JP7500404B2 - Storage element charge rate estimator - Google Patents
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Description
本発明は、開回路電圧変化の小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法に関する。 The present invention relates to a device and method for estimating the charging rate of a storage element in which a flat region with small open circuit voltage changes and a region with large changes appear in response to changes in the charging rate.
従来、この種の充電率推定装置および充電率推定方法としては、例えば、特許文献1に開示された状態推定装置、状態推定方法がある。
Conventional examples of this type of charging rate estimation device and charging rate estimation method include the state estimation device and state estimation method disclosed in
同文献に開示された状態推定装置、状態推定方法は、同文献の図2に示される二次電池のSOC-OCV特性を利用する。このSOC-OCV特性は、横軸をSOC(充電率)、縦軸をOCV(開回路電圧)として表され、SOC変化に対するOCV変化を二次電池の開回路電圧特性として表す。二次電池は、このSOC-OCV特性に示されるように、SOC変化に対するOCV変化が相対的に小さな平坦領域と大きな変化領域とを有する。同文献に開示された状態推定装置、状態推定方法では、同文献の図6に示されるように、SOC変化に対するOCV変化が大きな変化領域では、電流積算法によって推定されるSOCをカルマンフィルタを用いて補正する。また、SOC変化に対するOCV変化が小さな平坦領域では、電流積算法によって推定されるSOCを補正せず、電流積算法によって推定されるSOCをその時点におけるSOCとする。 The state estimation device and the state estimation method disclosed in the document utilize the SOC-OCV characteristics of the secondary battery shown in FIG. 2 of the document. The SOC-OCV characteristics are expressed with the horizontal axis representing SOC (charging rate) and the vertical axis representing OCV (open circuit voltage), and the OCV change relative to the SOC change is expressed as the open circuit voltage characteristics of the secondary battery. As shown in the SOC-OCV characteristics, the secondary battery has a flat region where the OCV change relative to the SOC change is relatively small, and a large change region. In the state estimation device and the state estimation method disclosed in the document, as shown in FIG. 6 of the document, in the change region where the OCV change relative to the SOC change is large, the SOC estimated by the current integration method is corrected using a Kalman filter. Also, in the flat region where the OCV change relative to the SOC change is small, the SOC estimated by the current integration method is not corrected, and the SOC estimated by the current integration method is taken as the SOC at that time.
また、このような二次電池を蓄電素子とする電池パックの実際の運用として、充放電が休止期間を挟んで繰り返される各充放電サイクルにおいて、充電期間または放電期間から休止期間に移行するタイミングでOCVが測定される場合がある。そして、測定されたOCVに対応するSOCが、予め記憶されているSOC-OCV対応表から特定され、特定されたSOCが休止期間の終了タイミングにおけるSOCと推定されて、休止期間移行タイミングにおける初期のSOCが補正される場合がある。 In addition, in the actual operation of a battery pack using such a secondary battery as a storage element, the OCV may be measured at the timing of transition from the charging or discharging period to the resting period in each charge/discharge cycle in which charging and discharging are repeated with resting periods in between. Then, the SOC corresponding to the measured OCV may be identified from a pre-stored SOC-OCV correspondence table, and the identified SOC may be estimated as the SOC at the end of the resting period, and the initial SOC at the transition to the resting period may be corrected.
しかしながら、二次電池のSOC-OCV特性は、SOC変化に対するOCV変化が相対的に小さな平坦領域では、OCVのわずかな変化に対応してSOCは大きく変化する。また、OCVの値は、二次電池の充放電の履歴によってヒステリシスが生じ、そのヒステリシスに起因して充放電の経過サイクル数に応じてその測定値が変化する。したがって、OCV変化が相対的に小さな平坦領域で、OCVの測定値からSOC-OCV特性に基づいてSOCを推定すると、推定するSOCに誤差が生じる。この誤差は、充放電1サイクル毎に上記のヒステリシスの影響を受けて、推定するSOCに大きく生じる。 However, in the plateau region of the SOC-OCV characteristics of a secondary battery, where the change in OCV relative to the change in SOC is relatively small, the SOC changes significantly in response to a small change in OCV. Furthermore, the OCV value is subject to hysteresis due to the charge/discharge history of the secondary battery, and the measured value changes depending on the number of charge/discharge cycles that have elapsed due to this hysteresis. Therefore, in the plateau region where the change in OCV is relatively small, if the SOC is estimated based on the SOC-OCV characteristics from the measured OCV value, an error will occur in the estimated SOC. This error occurs significantly in the estimated SOC due to the influence of the above-mentioned hysteresis for each charge/discharge cycle.
