内部电阻计算装置、电池控制系统以及内部电阻计算方法与流程

1.本发明的实施方式涉及内部电阻计算装置、电池控制系统以及内部电阻计算方法。


背景技术：

2.正在开发如下技术：在为了进行电池的劣化诊断等而计算电池的内部电阻的情况下，对于无负载状态的电池，以4种水准的脉冲电流实施从开始流动矩形波的额定电流(脉冲电流)起第10秒的电池电压的测定，并计算各水准的脉冲电流与在各水准下测定出的电池电压所成的近似直线的斜率的绝对值，作为内部电阻。即，基于对电池流动的脉冲电流的变化量即电流变化量、在各水准下测定出的电池电压的变化量即电压变化量，计算电池的内部电阻。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2000-121710号公报
6.专利文献2：日本特开2010-249770号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.然而，上述技术以对于电池单体使用了能够控制的直流电源的试验为前提，且以对电池中流动的电流为脉冲电流为条件，因此在对电池中流动的电流为脉冲电流以外的情况下，难以高精度地计算电池的内部电阻。
9.用于解决课题的手段
10.实施方式的内部电阻计算装置具备电流取得部、电压取得部、电荷量计算部、以及内部电阻计算部。电流取得部取得电池中流动的电池电流。电压取得部取得对电池施加的电池电压。电荷量计算部按照时间对由电流取得部取得的电池电流进行积分，而计算出移动到该电池的电荷量。内部电阻计算部基于由电荷量计算部计算出的电荷量成为预先设定的阈值以上为止的电池电流以及电池电压各自的变化量，计算电池的内部电阻。
附图说明
11.图1是表示第一实施方式的电池控制系统的构成的一例的图。
12.图2是表示第一实施方式的蓄电池控制装置的功能构成的一例的框图。
13.图3是用于说明在电池系统中流动的输入电流为额定的脉冲电流的情况下的内部电阻的计算处理的一例的图。
14.图4是用于说明在电池系统中流动的输入电流为灯电流的情况下的内部电阻的计算处理的一例的图。
15.图5是用于说明第一实施方式的蓄电池控制装置中的电池单体的内部电阻的计算
处理的一例的图。
16.图6是用于说明第一实施方式的蓄电池控制装置中的电池单体的内部电阻的计算处理的一例的图。
17.图7是表示第一实施方式的蓄电池控制装置中的内部电阻的计算处理的流程的一例的流程图。
18.图8是表示第二实施方式的蓄电池控制装置的功能构成的一例的框图。
具体实施方式
19.以下，使用附图对本实施方式的内部电阻计算装置、电池控制系统以及内部电阻计算方法的一例进行说明。
20.(第一实施方式)
21.图1是表示第一实施方式的电池控制系统的构成的一例的图。首先，使用图1对本实施方式的电池控制系统的构成的一例进行说明。
22.如图1所示那样，本实施方式的电池控制系统具有电池系统11、以及蓄电池控制装置10。
23.电池系统11具有电池模块4、以及bmu(battery management unit)3。
24.电池模块4具有多个电池单体1(电池的一例)以及cmu(cell monitoring unit)2。电池单体1是能够进行充放电的蓄电功能部。
25.cmu2是检测对多个电池单体1分别施加的电池电压(以下，称为端子电压)、电池单体1的电池温度等的检测部的一例。然后，cmu2将多个电池单体1各自的端子电压、电池温度等向bmu3输出。
26.bmu3对电池系统11整体进行监视、并且进行保护。在本实施方式中，bmu3对电池系统11中流动的输入电流、各电池模块4的单体电压、温度进行监视，在异常检测时进行电池系统11的保护。另外，在本实施方式中，bmu3将由cmu2检测到的端子电压及电池温度、以及从外部电源向电池系统11流入的输入电流等各种信息向蓄电池控制装置10输出。
27.在此，从外部电源向电池系统11流入的输入电流包含在开始向电池系统11供给电流起经过了任意时间之后达到额定电流、然后维持(继续)额定电流不变的电流。
28.蓄电池控制装置10(内部电阻计算装置的一例)是使用从bmu3输入的各种信息对电池控制系统整体进行控制的装置。
