WO2013002343A1 - 電池状態検出装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a battery state detection device that detects a state of a battery.
- the SOC state of charge
- the SOC indicates the ratio of the remaining capacity of the secondary battery to the full charge capacity of the secondary battery (the storage capacity of the secondary battery when the secondary battery is in a fully charged state).
- the calculated SOC value based on the measured current value may gradually deviate from the true SOC due to accumulation of current measurement error. This deviation can be eliminated, for example, by correcting the calculated SOC value to 100% when the secondary battery is fully charged.
- the secondary battery is discharged from the state where the secondary battery is in a fully charged state until the secondary battery is in a discharge end state (completely discharged state), and the discharge electricity in the discharge process is discharged.
- This is a process of acquiring the quantity as a capacity learning value. If the SOC is calculated after substituting the capacity learning value into the current full charge capacity, the current SOC can be accurately detected.
- the secondary battery After the secondary battery is in the end-of-discharge state by the capacity learning process, it is necessary to recharge the secondary battery in order to make the secondary battery usable again. That is, charging and discharging for reciprocating between the fully charged state and the discharge end state are required for the capacity learning process, but unnecessary charging and discharging accelerates the deterioration of the secondary battery. Further, if the timing at which the secondary battery discharge power is required for driving the device overlaps with the execution timing of the capacity learning process, the device may not be driven as expected. As can be understood from these circumstances, the execution of unnecessary capacity learning processing should be suppressed as much as possible, and it is beneficial if the capacity learning processing can be narrowed down only when the capacity learning processing is truly necessary.
- an object of the present invention is to provide a battery state detection device capable of executing a capacity learning process at an appropriate timing.
- a first battery state detection device is a battery that detects a state of a battery unit through execution of a capacity learning process for measuring a full charge capacity of a battery unit including one or more secondary batteries.
- the state detection device by monitoring the discharge and charge status of the battery unit, the dischargeable amount of electricity or the dischargeable time or the chargeable amount of charge or the chargeable time of the battery unit based on a specific timing is estimated.
- the second battery state detection device is a battery that detects the state of the battery unit through execution of a capacity learning process for measuring the full charge capacity of the battery unit including one or more secondary batteries.
- a first deriving unit for deriving a state value corresponding to the remaining capacity and the full charge capacity of the battery unit as a first state value by monitoring a state of discharge and charging of the battery unit;
- a measured value of the output voltage of the battery unit is acquired, and the state value is determined based on the acquired measured value.
- a second derivation unit that derives a state value, and a capacity learning execution control unit that determines whether or not to execute the capacity learning process based on the first and second state values.
- the present invention it is possible to provide a battery state detection device capable of executing a capacity learning process at an appropriate timing.
- FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of a battery system according to an embodiment of the present invention. It is a basic internal block diagram of a main control unit. It is an image figure of SOC.
- FIG. 5 is an internal block diagram of a main control unit according to first to third embodiments of the present invention.
- 3 is an operation flowchart of the battery system according to the first embodiment of the present invention.
- 6 is another operation flowchart of the battery system according to the first embodiment of the present invention.
- 6 is a flowchart illustrating still another operation of the battery system according to the first embodiment of the present invention.
- 6 is a flowchart illustrating still another operation of the battery system according to the first embodiment of the present invention.
- It is an internal block diagram of the main control part which concerns on the 4th and 5th Example of this invention.
- 6 is an operation flowchart of a battery system according to a fourth embodiment of the present invention.
- 10 is another operation flowchart of the battery system according to the fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 1 shows a schematic overall configuration diagram of a battery system 1 according to an embodiment of the present invention.
- the battery system 1 is formed including all or a part of the parts shown in FIG.
- the battery system 1 may include each part referred to by reference numerals 11 to 13 and may further include all or part of each part referenced by reference numerals 14 to 17.
- the main control unit 11 includes a microcomputer or the like, and performs charge / discharge control of the battery unit 12, switching control of the switching circuit 13, operation control of the breaker 14, and the like.
- the battery unit 12 includes a battery unit 21 composed of one or more secondary batteries.
- the secondary battery forming the battery unit 21 is any type of secondary battery, such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. Although the number of secondary batteries forming the battery unit 21 may be one, in the present embodiment, the battery unit 21 includes a plurality of secondary batteries connected in series. However, some or all of the secondary batteries included in the battery unit 21 may be a plurality of secondary batteries connected in parallel.
- the positive electrode of the secondary battery located on the highest potential side among the plurality of secondary batteries connected in series is connected to the positive terminal 24 and the negative electrode of the secondary battery located on the lowest potential side. Is connected to the negative terminal 25.
- the positive side terminal 24 and the negative side terminal 25 are connected to a pair of output terminals in the battery unit 12, and the battery unit 21 is charged and discharged via the pair of output terminals.
- the battery unit 12 is further provided with a voltage measuring device 22 and a current measuring device 23.
- the voltage measuring device 22 measures the output voltage of the battery unit 21, that is, the voltage between the positive terminal 24 and the negative terminal 25 based on the potential of the negative terminal 25.
- the voltage is a voltage viewed from the potential of the negative terminal 25, which is a reference potential, unless otherwise specified.
- the measured value of the output voltage of the battery unit 21 by the voltage measuring device 22 is represented by the symbol V DET .
- the current measuring device 23 measures the current flowing through the positive terminal 24.
- a current measured value by the current measuring device 23 is represented by a symbol IDET .
- the voltage measurement value V DET and the current measurement value IDET are transmitted from the battery unit 12 to the main control unit 11.
- the current flowing through the positive terminal 24 is classified into the discharge current and the charging current of the battery unit 21 according to the direction, and the current flowing through the positive terminal 24 is a discharge current and the charging current.
- the polarities of the current measurement values IDET are different from each other.
- the voltage measuring device 22 and the current measuring device 23 may be provided outside the battery unit 12.
- discharge and charge mean discharge and charge of the battery part 21 unless there is particular description.
- the switching circuit 13 includes a charge switch 31 and a discharge switch 32.
- Each of the charge switch 31 and the discharge switch 32 is an arbitrary type of semiconductor switching element or mechanical switching element.
- the charge switch 31 and the discharge switch 32 can be formed using a metal oxide film field effect transistor (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) or an insulated gate bipolar transistor (Insulated Gate Bipolar Transistor).
- the main control unit 11 can individually control the on / off of the charge switch 31 and the discharge switch 32.
- the charge switch 31 and the discharge switch 32 are connected in series between the input terminal 34 and the output terminal 35 of the switching circuit 13, and the connection point 33 is a connection point between the charge switch 31 and the discharge switch 32.
- the charge switch 31 is interposed between the input terminal 34 and the connection point 33
- the discharge switch 32 is interposed between the connection point 33 and the output terminal 35.
- the breaker 14 is composed of a mechanical relay or the like interposed in series between the battery unit 12 and the switching circuit 13, and disconnects the connection between the battery unit 12 and the switching circuit 13 when necessary. More specifically, the positive terminal 24 and the connection point 33 are connected via the breaker 14. In the following description, it is assumed that the connection between the battery unit 12 and the switching circuit 13 is maintained unless otherwise specified.
- the storage unit 15 is a memory including a semiconductor memory or a magnetic disk.
- the main control unit 11 can store arbitrary information in the storage unit 15 and can read arbitrary information stored in the storage unit 15 at an arbitrary timing.
- the storage unit 15 may be connected to the main control unit 11 via a communication network such as the Internet network.
- AC power source ACP is, for example, a commercial AC power supply, and outputs an AC voltage having a predetermined frequency and voltage value.
- the AC / DC converter 16 converts the AC voltage from the AC power source ACP into a DC voltage and outputs it. Only when the charging switch 31 is on, a DC voltage from the AC / DC converter 16 is applied to the connection point 33 via the input terminal 34 and the charging switch 31, and a battery using DC power from the AC / DC converter 16 is used.
- the unit 21 can be charged. When the charging switch 31 is off and the discharging switch 32 is on, a DC voltage generated by discharging the battery unit 21 is applied to the output terminal 35 via the discharging switch 32.
- a DC load (not shown) driven by DC power may be connected to the output terminal 35.
- a DC power source (not shown; for example, a solar cell) that outputs DC power is input to the input terminal 34. You may make it connect to.
- a plurality of battery units 12 may be connected to the switching circuit 13.
- the main control unit 11 is provided with an SOC calculation unit 51.
- SOC state of charge
- the storage capacity of the battery unit 21 and the remaining capacity of the battery unit 21 refer to the same capacity (capacity stored in the battery unit 21) although the expressions are different from each other.
- the unit of SOC is percent.
- the unit of capacity such as storage capacity or remaining capacity is A ⁇ h (ampere hour) or mA ⁇ h (ampere hour).
- FIG. 3 is an image diagram of the SOC.
- the SOC is 100% when the battery unit 21 is in a fully charged state, and the SOC is 0% when the battery unit 21 is in a discharge end state.
- the discharge end state may be called a complete discharge state.
- the fully charged state and the discharge end state refer to a specific state of the battery unit 21 determined by the designer (including the applicant and the inventor) of the battery system 1. After the battery unit 21 reaches the fully charged state, the battery unit 21 may be further safely charged. However, the designer can define the fully charged state with a margin for overcharging. Similarly, after the battery unit 21 reaches the end-of-discharge state, it may be possible to discharge the battery unit 21 more safely, but the designer defines the end-of-discharge state with a margin for overdischarge. Can do.
- the storage capacity of the battery unit 21 in the fully charged state is larger than the storage capacity of the battery unit 21 in the end-of-discharge state.
- the discharge or condition is fully charged state in which the output voltage value is equal to a predetermined voltage value V H of the battery unit 21 at the time the charging current is zero the battery unit 21
- the discharge or charge current of the battery unit 21 A state in which the output voltage value of the battery unit 21 coincides with the predetermined voltage value VL at zero corresponds to a discharge end state.
- the designer of the battery system 1 can determine the voltage values V H and V L so that V H > V L is satisfied.
- the state in which the output voltage value of the battery unit 21 matches the predetermined voltage value V H ′ corresponds to the fully charged state, and the battery unit 21 is discharged.
- a state in which the output voltage value of the battery unit 21 matches the predetermined voltage value V L ′ when the charging current value is the predetermined value corresponds to the discharge end state.
- the designer of the battery system 1 can determine the voltage values V H ′ and V L ′ so that V H ′> V L ′ is established.
- the main control unit 11 e.g., capacity learning control unit 52
- the main control unit 11 based on the basis or voltage measurements V DET and the current measured value I DET to voltage measurements V DET, whether the state of the battery unit 21 is in a fully charged state not And whether or not the state of the battery unit 21 is the discharge end state can be determined.
- the full charge capacity of the battery unit 21 is represented by the symbol J.
- the full charge capacity J is the storage capacity of the battery unit 21 when the battery unit 21 is in a fully charged state.
- the SOC calculated by the SOC calculation unit 51 is particularly called an SOC calculated value.
- the SOC calculation unit 51 can obtain the SOC calculated value from the integration result of the full charge capacity J and the measured current value IDET , and sequentially updates the SOC calculated value based on the sequentially acquired measured current value IDET .
- the SOC calculated value SOC [t2] at time t2 after time t1 is expressed by the following equation (1).
- Q IN [t1: t2] is the total amount of charge of the battery unit 21 between times t1 and t2
- Q OUT [t1: t2] is the discharge current of the battery unit 21 between times t1 and t2. This is the total amount of electricity.
- the unit of the electric quantity is A ⁇ h (ampere hour) or mA ⁇ h (ampere hour) in the same manner as the capacity.
- the full charge capacity J substantially coincides with the rated capacity of the battery unit 21, but the full charge capacity J usually decreases as the battery unit 21 is repeatedly charged and discharged. I will do it. Since the calculated SOC value at a certain timing is obtained with reference to the full charge capacity J at that timing, the SOC calculation unit 51 cannot obtain the correct SOC unless the change in the full charge capacity J is taken into consideration.
- the capacity learning control unit 52 (see FIG. 2) provided in the main control unit 11 executes a capacity learning process for measuring the full charge capacity J as necessary.
- the capacity learning process is a first capacity learning process or a second capacity learning process.
- the battery unit 21 is discharged from the state in which the battery unit 21 is in a fully charged state until the battery unit 21 reaches a discharge end state, and the amount of discharge electricity (discharge amount) in the discharge process. Is acquired as a capacity learning value. For example, when the battery unit 21 is fully charged at time t3, the capacity learning control unit 52 turns off the charge switch 31 and turns on the discharge switch 32 after time t3, and the battery unit 21 is discharged from time t3. The amount of electricity discharged until time t4 when the terminal is in the end state is acquired as the capacity learning value.
- a process of forcibly charging the battery unit 21 before the time t3 and bringing the battery unit 21 to a fully charged state at the time t3 may be included in the first capacity learning process. Further, when performing the first capacity learning process, the discharge current of the battery unit 21 may be supplied to a dedicated load (not shown) different from the load LD. In this case, between the times t3 and t4, for example, the capacity learning control unit 52 turns off both the charge switch 31 and the discharge switch 32 while connecting the battery unit 21 and the dedicated load via a dedicated switch (not shown). That's fine. In addition, the battery unit 21 may be temporarily charged during the period between the times t3 and t4. In this case, the temporary charge amount may be subtracted from the capacity learning value.
- the battery unit 21 is charged until the battery unit 21 is fully charged starting from the state in which the battery unit 21 is in the discharge end state, and the amount of charge (charge amount) in the charging process is charged. Is acquired as a capacity learning value. For example, when the battery unit 21 is in a discharge end state at time t5, the capacity learning control unit 52 turns on the charge switch 31 and turns off the discharge switch 32 after time t5, and the battery unit 21 is fully charged from time t5. The amount of charge electricity until time t6 when the charging state is reached is acquired as a capacity learning value.
- a process of forcibly discharging the battery unit 21 before the time t5 and causing the battery unit 21 to reach a discharge end state at the time t5 may be included in the second capacity learning process. Further, the battery unit 21 may be temporarily discharged during the period between the times t5 and t6. In this case, the temporary discharge amount of electricity may be subtracted from the capacity learning value.
- the SOC calculation unit 51 substitutes the obtained capacity learning value for the full charge capacity J (the full charge capacity J is obtained with the obtained capacity learning value). Is used for subsequent SOC calculation. It may be considered that the capacity learning process includes a process of updating the full charge capacity J with the capacity learning value.
- the initial value of the full charge capacity J may be a predetermined rated capacity of the battery unit 21, or the initial value of the full charge capacity J may be given in the first capacity learning process.
- first to seventh embodiments will be described as examples of execution control of capacity learning processing or examples of techniques related thereto. As long as there is no contradiction, any one of the first to seventh embodiments can be combined.
