JP2021162552A - Power storage element management device, power storage element measurement method, and power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電素子を計測する技術に関する。 The present invention relates to a technique for measuring a power storage element.
蓄電素子の計器類として、電流センサ、電圧センサ、温度センサなどが知られている。これらセンサの計測信号は、所定周期でサンプリングして標本化した後、ディジタル値に変換されている(例えば、下記特許文献1)。
Current sensors, voltage sensors, temperature sensors, and the like are known as instruments for power storage elements. The measurement signals of these sensors are sampled at a predetermined cycle, sampled, and then converted into digital values (for example,
蓄電素子の計測信号をディジタル値に変換する場合、計測信号がナイキスト周波数よりも高い帯域に含まれていると、エイリアシングが発生し、正確な計測値が得られないと言う課題がある。ナイキスト周波数は、サンプリング周波数の1/2の周波数である。 When converting the measurement signal of the power storage element into a digital value, if the measurement signal is included in a band higher than the Nyquist frequency, aliasing occurs and an accurate measurement value cannot be obtained. The Nyquist frequency is half the sampling frequency.
本発明は、蓄電素子の管理装置において、エイリアシングの有無を判別することを目的とする。 An object of the present invention is to determine the presence or absence of aliasing in a power storage element management device.
蓄電素子の管理装置は、前記蓄電素子の計測信号を所定周期でサンプリングし、得られた離散信号をディジタル値に変換して出力する計測回路と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記計測信号の平均値と前記離散信号の比較結果に基づいて、エイリアシングの有無を判断する。 The power storage element management device includes a measurement circuit that samples the measurement signal of the power storage element at a predetermined cycle, converts the obtained discrete signal into a digital value, and outputs the control unit. The presence or absence of aliasing is determined based on the comparison result between the average value of the measurement signals and the discrete signals.
本技術は、蓄電装置に適用することが出来る。蓄電素子の計測方法に適用することが出来る。 This technology can be applied to a power storage device. It can be applied to the measurement method of the power storage element.
蓄電素子の管理装置において、エイリアシングの有無を判断することが出来る。 In the power storage element management device, it is possible to determine the presence or absence of aliasing.
蓄電素子の管理装置は、前記蓄電素子の計測信号を所定周期でサンプリングし、得られた離散信号をディジタル値に変換して出力する計測回路と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記計測信号の平均値と前記離散信号の比較結果に基づいて、エイリアシングの有無を判断する。 The power storage element management device includes a measurement circuit that samples the measurement signal of the power storage element at a predetermined cycle, converts the obtained discrete signal into a digital value, and outputs the control unit. The presence or absence of aliasing is determined based on the comparison result between the average value of the measurement signals and the discrete signals.
エイリアシングは、計測信号がナイキスト周波数よりも高い帯域に含まれている場合に起きる。計測信号がナイキスト周波数よりも高い帯域に含まれている場合、計測信号を所定周期でサンプリングした離散信号と、計測信号の平均値との間に差が生じる。この構成では、計測信号を所定周期でサンプリングした離散信号を、計測信号の平均値と比較することで、エイリアシングの有無を判断することが出来る。 Aliasing occurs when the measurement signal is contained in a band higher than the Nyquist frequency. When the measurement signal is included in a band higher than the Nyquist frequency, there is a difference between the discrete signal obtained by sampling the measurement signal at a predetermined period and the average value of the measurement signal. In this configuration, the presence or absence of aliasing can be determined by comparing the discrete signal obtained by sampling the measurement signal at a predetermined cycle with the average value of the measurement signals.
前記制御部は、前記計測信号の平均値と前記離散信号との差が閾値以上である場合、エイリアシングが発生していると判断してもよい。この構成では、計測信号の平均値と離散信号との差の大きさから、エイリアシングの有無を判断することが出来る。 When the difference between the average value of the measurement signals and the discrete signal is equal to or greater than a threshold value, the control unit may determine that aliasing has occurred. In this configuration, the presence or absence of aliasing can be determined from the size of the difference between the average value of the measurement signals and the discrete signal.
制御部は、エイリアシングが発生していると判断した場合、前記計測回路のサンプリング周波数を、変更前よりも高い周波数に変更してもよい。この構成では、サンプリング周波数を高くすることで、エイリアシングを解消することが出来る。 When the control unit determines that aliasing is occurring, the control unit may change the sampling frequency of the measurement circuit to a frequency higher than that before the change. In this configuration, aliasing can be eliminated by increasing the sampling frequency.
制御部は、エイリアシングが発生していると判断した場合、前記計測回路の計測結果を用いた監視機能を停止してもよい。監視機能は、計測結果に基づく蓄電素子の状態監視機能や、計測回路の状態監視機能が含まれる。 When the control unit determines that aliasing has occurred, the control unit may stop the monitoring function using the measurement result of the measurement circuit. The monitoring function includes a condition monitoring function of the power storage element based on the measurement result and a condition monitoring function of the measurement circuit.
エイリアシングが発生している場合、正しい計測が出来ない。計測結果を用いた監視機能を停止することで、誤った計測結果に基づいて、蓄電素子の状態監視や計測回路の状態監視が行われることを抑制することが出来る。 If aliasing is occurring, correct measurement cannot be performed. By stopping the monitoring function using the measurement result, it is possible to suppress the state monitoring of the power storage element and the state monitoring of the measurement circuit based on the erroneous measurement result.
