JP2017138127A - Soc management system of onboard battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載されたバッテリのSOC(State Of Charge)を管理する管理システムに関する。 The present invention relates to a management system that manages SOC (State Of Charge) of a battery mounted on a vehicle.
回転電機を駆動源とする電気自動車やハイブリッド車両等には、二次電池からなるバッテリが搭載される。バッテリの過充電や過放電を抑制するために、バッテリの充電状態すなわちSOC[%]が管理される。例えばバッテリに電流センサを接続してバッテリに流出入する電流を測定し、その積算値(電流積算値)に基づいてバッテリのSOCが推定される。 A battery made of a secondary battery is mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like that uses a rotating electrical machine as a drive source. In order to suppress overcharge and overdischarge of the battery, the state of charge of the battery, that is, SOC [%] is managed. For example, a current sensor is connected to the battery, the current flowing into and out of the battery is measured, and the SOC of the battery is estimated based on the integrated value (current integrated value).
バッテリはその内部で化学反応等に伴う自己放電が生じる場合があり、これに起因してSOCが低下する。しかしながら、自己放電はバッテリの内部反応であって外部への電流の流出入を伴わないため、自己放電が起こっても電流積算値には反映されない。その結果、自己放電が進むにつれて電流積算値ベースのSOC推定値と実際のSOCとの乖離が大きくなる。そこで特許文献1では、バッテリの開放端電圧値(OCV)に基づいてSOCを推定し、これに基づいて電流積算値ベースのSOC推定値を補正している。 In some cases, the battery may undergo a self-discharge due to a chemical reaction or the like, and the SOC decreases due to this. However, since the self-discharge is an internal reaction of the battery and does not involve the flow of current to the outside, even if the self-discharge occurs, it is not reflected in the integrated current value. As a result, the difference between the current integrated value-based SOC estimated value and the actual SOC increases as self-discharge progresses. Therefore, in Patent Document 1, the SOC is estimated based on the open circuit voltage value (OCV) of the battery, and the current estimated value-based SOC estimated value is corrected based on the estimated SOC.
バッテリが低SOC(例えば30%以下)または高SOC(例えば70%以上)のとき、開放端電圧とSOCとの間には高い精度で相関があることが知られている。そこで、バッテリが低SOCまたは高SOCのときの開放端電圧値を測定または推定し、これに対応するSOCを求める。さらに、求めた開放端電圧値ベースのSOCと積算電流値ベースのSOCの差分を求める。 It is known that when the battery has a low SOC (for example, 30% or less) or a high SOC (for example, 70% or more), there is a high accuracy correlation between the open-circuit voltage and the SOC. Therefore, the open-circuit voltage value when the battery is low SOC or high SOC is measured or estimated, and the SOC corresponding to this is obtained. Further, the difference between the obtained open-circuit voltage value based SOC and the integrated current value based SOC is obtained.
求められた差分をそのまま積算電流値ベースのSOCに加えると当該SOCが急増または急減することになり、SOCを基準にしたバッテリ制御や車両制御が急変するおそれがある。制御の安定性を確保するため、SOCの差分値に1未満(例えば0.1)の補正係数を掛けた値を積算電流値ベースのSOCに加える。その後再び開放端電圧値ベースのSOCと積算電流値ベースのSOCの差分を求めてこれに補正係数を掛けて積算電流値ベースのSOCに加える。このようにして、積算電流値ベースのSOCが徐々に開放端電圧値ベースのSOCに近づけられる。 If the obtained difference is directly added to the integrated current value-based SOC, the SOC rapidly increases or decreases, and battery control and vehicle control based on the SOC may change suddenly. In order to ensure the stability of the control, a value obtained by multiplying the difference value of the SOC by a correction coefficient of less than 1 (for example, 0.1) is added to the SOC based on the integrated current value. Thereafter, the difference between the open-circuit voltage value-based SOC and the accumulated current value-based SOC is obtained again, and this is multiplied by a correction coefficient and added to the accumulated current value-based SOC. In this way, the integrated current value based SOC is gradually brought closer to the open-circuit voltage value based SOC.
ところで、バッテリがニッケル水素電池から構成される場合、SOCとバッテリの開放端電圧値(OCV)との対応関係にずれが生じる、いわゆるメモリ効果が生じることがある。例えば、バッテリが低SOCのとき放電から充電に切り替わると、同一のSOCであっても、充電時の開放端電圧は放電時の開放端電圧よりも高めに表れる。このように、SOCと開放端電圧との対応関係にずれが生じた状態で、開放端電圧値ベースのSOC推定値に基づく電流積算値ベースのSOC推定値の補正を行っても、高精度の補正を行うことは困難となる。そこで本発明は、メモリ効果によるSOC補正の精度の低下を抑制可能な、車載バッテリのSOC管理システムを提供することを目的とする。 By the way, when a battery is comprised from a nickel metal hydride battery, what is called a memory effect that a shift | offset | difference arises in the correspondence of SOC and the open circuit voltage value (OCV) of a battery may arise. For example, when switching from discharging to charging when the battery has a low SOC, the open end voltage during charging appears higher than the open end voltage during discharging even with the same SOC. As described above, even when correction of the current integrated value-based SOC estimated value based on the open-circuit voltage value-based SOC estimated value is performed in a state in which the correspondence between the SOC and the open-ended voltage is deviated, high-accuracy can be achieved. It is difficult to correct. Accordingly, an object of the present invention is to provide an in-vehicle battery SOC management system capable of suppressing a decrease in accuracy of SOC correction due to a memory effect.
