JP6389677B2 - Battery charge rate estimation device - Google Patents
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Description
本発明は、電池の充電率を推定する電池充電率推定装置に関する。 The present invention relates to a battery charge rate estimation device for estimating a charge rate of a battery.
例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車(EV)や、エンジンと電動モータとを併用して走行するハイブリッド自動車(HEV)などの各種車両には、電動モータの動力源として、リチウムイオン充電池やニッケル水素充電池などの二次電池が搭載されている。このような二次電池の充電率(即ち、電池における蓄電可能な最大容量に対する現在の蓄電量)の推定装置が、例えば、特許文献1に開示されている。
For example, in various vehicles such as an electric vehicle (EV) that travels using an electric motor and a hybrid vehicle (HEV) that travels using both an engine and an electric motor, a lithium ion rechargeable battery is used as a power source for the electric motor. And rechargeable batteries such as nickel metal hydride batteries. An apparatus for estimating the charging rate of such a secondary battery (that is, the current storage amount with respect to the maximum capacity that can be stored in the battery) is disclosed in
特許文献1に開示されたバッテリの充電率推定装置は、バッテリの充放電電流値の積算値及びフィードバック入力されたバッテリの充電率SOCから電流積算法充電率SOCiを求めるとともに、充放電電流値の検出精度に関する情報に基づいて電流積算法分散Qiを求める。これと並行して、上記充放電電流値及びバッテリの端子電圧値をバッテリ等価回路モデルに当てはめて推定した開放電圧値から開放電圧法充電率SOCvを求めるとともに、充放電電流値の検出精度及び端子電圧値Vの検出精度に関する情報に基づいて開放電圧法分散Qvを求める。そして、電流積算法充電率SOCiと開放電圧法充電率SOCvとの差、電流積算法分散Qi及び開放電圧法分散Qvから電流積算法充電率SOCiの誤差を推定して、この推定誤差と電流積算法充電率SOCiとからバッテリの充電率を求めている。
The battery charging rate estimation device disclosed in
二次電池は、その特性により、例えば、図7に示すように、電流値Icとなる充電電流Iを通電した後に当該通電を停止したとき、二次電池の起電力によって生じる当該二次電池の両電極間の電圧vが、当該二次電池の真の出力電圧値である開放電圧値OCV(Open circuit Voltage)より高い電圧値Vcに変動した後に数分から数時間かけて徐々に降下して開放電圧値OCVに復帰する。放電電流を通電した場合においても同様である。 Due to the characteristics of the secondary battery, for example, as shown in FIG. 7, when the energization is stopped after energizing the charging current I having the current value Ic, the secondary battery is generated by the electromotive force of the secondary battery. After the voltage v between both electrodes fluctuates to a voltage value Vc higher than the open circuit voltage value OCV (Open circuit voltage) which is the true output voltage value of the secondary battery, the voltage v gradually drops over several minutes to several hours and opens. It returns to the voltage value OCV. The same applies when a discharge current is applied.
そのため、例えば、電流値Icとなる充電電流Iの通電停止後に二次電池の両電極間の電圧vが開放電圧値OCVに向けて変動しているときに、二次電池の両電極間の電圧vを測定すると開放電圧値OCVに対して誤差を含む電圧値を測定することになる。そして、上述した充電率推定装置では、二次電池であるバッテリの内部抵抗に充放電電流が流れることにより端子間に生じる電圧値については考慮されているが、バッテリの起電力により端子間に生じる電圧値の上記変動については考慮されておらず、そのため、測定したバッテリの開放電圧値に考慮していない誤差が含まれる可能性がある。また、電流積算法により充電率を検出する方法では、例えば、電流センサのオフセット誤差などについても積算されてしまう。これらのことから、上述した従来の充電率推定装置においては、バッテリの充電率の検出精度について改善の余地がある。 Therefore, for example, when the voltage v between both electrodes of the secondary battery changes toward the open circuit voltage value OCV after the energization of the charging current I having the current value Ic is stopped, the voltage between both electrodes of the secondary battery. When v is measured, a voltage value including an error is measured with respect to the open circuit voltage value OCV. And in the charge rate estimation apparatus mentioned above, although the voltage value which arises between terminals when charging / discharging electric current flows into the internal resistance of the battery which is a secondary battery is considered, it arises between terminals by the electromotive force of a battery. The above fluctuation of the voltage value is not taken into consideration, and therefore, an error that is not taken into consideration may be included in the measured open-circuit voltage value of the battery. Further, in the method of detecting the charging rate by the current integration method, for example, the offset error of the current sensor is also integrated. For these reasons, there is room for improvement in the detection accuracy of the battery charge rate in the conventional charge rate estimation apparatus described above.
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、充電率の推定精度をより向上できる電池充電率推定装置を提供することを目的としている。 The present invention aims to solve this problem. That is, an object of the present invention is to provide a battery charge rate estimation device that can further improve the estimation accuracy of the charge rate.
請求項1に記載された発明は、電池の充電率を推定する電池充電率推定装置であって、
前記電池の両電極間の電圧における当該電池に充放電電流が流れることにより生じる開放電圧値に対する電圧変動量に応じた電圧変動量信号を出力する電圧変動量信号出力手段と、前記電池の両電極間の電圧及び前記電圧変動量信号に基づいて、前記開放電圧値を検出する開放電圧値検出手段と、前記開放電圧値検出手段によって検出された前記開放電圧値に基づいて、前記電池の充電率を推定する充電率推定手段と、を備え、前記電圧変動量信号出力手段が、前記充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号を出力する電流状態信号出力回路と、前記電流状態信号が入力されるように前記電流状態信号出力回路が一端に接続される電流調整抵抗器と、前記電流調整抵抗器の他端と前記電池の負極との間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器と、を有し、前記電流調整抵抗器の他端から前記電圧変動量信号を出力するように構成されていることを特徴とするものである。
The invention described in
A voltage fluctuation amount signal output means for outputting a voltage fluctuation amount signal corresponding to a voltage fluctuation amount with respect to an open-circuit voltage value generated by a charging / discharging current flowing through the battery at a voltage between both electrodes of the battery; and both electrodes of the battery An open-circuit voltage value detecting means for detecting the open-circuit voltage value based on the voltage between and the voltage fluctuation amount signal; and a charging rate of the battery based on the open-circuit voltage value detected by the open-circuit voltage value detecting means and a charging rate estimating means for estimating the voltage change amount signal output means, and a current state signal output circuit for outputting a voltage to become the current state signal corresponding to the current value of the charging and discharging current, said current state A current adjustment resistor connected to one end of the current state signal output circuit so that a signal is input; a capacitor connected between the other end of the current adjustment resistor and the negative electrode of the battery; Serial anda discharge adjustment resistor connected in parallel with the capacitor, is characterized in that it is configured to output the voltage change amount signal from the other end of the current regulation resistor.
請求項2に記載された発明は、電池の充電率を推定する電池充電率推定装置であって、
前記電池の両電極間の電圧における当該電池に充放電電流が流れることにより生じる開放電圧値に対する電圧変動量に応じた電圧変動量信号を出力する電圧変動量信号出力手段と、前記電池の両電極間の電圧及び前記電圧変動量信号に基づいて、前記開放電圧値を検出する開放電圧値検出手段と、前記開放電圧値検出手段によって検出された前記開放電圧値に基づいて、前記電池の充電率を推定する充電率推定手段と、を備え、前記電圧変動量信号出力手段が、前記充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号を出力する電流状態信号出力回路と、前記電流状態信号を量子化した信号が入力されるとともに、当該電流状態信号が一端に入力された電流調整抵抗器、前記電流調整抵抗器の他端と前記電池の負極との間に接続されたコンデンサ、及び前記コンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器のそれぞれの動作を模擬して前記電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた信号を出力するコンピュータと、前記コンピュータによって出力された前記信号に基づいて前記電圧変動量信号を出力するデジタル−アナログ変換器と、を有していることを特徴とするものである。
The invention described in claim 2 is a battery charging rate estimation device for estimating a charging rate of a battery,
A voltage fluctuation amount signal output means for outputting a voltage fluctuation amount signal corresponding to a voltage fluctuation amount with respect to an open-circuit voltage value generated by a charging / discharging current flowing through the battery at a voltage between both electrodes of the battery; and both electrodes of the battery An open-circuit voltage value detecting means for detecting the open-circuit voltage value based on the voltage between and the voltage fluctuation amount signal; and a charging rate of the battery based on the open-circuit voltage value detected by the open-circuit voltage value detecting means and a charging rate estimating means for estimating the voltage change amount signal output means, and a current state signal output circuit for outputting a voltage to become the current state signal corresponding to the current value of the charging and discharging current, said current state A signal obtained by quantizing the signal is input, and a current adjustment resistor having the current state signal input to one end thereof, a controller connected between the other end of the current adjustment resistor and the negative electrode of the battery. A computer that outputs a signal corresponding to the voltage value of the other end of the current adjustment resistor by simulating the operation of each of the sensor and the discharge adjustment resistor connected in parallel to the capacitor, and output by the computer And a digital-analog converter that outputs the voltage fluctuation amount signal based on the signal.
