KR20120135075A

KR20120135075A - 상태 판정 장치, 축전 장치, 상태 판정 방법

Info

Publication number: KR20120135075A
Application number: KR1020120058352A
Authority: KR
Inventors: 마사시 나까무라; 다께유끼 시라이시
Original assignee: 가부시키가이샤 지에스 유아사
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2012-12-12
Also published as: KR101895619B1; CN102809730A; EP2530478A8; US20120306436A1; US9018897B2; JP6044114B2; EP2530478B1; JP2013011590A; EP2530478A3; EP2530478A2

Abstract

전지의 상태를 판정하는 기술을 제공한다.
BMS(20)는 충전부(26)에 의해 충전되는 이차 전지(12)의 상태를 판정하는 장치로서, 전류계(22)와 전압계(24)와 CPU(30)를 구비한다. CPU(30)는 제어부(42) 및 계시부(40)로서 기능하고, 충전부(26)에 의한 이차 전지(12)의 정전류 충전 시간 TC와 정전압 충전 시간 TV를 계시한다. 또한, 판정부(44)로서 기능하여, 정전류 충전 시간 TC와 정전압 충전 시간 TV를 사용하여 판정값 J를 산출하고, 이 판정값을 사용하여 이차 전지(12)의 상태를 판정한다. 이 충전 장치(10)에 의하면, 정전류 충전 시간 TC와 정전압 충전 시간 TV를 사용하여 판정값 J를 구함으로써, 이차 전지(12)의 상태의 변화에 수반하는 판정값 J의 변화를 이차 전지(12)의 상태의 변화에 수반하는 정전류 충전 시간 TC의 변화에 비교하여 크게 할 수 있어, 이차 전지(12)의 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

Description

상태 판정 장치, 축전 장치, 상태 판정 방법{STATE JUDGING DEVICE, BATTERY APPARATUS, STATE JUDGING METHOD}

본 발명은 열화 등의 축전 소자의 상태를 판정하는 기술에 관한 것이다.

종래부터, 이차 전지 등의 반복 사용 가능한 축전 소자가 사용되고 있다. 축전 소자는 전기 자동차 등 현재 그 사용 분야를 넓히고 있다.

이러한 축전 소자에서는, 사용 횟수가 증가함에 따라서 열화에 의해 내부 저항이 증가하거나 전지 용량이 감소하거나 하는 경우가 있다. 예를 들면, 내부 저항이 증가하면, 최대 전압이나 최대 전력 등 축전 소자에 요구되는 성능을 실현할 수 없으며, 그와 같은 전지를 내장한 장치에서는 전압 저하에 의한 오작동 등이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 종래부터 열화 등의 전지의 상태를 판정하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 인용문헌 1). 이 기술에서는, 정전류 충전을 행한 정전류 충전 시간에 기초하여 전지의 열화를 판정하는 기술이 기재되어 있다. 이 기술에 의하면, 전지의 용량을 측정하여 전지의 상태를 판정하는 기술과 같이, 완전 방전 상태로부터 완전 충전 상태까지의 충전 전류를 충전 시간에 걸쳐서 계속해서 측정할 필요가 없어, 비교적 용이하게 전지의 열화를 판정할 수 있다.

일본 특허 공개 제2001-286064호 공보

축전 소자의 사용 분야의 확대에 따라, 전지 상태의 판정에 대한 정밀도 향상이 요구되고 있다. 본 발명자들은 충전 시간에 기초하여 전지 상태를 판정하는 방법에 대하여 평가를 반복한 바, 충전 시간에 기초하는 전지 상태의 판정에는 판정 정밀도 향상의 여지가 남겨져 있는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 축전 소자의 상태를 판정하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

축전 소자의 상태의 변화에 대한 정전류 충전 시간, 정전력 충전 시간 및 정전압 충전 시간을 상세하게 정밀 조사한 바, 축전 소자의 열화에 수반하여 정전압 충전 시간은 증대하는 한편, 정전류 충전 시간 및 정전력 충전 시간은 감소하고, 정전류 충전 시간 및 정전력 충전 시간과 정전압 충전 시간에 축전 소자의 열화에 대한 움직임이 서로 다르다는 지식을 얻었다. 본 발명자들은, 이 지식을 이용하여, 이하의 상태 판정 장치 등을 창작하기에 이르렀다.

본 명세서에서 개시하는 상태 판정 장치는, 충전기에 의해 충전되는 축전 소자의 상태를 판정하는 상태 판정 장치로서, 상기 축전 소자의 충전 전류를 검출하는 전류 검출부와, 상기 축전 소자의 충전 전압을 검출하는 전압 검출부와, 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 전류 검출부에 의해 검출되는 충전 전류가 일정한 정전류 충전 시간, 또는 상기 전류 검출부 및 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 충전 전력이 일정한 정전력 충전 시간을 나타내는 제1 충전 시간을 취득하는 제1 취득 처리와, 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 충전 전압이 일정한 정전압 충전 시간을 나타내는 제2 충전 시간을 취득하는 제2 취득 처리와, 상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간을 사용하여 판정값을 산출하고, 그 판정값을 사용하여 상기 축전 소자의 상태를 판정하는 판정 처리를 실행하는 구성을 갖는다.

