KR20130121143A

KR20130121143A - 전지 상태 추정 방법 및 전지 관리 시스템

Info

Publication number: KR20130121143A
Application number: KR1020137019499A
Authority: KR
Inventors: 다케시 이노우에; 모토오 후타미; 요우헤이 가와하라; 미츠토시 혼다
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2013-11-05
Also published as: JPWO2012120620A1; EP2685269A4; WO2012120620A1; US20130320989A1; EP2685269A1; CN103392133A

Abstract

전지 상태 추정 방법에서는, 전지 충방전시의 전지 B의 전류치 및 단자 전압치를 전류 검출부(10) 및 전압 검출부(12)에서 계측하고, 계측된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 전지 상태로서의 충전율, 열화도(劣化度) 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출하는 전지 상태 추정 방법으로서, 계측된 전류치의 1초당의 변화가 소정치 이상이었을 경우에는, 전류 변화의 발생으로부터 소정 시간 경과할 때까지의 기간에 계측된 전류 및 단자 전압은 사용하지 않고, 그 기간 이외의 충방전 기간에 계측된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 전지 B의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출한다.

Description

전지 상태 추정 방법 및 전지 관리 시스템{BATTERY STATE ESTIMATING METHOD AND BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}

본 발명은 전지의 상태를 검출하는 전지 상태 추정 방법, 및 전지 관리 시스템에 관한 것이다.

종래, 전지의 만충전 용량, 열화도(SOH; State of Health)를 추정하는 방법으로서, 시스템 휴지시의 전지 전류가 흐르고 있지 않을 때에 전지의 전압을 측정하고, 전압과 충전율(SOC; State of Charge)의 관계를 나타내는 맵을 참조하여 충전율을 측정하고, 휴지(休止)와 휴지 사이에 사용한 전하(가동 중의 전류를 적분)를 이용하여, 「전하／(1회 휴지 전의 SOC-금회(今回) 휴지의 SOC)」로서 만충전 용량을 측정하고, SOH를 (만충전 용량)／(초기 만충전 용량)으로 하는 방법이 있었다(특허문헌 1 참조). 한편, 시스템 휴지의 정의로서는, 전지가 충방전을 멈추고 1분 이상으로 하고 있었다.

일본국 특개평6-242193호 공보

상술한 종래의 방법에서는, 자동차이며 또한 시스템 휴지가 빈번하게 일어날 경우에는 적용할 수 있지만, 전력 계통과 같은, 시스템 휴지가 메인터넌스시만이라는 시스템의 경우에는 적용이 곤란했다.

본 발명의 제1 태양에 의하면, 전지 상태 추정 방법은, 전지 충방전시의 전지의 전류치 및 단자 전압치를 계측하고, 계측된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 전지 상태로서의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출하는 전지 상태 추정 방법으로서, 계측된 전류치의 1초당의 변화가 소정치 이상이었을 경우에는, 전류 변화의 발생으로부터 소정 시간이 경과할 때까지의 기간에 계측된 전류치 및 단자 전압치는 사용하지 않고, 상기 기간 이외의 전지 충방전 기간에 있어서 계측된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 전지의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출한다.

본 발명의 제2 태양에 의하면, 전지 관리 시스템은, 전지의 전류치를 검출하는 전류 검출부와, 전지의 단자 전압치를 검출하는 전압 검출부와, 전류 검출부에서 검출된 전류치의 1초당의 변화가 소정치 이상인 전류 변화를 검출하는 전류 변화 검출부와, 전류 변화 검출부에 의한 전류 변화의 검출시로부터 소정 시간이 경과할 때까지의 기간에 검출된 전류치 및 단자 전압치는 사용하지 않고, 기간 이외의 전지 충방전 기간에 있어서 검출된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 전지 상태로서의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출하는 전지 상태 산출부를 구비한다.

본 발명의 제3 태양에 의하면, 제2 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 소정 시간에, 전지의 분극 시정수 중 가장 작은 분극 시정수, 또는, 2초를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제4 태양에 의하면, 제2 또는 3 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 방전율로 0.1C에 상당하는 전류치를, 상기 1초당의 전류치의 변화로서 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제5 태양에 의하면, 제2 내지 4 중 어느 하나의 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 전지 상태 산출부에서 산출된 전지 상태를 표시하는 표시 장치를 구비한 것이다.

본 발명의 제6 태양에 의하면, 제2 내지 4 중 어느 하나의 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 전지 상태 산출부에서 산출된 충전율 중, 현시점으로부터 과거로 거슬러 올라간 소정수 이내의 충전율이 축적되는 축적부를 구비하고, 전지 상태 산출부에 의한 만충전 용량의 산출이, 축적부에 축적되어 있는 충전율의 최대치와 최소치의 차이가 소정 충전율차 이상일 경우에 행해지도록 한 것이다.

본 발명의 제7 태양에 의하면, 제6 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 소정 충전율차를 15％로 한 것이다.

본 발명의 제8 태양에 의하면, 제6 또는 7 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 전지 상태 산출부에서 산출된 전지 상태를 표시하는 표시 장치를 구비하고, 표시 장치는, 전지 상태 산출부에 의해 충전율이 산출되면, 충전율의 표시를 산출된 충전율로 갱신하고, 충전율에 대응한 만충전 용량의 산출이 행해지고 있지 않을 경우에는, 직전에 산출된 만충전 용량 및 당해 만충전 용량에 의거하는 전지의 열화도를 표시하도록 한 것이다.

본 발명의 제9 태양에 의하면, 제8 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 직전에 산출된 만충전 용량 및 당해 만충전 용량에 의거하는 전지의 열화도를 표시할 경우에는, 만충전 용량 및 열화도의 표시 형태를, 충전율에 대응한 만충전 용량을 표시할 경우의 표시 형태와 다르게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제10 태양에 의하면, 제2 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 전지는 복수의 전지 셀로 이루어지고, 전지 상태 검출부는, 전지의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 상기 복수의 전지 셀의 각각에 대해서 산출하는 것이다.

본 발명의 제11 태양에 의하면, 제2 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 전지는, 복수의 전지 셀로 이루어지는 전지 블록을 복수 구비하고, 전지 상태 검출부는, 전지의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 복수의 전지 블록의 각각에 대해서 산출하는 것이다.

본 발명의 제12 태양에 의하면, 제10 또는 11 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 복수의 전지의 접속에 적어도 직렬 접속이 포함되고, 전류치 및 단자 전압치의 검출이 직렬 접속된 복수의 전지 사이에서 같은 시기에 행해지도록, 전류 검출부에 의한 검출 및 전압 검출부에 의한 각 전지의 검출을 각각 동기시키는 동기 장치를 구비하도록 한 것이다.

본 발명의 제13 태양에 의하면, 제11 태양의 전지 관리 시스템에 있어서, 전지 상태 산출부에서 산출된 전지 상태를 표시하는 표시 장치를 구비하고, 표시 장치는, 전지 상태 산출부에서 산출된 전지 상태를 상기 복수의 전지 블록마다 표시하는 것이다.

