WO2013008814A1 - 電源装置及び電源装置を備える車両 - Google Patents

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WO2013008814A1
WO2013008814A1 PCT/JP2012/067580 JP2012067580W WO2013008814A1 WO 2013008814 A1 WO2013008814 A1 WO 2013008814A1 JP 2012067580 W JP2012067580 W JP 2012067580W WO 2013008814 A1 WO2013008814 A1 WO 2013008814A1
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battery
power supply
soc
supply device
temperature
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PCT/JP2012/067580
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Inventor
淳 林田
真也 乾
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三洋電機株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a power supply apparatus that mainly supplies power to a motor that drives a vehicle, a power supply apparatus that is charged with natural energy such as solar cells or midnight power, or a power supply apparatus that is optimal for a backup power supply for power outages.
  • TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power supply device that estimates a specified output of a battery that changes with the same conditions of temperature and SOC and a vehicle including the power supply device.
  • the specified output of the battery changes over time. As the battery deteriorates, the power that can be output decreases. However, the power that can be output varies depending on the SOC and temperature. For this reason, in a device that specifies the specified output of a battery, it is necessary to specify the power that can be output by the SOC and temperature that affect the output.
  • the output power can be increased while reducing the deterioration of the battery.
  • the life of the battery can be extended by controlling to reduce the output power that can be charged and discharged. How long the battery life can be achieved is extremely important for a large-capacity power supply device such as a vehicle power supply device or a natural energy power supply device. This is because a large number of large batteries are used to increase the output, so that the equipment cost is high and a large output is required.
  • the power supply device When the power supply device is charged and discharged in a certain state without considering the output power of the battery, the deteriorated battery is charged and discharged with a large amount of power and rapidly deteriorates, or the output power is limited to a small amount. Although the life of the battery becomes longer, there are problems such as failure to supply optimal power to the load. In order to extend the life of the battery and output as much power as possible to the load, it is important to accurately specify the specified output of the battery that changes over time.
  • Patent Document 1 An apparatus for estimating the output capacity of a battery has been developed.
  • the device of this publication detects the voltage of the battery, detects the difference voltage between the upper limit voltage, the lower limit voltage and the detection voltage of the battery, further detects the internal resistance of the battery, and determines the battery from the internal resistance and the difference voltage.
  • the increase / decrease value of the current until the current voltage matches the upper limit voltage and the lower limit voltage is estimated, and the power that can be output is estimated from the estimated increase / decrease value of the current value.
  • the specified output of the battery can be estimated from the output power.
  • the specified output of the battery varies depending on temperature, SOC, and the like, it is necessary to detect electric power in a state where the temperature and SOC are set to specific values.
  • the state of the battery is estimated at a standard temperature of 25 ° C. and a standard SOC of 50%.
  • the battery temperature fluctuates, so it does not always become the standard temperature, and the SOC also fluctuates, so it does not become the standard SOC.
  • the specified output of the battery is estimated based on the battery temperature and SOC that are actually charged / discharged instead of the standard temperature and standard SOC, the power that can be output can be estimated under the same conditions, but cannot be compared under the exact same conditions.
  • An important object of the present invention is to provide a power supply device and a power supply device capable of detecting the temperature and SOC of the battery and identifying the specified output in the standard state of the battery in a state where the temperature and SOC of the battery to be charged / discharged are not in the standard state It is providing the vehicle provided with. Furthermore, another important object of the present invention is to estimate the standard SOC of the battery and the specified output at the standard temperature by detecting the internal resistance and temperature of the battery when the battery temperature and SOC are not in the standard state. Another object of the present invention is to provide a power supply device capable of accurately detecting a specified output of a battery having the same conditions as a standard SOC and a standard temperature, and a vehicle including the power supply device.
  • the power supply device of the present invention has the following configuration in order to achieve the above-described object.
  • the power supply device of the present invention includes a detection circuit 2 that detects the internal resistance, temperature, and SOC of the battery 1, recording data that estimates the standard SOC for the detected internal resistance and temperature of the battery 1, and the specified output at the standard temperature, and The internal resistance and temperature of the battery 1 detected by the detection circuit 2 in a state in which the SOC of the battery 1 to be detected is within the set SOC range and the storage circuit 3 that stores the set SOC range that has been set And a determination circuit 4 for estimating the standard SOC of the battery 1 and the specified output at the standard temperature from the recording data stored in the storage circuit 3.
  • the detection circuit 2 detects the internal resistance, temperature, and SOC of the battery 1. From the detected internal resistance, temperature, and SOC, the determination circuit 4 compares the detected SOC with the set SOC range stored in the storage circuit 3, and in the state where the detected SOC is within the set SOC range, the battery 1 The specified output at the standard SOC and standard temperature is specified from the internal resistance, temperature, and recorded data.
  • the above power supply apparatus has a feature that it can accurately estimate the specified output in the standard state of the battery while detecting the internal resistance, temperature and SOC of the battery in a state where the battery temperature and SOC are not in the standard state. That is, the above power supply device detects the internal resistance, temperature and SOC of the battery in the standard state, and in the state where the detected SOC is in the set SOC range, the specified output in the standard state is obtained from the internal resistance and temperature. This is because it is estimated from recorded data stored as a lookup table or a function. Since this power supply device estimates the specified output in the standard state when the SOC and temperature to be detected are not in the standard state, the standard state is detected while detecting the internal resistance and temperature of the battery 1 in the state not in the standard state. In other words, there is a feature that can accurately estimate the prescribed output under the same condition.
  • the power supply device of the present invention can have a standard SOC of 50%, a standard temperature of 25 ° C., and a set SOC range of 40% to 70%.
  • the storage circuit 3 can store the recording data as a lookup table or a function.
  • the power supply apparatus can output an electric power that can be discharged continuously for 5 to 20 seconds at a standard SOC and a standard temperature.
  • the determination circuit 4 can detect the degree of deterioration of the battery 1 from the specified output of the battery 1 to be detected.
  • the power supply device described above has a feature that the battery deterioration level can be accurately estimated while the internal resistance, temperature, and SOC of the battery are not detected in a standard state. In particular, in a state where the SOC of the battery is within the set SOC range, it is possible to accurately detect the degree of deterioration of the battery even when the temperature is not in the standard state. Since the degree of deterioration can be detected even when the battery is not in the standard state, there is a feature that the degree of deterioration of the battery can be detected frequently.
  • the determination circuit 4 can determine the failure of the battery 1 or a device connected to the battery 1 from the specified output of the battery 1 detected. Since the power supply apparatus described above can determine a device failure from the specified output of the battery, it can quickly determine the device failure and improve safety.
  • the storage circuit 3 includes a use environment storage circuit 6 for storing the use environment of the battery 1 as record data, and the determination circuit 4 stores the record data stored in the use environment storage circuit 6; It can be determined from the specified output of the battery 1 whether the battery 1 is within the guaranteed range.