이 상태 판정 장치에서는, 축전 소자의 상태 판정에 사용하는 판정값을 구할 때, 정전류 충전 시간과 정전력 충전 시간의 한쪽의 충전 시간을 나타내는 제1 충전 시간과 정전압 충전 시간을 나타내는 제2 충전 시간을 사용하여 판정값을 산출한다. 예를 들면, 제1 충전 시간으로부터 제2 충전 시간을 빼서 판정값을 산출함으로써, 축전 소자의 열화에 수반하는 판정값의 변화를 축전 소자의 열화에 수반하는 정전류 충전 시간의 변화에 비교하여 크게 할 수 있다. 이와 같이, 제1 충전 시간과 제2 충전 시간으로부터 판정값을 구함으로써, 축전 소자의 상태 변화에 의한 판정값의 변화를 현저하게 할 수 있어, 판정값을 사용하여 축전 소자의 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

이 상태 판정 장치에서는 상기 제어부는 상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간 중, 한쪽을 다른 쪽으로 나누어 상기 판정값을 산출하는 구성으로 해도 된다. 이와 같이 판정값을 산출함으로써, 축전 소자의 상태 변화에 수반하는 판정값의 변화를 축전 소자의 상태 변화에 수반하는 정전류 충전 시간의 변화에 비교하여 크게 할 수 있어, 축전 소자의 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

이 상태 판정 장치에서는 상기 제어부는 상기 제1 충전 시간의 취득을 개시할 때의 상기 축전 소자의 SOC인 개시값을 취득하는 SOC 취득 처리를 더 실행한다. 여기서, 「SOC(state of charge)」란, 축전 소자의 충전 상태를 나타내고 있고, 만충전 상태에 있어서 SOC가 100％가 되고, 완전 방전 상태에 있어서 SOC가 0％가 된다. 상기 제어부는 상기 축전 소자의 기준 상태의 SOC를 100％로부터 차감한 기준값을 100％로부터 상기 개시값을 차감한 값으로 나눈 보정값을 산출하고, 상기 보정값에 상기 제1 충전 시간을 곱하여 보정 충전 시간을 산출하고, 상기 보정 충전 시간과 상기 제2 충전 시간으로부터 상기 판정값을 산출하는 구성으로 해도 된다.

이 상태 판정 장치에서는, 제1 충전 시간의 취득을 개시할 때의 SOC를 취득하고, 제1 충전 시간과 SOC를 사용하여 보정 충전 시간을 산출한다. 이에 의해, 임의의 충전 상태에 있어서 취득되는 제1 충전 시간을 기준 상태에 있어서 취득되는 제1 충전 시간을 의미하는 보정 충전 시간으로 환산할 수 있고, 제1 충전 시간의 취득을 개시할 때의 SOC에 따르지 않고 축전 소자의 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

이 상태 판정 장치에서는, 기억부를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 축전 소자의 상태를 반복하여 판정함과 함께, 상기 판정값을 판정의 순서대로 대응시켜서 상기 기억부에 기억하고, 금회 산출된 판정값과 전회 산출된 판정값을 비교하여 상기 축전 소자의 상태를 판정하는 구성으로 해도 된다.

이 상태 판정 장치에 의하면, 금회 산출된 판정값과 전회 산출된 판정값을 비교하여 축전 소자의 상태를 판정함으로써, 전회의 상태 판정으로부터 금회의 상태 판정까지의 축전 소자의 상태 변화를 고정밀도로 검출할 수 있음과 함께, 상태 판정 장치 자신의 고장을 진단할 수 있다.

또한, 판정부에서 사용되는 판정값은, 상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간 중, 한쪽에서 다른 쪽을 빼서 산출되어도 되면, 상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간을 더하여 합충전 시간을 산출하고, 상기 제1 충전 시간을 상기 합충전 시간으로 나누어 상기 판정값을 산출되어도 되면, 상기 제2 충전 시간을 상기 합충전 시간으로 나누어 상기 판정값을 산출되어도 된다.

본 발명은 상기의 상태 판정 장치와, 축전 소자를 구비하는 축전 장치에도 구현화된다. 본 명세서에 기재된 축전 장치에 의하면, 제1 충전 시간과 제2 충전 시간을 사용하여 산출된 판정값을 사용하여, 축전 소자의 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 상태 판정 장치를 사용하여 실현되는 상태 판정 방법에도 구현화된다. 본 명세서에 기재된 상태 판정 방법은, 충전기에 의해 충전되는 축전 소자의 상태를 판정하는 상태 판정 방법으로서, 일정한 충전 전류로 충전되는 정전류 충전 시간, 또는 일정한 충전 전력으로 충전되는 정전력 충전 시간을 나타내는 제1 충전 시간을 취득하는 제1 취득 공정과, 상기 제1 취득 공정 후, 일정한 충전 전압으로 충전되는 정전압 충전 시간을 나타내는 제2 충전 시간을 취득하는 제2 취득 공정과, 상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간으로부터 판정값을 산출하는 산출 공정과, 상기 판정값을 사용하여 상기 축전 소자의 상태를 판정하는 판정 공정을 구비한다.

이 상태 판정 방법에서는, 축전 소자의 상태를 판정하는데 사용하는 판정값을 산출할 때 제1 충전 시간과 제2 충전 시간을 사용하여 판정값을 산출함으로써, 축전 소자의 상태 변화에 수반하는 판정값의 변화를 축전 소자의 상태 변화에 수반하는 정전류 충전 시간의 변화에 비교하여 크게 할 수 있어, 판정값을 사용하여 축전 소자의 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 축전 소자의 상태를 판정할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태의 상태 판정 장치의 블록도.
도 2는 본 실시 형태의 상태 판정 처리를 나타내는 플로우차트.
도 3은 실시 형태 1의 상태 판정 처리를 나타내는 플로우차트.
도 4는 상태 판정 처리에 있어서의 이차 전지에 흐르는 전류의 변화를 나타내는 그래프.
도 5는 상태 판정 처리에 있어서의 이차 전지에 흐르는 전류의 변화를 나타내는 그래프.
도 6은 실시 형태 2의 상태 판정 처리를 나타내는 플로우차트.
도 7은 상태 판정 처리에 있어서의 이차 전지에 공급되는 전력의 변화를 나타내는 그래프.

