WO2005116675A1 - Secondary battery residual-capacity estimating method and apparatus - Google Patents

Secondary battery residual-capacity estimating method and apparatus Download PDF

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WO2005116675A1
WO2005116675A1 PCT/JP2005/009257 JP2005009257W WO2005116675A1 WO 2005116675 A1 WO2005116675 A1 WO 2005116675A1 JP 2005009257 W JP2005009257 W JP 2005009257W WO 2005116675 A1 WO2005116675 A1 WO 2005116675A1
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secondary battery
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PCT/JP2005/009257
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Mitsunori Ishii
Keiji Katayama
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Nec Lamilion Energy, Ltd.
Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha
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Abstract

The charging and discharging currents of a secondary battery are monitored, and an integrating arithmetic is executed based on those charging and discharging currents, thereby continuously calculating a first residual capacity value. At the same time, the timing at which the secondary battery switches from its charging to its discharging is detected, and an integration of the discharging current is commenced at the detected timing. When the integrated value reaches a predetermined threshold value, the terminal voltage of the secondary battery is taken and regarded as an open circuit voltage, and a second residual capacity value is determined based on the open circuit voltage. The second residual capacity value is used to update the first residual capacity value. The first residual capacity value then is externally outputted as the residual capacity of the secondary battery.

Description

明 細 書  Specification
二次電池の残存容量推定方法及び装置  Method and apparatus for estimating remaining capacity of secondary battery
技術分野  Technical field
[0001] 本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される各種の二次電池の残存容量 (so [0001] The present invention relates to the remaining capacity of various secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries (so
C ; state of charge)を推定する方法および装置、ならびにそのような残存容量 推定装置を内蔵したバッテリパックに関する。 The present invention relates to a method and apparatus for estimating a state of charge (C), and a battery pack including such a remaining capacity estimating apparatus.
背景技術  Background art
[0002] 近年、リチウムイオン二次電池やニッケル金属水素化物二次電池などの二次電池 を電力用途として電動機駆動の電源などとして用いるようになつてきた。  [0002] In recent years, secondary batteries such as lithium ion secondary batteries and nickel metal hydride secondary batteries have come to be used as power sources for electric motors for power applications.
[0003] リチウムイオン二次電池などの二次電池のこのような電動機駆動の用途として、例 えば、ハイブリッド自動車における用途がある。ハイブリッド自動車は、一般に、内燃 機関であるエンジンと、エンジンによって駆動される発電機と、二次電池と、電動機と を備えている。ハイブリッド自動車における駆動方式には何種類かのものがあるが、 ある駆動方式によるノ、イブリツド自動車では、発電機で得られた電力によって二次電 池を充電し、車両の加速時あるいは登坂時には、発電機からの電力のほかに二次電 池の放電によって得られる電力を電動機に供給している。別の駆動方式のハイブリツ ド自動車では、エンジンによって駆動輪を直接駆動するとともに、加速時や登坂時に は電動機出力によって駆動輪の駆動を補助する。これらのハイブリッド自動車では、 エネルギー効率をさらに向上させるため、車両の制動時などには、電動機を発電機 として動作させて回生ブレーキとして機能させ、そのときに得られるエネルギーによつ ても二次電池を充電するようにして 、る。  [0003] As an application of such a motor drive of a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, for example, there is an application in a hybrid vehicle. A hybrid vehicle generally includes an engine that is an internal combustion engine, a generator driven by the engine, a secondary battery, and an electric motor. There are several types of drive systems in hybrid vehicles.However, in some types of drive systems, in the case of hybrid vehicles, the secondary battery is charged with the power obtained from the generator, and when the vehicle accelerates or climbs a hill, In addition to the electric power from the generator, the electric power obtained by discharging the secondary battery is supplied to the motor. In a hybrid vehicle of another drive system, the drive wheels are directly driven by the engine, and the drive of the drive wheels is assisted by the motor output during acceleration or climbing a hill. In these hybrid vehicles, in order to further improve energy efficiency, when braking the vehicle, the electric motor operates as a generator to function as a regenerative brake, and the energy obtained at that time is also used by the secondary battery. To charge the battery.
[0004] ハイブリッド自動車の場合、実際には、二次電池の残存容量が常に所定の範囲内 にあるような制御が行われている。具体的には、例えば残存容量が 20%以下となつ た場合には、エンジンを始動して発電機によって発電し、その電力によって二次電池 を充電するようにする。そして、例えば残存容量が 80%以上となった場合には、二次 電池がそれ以上充電されないようにする。このように、二次電池の残存容量に応じて 充放電の制御を行う必要があるため、二次電池の残存容量を常時監視していなくて はならない。具体的には数十ミリ秒力も数秒の時間間隔で、残存容量を求めるように している。 [0004] In the case of a hybrid vehicle, in practice, control is performed such that the remaining capacity of the secondary battery is always within a predetermined range. Specifically, for example, when the remaining capacity becomes 20% or less, the engine is started, the generator generates power, and the power is used to charge the secondary battery. Then, for example, when the remaining capacity becomes 80% or more, make sure that the secondary battery is not charged any more. As described above, since it is necessary to control charging and discharging according to the remaining capacity of the secondary battery, it is not necessary to constantly monitor the remaining capacity of the secondary battery. Not be. More specifically, the remaining capacity is calculated at tens of milliseconds at intervals of several seconds.
[0005] 二次電池の残存容量は、原理的には、充電した電荷量と放電した電荷量との差に よって求めることができるから、従来は、一定時間間隔で二次電池の充放電電流の 値を測定し、その測定値を積算することによって、二次電池の残存容量を求めていた 。また、二次電池がリチウムイオン二次電池などである場合、二次電池の開回路電圧 と残存容量との間には一定の関係があることが知られており、二次電池の開回路電 圧を測定して残存容量を推定することも行われている。しカゝしながら、二次電池をノ、 イブリツド自動車に適用するような場合、電動機の突入電流などで短時間で大電流 が流れることがあり、また、安価で直線性がよく精度が高い電流センサを入手すること が難しい、などの理由により、充放電電流値を積算して残存容量を求めることとした 場合には、無視できない累積誤差が生じるおそれがある。  [0005] In principle, the remaining capacity of a secondary battery can be obtained from the difference between the charged amount and the discharged amount. The remaining capacity of the secondary battery was determined by measuring the values of the above and integrating the measured values. Also, when the secondary battery is a lithium ion secondary battery or the like, it is known that there is a certain relationship between the open circuit voltage of the secondary battery and the remaining capacity, and the open circuit voltage of the secondary battery is known. In some cases, the remaining capacity is estimated by measuring the pressure. However, when rechargeable batteries are applied to automobiles and hybrid vehicles, large currents may flow in a short time due to the inrush current of the motor, etc. If it is decided to accumulate the charge / discharge current value to obtain the remaining capacity due to reasons such as difficulty in obtaining a sensor, a non-negligible cumulative error may occur.
[0006] 一方、二次電池の開回路電圧に基づいて残存容量を推定する場合には、誤差の 累積という問題は生じない。もっとも、二次電池の通常の使用時には充放電電流が 存在するから、開回路電圧を連続して測定することはできない。そこで、本発明者ら は、ハイブリッド自動車などの用途では、二次電池において放電と充電とが頻繁に切 り替わって二次電池に流れる電流の向きが切り替わり、その切り替わりに際しては瞬 間的には充放電電流がゼロとなるときがあることに着目し、既に日本国特許出願:特 願 2003— 34967 (特開 2004— 245673号公報)において、精度よく残存容量を推 定する方法を提案している。この方法では、二次電池の充放電電流を積算すること により残存容量を継続して算出するとともに、充放電電流がゼロになるタイミング、例 えば充電と放電とが切り替わるタイミングなどで二次電池の端子電圧を測定し、それ を開回路電圧としてそのときの残存容量を推定し、その推定値でもって、電流積算に よって算出された残存容量値を更新する。  [0006] On the other hand, when estimating the remaining capacity based on the open circuit voltage of the secondary battery, the problem of accumulation of errors does not occur. However, during normal use of the secondary battery, there is a charge / discharge current, so the open circuit voltage cannot be measured continuously. Therefore, the present inventors have found that in applications such as hybrid vehicles, the discharge and charge of the secondary battery are frequently switched to switch the direction of the current flowing through the secondary battery, and the switching is instantaneous. Paying attention to the fact that the charge / discharge current sometimes becomes zero, we have already proposed a method for accurately estimating the remaining capacity in Japanese Patent Application: Japanese Patent Application No. 2003-34967 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-245673). I have. In this method, the remaining capacity is continuously calculated by integrating the charge / discharge current of the secondary battery, and the charge / discharge current of the secondary battery is changed at a timing when the charge / discharge current becomes zero, for example, at a timing when the charge / discharge is switched. Measure the terminal voltage, use it as the open circuit voltage, estimate the remaining capacity at that time, and update the remaining capacity value calculated by current integration with the estimated value.