본 발명은 명확한 전지 휴지 상황이 없었을 경우에도, 충방전 중에 있어서 용량이나 열화도 등의 전지 상태를 보다 고(高)정밀도로 추정할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 전지 관리 시스템의 구성을 나타내는 기능 블록도.
도 2는 전지 관리 시스템에 있어서의 처리를 설명하는 플로우 차트.
도 3은 전류치의 변화와, 산출되는 충전율의 오차의 관계를 모식적으로 나타내는 도면.
도 4는 전지의 회로 모델의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 스텝 S22의 상세 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트.
도 6은 충전율 계산 조건 판정 처리를 설명하는 도면.
도 7은 개방 전압-충전율(SOC) 맵의 일례를 나타낸 것.
도 8은 개방 전압-SOC의 그래프를 나타내는 도면.
도 9는 SOC·전하 축적부(14)에 있어서의 테이블을 나타내는 도면.
도 10은 만충전 용량을 구하는 방법을 설명하는 도면.
도 11은 표시부(19)의 표시예를 나타내는 도면.
도 12는 2직렬의 전지가 2병렬된 합계 4개가 접속되어 있을 경우에 시스템 구성을 나타내는 도면.
도 13은 전지를 직병렬했을 경우의, 표시부(913)에 있어서의 표시예를 나타내는 도면.
도 14는 본 실시형태에 따른 전지 관리 시스템이 적용되는 차량용 회전 전기(電機)의, 구동 시스템을 나타내는 블록도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 전지 관리 시스템의 구성을 나타내는 기능 블록도이다. 본 실시형태에 따른 전지 관리 시스템은, 전기 자동차나 전력 계통 등의 기기에 적용되며, 그들 기기가 가동 중에 전지의 만충전 용량의 추정을 행한다. 전지 관리 시스템은, 전류계(10), 전류 적분부(11), 전압 검출부(12), 전압 보정부(13), SOC·전하 축적부(14), 계측 타이밍 지정부(15), SOC 추정 맵(16), 갱신 지령부(17), 만충전 용량 계산부(18) 및 표시부(19)로 구성된다.

도 1에 나타낸 구성 중, 전류 적분부(11), 전압 보정부(13), SOC·전하 축적부(14), 계측 타이밍 지정부(15), SOC 추정 맵(16), 갱신 지령부(17), 만충전 용량 계산부(18)는, 기기 시스템측에 설치된 컨트롤러, 예를 들면, 노트북 PC, 전기 자동차 내의 컨트롤러, 전력 계통 컨트롤러 내의 소프트웨어에 의해 실현된다. 예를 들면, 전기 자동차이면, 전지 제어용으로 설치된 배터리 컨트롤러의 소프트웨어에 의해 실현된다. 물론, 전지 관리 시스템 전용의 컨트롤러를 구비하여, 그것에 실행시키도록 해도 상관없다.

컨트롤러 내의 소프트웨어는, 전지에 직결된 상태 검지 장치(배터리의 온도, 전류, 전압 측정 장치), 이동체의 컨트롤러, 혹은 발전기의 컨트롤러 중 어느 하나, 또는 각종 복수 컨트롤러 조합에 의해 실현되도록 해도 된다. 표시부(19)는, 별도 설치된 표시 장치, 디스플레이에 의해 실현된다. 여기에서, 표시 장치는 전지의 근방에 놓이거나, 또는, 통신선으로 충전율, 만충전 용량의 정보를 원격지에 보내, 원격지에서 표시 장치를 준비하여 표시해도 된다.

전류계(10)는, 전지에 충방전된 전류를 계측한다. 전류계는, 션트(shunt) 저항, 또는 홀 소자를 이용한다(참고 특허, 일본국 특개평10-62453). 도 1의 전압 검출부(12)는, 전지 B의 -극과 +극간의 전압(아날로그치)을 측정하여, 디지털치로 변환하여, 전압 보정부(13)에 전압 정보를 보낸다. 도 1의 전지 B는, 납 전지, 리튬 이온 전지 등의 이차 전지, 또는 전기 이중층 콘덴서, 리튬 이온 커패시터가 대상이 된다.

도 14는 본 실시형태에 따른 전지 관리 시스템이 적용되는 차량용 회전 전기의, 구동 시스템의 일례를 나타내는 블록도이다. 도 14에 나타내는 구동 시스템은, 전지 모듈(9), 전지 모듈(9)을 감시하는 전지 감시 장치(100), 전지 모듈(9)로부터의 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하는 인버터 장치(220), 차량 구동용 모터(230)를 구비하고 있다. 전지 감시 장치(100)에 본 실시형태의 전지 관리 시스템이 채용되어 있다.

모터(230)는, 인버터 장치(220)로부터의 3상 교류 전력에 의해 구동된다. 인버터 장치(220)와 전지 감시 장치(100)는 CAN 통신에 의해 연결되어 있으며, 인버터 장치(220)는 전지 감시 장치(100)에 대하여 상위 컨트롤러로서 기능한다. 또한, 인버터 장치(220)는, 더 상위의 컨트롤러(도시 생략)로부터의 지령 정보에 의거하여 동작한다.

인버터 장치(220)는, 파워 모듈(226)과, MCU(222)와, 파워 모듈(226)을 구동하기 위한 드라이버 회로(224)를 갖고 있다. 파워 모듈(226)은, 전지 모듈(9)로부터 공급되는 직류 전력을, 모터(230)를 구동하기 위한 3상 교류 전력으로 변환한다. 한편, 인버터 장치(220)는, 모터(230)의 회전자에 대한 파워 모듈(226)에 의해 발생하는 교류 전력의 위상을 제어하여, 차량 제동시에는 모터(230)를 제너레이터로서 동작시킨다. 모터(230)에 의해 발전된 3상 교류 전력은, 파워 모듈(226)에 의해 직류 전력으로 변환되어 전지 모듈(9)에 공급된다. 그 결과, 전지 모듈(9)은 충전된다.

전지 모듈(9)은, 직렬 접속된 2개의 전지 블록(9A, 9B)으로 구성되어 있다. 각 전지 블록(9A, 9B)은, 직렬 접속된 16셀의 전지 셀을 구비하고 있다. 전지 블록(9A)과 전지 블록(9B)은, 스위치와 휴즈가 직렬 접속된 보수·점검용의 서비스 디스커넥트 SD를 통해 직렬 접속된다. 이 서비스 디스커넥트 SD가 열림으로써 전기 회로의 직접 회로가 차단되어, 만일 전지 블록(9A, 9B)의 어딘가에서 차량과의 사이에 1개소 접속 회로가 생겼다고 해도 전류가 흐르지 않는다. 이와 같은 구성에 의해 높은 안전성을 유지할 수 있다.

전지 모듈(9)과 인버터 장치(220) 사이의 강전(强電) 라인 HV+에는, 릴레이 RL, 저항 RP 및 프리차지 릴레이 RLP를 구비한 전지 디스커넥트 유닛 BDU가 설치되어 있다. 저항 RP 및 프리차지 릴레이 RLP의 직렬 회로는, 릴레이 RL과 병렬로 접속되어 있다.

전지 감시 장치(100)는, 주로 각 셀 전압의 측정, 총 전압의 측정, 전류의 측정, 셀 온도 및 셀의 용량 조정 등을 행한다. 그 때문에, 셀 컨트롤러로서의 IC1∼IC6이 설치되어 있다. 각 전지 블록(9A, 9B) 내에 설치된 16셀의 전지 셀은, 각각 3개의 셀 그룹으로 나뉘고, 각 셀 그룹마다 하나의 IC가 설치되어 있다.