29.图2是表示第一实施方式的蓄电池控制装置的功能构成的一例的框图。接下来，使用图2对本实施方式的蓄电池控制装置10的功能构成的一例进行说明。
30.在本实施方式中，如图2所示那样，蓄电池控制装置10具有电流取得部12、电压取得部13、电荷量计算部14、内部电阻计算部15、显示控制部16、以及显示装置17。
31.电流取得部12取得电池单体1中流动的单体电流(电池电流的一例)。在本实施方式中，电流取得部12计算(取得)从bmu3输出的输入电流除以相互并联连接的多个电池模块4的数量而得到的值，作为电池单体1中流动的单体电流。
32.电压取得部13取得从bmu3输出的端子电压(即，对电池单体1施加的端子电压)。
33.电荷量计算部14按照时间对由电流取得部12取得的单体电流进行积分，计算移动到该电池单体1的电荷量。在此，在电荷量的计算中，优选在从无负载状态的启动时或进行
了规定动作之后等预先设定的定时实施。
34.内部电阻计算部15基于由电荷量计算部14计算出的电荷量成为规定阈值以上为止的单体电流以及端子电压各自的变化量，计算电池单体1的内部电阻。由此，即使在计算电池单体1的内部电阻时在电池系统11中流动的输入电流不是脉冲电流的情况下，也能够将按照时间对电池单体1中流动的单体电流进行积分而得到的电荷量作为指标，而高精度地计算出电池单体1的内部电阻。
35.在此，规定阈值是预先设定的阈值。在本实施方式中，规定阈值是在预先设定的时间(例如10s)、向电池单体1流入了额定的脉冲电流的情况下向该电池单体1移动的电荷量(即，在预先设定的时间、向电池单体1流入了额定的脉冲电流的情况下，按照时间对该额定的脉冲电流进行积分而计算出的电荷量)。
36.显示控制部16基于内部电阻计算部15对电池单体1的内部电阻的计算结果，生成表示电池单体1的劣化状态的劣化信息，并使该生成的劣化信息显示于显示装置17。在此，劣化信息可以是以未劣化的电池单体1的内部电阻为基准的由内部电阻计算部15计算出的电池单体1的内部电阻的倍率。另外，劣化信息是表示电池单体1的劣化程度的信息(例如，在电池单体1未劣化的情况下为“绿”，在电池单体1劣化但能够使用的情况下为“黄”，在电池单体1劣化而无法使用的情况下为“红”)。
37.图3是用于说明在电池系统中流动的输入电流为额定的脉冲电流的情况下的内部电阻的计算处理的一例的图。图4是用于说明在电池系统中流动的输入电流为灯电流的情况下的内部电阻的计算处理的一例的图。在图3以及图4中，纵轴表示电池单体1中流动的单体电流it以及端子电压vt，横轴表示时间t。
38.接下来，使用图3以及图4对电池系统11中流动的输入电流为额定的脉冲电流的情况以及电池系统11中流动的输入电流为灯电流的情况的各个情况下的内部电阻的计算处理的一例进行说明。
39.如图3所示那样，在准确地计算电池单体1的内部电阻r(ω)的情况下，测定无负载状态下的电池单体1的端子电压vt(＝v0)及单体电流it(＝i0)、以及从无负载状态起开始向电池系统11流入额定的脉冲电流即输入电流之后经过了预先设定的时间t(例如10s)时的电池单体1的端子电压vt(＝vn)及单体电流it(＝in)。在此，电池单体1的无负载状态是指电池单体1中未流动单体电流it的状态。另外，电池单体1的无负载状态，优选是对电池单体1施加的端子电压vt以及电池单体1的温度恒定的情况。
40.然后，计算出端子电压vt的变化量即电压变化量δv(＝vn-v0)与单体电流it的变化量即电流变化量δi(＝in-i0)的比例δv/δi，作为电池单体1的内部电阻r。根据标准(jevsd714)，根据在电池单体1中流动了10s的脉冲电流的情况下的端子电压vt以及单体电流it计算出的内部电阻r，成为表示一般的电池性能的指标，当电池单体1的劣化发展时，内部电阻r变大。因此，通过跟踪内部电阻r的经时间变化，能够诊断电池单体1的劣化状态。
41.然而，在该内部电阻r的计算方法中，以使用能够控制的直流电源而对电池单体1流入单体电流it为前提，因此该单体电流it为脉冲电流成为条件。另一方面，要求维持将电池单体1搭载于电池系统11的状态而计算内部电阻r，对电池单体1的劣化状态进行诊断。在该情况下，在电池系统11的运用中，如果存在对于无负载状态的电池单体1持续流入预先设定的时间t的脉冲电流的运用，则虽然能够计算内部电阻r，但根据电池系统11的运用、器件