[0007] し力しながら開回路電圧は、厳密には、二次電池における充放電が停止してから 充分な時間が経過し電池が熱力学的に平衡状態に達したときの正極と負極との間の 電圧である。充電あるいは放電が終了した直後の電流がゼロの状態での電池の端子 電圧は、電池内部が平衡状態あるいは定常状態に達していないので、本来の開回 路電圧力もずれていることがある。本来の開回路電圧からどの程度ずれているかは、 電池の内部構造などにも依存する。したがって、使用する二次電池の構造などによ つては、充放電電流がゼロであるタイミングでの端子電圧を開回路電圧とみなして残 存容量を推定した場合、無視できない誤差が生じる可能性がある。なお、平衡状態 に達するまでに時間が力かるのは、外部回路に電流が流れないためでもある。 [0007] Strictly speaking, the open circuit voltage is strictly equal to the positive electrode and negative electrode when a sufficient time has elapsed since charging and discharging of the secondary battery stopped and the battery reached a thermodynamic equilibrium state. Is the voltage between Immediately after charging or discharging is completed, the terminal voltage of the battery when the current is zero does not reach the equilibrium or steady state inside the battery. The circuit voltage force may also be off. The degree of deviation from the original open circuit voltage also depends on the internal structure of the battery. Therefore, depending on the structure of the secondary battery used, if the terminal voltage at the timing when the charge / discharge current is zero is regarded as the open circuit voltage and the remaining capacity is estimated, a non-negligible error may occur. is there. The reason why the time is required to reach the equilibrium state is that no current flows in the external circuit.
[0008] 特開 2001— 231179号公報には、二次電池の休止時期に対応して開回路電圧を 測定し、その電圧値力 充電率を判定するとともに、充電中に供給された充電量と充 電前後の充電率とから、満充電容量と残存容量を算出し、充放電中には休止中に測 定した充電率に動作中に入出力される充電量で換算される充電率の変化分を積分 することにより、現在の充電率と残存容量とを推定することが開示されている。  [0008] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-231179 discloses that an open circuit voltage is measured in response to a stop time of a secondary battery, a voltage value of the battery is determined, a charging rate is determined, and a charge amount supplied during charging is determined. The full charge capacity and the remaining capacity are calculated from the charge rates before and after charging, and the change in the charge rate is converted to the charge rate measured during pauses during charge / discharge by the charge amount input / output during operation. It is disclosed to estimate the current state of charge and remaining capacity by integrating the minutes.
[0009] 特開 2003— 149307号公報には、電池の充放電電流を積算することによって残 存容量を算出するとともに、電池の起電圧を算出してこれから電池の推定容量を算 出し、残存容量と推定容量との差力 PI (比例積分)制御により補正量を算出し、残 存容量を補正することが開示されている。  [0009] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-149307 discloses that the remaining capacity is calculated by integrating the charge / discharge current of the battery, the electromotive voltage of the battery is calculated, and the estimated capacity of the battery is calculated from the voltage. It discloses that a correction amount is calculated by a differential force PI (proportional integration) control between the estimated capacity and the remaining capacity to correct the remaining capacity.
[0010] リチウムイオン二次電池などの二次電池を用いる場合、これらの二次電池のセルを 単独で用いることは少なぐ所望の放電電圧、放電電流が得られるように複数の単体 セルを直列および zまたは並列に接続したバッテリパックとして構成することが一般 的である。このノ ッテリパックには、二次電池セルのほかに、例えば過充電防止回路 などの安全回路や、残存容量を測定してその測定値を出力する回路などが備えられ ることが多い。  [0010] When using a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, the use of a single cell of these secondary batteries is rarely necessary. A plurality of single cells are connected in series so that a desired discharge voltage and discharge current can be obtained. And z or a battery pack connected in parallel. In addition to the secondary battery cells, the battery pack often includes, for example, a safety circuit such as an overcharge prevention circuit and a circuit that measures the remaining capacity and outputs the measured value.
[0011] 以下、本明細書で引用した文献を列挙する。  [0011] The documents cited in the present specification are listed below.
特許文献 1:特開 2004— 245673号公報  Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-245673
特許文献 2:特開 2001— 231179号公報  Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-231179
特許文献 3 :特開 2003— 149307号公報  Patent Document 3: JP 2003-149307 A
発明の開示  Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題  Problems to be solved by the invention
[0012] 上述したように、二次電池の残存容量を求める従来の方法では、誤差が大き!/、、必 要な時間間隔で最新の残存容量値を得ることができない、あるいは、演算量などが 多くなる、という解決すべき課題が残っている。 [0012] As described above, in the conventional method for determining the remaining capacity of the secondary battery, the error is large! /, The latest remaining capacity value cannot be obtained at a required time interval, or the amount of calculation is small. But There remains an issue that needs to be solved.
[0013] 本発明の目的は、少ない演算量で精度よぐしかも所望の時間間隔で二次電池の 最新の残存容量を推定できる残存容量推定方法を提供することにある。  An object of the present invention is to provide a remaining capacity estimation method capable of estimating the latest remaining capacity of a secondary battery at a desired time interval with a small amount of calculation and with high accuracy.
[0014] 本発明の別の目的は、少ない演算量で精度よぐしかも所望の時間間隔で二次電 池の最新の残存容量を推定できる残存容量推定装置を提供することにある。  Another object of the present invention is to provide a remaining capacity estimating apparatus capable of estimating the latest remaining capacity of a secondary battery at a desired time interval with a small amount of calculation and with high accuracy.
[0015] 本発明のさらに別の目的は、そのような推定装置を組み込んだバッテリパックを提 供することにある。  [0015] Yet another object of the present invention is to provide a battery pack incorporating such an estimation device.
課題を解決するための手段  Means for solving the problem
[0016] 本発明の目的は、二次電池の残存容量を推定する残存容量推定方法であって、 二次電池の充放電電流を監視し、充放電電流に基づく積算演算を実行して第 1の残 存容量値を継続的に算出し、二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミング を検出し、そのタイミング力も所定の条件だけ遅れた時点において二次電池の端子 電圧を取り込み、取り込まれた端子電圧に基づいて第 2の残存容量値を求めて第 2 の残存容量値でもって第 1の残存容量値を置き換え、置き換え後の第 1の残存容量 値に基づいて算出する段階における積算演算を続行して第 1の残存容量値を二次 電池の残存容量とする残存容量推定方法によって達成される。 An object of the present invention is a remaining capacity estimation method for estimating a remaining capacity of a secondary battery, wherein the method monitors a charge / discharge current of the secondary battery, executes an integration operation based on the charge / discharge current, and performs a first operation. The remaining capacity value of the battery was continuously calculated, the timing at which the charge and discharge of the secondary battery were switched was detected, and the terminal voltage of the secondary battery was captured at the time when the timing force was also delayed by a predetermined condition, and was captured. A second remaining capacity value is obtained based on the terminal voltage, the first remaining capacity value is replaced with the second remaining capacity value, and the integration operation in the step of calculating based on the replaced first remaining capacity value is performed. This is achieved by a remaining capacity estimation method in which the first remaining capacity value is continued and the remaining capacity of the secondary battery is used.
[0017] 本発明の別の目的は、二次電池の残存容量を推定する残存容量推定装置であつ て、二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、二次電池の端子電 圧を検出する電圧測定手段と、残存容量の値を保持する記憶手段と、検出された充 放電電流に基づき、記憶手段に格納された値に対して積算演算を継続的に実行す る演算手段と、電流検出手段の出力に基づき、二次電池における充電と放電とが切 り替わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、そのタイミング力 所定の条件だ け遅れた時点における端子電圧を取り込んで取り込んだ端子電圧に基づいて残存 容量値を求める残存容量値取得手段と、を有し、残存容量値取得手段が求めた残 存容量値によって、記憶手段内の値が置き換えられる残存容量推定装置によって達 成される。 Another object of the present invention is a remaining capacity estimating device for estimating a remaining capacity of a secondary battery, a current detecting means for detecting a charging / discharging current in the secondary battery, and a terminal voltage of the secondary battery. A voltage measuring means for detecting the value of the remaining capacity, a memory means for holding the value of the remaining capacity, and an arithmetic means for continuously executing an integration operation on the value stored in the memory means based on the detected charging / discharging current. A timing detecting means for detecting a timing of switching between charging and discharging of the secondary battery based on an output of the current detecting means, and a terminal for taking in and taking in a terminal voltage at a timing delayed by a predetermined condition. A remaining capacity value obtaining means for obtaining a remaining capacity value based on the voltage, wherein the remaining capacity value obtained by the remaining capacity value obtaining means replaces the value in the storage means with a remaining capacity estimating device. Is achieved.
