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技術 電池残存容量推定装置、電池残存容量判定方法及び電池残存容量判定プログラム

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 飯田琢磨神保裕行
出願日 2013年12月5日 (6年11ヶ月経過) 出願番号 2013-252088
公開日 2015年6月11日 (5年5ヶ月経過) 公開番号 2015-108579
状態 特許登録済
技術分野 電池等の充放電回路 遮断器と発電機・電動機と電池等の試験 二次電池の保守(充放電、状態検知)
主要キーワード 一次関数式 C特性 高分子樹脂製 マップ切替 車両コントロールユニット UPS 電圧計測 定電流方式
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この項目の情報は公開日時点(2015年6月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

SOCを正確に推定する電池残存容量推定装置を提供する。

解決手段

この電池残存容量推定装置は、二次電池開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、充電が完了した前記二次電池の第1開放電圧に基づいて、前記第1開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップ切り替えマップ切替手段と、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第1開放電圧とは異なる第2開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、を具備する構成を採る。

概要

背景

一般的な電池残存容量(SOC:State of Charge)の推定方法としては、電池開放電圧OCV:OpenCircuit Voltage)を取得し、電池のOCVとSOCとの関係を示すOCV−SOCマップに従って、SOCを推定する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。

特許文献1には、ECUに電池電圧VとSOCとの関係を示すマップとして、電池温度T及び電池の劣化状態に応じた複数のマップを記憶させ、SOCを判定する際、電池温度T及び電池の劣化状態に基づいて一つのマップを選択し、選択したマップを用いてSOCを判定する電池残存容量推定装置が開示されている。

概要

SOCを正確に推定する電池残存容量推定装置を提供する。この電池残存容量推定装置は、二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、充電が完了した前記二次電池の第1開放電圧に基づいて、前記第1開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えマップ切替手段と、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第1開放電圧とは異なる第2開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、を具備する構成を採る。

目的

本発明の目的は、SOCを正確に推定する電池残存容量推定装置、電池残存容量判定方法及び電池残存容量判定プログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

二次電池開放電圧推定する開放電圧推定手段と、充電が完了した前記二次電池の第1開放電圧に基づいて、前記第1開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップ切り替えマップ切替手段と、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第1開放電圧とは異なる第2開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、を具備する電池残存容量推定装置

請求項2

前記マップ切替手段は、前記第1開放電圧に基づいて、前記二次電池の劣化要因を推定する、請求項1に記載の電池残存容量推定装置。

請求項3

前記二次電池は、鉛電池であり、前記劣化要因は、液がれまたは格子腐食、および、サルフェーションを含む、請求項2に記載の電池残存容量推定装置。

請求項4

前記電池残存容量算出手段は、前記二次電池の充電が完了してから所定時間経過後に前記電池残存容量を算出する、請求項1に記載の電池残存容量推定装置。

請求項5

電気自動車に搭載される、請求項1に記載の電池残存容量推定装置。

請求項6

二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定ステップと、充電が完了した前記二次電池の第1開放電圧に基づいて、前記第1開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替ステップと、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第1開放電圧とは異なる第2開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定ステップと、を具備する電池残存容量判定方法

請求項7

コンピュータに、二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、充電が完了した前記二次電池の第1開放電圧に基づいて、前記第1開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替手段と、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第1開放電圧とは異なる第2開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、を実行させる電池残存容量判定プログラム

技術分野

0001

本発明は、二次電池電池残存容量を判定する電池残存容量推定装置、電池残存容量判定方法及び電池残存容量判定プログラムに関する。

背景技術

0002

一般的な電池残存容量(SOC:State of Charge)の推定方法としては、電池開放電圧OCV:OpenCircuit Voltage)を取得し、電池のOCVとSOCとの関係を示すOCV−SOCマップに従って、SOCを推定する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。

0003

特許文献1には、ECUに電池電圧VとSOCとの関係を示すマップとして、電池温度T及び電池の劣化状態に応じた複数のマップを記憶させ、SOCを判定する際、電池温度T及び電池の劣化状態に基づいて一つのマップを選択し、選択したマップを用いてSOCを判定する電池残存容量推定装置が開示されている。

先行技術

0004

特開2002−286818号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上述した特許文献1の電池残存容量推定装置は、電池の内部抵抗の大きさに基づいて、電池の劣化の進み具合である劣化状態を判定するものである。しかしながら、電池電圧VとSOCとの関係は、格子腐食、液がれ、サルフェーション等の要因によって変動するが、特許文献1の電池残存容量推定装置では、これらの電池劣化要因が考慮されておらず、SOCを正確に推定することができないという問題がある。

