WO2014080595A1 - 電池管理装置および電源装置 - Google Patents

電池管理装置および電源装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014080595A1
WO2014080595A1 PCT/JP2013/006667 JP2013006667W WO2014080595A1 WO 2014080595 A1 WO2014080595 A1 WO 2014080595A1 JP 2013006667 W JP2013006667 W JP 2013006667W WO 2014080595 A1 WO2014080595 A1 WO 2014080595A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
charging rate
soc
dod
ocv table
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/006667
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
浩也 村尾
Original Assignee
三洋電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三洋電機株式会社 filed Critical 三洋電機株式会社
Priority to JP2014548446A priority Critical patent/JP6316754B2/ja
Publication of WO2014080595A1 publication Critical patent/WO2014080595A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • 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
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • 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]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery management device that manages the state of a battery, and a power supply device that includes the battery management device.
  • HV hybrid vehicles
  • PSV plug-in hybrid vehicles
  • EV electric vehicles
  • Rechargeable batteries for vehicles require strict safety management and effective use of battery capacity compared to large power storage systems. As a prerequisite for this, high-accuracy charging rate estimation is required.
  • As one of the charging rate estimation methods there is an OCV (Open Circuit Voltage) method (see, for example, Patent Document 1).
  • an open circuit voltage also referred to as an open voltage
  • the conventional OCV method uses a correspondence relationship between a charging rate and an open circuit voltage on the assumption that it has been reached by charging. Therefore, in particular, the accuracy of charge rate estimation at the time of discharging was not sufficient.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for estimating the charging rate with high accuracy using the open circuit voltage of the battery.
  • a battery management device includes an SOC-OCV table that defines a relationship between a charging rate expressed by a state of charge of a battery and an open circuit voltage of the battery,
  • the DOD-OCV table that defines the relationship between the charging rate expressed by the depth of discharge and the open circuit voltage of the battery, and the SOC-OCV table and DOD-OCV based on the measured or estimated battery open circuit voltage
  • a control unit that estimates the charging rate of the battery using a table.
  • a power supply device includes a battery and the above-described battery management device that manages the battery.
  • the charging rate can be estimated with high accuracy using the open circuit voltage of the battery.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a power supply apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the power supply apparatus 100 is mounted on a vehicle as a power source such as a hybrid car or an electric vehicle.
  • Inverter 200 is provided between power supply device 100 and travel motor 300. During power running, the inverter 200 converts the DC power supplied from the power supply device 100 into AC power and supplies it to the traveling motor 300. Further, during regeneration, AC power supplied from the traveling motor 300 is converted into DC power and supplied to the power supply apparatus 100.
  • ECU 400 electronically controls the entire vehicle.
  • ECU 400 controls inverter 200 based on various signals input from an accelerator pedal, power supply device 100, various auxiliary machines, and various sensors.
  • ECU 400 controls inverter 200 so as to supply electric power corresponding to the degree to travel motor 300.
  • control is performed so that the electric power generated by the traveling motor 300 is supplied to the power supply apparatus 100 using deceleration energy as an energy source.
  • the secondary battery 10 in the power supply device 100 is charged and discharged through such control.
  • ECU 400 is required to accurately recognize the charging rate of secondary battery 10. Further, in order to extend the travel distance of the electric vehicle, it is required to fully utilize the capacity of the secondary battery 10, and in order to realize this, it is important to accurately grasp the charging rate.
  • the SOC estimated by the conventional OCV method or Coulomb count method is referred to as “charging rate”.
  • SOC is used in a narrow sense that is limited to the state of charge when current is supplied in the charging direction.
  • the power supply device 100 includes a secondary battery 10 and a battery management device 20.
  • a lithium ion battery is used as the secondary battery 10.
  • the secondary battery 10 is configured by connecting a plurality of battery cells S1 to Sn in series.
  • the plus terminals and minus terminals of the plurality of battery cells S1 to Sn are connected to the DC side plus terminal and the DC side minus terminal of the inverter 200 via a contactor (not shown).
  • a shunt resistor Rs is inserted as a current detection element in a current path connecting the plurality of battery cells S1 to Sn and the inverter 200.
  • a Hall element may be used instead of the shunt resistor Rs.
  • the voltage detection circuit 30 detects the voltage of each of the battery cells S1 to Sn constituting the secondary battery 10. The voltage detection circuit 30 outputs each detected cell voltage to the control unit 50.
  • the current detection circuit 40 detects the current flowing through the secondary battery 10 by detecting the voltage across the shunt resistor Rs or the Hall element. The current detection circuit 40 outputs the detected current of the secondary battery 10 to the control unit 50.
  • the current detection circuit 40 detects a current for each current path.
  • the storage unit 60 includes an SOC-OCV table 61 and a DOD-OCV table 62.
  • the SOC-OCV table 61 is a table describing the relationship between the charging rate expressed by the state of charge (SOC) of the battery cells constituting the secondary battery 10 and the open circuit voltage of the battery cells. It is generated from data of the SOC and open circuit voltage acquired when the battery cell is gradually charged from a state where the charging rate of the battery cell is 0% by a prior experiment or simulation.
  • the DOD-OCV table 62 is a table describing the relationship between the charging rate expressed by the depth of discharge (DOD) of the battery cell and the open circuit voltage of the battery cell. It is generated from data of DOD and open circuit voltage acquired when the battery cell is gradually discharged from a state where the charging rate of the battery cell is 100% by a prior experiment or simulation.
  • DOD depth of discharge
  • FIG. 2 is a diagram showing SOC-OCV characteristics and DOD-OCV characteristics of a certain lithium ion battery. As described above, a section where the SOC-OCV characteristic and the DOD-OCV characteristic do not coincide with each other occurs. In this lithium ion battery, there is a divergence between SOC / DOD of about 5% to 70%. In a section where there is a divergence, the charging rate differs between charging and discharging even with the same open circuit voltage. The open circuit voltage is lower during discharge. This tendency also appears in nickel metal hydride batteries.
  • the divergence between SOC and DOD appears to be small, but since the open circuit voltage is the explanatory variable and SOC / DOD is the target variable, the divergence is represented by the lateral divergence between the SOC-OCV characteristic and the DOD-OCV characteristic. Has been. Many sections with a deviation of about 2-3% between SOC and DOD are observed.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the SOC-OCV table 61a.
  • This SOC-OCV table 61a describes a set of SOC [%] and OCV [V] in increments of 10% of SOC. If the capacity of the storage unit 60 permits, the description may be made in finer units.
  • the DOD-OCV table 62 is similarly generated.
  • the controller 50 estimates the charging rate of the battery cell using the SOC-OCV table 61 and the DOD-OCV table 62 based on the measured or estimated open circuit voltage of the battery cell. More specific description will be given below.
  • the control unit 50 includes an open circuit voltage estimation unit 51, a current integration unit 52, a tendency determination unit 53, a charging rate estimation unit 54, and a communication unit 55.