[0018] 二次電池において、充放電電流がゼロになったのち、開回路電圧を測定できるよう になるまでに長時間を要するのは、充放電電流がゼロであって外部回路に電流が流 れないため、電圧値がなかな力確定しないためである。電流がゼロから再び流れ出 せば、電池の電圧は急速に確定するから、そのようなタイミングであって、電池の内 部インピーダンスによる電圧降下がほとんど発生していないタイミングを捉え、そのと きの電池の端子電圧を測定すれば、その測定された電圧値は、ほぼ電池の開回路 電圧とみなすことができる。 [0018] In a secondary battery, it takes a long time before the open circuit voltage can be measured after the charge / discharge current becomes zero because the charge / discharge current is zero and the current flows to an external circuit. This is because the voltage value is not easily determined. If the current flows from zero again, the voltage of the battery is quickly determined, so such a timing, when there is almost no voltage drop due to the internal impedance of the battery, is captured. By measuring the terminal voltage of the battery, the measured voltage value can be regarded as almost the open circuit voltage of the battery.
[0019] そこで本発明では、二次電池における充電と放電との切り替わりがあったタイミング を検出し、そのタイミング以降のある時点で二次電池の端子電圧を測定し、測定され た端子電圧をその二次電池の開回路電圧とみなして残存容量値を推定し、その推 定値でもって積算演算による残存容量値を更新することとする。ただし、放電から充 電に切り替わった場合、その切り替わり時点からの電流が比較的大きくないと電池電 圧が安定しな 、ので、充電力も放電に切り替わるタイミングのみを検出してその後の ある時点で端子電圧を取り込むようにすることが好ま 、。  Therefore, in the present invention, the timing at which switching between charging and discharging in the secondary battery is detected, the terminal voltage of the secondary battery is measured at a certain time after the timing, and the measured terminal voltage is measured. The remaining capacity value is estimated based on the open circuit voltage of the secondary battery, and the remaining capacity value obtained by the integration operation is updated based on the estimated value. However, when switching from discharging to charging, the battery voltage is not stable unless the current from the switching point is relatively large.Therefore, only the timing at which the charging power switches to discharging is detected, and the terminal is detected at a certain time thereafter. It is preferable to take in the voltage.
[0020] また、充電力 放電に切り替わった時点力も端子電圧を測定して取り込むまでの時 間の長さを一定にしておくと、その期間での電流の流れ方によっては誤差が大きくな る。そこで、充電力も放電に切り替わった時点からの放電電流の立ち上がり方に応じ て端子電圧を取り込むタイミングを変えることが好ましい。具体的には、残存容量を連 続して算出するための充放電電流の積算処理である第 1の積算演算とは別個に、充 電力 放電に切り替わった時点力 放電電流の積算処理すなわち第 2の積算演算を 開始し、第 2の積算演算による電流積算値が所定のしきい値に達した時点で二次電 池の端子電圧を取り込むようにすればよい。このようにすれば、放電電流の立ち上が りが急であればあるほど、より早いタイミングで端子電圧が取り込まれることになり、放 電電流パターンの違いによって端子電圧と開回路電圧との誤差が大きくなることを防 ぐことができる。なお、放電電流の立ち上がりが緩やか過ぎる場合、すなわち、放電 電流の立ち上がりが所定の値以下の場合には、端子電圧を開回路電圧とみなして 積算演算による残存容量値を更新する処理自体を行わな ヽよう〖こすることもできる。 例えば、充電力 放電に切り替わって力 所定時間以内に所定電流に達しない場合 には、端子電圧に基づく残存容量値の更新を行わないようにする。ここでの所定時 間としては、例えば、 0. 1秒が用いられ、所定電流としては、例えば、二次電池の 1時 間定格容量値に対応する電流が用いられる。 [0020] In addition, if the time from when the terminal power is switched to the charging power discharge to the time when the terminal voltage is measured and taken in is kept constant, the error increases depending on the current flow during that period. Therefore, it is preferable to change the timing of taking in the terminal voltage according to the rise of the discharge current from the point of time when the charging power is also switched to the discharge. Specifically, separately from the first integration calculation, which is the integration process of the charge / discharge current for continuously calculating the remaining capacity, the integration process of the discharge current at the time of switching to the charge / discharge, that is, the second integration operation, In this case, the terminal voltage of the secondary battery may be fetched when the integrated current of the second integrated operation reaches a predetermined threshold value. In this way, the more rapidly the discharge current rises, the sooner the terminal voltage is captured, and the difference between the terminal voltage and the open circuit voltage due to the difference in the discharge current pattern. Can be prevented from increasing. If the rise of the discharge current is too slow, that is, if the rise of the discharge current is equal to or less than a predetermined value, the terminal voltage is regarded as an open circuit voltage, and the process of updating the remaining capacity value by the integration operation is not performed. You can also do it. For example, if the power does not reach the predetermined current within the predetermined time after switching to the charging power discharging, the remaining capacity value based on the terminal voltage is not updated. As the predetermined time, for example, 0.1 second is used. As the predetermined current, for example, one hour of the secondary battery is used. The current corresponding to the rated capacity value is used.
[0021] さらに本発明では、充電力 放電に切り替わるタイミングの直前の充電時間やその ときの充電電流の大きさに応じて、充電力 放電に切り替わって力 端子電圧を取り 込むまでの時間の長さを変えることができ、それによつて、残存容量推定の精度をさ らに向上することができる。具体的には、充電力も放電に切り替わるタイミングの直前 の充電時間が短い場合には、端子電圧の取り込みまでの時間も短くする。充電から 放電に切り替わるタイミング力 過去に向力つての電流積算値が必要となる力 これ は、例えば、電流値を所定のサンプリングレートでサンプリングしてリングバッファに格 納しておき、充電力も放電に切り替わりを検出した時点で、リングバッファにおいてそ の時点力も過去にむ力つて電流値を検索し積算すればよいことになる。  [0021] Further, in the present invention, the length of time until switching to charging power discharge and taking in the power terminal voltage in accordance with the charging time immediately before the timing of switching to charging power discharging or the magnitude of the charging current at that time. Can be changed, whereby the accuracy of the remaining capacity estimation can be further improved. Specifically, when the charging time immediately before the timing at which the charging power is switched to the discharging is short, the time until the terminal voltage is taken in is also shortened. Timing force to switch from charge to discharge Force that needs current integrated value for the past.For example, current value is sampled at a predetermined sampling rate and stored in a ring buffer. At the time when the switching is detected, the current value in the ring buffer should be searched for and integrated with the current force in the past.
[0022] このように本発明では、二次電池において充電と放電との切り替わりが発生するた びに、少なくとも充電力も放電への切り替わりが発生するたびに、充放電電流の積算 による第 1の残存容量値が、開回路電圧に基づくより正確な第 2の残存容量値によつ て更新されるので、充放電電流の積算での累積誤差がそのたびにリセットされること になる。特に、充電と放電との切り替わりから遅れて二次電池の端子電圧を取り込ん でそれを開回路電圧とみなすことにより、その時点での本来の値に極めて近い開回 路電圧に基づいて残存容量値が得られ、残存容量推定の精度がさらに向上する。し たがって、本発明では、累積誤差の影響を受けることが少なくて精度よぐしかも任意 のタイミングでの残存容量を取得することができる。ノ、イブリツド自動車への応用を考 えた場合、長くても数十分たてば充電と放電との切り替わりが発生して残存容量値が 開回路電圧に基づく正確な値に更新されるので、この間の充放電電流の積算の際 の累積誤差は、残存容量による充放電の制御を行う際に悪影響を及ぼすほど大きな ものとはならない。また、本発明によれば、充放電電流の検出のために用いられる電 流センサとして、直線性の良好な高価なセンサを使用する必要がなくなり、残存容量 推定のための構成の全体としてのコストを低減することができる。  [0022] As described above, in the present invention, each time the switching between charging and discharging occurs in the secondary battery, at least each time the switching of the charging power to discharging also occurs, the first remaining capacity is calculated by integrating the charging and discharging current. Since the value is updated with the more accurate second remaining capacity value based on the open circuit voltage, the accumulated error in the integration of the charge / discharge current is reset each time. In particular, by capturing the terminal voltage of the secondary battery with a delay after switching between charging and discharging and treating it as an open circuit voltage, the remaining capacity value is determined based on the open circuit voltage that is very close to the original value at that time. Is obtained, and the accuracy of the remaining capacity estimation is further improved. Therefore, according to the present invention, it is possible to acquire the remaining capacity at an arbitrary timing with less influence of the accumulated error and with good accuracy. No. When considering application to an hybrid vehicle, switching between charging and discharging occurs after a few tens of minutes at the longest, and the remaining capacity value is updated to an accurate value based on the open circuit voltage. The cumulative error in the integration of the charge / discharge current of the battery does not become so large as to have an adverse effect when the charge / discharge is controlled by the remaining capacity. Further, according to the present invention, it is not necessary to use an expensive sensor having good linearity as a current sensor used for detecting a charge / discharge current, and the overall cost of the configuration for estimating the remaining capacity is eliminated. Can be reduced.
図面の簡単な説明  Brief Description of Drawings
[0023] [図 1]本発明の実施の一形態の残存容量推定装置の構成を示すブロック図である。  FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a remaining capacity estimation device according to an embodiment of the present invention.
