JP2015141117A - バッテリの劣化状態推定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリの劣化状態を精度よく推定することができるバッテリの劣化状態推定装置を提供すること。【解決手段】BMSは、バッテリの総放電容量に基づいて、バッテリのSOHを推定し(ステップS2)、吸気温度センサによって検出された環境温度に基づいて、補正係数を特定し(ステップS3)、推定したSOHに補正係数を乗じることにより、バッテリのSOHを補正する(ステップS4)。【選択図】図4
Description
本発明は、バッテリの劣化状態推定装置に関し、詳しくは、車両に設けられたバッテリの劣化状態を推定する劣化状態推定装置に関する。
従来のバッテリの劣化状態推定装置として、特許文献1には、バッテリの放充電電流の積算値に基づいて推定した第1のバッテリ残量の変化量と、バッテリの端子間電圧の挙動によって推定したバッテリの開放電圧及びバッテリの温度に基づいて推定した第2のバッテリ残量の変化量との比率の加重平均をとり、この加重平均の収束値に基づいてバッテリの容量を推定し、推定したバッテリ容量と初期のバッテリ容量とに基づいて、バッテリの劣化状態を推定するものが提案されている。
リチウムイオン電池等のバッテリの劣化状態は、バッテリが使用されていない状態であっても、バッテリの環境温度に大きな影響を受ける。しかしながら、特許文献1で提案されたものは、バッテリの環境温度について考慮されていないため、推定したバッテリの劣化状態に誤差が生じるといった課題があった。
そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、バッテリの劣化状態を精度よく推定することができるバッテリの劣化状態推定装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、バッテリの総放電容量に基づいてバッテリの劣化状態を推定する劣化状態推定部と、バッテリの環境温度を検出する環境温度センサと、を備え、劣化状態推定部は、環境温度センサによって検出された温度に応じた補正係数で劣化状態を補正することを特徴とするものである。
本発明の第2の態様として、劣化状態推定部は、イグニッションスイッチがオンにされたときに、イグニッションスイッチがオフにされてから規定時間が経過していることを条件として、環境温度センサによって検出された温度に応じた補正係数で劣化状態を補正するようにしてもよい。
本発明の第3の態様として、バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、バッテリの周辺機器の温度を検出する機器温度センサと、を更に備え、劣化状態推定部は、イグニッションスイッチがオンにされたときに、イグニッションスイッチがオフにされたときからバッテリ温度センサによって検出された温度が所定の温度以上低下していること、かつ、機器温度センサによって検出された温度が規定温度以下となっていることを条件として、環境温度センサによって検出された温度に応じた補正係数で劣化状態を補正するようにしてもよい。
このように、上記の第1の態様は、バッテリの総放電容量に基づいて推定したバッテリの劣化状態をバッテリの環境温度に応じた補正係数で補正するため、バッテリの劣化状態を精度よく推定することができる。
上記の第2の態様は、イグニッションスイッチがオフにされてから規定時間が経過していることを条件として、バッテリの劣化状態を補正するため、バッテリ及び周辺機器の温度に影響を受けていないバッテリの環境温度に応じた補正係数でバッテリの劣化状態を補正することができる。
上記の第3の態様は、イグニッションスイッチがオフにされたときからバッテリの温度が十分に低下していること、かつ、周辺機器の温度が規定温度以下となっていることを条件として、バッテリの劣化状態を補正するため、バッテリ及び周辺機器の温度に影響を受けていないバッテリの環境温度に応じた補正係数でバッテリの劣化状態を補正することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係るバッテリの劣化状態推定装置を搭載した車両1は、電池パック2と、DC−DCコンバータ3と、インバータ4と、モータ5と、モータ制御装置(以下、単に「MG−ECU」という)6と、を含んで構成される。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係るバッテリの劣化状態推定装置を搭載した車両1は、電池パック2と、DC−DCコンバータ3と、インバータ4と、モータ5と、モータ制御装置(以下、単に「MG−ECU」という)6と、を含んで構成される。
電池パック2内には、バッテリ10と、バッテリ管理システム(Battery Management System、以下、単に「BMS」という)11とが収容されている。バッテリ10は、高電圧バッテリであり、二次電池によって構成され、直流の電源を構成する。
DC−DCコンバータ3は、バッテリ10から供給された直流電力を低電圧に変換する。そして、DC−DCコンバータ3は、低電圧に変換した電力を、例えば、12Vの補機等に電力を供給するための低電圧バッテリ(図示しない)に供給する。