前記制御部は、前記計測信号を第1周期でサンプリングする第1モードと、前記第1周期よりも長い第2周期でサンプリングする第2モードと、を択一的に実行し、前記第2モード中に、エイリアシングの有無を判断し、エイリアシングが発生している場合、前記第2モードから前記第1モードに切り替えてもよい。この構成では、2つのモードを択一的に使用することにより、高精度な計測と低消費電力を両立させることが出来る。第2モード中に、エイリアシングが起きた場合、第1モードへのモード移行により、エイリアシングを解消することが出来る。 The control unit selectively executes a first mode in which the measurement signal is sampled in the first cycle and a second mode in which the measurement signal is sampled in the second cycle longer than the first cycle, and the second mode If the presence or absence of aliasing is determined and aliasing is occurring, the second mode may be switched to the first mode. In this configuration, by using the two modes alternately, it is possible to achieve both high-precision measurement and low power consumption. If aliasing occurs during the second mode, the aliasing can be eliminated by shifting to the first mode.
前記計測回路は、前記蓄電素子の電流を計測する電流計測回路であり、電流計測用の回路とは別に、前記蓄電素子の電流の積算値を出力するクーロンカウンタを備え、前記制御部は、前記クーロンカウンタの出力に基づいて、前記電流計測回路の計測信号の平均値を算出し、算出した平均値と前記離散信号との比較結果に基づいて、エイリアシングの有無を判断してもよい。クーロンカウンタを利用して、計測信号(電流)の平均値を求めるので、平均値を求める専用回路が不要であり、回路構成を簡素化できる。 The measurement circuit is a current measurement circuit that measures the current of the power storage element, and is provided with a Coulomb counter that outputs an integrated value of the current of the power storage element in addition to the circuit for current measurement, and the control unit is the control unit. The average value of the measurement signals of the current measurement circuit may be calculated based on the output of the Coulomb counter, and the presence or absence of aliasing may be determined based on the comparison result between the calculated average value and the discrete signal. Since the average value of the measurement signal (current) is obtained using the Coulomb counter, a dedicated circuit for obtaining the average value is unnecessary, and the circuit configuration can be simplified.
前記計測回路は、前記蓄電素子の電流を計測する電流計測回路であり、電流計測用の回路とは別に、前記蓄電素子の電流の平均値を算出する平均値回路を備え、前記平均値回路は、前記蓄電素子の電流波形を平滑する平滑回路と前記平滑回路の出力をディジタル値に変換するADコンバータであり、前記制御部は、前記ADコンバータの出力する電流の平均値と前記離散信号との比較結果に基づいて、エイリアシングの有無を判断する。この構成では、蓄電素子の電流を平滑回路を用いて平滑化することで、計測値の平均値を得ることが出来る。 The measurement circuit is a current measurement circuit that measures the current of the power storage element, and is provided with an average value circuit that calculates an average value of the current of the power storage element in addition to the circuit for current measurement. A smoothing circuit that smoothes the current waveform of the power storage element and an AD converter that converts the output of the smoothing circuit into a digital value. Based on the comparison result, the presence or absence of aliasing is determined. In this configuration, the average value of the measured values can be obtained by smoothing the current of the power storage element using a smoothing circuit.
前記制御部は、前記離散信号がDC波である場合、エイリアシングの有無を判断してもよい。離散信号がDC波(つまり、直流波)である場合、計測値が変動していると、平均値との間に必ず差が生じるので、エイリアシングの有無を精度よく判断することが出来る。 When the discrete signal is a DC wave, the control unit may determine the presence or absence of aliasing. When the discrete signal is a DC wave (that is, a DC wave), if the measured value fluctuates, there will always be a difference from the average value, so the presence or absence of aliasing can be accurately determined.
