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JP2014044111A - Secondary battery device and charging state measurement method - Google Patents

Secondary battery device and charging state measurement method Download PDF

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JP2014044111A
JP2014044111A JP2012186606A JP2012186606A JP2014044111A JP 2014044111 A JP2014044111 A JP 2014044111A JP 2012186606 A JP2012186606 A JP 2012186606A JP 2012186606 A JP2012186606 A JP 2012186606A JP 2014044111 A JP2014044111 A JP 2014044111A
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secondary battery
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Akira Nozawa
亮 野澤
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

【課題】安価でSOC計測精度の向上を得ることができる二次電池装置及び充電状態計測方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、電流計測回路は、二次電池回路の充電電流と放電電流の影響を受ける抵抗に発生する電圧に基づき、前記放電電流と前記充電電流を計測する。スイッチ回路は、前記電流計測回路の入力端子と前記抵抗との間に設けられ、第1の期間に前記電流計測回路が放電電流、第2の期間に充電電流を計測するように、前記抵抗と前記電流計測回路の計測接続状態を切り換える。制御部は、前記電流計測回路の出力を用いて前記二次電池回路の充電状態を計算する。
【選択図】図5
A secondary battery device and a state of charge measurement method are provided that are inexpensive and can improve the accuracy of SOC measurement.
According to an embodiment, a current measurement circuit measures the discharge current and the charge current based on a voltage generated in a resistor affected by the charge current and the discharge current of the secondary battery circuit. The switch circuit is provided between the input terminal of the current measurement circuit and the resistor, and the resistance measurement circuit is configured so that the current measurement circuit measures a discharge current in a first period and a charge current in a second period. The measurement connection state of the current measurement circuit is switched. A control part calculates the charge condition of the said secondary battery circuit using the output of the said current measurement circuit.
[Selection] Figure 5

Description

本発明の実施形態は二次電池装置及び充電状態計測方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a secondary battery device and a charging state measurement method.

二次電池装置は電流値を計測する電流計測回路を有する。電流計測回路は、増幅回路を有する。増幅回路は、例えば、電流経路に直列に接続されている低抵抗のシャント抵抗の両端に発生する電圧を増幅し、計測電圧に基づいた出力を得る。この出力は、例えばマイクロプロセッサ(MPU)に入力されデジタルアナログ(A/D)変換され、この変換データに応じた値が計測電流値とされる。電流計測回路では、この計測電流値を積算演算することにより、充電状態(State Of Charge(SOC))に反映させる。特に、開路電圧(Open Circuit Voltage(OCV))−SOCカーブがフラットな領域において、この電流値を積算する方式が用いられている。   The secondary battery device has a current measurement circuit that measures a current value. The current measurement circuit has an amplifier circuit. For example, the amplifier circuit amplifies a voltage generated at both ends of a low-resistance shunt resistor connected in series to the current path, and obtains an output based on the measurement voltage. This output is input to, for example, a microprocessor (MPU) and converted from digital to analog (A / D), and a value corresponding to the converted data is set as a measured current value. In the current measurement circuit, the measurement current value is integrated and reflected in the state of charge (SOC). In particular, a method is used in which the current values are integrated in a region where the open circuit voltage (OCV) -SOC curve is flat.

二次電池装置及びその充電状態計測に関する技術は、例えば特許文献に示すような技術が各種提案されている。   Various techniques relating to the secondary battery device and its charge state measurement have been proposed, for example, as shown in the patent literature.

特開平9−297163号公報JP-A-9-297163 特開2006−87160号公報JP 2006-87160 A 特開2011−47820号公報JP 2011-47820 A

しかしながら従来の二次電池装置及び充電状態計測方法は、使用している回路素子がすべて正常で一定の性能を有することを前提として設計されている。このために例えば演算増幅器を構成するトランジスタのバラツキなどの影響により計測回路の出力電圧にオフセット電圧が含まれ、SOCの誤差が積み上がってしまう問題がある。又、オフセット電圧が小さい演算増幅器は高価となり、装置全体のコストアップの問題がある。   However, the conventional secondary battery device and the charge state measuring method are designed on the assumption that all the circuit elements used are normal and have a certain performance. For this reason, for example, there is a problem that an offset voltage is included in the output voltage of the measurement circuit due to the influence of variation of transistors constituting the operational amplifier and the error of the SOC is accumulated. In addition, an operational amplifier having a small offset voltage is expensive, and there is a problem of increasing the cost of the entire apparatus.

そこで本実施形態では、安価でSOC計測精度の向上を得ることができる二次電池装置及び充電状態計測方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present embodiment is to provide a secondary battery device and a charge state measurement method that can improve the SOC measurement accuracy at low cost.

実施形態によれば、二次電池回路の充電電流と放電電流の影響を受ける抵抗と、前記抵抗に発生する電圧に基づき、前記放電電流と前記充電電流を計測する電流計測回路と、前記電流計測回路の入力端子と前記抵抗との間の接続回路として設けられ、第1の期間に前記電流計測回路が放電電流、第2の期間に充電電流を計測するように、前記抵抗と前記電流計測回路の計測接続状態を切り換えるスイッチ回路と、前記電流計測回路の出力を用いて前記二次電池回路の充電状態を計算する制御部と、を有する。   According to the embodiment, a resistance affected by a charging current and a discharging current of a secondary battery circuit, a current measuring circuit that measures the discharging current and the charging current based on a voltage generated in the resistance, and the current measurement Provided as a connection circuit between an input terminal of the circuit and the resistor, the resistor and the current measurement circuit so that the current measurement circuit measures a discharge current in a first period and a charge current in a second period A switch circuit for switching the measurement connection state, and a control unit for calculating the charge state of the secondary battery circuit using the output of the current measurement circuit.