- an estimation block (estimation unit) 53 and a measurement block (measurement unit) 54 provided in the main control unit 11 shown in FIG. 4 function significantly. Although different from that shown in FIG. 4, one or both of the estimation block 53 and the measurement block 54 may be provided in the capacity learning control unit 52.
- FIG. 5 is an operation flowchart of the battery system 1 with particular attention paid to the function of the main control unit 11.
- the processes of steps S11, S12, and S13 can be sequentially executed.
- the timing calculation processing in step S11 is performed is referred to as a timing T A1.
- Processing in steps S11 ⁇ S13 of FIG. 5 is executed when the discharge of the battery unit 21 is performed in the following timing T A1.
- step S11 estimation block 53, based on the SOC calculated value and the full charge amount J in the timing T A1, to estimate the dischargeable electric quantity CAL A in which the timing T A1 as a reference. More specifically, the estimation block 53, the product of the full charge amount J in SOC calculated value and the timing T A1 at the timing T A1, estimates calculated as dischargeable electric quantity CAL A in which the timing T A1 as a reference.
- the dischargeable electric quantity CAL A is a discharge electric quantity that can be taken out from the battery unit 21 after the timing T A1 until the battery unit 21 reaches a discharge end state.
- the SOC calculated value at a certain timing is obtained based on the integration result of the current measurement value IDET up to the timing. Accordingly, the dischargeable electric quantity CAL A is derived and estimated using the integration result of the current measurement value IDET up to the timing T A1 (the same applies to CAL B , CAL C, and CAL D described later).
- step S11 After determining the dischargeable electric quantity CAL A at step S11, the discharge of the battery unit 21 is made, the battery unit 21 at the timing T A2 later than the timing T A1 is assumed to have reached the final discharge state.
- the measurement block 54 by integrating the measured current value I DET between the timing T A1 and T A2, to calculate the discharged amount of electricity REAL A battery unit 21 during the timing T A1 and T A2. That is, in step S12, the measurement block 54 measures the actual discharge electric quantity REAL A from the timing T A1 until the state of the battery unit 21 reaches the discharge end state, using the current measuring device 23.
- the capacity learning control unit 52 compares the electric quantity CAL A estimated by the estimation block 53 with the electric quantity REAL A measured by the measurement block 54, thereby executing the capacity learning process. Determine no.
- the capacity learning control unit 52 determines that the capacity learning process needs to be executed, the capacity learning process is executed under the control of the capacity learning control unit 52. That is, it can be said that the determination of whether or not the capacity learning process is necessary is control, determination or determination of the execution timing of the capacity learning process.
- the capacity learning control unit 52 determines that it is necessary to execute the capacity learning process when the following expression (A1) is established, and executes the capacity learning process (for example, the second capacity learning process).
- TH A is a predetermined reference electric quantity having a positive value. Note that the inequality sign “ ⁇ ” in the formula (A1) and the following formulas (B1), (C1), and (D1) may be changed to the inequality sign “>”.
- steps S21 to S23 in FIG. 6 are used instead of steps S11 to S13 in FIG.
- the process may be executed.
- the timing at which the estimation process of step S21 is performed is referred to as timing TB1 . Processing in steps S21 ⁇ S23 of FIG. 6 is executed when the discharge of the battery unit 21 is performed at the timing T B1 later.
- step S21 estimation block 53 by dividing the product of the full charge amount J in SOC calculated value and the timing T B1 at the timing T B1 at a constant current value I CONST, dischargeable time relative to the timing T B1 CAL B is estimated.
- the time CAL B represents the length of time during which the battery unit 21 can be continuously discharged at the constant current value I CONST .
- Timing T B1 after, it made the discharge by continuously constant current value I CONST, battery unit 21 at the timing T B2 later than the timing T B1 is assumed that led to the final discharge state.
- the measurement block 54 measures the time length between the timings T B1 and T B2 and outputs the measurement result as the discharge time REAL B in step S22. That is, the measurement block 54 measures the actual discharge time REAL B from the timing T B1 until the battery unit 21 reaches the discharge end state.
- the capacity learning control unit 52 compares the time CAL B estimated by the estimation block 53 with the time REAL B measured by the measurement block 54, thereby determining whether or not the capacity learning process needs to be performed. to decide. Specifically, the capacity learning control unit 52 determines that it is necessary to execute the capacity learning process when the following formula (B1) is established, and executes the capacity learning process (for example, the second capacity learning process). ) Is not established, it is determined that the capacity learning process is unnecessary, and the capacity learning process is not executed.
- TH B is a predetermined reference time having a positive value.
- the operation flowchart of FIG. 7 includes the processes of steps S31 to S33.
- the timing estimation processing in step S31 is performed is referred to as a timing T C1.
- the battery unit 21 is charged after the timing T C1 .
- step S31 estimation block 53, the product of the full charge amount J in SOC calculated value and the timing T C1 in the timing T C1, by subtracting from the full charge amount J in the timing T C1, and the timing T C1 as a reference
- the chargeable amount of electricity CAL C is estimated.
- the chargeable amount of electricity CAL C is the amount of electricity that can be supplied to the battery unit 21 after the timing T C1 until the battery unit 21 reaches a fully charged state.
- step S31 the battery unit 21 is charged, and the battery unit 21 reaches a fully charged state at a timing T C2 after the timing T C1 .
- the measurement block 54 by integrating the measured current value I DET between the timing T C1 and T C2, and calculates the quantity of charged electricity REAL C of the battery 21 between the timing T C1 and T C2. That is, in step S32, the measurement block 54 measures the actual amount of charge REAL C until the state of the battery unit 21 reaches the fully charged state from the timing T C1 using the current measuring device 23.
- the capacity learning control unit 52 compares the electric quantity CAL C estimated by the estimation block 53 with the electric quantity REAL C measured by the measurement block 54, thereby executing the capacity learning process. Determine no. Specifically, the capacity learning control unit 52 determines that it is necessary to execute the capacity learning process when the following expression (C1) is established, executes the capacity learning process (for example, the first capacity learning process), and performs the following expression (C1 ) Is not established, it is determined that the capacity learning process is unnecessary, and the capacity learning process is not executed.
- TH C is a predetermined reference electric quantity having a positive value.
- steps S41 to S41 in FIG. 8 are used instead of steps S31 to S33 in FIG. You may perform the process of S43.
- the timing at which the estimation process in step S41 is performed is referred to as timing TD1 . Processing in steps S41 ⁇ S43 of FIG. 8 is executed when the charging of the battery unit 21 is performed in the following timing T D1.
- step S41 the estimation block 53, a chargeable quantity of electricity at the timing T D1 by subtracting the product of the full charge amount J in SOC calculated value and the timing T D1 from the full charge amount J in the timing T C1 in the timing T D1
- the chargeable time CAL D on the basis of the timing T D1 is estimated by obtaining and dividing the chargeable amount of electricity by the constant current value I CONST ′.
- the time CAL D represents the length of time during which the battery unit 21 can be continuously charged with the constant current value I CONST ′.
- Timing T D1 after the charging by continuously constant current value I CONST 'made it is assumed that the battery unit 21 at the timing T D2 later than the timing T D1 has reached the fully charged state.
- the measurement block 54 measures the time length between the timings T D1 and T D2 and outputs the measurement result as the charging time REAL D in step S42. That is, the measurement block 54 measures the actual charging time REAL D until the battery unit 21 reaches a fully charged state with the timing T D1 as a starting point.
- the capacity learning control unit 52 compares the time CAL D estimated by the estimation block 53 with the time REAL D measured by the measurement block 54, thereby determining whether or not the capacity learning process needs to be performed. to decide. Specifically, the capacity learning control unit 52 determines that it is necessary to execute the capacity learning process when the following formula (D1) is established, and executes the capacity learning process (for example, the first capacity learning process). ) Is not established, it is determined that the capacity learning process is unnecessary, and the capacity learning process is not executed.
- TH D is the predetermined reference time has a positive value.
- the reference electric quantities TH A and TH C may be fixed values determined based on the rated capacity of the battery unit 21. For example, the rated capacity of the battery unit 21 is multiplied by a positive value less than 1.
- the capacity value (the unit is A ⁇ h or mA ⁇ h) may be substituted for TH A or TH C.
- the reference electrical quantities TH A and TH C may be the same as each other or different from each other. When the reference electrical quantities TH A and TH C are different from each other, the determination criterion for determining whether or not the capacity learning process is necessary is different between discharging and charging (the same applies to differences in TH B and TH D ). ).
- the capacity learning control unit 52 may change the reference electric quantities TH A and TH C according to the full charge capacity J or the temperature of the battery unit 21 or the like.
- the reference time TH B may be a fixed value determined based on the rated capacity and the constant current value I CONST of the battery unit 21, and the reference time TH D is the rated capacity and the constant current value of the battery unit 21. It may be a fixed value determined based on I CONST '.
- the reference times TH B and TH D may be the same as each other or different from each other.
- the capacity learning control unit 52 may change the reference times TH B and TH D according to the full charge capacity J or the temperature of the battery unit 21 or the like.
- the capacity learning process is performed to suppress the deviation. Execution is necessary.
- the deviation increases, the inequality (A1), (B1), (C1), or (D1) is established.
- the main control unit 11 determines the success or failure of these inequalities through the procedure of FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, or FIG. Thereby, it is possible to appropriately determine whether or not the capacity learning process is necessary during normal operation of the battery system 1 accompanied by discharging or charging of the charging unit 21, and only when the capacity learning process is truly necessary. Processing can be performed.
- the capacity learning control unit is executed only when the series of operations including the processing of steps S11 and S12 and the success / failure determination of the equation (A1) is repeatedly executed and the equation (A1) is established for a predetermined time.
- 52 may execute a capacity learning process. Thereby, the reliability of the necessity determination of the capacity learning process can be improved.
- the capacity learning control is performed only when the series of operations including the processing of steps S21 and S22 and the success / failure determination of the formula (B1) is repeatedly executed and the formula (B1) is established for a predetermined time.
- the unit 52 may execute a capacity learning process.
- FIG. 5 the capacity learning control unit is executed only when the series of operations including the processing of steps S11 and S12 and the success / failure determination of the equation (A1) is repeatedly executed and the equation (A1) is established for a predetermined time.
- the capacity learning control is performed only when the series of operations including the processing of steps S31 and S32 and the success / failure determination of the equation (C1) is repeatedly executed and the equation (C1) is established continuously for a predetermined time.
- the unit 52 may execute a capacity learning process.
- the capacity learning control is performed only when the series of operations including the processing of steps S41 and S42 and the success / failure determination of expression (D1) is repeatedly executed and expression (D1) is established for a predetermined time.
- the unit 52 may execute a capacity learning process.
- Second Example A second embodiment will be described.
- the second embodiment is implemented in combination with the first embodiment. If the capacity learning process is executed, the deviation between the calculated SOC value and the true SOC is expected to be small for a certain period after the execution. However, if the battery deterioration progresses considerably, the above-described deviation increases in a short period even if the capacity learning process is executed.
- the capacity learning control unit 52 monitors the frequency of execution of the capacity learning process (the number of times the capacity learning process is executed per unit time), and when the frequency is equal to or higher than a predetermined reference frequency, A determination regarding deterioration is made and a deterioration signal is output.
- the determination regarding deterioration refers to determining that the deterioration state of the battery unit 21 has reached a specific state (a state in which the battery unit 21 needs to be replaced).
- the deterioration signal is a signal indicating that the deterioration state of the battery unit 21 has reached a specific state, and the battery unit 21 currently incorporated in the battery system 1 is replaced with another battery unit 21 (new battery unit 21). It can also be said that the signal indicates what should be done.
- the user or administrator of the battery system 1 can recognize whether or not the degradation signal is output through video output, audio output, light emission of the light emitting diode, or the like according to the degradation signal.
- the output of such a deterioration signal makes it possible to appropriately determine the replacement time of the battery unit 21.
- the capacity learning control unit 52 counts the number of times the capacity learning process has been executed, and when the counted number reaches a predetermined reference number, makes a determination regarding the deterioration of the battery unit 21 and outputs a deterioration signal. You may do it.
- a third embodiment will be described.
- the third embodiment is implemented in combination with the first embodiment.
- a two-stage reference may be provided, and the battery unit 21 may be determined to be deteriorated together with the necessity of executing the capacity learning process.
- step S13 the capacity learning control unit 52 determines the success or failure of the following formulas (A2) and (A3) based on the electric quantities CAL A and REAL A , and in step S23, the following formula is calculated based on the electric quantities CAL B and REAL B. The success or failure of (B2) and (B3) is determined.
- step S33 the success or failure of the following formulas (C2) and (C3) is determined based on the electric quantities CAL C and REAL C.
- step S43 the electric quantities CAL D and The success or failure of the following formulas (D2) and (D3) is determined based on REAL D.
- the inequality sign “ ⁇ ” in the formulas (A2), (A3), (B2), (B3), (C2), (C3), (D2) and (D3) may be changed to the inequality sign “>”.
- the inequality sign “>” in (A2), (B2), (C2), and (D2) may be changed to the inequality sign “ ⁇ ”.
- the capacity learning control unit 52 Capacity when the expressions (A2) and (A3) are not satisfied, when the expressions (B2) and (B3) are not satisfied, when the expressions (C2) and (C3) are not satisfied, or when the expressions (D2) and (D3) are not satisfied It is determined that the execution of the learning process is unnecessary, the capacity learning process is not executed, and When formula (A2), (B2), (C2) or (D2) is established, it is determined that the capacity learning process needs to be executed, and the capacity learning process is executed. When the expressions (A3), (B3), (C3), or (D3) are established, the determination regarding the deterioration of the battery unit 21 is made and the deterioration signal is output.
- TH A1 , TH A2 , TH C1 and TH C2 are predetermined reference electric quantities having positive values, and TH A2 > TH A1 and TH C2 > TH C1 .
- TH B1 , TH B2 , TH D1 and TH D2 are predetermined reference times having positive values, and TH B2 > TH B1 and TH D2 > TH D1 .
- the reference electrical quantities TH A1 , TH A2 , TH C1, and TH C2 may be fixed values determined based on the rated capacity of the battery unit 21, and the capacity learning control unit 52 may store the full charge capacity J or
- the reference electrical quantities TH A1 , TH A2 , TH C1, and TH C2 may be changed according to the temperature of the battery unit 21 or the like.
- the reference electric quantities TH A1 and TH C1 may be the same or different from each other.
- the reference electric quantities TH A2 and TH C2 may be the same as each other or different from each other.
- the reference times TH B1 , TH B2 , TH D1 and TH D2 may be fixed values determined based on the rated capacity of the battery unit 21 and the constant current value (I CONST or I CONST ′).