IC1∼IC6은, 절연 소자(예를 들면, 포토 커플러) PH를 통해 데이지 체인 방식으로 마이크로 컴퓨터(30)와 통신을 행하고, 셀 전압치 판독이나 각종 커맨드 송신을 위한 통신계(602)와, 셀 과충전 검지 정보만을 송신하는 통신계(604)를 구비하고 있다. 도 14에 나타내는 예에서는, 통신계(602)는, 전지 블록(9A)의 IC1∼IC3에 대한 상위의 통신 경로와, 전지 블록(9B)의 IC4∼IC6에 대한 하위의 통신 경로로 나뉘어 있다. 전지 디스커넥트 유닛 BDU 내에는 홀 소자 등의 전류 센서 Si가 설치되어 있고, 전류 센서 Si의 출력은 마이크로 컴퓨터(30)에 입력된다. 전지 모듈(9)의 총 전압 및 온도에 관한 신호도 마이크로 컴퓨터(30)에 입력되고, 마이크로 컴퓨터(30)의 AD 변환기(ADC)에 의해 측정된다. 온도 센서는 전지 블록(9A, 9B) 내의 복수 개소에 설치되어 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 전지 관리 시스템에 있어서의 처리를 설명하는 플로우 차트이다. 도 2에 나타내는 플로우 차트의 처리는, 전지 관리 시스템이 설치된 장치(전기 자동차, 노트북 PC, 전력 계통 등)가 가동 개시됨과 함께 실행되는, 장치가 정지할 때까지 일정 시간마다 또는 소정의 조건이 성립할 때마다 정기적으로 반복 실행된다. 일정 시간마다 프로그램을 실행할 경우에는, 예를 들면, 그 실행 주기는, 미리 정해진 값(예를 들면 100㎳)으로 한다.

(스텝 S20)

스텝 S20에서는, 도 1의 전류계(10)에 의해 전지 B의 충방전 전류치를 계측한다.

(스텝 S21)

스텝 S21에서는, 스텝 S20에서 계측한 전류치에 의거하여 전하(전류 적분)를 계산한다. 즉, 전하(Ah)는 (전류치)×(시간)에 의해 계산되고, 여기에서의 시간은 전회(前回) 전류 계측으로부터 금회 전류 계측까지의 경과 시간으로서, 상술한 실행 주기가 이용된다. 한편, 가동 개시(충방전 개시)시의 전하의 초기치는 0으로 해 둔다. 이 스텝 S21의 전하 계산 처리는, 도 1의 전류 적분부(11)에 해당한다.

(스텝 S22)

스텝 S22에서는, 전류의 변화율에 의거하여 충전율 계산 조건에 합치하는지 아닌지, 즉, 금회 계측 타이밍(도 2의 프로그램 처리 타이밍)에 있어서 충전율 계산을 행할지의 여부를 판정한다. 도 3은 스텝 S22에서의 충전율 계산 조건의 판정을 설명하는 도면이며, 도 5는 스텝 S22의 상세 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 한편, 스텝 S22의 처리는, 도 1의 계측 타이밍 지정부(15)의 처리에 해당한다.

본 실시형태에서는, 가동 중(충방전 중)에 계측된 전류치 및 단자 전압에 의거하여, 전지 상태(충전율(SOC: State of Charge), 열화도, 만충전 용량)를 산출하도록 하고 있다. 가동 중은, 부하(예를 들면, 모터)의 상태에 따라 전류치가 변화된다. 그리고, 도 3에 나타내는 바와 같이 전류치가 급격하게 변화된 직후에 계측된 전류치 및 전압치를 이용하여 전지 상태를 산출하면, 산출 오차가 커진다.

도 3은 전류치의 변화와, 산출되는 충전율의 오차의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다. 시각 ta에서 전류치가 ΔI만큼 변화되었을 경우를 나타내고 있다. 이와 같이 전류치가 변화되었을 경우, 산출되는 충전율 오차는, 전류치가 변화된 직후에 크게 변화되고, 그 후, 어느 정도의 시간이 경과하면 오차는 작아진다. 일반적으로, 전류치가 변화되고 나서의 경과 시간이 2초 이상이면, 오차는 충분히 작아진다. 본 실시형태에서는, 전류치의 변화로부터 소정 경과 시간이 경과할 때까지 계측된 전류치 및 전압치는, 전지 상태(충전율, 열화도, 만충전 용량)의 산출에 이용하지 않도록 함으로써, 전지 상태의 산출 정밀도를 향상시키도록 했다. 이하에서는, 이 소정 경과 시간 τ을 대기 시간 τ이라고 하기로 한다.

그 때문에, 도 2의 스텝 S22의 충전율 계산 조건 판정 처리에서는, 금회 처리 타이밍에 있어서 소정치 이상의 전류 변화가 발생했는지의 여부, 또는, 소정치 이상의 전류 변화가 있었을 경우의 대기 시간 중인지의 여부를 판정하고 있다. 그리고, 전류 변화가 발생했을 경우나 대기 시간 중이면, 조건을 충족시키지 못한다고 판정되어 도 2의 프로그램을 종료한다. 한편, 대기 시간 중이 아니라고 판정되면, 스텝 S22로부터 스텝 S23으로 진행된다.

여기에서, 전류 변화란 1초당의 전류 변화임을 말하며, 전류 변화를 판정하기 위해 판정치로서는, 예를 들면, 1초당의 전류 변화가 전지 B의 초기 만충전 용량의 정수배 C(C: 방전율)로 한다. 일반적으로는, 0.1C 정도로 설정하는 것이 좋다. 초기 만충전 용량＝5Ah의 전지일 경우에는, 0.1C는 0.5A이므로, 1초에 0.5A 이상의 전류 변화가 일어났을 때로 한다. 0.1C는 일례이며, 0.1C보다 큰 0.3C 등으로 해도 되고, 예를 들면, 미리 실기(實機)로서 시험을 하여, 최적의 값을 설정하도록 해도 된다.

또한, 대기 시간 τ으로서는, 미리 정해진 소정의 값(예를 들면, 상술한 2초)으로 해도 되고, 전지의 분극 시정수 중에서 가장 짧은 시간으로 해도 된다. 대기 시간 τ을 큰 값으로 설정할수록 오차는 작아지지만, 반대로, 전지 상태 산출에 이용해야 할 계측 데이터의 수가 줄어들어버려 산출 타이밍을 좀처럼 얻을 수 없게 된다. 그 때문에, 산출 빈도와 오차 저감을 양립하기 위해서는, 일정 수치를 이용할 경우에도 전지의 분극 시정수를 이용할 경우에도, τ은 초(秒) 오더로 하는 것이 바람직하다.

분극 시정수에 대해서, 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는 전지의 회로 모델의 일례를 나타내는 도면이며, 이상(理想) 전지(31)(전지의 충방전이 정지하고 몇 시간 후의 전압), 직류 저항(32), 분극 1(33), 분극 2(34), +극(35)으로 이루어진다. 여기에서, 분극은 저항과 콘덴서의 병렬 접속으로서 표현된다. 분극 1의 시정수를 τ1＝C1·R1, 분극 2의 시정수를 τ2＝C2·R2로 하여, τ1＜τ2로 한다. 여기에서, τ1은 전지에 의하지만 대략 몇 초의 시정수, τ2는 몇 분부터 몇 시간의 시정수가 된다. 여기에서, 상술한 대기 시간 τ으로서는, τ1을 이용한다. 한편, 도 4의 각 회로 파라미터는, 주지(周知)인 전기 화학 임피던스(EIS) 측정법(교류 임피던스법)을 이용하여 측정해도 된다(이타가키 마사유키(板垣昌幸): 전기 화학 임피던스법 원리·측정·해석, 마루젠 출판사).

또한, 분극의 시정수를 대신하여, 다음 식 (1)에서 산출되는 τ을 상술한 대기 시간 τ으로서 이용해도 된다. 한편, SOC 1％당의 전압에 대해서는, 후술하는 스텝 S24에서 설명한다. SOC 오차로서는 미리 주어진 값(예를 들면 5％)으로 한다.