限制，有时无法对电池单体1流入脉冲电流而难以准确地计算内部电阻r。
42.具体地说，如图4所示那样，电池单体1中流动的单体电流it是以某个恒定斜率达到额定电流的灯电流的情况下，从开始向无负载状态的电池单体1流入单体电流it起经过预先设定的时间t为止，向电池单体1流入的电荷量减少。因此，在计算电压变化量δv(＝vn-v0)与电流变化量δi(＝in-i0)的比例δv/δi作为电池单体1的内部电阻r的情况下，与电池单体1中流动的单体电流it为脉冲电流的情况相比较，内部电阻r会产生误差。
43.因此，在本实施方式中，如上述那样，内部电阻计算部15基于按照时间对电池单体1中流动的单体电流it进行积分而计算出的电荷量成为规定阈值以上为止的单体电流it与端子电压vt各自的变化量，对电池单体1的内部电阻r进行计算。
44.图5以及图6是用于说明第一实施方式的蓄电池控制装置中的电池单体的内部电阻的计算处理的一例的图。在图5以及图6中，纵轴表示电池单体1中流动的单体电流it以及端子电压vt，横轴表示时间t。
45.接下来，使用图5以及图6，对本实施方式的蓄电池控制装置10中的内部电阻r的计算处理的一例进行说明。
46.如图5所示那样，内部电阻计算部15为，在电池单体1中流动的单体电流it为额定的脉冲电流的情况下，在从电池单体1为无负载状态的时间t(＝0)起到开始向电池单体1流入单体电流it之后经过了预先设定的时间n的时间t(＝n)为止，将向电池单体1流入的电荷量qn设定为规定阈值。
47.然后，如图6所示那样，在电池单体1中流动的单体电流it为灯电流的情况下，内部电阻计算部15从电池单体1为无负载状态的时间t(＝0)开始向电池单体1流入单体电流it，基于由电荷量计算部14计算出的电荷量qm达到电荷量qn(规定阈值qn)的时间t(＝m)为止的电流变化量δi以及电压变化量δv，对电池单体1的内部电阻r进行计算。
48.由此，能够基于将在向电池单体1流入了预先设定的时间t(＝n)的额定的脉冲电流的情况下向电池单体1流入的电荷量、向电池单体1流入的情况下的电流变化量δi以及电压变化量δv，对电池单体1的内部电阻进行计算。作为其结果，即使在对电池单体1的内部电阻进行计算时在电池系统11中流动的输入电流不是脉冲电流的情况下，也能够将按照时间对电池单体1中流动的单体电流进行积分而得到的电荷量作为指标，而高精度地计算电池单体1的内部电阻。
49.图7是表示第一实施方式的蓄电池控制装置中的内部电阻的计算处理的流程的一例的流程图。接下来，使用图7对本实施方式的蓄电池控制装置10中的内部电阻的计算处理的流程的一例进行说明。
50.电流取得部12取得预先设定的定时等某个时间t(＝0)的电池单体1的单体电流it(＝i0)(步骤s701)。另外，电压取得部13取得时间t(＝0)的电池单体1的端子电压vt(＝v0)(步骤s701)。而且，电荷量计算部14将移动至电池单体1的电荷量qt设定为0(步骤s701)。
51.接下来，电流取得部12使时间t前进单体电流it的取样周期ts(例如，0.12s)的量，而取得单体电流it(步骤s702)。另外，电压取得部13也使时间t前进取样周期ts的量而取得端子电压vt(步骤s702)。
52.电荷量计算部14为，每当取得单体电流it时，就将该取得的单体电流it与取样周期ts相乘来计算电荷变化量δqt。然后，电荷量计算部14将该计算出的电荷变化量δqt与
电荷量qt相加，计算出按照时间对单体电流it进行积分而得到的新的电荷量qt(步骤s703)。
53.内部电阻计算部15为，每当计算出新的电荷量qt时，就判断该电荷量qt是否成为规定阈值qn以上(步骤s704)。在判断为电荷量qt低于规定阈值qn的情况下(步骤s704：否)，返回步骤s702。
54.另一方面，在判断为电荷量qt为规定阈值qn以上的情况下(步骤s704：是)，内部电阻计算部15确定电荷量qt成为规定阈值qn以上时的时间t(＝m)，并取得该确定的时间m的端子电压vt(＝vm)以及单体电流it(＝im)(步骤s705)。