<実施形態1>
1.バッテリ50の説明
図1は車両の側面図、図2はバッテリの分解斜視図である。車両10は、エンジン駆動車であり、エンジン20とバッテリ50を備えている。図1では、エンジン20、バッテリ50のみ図示し、車両10を構成する他の部品は省略している。バッテリ50は、「蓄電装置」の一例である。
<
1. 1. Explanation of
バッテリ50は、図2に示すように、組電池60と、回路基板ユニット65と、収容体71を備える。
As shown in FIG. 2, the
収容体71は、合成樹脂材料からなる本体73と蓋体74とを備えている。本体73は有底筒状である。本体73は、底面部75と、4つの側面部76とを備えている。4つの側面部76によって上端部分に上方開口部77が形成されている。
The
収容体71は、組電池60と回路基板ユニット65を収容する。組電池60は12個の二次電池62を有する。12個の二次電池62は、3並列で4直列に接続されている。回路基板ユニット65は、組電池60の上部に配置されている。図6のブロック図では、並列に接続された3つの二次電池62を1つの電池記号で表している。二次電池62は「蓄電素子」の一例である。
The
蓋体74は、本体73の上方開口部77を閉鎖する。蓋体74の周囲には外周壁78が設けられている。蓋体74は、平面視略T字形の突出部79を有する。蓋体74の前部のうち、一方の隅部に正極の外部端子51が固定され、他方の隅部に負極の外部端子52が固定されている。
The
図3及び図4に示すように、二次電池62は、直方体形状のケース82内に電極体83を非水電解質と共に収容したものである。二次電池62は一例としてリチウムイオン二次電池である。ケース82は、ケース本体84と、その上方の開口部を閉鎖する蓋85とを有している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
電極体83は、詳細については図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極要素と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極要素との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータに対して負極要素と正極要素とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体84に収容可能となるように扁平状に巻回されている。
Although not shown in detail, the
正極要素には正極集電体86を介して正極端子87が、負極要素には負極集電体88を介して負極端子89がそれぞれ接続されている。正極集電体86及び負極集電体88は、平板状の台座部90と、この台座部90から延びる脚部91とからなる。台座部90には貫通孔が形成されている。脚部91は正極要素又は負極要素に接続されている。正極端子87及び負極端子89は、端子本体部92と、その下面中心部分から下方に突出する軸部93とからなる。そのうち、正極端子87の端子本体部92と軸部93とは、アルミニウム(単一材料)によって一体成形されている。負極端子89においては、端子本体部92がアルミニウム製で、軸部93が銅製であり、これらを組み付けたものである。正極端子87及び負極端子89の端子本体部92は、蓋85の両端部に絶縁材料からなるガスケット94を介して配置され、このガスケット94から外方へ露出されている。
The
蓋85は、圧力開放弁95を有している。圧力開放弁95は、図3に示すように、正極端子87と負極端子89の間に位置している。圧力開放弁95は、ケース82の内圧が制限値を超えた時に、開放して、ケース82の内圧を下げる。
The
図5は車両10の電気的構成を示すブロック図である。
車両10は、駆動装置であるエンジン20、エンジン制御部21、エンジン始動装置23、車両発電機であるオルタネータ25、電装機器27、車両ECU(電子制御装置:Electronic Control Unit)30、バッテリ50などを備えている。
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the
The
バッテリ50は、電力線37に接続されている。バッテリ50には、電力線37を介して、エンジン始動装置23、オルタネータ25、電装機器27が接続されている。
The
エンジン始動装置23は、セルモータである。イグニッションスイッチ24がオンすると、バッテリ50からクランキング電流が流れ、エンジン始動装置23が駆動する。エンジン始動装置23の駆動により、クランクシャフトが回転し、エンジン20を始動することがきる。
The
電装機器27は、定格12Vであり、エアコン、オーディオ、カーナビゲーション、補機類などを例示することができる。
The
オルタネータ25は、エンジン20の動力により発電する車両発電機である。オルタネータ25の発電量が車両10の電気負荷量を上回っている場合、オルタネータ25によりバッテリ50は充電される。オルタネータ25の発電量が車両10の電気負荷量よりも小さい場合、バッテリ50は放電し、発電量の不足を補う。
The
電力線37には、ACインバータ38を介して、交流ソケット39が接続されている。バッテリ50は、ACインバータ38、交流ソケット39を介して、交流負荷28にも電力を供給することが出来る。
An
車両ECU30は、通信線L1を介してバッテリ50と通信可能に接続されており、通信線L2を介してオルタネータ25と通信可能に接続されている。車両ECU30は、バッテリ50からSOCや容量Cの情報を受け、オルタネータ25の発電量を制御することで、バッテリ50のSOCや容量Cをコントロールする。
The
車両ECU30は、通信線L3を介してエンジン制御部21と通信可能に接続されている。エンジン制御部21は、車両10に搭載されており、エンジン20の動作状態を監視する。エンジン制御部21は、速度計測器などの計器類の計測値から、車両10の走行状態を監視する。車両ECU30は、エンジン制御部21から、イグニッションスイッチ24の入り切りの情報、エンジン20の動作状態の情報及び車両10の走行状態(走行中、走行停止、アイドリングストップなど)の情報を得ることが出来る。
The
図6はバッテリ50の電気的構成を示すブロック図である。バッテリ50は、組電池60と、電流遮断装置53と、電流センサ54と、管理装置110Aを備える。組電池60は、直列接続された複数の二次電池62から構成されている。バッテリ50は、定格12Vである。
FIG. 6 is a block diagram showing the electrical configuration of the
組電池60、電流遮断装置53及び電流センサ54は、パワーライン55P、55Nを介して、直列に接続されている。
The assembled
