JP6491148B2 - Internal resistance calculation device - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池等の電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出装置に関する。 The present invention relates to an internal resistance calculation device that calculates an internal resistance value of a battery such as a secondary 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。 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.
EVやHEV等に使用される二次電池において劣化度SOH(State Of Health)は当該二次電池の初期容量と現在容量の比で決定される。例えば、現在容量が初期容量の8割であればSOHは80%である。このSOHの検出には様々な方法があるが、その一つに二次電池の内部抵抗値に基づいて予測する方法がある。 In secondary batteries used for EVs, HEVs, etc., the degree of deterioration SOH (State Of Health) is determined by the ratio between the initial capacity and the current capacity of the secondary battery. For example, if the current capacity is 80% of the initial capacity, the SOH is 80%. There are various methods for detecting the SOH, and one of them is a method for predicting based on the internal resistance value of the secondary battery.
二次電池の内部抵抗値の算出方法としては、例えば特許文献1に記載された方法が挙げられる。特許文献1には、蓄電部25に直列接続された電流検出回路23と、蓄電部25に接続された第1サンプルホールド回路27、および第2サンプルホールド回路29と、両者の出力が接続された差動増幅回路43を有する。そして、蓄電部25を定電流値Icで充電、または放電させた状態で、充電、または放電の中断時における電圧ホールドタイミングを、中断後既定時間経過した時点とするとともに、充電、または放電の再開時における電圧ホールドタイミングを、電流検出回路23からの電流値が定電流値Icに対し検出誤差範囲内で等しくなった時点とすることが記載されている。
As a calculation method of the internal resistance value of the secondary battery, for example, a method described in
しかしながら、特許文献1に記載の方法の場合、内部抵抗算出のための測定をする際に、充電率SOC(State Of Charge)を考慮していないため、測定時のSOCにより内部抵抗値にばらつきが生じるという問題があった。
However, in the case of the method described in
また、特許文献1に記載の方法の場合、内部抵抗算出のために充電又は放電を一時中断する必要がある。
In the case of the method described in
そこで、本発明は、上記のような問題点に鑑み、高精度かつ簡単な構成で内部抵抗を算出することができる内部抵抗算出装置を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an internal resistance calculation device that can calculate an internal resistance with a high accuracy and a simple configuration.
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出装置において、前記二次電池を充電又は放電する充放電手段と、前記二次電池の両端電圧値を測定する電圧測定手段と、前記充放電手段による充電又は放電開始後、前記電圧測定手段が測定した前記両端電圧値が予め定めた第1電圧値を保持する第1電圧保持手段と、前記両端電圧値が前記第1電圧値となった後、前記充放電手段による充電動作または放電動作により、所定時間以内に所定値以上充電電流又は放電電流が変化したときの前記二次電池の両端電圧値を第2電圧値として保持する第2電圧保持手段と、前記第1電圧値となったときの充電電流値又は放電電流値である第1電流値及び、前記第2電圧値となったときの充電電流値又は放電電流値である第2電流値を測定する電流測定手段と、前記第1電圧値、前記第2電圧値、前記第1電流値及び前記第2電流値に基づいて前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出手段と、を有することを特徴とする内部抵抗算出装置である。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記内部抵抗算出手段は、前記第1電圧保持手段が保持する前記第1電圧値と前記第2電圧保持手段が保持する前記第2電圧値との差を算出する差分増幅器を有していることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the internal resistance calculating unit is configured to store the first voltage value held by the first voltage holding unit and the second voltage holding unit. A difference amplifier for calculating a difference from the second voltage value is provided.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記第1電圧保持手段と前記第2電圧保持手段とがそれぞれコンデンサで構成され、前記第1電圧値を保持するコンデンサと前記第2電圧値を保持するコンデンサとを切り替えて前記電池の一方の端子に接続する切替手段を有することを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the first voltage holding unit and the second voltage holding unit are each configured by a capacitor, and the capacitor that holds the first voltage value and the It has switching means for switching between a capacitor for holding the second voltage value and connecting it to one terminal of the battery.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記第2電圧保持手段は、前記所定時間以内に前記所定電流値以上充電電流又は放電電流が変化した後前記コンデンサの充電時間経過後の前記二次電池の両端電圧値を第2電圧値として保持し、前記電流測定手段は、前記充電時間経過後の充電電流値又は放電電流値を第2電流値として測定する、ことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the second voltage holding unit is configured to charge the capacitor after the charge current or the discharge current has changed more than the predetermined current value within the predetermined time. The voltage value between both ends of the secondary battery after the lapse of time is held as a second voltage value, and the current measuring means measures the charge current value or the discharge current value after the lapse of the charge time as the second current value. It is a feature.
以上説明したように請求項1記載の発明によれば、第1電圧値を予め定めた値としているので、一定のSOCでの測定が可能となる。SOCと電池端子電圧(両端電圧)には相関関係があることが知られており、一定のSOCで測定することで、SOCによる内部抵抗のばらつきを無くすことができる。また、内部抵抗算出のために充電又は放電を一時中断する必要がなく、例えばEVやHEVにおいて二次電池の充放電が行われれば、内部抵抗の算出タイミングが自然と発生する。 As described above, according to the first aspect of the present invention, since the first voltage value is a predetermined value, measurement with a constant SOC is possible. It is known that there is a correlation between the SOC and the battery terminal voltage (both-end voltage), and by measuring with a constant SOC, variation in internal resistance due to the SOC can be eliminated. Further, there is no need to temporarily stop charging or discharging for calculating the internal resistance. For example, if the secondary battery is charged or discharged in EV or HEV, the calculation timing of the internal resistance occurs naturally.
請求項2記載の発明によれば、差動増幅器で第1電圧値と第2電圧値との差分を算出でき、その差分値を必要な増幅率で増幅できるので、第1電圧値と第2電圧値との差分が微小であっても検出することが可能となる。従って、低ノイズ対策や高分解能のADコンバータ等が不要となる。 According to the second aspect of the present invention, the difference between the first voltage value and the second voltage value can be calculated by the differential amplifier, and the difference value can be amplified with a necessary amplification factor. Even if the difference from the voltage value is very small, it can be detected. Therefore, measures against low noise and high resolution AD converters are not required.
請求項3記載の発明によれば、切替手段により切り替えて2つのコンデンサに第1電圧値と第2電圧値とが保持されるので、セル電圧の影響を受けずに第1電圧値と第2電圧値とを取得することができる。
According to the invention of
請求項4に記載の発明によれば、コンデンサの充電時間経過後に第2電圧値として保持し、そのときの充電電流値又は放電電流値を第2電流値としているので、コンデンサの電位が二次電池の両端電圧値と同じ電圧となるまで待機するため、第2電圧値及び第2電流値を精度良く測定することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the second voltage value is held after the capacitor charging time has elapsed, and the charging current value or the discharging current value at that time is set as the second current value. Since it waits until it becomes the same voltage as the both-ends voltage value of a battery, the 2nd voltage value and the 2nd current value can be measured with sufficient accuracy.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の第1の実施形態にかかる内部抵抗算出装置の概略構成図である。
(First embodiment)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal resistance calculation device according to a first embodiment of the present invention.
本実施形態の内部抵抗算出装置は、例えばEVに搭載され、当該EVが備える二次電池の内部抵抗値を算出するものである。勿論、EV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。 The internal resistance calculation device according to the present embodiment is mounted on, for example, an EV, and calculates an internal resistance value of a secondary battery included in the EV. Of course, you may apply to the apparatus, system, etc. which were equipped with secondary batteries other than EV.
図1に示すように、本実施形態の内部抵抗算出装置(図中、符号1で示す)は、図示しないEVやHEV等に搭載された二次電池Bに接続され、二次電池Bの内部抵抗値を算出する。
As shown in FIG. 1, the internal resistance calculation 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、図2に示すように、両電極(正極Bp及び負極Bn)間に電圧Vを生じる。二次電池Bに対して電流Iで充電を行うとき、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(セル電圧)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(電圧降下)Vrとの和となる(V=Ve+Vr)。従って、電流Iが変化すると電圧降下Vrも変化する(Vr=R×I、Rは内部抵抗値)。 The secondary battery B has an electromotive force portion e that generates a voltage and an internal resistance r. As shown in FIG. 2, the secondary battery B generates a voltage V between both electrodes (the positive electrode Bp and the negative electrode Bn). When the secondary battery B is charged with the current I, the voltage V is a voltage value (cell voltage) Ve generated by the electromotive force of the electromotive force unit e and a voltage value (voltage drop) generated by the current flowing through the internal resistance r. ) Vr (V = Ve + Vr). Therefore, when the current I changes, the voltage drop Vr also changes (Vr = R × I, where R is an internal resistance value).