この現象は、特にオリビン系のリチウムイオン二次電池において顕著に現れ、オリビン系のリチウムイオン二次電池が持つSOC-OCV特性の平坦領域では、OCVが数mVずれるだけで、SOCには数10%の誤差が生じる。このため、OCV変化が相対的に小さな平坦領域で、OCVの測定値からSOC-OCV特性に基づいてSOCを推定し、推定したSOCに基づいて二次電池のそのときのOCV特性が平坦領域にあるか変化領域にあるかを判定すると、その正確な判定を行えない。 This phenomenon is particularly noticeable in olivine-based lithium-ion secondary batteries, and in the plateau region of the SOC-OCV characteristics of olivine-based lithium-ion secondary batteries, a deviation of just a few mV in OCV can cause an error of several tens of percent in the SOC. For this reason, in the plateau region where OCV change is relatively small, if the SOC is estimated based on the SOC-OCV characteristics from the measured OCV value, and a determination is made based on the estimated SOC as to whether the OCV characteristics of the secondary battery at that time are in the plateau region or the changing region, then an accurate determination cannot be made.
よって、上記従来の特許文献1に開示された、オリビン系リチウムイオン二次電池がSOC-OCV特性の平坦領域にあるか変化領域にあるかに基づいてSOCを推定する状態推定装置、状態推定方法では、SOCを信頼性高く推定することができない。
また、上記従来の電池パックの実際の運用では、OCV値の測定がOCV変化の相対的に小さな平坦領域で行われると、予め記憶されているSOC-OCV対応表からOCVの測定値によって特定されるSOCは、誤差を大きく含んだものとなる。
Therefore, the state estimation device and state estimation method disclosed in the above-mentioned
Furthermore, in actual operation of the above-described conventional battery pack, when the OCV value is measured in a flat region where the OCV change is relatively small, the SOC specified by the measured OCV value from the pre-stored SOC-OCV correspondence table contains a large error.
本発明は、以上の点を鑑みてなされたもので、OCV変化の小さな平坦領域と大きな変化領域とがSOC変化に対して現れる蓄電素子について、SOCを信頼性高く推定することのできる充電率推定装置および充電率推定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and aims to provide a charging rate estimation device and a charging rate estimation method that can reliably estimate the SOC for a storage element in which a flat region with small OCV changes and a region with large changes appear in response to SOC changes.
このために本発明は、
開回路電圧変化の相対的に小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる開回路電圧特性を有する蓄電素子に流れる電流を測定する電流測定部と、
蓄電素子の端子間電圧を測定する電圧測定部と、
蓄電素子の充電率を推定する充電率推定部と、
充電率推定部によって推定された蓄電素子の充電率を補正する充電率補正部と、
蓄電素子に流れる電流が所定の期間にわたって電流測定部によって測定されないで蓄電素子が休止期間に入ったかを判定する休止期間判定部と、
蓄電素子が休止期間に入ったと休止期間判定部によって判定されるときに充電率推定部によって推定される充電率を初期充電率として記憶する推定充電率記憶部と、
休止期間中に蓄電素子に電流が流れ始めるのが電流測定部によって測定されて休止期間が終了したかを判定する休止期間終了判定部と、
休止期間中に蓄電素子に流れ始める電流とそのときに電圧測定部によって測定される蓄電素子の端子間電圧とから蓄電素子の内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出部と、
内部抵抗値算出部によって算出される内部抵抗値が所定値以下の場合、推定充電率記憶部に記憶される初期充電率を休止期間の終了時における蓄電素子の充電率とする充電率是正部と
を備える蓄電素子の充電率推定装置を構成した。
For this purpose, the present invention provides
a current measuring unit for measuring a current flowing through an energy storage element having an open circuit voltage characteristic in which a relatively small flat region and a relatively large change region of the open circuit voltage appear with respect to a change in the charging rate;
A voltage measuring unit for measuring a terminal voltage of the storage element;
A charging rate estimating unit that estimates a charging rate of the storage element;
a charging rate correction unit that corrects the charging rate of the storage element estimated by the charging rate estimation unit;
an idle period determination unit that determines whether the storage element has entered an idle period because the current flowing through the storage element has not been measured by the current measurement unit for a predetermined period;
an estimated charging rate storage unit that stores, as an initial charging rate, a charging rate estimated by the charging rate estimation unit when the idle period determination unit determines that the storage element has entered an idle period;
a suspension period end determination unit that determines whether the suspension period has ended by measuring, by a current measurement unit, when a current starts to flow through the storage element during the suspension period;
an internal resistance value calculation unit that calculates an internal resistance value of the storage element from a current that starts to flow through the storage element during the pause period and a terminal- to- terminal voltage of the storage element measured by a voltage measurement unit at that time;
The present invention provides a charging rate estimating device for a storage element that includes a charging rate correction unit that, when the internal resistance value calculated by the internal resistance value calculation unit is equal to or lower than a predetermined value, sets the initial charging rate stored in the estimated charging rate memory unit as the charging rate of the storage element at the end of the rest period .