パワーライン55Pは、正極の外部端子51と組電池60の正極とを接続するパワーラインである。パワーライン55Nは、負極の外部端子52と組電池60の負極とを接続するパワーラインである。
The
電流遮断装置53は、組電池60の正極側に位置し、正極側のパワーライン55Pに設けられている。電流遮断装置53は、FETなどの半導体スイッチ又はリレーである。電流遮断装置53をオープンすることで、バッテリ50の電流を遮断することが出来る。電流遮断装置53は、正常時、クローズに制御される。
The
電流センサ54は、組電池60の負極に位置し、負極側のパワーライン55Nに設けられている。電流センサ54は、電流の大きさに応じた計測信号Ptを出力する。電流センサ54は、電流に比例した電圧Vrを発生する抵抗器でもよい。電流センサ54は、ホールセンサでもよい。
The
管理装置110Aは、回路基板100上に実装されている。回路基板100は、正極側のパワーライン55Pに分岐線57を介して接続されている。管理装置110Aは、電流遮断装置53の入り切りによらず、分岐線57を通じて組電池60から電力の供給を受ける。
The
管理装置110Aは、フィルタ回路121と、電流計測回路130Aと、フィルタ回路141と、電圧計測回路150と、制御部170と、を備える。
The
フィルタ回路121は、ロ−パスフィルタであり、電流センサ54の計測信号Ptからノイズ(高周波成分)を除去する。
The
電流計測回路130Aは、電流センサ54の計測信号Ptを所定周期でサンプリングし、得られた離散信号Pをディジタル値に変換して出力する。電流計測回路130Aは、アンプ131と、ADコンバータ135でもよい。
The
アンプ131は、2つの入力端子131A〜131Bを有する。2つの入力端子131A〜131Bは、電流センサ54にそれぞれ電気的に接続される。アンプ131は、電流センサ54の計測信号Ptを増幅する。ADコンバータ135は、電流センサ54の計測信号Ptを、所定周期でサンプリングし、得られた離散信号Pをディジタル値に変換して出力する。
The
電流計測回路130Aは、更に、クーロンカウンタ137を備えてもよい。クーロンカウンタ137は、電流計測用の回路131、135と並列に接続されており、電流センサ54の計測信号Ptが入力される。
The
クーロンカウンタ137は、電流センサ54の計測信号Ptの積分値Qを出力する。図7は、クーロンカウンタ137の出力波形である。クーロンカウンタ137の出力から二次電池62の容量の変化量ΔQを求めることが出来る。
The
クーロンカウンタ137は、図8に示すように、例えば、積分回路137Aと、カウンタ137Bとから構成することが出来る。積分回路137Aは、アナログ回路でもよい。積算回路137Aは、電流計測用の回路131、135とは独立して動作可能であり、電流センサ54の計測信号Ptを連続的に積分又はごく短い周期で積分する。カウンタ137Bは、積分回路137Aの積分値に応じた、カウント値を出力する。
As shown in FIG. 8, the
フィルタ回路141は、ロ−パスフィルタであり、各二次電池62の計測値からノイズ(高周波成分)を除去する。
The
電圧計測回路150は、二次電池62の計測信号Ptを所定周期でサンプリングし、得られた離散信号をディジタル値に変換して出力する。
The
電圧計測回路150は、マルチプレクサ151と、ADコンバータ155でもよい。マルチプレクサ151は、5つの入力端子151A〜151Eを有する。5つの入力端子151A〜151Eは、各二次電池62の電極にそれぞれ電気的に接続される。
The
マルチプレクサ151は、測定対象の二次電池62を切り換えつつ、各二次電池62の電圧Vを順に検出して出力する。ADコンバータ155は、マルチプレクサ151の計測信号Ptを、所定周期でサンプリングし、得られた離散信号Pをディジタル信号に変換して出力する。電圧計測回路150は、組電池60の総電圧を検出してもよい。
The
電流計測回路130A及び電圧計測回路150は、バス180を介して、制御部170と接続されており、両計測回路130A、150の出力は、制御部170に対して入力される。
The
制御部170は、CPU171と、メモリ173とを備える。制御部170は、車両10が駐車中か走行中であるかなど、車両10の状態に関する情報を車両ECU30から得ることが出来る。
The
制御部170は、電流計測回路130A、電圧計測回路150、温度センサにより、組電池60の電流I、各二次電池62の電圧V、組電池60の電圧Vab及び組電池60の温度を、所定の計測周期で計測し、バッテリ50の状態を監視する。メモリ173には、バッテリ50の監視処理を実行する監視プログラム、バッテリ50のSOCを推定する容量推定プログラムやエイリアシングの有無を判断するプログラムが記憶されている。
The
制御部170は、クーロンカウンタ137の出力値に基づいて、各二次電池62のSOCを算出する(1式)。+は充電、−は放電である。SOCは充電状態であり、満充電容量に対する残存容量の比率である。
The
SOC=SOCo±100×(ΔQ/C) (1)
SOCoは各二次電池62のSOCの初期値、ΔQは容量の変化量、Cは満充電容量である。
SOC = SOCo ± 100 × (ΔQ / C) (1)
SOC is the initial value of SOC of each
2.動作モードとエイリアシングの発生
図9に示すように、管理装置110Aの動作モードとして、第1モードと第2モードがある。第1モードと第2モードは、計測周期が異なっている。第1モードは、電流や電圧の計測を短周期で行い、第2モードは、電流や電圧の計測を長周期で行う。
2. Operation Mode and Occurrence of Aliasing As shown in FIG. 9, there are a first mode and a second mode as operation modes of the
各計測回路130A、150のサンプリング周期Tは、モードに応じて異なっており、第2モードのサンプリング周期T2は、第1モードのサンプリング周期T1よりも長い(T2>T1)。T1が本発明の「第1周期」に相当し、T2が本発明の「第2周期」に相当する。
The sampling cycle T of each of the
周期Tと周波数fは、逆数の関係であることから、第1モードのサンプリング周波数f1は、第2モードのサンプリング周波数f2よりも高い関係となる(f1>f2)。 Since the period T and the frequency f have a reciprocal relationship, the sampling frequency f1 in the first mode has a higher relationship than the sampling frequency f2 in the second mode (f1> f2).