  • the above power supply unit determines whether or not the battery performance is within the guaranteed range from the specified output estimated as the battery usage environment, so it is confirmed in what environment the battery that is not within the guaranteed range was used Thus, the cause can be surely investigated.
  • the power supply device of the present invention can supply power to a motor that drives a vehicle as a power supply device for a vehicle.
  • the power supply device of the present invention can be a power storage device for power storage.
  • the vehicle of the present invention can include the power supply device described above.
  • the vehicle according to the present invention controls the power supply to the motor 93 by estimating the electrical characteristics of the battery 1 from the specified output input from the power supply device by the motor 93 that causes the load 91 of the power supply device to travel. Can do.
  • the vehicle described above detects the electrical characteristics of the battery from the specified output input from the power supply device and controls the power supply to the motor. Therefore, the deterioration of the battery can be reduced while increasing the power that can be supplied to the motor.
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
  • the contents described in some examples and embodiments may be used in other examples and embodiments.
  • the power supply device of the present invention is mounted on an electric vehicle such as a hybrid car or an electric vehicle, and is charged with natural energy or midnight power such as a power supply device for driving the vehicle by supplying electric power to the vehicle running motor or a solar cell. Used as a power supply, or as a power supply such as a backup power supply for power failure.
  • FIG. 1 is a block diagram of the power supply device of the present invention.
  • This figure shows a block diagram of a power supply device that estimates a specified output of a battery mounted in a hybrid car or a plug-in hybrid car.
  • a power supply device 90 shown in the figure supplies power to a motor 93 via a DC / AC inverter 95 to travel the vehicle, and is charged with power generated by an engine or a generator 94 driven by regenerative braking.
  • the present invention does not specify the use of the power supply device.
  • the power supply device includes a battery 1 that can be charged.
  • the battery 1 has a plurality of unit cells 11 connected in series or connected in series and in parallel to increase the output.
  • the unit cell 11 is a lithium ion secondary battery or a lithium polymer battery. Lithium ion batteries and lithium polymer batteries have a large voltage change with respect to the SOC, and the voltage can be used to detect the SOC.
  • the power supply device of the present invention does not specify the unit cell 11 as a lithium ion battery or a lithium polymer battery.
  • the unit cell can be any rechargeable secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery.
  • the battery 1 in which the unit cells 11 are connected in series estimates the specified output as a whole.
  • the power supply apparatus can estimate the specified output of each unit cell, or can estimate the specified output of the battery block using a plurality of unit cells as a battery block.
  • the battery 1 is discharged by supplying electric power to a motor for driving the vehicle, and is charged by a generator to control the SOC within a range of about 50% ⁇ 20%.
  • the power supply device includes a detection circuit 2 that detects the internal resistance, temperature, and SOC of the battery 1, and a storage circuit that stores recording data that identifies the specified output of the battery 1 from the detected internal resistance, temperature, and SOC. 3 and a determination circuit 4 that estimates the specified output of the battery 1 from the recording data stored in the storage circuit 3 and the data detected by the detection circuit 2.
  • the detection circuit 2 detects the internal resistance, temperature, and SOC of the battery 1 at a predetermined cycle.
  • the current I during charging / discharging of the battery 1 is detected by the current detection circuit 8, and this detection signal is input to the detection circuit 2.
  • the internal resistance of the battery 1 can be detected from a state in which the battery 1 is discharged and a state in which the battery 1 is charged.
  • the detection circuit 2 that detects the internal resistance in this state detects the discharge internal resistance and the charge internal resistance of the battery 1, and detects the internal resistance from the average value of the discharge internal resistance and the charge internal resistance.
  • An equivalent circuit of the battery 1 having the internal resistance (R) is shown in FIG.
  • the detection circuit 2 detects the internal resistance (R) by averaging the discharge internal resistance (Rd) and the charge internal resistance (Rc) of the battery 1.
  • the detection circuit 2 repeatedly detects the current of the battery 1 to be charged and discharged and the output voltage at a predetermined sampling period in order to detect the current-voltage characteristics of the battery 1.
  • the above detection circuit 2 detects the internal resistance (R) from the discharge internal resistance (Rd) and the charge internal resistance (Rc), but charges / discharges the battery 1 to detect the internal resistance from the slope of the line indicating the current-voltage characteristics. Resistance can also be detected.
  • the detection circuit 2 also detects the temperature and SOC of the battery 1 at the timing of detecting the internal resistance.
  • the temperature is detected by a temperature sensor 5 that is thermally coupled to the battery 1.
  • the remaining capacity of the battery 1 is detected from the integrated value of the current that charges and discharges the battery 1 and the voltage of the battery 1.
  • the detection circuit 2 corrects the SOC calculated from the integrated value of the current to be charged / discharged with the voltage of the battery 1.
  • the SOC is calculated by adding the integrated value of the charging current and subtracting the integrated value of the discharging current.
  • the SOC is corrected by the voltage of the battery 1 in a region where the SOC is large or small.
  • the storage circuit 3 stores the standard SOC for the internal resistance and temperature of the battery 1 to be detected and the recording data for estimating the specified output at the standard temperature.
  • the storage circuit 3 also stores a preset SOC range that is set in advance as storage data.
  • the memory circuit 3 stores the standard SOC, the internal resistance at the standard temperature, and the prescribed output for the temperature as a lookup table or as a function.
  • the standard SOC with respect to the internal resistance and temperature of the battery 1 and the specified output at the standard temperature are determined by actually measuring the battery 1 of the same type.
  • Table 1 illustrates the specified output at standard SOC and standard temperature versus internal resistance and temperature. This table shows the specified output with respect to the internal resistance and temperature, assuming that the standard SOC is 50% and the standard temperature is 25 ° C.
  • the battery 1 of Table 1 has a specified output of 30 KW in a state where the internal resistance is 310 m ⁇ and the temperature of the battery 1 is 15 ° C. Therefore, this battery 1 has a specified output of 30 KW when the SOC is 50% and the temperature is 25 ° C. In a state where the internal resistance and temperature of this temperature are detected, the temperature of the battery 1 is not 25 ° C. but 15 ° C., but the specified output at 25 ° C. is 30 KW. Further, the SOC of the battery 1 is not necessarily 50%, but the specified output when the SOC at 25 ° C. is 50% is 30 KW. The specified output of the battery 1 does not always indicate the maximum output of the battery 1. The maximum output of the battery 1 varies depending on the SOC.
  • the specified output is an output at the standard SOC and standard temperature of the battery 1, for example, an output when the SOC is 50% and the temperature is 25 ° C.
  • the standard SOC is 50% and the standard temperature is 25 ° C., but the standard SOC and the standard temperature are not necessarily set to this value.
  • the standard SOC can be a specific value of 40% to 60%, and the standard temperature can be a specific value in the range of 15 ° C to 30 ° C.
