WO2010140230A1 - 電池充電率算出装置 - Google Patents

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重水　哲郎
飯田　政巳
西田　健彦
大石　正純
足立　和之
寛文 藤田
Original Assignee
三菱重工業株式会社
九州電力株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection

Definitions

  • the present invention relates to a battery charge rate calculation device for calculating a battery charge rate.
  • SOC State Of Charge
  • the SOC calculated based on the current value is referred to as SOCI
  • the SOC calculated based on the voltage value is referred to as SOCV.
  • the conventional battery charge rate calculation device calculates the SOCI by always integrating the current value of the charged / discharged current, and uses this as the SOC of the battery.
  • the SOCI has a problem that it is different from the actual SOC because the measurement error of the current value is accumulated by integrating the current value.
  • the conventional battery charge rate calculation device first corrects the SOC by adopting the SOCI as the SOC and adopting the SOCV calculated in a timely manner as the SOC instead of the SOCI.
  • a voltage drop value hereinafter referred to as an estimated impedance voltage value
  • the apparatus disclosed in Patent Document 1 uses either the SOCV based on the estimated open circuit voltage value calculated in this way or the SOCI based on the integrated current value as the SOC. Was determined as.
  • the battery charging rate calculation device disclosed in Patent Document 2 calculates an estimated open-circuit voltage value by subtracting an estimated impedance voltage value based on the measured temperature and measured current value of the battery from the measured voltage value. It was. The device of Patent Document 2 calculates the SOC using the SOCV based on the estimated open circuit voltage value calculated in this way and the SOCI based on the integrated current value.
  • the estimated impedance voltage value used for calculating the SOC has a larger error as the absolute value thereof is larger.
  • the conventional battery charge rate calculation device has not determined that the error included in the voltage value is reduced due to the small fluctuation of the voltage value. For this reason, the conventional battery charge rate calculation device cannot determine that an accurate SOCV has been calculated.
  • the present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a battery charge rate calculation device that calculates an accurate SOC.
  • a first charge rate calculation unit that outputs a first charge rate calculated based on voltage data, and a second charge calculated based on current data.
  • a second charging rate calculation unit that outputs a rate
  • a change rate calculation unit that calculates a rate of change of the voltage data, and determines that the rate of change has settled for a predetermined time or less below a predetermined threshold
  • a rate-of-change stabilization determination unit that outputs a determination result, and when the rate of change is settled based on the determination result, the first charge rate is output as an effective charge rate, and the rate of change is stabilized.
  • a charging rate determining unit that outputs the second charging rate as the effective charging rate when not.
  • the change rate calculation unit uses the change amount of the voltage data per predetermined time or the time differentiation of the voltage data as the change rate of the voltage data. It may be calculated.
  • the change rate calculation unit may calculate the change rate based on the measured voltage value or the estimated open-circuit voltage value.
  • the 2nd aspect of the battery charging rate calculation apparatus of this invention is the 1st charging rate calculation part which outputs the 1st charging rate calculated based on voltage data, and the 2nd calculated based on electric current data.
  • a second charging rate calculation unit that outputs a charging rate; a change rate calculating unit that calculates a rate of change of the voltage data; and determining that the rate of change has settled for a predetermined time below a predetermined threshold, A rate-of-change stabilization determination unit that outputs the determination result, and a current stabilization determination unit that determines that the current data has settled for a predetermined time or more in a range distinguished by a predetermined threshold, and outputs the determination result And, based on a logical product or logical sum of the determination result of the change rate stabilization determination unit and the determination result of the current stabilization determination unit, the charge rate determination unit that outputs an effective charge rate, Is provided.
  • the change rate calculation unit uses the change amount of the voltage data per predetermined time or the time differentiation of the voltage data as the change rate of the voltage data. It may be calculated.
  • the change rate calculation unit may calculate the change rate based on the measured voltage value or the estimated open-circuit voltage value.
  • the 3rd aspect of the battery charge rate calculation apparatus of this invention is the 2nd calculated based on the 1st charge rate calculation part which outputs the 1st charge rate calculated based on voltage data, and current data.
  • a second charging rate calculation unit that outputs a charging rate, and a current stabilization determination unit that determines that the current data has settled for a predetermined time or more in a range distinguished by a predetermined threshold and outputs the determination result
  • the first charging rate is output as an effective charging rate
  • the second charging is performed.
  • a charge rate determination unit that outputs a rate as the effective charge rate.
  • the battery charging rate calculation device determines that the voltage change rate of the secondary battery has settled or that the current value has settled, and the error is small instead of the SOCI in which the error has accumulated. Since the SOCV based on the obtained voltage value is adopted as the SOC, an accurate SOC can be obtained.
  • the battery charge rate calculation device accurately calculates the SOC, it is possible to prevent overcharging / discharging of the battery. Further, in a secondary battery that has a causal relationship between SOC and cycle life, the battery charge rate calculation device can improve the cycle life of the battery.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a battery charging rate calculation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the battery charge rate calculation apparatus 100 includes a temperature data acquisition unit 1, a voltage data acquisition unit 2, a current data acquisition unit 3, a change rate calculation unit 4, an SOCV calculation unit 5, and an SOCI calculation unit. 6, a change rate stabilization determination unit 7, a current stabilization determination unit 8, and an SOC determination unit 20.
  • the temperature data acquisition unit 1 acquires the temperature of a secondary battery (not shown) and outputs temperature data at a predetermined cycle.
  • the voltage data acquisition unit 2 acquires a voltage of a secondary battery (not shown) and outputs voltage data at a predetermined cycle.
  • the voltage data may be either an actually measured voltage value or an estimated open-circuit voltage value calculated from the estimated impedance voltage value and the actually measured voltage value, but the description will be continued below as the actually measured voltage value.
  • the current data acquisition unit 3 measures a current output from a secondary battery (not shown) and outputs current data at a predetermined cycle.
  • the SOCV calculation unit 5 acquires voltage data from the voltage data acquisition unit 2.
