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技術 算出装置および満充電容量算出方法

出願人 株式会社デンソーテントヨタ自動車株式会社
発明者 岩永岳人塩住祐樹高橋和也堀竹直高橋洸平篠原俊樹赤石誉幸
出願日 2019年12月4日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-219411
公開日 2021年6月10日 (4ヶ月経過) 公開番号 2021-090275
状態 未査定
技術分野 二次電池の保守(充放電、状態検知) 電池等の充放電回路
主要キーワード 間欠起動 放電用電圧 均等化制御 IGオフ 電流積算量 エネルギー容量 放電停止 OC曲線
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2021年6月10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 (8)

課題

満充電容量の算出精度を向上させること。

解決手段

実施形態に係る算出装置は、取得部と、均等化制御部と、算出部とを備える。取得部は、二次電池からなるバッテリの満充電容量の算出に際し、上記バッテリの放電開始前にかかるバッテリの第1の開放電圧と、上記バッテリの放電停止後にかかるバッテリの第2の開放電圧とをそれぞれ取得する。均等化制御部は、取得部による第1の開放電圧の取得前に、上記バッテリのセル均等化を実行させる。算出部は、第1の開放電圧、第2の開放電圧、および、上記バッテリの放電中の電流積算量に基づいて、上記満充電容量を算出する。

概要

背景

従来、HEV(Hybrid Electric Vehicle)やEV(Electric Vehicle)等に搭載されるリチウムイオン二次電池(LiB:Lithium-Ion rechargeable Battery)の満充電容量を算出する方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。

たとえば、ΔSOC(State Of Charge)方式は、充電放電前後のSOC差分とその間の電流積算量に基づいて満充電容量を算出する方式である。SOCは、開放電圧OCV:OpenCircuit Voltage)とSOCの関係性を示すOCV−SOC曲線に基づいて推定される。

概要

満充電容量の算出精度を向上させること。実施形態に係る算出装置は、取得部と、均等化制御部と、算出部とを備える。取得部は、二次電池からなるバッテリの満充電容量の算出に際し、上記バッテリの放電開始前にかかるバッテリの第1の開放電圧と、上記バッテリの放電停止後にかかるバッテリの第2の開放電圧とをそれぞれ取得する。均等化制御部は、取得部による第1の開放電圧の取得前に、上記バッテリのセル均等化を実行させる。算出部は、第1の開放電圧、第2の開放電圧、および、上記バッテリの放電中の電流積算量に基づいて、上記満充電容量を算出する。

目的

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、満充電容量の算出精度を向上させることができる算出装置および満充電容量算出方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

二次電池からなるバッテリ満充電容量の算出に際し、前記バッテリの放電開始前に該バッテリの第1の開放電圧と、前記バッテリの放電停止後に該バッテリの第2の開放電圧とをそれぞれ取得する取得部と、前記取得部による前記第1の開放電圧の取得前に、前記バッテリのセル均等化を実行させる均等化制御部と、前記第1の開放電圧、前記第2の開放電圧、および、前記バッテリの放電中の電流積算量に基づいて、前記満充電容量を算出する算出部とを備えることを特徴とする算出装置

請求項2

二次電池からなるバッテリの満充電容量の算出に際し、前記バッテリの放電開始前に該バッテリの第1の開放電圧と、前記バッテリの放電停止後に該バッテリの第2の開放電圧とをそれぞれ取得する取得部と、前記取得部による前記第2の開放電圧の取得前に、前記バッテリのセルの均等化を実行させる均等化制御部と、前記第1の開放電圧、前記第2の開放電圧、および、前記バッテリの放電中の電流積算量に基づいて、前記満充電容量を算出する算出部とを備えることを特徴とする算出装置。

請求項3

前記均等化制御部は、前記第2の開放電圧の取得前および分極解消後に、所定の目標電圧を超えている前記セルについてのみ均等化を実行させることを特徴とする請求項2に記載の算出装置。

請求項4

二次電池からなるバッテリの満充電容量の算出に際し、前記バッテリの放電開始前に該バッテリの第1の開放電圧と、前記バッテリの放電停止後に該バッテリの第2の開放電圧とをそれぞれ取得する取得工程と、前記取得工程における前記第1の開放電圧の取得前に、前記バッテリのセルの均等化を実行させる均等化制御工程と前記第1の開放電圧、前記第2の開放電圧、および、前記バッテリの放電中の電流積算量に基づいて、前記満充電容量を算出する算出工程とを含むことを特徴とする満充電容量算出方法。

請求項5

二次電池からなるバッテリの満充電容量の算出に際し、前記バッテリの放電開始前に該バッテリの第1の開放電圧と、前記バッテリの放電停止後に該バッテリの第2の開放電圧とをそれぞれ取得する取得工程と、前記取得工程における前記第2の開放電圧の取得前に、前記バッテリのセルの均等化を実行させる均等化制御工程と、前記第1の開放電圧、前記第2の開放電圧、および、前記バッテリの放電中の電流積算量に基づいて、前記満充電容量を算出する算出工程とを含むことを特徴とする満充電容量算出方法。