55.接着，内部电阻计算部15判断时间m是否为规定时间以上(步骤s706)。在此，规定时间是预先设定的时间，例如为60s。然后，在时间m为规定时间以上的情况下，内部电阻计算部15不进行电池单体1的内部电阻的计算。
56.即，内部电阻计算部15为，在从开始对电池单体1流入单体电流起到电荷量qt成为规定阈值以上为止的经过时间为规定时间以上的情况下，不进行电池单体1的内部电阻的计算。或者，内部电阻计算部15为，在从开始对电池单体1流入单体电流起到电荷量qt成为规定阈值以上为止的经过时间为规定时间以上的情况下，将电池单体1的内部电阻的计算结果废弃。由此，电池单体1中流动的电荷量qt达到规定阈值为止花费时间、由于电池单体1的温度变化等而电池单体1的内部电阻的计算精度降低的情况下，不进行电池单体1的内部电阻的计算，因此能够提高电池单体1的内部电阻的计算精度。
57.另一方面，在时间m低于规定时间的情况下，内部电阻计算部15使用时间t(＝0)的电池单体1的单体电流i0以及端子电压v0、以及时间m的电池单体1的单体电流im以及端子电压vm，计算电压变化量δv(＝vm-v0)与电流变化量δi(＝im-i0)的比例δv/δi，作为内部电阻r(步骤s707)。
58.由此，根据第一实施方式的蓄电池控制装置10，即使在对电池单体1的内部电阻进行计算时在电池系统11中流动的输入电流不是脉冲电流的情况下，也能够将按照时间对电池单体1中流动的单体电流进行积分而得到的电荷量作为指标，而高精度地计算电池单体1的内部电阻。
59.在本实施方式中，蓄电池控制装置10取得电池单体1的单体电流以及端子电压，使用该取得的单体电流以及端子电压对电池单体1单体的内部电阻进行计算，但也能够使用多个电池单体1被串联连接或者并联连接而成的电池模块4或者每个电池单元的单体电流以及端子电压，对电池模块4或者电池单元每的内部电阻进行计算。
60.(第二实施方式)
61.本实施方式是取得电池单体的温度，并基于该取得的电池单体的温度对电池单体的内部电阻的计算结果进行校正的例子。在以下的说明中，对于与第一实施方式相同的构成省略说明。
62.图8是表示第二实施方式的蓄电池控制装置的功能构成的一例的框图。在本实施方式中，蓄电池控制装置800除了电流取得部12、电压取得部13、电荷量计算部14、内部电阻计算部15、显示控制部16、以及显示装置17以外，还具有温度取得部21以及内部电阻温度校正部22。
63.温度取得部21取得从bmu3输出的电池单体1的电池温度。
64.内部电阻温度校正部22是基于由温度取得部21取得的电池单体1的电池温度，对由内部电阻计算部15计算出的电池单体1的内部电阻进行校正的校正部的一例。具体地说，内部电阻温度校正部22基于电池单体1的电池温度，按照预先设定的电池温度(例如，25℃)使电池单体1的内部电阻的计算结果规范化。由此，能够排除电池单体1的内部电阻的由于温度特性而引起的影响，因此能够跟踪由于电池单体1的劣化而引起的内部电阻的老化。
65.电池单体1具有如下的温度特性：在该电池单体1的电池温度较低的情况下，其内部电阻变大，在该电池单体1的电池温度较高的情况下，其内部电阻变小。因此，在跟踪电池单体1的内部电阻的老化而对该电池单体1的劣化状态进行诊断的情况下，只要能够在电池温度相同的状态下计算出电池单体1的内部电阻，则能够不考虑电池单体1的温度特性而对电池单体1的劣化状态进行诊断。
66.但是，搭载于车辆的电池单体1等、由于外部气温、周围热源等而其电池温度不恒定的电池，对在计算其内部电阻时使用的单体电流等测定值进行检测时的电池温度不同，即使跟踪电池的内部电阻的老化，也难以判别内部电阻的老化是由于劣化而变大还是由于电池温度降低而内部电阻变大。
67.因此，在本实施方式中，如上述那样，内部电阻温度校正部22基于由温度取得部21取得的电池单体1的电池温度，对由内部电阻计算部15计算出的电池单体1的内部电阻进行校正。例如，内部电阻温度校正部22参照校正表，确定与所取得的电池单体1的电池温度对应的内部电阻的校正值。在此，校正表是将电池单体1的电池温度与通过电池单体1的特性试验等而求出的内部电阻的校正值建立对应的表。然后，内部电阻温度校正部22使用该确定的校正值，对内部电阻计算部15对内部电阻的计算结果进行校正。