<실시 형태 1>

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도 1 또는 도 5를 사용하여 설명한다.

1. 상태 판정 장치의 구성

도 1은 본 실시 형태에 있어서의 충전 장치(10)의 구성을 도시하는 도면이다. 충전 장치(10)는 이차 전지(축전 소자의 일례)(12)와 접속됨으로써, 그 이차 전지(12)를 충전함과 함께, 내재하는 전지 관리 장치(상태 판정 장치의 일례로, 이하, BMS)(20)를 사용하여 그 이차 전지(12)의 열화 등의 상태를 판정한다. 즉, 이차 전지(12)와 BMS(20)에 의해, 이차 전지(12)를 충전함과 함께, 그 상태를 판정하는 축전 장치(38)가 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이차 전지(12)로서, 리튬 이온 전지를 사용한 예를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이, 충전 장치(10)는 BMS(20), BMS(20)의 외부에 배치된 충전부(충전기의 일례)(26), 및 충전용 배선(28)을 포함한다. 충전부(26)는 외부 전원(14)에 접속되어 있고, 외부 전원(14)으로부터 공급되는 전력을, 접속 단자(16) 및 충전용 배선(28)을 통하여 이차 전지(12)에 공급한다.

BMS(20)는 중앙 처리 장치(제어부의 일례, 이하, CPU)(30), ROM이나 RAM 등의 메모리(기억부의 일례)(32), 아날로그-디지털 변환기(이하, ADC)(34), 온도계(18), 전류계(전류 검출부의 일례)(22), 전압계(전압 검출부의 일례)(24), 및 이들을 서로 접속하는 버스(36)를 구비한다.

메모리(32)에는 충전 장치(10)의 동작을 제어하기 위한 각종 프로그램이 기억되어 있고, CPU(30)는 메모리(32)로부터 판독한 프로그램에 따라, 계시부(40), 제어부(42), 판정부(44), 취득부(46) 등으로서 기능하고, 각 부의 제어를 행함과 함께, 충전부(26)로 신호를 송신한다.

온도계(18)는 접촉식 또는 비접촉식으로 이차 전지(12)의 온도를 측정하고, 측정한 온도 Y를 버스(36)를 통하여 메모리(32)에 기억한다. 전류계(22)는 충전용 배선(28)을 통하여 이차 전지(12)에 흐르는 충전 전류(이하, 전류)를 소정 기간마다 측정하고, 측정한 전류값 I를 ADC(34)로 송신한다. 전압계(24)는 이차 전지(12)의 양단에 접속되고, 이차 전지(12)의 양단 전압인 전압값 V를 직접 측정하고, 측정한 전압값 V를 ADC(34)로 송신한다. 전압계(24)에서는 충전용 배선(28)을 통하지 않고, 양단 전압을 직접 측정함으로써, 충전용 배선(28)의 배선 저항에 의한 영향을 포함하지 않는 정확한 이차 전지(12)의 충전 전압(이하, 전압)을 측정할 수 있다.

ADC(34)는 전류계(22) 및 전압계(24)에 접속되어 있고, 전류계(22) 및 전압계(24)로부터 송신되는 아날로그 데이터인 전류값 I 및 전압값 V를, 디지털 데이터로 변환하고, 변환한 전류값 I 및 전압값 V를, 버스(36)를 통하여 메모리(32)에 기억한다. 제어부(42), 판정부(44) 및 취득부(46)로서 기능하는 CPU(30)는 메모리(32)에 기억된 그 전류값 및 전압값을 사용하여 각각의 처리를 행한다.

또한, 충전 장치(10)에는 유저로부터의 입력을 접수하는 입력부(50), 충전 장치(10)의 상태나 판정 결과 등을 표시하는 액정 디스플레이로 이루어지는 표시부(52)가 구비되어 있다.

2. 상태 판정 처리

도 2 내지 도 4를 사용하여, 충전 장치(10)를 사용하여 이차 전지(12)를 충전할 때 BMS(20)에서 행해지는 열화 등의 상태 판정 처리를 설명한다. 본 실시 형태에서는, 이차 전지(12)는 정전류 충전된 후에 정전압 충전된다. 도 2, 도 3은 CPU(30)에서 실행되는 상태 판정 처리의 플로우차트이다. 도 4는 상기 처리에 있어서, 이차 전지(12)에 흐르는 전류의 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 4에서는, 동일한 열화 상태의 이차 전지(12)를 사용하여, 서로 다른 2개의 충전 상태에서 계측된 전류의 변화가 나타나 있고, 실선은 기준 상태인 완전 방전 상태인 이차 전지(12)를 충전한 경우에 이차 전지(12)에 흐르는 전류의 변화를 나타내며(이 경우의 경과 시간을 시간 T1로 나타냄), 일점쇄선은 SOC가 50％인 이차 전지(12)를 충전한 경우에 이차 전지(12)에 흐르는 전류의 변화를 나타내고 있다(이 경우의 경과 시간을 시간 T2로 나타냄).