- the capacity learning control unit 52 may change the reference times TH B1 , TH B2 , TH D1 and TH D2 according to the full charge capacity J or the temperature of the battery unit 21.
- the reference times TH B1 and TH D1 may be the same as each other or different from each other.
- the reference times TH B2 and TH D2 may be the same as each other or different from each other.
- an SOC specifying unit 55 for specifying the SOC of the battery unit 21 based on the measured voltage value V DET is provided in the main control unit 11.
- the SOC calculated by the SOC calculation unit 51 is represented by the symbol “SOC1”
- the SOC identified by the SOC identification unit 55 is represented by the symbol “SOC2”.
- the equivalent circuit of the battery unit 21 can be considered as a series circuit of a DC voltage source and an internal resistance. If the open output voltage of the battery unit 21 is known, it is possible to know the SOC of the battery unit 21 from the characteristics of the battery unit 21. In particular, when the battery unit 21 is composed of a lithium ion battery, there is a feature that the relationship between the open output voltage of the battery unit 21 and the SOC is kept substantially constant at least under normal deterioration conditions. Therefore, the SOC can be accurately estimated from the open output voltage without depending on the deterioration degree of the battery unit 21.
- the lithium ion battery has deteriorated from the first state where the full charge capacity J is 20 A ⁇ h to the second state where the full charge capacity J is 18 A ⁇ h.
- the SOC is 50%.
- the remaining capacity is 9 A ⁇ h in the second state
- the SOC is 50%, but the remaining capacity is 10 A ⁇ h in the first state.
- the open output voltage of the lithium ion battery in the second state is almost the same as the open output voltage of the lithium ion battery when the remaining capacity is 9 A ⁇ h in the second state.
- step S61 the SOC specifying unit 55 has stopped charging and discharging of the battery unit 21 by monitoring the measured current value IDET or by monitoring the energization state of the charge switch 31 and the discharge switch 32. It is determined whether or not, and only when the charging and discharging of the battery unit 21 is stopped, the execution of the processes of steps S62 to S64 is permitted.
- step S ⁇ b> 62 the SOC specifying unit 55 acquires the measurement voltage value V DET from the voltage measuring device 22.
- the charging and timing discharge is obtained by and the measured voltage value V DET a timing which stops the battery unit 21 with is referred to as a timing T E, symbols measured voltage value V DET at the timing T E V DET [T E ].
- the SOC specifying unit 55 specifies SOC2 [T E ], which is the SOC2 of the timing T E , based on the measured voltage value V DET [T E ].
- the relationship between the output voltage of the battery unit 21 and the SOC of the battery unit 21 under conditions where the charging current and the discharge current of the battery unit 21 are zero is determined in advance through experiments or the like.
- the table data may be stored in the storage unit 15 in FIG.
- the SOC specifying unit 55 can specify SOC2 [T E ] based on the first table data and the measured voltage value V DET [T E ].
- a formula that defines the above relationship may be determined, and SOC2 [T E ] may be derived by substituting the measured voltage value V DET [T E ] into the formula.
- the SOC calculation unit 51 always calculates and updates the SOC 1 based on the measured current value IDET according to the method described above.
- the capacity learning control unit 52 acquires SOC1 at the timing T E from the SOC calculation unit 51 as SOC1 [T E ].
- the capacity learning control unit 52 compares the SOC1 [T E ] and the SOC2 [T E ] to determine whether or not the capacity learning process is necessary. Specifically, the capacity learning control unit 52 executes the capacity learning process by determining that the capacity learning process needs to be executed when the following formula (E1) is established, and performs the capacity learning process when the following expression (E1) is not established. The capacity learning process is not executed because it is determined that the execution is unnecessary.
- TH E is a predetermined reference value that satisfies “1> TH E > 0”. Note that the inequality sign “ ⁇ ” in the formula (E1) and the following formula (F1) may be changed to the inequality sign “>”.
- the battery system 1 may be operated according to the operation flowchart of FIG. 11 including steps S71 to S74. The operation procedure of FIG. 11 will be described.
- step S71 the SOC specifying unit 55 determines whether the charging or discharging of the battery unit 21 is charging or discharging under a predetermined condition by monitoring the measured current value IDET. Only when the charging or discharging of the battery unit 21 is charging or discharging under a specific condition, the execution of the processes of steps S72 to S74 is permitted.
- step S ⁇ b> 72 the SOC specifying unit 55 acquires the measured voltage value V DET from the voltage measuring device 22.
- the timing of charge or discharge is a timing which is charged or discharged for a specific condition set in advance and the measured voltage value V DET of the battery unit 21 is acquired with called a timing T F, the measured voltage at the timing T F
- the value V DET is represented by the symbol V DET [T F ].
- SOC specifying unit 55 based on the measured voltage value V DET [T F], identifies which is the SOC2 timing T F SOC2 [T F].
- the specific condition is, for example, a first condition in which the absolute value of the measured current value IDET is not more than a predetermined minute value (that is, the charging current value or the discharging current value of the battery unit 21 is not more than a predetermined minute value). is there. This is because if the current value of charging or discharging is very small, there are few harmful effects even if it is regarded as zero. Therefore, when the specific condition is the first condition, SOC2 [T F ] can be specified based on the first table data and the measured voltage value V DET [T F ]. At this time, SOC2 [T F ] may be corrected in consideration of the measured current value IDET at the timing T F.
- a predetermined minute value that is, the charging current value or the discharging current value of the battery unit 21 is not more than a predetermined minute value.
- the specific condition is a second condition that the charge current value or the discharge current value of the battery unit 21 matches a predetermined specific current value. It is not easy to determine the relationship between voltage and SOC for each current value for various current values, but there is a limitation that the charging current value or discharging current value of the battery unit 21 matches the specific current value.
- the table data as described above. That is, the relationship between the output voltage of the battery unit 21 and the SOC of the battery unit 21 is determined in advance through experiments or the like under the condition that the charge current value or the discharge current value of the battery unit 21 matches a predetermined specific current value.
- the second table data that defines the relationship may be stored in the storage unit 15 of FIG. In this case, if the specific condition is the second condition, the SOC specifying unit 55 can specify SOC2 [T F ] based on the second table data and the measured voltage value V DET [T F ].
- the SOC calculation unit 51 always calculates and updates the SOC 1 based on the measured current value IDET according to the method described above.
- the capacity learning control unit 52 acquires SOC1 at the timing TF from the SOC calculation unit 51 as SOC1 [ TF ].
- the capacity learning control unit 52 determines whether or not the capacity learning process needs to be executed by comparing SOC1 [ TF ] and SOC2 [ TF ]. Specifically, the capacity learning control unit 52 determines that it is necessary to execute the capacity learning process when the following formula (F1) is established, and executes the capacity learning process. When the following expression (F1) is not satisfied, the capacity learning process is performed. The capacity learning process is not executed because it is determined that the execution is unnecessary.
- TH F is a predetermined reference value that satisfies “1> TH F > 0”.
- the reference values TH E and TH F may be fixed values, or may be variable values that change according to the full charge capacity J or the temperature of the battery unit 21.
- the reference values TH E and TH F may be the same as each other or different from each other. Further, the reference value TH F may be changed according to whether the current of the battery unit 21 at the timing TF is a charging current or a discharging current.
- the capacity learning process is performed to suppress the deviation. Execution is necessary. At this time, it is important to accurately estimate the magnitude of the deviation, but according to the above method, the magnitude of the deviation can be accurately estimated by voltage measurement. Thereby, it is possible to appropriately determine whether or not the capacity learning process is necessary during normal operation of the battery system 1 accompanied by discharging or charging of the charging unit 21, and only when the capacity learning process is truly necessary. Processing can be performed.
- the capacity learning control unit is executed only when the series of operations consisting of the processing of steps S61 to S63 and the success / failure determination of the equation (E1) are repeatedly executed and the equation (E1) is established for a predetermined time.
- 52 may execute a capacity learning process. Thereby, the reliability of the necessity determination of the capacity learning process can be improved.
- the capacity learning control is performed only when the series of operations including the processing of steps S71 to S73 and the success / failure determination of the equation (F1) is repeatedly executed and the equation (F1) is established for a predetermined time.
- the unit 52 may execute a capacity learning process.
- the technique described in the second embodiment can be applied to the fourth embodiment. Therefore, for example, the capacity learning control unit 52 according to the fourth embodiment makes a determination on the deterioration of the battery unit 21 and outputs the deterioration signal when the frequency of the capacity learning process is equal to or higher than a predetermined reference frequency. Also good.
- ⁇ 5th Example A fifth embodiment will be described.
- the fifth embodiment is implemented in combination with the fourth embodiment.
- a two-stage reference may be provided, and the deterioration determination of the battery unit 21 may be performed together with the necessity determination of the capacity learning process.
- step S64 or S74 in FIG. 10 or FIG. 11 the following processing may be performed.
- the capacity learning control unit 52 determines success or failure of the following formulas (E2) and (E3) based on SOC1 [T E ] and SOC2 [T E ], and in step S74, SOC1 [T F ] and SOC2
- the success or failure of the following formulas (F2) and (F3) is determined based on [T F ].
- the inequality sign “ ⁇ ” may be changed to the inequality sign “>” in the formulas (E2), (E3), (F2), and (F3), and the inequality sign “>” in (E2) and (F2) may be changed to the inequality sign “>”. It may be changed to “ ⁇ ”.
- TH E2 >
- the capacity learning control unit 52 When the expressions (E2) and (E3) are not established, or when the expressions (F2) and (F3) are not established, it is determined that the execution of the capacity learning process is unnecessary and the capacity learning process is not executed, and When the formula (E2) or (F3) is established, it is determined that the capacity learning process needs to be executed, the capacity learning process is executed, and When the expression (E3) or (F3) is established, the determination regarding the deterioration of the battery unit 21 is made and the deterioration signal is output.
- TH E1 , TH E2 , TH F1 and TH F2 are predetermined reference values satisfying “1> TH E2 > TH E1 > 0” and “1> TH F2 > TH F1 > 0”.
- the reference values TH E1 , TH E2 , TH F1, and TH F2 may be fixed values or may be variable values that change according to the full charge capacity J or the temperature of the battery unit 21.
- the reference values TH E1 and TH F1 may be the same as each other or different from each other.
- the reference values TH E2 and TH F2 may be the same as each other or different from each other. Further, the reference values TH F1 and TH F2 may be changed according to whether the current of the battery unit 21 at the timing TF is a charging current or a discharging current.
- Each of the above-mentioned CAL A , CAL B , CAL C , CAL D , SOC1 [T E ] and SOC1 [T F ] corresponds to the first contrast amount
- Each of [T E ] and SOC2 [T F ] corresponds to the second contrast amount (see FIGS. 5 to 8, FIG. 10, and FIG. 11).
- the capacity learning control unit 52 performs the capacity learning process when the error between the first and second contrast amounts is larger than a predetermined reference (for example, TH A , TH B , TH C , TH D , TH E or TH F ).
- the capacity learning process is executed by determining that the execution is necessary, and the error between the first and second contrast amounts is determined based on a predetermined reference (for example, TH A , TH B , TH C , TH D , TH E or TH F ). If it is smaller, the capacity learning process is judged to be unnecessary and the capacity learning process is not executed.
- the error between the first and second contrast amounts is expressed by the difference between the first and second contrast amounts, but the error between the first and second contrast amounts is It may be expressed by a ratio between the first and second contrast amounts.
- the ratio between the first and second contrast amounts is, for example, CAL A / REAL A , CAL B / REAL B , CAL C / REAL C , CAL D / REAL D , SOC1 [T E ] / SOC2 [T E ]. Or it is SOC1 [ TF ] / SOC2 [ TF ], or their reciprocal.
- the state where the ratio between the first and second contrast amounts deviates from the predetermined reference numerical range belongs to a state where the error between the first and second contrast amounts is larger than the predetermined reference, and the first and second contrast amounts It can be considered that the state in which the ratio is within the predetermined reference numerical value range belongs to a state in which the error between the first and second contrast amounts is smaller than the predetermined reference.
- the reference numerical value range is a numerical value range that is equal to or smaller than a predetermined threshold value TH U and equal to or larger than a predetermined threshold value TH L , and TH U >1> TH L > 0.
- the capacity learning control unit 52 has a state ST 1 in which an error between the first and second contrast amounts is smaller than a predetermined first reference (for example, TH A1 , TH B1 , TH C1 , TH D1 , TH E1, or TH F1 ).
- a predetermined first reference for example, TH A1 , TH B1 , TH C1 , TH D1 , TH E1, or TH F1 .
- the capacity learning process is determined to be unnecessary and the capacity learning process is not executed, and the error between the first and second contrast amounts is a predetermined first reference (for example, TH A1 , TH B1 , TH C1 , TH D1, TH E1 or TH F1) larger than but a predetermined second reference (e.g., in TH A2, TH B2, TH C2 , TH D2, TH E2 or TH F2) smaller state ST 2 than capacity learning processing execution is judged necessary to execute the capacity learning process, the error between the first and second contrast amount is in large state ST 3 than the second reference, the degradation at an determination as to deterioration of the battery unit 21 And it outputs the signal.
- a predetermined first reference for example, TH A1 , TH B1 , TH C1 , TH D1, TH E1 or TH F1
- a predetermined second reference e.g., in TH A2, TH B2, TH C2 , TH D2, TH E
- the error between the first and second contrast amounts is expressed by the difference between the first and second contrast amounts, but between the first and second contrast amounts.
- the error may be expressed by a ratio between the first and second contrast amounts. State the ratio between the first and second contrast amount is within a predetermined first reference value range belongs to state ST 1, although the ratio between the first and second contrast amount deviates from the first reference value range predetermined the state falls within a second reference value range of belonging to a state ST 2, the state in which the ratio between the first and second contrast amount deviates from the second reference value range belongs to state ST 3, and can be considered.
- the first reference numerical range is a numerical range not more than a predetermined threshold TH U1 and not less than a predetermined threshold TH L1
- the second reference numerical range is a numerical range not more than a predetermined threshold TH U2 and not less than a predetermined threshold TH L2.
- a seventh embodiment will be described.
- the SOC calculation by the SOC calculation unit 51 is performed.
- the value may be corrected to 100% (of course, if the SOC calculated value before correction is 100%, the correction is not necessary).
- the SOC calculation unit 51 It is also possible to correct the calculated SOC value to 0% (of course, the correction is unnecessary if the calculated SOC value before correction is 0%). It should be noted that modifications other than 100% and 0% are possible. For example, when the measured voltage value V DET reaches a predetermined voltage value corresponding to 5% SOC in the process of increasing or decreasing the output voltage of the battery unit 21, the SOC calculated value by the SOC calculating unit 51 is corrected to 5%. (Of course, if the SOC calculated value before correction is 5%, the correction is not necessary).
