JP2021139656A - 制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電流変化量又は電圧変化量が一定とならない場合でも、蓄電池の内部抵抗における算出精度低下を抑制できる制御装置を提供すること。【解決手段】蓄電池と、電流センサと、蓄電池と電流センサとの間の電気経路に設けられるフィルタ回路と、電圧センサと、を備えた電源システムに適用され、所定変化が生じた場合に、電流センサにより検出された検出電流及び電圧センサにより検出された検出電圧を対のデータとして所定周期で取得し、その対のデータに含まれる検出電流と検出電圧との関係を直線近似するとともに、その近似直線の傾きに基づいて蓄電池の内部抵抗を算出する制御装置であって、所定変化が生じる変化期間において、対のデータに含まれる検出電流の電流変化量又は検出電圧の電圧変化量が一定であるか否かを判定する変化量判定部と、一定であると判定されたことを条件に、近似直線の傾きを蓄電池の内部抵抗として算出する算出部と、を備える。【選択図】 図2

Description

本発明は、電源システムの制御装置に関する。
従来、蓄電池に流れる電流と蓄電池の電圧とに基づいて蓄電池の内部抵抗を算出する装置が知られている(例えば、特許文献1)。この装置では、電流センサにより検出された検出電流、及び電圧センサにより検出された検出電圧を対のデータとして複数の対のデータを取得し、その対のデータに含まれる検出電流と検出電圧とを直線近似した場合の近似直線の傾きを蓄電池の内部抵抗として算出する。
特許第3752888号公報
蓄電池に流れる電流に含まれるノイズを除去するために、蓄電池と電流センサとの間の電気経路にフィルタ回路が設けられることがある。フィルタ回路が設けられると、例えば蓄電池の充電開始時において電流及び電圧が同時に変化した場合でも、その変化が検出電流に現れるタイミングが、検出電圧に現れるタイミングよりも遅れる同期ズレが生じる。
ところで、内部抵抗には、抵抗成分とともにインダクタンス成分が含まれる。このインダクタンス成分が蓄電池における電流や電圧に作用すると、対のデータに含まれる検出電流の単位時間当たりの変化量である電流変化量や、検出電圧の単位時間当たりの変化量である電圧変化量が一定とならず、電流変化量や電圧変化量は経過時間に応じて増加又は減少する。電流変化量や電圧変化量が経過時間に応じて増加又は減少する場合において、同期ズレにより電流変化量の増加又は減少が電圧変化量の増加又は減少よりも遅れると、対のデータの直線近似性が低下する。例えば電流変化量及び電圧変化量が経過時間に応じて減少する場合には、対のデータにおいて比較的大きい電流変化量と比較的小さい電圧変化量とが対応付けられる。そのため、算出される近似直線の傾きは蓄電池の内部抵抗よりも小さくなり、この近似直線の傾きが蓄電池の内部抵抗として算出されると、内部抵抗の算出精度が低下するといった不具合が懸念される。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流変化量又は電圧変化量が一定とならない場合でも、蓄電池の内部抵抗における算出精度低下を抑制できる制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するための第1の手段は、蓄電池と、前記蓄電池に流れる電流を検出する電流センサと、前記蓄電池と前記電流センサとの間の電気経路に設けられるフィルタ回路と、前記蓄電池の電圧を検出する電圧センサと、を備えた電源システムに適用され、前記蓄電池における電流又は電圧の所定変化が生じた場合に、前記電流センサにより検出された検出電流及び前記電圧センサにより検出された検出電圧を対のデータとして所定周期で取得し、その対のデータに含まれる前記検出電流と前記検出電圧との関係を直線近似するとともに、その近似直線の傾きに基づいて前記蓄電池の内部抵抗を算出する制御装置であって、前記所定変化が生じる変化期間において、前記対のデータに含まれる前記検出電流の単位時間当たりの変化量である電流変化量又は前記検出電圧の単位時間当たりの変化量である電圧変化量が一定であるか否かを判定する変化量判定部と、前記変化期間において前記電流変化量又は前記電圧変化量が一定であると判定されたことを条件に、前記近似直線の傾きを前記蓄電池の内部抵抗として算出する算出部と、を備える。
蓄電池を備えた電源システムの制御装置では、蓄電池に流れる電流と蓄電池の電圧とを用いて蓄電池の内部抵抗が算出される。具体的には、蓄電池における電流又は電圧の所定変化が生じた場合に、電流センサにより検出された検出電流、及び電圧センサにより検出された検出電圧が対のデータとして所定周期で取得される。そして、その対のデータに含まれる検出電流と検出電圧との関係が直線近似されるとともに、その近似直線の傾きに基づいて蓄電池の内部抵抗が算出される。
制御装置では、蓄電池と電流センサとの間の電気経路にノイズ除去用のフィルタ回路が設けられており、このフィルタ回路により電流センサと電圧センサとの間に同期ズレが生じる。また、蓄電池の内部抵抗にはインダクタンス成分が含まれている。このインダクタンス成分が蓄電池における電流や電圧に作用すると、検出電流の単位時間当たりの変化量である電流変化量や検出電圧の単位時間当たりの変化量である電圧変化量が一定とならず、電流変化量や電圧変化量は経過時間に応じて増加又は減少する。電流変化量や電圧変化量が経過時間に応じて増加又は減少する場合において、同期ズレにより電流変化量の減少が電圧変化量の減少よりも遅れると、対のデータの直線近似性が低下する。例えば電流変化量及び電圧変化量が経過時間に応じて減少する場合には、対のデータにおいて比較的大きい電流変化量と比較的小さい電圧変化量とが対応付けられる。そのため、算出される近似直線の傾きは蓄電池の内部抵抗よりも小さくなり、この近似直線の傾きが蓄電池の内部抵抗として算出されると、内部抵抗の算出精度が低下する。
