記電圧変化率算出部で算出した電圧変化率が所定値以上であるときに取得した電圧を除外して前記第1電圧及び第2電圧を取得する請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の電池監視装置。
  13. 前記複数の単位電池の残存容量の均衡動作に係る信号を取得する信号取得部を備え、
    前記電圧取得部は、
    前記信号取得部で取得した信号が均衡動作中であるときに取得した電圧を除外して前記第1電圧及び第2電圧を取得する請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の電池監視装置。
  14. コンピュータに、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視させるためのコンピュータプログラムであって、
    コンピュータに、
    前記複数の単位電池の電圧を取得する処理と、
    前記二次電池の充放電電流を取得する処理と、
    前記二次電池の充放電動作に係る所定スイッチのオン時点から次のオン時点までの第1のトリップ期間内で前記所定スイッチがオフ状態である第1時点に取得した電圧に基づいて第1充電率を算出する処理と、
    前記第1のトリップ期間の次のトリップ期間である第2のトリップ期間で前記所定スイッチがオフ状態である第2時点に取得した電圧に基づいて第2充電率を算出する処理と、
    前記第1時点から前記第2時点までの間で取得した充放電電流に基づいて前記二次電池の充放電量を算出する処理と、
    前記第1充電率、前記第2充電率及び前記充放電量に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する処理と、
    算出した単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する処理と
    を実行させるコンピュータプログラム。
  15. 複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置による電池監視方法であって、
    前記複数の単位電池の電圧を取得し、
    前記二次電池の充放電電流を取得し、
    前記二次電池の充放電動作に係る所定スイッチのオン時点から次のオン時点までの第1のトリップ期間内で前記所定スイッチがオフ状態である第1時点に取得された電圧に基づいて第1充電率を算出し、
    前記第1のトリップ期間の次のトリップ期間である第2のトリップ期間で前記所定スイッチがオフ状態である第2時点に取得された電圧に基づいて第2充電率を算出し、
    前記第1時点から前記第2時点までの間で取得された充放電電流に基づいて前記二次電池の充放電量を算出し、
    前記第1充電率、前記第2充電率及び前記充放電量に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出し、
    算出された単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する電池監視方法。
  16. 複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置であって、
    前記二次電池の電流を取得する電流取得部と、
    所定の開始時点から終了時点に亘って前記二次電池の電流積算値を算出する電流積算値算出部と、
    前記電流積算値算出部で算出した電流積算値の差の絶対値に基づいて第1時点及び第2時点を特定する特定部と、
    前記特定部で特定した第1時点及び第2時点での前記複数の単位電池それぞれの充電率を算出する充電率算出部と、
    前記電流積算値の差、前記第1時点及び第2時点での充電率に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する満充電容量算出部と
    を備える電池監視装置。
  17. 前記電流積算値算出部で算出した電流積算値が最小値となる最小時点を特定する最小値特定部を備え、
    前記特定部は、
    前記開始時点、終了時点及び最小時点から前記第1時点及び第2時点を特定する請求項16に記載の電池監視装置。
  18. 前記電流積算値算出部で算出した電流積算値が最大値となる最大時点を特定する最大値特定部を備え、
    前記特定部は、
    前記開始時点、終了時点及び最大時点から前記第1時点及び第2時点を特定する請求項16又は請求項17に記載の電池監視装置。
  19. 前記複数の単位電池の電圧を取得する電圧取得部と、
    前記複数の単位電池の内部抵抗を算出する抵抗算出部と、
    前記二次電池の電流、前記複数の単位電池の電圧及び内部抵抗に基づいて、前記複数の単位電池の開放電圧を算出する開放電圧算出部と
    を備え、
    前記充電率算出部は、
    前記開放電圧算出部で算出した開放電圧に基づいて前記充電率を算出する請求項16から請求項18のいずれか一項に記載の電池監視装置。
  20. 前記特定部は、
    前記電流積算値算出部で算出した前記開始時点での電流積算値と前記終了時点での電流積算値との差の絶対値が所定の閾値より小さい場合、前記第1時点及び第2時点を特定する請求項16から請求項19のいずれか一項に記載の電池監視装置。
  21. 前記満充電容量算出部で算出した単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する更新部を備える請求項16から請求項20のいずれか一項に記載の電池監視装置。
  22. 前記更新部は、
    前記満充電容量算出部で算出した一の時点での単位満充電容量及び該一の時点よりも前の時点での単位満充電容量に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する請求項21に記載の電池監視装置。
  23. 前記満充電容量算出部で算出する都度、前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶した過去所定回数の単位満充電容量に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する統計値算出部と
    を備え、
    前記更新部は、
    前記統計値算出部で算出した一の時点での統計値及び該一の時点よりも前の時点での統計値に基づいて前記二次電池の満充電容量を更新する請求項21に記載の電池監視装置。
  24. 前記更新部は、
    前記一の時点での統計値が前記前の時点での統計値よりも大きい場合、前記二次電池の満充電容量を更新しない請求項23に記載の電池監視装置。
  25. 前記統計値算出部は、
    前記記憶部に記憶した前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量の前記過去所定回数に亘る最小値に基づいて、単位満充電容量に係る統計値を算出する請求項23又は請求項24に記載の電池監視装置。
  26. コンピュータに、複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視させるためのコンピュータプログラムであって、
    コンピュータに、
    前記二次電池の電流を取得する処理と、
    所定の開始時点から終了時点に亘って前記二次電池の電流積算値を算出する処理と、
    算出した電流積算値の差の絶対値に基づいて第1時点及び第2時点を特定する処理と、
    特定した第1時点及び第2時点での前記複数の単位電池それぞれの充電率を算出する処理と、
    前記電流積算値の差の絶対値、前記第1時点及び第2時点での充電率に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する処理と
    を実行させるコンピュータプログラム。
  27. 複数の単位電池で構成される二次電池の満充電容量を監視する電池監視装置による電池監視方法であって、
    前記二次電池の電流を取得し、
    所定の開始時点から終了時点に亘って前記二次電池の電流積算値を算出し、
    算出された電流積算値の差の絶対値に基づいて第1時点及び第2時点を特定し、
    特定された第1時点及び第2時点での前記複数の単位電池それぞれの充電率を算出し、
    前記電流積算値の差の絶対値、前記第1時点及び第2時点での充電率に基づいて前記複数の単位電池それぞれの単位満充電容量を算出する電池監視方法。
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