- the SOC calculation error caused by the measurement error of the current measuring device 23 can be corrected during the daily operation of the battery system 1.
- these modifications alone cannot cope with the change in the full charge capacity J, it is necessary to execute a capacity learning process.
- All or part of the battery system 1 shown in FIG. 1 can be mounted on various other systems and devices.
- a mobile body electric vehicle, ship, aircraft, elevator
- a walking robot, etc. or an electronic device (personal computer, portable terminal, etc.), or may be incorporated in a power system of a house or factory.
- the main control unit 11 can be configured by hardware or a combination of hardware and software.
- a function realized using software may be described as a program, and the function may be realized by executing the program on a program execution device (for example, a computer).
- the main control unit 11 functions as a battery state detection device or includes a battery state detection device.
- the battery state detection device can detect, calculate, estimate, or derive the target amount corresponding to the full charge capacity J using the capacity learning value obtained by the capacity learning process.
- the SOC is given as an example of the target amount according to the full charge capacity J, but the target amount may be an amount other than the SOC (for example, the full charge capacity J itself).
- the detected target amount may be presented to the user or administrator of the battery system 1 via video output, audio output, light emission of a light emitting diode, or the like.
- SOC1 and SOC2 are examples of state values corresponding to the remaining capacity and the full charge capacity J of the battery unit 21, and SOC1 and SOC2 are the first and second state values, respectively. It can also be called.
- the SOC calculating unit 51 functions as a first deriving unit that derives the first state value
- the SOC specifying unit 55 functions as a second deriving unit that derives the second state value.
- the main control unit 11 discharges the battery unit 21 until a specific timing (for example, T A1 , T B1 , T C1, or T D1 ).
- the chargeable amount of electricity CAL A , dischargeable time CAL B , chargeable amount of electricity CAL C or chargeable based on the specific timing is monitored by monitoring the charging status and using the calculated SOC value based on the monitoring result Time CAL D is estimated.
- the SOC calculation unit 51 monitors the state of discharging and charging of the battery unit 21 up to a specific timing (for example, T E or T F ), so that the SOC1 ( SOC calculated value) is derived.
- the monitoring target described in each of the above-described embodiments is a current value (integrated amount of current values) in discharging and charging of the battery unit 21, but the monitoring target is not limited to this, for example, discharging of the battery unit 21 Also, it may be a power value in charging (integrated amount of power value). That is, for example, the estimation block 53 indicates the current value integration result (current value integration result up to a specific timing) or power value integration result (electric power value integration result up to a specific timing) in discharging and charging of the battery unit 21.
- CAL A , CAL B , CAL C or CAL D may be estimated, and the SOC calculation unit 51 may calculate an integration result of current values in discharging and charging of the battery unit 21 (an integration result of current values up to a specific timing). ) Or the integration result of the power value (the integration result of the power value up to the specific timing), the SOC1 (SOC calculated value) at the specific timing may be derived.
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Abstract
電流測定器は、二次電池から成る電池部の充電又は放電の電流値を測定し、SOC算出部は、周期的に得られる電流測定値の積算結果に基づき電池部のSOCの増減を管理する。推定ブロックは、タイミングTA1におけるSOC算出値に基づき、タイミングTA1を基準とした放電可能電気量(タイミングTA1以後に放電可能な電気量)CALAを推定する。測定ブロックは、タイミングTA1を起点として電池部が放電終止状態(完全放電状態)になるまでの実際の放電電気量REALAを測定する。容量学習制御部は、推定された電気量CALAと測定された電気量REALAとの差の絶対値が所定の基準電気量以上であるとき、容量学習処理の実行が必要であると判断する。
Description
本発明は、電池の状態を検出する電池状態検出装置に関する。
二次電池の放電電力を利用する様々な機器において、二次電池のSOC(state of charge)が検出及び管理されている。一般的に、SOCとは、二次電池の満充電容量(二次電池が満充電状態にあるときの二次電池の蓄電容量)に対する二次電池の残容量の割合を指す。二次電池で駆動する機器のユーザに対してSOCを提示することでユーザは電池の充電状態を認識することができ、また、SOCに基づき機器自身が駆動可能時間を見積もることもできる。
SOC検出装置は、例えば二次電池の放電電流及び充電電流を周期的に測定し、測定値の積算結果を用いてSOCの増減を検知することができる。例えば、満充電容量が100A・h(アンペア・アワー)の二次電池のSOCが100%である状態を起点として、二次電池を30A・hだけ放電させ、その後、二次電池を10A・hだけ充電すれば、(100-30+10)/100=80%より、SOCは80%であると算出することができる。
電流測定値に基づくSOC算出値は、電流の測定誤差の蓄積により真のSOCから徐々にズレてゆくことがある。このズレは、例えば、二次電池が満充電状態になったときにSOC算出値を100%へ修正することで解消可能である。
一方、SOCは満充電容量にも依存するため、二次電池の劣化に伴う満充電容量の低下によってもSOC算出値は真のSOCからズレる。満充電容量の低下に起因するズレは、上記のような修正では対応できない。この点に関し、現在の満充電容量を学習するための容量学習処理が知られている(下記特許文献1参照)。
容量学習処理は、例えば、二次電池が満充電状態になっている状態を起点として二次電池が放電終止状態(完全放電状態)になるまで二次電池を放電させ、その放電過程における放電電気量を容量学習値として取得する処理である。容量学習値を現在の満充電容量に代入した上でSOCを算出するようにすれば、現在のSOCを正確に検知できるようになる。
容量学習処理によって二次電池の状態が放電終止状態になった後、二次電池を再び使用可能にするために二次電池を再び充電する必要がある。即ち、満充電状態及び放電終止状態間を往復させるための充電及び放電が容量学習処理には必要となるが、不必要な充電及び放電は二次電池の劣化を早めることになる。また、機器の駆動に二次電池の放電電力が必要なタイミングと容量学習処理の実行タイミングが重なると、機器を期待通りに駆動できないこともある。これらの事情からも分かるように、不必要な容量学習処理の実行は極力抑えられるべきであり、真に容量学習処理が必要なときだけに容量学習処理の実行を絞ることができれば有益である。
そこで本発明は、容量学習処理を適切なタイミングで実行させることのできる電池状態検出装置を提供することを目的とする。
本発明に係る第1の電池状態検出装置は、1以上の二次電池から成る電池部の満充電容量を計測するための容量学習処理の実行を介して、前記電池部の状態を検出する電池状態検出装置において、前記電池部の放電及び充電の状況を監視することにより、特定タイミングを基準とした前記電池部の放電可能電気量もしくは放電可能時間又は充電可能電気量もしくは充電可能時間を推定する推定部と、前記特定タイミングを起点として前記電池部の状態が放電終止状態に至るまでの実際の放電電気量もしくは放電時間、又は、前記特定タイミングを起点として前記電池部の状態が満充電状態に至るまでの充電電気量もしくは充電時間を測定する測定部と、前記推定部による推定結果と前記測定部による測定結果に基づき、前記容量学習処理の実行要否を判断する容量学習制御部と、を備えたことを特徴とする。
本発明に係る第2の電池状態検出装置は、1以上の二次電池から成る電池部の満充電容量を計測するための容量学習処理の実行を介して、前記電池部の状態を検出する電池状態検出装置において、前記電池部の放電及び充電の状況を監視することにより、前記電池部の残容量及び前記満充電容量に応じた状態値を第1状態値として導出する第1導出部と、前記電池部の充電及び放電の停止時において又は所定条件下における前記電池部の充電もしくは放電時において、前記電池部の出力電圧の測定値を取得し、取得測定値に基づき前記状態値を第2状態値として導出する第2導出部と、前記第1及び第2状態値に基づき、前記容量学習処理の実行要否を判断する容量学習実行制御部と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、容量学習処理を適切なタイミングで実行させることのできる電池状態検出装置を提供することが可能である。
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、物理量、状態量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって該記号又は符号に対応する情報、物理量、状態量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。
図1に、本発明の実施形態に係る電池システム1の概略的な全体構成図を示す。電池システム1は、図1に示される部位の全て又は一部を含んで形成される。例えば、電池システム1は、符号11~13によって参照される各部位を備え、更に、符号14~17によって参照される各部位の全部又は一部を備えうる。
主制御部11は、マイクロコンピュータ等から成り、電池ユニット12の充放電制御、スイッチング回路13のスイッチング制御、ブレーカ14の動作制御などを成す。
電池ユニット12は、1以上の二次電池から成る電池部21を備える。電池部21を形成する二次電池は、任意の種類の二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。電池部21を形成する二次電池の個数は1でも良いが、本実施形態では、電池部21が直列接続された複数の二次電池から成るものとする。但し、電池部21に含まれる二次電池の一部又は全部は、並列接続された複数の二次電池であっても良い。電池部21において、直列接続された複数の二次電池の内、最も高電位側に位置する二次電池の正極は正側端子24に接続され、最も低電位側に位置する二次電池の負極は負側端子25に接続される。正側端子24及び負側端子25は電池ユニット12における1対の出力端子に接続され、1対の出力端子を介して電池部21の充電及び放電が成される。
電池ユニット12には、更に電圧測定器22及び電流測定器23が設けられる。電圧測定器22は、電池部21の出力電圧、即ち、負側端子25の電位を基準とした正側端子24及び負側端子25間の電圧を測定する。本実施形態において、電圧とは、特に記述無き限り、基準電位である負側端子25の電位から見た電圧である。電圧測定器22による電池部21の出力電圧の測定値を記号VDETにて表す。電流測定器23は、正側端子24を介して流れる電流を測定する。電流測定器23による電流の測定値を記号IDETにて表す。電圧測定値VDET及び電流測定値IDETは、電池ユニット12から主制御部11に伝達される。正側端子24を介して流れる電流は、その向きによって電池部21の放電電流と充電電流に分類され、正側端子24を介して流れる電流が放電電流である場合と充電電流である場合とで、電流測定値IDETの極性は互いに異なる。尚、電圧測定器22及び電流測定器23は、電池ユニット12の外部に設けられていても構わない。また、本実施形態において、放電及び充電とは、特に記述なき限り電池部21の放電及び充電を意味する。
スイッチング回路13は、充電スイッチ31及び放電スイッチ32を備える。充電スイッチ31及び放電スイッチ32の夫々は、任意の種類の半導体スイッチング素子又は機械式スイッチング素子である。例えば、金属酸化膜型電界効果トランジスタ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いて、充電スイッチ31及び放電スイッチ32を形成することができる。主制御部11は、充電スイッチ31及び放電スイッチ32のオン又はオフを個別に制御することができる。充電スイッチ31及び放電スイッチ32はスイッチング回路13の入力端子34及び出力端子35間に直列接続されており、接続点33は充電スイッチ31及び放電スイッチ32間の接続点である。充電スイッチ31は入力端子34及び接続点33間に介在し、放電スイッチ32は接続点33及び出力端子35間に介在する。