技術分野

0001

開示の実施形態は、算出装置および満充電容量算出方法に関する。

背景技術

0002

従来、HEV(Hybrid Electric Vehicle)やEV(Electric Vehicle)等に搭載されるリチウムイオン二次電池(LiB:Lithium-Ion rechargeable Battery)の満充電容量を算出する方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。

0003

たとえば、ΔSOC(State Of Charge)方式は、充電放電前後のSOC差分とその間の電流積算量に基づいて満充電容量を算出する方式である。SOCは、開放電圧OCV:OpenCircuit Voltage)とSOCの関係性を示すOCV−SOC曲線に基づいて推定される。

先行技術

0004

特開2014−174050号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上述した従来技術には、満充電容量の算出精度を向上させるうえで、さらなる改善の余地がある。

0006

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、満充電容量の算出精度を向上させることができる算出装置および満充電容量算出方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

実施形態の一態様に係る算出装置は、取得部と、均等化制御部と、算出部とを備える。前記取得部は、二次電池からなるバッテリの満充電容量の算出に際し、前記バッテリの放電開始前に該バッテリの第1の開放電圧と、前記バッテリの放電停止後に該バッテリの第2の開放電圧とをそれぞれ取得する。前記均等化制御部は、前記取得部による前記第1の開放電圧の取得前に、前記バッテリのセル均等化を実行させる。前記算出部は、前記第1の開放電圧、前記第2の開放電圧、および、前記バッテリの放電中の電流積算量に基づいて、前記満充電容量を算出する。

発明の効果

0008

実施形態の一態様によれば、満充電容量の算出精度を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0009

図1Aは、比較例に係る満充電容量算出方法の概要説明図(その1)である。
図1Bは、比較例に係る満充電容量算出方法の概要説明図(その2)である。
図1Cは、比較例に係る満充電容量算出方法の概要説明図(その3)である。
図1Dは、実施形態に係る満充電容量算出方法の概要説明図(その1)である。
図1Eは、実施形態に係る満充電容量算出方法の概要説明図(その2)である。
図2は、実施形態に係るバッテリ制御システムブロック図である。
図3は、実施形態に係る算出装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。

実施例

0010

以下、添付図面を参照して、本願の開示する算出装置および満充電容量算出方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

0011

また、以下では、実施形態に係る満充電容量算出方法を適用した算出装置が、車両に搭載されるLiB2を制御するバッテリECU(Electronic Control Unit)10である場合を例に挙げて説明する。

0012

まず、実施形態に係る満充電容量算出方法の概要について、図1A図1Eを用いて説明する。図1A図1Cは、比較例に係る満充電容量算出方法の概要説明図(その1)〜(その3)である。また、図1Dおよび図1Eは、実施形態に係る満充電容量算出方法の概要説明図(その1)および(その2)である。

0013

実施形態に係る満充電容量算出方法に先立って、比較例の方から説明する。図1Aに示すように、ΔSOC方式で満充電容量を算出する場合、たとえば放電前のOCVHiと、放電後および分極解消後のOCVLoとをそれぞれ取得する。

0014

そして、図1Bに示すOCV−SOC曲線に基づき、OCVHiおよびOCVLoのそれぞれに対応するSOCを推定し、その差分と、放電中の電流積算量とを用いて満充電容量を算出する。

0015

しかしながら、かかる方式には、図1Cに示すように2つの問題点がある。1つ目は、放電前のOCVHiの取得時に、セル電圧バラツキがあり、いずれかのセル電圧が所定範囲外にあると、セル電圧に信頼性がなく、満充電容量を算出することができない。

0016

2つ目は、放電中にセル電圧にバラツキが出ると、放電後のOCVLoの取得時に、いずれかのセルが目標電圧以上となってしまう。かかる場合、満充電容量の算出はできるものの、精度が悪化してしまう。

0017

そこで、実施形態に係る満充電容量算出方法では、OCVHiの取得前に、セル均等化を実施し、OCVHiの取得前のセル電圧のバラツキを解消することとした。また、放電後および分極解消後のOCVLoの取得前に、セル均等化を実施し、OCVLoの取得前のセル電圧のバラツキを解消することとした。

0018

具体的には、図1Dに示すように、実施形態に係る満充電容量算出方法では、セル均等化を実施後に、OCVHiを取得する。このように、OCVHiの取得前に予めセル均等化を実施しておくことで、セル電圧を所定範囲内に収めて、セル電圧の信頼性を確保することができる。