請求項3に記載された発明は、電池の充電率を推定する電池充電率推定装置であって、
前記電池の両電極間の電圧における当該電池に充放電電流が流れることにより生じる開放電圧値に対する電圧変動量に応じた電圧変動量信号を出力する電圧変動量信号出力手段と、前記電池の両電極間の電圧及び前記電圧変動量信号に基づいて、前記開放電圧値を検出する開放電圧値検出手段と、前記開放電圧値検出手段によって検出された前記開放電圧値に基づいて、前記電池の充電率を推定する充電率推定手段と、を備え、前記電圧変動量信号出力手段が、前記充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号を出力する電流状態信号出力回路と、前記電流状態信号を量子化した信号が入力されるとともに、当該電流状態信号が一端に入力される電流調整抵抗器、前記電流調整抵抗器の他端と前記電池の負極との間に接続されたコンデンサ、及び前記コンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器のそれぞれの動作を模擬して前記電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた情報を前記電圧変動量信号として算出するコンピュータと、を有し、前記開放電圧値検出手段が、前記電池の両電極間の電圧を量子化した信号が入力されるとともに、当該前記電池の両電極間の電圧を量子化した信号及び前記電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた情報に基づいて、前記開放電圧値を検出するコンピュータを有していることを特徴とするものである。
The invention described in claim 3 is a battery charging rate estimation device for estimating a charging rate of a battery,
A voltage fluctuation amount signal output means for outputting a voltage fluctuation amount signal corresponding to a voltage fluctuation amount with respect to an open-circuit voltage value generated by a charging / discharging current flowing through the battery at a voltage between both electrodes of the battery; and both electrodes of the battery An open-circuit voltage value detecting means for detecting the open-circuit voltage value based on the voltage between and the voltage fluctuation amount signal; and a charging rate of the battery based on the open-circuit voltage value detected by the open-circuit voltage value detecting means and a charging rate estimating means for estimating the voltage change amount signal output means, and a current state signal output circuit for outputting a voltage to become the current state signal corresponding to the current value of the charging and discharging current, said current state A signal obtained by quantizing the signal is input, and a current adjustment resistor to which the current state signal is input at one end, a capacitor connected between the other end of the current adjustment resistor and the negative electrode of the battery. A computer that simulates the operation of each of the discharge adjustment resistor connected in parallel to the capacitor and the capacitor, and calculates information corresponding to the voltage value of the other end of the current adjustment resistor as the voltage variation signal, And the open circuit voltage value detecting means receives a signal obtained by quantizing the voltage between the two electrodes of the battery, and the signal obtained by quantizing the voltage between the two electrodes of the battery and the current adjusting resistor. It has a computer which detects the open circuit voltage value based on the information according to the voltage value of the other end of the device.
請求項1〜3に記載された発明によれば、電圧変動量信号出力手段が、電池の両電極間の電圧における当該電池に充放電電流が流れることにより生じる開放電圧値に対する電圧変動量に応じた電圧変動量信号を出力する。開放電圧値検出手段が、電池の両電極間の電圧及び電圧変動量信号に基づいて、電池の開放電圧値を検出する。そして、充電率推定手段が、開放電圧値に基づいて電池の充電率を推定する。このようにしたことから、電池の両電極間の電圧は、当該電池に充電電流が流れることにより開放電圧値より高い電圧値に変動し、放電電流が流れることにより開放電圧値より低い電圧値に変動し、そして、これら電流が停止したあとに時間をかけて開放電圧値に復帰するように変動するところ、このような充放電電流により生じる開放電圧値に対する電圧変動量に応じた電圧変動量信号を出力する電圧変動量信号出力手段を設けることにより、これによって出力された電圧変動量信号及び電池の両電極間の電圧に基づいて、上記変動を考慮した精度の高い開放電圧値を検出することができる。そのため、この検出した開放電圧値に基づいて電池の充電率を推定することにより、充電率の推定精度をより向上できる。 According to the first to third aspects of the present invention, the voltage fluctuation amount signal output means responds to the voltage fluctuation amount with respect to the open-circuit voltage value generated by the charging / discharging current flowing in the battery at the voltage between the electrodes of the battery. Output voltage fluctuation signal. The open-circuit voltage value detecting means detects the open-circuit voltage value of the battery based on the voltage between both electrodes of the battery and the voltage fluctuation amount signal. And a charging rate estimation means estimates the charging rate of a battery based on an open circuit voltage value. As a result, the voltage between the two electrodes of the battery fluctuates to a voltage value higher than the open-circuit voltage value when the charging current flows through the battery, and becomes a voltage value lower than the open-circuit voltage value when the discharge current flows. The voltage fluctuation signal according to the voltage fluctuation amount with respect to the open-circuit voltage value generated by such charge / discharge current, when the current fluctuates and fluctuates to return to the open-circuit voltage value over time after the current stops. By providing a voltage fluctuation amount signal output means for outputting a voltage, a highly accurate open-circuit voltage value in consideration of the fluctuation is detected based on the voltage fluctuation amount signal output thereby and the voltage between both electrodes of the battery. Can do. Therefore, the estimation accuracy of the charging rate can be further improved by estimating the charging rate of the battery based on the detected open-circuit voltage value.
請求項1に記載された発明によれば、電圧変動量信号出力手段が、電池を流れる充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号を出力する電流状態信号出力回路と、電流状態信号が入力されるように電流状態信号出力回路が一端に接続される電流調整抵抗器と、電流調整抵抗器の他端と電池の負極との間に接続されたコンデンサと、コンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器と、を有し、電流調整抵抗器の他端から電圧変動量信号を出力するように構成されている。このようにしたことから、電流調整抵抗器及び放電調整抵抗器の抵抗値、並びに、コンデンサの静電容量を、充電率を推測する対象となる電池の特性に合わせて調整することにより、簡易な構成で電圧変動量信号出力手段を構成することができる。また、電圧変動量信号出力手段が電気回路で構成されているので、電池を流れる充放電電流の変動に対して遅れることなく電圧変動量信号を出力することができる。 According to the first aspect of the present invention, the voltage fluctuation amount signal output means outputs a current state signal that outputs a voltage corresponding to the current value of the charge / discharge current flowing through the battery, and a current state Connect the current condition signal output circuit to one end so that the signal is input, the current adjustment resistor connected to one end, the capacitor connected between the other end of the current adjustment resistor and the negative electrode of the battery, and parallel to the capacitor And a voltage fluctuation amount signal is output from the other end of the current adjustment resistor. Since it did in this way, it can simplify by adjusting the resistance value of a current adjustment resistor and a discharge adjustment resistor, and the electrostatic capacitance of a capacitor according to the characteristic of the battery used as the object which presumes a charging rate. The voltage variation signal output means can be configured by the configuration. Further, since the voltage variation signal output means is constituted by an electric circuit, the voltage variation signal can be output without delay with respect to the variation of the charge / discharge current flowing through the battery.
請求項2に記載された発明によれば、電圧変動量信号出力手段が、電池を流れる充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号を出力する電流状態信号出力回路と、電流状態信号を量子化した信号が入力されるとともに、当該電流状態信号が一端に入力された電流調整抵抗器、電流調整抵抗器の他端と電池の負極との間に接続されたコンデンサ、及びコンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器のそれぞれの動作を模擬して電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた信号を出力するコンピュータと、コンピュータによって出力された信号に基づいて電圧変動量信号を出力するデジタル−アナログ変換器と、を有している。このようにしたことから、コンピュータにより電流調整抵抗器、コンデンサ及び放電調整抵抗器の動作を比較的容易に模擬することができ、簡易な構成で電圧変動量信号出力手段を構成することができる。また、これら電流調整抵抗器、放電調整抵抗器及びコンデンサの動作がコンピュータによって模擬されているので、これら電子部品の抵抗値や静電容量などのパラメータを容易に調整することができる。 According to the second aspect of the present invention, the voltage fluctuation amount signal output means outputs a current state signal that outputs a voltage corresponding to the current value of the charge / discharge current flowing through the battery, and the current state A signal obtained by quantizing the signal is input, and the current state signal is input to one end of the current adjustment resistor, a capacitor connected between the other end of the current adjustment resistor and the negative electrode of the battery, and a capacitor A computer that simulates the operation of each of the discharge adjustment resistors connected in parallel and outputs a signal corresponding to the voltage value at the other end of the current adjustment resistor, and a voltage fluctuation signal based on the signal output by the computer And a digital-analog converter for outputting. Thus, the operation of the current adjustment resistor, the capacitor, and the discharge adjustment resistor can be simulated relatively easily by a computer, and the voltage variation signal output means can be configured with a simple configuration. In addition, since the operations of the current adjustment resistor, the discharge adjustment resistor, and the capacitor are simulated by a computer, parameters such as the resistance value and capacitance of these electronic components can be easily adjusted.