  • the memory circuit 3 stores, as a specified output, an output that can be discharged continuously for 10 seconds at the standard SOC and standard temperature.
  • the specified output stored in the storage circuit 3 can also be stored as an output that can be discharged continuously for a specified time of 5 to 20 seconds at the standard SOC and standard temperature.
  • the storage circuit 3 also stores the set SOC range of the battery 1.
  • the set SOC range is a range of the SOC of the battery 1 that determines whether or not a specified output is estimated from the detected SOC.
  • the SOC range for estimating the specified output from the detected internal resistance and temperature is specified in advance.
  • the set SOC range is a range in which the SOC is 40% to 70%. If the set SOC range is widened, the probability that the specified output of the battery 1 can be estimated increases, but the accuracy decreases.
  • the set SOC range is set to the above-described range in consideration of the accuracy with which the specified output can be detected and the probability with which it can be detected.
  • the power supply device for a vehicle controls the charge / discharge of the SOC of the battery 1 within a range of 50% ⁇ 20%
  • the specified output range of the battery 1 can be increased with a high probability by specifying the set SOC range within this range. There is a feature that can improve accuracy while detecting.
  • the determination circuit 4 determines whether the SOC of the battery 1 detected by the detection circuit 2 is within the set SOC range stored in the storage circuit 3.
  • the determination circuit 4 confirms that the SOC of the battery 1 is in the set SOC range, and stores the internal resistance and temperature of the battery 1 detected by the detection circuit 2 only when the detected SOC is in the set SOC range.
  • the specified output at the standard SOC and standard temperature of the battery 1 is estimated from the recorded data stored in the circuit 3.
  • the determination circuit 4 can also specify the estimated specified output as the latest specified output.
  • the determination circuit 4 averages a plurality of estimated specified outputs detected in a predetermined cycle. It can also be specified as the specified output.
  • the power supply device stores the specified output specified by the determination circuit 4 in the storage circuit 3.
  • the estimated specified output specified by the determination circuit 4 can be rewritten as the latest specified output, but the old specified output stored in the past (for example, the previously rewritten specified output as the specified output as follows)
  • the specified output can be specified more accurately by calculating the specified output by feeding back the output.
  • the determination circuit 4 rewrites the calculated specified output in the storage circuit 3 as the latest specified output.
  • Latest specified output weight 1 ⁇ old specified output + weight 2 ⁇ estimated specified output
  • weight 1 + weight 2 1
  • weight 2 can be increased to increase the ratio of estimated specified output
  • weight 1 can be increased.
  • the ratio of the old specified output can be increased.
  • the weight 2 is set to 0.1 to 0.5.
  • the weight ratio can be changed according to the detected internal resistance of the battery 1. In this method, for example, as the internal resistance of the battery 1 increases, the weight 2 is increased to increase the ratio of the estimated specified output.
  • the above power supply device specifies the specified output of the battery 1 in the following flowchart.
  • the detection circuit 2 calculates the discharge internal resistance and the charge internal resistance of the battery 1, and calculates the internal resistance from the average value of the discharge internal resistance and the charge internal resistance.
  • [Step n 4] It is determined whether the SOC detected by the detection circuit 2 is within the set SOC range. The set SOC range is, for example, 40% to 70%. When the detected SOC is within the set SOC range, the process proceeds to the next step.
  • the power supply device specifies the specified output of the battery 1 through the above process.
  • the specified output is calculated from the specified output estimated by the determination circuit and the old specified output stored in the past.
  • the specified output obtained by averaging the specified outputs of a predetermined number of samples is specified as the specified output of the battery without considering the past specified outputs.
  • the specified output of the battery 1 changes as it deteriorates. For this reason, the deterioration degree of the battery 1 can also be specified from the estimated specified output.
  • the storage circuit 3 stores the relationship between the specified output of the battery 1 and the deterioration level as deterioration data.
  • the determination circuit 4 estimates the degree of deterioration of the battery 1 from the estimated specified output based on the deterioration data of the battery 1. This power supply device can detect the internal resistance, temperature, and SOC of the battery 1 and estimate the degree of deterioration of the battery 1 in addition to the specified output.
  • the specified output of the battery 1 changes depending on the failure of the equipment connected to the power supply device. For example, when an equipment breaks down and an excessive current flows from the power supply device, the electrical characteristics of the battery 1 deteriorates rapidly and the specified output changes. Therefore, the determination circuit 4 of the power supply device can also determine the failure of the connected device from the change in the specified output.
  • the determination circuit 4 of the power supply device stores standard data in which the specified output normally changes. When the specified output changes from the standard data, the determination circuit 4 determines that the connected device is faulty.
  • the specified output of the battery 1 varies depending on the environment in which the power supply is used. For example, when the battery 1 is used in a high temperature environment, stored in a high temperature environment, or charged / discharged with a large current, the electrical characteristics deteriorate and the specified output changes. For this reason, when the power supply device is used in an extremely severe usage environment, the specified output of the battery 1 may change suddenly and deviate from the guaranteed range of the battery. It is important to determine whether a power supply device whose specified output deviates from the guaranteed range of the battery is caused by the use environment or the power supply device itself. In the power supply device that realizes this, the storage circuit 3 is provided with a use environment storage circuit 6 that stores the use environment of the battery 1 as recording data.
  • the determination circuit 4 refers to the recorded data indicating the usage environment stored in the usage environment storage circuit 6 and determines whether the usage environment of the battery 1 is within a range that guarantees the quality of the battery from the specified output of the battery 1. judge. Even if the specified output falls outside the warranty range of the battery, the use environment is extremely severe, and if the power supply device is used beyond the range where the battery can be guaranteed, it is not determined that it is within the quality assurance range. If the specified output of the battery 1 deviates from the guaranteed range even though the power supply device is used in a normal environment from the recorded data of the usage environment, the power supply device has a cause. Determined to be within range.
  • the power supply device transmits the specified output estimated by the determination circuit 4 to the load side of the vehicle or the like via the communication circuit 7.
  • the control circuit 92 estimates the electrical characteristics of the battery 1 from the specified output of the battery 1 transmitted from the power supply device 90.
  • the control circuit 92 stores data for determining the electrical characteristics of the battery 1 from the specified output as a lookup table or as a function.
  • the control circuit 92 controls the charging current, discharging current, SOC, charging voltage, discharging voltage, and the like of the battery 1 so as to be in an optimal range in a state optimal for the estimated electrical characteristics of the battery 1.
  • the maximum output is controlled as much as possible, and the life is extended as much as possible by reducing deterioration.
  • the above power supply devices can be used as in-vehicle power supplies.
  • a vehicle equipped with a power supply device an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only with a motor can be used, and is used as a power source for these vehicles. .
  • FIG. 6 shows an example in which a power supply device is mounted on a hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor.
  • a vehicle HV equipped with the power supply device 90 shown in this figure includes an engine 96 for traveling the vehicle HV and a motor 93 for traveling, a power supply device 90 for supplying power to the motor 93, and power generation for charging a battery of the power supply device 90.