本実施形態の前提となる二次電池装置の一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of the secondary battery apparatus used as the premise of this embodiment. 図1の電流計測回路の出力電圧とオフセット電圧と計測電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output voltage of the electric current measurement circuit of FIG. 1, an offset voltage, and measurement current. 本実施形態の一構成例による二次電池装置を示す図である。It is a figure which shows the secondary battery apparatus by one structural example of this embodiment. 図1と図3の二次電池装置の充電電流・放電電流計測時の計測誤差の蓄積状況を説明する図である。It is a figure explaining the accumulation | storage state of the measurement error at the time of charge current / discharge current measurement of the secondary battery apparatus of FIG. 1 and FIG. 本実施形態の他の構成例に二次電池装置の電流計測装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus of a secondary battery apparatus in the other structural example of this embodiment. 図5の電流計測回路の出力電圧とオフセット電圧と計測電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output voltage of the electric current measurement circuit of FIG. 5, an offset voltage, and measurement current.

以下、実施形態について図面を参照して説明する。図1は実施形態の前提となる二次電池装置の電流計測装置の一構成例を示す。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration example of a current measuring device for a secondary battery device which is a premise of the embodiment.

図1において、BTは、複数のセルCell−1、Cell−2,Cell−3……Cell−nが直列接続された二次電池回路である。二次電池回路BTの電流経路には、シャント抵抗Rshが直列に挿入される。端子T11は、二次電池回路BTのプラス側端子であり、端子T12は、二次電池回路BTのマイナス側端子である。シャント抵抗Rshは、端子T12と二次電池回路BTのマイナス電極との間に接続される。   In FIG. 1, BT is a secondary battery circuit in which a plurality of cells Cell-1, Cell-2, Cell-3... Cell-n are connected in series. A shunt resistor Rsh is inserted in series in the current path of the secondary battery circuit BT. The terminal T11 is a plus side terminal of the secondary battery circuit BT, and the terminal T12 is a minus side terminal of the secondary battery circuit BT. The shunt resistor Rsh is connected between the terminal T12 and the negative electrode of the secondary battery circuit BT.

第1の電流計測回路101の一方の入力端子1−1と他方の入力端子1−2は、シャント抵抗Rshの一方の端子aと他方の端子bにそれぞれ接続される。第2の電流計測回路102の一方の入力端子2−1と他方の入力端子2−2は、シャント抵抗Rshの他方の端子bと一方の端子aにそれぞれ接続される。   One input terminal 1-1 and the other input terminal 1-2 of the first current measuring circuit 101 are respectively connected to one terminal a and the other terminal b of the shunt resistor Rsh. One input terminal 2-1 and the other input terminal 2-2 of the second current measurement circuit 102 are connected to the other terminal b and one terminal a of the shunt resistor Rsh, respectively.

第1の電流計測回路101において、前記一方の入力端子1−1は、抵抗R1を介して差動増幅回路DA1の一方の入力端子(例えば負側入力端子)に接続され、前記他方の入力端子1−2は、抵抗R3を介して差動増幅回路DA1の他方の入力端子(例えば正側入力端子)に接続される。差動増幅回路DA1の出力端子と負側入力端子との間にはフィードバックバイアス用の抵抗R2が接続されている。差動増幅回路DA1の正側入力端子とのアース電位間には基準バイアス用の抵抗R4が接続されている。これらの抵抗が備わり、第1の演算増幅器を構築している。   In the first current measurement circuit 101, the one input terminal 1-1 is connected to one input terminal (for example, negative input terminal) of the differential amplifier circuit DA1 via the resistor R1, and the other input terminal. 1-2 is connected to the other input terminal (for example, positive side input terminal) of the differential amplifier circuit DA1 via the resistor R3. A feedback bias resistor R2 is connected between the output terminal and the negative input terminal of the differential amplifier circuit DA1. A reference bias resistor R4 is connected between the ground potential and the positive input terminal of the differential amplifier circuit DA1. These resistors are provided to construct a first operational amplifier.

第2の電流計測回路102において、前記一方の入力端子2−1は、抵抗R5を介して差動増幅回路DA2の一方の入力端子(例えば負側入力端子)に接続され、前記他方の入力端子202は、抵抗R7を介して差動増幅回路DA2の他方の入力端子(例えば正側入力端子)に接続される。差動増幅回路DA2の出力端子と負側入力端子との間にはフィードバックバイアス用の抵抗R6が接続されている。差動増幅回路DA2の正側入力端子とのアース電位間には基準バイアス用の抵抗R8が接続されている。これらの抵抗が備わり第2の演算増幅器を構築している。   In the second current measuring circuit 102, the one input terminal 2-1 is connected to one input terminal (for example, negative input terminal) of the differential amplifier circuit DA2 via the resistor R5, and the other input terminal. 202 is connected to the other input terminal (for example, positive side input terminal) of the differential amplifier circuit DA2 via the resistor R7. A feedback bias resistor R6 is connected between the output terminal and the negative input terminal of the differential amplifier circuit DA2. A reference bias resistor R8 is connected between the ground potential and the positive input terminal of the differential amplifier circuit DA2. These resistors are provided to construct a second operational amplifier.