[図 2]残存容量推定の動作を模式的に示す図である。 [図 3]本発明の別の実施形態の残存容量推定装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing an operation of remaining capacity estimation. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a remaining capacity estimation device according to another embodiment of the present invention.
[図 4]図 3に示す残存容量推定装置の動作を説明するフローチャートである。  4 is a flowchart illustrating the operation of the remaining capacity estimating device shown in FIG. 3.
発明を実施するための最良の形態  BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0024] 図 1に示す残存容量推定装置 10は、二次電池 11の残存容量を推定するものであ つて、ここでは、ノ ッテリパック 12内に残存容量推定装置 10が組み込まれたものとし て描かれている。ノ ッテリパック 12を構成する二次電池 11として、例えばリチウムィォ ン二次電池を用いることができる。以下では、二次電池 11としてリチウムイオン二次 電池が使用されているものとして、説明を行う。  The remaining capacity estimating device 10 shown in FIG. 1 is for estimating the remaining capacity of the secondary battery 11. Here, the remaining capacity estimating device 10 is illustrated as being incorporated in the nottery pack 12. Have been. For example, a lithium ion secondary battery can be used as the secondary battery 11 included in the battery pack 12. In the following, description will be made assuming that a lithium ion secondary battery is used as the secondary battery 11.
[0025] 残存容量推定装置 10は、二次電池 11に対する充電電流及び放電電流を検出す る電流検出器 21と、二次電池 11の端子電圧を測定して出力する電圧測定部 22と、 電流検出器 21の出力をサンプリングしてアナログ Zデジタル変換する AZD変換器 23と、電流検出器 23の出力波形を整形し充放電電流の極性を判別して充放電電流 がゼロとなるタイミングを検出する電流ゼロ検出部 24と、充放電電流がゼロになった タイミングが充電力 放電への切り替えのタイミングなの力放電から充電への切り替 わりのタイミングなのかを判別して放電の開始を検出する放電開始検出部 25と、二 次電池 11の端子電圧に基づ ヽて残存容量値を取得する残存容量値取得部 26と、 残存容量の現在値を保持する残存容量記憶部 27と、 AZD変換器 23からの出力に 基づいて残存容量記憶部 27に保持された残存容量値に対して積算演算を行う積算 演算部 28と、 AZD変 から出力される電流サンプル値の積算を充電力も放 電への切り替えのタイミングで開始し、積算値が所定値に達した時点で残存容量値 取得部 26にトリガ信号を出力する電流積算部 29と、を備えている。ここで二次電池 1 1は、複数の単位セルを直列に接続した組電池であってもよい。充放電電流の極性 とは、電池に向かって電流が流れている力、あるいは電池から電流が流れているかを 示すものであり、言い換えれば充電である力放電であるかの別を示すものである。  The remaining capacity estimating device 10 includes a current detector 21 for detecting a charging current and a discharging current for the secondary battery 11, a voltage measuring unit 22 for measuring and outputting a terminal voltage of the secondary battery 11, AZD converter 23, which samples the output of detector 21 and converts it to analog Z-digital, and shapes the output waveform of current detector 23, determines the polarity of the charge / discharge current, and detects the timing when the charge / discharge current becomes zero Discharge start to detect the start of discharge by judging whether the current zero detector 24 determines that the timing at which the charge / discharge current becomes zero is the timing of switching from charging to discharging, which is the timing of switching from power discharging to charging. A detecting unit 25, a remaining capacity value obtaining unit 26 for obtaining a remaining capacity value based on a terminal voltage of the secondary battery 11, a remaining capacity storing unit 27 for storing a current value of the remaining capacity, and an AZD converter 23 Based on the output from The integration calculation unit 28 that performs integration calculation on the remaining capacity value held in the capacity storage unit 27, and the integration of the current sample value output from the AZD converter is started at the timing of switching the charging power to discharge as well. A current integrating unit 29 that outputs a trigger signal to the remaining capacity value acquiring unit 26 when the value reaches a predetermined value. Here, the secondary battery 11 may be an assembled battery in which a plurality of unit cells are connected in series. The polarity of the charging / discharging current indicates whether the current is flowing toward the battery or whether the current is flowing from the battery.In other words, it indicates whether the current is charging or discharging. .
[0026] 電流検出器 21としては、ホールセンサを用いたオープンループのものや、シャント 抵抗を有しその両端の電圧を計測するものを用いることができる。電流検出器 21は、 充放電電流の大きさに比例するとともに、例えば充電であれば負であり放電であれ ば正である電圧を発生する。充電電流と放電電流との違!、は二次電池 11に対する 電流の向きで区別されるものである。 [0026] As the current detector 21, an open loop type using a Hall sensor or a type having a shunt resistor and measuring the voltage between both ends can be used. The current detector 21 generates a voltage that is proportional to the magnitude of the charge / discharge current and that is, for example, negative for charging and positive for discharging. The difference between the charge current and the discharge current! It is distinguished by the direction of the current.
[0027] 電圧測定部 22は、二次電池の正極端子と負極端子との間の電圧を端子電圧とし て計測するものである力 二次電池 11として組電池が使用される場合であれば、組 電池の正側端子と負側端子との間の電圧を端子電圧として計測する。電圧測定部 2 2は、計測した端子電圧をデジタル値で出力する。  [0027] The voltage measuring unit 22 is a device for measuring the voltage between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the secondary battery as a terminal voltage. The voltage between the positive terminal and the negative terminal of the battery pack is measured as the terminal voltage. The voltage measurement unit 22 outputs the measured terminal voltage as a digital value.
[0028] 電流ゼロ検出器 24は、電流検出器 21の出力が正力負かによって放電か充電かを 識別することとし、放電である期間中は論理レベルカ '1"であり、充電である期間中 は" 0"である信号を用いることによって、電流がゼロであるタイミングを検出する。この 信号における" 0"から" 1"への立ち上がりのタイミングと、 "1"から" 0"への立ち下がり のタイミングは、いずれも、二次電池 11における充放電電流がゼロであるタイミングを 表している。このような電流ゼロ検出部 24としては、非反転入力端子端子には電流 検出器 21からの波形が入力し、反転入力端子には基準電位として OVが供給されて いるコンパレータにより実現することができる。放電開始検出部 25は、電流ゼロ検出 器 24での上述した信号の" 0"から" 1"への立ち上がりのタイミングを検出して、そこを 放電開始のタイミングと検出し、電流積算開始のためのトリガを電流積算部 29に送出 する。  [0028] The current zero detector 24 determines whether the output of the current detector 21 is discharging or charging based on whether the output is positive or negative. During the discharging period, the logical level level is '1'. The timing when the current is zero is detected by using the signal that is “0” in the middle, and the rising timing from “0” to “1” and the rising timing from “1” to “0” in this signal. Each of the falling timings represents a timing at which the charging / discharging current in the secondary battery 11 is zero.As such a current zero detecting unit 24, the non-inverting input terminal has a terminal from the current detector 21. This can be realized by a comparator in which a waveform is input and OV is supplied as a reference potential to the inverting input terminal. Timing of rising to 1 " Detect and, detects the timing of starting discharge therefrom, it sends a trigger for the current integration start on the current integrated unit 29.
[0029] 電流積算部 29は、放電開始検出部 25からトリガが入力すると、 AZD変 23が 出力する電流サンプル値の積算を開始し、積算値が所定の値に到達したタイミング で、残存容量取得部 26に対してトリガ信号を出力し、その直後、積算を停止して積 算値をゼロにリセットする。ここでの所定の値は、充放電電流がゼロとなった後に二次 電池 11の端子電圧がその本来の開回路電圧に最も近づくタイミングを表すように、 二次電池 11の種類や内部構成などに応じて予め定められるしきい値である。電流積 算部 29には、電流ゼロ検出部 24から、電流ゼロとなるタイミングを示す信号も入力し ており、この信号が入力した時点で、電流積算部 29は電流積算を停止し、その積算 値をゼロにリセットする。したがって、積算開始後、上述した所定の値になる前に二次 電池 11が放電から充電へと切り替わった場合には、電流積算部 29は、トリガ信号を 出力することなぐ積算を停止し、ゼロにリセットされることになる。なお、充電から放電 に切り替わった場合には、電流積算部 29には、電流ゼロ検出部 24からの信号と放 電開始検出部 25からのトリガの両方が入力する力 このときは、電流積算部 29は、 ゼロにリセットされた後、直ちに電流積算を開始することになる。 [0029] When a trigger is input from the discharge start detection unit 25, the current integration unit 29 starts integration of the current sample value output by the AZD converter 23, and obtains the remaining capacity at the timing when the integrated value reaches a predetermined value. A trigger signal is output to the module 26, and immediately thereafter, the integration is stopped and the integrated value is reset to zero. The predetermined value here is set to indicate the timing at which the terminal voltage of the rechargeable battery 11 becomes closest to its original open circuit voltage after the charge / discharge current becomes zero. Is a threshold value determined in advance in accordance with. The current integrator 29 also receives a signal indicating the timing at which the current becomes zero from the current zero detector 24.At the time that this signal is input, the current integrator 29 stops the current integration, and the current integration is stopped. Reset the value to zero. Therefore, after the start of integration, if the secondary battery 11 switches from discharging to charging before reaching the above-described predetermined value, the current integrating unit 29 stops the integration without outputting a trigger signal and returns to zero. Will be reset to When switching from charging to discharging, the current integrator 29 receives the signal from the current zero detector 24 and discharges it. Force input by both triggers from power start detection unit 25 In this case, current integration unit 29 starts current integration immediately after being reset to zero.