0006

本発明の目的は、SOCを正確に推定する電池残存容量推定装置、電池残存容量判定方法及び電池残存容量判定プログラムを提供することである。

課題を解決するための手段

0007

本発明の一態様に係る電池残存容量推定装置は、二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、充電が完了した前記二次電池の第1開放電圧に基づいて、前記第1開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えマップ切替手段と、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第1開放電圧とは異なる第2開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、を具備する構成を採る。

0008

本発明の一態様に係る電池残存容量推定方法は、二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定ステップと、充電が完了した前記二次電池の第1開放電圧に基づいて、前記第1開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替ステップと、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第1開放電圧とは異なる第2開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定ステップと、を具備するようにした。

0009

本発明の一態様に係る電池残存容量判定プログラムは、コンピュータに、二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段と、充電が完了した前記二次電池の第1開放電圧に基づいて、前記第1開放電圧と前記二次電池の電池残存容量との関係を示すマップを切り替えるマップ切替手段と、切り替えられた前記マップに基づいて、前記第1開放電圧とは異なる第2開放電圧に対応する前記電池残存容量を推定する電池残存容量推定手段と、を実行させるようにした。

発明の効果

0010

本発明によれば、電池劣化要因に対応する、充電が完了した二次電池の開放電圧とSOCとの関係を用意し、充電完了時の開放電圧に対応する関係を用いてSOCを推定することにより、SOCを正確に推定することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の一実施の形態に係る電池残存容量推定装置の構成を示すブロック図
鉛電池電流電圧との関係を示す図
初期電池及び充電サイクル毎のOCV−SOC特性を示す図
初期電池及びサルフェーションが生じた電池のOCV−SOC特性を示す
電池残存容量推定装置の処理手順を示すフロー

実施例

0012

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

0013

(一実施の形態)
図1は、本発明の一実施の形態に係る電池残存容量推定装置1の構成を示すブロック図である。以下、図1を参照して電池残存容量推定装置1の構成について説明する。

0014

鉛電池2は、電池容器となる略角型の電槽を有している。電槽内には、極板群が収容されている。電槽の材質には、例えば、ポリエチレン(PE)等の高分子樹脂が用いられる。各極板群複数枚の負極板および正極板セパレータを介して積層されている。電槽の上部は、電槽の上部開口を密閉するPE等の高分子樹脂製上蓋接着ないし溶着されている。上蓋には、鉛電池2を電源として外部へ電力を供給するためのロッド正極端子および負極端子が立設されている。

0015

電圧計測部101は、差動増幅回路等を有し、液式の鉛電池2の電圧を計測する。電流計測部102は、ホール素子等の電流センサ3と協働して鉛電池2に流れる電流を計測する。

0016

開放電圧推定部103は、電圧計測部101および電流計測部102の計測結果に基づいて、鉛電池2の満充電時の開放電圧(以下、「OCV(OpenCircuit Voltage)」という)を推定し、推定した満充電時のOCVをOCV−SOCマップ切替部104に出力する。なお、満充電とは、必ずしもSOCが100%である必要はなく、例えば、90〜100%の間であってもよい。また、開放電圧推定部103は、電圧計測部101および電流計測部102の計測結果に基づいて、満充電から所定時間経過したOCVを推定し、推定したOCVをSOC推定部105に出力する。例えば、開放電圧推定部103は、図2に示すように、複数組測定値VM,IMに基づいて最小二乗法等によって求められた一次関数式(直線)の□印(白抜き四角形)の切片をOCVとして推定することができる。なお、直線近似においては、推定精度を向上させるため、電圧と電流の組を3組以上用いてOCVを推定することが好ましい。

0017

OCV−SOCマップ切替部104は、鉛電池2の満充電時の異なるOCVに対応するOCV−SOCマップを複数備えており、開放電圧推定部103から出力された満充電時のOCVに対応するOCV−SOCマップに切り替えて、切り替えたOCV−SOCマップをSOC推定部105に出力する。なお、OCV−SOCマップの詳細については後述する。

0018

SOC推定部105は、OCV−SOCマップ切替部104から出力されたOCV−SOCマップを用いて、開放電圧推定部103から出力されたOCVに対応するSOCを推定する。

0019

次に、上述したOCV−SOCマップ切替部104が備えるOCV−SOCマップについて説明する。図3は、初期電池及び充電サイクル毎のOCV−SOC特性を示す。また、図4は、初期電池及びサルフェーションが生じた電池のOCV−SOC特性を示す。図3及び図4において、横軸がSOCを示し、縦軸がOCVを示している。ここで、初期電池とは、充電サイクル数0の電池であり、図3及び図4において、初期電池の特性は同一である。