電流計測回路101と電流計測回路102のそれぞれの出力(電流又は電圧)は、マイクロプロセッシングユニット(MPU)400に入力される。MPU400内部のアナログデジタル(A/D)変換モジュールは、前記出力(電流又は電圧)をデジタル値に変換し、SOC演算に利用する。電池残量(充電状態SOC)は、充電或いは放電電流の積算分だけ増加或いは減少する。従って、MPU400は、計測したデジタル電流値を積算演算し、予め設定した期間の積算演算値を、充電状態(State Of Charge(SOC))として把握する。上記の積算演算により得られたSOC情報は、インターフェース(I/F)回路500を介して外部接続装置に送信される。外部接続装置としては、例えば電池残量を表示するディスプレイ、警告器などがある。   Each output (current or voltage) of the current measurement circuit 101 and the current measurement circuit 102 is input to a microprocessing unit (MPU) 400. The analog / digital (A / D) conversion module in the MPU 400 converts the output (current or voltage) into a digital value and uses it for the SOC calculation. The remaining battery level (charged state SOC) increases or decreases by the accumulated charge or discharge current. Therefore, the MPU 400 integrates the measured digital current value, and grasps the integrated operation value for a preset period as the state of charge (SOC). The SOC information obtained by the above integration calculation is transmitted to the external connection device via the interface (I / F) circuit 500. Examples of the external connection device include a display for displaying the remaining battery level and a warning device.

上記の装置では、電流計測回路101は放電電流のみを計測でき、放電電流値Idとシャント抵抗値Rshにより放電電流計測回路101の出力Vout1は次式(1)になる。   In the above apparatus, the current measurement circuit 101 can measure only the discharge current, and the output Vout1 of the discharge current measurement circuit 101 is expressed by the following equation (1) based on the discharge current value Id and the shunt resistance value Rsh.

Vout 1= Id×Rsh ×Av + ΔV1・・・・(1)
この時の第1の演算増幅器のオフセット電圧Voff1と差動増幅回路DA1の電圧利得Avにより、出力電圧の誤差ΔV1は次式(2)で表される。ΔVoff1は第1の演算増幅器の固有の値であり、個体、電圧、温度の条件によって異なる。
Vout 1 = Id × Rsh × Av + ΔV1 ... (1)
At this time, the output voltage error ΔV1 is expressed by the following equation (2) based on the offset voltage Voff1 of the first operational amplifier and the voltage gain Av of the differential amplifier circuit DA1. ΔVoff1 is a unique value of the first operational amplifier and varies depending on the conditions of the individual, voltage, and temperature.

ΔV1=Voff1(1+Av) ・・・・(2)
オフセット電圧Voff1によりΔV1の分だけ電流計測値の誤差が生じてしまう。
ΔV1 = Voff1 (1 + Av) (2)
The offset voltage Voff1 causes an error in the current measurement value by ΔV1.

同様に電流計測回路102も示すと、電流計測回路102は充電電流のみを計測でき、放電電流値Icとシャント抵抗値Rshにより充電電流計測回路の出力Vout2は次式(3)になる。   Similarly, when the current measurement circuit 102 is also shown, the current measurement circuit 102 can measure only the charging current, and the output Vout2 of the charging current measurement circuit is expressed by the following equation (3) based on the discharge current value Ic and the shunt resistance value Rsh.

Vout 2= Ic×Rsh ×Av + ΔV2 ・・・・(3)
この時の演算増幅器のオフセット電圧Voff2と差動増幅回路DA2の利得Avにより、出力電圧の誤差ΔV2は次式(4)で表される。Δvoff2は演算増幅器の固有の値であり、電圧、温度によって異なる。
Vout 2 = Ic × Rsh × Av + ΔV2 ・ ・ ・ ・ (3)
Due to the offset voltage Voff2 of the operational amplifier and the gain Av of the differential amplifier circuit DA2 at this time, the output voltage error ΔV2 is expressed by the following equation (4). Δvoff2 is a unique value of the operational amplifier and varies depending on the voltage and temperature.

ΔV2=Voff2(1+Av) ・・・・(4)
したがってΔV2の分だけ電流計測値の誤差が生じてしまう。
ΔV2 = Voff2 (1 + Av) (4)
Therefore, an error in the current measurement value is caused by ΔV2.

上記から定電流放電Idをt1期間流した後、定電流充電Icをt2期間流すと電流値積算値の合計Qは式(5)となり、オフセット電圧による誤差ΔQは次式(6)となる。   From the above, when the constant current discharge Id flows for the period t1, and then the constant current charge Ic flows for the period t2, the total Q of the current value integrated value becomes the equation (5), and the error ΔQ due to the offset voltage becomes the following equation (6).

Q =(Id×Rsh ×Av + ΔV1)×t1 + (Ic×Rsh ×Av + ΔV2) ×t2・・・・(5)
ΔQ = ΔV1×t1(放電時間) ― ΔV2×t2(充電時間)・・・・(6)
(この式でのΔV1とΔV2はMPUでのA/D変換後の電流カウント値として扱う。)
誤差ΔV1とΔV2の大きさと正負方向は演算増幅器によって異なる。したがって、電流計測回路101と102のオフセットの方向が異なる場合、ΔV1とΔV2の正負が異なるので、誤差はますます大きくなる。
Q = (Id x Rsh x Av + ΔV1) x t1 + (Ic x Rsh x Av + ΔV2) x t2 (5)
ΔQ = ΔV1 × t1 (Discharge time) ― ΔV2 × t2 (Charge time) (6)
(ΔV1 and ΔV2 in this equation are treated as current count values after A / D conversion in the MPU.)
The magnitudes and positive and negative directions of the errors ΔV1 and ΔV2 differ depending on the operational amplifier. Therefore, when the offset directions of the current measuring circuits 101 and 102 are different, the error becomes larger because the positive and negative of ΔV1 and ΔV2 are different.