例えば、クランキングのような電流の急峻な変化を計測する場合、計測周期の短い第1モードが適している。制御部170の負荷率や消費電流を低減する場合、計測周期の長い第2モードが適している。
For example, when measuring a steep change in current such as cranking, the first mode having a short measurement cycle is suitable. When reducing the load factor and current consumption of the
制御部170は、車両ECU30との通信により、車両10の状態を取得する。制御部170は、車両10の状態に基づいて、モードの切り換えを行う。例えば、エンジン始動から駐車までの期間は、管理装置110Aを第1モードに制御し、駐車中は、管理装置1110Aを第2モードに制御する。
The
図10は、フィルタ回路121の周波数特性を示す。フィルタ回路121は、ロ−パスフィルタであり、カットオフ周波数fcよりも高い高周波成分(ノイズ)を抑圧し、カットオフ周波数fcよりも帯域の低い信号を通過させる。
FIG. 10 shows the frequency characteristics of the
フィルタ回路121のカットオフ周波数fcは、エンジン始動時など電流の急峻な変化を計測可能にするため、エンジン始動時(クランキング時)の電流の周波数よりも、高い値に設定されている。エンジン始動時の電流の周波数は、概ね0.3kHz、カットオフ周波数fcは、例えば1kHzである。
The cutoff frequency fc of the
フィルタ回路121を通過する帯域の信号を正しく計測するため、第1モードのサンプリング周波数f1は、カットオフ周波数fcより、さらに高い(fc<f1)。第1モードのサンプリング周波数f1は、例えば、5kHzである。
The sampling frequency f1 in the first mode is even higher than the cutoff frequency fc (fc <f1) in order to correctly measure the signal in the band passing through the
第2モードのサンプリング周波数f2は、第1モードのサンプリング周波数f1よりも低く、フィルタ回路121の通過域に含まれている。そのため、フィルタ回路121を通過する計測信号Ptの周波数により、エイリアシングが発生する場合がある。
The sampling frequency f2 of the second mode is lower than the sampling frequency f1 of the first mode and is included in the pass region of the
エイリアシングは、計測信号Ptを離散化した信号の波形が、元の波形と一致せず異なる波形となる現象である。エイリアシングは、「折り返し雑音」とも言われる。 Aliasing is a phenomenon in which the waveform of a signal obtained by discretizing the measurement signal Pt does not match the original waveform and becomes a different waveform. Aliasing is also referred to as "aliasing".
エイリアシングは、計測信号Ptが、ナイキスト周波数fn(サンプリング周波数の1/2の周波数)よりも高い帯域に含まれている場合に発生することが知られている。従って、サンプリング周波数f2が0.5kHzの場合、電流センサ54の計測信号Ptが、0.25kHzより高い帯域に含まれていると、エイリアシングが発生する。
Aliasing is known to occur when the measurement signal Pt is included in a band higher than the Nyquist frequency fn (frequency ½ of the sampling frequency). Therefore, when the sampling frequency f2 is 0.5 kHz, aliasing occurs when the measurement signal Pt of the
図11は、計測信号Ptを所定周期でサンプリングした離散信号Pを示している。元の計測信号Ptは1kHzの正弦波である(上段)。サンプリング周波数がf1(5kHz)の場合、離散信号Pを補間した波形Y1は正弦波(中段)であり、エイリアシングの発生はない。サンプリング周波数がf2(0.5kHz)の場合、離散信号Pを補間した波形Y2はDC波(下段)であり、エイリアシングが起きている。 FIG. 11 shows a discrete signal P in which the measurement signal Pt is sampled at a predetermined cycle. The original measurement signal Pt is a 1 kHz sine wave (upper). When the sampling frequency is f1 (5 kHz), the waveform Y1 interpolated by the discrete signal P is a sine wave (middle stage), and aliasing does not occur. When the sampling frequency is f2 (0.5 kHz), the waveform Y2 interpolated by the discrete signal P is a DC wave (lower stage), and aliasing occurs.
バッテリ50の電流は、負荷により変化し、交流負荷28の駆動中は、交流成分が重畳する場合がある。変動する電流の計測信号が、ナイキスト周波数fnよりも高い帯域に含まれている場合、エイリアシングが起きて、電流を正しく計測できない場合がある。
The current of the
3.エイリアシングの検出とモード移行
図12に示すように、計測信号PtがDC波(直流波)である場合、離散信号Pは常に同じ値であり、計測信号Ptの平均値と比較しても、差は生じない。
3. 3. Aliasing detection and mode transition As shown in FIG. 12, when the measurement signal Pt is a DC wave (DC wave), the discrete signal P is always the same value, and even when compared with the average value of the measurement signal Pt, there is a difference. Does not occur.
次に図13に示すように、計測信号Ptが正弦波である場合を考える。サンプリング周期Tが計測信号Ptの整数倍周期(図は2倍)である場合、離散信号Pは、常に同じ値であり、離散信号Pを補間した波形Yは、DC波形である。 Next, as shown in FIG. 13, consider the case where the measurement signal Pt is a sine wave. When the sampling period T is an integral multiple period of the measurement signal Pt (twice in the figure), the discrete signal P always has the same value, and the waveform Y obtained by interpolating the discrete signal P is a DC waveform.
計測信号Ptは正弦波であるため、1周期の平均値Pavはゼロであり、離散信号Pとの間に差Δが生じる。そのため、計測信号Ptの平均値Pavを離散信号Pと比較することで、エイリアシングの発生の有無を判断することが出来る。 Since the measurement signal Pt is a sine wave, the average value Pav for one cycle is zero, and a difference Δ is generated between the measurement signal Pt and the discrete signal P. Therefore, by comparing the average value Pav of the measurement signal Pt with the discrete signal P, it is possible to determine whether or not aliasing has occurred.