ブレーカ14は、電池ユニット12及びスイッチング回路13間に直列に介在する機械式リレー等から成り、必要なときに電池ユニット12及びスイッチング回路13間の接続を遮断する。より具体的には、正側端子24と接続点33がブレーカ14を介して接続されている。以下の説明では、特に記述なき限り、電池ユニット12及びスイッチング回路13間の接続は維持されているものとする。記憶部15は、半導体メモリ又は磁気ディスク等から成るメモリである。主制御部11は、任意の情報を記憶部15に記憶させることが可能であると共に、記憶部15に記憶された任意の情報を任意のタイミングで読み出すことが可能である。記憶部15は、インターネット網等の通信網を介して主制御部11に接続されていても良い。
交流電力源ACPは、例えば商用交流電源であり、所定の周波数及び電圧値を有する交流電圧を出力する。AC/DCコンバータ16は、交流電力源ACPからの交流電圧を直流電圧に変換して出力する。充電スイッチ31がオンである場合にのみ、AC/DCコンバータ16からの直流電圧が、入力端子34及び充電スイッチ31を介して接続点33に印加され、AC/DCコンバータ16からの直流電力による電池部21の充電が可能となる。充電スイッチ31がオフであって且つ放電スイッチ32がオンであるとき、電池部21の放電による直流電圧が放電スイッチ32を介して出力端子35に印加される。充電スイッチ31及び放電スイッチ32が共にオンであるとき、電池部21の放電による直流電圧とAC/DCコンバータ16からの直流電圧との合成直流電圧が出力端子35に印加される(但し、電池部21の出力電圧によっては電池部21の充電が成される)。DC/ACコンバータ17は、出力端子35に印加された直流電圧を交流電圧に変換し、得られた交流電圧を負荷LDに供給する。
尚、DC/ACコンバータ17及び負荷LDに代えて或いはDC/ACコンバータ17及び負荷LDに加えて、直流電力にて駆動する直流負荷(不図示)を出力端子35に接続しても構わない。また、交流電力源ACP及びAC/DCコンバータ16に代えて或いは交流電力源ACP及びAC/DCコンバータ16に加えて、直流電力を出力する直流電力源(不図示;例えば太陽電池)を入力端子34に接続するようにしても構わない。また、電池システム1において、複数の電池ユニット12がスイッチング回路13に接続されていても構わない。
図2に示す如く、主制御部11には、SOC算出部51が設けられている。電池部21が満充電状態であるときの電池部21の蓄電容量に対する、電池部21の実際の残容量の割合をSOC(state of charge)という。電池部21の蓄電容量と電池部21の残容量は、表現が互いに異なるものの同一の容量(電池部21に蓄えられている容量)を指す。SOCの単位はパーセントである。蓄電容量又は残容量などの容量の単位は、A・h(アンペア・アワー)又はmA・h(アンペア・アワー)である。図3は、SOCのイメージ図である。電池部21が満充電状態であるときSOCは100%であり、電池部21が放電終止状態であるときSOCは0%である。放電終止状態を完全放電状態と呼んでも良い。
本明細書において、満充電状態及び放電終止状態とは、電池システム1の設計者(出願人及び発明者を含む)が定めた電池部21の特定の状態を指す。電池部21が満充電状態に至った後、更に電池部21を安全に充電することができるかもしれないが、過充電に対する余裕を見て、設計者は満充電状態を定義することができる。同様に、電池部21が放電終止状態に至った後、更に電池部21を安全に放電させることができるかもしれないが、過放電に対する余裕を見て、設計者は放電終止状態を定義することができる。
当然、満充電状態における電池部21の蓄電容量は、放電終止状態における電池部21の蓄電容量よりも大きい。例えば、電池部21の放電又は充電電流がゼロのときにおいて電池部21の出力電圧値が所定の電圧値VHと一致する状態が満充電状態に相当し、電池部21の放電又は充電電流がゼロのときにおいて電池部21の出力電圧値が所定の電圧値VLと一致する状態が放電終止状態に相当する。電池システム1の設計者は、VH>VLが成立するように電圧値VH及びVLを定めることができる。或いは例えば、電池部21の放電又は充電電流値が所定値のときにおいて電池部21の出力電圧値が所定の電圧値VH’と一致する状態が満充電状態に相当し、電池部21の放電又は充電電流値が上記所定値のときにおいて電池部21の出力電圧値が所定の電圧値VL’と一致する状態が放電終止状態に相当する。電池システム1の設計者は、VH’>VL’が成立するように電圧値VH’及びVL’を定めることができる。主制御部11(例えば、容量学習制御部52)は、電圧測定値VDETに基づき又は電圧測定値VDET及び電流測定値IDETに基づき、電池部21の状態が満充電状態であるのか否かの判断及び電池部21の状態が放電終止状態であるのか否かの判断を行うことができる。
便宜上、電池部21の満充電容量を記号Jによって表す。満充電容量Jは、電池部21が満充電状態であるときの電池部21の蓄電容量である。SOC算出部51が算出したSOCを特にSOC算出値と呼ぶ。SOC算出部51は、満充電容量Jと測定電流値IDETの積算結果からSOC算出値を求めることができ、順次取得される測定電流値IDETに基づきSOC算出値を順次更新する。
より具体的には、或る時刻t1におけるSOCがSOC[t1]である場合、時刻t1よりも後の時刻t2におけるSOC算出値SOC[t2]は、次式(1)によって表される。QIN[t1:t2]は、時刻t1及びt2間における電池部21の充電電流の総電気量であり、QOUT[t1:t2]は、時刻t1及びt2間における電池部21の放電電流の総電気量である。電気量の単位は、容量と同じくA・h(アンペア・アワー)又はmA・h(アンペア・アワー)である。SOC算出部51は、時刻t1及びt2間において周期的に測定電流値IDETを取得することにより電気量QIN[t1:t2]及びQOUT[t1:t2]を求め、次式(1)に従ってSOC[t2]を求めることができる。
SOC[t2]
=SOC[t1]+(QIN[t1:t2]-QOUT[t1:t2])/J …(1)
SOC[t2]
=SOC[t1]+(QIN[t1:t2]-QOUT[t1:t2])/J …(1)
電池部21が全く劣化していないとき、満充電容量Jは電池部21の定格容量と概ね一致しているが、電池部21の充放電の繰り返しに伴って満充電容量Jは、通常、低下してゆく。或るタイミングにおけるSOC算出値は、当該タイミングの満充電容量Jを基準にして求められるため、満充電容量Jの変化を考慮しなければ、SOC算出部51は正しいSOCを求めることができない。
これに鑑み、主制御部11に設けられた容量学習制御部52(図2参照)は、必要に応じて、満充電容量Jを計測するための容量学習処理を実行する。容量学習処理は、第1容量学習処理又は第2容量学習処理である。
第1容量学習処理は、電池部21が満充電状態になっている状態を起点として電池部21が放電終止状態になるまで電池部21を放電させ、その放電過程における放電電気量(放電量)を容量学習値として取得する処理である。
例えば、時刻t3において電池部21が満充電状態になっているとき、容量学習制御部52は、時刻t3以降、充電スイッチ31をオフ且つ放電スイッチ32をオンにし、時刻t3から電池部21が放電終止状態になる時刻t4までの放電電気量を容量学習値として取得する。時刻t3以前において電池部21を強制的に充電させて時刻t3において電池部21を満充電状態に至らせる処理を、第1容量学習処理に含めても良い。また、第1容量学習処理を行う際、電池部21の放電電流は負荷LDとは異なる専用負荷(不図示)に供給されても良い。この場合、上記の時刻t3及びt4間において、容量学習制御部52は、例えば、充電スイッチ31及び放電スイッチ32を共にオフする一方で図示されない専用スイッチを介して電池部21と専用負荷を接続すればよい。また、時刻t3及びt4間の期間中に電池部21の充電が一時的に成されても良く、その場合、一時的な充電の電気量を容量学習値から差し引けばよい。
例えば、時刻t3において電池部21が満充電状態になっているとき、容量学習制御部52は、時刻t3以降、充電スイッチ31をオフ且つ放電スイッチ32をオンにし、時刻t3から電池部21が放電終止状態になる時刻t4までの放電電気量を容量学習値として取得する。時刻t3以前において電池部21を強制的に充電させて時刻t3において電池部21を満充電状態に至らせる処理を、第1容量学習処理に含めても良い。また、第1容量学習処理を行う際、電池部21の放電電流は負荷LDとは異なる専用負荷(不図示)に供給されても良い。この場合、上記の時刻t3及びt4間において、容量学習制御部52は、例えば、充電スイッチ31及び放電スイッチ32を共にオフする一方で図示されない専用スイッチを介して電池部21と専用負荷を接続すればよい。また、時刻t3及びt4間の期間中に電池部21の充電が一時的に成されても良く、その場合、一時的な充電の電気量を容量学習値から差し引けばよい。
第2容量学習処理は、電池部21が放電終止状態になっている状態を起点として電池部21が満充電状態になるまで電池部21を充電させ、その充電過程における充電電気量(充電量)を容量学習値として取得する処理である。
例えば、時刻t5において電池部21が放電終止状態になっているとき、容量学習制御部52は、時刻t5以降、充電スイッチ31をオン且つ放電スイッチ32をオフにし、時刻t5から電池部21が満充電状態になる時刻t6までの充電電気量を容量学習値として取得する。時刻t5以前において電池部21を強制的に放電させて時刻t5において電池部21を放電終止状態に至らせる処理を、第2容量学習処理に含めても良い。また、時刻t5及びt6間の期間中に電池部21の放電が一時的に成されても良く、その場合、一時的な放電の電気量を容量学習値から差し引けばよい。
例えば、時刻t5において電池部21が放電終止状態になっているとき、容量学習制御部52は、時刻t5以降、充電スイッチ31をオン且つ放電スイッチ32をオフにし、時刻t5から電池部21が満充電状態になる時刻t6までの充電電気量を容量学習値として取得する。時刻t5以前において電池部21を強制的に放電させて時刻t5において電池部21を放電終止状態に至らせる処理を、第2容量学習処理に含めても良い。また、時刻t5及びt6間の期間中に電池部21の放電が一時的に成されても良く、その場合、一時的な放電の電気量を容量学習値から差し引けばよい。
第1又は第2容量学習処理によって容量学習値が得られると、SOC算出部51は、得られた容量学習値を満充電容量Jに代入し(得られた容量学習値にて満充電容量Jを更新し)、以後のSOC算出に利用する。容量学習処理に、満充電容量Jを容量学習値にて更新する処理も含まれていると考えても良い。満充電容量Jの初期値は予め定められた電池部21の定格容量であっても良いし、或いは、1回目の容量学習処理で満充電容量Jの初期値を与えるようにしても良い。
背景技術でも述べたように、容量学習処理の実行の要否判断及びタイミング制御は重要である。以下に、容量学習処理の実行制御の実施例又はそれに関連する技術の実施例として、第1~第7実施例を説明する。矛盾なき限り、第1~第7実施例の内、任意の複数の実施例を組み合わせることが可能である。
<<第1実施例>>
第1実施例を説明する。第1実施例では、図4に示される、主制御部11に設けられた推定ブロック(推定部)53及び測定ブロック(測定部)54が有意に機能する。図4に示すものとは異なるが、推定ブロック53及び測定ブロック54の内、一方又は双方は容量学習制御部52に設けられていても良い。
第1実施例を説明する。第1実施例では、図4に示される、主制御部11に設けられた推定ブロック(推定部)53及び測定ブロック(測定部)54が有意に機能する。図4に示すものとは異なるが、推定ブロック53及び測定ブロック54の内、一方又は双方は容量学習制御部52に設けられていても良い。
図5は、主制御部11の機能に特に注目した、電池システム1の動作フローチャートである。電池システム1において、ステップS11、S12及びS13の処理を順次実行することができる。ステップS11の算出処理が成されるタイミングをタイミングTA1と呼ぶ。図5のステップS11~S13の処理は、タイミングTA1以降において電池部21の放電が成される場合に実行される。
ステップS11において、推定ブロック53は、タイミングTA1におけるSOC算出値及び満充電容量Jに基づき、タイミングTA1を基準にした放電可能電気量CALAを推定する。より具体的には、推定ブロック53は、タイミングTA1におけるSOC算出値とタイミングTA1における満充電容量Jとの積を、タイミングTA1を基準にした放電可能電気量CALAとして推定算出する。放電可能電気量CALAは、タイミングTA1以後、電池部21が放電終止状態に至るまでに電池部21から取り出すことのできる放電電気量である。上述の説明から理解されるように、或るタイミングにおけるSOC算出値は、当該タイミングまでの電流測定値IDETの積算結果に基づき求められている。従って、放電可能電気量CALAは、タイミングTA1までの電流測定値IDETの積算結果を用いて導出及び推定されることになる(後述のCALB、CALC及びCALDも同様)。
ステップS11にて放電可能電気量CALAを求めた後、電池部21の放電が成され、タイミングTA1よりも後のタイミングTA2において電池部21が放電終止状態に至ったものとする。ステップS12において、測定ブロック54は、タイミングTA1及びTA2間における測定電流値IDETを積算することで、タイミングTA1及びTA2間における電池部21の放電電気量REALAを算出する。即ち、ステップS12において、測定ブロック54は、電流測定器23を用いつつ、タイミングTA1を起点として電池部21の状態が放電終止状態に至るまでの実際の放電電気量REALAを測定する。
その後、ステップS13において、容量学習制御部52は、推定ブロック53によって推定された電気量CALAと、測定ブロック54によって測定された電気量REALAとを対比することにより、容量学習処理の実行要否を判断する。尚、容量学習制御部52において容量学習処理の実行が必要であると判断された場合、容量学習制御部52の制御の下、容量学習処理が実行される。つまり、容量学習処理の実行要否の判断は容量学習処理の実行タイミングの制御、判断又は決定である、ともいえる。具体的には、容量学習制御部52は、下記式(A1)の成立時には容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理(例えば第2容量学習処理)を実行し、下記式(A1)の不成立時には容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行しない。THAは、正の値を持つ所定の基準電気量である。尚、式(A1)並びに後述の式(B1)、(C1)及び(D1)における不等号“≧”を不等号“>”に変更しても構わない。
|CALA-REALA|≧THA …(A1)
|CALA-REALA|≧THA …(A1)
電池部21の放電電流値が主制御部11にとって既知の一定電流値ICONSTであることが定められている場合には、図5のステップS11~S13の代わりに、図6のステップS21~S23の処理を実行しても良い。ステップS21の推定処理が成されるタイミングをタイミングTB1と呼ぶ。図6のステップS21~S23の処理は、タイミングTB1以降において電池部21の放電が成される場合に実行される。
ステップS21において、推定ブロック53は、タイミングTB1におけるSOC算出値とタイミングTB1における満充電容量Jとの積を一定電流値ICONSTで割ることにより、タイミングTB1を基準とした放電可能時間CALBを推定する。時間CALBは、一定電流値ICONSTで電池部21を放電させ続けることができる時間の長さを表す。
タイミングTB1以後、継続的に一定電流値ICONSTによる放電が成され、タイミングTB1よりも後のタイミングTB2において電池部21が放電終止状態に至ったものとする。測定ブロック54は、タイミングTB1及びTB2間の時間長さを測定し、ステップS22において、その測定結果を放電時間REALBとして出力する。即ち、測定ブロック54は、タイミングTB1を起点として電池部21が放電終止状態に至るまでの実際の放電時間REALBを測定する。
その後、ステップS23において、容量学習制御部52は、推定ブロック53によって推定された時間CALBと、測定ブロック54によって測定された時間REALBとを対比することにより、容量学習処理の実行要否を判断する。具体的には、容量学習制御部52は、下記式(B1)の成立時には容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理(例えば第2容量学習処理)を実行し、下記式(B1)の不成立時には容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行しない。THBは、正の値を持つ所定の基準時間である。
|CALB-REALB|≧THB …(B1)