本実施形態の内部抵抗算出装置1は、充電手段15と、電流測定手段21と、電圧測定手段22と、差動増幅器23と、第1アナログ−デジタル変換器24と、第2アナログ−デジタル変換器25と、第3アナログ−デジタル変換器26と、μCOM30と、スイッチSWと、コンデンサC1、C2と、を有している。
The internal
充電手段15は、例えば、EV等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。充電手段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。充電手段15は、後述するμCOM30によって制御されることにより、二次電池Bを充電する際に所定の充電電流を出力する。即ち、充電手段は、二次電池Bを充電する充放電手段として機能する。
The charging
電流測定手段21は、充電手段15の一方の端子と二次電池Bの正極Bpとの間に直列に設けられており、二次電池Bに対して充電方向及び放電方向に流れる電流値を測定して出力する。
The
電圧測定手段22は、二次電池Bの正極Bpと負極Bnとの間の電圧(両端電圧)に応じた信号(電圧信号)を出力する。本実施形態においては、例えば、後述する第2アナログ−デジタル変換器25に入力可能な電圧範囲に適合するように、二次電池Bの両電極間の電圧を分圧する複数の固定抵抗器などを有して構成されている。
The voltage measuring means 22 outputs a signal (voltage signal) corresponding to the voltage (both ends voltage) between the positive electrode Bp and the negative electrode Bn of the secondary battery B. In the present embodiment, for example, a plurality of fixed resistors that divide the voltage between both electrodes of the secondary battery B so as to match a voltage range that can be input to the second analog-
差動増幅器23は、後述するコンデンサC1に保持された二次電池Bの両端電圧値と、コンデンサC2に保持された二次電池Bの両端電圧値と、の差を算出し、増幅率Avで増幅して出力する。
The
第1アナログ−デジタル変換器24(以下、「第1A/D24」という)は、電流測定手段21から出力されたアナログ信号を量子化して、当該アナログ信号のデジタル値を示す信号を出力する。同様に、第2アナログ−デジタル変換器25(以下、「第2A/D25」という)は、電圧測定手段22から出力されたアナログ信号を量子化して、当該アナログ信号のデジタル値を示す信号を出力する。同様に、第3アナログ−デジタル変換器26(以下、「第3A/D26」という)は、差動増幅器23から出力されたアナログ信号を量子化して、当該アナログ信号のデジタル値を示す信号を出力する。本実施形態において、第1A/D24、第2A/D25及び第3A/D26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μCOM30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 first analog-digital converter 24 (hereinafter referred to as “first A /
μCOM30は、CPU、ROM、RAM、タイマなどを内蔵したマイクロコンピュータであり、内部抵抗算出装置1全体の制御を司る。ROMには、CPUを内部抵抗算出手段として機能させるための制御プログラム等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内部抵抗算出手段として機能する。
The
また、μCOM30は、充電手段15に対して二次電池Bへの充電を行わせる制御信号を出力する。また、μCOM30は、第1A/D24、第2A/D25及び第3A/D26の出力信号が入力される。さらに、μCOM30は、スイッチSWの切替信号を出力する。
In addition, the
スイッチSWは、一方側の端子cから他方側の端子a、bのいずれかとの接続を切り替えることができるスイッチである。スイッチSWの端子cは、二次電池Bの正極Bpに接続され、端子aはコンデンサC1の一方側及び差動増幅器23の+入力端子に接続され、端子bはコンデンサC2の一方側及び差動増幅器23の−入力端子に接続される。即ち、スイッチSWは、コンデンサC1とコンデンサC2とを切り替えて二次電池Bの正極Bpに接続する切替手段として機能する。
The switch SW is a switch that can switch the connection from the terminal c on one side to any one of the terminals a and b on the other side. The terminal c of the switch SW is connected to the positive electrode Bp of the secondary battery B, the terminal a is connected to one side of the capacitor C1 and the + input terminal of the
コンデンサC1は、一方側がスイッチSWの端子aに接続され、他方側が接地されている小容量のコンデンサである。コンデンサC1は、後述するように、スイッチSWが端子a側に切り替えられているときに、二次電池Bの正極Bpと電気的に接続され、コンデンサC1の電位を二次電池Bpの両端電圧を等しくすることができる。 The capacitor C1 is a small-capacitance capacitor having one side connected to the terminal a of the switch SW and the other side grounded. As will be described later, the capacitor C1 is electrically connected to the positive electrode Bp of the secondary battery B when the switch SW is switched to the terminal a side, and the potential of the capacitor C1 is set to the voltage across the secondary battery Bp. Can be equal.
コンデンサC2は、一方側がスイッチSWの端子bに接続され、他方側が接地されている小容量のコンデンサである。コンデンサC2は、後述するように、スイッチSWが端子b側に切り替えられているときに、二次電池Bの正極Bpと電気的に接続され、コンデンサC2の電位を二次電池Bpの両端電圧を等しくすることができる。 The capacitor C2 is a small-capacitance capacitor having one side connected to the terminal b of the switch SW and the other side grounded. As will be described later, the capacitor C2 is electrically connected to the positive electrode Bp of the secondary battery B when the switch SW is switched to the terminal b side, and the potential of the capacitor C2 is set to the voltage across the secondary battery Bp. Can be equal.
二次電池Bの両端電圧Vは、上述したように、セル電圧Veと電圧降下Vrとの和であり、電流(充電電流)が変化すると電圧降下Vrも変化する。ここで、異なる充電電流値Ic、Idで充電したときの電圧降下をそれぞれVrc、Vrdとすると、Ic>Idの場合、Vrc>Vrdとなる。そして、電圧降下Vrcのときの二次電池Bの両端電圧値をVc、電圧降下Vrdのときの二次電池Bの両端電圧値をVdとすると、Vc=Ve+Vrc、Vd=Ve+Vrdなので、Vc−Vd=Vrc−Vrdとなり、二次電池Bの両端電圧を差動増幅器23に入力できれば、Vrc−Vrdを得ることができる。
As described above, the voltage V across the secondary battery B is the sum of the cell voltage Ve and the voltage drop Vr. When the current (charge current) changes, the voltage drop Vr also changes. Here, assuming that voltage drops when charging with different charging current values Ic and Id are Vrc and Vrd, respectively, Vrc> Vrd when Ic> Id. When the voltage value across the secondary battery B when the voltage drop Vrc is Vc and the voltage value across the secondary battery B when the voltage drop Vrd is Vd, Vc = Ve + Vrc and Vd = Ve + Vrd, so Vc−Vd. If Vrc−Vrd, and the voltage across the secondary battery B can be input to the
次に、上述した内部抵抗算出動作について、図3のフローチャート及び図4の波形図を参照して説明する。図3に示したフローチャートは主にμCOM30で実行される。なお、フローチャート実行前はスイッチSWは端子bと端子cとが接続されているものとする。
Next, the internal resistance calculation operation described above will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 and the waveform diagram of FIG. The flowchart shown in FIG. 3 is mainly executed by the
まず、ステップS101において、二次電池Bの充電を開始する。本ステップでは、充電手段15に充電開始の制御信号を出力し、充電手段15が二次電池Bに対して充電を開始する。それとともに、ステップS102において、スイッチSWを端子aと端子cとが接続されるように切り替える(図4の時刻t1)。このとき、二次電池Bには充電電流が流れ、二次電池Bの両端電圧は起電力によって生じる電圧値Veから内部抵抗rに電流が流れることにより生じる電圧降下Vrが加算された電位近傍まで上昇する。
First, in step S101, charging of the secondary battery B is started. In this step, a charging start control signal is output to the charging
次に、ステップS103において、電圧測定手段22が検出する二次電池Bの両端電圧値Vが第1電圧値としての予め定めた閾値電圧Vthとなったか否かを判断し、閾値電圧Vthでない場合(Noの場合)は本ステップで待機し、閾値電圧となった場合(Yesの場合)はステップS104において、電流測定手段21が検出した充電電流値を取得する。なお、この閾値電圧Vthは特定の値に限らず±X%程度の範囲を持った値としてもよい。このX%は、取得したい内部抵抗値とSOCの関係で、どの程度SOCがずれていてもよいかといった観点で任意に決定すればよい。一般的には±5%程度であれば、検出される抵抗値に大きな差は発生しない。このときに取得された充電電流値をIcとする。即ち、充電電流値Icが第1電流値となる。そして、ステップS105において、スイッチSWを端子bと端子cとが接続されるように切り替える(図4の時刻t2)。 Next, in step S103, it is determined whether or not the voltage value V across the secondary battery B detected by the voltage measuring means 22 has reached a predetermined threshold voltage Vth as the first voltage value. In the case of (No), the process stands by in this step. When the threshold voltage is reached (in the case of Yes), the charging current value detected by the current measuring means 21 is acquired in Step S104. The threshold voltage Vth is not limited to a specific value, and may be a value having a range of about ± X%. This X% may be arbitrarily determined from the viewpoint of how much the SOC may be shifted depending on the relationship between the internal resistance value to be acquired and the SOC. In general, a large difference does not occur in the detected resistance value if it is about ± 5%. Let the charging current value acquired at this time be Ic. That is, the charging current value Ic becomes the first current value. In step S105, the switch SW is switched so that the terminals b and c are connected (time t2 in FIG. 4).