本発明に係る車載バッテリのSOC管理システムは、ニッケル水素電池からなるバッテリと、前記バッテリの流出入電流を測定する電流センサと、前記バッテリの端子電圧を測定する電圧センサと、前記バッテリの温度を測定する温度センサを備える。さらに当該管理システムは、前記電流センサから測定された電流値を積算した電流積算値から前記バッテリのSOC推定値を算出するとともに、前記電流センサ、前記電圧センサ、及び前記温度センサからそれぞれ測定された電流値、端子電圧値、及び温度に基づいて求められた前記バッテリの開放端電圧値に対応する前記バッテリのSOC推定値を算出する演算部を備える。前記演算部は、前記電流積算値ベースのSOC推定値が所定の低SOC領域に含まれ、かつ、前記バッテリが放電状態であるときに、前記電流積算値ベースのSOC推定値と前記開放端電圧値ベースのSOC推定値との差分値に1未満の補正係数を掛けた値を前記電流積算値ベースのSOC推定値に加える補正を繰り返し行うことで、前記電流積算値ベースのSOC推定値を前記開放端電圧値ベースのSOC推定値に徐々に近づける第1の補正処理を実行する。さらに前記演算部は、前記バッテリが放電状態から充電状態に切り替わったときに、前記第1の補正処理を中断して、前記第1の補正処理の開始時点から、前記放電状態から充電状態への切り替わり時点までにおける、前記電流積算値ベースのSOC推定値と前記開放端電圧値ベースのSOC推定値との最大差分値を、所定割合で順次経時的に前記電流積算値ベースのSOC推定値に加える第2の補正処理を実行する。 An SOC management system for an in-vehicle battery according to the present invention includes a battery made of a nickel metal hydride battery, a current sensor that measures an inflow / outflow current of the battery, a voltage sensor that measures a terminal voltage of the battery, and a temperature of the battery. A temperature sensor to measure is provided. Further, the management system calculates an estimated value of the SOC of the battery from a current integrated value obtained by integrating the current values measured from the current sensor, and is measured from the current sensor, the voltage sensor, and the temperature sensor, respectively. A calculation unit is provided that calculates an estimated SOC value of the battery corresponding to the open-circuit voltage value of the battery obtained based on the current value, the terminal voltage value, and the temperature. The calculation unit includes the SOC estimation value based on the current integration value and the open-circuit voltage when the SOC estimation value based on the current integration value is included in a predetermined low SOC region and the battery is in a discharged state. By repeatedly performing a correction by adding a value obtained by multiplying the difference value from the value-based SOC estimated value by a correction coefficient of less than 1 to the current accumulated value-based SOC estimated value, the current accumulated value-based SOC estimated value A first correction process for gradually approaching the SOC estimation value based on the open-circuit voltage value is executed. Further, the arithmetic unit interrupts the first correction process when the battery is switched from the discharged state to the charged state, and from the start point of the first correction process, the discharge state to the charged state. The maximum difference value between the current integrated value-based SOC estimated value and the open-ended voltage value-based SOC estimated value up to the time of switching is sequentially added to the current integrated value-based SOC estimated value sequentially at a predetermined rate. A second correction process is executed.
本発明によれば、バッテリが放電状態から充電状態に切り替わり、メモリ効果が生じたときには、それ以降の開放端電圧値ベースのSOC推定値を用いることなく、電流積算値ベースのSOC推定値の補正を行っている。このようにすることで、メモリ効果によるSOC補正精度の低下を抑制できる。 According to the present invention, when the battery is switched from the discharged state to the charged state and a memory effect occurs, the current estimated value-based SOC estimated value is corrected without using the subsequent open-ended voltage value-based SOC estimated value. It is carried out. By doing in this way, the fall of SOC correction precision by a memory effect can be suppressed.