|CALB-REALB|≧THB …(B1)
電池部21の充電が成される過程においては、図5又は図6の動作フローチャートの代わりに、図7又は図8の動作フローチャートに従って、容量学習処理の実行要否を判断することができる。図7の動作フローチャートは、ステップS31~S33の処理から成る。ステップS31の推定処理が成されるタイミングをタイミングTC1と呼ぶ。タイミングTC1以降において電池部21の充電が成される。
ステップS31において、推定ブロック53は、タイミングTC1におけるSOC算出値とタイミングTC1における満充電容量Jとの積を、タイミングTC1における満充電容量Jから差し引くことで、タイミングTC1を基準とした充電可能電気量CALCを推定する。充電可能電気量CALCは、タイミングTC1以後、電池部21が満充電状態に至るまでに電池部21に供給することのできる充電電気量である。
ステップS31にて充電可能電気量CALCを求めた後、電池部21の充電が成され、タイミングTC1よりも後のタイミングTC2において電池部21が満充電状態に至ったものとする。ステップS32において、測定ブロック54は、タイミングTC1及びTC2間における測定電流値IDETを積算することで、タイミングTC1及びTC2間における電池部21の充電電気量REALCを算出する。即ち、ステップS32において、測定ブロック54は、電流測定器23を用いつつ、タイミングTC1を起点として電池部21の状態が満充電状態に至るまでの実際の充電電気量REALCを測定する。
その後、ステップS33において、容量学習制御部52は、推定ブロック53によって推定された電気量CALCと、測定ブロック54によって測定された電気量REALCとを対比することにより、容量学習処理の実行要否を判断する。具体的には、容量学習制御部52は、下記式(C1)の成立時には容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理(例えば第1容量学習処理)を実行し、下記式(C1)の不成立時には容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行しない。THCは、正の値を持つ所定の基準電気量である。
|CALC-REALC|≧THC …(C1)
|CALC-REALC|≧THC …(C1)
電池部21の充電電流値が主制御部11にとって既知の一定電流値ICONST’であることが定められている場合には、図7のステップS31~S33の代わりに、図8のステップS41~S43の処理を実行しても良い。ステップS41の推定処理が成されるタイミングをタイミングTD1と呼ぶ。図8のステップS41~S43の処理は、タイミングTD1以降において電池部21の充電が成される場合に実行される。
ステップS41において、推定ブロック53は、タイミングTD1におけるSOC算出値とタイミングTD1における満充電容量Jとの積をタイミングTC1における満充電容量Jから差し引くことでタイミングTD1における充電可能電気量を求め、その充電可能電気量を一定電流値ICONST’で割ることにより、タイミングTD1を基準とした充電可能時間CALDを推定する。時間CALDは、一定電流値ICONST’で電池部21を充電させ続けることができる時間の長さを表す。
タイミングTD1以後、継続的に一定電流値ICONST’による充電が成され、タイミングTD1よりも後のタイミングTD2において電池部21が満充電状態に至ったものとする。測定ブロック54は、タイミングTD1及びTD2間の時間長さを測定し、ステップS42において、その測定結果を充電時間REALDとして出力する。即ち、測定ブロック54は、タイミングTD1を起点として電池部21が満充電状態に至るまでの実際の充電時間REALDを測定する。
その後、ステップS43において、容量学習制御部52は、推定ブロック53によって推定された時間CALDと、測定ブロック54によって測定された時間REALDとを対比することにより、容量学習処理の実行要否を判断する。具体的には、容量学習制御部52は、下記式(D1)の成立時には容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理(例えば第1容量学習処理)を実行し、下記式(D1)の不成立時には容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行しない。THDは、正の値を持つ所定の基準時間である。
|CALD-REALD|≧THD …(D1)
|CALD-REALD|≧THD …(D1)
上記の基準電気量THA及びTHCは、電池部21の定格容量を基準にして定められた固定値であっても良く、例えば、電池部21の定格容量に1未満の正の値を乗じた容量値(単位は、A・h又はmA・h)を、THA又はTHCに代入しても良い。基準電気量THA及びTHCは互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても構わない。基準電気量THA及びTHCが互いに異なる場合、容量学習処理の実行要否の判断基準が放電時と充電時との間で相違することになる(THB及びTHDの相違などについても同様)。また、容量学習制御部52は、満充電容量J又は電池部21の温度等に応じて基準電気量THA及びTHCを変化させても良い。
上記の基準時間THBは、電池部21の定格容量及び一定電流値ICONSTに基づいて定められた固定値であっても良く、基準時間THDは、電池部21の定格容量及び一定電流値ICONST’に基づいて定められた固定値であっても良い。基準時間THB及びTHDは互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても構わない。また、容量学習制御部52は、満充電容量J又は電池部21の温度等に応じて基準時間THB及びTHDを変化させても良い。
尚、図6又は図8を参照し、定電流(ICONST又はICONST’)にて放電又は充電が行われることを前提にした放電可能時間CALB又は充電可能時間CALDの算出方法を述べたが、定電力下での放電若しくは充電、又は、満充電付近における定電圧充電などを行う場合には、該定電力の値又は該定電圧の値などを考慮して、時間CALB又はCALDを決定してもよい。
上記の基準時間THBは、電池部21の定格容量及び一定電流値ICONSTに基づいて定められた固定値であっても良く、基準時間THDは、電池部21の定格容量及び一定電流値ICONST’に基づいて定められた固定値であっても良い。基準時間THB及びTHDは互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても構わない。また、容量学習制御部52は、満充電容量J又は電池部21の温度等に応じて基準時間THB及びTHDを変化させても良い。
尚、図6又は図8を参照し、定電流(ICONST又はICONST’)にて放電又は充電が行われることを前提にした放電可能時間CALB又は充電可能時間CALDの算出方法を述べたが、定電力下での放電若しくは充電、又は、満充電付近における定電圧充電などを行う場合には、該定電力の値又は該定電圧の値などを考慮して、時間CALB又はCALDを決定してもよい。
測定電流値IDETの誤差の蓄積及び/又は電池劣化に伴う電池容量低下により、SOC算出部51によるSOC算出値と真のSOCとのズレが大きくなると、そのズレを抑制すべく容量学習処理の実行が必要である。一方で上記ズレが大きくなると、不等式(A1)、(B1)、(C1)又は(D1)が成立する。このため、主制御部11は、図5、図6、図7又は図8の手順を介して、それらの不等式の成否を判断し、これによって容量学習処理の実行要否を判断する。これにより、充電部21の放電又は充電を伴う電池システム1の通常運転の中で容量学習処理の実行要否を適切に判断することができ、真に容量学習処理が必要なときにだけ容量学習処理を行うことが可能となる。
尚、図5において、ステップS11及びS12の処理並びに式(A1)の成否判断から成る一連の動作を繰り返し実行し、所定時間継続して式(A1)が成立した場合にのみ、容量学習制御部52は容量学習処理を実行するようにしてもよい。これにより、容量学習処理の実行要否判断の信頼性を向上させることができる。同様に、図6において、ステップS21及びS22の処理並びに式(B1)の成否判断から成る一連の動作を繰り返し実行し、所定時間継続して式(B1)が成立した場合にのみ、容量学習制御部52は容量学習処理を実行するようにしてもよい。同様に、図7において、ステップS31及びS32の処理並びに式(C1)の成否判断から成る一連の動作を繰り返し実行し、所定時間継続して式(C1)が成立した場合にのみ、容量学習制御部52は容量学習処理を実行するようにしてもよい。同様に、図8において、ステップS41及びS42の処理並びに式(D1)の成否判断から成る一連の動作を繰り返し実行し、所定時間継続して式(D1)が成立した場合にのみ、容量学習制御部52は容量学習処理を実行するようにしてもよい。
<<第2実施例>>
第2実施例を説明する。第2実施例は、第1実施例と組み合わせて実施される。容量学習処理を実行すれば、その実行後、或る程度の期間は、SOC算出値と真のSOCとのズレは小さくなることが期待される。しかしながら、電池劣化が相当に進行すると、容量学習処理を実行しても短期間で上記ズレが大きくなる。
第2実施例を説明する。第2実施例は、第1実施例と組み合わせて実施される。容量学習処理を実行すれば、その実行後、或る程度の期間は、SOC算出値と真のSOCとのズレは小さくなることが期待される。しかしながら、電池劣化が相当に進行すると、容量学習処理を実行しても短期間で上記ズレが大きくなる。
これを考慮し、容量学習制御部52は、容量学習処理の実行の頻度(単位時間当たりの容量学習処理の実行回数)を監視し、その頻度が所定の基準頻度以上であるとき電池部21の劣化に関する判定を成して劣化信号を出力する。劣化に関する判定とは、電池部21の劣化状態が特定状態(電池部21の交換が必要な状態)に達したと判定することを指す。劣化信号は、電池部21の劣化状態が特定状態に達したことを示す信号であり、電池システム1に現在組み込まれている電池部21を他の電池部21(新品の電池部21)に交換すべきことを指し示す信号であるとも言える。電池システム1のユーザ又は管理者は、劣化信号に応じた映像出力、音声出力又は発光ダイオードの発光等を介して、劣化信号の出力有無を認識することができる。このような劣化信号の出力によって、電池部21の交換時期を適切に判断することが可能となる。
尚、容量学習制御部52において、容量学習処理を実行した回数をカウントし、カウントした回数が所定の基準回数に達した段階で、電池部21の劣化に関する判定を成して劣化信号を出力するようにしても良い。
<<第3実施例>>
第3実施例を説明する。第3実施例は、第1実施例と組み合わせて実施される。第1実施例のステップS13、S23、S33又はS43の処理において2段階の基準を設け、容量学習処理の実行要否判断と共に電池部21の劣化判定を行うようにしても良い。
第3実施例を説明する。第3実施例は、第1実施例と組み合わせて実施される。第1実施例のステップS13、S23、S33又はS43の処理において2段階の基準を設け、容量学習処理の実行要否判断と共に電池部21の劣化判定を行うようにしても良い。
即ち、図5、図6、図7又は図8のステップS13、S23、S33又はS44において、以下のように処理しても良い。
容量学習制御部52は、ステップS13においては電気量CALA及びREALAに基づき下記式(A2)及び(A3)の成否を判断し、ステップS23においては電気量CALB及びREALBに基づき下記式(B2)及び(B3)の成否を判断し、ステップS33においては電気量CALC及びREALCに基づき下記式(C2)及び(C3)の成否を判断し、ステップS43においては電気量CALD及びREALDに基づき下記式(D2)及び(D3)の成否を判断する。尚、式(A2)、(A3)、(B2)、(B3)、(C2)、(C3)、(D2)及び(D3)における不等号“≧”を不等号“>”に変更しても構わないし、(A2)、(B2)、(C2)及び(D2)における不等号“>”を不等号“≧”に変更しても構わない。
THA2>|CALA-REALA|≧THA1 …(A2)
|CALA-REALA|≧THA2 …(A3)
THB2>|CALB-REALB|≧THB1 …(B2)
|CALB-REALB|≧THB2 …(B3)
THC2>|CALC-REALC|≧THC1 …(C2)
|CALC-REALC|≧THC2 …(C3)
THD2>|CALD-REALD|≧THD1 …(D2)
|CALD-REALD|≧THD2 …(D3)
容量学習制御部52は、ステップS13においては電気量CALA及びREALAに基づき下記式(A2)及び(A3)の成否を判断し、ステップS23においては電気量CALB及びREALBに基づき下記式(B2)及び(B3)の成否を判断し、ステップS33においては電気量CALC及びREALCに基づき下記式(C2)及び(C3)の成否を判断し、ステップS43においては電気量CALD及びREALDに基づき下記式(D2)及び(D3)の成否を判断する。尚、式(A2)、(A3)、(B2)、(B3)、(C2)、(C3)、(D2)及び(D3)における不等号“≧”を不等号“>”に変更しても構わないし、(A2)、(B2)、(C2)及び(D2)における不等号“>”を不等号“≧”に変更しても構わない。
THA2>|CALA-REALA|≧THA1 …(A2)
|CALA-REALA|≧THA2 …(A3)
THB2>|CALB-REALB|≧THB1 …(B2)
|CALB-REALB|≧THB2 …(B3)
THC2>|CALC-REALC|≧THC1 …(C2)
|CALC-REALC|≧THC2 …(C3)
THD2>|CALD-REALD|≧THD1 …(D2)
|CALD-REALD|≧THD2 …(D3)
そして、容量学習制御部52は、
式(A2)及び(A3)の不成立時、式(B2)及び(B3)の不成立時、式(C2)及び(C3)の不成立時、又は、式(D2)及び(D3)の不成立時には容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行せず、且つ、
式(A2)、(B2)、(C2)又は(D2)の成立時には容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理を実行し、且つ、
式(A3)、(B3)、(C3)又は(D3)の成立時には電池部21の劣化に関する判定を成して上記劣化信号を出力する。
式(A2)及び(A3)の不成立時、式(B2)及び(B3)の不成立時、式(C2)及び(C3)の不成立時、又は、式(D2)及び(D3)の不成立時には容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行せず、且つ、
式(A2)、(B2)、(C2)又は(D2)の成立時には容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理を実行し、且つ、
式(A3)、(B3)、(C3)又は(D3)の成立時には電池部21の劣化に関する判定を成して上記劣化信号を出力する。
SOC算出値と真のSOCとの間に或る程度のズレが発生するたびに(即ち、ステップS13、S23、S33又はS43の差分絶対値がTHA1、THB1、THC1又はTHD1以上になるたびに)、容量学習処理の実行を介し上記ズレがゼロに向かって修正されるため、電池部21の劣化がそれほど大きくなければ、式(A3)、(B3)、(C3)又は(D3)は成立し難い。一方で、電池部21の劣化が非常に大きくなると式(A3)等が成立するようになる。本実施例の方法によれば、容量学習処理の実行要否判定の中で電池部21の交換必要性をも評価することが可能となる。
THA1、THA2、THC1及びTHC2は、正の値を持つ所定の基準電気量であり、THA2>THA1且つTHC2>THC1である。THB1、THB2、THD1及びTHD2は、正の値を持つ所定の基準時間であり、THB2>THB1且つTHD2>THD1である。
基準電気量THA1、THA2、THC1及びTHC2は、電池部21の定格容量を基準にして定められた固定値であっても良いし、容量学習制御部52は、満充電容量J又は電池部21の温度等に応じて基準電気量THA1、THA2、THC1及びTHC2を変化させても良い。基準電気量THA1及びTHC1は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。基準電気量THA2及びTHC2は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。
基準時間THB1、THB2、THD1及びTHD2は、電池部21の定格容量及び上記一定電流値(ICONST又はICONST’)を基準にして定められた固定値であっても良いし、容量学習制御部52は、満充電容量J又は電池部21の温度等に応じて基準時間THB1、THB2、THD1及びTHD2を変化させても良い。基準時間THB1及びTHD1は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。基準時間THB2及びTHD2は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。
