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公開番号2021058071
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019182316
出願日20191002
発明の名称充電率設定方法、充電率設定装置
出願人株式会社豊田自動織機
代理人個人,個人,個人
主分類H02J 7/00 20060101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電池の充電率を早期に推定することができるとともに、充電率の推定精度を向上することができる技術を提供する。
【解決手段】電池ECU3は、充電制御部31と、推定部32とを備える。充電制御部31は、電池Bの電圧が基準電圧Vcに上昇したときに定電圧充電制御を実行する。推定部32は、定電圧充電制御が終了してから所定時間tcが経過したことを判定し、所定時間tcが経過した後の二次電池の電圧が、基準電圧Vcよりも低く、かつ、二次電池に対し定電流充電制御のみが実行された場合に推定される定電流充電制御が終了した後の二次電池の推定電圧V2よりも高いことを検出し、所定時間tcが経過した後の電池Bの電圧が、基準電圧Vcよりも低く、かつ、推定電圧V2よりも高い場合に、電池Bの充電率を100%に設定する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
二次電池の電圧が基準電圧に上昇したときに定電圧充電制御が実行される二次電池の充電率設定方法であって、
前記定電圧充電制御が終了してから所定時間が経過したことを判定する第1ステップと、
前記所定時間が経過した後の前記二次電池の電圧が、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記二次電池に対し定電流充電制御のみが実行された場合に推定される前記定電流充電制御が終了した後の前記二次電池の推定電圧よりも高いことを検出する第2ステップと、
前記所定時間が経過した後の前記二次電池の電圧が、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記推定電圧よりも高い場合に、前記二次電池の充電率を100%に設定する第3ステップと、
を有することを特徴とする充電率設定方法。
続きを表示(約 930 文字)【請求項2】
前記第1ステップは、前記定電圧充電制御が終了してから前記二次電池の分極解消時間よりも短い前記所定時間が経過したことを判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の充電率設定方法。
【請求項3】
前記二次電池は、直列に配置された複数のセルにより構成され、
前記第2ステップは、前記所定時間が経過した後の前記二次電池の各セルの電圧が、それぞれ、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記推定電圧よりもそれぞれ高いことを検出し、
前記第3ステップは、前記所定時間が経過した後の前記二次電池のセルの電圧が、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記推定電圧よりも高いと判定された前記二次電池のセルの充電率を100%に設定する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の充電率設定方法。
【請求項4】
前記二次電池は、正極材料をリン酸鉄リチウムとするリチウムイオン二次電池である
ことを特徴とする請求項1から3のうちいずれかに記載の充電率設定方法。
【請求項5】
前記二次電池は、産業用の車両に電力を供給する
ことを特徴とする請求項1から4のうちいずれかに記載の充電率設定方法。
【請求項6】
前記所定時間は、前記二次電池の温度により変動するパラメータである
ことを特徴とする請求項1から5のうちいずれかに記載の充電率設定方法。
【請求項7】
二次電池の電圧が基準電圧に上昇したときに定電圧充電制御を実行する充電制御部と、
前記定電圧充電制御が終了してから所定時間が経過したことを判定し、前記所定時間が経過した後の前記二次電池の電圧が、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記二次電池に対し定電流充電制御のみが実行された場合に推定される前記定電流充電制御が終了した後の前記二次電池の推定電圧よりも高いことを検出し、前記所定時間が経過した後の前記二次電池の電圧が、前記基準電圧よりも低く、かつ、前記推定電圧よりも高い場合に、前記二次電池の充電率を100%に設定する推定部と、
を備えることを特徴とする充電率設定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、充電率設定方法、充電率設定装置に関する。
続きを表示(約 5,300 文字)【背景技術】
【0002】
車両に搭載される電池パックとして、充電率−開回路電圧曲線(SOC−OCV曲線)を用いて、電池の放電終了後または充電終了後、電池の開回路電圧(OCV(Open Circuit Voltage))から電池の充電率(SOC(State Of Charge))を推定するものがある。
【0003】
例えば、電池電圧がある一定電圧以上となった時点で、その電池の充電率を100%と判定するものがある。例えば、特許文献1参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2017−198455号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