本構成によれば、内部抵抗値算出部によって算出される内部抵抗値が所定値以下の場合、蓄電素子は、充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域の状態にあると、判断される。充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域では、蓄電素子の内部抵抗値は、開回路電圧変化の大きな変化領域に比べて小さくなる。また、蓄電素子の内部抵抗値には、充電率のように充放電の履歴によって大きなヒステリシスは生じない。 According to this configuration, when the internal resistance calculated by the internal resistance calculation unit is equal to or less than a predetermined value, the storage element is determined to be in a plateau region where the open circuit voltage characteristic versus the charging rate has a small open circuit voltage change. In the plateau region where the open circuit voltage characteristic versus the charging rate has a small open circuit voltage change, the internal resistance of the storage element is smaller than in the region where the open circuit voltage change is large. Moreover, the internal resistance of the storage element does not have a large hysteresis due to the charge and discharge history, unlike the charging rate.
したがって、本構成によれば、算出される内部抵抗値が所定値と比べられることで、充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域の状態にあるか大きな変化領域の状態にあるかが、充電率是正部によって正確に判断される。そして、開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域の状態にあると判断されると、充電率補正部によって補正されて得られる補正充電率には大きな誤差が含まれるものとされて、充電率推定部によって推定される充電率が、蓄電素子の充電率とされる。 Therefore, according to this configuration, the calculated internal resistance value is compared with a predetermined value, and the charging rate correction unit accurately determines whether the open circuit voltage characteristic with respect to the charging rate is in a plateau region where the open circuit voltage change is small or in a region where the change is large. If it is determined that the open circuit voltage characteristic is in a plateau region where the open circuit voltage change is small, the corrected charging rate obtained by correction by the charging rate correction unit is deemed to contain a large error, and the charging rate estimated by the charging rate estimation unit is deemed to be the charging rate of the storage element.
このため、開回路電圧変化の小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる蓄電素子について、充電率を信頼性高く推定することのできる充電率推定装置を提供することが可能となる。 It is therefore possible to provide a state of charge estimation device that can reliably estimate the state of charge of a storage element in which a flat region with small open circuit voltage changes and a region with large changes appear in relation to the state of charge change.
また、本構成によれば、蓄電素子が休止期間に入ったと休止期間判定部によって判定されるときに充電率推定部によって推定される充電率が初期充電率として推定充電率記憶部に記憶される。また、休止期間終了判定部によって休止期間が終了したものと判断されるときの内部抵抗値が内部抵抗値算出部によって算出され、算出される内部抵抗値が所定値以下か、判定される。内部抵抗値が所定値以下と判定される場合、充電率是正部により、推定充電率記憶部に記憶される初期充電率が休止期間の終了時における蓄電素子の充電率とされる。 According to this configuration, when the suspension period determination unit determines that the storage element has entered a suspension period, the suspension rate estimated by the suspension rate estimation unit is stored in the estimated suspension rate storage unit as an initial suspension rate. Also, the internal resistance value when the suspension period end determination unit determines that the suspension period has ended is calculated by the internal resistance value calculation unit , and it is determined whether the calculated internal resistance value is equal to or less than a predetermined value. If it is determined that the internal resistance value is equal to or less than the predetermined value, the suspension rate correction unit sets the initial suspension rate stored in the estimated suspension rate storage unit as the suspension rate of the storage element at the end of the suspension period.
このため、開回路電圧変化の小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる蓄電素子を用いて構成される電池パックの実際の運用において、電池パックの休止期間の終了時における充電率を信頼性高く推定することができるようになる。 As a result, in the actual operation of a battery pack that is composed of a storage element in which a flat region with small open circuit voltage changes and a region with large changes appear in response to changes in the charging rate, it becomes possible to reliably estimate the charging rate at the end of the rest period of the battery pack.
本発明によれば、上記のように、開回路電圧変化の小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる蓄電素子について、充電率を信頼性高く推定できる充電率推定装置を提供することができる。 According to the present invention, as described above, it is possible to provide a charging rate estimation device that can reliably estimate the charging rate for a storage element in which a flat region with small open circuit voltage change and a region with large change appear in relation to charging rate change.
次に、本発明の一実施の形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法について説明する。 Next, we will explain a storage element charging rate estimation device and charging rate estimation method according to one embodiment of the present invention.