0020

図3から分かるように、SOCが図3の右端のエリア、すなわち、満充電時(SOCが90〜100%程度のとき)におけるOCVの値が初期電池、充電サイクル数によって異なる。図3では、充電サイクル数が小さい場合(多くても数十〜数百サイクル程度)、充電サイクル数が大きい場合(数百サイクルにとどまらない程度であり、例えば1千サイクル程度)を示しており、充電サイクル数の大小が格子の腐食や液がれの度合いに影響を及ぼしていることが分かる。

0021

また、図4から分かるように、SOCが図4の右端のエリア、すなわち、満充電時(SOCが90〜100%程度のとき)におけるOCVの値が初期電池とサルフェーションが生じた電池とでは異なることが分かる。

0022

これらのことから、OCV−SOCマップ切替部104は、満充電時のOCVから鉛電池2の劣化要因を判定することができるので、各劣化要因に応じたOCV−SOCマップを複数用意し、判定した劣化要因に応じたOCV−SOCマップに切り替えるようにした。

0023

また、図3及び図4に示す特性より、腐食及び液がれの少なくとも1つが生じている場合は、満充電時のOCVが初期電池より上昇し、サルフェーションが生じている場合は、満充電時のOCVが初期電池より減少していることが分かる。このことから、OCV−SOCマップ切替部104は、前回の満充電時のOCVと今回の満充電時のOCVとの大小を比較して、劣化要因を判定してもよい。すなわち、前回の満充電時のOCVより今回の満充電時のOCVが大きい場合には、腐食及び液がれの少なくとも1つが生じていると判定し、前回の満充電時のOCVより今回の満充電時のOCVが小さい場合には、サルフェーションが生じていると判定する。OCV−SOCマップ切替部104は、これらの判定結果に応じたOCV−SOCマップに切り替えればよい。

0024

図5は、上述した電池残存容量推定装置1の処理手順を示すフロー図である。以下、図5を用いて、電池残存容量推定装置1の処理手順について説明する。

0025

開放電圧推定部103は、鉛電池2が満充電になったか否かを判定し(ST201)、満充電になった場合には(ST201:YES)、開放電圧推定部103は、OCVを推定する(ST202)。なお、ST201において満充電になっていない場合には(ST201:NO)、電池残存容量推定装置1の処理を終了する。

0026

OCV−SOCマップ切替部104は、ST202において推定された満充電時のOCVに対応するOCV−SOCマップに切り替え(ST203)、開放電圧推定部103は、満充電から所定時間経過したか否かを判定する(ST204)。満充電から所定時間が経過していれば(ST204:YES)、ST205に移行し、満充電から所定時間が経過していなければ(ST204:NO)、所定時間が経過するまでST204の判定処理を繰り返す。なお、所定時間は、1〜3時間程度が望ましい。これは、満充電時の不安定なOCVを安定させるためである。

0027

開放電圧推定部103は、満充電から所定時間経過後、再度、OCVを推定し(ST205)、SOC推定部105は、ST203において切り替えられたOCV−SOCマップを用いて、ST205において推定されたOCVに対応するSOCを推定する(ST206)。

0028

このように、本実施の形態の電池残存容量推定装置では、鉛電池の満充電時の異なるOCVに対応するOCV−SOCマップを複数備え、満充電時のOCVに対応するOCV−SOCマップに切り替えて、満充電から所定時間経過後のOCVに対応するSOCを推定
する。これにより、電池劣化要因に対応したOCV−SOCマップを用いることができるので、SOCを正確に推定することができる。

0029

なお、本実施の形態では、鉛電池の充電方式については特に明示していないが、例えば、CCCV(Constant Current- Constant Voltage)方式とし、所定の電流値以下になった状態が所定時間継続した場合を満充電と判定してもよい。また、充電電流値を段階的にn段低下させるn段定電流方式(例えば、特開2010−160955号公報参照)とし、n段終了時を満充電としてもよい。さらに、どのような充電方式を用いてもよく、電流積算によって鉛電池に蓄えられた電荷を求め、所定の電荷が蓄えられた場合を満充電と判定してもよい。

0030

また、本実施の形態で説明した鉛電池及び電池残存容量推定装置は、電気自動車太陽光発電システム無停電電源装置UPS:Uninterruptible Power Supply)、風力発電燃料電池コージェネレーション通信用基地局等に搭載可能である。

0031

また、本実施の形態で説明した電池残存容量推定装置による処理は、適宜必要な情報を提供してクラウドコンピューティングによって行ってもよい。

0032

本発明にかかる電池残存容量推定装置、電池残存容量判定方法及び電池残存容量判定プログラムは、充電器及び車両コントロールユニットVCU:Vehicle Control Unit)等に適用できる。

0033

1電池残存容量推定装置
2鉛電池
3電流センサ
101電圧計測部
102電流計測部
103開放電圧推定部
104OCV−SOCマップ切替部
105SOC推定部

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