電池の電圧Vは、開回路電圧Vocvと、内部抵抗rと、電流Iを用いて算出される。したがって、充電率の推定に電池の電圧Vだけを考慮すると、電池の内部抵抗(rI成分)が含まれるため、誤差が生じる可能性がある。また、充電終了後に取得される電池の開回路電圧Vocvは、電池の分極の影響を受けるため、正確な値でない可能性がある。そのため、充電が終了してから一定の時間が経過するまでは、電池の残容量の推定精度が低くなるおそれがある。特に、例えば産業車両のような頻繁に継ぎ足し充電が行われるような使われ方では、残容量の推定精度の向上を早期に実施できることが求められる。
【0006】
本発明の一側面に係る目的は、電池の充電率を早期に推定することができるとともに、充電率の推定精度を向上することが可能な充電率設定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る一つの態様の充電率設定方法は、二次電池の電圧が基準電圧に上昇したときに定電圧充電制御が実行される充電率設定方法であって、第1ステップと、第2ステップと、第3ステップとを有する。第1ステップは、定電圧充電制御が終了してから所定時間が経過したことを判定する。第2ステップは、所定時間が経過した後の二次電池の電圧が、基準電圧よりも低く、かつ、二次電池に対し定電流充電制御のみが実行された場合に推定される定電流充電制御が終了した後の二次電池の推定電圧よりも高いことを検出する。第3ステップは、所定時間が経過した後の二次電池の電圧が、基準電圧よりも低く、かつ、推定電圧よりも高い場合に、二次電池の充電率を100%に設定する。
【0008】
上記の充電率設定方法において、二次電池の電圧が基準電圧よりも低い場合には、充電制御が終了し分極が解消したことを判定することができる。また、二次電池の電圧が定電流充電制御のみが実行された場合に推定される推定電圧よりも高い場合には、定電流充電制御ではなく、定電圧充電制御が実行されたことを判定することができる。したがって、二次電池の電圧が基準電圧よりも低く、推定電圧よりも高い場合には、定電圧充電制御が実行されたと判定して、二次電池の充電率を100%に設定(リセット)する。これにより、二次電池の内部抵抗(rI成分)の影響により生じた誤差をリセットすることができ、二次電池の充電率の推定精度を向上することができる。さらに、分極解消まで待たずに二次電池の充電率を100%に設定することができるため、二次電池の充電率を早期に推定することができる。
【0009】
また、第1ステップは、定電圧充電制御が終了してから二次電池の分極解消時間よりも短い所定時間が経過したことを判定してもよい。
【0010】
上記の充電率設定方法において、所定時間は二次電池の分極解消時間よりも短いため、分極解消まで待たずに二次電池の充電率を100%に設定することができる。このため二次電池の充電率を早期に推定することができる。
【0011】
また、二次電池は、直列に配置された複数のセルにより構成される。また、第2ステップは、所定時間が経過した後の二次電池の各セルの電圧が、それぞれ、基準電圧よりも低く、かつ、推定電圧よりもそれぞれ高いことを検出する。そして、第3ステップは、所定時間が経過した後の二次電池のセルの電圧が、基準電圧よりも低く、かつ、推定電圧よりも高いと判定された二次電池のセルの充電率を100%に設定する。このため、セル単位で二次電池の充電率を設定することができるため、充電率の推定精度を向上することができる。
【0012】
また、二次電池は、正極材料をリン酸鉄リチウムとするリチウムイオン二次電池であってもよい。リン酸鉄リチウムを正極材料するリチウムイオン電池は、充電率の変化に伴う開回路電圧の変化が微小な範囲が広く、開回路電圧から充電率を推定すると測定誤差の影響を受けやすい。しかしながら、本発明に係る充電率設定方法は、定電圧充電制御が実行されたと判定された場合には、二次電池の充電率を100%に設定(リセット)する。これにより、充電率の推定が難しい二次電池に対する充電率の推定精度を向上することができる。
【0013】
また、二次電池は、産業用の車両に電力を供給していてもよい。産業用の車両は、継ぎ足し充電が頻繁に行われることが求められるため、より効果的に二次電池の充電率の推定精度を向上することができる。
【0014】
また、所定時間は、二次電池の温度により変動するパラメータであってもよい。したがって、二次電池の温度が変化することにより二次電池の内部抵抗が変動した場合であっても、温度に追随して充電率を100%に設定することができるため、充電率の推定精度を向上することができる。
【0015】
また、本発明に係る一つの態様の充電率設定装置は、充電制御部と、推定部とを備える。充電制御部は、二次電池の電圧が基準電圧に上昇したときに定電圧充電制御を実行する。推定部は、定電圧充電制御が終了してから所定時間が経過したことを判定し、所定時間が経過した後の二次電池の電圧が、基準電圧よりも低く、かつ、二次電池に対し定電流充電制御のみが実行された場合に推定される定電流充電制御が終了した後の二次電池の推定電圧よりも高いことを検出し、所定時間が経過した後の二次電池の電圧が、基準電圧よりも低く、かつ、推定電圧よりも高い場合に、二次電池の充電率を100%に設定する。
【0016】