上記構成では、所定変化が生じる変化期間において、電流変化量又は電圧変化量が一定であるか否かを判定し、一定であると判定されたことを条件に、近似直線の傾きを蓄電池の内部抵抗として算出するようにした。そのため、電流変化量又は電圧変化量が一定でない場合には、近似直線の傾きが蓄電池の内部抵抗として算出されないため、内部抵抗の算出精度低下を抑制することができる。
第2の手段では、前記算出部は、前記変化期間において前記電流変化量又は前記電圧変化量が一定でないと判定された場合に、前記電流変化量又は前記電圧変化量に基づいて前記近似直線の傾きを補正して前記蓄電池の内部抵抗を算出する。
蓄電池の内部抵抗は、蓄電池における電流又は電圧の所定変化が生じたという条件を満たした場合に算出される。そのため、上記条件を満たした場合において、電流変化量又は電圧変化量が一定でないと判定されたことにより蓄電池の内部抵抗が算出されないと、蓄電池の内部抵抗が算出されない期間が長期化してしまう。その点、上記構成では、変化期間において電流変化量又は電圧変化量が一定でないと判定された場合に、電流変化量又は電圧変化量に基づいて近似直線の傾きを補正して蓄電池の内部抵抗を算出するようにした。電流変化量や電圧変化量は、蓄電池における電流や電圧に作用するインダクタンス成分の影響を受ける。そのため、電流変化量又は電圧変化量に基づいて近似直線の傾きを補正することで、近似直線の傾きにおけるインダクタンス成分の影響を抑制することができる。これにより、電流変化量又は電圧変化量が一定でないと判定された場合でも、算出精度の低下を抑制しつつ蓄電池の内部抵抗を算出することができ、蓄電池の内部抵抗が算出されない期間を短縮することができる。
第3の手段では、前記電流変化量の傾きが正であるか否か又は前記電圧変化量の傾きが正であるか否かを判定する傾き判定部を備え、前記算出部は、前記変化期間において前記電流変化量又は前記電圧変化量が一定でないと判定され、且つ前記傾き判定部により前記電流変化量の傾き又は前記電圧変化量の傾きが正であると判定された場合に、前記近似直線の傾きを減少補正して前記蓄電池の内部抵抗を算出し、前記変化期間において前記電流変化量又は前記電圧変化量が一定でないと判定され、且つ前記傾き判定部により前記電流変化量の傾き又は前記電圧変化量の傾きが負であると判定された場合に、前記近似直線の傾きを増加補正して前記蓄電池の内部抵抗を算出する。
電流変化量や電圧変化量が一定でない場合、これらの変化量は、経過時間に応じて増加又は減少し、その傾きは正又は負となる。例えば電流変化量や電圧変化量の傾きが正であり、これらの変化量が経過時間に応じて増加する場合において、同期ズレにより電流変化量の増加が電圧変化量の増加よりも遅れると、比較的小さい電流変化量と比較的大きい電圧変化量とに基づいて近似直線の傾きが算出される。そのため、近似直線の傾きは蓄電池の内部抵抗よりも大きくなる。したがって、近似直線の傾きを減少補正することで、算出精度の低下を抑制しつつ蓄電池の内部抵抗を算出することができる。また例えば電流変化量や電圧変化量の傾きが負であり、これらの変化量が経過時間に応じて減少する場合において、同期ズレにより電流変化量の減少が電圧変化量の減少よりも遅れると、比較的大きい電流変化量と比較的小さい電圧変化量とに基づいて近似直線の傾きが算出される。そのため、近似直線の傾きは蓄電池の内部抵抗よりも大きくなる。したがって、近似直線の傾きを増加補正することで、算出精度の低下を抑制しつつ蓄電池の内部抵抗を算出することができる。
第4の手段では、前記電源システムは、エンジンとスタータモータとを搭載した車両に適用され、前記エンジンの始動時に前記スタータモータに電力を供給するものであり、前記傾き判定部は、前記スタータモータによるエンジン始動に伴い前記所定変化が生じる場合に、前記電流変化量の傾き又は前記電圧変化量の傾きが負であると判定する。
スタータモータによるエンジン始動時には、蓄電池に流れる放電電流が一時的に急上昇し、その放電電流の電流変化量が急激に増加した後に減少する。そのため、このエンジン始動に伴い所定変化が生じた場合には、電流変化量や電圧変化量の傾きが負となる。したがって、近似直線の傾きを減少補正することで、スタータモータによるエンジン始動時に算出精度の低下を抑制しつつ蓄電池の内部抵抗を算出することができる。
第5の手段では、前記電源システムは、前記蓄電池からの電力供給による力行と前記蓄電池の充電のための発電との少なくともいずれかを行う回転電機を備えており、要求に応じて、前記回転電機を力行状態又は発電状態で駆動させるものであり、前記傾き判定部は、前記回転電機の駆動時に負荷量の傾きが徐々に増加することに伴い前記所定変化が生じる場合に、前記電流変化量の傾き又は前記電圧変化量の傾きが正であると判定し、前記回転電機の駆動時に負荷量の傾きが徐々に減少することに伴い前記所定変化が生じる場合に、前記電流変化量の傾き又は前記電圧変化量の傾きが負であると判定する。
回転電機の駆動時における負荷量の変化に伴い、その傾きが徐々に増加する場合、蓄電池に流れる充放電電流の電流変化量が徐々に増加するため、電流変化量の傾き又は電圧変化量の傾きが正となる。そのため、負荷量が徐々に増加することに伴い所定変化が生じた場合には、近似直線の傾きを増加補正することで、算出精度の低下を抑制しつつ蓄電池の内部抵抗を算出することができる。また、回転電機の駆動時に負荷量の傾きが徐々に減少する場合、蓄電池に流れる充放電電流の電流変化量が徐々に減少するため、電流変化量の傾き又は電圧変化量の傾きが負となる。そのため、近似直線の傾きを減少補正することで、算出精度の低下を抑制しつつ蓄電池の内部抵抗を精度よく算出することができる。
電源システムの全体構成図。 制御処理の手順を示すフローチャート。 車両走行時における検出電流の推移を示タイムチャート。 電圧変化が一定である場合における検出電圧及び検出電流の推移を示すタイムチャート。 電圧変化が一定である場合における検出電流と検出電圧との関係を示す図。 電圧変化の傾きが負である場合における検出電圧及び検出電流の推移を示すタイムチャート。 電圧変化の傾きが負である場合における検出電流と検出電圧との関係を示す図。 電圧変化の傾きが正である場合における検出電圧及び検出電流の推移を示すタイムチャート。 電圧変化の傾きが正である場合における検出電流と検出電圧との関係を示す図。 電圧変化の傾きマップを示す図。