  • the open circuit voltage estimation unit 51 calculates the estimated open circuit voltage value Vo of the battery cell, the voltage value V of the battery cell detected by the voltage detection circuit 30, the current value I of the battery cell detected by the current detection circuit 40, the battery cell (Equation 1) below is calculated based on the internal resistance value R.
  • V0 V ⁇ I ⁇ R (Formula 1)
  • the internal resistance value R may be a fixed value obtained in advance, or may be estimated from the relationship between the current value and the voltage value detected during charge / discharge.
  • Equation 1 is an example of an estimation formula for an open circuit voltage value, and other known estimation formulas for an open circuit voltage value may be used.
  • the current integrating unit 52 calculates the integrated value of the current value flowing through the battery cell detected by the current detection circuit 40 in the specified period. In the following description, it is assumed that a current flows in the charging direction when the current value is +, and a current flows in the discharging direction when the current value is ⁇ .
  • the specified period is defined by a combination of a plurality of unit sections.
  • the unit section indicates a period from the time when the direction of the current is switched to the time when the direction of the current is switched next.
  • the direction of the current is switched when switching from charging to discharging or from discharging to charging. That is, the unit section is defined by one charge period or one discharge period.
  • the current integration unit 52 calculates the current integration value Q for each unit section based on the current value input from the current detection circuit 40.
  • the current integration unit 52 calculates a current integration value X that is the sum of the current integration values Q of unit intervals for the most recent N times (N is a natural number).
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of current integration.
  • N 5.
  • traffic congestion and signal waiting frequently occur so charging and discharging often switch on the order of a few seconds. Therefore, it is insufficient to determine whether the secondary battery 10 is in a charge tendency or a discharge tendency only by the current direction at the current time point. It is necessary to consider the current trend over a period of time.
  • the specified period described above is an indefinite period, but the specified period may be a fixed period that does not consider switching between charging and discharging.
  • the designated period may be 10 seconds before the present time.
  • the tendency determination unit 53 determines whether the capacity of the battery cell is increasing (charging tendency) or decreasing (discharging tendency) based on the integrated current value X in the specified period. A specific determination method will be described later.
  • the charging rate estimation unit 54 estimates the charging rate of the battery cell by referring to the SOC-OCV table 61 when the capacity of the battery cell tends to increase as a result of the determination by the tendency determining unit 53. Alternatively, among the SOC-OCV table 61 and the DOD-OCV table 62, the SOC-OCV table 61 is increased and the charge rate of the battery cell is estimated.
  • the charging rate estimation unit 54 estimates the charging rate of the battery cell with reference to the DOD-OCV table 62 when the capacity of the battery cell is decreasing as a result of the determination by the tendency determining unit 53. Alternatively, the degree of contribution of the DOD-OCV table 62 is increased to estimate the charging rate of the battery cell. A specific estimation method will be described later.
  • the communication unit 55 transmits the charging rate estimated by the charging rate estimation unit 54 to the ECU 400.
  • the battery management device 20 and the ECU 400 are connected by a network such as CAN (Controller Area Network).
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the charging rate estimation process 1 by the battery management apparatus 20 according to the first embodiment.
  • the voltage detection circuit 30 detects the cell voltage of the battery cell
  • the current detection circuit 40 detects the current of the battery cell (S10).
  • the open circuit voltage estimation unit 51 estimates the open circuit voltage value of the battery cell based on the detected cell voltage and current (S11). For example, estimation is performed using the above (Equation 1).
  • the current integrating unit 52 sets parameters i and X to initial values (S12). In this flowchart, 0 is set to the parameters i and X.
  • the current integration unit 52 calculates the current integration value Q in the unit section described above (S13).
  • the current integration unit 52 adds the calculated current integration value Q to the parameter X representing the total sum of the current integration values Q (S14).
  • the current integration unit 52 increments the parameter i (S15).
  • the current integrating unit 52 compares the parameter i with a constant N (for example, 5) (S16). If the parameter i has not reached the constant N (N in S16), the process proceeds to step S13, and the processes from step S13 to step S15 are repeated. When the parameter i reaches the constant N (Y in S16), the process proceeds to the following tendency determination phase.
  • N for example, 5
  • the tendency determination unit 53 compares the parameter X representing the sum of the current integrated values Q with the set value ⁇ (positive value) (S17).
  • the set value ⁇ a value calculated based on an experiment or simulation by a designer can be used.
  • the charging rate estimation unit 54 estimates the charging rate with reference to the SOC-OCV table 61 (S18).
  • the DOD-OCV table 62 is not referred to.
  • the charging rate estimation unit 54 refers to the SOC-OCV table 61, reads the SOC corresponding to the open circuit voltage value estimated by the open circuit voltage estimation unit 51, and determines the SOC as the charging rate. .
  • the charging rate estimator 54 includes at least two OCVs corresponding to at least two OCV adjacent to the open circuit voltage value.
  • the SOC is read, and the SOC corresponding to the open circuit voltage value is calculated by interpolation. For example, two SOCs corresponding to the two OCVs before and after the open circuit voltage value are read out and linearly interpolated.
  • the tendency determining unit 53 compares the parameter X with the set value ( ⁇ ) (S19). When the parameter X is smaller than the set value ( ⁇ ) (Y in S19), it can be estimated that the most recent charge / discharge cycle was an excessive discharge cycle.
  • the charging rate estimation unit 54 estimates the charging rate with reference to the DOD-OCV table 62 (S20).
  • the SOC-OCV table 61 is not referred to.
  • the charging rate estimation unit 54 refers to the DOD-OCV table 62, reads the DOD corresponding to the open circuit voltage value estimated by the open circuit voltage estimation unit 51, and determines the DOD as the charging rate. .
  • the charging rate estimation unit 54 determines at least two OCVs corresponding to at least two OCV adjacent to the open circuit voltage value. The DOD is read out, and the DOD corresponding to the open circuit voltage value is calculated by interpolation.
  • the charging rate estimation unit 54 estimates the charging rate with reference to both the SOC-OCV table 61 and the DOD-OCV table 62 (S21).
  • both charging rates may be weighted averaged according to the position of the parameter X in the section between the set value ( ⁇ ) and the set value ⁇ .
  • step S10 to S21 are repeatedly executed (N in S22) until the charging rate estimation process is completed (Y in S22).
  • the positive set value ⁇ and the negative set value ( ⁇ ) described above may not be the same value, and an asymmetric value may be used.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the charging rate estimation process 2 by the battery management apparatus 20 according to the first embodiment.
  • the processing from step S30 to step S36 in the charging rate estimation process 2 in FIG. 6 is the same as the processing from step S10 to step S16 in the charging rate estimation process 1 in FIG.
  • the tendency determination unit 53 converts the parameter X into a weighting coefficient w (0 ⁇ w ⁇ 1) (S37).
  • a conversion function or a conversion table may be used. Basically, as the parameter X increases, a conversion function or conversion table in which the weighting coefficient w approaches 1 is used. The conversion function or conversion table is calculated or generated based on an experiment or simulation by a designer.
  • the charging rate estimation unit 54 specifies the SOC corresponding to the estimated open circuit voltage with reference to the SOC-OCV table 61 (S38), and corresponds to the open circuit voltage with reference to the DOD-OCV table 62.