CPU(30)는 유저로부터 입력부(50) 등을 통하여 충전 지시가 입력되면, 메모리(32)에 기억된 프로그램에 따라서 상태 판정 처리를 개시한다. CPU(30)는 처리를 개시하면, 취득부(46)로서 기능하고, 그 처리를 개시한 시점의 SOC[％](개시값의 일례)를 취득한다(S2). 메모리(32)에는 SOC와 전압값 V가 관련지어져 기억되어 있다. CPU(30)는 전압계(24)를 사용하여 처리 개시 시점에 있어서의 이차 전지(12)의 전압값 V를 측정하고, 측정된 전압값 V에 관련지어져 있는 SOC를 처리 개시 시점의 SOC로서 취득한다. 후술하여 설명한 바와 같이, S2에 있어서 취득되는 SOC는 정전류 충전을 개시할 때 취득되는 SOC이며, 정전류 충전 시간 TC의 계측 개시 시의 SOC(이후, 충전 개시 시의 SOC)라고 할 수 있다.

또한, CPU(30)는 충전 지시가 입력된 것을 충전부(26)에 전달한다(S4). 충전부(26)는 이에 수반하여 이차 전지(12)의 충전을 개시한다. 충전부(26)는 충전을 개시하면, 우선 이차 전지(12)에 흐르는 전류를 일정한 기준 전류값 IK로 설정하고, 이차 전지(12)를 정전류 충전한다. 이때, CPU(30)는 계시부(40)로서 기능하고, 정전류 충전 시간 TC의 계측을 개시한다(S6). 메모리(32)에는 미리 기준 전류값 IK가 기억되어 있고, CPU(30)는 전류계(22)를 사용하여 이차 전지(12)에 흐르는 전류를 감시하고, 이차 전지(12)에 흐르는 전류의 전류값 I가 기준 전류값 IK가 되고나서의 시간을 계시한다. 또한, CPU(30)는 온도계(18)를 사용하여 이차 전지(12)의 온도 Y를 측정한다(S8).

CPU(30)는 이차 전지(12)의 정전류 충전이 개시되면, 제어부(42)로서 기능하고, 전압계(24)를 사용하여 이차 전지(12)에 인가되는 전압을 감시한다(S10:"아니오"). 메모리(32)에는 미리 기준 전압값 VK가 기억되어 있고, CPU(30)는 이차 전지(12)에 인가되는 전압이 기준 전압값 VK 이상이 된 경우(S10:"예"), 정전류 충전 시간 TC의 계측을 종료하고, 계측된 정전류 충전 시간 TC를 메모리(32)에 기억한다(S12).

충전부(26)는 이차 전지(12)에 인가되는 전압이 기준 전압값 VK 이상이 되면, 이차 전지(12)에 인가되는 전압을 일정한 기준 전압값 VK로 설정하고, 이차 전지(12)를 정전압 충전한다. 이에 의해, 도 4에 도시한 바와 같이, 정전압 충전 개시 직후는 기준 전류값 IK였던 이차 전지(12)에 흐르는 전류는 충전이 진행됨에 따라서 단조롭게 감소한다. 이때, CPU(30)는 계시부(40)로서 기능하고, 정전압 충전 시간 TV의 계측을 개시한다(S14). CPU(30)는 정전류 충전 시간 TC의 계측을 종료하고나서의 정전압 충전 시간 TV를 계시한다.

CPU(30)는 이차 전지(12)의 정전압 충전이 개시되면, 제어부(42)로서 기능하고, 전류계(22)를 사용하여 이차 전지(12)에 흐르는 전류를 감시한다(S16:"아니오"). 메모리(32)에는 미리 종단 전류값 IZ가 기억되어 있고, CPU(30)는 이차 전지(12)에 흐르는 전류가 종단 전류값 IZ 이하가 된 경우(S16:"예"), 정전압 충전 시간 TV의 계측을 종료하고, 계측된 정전압 충전 시간 TV를 메모리(32)에 기억한다(S18). 충전부(26)는 이차 전지(12)에 흐르는 전류가 종단 전류값 IZ보다도 낮게 설정되어 있는 충전 종료 전류값 IX가 되면 충전을 종료한다.

여기서, 종단 전류값 IZ는 충전 장치(10)의 충전용 배선(28)에 발생할 것으로 예상되는 노이즈 등에 의해 결정된다. 본 실시 형태에서는, 종단 전류값 IZ가 충전용 배선(28)에 발생하는 노이즈에 의해 발생하는 이차 전지(12)에 흐르는 전류의 변동폭보다도 큰 값으로 설정되어 있다. 그 때문에, 부정기적으로 발생하는 노이즈에 의해 정전압 충전 시간 TV의 계측이 종료하는 것이 억제된다.

다음으로, CPU(30)는 취득된 SOC, 측정된 온도 Y 및 계측된 충전 시간 TC, TV에 기초하여 이차 전지(12)의 열화 상태를 판정한다. 이때, CPU(30)는 판정부(44)로서 기능한다.

우선, CPU(30)는 기준값 D 및 보정값 C를 산출한다(S20). 기준값 D는 100％로부터 기준 상태의 SOC를 차감한 값이며, 본 실시 형태에서는, 기준 상태가 완전 방전 상태이기 때문에, 기준값 D는 100％가 된다. 또한, 보정값 C는 기준값 D를 100％로부터 S2에 있어서 취득된 충전 개시 시의 SOC를 차감한 값으로 나눈 것이다. 다음으로, CPU(30)는 측정된 온도 Y로부터 온도 파라미터 α를 설정한다(S22). 온도 파라미터 α는 측정된 온도 Y가 높은 경우에 작고, 측정된 온도 Y가 낮을수록 커지도록 변화하는 값이다. CPU(30)는 정전류 충전 시간 TC와 보정값 C와 온도 파라미터 α를 사용하여, 보정 충전 시간 TH를 이하와 같이 산출한다(S24).