(実施形態)
以下、本発明に係る制御装置を、エンジンを駆動源として走行する車両に搭載された電源システム100に適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、電源システム100は、回転電機10、電気負荷12及びスタータモータ(以下、スタータ)26に電力を供給するシステムである。電源システム100は、第1バッテリ13と、蓄電池としての第2バッテリ14と、電圧センサ16と、電流センサ18と、フィルタ回路20と、制御装置30と、を備えている。
回転電機10は、力行駆動及び回生発電の機能を有し、具体的には、MG(Motor Generator)、又はISG(Integrated Starter Generator)である。回転電機10は、第1バッテリ13及び第2バッテリ14との間で電力の入出力を行うものである。回転電機10の回転軸は、図示しないエンジン出力軸に対してベルト等により駆動連結されており、エンジン出力軸の回転によって回転電機10の回転軸が回転する一方、回転電機10の回転軸の回転によってエンジン出力軸が回転する。回転電機10は、力行駆動時には、第1バッテリ13と第2バッテリ14との少なくとも一方からの電力供給により駆動し、エンジン出力軸に回転力を付与する。また、回転電機10は、回生発電時には、エンジン出力軸の回転により発電を行い、第1バッテリ13と第2バッテリ14との少なくとも一方を充電する。
電気負荷12は、定電圧要求負荷と一般負荷とを含む。ここで定電圧要求負荷は、供給電力の電圧が概ね一定、又は少なくとも所定範囲内で変化するよう安定していることが要求される負荷であり、一般負荷は、定電圧負荷以外の負荷である。
第1バッテリ13及び第2バッテリ14は、充放電可能な蓄電池であり、複数の電池セルが直列接続された組電池である。第1バッテリ13は、例えば鉛蓄電池であり、周知の汎用蓄電池である。一方、第2バッテリ14は、例えばリチウムイオン蓄電池である。そのため、第2バッテリ14は、第1バッテリ13に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池となっている。
図1には、第2バッテリ14の電池セルの集合体22とともに、第2バッテリ14の内部抵抗24の等価回路が示されている。内部抵抗24は、第2バッテリ14の直流抵抗を表す第1抵抗成分RAと、正極及び負極における反応抵抗成分という2組の抵抗成分の直列接続体として構成されている。反応抵抗成分は、第2抵抗成分RB、コイル成分LB及び容量成分CBを有する並列回路として構成されている。つまり、第2バッテリ14は、内部抵抗24の等価回路の回路成分として、抵抗成分RA,RBとともにコイル成分LBや容量成分CB等のインダクタンス成分LB,CBを有している。
電圧センサ16は、第2バッテリ14と、回転電機10及び電気負荷12との間の接続点PAに接続されており、この接続点PAと第2バッテリ14の負極電圧との間における第2バッテリ14の電圧を検出する。電流センサ18は、接続点PAと、回転電機10及び電気負荷12とを接続する電気経路NAに流れる電流を検出する。具体的には、接続点PAと、回転電機10及び電気負荷12との間の電気経路NAには、シャント抵抗RCが設けられており、シャント抵抗RCの両端は、電気経路NB,NCを介して電流センサ18に接続されている。電流センサ18は、このシャント抵抗RCに流れる電流を、第2バッテリ14に流れる電流として検出する。電流センサ18により検出された検出電流IE及び電圧センサ16により検出された検出電圧VEは、制御装置30に入力される。
フィルタ回路20は、第2バッテリ14と電流センサ18とを接続する電気経路NB,NCに設けられている。フィルタ回路20は、フィルタ用抵抗器RD,REと、フィルタ用コンデンサCDと、により構成されるローパスフィルタであり、第2バッテリ14に流れる電流に含まれるノイズを除去する。フィルタ用抵抗器RD,REは、各電気経路NB,NCに設けられている。フィルタ用コンデンサCDの両端は、各電気経路NB,NCにおいて、フィルタ用抵抗器RD,REと電流センサ18との間にそれぞれ接続されている。
スタータ26は、電気経路NAにおけるシャント抵抗RCと、回転電機10及び電気負荷12との間の接続点PBに接続されている。スタータ26は、その回転軸がエンジン出力軸に対して駆動連結されており、第1バッテリ13と第2バッテリ14との少なくとも一方からの電力供給によりエンジンに回転力を付与する。スタータ26は、エンジンの初回始動時にエンジンに回転力を付与する。以下では、スタータ26によるエンジンの初回始動を、スタータ26によるエンジン始動という。
スタータ26と接続点PBとは電気経路NDにより接続されており、この電気経路NDにおけるスタータ26と接続点PBとの間の接続点PCに、第1バッテリ13が接続されている。電気経路NAにおける接続点PAと接続点PBとの間には、第1スイッチ28が設けられており、電気経路NDにおける接続点PCと接続点PBとの間には、第2スイッチ29が設けられている。
第1,第2スイッチ28,29のそれぞれは、直列接続された第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを有している。本実施形態では、第1,第2スイッチング素子として、NチャネルMOSFETが用いられている。第1,第2スイッチング素子は寄生ダイオードを有しており、第1,第2スイッチ28,29では、寄生ダイオードのアノード同士が接続されるように第1,第2スイッチング素子が直列接続されている。また、第1スイッチ28では、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との間にシャント抵抗RCが配置されている。