図1には、本実施形態に係る車載バッテリのSOC管理システム及びその周辺機器の構成が例示されている。本実施形態に係るSOC管理システムは、回転電機10を駆動源とする、電気自動車、ハイブリッド車両等に搭載される。SOC管理システムは、バッテリ12、演算部14、電流センサ16、電圧センサ18、及び温度センサ19を含んで構成される。後述するように、SOC管理システムは、電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iの補正を行う。
FIG. 1 illustrates the configuration of an in-vehicle battery SOC management system and its peripheral devices according to this embodiment. The SOC management system according to this embodiment is mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like that uses the rotating
バッテリ12から出力される直流電力はDC/DCコンバータ20によって昇圧される。さらに昇圧後の電力はインバータ22によって直交変換され、車両の駆動源である回転電機10に供給される。また、回転電機10の回生時には回生電力がインバータ22によって交直変換される。変換後の直流電力はDC/DCコンバータ20によって降圧されてバッテリ12に供給される。
The DC power output from the
バッテリ12はニッケル水素電池から構成される。例えばバッテリ12は、ニッケル水素単電池(電池セル)を複数直列接続させた積層体(スタック)から構成される。なお、一部の電池セル群を並列接続し、その電池セル群同士を直列接続させてもよい。
The
上述したように、ニッケル水素電池にはSOCと開放端電圧値の対応関係にずれが生じる場合があり、その現象はメモリ効果と呼ばれている。具体的には、バッテリ12のSOCが所定の低SOC領域(例えば30%以下)に含まれるときに充電が行われると、同一のSOCであっても、充電時の開放端電圧は、放電時の開放端電圧よりも高めに表れる。また、バッテリ12のSOCが所定の高SOC領域(例えば70%以上)に含まれるときに放電が行われると、同一のSOCであっても、放電時の開放端電圧は、充電時の開放端電圧よりも低めに表れる。後述するように、本実施形態に係るSOC管理システムは、メモリ効果が発生した以降の開放端電圧値ベースのSOC推定値SOC_Vを用いることなく、電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iの補正を行う。
As described above, in the nickel metal hydride battery, there may be a deviation in the correspondence between the SOC and the open-circuit voltage value, and this phenomenon is called a memory effect. Specifically, when charging is performed when the SOC of the
図1に示す車両には、回転電機10の駆動制御やバッテリ12の管理を行う制御部24が設けられる。制御部24は、コンピュータから構成されてよく、演算部14、記憶部26、クロック27、及び図示しない機器・センサインターフェースが内部バスを介して互いに接続されている。
The vehicle shown in FIG. 1 is provided with a
演算部14は例えばCPU等の演算回路を含んで構成される。後述するように演算部14は、クロック27によりカウントされる演算周期ごとに演算処理を実行する。記憶部26はROM等の不揮発性メモリやRAM等の揮発性メモリを含む。記憶部26には後述する電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iの補正フロー、電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iと開放端電圧値ベースのSOC推定値SOC_Vとの最大差分値ΔSOCmax、及びバッテリ12の開放端電圧値OCVとSOCの対応関係が記憶されたOCV−SOCマップ等が記憶される。
The
制御部24は、機器・センサインターフェースを介して、種々のセンサからの信号を受信する。具体的には、バッテリ12の端子電圧(両端電圧)Vbを検出する電圧センサ18、バッテリ12の流出入電流Ibを検出する電流センサ16、及びバッテリ12の温度Tbを検出する温度センサ19から各測定値を受信する。また、制御部24には、車両のスタートスイッチ28から車両システムの始動(Ready−On)及びシャットダウン(Ready−Off)の指令を受信する。
The
また制御部24は、図示しないアクセルペダルセンサの踏み込み量に基づいて回転電機10の出力を求め、これに基づいてDC/DCコンバータ20及びインバータ22の図示しないスイッチング素子をオン/オフ制御する。
Further, the
さらに制御部24は、演算部14により求められた電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iに基づいて、バッテリ12の充放電や負荷の挙動を制御する。例えばSOC推定値SOC_Iが所定の制限下限値に近い場合は、回転電機10に供給する電力を制限してバッテリ12の放電を絞る。また、SOC推定値SOC_Iが所定の制限上限値に近い場合は、回転電機10の回生駆動に制限を加えてバッテリ12への充電を絞る。
Further, the
演算部14は、電流センサ16から測定された電流値Ibを受信する。さらに演算部14は電流値Ibを積算し、その電流積算値ΣIbから、バッテリ12のSOC推定値SOC_I(以下単にSOC推定値SOC_Iとも呼ぶ)を求める。電流積算値ΣIbはバッテリ12から流出した電流(放電電流)と流入する電流(充電電流)の収支を示すものであり、当該収支に応じてバッテリ12の容量変化、すなわちSOCの変化を求めることができる。
The
また、演算部14は、電流センサ16から受信した電流値Ibの正負に応じて、バッテリ12が放電状態であるか充電状態であるかを判定する。例えば電流値Ibが正のときは放電状態、負のときは充電状態と判定する。
In addition, the
さらに演算部14は、電圧センサ18から測定された端子電圧値Vb及び温度センサ19から測定されたバッテリ12の温度Tbを受信する。演算部14は、これら端子電圧値Vb、バッテリ温度Tb、及び電流センサ16から測定された電流値Ibをもとに、バッテリ12の開放端電圧(OCV)を算出(推定)する。具体的には、開放端電圧値(OCV)=端子電圧値Vb−(電流値Ib×内部抵抗)との数式から、開放端電圧値(OCV)を算出する。内部抵抗は、電流値Ibとバッテリ温度Tbに基づいて求めることができる。例えば、内部抵抗を抵抗マップまたは関数として記憶部26に記憶してもよい。例えば抵抗マップを用いて、電流センサ16から取得した電流値Ibと、温度センサ19から取得したバッテリ温度Tbとに対応する、バッテリ12の内部抵抗を求めることができる。
Further, the
上述したようにバッテリ12のSOCと開放端電圧(OCV)との間には相関関係があり、定性的にはSOCが低いときには開放端電圧が低くなる。特に、バッテリ12のSOCが所定の高SOC領域(例えば70%以上)及び低SOC領域(例えば30%以下)に含まれるときであって、かつ、メモリ効果が表れていないとき、バッテリ12の開放端電圧OCVとSOCとの間には精度の高い(例えば一対一関係の)対応関係があることが従来から知られている。
As described above, there is a correlation between the SOC of the
記憶部26には予め、高SOC領域及び低SOC領域におけるバッテリ12の開放端電圧値OCVとこれに対応するSOC推定値SOC_Vの組み合わせがOCV−SOCマップとして記憶されている。OCV−SOCマップとして、例えば低SOC領域における、バッテリ12の放電時の開放端電圧値とSOCとの対応関係と、高SOC領域における、バッテリ12の充電時の開放端電圧値とSOCとの対応関係が記憶部26に記憶されている。演算部14はOCV−SOCマップを参照して、演算部14が求めた開放端電圧値に対応するSOC推定値SOC_Vを求める。
The
<電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iの補正プロセス(1)>
図2及び図3を用いて、本実施形態に係る電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iの補正プロセスについて説明する。図2には補正プロセス及びその前後のタイムチャートが例示されている。横軸は時間、縦軸はSOCを示す。また、SOC推定値SOC_Iを実線、SOC推定値SOC_Vを二点鎖線、実SOCを一点鎖線で示す。SOC推定値SOC_Vと実SOCとが重なる箇所については実SOC(一点鎖線)のみを示す。図2では時刻t2からt10までSOC推定値SOC_Vと実SOCとが等しい例が示されている。さらに、縦軸に平行な破線は演算周期を表している。
<Correction Process for Current Estimated Value-Based SOC Estimated Value SOC_I (1)>
The correction process of the current integrated value-based SOC estimated value SOC_I according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 illustrates a correction process and time charts before and after the correction process. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents SOC. Further, the SOC estimated value SOC_I is indicated by a solid line, the SOC estimated value SOC_V is indicated by a two-dot chain line, and the actual SOC is indicated by a one-dot chain line. Only the actual SOC (one-dot chain line) is shown for a portion where the SOC estimated value SOC_V and the actual SOC overlap. FIG. 2 shows an example in which the estimated SOC value SOC_V and the actual SOC are equal from time t2 to time t10. Furthermore, the broken line parallel to the vertical axis represents the calculation cycle.