  • the DOD to be specified is specified (S39).
  • the charging rate estimation unit 54 performs weighted averaging of the specified SOC and DOD using the weighting coefficient w. Specifically, SOC ⁇ w + DOD ⁇ (1 ⁇ w) is calculated to estimate the charging rate (S40).
  • step S30 to S40 are repeatedly executed (N in S41) until the charging rate estimation process is completed (Y in S41).
  • the charging rate estimation unit 54 multiplies each SOC described in the SOC-OCV table 61 by a weighting coefficient w, and weights each DOD described in the DOD-OCV table 62.
  • a weighted table may be calculated by multiplying (1-w) and adding both.
  • the charge rate estimator 54 uses the table to estimate the charge rate corresponding to the estimated open circuit voltage.
  • the charging rate is estimated using both the SOC-OCV table 61 and the DOD-OCV table 62, so that only the conventional SOC-OCV table 61 is used.
  • the estimation accuracy of the charging rate can be improved. In particular, the estimation accuracy during discharge can be greatly improved.
  • the most recent charge / discharge tendency is estimated from the most recent current integrated value, and the charge / discharge tendency is classified into three categories.
  • the SOC-OCV table 61 and the DOD-OCV table 62 are switched and used in accordance with the classification.
  • the weighting coefficient w indicating the latest charge / discharge tendency is specified from the latest current integrated value, and the contributions of the SOC-OCV table 61 and the DOD-OCV table 62 are adjusted.
  • the former can reduce the amount of calculation than the latter.
  • the latter allows finer processing than the former, and can further improve the estimation accuracy.
  • the charging rate estimation processes 1 and 2 by using the integrated value instead of the current direction, it is possible to estimate a charge / discharge tendency that is more suitable for the substance.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the power supply apparatus 100 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the power supply device 100 according to the second embodiment is different from the power supply device 100 according to the first embodiment in FIG. 1 in the configuration of the control unit 50 in the battery management device 20.
  • differences between the two will be described.
  • the control unit 50 of the battery management device 20 includes an open circuit voltage estimation unit 51, a charging rate temporary holding unit 56, a tendency determination unit 53, a charging rate estimation unit 54, and a communication unit 55.
  • the current integrating unit 52 is not essential and is omitted in FIG. Since the processes of the open circuit voltage estimation unit 51 and the communication unit 55 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the charging rate estimation unit 54 estimates the charging rate every certain time (for example, 1 minute).
  • the charging rate temporary holding unit 56 temporarily holds the charging rate estimated by the charging rate estimating unit 54.
  • the charging rate temporary holding unit 56 includes a storage area that holds at least two charging rate histories. When all the storage areas in the charging rate temporary holding unit 56 are filled, the charging rate estimation unit 54 overwrites the newly estimated charging rate on the storage area holding the oldest charging rate history at that time.
  • the tendency determination unit 53 is stored in the charging rate temporary holding unit 56, based on the change value ⁇ between the charging rate estimated at a certain processing time and the charging rate estimated at another processing time. It is determined whether the capacity is increasing (charging tendency) or decreasing (discharging tendency). Specifically, a trend value is determined by calculating a change value ⁇ of the charging rate for the two most recent past times.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the charge rate estimation process 1 by the battery management apparatus 20 according to the second embodiment.
  • the voltage detection circuit 30 detects the cell voltage of the battery cell
  • the current detection circuit 40 detects the current of the battery cell (S50).
  • the open circuit voltage estimation unit 51 estimates the open circuit voltage value of the battery cell based on the detected cell voltage and current (S51).
  • the tendency determining unit 53 determines whether or not the past two charging rate histories exist in the charging rate temporary holding unit 56 (S52). If it does not exist (N in S52), the charging rate estimation unit 54 estimates the charging rate corresponding to the estimated open circuit voltage by a prescribed method (S53).
  • a prescribed method for example, an estimation method referring to both the SOC-OCV table 61 and the DOD-OCV table 62 as shown in step S21 of the flowchart of FIG. 5 can be used.
  • the tendency determining unit 53 determines the past charging rate from the most recent past charging rate [t-1]. [T-2] is subtracted to calculate a change value ⁇ of the charging rate (S54).
  • the tendency determining unit 53 compares the calculated change value ⁇ with the set value ⁇ (positive value) (S55).
  • As the set value ⁇ a value calculated based on an experiment or simulation by a designer can be used.
  • the charging rate estimation unit 54 estimates the charging rate [t] with reference to the SOC-OCV table 61 (S56).
  • the DOD-OCV table 62 is not referred to.
  • the tendency determining unit 53 compares the change value ⁇ with the set value ( ⁇ ) (S57). When the change value ⁇ is smaller than the set value ( ⁇ ) (Y in S57), it can be estimated that the most recent charge / discharge cycle was an excessive discharge cycle.
  • the charging rate estimation unit 54 refers to the DOD-OCV table 62 and estimates the charging rate [t] (S58).
  • the SOC-OCV table 61 is not referred to.
  • the charging rate The estimation unit 54 estimates the charging rate [t] with reference to both the SOC-OCV table 61 and the DOD-OCV table 62 (S59). Specifically, the charging rate estimated with reference to the SOC-OCV table 61 and the average value of the charging rate estimated with reference to the DOD-OCV table 62 are calculated.
  • the tendency determining unit 53 stores the estimated charging rate [t] in the charging rate temporary holding unit 56 (S60).
  • the tendency determination unit 53 increments the processing time parameter t (S61).
  • the above steps S50 to S61 are repeatedly executed (N in S62) until the charging rate estimation process is completed (Y in S62).
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the charge rate estimation process 2 by the battery management apparatus 20 according to the second embodiment.
  • the processing from step S70 to step S74 in the charging rate estimation process 2 in FIG. 9 is the same as the processing from step S50 to step S54 in the charging rate estimation process 1 in FIG.
  • the tendency determining unit 53 converts the calculated change value ⁇ into a weighting coefficient w (0 ⁇ w ⁇ 1) (S75).
  • a conversion function or a conversion table may be used. Basically, a conversion function or conversion table in which the weighting coefficient w approaches 1 is used as the change value ⁇ increases.
  • the conversion function or conversion table is calculated or generated based on an experiment or simulation by a designer.
  • the charging rate estimation unit 54 refers to the SOC-OCV table 61 to identify the SOC corresponding to the estimated open circuit voltage (S76), and refers to the DOD-OCV table 62 to correspond to the open circuit voltage.
  • the DOD to be specified is specified (S77).
  • the charging rate estimation unit 54 performs weighted averaging of the specified SOC and DOD using the weighting coefficient w. Specifically, SOC ⁇ w + DOD ⁇ (1 ⁇ w) is calculated to estimate the charging rate [t] (S78).
  • the tendency determining unit 53 stores the estimated charging rate [t] in the charging rate temporary holding unit 56 (S79).
  • the tendency determination unit 53 increments the processing time parameter t (S80).
  • the processes from steps S70 to S80 are repeatedly executed (N in S81) until the charging rate estimation process is completed (Y in S81).