  • the SOCV calculation unit 5 acquires temperature data from the temperature data acquisition unit 1.
  • the SOCV calculation unit 5 calculates the SOCV based on the temperature data and the voltage data, and outputs the obtained SOCV as SOCV data.
  • the voltage data may be either an actual measurement voltage value, or an estimated open-circuit voltage value calculated from the estimated impedance voltage value and the actual measurement voltage value.
  • the voltage data is an actual measurement voltage value, The description will be continued assuming that it is the sum of the estimated open-circuit voltage value of the secondary battery (not shown) and the estimated impedance voltage value.
  • the estimated impedance voltage value is stabilized when the absolute value of the charge / discharge current of the secondary battery (not shown) becomes small and the absolute value becomes small accordingly. Therefore, as time passes after the absolute value of the charge / discharge current of the secondary battery (not shown) decreases, the error included in the voltage data also decreases.
  • the change rate calculation unit 4 acquires voltage data from the voltage data acquisition unit 2 and outputs the voltage data change rate to the change rate static determination unit 7.
  • the voltage data change rate may be a value obtained by differentiating the voltage data with respect to time at a predetermined time.
  • the change rate calculation unit 4 may acquire the SOCV data from the SOCV calculation unit 5 instead of the voltage data, and output the SOCV data change rate to the change rate static determination unit 7. This is because the SOCV data is calculated on the basis of the voltage data, so that the stabilization of the SOCV data means that the voltage data is stabilized.
  • the rate-of-change settling determination unit 7 acquires the voltage data change rate from the rate-of-change calculating unit 4, and the time during which the voltage change rate is within a range distinguished by a predetermined threshold (hereinafter referred to as voltage change rate settling time). Measure).
  • a predetermined threshold hereinafter referred to as voltage change rate settling time. Measure.
  • the absolute value of the predetermined threshold is assumed to be sufficiently small.
  • the rate-of-change settling determination unit 7 outputs a rate-of-change settling signal indicating that the rate of change in voltage data has been settled when the voltage change rate settling time exceeds a predetermined time. Do not output a rate stabilization signal.
  • the change rate stabilization determination unit 7 resets the measurement result of the voltage change rate stabilization time to a value “0” when the voltage change rate is equal to or greater than a predetermined threshold. Furthermore, the change rate stabilization determination unit 7 restarts the measurement of the voltage change rate stabilization time when the voltage change rate that is equal to or greater than the predetermined threshold becomes less than the predetermined threshold.
  • the current stabilization determination unit 8 acquires current data and measures the time (hereinafter referred to as current stabilization time) within which the current data is within a range distinguished by a predetermined threshold.
  • the current stabilization determination unit 8 outputs a current stabilization signal indicating that the current data has been stabilized when the current stabilization time is equal to or longer than a predetermined time, and otherwise does not output a current stabilization signal. .
  • the current stabilization determination unit 8 resets the measurement result of the current stabilization time to a value “0” when the current data is outside the range distinguished by a predetermined threshold. In addition, the current stabilization determination unit 8 restarts the measurement of the current stabilization time when the current data is within the range distinguished from the predetermined threshold value.
  • the estimated impedance voltage value becomes small in accordance with the absolute value of the charge / discharge current. Therefore, if the time elapsed since the absolute value of the secondary battery (not shown) charging / discharging current has decreased and the current data has settled to the predetermined current value, the estimated impedance voltage value is calculated according to Ohm's law. Since the absolute value is also small, it can be seen that the error included in the voltage data is also small.
  • the SOCI calculation unit 6 calculates the SOCI by adding the integral value of the current data to the SOC data (effective charge rate) output from the switching unit 23 of the SOC determination unit 20 described later.
  • the SOCI is reset with the SOCV data. That is, the SOCI calculation unit 6 adds the integration value of the current data to the reset SOCI, and outputs the obtained SOCI as SOCI data.
  • the SOC determination unit 20 determines which of SOCV and SOCI is to be used as SOC, and outputs the determined SOC as SOC data (effective charge rate).
  • the SOC determination unit 20 includes a difference detection unit 21, a switching determination unit 22, and a switching unit 23.
  • the difference detection unit 21 acquires SOCV data and SOCI data, and calculates a difference between the SOCV data and the SOCI data as SOC difference data.
  • the difference detection unit 21 notifies the switching determination unit 22 that the SOCV data has been output from the SOCV calculation unit 5.
  • the difference detection part 21 outputs a difference determination signal, when the absolute value of SOC difference data is more than a predetermined threshold value, and does not output a difference determination signal otherwise.
  • the difference detection unit 21 may continuously output the difference determination signal.
  • the switching determination unit 22 outputs the SOC switching signal when the change rate of the voltage data and the current data are settled and the difference between the SOCV and the SOCI is equal to or greater than the threshold value. In other cases, the switching determination unit 22 does not output the SOC switching signal.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the switching determination unit 22.
  • the switching determination unit 22 includes a logical product processing unit 24, a logical product processing unit 25, an SOC switching signal forced output unit 28, and an SOC switching signal switch 27.
  • the switch determination unit 22 uses the SOC switching signal switch 27 to force the SOC switching signal.
  • An SOC switching signal is always output from the output unit 28.
  • the logical product processing unit 24 outputs a logical product of the output of the rate-of-change stabilization determination unit 7 and the output of the current stabilization determination unit 8.
  • the logical product processing unit 25 outputs the logical product of the output of the logical product processing unit 24 and the output of the difference detection unit 21 to the switching unit 23 as an SOC switching signal.
  • an estimated impedance voltage signal indicating that the estimated impedance voltage value is stabilized is also input from the estimated impedance voltage calculation unit (not shown) to the logical product processing unit 24. It is good also as. For example, even if only the current stabilization signal is input, it can be seen that the voltage data has been stabilized according to Ohm's law. Therefore, any of the change rate stabilization signal, the current stabilization signal, and the estimated impedance voltage signal One signal may be input to the logical product processing unit 24.