上述したように、時間の経過に伴ってバッテリ12の自己放電が進む。自己放電はバッテリ12外部への電流の流出入を伴わないので、自己放電が進むにつれて電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iは実際のSOC(実SOC)から乖離する。そこで、演算部14は、開放端電圧値ベースのSOC推定値SOC_Vを利用して、電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iを補正する。
As described above, the self-discharge of the
なお、理解を容易にするために、図2のタイムチャートで例示された補正プロセスの概要を予め説明すると、演算部14は、Ready_Onから時刻t10まで第1の補正処理を実行し、時刻t10から時刻t11まで第2の補正処理を実行する。
In order to facilitate understanding, the outline of the correction process illustrated in the time chart of FIG. 2 will be described in advance. The
図2に示されているように、直近の車両システムのシャットダウン時(Ready−Off)から起動時(Ready−On)までの期間に生じた自己放電によりバッテリ12の実SOCが低下する。一方で電流積算値ベースのSOC推定値SOC_IではReady−Off時の値が維持される。これにより両者の差が徐々に開いていく。
As shown in FIG. 2, the actual SOC of the
演算部14は、バッテリ12のSOCが所定の低SOC領域に含まれる、すなわち、低SOC領域の上限値SOC_ThL以下であり、かつ、バッテリ12が放電状態であるときに第1の補正処理を行う。第1の補正処理では、推定値SOC_I(t)及び推定値SOC_V(t)の差分値ΔSOC(t)を算出し、さらにΔSOC(t)に係数αを掛けた値を推定値SOC_I(t)に加える。さらにこの処理を演算周期ごとに繰り返し行う。このような第1の補正処理を実行することで、推定値SOC_I(t)が推定値SOC_V(t)に徐々に近づけられる。
一方、時刻t9にて放電状態から充電状態に切り替わったと判定されると、演算部14は、その直後の演算周期である時刻t10から、第1の補正処理を中断し、第2の補正処理に切り替える。第2の補正処理では、第1の補正処理の開始時点(Ready_On)から、バッテリ12が放電状態から充電状態に切り替わった切り替わり時点(時刻t9)までの期間における、最大差分値ΔSOCmaxを、所定割合で順次経時的にSOC推定値SOC_I(t)に加算する。
On the other hand, when it is determined that the charging state is switched to the charging state at time t9, the
具体的には、最大差分値ΔSOCmaxを、毎秒βの割合で時刻t10から時刻t11に至るまで順次加算していく。係数βは1未満(例えば0.3)の実数である。このようにすることで、高い推定精度の推定値SOC_V(t)から求めた最大差分値ΔSOCmaxを、徐々に推定値SOC_I(t)に加えていくことができる。 Specifically, the maximum difference value ΔSOCmax is sequentially added from time t10 to time t11 at a rate of β per second. The coefficient β is a real number less than 1 (for example, 0.3). In this way, the maximum difference value ΔSOCmax obtained from the estimated value SOC_V (t) with high estimation accuracy can be gradually added to the estimated value SOC_I (t).