基準電気量THA1、THA2、THC1及びTHC2は、電池部21の定格容量を基準にして定められた固定値であっても良いし、容量学習制御部52は、満充電容量J又は電池部21の温度等に応じて基準電気量THA1、THA2、THC1及びTHC2を変化させても良い。基準電気量THA1及びTHC1は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。基準電気量THA2及びTHC2は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。
基準時間THB1、THB2、THD1及びTHD2は、電池部21の定格容量及び上記一定電流値(ICONST又はICONST’)を基準にして定められた固定値であっても良いし、容量学習制御部52は、満充電容量J又は電池部21の温度等に応じて基準時間THB1、THB2、THD1及びTHD2を変化させても良い。基準時間THB1及びTHD1は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。基準時間THB2及びTHD2は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。
<<第4実施例>>
第4実施例を説明する。第4実施例では、図9に示す如く、測定電圧値VDETに基づき電池部21のSOCを特定するSOC特定部55が主制御部11に設けられる。以下では、説明の明確化及び具体化のため、SOC算出部51によって算出されたSOCを記号“SOC1”にて表し、SOC特定部55によって特定されたSOCを記号“SOC2”にて表す。
第4実施例を説明する。第4実施例では、図9に示す如く、測定電圧値VDETに基づき電池部21のSOCを特定するSOC特定部55が主制御部11に設けられる。以下では、説明の明確化及び具体化のため、SOC算出部51によって算出されたSOCを記号“SOC1”にて表し、SOC特定部55によって特定されたSOCを記号“SOC2”にて表す。
電池部21の等価回路は、直流電圧源と内部抵抗との直列回路であると考えることができる。電池部21の開放出力電圧が分かれば、電池部21の特性から電池部21のSOCを知ることが可能である。特に、電池部21がリチウムイオン電池から成る場合、少なくとも通常の劣化条件下においては、電池部21の開放出力電圧とSOCの関係が略一定に保たれるという特徴がある。故に、電池部21の劣化度合いに依存せず開放出力電圧からSOCを正確に見積もることができる。例えば、満充電容量Jが20A・hである第1状態からリチウムイオン電池が劣化して満充電容量Jが18A・hである第2状態に至った場合を想定する。この場合、第1状態において残容量が10A・hならSOCは50%であり、第2状態において残容量が9A・hならSOCは50%であるが、第1状態において残容量が10A・hであるときのリチウムイオン電池の開放出力電圧は、第2状態において残容量が9A・hであるときのリチウムイオン電池の開放出力電圧と殆ど同じである。このような特性を利用することで、電池部21の劣化度合いに依存せず開放出力電圧からSOCを正確に見積もることができる。一方で、電池部21の内部抵抗値は様々な要因に依存して変化するため、充電又は放電が成されている状況下においては、測定電圧値VDETからSOCを正確に見積もることは容易ではなく、充放電電流が大きく揺らぐ可能性がある状況下においては尚更である。
図1の電池システム1においても、電池部21の充電又は放電が盛んに行われるが、電池部21の充電及び放電が停止するタイミングも存在する。充電及び放電の停止タイミングの測定電圧値VDETから求めたSOC2は信頼性が高いため、このタイミングを狙ってSOC2を求め、SOC1及びSOC2間の誤差から容量学習処理の要否判断を行うことができる。図10の動作フローチャートを参照して、具体的な動作の流れを説明する。
ステップS61において、SOC特定部55は、測定電流値IDETを監視することにより或いは充電スイッチ31及び放電スイッチ32の通電状態を監視することにより、電池部21の充電及び放電が停止しているのか否かを判断し、電池部21の充電及び放電が停止している場合にのみ、ステップS62~S64の処理の実行を許可する。SOC特定部55は、IDET=0であるとき、或いは、充電スイッチ31及び放電スイッチ32が共にオフであるとき、電池部21の充電及び放電が停止していると判断することができる。
ステップS62において、SOC特定部55は、測定電圧値VDETを電圧測定器22から取得する。電池部21の充電及び放電が停止しているタイミングであって且つ測定電圧値VDETが取得されるタイミングをタイミングTEと呼ぶと共に、タイミングTEにおける測定電圧値VDETを記号VDET[TE]にて表す。ステップS62において、SOC特定部55は、測定電圧値VDET[TE]に基づき、タイミングTEのSOC2であるSOC2[TE]を特定する。尚、それまでに実行されていた電池部21の充電又は放電が停止してから一定時間(例えば、30分)が経過したタイミングを、タイミングTEに設定することが望ましい。
例えば、電池部21の充電電流及び放電電流がゼロの条件下において電池部21の出力電圧と電池部21のSOCとの関係を、予め実験等を介して定めておき、その関係を定める第1テーブルデータを図1の記憶部15に記憶させておくと良い。この場合、SOC特定部55は、第1テーブルデータと測定電圧値VDET[TE]に基づきSOC2[TE]を特定することができる。或いは、上記関係を定める数式を定めておき、その数式に測定電圧値VDET[TE]を代入することでSOC2[TE]を導出しても良い。
一方、SOC算出部51は、電池システム1の動作中、上述した方法に従い、常に測定電流値IDETに基づくSOC1の算出及び更新を行っている。ステップS62に続くステップS63において、容量学習制御部52は、SOC算出部51からタイミングTEにおけるSOC1をSOC1[TE]として取得する。
その後、ステップS64において、容量学習制御部52は、SOC1[TE]及びSOC2[TE]を対比することにより、容量学習処理の実行要否を判断する。具体的には、容量学習制御部52は、下記式(E1)の成立時には容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理を実行し、下記式(E1)の不成立時には容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行しない。THEは“1>THE>0”を満たす所定の基準値である。尚、式(E1)及び後述の式(F1)における不等号“≧”を不等号“>”に変更しても構わない。
|SOC1[TE]-SOC2[TE]|≧THE …(E1)
|SOC1[TE]-SOC2[TE]|≧THE …(E1)
図10の動作では、充電及び放電が完全に停止した場合にのみ容量学習処理の実行要否判断が成されるが、所定条件下における充電又は放電が成されている場合に、それを行うようにしても良い。即ち例えば、図10の代わりに、ステップS71~S74から成る図11の動作フローチャートに沿って電池システム1を動作させても良い。図11の動作手順を説明する。
まず、ステップS71において、SOC特定部55は、測定電流値IDETを監視することにより、電池部21の充電又は放電が予め定められた特定条件下の充電又は放電であるか否かを判断し、電池部21の充電又は放電が特定条件下の充電又は放電である場合にのみ、ステップS72~S74の処理の実行を許可する。
ステップS72において、SOC特定部55は、測定電圧値VDETを電圧測定器22から取得する。電池部21の充電又は放電が予め定められた特定条件下の充電又は放電であるタイミングであって且つ測定電圧値VDETが取得されるタイミングをタイミングTFと呼ぶと共に、タイミングTFにおける測定電圧値VDETを記号VDET[TF]にて表す。ステップS72において、SOC特定部55は、測定電圧値VDET[TF]に基づき、タイミングTFのSOC2であるSOC2[TF]を特定する。
特定条件は、例えば、測定電流値IDETの絶対値が所定の微小値以下である(即ち、電池部21の充電電流値又は放電電流値が所定の微小値以下である)という第1条件である。充電又は放電の電流値が微小であれば、それがゼロであるとみなしても弊害は少ないからである。従って、特定条件が第1条件である場合には、上記第1テーブルデータと測定電圧値VDET[TF]に基づきSOC2[TF]を特定することができる。この際、タイミングTFにおける測定電流値IDETを考慮してSOC2[TF]を修正するようにしても良い。
或いは例えば、特定条件は、電池部21の充電電流値又は放電電流値が所定の特定電流値と一致するという第2条件である。様々な電流値に対して電流値ごとに電圧及びSOC間の関係を定めておくことは容易ではないが、電池部21の充電電流値又は放電電流値が特定電流値と一致するという制限を加えれば、上記のようなテーブルデータを作成しておくことが可能である。即ち電池部21の充電電流値又は放電電流値が所定の特定電流値と一致するという条件下において電池部21の出力電圧と電池部21のSOCとの関係を、予め実験等を介して定めておき、その関係を定める第2テーブルデータを図1の記憶部15に記憶させておくと良い。この場合において、特定条件が第2条件であるならば、SOC特定部55は、第2テーブルデータと測定電圧値VDET[TF]に基づきSOC2[TF]を特定することができる。
一方、SOC算出部51は、電池システム1の動作中、上述した方法に従い、常に測定電流値IDETに基づくSOC1の算出及び更新を行っている。ステップS72に続くステップS73において、容量学習制御部52は、SOC算出部51からタイミングTFにおけるSOC1をSOC1[TF]として取得する。
その後、ステップS74において、容量学習制御部52は、SOC1[TF]及びSOC2[TF]を対比することにより、容量学習処理の実行要否を判断する。具体的には、容量学習制御部52は、下記式(F1)の成立時には容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理を実行し、下記式(F1)の不成立時には容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行しない。THFは“1>THF>0”を満たす所定の基準値である。
|SOC1[TF]-SOC2[TF]|≧THF …(F1)
|SOC1[TF]-SOC2[TF]|≧THF …(F1)
基準値THE及びTHFは固定値であっても良いし、満充電容量J又は電池部21の温度等に応じて変化する可変値であっても良い。基準値THE及びTHFは互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。また、タイミングTFにおける電池部21の電流が充電電流であるのか放電電流であるのかに応じて、基準値THFを変化させても良い。
測定電流値IDETの誤差の蓄積及び/又は電池劣化に伴う電池容量低下により、SOC算出部51によるSOC算出値と真のSOCとのズレが大きくなると、そのズレを抑制すべく容量学習処理の実行が必要である。この際、上記ズレの大きさを正確に見積もることが肝要であるが、上記の方法によれば、上記ズレの大きさを電圧測定によって正確に見積もることが可能である。これにより、充電部21の放電又は充電を伴う電池システム1の通常運転の中で容量学習処理の実行要否を適切に判断することができ、真に容量学習処理が必要なときにだけ容量学習処理を行うことが可能となる。
尚、図10において、ステップS61~S63の処理並びに式(E1)の成否判断から成る一連の動作を繰り返し実行し、所定時間継続して式(E1)が成立した場合にのみ、容量学習制御部52は容量学習処理を実行するようにしてもよい。これにより、容量学習処理の実行要否判断の信頼性を向上させることができる。同様に、図11において、ステップS71~S73の処理並びに式(F1)の成否判断から成る一連の動作を繰り返し実行し、所定時間継続して式(F1)が成立した場合にのみ、容量学習制御部52は容量学習処理を実行するようにしてもよい。
また、上述の第2実施例で述べた技術を、第4実施例にも適用することができる。従って例えば、第4実施例に係る容量学習制御部52は、容量学習処理の実行の頻度が所定の基準頻度以上であるとき電池部21の劣化に関する判定を成して上記劣化信号を出力しても良い。
<<第5実施例>>
第5実施例を説明する。第5実施例は、第4実施例と組み合わせて実施される。第4実施例のステップS64又はS74の処理において2段階の基準を設け、容量学習処理の実行要否判定と共に電池部21の劣化判定を行うようにしても良い。
第5実施例を説明する。第5実施例は、第4実施例と組み合わせて実施される。第4実施例のステップS64又はS74の処理において2段階の基準を設け、容量学習処理の実行要否判定と共に電池部21の劣化判定を行うようにしても良い。
即ち、図10又は図11のステップS64又はS74において、以下のように処理しても良い。
容量学習制御部52は、ステップS64においてはSOC1[TE]及びSOC2[TE]に基づき下記式(E2)及び(E3)の成否を判断し、ステップS74においてはSOC1[TF]及びSOC2[TF]に基づき下記式(F2)及び(F3)の成否を判断する。尚、式(E2)、(E3)、(F2)及び(F3)不等号“≧”を不等号“>”に変更しても構わないし、(E2)及び(F2)における不等号“>”を不等号“≧”に変更しても構わない。
THE2>|SOC1[TE]-SOC2[TE]|≧THE1 …(E2)
|SOC1[TE]-SOC2[TE]|≧THE2 …(E3)
THF2>|SOC1[TF]-SOC2[TF]|≧THF1 …(F2)
|SOC1[TF]-SOC2[TF]|≧THF2 …(F3)
容量学習制御部52は、ステップS64においてはSOC1[TE]及びSOC2[TE]に基づき下記式(E2)及び(E3)の成否を判断し、ステップS74においてはSOC1[TF]及びSOC2[TF]に基づき下記式(F2)及び(F3)の成否を判断する。尚、式(E2)、(E3)、(F2)及び(F3)不等号“≧”を不等号“>”に変更しても構わないし、(E2)及び(F2)における不等号“>”を不等号“≧”に変更しても構わない。
THE2>|SOC1[TE]-SOC2[TE]|≧THE1 …(E2)
|SOC1[TE]-SOC2[TE]|≧THE2 …(E3)
THF2>|SOC1[TF]-SOC2[TF]|≧THF1 …(F2)
|SOC1[TF]-SOC2[TF]|≧THF2 …(F3)
そして、容量学習制御部52は、
式(E2)及び(E3)の不成立時、又は、式(F2)及び(F3)の不成立時には容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行せず、且つ、
式(E2)又は(F3)の成立時には容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理を実行し、且つ、
式(E3)又は(F3)の成立時には電池部21の劣化に関する判定を成して上記劣化信号を出力する。
式(E2)及び(E3)の不成立時、又は、式(F2)及び(F3)の不成立時には容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行せず、且つ、
式(E2)又は(F3)の成立時には容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理を実行し、且つ、
式(E3)又は(F3)の成立時には電池部21の劣化に関する判定を成して上記劣化信号を出力する。
SOC算出値と真のSOCとの間に或る程度のズレが発生するたびに(即ち、ステップS64又はS74の差分絶対値がTHE1又はTHF1以上になるたびに)、容量学習処理の実行を介し上記ズレがゼロに向かって修正されるため、電池部21の劣化がそれほど大きくなければ、式(E3)又は(F3)は成立し難い。一方で、電池部21の劣化が非常に大きくなると式(E3)等が成立するようになる。本実施例の方法によれば、容量学習処理の実行要否判定の中で電池部21の交換必要性をも評価することが可能となる。
THE1、THE2、THF1及びTHF2は、“1>THE2>THE1>0”且つ“1>THF2>THF1>0”を満たす所定の基準値である。基準値THE1、THE2、THF1及びTHF2は固定値であっても良いし、満充電容量J又は電池部21の温度等に応じて変化する可変値であっても良い。基準値THE1及びTHF1は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。基準値THE2及びTHF2は互いに同じであっても良いし、互いに異なっていても良い。また、タイミングTFにおける電池部21の電流が充電電流であるのか放電電流であるのかに応じて、基準値THF1及びTHF2を変化させても良い。
<<第6実施例>>
第6実施例を説明する。第6実施例では、上述の第1~第5実施例の何れかに適用可能な技術を説明する。
第6実施例を説明する。第6実施例では、上述の第1~第5実施例の何れかに適用可能な技術を説明する。