本実施の形態において、インバータ4は、MG−ECU6の制御により、バッテリ10から供給された直流電力を三相交流電力に変換してモータ5に供給するようになっている。モータ5は、インバータ4から供給された三相交流電力によって回転駆動するようになっている。このように、モータ5は、原動機として機能し、モータ5が回転駆動することにより、その駆動力が車両1の駆動輪に伝達され、車両1が駆動する。
また、モータ5は、車両1の駆動輪から伝達された駆動力によって回転させられることにより、発電機としても機能し、インバータ4に三相交流電力を供給するようになっている。インバータ4は、MG−ECU6の制御により、モータ5から供給された三相交流電力を直流電力に変換してバッテリ10に供給するようになっている。
図2に示すように、電池パック2は、車両1のリアフロア12上に設けられている。電池パック2には、車両前方側が開口したインレットダクト20と、車両後方側に冷却ファン22が設けられたアウトレットダクト21が接続されている。すなわち、インレットダクト20、電池パック2、アウトレットダクト21及び冷却ファン22によってバッテリ10を冷却する冷却風を通す通路23が形成されている。
図1において、MG−ECU6は、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
MG−ECU6のネットワークモジュールは、BMS11等の他のECU(Electronic Control Unit)とCAN(Controller Area Network)を介して通信を行うことができるようになっている。
なお、本実施の形態において、MG−ECU6及びBMS11は、CANを介して通信を行うものとして説明するが、フレックスレイ等の他の規格に準拠したネットワークを介して通信を行うようにしてもよい。
MG−ECU6のROMには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをMG−ECU6として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、MG−ECU6において、CPUがROMに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、MG−ECU6として機能する。
例えば、MG−ECU6は、インバータ4を制御し、バッテリ10を放充電させるようになっている。詳細には、MG−ECU6は、バッテリ10の残容量(State Of Charge、以下、単に「SOC」という)及びバッテリ10の劣化状態(State Of Health、以下、単に「SOH」という)をBMS11からCANを介して受信するようになっている。
MG−ECU6は、BMS11から受信したSOC及びSOHに基づいて、バッテリ10が充電可能な状態にあるか否か、及び、バッテリ10が放電可能な状態にあるか否かを判断し、これら判断結果と、他のECUから受信した車両1の運転状態とに応じてインバータ4を制御するようになっている。
BMS11は、CPUと、RAMと、ROMと、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。BMS11のネットワークモジュールは、MG−ECU6等の他のECUとCANを介して通信を行うことができるようになっている。
BMS11のROMには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをBMS11として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、BMS11において、CPUがROMに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、BMS11として機能する。
BMS11の入力ポートには、バッテリ10の充放電電流を検出する電流センサ30と、インレットダクト20内の温度を検出する吸気温度センサ31とが接続されている。また、BMS11は、CANを介してコントローラ32に接続されている。コントローラ32には、イグニッションスイッチ(以下、単に「IG」という)33が接続されている。そして、コントローラ32は、IG33がオンまたはオフされたときにイグニッション信号を取得し、この取得したイグニッション信号に基づいてBMS11を起動するための指令信号を出力する。BMS11は、電流センサ30によって検出された充放電電流に基づいて、SOCを算出するようになっている。また、BMS11は、コントローラ32から取得した指令信号に基づいて起動する。
また、BMS11は、電流センサ30によって検出された充放電電流に基づいて、バッテリ10が初期状態にあるときからのバッテリ10の総放電容量を算出するようになっている。詳細には、BMS11は、電流センサ30によって検出された充放電電流に基づいて、バッテリ10の放電電流を積算していくことにより、バッテリ10の総放電容量を算出するようになっている。
BMS11のROMには、バッテリ10の総放電容量と、SOHとが対応付けられたSOHマップが予め格納されている。BMS11は、SOHマップを参照し、バッテリ10の総放電容量に基づいて、SOHを推定するようになっている。このように、BMS11は、本発明における劣化状態推定部40を構成する。