図3には、第1及び第2の補正処理を実行するためのフローチャートが例示されている。まず、スタートスイッチ28が押され制御部24が車両システムの起動指令(Ready−On指令)を受信すると、制御部24は図示しないシステムメインリレーを遮断状態から接続状態に切り替えてバッテリ12と回転電機10等の負荷とを導通させる。
FIG. 3 illustrates a flowchart for executing the first and second correction processes. First, when the
このとき、演算部14はシャットダウン時(Ready−Off)のバッテリ12の開放端電圧値とシステム起動時(Ready−On)のバッテリ12の開放端電圧値との差ΔOCVを求める。さらにこの値ΔOCVが所定の閾値ΔOCV_th以上であるか否かを判定する(S10)。上述したように、開放端電圧とSOCとの間には相関があり、このステップでは、開放端電圧の差異をもとに、Ready−Off時からReady−On時までのSOC(実SOC)の変化の大きさを判定している。
At this time, the
演算部14はΔOCVが閾値ΔOCV_th以上であるとき、次のステップS12に進む。またΔOCVが閾値ΔOCV_th未満であるときには、電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iと実SOCとの差がそれほど大きく開いていないと考えられることから、電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iの補正は行わずに、本フローを終了させる。
When ΔOCV is greater than or equal to threshold value ΔOCV_th,
ステップS12にて演算部14は、時刻tにおける電流積算値ベースのSOC推定値SOC_I(t)が、低SOC領域の上限値SOC_ThL以下であるか否かを判定する。このステップでは、バッテリ12の実SOCが、開放端電圧値ベースのSOC推定値SOC_Vの推定精度の高い領域に含まれているか否かが判定される。低SOC領域の上限値SOC_ThLは例えば30%である。
In step S12,
SOC推定値SOC_I(t)が上限値SOC_ThLを超過する場合には、SOC推定値SOC_Iの補正は行わずに、本フローを終了させる。SOC推定値SOC_I(t)が、低SOC領域の上限値SOC_ThL以下である場合、演算部14は、電流センサ16の測定値を参照して、バッテリ12が放電状態であるか否かを判定する(S14)。放電状態でない場合(充電状態の場合)、メモリ効果により、SOC推定値SOC_Vの推定精度が低いため、SOC推定値SOC_Iの補正は行わずに、本フローを終了させる。
When the SOC estimated value SOC_I (t) exceeds the upper limit SOC_ThL, this flow is terminated without correcting the SOC estimated value SOC_I. When SOC estimated value SOC_I (t) is equal to or lower than upper limit SOC_ThL of the low SOC region,
バッテリ12が放電中である場合、演算部14は時刻tにおける電流積算値ベースのSOC推定値SOC_I(t)と開放端電圧値ベースの推定値SOC_V(t)との差分値ΔSOC(t)を求める(S16)。例えば図2の時刻t1におけるSOC推定値SOC_V(t1)からSOC推定値SOC_I(t1)を引いた値を差分値ΔSOC(t1)とする(ΔSOC(t1)=SOC_V(t1)−SOC_I(t1))。
When the
さらに演算部14は差分値ΔSOC(t)に補正係数αを掛けた値を電流積算値ベースのSOC推定値SOC_I(t)に加える(S18)。補正係数αは1未満(例えば0.1)の実数であり、差分値ΔSOC(t)がそのままSOC推定値SOC_I(t)に加えられることを防止している。補正係数αによってSOC推定値SOC_I(t)は徐々にSOC推定値SOC_V(t)に近づいていく。このようななだらかな補正を行うことで、SOC推定値SOC_I(t)の急変が回避され、その結果、SOC推定値SOC_I(t)に基づくバッテリ制御及び車両制御の急変が回避される。
Further, the
演算部14はSOC推定値SOC_I(t)に差分値ΔSOC(t)×αが加えられた値と、SOC推定値SOC_V(t)との差が十分に詰められたか否かを判定する(S20)。補正係数αが1未満の実数であることから、SOC推定値SOC_I(t)はSOC推定値SOC_V(t)と完全には一致せず、徐々に漸近することになる。そこで、推定値SOC_I(t)と推定値SOC_V(t)との差が実質的になくなったと評価できる程度にまで両者の差が詰められた場合に、推定値SOC_Iの補正フローを終了させる。例えば、推定値SOC_V(t)を推定値SOC_I(t)で割った値が0.9以上1.1以下の範囲に含まれる場合に、演算部14は図3に示す補正フローを終了させる。
The
推定値SOC_I(t)に差分値ΔSOC(t)×αを加えた値と、SOC推定値SOC_V(t)との差がまだ開いている場合には、演算部14はステップS22に進む。このステップでは、第1の補正処理の開始時点から現在時点(ステップS22実行時点)までの差分値ΔSOCの最大値(最大差分値)ΔSOCmaxの更新可否を判定する。演算部14は現在記憶されている最大差分値ΔSOCmaxがステップS16にて算出された差分値ΔSOC(t)を下回るか否かを判定する。
When the difference between the value obtained by adding the difference value ΔSOC (t) × α to the estimated value SOC_I (t) and the SOC estimated value SOC_V (t) is still open, the
ΔSOC(t) > ΔSOCmaxである場合、演算部14は最大差分値ΔSOCmaxをステップS16にて算出された差分値ΔSOC(t)に更新する(S24)。具体的には記憶部26に記憶された最大差分値ΔSOCmaxを書き換える。一方、ステップS22にてΔSOC(t) ≦ ΔSOCmaxである場合には、現在の最大差分値ΔSOCmaxを保持したまま次のステップS26に進む。
When ΔSOC (t)> ΔSOCmax, the
例えば図2に示す例では、まず、時刻t1における差分値ΔSOC(t1)が最大差分値ΔSOCmaxとして記憶部26に記憶される。次に時刻t2において、ΔSOCmax(=ΔSOC(t1)) < ΔSOC(t2)であることから、ΔSOC(t2)がΔSOCmaxとして更新される。時刻t3ではΔSOCmax(=ΔSOC(t2)) > ΔSOC(t3)であることから、ΔSOCmaxは更新されることなく維持される。さらに時刻t4において、ΔSOCmax(=ΔSOC(t2)) < ΔSOC(t4)であることから、ΔSOC(t4)がΔSOCmaxとして更新される。