図1は、一実施形態による蓄電素子の充電率推定装置1を備える電池パック2の概略構成を示すブロック図である。
Figure 1 is a block diagram showing the schematic configuration of a
電池パック2は、例えば、電気自動車や小型船舶等における、電気エネルギーで作動する動力源に電力を供給する。電池パック2は、組電池3、電流センサ4、および組電池3を管理するバッテリ・マネジメント・ユニット(BMU)5を有する。これら電流センサ4およびBMU5は充電率推定装置1を構成する。
The
組電池3は、二次電池31から構成されるラミネートセルが複数積層されて直列に接続されて構成されており、各二次電池31を蓄電素子としている。本実施形態では、各二次電池31はオリビン系(リン酸鉄)リチウムイオン二次電池(LFP)であり、充電率(SOC)変化に対する開回路電圧(OCV)変化が、図2のグラフに示すSOC-OCV特性を示す。同グラフの横軸はSOC[%]、縦軸はOCV[mV]であり、同グラフにはSOC-OCV曲線Aが表されている。各二次電池31は、このSOC-OCV特性に示されるように、SOC変化に対するOCV変化が相対的に小さな平坦領域Lと大きな変化領域Hとを有する開回路電圧特性を示す。平坦領域Lは、SOC変化に対するOCV変化が例えば0.5[mV/%]以下の領域に設定される。
The battery pack 3 is configured by stacking and connecting multiple laminated cells made up of
なお、充電率とは、二次電池31の満充電容量に対する残存容量の比率[%]であり、SOC(State Of Charge)と呼ばれる。また、開回路電圧とは、二次電池31に電流が流れていないときにおける二次電池31の端子間電圧であり、OCV(Open Circuit Voltage)と呼ばれる。
The charging rate is the ratio [%] of the remaining capacity to the fully charged capacity of the
各二次電池31および電流センサ4は配線6を介して直列に接続されており、例えば電気自動車等に搭載された充電器7、または電気自動車等の内部に設けられた動力源等の負荷7に接続される。充電器7は組電池3を充電し、また、負荷7は組電池3から電力の供給を受けて電力を消費する。
Each
電流センサ4は各二次電池31に流れる電流を測定する電流測定部を構成する。電流センサ4は、各二次電池31の電流値を一定周期で計測し、計測した電流計測値のデータをBMU5内の制御部51に対して送信する。BMU5は、制御部51、電圧検出回路52および温度センサ53を備える。制御部51は、中央処理装置(CPU)51a、メモリ51bおよび通信部51cを含んで構成される。通信部51cは、電気自動車や小型船舶等に搭載されるECU(Electronic Control Unit)8と通信し、二次電池31に関する情報をECU8へ送信したりする。電圧検出回路52は、検出ラインを介して各二次電池31の両端にそれぞれ接続され、制御部51からの指示に応答して各二次電池31の端子間電圧を測定する電圧測定部を構成する。温度センサ53は、接触式あるいは非接触式で、各二次電池31の温度T[℃]を測定する。
The
制御部51内のメモリ51bには、一実施形態による蓄電素子の充電率推定方法を実行するためのコンピュータプログラム、およびそのプログラムを実行するのに必要なデータが予め記憶されている。このコンピュータプログラムにしたがったCPU51aの回路各部に対する制御により、制御部51内には各種の機能ブロックが構成される。この機能ブロックには、充電率推定部51d、充電率補正部51e、内部抵抗値算出部51f、および充電率是正部51gがある。
The
充電率推定部51dは、各二次電池31の充電率を推定する機能を果たす。また、充電率補正部51eは、充電率推定部51dによって推定された各二次電池31の充電率を補正する機能を果たす。内部抵抗値算出部51fは、電流センサ4によって測定される二次電池31に流れる電流と、電圧検出回路52によって測定される二次電池31の端子間電圧とから、各二次電池31の直流内部抵抗(DCR)値を算出する機能を果たす。充電率是正部51gは、内部抵抗値算出部51fによって算出される直流内部抵抗値が後述する所定値y以下の場合、充電率推定部51dによって推定される充電率を二次電池31の充電率とする機能を果たす。
The charging