τ＝τ1×ΔI×R1／v …(1)

v＝SOC 1％의 전압×SOC 오차

τ1: 분극 시정수 중에서도 가장 짧은 시간

ΔI: 전류차(1주기 전의 계측 전류-금회 전류)

R1: 도 4 중 R1

이어서, 도 5를 이용하여, 스텝 S22에서의 충전율 계산 조건 판정 처리의 상세를 설명한다. 스텝 S220에서는, 전류계(10)에 의해 계측된 금회 계측 전류치와 전회 계측 전류치의 차분 ΔI를 실행 주기(상술한 100㎳)로 나누어 얻어지는 1초당의 전류 변화가, 소정치 이상인지의 여부를 판정한다. 스텝 S220에서 전류 변화가 소정치 이상이라고 판정되면, 스텝 S225로 진행되어 카운트수 N을 N＝1로 한다. 카운트수 N은, 전류가 소정치 이상 변화되고 나서의 경과 시간을 나타내는 지표이며, 경과 시간은 N×실행 주기(예를 들면, 100㎳)로 표시된다. 한편, 카운트수 N은 컨트롤러에 설치된 메모리에 기억되고, 가동 개시시의 N의 값은 0이다. 스텝 S220으로부터 스텝 S225로 진행되었을 경우에는 소정치 이상의 전류 변화가 있었으므로, 충전율 계산 조건을 충족시키지 못해, 도 2의 프로그램을 종료한다.

한편, 스텝 S220에서 전류 변화가 소정치보다 작다고 판정되면, 스텝 S221로 진행되어 카운트수 N이 N≠0인지의 여부를 판정한다. 스텝 S221에서 N≠0이라고 판정되면 스텝 S222로 진행되고, N＝0이라고 판정되면 도 2의 스텝 S23으로 진행된다.

스텝 S222에서는, 카운트수 N이 N＝M을 만족하고 있는지의 여부를 판정한다. 여기에서, M은, 식 「M×실행 주기≥τ＞(M-1)×실행 주기」를 만족하는 정수이며, 스텝 S222에서는 경과 시간이 대기 시간 τ 이상이 되었는지의 여부를 판정하고 있다. 스텝 S222에서 N≠M, 즉, 경과 시간이 대기 시간 τ에 달해 있지 않다고 판정되면, 스텝 S224로 진행되어 카운트수 N을 N＝N+1로 증가시킨다. 스텝 S224의 처리가 종료되었으면, 도 2의 프로그램을 종료한다.

한편, 스텝 S222에서 N＝M이라고 판정되면, 즉, 경과 시간이 대기 시간 τ 이상이라고 판정되면, 스텝 S223으로 진행되어 카운트수를 N＝0으로 한 후, 도 2의 스텝 S23으로 진행된다.

상술한 도 5의 충전율 계산 조건 판정 처리를, 도 6을 참조하여 설명하면 이하와 같이 된다. 도 6은 전류 변화를 나타내는 도면이며, t0∼t10은 도 2에 나타내는 프로그램이 실행되는 처리 타이밍을 나타내고 있다. 전류치는, 시각 t0과 시각 t1 사이에서 ΔI1 변화되고, 시각 t5와 시각 t6 사이에서는 ΔI2 변화되며, 시각 t6과 시각 t7 사이에서 ΔI3 변화되고 있다. 여기에서는, 어느 변화량 ΔI1∼I3도, 1초간의 전류 변화로 환산했을 경우에 상기 소정치보다 크다고 생각한다. 또한, 대기 시간 τ에 관한 M은, M＝3이다.

시각 t1에서의 프로그램 처리 타이밍에는, 도 5의 스텝 S220에서 YES라고 판정되어 스텝 S225에서 N＝1이 된 후, 도 2의 스텝 S23 이후의 처리(충전율 산출 등을 포함)를 실행하지 않고 프로그램을 종료한다. 스텝 S225에서 N＝1이 됨으로써, 경과 시간의 산출이 개시되게 된다.

계속되는 시각 t2에서의 프로그램 처리 타이밍에는, 전류 변화는 제로이므로, 스텝 S220에서 NO라고 판정되어 스텝 S221로 진행된다. 한편, 전회의 시각 t1에서의 처리에 있어서 카운트수 N은 N＝1이 되어 있으므로, 스텝 S221에서 YES라고 판정되어 스텝 S222로 진행된다. 스텝 S222에서는 N≠M(NO)으로 판정되고, 계속되는 스텝 S224에서 N＝1+1＝2가 된 후, 도 2의 스텝 S23 이후의 처리를 실행하지 않고 프로그램을 종료한다. 시각 t3에서의 프로그램 처리 사이클에 있어서도, 전류 변화가 제로이므로, 마찬가지로 스텝 S220→스텝 S221→스텝 S222→스텝 S224와 같이 처리가 진행되고, 스텝 S224에서 N＝2+1＝3이 된 후에 프로그램을 종료한다.

시각 t4에서의 프로그램 처리 타이밍에도, 전류 변화가 제로이므로 스텝 S220→스텝 S221→스텝 S222로 진행되지만, N＝3(＝M)이기 때문에 스텝 S222에서 YES라고 판정된다. 그 결과, 스텝 S222로부터 스텝 S223으로 진행되어 카운트수 N이 N＝0이 되고, 도 2의 스텝 S23으로 진행된다. 즉, 시각 t4에서는, 소정치 이상의 전류 변화가 생기고 나서의 경과 시간이 대기 시간 τ 이상이 되고, 스텝 S20에서 계측된 전류치에 의거하여, 충전율 등의 전지 상태가 산출된다.

시각 t5에서의 프로그램 처리 타이밍에는, 전류 변화가 제로이며 또한 N＝0이므로, 스텝 S220→스텝 S221→스텝 S222→스텝 S223과 같이 처리가 진행된다. 그 때문에, 시각 t5에서의 프로그램 처리 타이밍에 있어서도, 스텝 S23 이후의 처리가 실행되고, 충전율 등의 전지 상태가 산출된다.

계속되는 시각 t6에서의 프로그램 처리 타이밍에는, 시각 t5에서의 전류치에 대한 전류 변화가 소정치 이상이기 때문에, 스텝 S220으로부터 스텝 S225로 진행되고, 카운트수 N을 N＝1로 설정하여, 프로그램을 종료한다.

시각 t7에서의 프로그램 처리 타이밍에는, 다시 전류치가 증가하여 전류 변화가 소정치 이상이 되기 때문에, 스텝 S220에서 YES라고 판정되고, 스텝 S225에서 카운트수 N이 다시 N＝1이 된다. 즉, 경과 시간의 계측 개시 시각이 시각 t7로 갱신되게 된다.

시각 t8에서의 프로그램 처리 타이밍에는, 전류 변화가 제로이므로 스텝 S220→스텝 S221로 진행된다. 시각 t8에서는 카운트수 N은 N＝1이므로, 스텝 S221→스텝 S222→스텝 S224로 진행되고, 스텝 S224에서 카운트수 N이 N＝1+1＝2가 된다. 그리고, 도 2의 프로그램을 종료한다. 시각 t9 및 시각 t10에서의 프로그램 처리 타이밍은, 상술한 시각 t4의 경우와 같다. 그 때문에, 시각 t6과 시각 t7 사이의 전류 변화로부터의 경과 시간이 대기 시간 τ 이상이 된 시점에서, 충전율 등의 전지 상태의 산출이 다시 개시되게 된다. 도 5에 나타내는 바와 같은 처리를 행함으로써, 소정치 이상의 전류 변화가 있었을 경우에는, 소정의 대기 시간이 경과하고 나서 전지 상태의 산출이 행해지므로, 전류 변화의 전지 상태 산출에의 영향을 억제할 수 있어, 산출 정밀도의 향상을 꾀할 수 있다.