  • the switching unit 23 acquires the SOCV data from the SOCV calculation unit 5, the SOCI data from the SOCI calculation unit 6, and the SOC switching signal from the switching determination unit 22.
  • the switching unit 23 outputs the SOCV data input from the SOCV calculation unit 5 as SOC data (effective charge rate). In other cases, the switching unit 23 outputs the SOCI data input from the SOCI calculation unit 6 as SOC data (effective charge rate).
  • the SOC determination unit 20 outputs the SOCV as the SOC data (effective charge rate) when the change rate of the voltage data and the current data are settled and the difference between the SOCV and the SOCI is equal to or larger than the threshold value. . In other cases, the SOC determination unit 20 outputs the SOCI as SOC data (effective charge rate).
  • the switching determination unit 22 has not yet been notified from the difference detection unit 21 that SOCV data has been output from the SOCV calculation unit 5 for the first time. 28 outputs an SOC switching signal.
  • the temperature data acquisition unit 1 measures the temperature of a secondary battery (not shown) and outputs temperature data at a predetermined cycle.
  • the voltage data acquisition unit 2 measures the voltage of a secondary battery (not shown) and outputs voltage data at a predetermined cycle.
  • the current data acquisition unit 3 measures a current output from a secondary battery (not shown) and outputs current data at a predetermined cycle.
  • the SOCV calculation unit 5 calculates the SOCV based on the temperature data and the voltage data, and outputs the SOCV data to the difference detection unit 21 and the switching unit 23 at a predetermined cycle. Since the SOC switching signal is input, the switching unit 23 outputs the SOCV data input from the SOCV calculation unit 5 to the SOCI calculation unit 6.
  • the SOCI calculation unit 6 acquires current data and SOCV data.
  • the change rate calculation unit 4 acquires voltage data from the voltage data acquisition unit 2 and outputs the voltage data change rate to the change rate static determination unit 7 at a predetermined cycle.
  • the change rate stabilization determination unit 7 acquires the voltage data change rate from the change rate calculation unit 4 and measures the voltage change rate stabilization time. Here, since the voltage change rate settling time is not longer than the predetermined time, the change rate settling signal is not yet output.
  • the current stabilization determination unit 8 acquires current data and measures a current stabilization time. Here, since the current settling time is not longer than the predetermined time, the current settling signal is not yet output.
  • the difference detection unit 21 notifies the switching determination unit 22 that the SOCV data is output from the SOCV calculation unit 5 for the first time. Therefore, the switching determination unit 22 switches the SOC switching signal switch, and stops the SOC switching signal output from the SOC switching signal forced output unit 28.
  • the SOCI calculation unit 6 adds the integral value of the current data to the obtained SOC data, and calculates the SOCI. Further, the SOCI calculation unit 6 outputs the obtained SOCI as SOCI data to the difference detection unit 21 and the switching unit 23 at a predetermined cycle.
  • the difference detection unit 21 Since the SOC difference data, which is the difference between the SOCV data and the SOCI data, becomes the value “0” when the SOCI data is reset with the SOCV data, the difference detection unit 21 does not output a difference determination signal. As a result, the switching unit 23 outputs the SOCI data to the SOCI calculation unit 6 as the SOC data.
  • the change rate stabilization determination unit 7 acquires the voltage data change rate from the change rate calculation unit 4 and measures the voltage change rate stabilization time.
  • the change rate settling signal is not yet output.
  • the current stabilization determination unit 8 acquires current data and measures a current stabilization time.
  • the current settling time is not longer than the predetermined time, the current settling signal is not yet output.
  • the difference detection unit 21 outputs a difference determination signal to the logical product processing unit 25 of the switching determination unit 22.
  • the switching unit 23 continues to output the SOCI data as the SOC data to the SOCI calculation unit 6.
  • the switching determination unit 22 performs the SOC switching from the logical product processing unit 25 by the logical product of the logical product of the output of the rate-of-change stabilization determination unit and the output of the current stabilization determination unit and the output of the difference detection unit. Output a signal.
  • the switching unit 23 Since the SOC switching signal is input, the switching unit 23 outputs the SOCV data to the SOCI calculating unit 6 as the SOC data. Therefore, the SOCI is reset with the SOCV data that is the SOC data.
  • the SOCI calculation unit 6 outputs the obtained SOCI as SOCI data to the difference detection unit 21 and the switching unit 23.
  • the difference detection unit 21 acquires the SOCV data and the SOCI data, and calculates the SOC difference data as the difference between the SOCV data and the SOCI data.
  • the SOC difference data is a value “0”. For this reason, the difference detection unit 21 does not output a difference determination signal. Therefore, the switching unit 23 outputs the SOCI data again to the SOCI calculation unit 6 as the SOC data.
  • the change rate stabilization determination unit 7 restarts the measurement of the stabilization time. Furthermore, it is assumed that the current data is changed from outside the range distinguished by the predetermined threshold value. For this reason, the electric current stabilization determination part 8 operate
  • each block repeats the above-described operation, so that the SOC determination unit 20 determines the SOCV when the change rate of the voltage data and the current data are settled and the difference between the SOCV and the SOCI is equal to or greater than the threshold value. Output as SOC data (effective charge rate). In other cases, the SOC determination unit 20 outputs the SOCI as SOC data (effective charge rate).
  • the battery charge rate calculation apparatus 100 determines that the voltage change rate of the secondary battery has settled or the current value has settled, and instead of the SOCI in which the error has accumulated.
  • the SOCV based on the voltage value with a small error is adopted as the SOC, an accurate SOC can be obtained.
  • the battery charge rate calculation device accurately calculates the SOC, it is possible to prevent overcharging / discharging of the battery. Further, in a secondary battery that has a causal relationship between SOC and cycle life, the battery charge rate calculation device can improve the cycle life of the battery.
  • the switching determination unit 22 outputs the SOC switching signal when the rate of change of the voltage data or the current data is settled and the difference between the SOCV and the SOCI is equal to or larger than the threshold value, and otherwise, The SOC switching signal may not be output.