[0030] 残存容量値取得部 26は、二次電池 11の開回路電圧が入力したときに、その開回 路電圧に対応する残存容量値を求めて出力するものであるが、ここでは、電圧測定 部 22で測定した電圧値と、電流積算部 29で発生したトリガ信号とが入力している。そ して、トリガ信号が入力したタイミングで二次電池 11の端子電圧値を取り込み、その 取り込んだ端子電圧を開回路電圧とみなして、その開回路電圧に対応する残存容量 値を出力する。実際には、リチウムイオン二次電池の開回路電圧値と残存容量との 関係を示したルックアップテーブルを備え、取り込んだ電圧値を開回路電圧値として このルックアップテーブルを参照し、残存容量値を出力する。残存容量推定の対象 である二次電池がリチウムイオン二次電池以外の二次電池である場合には、その二 次電池の特性に対応したルックアップテーブルを備えるようにする。  [0030] When the open circuit voltage of the secondary battery 11 is input, the remaining capacity value acquiring unit 26 obtains and outputs the remaining capacity value corresponding to the open circuit voltage. The voltage value measured by the measurement unit 22 and the trigger signal generated by the current integration unit 29 are input. Then, the terminal voltage value of the secondary battery 11 is fetched at the timing when the trigger signal is input, the fetched terminal voltage is regarded as an open circuit voltage, and the remaining capacity value corresponding to the open circuit voltage is output. Actually, a look-up table showing the relationship between the open circuit voltage value and the remaining capacity of the lithium ion secondary battery is provided, and the captured voltage value is referred to as the open circuit voltage value, and the remaining capacity value is referred to. Is output. If the secondary battery whose remaining capacity is to be estimated is a secondary battery other than a lithium-ion secondary battery, a lookup table corresponding to the characteristics of the secondary battery shall be provided.
[0031] 本実施形態では、残存容量値取得部 26において、二次電池 11の端子電圧を開 回路電圧とみなして残存容量値を推定するタイミングを、充放電電流がゼロとなるタ イミングではなくて、そのタイミング力も遅れた時点、具体的には、電流積算部 29での 積算値が所定の値に達した時点としている。このように、充放電電流がゼロとなるタイ ミングでの端子電圧を開回路電圧とするのではなぐそれより遅れたタイミングでの端 子電圧を開回路電圧としているのは、 [背景技術]の項目でも述べたように、二次電 池 11にお 、て充電と放電とが切り替わるタイミングでは、二次電池 11の端子電圧は 、本来の開回路電圧力 ずれているおそれがあるからである。充放電電流がゼロに なった後、二次電池 11に充放電電流が流れると、あるタイミングではその時点での端 子電圧は本来の開回路電圧と一致している。本実施形態では、そのような遅れたタイ ミングで端子電圧を取り込んで開回路電圧とみなすことにより、残存容量の推定を正 確に行えるようにしている。特に、充電力も放電への切り替わるタイミングを検出し、そ のタイミング力 の放電電流の積算量が所定の値に達した時点での端子電圧を開回 路電圧とすることにより、残存容量の推定をより正確に行えるようにして 、る。  In the present embodiment, the timing of estimating the remaining capacity value by regarding the terminal voltage of the secondary battery 11 as an open circuit voltage in the remaining capacity value acquiring unit 26 is not the timing at which the charge / discharge current becomes zero. Thus, the time when the timing force is also delayed, specifically, the time when the integrated value in the current integrating unit 29 reaches a predetermined value. As described above, the terminal voltage at a timing later than the terminal voltage at the timing when the charge / discharge current becomes zero is not used as the open-circuit voltage is referred to as the open-circuit voltage. As described in the item, at the timing of switching between charging and discharging in the secondary battery 11, the terminal voltage of the secondary battery 11 may be shifted from the original open circuit voltage. When the charging / discharging current flows to the secondary battery 11 after the charging / discharging current becomes zero, at a certain timing, the terminal voltage at that time coincides with the original open circuit voltage. In the present embodiment, the terminal capacity is taken in at such a delayed timing and regarded as an open circuit voltage, so that the remaining capacity can be accurately estimated. In particular, by detecting the timing at which the charging power switches to discharging, the terminal voltage at the time when the integrated amount of the discharging current at the timing power reaches a predetermined value is used as the open circuit voltage, thereby estimating the remaining capacity. Make it more accurate.
[0032] 二次電池 11の現在の残存容量を保持する残存容量記憶部 27は、積算演算部 28 による充放電電流の積算による残存容量演算に際しての演算用メモリとしても機能し 、この残存容量記憶部 27からは現在の残存容量 (SOC)がリアルタイムで外部に出 力される。さらに残存容量記憶部 27内の残存容量の値は、トリガ信号が出力されて 残存容量値取得部 26から残存容量値が出力された場合に、その出力された値に置 き換わるようになつている。積算演算部 28は、 AZD変換器 23のサンプリングごとに、 AZD変換器 23の出力に応じて残存容量記憶部 27に格納されて ヽる残存容量値に 対して積算演算を行う。ここで、残存容量記憶部 27に記憶されている残存容量の値 を [SOC]とおくと、放電時には、 [0032] The remaining capacity storage unit 27 that holds the current remaining capacity of the secondary battery 11 also functions as an arithmetic memory when the remaining capacity is calculated by integrating the charge / discharge current by the integration calculator 28. The remaining capacity storage section 27 outputs the current remaining capacity (SOC) to the outside in real time. Furthermore, the value of the remaining capacity in the remaining capacity storage unit 27 is replaced with the output value when the trigger signal is output and the remaining capacity value is output from the remaining capacity value acquisition unit 26. I have. The integration operation unit 28 performs an integration operation on the remaining capacity value stored in the remaining capacity storage unit 27 according to the output of the AZD converter 23 for each sampling of the AZD converter 23. Here, if the value of the remaining capacity stored in the remaining capacity storage unit 27 is [SOC], at the time of discharging,
[SOC] [SOC]—(放電電流の大きさ) …ひ)  [SOC] [SOC] — (magnitude of discharge current) ... h)
によって [SOC]を更新し、充電時には、  To update the [SOC], and when charging,
[SOC] [SOC] + (充電電流の大きさ) X充電効率 · · ·(2)  [SOC] [SOC] + (magnitude of charging current) X charging efficiency · · · (2)
によって [SOC]を更新するようになって!/、る。 AZD変換器 23のサンプリングが一定 の時間周期で行われているので、電流量の加算及び減算は、電荷量の加算及び減 算と等価である。ここで充電時において充電効率を乗じているのは、充電電流に対 応する電荷量の全てが二次電池 11内に蓄えられるわけではな 、ことによる。充電効 率は一般に温度の関数である。したがって温度に応じて充電効率の値を変化させて 積算演算を行うようにしてもょ 、。  [SOC] is updated by! / Since the sampling of the AZD converter 23 is performed at a constant time period, addition and subtraction of a current amount are equivalent to addition and subtraction of a charge amount. The reason why the charging efficiency is multiplied at the time of charging is that not all of the charge amount corresponding to the charging current is stored in the secondary battery 11. Charging efficiency is generally a function of temperature. Therefore, the integration operation may be performed by changing the value of the charging efficiency according to the temperature.
[0033] 図 2は、この残存容量推定装置 10の動作を模式的に示したものである。 FIG. 2 schematically shows the operation of the remaining capacity estimating apparatus 10.
[0034] 電流検出器 21は、二次電池 11に対する充放電電流を常時監視しており、検出さ れた電流に対応する電圧信号を AZD変換器 23に供給する。 AZD変換器 23およ び積算演算部 28は、 AZD変翻23でのサンプリングごとに、残存容量記憶部 27 内に格納されている残存容量値 [SOC]に対して上記の式 (1), (2)にしたがって充放 電電流の加算または減算を行うことによる積算演算を実行する。その結果、残存容量 記憶部 27には、 AZD変 でのサンプリングごとに最新の残存容量値が格納さ れること〖こなる。 The current detector 21 constantly monitors the charge / discharge current for the secondary battery 11 and supplies a voltage signal corresponding to the detected current to the AZD converter 23. The AZD converter 23 and the multiplying operation unit 28 calculate the remaining capacity value [SOC] stored in the remaining capacity storage unit 27 by the above equation (1), An integration operation is performed by adding or subtracting the charge / discharge current according to (2). As a result, the latest remaining capacity value is stored in the remaining capacity storage unit 27 for each sampling in the AZD variable.