  • the charge / discharge tendency is estimated from the change in the charging rate instead of the current integrated value. Since the current integrated value can estimate the charge / discharge tendency more directly than the change in the charging rate, the estimation accuracy is higher in the former, but the latter does not need to calculate the current integrated value, so the amount of calculation can be greatly reduced. .
  • the integrated current value X is used to estimate the charge / discharge tendency.
  • an average current value (for example, an average current value calculated every 2 seconds) may be used instead of the current integrated value X.
  • the battery management device 20 can also be applied to a use for managing a storage battery in a stationary power storage system.
  • 100 power supply device 10 secondary battery, S1, Sn battery cell, Rs shunt resistance, 20 battery management device, 30 voltage detection circuit, 40 current detection circuit, 50 control unit, 51 open circuit voltage estimation unit, 52 current integration unit, 53 trend judgment unit, 54 charge rate estimation unit, 55 communication unit, 56 charge rate temporary storage unit, 60 storage unit, 61 SOC-OCV table, 62 DOD-OCV table, 200 inverter, 300 travel motor, 400 ECU.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

　電池の開回路電圧を利用して充電率を高精度に推定する。制御部（５０）は、測定または推定された電池の開回路電圧をもとに、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル（６１）及びＤＯＤ－ＯＣＶテーブル（６２）を用いて電池の充電率を推定する。制御部（５０）は、電池の容量が増加傾向にあるときＳＯＣ－ＯＣＶテーブル（６１）を参照して電池の充電率を推定し、電池の容量が減少傾向にあるときＤＯＤ－ＯＣＶテーブル（６２）を参照して電池の充電率を推定する。

Description

電池管理装置および電源装置
　本発明は、電池の状態を管理する電池管理装置、およびその電池管理装置を備える電源装置に関する。
　近年、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）が普及してきている。これらの車にはキーデバイスとして二次電池が搭載される。車載用二次電池としては主に、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池が普及している。今後、エネルギー密度が高いリチウムイオン電池の普及が加速すると予想される。
　車載用二次電池は大型蓄電システムなどと比較し、厳格な安全管理および電池容量の有効活用が求められる。その前提として高精度な充電率推定が求められる。充電率推定方法の一つに、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１－１７６９５８号公報
　ある充電率に、充電により到達した場合と放電により到達した場合とで、当該充電率における開回路電圧（開放電圧ともいう）が異なる場合が生じることが知られている。従来のＯＣＶ法は、充電により到達した場合を前提とした、充電率と開回路電圧との対応関係を利用している。従って特に、放電時の充電率推定の精度は十分とはいえなかった。
　本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、電池の開回路電圧を利用して充電率を高精度に推定する技術を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の電池管理装置は、電池の充電状態で表現される充電率と、電池の開回路電圧との関係を規定したＳＯＣ－ＯＣＶテーブルと、電池の放電深度で表現される充電率と、電池の開回路電圧との関係を規定したＤＯＤ－ＯＣＶテーブルと、測定または推定された電池の開回路電圧をもとに、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル及びＤＯＤ－ＯＣＶテーブルを用いて電池の充電率を推定する制御部と、を備える。
　本発明のある態様の電源装置は、電池と、電池を管理する上述の電池管理装置と、を備える。
　本発明によれば、電池の開回路電圧を利用して充電率を高精度に推定できる。
本発明の実施の形態１に係る電源装置を説明するための図である。 あるリチウムイオン電池のＳＯＣ－ＯＣＶ特性およびＤＯＤ－ＯＣＶ特性を示す図である。 ＳＯＣ－ＯＣＶテーブルの一例を示す図である。 電流積算の一例を示す図である。 実施の形態１に係る電池管理装置による充電率推定処理１を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１に係る電池管理装置による充電率推定処理２を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る電源装置を説明するための図である。 実施の形態２に係る電池管理装置による充電率推定処理１を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る電池管理装置による充電率推定処理２を説明するためのフローチャートである。
　図１は、本発明の実施の形態１に係る電源装置１００を説明するための図である。本明細書では電源装置１００を、ハイブリッドカー、電気自動車などの動力源として車両に搭載する例を想定する。
　走行用モータ３００には一般的に、三相交流同期モータが使用される。インバータ２００は電源装置１００と走行用モータ３００との間に設けられる。インバータ２００は力行時、電源装置１００から供給される直流電力を交流電力に変換して走行用モータ３００に供給する。また回生時、走行用モータ３００から供給される交流電力を直流電力に変換して電源装置１００に供給する。
　ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４００は車両全体を電子制御する。ＥＣＵ４００はアクセルペダル、電源装置１００、各種の補機、各種のセンサから入力される各種の信号をもとにインバータ２００を制御する。基本動作として、ＥＣＵ４００はアクセルペダルが踏み込まれると、その程度に応じた電力を走行用モータ３００に供給するようインバータ２００を制御する。またアクセルペダルが離されると、減速エネルギーをエネルギー源として走行用モータ３００により発電される電力を電源装置１００に供給するよう制御する。
　このような制御を通じて電源装置１００内の二次電池１０は充放電される。過充電および過放電を回避するため、ＥＣＵ４００が二次電池１０の充電率を正確に認識することが求められる。また電気自動車の走行距離を延ばすには二次電池１０の容量を十分に活用することが求められ、それを実現するには充電率の正確な把握が重要となる。
　本明細書では従来のＯＣＶ法やクーロンカウント法により推定されるＳＯＣを「充電率」と表記する。本明細書ではＳＯＣを、充電方向に電流が供給される場合の充電状態に限定した狭義の意味で用いる。
　電源装置１００は、二次電池１０および電池管理装置２０を備える。本明細書では二次電池１０としてリチウムイオン電池を使用することを想定する。二次電池１０は複数の電池セルＳ１～Ｓｎが直列接続されて構成される。複数の電池セルＳ１～Ｓｎのプラス端子およびマイナス端子は、図示しないコンタクタを介してインバータ２００の直流側プラス端子および直流側マイナス端子にそれぞれ接続される。
　複数の電池セルＳ１～Ｓｎとインバータ２００を繋ぐ電流路には電流検出素子としてシャント抵抗Ｒｓが挿入される。なおシャント抵抗Ｒｓの代わりにホール素子を用いてもよい。