請求項3に記載された発明によれば、電圧変動量信号出力手段が、電池を流れる充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号を出力する電流状態信号出力回路と、電流状態信号を量子化した信号が入力されるとともに、当該電流状態信号が一端に入力される電流調整抵抗器、電流調整抵抗器の他端と電池の負極との間に接続されたコンデンサ、及びコンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器のそれぞれの動作を模擬して電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた情報を電圧変動量信号として算出するコンピュータと、を有している。そして、開放電圧値検出手段が、電池の両電極間の電圧を量子化した信号が入力されるとともに、当該前記電池の両電極間の電圧を量子化した信号及び電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた情報に基づいて、開放電圧値を検出するコンピュータを有している。このようにしたことから、コンピュータにより電流調整抵抗器、コンデンサ及び放電調整抵抗器の動作を比較的容易に模擬することができ、簡易な構成で電圧変動量信号出力手段を構成することができる。また、これら電流調整抵抗器、放電調整抵抗器及びコンデンサの動作がコンピュータによって模擬されているので、これら電子部品の抵抗値や静電容量などのパラメータを容易に調整することができる。電圧変動量信号出力手段が有するコンピュータと開放電圧値検出手段が有するコンピュータとが、別々のコンピュータであってもよく又は共通のコンピュータであってもよい。 According to the invention described in claim 3 , the voltage fluctuation amount signal output means outputs a current state signal that outputs a voltage corresponding to the current value of the charge / discharge current flowing through the battery, and a current state A signal obtained by quantizing the signal is input, and the current state signal is input to one end of the current adjustment resistor, a capacitor connected between the other end of the current adjustment resistor and the negative electrode of the battery, and a capacitor A computer for simulating the operation of each of the discharge adjustment resistors connected in parallel and calculating information corresponding to the voltage value at the other end of the current adjustment resistor as a voltage fluctuation amount signal. Then, the open circuit voltage value detecting means receives a signal obtained by quantizing the voltage between the two electrodes of the battery, and a signal obtained by quantizing the voltage between the two electrodes of the battery and the other end of the current adjusting resistor. A computer that detects an open-circuit voltage value based on information corresponding to the voltage value is included. Thus, the operation of the current adjustment resistor, the capacitor, and the discharge adjustment resistor can be simulated relatively easily by a computer, and the voltage variation signal output means can be configured with a simple configuration. In addition, since the operations of the current adjustment resistor, the discharge adjustment resistor, and the capacitor are simulated by a computer, parameters such as the resistance value and capacitance of these electronic components can be easily adjusted. The computer included in the voltage fluctuation amount signal output unit and the computer included in the open-circuit voltage value detection unit may be separate computers or a common computer.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態の電池充電率推定装置について、図1〜図4を参照して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the battery charge rate estimation apparatus of the 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIGS.
図1は、本発明の第1の実施形態の電池充電率推定装置の概略構成を示す図である。図2は、図1の電池充電率推定装置が備える電圧変動量信号出力回路の構成を示す図である。図3は、二次電池の開放電圧値と充電率との関係の一例を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a battery charge rate estimation apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a voltage fluctuation amount signal output circuit provided in the battery charge rate estimation apparatus of FIG. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of the relationship between the open-circuit voltage value of the secondary battery and the charging rate.
本実施形態の電池充電率推定装置は、例えば、電気自動車に搭載され、当該電気自動車が備える二次電池の充電率を推定するものである。勿論、電気自動車以外の二次電池を備えた装置、システムなどに適用してもよい。または、二次電池に代えて、一次電池を備えた装置、システムなどに適用してもよい。充電率には、蓄電可能電流容量に対する現在の蓄電電流量の割合(SOCi)や、蓄電可能電力容量に対する現在の蓄電電力量の割合(SOCp)などがあるが、いずれの充電率を推定するものであってもよく、本実施形態では単に充電率(SOC)としている。 The battery charge rate estimation apparatus of this embodiment is installed in, for example, an electric vehicle, and estimates the charge rate of a secondary battery included in the electric vehicle. Of course, you may apply to the apparatus, system, etc. which were equipped with secondary batteries other than an electric vehicle. Alternatively, instead of the secondary battery, the present invention may be applied to an apparatus, a system, or the like provided with a primary battery. The charging rate includes the ratio of the current storage current amount to the chargeable current capacity (SOCi) and the ratio of the current storage power amount to the chargeable power capacity (SOCp). In this embodiment, the charging rate (SOC) is simply used.
図1に示すように、本実施形態の電池充電率推定装置(図中、符号1で示す)は、図示しない電気自動車に搭載された二次電池Bに接続され、二次電池Bの充電率SOCを推定する。
As shown in FIG. 1, the battery charge rate estimation device (indicated by
この二次電池Bは、電圧を生じる起電力部eと内部抵抗rとを有している。二次電池Bは、両電極(正極Bp及び負極Bn)間に電圧vを生じ、この電圧vは、起電力部eによる起電力によって生じる電圧値veと内部抵抗rに電流が流れることにより生じる電圧値vrとによって決定される(v=ve+vr)。二次電池Bの開放電圧値OCVは、即ち、起電力部eが生じる真の電圧値veである。二次電池Bは、電気自動車に搭載されたモータなどの負荷Lに接続されている。この起電力部eにより生じる電圧値は、二次電池Bに通電された電流によって変動し、通電停止後の時間経過により真の値に復帰する。そして、この電圧変動は再現性がある。この電圧変動量をΔvとしたとき、電圧vは開放電圧値OCVと電圧変動量Δvとを足し合わせた関係にある(v=OCV+Δv)。 The secondary battery B has an electromotive force portion e that generates a voltage and an internal resistance r. The secondary battery B generates a voltage v between both electrodes (positive electrode Bp and negative electrode Bn), and this voltage v is generated by a current flowing through the voltage value ve generated by the electromotive force by the electromotive force unit e and the internal resistance r. It is determined by the voltage value vr (v = ve + vr). The open circuit voltage value OCV of the secondary battery B is a true voltage value ve generated by the electromotive force part e. The secondary battery B is connected to a load L such as a motor mounted on the electric vehicle. The voltage value generated by the electromotive force unit e varies depending on the current supplied to the secondary battery B, and returns to a true value as time elapses after the power supply is stopped. This voltage fluctuation is reproducible. When this voltage fluctuation amount is Δv, the voltage v has a relationship obtained by adding the open circuit voltage value OCV and the voltage fluctuation amount Δv (v = OCV + Δv).