도 4에 실선으로 나타낸 바와 같이, 이차 전지(12)가 완전 방전 상태인 경우, 즉 충전 개시 시의 SOC가 0％인 경우, 보정 충전 시간 TH는 정전류 충전 시간 TC1에 온도 파라미터 α를 곱한 값과 똑같다. 또한, 도 4에 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 충전 개시 시의 SOC가 50％인 경우, 보정 충전 시간 TH는 정전류 충전 시간 TC2의 2배에 온도 파라미터 α를 곱한 값이 된다. 도 4에 도시한 바와 같이, SOC가 50％인 이차 전지(12)의 정전류 충전 시간 TC2는 SOC가 0％인 이차 전지(12)의 정전류 충전 시간 TC1의 절반이 된다. 그 때문에, 보정 충전 시간 TH는 충전 개시 시의 SOC에 따르지 않고 일정해진다. 그 때문에, 보정 충전 시간 TH는 임의의 SOC의 이차 전지(12)를 사용하여 계측되는 정전류 충전 시간 TC를 완전 방전 상태의 정전류 충전 시간 TC로 환산한 것이라고 할 수 있다.

다음으로, CPU(30)는 정전압 충전 시간 TV를 보정 충전 시간 TH로 나누어 판정값 J를 산출한다(S26). 이차 전지(12)가 완전 방전 상태인 경우, 판정값 J는 정전압 충전 시간 TV를 온도 파라미터 α 및 정전류 충전 시간 TC로 나눈 것으로 된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 정전압 충전 시간 TV(TV')는 충전 개시 시의 SOC에 따르지 않고 일정하다. 또한, 상술한 바와 같이, 보정 충전 시간 TH는 충전 개시 시의 SOC에 따르지 않고 일정하다. 그 때문에, 정전압 충전 시간 TV 및 보정 충전 시간 TH로부터 산출되는 판정값 J도 충전 개시 시의 SOC에 따르지 않고 일정해진다.

메모리(32)에는 미리 기준 판정값 JK가 기억되어 있고, CPU(30)는 산출된 판정값 J를 기준 판정값 JK와 비교하여, 이차 전지(12)의 상태를 판정한다(S28). CPU(30)는 판정값 J가 기준 판정값 JK보다도 작은 경우(S28:"예"), 이차 전지(12)에 열화 등의 상태 이상이 발생하고 있지 않다고 판단하고(S30), 처리를 종료한다. 한편, 판정값 J가 기준 판정값 JK 이상인 경우(S28:"아니오"), 이차 전지(12)에 열화 등의 상태 이상이 발생하고 있다고 판정하고(S32), 표시부(52)를 통하여 유저에게 통지하고(S34), 처리를 종료한다.

도 5에, 열화 상태가 서로 다른 2개의 이차 전지(12)를 상태 판정 처리했을 때 측정된 이차 전지(12)에 흐르는 전류의 변화를 나타낸다. 또한, 도 5는 모두 완전 방전 상태인 이차 전지(12)를 사용하여 계측된 것으로, 실선은 비교적 열화가 진행되지 않은 이차 전지(12)를 사용하여 측정된 전류의 변화를 나타내고, 이점쇄선은 비교적 열화가 진행된 이차 전지(12)를 사용하여 측정된 전류의 변화를 나타내고 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 이차 전지(12)에서는, 열화가 진행됨에 따라서 정전압 충전 시간 TV가 증대하는 한편, 정전류 충전 시간 TC가 감소한다. 그 때문에, 상태 판정 처리에 있어서, 정전압 충전 시간 TV를 정전류 충전 시간 TC로 나누어 판정값 J를 산출하고, 미리 정해진 기준 판정값 JK를 사용하여 판정값 J를 판정함으로써, 열화 등의 상태 이상인 것을 고정밀도로 판정할 수 있다.

3. 본 실시 형태의 효과

(1) 본 실시 형태의 충전 장치(10)에서는, 이차 전지(12)의 판정값 J를 구할 때, 정전류 충전 시간 TC와 정전압 충전 시간 TV를 사용하여 판정값 J를 산출한다. 구체적으로는, 정전압 충전 시간 TV를 정전류 충전 시간 TC로 나누어 판정값 J를 산출함으로써, 이차 전지(12)의 열화에 수반하는 판정값 J의 변화를 이차 전지(12)의 열화에 수반하는 정전류 충전 시간 TC의 변화에 비교하여 크게 할 수 있어, 이차 전지(12)의 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

(2) 본 실시 형태의 충전 장치(10)에서는, 정전류 충전 시간 TC와 정전압 충전 시간 TV를 계측함으로써 이차 전지(12)의 상태를 판정한다. 즉, 충전 시간의 계측 기능을 갖는 장치이면 실현 가능하고, 고속 동작이나 고정밀도 계측을 필요로 하지 않는다. 본 실시 형태의 충전 장치(10)에 의하면, 저비용이면서 간단한 알고리즘으로 전지 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

(3) 본 실시 형태의 충전 장치(10)에서는, 이차 전지(12)의 상태 판정 처리를 개시할 때(즉, 이차 전지(12)의 정전류 충전 시간 TC의 계측을 개시할 때)의 이차 전지(12)의 SOC를 취득하고, 정전류 충전 시간 TC와 취득된 충전 개시 시의 SOC를 사용하여 완전 방전 상태로부터의 정전류 충전 시간 TC를 의미하는 보정 충전 시간 TH를 산출한다. 이에 의해, 이차 전지(12)의 충전 개시 시의 SOC에 따르지 않고 전지 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