　電圧検出回路３０は、二次電池１０を構成する各電池セルＳ１～Ｓｎのそれぞれの電圧を検出する。電圧検出回路３０は検出した各セル電圧を制御部５０に出力する。電流検出回路４０は、シャント抵抗Ｒｓまたはホール素子の両端電圧を検出することにより二次電池１０に流れる電流を検出する。電流検出回路４０は検出した二次電池１０の電流を制御部５０に出力する。なお二次電池１０が複数の電池セルの直並列回路で構成される場合、電流検出回路４０は電流路ごとに電流を検出する。
　記憶部６０は、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１およびＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を含む。ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１は、二次電池１０を構成する電池セルの充電状態（ＳＯＣ）で表現される充電率と、電池セルの開回路電圧との関係を記述したテーブルである。事前の実験またはシミュレーションにより、電池セルの充電率が０％の状態から徐々に充電していく際に取得されるＳＯＣと開回路電圧のデータから生成される。
　ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２は、電池セルの放電深度（ＤＯＤ）で表現される充電率と、電池セルの開回路電圧との関係を記述したテーブルである。事前の実験またはシミュレーションにより、電池セルの充電率が１００％の状態から徐々に放電していく際に取得されるＤＯＤと開回路電圧のデータから生成される。
　図２は、あるリチウムイオン電池のＳＯＣ－ＯＣＶ特性およびＤＯＤ－ＯＣＶ特性を示す図である。このようにＳＯＣ－ＯＣＶ特性とＤＯＤ－ＯＣＶ特性は一致しない区間が発生する。このリチウムイオン電池では、ＳＯＣ／ＤＯＤが５％～７０％程度の間で乖離が発生している。乖離がある区間では、同じ開回路電圧でも充電時と放電時で充電率が異なる。放電時のほうが開回路電圧が低くなる。この傾向はニッケル水素電池にも同様に現れる。
　図２ではＳＯＣとＤＯＤの乖離は小さく見えるが、開回路電圧が説明変数でＳＯＣ／ＤＯＤが目的変数であるため、その乖離はＳＯＣ－ＯＣＶ特性とＤＯＤ－ＯＣＶ特性との横方向の乖離で表されている。ＳＯＣとＤＯＤで２～３％程度の乖離が発生している区間が多く観察される。
　図３は、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１ａの一例を示す図である。このＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１ａは、ＳＯＣ［％］とＯＣＶ［Ｖ］の組を、ＳＯＣの１０％刻みで記述している。なお記憶部６０の容量が許せば、さらに細かい単位で記述してもよい。図示しないがＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２についても同様に生成される。
　図１に戻る。制御部５０は、測定または推定された電池セルの開回路電圧をもとに、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１及びＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を用いて、電池セルの充電率を推定する。以下より具体的に説明する。制御部５０は、開回路電圧推定部５１、電流積算部５２、傾向判定部５３、充電率推定部５４、通信部５５を含む。
　以下、充放電中に電池セルの充電率を推定する場面を想定する。車載用途では走行中の電池容量の変動を正確に把握する必要があり、二次電池１０の充放電中にその充電率を推定する必要がある。充放電中は、電池セルの開回路電圧を直接測定することができないため開回路電圧を推定する必要がある。
　開回路電圧推定部５１は電池セルの推定開回路電圧値Ｖｏを、電圧検出回路３０により検出される電池セルの電圧値Ｖ、電流検出回路４０により検出される電池セルの電流値Ｉ、電池セルの内部抵抗値Ｒをもとに下記（式１）により算出する。
　Ｖ０＝Ｖ－Ｉ×Ｒ　・・・（式１）
　内部抵抗値Ｒは事前に求めておいた固定値を用いてもよいし、充放電中に検出される電流値と電圧値との関係から推定してもよい。なお上記（式１）は開回路電圧値の推定式の一例であり、その他の既知の開回路電圧値の推定式を用いてもよい。
　電流積算部５２は、電流検出回路４０により検出される電池セルに流れる電流値の、指定期間における積算値を算出する。以下の説明では電流値が＋のとき充電方向に電流が流れ、－のとき放電方向に電流が流れるとする。
　本実施の形態では上述の指定期間は、複数の単位区間の組み合わせで定義される。単位区間は電流の向きが切り替わった時点から次に電流の向きが切り替わる時点までの期間を指す。電流の向きは充電から放電、または放電から充電に切り替えられたときに切り替わる。即ち、単位区間は一回の充電期間または一回の放電期間で定義される。
　電流積算部５２は、電流検出回路４０から入力される電流値をもとに各単位区間の電流積算値Ｑを算出する。電流積算部５２は、直近過去Ｎ（Ｎは自然数）回分の単位区間の電流積算値Ｑの総和である電流積算値Ｘを算出する。
　図４は、電流積算の一例を示す図である。図４ではＮ＝５の例を示している。都市部では渋滞や信号待ちが頻繁に発生するため、充電と放電が数秒オーダで切り替わることが多い。従って現在時点の電流の向きだけで、二次電池１０が充電傾向にあるか放電傾向にあるかを判定するのは不十分である。ある程度の期間における電流の傾向を考慮する必要がある。
　以上の例では上述の指定期間は不定期間となるが、当該指定期間を充電および放電の切り替わりを考慮しない固定期間としてもよい。例えば、現在から１０秒前までを指定期間としてもよい。
　図１に戻る。傾向判定部５３は、上述の指定期間における電流積算値Ｘをもとに電池セルの容量が増加傾向（充電傾向）にあるか減少傾向（放電傾向）にあるか判定する。具体的な判定方法は後述する。
　充電率推定部５４は、傾向判定部５３による判定の結果、電池セルの容量が増加傾向にあるときＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１を参照して電池セルの充電率を推定する。またはＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１及びＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２の内、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１の寄与度を高くして電池セルの充電率を推定する。
　充電率推定部５４は、傾向判定部５３による判定の結果、電池セルの容量が減少傾向にあるときＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を参照して電池セルの充電率を推定する。またはＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２の寄与度を高くして電池セルの充電率を推定する。具体的な推定方法は後述する。
　通信部５５は、充電率推定部５４により推定された充電率をＥＣＵ４００に送信する。電池管理装置２０とＥＣＵ４００間はＣＡＮ（Controller Area Network）などのネットワークにより接続される。
　図５は、実施の形態１に係る電池管理装置２０による充電率推定処理１を説明するためのフローチャートである。電圧検出回路３０は電池セルのセル電圧を検出し、電流検出回路４０は電池セルの電流を検出する（Ｓ１０）。開回路電圧推定部５１は、検出されたセル電圧および電流をもとに電池セルの開回路電圧値を推定する（Ｓ１１）。例えば、上記（式１）を用いて推定する。
　電流積算部５２はパラメータｉ、Ｘを初期値設定する（Ｓ１２）。このフローチャートではパラメータｉ、Ｘに０を設定する。電流積算部５２は、上述の単位区間における電流積算値Ｑを算出する（Ｓ１３）。電流積算部５２は、電流積算値Ｑの総和を表すパラメータＸに、算出した電流積算値Ｑを加算する（Ｓ１４）。電流積算部５２は、電流積算値Ｑを加算すると、パラメータｉをインクリメントする（Ｓ１５）。
　電流積算部５２はパラメータｉと定数Ｎ（例えば、５）を比較する（Ｓ１６）。パラメータｉが定数Ｎに到達していない場合（Ｓ１６のＮ）、ステップＳ１３に遷移し、ステップＳ１３～ステップＳ１５までの処理を繰り返す。パラメータｉが定数Ｎに到達した場合（Ｓ１６のＹ）、以下の傾向判定フェーズに遷移する。
　傾向判定部５３は、電流積算値Ｑの総和を表すパラメータＸと設定値δ（正の値）を比較する（Ｓ１７）。当該設定値δには、設計者による実験またはシミュレーションにもとづき算出される値を用いることができる。パラメータＸが設定値δより大きいとき（Ｓ１７のＹ）、直近の充放電サイクルが充電過多サイクルだったと推測できる。充電率推定部５４は、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１を参照して充電率を推定する（Ｓ１８）。ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２は参照しない。