本実施形態の電池充電率推定装置1は、充電部15と、電圧変動量信号出力回路20と、開放電圧値検出回路27と、アナログ−デジタル変換器28と、制御部30と、を備えている。
The battery charge
充電部15は、例えば、電気自動車に接続された外部電源から電力供給されることにより二次電池Bに任意の電流値の充電電流を出力することが可能な電源装置を備えている。充電部15は、その一対の出力端子が、それぞれ二次電池Bの正極Bp及び負極Bnに接続されている。充電部15は、後述する制御部30によって制御されることにより、二次電池Bを充電する際に一定の電流値の充電電流Icを出力する。
The charging
電圧変動量信号出力回路20は、電圧変動量信号出力手段に相当し、二次電池Bの両電極間の電圧vにおける当該二次電池Bに充放電電流が流れること(即ち、充電電流又は放電電流が実際に流れているとき及び充電電流と放電電流とのいずれも停止した後)により生じる開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvに応じた電圧変動量信号Sdvを出力する。この電圧変動量信号出力回路20は、図2に示すように、電流状態信号出力回路21と、電流調整抵抗器24と、コンデンサ25と、放電調整抵抗器26と、を有している。
The voltage fluctuation amount
電流状態信号出力回路21は、二次電池Bの正極Bpに接続される端子20aと充電部15及び負荷Lに接続される端子20bとの間に接続されたシャント抵抗器22と、このシャント抵抗器22の両端の電圧値を所定の増幅率で増幅して出力するオペアンプ23と、を有している。シャント抵抗器22の両端には、二次電池Bに流れる充放電電流に応じた電圧値が現れる。そのため、この電圧値を増幅するオペアンプ23は、二次電池Bに流れる充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号Siを出力する。
The current state
本実施形態において、電流状態信号出力回路21は、一例として、二次電池Bに充放電電流が流れていないとき基準電位G(基準電位G=二次電池Bの負極Bnの電位)の電流状態信号Siを出力し(Si=G)、二次電池Bに放電電流が流れているとき正電圧となる電流状態信号Siを出力し(Si>G)、二次電池Bに充電電流が流れているとき負電圧となる電流状態信号Siを出力する(Si<G)ように構成されている。また、本実施形態においては、電流状態信号出力回路21が、シャント抵抗器22とオペアンプ23とを組み合わせて構成されていたが、これ以外にも、電流センサとオペアンプとを組み合わせたものなど、本発明の目的に反しない限り、二次電池Bに流れる充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号Siを出力するものであれば回路構成は任意である。
In the present embodiment, as an example, the current state
電流調整抵抗器24は、一端が電流状態信号出力回路21に接続され、他端が端子20cに接続されている。電流調整抵抗器24には、電流状態信号出力回路21からの電流状態信号Siが入力される。コンデンサ25は、電流調整抵抗器24の一端と二次電池Bの負極Bnとの間に接続されている。放電調整抵抗器26は、コンデンサ25と並列に接続されている。
The
電流調整抵抗器24の抵抗値R1を調整することにより、電流状態信号出力回路21からコンデンサ25に流れ込む電流値を調整することができる。放電調整抵抗器26の抵抗値R2を調整することにより、コンデンサ25から流れ出す電流値を調整することができる。これにより、主に、電流調整抵抗器24の抵抗値R1を適切に調整することで、コンデンサ25の両端子間の電圧を二次電池Bの両電極間の電圧vにおける当該二次電池Bに充放電電流が流れているときに生じる電圧変動量Δvと同一又は近似した値とすることができる(実際には、電圧変動量Δvに二次電池Bの内部抵抗rによる電圧も含まれているが、当該電圧については必要に応じて別途検出した内部抵抗rを利用して制御部30で除去する)。また、主に、放電調整抵抗器26の抵抗値R2を適切に調整することで、コンデンサ25の両端子間の電圧を二次電池Bの両電極間の電圧vにおける当該二次電池Bに充放電電流が流れたのち停止した後に生じる電圧変動量Δvと同一又は近似した値とすることができる。これにより、コンデンサ25の一端が接続された端子20cから、電圧変動量Δvを示す電圧変動量信号Sdvが出力される。
By adjusting the resistance value R1 of the
開放電圧値検出回路27は、開放電圧値検出手段に相当し、例えば、図示しないオペアンプなどからなる加算回路で構成されている。開放電圧値検出回路27は、二次電池Bの正極Bp及び電圧変動量信号出力回路20の端子20cが接続されて、二次電池Bの両電極間の電圧v及び電圧変動量信号Sdvが入力され、当該電圧vに電圧変動量信号Sdv(即ち、電圧変動量Δv)を加算して、二次電池Bの開放電圧値OCVに応じた開放電圧値信号Socvを出力する。
The open-circuit voltage
アナログ−デジタル変換器28(以下、「ADC28」という)は、開放電圧値検出回路27から出力された開放電圧値信号Socvを量子化して、当該開放電圧値信号Socvの電圧値に対応するデジタル値を示す信号を出力する。本実施形態において、ADC28は、個別の電子部品として実装されているが、これに限定されるものではなく、例えば、後述する制御部30に内蔵されたアナログ−デジタル変換部などを用いて各信号を量子化してもよい。
The analog-digital converter 28 (hereinafter referred to as “
制御部30は、CPU、ROM、RAMなどを内蔵したマイクロコンピュータなどで構成されており、電池充電率推定装置1全体の制御を司る。ROMには、CPUを充電率推定手段などの各種手段として機能させるための制御プログラムが予め記憶されている。CPUは、この制御プログラムを実行することにより上記各種手段として機能する。
The
制御部30は、充電部15に接続された出力ポートPOを備えている。制御部30のCPUは、出力ポートPOを通じて充電部15に制御信号を送信して、充電部15を制御する。
The
また、制御部30は、ADC28からの信号が入力される入力ポートPIを備えている。制御部30において、入力ポートPIに入力された信号は、CPUが認識できる形式の情報に変換されて当該CPUに送られる。CPUは、当該情報に基づいて、二次電池Bの開放電圧値OCVを取得する。
In addition, the
また、制御部30は、二次電池Bの開放電圧値OCVに基づいて、当該二次電池Bの充電率SOCを推定する。本実施形態において、二次電池Bの開放電圧値OCVについて充電終止電圧Vmaxを4.0V、放電終止電圧Vminを3.0Vとしており、これら充電終止電圧Vmaxと放電終止電圧Vminとの間で開放電圧値OCVが充電率SOCに対してリニアに変化するものとしている。即ち、二次電池Bの開放電圧値OCVが4.0Vであるとき充電率SOCが100%となり、開放電圧値OCVが3.5Vであるとき充電率SOCが50%となり、開放電圧値OCVが3.0Vであるとき充電率SOCが0%となる。勿論、これは一例であって、これ以外にも、例えば、図3に示すように、二次電池Bの開放電圧値OCVと充電率SOCとがリニアに変化しない場合などにおいては、予備計測やシミュレーションなどにより開放電圧値OCVと充電率SOCとの関係に関するテーブルなどの充電率関係情報を予め作成してROMに記憶しておき、この充電率関係情報に推定した開放電圧値OCVを当てはめることにより充電率SOCを推定するようにしてもよい。
Further, the
また、制御部30の通信ポートは、図示しない車両内ネットワーク(例えば、CAN(Controller Area Network)など)に接続されており、当該車両内ネットワークを通じて車両のコンビネーションメータなどの表示装置に接続される。制御部30のCPUは、通信ポート及び車両内ネットワークを通じて、推定した二次電池Bの充電率SOCを表示装置に送信し、この表示装置において当該信号に基づき二次電池Bの充電率SOCを表示する。
The communication port of the
次に、上述した電池充電率推定装置1の動作について、図4を参照して説明する。
Next, operation | movement of the battery charging
図4は、二次電池を流れる充放電電流、二次電池の両電極間の電圧、及び、図1の電池充電率推定装置において生成される電圧変動量信号の一例を模式的に示すグラフである。図4に示す各グラフにおける時間軸(横軸)と交差する点の値は、充放電電流Iについて0、電圧変動量信号Sdvについて0、開放電圧値信号Socv及び二次電池の両電極間の電圧vについて開放電圧値OCV、としている。 FIG. 4 is a graph schematically showing an example of a charge / discharge current flowing through the secondary battery, a voltage between both electrodes of the secondary battery, and a voltage fluctuation amount signal generated in the battery charge rate estimation device of FIG. is there. The values of the points intersecting the time axis (horizontal axis) in each graph shown in FIG. 4 are 0 for the charge / discharge current I, 0 for the voltage fluctuation signal Sdv, the open-circuit voltage value signal Socv, and between the electrodes of the secondary battery. The voltage v is an open circuit voltage value OCV.
図4に示すように、負荷Lの状態等に応じて、二次電池Bには放電電流(I>0)又は充電電流(負荷Lによる回生電流を含む、I<0)である充放電電流Iが流れ、充放電電流Iに応じて、二次電池Bの両電極間の電圧vが変動する。この電圧vには、二次電池Bに充放電電流Iが流れることにより生じた起電力の変動、即ち、開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvが含まれている。 As shown in FIG. 4, depending on the state of the load L and the like, the secondary battery B has a discharge current (I> 0) or a charge current (including a regenerative current by the load L, I <0). I flows, and the voltage v between both electrodes of the secondary battery B varies according to the charge / discharge current I. This voltage v includes a variation in electromotive force caused by the charging / discharging current I flowing through the secondary battery B, that is, a voltage variation amount Δv with respect to the open circuit voltage value OCV.