次に、ステップS106において、ステップS105でスイッチSWを切り替えてから所定時間以上経過したか否かを判断し、経過した場合(Yesの場合)はステップS102に戻り、経過しない場合(Noの場合)はステップS107において、充電電流が所定電流値以上減少したか否かを判断し、減少しない場合(Noの場合)はステップS106に戻り、減少した場合(Yesの場合)はステップS108に進む(図4の時刻t3)。なお、このときは充電電流が減少するので二次電池Bの両端電圧値も下降する。 Next, in step S106, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the switch SW was switched in step S105. If it has elapsed (in the case of Yes), the process returns to step S102, and if it has not elapsed (in the case of No). In Step S107, it is determined whether or not the charging current has decreased by a predetermined current value or more. If not (No), the process returns to Step S106, and if it has decreased (Yes), the process proceeds to Step S108 (FIG. 4 at time t3). At this time, since the charging current decreases, the voltage value across the secondary battery B also decreases.
所定時間は、コンデンサC1、C2と差動増幅器23との精度及び最終的に算出される内部抵抗値Rの要求精度により決定される。一般にコンデンサの漏れ電流や差動増幅器の入力インピーダンスによりコンデンサに蓄えられた電荷が放電されてしまう。これによりコンデンサの電位が変化し、差動増幅器が影響を受け最終的に算出される内部抵抗値Rの絶対精度が低下する。従って、所定時間は、精度を望まない場合はVcがVdを下回らない程度、精度を重視する場合は電池の応答速度より少し遅いくらいが理想的である。
The predetermined time is determined by the accuracy of the capacitors C1 and C2 and the
所定電流値も、所定時間と同様に最終的に算出される内部抵抗値Rの要求精度により決定される。使用する電流測定手段21の検出分解能により、それより少ない変化を要求することができないからである。従って、所定電流値は、精度を望まない場合は電流検出手段21の1分解能以上の変化が得られたとき、精度を重視する場合は上記分解能が無視できるくらい電流変化が得られたときが理想的である。但し、所定電流値を大きくとると所定時間が長くなるため、それらのバランスを考慮して決定することが望ましい。
The predetermined current value is also determined by the required accuracy of the internal resistance value R finally calculated in the same manner as the predetermined time. This is because a smaller change cannot be required due to the detection resolution of the current measuring means 21 to be used. Therefore, the predetermined current value is ideal when a change of 1 resolution or more of the current detecting
次に、ステップS108において、ステップS107で充電電流の減少を検出してからコンデンサC2の充電時間が経過したか否かを判断し、経過していない場合は本ステップで待機し、経過した場合はステップS109において、電流測定手段21が検出する充電電流値を取得する。充電時間とは、コンデンサC2の電圧が二次電池Bの両端電圧と等しくなるまでの時間であり、コンデンサC2の容量等により予め定められる値である。このときに取得された充電電流値をIdとする(図4の時刻t4)。即ち、充電電流値Idが第2電流値となる。 Next, in step S108, it is determined whether or not the charging time of the capacitor C2 has elapsed since the decrease in charging current was detected in step S107. If not, the process waits in this step. In step S109, the charging current value detected by the current measuring means 21 is acquired. The charging time is a time until the voltage of the capacitor C2 becomes equal to the voltage across the secondary battery B, and is a value determined in advance by the capacity of the capacitor C2 and the like. The charging current value acquired at this time is defined as Id (time t4 in FIG. 4). That is, the charging current value Id becomes the second current value.
次に、ステップS110において、差動増幅器23から第3A/D26を介した出力を取得する。即ち、差分値を算出する。ステップS105でスイッチSWを切り替えた時点でコンデンサC1には、充電電流Ic測定時における二次電池Bの両端電圧値であるVc(=Vth)が保持され、ステップS109の時点でコンデンサC2には、コンデンサC2の充電時間経過後の充電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧値であるVdが保持されている。即ち、コンデンサC1が第1電圧保持手段となり、両端電圧値Vdが第2電圧値、コンデンサC2が第2電圧保持手段(第2電圧取得手段)となる。従って、ステップS110で差動増幅器23の出力を取得することで充電電流Ic測定時と充電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧の差分値(Vm=(Vc−Vd)×Av)を算出することができる。
Next, in step S110, the output from the
そして、ステップS111において、ステップS104、S109で取得した充電電流Ic、Idと、ステップS110で算出(取得)した差分値Vmと、に基づいて内部抵抗値を算出する。即ち、内部抵抗値R=(Vc−Vd)/(Ic−Id)=Vm/(Ic−Id)として算出される。勿論、この算出時には、差動増幅器23の増幅率Avを考慮する。
In step S111, an internal resistance value is calculated based on the charging currents Ic and Id acquired in steps S104 and S109 and the difference value Vm calculated (acquired) in step S110. That is, the internal resistance value R = (Vc−Vd) / (Ic−Id) = Vm / (Ic−Id). Of course, the amplification factor Av of the
以上の説明した内部抵抗算出装置1によれば、一回目の充電電流Ic測定時の電圧値Vcを予め定めた閾値電圧値Vthとしているので、一定のSOCでの測定が可能となる。SOCと電池端子電圧(両端電圧)には相関関係があることが知られており、一定のSOCで測定することで、SOCによる内部抵抗のばらつきを無くすことができる。また、内部抵抗算出のために充電を一時中断する必要がなく、例えばEVやHEVにおいて二次電池Bの充電が行われれば、内部抵抗の算出タイミングが自然と発生する。
According to the internal
また、差動増幅器23で電圧値Vcと電圧値Vdとの差分を算出でき、その差分値を必要な増幅率Avで増幅できるので、電圧値Vcと電圧値Vdとの差分が微小であっても検出することが可能となる。従って、低ノイズ対策や高分解能のADコンバータ等が不要となる。
Further, the difference between the voltage value Vc and the voltage value Vd can be calculated by the
また、スイッチSWにより切り替えて2つのコンデンサC1、C2に電圧値Vcと電圧値Vdとが保持されるので、二次電池Bのセル電圧の影響を受けずに電圧値Vcと電圧値Vdとを取得することができる。 In addition, since the voltage value Vc and the voltage value Vd are held in the two capacitors C1 and C2 by switching with the switch SW, the voltage value Vc and the voltage value Vd are not affected by the cell voltage of the secondary battery B. Can be acquired.