制御装置30は、CPU、ROM、RAM、フラッシュメモリ等からなる周知のマイクロコンピュータを備えている。また、制御装置30は、電源スイッチ32、車速MVを検出する車速センサ34及びアクセルセンサ36に接続されている。電源スイッチ32は、車両の起動スイッチである。制御装置30は、電源スイッチ32の開閉状態を監視する。車速センサ34は、車両の速度である車速MVを検出するセンサである。アクセルセンサ36は、アクセルペダル40の操作量であるアクセル操作量ACを検出するセンサである。制御装置30は、ROM内の演算プログラムや各種データを参照して、車両を制御するための種々の機能を実現する。
具体的には、制御装置30は、ドライバによるアクセル操作等の要求に応じて回転電機10を力行状態又は発電状態で駆動させる。また、制御装置30は、第1,第2スイッチ28,29を制御すべく、制御信号SDを生成し、この制御信号SDを第1,第2スイッチ28,29に出力する。制御信号SDにより、第1,第2スイッチ28,29の開閉状態が切り替えられる。
さらに、制御装置30は、電流センサ18から入力された検出電流IEと、電圧センサ16から入力された検出電圧VEとに基づいて、内部抵抗としての第1抵抗成分RAの抵抗値RFを算出する。制御装置30は、第2バッテリ14における電流又は電圧の所定変化が生じた場合に、抵抗値RFを算出する。ここで所定変化は、検出電流IEの単位時間当たりの変化量(絶対値)である電流変化量ΔIが所定の電流閾値Ithよりも大きくなる変化、又は検出電圧VEの単位時間当たりの変化量(絶対値)である電圧変化量ΔVが所定の電圧閾値Vthよりも大きくなる変化であり、その変化が生じる変化期間TB(図4参照)が基準期間以上となる変化である。
制御装置30は、この所定変化が生じた場合に、変化期間TBにおいて検出電流IE及び検出電圧VEを対のデータとして所定周期TA(図4参照)で取得する。そして、取得された対のデータに含まれる検出電流IEと検出電圧VEとの関係を直線近似するとともに、その近似直線の傾きXAに基づいて抵抗値RFとして算出する。例えば制御装置30は、近似直線の傾きXAを抵抗値RFとして算出する。
ところで、本実施形態の電源システム100では、第2バッテリ14と電流センサ18との間の電気経路NB,NCにフィルタ回路20が設けられている。そのため、例えば第2バッテリ14の充電開始時において、第2バッテリ14における電流及び電圧が同時に変化した場合でも、その変化が検出電流IEに現れるタイミングが、検出電圧VEに現れるタイミングよりも遅れる同期ズレが生じる。
また、本実施形態の電源システム100では、内部抵抗24にインダクタンス成分LB,CBが含まれる。このインダクタンス成分LB,CBが第2バッテリ14における電流や電圧に作用すると、対のデータに含まれる検出電流IEの電流変化量ΔIや検出電圧VEの電圧変化量ΔVが一定とならず、これらの変化量は経過時間に応じて増加又は減少する。電流変化量ΔIや電圧変化量ΔVが経過時間に応じて増加又は減少する場合において、同期ズレにより電流変化量ΔIの増加又は減少が電圧変化量ΔVの増加又は減少よりも遅れると、対のデータの直線近似性が低下する。
例えば電圧変化量ΔVが経過時間に応じて減少する場合には、対のデータにおいて比較的大きい電流変化量ΔIと比較的小さい電圧変化量ΔVとが対応付けられる。そのため、算出される近似直線の傾きXAは抵抗値RFよりも小さくなり、この近似直線の傾きXAが抵抗値RFとして算出されると、抵抗値RFの算出精度が低下する。
本実施形態では、変化期間TBにおいて、電圧変化量ΔVが一定であるか否かを判定し、一定であると判定されたことを条件に、近似直線の傾きXAを抵抗値RFとして算出する制御処理を実施するようにした。そのため、電圧変化量ΔVが一定でない場合には、近似直線の傾きXAが抵抗値RFとして算出されないため、抵抗値RFの算出精度低下を抑制することができる。
図2は、第2バッテリ14の抵抗値RFを算出する制御処理の処理手順を示すフローチャートである。制御装置30は、電源スイッチ32が閉状態とされている場合において、上記の所定変化が生じた場合に実施される。
制御処理を開始すると、まずステップS10において、所定変化が終了したか否かを判定する。所定変化が終了しておらず、抵抗値RFを算出するための複数の対のデータが取得されていない場合、又は電流又は電圧の変化は終了したものの、その変化期間TBが基準期間未満である場合には、ステップS10で否定判定する。この場合、制御処理を終了する。
一方、所定変化が終了しており、変化期間TBが経過した場合には、ステップS10で肯定判定する。この場合、ステップS12において、変化期間TBに取得された対のデータに含まれる検出電圧VEの電圧変化量ΔVの傾きDV、つまり電圧変化量ΔVの変化速度を算出する。続くステップS14において、変化期間TBにおいて電圧変化量ΔVが一定であるか否かを判定する。なお、本実施形態において、ステップS14の処理が「変化量判定部」に相当する。
ステップS14では、ステップS12で算出された傾きDVの絶対値が所定の第1閾値ΔVth1よりも小さいか否かを判定する。傾きDVの絶対値が第1閾値ΔVth1よりも小さく、電圧変化量ΔVが一定である場合には、ステップS14で肯定判定する。この場合、近似直線の傾きXAは抵抗値RFに等しいため、ステップS16において、近似直線の傾きXAを抵抗値RFとして算出し、制御処理を終了する。
一方、傾きDVの絶対値が第1閾値ΔVth1よりも大きく、電圧変化量ΔVが一定でない場合には、ステップS14で否定判定する。この場合、ステップS18において、傾きDVの絶対値が、第1閾値ΔVth1よりも大きい値に設定された第2閾値ΔVth2よりも小さいか否かを判定する。
傾きDVの絶対値が第2閾値ΔVth2よりも大きく、取得された対のデータを直線近似すると、その誤差が著しく大きくなる場合には、ステップS18で否定判定する。この場合、近似直線の傾きXA自体を所定精度で算出することができないことから、抵抗値RFを算出することなく制御処理を終了する。