電池充電率推定装置1の電圧変動量信号出力回路20は、上述した構成により、二次電池Bの両電極間の電圧vにおける当該二次電池Bに充放電電流Iが流れることにより生じた開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvを示す電圧変動量信号Sdvを出力する。そして、開放電圧値検出回路27は、二次電池Bの両電極間の電圧vに電圧変動量信号Sdvを加算した値、即ち、二次電池Bの開放電圧値OCVを示す開放電圧値信号Socvを出力する。この開放電圧値信号Socvは、充放電電流Iによる充電率SOCの変化のない短い期間において一定となる。そして、制御部30は、この開放電圧値信号Socvから開放電圧値OCVを取得して、この開放電圧値OCVに基づき二次電池Bの充電率SOCを推定する。
The voltage fluctuation amount
以上より、本実施形態によれば、電圧変動量信号出力回路20が、二次電池Bの両電極間の電圧vにおける当該二次電池Bに充放電電流が流れることにより生じる開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvに応じた電圧変動量信号Sdvを出力する。開放電圧値検出回路27が、二次電池Bの両電極間の電圧v及び電圧変動量信号Sdvに基づいて、二次電池Bの開放電圧値OCVを検出する。そして、制御部30が、開放電圧値OCVに基づいて二次電池Bの充電率SOCを推定する。このようにしたことから、二次電池Bの両電極間の電圧vは、当該二次電池Bに充電電流が流れることにより開放電圧値OCVより高い電圧値に変動し、放電電流が流れることにより開放電圧値OCVより低い電圧値に変動し、そして、これら電流が停止したあとに時間をかけて開放電圧値OCVに復帰するように変動するところ、このような充放電電流により生じる開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvに応じた電圧変動量信号Sdvを出力する電圧変動量信号出力回路20を設けることにより、これによって出力された電圧変動量信号Sdv及び二次電池Bの両電極間の電圧vに基づいて、上記変動を考慮した精度の高い開放電圧値OCVを検出することができる。そのため、この検出した開放電圧値OCVに基づいて二次電池Bの充電率SOCを推定することにより、充電率SOCの推定精度をより向上できる。
As described above, according to the present embodiment, the voltage fluctuation amount
また、電圧変動量信号出力回路20が、二次電池Bを流れる充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号Siを出力する電流状態信号出力回路21と、電流状態信号Siが入力されるように電流状態信号出力回路21が一端に接続される電流調整抵抗器24と、電流調整抵抗器24の他端と二次電池Bの負極Bnとの間に接続されたコンデンサ25と、コンデンサ25に並列に接続された放電調整抵抗器26と、を有し、電流調整抵抗器24の他端から電圧変動量信号Sdvを出力するように構成されている。このようにしたことから、電流調整抵抗器24の抵抗値R1及び放電調整抵抗器26の抵抗値R2、並びに、コンデンサ25の静電容量Cを、充電率SOCを推測する対象となる二次電池Bの特性に合わせて調整することにより、簡易な構成で電圧変動量信号出力回路20を構成することができる。また、電圧変動量信号出力回路20が電気回路で構成されているので、二次電池Bを流れる充放電電流の変動に対して遅れることなく電圧変動量信号Sdvを出力することができる。
Further, the voltage variation
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態の電池充電率推定装置について、図5を参照して説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a battery charge rate estimation apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図5は、本発明の第2の実施形態の電池充電率推定装置の概略構成を示す図である。図5において、上述した第1の実施形態の同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。 FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a battery charge rate estimation apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same constituent elements of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本実施形態の電池充電率推定装置は、上述した第1の実施形態の電池充電率推定装置の電圧変動量信号出力回路20が有する電流調整抵抗器24、コンデンサ25及び放電調整抵抗器26を、コンピュータとデジタル−アナログ変換器とで模擬(シミュレート)する構成を有している。
The battery charge rate estimation apparatus of the present embodiment includes a
本実施形態の電池充電率推定装置2は、充電部15と、電流状態信号出力回路21と、開放電圧値検出回路27と、アナログ−デジタル変換器28と、他のアナログ−デジタル変換器38と、デジタル−アナログ変換器39と、制御部30Aと、を備えている。
The battery charge rate estimation device 2 of the present embodiment includes a charging
他のアナログ−デジタル変換器38(以下、「ADC38」という)は、電流状態信号出力回路21から出力された電流状態信号Siを量子化して、当該電流状態信号Siの電圧値に対応するデジタル値を示す信号を出力する。本実施形態において、ADC38は、個別の電子部品として実装されているが、これに限定されるものではなく、例えば、後述する制御部30Aに内蔵されたアナログ−デジタル変換部などを用いて各信号を量子化してもよい。
The other analog-to-digital converter 38 (hereinafter referred to as “
デジタル−アナログ変換器39(以下、「DAC39」という)は、後述する制御部30Aから出力された二次電池Bの電圧変動量Δvを示す電圧変動量信号Sdvをデジタル値で示す信号が入力されて、当該信号に基づいてアナログ信号である電圧変動量信号Sdvを出力する。DAC39が出力した電圧変動量信号Sdvは、開放電圧値検出回路27に入力される。本実施形態において、DAC39は、個別の電子部品として実装されているが、これに限定されるものではなく、例えば、後述する制御部30Aに内蔵されたデジタル−アナログ変換部などを用いてデジタル信号をアナログ信号に変換してもよい。
The digital-analog converter 39 (hereinafter referred to as “DAC39”) receives a signal indicating a voltage fluctuation amount signal Sdv indicating a voltage fluctuation amount Δv of the secondary battery B output from the
制御部30Aは、上述した第1の実施形態の制御部30と同様に、CPU、ROM、RAMなどを内蔵したマイクロコンピュータなどで構成されており、電池充電率推定装置2全体の制御を司る。ROMには、CPUを電圧変動量信号出力手段の一部、及び充電率推定手段などの各種手段として機能させるための制御プログラムが予め記憶されている。CPUは、この制御プログラムを実行することにより上記各種手段として機能する。
Similar to the
制御部30Aは、充電部15に接続された出力ポートPOを備えている。制御部30AのCPUは、出力ポートPOを通じて充電部15に制御信号を送信して、充電部15を制御する。
The
また、制御部30Aは、ADC28からの信号が入力される入力ポートPIを備えている。制御部30Aにおいて、入力ポートPIに入力された信号は、CPUが認識できる形式の情報に変換されて当該CPUに送られる。CPUは、当該情報に基づいて、二次電池Bの開放電圧値OCVを取得する。
In addition, the
また、制御部30Aは、二次電池Bの開放電圧値OCVに基づいて、当該二次電池Bの充電率SOCを推定する。本実施形態において、二次電池Bの開放電圧値OCVについて充電終止電圧Vmaxを4.0V、放電終止電圧Vminを3.0Vとしており、これら充電終止電圧Vmaxと放電終止電圧Vminとの間で開放電圧値OCVが充電率SOCに対してリニアに変化するものとしている。即ち、二次電池Bの開放電圧値OCVが4.0Vであるとき充電率SOCが100%となり、開放電圧値OCVが3.5Vであるとき充電率SOCが50%となり、開放電圧値OCVが3.0Vであるとき充電率SOCが0%となる。勿論、これは一例であって、これ以外にも、例えば、図3に示すように、二次電池Bの開放電圧値OCVと充電率SOCとがリニアに変化しない場合などにおいては、予備計測やシミュレーションなどにより開放電圧値OCVと充電率SOCとの関係に関するテーブルなどの充電率関係情報を予め作成してROMに記憶しておき、この充電率関係情報に推定した開放電圧値OCVを当てはめることにより充電率SOCを推定するようにしてもよい。
Further, the
また、制御部30Aは、ADC38からの信号が入力される他の入力ポートPI2を備えている。制御部30Aにおいて、他の入力ポートPI2に入力された信号は、CPUが認識できる形式の情報に変換されて当該CPUに送られる。CPUは、当該情報に基づいて、電流状態信号Siを取得する。
Further, the
また、制御部30Aは、電流状態信号Siに基づいて電圧変動量信号Sdvを取得する。具体的には、上述した第1の実施形態の電圧変動量信号出力回路20が有する電流調整抵抗器24、コンデンサ25及び放電調整抵抗器26の動作を模擬する。即ち、制御部30Aは、電流状態信号Siが一端に入力される電流調整抵抗器24、電流調整抵抗器24の他端と電池Bの負極Bnとの間に接続されたコンデンサ25、及びコンデンサ25に並列に接続された放電調整抵抗器26のそれぞれの動作を模擬して電流調整抵抗器24の他端の電圧値に応じた情報を電圧変動量信号Sdvとして算出する。そして、制御部30Aは、DAC39に接続された他の出力ポートPO2を備えており、制御部30AのCPUは、他の出力ポートPO2を通じてDAC39に電圧変動量信号Sdvをデジタル値で示す信号を送信する。
Further, the
また、制御部30Aの通信ポートは、図示しない車両内ネットワーク(例えば、CAN(Controller Area Network)など)に接続されており、当該車両内ネットワークを通じて車両のコンビネーションメータなどの表示装置に接続される。制御部30AのCPUは、通信ポート及び車両内ネットワークを通じて、推定した二次電池Bの充電率SOCを表示装置に送信し、この表示装置において当該信号に基づき二次電池Bの充電率SOCを表示する。
The communication port of the
次に、上述した電池充電率推定装置2の動作について説明する。 Next, the operation of the above-described battery charging rate estimation device 2 will be described.