  • the power supply device 90 is connected to the motor 93 and the generator 94 via the DC / AC inverter 95.
  • the vehicle HV travels by both the motor 93 and the engine 96 while charging / discharging the battery of the power supply device 90.
  • the motor 93 is driven to drive the vehicle when the engine efficiency is low, for example, during acceleration or low-speed driving.
  • the motor 93 is driven by power supplied from the power supply device 90.
  • the generator 94 is driven by the engine 96 or is driven by regenerative braking when the vehicle is braked, and charges the battery of the power supply device 90.
  • FIG. 7 shows an example in which a power supply device is mounted on an electric vehicle that runs only with a motor.
  • a vehicle EV equipped with the power supply device 90 shown in this figure includes a motor 93 for traveling the vehicle EV, a power supply device 90 that supplies power to the motor 93, and a generator that charges the battery of the power supply device 90. 94.
  • the power supply device 90 is connected to the motor 93 and the generator 94 via the DC / AC inverter 95.
  • the motor 93 is driven by power supplied from the power supply device 90.
  • the generator 94 is driven by energy when regeneratively braking the vehicle EV, and charges the battery of the power supply device 90.
  • the present invention does not specify the use of the power supply device as the power supply of the motor that drives the vehicle.
  • the power supply device of the present invention can be used as a power source for a power storage device that charges and stores a battery with power generated by solar power generation or wind power generation, or a battery using nighttime power at night It can also be used as a power source for a power storage device that charges and stores electricity.
  • a power supply device charged with late-night power can be charged with late-night power, which is surplus power of the power plant, and can output power during the daytime when the power load increases, thereby limiting the daytime peak power to a small value.
  • the power supply device can also be used as a power source that is charged by both the output of the solar cell and midnight power. This power supply device can efficiently store both electric power generated by a solar cell and late-night electric power while taking into account the weather and power consumption.
  • the power storage device shown in FIG. 8 charges the battery of the power supply device 80 with a charging power supply 85 such as midnight power of a commercial power supply or a solar battery, and discharges the battery of the power supply device 80 to the DC / AC inverter 82 of the load 81. Supply power. For this reason, the power storage device in the figure has a charge mode and a discharge mode.
  • the charging power supply 85 is connected to the power supply device 80 via a charge switch 86, and the DC / AC inverter 82 is connected to the power supply device 80 via a discharge switch 84. ON / OFF of the discharge switch 84 and the charge switch 86 is switched by the control circuit 87 of the power supply device 80.
  • the control circuit 87 switches the charging switch 86 on and the discharging switch 84 off, and charges the battery of the power supply device 80 with the power supplied from the charging power supply 85.
  • the control circuit 87 switches the charging switch 86 to OFF to stop charging.
  • the control circuit 87 switches the discharge switch 84 to ON and the charge switch 86 to OFF to supply power from the power supply device 80 to the load 81.
  • a load 81 to which power is supplied from the power supply device 80 supplies power from the power supply device 80 to the electrical device 83 via the DC / AC inverter 82.
  • the control circuit 87 switches the discharge switch 84 to OFF and stops discharging. Furthermore, the power storage device can turn on both the charge switch 86 and the discharge switch 84 as necessary to simultaneously supply power to the load 81 and charge the power supply device 80.