(4) 본 실시 형태의 충전 장치(10)에서는, 이차 전지(12)의 판정값 J를 구할 때, 충전 개시 시의 이차 전지(12)의 온도 Y를 측정하고, 측정된 온도 Y를 사용하여 온도 파라미터 α를 산출하고, 온도 파라미터 α를 사용하여 판정값 J를 산출한다. 일반적으로, 정전류 충전 시간 TC는 온도가 낮으면 짧아지고, 온도가 높으면 길어지는 경향이 있다. 또한, 정전압 충전 시간 TV는 온도가 낮으면 길어지고, 온도가 높으면 짧아지는 경향으로 된다. 즉, 정전류 충전 시간 TC와 정전압 충전 시간 TV는 그 온도 특성이 서로 다르다. 그 때문에, 판정값 J를 산출할 때 온도 파라미터 α를 사용함으로써 정전류 충전 시간 TC와 정전압 충전 시간 TV 사이의 온도 특성의 차를 온도 파라미터 α의 온도 특성에 의해 상쇄할 수 있어, 이차 전지(12)의 온도에 따르지 않고 전지 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

<실시 형태 2>

본 발명의 실시 형태 2를 도 6을 사용하여 설명한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 충전 장치(10)에서는, 금회의 상태 판정 처리에서 산출된 판정값 J를, 전회의 상태 판정 처리에서 산출된 판정값 JO로 나눈 비교 판정값 H를 사용하여 이차 전지(12)의 상태를 판정하는 점에서 실시 형태 1의 충전 장치(10)와 서로 다르다.

본 실시 형태의 충전 장치(10)에서는, 특정한 이차 전지(12)에 대하여 반복 상태 판정 처리를 실행하고 있고, CPU(30)는 산출되는 판정값 J를 메모리(32)에 기억한다. 또한, CPU(30)는 상기 이차 전지(12)에 대한 상태 판정 처리의 처리 횟수를 계수하고 있고, 판정값 J를 메모리(32)에 기억할 때, 상기 처리 횟수에 관련지어 판정값 J를 기억한다. 이하의 설명에서는, 실시 형태 1과 동일한 내용에 대해서는 중복된 기재를 생략한다.

1. 상태 판정 처리

CPU(30)는 판정값 J를 산출하면(S26), 산출된 판정값 J를 상기 상태 판정 처리의 처리 횟수에 관련지어 메모리(32)에 기억한다(S42). 또한, CPU(30)는 메모리(32)로부터 전회의 상태 판정 처리에서 기억된 판정값 JO를 판독하고(S44), 판정값 J를 판정값 JO로 나누어 비교 판정값 H를 산출한다(S46).

메모리(32)에는 경년 열화에 의한 상태 변화에 기초하여 설정된 기준 비교값 HK가 기억되어 있고, CPU(30)는 산출된 비교 판정값 H를 기준 비교값 HK와 비교한다(S48). CPU(30)는 비교 판정값 H가 기준 비교값 HK보다도 작은 경우(S48:"예"), 전회의 상태 판정 처리로부터 금회의 상태 판정 처리 사이에, 파손 등의 경년 열화 이상의 상태 변화가 이차 전지(12)에 발생하고 있지 않다고 판단하고(S50), 처리를 종료한다. 한편, 비교 판정값 H가 기준 비교값 HK 이상인 경우(S48:"아니오"), 이차 전지(12)에 파손 등의 경년 열화 이상의 상태 변화가 이차 전지(12)에 발생하고 있다고 판정하고(S52), 표시부(52)를 통하여 유저에게 통지하고(S54), 처리를 종료한다.

2. 본 실시 형태의 효과

본 실시 형태의 충전 장치(10)에 의하면, 금회 산출된 판정값 J를 전회 산출된 판정값 JO로 나눈 비교 판정값 H를 사용하여 이차 전지(12)의 상태를 판정함으로써, 전회의 상태 판정으로부터 금회의 상태 판정까지의 전지 상태의 변화를 고정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 판정값 J가 전회 산출된 판정값 JO로부터 크게 서로 다른 경우, 즉 비교 판정값 H가 1로부터 크게 서로 다른 경우, BMS 자신의 고장이 발생한 경우가 있으며, 비교 판정값 H를 사용하여 이차 전지(12)의 상태를 판정함으로써, BMS 자신의 고장을 진단할 수 있다.

<실시 형태 3>

본 발명의 실시 형태 3을 도 7을 사용하여 설명한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 충전 장치(10)에서는, 이차 전지(12)는 정전력 충전된 후에 정전압 충전되는 점에서 실시 형태 1의 충전 장치(10)와 서로 다르다.

1. 상태 판정 처리

본 실시 형태의 충전 장치(10)에서는, 충전부(26)는 이차 전지(12)의 충전을 개시하면, 이차 전지(12)에 공급되는 전력을 일정한 기준 전력값 WK로 설정하고, 이차 전지(12)를 정전력 충전한다. 이때, CPU(30)는 계시부(40)로서 기능하고, 전류계(22)를 사용하여 이차 전지(12)에 흐르는 전류를 감시함과 함께 전압계(24)를 사용하여 이차 전지(12)에 인가되는 전압을 감시하고, 이차 전지(12)가 정전력 충전되는 정전력 충전 시간(제1 충전 시간의 별도예) TW의 계측을 개시한다.

CPU(30)는 이차 전지(12)의 정전력 충전이 개시되면, 전압계(24)를 사용하여 이차 전지(12)에 인가되는 전압을 감시하고, 정전력 충전에 있어서 이차 전지(12)에 인가되는 전압이 기준 전압값 VK 이상이 된 경우, 정전력 충전 시간 TW의 계측을 종료하고, 계측된 정전력 충전 시간 TW를 메모리(32)에 기억한다.