また、コンデンサC2の充電時間経過後に電圧値Vdとして保持し、そのときの充電電流値Idを測定しているので、コンデンサC2の電位が二次電池Bの両端電圧値と同じ電圧となるまで待機するため、電圧値Vd及び充電電流値Idを精度良く測定することができる。 In addition, since the voltage value Vd is held after the charging time of the capacitor C2 has elapsed and the charging current value Id at that time is measured, it waits until the potential of the capacitor C2 becomes equal to the voltage value across the secondary battery B. Therefore, the voltage value Vd and the charging current value Id can be measured with high accuracy.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態を図5及び図6を参照して説明する。なお、前述した第1の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態は、概略構成は図1と同様であるが、内部抵抗の算出方法が第1の実施形態と異なる。本実施形態では、異なる充電電流値Ic、Idで充電したときの電圧降下をそれぞれVrc、Vrdとすると、Ic<Idの場合、Vrc<Vrdとなる。ここで、電圧降下Vrcのときの二次電池Bの両端電圧値をVc、電圧降下Vrdのときの二次電池Bの両端電圧値をVdとすると、Vc=Ve+Vrc、Vd=Ve+Vrdなので、Vd−Vc=Vrd−Vrcとなり、二次電池Bの両端電圧を差動増幅器23に入力できれば、Vrd−Vrcを得ることができる。
This embodiment has the same general configuration as that of FIG. 1, but the calculation method of the internal resistance is different from that of the first embodiment. In the present embodiment, assuming that voltage drops when charging with different charging current values Ic and Id are Vrc and Vrd, respectively, Vrc <Vrd when Ic <Id. Here, assuming that the voltage value across the secondary battery B when the voltage drop Vrc is Vc and the voltage value across the secondary battery B when the voltage drop Vrd is Vd, Vd = Ve + Vrc and Vd = Ve + Vrd, so Vd− If Vc = Vrd−Vrc and the voltage across the secondary battery B can be input to the
次に、上述した内部抵抗算出動作について、図5のフローチャート及び図6の波形図を参照して説明する。図5に示したフローチャートは主にμCOM30で実行される。フローチャート実行前はスイッチSWは端子aと端子cとが接続されているものとする。
Next, the internal resistance calculation operation described above will be described with reference to the flowchart of FIG. 5 and the waveform diagram of FIG. The flowchart shown in FIG. 5 is mainly executed by the
まず、ステップS201において、二次電池Bの充電を開始する。本ステップでは、充電手段15に充電開始の制御信号を出力し、充電手段15が二次電池Bに対して充電を開始する。それとともに、ステップS202において、スイッチSWを端子bと端子cとが接続されるように切り替える(図6の時刻t1)。このとき、二次電池Bには充電電流が流れ、二次電池Bの両端電圧は起電力によって生じる電圧値Veから内部抵抗rに電流が流れることにより生じる電圧降下Vrが加算された電位近傍まで上昇する。
First, in step S201, charging of the secondary battery B is started. In this step, a charging start control signal is output to the charging
次に、ステップS203において、電圧測定手段22が検出する二次電池Bの両端電圧値Vが予め定めた閾値電圧Vthとなったか否かを判断し、閾値電圧Vthでない場合(Noの場合)は本ステップで待機し、閾値電圧となった場合(Yesの場合)はステップS204において、電流測定手段21が検出する充電電流値を取得する。なお、この閾値電圧Vthは特定の値に限らず±X%程度の範囲を持った値としてもよい。このときに取得された充電電流値をIcとする。そして、ステップS205において、スイッチSWを端子aと端子cとが接続されるように切り替える(図6の時刻t2)。 Next, in step S203, it is determined whether or not the voltage value V across the secondary battery B detected by the voltage measuring means 22 has reached a predetermined threshold voltage Vth. In this step, when the threshold voltage is reached (Yes), the charging current value detected by the current measuring means 21 is acquired in step S204. The threshold voltage Vth is not limited to a specific value, and may be a value having a range of about ± X%. Let the charging current value acquired at this time be Ic. In step S205, the switch SW is switched so that the terminals a and c are connected (time t2 in FIG. 6).
次に、ステップS206において、ステップS205でスイッチSWを切り替えてから所定時間以上経過したか否かを判断し、経過した場合(Yesの場合)はステップS202に戻り、経過しない場合(Noの場合)はステップS207において、充電電流が所定電流値以上増加したか否かを判断し、増加しない場合(Noの場合)はステップS206に戻り、増加した場合(Yesの場合)はステップS208に進む(図6の時刻t3)。なお、このときは充電電流が増加するので二次電池Bの両端電圧値も上昇する。 Next, in step S206, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the switch SW was switched in step S205. If it has elapsed (in the case of Yes), the process returns to step S202, and if it has not elapsed (in the case of No). In step S207, it is determined whether or not the charging current has increased by a predetermined current value or more. If not increased (in the case of No), the process returns to step S206, and if increased (in the case of Yes), the process proceeds to step S208 (FIG. 6 at time t3). At this time, since the charging current increases, the voltage across the secondary battery B also increases.
次に、ステップS208において、ステップS207で充電電流の増加を検出してからコンデンサC1の充電時間が経過したか否かを判断し、経過していない場合は本ステップで待機し、経過した場合はステップS209において、電流測定手段21が検出する充電電流値を取得する。充電時間とは、コンデンサC1の電圧が二次電池Bの両端電圧と等しくなるまでの時間であり、コンデンサC1の容量等により予め定められる値である。このときに取得された充電電流値をIdとする(図6の時刻t4)。 Next, in step S208, it is determined whether or not the charging time of the capacitor C1 has elapsed since the increase in the charging current was detected in step S207. If not, the process waits in this step. In step S209, the charging current value detected by the current measuring means 21 is acquired. The charging time is the time until the voltage of the capacitor C1 becomes equal to the voltage across the secondary battery B, and is a value determined in advance by the capacity of the capacitor C1 and the like. Let the charging current value acquired at this time be Id (time t4 in FIG. 6).
次に、ステップS210において、差動増幅器23から第3A/D26を介した出力を取得する。即ち、差分値を算出する。ステップS205でスイッチSWを切り替えた時点でコンデンサC2には、充電電流Ic測定時における二次電池Bの両端電圧値であるVc(=Vth)が保持され、ステップS209の時点でコンデンサC1には、充電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧値であるVdが保持されている。従って、ステップS210で差動増幅器23の出力を取得することで充電電流Ic測定時と充電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧の差分値(Vm=(Vd−Vc)×Av)を算出することができる。
Next, in step S210, the output from the
そして、ステップS211において、ステップS204、S209で取得した充電電流Ic、Idと、ステップS210で算出(取得)した差分値Vmと、に基づいて内部抵抗値を算出する。即ち、内部抵抗値R=(Vd−Vc)/(Id−Ic)=Vm/(Id−Ic)として算出される。勿論、この算出時には、差動増幅器23の増幅率Avを考慮する。
In step S211, the internal resistance value is calculated based on the charging currents Ic and Id acquired in steps S204 and S209 and the difference value Vm calculated (acquired) in step S210. That is, the internal resistance value R = (Vd−Vc) / (Id−Ic) = Vm / (Id−Ic). Of course, the amplification factor Av of the
本実施形態によれば、一回目の充電電流Ic測定時の電圧値Vcを予め定めた閾値電圧値Vthとしているので、一定のSOCでの測定が可能となる。また、内部抵抗算出のために充電を一時中断する必要がなく、例えばEVやHEVにおいて二次電池Bの充電が行われれば、内部抵抗の算出タイミングが自然と発生する。 According to the present embodiment, since the voltage value Vc at the time of the first charge current Ic measurement is set to the predetermined threshold voltage value Vth, measurement with a constant SOC is possible. Further, it is not necessary to temporarily stop charging for calculating the internal resistance. For example, if the secondary battery B is charged in EV or HEV, the calculation timing of the internal resistance occurs naturally.
(第3実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態を図7乃至図10を参照して説明する。なお、前述した第1、第2の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those in the first and second embodiments described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図7に示した本実施形態の内部抵抗算出装置1Aは、図1に示した内部抵抗算出装置1に対して充電手段15が放電手段15Aとなっている点が異なる。放電手段15A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。放電手段15Aは、後述するμCOM30によって制御されることにより、二次電池Bを所定の放電電流により放電させる。即ち、放電手段は、二次電池Bを放電する充放電手段として機能する。
The internal
二次電池Bは、図8に示すように、両電極(正極Bp及び負極Bn)間に電圧Vを生じる。二次電池Bに対して電流Iで放電を行うとき、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(セル電圧)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(電圧降下)Vrとの差となる(V=Ve−Vr)。従って、電流Iが変化すると電圧降下Vrも変化する(Vr=R×I、Rは内部抵抗値)。 As shown in FIG. 8, the secondary battery B generates a voltage V between both electrodes (positive electrode Bp and negative electrode Bn). When the secondary battery B is discharged with the current I, the voltage V is a voltage value (cell voltage) Ve generated by the electromotive force of the electromotive force unit e and a voltage value (voltage drop) generated by the current flowing through the internal resistance r. ) Vr (V = Ve−Vr). Therefore, when the current I changes, the voltage drop Vr also changes (Vr = R × I, where R is an internal resistance value).