電池充電率推定装置2の電流状態信号出力回路21は、上述した構成により、二次電池Bの両電極間の電圧vにおける当該二次電池Bに充放電電流Iが流れることにより、当該充放電電流Iの電流値に応じた電圧となる電流状態信号Siを出力する。制御部30Aは、ADC38を通じて電流状態信号Siが入力され、この電流状態信号Siに基づいて、二次電池Bに上記充放電電流Iが流れることにより生じた開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvを示す電圧変動量信号Sdvを算出してDAC39を通じて出力する。そして、開放電圧値検出回路27は、二次電池Bの両電極間の電圧vに電圧変動量信号Sdvを加算した値、即ち、二次電池Bの開放電圧値OCVを示す開放電圧値信号Socvを出力する。この開放電圧値信号Socvは、充放電電流Iによる充電率SOCの変化のない短い期間において一定となる。そして、制御部30Aは、この開放電圧値信号Socvから開放電圧値OCVを取得して、この開放電圧値OCVに基づき二次電池Bの充電率SOCを推定する。本実施形態において、電流状態信号出力回路21、制御部30A及びDAC39が、電圧変動量信号出力手段を構成し、制御部30Aが、充電率推定手段を構成する。
The current state
以上より、本実施形態によれば、電流状態信号出力回路21、制御部30A及びDAC39が、二次電池Bの両電極間の電圧vにおける当該二次電池Bに充放電電流が流れることにより生じる開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvに応じた電圧変動量信号Sdvを出力する。開放電圧値検出回路27が、二次電池Bの両電極間の電圧v及び電圧変動量信号Sdvに基づいて、二次電池Bの開放電圧値OCVを検出する。そして、制御部30Aが、開放電圧値OCVに基づいて二次電池Bの充電率SOCを推定する。このようにしたことから、二次電池Bの両電極間の電圧vは、当該二次電池Bに充電電流が流れることにより開放電圧値OCVより高い電圧値に変動し、放電電流が流れることにより開放電圧値OCVより低い電圧値に変動し、そして、これら電流が停止したあとに時間をかけて開放電圧値OCVに復帰するように変動するところ、このような充放電電流により生じる開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvに応じた電圧変動量信号Sdvを電流状態信号出力回路21、制御部30A及びDAC39により出力することにより、この出力された電圧変動量信号Sdv及び二次電池Bの両電極間の電圧vに基づいて、上記変動を考慮した精度の高い開放電圧値OCVを検出することができる。そのため、この検出した開放電圧値OCVに基づいて二次電池Bの充電率SOCを推定することにより、充電率SOCの推定精度をより向上できる。
As described above, according to the present embodiment, the current state
また、電圧変動量信号出力手段として、二次電池Bを流れる充放電電流Iの電流値に応じた電圧となる電流状態信号Siを出力する電流状態信号出力回路21と、電流状態信号Siを量子化した信号が入力されるとともに、当該電流状態信号Siが一端に入力された電流調整抵抗器、電流調整抵抗器の他端と電池の負極との間に接続されたコンデンサ、及びコンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器のそれぞれの動作を模擬して電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた信号を出力する制御部30Aと、制御部30Aによって出力された信号に基づいて電圧変動量信号Sdvを出力するDAC39と、を有している。このようにしたことから、電流調整抵抗器及び放電調整抵抗器の抵抗値、並びに、コンデンサの静電容量(即ちパラメータ)を、充電率を推測する対象となる電池の特性に合わせて調整することにより、簡易な構成で電圧変動量信号Sdvを取得することができるとともに、これら電流調整抵抗器、放電調整抵抗器及びコンデンサの動作がコンピュータである制御部30Aによって模擬されているので、これら電子部品のパラメータを容易に調整することができる。
Further, as a voltage fluctuation amount signal output means, a current state
上述した実施形態では、電池充電率推定装置2全体の制御を司る制御部30Aが、電流調整抵抗器24、コンデンサ25及び放電調整抵抗器26の動作を模擬する構成であったが、これに限定されるものではなく、これら電子部品を模擬するコンピュータを、制御部30Aとは別に備えていてもよい。
In the above-described embodiment, the
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態の電池充電率推定装置について、図6を参照して説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the battery charge rate estimation apparatus of the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG.
図6は、本発明の第3の実施形態の電池充電率推定装置の概略構成を示す図である。図6において、上述した第1の実施形態の同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。 FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a battery charge rate estimation apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same constituent elements of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本実施形態の電池充電率推定装置は、上述した第1の実施形態の電池充電率推定装置の電圧変動量信号出力回路20が有する電流調整抵抗器24、コンデンサ25及び放電調整抵抗器26、並びに、開放電圧値検出回路27を、コンピュータで模擬(シミュレート)する構成を有している。
The battery charge rate estimation apparatus of the present embodiment includes a
本実施形態の電池充電率推定装置3は、充電部15と、電流状態信号出力回路21と、第1アナログ−デジタル変換器41と、第2アナログ−デジタル変換器42と、制御部30Bと、を備えている。
The battery charging rate estimation device 3 of the present embodiment includes a charging
第1アナログ−デジタル変換器41(以下、「ADC41」という)は、二次電池Bの両電極間の電圧vを量子化して、当該電圧vの電圧値に対応するデジタル値を示す信号を出力する。 The first analog-digital converter 41 (hereinafter referred to as “ADC41”) quantizes the voltage v between both electrodes of the secondary battery B, and outputs a signal indicating a digital value corresponding to the voltage value of the voltage v. To do.
第2アナログ−デジタル変換器42(以下、「ADC42」という)は、電流状態信号出力回路21から出力された電流状態信号Siを量子化して、当該電流状態信号Siの電圧値に対応するデジタル値を示す信号を出力する。本実施形態において、ADC41、ADC42は、個別の電子部品として実装されているが、これに限定されるものではなく、例えば、後述する制御部30Bに内蔵されたアナログ−デジタル変換部などを用いて各信号を量子化してもよい。
The second analog-digital converter 42 (hereinafter referred to as “
制御部30Bは、上述した第1の実施形態の制御部30と同様に、CPU、ROM、RAMなどを内蔵したマイクロコンピュータなどで構成されており、電池充電率推定装置3全体の制御を司る。ROMには、CPUを電圧変動量信号出力手段の一部、開放電圧値検出手段及び充電率推定手段などの各種手段として機能させるための制御プログラムが予め記憶されている。CPUは、この制御プログラムを実行することにより上記各種手段として機能する。
Similar to the
制御部30Bは、充電部15に接続された出力ポートPOを備えている。制御部30BのCPUは、出力ポートPOを通じて充電部15に制御信号を送信して、充電部15を制御する。
The
また、制御部30Bは、ADC41からの信号が入力される第1入力ポートPI1を備えている。制御部30Bにおいて、第1入力ポートPI1に入力された信号は、CPUが認識できる形式の情報に変換されて当該CPUに送られる。CPUは、当該情報に基づいて、二次電池Bの両電極間の電圧vを取得する。 Further, the control unit 30B includes a first input port PI1 into which a signal from the ADC 41 is input. In the control unit 30B, the signal input to the first input port PI1 is converted into information in a format that can be recognized by the CPU and sent to the CPU. The CPU acquires the voltage v between both electrodes of the secondary battery B based on the information.