一方、傾きDVの絶対値が第2閾値ΔVth2よりも小さく、取得された対のデータにより近似直線の傾きXAを所定精度で算出できる場合には、ステップS18で肯定判定する。この場合、ステップS20〜S24において、電圧変化量ΔVに基づいて近似直線の傾きXAを補正して抵抗値RFを算出する。具体的には、まずステップS20において、傾きDVが正であるか否かを判定する。なお、本実施形態において、ステップS20の処理が「傾き判定部」に相当する。
傾きDVが正である場合、近似直線の傾きXAは抵抗値RFよりも大きくなる。そのため、ステップS20で肯定判定すると、ステップS22において、近似直線の傾きXAを減少補正して抵抗値RFを算出し、制御処理を終了する。
一方、傾きDVが負である場合、近似直線の傾きXAは抵抗値RFよりも小さくなる。そのため、ステップS20で否定判定すると、ステップS24において、近似直線の傾きXAを増加補正して抵抗値RFを算出し、制御処理を終了する。なお、本実施形態において、ステップS16,S22,S24の処理が「算出部」に相当する。
続いて、図3に、車両走行時における検出電流IEの推移を示す。図3において、(A)は、車速MVの推移を示し、(B)は、検出電流IEの推移を示し、(C)は、アクセル操作量ACの推移を示す。なお、(B)では、充電電流を正として記載し、放電電流を負として記載している。
図3に示す例では、時刻t0から時刻t1までの期間において、アクセル操作量ACは一定となっており、これに応じて車速MV及び検出電流IEも一定となっている。
時刻t1にドライバによるアクセル操作に応じてアクセル操作量ACが増加すると、アクセル操作が行われる時刻t1から時刻t3までの期間に亘って、車速MVが上昇を続ける。また、第2バッテリ14における放電電流の増加により検出電流IEが減少する。第2バッテリ14には内部抵抗24が含まれているため、図3(B)に示すように、検出電流IEは、アクセル操作量ACに比べてゆっくりと減少する。具体的には、検出電流IEは、時刻t1から、時刻t3よりも前の時刻t2までの期間に亘って所定の傾きで減少する。
その後の時刻t3に、ドライバによるアクセル操作の終了に応じてアクセル操作量ACがゼロとなると、回転電機10の回生発電により車速MVが下降を続ける。また、第2バッテリ14に流れる電流が放電電流から充電電流に切り替わり、この充電電流の増加により検出電流IEが増加する。第2バッテリ14には内部抵抗24が含まれているため、図3に示すように、検出電流IEは、アクセル操作量ACに比べてゆっくりと増加する。具体的には、検出電流IEは、時刻t3から時刻t4までの期間に亘って所定の傾きで増加する。
つまり、検出電流IEには、第2バッテリ14の内部抵抗24により所定の傾きで増加又は減少する変化期間TBが存在している。制御装置30は、この変化期間TBにおける変化が、電流変化量ΔIが電流閾値Ithよりも大きくなる所定変化である場合に、抵抗値RFを算出する。
図4、図6、図8に、時刻t3から時刻t4までの変化期間TBにおける制御処理の一例を示す。図4は、変化期間TBにおける電圧変化量ΔVが一定である場合における検出電圧VE及び検出電流IEの推移を示す。図4、図6、図8において、(A)は、検出電圧VEの推移を示し、(B)は、検出電流IEの推移を示し、(C)は、電圧変化量ΔVの推移を示す。
図4に示す例では、図4(C)に示すように、電圧変化量ΔVが一定となっており、その傾きDVがゼロとなっている。そのため、図4(A)に示すように、検出電圧VEは、アクセル操作量ACが減少する時刻t3から、時刻t4よりも前の時刻t16までの期間において一定の傾きで増加し、その後一定となる。
一方、第2バッテリ14と電流センサ18との間の電気経路NB,NCにはフィルタ回路20が設けられているため、検出電圧VEと検出電流IEとの間には同期ズレが生じる。そのため、図4(B)に示すように、検出電流IEは、時刻t3よりも後の時刻t12から時刻t4までの期間において一定の傾きで増加し、その後一定となる。
制御処理では、時刻t3から時刻t4までの変化期間TBにおいて、所定周期TA毎に検出電流IE及び検出電圧VEが同じタイミングで取得される。具体的には、時刻t3、時刻t4、及びその間の時刻t11から時刻t17において、検出電流IE及び検出電圧VEが対のデータとして取得される。そして、これらの対のデータに基づいて抵抗値RFが算出される。
図5に、図4の各時刻t3,t11〜t17,t4で取得された対のデータにおける検出電流IEと検出電圧VEとの関係を示す。図5に示すように、検出電圧VEと検出電流IEとの間には同期ズレが生じているため、時刻t3から時刻t12までの期間に取得された対のデータでは、検出電流IEが変化しておらず、時刻t16から時刻t4までの期間に取得された対のデータでは、検出電圧VEが変化していない。そのため、これらの期間に取得された対のデータでは、近似直線の傾きXAを算出することができない。一方、時刻t12から時刻t16までに取得された対のデータでは、検出電流IE及び検出電圧VEが変化する。そのため、これらの期間に取得された対のデータを用いて、近似直線の傾きXAが算出される。
ここで、検出電圧VEと検出電流IEとの間に同期ズレが生じていると、電流変化量ΔIと電圧変化量ΔVと間にも同期ズレが生じる。具体的には、図4(A),(B)に示すように、時刻t3から時刻t11までの期間における電圧変化量ΔVAは、時刻t12から時刻t13までの期間における電流変化量ΔIAに対応するものである。そのため、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVAとに基づいて算出される近似直線の傾きXAは抵抗値RFと等しくなる。しかし、対のデータにおいては、電圧変化量ΔVAは、時刻t12から時刻t13までの期間における電圧変化量ΔVBに対応付けられおり、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて近似直線の傾きXAが算出される。