[0035] 電流検出器 21からの電圧信号は電流ゼロ検出部 24にも入力してここで波形整形 され、放電期間には論理レベルが" 1"、充電期間には論理レベルが" 0"である信号 とされ、放電開始検出部 25により放電開始のタイミングが検出され、その検出された タイミングに対応して、電流積算部 29は、放電電流の積算、すなわち図示斜線部の 積算を開始する。電流積算値は図示斜線部の面積で表される。電流積算値が所定 の値に達した時点で、電流積算部 29からトリガ信号が残存容量値取得部 26に出力 され、残存容量値取得部 26は、このトリガ信号が入力したタイミングでルックアップテ 一ブルを参照することにより、そのときの二次電池 11の端子電圧を開回路電圧とみ なした残存容量値を取得する。そして、取得された残存容量値によって、残存容量記 憶部 27内に格納されて ヽる残存容量値 [SOC]が置き換えられる。 [0035] The voltage signal from the current detector 21 is also input to the current zero detection unit 24, where the waveform is shaped, and the logic level is "1" during the discharge period and "0" during the charge period. The discharge start timing is detected by the discharge start detection unit 25, and in response to the detected timing, the current integration unit 29 integrates the discharge current, that is, Start integration. The current integrated value is represented by the area of the hatched portion in the figure. When the current integration value reaches a predetermined value, a trigger signal is output from the current integration unit 29 to the remaining capacity value acquisition unit 26, and the remaining capacity value acquisition unit 26 searches for the lookup signal at the timing when the trigger signal is input. By referring to the table, a remaining capacity value is obtained by regarding the terminal voltage of the secondary battery 11 at that time as an open circuit voltage. Then, the remaining capacity value [SOC] stored in the remaining capacity storage unit 27 is replaced with the obtained remaining capacity value.
[0036] 充電力 放電に切り替わつてからの放電電流の積算値が所定の値に達したタイミン グでの二次電池 11の端子電圧は、その二次電池 11のその時点での開回路電圧の 値とほぼ同じであるみなすことができ、残存容量値取得部 26は、そのような正確な残 存容量値を出力するので、この残存容量推定装置 10によれば、充放電電流の積算 演算によって継続的に二次電池 11の残存容量を算出し続けるとともに、放電カも充 電へと切り替わるタイミングにおいて、積算演算で使用される残存容量値を正確な残 存容量値で更新することとなる。これにより、積算演算における誤差の蓄積が排除さ れて、任意の時点においてその時点での正確な残存容量を知ることができるようにな る。 The terminal voltage of the secondary battery 11 at the timing when the integrated value of the discharge current has reached a predetermined value after switching to the charging power discharge is the open circuit voltage of the secondary battery 11 at that time. Since the remaining capacity value acquiring unit 26 outputs such an accurate remaining capacity value, the remaining capacity estimating apparatus 10 according to the remaining capacity estimation device 10 The remaining capacity of the secondary battery 11 is continuously calculated, and at the timing when the discharger also switches to charging, the remaining capacity value used in the integration operation is updated with the accurate remaining capacity value. . As a result, the accumulation of errors in the integration operation is eliminated, and it becomes possible to know the exact remaining capacity at that time at any time.
[0037] 上述した本実施形態の残存容量推定装置 10は、マイクロコンピュータを用いて実 装されるのが一般的である。その場合、エッジ検出部 25、残存容量値取得部 26、残 存容量記憶部 27、積算演算部 28及び電流積算部 29の各機能が、マイクロコンピュ ータによって実現される。具体的には、マイクロコンピュータが充放電電流による積算 演算を継続して実行するようにするとともに、上述したコンパレータなどの出力信号が マイクロコンピュータのインプットキヤプチャ端子に入力して立ち上がりエッジおよび 立ち下がりエッジが検出されるようにし、エッジを検出した場合には割り込みタスクを 生成して、上述した処理が行われるようにすればよ!、。  [0037] The above-described remaining capacity estimating apparatus 10 of the present embodiment is generally implemented using a microcomputer. In this case, the functions of the edge detection unit 25, the remaining capacity value acquisition unit 26, the remaining capacity storage unit 27, the integration calculation unit 28, and the current integration unit 29 are realized by a microcomputer. Specifically, the microcomputer continuously performs the integration operation based on the charging / discharging current, and the output signal of the above-described comparator or the like is input to the input capture terminal of the microcomputer, and the rising edge and the falling edge are input. Should be detected, and if an edge is detected, an interrupt task should be generated so that the above processing is performed!
[0038] 図 3は、本発明の別の実施形態の残存容量推定装置を示している。 FIG. 3 shows a remaining capacity estimating device according to another embodiment of the present invention.
[0039] 図 1に残存容量推定装置では、充電から放電に切り替わった時点からの放電電流 の積算値が所定の値になったタイミングで二次電池 11の端子電圧を取り込み、開回 路電圧とみなしているが、残存容量の推定値の精度をさらに向上させるために、図 3 に示した残存容量推定装置では、充電から放電に切り替わる時点の直前の充電期 間における充電時間の長さに応じて、あるいはそのような充電期間における充電電 流の電流値に応じて、端子電圧を取り込むタイミングを変化させている。具体的には 、充電時間が短い場合、あるいは充電電流量が小さい場合には、充電から放電に切 り替わって力も端子電圧を取り込むまでの時間間隔を短くする。さらに、放電電流の 立ち上がりが小さすぎて電流積算値がな力なか所定値に達しない場合には、端子電 圧を開回路電圧とみなした残存容量値の更新を行わないようにしている。例えば、充 電力 放電に切り替わって力 所定の時間のうちに放電電流値が所定の電流値に達 しない場合には、端子電圧を開回路電圧とみなした残存容量値の更新を行わないよ うにする。ここでの所定の時間は、例えば 100ミリ秒程度であり、所定の電流値は、例 えば、二次電池の 1時間定格容量値に対応する電流値である。 In FIG. 1, the remaining capacity estimating device captures the terminal voltage of the secondary battery 11 at the timing when the integrated value of the discharge current from the point of switching from charge to discharge reaches a predetermined value, and determines the open circuit voltage and However, in order to further improve the accuracy of the estimated value of the remaining capacity, the remaining capacity estimator shown in Fig. 3 uses the charging period immediately before switching from charging to discharging. The timing for taking in the terminal voltage is changed according to the length of the charging time between the charging periods or according to the current value of the charging current during such a charging period. Specifically, when the charging time is short or the charging current amount is small, the time interval between switching from charging to discharging and taking in the terminal voltage is shortened. Further, when the rise of the discharge current is too small and the integrated current value does not reach a predetermined value due to a weak force, the remaining capacity value is not updated by regarding the terminal voltage as an open circuit voltage. For example, if the discharge current value does not reach the predetermined current value within the predetermined time after switching to charging / discharging, the remaining capacity value that does not consider the terminal voltage as the open circuit voltage is not updated. . The predetermined time here is, for example, about 100 milliseconds, and the predetermined current value is, for example, a current value corresponding to a one-hour rated capacity value of the secondary battery.
[0040] 図 3に示した残存容量推定装置は、図 1に示した残存容量推定装置において、電 流積算部 29の代わりにリングバッファ 30とトリガ信号発生部 31を設けたものである。 本実施形態において、エッジ検出部 25、残存容量値取得部 26、残存容量記憶部 2 7、積算演算部 28、リングバッファ 30及びトリガ信号発生部 31の各機能は、マイクロ コンピュータによって実現できる。  The remaining capacity estimating device shown in FIG. 3 is different from the remaining capacity estimating device shown in FIG. 1 in that a ring buffer 30 and a trigger signal generating unit 31 are provided instead of the current integrating unit 29. In the present embodiment, the functions of the edge detection unit 25, the remaining capacity value acquisition unit 26, the remaining capacity storage unit 27, the integration operation unit 28, the ring buffer 30, and the trigger signal generation unit 31 can be realized by a microcomputer.
[0041] リングバッファ 30は、 AZD変換器 23からの電流サンプル値を順次格納するもので あって、格納すべき電流サンプル値の個数がリングバッファ 30のメモリ容量を超えた 場合には、最も古いサンプル値が最も新しいサンプル値に書き換えられるようになつ ており、これによつて、リングバッファ 30内には、リングバッファ 30の容量分だけ、最新 の時点力も過去に遡る各電流サンプル値が格納されることになる。単純に電流積算 を行う回路を設けるのではなくリングバッファを設けているのは、過去の充電時間ある いは充電電流量に応じてトリガ信号が発生する条件を変化させるためには、過去の 電流サンプル値を保持しておく必要があるからである。  The ring buffer 30 sequentially stores the current sample values from the AZD converter 23. When the number of current sample values to be stored exceeds the memory capacity of the ring buffer 30, the ring buffer 30 is the oldest. The sample value is rewritten to the newest sample value, so that each current sample value whose current point in time goes back to the past is stored in the ring buffer 30 by the capacity of the ring buffer 30. Will be. The reason why a ring buffer is provided instead of simply providing a circuit for current integration is that in order to change the trigger signal generation condition according to the past charging time or charging current amount, the past current This is because it is necessary to hold the sample values.