(스텝 S23의 설명)

다음으로, 스텝 S23의 처리에 대해서 설명한다. 한편, 스텝 S23의 처리는, 도 1의 기능 블록도에서는 전압 보정부(13)의 처리에 해당한다. 스텝 S23에서는, 전류계(10) 및 전압 검출부(11)에 의해 전류 및 전압을 계측하고, 계측된 전류치 및 전압치에 의거하여, 개방 전압, 즉 전지의 충방전이 없는 상태에서 몇 시간 방치한 후의 전지 단자 전압을 식 (2)를 이용하여 추정한다.

개방 전압＝V+I·R-Vf …(2)

한편, 식 (2)에서, V, I, R, Vf는 이하와 같다.

V: 측정한 전지의 전압

I: 측정한 전류(방전일 경우를 플러스, 충전일 경우를 마이너스로 함)

R: 전지의 직류 저항(전류가 변화되어, 계측 주기 후의 저항)

Vf: 전지의 분극 전압

여기에서, 식 (2)의 V, I는 계측하기 때문에 기지(旣知)이지만, 직류 저항 R과 분극 전압 Vf는 미지(未知)이기 때문에 추정할 필요가 있다. 직류 저항 R의 추정 방법으로서는, 식 (3)을 이용해도 되고, 미리 테이블(인덱스를 SOC(충전율), 또는／내지 SOH(열화도: State of Health), 온도로 함)에 설정한 값을 참조하도록 해도 된다. 테이블을 이용할 경우, 전지 온도를 계측하는 온도계를 구비하여, 테이블을 참조할 때에 그 계측 온도를 이용한다.

R＝ΔV／ΔI …(3)

ΔV＝현재의 전지 전압-1계측 주기 전의 전지 전압

ΔI＝현재의 전류-1계측 주기 전의 전류

한편, 식 (3)을 이용할 경우에는, 항상 저항이 구해지는 것은 아니고, 전류 변화 ΔI가 어느 정도(예를 들면 0.1C 이상의 변화) 큰 것이 구해진다. 그래서, 전류 변화 ΔI가 작아서 직류 저항 R의 값을 항상 준비할 수 없을 경우에는, 전회의 전류 변화가 일어났을 때에 구한 저항의 값을 사용함으로써 회피한다. 또한, 테이블을 이용하는 방법으로서는, 「일본국 특개2000-258513호 공보」에 게재되는 방법을 이용해도 된다.

또한, 분극 전압 Vf에 대해서는 「일본국 특개2007-171045호 공보」에 기재된 방법을 이용하여, 과거의 전압과 전류에 의거하여 구하도록 해도 된다.

(스텝 S24의 설명)

스텝 S24에서는, 전지의 개방 전압으로부터 충전율(SOC)을 추정한다. 한편, 스텝 S24의 처리는, 도 1의 기능 블록도에서는 SOC 추정 맵(16)의 처리에 해당한다. 본 실시형태에 있어서의 충전율(SOC)은 식 (4)에 의해 정의되지만, 실제의 추정 방법으로서는, 미리 준비된 충전율-개방 전압 맵을 이용한다.

SOC＝100×현재의 충전량[Ah]／초기 만충전 용량[Ah] …(4)

도 7은 개방 전압-충전율(SOC) 맵의 일례를 나타낸 것이다. 한편, 도 7에 나타낸 맵은, 개방 전압-SOC의 관계가 전지 온도에 의해 바뀌지 않는 경우를 나타낸 것이며, SOC의 0％부터 100％까지를 10％ 간격으로 나눈 데이터군이 된다. 도 7의 맵을 그래프로 나타내면 도 8과 같이 된다.

일례로서, 스텝 S23에서 추정된 개방 전압이 3.71Ｖ였을 경우의, 맵을 이용한 SOC를 구하는 방법에 대해서 설명한다. 도 8에 나타내는 개방 전압-SOC의 그래프에서는, 개방 전압 3.71Ｖ에 대응하는 SOC로서 SOC＝54％를 얻을 수 있다. 그러나, 도 7의 맵으로부터 실제로 SOC를 추정할 경우에는, 이하에 설명하는 바와 같은 방법으로 추정한다.

우선, 도 7의 좌측에 나타내는 열의 개방 전압 데이터군 중에서, 3.71Ｖ에 가장 가까운 데이터를 검색한다. 여기에서는, 7단째의 3.8Ｖ가 된다. 다음으로, 3.71Ｖ는 3.8Ｖ보다 값이 작으므로, 3.8Ｖ보다 하나 아래의 랭크의 전압 데이터인 6단째의 데이터를 선택한다. 이 2개의 점(데이터)으로부터, 선형 보간에 의해 값을 구해도 된다. 그 경우에는, 3.65Ｖ일 때의 SOC가 50％, 3.8Ｖ일 때의 SOC가 60％이므로, SOC는 50+(60-50)×(3.71-3.65)＝54[％]라고 추정된다. 한편, 여기에서는 선형 보간을 이용했지만, 3.55Ｖ의 데이터, 3.9Ｖ의 데이터를 더 추가한 4점을 이용하여, 주지인 스플라인 보간에 의한 데이터 추정을 이용해도 된다. 스플라인 보간의 방법으로서는, 예를 들면, 「요시모토 후지시(吉本富士市): 스플라인 함수와 그 응용(시리즈 새로운 응용의 수학 20), 교육 출판(1979／01)」에 기재된 방법이 이용된다.

여기에서, 상술한 식 (1)에서의, SOC 1％당의 전압을 구하는 방법을 설명한다. 도 8은 이상 전지(31)의 특성을 나타내고 있다. 여기에서, SOC 80％일 때의 SOC 1％의 폭은 79.5％ 내지 80.5％가 된다. 그리고, 80.5％일 때의 개방 전압과 79.5％일 때의 개방 전압의 차이는 ΔＶ가 된다. 이 개방 전압의 차이 ΔＶ를 SOC 1％당의 전압으로 한다. 여기에서는 SOC 80％일 때의 예를 나타냈지만, 다른 SOC(예를 들면 40％)여도 동일하게 계산한다.

(스텝 S25의 설명)

스텝 S25에서는, SOC·전하 축적부(14)에 축적되는 데이터 페어(전하, SOC)를 추가한다. 한편, 스텝 S25의 처리는, 도 1의 기능 블록도에서는 SOC·전하 축적부(14)의 처리에 해당한다. 데이터 페어를 추가하는 방법으로서는, 데이터 페어를 취득할 때마다 매회 기록해도 되지만, 매회 기록하지 않고, 전회 기록한 SOC로부터 1％ 이상의 변화가 있었을 경우에 기록하는 것으로 해도 된다.

한편, 메모리 용량의 관계에서 대량의 데이터를 축적할 수 없을 경우나, 오래된 데이터를 삭제하여 오차 악화를 방지할 경우에는, 적당히, SOC·전하 축적부(14)에 축적되어 있는 데이터를 삭제하도록 해도 된다. 데이터 삭제의 기준으로서는, 예를 들면, 축적하고 나서 일정 시간 경과한 데이터로 한다. 이 일정 시간 T를 정하는 방법은, 전류계의 오차에 의해 기인하는 전하의 오차에 의해 정한다.

구체적으로는, 전류계(10)의 오차를 오프셋 오차와, 화이트 노이즈로 나누고, 각각의 값을 Io[A], Iw[A]로 한다(이들은, 전류계의 카탈로그치를 참조하거나 또는, 실측하여 구해 둔다). 그리고, 미리 부여한 만충전 용량의 오차를 Qe[Ah]로 한다면, 다음 식 (5)를 충족시키는 T[h]를 상술한 일정 시간 T로 한다. 한편, 오차 Qe를 정하는 방법으로서는, 만충전 용량 Qmax의 오차율 ε을 이용하여, Qmax×ε로서 정한다. 오차율 ε의 값은, 예를 들면, 5％로 해도 된다. ΔT는 전류 적분 시간 간격 폭[h]이다.