For example, in the example illustrated in FIG. 2, first, the difference value ΔSOC (t1) at time t1 is stored in the
ステップS26では、次の演算周期まで待機する。このとき、演算周期のカウントがインクリメントされる(t→t+1)。その後、演算部14はステップS12と同様に、推定値SOC_I(t)が、低SOC領域の上限値SOC_ThL以下であるか否かを判定する(S28)。推定値SOC_I(t)が上限値SOC_ThLを超過する場合、開放端電圧値ベースのSOC推定値SOC_VによるSOC補正の精度が低くなるため、演算部14は図3に示す補正フローを終了させる。
In step S26, the process waits until the next calculation cycle. At this time, the count of the calculation cycle is incremented (t → t + 1). After that, the
推定値SOC_I(t)が上限値SOC_ThL以下である場合、演算部14は電流センサ16の測定値を参照して、バッテリ12が放電状態から充電状態に切り替わったか否かを判定する(S30)。放電状態が継続されている場合、演算部14はステップS16に戻り、再び推定値SOC_I(t)及び推定値SOC_V(t)の差分値ΔSOC(t)を算出し、さらにΔSOC(t)に係数αを掛けた値を推定値SOC_I(t)に加える(S18)。このように、推定値SOC_I(t)及び推定値SOC_V(t)の差分値ΔSOC(t)に係数αを掛けた値を推定値SOC_I(t)に加える補正を繰り返す第1の補正処理を実行することで、推定値SOC_I(t)が推定値SOC_V(t)に徐々に近づけられる。
When the estimated value SOC_I (t) is equal to or lower than the upper limit value SOC_ThL, the
一方、ステップS30にてバッテリ12が放電状態から充電状態に切り替わったと判定されると、演算部14は、放電状態から充電状態に切り替わった直後の演算周期(図2の時刻t10)において、第1の補正処理の開始時点(Ready_On)から、放電から充電への切り替わり時点(時刻t9)までの期間における、最大差分値ΔSOCmaxを、所定割合で順次経時的にSOC推定値SOC_I(t)に加算する第2の補正処理を実行する(S32)。
On the other hand, when it is determined in step S30 that the
具体的には、最大差分値ΔSOCmaxを、毎秒βの割合で順次加算していく。係数βは1未満(例えば0.3)の実数である。このようにすることで、高い推定精度の推定値SOC_V(t)から求めた最大差分値ΔSOCmaxを、徐々に推定値SOC_I(t)に加えていくことができる。 Specifically, the maximum difference value ΔSOCmax is sequentially added at a rate of β per second. The coefficient β is a real number less than 1 (for example, 0.3). In this way, the maximum difference value ΔSOCmax obtained from the estimated value SOC_V (t) with high estimation accuracy can be gradually added to the estimated value SOC_I (t).
また、図3に示すフローチャートでは、第1の補正処理の開始時点からバッテリ12が放電から充電に切り替わる時点まで、すべての差分値ΔSOC(t)を記憶するのではなく、ステップS22及びS24のように、最大差分値ΔSOCmaxのみを記憶している。このようにすることで、記憶部26の負荷を軽減することが可能となる。
Further, in the flowchart shown in FIG. 3, not all the difference values ΔSOC (t) are stored from the start of the first correction process to the time when the
<電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iの補正プロセス(2)>
図2、図3に示す補正プロセスでは、バッテリ12のSOCが低SOC領域に含まれ、かつ、バッテリ12が放電状態にあるときを狙ってSOC推定値SOC_Iの補正(第1の補正処理)を行っていたが、この形態に限らない。上述したように、バッテリ12のSOCが高SOC領域に含まれ、かつ、バッテリ12が充電状態にあるときにも、開放端電圧値ベースのSOC推定値SOC_Vの推定精度は高い。そこで、図4及び図5に示すように、バッテリ12のSOCが高SOC領域に含まれ、かつ、バッテリ12が充電状態にあるときを狙って、電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iの補正を行ってもよい。
<Correction Process (2) of Current Estimated Value-Based SOC Estimated Value SOC_I>
In the correction processes shown in FIGS. 2 and 3, the SOC estimation value SOC_I is corrected (first correction process) with the SOC of the
図4には、本実施形態に係る補正プロセス及びその前後のタイムチャートが例示されている。タイムチャートに係る凡例は図2と同様である。また、なお、図5に示すフローチャートは、図3のフローチャートのステップS12、S14、S28、S30が、それぞれ、ステップS42、S44、S48、S50に置き換えられたものである。なお以下では、ステップ番号が重複するものについては適宜説明を省略する。 FIG. 4 illustrates a correction process according to the present embodiment and a time chart before and after the correction process. The legend relating to the time chart is the same as in FIG. 5 is obtained by replacing steps S12, S14, S28, and S30 in the flowchart of FIG. 3 with steps S42, S44, S48, and S50, respectively. In addition, below, description is abbreviate | omitted suitably about what overlaps a step number.