　具体的には充電率推定部５４は、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１を参照して、開回路電圧推定部５１により推定された開回路電圧値に対応するＳＯＣを読み出し、当該ＳＯＣを充電率に決定する。推定された開回路電圧値と同じ値のＯＣＶがＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１に記述されていない場合、充電率推定部５４は、当該開回路電圧値に隣接する少なくとも二つのＯＣＶに対応する少なくとも二つのＳＯＣを読み出して、当該開回路電圧値に対応するＳＯＣを補間により算出する。例えば、当該開回路電圧値の前後の二つのＯＣＶに対応する二つのＳＯＣを読み出して線形補間する。
　ステップＳ１７にてパラメータＸが設定値δ以下のとき（Ｓ１７のＮ）、傾向判定部５３は、パラメータＸと設定値（－δ）を比較する（Ｓ１９）。パラメータＸが設定値（－δ）より小さいとき（Ｓ１９のＹ）、直近の充放電サイクルが放電過多サイクルだったと推測できる。充電率推定部５４は、ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を参照して充電率を推定する（Ｓ２０）。ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１は参照しない。
　具体的には充電率推定部５４は、ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を参照して、開回路電圧推定部５１により推定された開回路電圧値に対応するＤＯＤを読み出し、当該ＤＯＤを充電率に決定する。推定された開回路電圧値と同じ値のＯＣＶがＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２に記述されていない場合、充電率推定部５４は、当該開回路電圧値に隣接する少なくとも二つのＯＣＶに対応する少なくとも二つのＤＯＤを読み出して、当該開回路電圧値に対応するＤＯＤを補間により算出する。
　ステップＳ１９にてパラメータＸが設定値（－δ）以上であるとき（Ｓ１９のＮ）、即ちパラメータＸが設定値（－δ）と設定値δとの間の値であるとき、充電率推定部５４は、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１およびＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２の両方を参照して充電率を推定する（Ｓ２１）。
　具体的にはＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１を参照して推定される充電率と、ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を参照して推定される充電率の平均値を算出する。なお単純平均ではなく、設定値（－δ）と設定値δとの区間におけるパラメータＸの位置に応じて、両方の充電率を加重平均してもよい。
　以上のステップＳ１０～Ｓ２１までの処理が、充電率推定処理が終了するまで（Ｓ２２のＹ）、繰り返し実行される（Ｓ２２のＮ）。
　なお上述した正側の設定値δと負側の設定値（－δ）は同一の値でなくてもよく、非対称な値を用いてもよい。
　図６は、実施の形態１に係る電池管理装置２０による充電率推定処理２を説明するためのフローチャートである。図６の充電率推定処理２のステップＳ３０～ステップＳ３６までの処理は、図５の充電率推定処理１のステップＳ１０～ステップＳ１６までの処理と同じであるため説明を省略する。
　傾向判定部５３はパラメータＸを、重み付け係数ｗ（０≦ｗ≦１）に変換する（Ｓ３７）。この変換には変換関数を使用してもよいし変換テーブルを使用してもよい。基本的にパラメータＸが大きくなるほど、重み付係数ｗが１に近づく変換関数または変換テーブルが使用される。当該変換関数または変換テーブルは、設計者による実験またはシミュレーションにもとづき算出または生成される。
　充電率推定部５４はＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１を参照して、推定された開回路電圧に対応するＳＯＣを特定するとともに（Ｓ３８）、ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を参照して、当該開回路電圧に対応するＤＯＤを特定する（Ｓ３９）。充電率推定部５４は、特定したＳＯＣとＤＯＤを重み付け係数ｗを用いて加重平均する。具体的にはＳＯＣ×ｗ＋ＤＯＤ×（１－ｗ）を算出して充電率を推定する（Ｓ４０）。
　以上のステップＳ３０～Ｓ４０までの処理が、充電率推定処理が終了するまで（Ｓ４１のＹ）、繰り返し実行される（Ｓ４１のＮ）。
　なおステップＳ３８～ステップＳ４０の処理の代わりに、充電率推定部５４はＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１に記述された各ＳＯＣに重み付け係数ｗを掛け、ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２に記述された各ＤＯＤに重み付け係数（１－ｗ）を掛け、両者を加算することにより、重み付けされたテーブルを算出してもよい。充電率推定部５４は当該テーブルを用いて、推定された開回路電圧に対応する充電率を推定する。
　以上説明したように実施の形態１によれば、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１およびＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２の両方を用いて充電率を推定することにより、従来のＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１のみを用いて充電率を推定する場合と比較し、充電率の推定精度を向上させることができる。特に放電時の推定精度を大幅に改善できる。
　実施の形態１の充電率推定処理１では、直近の電流積算値から直近の充放電傾向を推定し、充放電傾向を３分類する。その分類に応じてＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１およびＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を切り替えて使用する。実施の形態１の充電率推定処理２では、直近の電流積算値から直近の充放電傾向を示す重み付け係数ｗを特定し、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１およびＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２の寄与度を調整する。
　充電率推定処理１と充電率推定処理２を比較すると、前者は後者より演算量を少なくできる。一方、後者は前者よりきめ細かな処理が可能であり推定精度をより向上させることができる。充電率推定処理１、２において、電流の向きではなく積算値を用いることにより、より実体に合った充放電傾向を推定できる。
　図７は、本発明の実施の形態２に係る電源装置１００を説明するための図である。実施の形態２に係る電源装置１００は、図１の実施の形態１に係る電源装置１００と比較して、電池管理装置２０内の制御部５０の構成が異なる。以下、両者の相違点を説明する。
　実施の形態２に係る電池管理装置２０の制御部５０は、開回路電圧推定部５１、充電率一時保持部５６、傾向判定部５３、充電率推定部５４、通信部５５を含む。実施の形態２では電流積算部５２は必須ではないため図７では省略している。開回路電圧推定部５１および通信部５５の処理は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
　充電率推定部５４は、一定時間（例えば、１分間）毎に充電率を推定する。充電率一時保持部５６は、充電率推定部５４により推定された充電率を一時保持する。充電率一時保持部５６は、充電率の履歴を少なくとも二つ保持する記憶領域を含む。充電率一時保持部５６内の記憶領域が全て埋まると、充電率推定部５４は新たに推定した充電率を、その時点で最も古い充電率の履歴を保持している記憶領域に上書きする。
　傾向判定部５３は充電率一時保持部５６に保持されている、ある処理時刻に推定された充電率と、別の処理時刻に推定された充電率との変化値Δをもとに電池セルの容量が増加傾向（充電傾向）にあるか減少傾向（放電傾向）にあるか判定する。具体的には直近過去２回分の充電率の変化値Δを算出して傾向を判定する。
　図８は、実施の形態２に係る電池管理装置２０による充電率推定処理１を説明するためのフローチャートである。電圧検出回路３０は電池セルのセル電圧を検出し、電流検出回路４０は電池セルの電流を検出する（Ｓ５０）。開回路電圧推定部５１は、検出されたセル電圧および電流をもとに電池セルの開回路電圧値を推定する（Ｓ５１）。