0019

また、図1Eに示すように、実施形態に係る満充電容量算出方法では、放電要求電圧までの放電後および分極解消後に、セル均等化を実施の上、OCVLoを取得する。このとき、セル均等化は、目標電圧を超えているセルについてのみ実施される。このように、OCVLoの取得前に予めセル均等化を実施しておくことで、すべてのセル電圧を目標電圧以下に収めて、算出される満充電容量の精度が悪化するのを防止することができる。

0020

なお、図1Dおよび図1Eに示す処理は、満充電容量の算出に際して、双方ともが行われてもよいし、いずれか一方のみが行われてもよい。

0021

このように、実施形態に係る満充電容量算出方法では、セル均等化を実施後に、OCVHiを取得すること、および、放電要求電圧までの放電後および分極解消後に、セル均等化を実施の上、OCVLoを取得すること、の少なくともいずれか一方を行うこととした。

0022

そのうえで、実施形態に係る満充電容量算出方法では、取得されたOCVHiおよびOCVLoに基づいて、ΔSOC方式で満充電容量を算出することとした。

0023

これにより、実施形態に係る満充電容量算出方法によれば、満充電容量の算出精度を向上させることができる。

0024

以下、上述した実施形態に係る満充電容量算出方法を適用したバッテリ制御システム1の構成例について、さらに具体的に説明する。

0025

図2は、実施形態に係るバッテリ制御システム1のブロック図である。なお、図2では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

0026

換言すれば、図2に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

0027

図2に示すように、バッテリ制御システム1は、LiB2と、セルバランスIC(IntegratedCircuit)3と、充放電IC4と、電圧センサ5と、電流センサ6と、バッテリECU10と、上位ECU20とを含む。LiB2は、リチウムイオン二次電池であって、内部に直列に接続された複数のセルCを備える。

0028

セルバランスIC3は、バッテリECU10からの指示に基づいて、LiB2内のセルCのエネルギー容量を均等化するセル均等化を実行する。

0029

充放電IC4は、バッテリECU10からの指示に基づいて、LiB2を充放電動作させる。

0030

電圧センサ5は、LiB2の電池電圧計測するセンサである。たとえば、電圧センサ5は、LiB2のOCVを測定することができる。電流センサ6は、LiB2の充放電電流を計測するセンサである。

0031

バッテリECU10は、記憶部11と、制御部12とを備える。記憶部11は、たとえば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク光ディスク等の記憶装置によって実現され、図2の例では、OCV−SOC曲線11aを記憶する。OCV−SOC曲線11aは、図1Bを用いて説明したOCV−SOC曲線に対応する。

0032

また、図2に示すように、制御部12は、コントローラ(controller)であり、たとえば、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等によって、たとえば記憶部11に記憶されている各種プログラムがRAMを作業領域として実行されることにより実現される。また、制御部12は、たとえば、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の集積回路により実現することができる。

0033

制御部12は、均等化制御部12aと、充放電制御部12bと、取得部12cと、算出部12dとを有し、以下に説明する情報処理の機能や作用を実現または実行する。

0034

均等化制御部12aは、満充電容量算出処理に際し、OCVHiの取得前に、セルバランスIC3にLiB2のセル均等化を実行させる。また、均等化制御部12aは、満充電容量算出処理に際し、放電要求電圧までの放電後および分極解消後のOCVLoの取得前に、セルバランスIC3にLiB2のセル均等化を実行させる。

0035

なお、均等化制御部12aは、かかるOCVLoの取得前のセル均等化において、目標電圧を超えているセルCについてのみセル均等化を実行させる。

0036

充放電制御部12bは、満充電容量算出処理に際し、OCVHiの取得後に放電を開始し、放電要求電圧に到達するまで放電するように、充放電IC4にLiB2を放電動作させる。

0037

取得部12cは、均等化制御部12aによるセル均等化後、および、充放電制御部12bによる放電開始前に、電圧センサ5を介してOCVHiを取得する。また、取得部12cは、充放電制御部12bによる放電停止後および分極解消後、ならびに、その後の均等化制御部12aによるセル均等化後に、電圧センサ5を介してOCVLoを取得する。

0038

また、取得部12cは、充放電制御部12bによる放電中の電流積算量を電流センサ6を介して取得する。

0039

算出部12dは、取得部12cによって取得されたOCVHi、OCVLo、電流積算量およびOCV−SOC曲線11aに基づき、ΔSOC方式により満充電容量を算出する。また、算出部12dは、算出した満充電容量をたとえば上位ECU20へ出力する。

0040

上位ECU20は、バッテリECU10の上位のECUであり、IG(イグニッションオフ中にバッテリECU10を間欠起動させて、満充電容量算出処理を実行させる。

0041

次に、実施形態に係るバッテリECU10が実行する処理手順について、図3を用いて説明する。図3は、実施形態に係るバッテリECU10が実行する処理手順を示すフローチャートである。