[0042] トリガ信号発生部 31は、トリガ信号を残存容量値取得部 26に出力するものであるが 、充電力 放電に切り替わるタイミングの直前の充電時間に応じてトリガ信号の出力 条件が変化し、さらに、放電電流の立ち上がりが小さすぎる場合にはトリガ信号の出 力を抑止するように構成されている。トリガ信号発生部 31には、放電開始検出部 25 力もトリガが入力するとともに、電流ゼロ検出部 24から、電流ゼロとなるタイミングを示 す信号も入力し、図 1に示した残存容量推定装置の電流積算部と同様に、電流ゼロ 検出部 24からの信号によってリセットされ、放電開始検出部 25からのトリガによって、 電流積算を開始する。 [0042] The trigger signal generation unit 31 outputs a trigger signal to the remaining capacity value acquisition unit 26. However, the output condition of the trigger signal changes according to the charging time immediately before the timing of switching to the charging power discharge. Further, when the rising of the discharge current is too small, the output of the trigger signal is suppressed. The trigger is also input to the trigger signal generator 31 and the discharge start detector 25, and the current zero detector 24 indicates the timing at which the current becomes zero. The signal is also input, and is reset by a signal from the current zero detection unit 24, and the current integration is started by a trigger from the discharge start detection unit 25, similarly to the current integration unit of the remaining capacity estimation device shown in FIG. .
[0043] 図 4は、トリガ信号発生部 31の動作を示すフローチャートである。まずステップ 101 において、充電力も放電への切り替わりのタイミング力どうか、すなわち、放電開始検 出部 25からのトリガが入力したかどうかが判断される。充電から放電への切り替わり のタイミングでなければそのようなタイミングになるまで待機し、充電から放電への切り 替わりのタイミングであれば、ステップ 102において、トリガ信号発生部 31は、リング バッファ 30内に格納された電流サンプル値を検索し各サンプルの電流値が充電に 対応するものか放電に対応するものかを判別し、直前の充電の継続時間すなわち充 電時間を調べる。そして、トリガ信号発生部 31は、充電から放電への切り替わりのタ イミングの直前における充電時間が短い場合には、電流積算値のしきい値が小さくな るように、電流積算値のしきい値を決定する。この場合、充電時間がある所定時間よ り長い場合には電流積算値のしきい値は一定値とするので、リングバッファ 30は、そ の所定時間分の電流サンプル値を格納するだけの記憶容量があればょ 、。ここでの 所定時間としては、例えば、電流のサンプリングで表して 20サンプルに相当する時 間などが用いられる。  FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the trigger signal generator 31. First, in step 101, it is determined whether the charging power is also the timing power for switching to discharging, that is, whether a trigger from the discharging start detection unit 25 has been input. If it is not the timing of switching from charging to discharging, the process waits until such timing is reached, and if it is the timing of switching from charging to discharging, in step 102, the trigger signal generation unit 31 stores in the ring buffer 30 The stored current sample value is searched to determine whether the current value of each sample corresponds to charging or discharging, and the duration of the immediately preceding charging, that is, the charging time is examined. Then, when the charging time immediately before the timing of switching from charging to discharging is short, the trigger signal generating unit 31 sets the threshold value of the current integrated value so that the threshold value of the current integrated value becomes small. To determine. In this case, if the charging time is longer than a predetermined time, the threshold value of the current integrated value is set to a constant value, so that the ring buffer 30 has a storage capacity sufficient to store the current sample value for the predetermined time. If there is. As the predetermined time, for example, a time corresponding to 20 samples represented by current sampling is used.
[0044] 次に、ステップ 103において、トリガ信号発生部 31は放電電流の積算を開始する。  Next, in step 103, the trigger signal generator 31 starts integrating the discharge current.
放電電流の積算は、リングバッファ 30に新たに格納される電流サンプル値を取り込 んで積算することによって行われる。そして、ステップ 104において、積算開始後、所 定の経過時間が経過したカゝどうかを判断し、経過しない場合には、そのままステップ 106に移行し、所定の経過時間が経過している場合には、ステップ 105において、そ の時点での放電電流の電流値が所定の下限値以上であるかを判断する。所定の経 過時間としては例えば 100ミリ秒が用いられ、所定の下限値としては、例えば、二次 電池 11の 1時間定格容量に対応する電流値が用いられる。放電電流の電流値が下 限値未満の場合は、放電電流の立ち上がりが緩や力過ぎる場合に相当するので、処 理を打ち切り、下限値以上の場合にはステップ 106に移行する。ステップ 106では、 電流積算値がステップ 102で定めたしき 、値に到達して 、るかを判断し、到達して!/ヽ ない場合には、さらに電流積算を行うためにステップ 104に戻り、到達している場合 には、ステップ 107においてトリガ信号を出力した後、処理を終了する。 The integration of the discharge current is performed by taking in a current sample value newly stored in the ring buffer 30 and integrating it. Then, in step 104, it is determined whether or not the predetermined elapsed time has elapsed since the start of the integration. If the elapsed time has not elapsed, the process directly proceeds to step 106, and if the predetermined elapsed time has elapsed, In step 105, it is determined whether the current value of the discharge current at that time is equal to or greater than a predetermined lower limit. As the predetermined elapse time, for example, 100 milliseconds is used, and as the predetermined lower limit, for example, a current value corresponding to the one-hour rated capacity of the secondary battery 11 is used. If the current value of the discharge current is less than the lower limit, it corresponds to a case where the rise of the discharge current is gradual or too strong, so the process is terminated. In step 106, it is determined whether or not the integrated current value has reached or reached the value determined in step 102. If not, the process returns to step 104 for further current integration. If the current value has been reached, a trigger signal is output in step 107, and the process ends.
以上のようなトリガ信号発生部 31の処理は、充電力も放電への切り替わりタイミング を検出するたびに実行される。  The processing of the trigger signal generating unit 31 as described above is executed every time the charging power also detects the switching timing to the discharging.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
[1] 二次電池の残存容量を推定する残存容量推定方法であって、  [1] A remaining capacity estimation method for estimating the remaining capacity of a secondary battery,
前記二次電池の充放電電流を監視し、前記充放電電流に基づく積算演算を実行 して第 1の残存容量値を継続的に算出し、  The charge / discharge current of the secondary battery is monitored, and an integration operation based on the charge / discharge current is executed to continuously calculate a first remaining capacity value,
前記二次電池における充電と放電とが切り替わるタイミングを検出し、前記タイミン ダカ 所定の条件だけ遅れた時点において前記二次電池の端子電圧を取り込み、 前記取り込まれた端子電圧に基づいて第 2の残存容量値を求めて前記第 2の残存 容量値でもって前記第 1の残存容量値を置き換え、  Detecting the timing of switching between charging and discharging in the secondary battery, capturing the terminal voltage of the secondary battery at a point in time delayed by a predetermined condition, and determining a second remaining voltage based on the captured terminal voltage; Calculating the capacity value and replacing the first remaining capacity value with the second remaining capacity value;
置き換え後の前記第 1の残存容量値に基づいて前記算出する段階における積算 演算を続行して前記第 1の残存容量値を前記二次電池の残存容量とする、残存容 量推定方法。  A remaining capacity estimating method, wherein an integration operation in the calculating step based on the first remaining capacity value after replacement is continued to make the first remaining capacity value the remaining capacity of the secondary battery.
[2] 前記二次電池がリチウムイオン二次電池である請求項 1に記載の方法。  [2] The method according to claim 1, wherein the secondary battery is a lithium ion secondary battery.
[3] 二次電池の残存容量を推定する残存容量推定方法であって、 [3] A remaining capacity estimation method for estimating the remaining capacity of a secondary battery,
前記二次電池の充放電電流を監視し、前記充放電電流に基づく積算演算を実行 して第 1の残存容量値を継続的に算出し、  The charge / discharge current of the secondary battery is monitored, and an integration operation based on the charge / discharge current is executed to continuously calculate a first remaining capacity value,
前記二次電池における充電力 放電へと切り替わるタイミングを検出し、前記タイミ ング力 放電電流値の積算を開始し、前記放電電流値の積算値がしき 、値に達した 時点において前記二次電池の端子電圧を取り込み、前記取り込まれた端子電圧に 基づいて第 2の残存容量値を求めて前記第 2の残存容量値でもって前記第 1の残存 容量値を置き換え、  The timing at which the secondary battery switches to charging power discharge is detected, and the timing power discharge current value integration is started, and when the integrated value of the discharge current value reaches and reaches the value, the secondary battery is discharged. Capturing a terminal voltage, obtaining a second remaining capacity value based on the captured terminal voltage, replacing the first remaining capacity value with the second remaining capacity value,
置き換え後の前記第 1の残存容量値に基づいて前記算出する段階における積算 演算を続行して前記第 1の残存容量値を前記二次電池の残存容量とする、残存容 量推定方法。  A remaining capacity estimating method, wherein an integration operation in the calculating step based on the first remaining capacity value after replacement is continued to make the first remaining capacity value the remaining capacity of the secondary battery.