  • the power supply device can be suitably used as a power supply device for a plug-in hybrid electric vehicle, a hybrid electric vehicle, an electric vehicle or the like that can switch between the EV traveling mode and the HEV traveling mode.
  • a backup power supply that can be mounted on a rack of a computer server, a backup power supply for a wireless base station such as a mobile phone, a power supply for household use and a factory, a power supply for a street light, etc. It can also be used as appropriate for applications such as backup power supplies for devices and traffic lights.

Abstract

【課題】電池温度やＳＯＣが標準状態にない状態であっても、電池の標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定する。 【解決手段】電源装置は、電池１の内部抵抗と温度とＳＯＣを検出する検出回路２と、検出される電池１の内部抵抗と温度に対する標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定する記録データ及びあらかじめ設定している設定ＳＯＣ範囲を記憶データとして記憶している記憶回路３と、電池１のＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲にある状態において、検出回路２で検出される電池１の内部抵抗及び温度と、記憶回路３に記憶している記録データから電池１の標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定する判定回路４とを備える。この電源装置は、検出回路２で電池１の内部抵抗と温度とＳＯＣを検出し、検出ＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲にある状態において、判定回路４が電池１の内部抵抗と温度と記録データから、標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を特定する。

Description

電源装置及び電源装置を備える車両
　本発明は、主として車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置、太陽電池等の自然エネルギーや深夜電力で充電される電源装置、あるいは停電のバックアップ電源などに最適な電源装置に関し、とくに、経時的に変化する電池の規定出力を、温度とＳＯＣを同一条件として推定する電源装置及び電源装置を備える車両に関する。
　電池の規定出力は経時的に変化する。電池は劣化するにしたがって、出力できる電力が減少する。ただ、出力できる電力は、ＳＯＣや温度によっても変化する。このため、電池の規定出力を特定する装置にあっては、出力できる電力を出力に影響のあるＳＯＣと温度で特定する必要がある。
　電池は、最適な状態で充放電するようにコントロールすることで、電池の劣化を少なくしながら出力可能電力を大きくできる。例えば、電池が劣化するにしたがって、充放電する出力可能電力を減少させるようにコントロールして、電池の寿命を長くできる。電池の寿命をいかに長くできるかは、車両用の電源装置や自然エネルギーの電源装置のように、大容量の電源装置にとって極めて大切である。それは、出力を大きくするために、大きな電池を多数に使用するので設備コストが高く、また、大きな出力が要求されるからである。電源装置は、電池の出力可能電力を考慮することなく一定の状態で充放電すると、劣化した電池が大電力で充放電されて急激に劣化したり、あるいは出力可能電力を小さく制限することで電池の寿命は長くなるが、負荷に最適な電力を供給できなくなるなどの弊害が発生する。電池の寿命を長くし、また、負荷にはできるかぎり大きな電力を出力するために、経時的に変化する電池の規定出力を正確に特定することが大切である。
　ところで、電池の出力可能容量を推定する装置は開発されている。（特許文献１参照）
　この公報の装置は、電池の電圧を検出して、電池の上限電圧と下限電圧と検出電圧との差電圧を検出し、さらに電池の内部抵抗を検出して、内部抵抗と差電圧から、電池の電圧が上限電圧と下限電圧に一致するまでの電流の増減値を推定し、推定される電流値の増減値から出力できる電力を推定する。
特開２００１－２０３９３５号公報
　以上の公報の装置は、出力可能電力を推定するので、この出力可能電力から電池の規定出力を推定できる。ただ、電池の規定出力は、温度やＳＯＣ等によって変動するので、温度やＳＯＣを特定の値とする状態で電力を検出する必要がある。たとえば、電池の状態は、標準温度２５℃、標準ＳＯＣ５０％で推定される。ただ、現実の使用状態において、電池の温度は変動するので常に標準温度とならず、また、ＳＯＣも変動するので、標準ＳＯＣとならない。電池の規定出力を標準温度と標準ＳＯＣの状態でなく、現実に充放電される電池温度とＳＯＣとで推定すると、同一条件で出力可能電力を推定できるが、正確に同じ条件で比較できなくなる。
　本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、充放電される電池の温度やＳＯＣが標準状態にない状態で、電池の温度とＳＯＣを検出して、電池の標準状態における規定出力を特定できる電源装置及び電源装置を備える車両を提供することにある。
　さらに、本発明の他の大切な目的は、電池の温度やＳＯＣが標準状態にない状態で電池の内部抵抗と温度を検出して、電池の標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定することで、標準ＳＯＣと標準温度を同一条件とする電池の規定出力を正確に検出できる電源装置及び電源装置を備える車両を提供することにある。
課題を解決するための手段及び効果
　本発明の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
　本発明の電源装置は、電池１の内部抵抗と温度とＳＯＣを検出する検出回路２と、検出される電池１の内部抵抗と温度に対する標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定する記録データ及びあらかじめ設定している設定ＳＯＣ範囲を記憶データとして記憶している記憶回路３と、検出される電池１のＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲にある状態において、検出回路２で検出される電池１の内部抵抗及び温度と、記憶回路３に記憶している記録データから電池１の標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定する判定回路４とを備える。この電源装置は、検出回路２で電池１の内部抵抗と温度とＳＯＣを検出する。検出された内部抵抗と温度とＳＯＣから、判定回路４は、検出されたＳＯＣを記憶回路３に記憶している設定ＳＯＣ範囲に比較して、検出ＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲にある状態において、電池１の内部抵抗と温度と記録データから、標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を特定する。
　以上の電源装置は、電池の温度やＳＯＣが標準状態にない状態で、電池の内部抵抗と温度とＳＯＣを検出しながら、電池の標準状態における規定出力を正確に推定できる特徴がある。それは、以上の電源装置が、標準状態になる電池の内部抵抗と温度とＳＯＣを検出し、検出されるＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲にある状態において、内部抵抗と温度から、標準状態における規定出力を、ルックアップテーブルや関数として記憶している記録データから推定するからである。この電源装置は、検出するＳＯＣと温度とが標準状態にない状態で、標準状態における規定出力を推定するので、電池１の内部抵抗と温度とを標準状態にない状態で検出しながら、標準状態における、すなわち同一条件における規定出力を正確に推定できる特徴がある。
　本発明の電源装置は、標準ＳＯＣを５０％とし、標準温度を２５℃とし、設定ＳＯＣ範囲を４０％ないし７０％とすることができる。