また、メモリ51bは、充電率推定部51dによって推定される充電率を記憶する推定充電率記憶部、および、充電率補正部51eによって補正される充電率を記憶する補正充電率記憶部を構成する。また、メモリ51bは、図2に示される開回路電圧特性を記憶する開回路電圧特性記憶部を構成し、メモリ51bには、図3に示されるように、各充電率(SOC[%])の値に対して開回路電圧OCV[mV]の値を対応づけるSOC-OCVテーブルが予め記憶されている。図2に示す平坦領域Lは、同テーブルに示すSOCが40~70[%]のときの各OCV[mV]の値で表される特性に相当する。さらに、メモリ51bには、各充電率(SOC[%])の値に対して測定される直流内部抵抗(DCR)[mΩ]の値を記憶する、図示しないSOC-DCRテーブルが予め記憶されている。
The
図4に示すグラフには、メモリ51bが記憶するSOC-DCRテーブルの各値によってプロットされるSOC-DCR曲線Bが、図2に示すSOC-OCV曲線Aに重ねて表されている。SOC-OCV曲線Aは実線で表され、SOC-DCR曲線Bは破線で表されている。同グラフの横軸はSOC[%]、左側の縦軸はOCV[mV]、右側の縦軸はDCR[mΩ]である。同グラフ中における矢印は、各曲線A,Bが左右どちらの縦軸に対応しているかを示している。
In the graph shown in FIG. 4, SOC-DCR curve B, which is plotted using each value in the SOC-DCR table stored in
同グラフに示されるSOC-DCR曲線Bから、二次電池31の直流内部抵抗値は、開回路電圧の平坦領域Lにおいては、開回路電圧の変化領域Hに比べて小さく、一定値y[mΩ]より小さくなることが、理解される。平坦領域Lは、SOC-OCV曲線Aにおいて、充電率変化に対する開回路電圧変化が所定範囲、例えば0.5[mV/%]以下となる領域に設定される。一定値y[mΩ]は、このようにSOC-OCV曲線Aにおいて設定された平坦領域LをSOC-DCR曲線Bにおいて画定するものであり、本実施形態では、充電率是正部51gが比較する直流内部抵抗値の所定値とされる。しかし、本発明は、直流内部抵抗値の所定値の定め方はこれに限定されるものでなく、SOC-DCR曲線Bにおいて、平坦領域Lの充電率変化に対応して二次電池31が呈する、一定値y[mΩ]より小さな範囲の直流内部抵抗値から、直流内部抵抗値の所定値を必要に応じて変更するようにしてもよい。
From the SOC-DCR curve B shown in the graph, it can be seen that the DC internal resistance value of the
また、本実施形態では、充電率推定部51dは、電流積算法で二次電池31の充電率を推定する。充電率補正部51eは、充電率推定部51dによって推定された二次電池31の充電率を、電圧検出回路52によって測定される開回路電圧の値に対応して開回路電圧特性記憶部に記憶される充電率(図3参照)に、補正する。
In addition, in this embodiment, the charging
また、本実施形態では、メモリ51bに記憶されるコンピュータプログラムにより、制御部51内には図1に示すように休止期間判定部51hおよび休止期間終了判定部51iの機能ブロックが構成される。休止期間判定部51hは、二次電池31に流れる電流が所定の期間にわたって電流センサ4によって測定されないで、二次電池31が休止期間に入ったかを判定する機能を果たす。休止期間終了判定部51iは、休止期間中に二次電池31に電流が流れ始めるのが電流センサ4によって測定されて、休止期間が終了したかを判定する機能を果たす。
In this embodiment, the computer program stored in the
推定充電率記憶部には、二次電池31が休止期間に入ったと休止期間判定部51hによって判定されるときに充電率推定部51dによって推定される充電率が、初期充電率として記憶される。内部抵抗値算出部51fは、休止期間中に二次電池31に流れ始める電流と、そのときに電圧検出回路52によって測定される二次電池31の端子間電圧とから、二次電池31の直流内部抵抗値を算出する。充電率是正部51gは、内部抵抗値算出部51fによって算出される内部抵抗値が所定値y以下の場合、推定充電率記憶部に記憶される初期充電率を休止期間の終了時における二次電池31の充電率とする。
The estimated charging rate storage unit stores the charging rate estimated by the charging
図5は、一実施形態による蓄電素子の充電率推定方法の処理の概略を示すフローチャートである。 Figure 5 is a flowchart outlining the process of a method for estimating the charge rate of a storage element according to one embodiment.