また、本実施の形態において、吸気温度センサ31は、バッテリ10の環境温度を検出する環境温度センサを構成する。BMS11のROMには、図3に示すように、吸気温度センサ31によって検出された環境温度と、SOHの補正係数とが対応付けられた補正マップが格納されている。
BMS11は、IG33がオンにされたときに、IG33がオフにされてから規定時間が経過していることを条件として、補正マップを参照し、吸気温度センサ31によって検出された環境温度に基づいて、補正係数を特定し、特定した補正係数をSOHに乗じることにより、SOHを補正するようになっている。ここで、規定時間は、予め実験的に定められた適合値である。IG33がオフにされてからIG33がオンにされるまでの経過時間は、BMS11に設けられたタイマによって計測される。また、この経過時間は、BMS11に、IG33がオフされたときの時刻をフラッシュメモリに記憶する機能を設け、前回IG33がオフされたときの時刻と今回IG33がオンにされたときの時刻とに基づいて計測してもよい。
以上のように構成された本発明の第1の実施の形態に係る劣化状態推定装置による劣化状態推定動作について図4を参照して説明する。なお、以下に説明する劣化状態推定動作は、IG33がオンされて、BMS11が起動したときにスタートする。
まず、BMS11は、IG33がオフにされてから規定時間が経過しているか否かを判断する(ステップS1)。ここで、IG33がオフにされてから規定時間が経過していないと判断した場合には、BMS11は、劣化状態推定動作を終了する。
一方、IG33がオフにされてから規定時間が経過していると判断した場合には、BMS11は、SOHマップを参照し、バッテリ10の総放電容量に基づいて、SOHを推定する(ステップS2)。
次いで、BMS11は、補正マップを参照し、吸気温度センサ31によって検出された環境温度に基づいて、補正係数を特定する(ステップS3)。次いで、BMS11は、推定したSOHに補正係数を乗じることにより、SOHを補正し(ステップS4)、劣化状態推定動作を終了する。
以上のように、本実施の形態は、バッテリ10の総放電容量に基づいて推定したSOHをバッテリ10の環境温度に応じた補正係数で補正するため、バッテリ10の環境温度を考慮していないものに対して、SOHを精度よく推定することができる。
また、本実施の形態は、IG33がオフにされてから規定時間が経過していることを条件として、SOHを補正するため、バッテリ10及びモータ5等の周辺機器の温度に影響を受けていないバッテリ10の環境温度に応じた補正係数でSOHを補正することができる。
なお、本実施の形態において、BMS11は、補正マップを参照し、吸気温度センサ31によって検出された環境温度に基づいて、補正係数を特定し、特定した補正係数をSOHに乗じることにより、SOHを補正するものとして説明した。
これに対し、BMS11は、吸気温度センサ31によって検出された環境温度をフラッシュメモリに記憶し、フラッシュメモリに記憶した環境温度に対して、加重平均化処理等の公知の平均化処理を施すことによって、補正係数を特定するときの環境温度を決定するようにしてもよい。
具体的には、BMS11は、電流センサ30によって充放電電流が検出されたときにおける環境温度をフラッシュメモリに記憶し、IG33がオンにされたときに、フラッシュメモリに記憶されている環境温度に対して、平均化処理を施すことによって環境温度の平均値(平均環境温度)を求める。そして、BMS11は、平均環境温度に基づいて補正マップを参照することにより、補正係数を特定する。
また、BMS11は、環境温度をフラッシュメモリに間引いて記憶するようにしてもよい。例えば、BMS11は、前回に環境温度をフラッシュメモリに記憶してから、24時間が経過するまでは、環境温度をフラッシュメモリに記憶しないようにしてもよい。
(第2の実施の形態)
本実施の形態においては、本発明の第1の実施の形態との相違点について説明する。また、本実施の形態における構成要素のうち、本発明の第1の実施の形態と同様なものについては、同一の符号で示し、相違する点について説明する。
本実施の形態においては、本発明の第1の実施の形態との相違点について説明する。また、本実施の形態における構成要素のうち、本発明の第1の実施の形態と同様なものについては、同一の符号で示し、相違する点について説明する。
図5に示すように、本発明の第2の実施の形態に係るバッテリの劣化状態推定装置を搭載した車両50は、本発明の第1の実施の形態に係る車両1に対して、BMS11の入力ポートに、電流センサ30及び吸気温度センサ31に加えて、バッテリ10の温度を検出するバッテリ温度センサ34と、モータ5の温度を検出するモータ温度センサ35とが接続されている。モータ温度センサ35は、バッテリ10の周辺機器の温度を検出する機器温度センサを構成する。
本実施の形態におけるBMS11は、本発明の第1の実施の形態におけるBMS11に対して、ROMに記憶されたプログラムが相違する。具体的には、本発明の第1の実施の形態において、BMS11は、IG33がオンにされたときに、IG33がオフにされてから規定時間が経過していることを条件として、補正マップを参照し、吸気温度センサ31によって検出された環境温度に基づいて、補正係数を特定するようになっていた。