충전부(26)는 이차 전지(12)에 인가되는 전압이 기준 전압값 VK 이상이 되면, 이차 전지(12)에 인가되는 전압을 기준 전압값 VK로 설정하고, 이차 전지(12)를 정전압 충전한다. 이때, CPU(30)는 계시부(40)로서 기능하고, 이차 전지(12)가 정전압 충전되는 정전압 충전 시간 TV의 계측을 개시한다. 이후의 처리는, 실시 형태 1에 있어서 정전류 충전 시간 TC를 사용하여 설명되었던 내용을 정전력 충전 시간 TW로 치환한 내용이 된다. 즉, CPU(30)는 정전력 충전 시간 TW로부터 보정 충전 시간 TH를 산출하고, 보정 충전 시간 TH와 정전압 충전 시간 TV로부터 판정값 J를 산출한다. 그리고, 이 판정값 J로부터 이차 전지(12)의 상태를 판정한다.

2. 본 실시 형태의 효과

도 7에 열화 상태가 서로 다른 2개의 이차 전지(12)를 상태 판정 처리했을 때 측정된 이차 전지(12)에 흐르는 전류의 변화를 나타낸다. 또한, 도 7은 모두 완전 방전 상태인 이차 전지(12)를 사용하여 계측된 것으로, 실선은 비교적 열화가 진행되지 않은 이차 전지(12)를 사용하여 측정된 전류의 변화를 나타내고, 이점쇄선은 비교적 열화가 진행된 이차 전지(12)를 사용하여 측정된 전류의 변화를 나타내고 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 이차 전지(12)에서는 정전압 충전에 있어서, 이차 전지(12)에 흐르는 전류가 감소하고, 이차 전지(12)에 공급되는 전력도 감소한다. 이차 전지(12)에서는 열화가 진행됨에 따라서 정전압 충전 시간 TV가 증대하는 한편, 정전력 충전 시간 TW가 감소한다.

본 실시 형태의 충전 장치(10)에서는, 이차 전지(12)의 판정값 J를 구할 때, 정전력 충전 시간 TW와 정전압 충전 시간 TV를 사용하여 판정값 J를 산출한다. 그 때문에, 이차 전지(12)의 열화에 수반하는 판정값 J의 변화를 이차 전지(12)의 열화에 수반하는 정전력 충전 시간 TW 또는 정전압 충전 시간 TV의 변화에 비교하여 크게 할 수 있어, 이차 전지(12)의 상태를 고정밀도로 판정할 수 있다.

<다른 실시 형태>

본 발명은 상기 기술 및 도면에 의해 설명한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 다음과 같은 다양한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

(1) 상기 실시 형태에서는, 충전 장치(10)가 1개의 BMS(20)를 갖고, 계시부(40), 제어부(42), 판정부(44) 등의 기능을 BMS(20)가 갖는 1개의 CPU(30)에 의해 실행하는 예를 사용하여 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 복수의 CPU에 의해 각 부가 구성되어도 되면, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등의 하드 회로에 의해서만 각 부가 구성되어도 된다. 더 나아가서, 단수 또는 복수의 CPU 및 ASIC에 의해, 각 부가 구성되어도 된다.

(2) 상기 실시 형태에서는, 정전압 충전 시간 TV를 정전류 충전 시간 TC로 나누어 판정값 J를 산출하는 예를 사용하여 설명을 행했지만, 판정값 J는 이에 한정되지 않는다. (i) 정전류 충전 시간 TC를 정전압 충전 시간 TV로 나누어 판정값 J를 산출해도 된다. (ii) 정전압 충전 시간 TV로부터 정전류 충전 시간 TC를 빼서 판정값 J를 산출해도 된다. (iii) 정전류 충전 시간 TC로부터 정전압 충전 시간 TV를 빼서 판정값 J를 산출해도 된다. (iv) 정전압 충전 시간 TV를 정전압 충전 시간 TV와 정전류 충전 시간 TC를 더한 총충전 시간(합충전 시간의 일례) TM으로 나누어 판정값 J를 산출해도 된다. (v) 정전류 충전 시간 TC를 총충전 시간 TM으로 나누어 판정값 J를 산출해도 된다.

(3) 상기 실시 형태에서는, SOC를 취득할 때 충전 개시 전의 이차 전지(12)의 전압값 V를 측정하고, 이 전압값 V로부터 SOC를 취득하는 예를 사용하여 설명을 행했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 이차 전지(12)가 충전 장치(10)에 접속된 상태에서 사용되고 있고, CPU(30)가 계속적으로 이차 전지(12)에 충전되거나, 또는 이차 전지(12)로부터 방전되는 전류값 I를 전류계(22)를 사용하여 계측하고 있는 경우에는, 이 전류값 I를 적산함으로써 SOC를 취득해도 된다.

(4) 상기 실시 형태에서는, 금회 산출된 판정값 J와 전회 산출된 판정값 JO를 비교하여 이차 전지(12)의 상태를 판정하는 예로서, 판정값 J를 판정값 JO로 나누어 비교 판정값 H를 산출하는 예를 사용하여 설명을 행했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 판정값 JO를 판정값 J로 나누어 비교 판정값 H를 산출해도 되면, 판정값 J와 판정값 JO와의 차를 비교 판정값 H로서 산출해도 된다. 더 나아가, 판정값 J와 판정값 JO와의 차를 판정값 JO로 더 나누어 비교 판정값 H를 산출해도 되면, 판정값 J와 판정값 JO와의 차를 판정값 J로 나누어 비교 판정값 H를 산출해도 된다.