Io×T+Iw×√T×ΔT＝Qe …(5)

도 9는 SOC·전하 축적부(14)에 있어서의 테이블을 나타내는 도면이며, 이 도 9를 이용하여 SOC·전하 축적부(14)의 처리의 일례를 설명한다. SOC와 전하로 이루어지는 데이터 페어는, 그 계측 시각과 함께 저장되어 있다. 전하는 초기치로부터의 적분치이며, 단위는 Ah, 또한 방전측을 플러스로 한다. 도 9에 나타내는 예에서는, 계측 시각 10:10의 데이터가 초기치이며, SOC의 초기치는 60％이고, 전하의 초기치를 0％로 하고 있다. 그리고, 전회의 SOC로부터 1％의 SOC 변화가 있었을 경우에, 그때의 SOC와 전하를 기억하도록 하고 있다.

2단째부터 4단째까지는 SOC가 1％씩 감소하고 있으므로, 방전시에 얻어진 데이터 페어이다. 전하는 방전측을 플러스로 하고 있으므로, 전하는 증가하고 있다. 한편, 4단째로부터 5단째로 이동할 경우에는, SOC는 증가하고 있고, 전하는 감소하고 있다. 즉, 4단째로부터 5단째 사이에서 충전이 행해진 것을 나타내고 있다. 최하단의 데이터 페어는 최신 데이터를 나타내고 있고, SOC는 46％, 전하는 1.41Ah로 되어 있다.

도 9에 나타내는 예에서는, 온도에 따라 SOC와 개방 전압의 관계가 바뀌지 않을 경우를 나타내고 있다. 그러나, 온도에 따라 SOC와 개방 전압의 관계가 변화되는 전지가 대상일 경우에는, 각 온도마다 도 9와 같은 테이블을 준비하여, 별도 전지에 부착한 온도계의 값에 의해 테이블을 선택한다. 계측 시각의 데이터는, 상술한 오래된 데이터를 삭제하여 오차 악화를 방지하기 위함이나, 메모리가 넘치는 것을 방지하기 위한 데이터 삭제시에 사용한다.

(스텝 S26의 설명)

스텝 S26에서는, 만충전 용량의 갱신 판단을 행하여, 갱신 조건을 충족시킬 경우에는 스텝 S27로 진행되고, 갱신 조건을 충족시키지 못할 경우에는 스텝 S28로 진행된다. 한편, 스텝 S26의 처리는, 도 1의 기능 블록도에서는 갱신 지령부(17)의 처리에 해당한다.

스텝 S26의 갱신 조건으로서는, 도 9의 테이블에 기억되어 있는 데이터군 중에서, SOC의 최소치와 최대치의 차이를 취해, 그 차이가 미리 정해진 값 이상일 경우에 만충전 용량의 갱신을 행하도록 한다. 또한, 한번 갱신되었을 경우에도, 이 갱신 조건을 충족시킬 경우에는 차회(次回)의 데이터 추가 후에도 갱신을 행하는 것으로 한다. 이 미리 정해진 값으로서는, 예를 들면, 20％나 15％와 같은 고정된 값이 사용된다.

(스텝 S27의 설명)

스텝 S27에서는, SOC와 전하의 페어 데이터에 의거하여, 전지의 만충전 용량을 추정한다. 한편, 스텝 S27의 처리는, 도 1의 기능 블록도에서는 만충전 용량 계산부(18)에 해당한다. 만충전 용량의 추정에는 다음 식 (6)의 관계를 이용하여, SOC를 x, 전하를 y로 하고, x, y의 관계를 나타내는 직선의 기울기를 만충전 용량으로 하여 구한다. 또한, 대상으로 하는 데이터 페어는, SOC·전하 축적부(14)에 축적되어 있는 전체 데이터로 한다.

전하＝만충전 용량×SOC+정수 …(6)

구체적으로 만충전 용량을 구할 경우에는, 예를 들면, 최소 제곱법을 이용한다. 최소 제곱의 방법으로서는, 참고 문헌 「동경대학 교양학부 통계학 교실편: 통계학 입문, 동경대학 출판회, 2001년 9월 25일 제20쇄」의 방법을 이용해도 된다. 여기에서, 기울기를 이용하는 이유는, 예를 들면 SOC 추정의 어긋남이 생겼을 경우, 근사 직선이 좌표상에서 상하하는 경우는 있어도, 기울기에는 영향이 없기 때문에, SOC 추정에 있어서의 바이어스 오차 어긋남에 강하기 때문이다.

도 10을 이용하여 만충전 용량을 구하는 방법을 설명한다. 도 10은 종축을 전하[Ah], 횡축을 SOC[％]로 하는 좌표상에 도 9의 데이터를 플롯한 것이다. 도 9의 5단째의 데이터가 도 10의 점 D1이며, 플롯된 데이터군에 대해서, 최소 제곱으로 근사 직선을 구한 것이 L1이 된다. 이 직선 L1의 기울기가 만충전 용량을 나타내고 있다. 도 10에 나타내는 예에서는, 기울기＝0.1Ah／SOC％가 되고, 만충전 용량은 100배인 10Ah로 계산된다. 또한, SOH(열화도)는, [만충전 용량]／[신품 전지의 만충전 용량]의 100％ 비(比)로서 산출된다.

(스텝 S28의 설명)

스텝 S28에서는 표시부(19)의 표시 갱신 처리를 행한다. 도 11은 표시부(19)의 표시 화면의 표시예를 나타낸 것이다. 도 11에 나타내는 예에서는, SOC, SOH, 잔(殘)가동 시간을 표시하도록 하고 있다. 도 11에서 81은 SOC를 나타내고, 82는 만충전 용량을 나타내며, 83은 SOH를 나타내고, 84는 잔사용 시간을 나타내고 있다.

SOC에 대해서는, 수치에 의한 퍼센트 표시뿐만 아니라, 시각적으로 이해하기 쉽게 전지 표시(85)의 바 표시(86)로 SOC를 표시하도록 했다. 그 때문에, 부호 86으로 나타내는 부분의 크기로 사용할 수 있는 양을 나타내고 있다. 마찬가지로 SOH에 대해서도, 수치에 의한 퍼센트 표시와 함께, 전지 표시(88)의 바 표시(87)로 SOH를 표시하도록 했다.

이 표시부(19)의 표시는, 충전율의 계산이 행해질 때마다 갱신되지만, 스텝 S22→스텝 S28로 진행되었을 경우에는, 만충전 용량이 산출되어 있지 않기 때문에, 금회의 처리 타이밍에 있어서의 SOH, 만충전 용량의 값은 미확정으로 되어 있다. 그 경우에는, 표시색을 바꾸어 전회 가동했을 때의 최종치를 표시하도록 하면 된다. 또는, 표시색을 바꾸는 대신에, 점멸 표시하도록 해도 된다. 유저는 표시색에 의해 SOH, 만충전 용량이 최신의 것이 아님을 인식할 수 있다.

한편, SOC로서는, 도 1의 SOC 추정 맵(16)에서 계측한 최신 SOC값에, 「100×(현재의 전하-SOC 전하 축적부에 축적된 최신 데이터의 전하)／(만충전 용량)」을 더한 값으로 해도 된다. 잔사용 시간은 다음 식 (7)에서 산출되는 것으로 해도 된다. 평균 전류는 최근 30분(30분이 아니라 1시간이어도 됨)의 전류의 평균치로 해도 된다.