計測電流レンジに対して放電電流と充電電流の値が小さい場合、オフセット電圧の影響が大きくなり電流積算誤差も大きくなる。   When the values of the discharge current and the charging current are small with respect to the measurement current range, the influence of the offset voltage is large and the current integration error is also large.

図2に充電或いは放電電流と出力電圧のイメージ例を示す。実際は演算増幅器の設計や個別特性によりオフセット電圧の電流依存(入力電圧特性)がある。放電電流と充電電流の値が小さい場合、電流計測回路101或いは102の出力電圧に対するオフセット電圧は相対的に大きい。このために誤差も大きくなる可能性がある。   FIG. 2 shows an image example of the charging or discharging current and the output voltage. Actually, the offset voltage depends on the current (input voltage characteristics) depending on the design of the operational amplifier and individual characteristics. When the values of the discharge current and the charging current are small, the offset voltage with respect to the output voltage of the current measuring circuit 101 or 102 is relatively large. This can also increase the error.

図3は上記の問題を解決した回路である。図1の回路と同様な部分は同一符号を付している。図1の回路と異なる部分を説明する。   FIG. 3 is a circuit that solves the above problem. Parts similar to those in the circuit of FIG. A different part from the circuit of FIG. 1 is demonstrated.

電流計測回路101の一方の入力端子1−1と他方の入力端子1−2は、スイッチ回路100を介して、差動増幅回路DA1の一方の入力端子側と他方の入力端子側のいずれにも切り替え接続可能である。   One input terminal 1-1 and the other input terminal 1-2 of the current measuring circuit 101 are connected to either one input terminal side or the other input terminal side of the differential amplifier circuit DA1 via the switch circuit 100. Switching connection is possible.

スイッチ回路100は、スイッチ素子SW1,SW2,SW3,SW4を含む。スイッチ素子SW1は、入力端子1−1を抵抗R1を介して差動増幅回路DA1の一方の入力端子に接続することができ、スイッチSW2は、入力端子1−1を抵抗R3を介して差動増幅回路DA1の他方の入力端子に接続することができる。また、スイッチ素子SW3は、入力端子1−2を抵抗R1を介して差動増幅回路DA1の一方の入力端子に接続することができ、スイッチSW4は、入力端子1−2を抵抗R3を介して差動増幅回路DA1の他方の入力端子に接続することができる。   Switch circuit 100 includes switch elements SW1, SW2, SW3, SW4. The switch element SW1 can connect the input terminal 1-1 to one input terminal of the differential amplifier circuit DA1 via the resistor R1, and the switch SW2 differentially connects the input terminal 1-1 via the resistor R3. It can be connected to the other input terminal of the amplifier circuit DA1. The switch element SW3 can connect the input terminal 1-2 to one input terminal of the differential amplifier circuit DA1 via the resistor R1, and the switch SW4 connects the input terminal 1-2 via the resistor R3. It can be connected to the other input terminal of the differential amplifier circuit DA1.

電流計測回路102の一方の入力端子2−1と他方の入力端子2−2は、スイッチ回路200を介して、差動増幅回路DA2の一方の入力端子側と他方の入力端子側のいずれにも切り替え接続可能である。   One input terminal 2-1 and the other input terminal 2-2 of the current measuring circuit 102 are connected to either the one input terminal side or the other input terminal side of the differential amplifier circuit DA2 via the switch circuit 200. Switching connection is possible.

スイッチ回路200は、スイッチ素子SW5,SW6,SW7,SW8を含む。スイッチ素子SW5は、入力端子2−1を抵抗R5を介して差動増幅回路DA2の一方の入力端子に接続することができ、スイッチSW6は、入力端子2−1を抵抗R7を介して差動増幅回路DA2の他方の入力端子に接続することができる。また、スイッチ素子SW7は、入力端子2−2を抵抗R5を介して差動増幅回路DA2の一方の入力端子に接続することができ、スイッチSW8は、入力端子2−2を抵抗R7を介して差動増幅回路DA2の他方の入力端子に接続することができる。上記のスイッチ回路100、200は、半導体素子、或いは電磁スイッチなどが用いられても良い。   Switch circuit 200 includes switch elements SW5, SW6, SW7, and SW8. The switch element SW5 can connect the input terminal 2-1 to one input terminal of the differential amplifier circuit DA2 via the resistor R5, and the switch SW6 differentially connects the input terminal 2-1 to the input terminal 2-1 via the resistor R7. It can be connected to the other input terminal of the amplifier circuit DA2. The switch element SW7 can connect the input terminal 2-2 to one input terminal of the differential amplifier circuit DA2 via the resistor R5. The switch SW8 connects the input terminal 2-2 via the resistor R7. It can be connected to the other input terminal of the differential amplifier circuit DA2. The switch circuits 100 and 200 may be semiconductor elements or electromagnetic switches.