最初に、CPU51aによって各二次電池31の現在のSOC値が取得される(ステップ101参照)。次に、充電率推定部51dによって各二次電池31のSOC値が電流積算法で推定される(ステップ102参照)。このステップ102の充電率推定ステップにおいて推定される充電率は推定充電率記憶部に記憶される。次に、各二次電池31に流れる電流値が電流センサ4によって測定されて、取得される(ステップ103参照)。そして、各二次電池31に流れる電流が所定の期間にわたってゼロになって電流センサ4によって測定されないで、各二次電池31が休止期間に入ったか否かが、休止期間判定部51hによって判定される(ステップ104参照)。本実施形態では、ステップ103で取得される電流値が一定時間以上、例えば2時間以上ゼロであるか否かが、制御部51内の図示しないクロック部が発生するクロックによって判定される。ステップ103で取得される電流値が一定時間以上ゼロでなくて、ステップ104の判定結果がNoである場合には、処理はステップ102に戻ってステップ102~ステップ104の処理が繰り返される。
First, the
一方、ステップ103で取得される電流値が一定時間以上ゼロになって、ステップ104の判定結果がYesになると、次に、各二次電池31が既に休止期間に入ったことが判定済みであるか否か、判断される(ステップ105参照)。最初にこのステップ105の処理が実行されるときには、各二次電池31が既に休止期間に入ったことが判定済みでないため、ステップ105の判断結果はNoとなる。この場合、各二次電池31が休止期間に入ったとステップ105の休止期間判定ステップにおいて判定される。そして、ステップ102の充電率推定ステップにおいて推定される充電率が休止期間突入時の充電率として取得され、取得されたこの充電率が推定充電率記憶部に初期充電率RSOCとして記憶される(ステップ106参照)。ステップ106のこの処理により、推定充電率記憶部に記憶される充電率SOCが初期充電率RSOCとされる(SOC=RSOC)。
On the other hand, if the current value acquired in
一方、各二次電池31が既に休止期間に入ったことが判定済みで、ステップ105の判定結果がYesの場合、次に、電圧検出回路52によって測定される二次電池31の端子間電圧から、開回路電圧(OCV)値が取得される(ステップ107参照)。次に、ステップ102の充電率推定ステップにおいて推定された各二次電池31の充電率が、ステップ107で取得される開回路電圧の値に対応して開回路電圧特性記憶部にSOC-OCV特性として記憶される充電率VSOCに、補正される(ステップ108参照)。ステップ108のこの処理により、補正充電率記憶部に記憶される充電率SOCが補正充電率VSOCとされる(SOC=VSOC)。ステップ108は、ステップ102の充電率推定ステップにおいて推定された二次電池31の充電率を補正する充電率補正ステップ、および、この充電率補正ステップにおいて補正される充電率を補正充電率記憶部に記憶する補正充電率記憶ステップを構成する。なお、開回路電圧特性記憶部には、図示しない開回路電圧特性記憶ステップにおいて、予め、各二次電池31について、各充電率の値に対する開回路電圧の値が開回路電圧特性として記憶されている。
On the other hand, if it has been determined that each
次に、休止期間中に各二次電池31に電流が流れ始めるのが電流センサ4によって測定されて、各二次電池31に始動電流が流れたか否かが判断される(ステップ109参照)。このステップ109は、各二次電池31の休止期間が終了したか否かを判定する休止期間終了判定ステップを構成する。各二次電池31に始動電流が流れるのが検出されなくて、ステップ109の判断結果がNoである場合、処理はステップ105に戻ってステップ105~ステップ109の処理が繰り返される。
Next, the
各二次電池31に始動電流が流れることにより生じる過渡応答が検出されて、ステップ109の判断結果がYesである場合、各二次電池31の休止期間が終了したと判断される。この場合、次に、電流センサ4によって測定される二次電池31に流れる電流と、電圧検出回路52によって測定される二次電池31の端子間電圧とから、内部抵抗値算出部51fによって二次電池31の直流内部抵抗値が算出される(ステップ110参照)。
When a transient response caused by the starting current flowing through each
次に、ステップ110のこの内部抵抗値算出ステップにおいて算出される内部抵抗値が、平坦領域Lの充電率変化に対応して二次電池31が呈する範囲の内部抵抗値から選択される所定値y以下であるか否かが、判断される(ステップ111参照)。ステップ110で算出される内部抵抗値が所定値y以下の場合、ステップ111の判断結果はYesとなり、二次電池31の充電率SOCは、充電率是正部51gにより、推定充電率記憶部に記憶される初期充電率RSOCとされる(ステップ112参照)。また、ステップ110で算出される内部抵抗値が所定値y以下でない場合、ステップ111の判断結果はNoとなり、二次電池31の充電率SOCは、充電率是正部51gにより、補正充電率記憶部に記憶される補正充電率VSOCとされる(ステップ113参照)。ステップ111,112は、ステップ110の内部抵抗値算出ステップにおいて算出される内部抵抗値が所定値y以下の場合、ステップ102の充電率推定ステップにおいて推定される充電率を二次電池31の充電率とする充電率是正ステップを構成する。
Next, it is determined whether the internal resistance value calculated in this internal resistance value calculation step of
このような本実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法によれば、内部抵抗値算出部51fおよびステップ110の内部抵抗値算出ステップによって算出される内部抵抗値が所定値y以下の場合、二次電池31は、充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域Lの状態にあると、判断される。充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域Lでは、二次電池31の内部抵抗値は、図4のグラフに示すように、開回路電圧変化の大きな変化領域Hに比べて小さくなる。また、二次電池31の内部抵抗値には、充電率のように充放電の履歴によって大きなヒステリシスは生じない。
According to the storage element charging rate estimation device and charging rate estimation method of this embodiment, when the internal resistance calculated by the internal
したがって、本実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法によれば、算出される内部抵抗値が所定値yと比べられることで、充電率に対する開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域Lの状態にあるか大きな変化領域Hの状態にあるかが、充電率是正部51gおよびステップ111,112の充電率是正ステップによって正確に判断される。ステップ102での電流積算法により推定される充電率は時間の経過とともに誤差が蓄積する。本発明では、例えば、特許文献1のように、推定した充電率からSOC-OCV特性を参照して平坦領域Lにあるか変化領域Hにあるかが判定される場合に比べて、領域判定の精度を高めることができる。そして、開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域Lの状態にあると判断されると、充電率補正部51eおよびステップ108の充電率補正ステップによって補正されて得られる補正充電率には、大きな誤差が含まれるものとされて、充電率推定部51dおよびステップ102の充電率推定ステップによって推定される充電率が、そのときの二次電池31の充電率とされる。