異なる放電電流値Ic、Idで放電したときの電圧降下をそれぞれVrc、Vrdとすると、Ic>Idの場合、Vrc>Vrdとなる。ここで、電圧降下Vrcのときの二次電池Bの両端電圧値をVc、電圧降下Vrdのときの二次電池Bの両端電圧値をVdとすると、Vc=Ve−Vrc、Vd=Ve−Vrdなので、Vd−Vc=Vrc−Vrdとなり、二次電池Bの両端電圧を差動増幅器23に入力できれば、Vrc−Vrdを得ることができる。
Assuming that the voltage drops when discharging at different discharge current values Ic and Id are Vrc and Vrd, respectively, Vrc> Vrd when Ic> Id. Here, assuming that the voltage value across the secondary battery B when the voltage drop Vrc is Vc and the voltage value across the secondary battery B when the voltage drop Vrd is Vd, Vc = Ve−Vrc, Vd = Ve−Vrd Therefore, if Vd−Vc = Vrc−Vrd and the voltage across the secondary battery B can be input to the
次に、上述した内部抵抗算出動作について、図9のフローチャート及び図10の波形図を参照して説明する。図9に示したフローチャートは主にμCOM30で実行される。フローチャート実行前はスイッチSWは端子aと端子cとが接続されているものとする。
Next, the above-described internal resistance calculation operation will be described with reference to the flowchart of FIG. 9 and the waveform diagram of FIG. The flowchart shown in FIG. 9 is mainly executed by the
まず、ステップS301において、二次電池Bの放電を開始する。本ステップでは、放電手段15Aに放電開始の制御信号を出力し、放電手段15Aが二次電池Bに対して放電を開始する。それとともに、ステップS302において、スイッチSWを端子bと端子cとが接続されるように切り替える(図10の時刻t1)。このとき、二次電池Bには放電電流が流れ、二次電池Bの両端電圧は起電力によって生じる電圧値Veから内部抵抗rに電流が流れることにより生じる電圧降下Vrが減算された電位近傍まで下降する。 First, in step S301, discharging of the secondary battery B is started. In this step, a discharge start control signal is output to the discharge means 15A, and the discharge means 15A starts discharging the secondary battery B. At the same time, in step S302, the switch SW is switched so that the terminals b and c are connected (time t1 in FIG. 10). At this time, a discharge current flows through the secondary battery B, and the voltage across the secondary battery B reaches the vicinity of the potential obtained by subtracting the voltage drop Vr generated by the current flowing through the internal resistance r from the voltage value Ve generated by the electromotive force. Descend.
次に、ステップS303において、電圧測定手段22が検出する二次電池Bの両端電圧値Vが予め定めた閾値電圧Vthとなったか否かを判断し、閾値電圧Vthでない場合(Noの場合)は本ステップで待機し、閾値電圧となった場合(Yesの場合)はステップS304において、電流測定手段21が検出する放電電流値を取得する。なお、この閾値電圧Vthは特定の値に限らず±X%程度の範囲を持った値としてもよい。このときに取得された放電電流値をIcとする。そして、ステップS305において、スイッチSWを端子aと端子cとが接続されるように切り替える(図10の時刻t2)。
Next, in step S303, it is determined whether or not the voltage value V between both ends of the secondary battery B detected by the
次に、ステップS306において、ステップS305でスイッチSWを切り替えてから所定時間以上経過したか否かを判断し、経過した場合(Yesの場合)はステップS302に戻り、経過しない場合(Noの場合)はステップS307において、放電電流が所定電流値以上減少したか否かを判断し、減少しない場合(Noの場合)はステップS306に戻り、減少した場合(Yesの場合)はステップS308に進む(図10の時刻t3)。なお、このときは放電電流が減少するので二次電池Bの両端電圧値が上昇する。 Next, in step S306, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the switch SW was switched in step S305. If it has elapsed (in the case of Yes), the process returns to step S302, and if it has not elapsed (in the case of No). In Step S307, it is determined whether or not the discharge current has decreased by a predetermined current value or more. If not (No), the process returns to Step S306, and if it has decreased (Yes), the process proceeds to Step S308 (FIG. 10 time t3). At this time, since the discharge current decreases, the voltage value across the secondary battery B increases.
次に、ステップS308において、ステップS307で放電電流の減少を検出してからコンデンサC1の充電時間が経過したか否かを判断し、経過していない場合は本ステップで待機し、経過した場合はステップS309において、電流測定手段21が検出する放電電流値を取得する。充電時間とは、コンデンサC1の電圧が二次電池Bの両端電圧と等しくなるまでの時間であり、コンデンサC1の容量等により予め定められる値である。このときに取得された放電電流値をIdとする(図10の時刻t4)。 Next, in step S308, it is determined whether or not the charging time of the capacitor C1 has elapsed since the decrease in the discharge current was detected in step S307. If not, the process waits in this step. In step S309, the discharge current value detected by the current measuring means 21 is acquired. The charging time is the time until the voltage of the capacitor C1 becomes equal to the voltage across the secondary battery B, and is a value determined in advance by the capacity of the capacitor C1 and the like. Let the discharge current value acquired at this time be Id (time t4 in FIG. 10).
次に、ステップS310において、差動増幅器23から第3A/D26を介した出力を取得する。即ち、差分値を算出する。ステップS305でスイッチSWを切り替えた時点でコンデンサC2には、放電電流Ic測定時における二次電池Bの両端電圧値であるVc(=Vth)が保持され、ステップS309の時点でコンデンサC1には、放電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧値であるVdが保持されている。従って、ステップS310で差動増幅器23の出力を取得することで放電電流Ic測定時と放電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧の差分値(Vm=(Vd−Vc)×Av)を算出することができる。
Next, in step S310, the output from the
そして、ステップS311において、ステップS304、S309で取得した放電電流Ic、Idと、ステップS310で算出(取得)した差分値Vmと、に基づいて内部抵抗値を算出する。即ち、内部抵抗値R=(Vd−Vc)/(Id−Ic)=Vm/(Id−Ic)として算出される。勿論、この算出時には、差動増幅器23の増幅率Avを考慮する。
In step S311, the internal resistance value is calculated based on the discharge currents Ic and Id acquired in steps S304 and S309 and the difference value Vm calculated (acquired) in step S310. That is, the internal resistance value R = (Vd−Vc) / (Id−Ic) = Vm / (Id−Ic). Of course, the amplification factor Av of the
本実施形態によれば、一回目の放電電流Ic測定時の電圧値Vcを予め定めた閾値電圧値Vthとしているので、一定のSOCでの測定が可能となる。また、内部抵抗算出のために放電を一時中断する必要がなく、例えばEVやHEVにおいて二次電池Bの放電が行われれば、内部抵抗の算出タイミングが自然と発生する。 According to this embodiment, since the voltage value Vc at the time of the first discharge current Ic measurement is set to the predetermined threshold voltage value Vth, measurement at a constant SOC is possible. Further, there is no need to temporarily stop the discharge for calculating the internal resistance. For example, if the secondary battery B is discharged in the EV or HEV, the calculation timing of the internal resistance naturally occurs.
(第4実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態を図11及び図12を参照して説明する。なお、前述した第1〜第3の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the 1st-3rd embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted.
本実施形態は、概略構成は図7と同様であるが、内部抵抗の算出方法が第3の実施形態と異なる。本実施形態では、異なる放電電流値Ic、Idで放電したときの電圧降下をそれぞれVrc、Vrdとすると、Ic<Idの場合、Vrc<Vrdとなる。ここで、電圧降下Vrcのときの二次電池Bの両端電圧値をVc、電圧降下Vrdのときの二次電池Bの両端電圧値をVdとすると、Vc=Ve−Vrc、Vd=Ve−Vrdなので、Vc−Vd=Vrd−Vrcとなり、二次電池Bの両端電圧を差動増幅器23に入力できれば、Vrd−Vrcを得ることができる。
This embodiment has the same general configuration as that of FIG. 7, but the calculation method of the internal resistance is different from that of the third embodiment. In this embodiment, assuming that the voltage drops when discharging with different discharge current values Ic and Id are Vrc and Vrd, respectively, Vrc <Vrd when Ic <Id. Here, assuming that the voltage value across the secondary battery B when the voltage drop Vrc is Vc and the voltage value across the secondary battery B when the voltage drop Vrd is Vd, Vc = Ve−Vrc, Vd = Ve−Vrd Therefore, if Vc−Vd = Vrd−Vrc and the voltage across the secondary battery B can be input to the
次に、上述した内部抵抗算出動作について、図11のフローチャート及び図12の波形図を参照して説明する。図11に示したフローチャートは主にμCOM30で実行される。フローチャート実行前はスイッチSWは端子bと端子cとが接続されているものとする。
Next, the internal resistance calculation operation described above will be described with reference to the flowchart of FIG. 11 and the waveform diagram of FIG. The flowchart shown in FIG. 11 is mainly executed by the
まず、ステップS401において、二次電池Bの放電を開始する。本ステップでは、放電手段15Aに放電開始の制御信号を出力し、放電手段15Aが二次電池Bに対して放電を開始する。それとともに、ステップS402において、スイッチSWを端子aと端子cとが接続されるように切り替える(図12の時刻t1)。このとき、二次電池Bには放電電流が流れ、二次電池Bの両端電圧は起電力によって生じる電圧値Veから内部抵抗rに電流が流れることにより生じる電圧降下Vrが減算された電位近傍まで下降する。 First, in step S401, the secondary battery B starts to be discharged. In this step, a discharge start control signal is output to the discharge means 15A, and the discharge means 15A starts discharging the secondary battery B. At the same time, in step S402, the switch SW is switched so that the terminals a and c are connected (time t1 in FIG. 12). At this time, a discharge current flows through the secondary battery B, and the voltage across the secondary battery B reaches the vicinity of the potential obtained by subtracting the voltage drop Vr generated by the current flowing through the internal resistance r from the voltage value Ve generated by the electromotive force. Descend.