図4(C)に示すように、電圧変化量ΔVが一定であると、電圧変化量ΔVAと電圧変化量ΔVBとは等しくなる。そのため、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて算出される近似直線の傾きXAは、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVAとに基づいて算出される近似直線の傾きXAと等しくなる。したがって、図5に示すように、対のデータの直線近似性は低下することなく、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて算出される近似直線の傾きXAを抵抗値RFとして算出することができる。
図6は、変化期間TBにおける電圧変化量ΔVの傾きDVが負である場合における検出電圧VE及び検出電流IEの推移を示し、図7に、図6の各時刻t3,t11〜t17,t4で取得された対のデータにおける検出電流IEと検出電圧VEとの関係を示す。なお、図6における各種タイミングは図4と同じであるため、重複した説明を省略する。
図6(C)に示すように、電圧変化量ΔVの傾きDVが負であると、電圧変化量ΔVBは電圧変化量ΔVAよりも小さくなる。そのため、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて算出される近似直線の傾きXAは、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVAとに基づいて算出される近似直線の傾きXAよりも小さくなる。したがって、図7に示すように、対のデータの直線近似性は低下し、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて算出される近似直線の傾きXAを抵抗値RFとして算出すると、抵抗値RFの算出精度が低下する。
本実施形態では、電圧変化量ΔVの傾きDVが負である場合に、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて算出される近似直線の傾きXAを抵抗値RFとして算出せず、この近似直線の傾きXAを増加補正して抵抗値RFを算出する。これにより、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて算出される近似直線の傾きXAを、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVAとに基づいて算出される近似直線の傾きXAに近づけることができ、抵抗値RFの算出精度低下が抑制される。
図8は、変化期間TBにおける電圧変化量ΔVの傾きDVが正である場合における検出電圧VE及び検出電流IEの推移を示し、図9に、図8の各時刻t3,t11〜t17,t4で取得された対のデータにおける検出電流IEと検出電圧VEとの関係を示す。なお、図8における各種タイミングは図4と同じであるため、重複した説明を省略する。
図8(C)に示すように、電圧変化量ΔVの傾きDVが正であると、電圧変化量ΔVBは電圧変化量ΔVAよりも大きくなる。そのため、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて算出される近似直線の傾きXAは、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVAとに基づいて算出される近似直線の傾きXAよりも大きくなる。したがって、図9に示すように、対のデータの直線近似性は低下し、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて算出される近似直線の傾きXAを抵抗値RFとして算出すると、抵抗値RFの算出精度が低下する。
本実施形態では、電圧変化量ΔVの傾きDVが正である場合に、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて算出される近似直線の傾きXAを抵抗値RFとして算出せず、この近似直線の傾きXAを減少補正して抵抗値RFを算出する。これにより、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVBとに基づいて算出される近似直線の傾きXAを、電流変化量ΔIAと電圧変化量ΔVAとに基づいて算出される近似直線の傾きXAに近づけることができ、抵抗値RFの算出精度低下が抑制される。
なお、近似直線の傾きXAを増加補正又は減少補正する場合には、傾きDVに基づいて近似直線の傾きXAを補正する補正量を決定する。制御装置30の記憶部38には、傾きDVと補正量とが対応付けられた対応情報が記憶されており、制御装置30は、この対応情報を用いて補正量を決定する。対応情報では、傾きDVが大きいほど補正量が大きくなるように、傾きDVと補正量とが対応付けられている。
図10に、電圧変化量ΔVの傾きマップMPを示す。傾きマップMPは、制御装置30の記憶部38に記憶されている。傾きマップMPでは、エンジン又は回転電機10における各駆動と、傾きDVが正であること、又は負であることとが対応付けられている。
傾きマップMPでは、スタータ26によるエンジン始動が、傾きDVが負であることと対応付けられている。スタータ26によるエンジン始動時には、第2バッテリ14に流れる放電電流が一時的に急上昇し、その放電電流の電流変化量ΔIが急激に増加した後に減少する。そのため、スタータ26によるエンジン始動に伴い所定変化が生じた場合には、傾きDVをゼロと比較することなく、傾きDVが負であると判定することができる。
また、傾きマップMPでは、回転電機10における負荷量の傾きの変化態様に基づいて、傾きDVが正であることと、負であることとが切り替えられる。ここで負荷量は、回転電機10の力行状態又は発電状態における駆動により生じるものであり、例えばドライバによるアクセル操作に応じて、回転電機10がエンジン出力軸に回転力を付与する動力アシスト(以下、単にアシスト)を実施する力行状態の駆動時に、負荷量が発生する。また、第2バッテリ14の充電要求に応じて、回転電機10が回生発電を実施する発電状態の駆動時に、発電状態の負荷量が発生する。なお、本実施形態において、ドライバによるアクセル操作及び第2バッテリ14の充電要求が「要求」に相当する。