  • the switching determination unit 22 may include a logical sum processing unit 26 instead of the logical product processing unit 24.
  • the logical sum processing unit 26 outputs a logical sum of the output of the rate-of-change stabilization determination unit 7 and the output of the current stabilization determination unit 8.
  • the estimated impedance voltage signal may also be input to the logical sum processing unit 26.
  • the switching determination unit 22 calculates a logical sum of the logical product of the output of the rate-of-change stabilization determination unit 7 and the output of the current stabilization determination unit 8 and the output of the estimated impedance voltage calculation unit (not shown).
  • the data may be output to the logical product processing unit 25.
  • high-frequency components may be removed from the voltage data using a low-pass filter or the like.
  • the battery charging rate calculation device corresponds to the battery charging rate calculation device 100
  • the first charging rate calculation unit corresponds to the SOCV calculation unit 5
  • the second charging rate calculation unit is
  • the change rate calculation unit corresponds to the SOCI calculation unit 6
  • the change rate calculation unit corresponds to the change rate calculation unit 4
  • the change rate settling determination unit corresponds to the change rate settling determination unit 7
  • the current settling determination unit corresponds to the SOC determination unit 20 and corresponds to the stabilization determination unit 8.
  • the battery charging rate calculation device 100 determines that the voltage change rate has settled or the current value has settled, and the error is reduced instead of the SOCI in which the error has accumulated. Since the SOCV based on the estimated impedance voltage value is adopted as the SOC, an accurate SOC can be obtained.
  • the present invention is suitable for a battery charge rate calculation device that calculates the charge rate of a battery.

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Abstract

　電池充電率算出装置（１００）が、電圧データに基づいて算出した第１の充電率を出力するＳＯＣＶ算出部（５）と、電流データに基づいて算出した第２の充電率を出力するＳＯＣＩ算出部（６）と、前記電圧データの変化率を算出する変化率算出部（４）と、前記変化率が所定の閾値で区別される範囲に所定の時間以上静定したことを判定し、当該判定結果を出力する変化率静定判定部（７）と、前記判定結果に基づいて、前記変化率が静定した場合に、前記第１の充電率を有効充電率として出力し、前記変化率が静定していない場合に、前記第２の充電率を前記有効充電率として出力するＳＯＣ決定部（２０）と、を備える。

Description

電池充電率算出装置
　本発明は、電池の充電率を算出する、電池充電率算出装置に関する。
　近年、燃料電池自動車やハイブリッド自動車に用いる二次電池のさらなる性能向上が期待されている。そこで、二次電池の過充電と過放電を防止し、またサイクル寿命を向上させるために、電池の充電率（以下、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）と称する）を正確に算出する技術が求められている。
　以下、電流値に基づいて算出されたＳＯＣをＳＯＣＩと、電圧値に基づいて算出されたＳＯＣをＳＯＣＶと称する。従来の電池充電率算出装置は、充放電された電流の電流値を常に積分することによりＳＯＣＩを算出し、これを電池のＳＯＣとしていた。しかし、ＳＯＣＩは、電流値が積分されることで電流値の測定誤差が蓄積されてしまうため、実際のＳＯＣと異なってしまうという問題があった。