上記のスイッチ回路100と200は以下のように制御される。この制御は、例えばMPU400からの制御信号により実行される。ある期間Aは、SW1,SW4,SW5,SW8がオンし、SW2,SW3,SW6,SW7はオフする。この期間Aでは、電流計測回路101は放電電流のみを計測でき、電流計測回路102は充電電流のみを計測できる。   The switch circuits 100 and 200 are controlled as follows. This control is executed by a control signal from the MPU 400, for example. During a certain period A, SW1, SW4, SW5, and SW8 are turned on, and SW2, SW3, SW6, and SW7 are turned off. In this period A, the current measurement circuit 101 can measure only the discharge current, and the current measurement circuit 102 can measure only the charging current.

この時MPU400では電流計測回路101の出力を放電電流、電流計測回路102の出力を充電電流として演算する。   At this time, the MPU 400 calculates the output of the current measuring circuit 101 as a discharge current and the output of the current measuring circuit 102 as a charging current.

次に他の期間Bでは、SW2,SW3,SW6,SW7がオンし、SW1,SW4,SW5,SW8がオフする。この期間Bでは、電流計測回路101は充電電流のみを計測でき、電流計測回路102は放電電流のみを計測できる。   Next, in another period B, SW2, SW3, SW6, and SW7 are turned on, and SW1, SW4, SW5, and SW8 are turned off. In this period B, the current measurement circuit 101 can measure only the charging current, and the current measurement circuit 102 can measure only the discharge current.

この時MPU400では電流計測回路101の出力を充電電流、電流計測回路102の出力を放電電流として演算する。   At this time, the MPU 400 calculates the output of the current measuring circuit 101 as a charging current and the output of the current measuring circuit 102 as a discharging current.

上記の期間Aと期間Bを繰り返すことによって電流積算値の誤差をキャンセルすることが出来る。具体的には、期間Aに定電流放電電流Idをt1期間流した後、定電流充電電流Icをt2期間流し、次の期間Bでスイッチ回路100、200を切り替え制御し、定電流放電電流Idをt1’期間流した後、定電流充電電流Icをt2’期間流すものとする。すると、
期間Aでの誤差は
放電期間t1:ΔV1=Voff1(1+Av),
充電期間t2:ΔV2=Voff2(1+Av)となり、
期間Bでの誤差は
放電期間t’1:ΔV2’ =Voff2’(1+Av),
充電期間t2’:ΔV1’ =Voff1’(1+Av)となる。
By repeating the above period A and period B, the error of the current integrated value can be canceled. Specifically, after a constant current discharge current Id is passed for a period t1 in a period A, a constant current charge current Ic is supplied for a period t2, and in the next period B, the switching circuits 100 and 200 are switched and controlled. It is assumed that the constant current charging current Ic flows for the period t2 ′ after flowing for the period t1 ′. Then
The error in period A is the discharge period t1: ΔV1 = Voff1 (1 + Av),
Charging period t2: ΔV2 = Voff2 (1 + Av)
The error in period B is the discharge period t'1: ΔV2 '= Voff2' (1 + Av),
Charging period t2 ′: ΔV1 ′ = Voff1 ′ (1 + Av).

期間Aと期間Bの電流積算値の誤差ΔQABを求めると、
誤差ΔQAB = ΔV1×t1(放電時間) ― ΔV2×t2(充電時間) + ΔV2’×t1’(放電時間) ― ΔV1’×t2’(充電時間) となる。
When calculating the error ΔQAB of the current integrated values in the period A and the period B,
Error ΔQAB = ΔV1 × t1 (discharge time) −ΔV2 × t2 (charge time) + ΔV2 ′ × t1 ′ (discharge time) −ΔV1 ′ × t2 ′ (charge time).

ここでId=IcならばVoff1=Voff1’, Voff2=Voff2’からΔV1=ΔV1’ ,ΔV2=ΔV2’ となるので、
ΔQAB=ΔV1(t1―t2’)+ ΔV2(t1’―t2) となる。更に、A及びB期間及びその充放電期間が等しい場合、t1=t2=t1’=t2’ならばΔQAB=0となる。したがって電流計測回路のオフセットの抑制及び又はオフセットのキャンセルすることが出来る。
Here, if Id = Ic, Voff1 = Voff1 ′, Voff2 = Voff2 ′ becomes ΔV1 = ΔV1 ′, ΔV2 = ΔV2 ′,
ΔQAB = ΔV1 (t1−t2 ′) + ΔV2 (t1′−t2). Further, when the A and B periods and the charge / discharge period are equal, if t1 = t2 = t1 ′ = t2 ′, ΔQAB = 0. Accordingly, it is possible to suppress the offset of the current measuring circuit and / or cancel the offset.

図4(A)には、上記した期間AとBにおける図3の電流計測回路101と102が電流計測を行う期間を示している。また図4(B)には、上記した期間AとBにおいて、図1の電流計測回路101と102による電流計測誤差が蓄積される様子を示している。図4(C)には、上記した期間AとBにおいて、図3の電流計測回路101と102の電流計測誤差がキャンセルされる様子を示している。図4(C)では放電電流と充電電流が等しく、放電電流計測期間と充電電流計測期間が等しい場合は期間Aと期間Bを経ることで誤差ΔQはキャンセルされることを示している。   FIG. 4A shows a period in which the current measurement circuits 101 and 102 in FIG. 3 perform current measurement in the periods A and B described above. FIG. 4B shows a state where current measurement errors caused by the current measurement circuits 101 and 102 in FIG. 1 are accumulated in the periods A and B described above. FIG. 4C shows a state in which the current measurement errors of the current measurement circuits 101 and 102 in FIG. 3 are canceled in the periods A and B described above. FIG. 4C shows that the error ΔQ is canceled after the period A and the period B when the discharge current and the charge current are equal and the discharge current measurement period and the charge current measurement period are equal.