次に、ステップS403において、電圧測定手段22が検出する二次電池Bの両端電圧値Vが予め定めた閾値電圧Vthとなったか否かを判断し、閾値電圧Vthでない場合(Noの場合)は本ステップで待機し、閾値電圧となった場合(Yesの場合)はステップS404において、電流測定手段21が検出する放電電流値を取得する。なお、この閾値電圧Vthは特定の値に限らず±X%程度の範囲を持った値としてもよい。このときに取得された放電電流値をIcとする。そして、ステップS405において、スイッチSWを端子bと端子cとが接続されるように切り替える(図12の時刻t2)。
Next, in step S403, it is determined whether or not the voltage value V across the secondary battery B detected by the
次に、ステップS406において、ステップS405でスイッチSWを切り替えてから所定時間以上経過したか否かを判断し、経過した場合(Yesの場合)はステップS402に戻り、経過しない場合(Noの場合)はステップS407において、放電電流が所定電流値以上増加したか否かを判断し、増加しない場合(Noの場合)はステップS406に戻り、増加した場合(Yesの場合)はステップS408に進む(図12の時刻t3)。なお、このときは放電電流が増加するので二次電池Bの両端電圧値が下降する。 Next, in step S406, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the switch SW was switched in step S405. If it has elapsed (in the case of Yes), the process returns to step S402, and if it has not elapsed (in the case of No). In step S407, it is determined whether or not the discharge current has increased by a predetermined current value or more. If not increased (in the case of No), the process returns to step S406, and if increased (in the case of Yes), the process proceeds to step S408 (see FIG. 12 time t3). At this time, since the discharge current increases, the voltage value across the secondary battery B decreases.
次に、ステップS408において、ステップS407で放電電流の増加を検出してからコンデンサC2の充電時間が経過したか否かを判断し、経過していない場合は本ステップで待機し、経過した場合はステップS409において、電流測定手段21が検出する放電電流値を取得する。充電時間とは、コンデンサC2の電圧が二次電池Bの両端電圧と等しくなるまでの時間であり、コンデンサC2の容量等により予め定められる値である。このときに取得された放電電流値をIdとする(図12の時刻t4)。 Next, in step S408, it is determined whether or not the charging time of the capacitor C2 has elapsed since the increase in discharge current was detected in step S407. If not, the process waits in this step. In step S409, the discharge current value detected by the current measuring means 21 is acquired. The charging time is a time until the voltage of the capacitor C2 becomes equal to the voltage across the secondary battery B, and is a value determined in advance by the capacity of the capacitor C2 and the like. Let the discharge current value acquired at this time be Id (time t4 in FIG. 12).
次に、ステップS410において、差動増幅器23から第3A/D26を介した出力を取得する。即ち、差分値を算出する。ステップS405でスイッチSWを切り替えた時点でコンデンサC1には、放電電流Ic測定時における二次電池Bの両端電圧値であるVc(=Vth)が保持され、ステップS409の時点でコンデンサC2には、放電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧値であるVdが保持されている。従って、ステップS410で差動増幅器23の出力を取得することで放電電流Ic測定時と放電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧の差分値(Vm=(Vc−Vd)×Av)を算出することができる。
Next, in step S410, the output from the
そして、ステップS411において、ステップS404、S409で取得した放電電流Ic、Idと、ステップS410で算出(取得)した差分値Vmと、に基づいて内部抵抗値を算出する。即ち、内部抵抗値R=(Vc−Vd)/(Id−Ic)=Vm/(Id−Ic)として算出される。勿論、この算出時には、差動増幅器23の増幅率Avを考慮する。
In step S411, the internal resistance value is calculated based on the discharge currents Ic and Id acquired in steps S404 and S409 and the difference value Vm calculated (acquired) in step S410. That is, the internal resistance value R = (Vc−Vd) / (Id−Ic) = Vm / (Id−Ic). Of course, the amplification factor Av of the
本実施形態によれば、一回目の放電電流Ic測定時の電圧値Vcを予め定めた閾値電圧値Vthとしているので、一定のSOCでの測定が可能となる。また、内部抵抗算出のために放電を一時中断する必要がなく、EVやHEVにおいて二次電池Bの放電が行われれば、内部抵抗の算出タイミングが自然と発生する。 According to this embodiment, since the voltage value Vc at the time of the first discharge current Ic measurement is set to the predetermined threshold voltage value Vth, measurement at a constant SOC is possible. Moreover, there is no need to temporarily stop the discharge for calculating the internal resistance, and if the secondary battery B is discharged in the EV or HEV, the internal resistance calculation timing naturally occurs.
なお、上述した第1〜第4の実施形態では、充電(放電)電流Ic測定時における二次電池Bの両端電圧値Vcと充電(放電)電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧値VdをコンデンサC1又はC2に保持していたが、Vdを保持するコンデンサは必ずしも設けなくてもよい。Vdを保持するコンデンサを設けない場合は、一定時間経過後にスイッチSWを当該コンデンサが設けられていない差動増幅器23の入力端子に二次電池Bの両端電圧値が入力されるように切り替え、さらに一定時間経過した時点の二次電池Bの両端電圧値をVdとして差分値Vmを算出すればよい。
In the first to fourth embodiments described above, the both-end voltage value Vc of the secondary battery B when measuring the charging (discharging) current Ic and the both-end voltage value of the secondary battery B when measuring the charging (discharging) current Id. Although Vd is held in the capacitor C1 or C2, a capacitor that holds Vd is not necessarily provided. If a capacitor for holding Vd is not provided, the switch SW is switched so that the voltage value across the secondary battery B is input to the input terminal of the
(第5実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態を図13乃至図15を参照して説明する。なお、前述した第1〜第4の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the 1st-4th embodiment mentioned above, and description is abbreviate | omitted.
本実施形態は、第1〜第4の実施形態を組み合わせたものであり、充電時、放電時のいずれの場合、また、電流の増加時、減少時のいずれの場合でも内部抵抗を算出することができるものである。 This embodiment is a combination of the first to fourth embodiments, and calculates the internal resistance in either case of charging or discharging, or in the case of increasing or decreasing current. It is something that can be done.
図13に本実施形態にかかる内部抵抗算出装置1Bの概略構成を示す。内部抵抗算出装置1Bは、充放電手段15Bと、電流測定手段21と、電圧測定手段22と、差動増幅器23a、23bと、第1アナログ−デジタル変換器24と、第2アナログ−デジタル変換器25と、第3アナログ−デジタル変換器26aと、第4アナログ−デジタル変換器26bと、μCOM30と、スイッチSWと、コンデンサC1、C2と、を有している。
FIG. 13 shows a schematic configuration of the internal resistance calculation device 1B according to the present embodiment. The internal resistance calculation device 1B includes a charging / discharging
図13に示した構成のうち、電流測定手段21と、電圧測定手段22と、第1アナログ−デジタル変換器24と、第2アナログ−デジタル変換器25と、μCOM30と、スイッチSWと、コンデンサC1、C2と、は図1や図7と同様である。
In the configuration shown in FIG. 13, the current measuring means 21, the voltage measuring means 22, the first analog-
充放電手段15Bは、充電手段15の機能と放電手段15Aの機能とを併せ持つ。即ち、充放電手段15Bは、二次電池を充電又は放電する。
The charging / discharging
本実施形態では、差動増幅器が2つ設けられている(23a、23b)が機能としては上述した実施形態と同様に、コンデンサC1に保持された二次電池Bの両端電圧値と、コンデンサC2に保持された二次電池Bの両端電圧値と、の差を算出し、増幅率Avで増幅して出力する。 In the present embodiment, two differential amplifiers (23a, 23b) are provided as functions, as in the above-described embodiment, and both end voltage values of the secondary battery B held in the capacitor C1 and the capacitor C2 The difference between the voltage values of both ends of the secondary battery B held in the battery is calculated, amplified by the amplification factor Av, and output.