68.如此，根据第二实施方式的蓄电池控制装置800，能够排除电池单体1的内部电阻的由于温度特性而产生的影响，因此能够跟踪由于电池单体1的劣化而产生的内部电阻的老化。
69.(第三实施方式)
70.本实施方式是以电池单体处于无负载状态的情况为基准对电池单体的单体电流进行积分而计算出移动到该电池单体的电荷量的例子。在以下的说明中，关于与第一、第二实施方式相同的构成省略说明。
71.在本实施方式中，电荷量计算部14以电池单体1为无负载状态的情况为基准，按照时间对由电流取得部12取得的单体电流进行积分，而对移动到该电池单体1的电荷量进行计算。由此，能够抑制对电池单体1的内部电阻进行计算前的电池单体1的单体电流对电池单体1的端子电压产生的影响，因此能够提高电池单体1的内部电阻的计算精度。
72.在此，电池单体1无负载的状态是指电池单体1中流动的单体电流为0a的状态。另外，电池单体1无负载的状态除了电池单体1中流动的单体电流为0a的情况以外，优选是电池单体1的端子电压以及电池温度稳定的状态(例如，电池单体1的端子电压以及电池温度成为预先设定的端子电压以及电池温度的状态)。
73.在对电池单体1的内部电阻进行计算之前运用该电池单体1的情况下，由于电池单体1所具有的电容器成分，有时该电池单体1的端子电压无法立即成为稳定的稳定状态。另外，由于电池单体1是发热体，因此即使电池单体1中流动的单体电流为0a，有时其电池温度也无法立即成为稳定的稳定状态。在该种状态下，会对计算电池单体1的内部电阻时使用的
端子电压的变化产生影响，电池单体1的内部电阻的计算结果产生误差。
74.因此，在本实施方式中，电荷量计算部14以电池单体1为无负载状态的情况为基准，按照时间对由电流取得部12取得的单体电流进行积分，对移动到该电池单体1的电荷量进行计算。
75.如此，根据第三实施方式的蓄电池控制装置10、800，能够抑制对电池单体1的内部电阻进行计算之前的电池单体1的单体电流对电池单体1的端子电压产生的影响，因此能够提高电池单体1的内部电阻的计算精度。
76.如以上说明的那样，根据第一至第三实施方式，即使在对电池单体1的内部电阻进行计算时在电池系统11中流动的输入电流不是脉冲电流的情况下，也能够将按照时间对电池单体1中流动的单体电流进行积分而得到的电荷量作为指标，而高精度地计算电池单体1的内部电阻。
77.另外，本实施方式的蓄电池控制装置10、800所执行的程序预先组装于rom(read only memory)等来提供。也可以构成为，本实施方式的蓄电池控制装置10、800所执行的程序以能够安装的形式或者能够执行的形式的文件记载于cd-rom、软盘(fd)、cd-r、dvd(digital versatile disk)等能够由计算机读取的记录介质来提供。
78.而且，也可以构成，将本实施方式的蓄电池控制装置10、800所执行的程序储存于与因特网等网络连接于的计算机上，并通过经由网络下载来提供。另外，也可以构成为，将本实施方式的蓄电池控制装置10、800所执行的程序经由因特网等网络来提供或者分发。
79.本实施方式的蓄电池控制装置10、800所执行的程序，也可以成为包括上述各部(电流取得部12、电压取得部13、电荷量计算部14、内部电阻计算部15、温度取得部21、内部电阻温度校正部22、显示控制部16)的模块构成，作为实际的硬件，作为处理器的一例的cpu(central processing unit)从上述rom读出程序而执行，由此将上述各部装载于主存储装置上，在主存储装置上生成电流取得部12、电压取得部13、电荷量计算部14、内部电阻计算部15、温度取得部21、内部电阻温度校正部22及显示控制部16。
80.对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围、主旨，并且包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围。