　本発明の電源装置は、記憶回路３が、記録データをルックアップテーブル又は関数として記憶することができる。
　本発明の電源装置は、を、標準ＳＯＣと標準温度において、５秒ないし２０秒間連続して放電できる出力とすることができる。
　本発明の電源装置は、判定回路４が、検出される電池１の規定出力から電池１の劣化度を検出することができる。
　以上の電源装置は、電池の内部抵抗や温度やＳＯＣを標準状態で検出しない状態としながら、電池の劣化度を正確に推定できる特徴がある。とくに、電池のＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲にある状態においては、温度が標準状態にない状態にあっても、電池の劣化度を正確に検出できる。電池が標準状態にない状態においても、劣化度を検出できるので、電池の劣化度を頻繁に検出できる特徴がある。
　本発明の電源装置は、判定回路４が、検出される電池１の規定出力から、電池１や電池１を接続している機器の故障を判定することができる。
　以上の電源装置は、電池の規定出力から機器の故障を判定できるので、機器の故障を速やかに判定して、安全性を向上できる。
　本発明の電源装置は、記憶回路３が、電池１の使用環境を記録データとして記憶する使用環境記憶回路６を備えて、判定回路４が、使用環境記憶回路６に記憶される記録データと、電池１の規定出力から電池１が保証の範囲内にあるかどうかを判定することができる。
　以上の電源装置は、電池の使用環境と推定される規定出力から、電池性能が保証の範囲内にあるかどうかを判定するので、保証範囲にない電池がどのような環境で使用されたかを確認して、原因を確実に究明できる。
　本発明の電源装置は、車両用の電源装置として、車両を走行させるモータに電力を供給することができる。
　本発明の電源装置は、蓄電用の電源装置とすることができる。
　本発明の車両は、以上のいずれかに記載の電源装置を備えることができる。
　さらに、本発明の車両は、電源装置の負荷９１が車両を走行させるモータ９３で、電源装置から入力される規定出力から電池１の電気特性を推定してモータ９３への電力供給をコントロールすることができる。
　以上の車両は、電源装置から入力される規定出力から電池の電気特性を検出して、モータへの電力供給をコントロールするので、モータに供給できる電力を大きくしながら、電池の劣化を少なくできる。
本発明の一実施例にかかる電源装置のブロック図である。 内部抵抗を有する電池の等価回路を示す図である。 電池の放電時における電流－電圧特性を示すグラフである。 電池の充電時における電流－電圧特性を示すグラフである。 本発明の電源装置が電池の規定出力を特定するフローチャートである。 エンジンとモータで走行するハイブリッド自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。 モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。 蓄電用の電源装置に適用する例を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
　本発明の電源装置は、主としてハイブリッドカーや電気自動車などの電動車両に搭載されて、車両の走行モータに電力を供給して車両を走行させる電源装置、太陽電池等の自然エネルギーや深夜電力で充電される電源装置、あるいはまた、停電のバックアップ電源などの電源装置として使用される。
　図１は、本発明の電源装置のブロック図である。この図は、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカーに搭載される電池の規定出力を推定する電源装置のブロック図を示している。図の電源装置９０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３に電力を供給して車両を走行し、エンジンや回生制動で駆動される発電機９４で発電される電力で充電される。ただし、本発明は、電源装置の用途を特定するものではない。
　電源装置は、充電できる電池１を備えている。電池１は、複数の素電池１１を直列に接続し、あるいは直列と並列に接続して出力を大きくしている。素電池１１は、リチウムイオン二次電池またはリチウムポリマー電池である。リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池は、ＳＯＣに対する電圧変化が大きく、電圧をＳＯＣの検出に利用できる。ただ、本発明の電源装置は、素電池１１をリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池には特定しない。素電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての二次電池とすることができる。素電池１１を直列に接続している電池１は、全体としての規定出力を推定する。ただ、電源装置は、各々の素電池の規定出力を推定し、あるいは又、複数の素電池を電池ブロックとして、電池ブロックの規定出力を推定することができる。電池１は、車両の走行用のモータに電力を供給して放電され、また、発電機で充電されて、ＳＯＣを約５０％±２０％の範囲にコントロールされる。
　さらに、電源装置は、電池１の内部抵抗と温度とＳＯＣを検出する検出回路２と、検出される内部抵抗と温度とＳＯＣから電池１の規定出力を特定する記録データを記憶している記憶回路３と、この記憶回路３に記憶される記録データと検出回路２で検出されるデータから電池１の規定出力を推定する判定回路４とを備えている。
　検出回路２は、所定の周期で電池１の内部抵抗と温度とＳＯＣとを検出する。電池１の充放電時の電流Ｉは、電流検出回路８で検出され、この検出信号は、検出回路２に入力される。電池１の内部抵抗は、電池１を放電する状態と充電する状態とから検出できる。この状態で内部抵抗を検出する検出回路２は、電池１の放電内部抵抗と充電内部抵抗を検出し、放電内部抵抗と充電内部抵抗の平均値から内部抵抗を検出する。内部抵抗（Ｒ）を有する電池１の等価回路を図２に示す。この等価回路の電池１を充放電して、電流Ｉと出力電圧ＶLを検出すると図３と図４に示すようになる。図３において、電池１の電流－電圧特性を示すラインＡの傾きから放電内部抵抗（Ｒｄ）が演算され、図４において、電池１の電流－電圧特性を示すラインＢの傾きから充電内部抵抗（Ｒｃ）が演算される。
　電池１の開放電圧をＶoとし、放電電流Ｉｄのときに電圧をＶLとすれば、
　　ＶL＝Ｖo－Ｒｄ×Ｉｄ
　この式から、放電内部抵抗（Ｒｄ）は
　　Ｒｄ＝（Ｖo－ＶL）／Iｄ　で演算される。
　また、電池１の開放電圧をＶoとし、充電電流Ｉｃのときに電圧をＶLとすれば、
　　ＶL＝Ｖo＋Ｒｃ×Ｉｃ
　この式から、充電内部抵抗（Ｒｃ）は
　　Ｒｃ＝（ＶL－Ｖo）／Iｃ　で演算される。
　検出回路２は、電池１の放電内部抵抗（Ｒｄ）と充電内部抵抗（Ｒｃ）を平均して内部抵抗（Ｒ）を検出する。検出回路２は、電池１の電流－電圧特性を検出するために、充放電される電池１の電流と出力電圧とを所定のサンプリング周期で繰り返し検出する。以上の検出回路２は、放電内部抵抗（Ｒｄ）と充電内部抵抗（Ｒｃ）から内部抵抗（Ｒ）を検出するが、電池１を充放電して、電流－電圧特性を示すラインの傾きから内部抵抗を検出することもできる。
　検出回路２は、内部抵抗を検出するタイミングで電池１の温度とＳＯＣも検出する。温度は電池１に熱結合している温度センサ５で検出する。電池１の残容量は、電池１を充放電する電流の積算値と、電池１の電圧から検出する。検出回路２は、充放電する電流の積算値から演算したＳＯＣを、電池１の電圧で補正する。電池１は充電するとＳＯＣが増加して、放電するとＳＯＣが減少する。充電電流の積算値を加算し、放電電流の積算値を減算してＳＯＣは演算される。電池１の電圧が高くなり、また低くなると電圧に対するＳＯＣが正確に検出できるので、ＳＯＣが大きく、また小さくなる領域において、ＳＯＣを電池１の電圧で補正する。