差動増幅器23aは、+入力端子とスイッチSWのa端子とコンデンサC1の一方側が接続され、−入力端子とスイッチSWのb端子とコンデンサC2の一方側が接続されている。差動増幅器23bは、+入力端子とスイッチSWのb端子とコンデンサC2の一方側が接続され、−入力端子とスイッチSWのa端子とコンデンサC1の一方側が接続されている。
In the
第3アナログ−デジタル変換器26a(以下、「第3A/D26a」という)は、差動増幅器23aから出力された差分信号を量子化して、当該差分信号に対応するデジタル値を示す信号を出力する。
The third analog-
第4アナログ−デジタル変換器26b(以下、「第3A/D26b」という)は、差動増幅器23bから出力された差分信号を量子化して、当該差分信号に対応するデジタル値を示す信号を出力する。
The fourth analog-
次に、上述した構成の内部抵抗算出装置1Bの内部抵抗算出動作について、図14のフローチャート及び図15の波形図を参照して説明する。図14に示したフローチャートは主にμCOM30で実行される。図14は充電時の動作を示したフローチャートである。なお、フローチャート実行前はスイッチSWは端子aと端子cとが接続されているものとする。
Next, the internal resistance calculation operation of the internal resistance calculation apparatus 1B having the above-described configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. 14 and the waveform diagram of FIG. The flowchart shown in FIG. 14 is mainly executed by the
まず、ステップS501において、二次電池Bの充電を開始する。本ステップでは、充放電手段15Bに充電開始の制御信号を出力し、充放電手段15Bが二次電池Bに対して充電を開始する。それとともに、ステップS502において、スイッチSWを端子aと端子cとが接続されるように切り替える(図15(a)、(b)の時刻t1)。このとき、二次電池Bには充電電流が流れ、二次電池Bの両端電圧は起電力によって生じる電圧値Veから内部抵抗rに電流が流れることにより生じる電圧降下Vrが加算された電位近傍まで上昇する。
First, in step S501, charging of the secondary battery B is started. In this step, a charging start control signal is output to the charging / discharging
次に、ステップS503において、電圧測定手段22が検出する二次電池Bの両端電圧値Vが予め定めた閾値電圧Vthとなったか否かを判断し、閾値電圧Vthでない場合(Noの場合)は本ステップで待機し、閾値電圧となった場合(Yesの場合)はステップS504において、電流測定手段21が検出する充電電流値を取得する。なお、この閾値電圧Vthは特定の値に限らず±X%程度の範囲を持った値としてもよい。このときに取得された充電電流値をIcとする。そして、ステップS505において、スイッチSWを端子bと端子cとが接続されるように切り替える(図15(a)、(b)の時刻t2)。
Next, in step S503, it is determined whether or not the voltage value V between both ends of the secondary battery B detected by the
次に、ステップS506において、ステップS505でスイッチSWを切り替えてから所定時間以上経過したか否かを判断し、経過した場合(Yesの場合)はステップS502に戻り、経過しない場合(Noの場合)はステップS507において、充電電流が所定電流値以上変化したか否かを判断し、変化しない場合(Noの場合)はステップS506に戻り、変化した場合(Yesの場合)はステップS108に進む。なお、このとき充電電流が減少するように変化した場合は二次電池Bの両端電圧値が下降し(図15(a)の時刻t3)、充電電流が増加するように変化した場合は二次電池Bの両端電圧値が上昇する(図15(b)の時刻t3)。 Next, in step S506, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the switch SW was switched in step S505. If it has elapsed (in the case of Yes), the process returns to step S502, and if it has not elapsed (in the case of No). In step S507, it is determined whether or not the charging current has changed by a predetermined current value or more. If not changed (in the case of No), the process returns to step S506, and if changed (in the case of Yes), the process proceeds to step S108. At this time, when the charging current changes so as to decrease, the voltage value across the secondary battery B decreases (time t3 in FIG. 15A), and when the charging current changes so as to increase, the secondary battery B decreases. The voltage value across the battery B rises (time t3 in FIG. 15B).
次に、ステップS508において、ステップS507で充電電流の変化を検出してからコンデンサC2の充電時間が経過したか否かを判断し、経過していない場合は本ステップで待機し、経過した場合はステップS509において、電流測定手段21が検出する充電電流値を取得する。充電時間とは、コンデンサC2の電圧が二次電池Bの両端電圧と等しくなるまでの時間であり、コンデンサC2の容量等により予め定められる値である。このときに取得された充電電流値をIdとする(図15(a)、(b)の時刻t4)。 Next, in step S508, it is determined whether or not the charging time of the capacitor C2 has elapsed since the change in the charging current was detected in step S507. If not, the process waits in this step. In step S509, the charging current value detected by the current measuring means 21 is acquired. The charging time is a time until the voltage of the capacitor C2 becomes equal to the voltage across the secondary battery B, and is a value determined in advance by the capacity of the capacitor C2 and the like. The charging current value acquired at this time is set as Id (time t4 in FIGS. 15A and 15B).
次に、ステップS510において、充電電流Ic>充電電流Idとなるか否かを判断し、Yesの場合はステップS511に進み、NOの場合はステップS513に進む。即ち、本ステップは充電電流の変化が増加か減少かを判断している。 Next, in step S510, it is determined whether or not charging current Ic> charging current Id. If Yes, the process proceeds to step S511, and if NO, the process proceeds to step S513. That is, this step determines whether the change in the charging current is increased or decreased.
次に、ステップS511において、差動増幅器23aから第3A/D26aを介した出力を取得する。即ち、差分値を算出する。ステップS505でスイッチSWを切り替えた時点でコンデンサC1には、充電電流Ic測定時における二次電池Bの両端電圧値であるVc(=Vth)が保持され、ステップS509の時点でコンデンサC2には、充電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧値であるVdが保持されている。差動増幅器23aは、+入力端子にコンデンサC1が接続され、−入力端子にコンデンサC2が接続されているので、差動増幅器23aの出力を取得することで充電電流Ic測定時と充電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧の差分値(Vm=(Vc−Vd)×Av)を算出することができる。
Next, in step S511, an output through the third A /
そして、ステップS512において、ステップS504、S509で取得した充電電流Ic、Idと、ステップS511で算出(取得)した差分値Vmと、に基づいて内部抵抗値を算出する。即ち、内部抵抗値R=(Vc−Vd)/(Ic−Id)=Vm/(Ic−Id)として算出される。勿論、この算出時には、差動増幅器23の増幅率Avを考慮する。
In step S512, the internal resistance value is calculated based on the charging currents Ic and Id acquired in steps S504 and S509 and the difference value Vm calculated (acquired) in step S511. That is, the internal resistance value R = (Vc−Vd) / (Ic−Id) = Vm / (Ic−Id). Of course, the amplification factor Av of the
一方、ステップS513においては、差動増幅器23bから第3A/D26bを介した出力を取得する。即ち、差分値を算出する。差動増幅器23bは、+入力端子にコンデンサC2が接続され、−入力端子にコンデンサC1が接続されているので、差動増幅器23bの出力を取得することで充電電流Ic測定時と充電電流Id測定時における二次電池Bの両端電圧の差分値(Vm=(Vd−Vc)×Av)を算出することができる。
On the other hand, in step S513, an output through the third A /
そして、ステップS514において、ステップS504、S509で取得した充電電流Ic、Idと、ステップS513で算出(取得)した差分値Vmと、に基づいて内部抵抗値を算出する。即ち、内部抵抗値R=(Vd−Vc)/(Id−Ic)=Vm/(Id−Ic)として算出される。勿論、この算出時には、差動増幅器23の増幅率Avを考慮する。
In step S514, the internal resistance value is calculated based on the charging currents Ic and Id acquired in steps S504 and S509 and the difference value Vm calculated (acquired) in step S513. That is, the internal resistance value R = (Vd−Vc) / (Id−Ic) = Vm / (Id−Ic). Of course, the amplification factor Av of the
なお、図14のフローチャートと図15の波形図は、充電時の動作を示したが、放電の場合も同様に二次電池Bの内部抵抗値を測定することができる。即ち、放電電流Ic>放電電流Idの場合は両端電圧値Vc<両端電圧値Vdとなるので差動増幅器23bの値を取得し、放電電流Ic<放電電流Idの場合は両端電圧値Vc>両端電圧値Vdとなるので差動増幅器23aの値を取得すればよい。
Note that the flowchart of FIG. 14 and the waveform diagram of FIG. 15 show the operation at the time of charging, but the internal resistance value of the secondary battery B can be similarly measured in the case of discharging. That is, when the discharge current Ic> the discharge current Id, the voltage value Vc at both ends is less than the voltage value Vd at both ends, so that the value of the
本実施形態によれば、一回目の充電(放電)電流Ic測定時の電圧値Vcを予め定めた閾値電圧値Vthとしているので、一定のSOCでの測定が可能となる。また、内部抵抗算出のために充放電を一時中断する必要がなく、例えばEVやHEVにおいて二次電池Bの充放電が行われれば、内部抵抗の算出タイミングが自然と発生する。 According to the present embodiment, since the voltage value Vc at the time of the first charge (discharge) current Ic measurement is set to the predetermined threshold voltage value Vth, measurement at a constant SOC is possible. Further, it is not necessary to temporarily stop charging / discharging for calculating the internal resistance. For example, if the secondary battery B is charged / discharged in EV or HEV, the calculation timing of the internal resistance occurs naturally.