上記の実施形態では、2つの電流計測回路101、102を有した。しかし本発明の考え方は図5に示すように構成されてもよい。図5の実施形態は、図3の実施形態に比べて、電流計測回路102が省略され電流計測回路102が採用されている。さらに差動増幅回路DA1の他方の入力端子(例えば負側入力端子)には、抵抗R4の一端が接続されるが、この抵抗R4の他端は基準電圧Vrefに接続されている。   In the above embodiment, the two current measurement circuits 101 and 102 are provided. However, the idea of the present invention may be configured as shown in FIG. In the embodiment of FIG. 5, the current measurement circuit 102 is omitted and the current measurement circuit 102 is adopted as compared with the embodiment of FIG. 3. Further, one end of the resistor R4 is connected to the other input terminal (for example, negative input terminal) of the differential amplifier circuit DA1, and the other end of the resistor R4 is connected to the reference voltage Vref.

この実施例では、Vrefを基準電圧として、
Vout>Vrefの時を放電(充電)、Vout<Vrefの時を充電(放電)、Vout=Vrefの時を無電流であるものとして計測し、計測電流の演算を行う。
In this example, using Vref as a reference voltage,
When Vout> Vref, discharge (charge) is performed, when Vout <Vref, charge (discharge), and when Vout = Vref, no current is measured, and the measurement current is calculated.

電流値はVout−Vrefの絶対値に基づいて算出される。従って、電流計測回路の出力電圧と、充放電電流と、基準電圧とオフセット電圧との関係を示すと図6に示すようになる。   The current value is calculated based on the absolute value of Vout−Vref. Therefore, the relationship between the output voltage of the current measuring circuit, the charge / discharge current, the reference voltage, and the offset voltage is as shown in FIG.

例えば演算増幅器が、正のオフセットを持つとする。すると、計測した電流値が Vout>Vref の範囲での電流値であれば、本来の電流値より大きい値として計測される、逆に計測した電流値がVout<Vrefの範囲での電流値であれば、本来の電流値より小さい値として計測されることになる。このオフセットによる誤差を軽減するために、スイッチ素子SW1−SW4が制御される。即ち、ある期間AはSW1,SW4がオンし、SW2,SW3はオフされるので電流計測回路の出力がVout>Vrefの時を放電、Vout<Vrefの時を充電としてMPU400で演算される。次の期間BではSW2,SW3がオンし、SW1,SW4はオフされるので電流計測回路の出力がVout>Vrefの時を充電、Vout<Vrefの時を放電としてMPU400で演算される。   For example, assume that an operational amplifier has a positive offset. Then, if the measured current value is a current value in the range of Vout> Vref, it is measured as a value larger than the original current value. Conversely, if the measured current value is in the range of Vout <Vref, In this case, it is measured as a value smaller than the original current value. In order to reduce the error due to the offset, the switch elements SW1 to SW4 are controlled. That is, since SW1 and SW4 are turned on and SW2 and SW3 are turned off during a certain period A, the MPU 400 calculates when the output of the current measuring circuit is discharged when Vout> Vref and charged when Vout <Vref. In the next period B, SW2 and SW3 are turned on, and SW1 and SW4 are turned off. Therefore, the MPU 400 calculates when the output of the current measurement circuit is Vout> Vref and discharges when Vout <Vref.

上記の期間Aと期間Bを繰り返すことによって電流積算値に含まれる誤差をキャンセルすることが出来る。具体的には、期間Aに定電流放電Idをt1期間流した後、定電流充電Icをt2期間流し、次の期間Bでスイッチ回路100を切り替え制御し、定電流放電Idをt1’期間流した後、定電流充電Icをt2’期間流すものとする。   By repeating the period A and the period B, an error included in the current integrated value can be canceled. Specifically, after a constant current discharge Id is allowed to flow for a period t1 in a period A, a constant current charge Ic is allowed to flow for a period t2. After that, the constant current charging Ic is assumed to flow for the period t2 ′.

期間Aの電流計測回路100のオフセット電圧は放電領域Voff1、充電Voff2とし期間Bのフセット電圧は放電Voff1’、充電Voff2’とする。したがって誤差は下記のようになる。   The offset voltage of the current measurement circuit 100 in the period A is the discharge region Voff1 and the charge Voff2, and the offset voltage in the period B is the discharge Voff1 'and the charge Voff2'. Therefore, the error is as follows.

期間Aのそれぞれの誤差は、放電期間t1:ΔV1=Voff1(1+Av), 充電期間t2:ΔV2=Voff2(1+Av) となり、
期間Bのそれぞれの誤差は、放電期間t1’:ΔV2’ =Voff2’(1+Av), 充電期間t2’:ΔV1’ =Voff1’(1+Av) となる。
The errors in period A are as follows: discharging period t1: ΔV1 = Voff1 (1 + Av), charging period t2: ΔV2 = Voff2 (1 + Av)
The respective errors in the period B are the discharge period t1 ′: ΔV2 ′ = Voff2 ′ (1 + Av) and the charging period t2 ′: ΔV1 ′ = Voff1 ′ (1 + Av).