0042

図3に示すように、バッテリECU10は、上位ECU20によりIGオフ中に間欠起動され(ステップS101)、満充電容量算出処理が開始される。まず、均等化制御部12aが、セルバランスIC3にセル均等化を実行させる(ステップS102)。

0043

そして、ステップS102の終了後、電流が流れていない、かつ、全セル電圧値が一定以上であるか否かが判定される(ステップS103)。ここで、電流が流れていない、かつ、全セル電圧値が一定以上であれば(ステップS103,Yes)、取得部12cが、OCVHiを取得する(ステップS104)。

0044

そして、充放電制御部12bが、充放電IC4に放電開始させる(ステップS105)。充放電制御部12bは、放電中、放電用電圧以下に到達したか否かを判定し(ステップS106)、放電用電圧以下に到達していなければ(ステップS106,No)、ステップS106を繰り返す。

0045

一方、放電用電圧以下に到達していれば(ステップS106,Yes)、充放電IC4に放電停止させる(ステップS107)。そして、分極解消後、均等化制御部12aが、セルバランスIC3にセル均等化を実行させる(ステップS108)。

0046

そして、ステップS108のセル均等化後、取得部12cが、OCVLoを取得する(ステップS109)。そして、算出部12dが、取得部12cによって取得されたOCVHi、OCVLoおよび電流積算量に基づき、ΔSOC方式で満充電容量を算出して(ステップS110)、処理を終了する。

0047

また、ステップS103の判定条件を満たさない場合(ステップS103,No)、処理を終了する。

0048

上述してきたように、実施形態に係るバッテリECU10(「算出装置」の一例に相当)は、取得部12cと、均等化制御部12aと、算出部12dとを備える。取得部12cは、LiB2(「二次電池からなるバッテリ」の一例に相当)の満充電容量の算出に際し、LiB2の放電開始前にかかるLiB2のOCVHi(「第1の開放電圧」の一例に相当)と、LiB2の放電停止後にかかるLiB2のOCVLo(「第2の開放電圧」の一例に相当)とをそれぞれ取得する。均等化制御部12aは、取得部12cによるOCVHiの取得前に、LiB2のセルCの均等化を実行させる。算出部12dは、OCVHi、OCVLo、および、LiB2の放電中の電流積算量に基づいて、上記満充電容量を算出する。

0049

したがって、実施形態に係るバッテリECU10によれば、OCVHiの取得前にセルCの電圧のバラツキを解消することで、満充電容量の算出精度を向上させることができる。また、満充電容量の算出精度が向上することで、電池性能使用効率を向上させることができる。

0050

また、実施形態に係るバッテリECU10は、取得部12cと、均等化制御部12aと、算出部12dとを備える。取得部12cは、LiB2の満充電容量の算出に際し、LiB2の放電開始前にかかるLiB2のOCVHiと、LiB2の放電停止後にかかるLiB2のOCVLoとをそれぞれ取得する。均等化制御部12aは、取得部12cによるOCVLoの取得前に、LiB2のセルCの均等化を実行させる。算出部12dは、OCVHi、OCVLo、および、LiB2の放電中の電流積算量に基づいて、上記満充電容量を算出する。

0051

したがって、実施形態に係るバッテリECU10によれば、OCVLoの取得前にセルCの電圧のバラツキを解消することで、満充電容量の算出精度を向上させることができる。また、満充電容量の算出精度が向上することで、電池性能の使用効率を向上させることができる。

0052

また、均等化制御部12aは、OCVLoの取得前および分極解消後に、所定の目標電圧を超えているセルCについてのみ均等化を実行させる。

0053

したがって、実施形態に係るバッテリECU10によれば、OCVLoの取得前および分極解消後に、目標電圧を超えているセルCについてのみ電圧のバラツキを解消することで、満充電容量の算出精度を向上させることができる。

0054

なお、上述した実施形態では、図2に示したように、バッテリECU10がLiB2と別体に構成される例を挙げたが、この限りではなく、たとえば1つの電池パックとして、バッテリECU10とLiB2とを一体に構成してもよい。

0055

また、バッテリECU10は、上位ECU20と一体に構成されて、たとえば車両全体を統合的に制御する制御装置の機能の一部として構成されてもよい。

0056

また、上述した実施形態では、バッテリECU10が、車両に搭載されるLiB2の満充電容量を算出する算出装置である場合を例に挙げたが、この限りではなく、LiB2の搭載先を問うものではない。したがって、車両以外にLiB2が搭載される場合にも適用することができる。

0057

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

0058

1バッテリ制御システム
2 LiB
3セルバランスIC
4充放電IC
5電圧センサ
6電流センサ
10バッテリECU
11 記憶部
11aOCV−SOC曲線
12 制御部
12a均等化制御部
12b充放電制御部
12c 取得部
12d 算出部
20 上位ECU
C セル

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