以下、電流センサ54の計測信号Ptについて、クーロンカウンタ137の出力値を利用したエイリアシングの検出方法を説明する。
Hereinafter, an aliasing detection method using the output value of the
制御部170は、クーロンカウンタ137の出力値(電流の積分値Q)から、電流センサ54の計測信号Ptの平均値Pavを算出する。計測信号Ptの平均値Pavは、以下の(2)式より求めることが出来る(図7)。
The
Pav=ΔQ/(t2−t1) (2)
ΔQ=Q2−Q1 (3)
Pav = ΔQ / (t2-t1) (2)
ΔQ = Q2-Q1 (3)
制御部170は、算出した計測信号Ptの平均値Pavを、電流センサ54の離散信号Pと比較して、その差Δを求める。
The
例えば、図13に示すように、t2時点の離散信号P2の場合、時刻t1〜t3までを対象区間として計測信号Ptの平均値Pavを算出し、離散信号P2と平均値Pavとの差Δを算出する。 For example, as shown in FIG. 13, in the case of the discrete signal P2 at the time of t2, the average value Pav of the measurement signal Pt is calculated for the target sections from time t1 to t3, and the difference Δ between the discrete signal P2 and the average value Pav is calculated. calculate.
Δ=P−Pav (4) Δ = P-Pav (4)
差Δの絶対値が閾値を超えている場合、制御部170は、エイリアシングが発生していると判断する。
When the absolute value of the difference Δ exceeds the threshold value, the
電流センサ54の計測信号Ptの平均値Pavを求める区間は、少なくとも、比較対象となる離散信号Pのサンプリング時刻tを含んでいればよい。図13では、サンプリング時刻t2を含むその前後のサンプリング周期2Tを対象区間として、平均値Pavを求めている。平均値Pavを求める区間は、計測信号Ptの周期に基づいて決定してもよく、計測信号Ptの1周期以上でもよい。また、ナイキスト周波数fnの1周期以上でもよい。
The section for obtaining the average value Pav of the measurement signal Pt of the
図14は、エイリアシングの判定シーケンスである。判定シーケンスは、S10〜S50の5つのステップからなり、第2モード中に実行される。 FIG. 14 is an aliasing determination sequence. The determination sequence consists of five steps S10 to S50 and is executed during the second mode.
S10において、電流計測回路130Aは、電流センサ54の計測信号Ptを、サンプリング周期T2でサンプリングし、得られた離散信号Pをディジタル値に変換して、出力する。
In S10, the
S20において、制御部170は、クーロンカウンタ137の出力より、電流センサ54の計測信号Ptの平均値Pavを算出する。
In S20, the
S30において、制御部170は、S10で電流計測回路130Aより出力された計測信号Ptの離散信号Pと、S20で算出した計測信号Ptの平均値Pavとを比較し、差Δを求める。
In S30, the
S40において、制御部170は、S30で算出した差Δを閾値と比較する。差Δが閾値未満の場合、制御部170は、エイリアシングの発生は無いと判断する(S40:NO)。閾値は、離散信号Pと計測信号Ptの平均値Pavの差について、エイリシングが発生している場合とエイリアシングが発生していない場合(正常な場合)を判別する値であり、例えば、エイリアシングが発生している場合の差と、発生していない場合の差の境界値である。
In S40, the
エイリアシングの発生は無いと判断した場合、S10〜S40の処理が、第2モード中、サンプリング周期T2で繰り返し実行される。 When it is determined that the aliasing does not occur, the processes of S10 to S40 are repeatedly executed in the sampling cycle T2 during the second mode.
差Δが閾値以上の場合、制御部170は、エイリアシングが発生していると判断する(S40:YES)。エイリアシングが発生していると判断した場合、制御部170は、S50において、管理装置110Aの動作モードを、第2モードから第1モードに切り替える。
When the difference Δ is equal to or greater than the threshold value, the
第1モードのサンプリング周期T1は、第2モードのサンプリング周期T2よりも短いので、エイリアシングを解消することが出来る。 Since the sampling cycle T1 in the first mode is shorter than the sampling cycle T2 in the second mode, aliasing can be eliminated.