　そこで、従来の電池充電率算出装置は、まずＳＯＣＩをＳＯＣとして採用し、適時に算出されるＳＯＣＶをＳＯＣＩの代わりにＳＯＣとして採用することで、ＳＯＣを補正していた。例えば特許文献１に開示された電池充電率算出装置は、電池の充電と放電の切り替わりを検出した際に、電池の内部抵抗による降下電圧値（以下、推定インピーダンス電圧値と称する）を実測電流値と実測電圧値から算出し、この推定インピーダンス電圧値と実測電圧値から推定開放電圧値を算出していた。特許文献１の当該装置は、電池の充電と放電の切り替わりを検出した際に、このように算出した推定開放電圧値に基づくＳＯＣＶと、積分された電流値に基づくＳＯＣＩと、のいずれかをＳＯＣとして決定していた。
　また、例えば特許文献２に開示された電池充電率算出装置は、電池の実測温度と実測電流値とに基づく推定インピーダンス電圧値を実測電圧値から減算することで、推定開放電圧値を算出していた。特許文献２の当該装置は、このように算出した推定開放電圧値に基づくＳＯＣＶと、積分された電流値に基づくＳＯＣＩと、を用いてＳＯＣを算出していた。
特許第３７６７１５０号公報 特開２００６－５８１１４号公報
　このようにＳＯＣの算出に用いられる推定インピーダンス電圧値は、その絶対値が大きいほど含まれる誤差も大きいことが知られている。しかし、例えば特許文献１に開示された電池充電率算出装置では、推定インピーダンス電圧値の絶対値に関わらず電池のＳＯＣを決定しているので、その絶対値が変動し大きな誤差を含んだ推定インピーダンス電圧値を用いてＳＯＣＶを算出した場合にもＳＯＣＶを採用してしまうことで、正確なＳＯＣにならないという問題があった。
　また、例えば特許文献２に開示された電池充電率算出装置では、電池の実測温度と実測電流値の測定精度が悪い場合、その測定値が変動し大きな誤差を含んだ推定インピーダンス電圧値を用いてＳＯＣＶを算出した場合にもＳＯＣＶを採用してしまうことで、正確なＳＯＣにならないという問題があった。
　このように従来の電池充電率算出装置は、電圧値の変動が小さくなることで、その電圧値に含まれる誤差も小さくなったことを判定していなかった。このため従来の電池充電率算出装置は、正確なＳＯＣＶが算出されたことを判定することができなかった。
　本発明は、前記の諸点に鑑みてなされたものであり、正確なＳＯＣを算出する電池充電率算出装置を提供することを目的とする。
　本発明の電池充電率算出装置の第一の態様は、電圧データに基づいて算出した第１の充電率を出力する第１の充電率算出部と、電流データに基づいて算出した第２の充電率を出力する第２の充電率算出部と、前記電圧データの変化率を算出する変化率算出部と、前記変化率が所定の閾値以下に所定の時間以上静定したことを判定し、当該判定結果を出力する変化率静定判定部と、前記判定結果に基づいて、前記変化率が静定した場合に、前記第１の充電率を有効充電率として出力し、前記変化率が静定していない場合に、前記第２の充電率を前記有効充電率として出力する充電率決定部と、を備える。
　本発明の電池充電率算出装置の第一の態様においては、前記変化率算出部が、所定時間あたりの前記電圧データの変化量、又は前記電圧データの時間微分、を前記電圧データの変化率として算出してもよい。
　本発明の電池充電率算出装置の第一の態様においては、前記変化率算出部が、実測電圧値または推定開放電圧値に基づいて変化率を算出してもよい。
　また本発明の電池充電率算出装置の第二の態様は、電圧データに基づいて算出した第１の充電率を出力する第１の充電率算出部と、電流データに基づいて算出した第２の充電率を出力する第２の充電率算出部と、前記電圧データの変化率を算出する変化率算出部と、前記変化率が所定の閾値以下に所定の時間以上静定したことを判定し、当該判定結果を出力する変化率静定判定部と、前記電流データが所定の閾値で区別される範囲に所定の時間以上静定したことを判定し、当該判定結果を出力する電流静定判定部と、前記変化率静定判定部の前記判定結果と、前記電流静定判定部の前記判定結果と、の論理積または論理和に基づいて、有効充電率を出力する前記充電率決定部と、を備える。
　本発明の電池充電率算出装置の第二の態様においては、前記変化率算出部が、所定時間あたりの前記電圧データの変化量、又は前記電圧データの時間微分、を前記電圧データの変化率として算出してもよい。
　本発明の電池充電率算出装置の第二の態様においては、前記変化率算出部が、実測電圧値または推定開放電圧値に基づいて変化率を算出してもよい。
　また本発明の電池充電率算出装置の第三の態様は、電圧データに基づいて算出した第１の充電率を出力する第１の充電率算出部と、電流データに基づいて算出した第２の充電率を出力する第２の充電率算出部と、前記電流データが所定の閾値で区別される範囲に所定の時間以上静定したことを判定し、当該判定結果を出力する電流静定判定部と、前記判定結果に基づいて、前記電流データが静定した場合に、前記第１の充電率を有効充電率として出力し、前記電流データが静定していない場合に、前記第２の充電率を前記有効充電率として出力する充電率決定部と、を備える。
　本発明によれば、電池充電率算出装置が、二次電池の電圧変化率が静定したこと、または電流値が静定したことを判定し、誤差が蓄積したＳＯＣＩの代わりに、誤差が小さくなった電圧値に基づくＳＯＣＶをＳＯＣとして採用するので、正確なＳＯＣを得ることができる。
　また、電池充電率算出装置がＳＯＣを正確に算出するので、電池の過充放電を防止することができる。さらに、ＳＯＣとサイクル寿命に因果関係のある二次電池においては、電池充電率算出装置が電池のサイクル寿命を向上させることができる。
本発明の一実施形態による電池充電率算出装置の構成を示した図である。 本発明の一実施形態による切替判定部２２の構成を示した図である。 本発明の一実施形態による切替判定部２２の構成を示した図である。
　本発明を実施するための一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による電池充電率算出装置の構成を示した図である。図１において、当該電池充電率算出装置１００は、温度データ取得部１と、電圧データ取得部２と、電流データ取得部３と、変化率算出部４と、ＳＯＣＶ算出部５と、ＳＯＣＩ算出部６と、変化率静定判定部７と、電流静定判定部８と、ＳＯＣ決定部２０と、を備える。