　記憶回路３は、検出される電池１の内部抵抗と温度に対する標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定する記録データを記憶している。また、記憶回路３は、あらかじめ設定している設定ＳＯＣ範囲も記憶データとして記憶している。記憶回路３は、標準ＳＯＣと標準温度における内部抵抗と温度に対する規定出力を、ルックアップテーブルとして記憶し、または関数として記憶している。電池１の内部抵抗と温度に対する標準ＳＯＣと標準温度における規定出力は、同じタイプの電池１を実測して決定される。表１は、内部抵抗と温度に対する、標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を例示する。この表は、標準ＳＯＣを５０％、標準温度を２５℃として、内部抵抗と温度に対する規定出力を示している。この表１の電池１は、内部抵抗を３１０ｍΩとし、かつ電池１の温度を１５℃とする状態で規定出力が３０ＫＷとなる。したがって、この電池１は、ＳＯＣを５０％、温度を２５℃とする状態での規定出力が３０ＫＷとなる。この温度の内部抵抗と温度が検出される状態で、電池１の温度は２５℃ではなくて１５℃であるが、２５℃における規定出力は３０ＫＷとなる。また、この電池１のＳＯＣも必ずしも５０％ではないが、２５℃におけるＳＯＣを５０％とする規定出力は３０ＫＷとなる。電池１の規定出力は、常にその電池１の最大出力を示すものではない。電池１の最大出力はＳＯＣによって変化し、ＳＯＣが大きくなると電池１の電圧が高くなって最大出力は大きく、反対にＳＯＣが小さくなると電池１の電圧が低くなって最大出力も低下する。規定出力は、その電池１の標準ＳＯＣと標準温度における出力、たとえば、ＳＯＣを５０％とし、温度を２５℃とする状態での出力である。この表は、標準ＳＯＣを５０％、標準温度を２５℃とするものであるが、標準ＳＯＣと標準温度は、必ずしもこの値とする必要はない。たとえば、標準ＳＯＣを４０％～６０％の特定の値とし、また標準温度を１５℃～３０℃の範囲の特定の値とすることもできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　記憶回路３は、標準ＳＯＣと標準温度において、１０秒間連続して放電できる出力を規定出力として記憶している。ただし、記憶回路３が記憶する規定出力は、標準ＳＯＣと標準温度において、５秒ないし２０秒間の特定された時間は連続して放電できる出力として記憶することもできる。
　さらに、記憶回路３は、電池１の設定ＳＯＣ範囲も記憶している。設定ＳＯＣ範囲は、検出されるＳＯＣから、規定出力を推定するかどうかを判定する電池１のＳＯＣの範囲である。電池１は、過充電や過放電に近くなると、内部抵抗と温度から正確に規定出力を推定できなくなる。したがって、検出する内部抵抗や温度から規定出力を推定するＳＯＣの範囲をあらかじめ特定している。たとえば、この設定ＳＯＣ範囲は、ＳＯＣを４０％ないし７０％とする範囲とする。設定ＳＯＣ範囲を広くすると、電池１の規定出力を推定できる確率は高くなるが精度が低下する。反対に、設定ＳＯＣ範囲を狭くすると電池１の規定出力の精度は高くなるが、推定できる確率が低くなる。したがって、設定ＳＯＣ範囲は、規定出力を検出できる精度と、これを検出できる確率とを考慮して前述の範囲に設定される。とくに、車両用の電源装置は、電池１のＳＯＣを５０％±２０％の範囲に充放電をコントロールするので、設定ＳＯＣ範囲をこの範囲に特定することで、電池１の規定出力を高い確率で検出しながら、精度を高くできる特徴がある。
　判定回路４は、検出回路２で検出される電池１のＳＯＣが、記憶回路３に記憶している設定ＳＯＣ範囲にあるかどうかを判定する。判定回路４は、電池１のＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲にあることを確認し、検出ＳＯＣがこの設定ＳＯＣ範囲にある状態においてのみ、検出回路２で検出される電池１の内部抵抗及び温度と、記憶回路３に記憶している記録データから電池１の標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定する。ここで、判定回路４は、推定された規定出力を最新の規定出力として特定することもできるが、所定の周期で検出された複数の推定規定出力を平均して得られた規定出力を最新の規定出力として特定することもできる。
　電源装置は、判定回路４で特定された規定出力を記憶回路３に記憶する。このとき、判定回路４で特定された推定規定出力を最新の規定出力として書き換えることもできるが、以下のように、過去に記憶された旧規定出力（例えば、前回に規定出力として書き換えられた規定出力）をフィードバックして規定出力を演算することで、より正確な規定出力を特定することもできる。この判定回路４は、演算された規定出力を最新の規定出力として記憶回路３に書き換える。
　最新の規定出力＝ウェイト１×旧規定出力＋ウェイト２×推定規定出力
　ただし、ウェイト１＋ウェイト２＝１であって、ウェイト２を大きくして、推定規定出力の比率を大きくでき、ウェイト１を大きくして旧規定出力の比率を大きくできる。好ましくは、ウェイト２は０．１～０．５に設定される。さらに、ウェイトの比率は、検出された電池１の内部抵抗によって変更することもできる。この方法は、例えば、電池１の内部抵抗が大きくなるにしたがって、ウェイト２を大きくして、推定規定出力の比率を大きくする。
　以上の電源装置は、以下のフローチャートで電池１の規定出力を特定する。
［ｎ＝１のステップ］
　検出回路２が、電池１の電流と電圧と温度を検出する。このステップにおいて、電流と電圧と温度は、一定の周期で複数回検出される。たとえば、１００ｍｓｅｃのサンプリング周期で、１０ｓｅｃ間、すなわち電流と電圧と温度を１００回検出して、内部抵抗を演算する検出データとする。
　さらに、検出回路２は、電池１を充放電する電流の積算値と、電池１の電圧から電池１のＳＯＣを演算する。
［ｎ＝２のステップ］
　検出回路２が、検出データから電池１の内部抵抗を演算する。検出回路２は、電池１の放電内部抵抗と充電内部抵抗を演算し、放電内部抵抗と充電内部抵抗の平均値から内部抵抗を算出する。
［ｎ＝３のステップ］
　検出された温度が、設定温度範囲にあるかどうかを判定する。設定温度範囲は、例えば、１５℃～４０℃とする。検出温度が設定温度範囲内にあると、次のステップに進む。検出温度が設定温度範囲内にないと、ステップ１に戻る。
［ｎ＝４のステップ］
　検出回路２で検出されたＳＯＣが、設定ＳＯＣ範囲にあるかどうかを判定する。設定ＳＯＣ範囲は、例えば、４０％～７０％とする。検出されたＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲内にあると、次のステップに進む。検出されたＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲内にないと、ステップ１に戻る。
［ｎ＝５のステップ］
　検出されたＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲にあると、判定回路４は、検出された電池１の内部抵抗及び温度と、記憶回路３に記憶している記録データから、標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定する。
［ｎ＝６のステップ］
　判定回路４で検出された複数の推定規定出力が所定のサンプル数になったかどうかを判定する。判定回路４で検出された推定規定出力が所定のサンプル数になるまで、ｎ＝１ないし６のステップをループする。
［ｎ＝７のステップ］
　判定回路４で検出された複数の推定規定出力が所定のサンプル数になると、これらの規定出力を平均して、電池１の規定出力を特定する。
［ｎ＝８のステップ］
　前のステップで特定された推定規定出力と、過去に記憶された旧規定出力とから、以下の式に基づいて規定出力を演算する。
　最新の規定出力＝ウェイト１×旧規定出力＋ウェイト２×推定規定出力
　ただし、ウェイト１＋ウェイト２＝１である。
［ｎ＝９のステップ］
　演算された規定出力を最新の規定出力として記憶回路３に書き換える。
　電源装置は、以上の工程で電池１の規定出力を特定する。ただ、電源装置は、以上のフローチャートにおいて、ｎ＝６及び７のステップを省略することも、ｎ＝８及び９のステップを省略することもできる。ｎ＝６及び７のステップを省略する場合、判定回路で推定された規定出力と過去に記憶された旧規定出力とから規定出力を演算する。また、ｎ＝８及び９のステップを省略する場合、過去の規定出力を考慮することなく、所定のサンプル数の規定出力を平均して得られる規定出力を電池の規定出力として特定する。
　さらに、電池１は、劣化するにしたがって規定出力が変化する。このため、推定された規定出力から電池１の劣化度を特定することもできる。このことを実現する電源装置は、記憶回路３に、電池１の規定出力と劣化度との関係を劣化データとして記憶している。判定回路４は、電池１の劣化データに基づいて、推定される規定出力から電池１の劣化度を推定する。この電源装置は、電池１の内部抵抗と温度とＳＯＣとを検出して、規定出力に加えて電池１の劣化度も推定することができる。
　さらに、電池１の規定出力は、電源装置を接続している機器の故障によっても変化する。たとえば、機器が故障して電源装置から過大な電流が流れると、電池１の電気特性が急激に悪化して規定出力が変化する。したがって、電源装置の判定回路４は、規定出力の変化から接続している機器の故障を判定することもできる。この電源装置の判定回路４は、正常に規定出力が変化する標準データを記憶しており、規定出力がこの標準データからずれて変化すると、接続している機器の故障と判定する。