また、差動増幅器23a、23bを備えているので、充電、放電のいずれの状態、又は電流が増加、減少のいずれの状態でも内部抵抗値の算出をすることができる。
Further, since the
なお、上述した内部抵抗算出装置1が搭載されるEV等の車両は、加速中は電流が増加する。従って、この際に内部抵抗値を計測したい場合は所定時間以内に所定電流値以上増加したときに測定するとよい。また、減速中は電流が減少する。従って、この際に内部抵抗値を計測したい場合は所定時間以内に所定電流値以上減少したときに測定するとよい。また、減速時は回生電流を制御できるため、例えばドライバーが感じないよう油圧ブレーキを協調させて、総減速量は変わらないようにできれば、測定したい電流値(増加、減少とも)を任意に生成することも可能である。
In addition, in vehicles such as EVs on which the above-described internal
また、本発明は、多セル直列接続(複数の二次電池が直列接続)の場合でも適用することができる。その場合は、充電手段や放電手段は全体に対して一系統あればよい。 Further, the present invention can be applied even in the case of multi-cell series connection (a plurality of secondary batteries are connected in series). In that case, the charging means and discharging means need only have one system.
また、多セル直列接続の場合、差動増幅器の後段に設けられるアナログ−デジタル変換器は、例えば8セル毎に1つの割合で設けるようにしてもよい。この場合、スイッチSWと、コンデンサC1、C2と、差動増幅器と、は各セル毎に設け、マルチプレクサ(MUX)で1つのセルを選択するようにすればよい。図16、図17に3セルの場合の例を示す。図16の構成は、第1セルB1、第2セルB2に対応するコンデンサC11、C12、C21、C22の他方側が第3セルB3に対応するコンデンサC31、C32の他方側と同様に接地されている。この場合、負極Bnが接地される第3セルB3以外が選択された差分増幅器出力には他セルの電圧降下分が含まれるため、μCOM30において、他セルの電圧降下分の減算が必要となる。図17の構成は、各セルに対応するコンデンサは、当該セルの負極Bn側に接続されているので、他セルの電圧降下分の減算は不要となる。
Further, in the case of multi-cell serial connection, the analog-digital converter provided in the subsequent stage of the differential amplifier may be provided at a rate of, for example, every 8 cells. In this case, the switch SW, the capacitors C1 and C2, and the differential amplifier may be provided for each cell, and one cell may be selected by a multiplexer (MUX). 16 and 17 show an example in the case of three cells. In the configuration of FIG. 16, the other side of the capacitors C11, C12, C21, and C22 corresponding to the first cell B1 and the second cell B2 is grounded similarly to the other side of the capacitors C31 and C32 corresponding to the third cell B3. . In this case, since the differential amplifier output selected other than the third cell B3 other than the third cell B3 having the negative electrode Bn grounded includes the voltage drop of the other cell, the
或いは、各セルの正極側電位を差動増幅器に接続するスイッチを設け、スイッチ後段のコンデンサC1、C2と、差動増幅器、アナログ−デジタル変換器を1セットだけ設けるようにしてもよい(図18、図19を参照)。図18の構成は、各セルの正極側電位を選択するスイッチSW4を設け、スイッチSW4の後段に、図1等に示したスイッチSWを設けている。また、コンデンサC1、C2の他方側は図1等と同様に接地されている。この場合、負極Bnが接地される第3セルB3以外の差分増幅器出力には他セルの電圧降下分が含まれるため、μCOM30において、他セルの電圧降下分の減算が必要となる。図19の構成は、前記したスイッチSW4に加えて、各セルの負極側電位を選択するスイッチSW5が設けられている。この場合、スイッチSW5によってコンデンサの他方側を切り替えて測定対象セルの負極側に接続されるようにしているので、他セルの電圧降下分の減算は不要となる。
Alternatively, a switch for connecting the positive side potential of each cell to the differential amplifier may be provided, and only one set of capacitors C1 and C2, a differential amplifier, and an analog-to-digital converter may be provided after the switch (FIG. 18). , See FIG. In the configuration of FIG. 18, a switch SW4 for selecting the positive potential of each cell is provided, and the switch SW shown in FIG. The other side of the capacitors C1 and C2 is grounded as in FIG. In this case, since the differential amplifier output other than the third cell B3 whose negative electrode Bn is grounded includes the voltage drop of the other cell, the
なお、図16〜図19は、図1の構成を多セル接続に対応させた構成であるが、勿論図7、図13の構成も図16〜図19と同様の趣旨に基づいて他セル接続に対応させることができる。 16 to 19 are configurations in which the configuration of FIG. 1 is made compatible with multi-cell connection. Of course, the configurations of FIGS. 7 and 13 are also connected to other cells based on the same purpose as in FIGS. It can be made to correspond.
また、本発明は上記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内部抵抗算出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。 The present invention is not limited to the above 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 internal resistance calculation apparatus of the present invention is provided.
1、1A、1B 内部抵抗算出装置
15 充電手段(充放電手段)
15A 放電手段(充放電手段)
15B 充放電手段
21 電流測定手段
22 電圧測定手段
23、23a、23b 差動増幅器(内部抵抗算出手段)
30 μCOM(内部抵抗算出手段)
B 二次電池
C1 コンデンサ(第2電圧取得手段、第1電圧保持手段、第2電圧保持手段)
C2 コンデンサ(第2電圧取得手段、第1電圧保持手段、第2電圧保持手段)
SW スイッチ(切替手段)
R 内部抵抗値
1, 1A, 1B Internal
15A Discharge means (charge / discharge means)
15B Charging / discharging
30 μCOM (Internal resistance calculation means)
B secondary battery C1 capacitor (second voltage acquisition means, first voltage holding means, second voltage holding means)
C2 capacitor (second voltage acquisition means, first voltage holding means, second voltage holding means)
SW switch (switching means)
R Internal resistance value
Claims (4)
前記二次電池を充電又は放電する充放電手段と、
前記二次電池の両端電圧値を測定する電圧測定手段と、
前記充放電手段による充電又は放電開始後、前記電圧測定手段が測定した前記両端電圧値が予め定めた第1電圧値を保持する第1電圧保持手段と、
前記両端電圧値が前記第1電圧値となった後、前記充放電手段による充電動作または放電動作により、所定時間以内に所定値以上充電電流又は放電電流が変化したときの前記二次電池の両端電圧値を第2電圧値として保持する第2電圧保持手段と、
前記第1電圧値となったときの充電電流値又は放電電流値である第1電流値及び、前記第2電圧値となったときの充電電流値又は放電電流値である第2電流値を測定する電流測定手段と、
前記第1電圧値、前記第2電圧値、前記第1電流値及び前記第2電流値に基づいて前記二次電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗算出手段と、
を有することを特徴とする内部抵抗算出装置。 In the internal resistance calculation device for calculating the internal resistance value of the secondary battery,
Charging / discharging means for charging or discharging the secondary battery;
Voltage measuring means for measuring a voltage value across the secondary battery;
A first voltage holding means for holding the first voltage value determined in advance by the voltage value measured by the voltage measuring means after the start of charging or discharging by the charging / discharging means;
After the voltage value at both ends becomes the first voltage value, both ends of the secondary battery when the charging current or discharging current changes by a predetermined value or more within a predetermined time by the charging operation or discharging operation by the charging / discharging means. Second voltage holding means for holding the voltage value as the second voltage value;
A first current value that is a charging current value or a discharging current value when the first voltage value is reached, and a second current value that is a charging current value or a discharging current value when the second voltage value is reached. Current measuring means for
Internal resistance calculation means for calculating an internal resistance value of the secondary battery based on the first voltage value, the second voltage value, the first current value, and the second current value;
An internal resistance calculation device comprising:
前記第1電圧値を保持するコンデンサと前記第2電圧値を保持するコンデンサとを切り替えて前記二次電池の一方の端子に接続する切替手段を有することを特徴とする請求項2に記載の内部抵抗算出装置。 The first voltage holding means and the second voltage holding means are each composed of a capacitor,
3. The internal structure according to claim 2, further comprising a switching unit that switches between a capacitor that holds the first voltage value and a capacitor that holds the second voltage value and connects the capacitor to one terminal of the secondary battery. Resistance calculation device.
前記電流測定手段は、前記充電時間経過後の充電電流値又は放電電流値を第2電流値として測定する、
ことを特徴とする請求項3に記載の内部抵抗算出装置。 The second voltage holding means holds, as a second voltage value, a voltage value across the secondary battery after the charging time of the capacitor has elapsed after the charging current or discharging current has changed within the predetermined time by the predetermined current value or more. And
The current measuring means measures a charging current value or a discharging current value after the charging time has elapsed as a second current value;
The internal resistance calculation device according to claim 3.
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