これに対し、本実施の形態におけるBMS11は、IG33がオンにされたときに、IG33がオフにされたときからバッテリ温度センサ34によって検出された温度が所定の温度以上低下していること、かつ、モータ温度センサ35によって検出された温度が規定温度以下となっていることを条件として、補正マップを参照し、吸気温度センサ31によって検出された環境温度に基づいて、補正係数を特定するようになっている。
例えば、本実施の形態におけるBMS11は、IG33がオンにされたときに、IG33がオフにされたときからバッテリ温度センサ34によって検出された温度が5℃以上低下していること、かつ、モータ温度センサ35によって検出された温度が50℃以下となっていることを条件として、補正マップを参照し、吸気温度センサ31によって検出された環境温度に基づいて、補正係数を特定するようになっている。
以上のように構成された本発明の第2の実施の形態に係る劣化状態推定装置による劣化状態推定動作について図6を参照して説明する。なお、以下に説明する劣化状態推定動作は、IG33がオンされて、BMS11が起動したときにスタートする。
まず、BMS11は、IG33がオフにされたときからバッテリ温度センサ34によって検出された温度が5℃以上低下しているか否かを判断する(ステップS11)。ここで、IG33がオフにされたときからバッテリ温度センサ34によって検出された温度が5℃以上低下していないと判断した場合には、BMS11は、劣化状態推定動作を終了する。
一方、IG33がオフにされたときからバッテリ温度センサ34によって検出された温度が5℃以上低下していると判断した場合には、BMS11は、モータ温度センサ35によって検出された温度が50℃以下であるか否かを判断する(ステップS12)。
ここで、モータ温度センサ35によって検出された温度が50℃以下でないと判断した場合には、BMS11は、劣化状態推定動作を終了する。一方、モータ温度センサ35によって検出された温度が50℃以下であると判断した場合には、BMS11は、SOHマップを参照し、バッテリ10の総放電容量に基づいて、SOHを推定する(ステップS13)。
次いで、BMS11は、補正マップを参照し、吸気温度センサ31によって検出された温度に基づいて、補正係数を特定する(ステップS14)。次いで、BMS11は、推定したSOHに補正係数を乗じることにより、SOHを補正し(ステップS15)、劣化状態推定動作を終了する。
以上のように、本実施の形態は、本発明の第1の実施の形態と同様に、バッテリ10の総放電容量に基づいて推定したSOHをバッテリ10の環境温度に応じた補正係数で補正するため、バッテリ10の環境温度を考慮していないものに対して、SOHを精度よく推定することができる。
また、本実施の形態は、IG33がオフにされたときからバッテリ10の温度が十分に低下していること、かつ、モータ5の温度が規定温度以下となっていることを条件として、SOHを補正するため、バッテリ10及びモータ5等の周辺機器の温度に影響を受けていないバッテリ10の環境温度に応じた補正係数でSOHを補正することができる。
なお、本実施の形態において、モータ温度センサ35は、バッテリ10の周辺機器の温度を検出する機器温度センサを構成するものとして説明したが、バッテリ10の周辺機器の温度を検出する機器温度センサとして、DC−DCコンバータ3の温度を検出するものであってもよく、インバータ4の温度を検出するものであってもよく、これらを冷却するための冷却水の温度を検出するものであってもよい。また、本実施の形態において、環境温度の代わりに、上述した平均環境温度に基づいて補正係数を特定するようにしてもよい。
(第3の実施の形態)
本実施の形態においては、本発明の第2の実施の形態との相違点について説明する。また、本実施の形態のハードウェア構成は、図5に示した本発明の第2の実施の形態と同一であるため、図示を省略する。
本実施の形態においては、本発明の第2の実施の形態との相違点について説明する。また、本実施の形態のハードウェア構成は、図5に示した本発明の第2の実施の形態と同一であるため、図示を省略する。
本実施の形態におけるBMS11は、本発明の第2の実施の形態におけるBMS11に対して、ROMに記憶されたプログラムが相違する。具体的には、本発明の第2の実施の形態において、BMS11は、IG33がオフにされたときからバッテリ10の温度が十分に低下していること、かつ、モータ5の温度が規定温度以下となっていることを条件として、SOHを補正するようになっていた。
これに対し、本実施の形態におけるBMS11は、IG33がオンにされたときに、IG33がオフにされたときからバッテリ温度センサ34によって検出された温度が所定の温度以上低下していること、または、モータ温度センサ35によって検出された温度が規定温度以下となっていることのうち少なくともいずれか一方を条件として、補正マップを参照し、吸気温度センサ31によって検出された環境温度に基づいて、補正係数を特定するようになっている。
例えば、本実施の形態におけるBMS11は、IG33がオンにされたときに、IG33がオフにされたときからバッテリ温度センサ34によって検出された温度が5℃以上低下していること、または、モータ温度センサ35によって検出された温度が50℃以下となっていることのうち少なくともいずれか一方を条件として、補正マップを参照し、吸気温度センサ31によって検出された環境温度に基づいて、補正係数を特定するようになっている。