잔사용 시간＝(현재의 SOC-최저 SOC)×만충전 용량／평균 전류×100 …(7)

상술한 실시형태에서는, 전지가 한 개일 경우를 예로 들어 설명했지만, 전지가 복수개, 직병렬 접속되어 있을 경우에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 이하, 도 12에 나타내는 예를 이용하여, 전지가 복수개, 직병렬 접속되었을 경우에 대해서 기술한다.

도 12에서는, 2직렬의 전지가 2병렬된 합계 4개가 접속되어 있는 예이다. 즉, 직렬 접속된 전지(911A, 911B)와, 직렬 접속된 전지(912A, 912B)가 병렬 접속되어 있다. 각 직렬 접속된 곳에, 전류계(901, 902)가 설치되어 있다. 각 전 지(911A, 911B, 912A, 912B)에 대하여, 전류와 전압을 동시에 주기적으로 계측할 수 있는 계측부(903, 904, 905, 906)를 설치한다.

한편, 직렬 접속된 전지(912A, 912B)에 설치된 계측부(903)와 계측부(904) 사이에는, 전류 센서, 전압 센서의 AD(Analog to Digital) 회로의 계측 개시가 동기하여 행해진다. 마찬가지로, 직렬 접속된 전지(911A, 911B)에 설치된 계측부(905)와 계측부(906) 사이에는, 전류 센서, 전압 센서의 AD 회로의 계측 개시가 동기하여 행해진다. 그 때문에, 동기부(920)로부터 동기 신호가 각 계측부(903, 904, 905, 906)에 입력된다. 또한, 각 계측부(903∼906)에 대하여, 상술한 도 2에 나타내는 처리를 행하게 하는 계산부(907∼910)를 설치한다. 표시부(913)는, 계산부(907∼910)의 계산 결과에 의거하여 도 13에 나타내는 바와 같은 표시를 행한다.

다음으로, 전지군 전체에서의 잔사용 시간의 계산 방법에 대해서 기술한다. 각각의 전지(911A, 911B, 912A, 912B)에 대한 만충전 용량 및 SOC는, 도 12에 나타낸 계산부(907∼910)에 있어서 산출된다. 전지 전체로서의 용량 및 잔가동 시간은, 다음 식 (8), (9)에 의해 계산한다. 평균 전류는, 예를 들면 최근 30분(30분이 아니라 1시간이어도 됨)의 전류의 평균치로 한다.

용량[Ah]＝{전지(911A) 만충전 용량×전지(911A) 충전율

+전지(911B) 만충전 용량×전지(911B) 충전율

+전지(912A) 만충전 용량×전지(912A) 충전율

+전지(912B) 만충전 용량×전지(912B) 충전율}／100 …(8)

잔가동 시간＝용량／평균 전류 …(9)

도 13은 표시예를 나타내는 도면이다. 표시부(913)에는, 각 전지의 각각의 열화 상태를 일괄로 표시하는 열화 상태 화면(101), 각 전지의 각각의 충전율 상태를 일괄로 표시하는 충전율 표시 화면(102), 전지군 전체에서의 잔사용 시간을 표시하는 잔사용 시간 표시(103), 어느 전지가 열화하고 있는지를 표시하는 표시 화면(104)으로 구성되어 있다.

열화 상태 화면(101)은, 2직렬 2병렬 접속된 전지(911A, 911B, 912A, 912B)의 SOH(열화도: 여기에서는, [만충전 용량]／[신품 전지의 만충전 용량]의 100％ 비)를 각각 표시한다. 도 13에서, 도 12의 전지(911A)에 해당하는 SOH 표시는 표시(105A)이며, 바 표시(107)에 의해 SOH를 나타냄과 함께, 수치 표시 「SOH 70％」를 겹쳐서 표시하도록 했다. 표시(105B, 106A, 106B)는, 각각 전지(911B, 912A, 912B)에 해당하는 SOH 표시이다.

충전율 표시 화면(102)에 대해서도 열화 상태 화면(101)과 같은 구성으로 되어 있고, 표시(108A, 108B, 109A, 109B)는, 각각 전지(911B, 912A, 912B)에 해당하는 충전율 표시이다. 바 표시(110)에 의해 충전율을 나타냄과 함께, 수치 표시 「SOC 70％」를 겹쳐서 표시하도록 했다.

열화 전지를 표시하는 표시 화면(104)은, SOH의 값이 미리 정해진 임계치 이하가 된 전지 번호를 표시한다. 이 임계치로서는, 예를 들면 50％로 고정된 값으로 해도 된다. 또한, 만충전 용량의 값이 확정되어 있지 않은 전지가 존재할 경우에는, 도 13의 열화 상태 화면(101)의 해당하는 전지의 SOH의 값은, 전회 가동했을 때의 값을 회색으로 표시하고, 잔사용 시간 표시(103)의 값은, 잠정적으로 전회 가동했을 때의 만충전 용량을 사용하여 계산해, 회색으로 표시한다. 값이 확정된 후에, 흑색으로 값을 표시한다.

상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 전지 충방전시의 전지의 전류치 및 단자 전압치를 계측하고, 계측된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 전지 상태로서의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출하는 전지 상태 추정 방법으로서, 계측된 전류치의 1초당의 변화가 소정치 이상이었을 경우에는, 전류 변화의 발생으로부터 소정 시간이 경과할 때까지의 기간에 계측된 전류치 및 단자 전압치는 사용하지 않고, 상기 기간 이외의 전지 충방전 기간에 있어서 계측된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 전지의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출하도록 했다.

이와 같이, 충방전 중에 검출된 전류치 및 단자 전압을 이용하여 상술한 전지 상태의 산출을 행하도록 했으므로, 전력 계통이나 전기 자동차에서, 명확한 전지 휴지 상황이 없었을 경우에도, 전지 상태를 추정할 수 있다.

또한, 소정치 이상의 전류 변화가 있었던 직후의 전류치, 단자 전압치는 과도적인 값이 되기 때문에, 그것들을 이용하여 전지 상태의 산출을 행하면, 오차가 큰 신뢰성이 결여되는 값이 되어버리지만, 본 실시형태에서는, 충방전 중에 전류치 및 단자 전압치를 계측할 때에, 1초당의 전류 변화가 소정치 이상일 경우에는, 소정 시간 경과할 때까지의 과도적인 기간에 검출된 전류치 및 단자 전압치를 이용하지 않도록 하고 있으므로, 전지 상태의 산출을 보다 고정밀도로 행할 수 있다. 한편, 가동 개시시의 전류가 흐르기 시작함에 있어서도, 소정치 이상의 전류 변화가 있었을 경우와 마찬가지의 처리를 행하도록 해도 된다.

전지 관리 시스템의 구성으로서는, 전지 B의 전류치를 검출하는 전류계(10)와, 전지 B의 단자 전압치를 검출하는 전압 검출부(12)와, 전류계(10)에 의해 검출되는 전류치의 1초당의 변화가 소정치 이상인 전류 변화를 검출하는 계측 타이밍 지정부(15)와, 계측 타이밍 지정부(15)에 의한 전류 변화의 검출시부터 소정 시간이 경과할 때까지의 기간에 검출된 전류치 및 단자 전압치는 사용하지 않고, 그 기간 이외의 전지 충방전 기간에 있어서 검출된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 전지 상태로서의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출하는 전지 상태 산출부(예를 들면, 만충전 용량을 산출하는 만충전 용량 계산부(18))를 구비한다.