　温度データ取得部１は、二次電池（不図示）の温度を取得し、温度データを所定の周期で出力する。電圧データ取得部２は、電池充電率算出装置１００が起動すると、二次電池（不図示）の電圧を取得し、電圧データを所定の周期で出力する。なおこの電圧データは、実測電圧値、または、推定インピーダンス電圧値と実測電圧値とから算出された推定開放電圧値、のいずれであってもよいが、以下、実測電圧値として説明を続ける。電流データ取得部３は、二次電池（不図示）から出力される電流を測定し、電流データを所定の周期で出力する。
　ＳＯＣＶ算出部５は、電圧データ取得部２から電圧データを取得する。ＳＯＣＶ算出部５は、温度データ取得部１から温度データを取得する。ＳＯＣＶ算出部５は、温度データと電圧データに基づいてＳＯＣＶを算出し、得られたＳＯＣＶをＳＯＣＶデータとして出力する。
　ここで電圧データは、実測電圧値、または、推定インピーダンス電圧値と実測電圧値とから算出された推定開放電圧値、のいずれであってもよいが、以下、電圧データは実測電圧値であり、二次電池（不図示）の推定開放電圧値と、推定インピーダンス電圧値と、の和である、として説明を続ける。
　またこの推定インピーダンス電圧値は、二次電池（不図示）の充放電電流の絶対値が小さくなると、それに応じて絶対値が小さくなり、静定することが知られている。したがって、二次電池（不図示）の充放電電流の絶対値が小さくなってから時間が経過すれば、電圧データに含まれる誤差も小さくなる。
　変化率算出部４は、電圧データ取得部２から電圧データを取得し、電圧データ変化率を変化率静定判定部７に出力する。ここで電圧データ変化率は、所定時間Δｔあたりの電圧データの変化量をΔＶとして、電圧データ変化率＝（ΔＶ／Δｔ）としてもよい。また、所定の時刻において電圧データを時間微分した値を電圧データ変化率としてもよい。なお、変化率算出部４は、電圧データの代わりにＳＯＣＶ算出部５からＳＯＣＶデータを取得し、ＳＯＣＶデータ変化率を変化率静定判定部７に出力する、としてもよい。なぜなら、ＳＯＣＶデータは電圧データに基づいて算出されるため、ＳＯＣＶデータが静定することは電圧データが静定することを意味するからである。
　変化率静定判定部７は、変化率算出部４から電圧データ変化率を取得し、電圧変化率が所定の閾値で区別される範囲に収まっている時間（以下、電圧変化率静定時間と称する）を計測する。ここで、所定の閾値の絶対値は充分に小さいものとする。変化率静定判定部７は、電圧変化率静定時間が所定の時間以上となった場合に、電圧データ変化率が静定したことを示す変化率静定信号を出力し、それ以外では変化率静定信号を出力しない。
　変化率静定判定部７は、電圧変化率が所定の閾値以上である場合に、電圧変化率静定時間の計測結果を値「０」にリセットする。さらに、変化率静定判定部７は、所定の閾値以上であった電圧変化率がその所定の閾値未満になった場合に、電圧変化率静定時間の計測を再開する。
　電流静定判定部８は、電流データを取得し、電流データが所定の閾値で区別される範囲に収まっている時間（以下、電流静定時間と称する）を計測する。電流静定判定部８は、電流静定時間が所定の時間以上となった場合に、電流データが静定したことを示す電流静定信号を出力し、それ以外では電流静定信号を出力しない。
　電流静定判定部８は、電流データが所定の閾値で区別される範囲外にある場合に、電流静定時間の計測結果を値「０」にリセットする。また電流静定判定部８は、電流データがその所定の閾値で区別される範囲外から範囲内になった場合に、電流静定時間の計測を再開する。
　前述したように、推定インピーダンス電圧値は、二次電池（不図示）の充放電電流の絶対値が小さくなると、それに応じて絶対値が小さくなり、静定することが知られている。したがって、二次電池（不図示）充放電電流の絶対値が小さくなってから時間が経過し、電流データが所定の電流値に静定したことが判れば、オームの法則により推定インピーダンス電圧値の絶対値も小さくなっているので、電圧データに含まれる誤差も小さくなったことが判る。
　ＳＯＣＩ算出部６は、後述するＳＯＣ決定部２０の切替部２３から出力されるＳＯＣデータ（有効充電率）に、電流データの積分値を加算することでＳＯＣＩを算出する。ここで、切替部２３からＳＯＣデータ（有効充電率）としてＳＯＣＶデータが出力された場合、ＳＯＣＩはＳＯＣＶデータでリセットされる。すなわちＳＯＣＩ算出部６は、リセットしたＳＯＣＩに電流データの積分値を加算し、得られたＳＯＣＩをＳＯＣＩデータとして出力する。
　ＳＯＣ決定部２０は、ＳＯＣＶまたはＳＯＣＩのいずれをＳＯＣとするかについて決定し、決定したＳＯＣをＳＯＣデータ（有効充電率）として出力する。ＳＯＣ決定部２０は、差分検出部２１と、切替判定部２２と、切替部２３と、を備える。差分検出部２１は、ＳＯＣＶデータとＳＯＣＩデータを取得し、ＳＯＣＶデータとＳＯＣＩデータとの差をＳＯＣ差分データとして算出する。差分検出部２１は、ＳＯＣＶ算出部５からＳＯＣＶデータが出力されたことを、切替判定部２２に通知する。
　差分検出部２１は、ＳＯＣ差分データの絶対値が所定の閾値以上である場合に差分判定信号を出力し、それ以外では差分判定信号を出力しない。ここで、この閾値を値「０」とすることで、差分検出部２１は差分判定信号を常に出力し続ける、としてもよい。
　切替判定部２２は、電圧データの変化率と電流データとが静定し、かつＳＯＣＶとＳＯＣＩとの差が閾値以上である場合に、ＳＯＣ切替信号を出力する。それ以外の場合では、切替判定部２２は、ＳＯＣ切替信号を出力しない。図２は、切替判定部２２の構成を示した図である。切替判定部２２は、論理積処理部２４と、論理積処理部２５と、ＳＯＣ切替信号強制出力部２８と、ＳＯＣ切替信号スイッチ２７と、を備える。
　電池充電率算出装置１００が起動し、ＳＯＣＶ算出部５から初めてＳＯＣＶデータが出力されたことを差分検出部２１から通知されるまで、切替判定部２２はＳＯＣ切替信号スイッチ２７によって、ＳＯＣ切替信号強制出力部２８からＳＯＣ切替信号を常に出力する。ＳＯＣＶ算出部５から初めてＳＯＣＶデータが出力されたことを差分検出部２１から通知された以降、切替判定部２２はＳＯＣ切替信号スイッチ２７を切り替え、論理積処理結果に応じて論理積処理部２５からＳＯＣ切替信号を出力する。