具体的には、傾きマップMPでは、回転電機10の駆動時に、単位時間当たりの負荷量の増加量である負荷量の傾きが徐々に減少することが、傾きDVが負であることと対応付けられている。ここで負荷量の傾きが徐々に減少する場合には、アシストによりエンジン出力軸に付与する回転力が徐々に減少する場合や、回生発電による発電量が徐々に減少する場合が含まれる。これらの場合、第2バッテリ14に流れる充放電電流の電流変化量ΔIが徐々に減少する。そのため、回転電機10の駆動時に負荷量が徐々に減少することに伴い所定変化が生じた場合には、傾きDVをゼロと比較することなく、傾きDVが負であると判定することができる。
また、傾きマップMPでは、回転電機10の駆動時に負荷量の傾きが徐々に増加することが、傾きDVが正であることと対応付けられている。ここで負荷量の傾きが徐々に増加する場合には、アシストによりエンジン出力軸に付与する回転力が徐々に増加する場合や、回生発電による発電量が徐々に増加する場合が含まれる。これらの場合、第2バッテリ14に流れる充放電電流の電流変化量ΔIが徐々に増加する。そのため、回転電機10の駆動時に負荷量が徐々に増加することに伴い所定変化が生じた場合には、傾きDVをゼロと比較することなく、傾きDVが正であると判定することができる。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
・本実施形態では、所定変化が生じる変化期間TBにおいて、電圧変化量ΔVが一定であるか否かを判定し、一定であると判定された場合にのみ、近似直線の傾きXAを抵抗値RFとして算出するようにした。そのため、電圧変化量ΔVが一定でない場合には、近似直線の傾きXAが抵抗値RFとして算出されないため、抵抗値RFの算出精度低下を抑制することができる。
・本実施形態では、電圧変化量ΔVが一定であるか否かを判定することにより、対のデータの直線近似性を判定する。そのため、相関関数を用いて対のデータの直線近似性を判定する場合に比べて、上記判定における制御装置30の処理負担を軽減することができる。
・一方、抵抗値RFは、第2バッテリ14における電流又は電圧の所定変化が生じたという条件を満たした場合にのみ算出されるため、上記条件を満たした場合において、電圧変化量ΔVが一定でないと判定されたことにより抵抗値RFが算出されないと、抵抗値RFが算出されない期間が長期化してしまう。この場合、抵抗値RFに基づいて第2バッテリ14の充放電を制御することができない。
その点、本実施形態では、変化期間TBにおいて電圧変化量ΔVが一定でないと判定された場合に、電圧変化量ΔVに基づいて近似直線の傾きXAを補正して抵抗値RFを算出するようにした。電圧変化量ΔVは、第2バッテリ14における電流や電圧に作用するインダクタンス成分LB,CBの影響を受ける。そのため、電圧変化量ΔVに基づいて近似直線の傾きXAを補正することで、近似直線の傾きXAにおけるインダクタンス成分LB,CBの影響を抑制することができる。これにより、電圧変化量ΔVが一定でないと判定された場合でも、算出精度の低下を抑制しつつ抵抗値RFを算出することができ、抵抗値RFが算出されない期間を短縮することができる。
具体的には、電圧変化量ΔVの傾きDVが正であると判定された場合に、近似直線の傾きXAを減少補正して抵抗値RFを算出する。また、電圧変化量ΔVの傾きDVが負であると判定された場合に、近似直線の傾きXAを増加補正して抵抗値RFを算出する。これにより、電圧変化量ΔVに基づいて近似直線の傾きXAを適切に補正することができ、抵抗値RFの算出精度低下を抑制することができる。
・本実施形態では、傾きマップMPにおいて、スタータ26によるエンジン始動が、傾きDVが負であることと対応付けられている。スタータ26によるエンジン始動時には、第2バッテリ14に流れる放電電流の電流変化量ΔIが急激に増加した後に減少する。そのため、このエンジン始動に伴い所定変化が生じた場合には、電圧変化量ΔVの傾きDVが負となる。したがって、近似直線の傾きXAを減少補正することで、スタータ26によるエンジン始動時に算出精度の低下を抑制しつつ抵抗値RFを算出することができる。
・本実施形態では、傾きマップMPにおいて、回転電機10の駆動時に負荷量が徐々に増加することが、傾きDVが正であることと対応付けられている。回転電機10の駆動時に負荷量が徐々に増加する場合、第2バッテリ14に流れる充放電電流の電流変化量ΔIが徐々に増加するため、電圧変化量ΔVの傾きDVが正となる。そのため、負荷量が徐々に増加することに伴い所定変化が生じた場合には、近似直線の傾きXAを増加補正することで、算出精度の低下を抑制しつつ抵抗値RFを算出することができる。
一方、傾きマップMPにおいて、回転電機10の駆動時に負荷量が徐々に減少することが、傾きDVが負であることと対応付けられている。回転電機10の駆動時に負荷量が徐々に減少する場合、第2バッテリ14に流れる充放電電流の電流変化量ΔIが徐々に減少するため、電圧変化量ΔVの傾きDVが負となる。そのため、負荷量が徐々に減少することに伴い所定変化が生じた場合には、近似直線の傾きXAを減少補正することで、算出精度の低下を抑制しつつ抵抗値RFを算出することができる。
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・「蓄電池」は、リチウムイオン蓄電池に限られず、充放電可能な他の二次電池であってもよい。
・「フィルタ回路」は、ローパスフィルタに限られず、同期ズレを生じさせる他のフィルタであってもよい。
・「所定変化」は、上記に限られず、例えば検出電流IEが所定の閾値よりも大きくなる変化、又は検出電圧VEが所定の閾値よりも大きくなる変化であってもよい。