また、制御部30Bは、ADC42からの信号が入力される第2入力ポートPI2を備えている。制御部30Bにおいて、第2入力ポートPI2に入力された信号は、CPUが認識できる形式の情報に変換されて当該CPUに送られる。CPUは、当該情報に基づいて、電流状態信号Siを取得する。
In addition, the control unit 30B includes a second input port PI2 to which a signal from the
また、制御部30Bは、電流状態信号Siに基づいて電圧変動量信号Sdvを取得する。具体的には、上述した第1の実施形態の電圧変動量信号出力回路20が有する電流調整抵抗器24、コンデンサ25及び放電調整抵抗器26の動作を模擬する。即ち、制御部30Bは、電流状態信号Siが一端に入力される電流調整抵抗器24、電流調整抵抗器24の他端と電池Bの負極Bnとの間に接続されたコンデンサ25、及びコンデンサ25に並列に接続された放電調整抵抗器26のそれぞれの動作を模擬して電流調整抵抗器24の他端の電圧値に応じた情報を電圧変動量信号Sdvとして算出する。即ち、電圧変動量信号Sdvとして算出する処理を1つの論理的な処理ブロックで行ない、算出した電圧変動量信号Sdvを他の論理的な処理ブロックで用いるものとすると、本処理ブロックは他の処理ブロックに対して電圧変動量信号Sdvを出力するものとみなすことができる。
In addition, the control unit 30B acquires the voltage fluctuation amount signal Sdv based on the current state signal Si. Specifically, the operations of the
また、制御部30Bは、ADC41及びADC42に入力された信号から取得した二次電池Bの両電極間の電圧v及び電圧変動量信号Sdvに基づいて、二次電池Bの開放電圧値OCVを検出する。具体的には、制御部30Bは、二次電池Bの両電極間の電圧vに電圧変動量信号Sdv(即ち、電圧変動量Δv)を加算して、二次電池Bの開放電圧値OCVを算出する。
Further, the control unit 30B detects the open circuit voltage value OCV of the secondary battery B based on the voltage v between both electrodes of the secondary battery B acquired from the signals input to the ADC 41 and the
また、制御部30Bは、算出した二次電池Bの開放電圧値OCVに基づいて、当該二次電池Bの充電率SOCを推定する。本実施形態において、二次電池Bの開放電圧値OCVについて充電終止電圧Vmaxを4.0V、放電終止電圧Vminを3.0Vとしており、これら充電終止電圧Vmaxと放電終止電圧Vminとの間で開放電圧値OCVが充電率SOCに対してリニアに変化するものとしている。即ち、二次電池Bの開放電圧値OCVが4.0Vであるとき充電率SOCが100%となり、開放電圧値OCVが3.5Vであるとき充電率SOCが50%となり、開放電圧値OCVが3.0Vであるとき充電率SOCが0%となる。勿論、これは一例であって、これ以外にも、例えば、図3に示すように、二次電池Bの開放電圧値OCVと充電率SOCとがリニアに変化しない場合などにおいては、予備計測やシミュレーションなどにより開放電圧値OCVと充電率SOCとの関係に関するテーブルなどの充電率関係情報を予め作成してROMに記憶しておき、この充電率関係情報に推定した開放電圧値OCVを当てはめることにより充電率SOCを推定するようにしてもよい。 Further, the control unit 30B estimates the charging rate SOC of the secondary battery B based on the calculated open-circuit voltage value OCV of the secondary battery B. In the present embodiment, the end-of-charge voltage Vmax is 4.0 V and the end-of-discharge voltage Vmin is 3.0 V for the open-circuit voltage value OCV of the secondary battery B, and is opened between the end-of-charge voltage Vmax and the end-of-discharge voltage Vmin. The voltage value OCV is assumed to change linearly with respect to the charging rate SOC. That is, when the open-circuit voltage value OCV of the secondary battery B is 4.0V, the charging rate SOC is 100%, and when the open-circuit voltage value OCV is 3.5V, the charging rate SOC is 50%, and the open-circuit voltage value OCV is When it is 3.0 V, the charging rate SOC becomes 0%. Of course, this is only an example. In addition to this, for example, as shown in FIG. 3, in the case where the open-circuit voltage value OCV and the charging rate SOC of the secondary battery B do not change linearly, Charging rate relationship information such as a table relating to the relationship between the open circuit voltage value OCV and the charging rate SOC is created in advance by simulation and stored in the ROM, and the estimated open circuit voltage value OCV is applied to the charging rate relationship information. The charging rate SOC may be estimated.
また、制御部30Bの通信ポートは、図示しない車両内ネットワーク(例えば、CAN(Controller Area Network)など)に接続されており、当該車両内ネットワークを通じて車両のコンビネーションメータなどの表示装置に接続される。制御部30BのCPUは、通信ポート及び車両内ネットワークを通じて、推定した二次電池Bの充電率SOCを表示装置に送信し、この表示装置において当該信号に基づき二次電池Bの充電率SOCを表示する。 Further, the communication port of the control unit 30B is connected to an in-vehicle network (for example, CAN (Controller Area Network)), and is connected to a display device such as a combination meter of the vehicle through the in-vehicle network. The CPU of the control unit 30B transmits the estimated charging rate SOC of the secondary battery B to the display device through the communication port and the in-vehicle network, and displays the charging rate SOC of the secondary battery B on the display device based on the signal. To do.
次に、上述した電池充電率推定装置3の動作について説明する。 Next, operation | movement of the battery charging rate estimation apparatus 3 mentioned above is demonstrated.
電池充電率推定装置3の電流状態信号出力回路21は、上述した構成により、二次電池Bの両電極間の電圧vにおける当該二次電池Bに充放電電流Iが流れることにより、当該充放電電流Iの電流値に応じた電圧となる電流状態信号Siを出力する。制御部30Bは、ADC42を通じて電流状態信号Siが入力され、この電流状態信号Siに基づいて、二次電池Bに上記充放電電流Iが流れることにより生じた開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvを示す電圧変動量信号Sdvを算出する。また、制御部30Bは、ADC41を通じて二次電池Bの両電極間の電圧vが入力される。そして、制御部30Bは、二次電池Bの両電極間の電圧v及び電圧変動量信号Sdvに基づいて二次電池Bの開放電圧値OCVを算出し、この開放電圧値OCVに基づき二次電池Bの充電率SOCを推定する。本実施形態において、電流状態信号出力回路21及び制御部30Bが、電圧変動量信号出力手段を構成し、制御部30Bが、開放電圧値検出手段及び充電率推定手段を構成する。
The current state
以上より、本実施形態によれば、電流状態信号出力回路21及び制御部30Bが、二次電池Bの両電極間の電圧vにおける当該二次電池Bに充放電電流が流れることにより生じる開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvに応じた電圧変動量信号Sdvを算出する。制御部30Bが、二次電池Bの両電極間の電圧v及び電圧変動量信号Sdvに基づいて、二次電池Bの開放電圧値OCVを検出する。そして、制御部30Bが、開放電圧値OCVに基づいて二次電池Bの充電率SOCを推定する。このようにしたことから、二次電池Bの両電極間の電圧vは、当該二次電池Bに充電電流が流れることにより開放電圧値OCVより高い電圧値に変動し、放電電流が流れることにより開放電圧値OCVより低い電圧値に変動し、そして、これら電流が停止したあとに時間をかけて開放電圧値OCVに復帰するように変動するところ、このような充放電電流により生じる開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvに応じた電圧変動量信号Sdvを制御部30Bで算出することにより、この電圧変動量信号Sdv及び二次電池Bの両電極間の電圧vに基づいて、上記変動を考慮した精度の高い開放電圧値OCVを検出することができる。そのため、この検出した開放電圧値OCVに基づいて二次電池Bの充電率SOCを推定することにより、充電率SOCの推定精度をより向上できる。
As described above, according to the present embodiment, the current state
また、電圧変動量信号出力手段として、二次電池Bを流れる充放電電流Iの電流値に応じた電圧となる電流状態信号Siを出力する電流状態信号出力回路21と、電流状態信号Siを量子化した信号が入力されるとともに、当該電流状態信号Siが一端に入力される電流調整抵抗器、電流調整抵抗器の他端と電池の負極との間に接続されたコンデンサ、及びコンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器のそれぞれの動作を模擬して電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた情報を電圧変動量信号Sdvとして算出する制御部30Bと、を有している。そして、開放電圧値検出手段として、二次電池Bの両電極間の電圧vを量子化した信号が入力されるとともに、当該二次電池Bの両電極間の電圧vを量子化した信号及び電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた情報である電圧変動量信号Sdvに基づいて、開放電圧値OCVを検出する制御部30Bを有している。このようにしたことから、電流調整抵抗器及び放電調整抵抗器の抵抗値、並びに、コンデンサの静電容量(即ちパラメータ)を、充電率を推測する対象となる電池の特性に合わせて調整することにより、簡易な構成で電圧変動量信号Sdvを取得することができるとともに、これら電流調整抵抗器、放電調整抵抗器及びコンデンサの動作が制御部30Bによって模擬されているので、これら電子部品のパラメータを容易に調整することができる。
Further, as a voltage fluctuation amount signal output means, a current state
以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の電池充電率推定装置はこれらの実施形態の構成に限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was mentioned and mentioned with preferable embodiment, the battery charging rate estimation apparatus of this invention is not limited to the structure of these embodiment.
例えば、上述した第1の実施形態では、電子部品で構成された回路からなる電圧変動量信号出力回路20及び開放電圧値検出回路27を備えた構成であったが、これに限定されるものではない。このような構成以外にも、例えば、二次電池Bを流れる電流値を測定する電流測定部、二次電池Bの両電極間の電圧値を測定する電圧測定部、及び、これら測定部によって測定された電流値及び電圧値がアナログ−デジタル変換器を介して入力される制御部を備えた構成としてもよい。この構成において、制御部には、入力された電流値と二次電池Bの開放電圧値OCVに対する電圧変動量Δvとの関係に関するテーブルや計算式などの開放電圧値関係情報が予め記憶されている。そして、制御部は、入力された電流値を開放電圧値関係情報に当てはめて開放電圧値OCVを取得し、この開放電圧値OCVに基づいて上記実施形態と同様に充電率SOCを推定する。
For example, in the first embodiment described above, the configuration includes the voltage fluctuation amount
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の電池充電率推定装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。 In addition, embodiment mentioned above only showed the typical form of this invention, and this invention is not limited to embodiment. That is, those skilled in the art can implement various modifications in accordance with conventionally known knowledge without departing from the scope of the present invention. Of course, such modifications are included in the scope of the present invention as long as the configuration of the battery charge rate estimating apparatus of the present invention is provided.