　さらに、電源装置は、使用される環境によっても電池１の規定出力が変化する。たとえば、電池１が高温環境で使用され、あるいは高温環境で保存され、あるいはまた、大きな電流で充放電されると、電気特性が悪化して規定出力が変化する。このため、電源装置が極めて厳しい使用環境で使用されると、電池１の規定出力が急激に変化して電池の保証範囲からずれることがある。規定出力が電池の保証範囲からずれた電源装置は、使用環境に原因があるのか、あるいは電源装置自体に原因があるのかを判定することが大切である。このことを実現する電源装置は、記憶回路３に、電池１の使用環境を記録データとして記憶する使用環境記憶回路６を設けている。判定回路４は、使用環境記憶回路６に記憶される使用環境を示す記録データを参考にして、電池１の規定出力から、電池１の使用環境が電池の品質を保証する範囲内であったかどうかを判定する。規定出力が電池の保証範囲を外れる状態となっても、使用環境が極めて厳しく、電池を保証できる範囲を越えて電源装置が使用されていた場合は、品質保証の範囲内とは判定しない。使用環境の記録データから、電源装置が正常な環境で使用されていたにもかかわらず、電池１の規定出力が保証範囲からずれる場合は、電源装置に原因があるので、電池１の品質保証の範囲内であると判定する。
　電源装置は、判定回路４で推定される規定出力を通信回路７を介して車両等の負荷側に伝送する。車両等の負荷９１は、電源装置９０から伝送される電池１の規定出力から、制御回路９２が電池１の電気特性を推定する。この制御回路９２は、規定出力から電池１の電気特性を判定するデータをルックアップテーブルとして、あるいは関数として記憶している。制御回路９２は、推定された電池１の電気特性に最適な状態で、電池１の充電電流、放電電流、ＳＯＣ、充電電圧、放電電圧等を最適な範囲となるように制御して、電池１の最大出力をできる限り大きく、かつ劣化を少なくしてできるかぎり寿命を長くするように制御する。
　以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車などの電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。
（ハイブリッド車用電源装置）
　図６は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する電源装置９０と、電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置９０の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
（電気自動車用電源装置）
　また、図７は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電源装置９０と、この電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、電源装置９０から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置９０の電池を充電する。
（蓄電用電源装置）
　さらに、本発明は、電源装置の用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。本発明の電源装置は、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池を充電して蓄電する蓄電装置用の電源として使用することができ、あるいは、夜間の深夜電力を利用して電池を充電して蓄電する蓄電装置用の電源として使用することもできる。深夜電力で充電される電源装置は、発電所の余剰電力である深夜電力で充電して、電力負荷の大きくなる昼間に電力を出力して、昼間のピーク電力を小さく制限することができる。さらに、電源装置は、太陽電池の出力と深夜電力の両方で充電する電源としても使用できる。この電源装置は、太陽電池で発電される電力と深夜電力の両方を有効に利用して、天候や消費電力を考慮しながら効率よく蓄電できる。
　図８に示す蓄電装置は、商用電源の深夜電力や太陽電池等の充電用電源８５で電源装置８０の電池を充電し、電源装置８０の電池を放電して負荷８１のＤＣ／ＡＣインバータ８２に電力を供給する。このため、図の蓄電装置は、充電モードと放電モードを備える。充電用電源８５は、充電スイッチ８６を介して電源装置８０に接続されており、ＤＣ／ＡＣインバータ８２は、放電スイッチ８４を介して電源装置８０に接続されている。放電スイッチ８４及び充電スイッチ８６のＯＮ／ＯＦＦは、電源装置８０の制御回路８７によって切り替えられる。充電モードにおいて、制御回路８７は充電スイッチ８６をＯＮに、放電スイッチ８４をＯＦＦに切り替えて、充電用電源８５から供給される電力で電源装置８０の電池を充電する。電源装置８０は、充電が完了して満充電になり、あるいは所定値以上の容量が充電されると、制御回路８７が充電スイッチ８６をＯＦＦに切り換えて充電を停止する。また、放電モードにおいて、制御回路８７は、放電スイッチ８４をＯＮに、充電スイッチ８６をＯＦＦに切り替えて、電源装置８０から負荷８１へ電力を供給する。電源装置８０から電力が供給される負荷８１は、ＤＣ／ＡＣインバータ８２を介して電源装置８０からの電力を電気機器８３に供給する。電源装置８０は、電池の残容量が所定の容量まで低下すると、制御回路８７が放電スイッチ８４をＯＦＦに切り換えて放電を停止する。さらに、蓄電装置は、必要に応じて、充電スイッチ８６と放電スイッチ８４の両方をＯＮにして、負荷８１への電力供給と、電源装置８０への充電を同時に行うこともできる。
　本発明に係る電源装置は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。また、コンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。
　　１…電池
　　２…検出回路
　　３…記憶回路
　　４…判定回路
　　５…温度センサ
　　６…使用環境記憶回路
　　７…通信回線
　　８…電流検出回路
　１１…素電池
　８０…電源装置
　８１…負荷
　８２…ＤＣ／ＡＣインバータ
　８３…電気機器
　８４…放電スイッチ
　８５…充電用電源
　８６…充電スイッチ
　８７…制御回路
　９０…電源装置
　９１…負荷
　９２…制御回路
　９３…モータ
　９４…発電機
　９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
　９６…エンジン
　ＥＶ…車両
　ＨＶ…車両

Claims (11)

  1. 　電池の内部抵抗と温度とＳＯＣを検出する検出回路と、
    　検出される電池の内部抵抗と温度に対する標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定する記録データ及びあらかじめ設定している設定ＳＯＣ範囲を記憶データとして記憶している記憶回路と、
    　検出される電池のＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲にある状態において、検出回路で検出される電池の内部抵抗及び温度と、記憶回路に記憶している記録データから電池の標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を推定する判定回路とを備え、
    　前記検出回路でもって電池の内部抵抗と温度とＳＯＣとが検出され、前記判定回路が、検出されるＳＯＣを記憶回路に記憶している設定ＳＯＣ範囲に比較して、検出ＳＯＣが設定ＳＯＣ範囲にある状態において、電池の内部抵抗と温度と記録データから、標準ＳＯＣと標準温度における規定出力を特定するようにしてなる電源装置。
  2. 　前記標準ＳＯＣが５０％で、標準温度が２５℃で、設定ＳＯＣ範囲が４０％ないし７０％である請求項１に記載される電源装置。
  3. 　前記記憶回路が、記録データをルックアップテーブル又は関数として記憶している請求項１または２に記載される電源装置。
  4. 　前記規定出力が、標準ＳＯＣと標準温度において、５秒ないし２０秒間連続して放電できる出力である請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
  5. 　前記判定回路が、検出される電池の規定出力から電池の劣化度を検出する請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置。
  6. 　前記判定回路が、検出される電池の規定出力から、電池や電池を接続している機器の故障を判定する請求項１ないし５のいずれかに記載される電源装置。
  7. 　前記記憶回路が、電池の使用環境を記録データとして記憶する使用環境記憶回路を備え、前記判定回路が、使用環境記憶回路に記憶される使用環境の記録データと、電池の規定出力から、電池が保証の範囲内にあるかどうかを判定する請求項１ないし６のいずれかに記載される電源装置。
  8. 　前記電源装置が、車両用の電源装置で、車両を走行させるモータに電力を供給する装置である請求項１ないし７のいずれかに記載の電源装置。
  9. 　前記電源装置が、蓄電用の電源装置である請求項１ないし７のいずれかに記載の電源装置。
  10. 　請求項１ないし８のいずれかに記載される電源装置を備える車両。
  11. 　前記電源装置の負荷が車両を走行させるモータで、前記電源装置から入力される規定出力から電池の電気特性を推定してモータへの電力供給をコントロールする請求項１０に記載される車両。
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