図4に示されているように、車両システムのシャットダウン時(Ready−Off)から車両システムの起動時(Ready−On)までの期間に生じた自己放電によりバッテリ12の実SOCが低下する。一方で電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iではシャットダウン時(Ready−Off)の値が維持される。これにより両者の差が徐々に開いていく。
As shown in FIG. 4, the actual SOC of the
スタートスイッチ28が押され制御部24がReady−On指令を受信すると、制御部24は図示しないシステムメインリレーを遮断状態から接続状態に切り替えてバッテリ12と回転電機10等の負荷とを導通させる。
When the
演算部14はReady−Off時のバッテリ12の開放端電圧値とReady−On時のバッテリ12の開放端電圧値との差ΔOCVが、所定の閾値ΔOCV_th以上であるか否かを判定する(図5のS10)。
The
ΔOCVが閾値ΔOCV_th以上であるとき、演算部14は、電流積算値ベースのSOC推定値SOC_I(t)が、高SOC領域の下限値SOC_ThH以上であるか否かを判定する(S42)。SOC推定値SOC_I(t)が下限値SOC_ThH未満である場合には、SOC推定値SOC_I(t)の補正は行わずに、本フローを終了させる。SOC推定値SOC_I(t)が、下限値SOC_ThH以上である場合、演算部14は、電流センサ16の測定値を参照して、バッテリ12が充電状態であるか否かを判定する(S44)。
When ΔOCV is greater than or equal to threshold ΔOCV_th,
ステップS44にてバッテリ12が充電状態でない場合(放電状態の場合)、メモリ効果により、SOC推定値SOC_V(t)の推定精度が低下するため、SOC推定値SOC_I(t)の補正は行わずに、本フローを終了させる。バッテリ12が充電中である場合、演算部14は次のステップS16に進む。
If the
車両システムの起動時にステップS44を満たす、つまり起動直後にバッテリ12が充電状態となるケースとして、例えば車両が下り坂で停車している場合が挙げられる。この停車状態で車両システムが起動(Ready−On)されると、車両は下り坂を走行する。このとき回生制動によって回転電機10からバッテリ12に充電電流が供給される。このときバッテリ12が高SOCであれば、ステップS42の条件も満たされる。
As a case where step S44 is satisfied when the vehicle system is activated, that is, the
ステップS16にて電流積算値ベースのSOC推定値SOC_I(t)と開放端電圧値ベースの推定値SOC_V(t)との差分値ΔSOC(t)が求められる。さらに演算部14は差分値ΔSOC(t)に補正係数αを掛けた値を電流積算値ベースのSOC推定値SOC_I(t)に加える(S18)。
In step S16, a difference value ΔSOC (t) between the current integrated value-based SOC estimated value SOC_I (t) and the open-circuit voltage value-based estimated value SOC_V (t) is obtained. Further, the
演算部14はSOC推定値SOC_I(t)に差分値ΔSOC(t)×αが加えられた値と、SOC推定値SOC_V(t)との差が十分に詰められたか否かを判定する(S20)。両者の差がまだ開いている場合には、演算部14はステップS22、S24に進み、最大差分値ΔSOCmaxの更新可否を判定する。その後、次の演算周期まで待機する(S26)。
The
ステップS26で演算周期がインクリメントされると、演算部14はステップS42と同様に、推定値SOC_I(t)が、高SOC領域の下限値SOC_ThH以上であるか否かを判定する(S48)。推定値SOC_I(t)が下限値SOC_ThH未満である場合、演算部14は図5に示す補正フローを終了させる。
When the calculation cycle is incremented in step S26, the
推定値SOC_I(t)が下限値SOC_ThH以上である場合、演算部14は電流センサ16の測定値を参照して、バッテリ12が充電状態から放電状態に切り替わったか否かを判定する(S50)。充電状態が継続されている場合、演算部14はステップS16に戻り、再び推定値SOC_I(t)及び推定値SOC_V(t)の差分値ΔSOC(t)を算出し、さらにΔSOC(t)に係数αを掛けた値を推定値SOC_I(t)に加える(S18)。
When the estimated value SOC_I (t) is greater than or equal to the lower limit SOC_ThH, the
ステップS50にてバッテリ12が充電状態から放電状態に切り替わったと判定されると、演算部14は、図4の時刻t30に示すように、充電状態から放電状態に切り替わった(時刻t29)直後の演算周期において、第1の補正処理を中断し、第2の補正処理に切り替える。すなわち、第1の補正処理の開始時点(Ready_On)から切り替わり時点(時刻t29)までの期間における、最大差分値ΔSOCmaxを、所定割合(β)で順次経時的にSOC推定値SOC_I(t)に加算する(S32)。図4に示す例では、この加算期間(すなわち、第2の補正処理期間)は時刻t30からt31までの期間である。また、最大差分値ΔSOCmaxは時刻t24における差分値ΔSOC(t24)である。
When it is determined in step S50 that the
<電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iの補正処理 その他の実施形態>
なお、図2〜図5の実施形態では、車両システムの起動時、つまり車両システムの起動時(Ready−On)に電流積算値ベースのSOC推定値SOC_Iの補正を行っていたが、この形態に限らない。電流センサ16の誤差を補正する目的で図2〜図5の補正フローを実行してもよい。
<Current Correction Value-Based SOC Estimated Value SOC_I Correction Process Other Embodiments>
In the embodiment of FIGS. 2 to 5, the current estimated value-based SOC estimated value SOC_I is corrected when the vehicle system is activated, that is, when the vehicle system is activated (Ready-On). Not exclusively. The correction flow of FIGS. 2 to 5 may be executed for the purpose of correcting the error of the
SOC推定値SOC_Iは電流センサ16の測定値Ibが積算されることで求められる。電流センサ16の測定値に誤差が含まれる場合、測定値Ibの積算過程で誤差も蓄積される。この誤差の蓄積により、SOC推定値SOC_Iは実SOCから乖離するおそれがある。そこで、演算部14は、前回のSOC推定値SOC_Iの補正フロー終了時点から所定時間経過後に、図2〜図5の補正フローを実行するようにしてもよい。
The estimated SOC value SOC_I is obtained by integrating the measured value Ib of the
また、図2〜5に示す補正処理フローでは、メモリ効果が生じた以降の補正処理を、最大差分値ΔSOCmaxに基づいて行っていたが、この形態に限らない。例えば、低SOCであれば放電から充電に切り替わったときの差分値ΔSOC(t9)を、高SOCであれば充電から放電に切り替わったときの差分値ΔSOC(t29)を、所定割合(β)で順次経時的にSOC推定値SOC_I(t)に加算するようにしてもよい。 In the correction process flow shown in FIGS. 2 to 5, the correction process after the memory effect is generated is performed based on the maximum difference value ΔSOCmax. However, the present invention is not limited to this form. For example, the difference value ΔSOC (t9) when switching from discharging to charging if the SOC is low, and the difference value ΔSOC (t29) when switching from charging to discharging if the SOC is high are the predetermined ratio (β). You may make it add to SOC estimated value SOC_I (t) sequentially sequentially.