　論理積処理部２４は、変化率静定判定部７の出力と、電流静定判定部８の出力と、の論理積を出力する。論理積処理部２５は、論理積処理部２４の出力と、差分検出部２１の出力と、の論理積をＳＯＣ切替信号として切替部２３に出力する。
　なお、変化率静定信号と電流静定信号のほか、推定インピーダンス電圧値が静定したことを示す推定インピーダンス電圧信号も推定インピーダンス電圧算出部（不図示）から論理積処理部２４に入力される、としてもよい。また、例えば電流静定信号のみを入力したとしても、オームの法則により電圧データが静定したことが判るため、変化率静定信号と、電流静定信号と、推定インピーダンス電圧信号と、のいずれか１つの信号が論理積処理部２４に入力される、としてもよい。
　切替部２３は、ＳＯＣＶ算出部５からＳＯＣＶデータと、ＳＯＣＩ算出部６からＳＯＣＩデータと、切替判定部２２からＳＯＣ切替信号と、を取得する。ＳＯＣ切替信号が入力された場合、切替部２３はＳＯＣＶ算出部５から入力されたＳＯＣＶデータをＳＯＣデータ（有効充電率）として出力する。それ以外の場合、切替部２３はＳＯＣＩ算出部６から入力されたＳＯＣＩデータをＳＯＣデータ（有効充電率）として出力する。
　このようにＳＯＣ決定部２０は、電圧データの変化率と電流データとが静定し、かつＳＯＣＶとＳＯＣＩとの差が閾値以上である場合に、ＳＯＣＶをＳＯＣデータ（有効充電率）として出力する。それ以外の場合では、ＳＯＣ決定部２０は、ＳＯＣＩをＳＯＣデータ（有効充電率）として出力する。
　次に、電池充電率算出装置１００の動作を説明する。まず電池充電率算出部１００が起動した直後、切替判定部２２は、ＳＯＣＶ算出部５から初めてＳＯＣＶデータが出力されたことを差分検出部２１からまだ通知されていないので、ＳＯＣ切替信号強制出力部２８からＳＯＣ切替信号を出力する。
　温度データ取得部１は、二次電池（不図示）の温度を測定し、所定の周期で温度データを出力する。電圧データ取得部２は、二次電池（不図示）の電圧を測定し、所定の周期で電圧データを出力する。電流データ取得部３は、二次電池（不図示）から出力される電流を測定し、所定の周期で電流データを出力する。
　また、ＳＯＣＶ算出部５は、温度データと電圧データに基づいてＳＯＣＶを算出し、差分検出部２１と、切替部２３と、に所定の周期でＳＯＣＶデータを出力する。切替部２３は、ＳＯＣ切替信号が入力されているため、ＳＯＣＶ算出部５から入力されたＳＯＣＶデータをＳＯＣＩ算出部６に出力する。ＳＯＣＩ算出部６は、電流データとＳＯＣＶデータを取得する。変化率算出部４は、電圧データ取得部２から電圧データを取得し、電圧データ変化率を変化率静定判定部７に所定の周期で出力する。
　変化率静定判定部７は、変化率算出部４から電圧データ変化率を取得し、電圧変化率静定時間を計測する。ここで、電圧変化率静定時間が所定の時間以上となっていないため、変化率静定信号はまだ出力されないものとする。電流静定判定部８は、電流データを取得し、電流静定時間を計測する。ここで、電流静定時間が所定の時間以上となっていないため、電流静定信号はまだ出力されないものとする。
　次に、差分検出部２１は、ＳＯＣＶ算出部５から初めてＳＯＣＶデータが出力されたことを切替判定部２２に通知する。このため、切替判定部２２はＳＯＣ切替信号スイッチを切り替え、ＳＯＣ切替信号強制出力部２８からのＳＯＣ切替信号出力を停止する。またＳＯＣＩ算出部６は、取得したＳＯＣデータに電流データの積分値を加算し、ＳＯＣＩを算出する。さらにＳＯＣＩ算出部６は、得られたＳＯＣＩをＳＯＣＩデータとして差分検出部２１と切替部２３に所定の周期で出力する。
　ＳＯＣＩデータがＳＯＣＶデータでリセットされたことにより、ＳＯＣＶデータとＳＯＣＩデータとの差であるＳＯＣ差分データは値「０」となるため、差分検出部２１は差分判定信号を出力しない。これにより切替部２３は、ＳＯＣＩ算出部６に、ＳＯＣデータとしてＳＯＣＩデータを出力する。
　一方、変化率静定判定部７は、変化率算出部４から電圧データ変化率を取得し、電圧変化率静定時間を計測する。ここで、電圧変化率静定時間が所定の時間以上となっていないため、変化率静定信号はまだ出力されないものとする。さらに電流静定判定部８は、電流データを取得し、電流静定時間を計測する。ここで、電流静定時間が所定の時間以上となっていないため、電流静定信号はまだ出力されないものとする。
　次に、電流値が積分されることでＳＯＣＩに誤差が蓄積され、ＳＯＣ差分データの絶対値が所定の範囲以上になったとする。このため差分検出部２１は、差分判定信号を切替判定部２２の論理積処理部２５に出力する。
　説明のため、ここでも電圧変化率静定時間と電流静定時間は、それぞれ所定の時間以上になっていないものとする。このため、切替判定部２２の論理積処理部２４における論理積によって、論理積処理部２５からＳＯＣ切替信号はまだ出力されない。したがって切替部２３は、ＳＯＣＩ算出部６に、ＳＯＣデータとしてＳＯＣＩデータを出力し続ける。
　次に、電圧変化率静定時間が所定の時間以上になったとする。また電流静定時間も所定の時間以上になったとする。このため切替判定部２２は、変化率静定判定部の出力と電流静定判定部の出力との論理積と、差分検出部の出力と、の論理積によって、論理積処理部２５からＳＯＣ切替信号を出力する。
　切替部２３は、ＳＯＣ切替信号が入力されたので、ＳＯＣデータとしてＳＯＣＶデータをＳＯＣＩ算出部６に出力する。このため、ＳＯＣＩはＳＯＣデータであるＳＯＣＶデータでリセットされる。ＳＯＣＩ算出部６は、得られたＳＯＣＩをＳＯＣＩデータとして差分検出部２１と切替部２３に出力する。
　次に、差分検出部２１は、ＳＯＣＶデータとＳＯＣＩデータを取得し、ＳＯＣＶデータとＳＯＣＩデータとの差として、ＳＯＣ差分データを算出する。ここで、ＳＯＣＩデータがＳＯＣＶデータでリセットされているため、ＳＯＣ差分データは値「０」である。このため、差分検出部２１は差分判定信号を出力しない。したがって切替部２３は、ＳＯＣＩ算出部６に、ＳＯＣデータとして再びＳＯＣＩデータを出力する。
　説明のため、次に所定の閾値以上であった電圧変化率がその所定の閾値未満になったとする。このため変化率静定判定部７は、静定時間の計測を再開する。さらに、電流データがその所定の閾値で区別される範囲外から範囲内になったとする。このため電流静定判定部８も同様に動作する。