[4] 前記タイミングの直前の充電期間の長さ、または前記充電期間における充電電流 に応じて、前記しきい値を変化させる、請求項 3に記載の方法。  4. The method according to claim 3, wherein the threshold value is changed according to a length of a charging period immediately before the timing or a charging current during the charging period.
[5] 前記タイミングの直後における放電電流の立ち上がりが所定の値以下である場合 には、前記第 2の残存容量値による前記第 1の残存容量値の置き換えを実行しない 、請求項 3または 4に記載の残存容量推定方法。 [6] 前記二次電池がリチウムイオン二次電池である請求項 3に記載の方法。 [5] The method according to claim 3, wherein when the rise of the discharge current immediately after the timing is equal to or less than a predetermined value, the replacement of the first remaining capacity value with the second remaining capacity value is not performed. The remaining capacity estimation method described. 6. The method according to claim 3, wherein the secondary battery is a lithium ion secondary battery.
[7] 二次電池の残存容量を推定する残存容量推定装置であって、 [7] A remaining capacity estimating device for estimating a remaining capacity of a secondary battery,
前記二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、  Current detection means for detecting a charge / discharge current in the secondary battery,
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧測定手段と、  Voltage measuring means for detecting a terminal voltage of the secondary battery,
前記残存容量の値を保持する記憶手段と、  Storage means for holding a value of the remaining capacity;
検出された前記充放電電流に基づき、前記記憶手段に格納された値に対して積算 演算を継続的に実行する演算手段と、  Calculating means for continuously performing an integration calculation on the value stored in the storage means based on the detected charging / discharging current;
前記電流検出手段の出力に基づき、前記二次電池における充電と放電とが切り替 わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、  Timing detection means for detecting a timing of switching between charging and discharging in the secondary battery based on an output of the current detection means;
前記タイミングから所定の条件だけ遅れた時点における前記端子電圧を取り込ん で取り込んだ端子電圧に基づいて残存容量値を求める残存容量値取得手段と、 を有し、  Remaining capacity value acquiring means for acquiring the terminal voltage at a point in time delayed by a predetermined condition from the timing and obtaining a remaining capacity value based on the acquired terminal voltage,
前記残存容量値取得手段が求めた残存容量値によって、前記記憶手段内の前記 値が置き換えられる、残存容量推定装置。  A remaining capacity estimating device, wherein the remaining capacity value obtained by the remaining capacity value obtaining means replaces the value in the storage means.
[8] 二次電池の残存容量を推定する残存容量推定装置であって、 [8] A remaining capacity estimating device for estimating a remaining capacity of a secondary battery,
前記二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、  Current detection means for detecting a charge / discharge current in the secondary battery,
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧測定手段と、  Voltage measuring means for detecting a terminal voltage of the secondary battery,
前記残存容量の値を保持する記憶手段と、  Storage means for holding a value of the remaining capacity;
検出された前記充放電電流に基づき、前記記憶手段に格納された値に対して積算 演算を継続的に実行する演算手段と、  Calculating means for continuously performing an integration calculation on the value stored in the storage means based on the detected charging / discharging current;
前記電流検出手段の出力に基づき、前記二次電池における充電から放電へと切り 替わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、  Timing detecting means for detecting a timing at which the secondary battery switches from charging to discharging based on an output of the current detecting means;
前記タイミング力 放電電流値の積算を開始し、前記放電電流値の積算値がしき 、 値に達した時点においてトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段と、  Trigger signal generating means for starting integration of the timing force discharge current value, generating a trigger signal when the integrated value of the discharge current value reaches a threshold, and
前記トリガ信号が発生した時点で前記端子電圧を取り込んで取り込んだ端子電圧 に基づ!/ヽて残存容量値を求める残存容量値取得手段と、を有し、  A residual capacity value obtaining means for obtaining a residual capacity value based on the terminal voltage obtained by capturing the terminal voltage when the trigger signal is generated,
前記残存容量値取得手段が求めた残存容量値によって前記記憶手段内の前記値 が置き換えられて、前記積算演算が続行する、残存容量推定装置。 前記タイミングの直前の充電期間の長さ、または前記充電期間における充電電流 に応じて、前記しきい値が変化する、請求項 8に記載の装置。 A remaining capacity estimating apparatus, wherein the value in the storage means is replaced by the remaining capacity value obtained by the remaining capacity value obtaining means, and the integration operation is continued. 9. The device according to claim 8, wherein the threshold value changes according to a length of a charging period immediately before the timing or a charging current during the charging period.
前記タイミングの直後における放電電流の立ち上がりが所定の値以下である場合 には、前記トリガ信号発生手段は前記トリガ信号を発生しない、請求項 8または 9に記 載の装置。  10. The apparatus according to claim 8, wherein the trigger signal generating means does not generate the trigger signal when the rising of the discharge current immediately after the timing is equal to or less than a predetermined value.
二次電池と、  Secondary batteries,
前記二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、  Current detection means for detecting a charge / discharge current in the secondary battery,
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧測定手段と、  Voltage measuring means for detecting a terminal voltage of the secondary battery,
前記残存容量の値を保持する記憶手段と、  Storage means for holding a value of the remaining capacity;
検出された前記充放電電流に基づき、前記記憶手段に格納された値に対して積算 演算を継続的に実行する演算手段と、  Calculating means for continuously performing an integration calculation on the value stored in the storage means based on the detected charging / discharging current;
前記電流検出手段の出力に基づき、前記二次電池における充電と放電とが切り替 わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、  Timing detection means for detecting a timing of switching between charging and discharging in the secondary battery based on an output of the current detection means;
前記タイミングから所定の条件だけ遅れた時点における前記端子電圧を取り込ん で取り込んだ端子電圧に基づいて残存容量値を求める残存容量値取得手段と、を 有し、  Remaining capacity value acquisition means for acquiring a remaining capacity value based on the acquired terminal voltage at a time point delayed by a predetermined condition from the timing,
前記残存容量値取得手段が求めた残存容量値によって、前記記憶手段内の前記 値が置き換えられる、バッテリパック。  A battery pack wherein the value in the storage means is replaced by the remaining capacity value obtained by the remaining capacity value obtaining means.
前記二次電池がリチウムイオン二次電池である請求項 11に記載のバッテリパック。 二次電池と、  12. The battery pack according to claim 11, wherein the secondary battery is a lithium ion secondary battery. Secondary batteries,
前記二次電池における充放電電流を検出する電流検出手段と、  Current detection means for detecting a charge / discharge current in the secondary battery,
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧測定手段と、  Voltage measuring means for detecting a terminal voltage of the secondary battery,
前記残存容量の値を保持する記憶手段と、  Storage means for holding a value of the remaining capacity;
検出された前記充放電電流に基づき、前記記憶手段に格納された値に対して積算 演算を継続的に実行する演算手段と、  Calculating means for continuously executing an integration calculation on the value stored in the storage means based on the detected charging / discharging current;
前記電流検出手段の出力に基づき、前記二次電池における充電から放電へと切り 替わるタイミングを検出するタイミング検出手段と、  Timing detecting means for detecting a timing at which the secondary battery switches from charging to discharging, based on an output of the current detecting means;
前記タイミング力 放電電流値の積算を開始し、前記放電電流値の積算値がしき 、 値に達した時点においてトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段と、 前記トリガ信号が発生した時点で前記端子電圧を取り込んで取り込んだ端子電圧 に基づ!/ヽて残存容量値を求める残存容量値取得手段と、を有し、 The timing force starts accumulating the discharge current value, and the accumulated value of the discharge current value becomes a threshold, A trigger signal generating means for generating a trigger signal when the value reaches a value, and a remaining capacity value for obtaining a remaining capacity value based on the terminal voltage taken in at the time when the trigger signal is generated. Obtaining means,
前記残存容量値取得手段が求めた残存容量値によって前記記憶手段内の前記値 が置き換えられて、前記積算演算が続行する、バッテリパック。  A battery pack wherein the value in the storage means is replaced by the remaining capacity value obtained by the remaining capacity value obtaining means, and the integration operation continues.
[14] 前記タイミングの直前の充電期間の長さ、または前記充電期間における充電電流 に応じて、前記しきい値が変化する、請求項 13に記載のバッテリパック。  14. The battery pack according to claim 13, wherein the threshold value changes according to a length of a charging period immediately before the timing or a charging current during the charging period.
[15] 前記タイミングの直後における放電電流の立ち上がりが所定の値以下である場合 には、前記トリガ信号発生手段は前記トリガ信号を発生しない、請求項 13または 14 に記載のバッテリパック。  15. The battery pack according to claim 13, wherein the trigger signal generating means does not generate the trigger signal when the rising of the discharge current immediately after the timing is equal to or less than a predetermined value.
[16] 前記二次電池がリチウムイオン二次電池である請求項 13に記載のバッテリパック。  16. The battery pack according to claim 13, wherein the secondary battery is a lithium ion secondary battery.
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