最大差分値ΔSOCmaxと差分値ΔSOC(t9)またはΔSOC(t29)との差異が、開放端電圧に基づくSOC推定の推定誤差を上回るような場合には、最大差分値ΔSOCmaxの代わりに差分値ΔSOC(t9)またはΔSOC(t29)に基づいて補正処理を行うことで、より精度の高い補正を行うことができる。 When the difference between the maximum difference value ΔSOCmax and the difference value ΔSOC (t9) or ΔSOC (t29) exceeds the estimation error of the SOC estimation based on the open circuit voltage, the difference value ΔSOC ( By performing the correction process based on t9) or ΔSOC (t29), more accurate correction can be performed.
10 回転電機、12 バッテリ、14 演算部、16 電流センサ、18 電圧センサ、19、温度センサ、24 制御部、26 記憶部、SOC_I 電流積算値ベースのSOC推定値、SOC_V 開放端電圧値ベースのSOC推定値。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記バッテリの流出入電流を測定する電流センサと、
前記バッテリの端子電圧を測定する電圧センサと、
前記バッテリの温度を測定する温度センサと、
前記電流センサから測定された電流値を積算した電流積算値から前記バッテリのSOC推定値を算出するとともに、前記電流センサ、前記電圧センサ、及び前記温度センサからそれぞれ測定された電流値、端子電圧値、及び温度に基づいて求められた前記バッテリの開放端電圧値に対応する前記バッテリのSOC推定値を算出する演算部と、
を備える車載バッテリのSOC管理システムであって、
前記演算部は、
前記電流積算値ベースのSOC推定値が所定の低SOC領域に含まれ、かつ、前記バッテリが放電状態であるときに、前記電流積算値ベースのSOC推定値と前記開放端電圧値ベースのSOC推定値との差分値に1未満の補正係数を掛けた値を前記電流積算値ベースのSOC推定値に加える補正を繰り返し行うことで、前記電流積算値ベースのSOC推定値を前記開放端電圧値ベースのSOC推定値に徐々に近づける第1の補正処理を実行し、
前記バッテリが放電状態から充電状態に切り替わったときに、前記第1の補正処理を中断して、前記第1の補正処理の開始時点から、前記放電状態から充電状態への切り替わり時点までにおける、前記電流積算値ベースのSOC推定値と前記開放端電圧値ベースのSOC推定値との最大差分値を、所定割合で順次経時的に前記電流積算値ベースのSOC推定値に加える第2の補正処理を実行する、
ことを特徴とする、車載バッテリのSOC管理システム。 A battery comprising a nickel metal hydride battery;
A current sensor for measuring an inflow / outflow current of the battery;
A voltage sensor for measuring a terminal voltage of the battery;
A temperature sensor for measuring the temperature of the battery;
The SOC estimated value of the battery is calculated from the current integrated value obtained by integrating the current values measured from the current sensor, and the current value and the terminal voltage value respectively measured from the current sensor, the voltage sensor, and the temperature sensor. And a calculation unit for calculating an estimated value of the SOC of the battery corresponding to the open circuit voltage value of the battery obtained based on the temperature,
An in-vehicle battery SOC management system comprising:
The computing unit is
When the current integrated value-based SOC estimated value is included in a predetermined low SOC region and the battery is in a discharged state, the current integrated value-based SOC estimated value and the open-circuit voltage value-based SOC estimated By repeatedly performing correction by adding a value obtained by multiplying the difference value from the value by a correction coefficient of less than 1 to the current integrated value based SOC estimated value, the current integrated value based SOC estimated value is converted into the open-circuit voltage value base. A first correction process for gradually approaching the estimated SOC value of
When the battery is switched from the discharged state to the charged state, the first correction process is interrupted, and from the start time of the first correction process to the time point when the discharged state is switched to the charged state, A second correction process for sequentially adding a maximum difference value between the current estimated value-based SOC estimated value and the open-circuit voltage value-based SOC estimated value to the current accumulated value-based SOC estimated value sequentially at a predetermined rate; Run,
In-vehicle battery SOC management system characterized by the above.
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