　傾向判定部５３は、充電率一時保持部５６内に過去２回分の充電率の履歴が存在するか否か判定する（Ｓ５２）。存在しない場合（Ｓ５２のＮ）、充電率推定部５４は規定の方法により、推定された開回路電圧に対応する充電率を推定する（Ｓ５３）。規定の方法として、例えば図５のフローチャートのステップＳ２１に示したような、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１およびＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２の両方を参照する推定方法を使用できる。
　充電率一時保持部５６内に過去２回分の充電率の履歴が存在する場合（Ｓ５２のＹ）、傾向判定部５３は、直近過去の充電率［ｔ－１］からその一つ過去の充電率［ｔ－２］を減算して、充電率の変化値Δを算出する（Ｓ５４）。
　傾向判定部５３は、算出した変化値Δと設定値δ（正の値）を比較する（Ｓ５５）。当該設定値δには、設計者による実験またはシミュレーションにもとづき算出される値を用いることができる。変化値Δが設定値δより大きいとき（Ｓ５５のＹ）、直近の充放電サイクルが充電過多サイクルだったと推測できる。充電率推定部５４は、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１を参照して充電率［ｔ」を推定する（Ｓ５６）。ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２は参照しない。
　ステップＳ５５にて変化値Δが設定値δ以下のとき（Ｓ５５のＮ）、傾向判定部５３は、変化値Δと設定値（－δ）を比較する（Ｓ５７）。変化値Δが設定値（－δ）より小さいとき（Ｓ５７のＹ）、直近の充放電サイクルが放電過多サイクルだったと推測できる。充電率推定部５４は、ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を参照して充電率［ｔ」を推定する（Ｓ５８）。ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１は参照しない。
　ステップＳ５７にて変化値Δが設定値（－δ）以上であるとき（Ｓ５７のＮ）、即ち変化値Δが設定値（－δ）と設定値δとの間の値であるとき、充電率推定部５４は、ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１およびＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２の両方を参照して充電率［ｔ」を推定する（Ｓ５９）。具体的にはＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１を参照して推定される充電率と、ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を参照して推定される充電率の平均値を算出する。
　傾向判定部５３は、推定した充電率［ｔ」を充電率一時保持部５６に記憶する（Ｓ６０）。傾向判定部５３は、処理時刻パラメータｔをインクリメントする（Ｓ６１）。以上のステップＳ５０～Ｓ６１までの処理が、充電率推定処理が終了するまで（Ｓ６２のＹ）、繰り返し実行される（Ｓ６２のＮ）。
　図９は、実施の形態２に係る電池管理装置２０による充電率推定処理２を説明するためのフローチャートである。図９の充電率推定処理２のステップＳ７０～ステップＳ７４までの処理は、図８の充電率推定処理１のステップＳ５０～ステップＳ５４までの処理と同じであるため説明を省略する。
　傾向判定部５３は算出した変化値Δを、重み付け係数ｗ（０≦ｗ≦１）に変換する（Ｓ７５）。この変換には変換関数を使用してもよいし変換テーブルを使用してもよい。基本的に変化値Δが大きくなるほど、重み付係数ｗが１に近づく変換関数または変換テーブルが使用される。当該変換関数または変換テーブルは、設計者による実験またはシミュレーションにもとづき算出または生成される。
　充電率推定部５４はＳＯＣ－ＯＣＶテーブル６１を参照して、推定された開回路電圧に対応するＳＯＣを特定するとともに（Ｓ７６）、ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル６２を参照して、当該開回路電圧に対応するＤＯＤを特定する（Ｓ７７）。充電率推定部５４は、特定したＳＯＣとＤＯＤを重み付け係数ｗを用いて加重平均する。具体的にはＳＯＣ×ｗ＋ＤＯＤ×（１－ｗ）を算出して充電率［ｔ」を推定する（Ｓ７８）。
　傾向判定部５３は、推定した充電率［ｔ」を充電率一時保持部５６に記憶する（Ｓ７９）。傾向判定部５３は、処理時刻パラメータｔをインクリメントする（Ｓ８０）。以上のステップＳ７０～Ｓ８０までの処理が、充電率推定処理が終了するまで（Ｓ８１のＹ）、繰り返し実行される（Ｓ８１のＮ）。
　以上説明したように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。実施の形態２では電流積算値ではなく充電率の変化から充放電傾向を推定する。電流積算値のほうが充電率の変化より直接的に充放電傾向を推定できるため、その推定精度は前者のほうが高いが後者は電流積算値を算出する必要がないため、演算量を大幅に削減できる。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　実施の形態１では充放電傾向を推定するために電流積算値Ｘを用いた。この点、電流積算値Ｘの代わりに電流の平均値（例えば、２秒ごとに計算される平均電流値）を用いてもよい。
　実施の形態１、２では電池管理装置２０を車載用二次電池を管理するために使用する例を説明した。この点、電池管理装置２０は据置型の蓄電システム内の蓄電池を管理する用途にも適用可能である。
　１００　電源装置、　１０　二次電池、　Ｓ１，Ｓｎ　電池セル、　Ｒｓ　シャント抵抗、　２０　電池管理装置、　３０　電圧検出回路、　４０　電流検出回路、　５０　制御部、　５１　開回路電圧推定部、　５２　電流積算部、　５３　傾向判定部、　５４　充電率推定部、　５５　通信部、　５６　充電率一時保持部、　６０　記憶部、　６１　ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル、　６２　ＤＯＤ－ＯＣＶテーブル、　２００　インバータ、　３００　走行用モータ、　４００　ＥＣＵ。

Claims (8)

  1. 　電池の充電状態で表現される充電率と、前記電池の開回路電圧との関係を規定したＳＯＣ（State Of Charge）－ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）テーブルと、
    　前記電池の放電深度で表現される充電率と、前記電池の開回路電圧との関係を規定したＤＯＤ（Depth Of Discharge）－ＯＣＶテーブルと、
    　測定または推定された前記電池の開回路電圧をもとに、前記ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル及び前記ＤＯＤ－ＯＣＶテーブルを用いて前記電池の充電率を推定する制御部と、
    　を備えることを特徴とする電池管理装置。
  2. 　前記制御部は、前記電池の容量が増加傾向にあるとき前記ＳＯＣ－ＯＣＶテーブルを参照して前記電池の充電率を推定し、前記電池の容量が減少傾向にあるとき前記ＤＯＤ－ＯＣＶテーブルを参照して前記電池の充電率を推定することを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
  3. 　前記制御部は、前記電池の容量が増加傾向にあるとき前記ＳＯＣ－ＯＣＶテーブル及び前記ＤＯＤ－ＯＣＶテーブルの内、前記ＳＯＣ－ＯＣＶテーブルの寄与度を高くして前記電池の充電率を推定し、前記電池の容量が減少傾向にあるとき前記ＤＯＤ－ＯＣＶテーブルの寄与度を高くして前記電池の充電率を推定することを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
  4. 　前記制御部は、前記電池に流れる電流の指定期間における積算値をもとに前記電池の容量が増加傾向にあるか減少傾向にあるか判定することを特徴とする請求項２または３に記載の電池管理装置。
  5. 　前記制御部は、ある時刻に推定した充電率と別の時刻に推定した充電率との変化値をもとに前記電池の容量が増加傾向にあるか減少傾向にあるか判定することを特徴とする請求項２または３に記載の電池管理装置。
  6. 　前記制御部は、
    　前記電池に流れる電流の指定期間における積算値が上側設定値を上回るとき前記ＳＯＣ－ＯＣＶテーブルを参照して前記電池の充電率を推定し、
    　前記積算値が下側設定値を下回るとき前記ＤＯＤ－ＯＣＶテーブルを参照して前記電池の充電率を推定し、
    　前記積算値が前記上側設定値と前記下側設定値の間の値であるとき、前記ＳＯＣ－ＯＣＶテーブルから推定される充電率と前記ＤＯＤ－ＯＣＶテーブルから推定される充電率の平均を、前記電池の充電率として採用する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
  7. 　前記制御部は、
    　過去２回分の充電率の変化値が上側設定値を上回るとき前記ＳＯＣ－ＯＣＶテーブルを参照して前記電池の充電率を求め、