制御部170は、第2モードにおいて、離散信号Pを補間した波形がDC波である場合、図14のフローを実行して、エイリアシングの有無を判断してもよい。離散信号Pを補間した波形がDC波である場合、計測信号Ptが変動していると、平均値Pavとの間に必ず差が生じるので、エイリアシングの有無を精度よく判断することが出来る。計測信号Ptは、変動する信号であれば、周期的に変動する信号でなくてもよい。
In the second mode, when the waveform obtained by interpolating the discrete signal P is a DC wave, the
4.効果説明
この発明では、エイリアシングの発生の有無を判断することが出来る。エイリアシング有りと判断した場合、管理装置110Aの動作モードを第2モードから第1モードに切り替えることで、エイリアシングを解消することが出来る。エイリアシングを解消することで、電流の計測精度が高くなる。
4. Explanation of Effect In the present invention, it is possible to determine whether or not aliasing has occurred. When it is determined that there is aliasing, the aliasing can be eliminated by switching the operation mode of the
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described in the above description and drawings, and for example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1)上記実施形態では、蓄電素子の一例として、二次電池62を例示した。蓄電素子は、二次電池62に限らず、キャパシタでもよい。二次電池62は、リチウムイオン二次電池に限らず、他の非水電解質二次電池でもよい。鉛蓄電池などを使用することも出来る。蓄電素子は、複数に限らず、単数(単セル)の構成でもよい。
(1) In the above embodiment, the
(2)上記実施形態では、バッテリ50をエンジン始動用とした。バッテリ50の使用用途は、特定の用途に限定されない。バッテリ50は、12V用に限らず、48V用でもよい。それ以外の電圧階級でもよい。バッテリ50は、移動体用(車両用や船舶用、AGVなど)や、産業用(無停電電源システムや太陽光発電システムの蓄電装置)など、種々の用途に使用してもよい。
(2) In the above embodiment, the
(3)上記実施形態では、電流の計測信号を対象として、エイリアシングの有無を検出した。電流以外の物理量、例えば、蓄電素子の電圧や温度の計測信号について、エイリアシングの有無を検出してもよい。 (3) In the above embodiment, the presence or absence of aliasing is detected for the current measurement signal. The presence or absence of aliasing may be detected for physical quantities other than electric current, for example, measurement signals of voltage and temperature of a power storage element.
(4)上記実施形態では、離散信号P=DC波形(計測信号Ptの周波数fがサンプリング周波数fの整数倍)の場合を例にとって、エイリアシングの検出原理を説明した。この検出原理は、離散信号P≠DC波以外の場合でも、適用することが出来る。 (4) In the above embodiment, the detection principle of aliasing has been described by taking the case of discrete signal P = DC waveform (frequency f of measurement signal Pt is an integral multiple of sampling frequency f) as an example. This detection principle can be applied even when the discrete signal P ≠ DC wave.
例えば、図15は、二次電池の計測信号Ptは正弦波、離散信号Pを補間した波形は周波数が異なる正弦波である。 For example, in FIG. 15, the measurement signal Pt of the secondary battery is a sine wave, and the waveform obtained by interpolating the discrete signal P is a sine wave having different frequencies.
計測信号Ptの1周期の平均値Pavはゼロであることから、離散信号Pの大きさが変動する場合でも、2つの値を比較すると、差Δが生じる。
図15は、サンプリング周期Tの2倍の区間を対象として、計測信号Ptの平均値Pavを算出している。計測信号Ptは、ほぼゼロ(太線)であり、離散信号Pとの間に差Δが生じる。そのため、離散信号Pの大きさが変化する場合でも、この検出原理を利用して、エイリアシングの発生の有無を検出することが出来る。平均値Pavの算出区間を、1周期T分ずつずらすことで、計測信号Ptの移動平均を求め、それを各時点の離散信号Pと比較して、エイリアシングの有無を判断してもよい。離散信号Pの大きさが変化する場合、図15に示すように、位相により、差Δは変化して、小さくなる箇所がある。そのため、差Δが複数回連続して閾値を超える箇所が存在する場合に、エイリアシングが発生していると、判断してもよい。
Since the average value Pav of the measurement signal Pt in one cycle is zero, a difference Δ occurs when the two values are compared even when the magnitude of the discrete signal P fluctuates.
In FIG. 15, the average value Pav of the measurement signal Pt is calculated for a section twice the sampling period T. The measurement signal Pt is almost zero (thick line), and a difference Δ is generated between the measurement signal Pt and the discrete signal P. Therefore, even when the magnitude of the discrete signal P changes, the presence or absence of aliasing can be detected by using this detection principle. The moving average of the measurement signal Pt may be obtained by shifting the calculation section of the average value Pav by one cycle T, and the moving average may be compared with the discrete signal P at each time point to determine the presence or absence of aliasing. When the magnitude of the discrete signal P changes, as shown in FIG. 15, the difference Δ changes depending on the phase, and there is a place where it becomes smaller. Therefore, it may be determined that aliasing has occurred when there are locations where the difference Δ exceeds the threshold value a plurality of times in succession.