Therefore, according to the storage element charging rate estimation device and charging rate estimation method of this embodiment, the calculated internal resistance value is compared with a predetermined value y, and whether the open circuit voltage characteristic with respect to the charging rate is in a plateau region L where the open circuit voltage change is small or in a large change region H is accurately determined by the charging
このため、開回路電圧変化の小さな平坦領域Lと大きな変化領域Hとが充電率変化に対して現れる二次電池31について、充電率を信頼性高く推定することのできる充電率推定装置および充電率推定方法を提供することが可能となる。
This makes it possible to provide a charging rate estimation device and a charging rate estimation method that can reliably estimate the charging rate for a
もしも、開回路電圧の特性が開回路電圧変化の小さな平坦領域Lの状態にあるときに、充電率補正部51eおよびステップ108の充電率補正ステップによって補正されて得られる補正充電率を採用すると、補正充電率には大きな誤差が含まれてしまう。つまり、図3に示すテーブルから、充電期間または放電期間から休止期間に移行するタイミングでOCVが例えば3320mVと測定されるとSOCは70%と補正され、二次電池31の充放電があるサイクル数繰り返された後、休止期間が終了するタイミングでOCVが例えば3306mVと測定されるとSOCは40%と補正されることとなり、補正充電率には30[%]の大きな誤差が生じる。このSOCの誤差は、充放電1サイクル毎に平坦領域LでOCVにヒステリシスによってずれが生じることに起因する。
If the open circuit voltage characteristic is in the flat region L where the open circuit voltage change is small, and the corrected charging rate obtained by correction by the charging
また、本実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法によれば、二次電池31が休止期間に入ったと休止期間判定部51hおよびステップ105の休止期間判定ステップによって判定されるときに、充電率推定部51dおよびステップ102の充電率推定ステップによって推定される充電率が初期充電率RSOCとして、推定充電率記憶部に記憶される。また、休止期間終了判定部51iおよびステップ109の休止期間終了判定ステップによって休止期間が終了したものと判断されるときの内部抵抗値が、内部抵抗値算出部51fおよびステップ108の内部抵抗値算出ステップによって算出され、算出される内部抵抗値が所定値y以下であるか、判定される。内部抵抗値が所定値y以下と判定される場合、充電率是正部51gおよびステップ111,112の充電率是正ステップにより、推定充電率記憶部に記憶される初期充電率RSOCが休止期間の終了時における二次電池31の充電率とされる。
In addition, according to the storage element charging rate estimation device and charging rate estimation method of this embodiment, when the
このため、開回路電圧変化の小さな平坦領域Lと大きな変化領域Hとが充電率変化に対して現れる二次電池31を用いて構成される電池パック20の実際の運用において、電池パック20の休止期間の終了時における充電率を信頼性高く推定することができるようになる。
As a result, in the actual operation of a
なお、上記の実施形態では、充電率補正部51eおよびステップ108の充電率補正ステップによる充電率の補正は、充電率推定部51dおよびステップ102の充電率推定ステップによって電流積算法で推定された二次電池31の充電率が、電圧検出回路52によって測定される開回路電圧の値に対応して開回路電圧特性記憶部に記憶される充電率にされることで、行われる場合について、説明した。しかし、充電率補正部51eおよびステップ108の充電率補正ステップによる充電率の補正は、充電率推定部51dおよびステップ102の充電率推定ステップによって電流積算法で推定された二次電池31の充電率が、カルマンフィルタを用いて補正されることで、行われるように構成してもよい。この場合、充電率推定部51dおよび充電率推定ステップにおいて推定される充電率である「SOCの事前推定値」に対して、充電率補正部51eおよび充電率補正ステップにおいて、「カルマンゲイン」と「端子電圧の予測誤差」の積がカルマンフィルタによって加えられることにより、「SOCの事前推定値」が補正される。このような構成によっても、上記の実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法と同様な作用効果が奏される。
In the above embodiment, the correction of the charging rate by the charging
上記の実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法は、二次電池31がLFPである場合について、説明した。しかし、本発明は二次電池31がLFPである場合に限定されるものではなく、開回路電圧変化の相対的に小さな平坦領域と大きな変化領域とが充電率変化に対して現れる開回路電圧特性を有する他の蓄電素子にも同様に適用することができる。そして、その場合においても、上記の実施形態による蓄電素子の充電率推定装置および充電率推定方法と同様な作用効果が奏される。
The above embodiment of the charging rate estimation device and charging rate estimation method for a storage element has been described for the case where the
1:充電率推定装置
2:電池パック
3:組電池
31:二次電池(蓄電素子)
4:電流センサ(電流測定部)
5:バッテリ・マネジメント・ユニット(BMU)
51:制御部
51a:CPU
51b:メモリ(推定充電率記憶部、補正充電率記憶部、開回路電圧特性記憶部)
51d:充電率推定部
51e:充電率補正部
51f:内部抵抗算出部
51g:充電率是正部
51h:休止期間判定部
51i:休止期間終了判定部
1: Charging rate estimation device 2: Battery pack 3: Assembled battery 31: Secondary battery (storage element)