    　前記変化値が下側設定値を下回るとき前記ＤＯＤ－ＯＣＶテーブルを参照して前記電池の充電率を求め、
    　前記変化値が前記上側設定値と前記下側設定値の間の値であるとき、前記ＳＯＣ－ＯＣＶテーブルから推定される充電率と前記ＤＯＤ－ＯＣＶテーブルから推定される充電率の平均を、前記電池の充電率として採用する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電池管理装置。
  8. 　電池と、
    　前記電池を管理する請求項１から７のいずれかに記載の電池管理装置と、
    　を備えることを特徴とする電源装置。
PCT/JP2013/006667 2012-11-20 2013-11-13 電池管理装置および電源装置 WO2014080595A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014548446A JP6316754B2 (ja) 2012-11-20 2013-11-13 電池管理装置および電源装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012254591 2012-11-20
JP2012-254591 2012-11-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014080595A1 true WO2014080595A1 (ja) 2014-05-30

Family

ID=50775791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/006667 WO2014080595A1 (ja) 2012-11-20 2013-11-13 電池管理装置および電源装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6316754B2 (ja)
WO (1) WO2014080595A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015129117A1 (ja) * 2014-02-25 2015-09-03 三菱電機株式会社 二次電池のｓｏｃ推定装置
JP2017169368A (ja) * 2016-03-16 2017-09-21 トヨタ自動車株式会社 充電制御装置
WO2018025350A1 (ja) * 2016-08-03 2018-02-08 富士通株式会社 推定装置、推定プログラムおよび充電制御装置
JP2018136280A (ja) * 2017-02-24 2018-08-30 株式会社豊田自動織機 電池満充電容量推定装置
CN114646892A (zh) * 2022-05-19 2022-06-21 苏州易来科得科技有限公司 获取二次电池soc-ocv曲线和嵌锂量-ocv曲线的方法和装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008226511A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Hitachi Ltd 充放電制御装置及びそれを用いた鉄道車両
JP2011151983A (ja) * 2010-01-22 2011-08-04 Panasonic Corp Ｓｏｃ検出回路、及び電池電源装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4171536B2 (ja) * 1998-04-01 2008-10-22 株式会社東芝 二次電池の充電状態検出装置
JP5447282B2 (ja) * 2010-08-11 2014-03-19 新神戸電機株式会社 自然エネルギー利用システム用鉛蓄電池および鉛蓄電池システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008226511A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Hitachi Ltd 充放電制御装置及びそれを用いた鉄道車両
JP2011151983A (ja) * 2010-01-22 2011-08-04 Panasonic Corp Ｓｏｃ検出回路、及び電池電源装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015129117A1 (ja) * 2014-02-25 2015-09-03 三菱電機株式会社 二次電池のｓｏｃ推定装置
JP6037369B2 (ja) * 2014-02-25 2016-12-07 三菱電機株式会社 二次電池のｓｏｃ推定装置
US10254346B2 (en) 2014-02-25 2019-04-09 Mitsubishi Electric Corporation SOC estimation device for secondary battery
JP2017169368A (ja) * 2016-03-16 2017-09-21 トヨタ自動車株式会社 充電制御装置
WO2018025350A1 (ja) * 2016-08-03 2018-02-08 富士通株式会社 推定装置、推定プログラムおよび充電制御装置
JP2018136280A (ja) * 2017-02-24 2018-08-30 株式会社豊田自動織機 電池満充電容量推定装置
CN114646892A (zh) * 2022-05-19 2022-06-21 苏州易来科得科技有限公司 获取二次电池soc-ocv曲线和嵌锂量-ocv曲线的方法和装置
CN114646892B (zh) * 2022-05-19 2022-09-27 苏州易来科得科技有限公司 获取二次电池soc-ocv曲线和嵌锂量-ocv曲线的方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6316754B2 (ja) 2018-04-25
JPWO2014080595A1 (ja) 2017-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106663960B (zh) 电池系统
CN106716708B (zh) 电池管理装置以及电源装置
CN107533109B (zh) 电池控制装置以及电动车辆系统
US8207740B2 (en) Method for use with a vehicle battery pack having a number of individual battery cells
KR101671998B1 (ko) 배터리의 용량 열화 상태 측정 장치 및 방법
JP5393837B2 (ja) バッテリの充電率推定装置
WO2014083856A1 (ja) 電池管理装置、電源装置およびｓｏｃ推定方法
JP5621818B2 (ja) 蓄電システムおよび均等化方法
US20160049821A1 (en) Electrical storage system, and full charge capacity estimation method for electrical storage device
JP7100104B2 (ja) 蓄電池制御装置および電動車両
JP6316754B2 (ja) 電池管理装置および電源装置
JP6174963B2 (ja) 電池制御システム
US20170274794A1 (en) Cell status estimation device and power supply device
CN105706330A (zh) 均等化处理装置
CN109690337A (zh) 电池的诊断方法、电池的诊断程序、电池管理装置及蓄电系统
CN102565716A (zh) 用于计算二次电池的残余容量的设备
CN105556323A (zh) 电池状态估计装置
JP2015155859A (ja) 電池残量推定装置、電池パック、蓄電装置、電動車両および電池残量推定方法
JP2020065424A (ja) 表示装置およびそれを備える車両
CN115038611A (zh) 基于rc模型的电池功率限制估计
WO2020085097A1 (ja) 電池制御装置
WO2016178308A1 (ja) 二次電池の充電率算出装置、及び蓄電池システム
JP6095239B2 (ja) 蓄電器管理装置及び蓄電器管理方法
JP2017120198A (ja) 二次電池の充電率算出装置
CN118244113A (zh) 电池健康状态的估计方法、装置、计算设备及车辆

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13856478

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014548446

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13856478

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1