　以降、各ブロックが前述の動作を繰り返すことにより、ＳＯＣ決定部２０は、電圧データの変化率と電流データとが静定し、かつＳＯＣＶとＳＯＣＩとの差が閾値以上である場合に、ＳＯＣＶをＳＯＣデータ（有効充電率）として出力する。それ以外の場合では、ＳＯＣ決定部２０は、ＳＯＣＩをＳＯＣデータ（有効充電率）として出力する。
　以上、本発明の実施の形態により、電池充電率算出装置１００が、二次電池の電圧変化率が静定したこと、または電流値が静定したことを判定し、誤差が蓄積したＳＯＣＩの代わりに、誤差が小さくなった電圧値に基づくＳＯＣＶをＳＯＣとして採用するので、正確なＳＯＣを得ることができる。
　また、電池充電率算出装置がＳＯＣを正確に算出するので、電池の過充放電を防止することができる。さらに、ＳＯＣとサイクル寿命に因果関係のある二次電池においては、電池充電率算出装置が電池のサイクル寿命を向上させることができる。
　なお、例えば切替判定部２２は、電圧データの変化率または電流データが静定し、かつＳＯＣＶとＳＯＣＩとの差が閾値以上である場合に、ＳＯＣ切替信号を出力し、それ以外の場合では、ＳＯＣ切替信号を出力しない、としてもよい。この場合、例えば図３に示すように、切替判定部２２は論理積処理部２４の代わりに論理和処理部２６を備えるとしてもよい。これにより論理和処理部２６は、変化率静定判定部７の出力と、電流静定判定部８の出力と、の論理和を出力する。さらに、推定インピーダンス電圧信号も論理和処理部２６に入力される、としてもよい。
　また例えば、切替判定部２２は、変化率静定判定部７の出力と電流静定判定部８の出力との論理積と、推定インピーダンス電圧算出部（不図示）の出力と、の論理和を論理積処理部２５に出力する、としてもよい。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
　また例えば、電圧データは、ローパスフィルタ等を用いて高周波成分を除去されても良い。
　また、本発明に記載の電池充電率算出装置は、電池充電率算出装置１００に対応し、第１の充電率算出部は、ＳＯＣＶ算出部５に対応し、第２の充電率算出部は、ＳＯＣＩ算出部６に対応し、変化率算出部は、変化率算出部４に対応し、変化率静定判定部は、変化率静定判定部７に対応し、電流静定判定部は、電流静定判定部８に対応し、充電率決定部は、ＳＯＣ決定部２０に対応する。
　上述した実施形態によれば、電池充電率算出装置１００が、電圧変化率が静定したこと、または電流値が静定したことを判定し、誤差が蓄積したＳＯＣＩの代わりに、誤差が小さくなった推定インピーダンス電圧値に基づくＳＯＣＶをＳＯＣとして採用するので、正確なＳＯＣを得ることができる。本発明は、電池の充電率を算出する、電池充電率算出装置に好適である。
　１　温度データ取得部
　２　電圧データ取得部
　３　電流データ取得部
　４　変化率算出部
　５　ＳＯＣＶ算出部
　６　ＳＯＣＩ算出部
　７　変化率静定判定部
　８　電流静定判定部
　２０　ＳＯＣ決定部
　２１　差分検出部
　２２　切替判定部
　２３　切替部
　２４　論理積処理部
　２５　論理積処理部
　２６　論理和処理部
　２７　ＳＯＣ切替信号スイッチ
　２８　ＳＯＣ切替信号強制出力部
　１００　電池充電率算出装置

Claims (7)

  1. 　電圧データに基づいて算出した第１の充電率を出力する第１の充電率算出部と、
    　電流データに基づいて算出した第２の充電率を出力する第２の充電率算出部と、
    　前記電圧データの変化率を算出する変化率算出部と、
    　前記変化率が所定の閾値以下に所定の時間以上静定したことを判定し、当該判定結果を出力する変化率静定判定部と、
    　前記判定結果に基づいて、前記変化率が静定した場合に、前記第１の充電率を有効充電率として出力し、前記変化率が静定していない場合に、前記第２の充電率を前記有効充電率として出力する充電率決定部と、
    　を備える電池充電率算出装置。
  2. 　前記変化率算出部は、所定時間あたりの前記電圧データの変化量、又は前記電圧データの時間微分、を前記電圧データの変化率として算出する請求項１に記載の電池充電率算出装置。
  3. 　前記変化率算出部は、実測電圧値または推定開放電圧値に基づいて変化率を算出する請求項１または請求項２に記載の電池充電率算出装置。
  4. 　電圧データに基づいて算出した第１の充電率を出力する第１の充電率算出部と、
    　電流データに基づいて算出した第２の充電率を出力する第２の充電率算出部と、
    　前記電圧データの変化率を算出する変化率算出部と、
    　前記変化率が所定の閾値以下に所定の時間以上静定したことを判定し、当該判定結果を出力する変化率静定判定部と、
    　前記電流データが所定の閾値で区別される範囲に所定の時間以上静定したことを判定し、当該判定結果を出力する電流静定判定部と、
    　前記変化率静定判定部の前記判定結果と、前記電流静定判定部の前記判定結果と、の論理積または論理和に基づいて、有効充電率を出力する前記充電率決定部と、
    　を備える電池充電率算出装置。
  5. 　前記変化率算出部は、所定時間あたりの前記電圧データの変化量、又は前記電圧データの時間微分、を前記電圧データの変化率として算出する請求項４に記載の電池充電率算出装置。
  6. 　前記変化率算出部は、実測電圧値または推定開放電圧値に基づいて変化率を算出する請求項４または請求項５に記載の電池充電率算出装置。
  7. 　電圧データに基づいて算出した第１の充電率を出力する第１の充電率算出部と、
    　電流データに基づいて算出した第２の充電率を出力する第２の充電率算出部と、
    　前記電流データが所定の閾値で区別される範囲に所定の時間以上静定したことを判定し、当該判定結果を出力する電流静定判定部と、
    　前記判定結果に基づいて、前記電流データが静定した場合に、前記第１の充電率を有効充電率として出力し、前記電流データが静定していない場合に、前記第２の充電率を前記有効充電率として出力する充電率決定部と、
    　を備える電池充電率算出装置。
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