4: Current sensor (current measurement unit)
5: Battery Management Unit (BMU)
51:
51b: Memory (estimated charging rate storage unit, corrected charging rate storage unit, open circuit voltage characteristic storage unit)
51d: charging
Claims (2)
前記蓄電素子の端子間電圧を測定する電圧測定部と、
前記蓄電素子の充電率を推定する充電率推定部と、
前記充電率推定部によって推定された前記蓄電素子の充電率を補正する充電率補正部と、
前記蓄電素子に流れる電流が所定の期間にわたって前記電流測定部によって測定されないで前記蓄電素子が休止期間に入ったかを判定する休止期間判定部と、
前記蓄電素子が前記休止期間に入ったと前記休止期間判定部によって判定されるときに前記充電率推定部によって推定される充電率を初期充電率として記憶する推定充電率記憶部と、
前記休止期間中に前記蓄電素子に電流が流れ始めるのが前記電流測定部によって測定されて前記休止期間が終了したかを判定する休止期間終了判定部と、
前記休止期間中に前記蓄電素子に流れ始める前記電流とそのときに前記電圧測定部によって測定される前記蓄電素子の端子間電圧とから前記蓄電素子の内部抵抗値を算出する内部抵抗値算出部と、
前記内部抵抗値算出部によって算出される内部抵抗値が所定値以下の場合、前記推定充電率記憶部に記憶される前記初期充電率を前記休止期間の終了時における前記蓄電素子の充電率とする充電率是正部と
を備える蓄電素子の充電率推定装置。 a current measuring unit for measuring a current flowing through a storage element having an open circuit voltage characteristic in which a relatively small flat region and a relatively large change region of the open circuit voltage appear with respect to a change in the charging rate;
A voltage measuring unit for measuring a terminal voltage of the storage element;
A charging rate estimation unit that estimates a charging rate of the storage element;
a charging rate correction unit that corrects the charging rate of the storage element estimated by the charging rate estimation unit;
an idle period determination unit that determines whether the storage element has entered an idle period because the current flowing through the storage element has not been measured by the current measurement unit for a predetermined period;
an estimated charging rate storage unit that stores, as an initial charging rate, a charging rate estimated by the charging rate estimation unit when the idle period determination unit determines that the storage element has entered the idle period;
a suspension period end determination unit that determines whether the suspension period has ended by measuring, by the current measurement unit, when a current starts to flow through the storage element during the suspension period;
an internal resistance value calculation unit that calculates an internal resistance value of the storage element from the current that starts to flow through the storage element during the pause period and the inter-terminal voltage of the storage element measured by the voltage measurement unit at that time ;
and a charging rate correction unit that, when the internal resistance value calculated by the internal resistance value calculation unit is equal to or lower than a predetermined value, sets the initial charging rate stored in the estimated charging rate storage unit as the charging rate of the storage element at the end of the idle period .
前記充電率是正部は、前記内部抵抗値算出部によって算出される内部抵抗値が前記所定値を超える場合、前記補正充電率記憶部に記憶される前記補正充電率を前記休止期間の終了時における前記蓄電素子の充電率とする
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電素子の充電率推定装置。 a corrected charging rate storage unit that stores the charging rate corrected by the charging rate correction unit as a corrected charging rate ,
The charging rate correction unit is configured to set the corrected charging rate stored in the corrected charging rate storage unit as the charging rate of the storage element at the end of the rest period when the internal resistance value calculated by the internal resistance value calculation unit exceeds the predetermined value.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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