또한, 도 12에 기재된 바와 같이 전지가 복수 구비되어 있을 경우에는, 각 전지(911A, 911B, 912A, 912B)에 대하여 전류와 전압을 같은 시기에 주기적으로 계측할 수 있는 계측부(903, 904, 905, 906)를 설치한다. 그리고, 복수의 전지의 각각에 대해서, 전지 상태를 산출하도록 하면 된다. 그 결과, 각 전지의 전지 상태를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.

또한, 전지 상태 산출부에서 산출된 전지 상태를 표시하는 표시 장치인 표시부(913)를 구비함으로써, 유저는 전지 상태를 용이하게 인식할 수 있다. 만충전 용량을 표시할 때에, 충전율에 대응한 만충전 용량의 산출이 행해지고 있지 않을 경우에는, 직전에 산출된 만충전 용량 및 당해 만충전 용량에 의거하는 전지의 열화도를 표시한다. 그렇게 함으로써, 만충전 용량이나 열화도도, 충전율과 마찬가지로 항상 표시되는 것으로 되어, 유저는, 만충전 용량의 산출이 행해지지 않을 경우에도 전지 상태의 개략을 알 수 있다.

또한, 직전에 산출된 만충전 용량 및 당해 만충전 용량에 의거하는 전지의 열화도를 표시할 경우에는, 만충전 용량 및 열화도의 표시 형태를, 충전율에 대응한 만충전 용량을 표시할 경우의 표시 형태와 다르게 함으로써, 만충전 용량 및 열화도에 대해서는 현재의 값이 아니라 직전의 값인 것을 용이하게 알 수 있다.

또한, 복수 구비된 전지의 각각에 대해서 전지 상태를 표시함으로써, 어느 전지가 열화하고 있는 것인지를 용이하게 알 수 있어, 전지 교환 등의 메인터넌스를 적절한 타이밍에 행할 수 있다.

한편, 상술한 실시형태에서는, 전지 B는 관리 단위를 나타내고 있고, 예를 들면, 도 14의 전지 모듈(9)에 포함되는 복수의 전지 셀의 각각을 전지 B로 해도 되고, 각 셀 그룹을 전지 B로 해도 되며, 전지 블록(9A, 9B)의 각각을 전지 B로 해도 되고, 물론 전지 모듈(9)을 전지 B로 해도 된다. 도 14에 나타낸 예에서는, 전지 셀은 모두 직렬 접속되어 있지만, 직렬 접속과 병렬 접속을 포함하는 구성이어도 된다. 또한, 도 13에 나타내는 바와 같은 표시를 행할 경우, 전지 모듈(9)에 포함되는 모든 전지 셀에 관해서 각각 표시해도 되지만, 전지 교환의 단위마다, 예를 들면, 도 14의 전지 블록(9A, 9B)마다 평균치를 표시하는 것이 현실적이고 바람직하다.

상기에서는, 각종 실시형태 및 변형예를 설명했지만, 각 실시형태는 각각 단독으로, 혹은 조합하여 이용해도 된다. 각각의 실시형태에서의 효과를 단독 혹은 상승(相乘)하여 나타낼 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 특징을 훼손하지 않는 한, 본 발명은 상기 실시형태에 하등 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 생각할 수 있는 그 밖의 태양도 본 발명의 범위 내에 포함된다.

Claims

전지 충방전시의 전지의 전류치 및 단자 전압치를 계측하고, 계측된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 전지 상태로서의 충전율, 열화도(劣化度) 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출하는 전지 상태 추정 방법으로서,
상기 계측된 전류치의 1초당의 변화가 소정치 이상이었을 경우에는, 상기 전류 변화의 발생으로부터 소정 시간이 경과할 때까지의 기간에 계측된 전류 및 단자 전압은 사용하지 않고, 상기 기간 이외의 전지 충방전 기간에 있어서 계측된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 상기 전지의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출하는 전지 상태 추정 방법.
전지의 전류치를 검출하는 전류 검출부와,
전지의 단자 전압치를 검출하는 전압 검출부와,
상기 전류 검출부에서 검출된 전류치의 1초당의 변화가 소정치 이상인 전류 변화를 검출하는 전류 변화 검출부와,
상기 전류 변화 검출부에 의한 전류 변화의 검출시로부터 소정 시간이 경과할 때까지의 기간에 검출된 전류치 및 단자 전압치는 사용하지 않고, 상기 기간 이외의 전지 충방전 기간에 있어서 검출된 전류치 및 단자 전압치에 의거하여, 전지 상태로서의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 산출하는 전지 상태 산출부를 구비하는 전지 관리 시스템.
제2항에 있어서,
상기 소정 시간에, 상기 전지의 분극 시정수 중 가장 작은 분극 시정수, 또는, 2초를 이용한 전지 관리 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서,
방전율로 0.1C에 상당하는 전류치를, 상기 1초당의 전류치의 변화로서 이용한 전지 관리 시스템.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전지 상태 산출부에서 산출된 상기 전지 상태를 표시하는 표시 장치를 구비한 전지 관리 시스템.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전지 상태 산출부에서 산출된 충전율 중, 현시점으로부터 과거로 거슬러 올라간 소정수 이내의 충전율이 축적되는 축적부를 구비하고,
상기 전지 상태 산출부에 의한 상기 만충전 용량의 산출이, 상기 축적부에 축적되어 있는 충전율의 최대치와 최소치의 차이가 소정 충전율차 이상일 경우에 행해지는 전지 관리 시스템.
제6항에 있어서,
상기 소정 충전율차를 15％로 한 전지 관리 시스템.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 전지 상태 산출부에서 산출된 상기 전지 상태를 표시하는 표시 장치를 구비하고,
상기 표시 장치는,
상기 전지 상태 산출부에 의해 충전율이 산출되면, 충전율의 표시를 산출된 충전율로 갱신하고,
상기 충전율에 대응한 상기 만충전 용량의 산출이 행해지고 있지 않을 경우에는, 직전에 산출된 만충전 용량 및 당해 만충전 용량에 의거하는 전지의 열화도를 표시하는 전지 관리 시스템.
제8항에 있어서,
상기 직전에 산출된 만충전 용량 및 당해 만충전 용량에 의거하는 전지의 열화도를 표시할 경우에는, 만충전 용량 및 열화도의 표시 형태를, 상기 충전율에 대응한 만충전 용량을 표시할 경우의 표시 형태와 다르게 한 전지 관리 시스템.
제2항에 있어서,
상기 전지는 복수의 전지 셀로 이루어지고,
상기 전지 상태 검출부는, 전지의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 상기 복수의 전지 셀의 각각에 대해서 산출하는 전지 관리 시스템.
제2항에 있어서,
상기 전지는, 복수의 전지 셀로 이루어지는 전지 블록을 복수 구비하고,
상기 전지 상태 검출부는, 전지의 충전율, 열화도 및 만충전 용량 중 적어도 하나를 상기 복수의 전지 블록의 각각에 대해서 산출하는 전지 관리 시스템.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 복수의 전지의 접속에 적어도 직렬 접속이 포함되고,
상기 전류치 및 단자 전압치의 검출이 상기 직렬 접속된 복수의 전지 사이에서 같은 시기에 행해지도록, 상기 전류 검출부에 의한 검출 및 상기 전압 검출부에 의한 각 전지의 검출을 각각 동기시키는 동기 장치를 구비한 전지 관리 시스템.
제11항에 있어서,
상기 전지 상태 산출부에서 산출된 상기 전지 상태를 표시하는 표시 장치를 구비하고,
상기 표시 장치는, 상기 전지 상태 산출부에서 산출된 상기 전지 상태를 상기 복수의 전지 블록마다 표시하는 전지 관리 시스템.