まず、第1、第2又は第4実施例に対して適用可能な技術を説明する。上述のCALA、CALB、CALC、CALD、SOC1[TE]及びSOC1[TF]の夫々は、第1対比量に相当し、REALA、REALB、REALC、REALD、SOC2[TE]及びSOC2[TF]の夫々は、第2対比量に相当する(図5~図8、図10及び図11参照)。容量学習制御部52は、第1及び第2対比量間の誤差が所定の基準(例えば、THA、THB、THC、THD、THE又はTHF)よりも大きいとき容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理を実行し、第1及び第2対比量間の誤差が所定の基準(例えば、THA、THB、THC、THD、THE又はTHF)よりも小さいとき容量学習処理の実行が不必要と判断して容量学習処理を実行しない。
上述の式(A1)等を用いる場合、第1及び第2対比量間の誤差が第1及び第2対比量間の差によって表現されるが、第1及び第2対比量間の誤差は、第1及び第2対比量間の比によって表現されてもよい。第1及び第2対比量間の比とは、例えば、CALA/REALA、CALB/REALB、CALC/REALC、CALD/REALD、SOC1[TE]/SOC2[TE]若しくはSOC1[TF]/SOC2[TF]、又は、それらの逆数である。第1及び第2対比量間の比が所定の基準数値範囲を逸脱する状態は、第1及び第2対比量間の誤差が所定の基準よりも大きい状態に属し、第1及び第2対比量間の比が所定の基準数値範囲内に収まる状態は、第1及び第2対比量間の誤差が所定の基準よりも小さい状態に属する、と考えることができる。基準数値範囲は、所定の閾値THU以下且つ所定の閾値THL以上の数値範囲であり、THU>1>THL>0、である。
次に、第3又は第5実施例に対して適用可能な技術を説明する。容量学習制御部52は、第1及び第2対比量間の誤差が所定の第1基準(例えば、THA1、THB1、THC1、THD1、THE1又はTHF1)よりも小さい状態ST1において、容量学習処理の実行が不要と判断して容量学習処理を実行せず、第1及び第2対比量間の誤差が所定の第1基準(例えば、THA1、THB1、THC1、THD1、THE1又はTHF1)よりも大きいが所定の第2基準(例えば、THA2、THB2、THC2、THD2、THE2又はTHF2)よりも小さい状態ST2において、容量学習処理の実行が必要と判断して容量学習処理を実行し、第1及び第2対比量間の誤差が上記第2基準よりも大きい状態ST3において、電池部21の劣化に関する判定を成して上記劣化信号を出力する。
上述の式(A2)及び(A3)等を用いる場合、第1及び第2対比量間の誤差が第1及び第2対比量間の差によって表現されるが、第1及び第2対比量間の誤差は、第1及び第2対比量間の比によって表現されてもよい。第1及び第2対比量間の比が所定の第1基準数値範囲内に収まる状態は状態ST1に属し、第1及び第2対比量間の比が第1基準数値範囲を逸脱するが所定の第2基準数値範囲内に収まる状態は状態ST2に属し、第1及び第2対比量間の比が第2基準数値範囲を逸脱する状態は状態ST3に属する、と考えることができる。第1基準数値範囲は、所定の閾値THU1以下且つ所定の閾値THL1以上の数値範囲であり、第2基準数値範囲は、所定の閾値THU2以下且つ所定の閾値THL2以上の数値範囲である。ここで、THU2>THU1>1>THL1>THL2>0、である。
<<第7実施例>>
第7実施例を説明する。充電によって電池部21の出力電圧が上昇してゆき、測定電圧値VDETが満充電状態に対応する電圧値(上述のVH又はVH’)に達したとき、SOC算出部51によるSOC算出値を100%へと修正するようにしても良い(勿論、修正前のSOC算出値が100%ならば当該修正は不要である)。同様に、放電によって電池部21の出力電圧が低下してゆき、測定電圧値VDETが放電終止状態に対応する電圧値(上述のVL又はVL’)に達したとき、SOC算出部51によるSOC算出値を0%へと修正するようにしても良い(勿論、修正前のSOC算出値が0%ならば当該修正は不要である)。尚、100%及び0%以外への修正も可能である。例えば、電池部21の出力電圧の上昇又は低下の過程において、測定電圧値VDETが5%のSOCに対応する所定電圧値に達したとき、SOC算出部51によるSOC算出値を5%へ修正するようにしても良い(勿論、修正前のSOC算出値が5%ならば当該修正は不要である)。
第7実施例を説明する。充電によって電池部21の出力電圧が上昇してゆき、測定電圧値VDETが満充電状態に対応する電圧値(上述のVH又はVH’)に達したとき、SOC算出部51によるSOC算出値を100%へと修正するようにしても良い(勿論、修正前のSOC算出値が100%ならば当該修正は不要である)。同様に、放電によって電池部21の出力電圧が低下してゆき、測定電圧値VDETが放電終止状態に対応する電圧値(上述のVL又はVL’)に達したとき、SOC算出部51によるSOC算出値を0%へと修正するようにしても良い(勿論、修正前のSOC算出値が0%ならば当該修正は不要である)。尚、100%及び0%以外への修正も可能である。例えば、電池部21の出力電圧の上昇又は低下の過程において、測定電圧値VDETが5%のSOCに対応する所定電圧値に達したとき、SOC算出部51によるSOC算出値を5%へ修正するようにしても良い(勿論、修正前のSOC算出値が5%ならば当該修正は不要である)。
これらの修正を行うことにより、電池システム1の日々の運転の中で、電流測定器23の測定誤差に起因するSOC算出誤差を補正することができる。但し、これらの修正だけでは満充電容量Jの変化に対応することができないため、容量学習処理の実行が必要となる。
<<変形等>>
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈1~注釈3を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態に適用可能な注釈事項として、以下に、注釈1~注釈3を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
[注釈1]
図1に示される電池システム1の全部又は一部を、様々な他のシステム、機器などに搭載することができる。例えば、主制御部11、電池ユニット12、スイッチング回路13、ブレーカ14及び記憶部15を含む電池システム1を、電池部21の放電電力を用いて駆動する移動体(電動車両、船、航空機、エレベータ、歩行ロボット等)又は電子機器(パーソナルコンピュータ、携帯端末等)に搭載しても良いし、家屋や工場の電力システムに組み込んでも良い。
図1に示される電池システム1の全部又は一部を、様々な他のシステム、機器などに搭載することができる。例えば、主制御部11、電池ユニット12、スイッチング回路13、ブレーカ14及び記憶部15を含む電池システム1を、電池部21の放電電力を用いて駆動する移動体(電動車両、船、航空機、エレベータ、歩行ロボット等)又は電子機器(パーソナルコンピュータ、携帯端末等)に搭載しても良いし、家屋や工場の電力システムに組み込んでも良い。
[注釈2]
主制御部11を、ハードウェア、或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって構成することができる。ソフトウェアを用いて実現される機能をプログラムとして記述し、該プログラムをプログラム実行装置(例えばコンピュータ)上で実行することによって、その機能を実現するようにしてもよい。
主制御部11を、ハードウェア、或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって構成することができる。ソフトウェアを用いて実現される機能をプログラムとして記述し、該プログラムをプログラム実行装置(例えばコンピュータ)上で実行することによって、その機能を実現するようにしてもよい。
[注釈3]
主制御部11は、電池状態検出装置として機能する或いは電池状態検出装置を内包している、と考えてもよい。電池状態検出装置は、満充電容量Jに応じた対象量を容量学習処理による容量学習値を用いて検出、算出、推定又は導出することができる。上述の実施形態では、満充電容量Jに応じた対象量の例としてSOCを挙げているが、対象量はSOC以外の量(例えば、満充電容量Jそのもの)であってもよい。検出された対象量は、映像出力、音声出力又は発光ダイオードの発光等を介して、電池システム1のユーザ又は管理者に提示されても良い。
主制御部11は、電池状態検出装置として機能する或いは電池状態検出装置を内包している、と考えてもよい。電池状態検出装置は、満充電容量Jに応じた対象量を容量学習処理による容量学習値を用いて検出、算出、推定又は導出することができる。上述の実施形態では、満充電容量Jに応じた対象量の例としてSOCを挙げているが、対象量はSOC以外の量(例えば、満充電容量Jそのもの)であってもよい。検出された対象量は、映像出力、音声出力又は発光ダイオードの発光等を介して、電池システム1のユーザ又は管理者に提示されても良い。
第4及び第5実施例において、SOC1及びSOC2の夫々は、電池部21の残容量及び満充電容量Jに応じた状態値の例であり、SOC1及びSOC2を夫々第1及び第2状態値と呼ぶこともできる。第4及び第5実施例において、SOC算出部51は第1状態値を導出する第1導出部と機能すると共にSOC特定部55は第2状態値を導出する第2導出部と機能する。
図5~図8の例において、主制御部11(特に推定ブロック53及びSOC算出部51)は、特定タイミング(例えば、TA1、TB1、TC1又はTD1)までの電池部21の放電及び充電の状況を監視し、当該監視結果に基づくSOC算出値を利用することで、特定タイミングを基準にした放電可能電気量CALA、放電可能時間CALB、充電可能電気量CALC又は充電可能時間CALDを推定している。また、図10及び図11の例において、SOC算出部51は、特定タイミング(例えば、TE又はTF)までの電池部21の放電及び充電の状況を監視することで、特定タイミングにおけるSOC1(SOC算出値)を導出している。上述の各実施例で述べた監視対象は、電池部21の放電及び充電における電流値(電流値の積算量)であるが、監視対象は、これに限定されず、例えば、電池部21の放電及び充電における電力値(電力値の積算量)であっても良い。即ち例えば、推定ブロック53は、電池部21の放電及び充電における電流値の積算結果(特定タイミングまでの電流値の積算結果)又は電力値の積算結果(特定タイミングまでの電力値の積算結果)に基づき、CALA、CALB、CALC又はCALDを推定してもよいし、SOC算出部51は、電池部21の放電及び充電における電流値の積算結果(特定タイミングまでの電流値の積算結果)又は電力値の積算結果(特定タイミングまでの電力値の積算結果)に基づき、特定タイミングにおけるSOC1(SOC算出値)を導出してもよい。
1 電池システム
11 主制御部
12 電池ユニット
13 スイッチング回路
21 電池部
22 電圧検出器
23 電流検出器
31 充電スイッチ
32 放電スイッチ
51 SOC算出部
52 容量学習制御部
53 推定ブロック
54 測定ブロック
55 SOC特定部
11 主制御部
12 電池ユニット
13 スイッチング回路
21 電池部
22 電圧検出器
23 電流検出器
31 充電スイッチ
32 放電スイッチ
51 SOC算出部
52 容量学習制御部
53 推定ブロック
54 測定ブロック
55 SOC特定部
Claims (14)
- 1以上の二次電池から成る電池部の満充電容量を計測するための容量学習処理の実行を介して、前記電池部の状態を検出する電池状態検出装置において、
前記電池部の放電及び充電の状況を監視することにより、特定タイミングを基準とした前記電池部の放電可能電気量もしくは放電可能時間又は充電可能電気量もしくは充電可能時間を推定する推定部と、
前記特定タイミングを起点として前記電池部の状態が放電終止状態に至るまでの実際の放電電気量もしくは放電時間、又は、前記特定タイミングを起点として前記電池部の状態が満充電状態に至るまでの充電電気量もしくは充電時間を測定する測定部と、
前記推定部による推定結果と前記測定部による測定結果に基づき、前記容量学習処理の実行要否を判断する容量学習制御部と、を備えた
ことを特徴とする電池状態検出装置。 - 前記容量学習制御部は、前記推定部による推定電気量と前記測定部による測定電気量とを対比することにより、又は、前記推定部による推定時間と前記測定部による測定時間とを対比することにより、前記容量学習処理の実行要否を判断する
ことを特徴とする請求項1に記載の電池状態検出装置。 - 前記容量学習制御部は、前記推定部による推定電気量と前記測定部による測定電気量との誤差又は前記推定部による推定時間と前記測定部による測定時間との誤差が所定の基準よりも大きいとき、前記容量学習処理が必要であると判断して前記容量学習処理を実行する
ことを特徴とする請求項2に記載の電池状態検出装置。 - 前記容量学習制御部は、前記容量学習処理の実行の頻度が所定の基準頻度以上であるとき、前記電池部の劣化に関する判定を成す
ことを特徴とする請求項1~請求項3の何れかに記載の電池状態検出装置。 - 前記容量学習制御部は、
前記推定部による推定電気量と前記測定部による測定電気量との誤差又は前記推定部による推定時間と前記測定部による測定時間との誤差が所定の第1基準よりも大きいが前記第1基準よりも大きな所定の第2基準よりも小さいとき、前記容量学習処理が必要であると判断して前記容量学習処理を実行し、
前記推定部による推定電気量と前記測定部による測定電気量との誤差又は前記推定部による推定時間と前記測定部による測定時間との誤差が前記第2基準よりも大きいとき、前記電池部の劣化に関する判定を成す
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電池状態検出装置。 - 前記推定部は、前記電池部の放電及び充電における電流値の積算結果又は電力値の積算結果に基づき、前記特定タイミングを基準とした前記電池部の前記放電可能電気量もしくは前記放電可能時間又は前記充電可能電気量もしくは前記充電可能時間を推定する
ことを特徴とする請求項1~請求項5の何れかに記載の電池状態検出装置。 - 前記容量学習処理は、前記電池部が前記満充電状態になっている状態を起点として前記電池部が前記放電終止状態になるまで前記電池部を放電させ、その放電過程における放電電気量を取得する処理、又は、前記電池部が前記放電終止状態になっている状態を起点として前記電池部が前記満充電状態になるまで前記電池部を充電させ、その充電過程における充電電気量を取得する処理を含む
ことを特徴とする請求項1~請求項6の何れかに記載の電池状態検出装置。 - 1以上の二次電池から成る電池部の満充電容量を計測するための容量学習処理の実行を介して、前記電池部の状態を検出する電池状態検出装置において、
前記電池部の放電及び充電の状況を監視することにより、前記電池部の残容量及び前記満充電容量に応じた状態値を第1状態値として導出する第1導出部と、
前記電池部の充電及び放電の停止時において又は所定条件下における前記電池部の充電もしくは放電時において、前記電池部の出力電圧の測定値を取得し、取得測定値に基づき前記状態値を第2状態値として導出する第2導出部と、
前記第1及び第2状態値に基づき、前記容量学習処理の実行要否を判断する容量学習実行制御部と、を備えた
ことを特徴とする電池状態検出装置。 - 前記容量学習制御部は、前記第1及び第2状態値を対比することにより、前記容量学習処理の実行要否を判断する
ことを特徴とする請求項8に記載の電池状態検出装置。 - 前記容量学習制御部は、前記第1及び第2状態値間の誤差が所定の基準よりも大きいとき、前記容量学習処理が必要であると判断して前記容量学習処理を実行する
ことを特徴とする請求項9に記載の電池状態検出装置。 - 前記容量学習制御部は、前記容量学習処理の実行の頻度が所定の基準頻度以上であるとき、前記電池部の劣化に関する判定を成す
ことを特徴とする請求項8~請求項10の何れかに記載の電池状態検出装置。 - 前記容量学習制御部は、
前記第1及び第2状態値間の誤差が所定の第1基準よりも大きいが前記第1基準よりも大きな所定の第2基準よりも小さいとき、前記容量学習処理が必要であると判断して前記容量学習処理を実行し、
前記第1及び第2状態値間の誤差が前記第2基準よりも大きいとき、前記電池部の劣化に関する判定を成す
ことを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の電池状態検出装置。 - 前記第1導出部は、前記電池部の放電及び充電における電流値の積算結果又は電力値の積算結果に基づき、前記残容量及び前記第1状態値を導出する
ことを特徴とする請求項8~請求項12の何れかに記載の電池状態検出装置。 - 前記容量学習処理は、前記電池部が満充電状態になっている状態を起点として前記電池部が放電終止状態になるまで前記電池部を放電させ、その放電過程における放電電気量を取得する処理、又は、前記電池部が前記放電終止状態になっている状態を起点として前記電池部が前記満充電状態になるまで前記電池部を充電させ、その充電過程における充電電気量を取得する処理を含む
ことを特徴とする請求項8~請求項13の何れかに記載の電池状態検出装置。
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---|---|---|---|
JP2011144051 | 2011-06-29 | ||
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