(5) 상기 실시 형태에서는, 정전류 충전 시간 TC가 정전압 충전 시간 TV 등의 충전 시간을, BMS(20)에 포함되는 전류계(22) 및 전압계(24)에 의해 감시되는 전류값 I 및 전압값 V가 소정의 조건이 된 경우에, CPU(30)가 계시부(40)로서 기능하고, 계측하여 취득하는 예를 사용하여 설명을 행했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, BMS(20)가 입력부를 통하여 자동차의 전자 제어 유닛(이하, ECU) 등의 외부 장치에 접속되어 있고, 정전류 충전, 정전력 충전, 및 정전압 충전의 개시 시나 종료 시 등에 이들의 외부 장치로부터 입력되는 신호를 기준으로 하여, CPU(30)가 계시부(40)로서 기능하고, 충전 시간을 계측하여 취득해도 된다.

(6) 더 나아가서는, CPU(30)가 이들의 충전 시간을 계측할 필요도 없다. 예를 들면, BMS(20)가 입력부를 통하여 자동차의 전자 제어 유닛 등의 외부 장치에 접속되어 있고, 이들의 외부 장치로부터의 충전 시간의 입력에 의해 CPU(30)가 충전 시간을 취득해도 된다.

(7) 상기 실시 형태에서는, 기준 상태로 하여 완전 방전 상태를 사용하여 설명을 행했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 임의의 상태를 기준 상태로 하여 선택할 수 있다. 이 경우, 기준값 D는 기준 상태의 SOC에 따라서 적절히 변경된다.

10 : 충전 장치
12 : 이차 전지
18 : 온도계
20 : BMS
22 : 전류계
24 : 전압계
26 : 충전부
30 : CPU
32 : 메모리
34 : ADS
38 : 축전 장치
40 : 계시부
42 : 제어부
44 : 판정부
46 : 취득부
C : 보정값
D : 기준값
H : 비교 판정값
J : 판정값
TC : 정전류 충전 시간
TH : 보정 충전 시간
TM : 총충전 시간
TV : 정전압 충전 시간
TW : 정전력 충전 시간
α : 온도 파라미터

Claims

충전기에 의해 충전되는 축전 소자의 상태를 판정하는 상태 판정 장치이며,
상기 축전 소자의 충전 전류를 검출하는 전류 검출부와,
상기 축전 소자의 충전 전압을 검출하는 전압 검출부와,
제어부를 구비하고,
상기 제어부는,
상기 전류 검출부에 의해 검출되는 충전 전류가 일정한 정전류 충전 시간, 또는 상기 전류 검출부 및 상기 전압 검출부에 의해 검출되는 충전 전력이 일정한 정전력 충전 시간을 나타내는 제1 충전 시간을 취득하는 제1 취득 처리와,
상기 전압 검출부에 의해 검출되는 충전 전압이 일정한 정전압 충전 시간을 나타내는 제2 충전 시간을 취득하는 제2 취득 처리와,
상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간을 사용하여 판정값을 산출하고, 그 판정값을 사용하여 상기 축전 소자의 상태를 판정하는 판정 처리를 실행하는 구성을 갖는 상태 판정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간 중, 한쪽을 다른 쪽으로 나누어 상기 판정값을 산출하는 상태 판정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 충전 시간의 취득을 개시할 때의 상기 축전 소자의 SOC인 개시값을 취득하는 SOC 취득 처리를 더 실행하고,
상기 축전 소자의 기준 상태의 SOC를 100％로부터 차감한 기준값을 100％로부터 상기 개시값을 차감한 값으로 나눈 보정값을 산출하고, 상기 보정값에 상기 제1 충전 시간을 곱하여 보정 충전 시간을 산출하고, 상기 보정 충전 시간과 상기 제2 충전 시간으로부터 상기 판정값을 산출하는 상태 판정 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
기억부를 더 구비하고,
상기 제어부는 상기 축전 소자의 상태를 반복하여 판정함과 함께, 상기 판정값을 판정의 순서대로 대응시켜서 상기 기억부에 기억하고, 금회 산출된 판정값과 전회 산출된 판정값을 비교하여 상기 축전 소자의 상태를 판정하는 상태 판정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간 중, 한쪽에서 다른 쪽을 빼서 상기 판정값을 산출하는 상태 판정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간을 더하여 합충전 시간을 산출하고, 상기 제1 충전 시간을 상기 합충전 시간으로 나누어 상기 판정값을 산출하는 상태 판정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간을 더하여 합충전 시간을 산출하고, 상기 제2 충전 시간을 상기 합충전 시간으로 나누어 상기 판정값을 산출하는 상태 판정 장치.
축전 소자와,
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 상태 판정 장치
를 구비하는 축전 장치.
충전기에 의해 충전되는 축전 소자의 상태를 판정하는 상태 판정 방법이며,
일정한 충전 전류로 충전되는 정전류 충전 시간, 또는 일정한 충전 전력으로 충전되는 정전력 충전 시간을 나타내는 제1 충전 시간을 취득하는 제1 취득 공정과,
상기 제1 취득 공정 후, 일정한 충전 전압으로 충전되는 정전압 충전 시간을 나타내는 제2 충전 시간을 취득하는 제2 취득 공정과,
상기 제1 충전 시간과 상기 제2 충전 시간으로부터 판정값을 산출하는 산출 공정과,
상기 판정값을 사용하여 상기 축전 소자의 상태를 판정하는 판정 공정
을 구비하는 상태 판정 방법.