上記構成の充電率設定装置において、電池の電圧が基準電圧よりも低い場合には、推定部は、定電圧充電制御が終了したことを判定することができる。また、電池の電圧が定電流充電制御のみが実行された場合に推定される推定電圧よりも高い場合には、推定部は、定電流充電制御ではなく、定電圧充電制御が実行されたことを判定することができる。したがって、電池の電圧が基準電圧よりも低く、推定電圧よりも高い場合には、推定部は、定電圧充電制御が実行されたと判定して、二次電池の充電率を100%に設定(リセット)する。これにより、二次電池の内部抵抗(rI成分)の影響により生じた誤差をリセットすることができ、二次電池の充電率の推定精度を向上することができる。さらに、分極解消まで待たずに二次電池の充電率を100%に設定することができるため、二次電池の充電率を早期に推定することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、電池の充電率を早期に推定することができるとともに、充電率の推定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
本発明の実施形態に係わる電池パックの使用例を示す図である。
CCCV充電を説明するための図である。
開回路電圧に基づき充電率を推定する方法を説明するための図である。
電池の充電率を100%に設定する方法を説明するための図である。
電池の充電率を100%に設定する一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図1は、実施形態の充電率設定装置を含む電池パックの一例を示す図である。
【0020】
図1に示す電池パック1は、例えば、電動フォークリフトなどの産業用の車両Veに搭載され、駆動用モータを駆動するインバータなどの負荷へ電力を供給する。
【0021】
また、電池パック1は、複数の電池モジュール2と、電池ECU(充電率設定装置)3と、記憶部4とを備える。なお、記憶部4は、例えば、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などにより構成される。
【0022】
各電池モジュール2は、それぞれ、電池スタックSと、スイッチSWと、電流検出部21と、温度検出部22と、監視ECU23とを備える。なお、各電池モジュール2のそれぞれの電池スタックSは、互いに並列接続され、組電池を構成する。
【0023】
電池スタックSは、直列接続される複数の電池セルB(例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの充放電可能な二次電池)により構成される。なお、以下の記載では、各電池モジュール2または各電池セルBを単に「電池B」と呼ぶことがある。なお、各電池スタックSは、それぞれ、1つの電池セルBで構成されてもよい。また、電池B、スイッチSWのそれぞれの数は3つに限定されない。
【0024】
スイッチSWは、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体リレーや電磁式リレーにより構成される。充電器Chから電池パック1へ電力が供給されているとき、スイッチSWがオンしている電池モジュール2が有する電池Bが充電され、その電池Bの電圧が上昇する。
【0025】
電流検出部21は、例えば、ホール素子やシャント抵抗により構成され、各電池Bに流れる電流を検出する。
【0026】
温度検出部22は、例えば、サーミスタにより構成され、各電池Bの温度を電池セルB単位で検出する。
【0027】
監視ECU23は、例えば、CPU(Central Processing Unit)またはプログラマブルデバイス(FPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device)など)により構成され、各電池セルBの電圧を検出する。また、監視ECU23は、電池ECU3から送られてくる指示により、スイッチSWのオン、オフを制御する。また、監視ECU23は、各電池Bの電圧、電流検出部21により検出される電流、及び温度検出部22により検出される温度を示す電池状態情報を電池ECU3に送る。
【0028】
電池ECU3は、所定の充電制御を行うことで各電池Bを充電させる充電制御部31と、各電池Bの充電率を設定する推定部32とを備える。充電制御部31は、所定の充電制御として、例えば、定電流定電圧充電制御(以下、「CCCV(Constant Current Constant Voltage)充電」とも呼ぶ)、定電流充電制御(以下、「CC(Constant Current)充電」とも呼ぶ)、定電圧充電制御(以下、「CV(Constant Voltage)充電」とも呼ぶ)などを実行する。なお、電池ECU3は、例えば、CPUまたはプログラマブルなデバイス(FPGAやPLD)などにより構成される。電池ECU3は、CPUまたはプログラマブルデバイスが所定のプログラムを実行することによって、充電制御部31及び推定部32が実現される。また、充電率設定装置は、例えば、少なくとも充電制御部31及び推定部32を備えて構成される。
【0029】
図2は、CCCV充電を説明するための図である。なお、図2(a)に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電池Bの電圧Vを示している。また、図2(b)に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は電池Bに流れる電流Iを示している。
【0030】
まず、充電制御部31は、充電開始から電圧Vが基準電圧Vcに上昇するまでの間(t0〜t1)、電流Iを一定電流Icに保ちつつ、電池Bの電圧Vが基準電圧Vcまで徐々に上昇するように、電流指令値を充電器Chへ送ることで電池Bを充電させるCC充電を実行する。
(【0031】以降は省略されています)

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