したがって期間Aと期間Bの電流積算値の誤差ΔQABは、
ΔQAB =ΔV1×t1(放電時間) ― ΔV2×t2(充電時間) + ΔV2’×t1’(放電時間) ― ΔV1’×t2’(充電時間) となる。
Therefore, the error ΔQAB between the current integrated values in period A and period B is
ΔQAB = ΔV1 × t1 (discharge time) −ΔV2 × t2 (charge time) + ΔV2 ′ × t1 ′ (discharge time) −ΔV1 ′ × t2 ′ (charge time)

ここでId=IcならばVoff1=Voff1’, Voff2=Voff2’からΔV1=ΔV1’ ,ΔV2=ΔV2’ となるので、ΔQAB=ΔV1(t1―t2)+ ΔV2(t1―t2) となる。更に、A,B期間AとBが等しくまたその充放電期間が等しい場合、t1=t2=t1’=t2’ならばΔQAB=0となる。更にt1=t2ならばΔQAB=0となる。したがって電流計測回路のオフセットを抑制しまたはキャンセルすることが出来る。 Here, if Id = Ic, Voff1 = Voff1 ′ and Voff2 = Voff2 ′ are changed to ΔV1 = ΔV1 ′ and ΔV2 = ΔV2 ′, and ΔQAB = ΔV1 (t1−t2) + ΔV2 (t1−t2). Further, when the A and B periods A and B are equal and the charge and discharge periods are equal, if t1 = t2 = t1 ′ = t2 ′, ΔQAB = 0. Further, if t1 = t2, ΔQAB = 0. Therefore, the offset of the current measuring circuit can be suppressed or canceled.

実際の使用では電流計測回路がそれぞれ一方向の電流に対応する期間ともう一方に対応する期間を同等にするため、期間Aと期間Bを頻繁に切り替えたほうがが望ましい。例えば無電流が一定の時間継続したタイミングや装置を起動したタイミングなどで期間Aと期間Bを切り替えるよう制御する。特に充放電パターン、期間が一定である装置において有効である。   In actual use, it is desirable that the period A and the period B be switched frequently so that the current measurement circuit makes the period corresponding to the current in one direction equal to the period corresponding to the other. For example, the control is performed so that the period A and the period B are switched at a timing at which no current continues for a certain time, a timing at which the apparatus is activated, or the like. This is particularly effective in an apparatus having a constant charge / discharge pattern and period.

上記した電流計測回路を二次電池回路の充放電路に接続する場合、必ずしも、図1、図3、図5に示した場所に限定されるものではない。要は、二次電池回路に対する充電電流、放電電流の変化を検出できる同一場所(充放電検出路)であればよい。また電流計測回路とスイッチの構成に関しては、半導体集積回路で一体化して構成し、スイッチは制御回路からの制御信号で制御される構成であってもよい。   When the above-described current measurement circuit is connected to the charge / discharge path of the secondary battery circuit, the current measurement circuit is not necessarily limited to the locations shown in FIGS. 1, 3, and 5. In short, it may be the same place (charge / discharge detection path) where changes in charge current and discharge current for the secondary battery circuit can be detected. The current measurement circuit and the switch may be integrated with a semiconductor integrated circuit, and the switch may be controlled by a control signal from the control circuit.

また本装置は種々の装置(自動車、列車などの車両)に適用できることは勿論のことである。そのためにスイッチ回路100,200を制御するタイミングは、MPU400により決定することができる。この場合、MPU400が、電池回路BTに対する充電期間と放電期間を検出することができる。そして、MPU400が期間A、期間Bを設定し、上記した計測のためのスイッチ制御を行う。図4は原理的な期間Aと、期間Bを示したが、期間Aと期間Bは、時間軸上で分散されていてもよい。   Of course, this apparatus can be applied to various apparatuses (vehicles such as automobiles and trains). Therefore, the timing for controlling the switch circuits 100 and 200 can be determined by the MPU 400. In this case, the MPU 400 can detect the charging period and the discharging period for the battery circuit BT. Then, the MPU 400 sets the period A and the period B, and performs switch control for the above-described measurement. Although FIG. 4 shows the theoretical period A and the period B, the period A and the period B may be distributed on the time axis.

上記したように本実施形態によると、電流計測回路のオフセットを計測電流方向を一定期間毎に切り替えることによって、SOC演算におけるオフセットをキャンセルし、SOC精度を向上することができる。よって、SOC精度の更なる向上が見込める。又、高価な演算増幅器を採用することなく安価なスイッチの追加のみでSOC精度を向上することが出来る。   As described above, according to the present embodiment, the offset in the SOC calculation can be canceled and the SOC accuracy can be improved by switching the offset of the current measurement circuit in the direction of the measurement current every certain period. Therefore, further improvement in SOC accuracy can be expected. Moreover, the SOC accuracy can be improved only by adding an inexpensive switch without using an expensive operational amplifier.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

100,200・・・スイッチ回路、101,102・・・・電流計測回路、400・・・MPU,500・・・I/F回路、BT・・・二次電池回路、Rsh・・・シャント抵抗。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,200 ... Switch circuit, 101,102 ... Current measuring circuit, 400 ... MPU, 500 ... I / F circuit, BT ... Secondary battery circuit, Rsh ... Shunt resistance .