(第1の実施形態)
1 電池充電率推定装置
20 電圧変動量信号出力回路(電圧変動量信号出力手段)
21 電流状態信号出力回路
24 電流調整抵抗器
25 コンデンサ
26 放電調整抵抗器
27 開放電圧値検出回路(開放電圧値検出手段)
28 アナログ−デジタル変換器
30 制御部(充電率推定手段)
B 二次電池(電池)
Bp 二次電池の正極
Bn 二次電池の負極
(第2の実施形態)
2 電池充電率推定装置
21 電流状態信号出力回路(電圧変動量信号出力手段)
27 開放電圧値検出回路(開放電圧値検出手段)
28 アナログ−デジタル変換器
30A 制御部(コンピュータ、電圧変動量信号出力手段、充電率推定手段)
38 アナログ−デジタル変換器
39 デジタル−アナログ変換器(電圧変動量信号出力手段)
(第3の実施形態)
3 電池充電率推定装置
21 電流状態信号出力回路(電圧変動量信号出力手段)
30B 制御部(コンピュータ、電圧変動量信号出力手段、開放電圧値検出手段、充電率推定手段)
41 第1アナログ−デジタル変換器
42 第2アナログ−デジタル変換器
(First embodiment)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
28 Analog-
B Secondary battery (battery)
Bp Positive electrode of secondary battery Bn Negative electrode of secondary battery (second embodiment)
2 Battery charge
27 Open-circuit voltage value detection circuit (open-circuit voltage value detection means)
28 Analog-to-
38 Analog-to-
(Third embodiment)
3 Battery charge
30B control unit (computer, voltage fluctuation signal output means, open-circuit voltage value detection means, charge rate estimation means)
41 1st analog-
Claims (3)
前記電池の両電極間の電圧における当該電池に充放電電流が流れることにより生じる開放電圧値に対する電圧変動量に応じた電圧変動量信号を出力する電圧変動量信号出力手段と、
前記電池の両電極間の電圧及び前記電圧変動量信号に基づいて、前記開放電圧値を検出する開放電圧値検出手段と、
前記開放電圧値検出手段によって検出された前記開放電圧値に基づいて、前記電池の充電率を推定する充電率推定手段と、を備え、
前記電圧変動量信号出力手段が、
前記充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号を出力する電流状態信号出力回路と、
前記電流状態信号が入力されるように前記電流状態信号出力回路が一端に接続される電流調整抵抗器と、
前記電流調整抵抗器の他端と前記電池の負極との間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器と、を有し、
前記電流調整抵抗器の他端から前記電圧変動量信号を出力するように構成されている
ことを特徴とする電池充電率推定装置。 A battery charging rate estimation device for estimating a charging rate of a battery,
A voltage fluctuation amount signal output means for outputting a voltage fluctuation amount signal corresponding to a voltage fluctuation amount with respect to an open-circuit voltage value generated by a charge / discharge current flowing through the battery at a voltage between both electrodes of the battery;
An open-circuit voltage value detecting means for detecting the open-circuit voltage value based on the voltage between both electrodes of the battery and the voltage fluctuation amount signal;
Charging rate estimating means for estimating the charging rate of the battery based on the open voltage value detected by the open voltage value detecting means ,
The voltage fluctuation amount signal output means,
A current state signal output circuit that outputs a current state signal having a voltage corresponding to the current value of the charge / discharge current;
A current regulating resistor connected to one end of the current state signal output circuit so that the current state signal is input;
A capacitor connected between the other end of the current regulating resistor and the negative electrode of the battery;
A discharge regulating resistor connected in parallel to the capacitor,
The battery charge rate estimation device is configured to output the voltage variation signal from the other end of the current adjustment resistor .
前記電池の両電極間の電圧における当該電池に充放電電流が流れることにより生じる開放電圧値に対する電圧変動量に応じた電圧変動量信号を出力する電圧変動量信号出力手段と、
前記電池の両電極間の電圧及び前記電圧変動量信号に基づいて、前記開放電圧値を検出する開放電圧値検出手段と、
前記開放電圧値検出手段によって検出された前記開放電圧値に基づいて、前記電池の充電率を推定する充電率推定手段と、を備え、
前記電圧変動量信号出力手段が、
前記充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号を出力する電流状態信号出力回路と、
前記電流状態信号を量子化した信号が入力されるとともに、当該電流状態信号が一端に入力された電流調整抵抗器、前記電流調整抵抗器の他端と前記電池の負極との間に接続されたコンデンサ、及び前記コンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器のそれぞれの動作を模擬して前記電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた信号を出力するコンピュータと、
前記コンピュータによって出力された前記信号に基づいて前記電圧変動量信号を出力するデジタル−アナログ変換器と、を有している
ことを特徴とする電池充電率推定装置。 A battery charging rate estimation device for estimating a charging rate of a battery,
A voltage fluctuation amount signal output means for outputting a voltage fluctuation amount signal corresponding to a voltage fluctuation amount with respect to an open-circuit voltage value generated by a charge / discharge current flowing through the battery at a voltage between both electrodes of the battery;
An open-circuit voltage value detecting means for detecting the open-circuit voltage value based on the voltage between both electrodes of the battery and the voltage fluctuation amount signal;
Charging rate estimating means for estimating the charging rate of the battery based on the open voltage value detected by the open voltage value detecting means ,
The voltage fluctuation amount signal output means,
A current state signal output circuit that outputs a current state signal having a voltage corresponding to the current value of the charge / discharge current;
A signal obtained by quantizing the current state signal is input and the current state signal is input to one end of the current adjustment resistor, and is connected between the other end of the current adjustment resistor and the negative electrode of the battery. A computer that simulates the operation of each of the capacitor and the discharge adjustment resistor connected in parallel to the capacitor and outputs a signal corresponding to the voltage value of the other end of the current adjustment resistor;
A battery charge rate estimation apparatus comprising: a digital-analog converter that outputs the voltage fluctuation amount signal based on the signal output by the computer .
前記電池の両電極間の電圧における当該電池に充放電電流が流れることにより生じる開放電圧値に対する電圧変動量に応じた電圧変動量信号を出力する電圧変動量信号出力手段と、
前記電池の両電極間の電圧及び前記電圧変動量信号に基づいて、前記開放電圧値を検出する開放電圧値検出手段と、
前記開放電圧値検出手段によって検出された前記開放電圧値に基づいて、前記電池の充電率を推定する充電率推定手段と、を備え、
前記電圧変動量信号出力手段が、
前記充放電電流の電流値に応じた電圧となる電流状態信号を出力する電流状態信号出力回路と、
前記電流状態信号を量子化した信号が入力されるとともに、当該電流状態信号が一端に入力される電流調整抵抗器、前記電流調整抵抗器の他端と前記電池の負極との間に接続されたコンデンサ、及び前記コンデンサに並列に接続された放電調整抵抗器のそれぞれの動作を模擬して前記電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた情報を前記電圧変動量信号として算出するコンピュータと、を有し、
前記開放電圧値検出手段が、前記電池の両電極間の電圧を量子化した信号が入力されるとともに、当該前記電池の両電極間の電圧を量子化した信号及び前記電流調整抵抗器の他端の電圧値に応じた情報に基づいて、前記開放電圧値を検出するコンピュータを有している
ことを特徴とする電池充電率推定装置。 A battery charging rate estimation device for estimating a charging rate of a battery,
A voltage fluctuation amount signal output means for outputting a voltage fluctuation amount signal corresponding to a voltage fluctuation amount with respect to an open-circuit voltage value generated by a charge / discharge current flowing through the battery at a voltage between both electrodes of the battery;
An open-circuit voltage value detecting means for detecting the open-circuit voltage value based on the voltage between both electrodes of the battery and the voltage fluctuation amount signal;
Charging rate estimating means for estimating the charging rate of the battery based on the open voltage value detected by the open voltage value detecting means ,
The voltage fluctuation amount signal output means,
A current state signal output circuit that outputs a current state signal having a voltage corresponding to the current value of the charge / discharge current;
A signal obtained by quantizing the current state signal is input and the current state signal is input to one end of the current adjustment resistor, and is connected between the other end of the current adjustment resistor and the negative electrode of the battery. A computer that simulates each operation of a capacitor and a discharge adjustment resistor connected in parallel to the capacitor, and calculates information corresponding to the voltage value of the other end of the current adjustment resistor as the voltage variation signal; Have
The open-circuit voltage value detecting means receives a signal obtained by quantizing the voltage between both electrodes of the battery, and a signal obtained by quantizing the voltage between both electrodes of the battery and the other end of the current adjusting resistor. A battery charge rate estimation device , comprising: a computer that detects the open-circuit voltage value based on information corresponding to the voltage value of the battery.
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