・「電流変化量,電圧変化量」として、電流変化量ΔIや電圧変化量ΔVに代えて、または電流変化量ΔIや電圧変化量ΔVとともにその相関値が用いられてもよい。
・上記実施形態では、対のデータの直線近似性を電圧変化量ΔVに基づいて判定する例を示したが、電流変化量ΔIに基づいて判定してもよい。但し、電流変化量ΔIの算出に用いられる検出電流IEは、フィルタ回路20を介して検出されるため、電流変化量ΔIは電圧変化量ΔVに比べて変化量が抑制されている。そのため、電圧変化量ΔVに基づいて判定することで、対のデータの直線近似性を好適に判定することができる。
・同様に、上記実施形態では、近似直線の傾きXAを電圧変化量ΔVに基づいて補正する例を示したが、電流変化量ΔIに基づいて補正してもよい。
・上記実施形態では、回転電機10がMG又はISGである例を示したが、発電機の機能を有していなくてもよい。回転電機10が、発電機の機能を有していない場合において、制御装置30が所定条件に応じてエンジンの自動停止及び再始動を行うものであるとする。この場合、スタータ26は、エンジンの初回始動時だけでなく再始動時にもエンジンに回転力を付与し、スタータ26によるエンジン始動には、エンジンの初回始動とともに、エンジンの再始動が含まれる。そのため、傾きマップMPにおいて、これらの始動が、傾きDVが負であることと対応付けられていればよい。
・上記実施形態では、第2バッテリ14の内部抵抗24がコイル成分LBを有する例を示したが、必ずしもコイル成分LBを有しなくてもよい。第2バッテリ14が接続される回転電機10は、コイルを有している。そのため、回転電機10のコイルにより電流変化量ΔIや電圧変化量ΔVが一定とならない事象が生じる場合には、第2バッテリ14はコイル成分LBを有しなくてもよい。
・「制御装置」は、エンジンを有しない電気自動車に搭載された電源システム100に適用されてもよい。電気自動車では、スタータ26によるエンジン始動や、アシストが行われない。一方、電気自動車でも回転電機10の回生発電が行われる。そのため、電気自動車では、傾きマップMPにおいて、発電状態の駆動時における負荷量の変化に基づいて、傾きDVが正であることと、負であることとが対応つけられていればよい。
・本開示に記載の制御装置及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
ΔI…電流変化量、ΔV…電圧変化量、14…第2バッテリ、16…電圧センサ、18…電流センサ、20…フィルタ回路、100…電源システム、RF…抵抗値、XA…近似直線の傾き。

Claims (5)

  1. 蓄電池(14)と、前記蓄電池に流れる電流を検出する電流センサ(18)と、前記蓄電池と前記電流センサとの間の電気経路に設けられるフィルタ回路(20)と、前記蓄電池の電圧を検出する電圧センサ(16)と、を備えた電源システム(100)に適用され、
    前記蓄電池における電流又は電圧の所定変化が生じた場合に、前記電流センサにより検出された検出電流及び前記電圧センサにより検出された検出電圧を対のデータとして所定周期で取得し、その対のデータに含まれる前記検出電流と前記検出電圧との関係を直線近似するとともに、その近似直線の傾き(XA)に基づいて前記蓄電池の内部抵抗(RF)を算出する制御装置であって、
    前記所定変化が生じる変化期間において、前記対のデータに含まれる前記検出電流の単位時間当たりの変化量である電流変化量(ΔI)又は前記検出電圧の単位時間当たりの変化量である電圧変化量(ΔV)が一定であるか否かを判定する変化量判定部と、
    前記変化期間において前記電流変化量又は前記電圧変化量が一定であると判定されたことを条件に、前記近似直線の傾きを前記蓄電池の内部抵抗として算出する算出部と、を備える制御装置。
  2. 前記算出部は、前記変化期間において前記電流変化量又は前記電圧変化量が一定でないと判定された場合に、前記電流変化量又は前記電圧変化量に基づいて前記近似直線の傾きを補正して前記蓄電池の内部抵抗を算出する請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記電流変化量の傾きが正であるか否か又は前記電圧変化量の傾きが正であるか否かを判定する傾き判定部を備え、
    前記算出部は、
    前記変化期間において前記電流変化量又は前記電圧変化量が一定でないと判定され、且つ前記傾き判定部により前記電流変化量の傾き又は前記電圧変化量の傾きが正であると判定された場合に、前記近似直線の傾きを減少補正して前記蓄電池の内部抵抗を算出し、
    前記変化期間において前記電流変化量又は前記電圧変化量が一定でないと判定され、且つ前記傾き判定部により前記電流変化量の傾き又は前記電圧変化量の傾きが負であると判定された場合に、前記近似直線の傾きを増加補正して前記蓄電池の内部抵抗を算出する請求項1又は2に記載の制御装置。
  4. 前記電源システムは、エンジンとスタータモータ(26)とを搭載した車両に適用され、前記エンジンの始動時に前記スタータモータに電力を供給するものであり、
    前記傾き判定部は、前記スタータモータによるエンジン始動に伴い前記所定変化が生じる場合に、前記電流変化量の傾き又は前記電圧変化量の傾きが負であると判定する請求項3に記載の制御装置。
  5. 前記電源システムは、前記蓄電池からの電力供給による力行と前記蓄電池の充電のための発電との少なくともいずれかを行う回転電機(10)を備えており、要求に応じて、前記回転電機を力行状態又は発電状態で駆動させるものであり、
    前記傾き判定部は、
    前記回転電機の駆動時に負荷量の傾きが徐々に増加することに伴い前記所定変化が生じる場合に、前記電流変化量の傾き又は前記電圧変化量の傾きが正であると判定し、
    前記回転電機の駆動時に負荷量の傾きが徐々に減少することに伴い前記所定変化が生じる場合に、前記電流変化量の傾き又は前記電圧変化量の傾きが負であると判定する請求項3又は4に記載の制御装置。
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