Claims (6)

二次電池回路の充電電流と放電電流の影響を受ける抵抗と、
前記抵抗に発生する電圧に基づき、前記放電電流と前記充電電流を計測する電流計測回路と、
前記電流計測回路の入力端子と前記抵抗との間の接続回路として設けられ、第1の期間に前記電流計測回路が放電電流、第2の期間に充電電流を計測するように、前記抵抗と前記電流計測回路の計測接続状態を切り換えるスイッチ回路と、
前記電流計測回路の出力を用いて前記二次電池回路の充電状態を計算する制御部と、を有する二次電池装置。
A resistance affected by the charging current and discharging current of the secondary battery circuit;
A current measuring circuit for measuring the discharging current and the charging current based on the voltage generated in the resistor;
Provided as a connection circuit between the input terminal of the current measuring circuit and the resistor, the resistor and the resistor so that the current measuring circuit measures the discharge current in the first period and the charging current in the second period. A switch circuit for switching the measurement connection state of the current measurement circuit;
A secondary battery device comprising: a control unit that calculates a state of charge of the secondary battery circuit using an output of the current measurement circuit.
二次電池回路の充電電流と放電電流の影響を受ける抵抗と、
前記抵抗に発生する電圧に基づき、前記放電電流と前記充電電流を計測する第1の電流計測回路と、
前記抵抗に発生する電圧に基づき、前記放電電流と前記充電電流を計測する第2の電流計測回路と、
第1の期間に前記第1の電流計測回路が前記放電電流、前記第2の電流計測回路が前記充電電流を計測し、第2の期間に前記第1の電流計測回路が前記充電電流、前記第2の電流計測回路が前記放電電流を計測するように、前記抵抗と前記第1及び第2の電流計測回路の接続状態を切り換えるスイッチ回路と、
前記第1と第2の電流計測回路の出力を用いて前記電池回路の充電状態を計算する制御部と、を有する二次電池装置。
A resistance affected by the charging current and discharging current of the secondary battery circuit;
A first current measuring circuit for measuring the discharge current and the charging current based on a voltage generated in the resistor;
A second current measuring circuit for measuring the discharge current and the charging current based on a voltage generated in the resistor;
In the first period, the first current measuring circuit measures the discharge current, the second current measuring circuit measures the charging current, and in the second period, the first current measuring circuit measures the charging current, A switch circuit for switching a connection state between the resistor and the first and second current measurement circuits so that a second current measurement circuit measures the discharge current;
A secondary battery device comprising: a control unit that calculates a state of charge of the battery circuit using outputs of the first and second current measurement circuits.
前記スイッチ回路により計測電流方向を切り替えるタイミングは、前記充電電流及び前記放電電流が一定期間流れていないと判断された時及び又は前記二次電池回路の電圧を用いる機器が起動された時である請求項1又は2に記載の二次電池装置。   The timing of switching the measurement current direction by the switch circuit is when it is determined that the charging current and the discharging current do not flow for a certain period of time, or when a device using the voltage of the secondary battery circuit is activated. Item 3. The secondary battery device according to Item 1 or 2. 前記スイッチ回路が半導体素子で構成されている請求項1又は2に記載の二次電池装置。   The secondary battery device according to claim 1, wherein the switch circuit includes a semiconductor element. 二次電池回路の充電電流と放電電流の影響を受ける抵抗と、前記抵抗に発生する電圧に基づき前記放電電流と前記充電電流を計測する電流計測回路と、制御部を含み前記二次電池回路の充電状態を計測する方法であって、前記制御部が、
第1の期間に前記電流計測回路が放電電流、第2の期間に充電電流を計測するように、前記電流計測回路の入力端子と前記抵抗との間の接続状態を切り換え、
前記電流計測回路の出力を用いて前記二次電池回路の充電状態を計算する、充電状態計測方法。
A resistance that is affected by a charging current and a discharging current of the secondary battery circuit; a current measuring circuit that measures the discharging current and the charging current based on a voltage generated at the resistor; A method for measuring a state of charge, wherein the controller is
The connection state between the input terminal of the current measurement circuit and the resistor is switched so that the current measurement circuit measures the discharge current in the first period and the charge current in the second period,
A charge state measurement method for calculating a charge state of the secondary battery circuit using an output of the current measurement circuit.
二次電池回路の充電電流と放電電流の影響を受ける抵抗と、前記抵抗に発生する電圧に基づき、前記放電電流と前記充電電流を計測する第1の電流計測回路と、前記抵抗に発生する電圧に基づき、前記放電電流と前記充電電流を計測する第2の電流計測回路と、制御部を含み前記二次電池回路の充電状態を計測する方法であって、前記制御部が、
第1の期間に前記第1の電流計測回路が前記放電電流、前記第2の電流計測回路が前記充電電流を計測し、第2の期間に前記第1の電流計測回路が前記充電電流、前記第2の電流計測回路が前記放電電流を計測するように、前記抵抗と前記第1及び第2の電流計測回路の接続状態を切り換え、
前記第1と第2の電流計測回路の出力を用いて前記電池回路の充電状態を計算する、充電状態計測方法。
A resistance affected by the charging current and discharging current of the secondary battery circuit, a first current measuring circuit for measuring the discharging current and the charging current based on the voltage generated at the resistance, and a voltage generated at the resistance A second current measuring circuit for measuring the discharge current and the charging current, and a method for measuring a charging state of the secondary battery circuit including a control unit, the control unit comprising:
In the first period, the first current measuring circuit measures the discharge current, the second current measuring circuit measures the charging current, and in the second period, the first current measuring circuit measures the charging current, The connection state of the resistor and the first and second current measurement circuits is switched so that the second current measurement circuit measures the discharge current,
A charge state measurement method for calculating a charge state of the battery circuit using outputs of the first and second current measurement circuits.
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