以上のように構成された本発明の第3の実施の形態に係る劣化状態推定装置による劣化状態推定動作について図7を参照して説明する。なお、以下に説明する劣化状態推定動作は、IG33がオンされて、BMS11が起動したときにスタートする。
まず、BMS11は、IG33がオフにされたときからバッテリ温度センサ34によって検出された温度が5℃以上低下しているか否かを判断する(ステップS21)。ここで、IG33がオフにされたときからバッテリ温度センサ34によって検出された温度が5℃以上低下していないと判断した場合には、BMS11は、モータ温度センサ35によって検出された温度が50℃以下であるか否かを判断する(ステップS22)。ここで、モータ温度センサ35によって検出された温度が50℃以下でないと判断した場合には、BMS11は、劣化状態推定動作を終了する。
ステップS21において、IG33がオフにされたときからバッテリ温度センサ34によって検出された温度が5℃以上低下していると判断した場合、または、ステップS22において、モータ温度センサ35によって検出された温度が50℃以下であると判断した場合には、BMS11は、SOHマップを参照し、バッテリ10の総放電容量に基づいて、SOHを推定する(ステップS23)。
次いで、BMS11は、補正マップを参照し、吸気温度センサ31によって検出された温度に基づいて、補正係数を特定する(ステップS24)。次いで、BMS11は、推定したSOHに補正係数を乗じることにより、SOHを補正し(ステップS25)、劣化状態推定動作を終了する。
以上のように、本実施の形態は、本発明の第1の実施の形態と同様に、バッテリ10の総放電容量に基づいて推定したSOHをバッテリ10の環境温度に応じた補正係数で補正するため、バッテリ10の環境温度を考慮していないものに対して、SOHを精度よく推定することができる。
また、本実施の形態は、IG33がオフにされたときからバッテリ10の温度が十分に低下していること、または、モータ5の温度が規定温度以下となっていることのうち少なくともいずれか一方を条件として、SOHを補正するため、バッテリ10及びモータ5等の周辺機器の温度に影響を受けていないバッテリ10の環境温度に応じた補正係数でSOHを補正することができる。
また、本実施の形態は、IG33がオフにされたときからバッテリ10の温度が十分に低下していること、または、モータ5の温度が規定温度以以下となっていることのうち少なくともいずれか一方を条件として、SOHを補正するため、バッテリ温度センサ34とモータ温度センサ35とのいずれか一方が故障したとしても、SOHの補正を継続して実行することができる。
以上、本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が特許請求の範囲に記載された請求項に含まれることが意図されている。
1、50 車両
10 バッテリ
31 吸気温度センサ(環境温度センサ)
33 IG(イグニッションスイッチ)
34 バッテリ温度センサ
35 モータ温度センサ(機器温度センサ)
40 劣化状態推定部
10 バッテリ
31 吸気温度センサ(環境温度センサ)
33 IG(イグニッションスイッチ)
34 バッテリ温度センサ
35 モータ温度センサ(機器温度センサ)
40 劣化状態推定部
Claims (3)
- バッテリの総放電容量に基づいて前記バッテリの劣化状態を推定する劣化状態推定部と、
前記バッテリの環境温度を検出する環境温度センサと、を備え、
前記劣化状態推定部は、前記環境温度センサによって検出された温度に応じた補正係数で前記劣化状態を補正するバッテリの劣化状態推定装置。 - 前記劣化状態推定部は、イグニッションスイッチがオンにされたときに、前記イグニッションスイッチがオフにされてから規定時間が経過していることを条件として、前記環境温度センサによって検出された温度に応じた補正係数で前記劣化状態を補正することを特徴とする請求項1に記載のバッテリの劣化状態推定装置。
- 前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度センサと、
前記バッテリの周辺機器の温度を検出する機器温度センサと、を更に備え、
前記劣化状態推定部は、イグニッションスイッチがオンにされたときに、前記イグニッションスイッチがオフにされたときから前記バッテリ温度センサによって検出された温度が所定の温度以上低下していること、かつ、前記機器温度センサによって検出された温度が規定温度以下となっていることを条件として、前記環境温度センサによって検出された温度に応じた補正係数で前記劣化状態を補正することを特徴とする請求項1に記載のバッテリの劣化状態推定装置。
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2014
- 2014-01-29 JP JP2014014371A patent/JP2015141117A/ja active Pending
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