(5)図16は、管理装置110Bのブロック図である。管理装置110Bは、実施形態1の管理装置110Aに対して、電流計測回路が相違している。電流計測回路130Bは、実施形態1の電流計測回路130Aに対して、クーロンカウンタ137に代えて、平均値回路138を設けている。
(5) FIG. 16 is a block diagram of the
平均値回路138は、電流センサ54の計測信号Ptから平均値Pavを取得し、それをディジタル値に変換して出力する回路である。平均値回路138は、例えば、ロ−パスフィルタなどの平滑回路138AとADコンバータ138Bにより構成することが出来る。平滑回路138Aは、電流センサ54の計測信号Ptを平滑する。平滑回路138Aにより、計測信号Ptの波形が平滑化されて鈍るので、計測信号Ptを平均値化することが出来る。平滑回路138Aは、例えば、コンデンサと抵抗からなるアナログ回路でもよい。平滑回路138Aの時定数は、フィルタ回路121よりも時定数が大きいことが好ましい。ADコンバータ138Bは、平滑回路138Aの出力をディジタル値に変換して出力する。
The
(6)図17は、管理装置110Cのブロック図である。管理装置100Cは、制御部170と、第1フィルタ回路121Aと、第1電流計測回路300Aと、第2フィルタ回路121Bと、第2電流計測回路300Bとを備える。2つの電流計測回路300A、300Bは、並列に接続されている。2つのフィルタ回路121A、121Bと、2つの電流計測回路300A、300Bは、それぞれ同一回路である。2つの電流計測回路300A、300Bの出力を比較することで、電流計測回路300A、300Bの故障診断を行うことが出来る。
(6) FIG. 17 is a block diagram of the
エイリアシングが発生している場合、計測回路自体は正常でも、正しい計測ができない。従って、エイリアシングが発生している場合、電流計測回路300A、300Bの故障を判断しないことが好ましい。故障診断を実行しないことで、故障の有無を誤って診断することを抑制することが出来る。
When aliasing occurs, even if the measurement circuit itself is normal, correct measurement cannot be performed. Therefore, when aliasing occurs, it is preferable not to determine the failure of the
制御部170は、エイリアシングの発生を検出した場合、計測回路の計測結果を用いた監視機能を停止してもよい。監視機能は、計測結果に基づく蓄電素子の状態監視機能や、計測回路の状態監視機能が含まれる。蓄電素子の監視機能としては、例えば、過電流の有無やSOCの監視が含まれる。計測回路の状態監視機能には、例えば、上記した故障診断が含まれる。
When the
10 車両
50 バッテリ(蓄電装置)
54 電流センサ
60 組電池
62 二次電池(蓄電素子)
110 管理装置
130 電流計測回路
150 電圧計測回路
10
54
110 Management device 130
Claims (10)
前記蓄電素子の計測信号を所定周期でサンプリングし、得られた離散信号をディジタル値に変換して出力する計測回路と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記計測信号の平均値と前記離散信号の比較結果に基づいて、エイリアシングの有無を判断する、管理装置。 It is a management device for power storage elements.
A measurement circuit that samples the measurement signal of the power storage element at a predetermined cycle, converts the obtained discrete signal into a digital value, and outputs it.
With a control unit
The control unit is a management device that determines the presence or absence of aliasing based on a comparison result between the average value of the measurement signals and the discrete signals.
前記制御部は、前記計測信号の平均値と前記離散信号との差が閾値以上である場合、エイリアシングが発生していると判断する、管理装置。 The management device according to claim 1.
The control unit is a management device that determines that aliasing has occurred when the difference between the average value of the measurement signals and the discrete signals is equal to or greater than a threshold value.
前記制御部は、エイリアシングが発生していると判断した場合、前記計測回路のサンプリング周波数を、変更前よりも高い周波数に変更する、管理装置。 The management device according to claim 1 or 2.
The control unit is a management device that changes the sampling frequency of the measurement circuit to a higher frequency than before the change when it determines that aliasing has occurred.
前記制御部は、エイリアシングが発生していると判断した場合、前記計測回路の計測結果を用いた監視機能を停止する、管理装置。 The management device according to claim 1 or 2.
The control unit is a management device that stops the monitoring function using the measurement result of the measurement circuit when it determines that aliasing has occurred.
前記制御部は、前記計測信号を第1周期でサンプリングする第1モードと、前記第1周期よりも長い第2周期でサンプリングする第2モードと、を択一的に実行し、
前記第2モード中に、エイリアシングの有無を判断し、エイリアシングが発生している場合、前記第2モードから前記第1モードに切り替える、管理装置。 The management device according to any one of claims 1 to 4.
The control unit selectively executes a first mode in which the measurement signal is sampled in the first cycle and a second mode in which the measurement signal is sampled in the second cycle longer than the first cycle.
A management device that determines the presence or absence of aliasing during the second mode, and if aliasing occurs, switches from the second mode to the first mode.
前記計測回路は、前記蓄電素子の電流を計測する電流計測回路であり、電流計測用の回路とは別に、前記蓄電素子の電流の積算値を出力するクーロンカウンタを備え、
前記制御部は、前記クーロンカウンタの出力に基づいて、前記電流計測回路の計測信号の平均値を算出し、算出した平均値と前記離散信号との比較結果に基づいて、エイリアシングの有無を判断する、管理装置。 The management device according to any one of claims 1 to 5.
The measurement circuit is a current measurement circuit that measures the current of the power storage element, and includes a coulomb counter that outputs an integrated value of the current of the power storage element in addition to the circuit for current measurement.
The control unit calculates the average value of the measurement signals of the current measurement circuit based on the output of the coulomb counter, and determines the presence or absence of aliasing based on the comparison result between the calculated average value and the discrete signal. , Management device.
前記計測回路は、前記蓄電素子の電流を計測する電流計測回路であり、電流計測用の回路とは別に、前記蓄電素子の電流の平均値を算出する平均値回路を備え、
前記平均値回路は、前記蓄電素子の電流波形を平滑する平滑回路と前記平滑回路の出力をディジタル値に変換するADコンバータであり、
前記制御部は、前記ADコンバータの出力する電流の平均値と前記離散信号との比較結果に基づいて、エイリアシングの有無を判断する、管理装置。 The management device according to any one of claims 1 to 5.
The measurement circuit is a current measurement circuit that measures the current of the power storage element, and includes an average value circuit that calculates an average value of the current of the power storage element in addition to the circuit for current measurement.
The average value circuit is a smoothing circuit that smoothes the current waveform of the power storage element and an AD converter that converts the output of the smoothing circuit into a digital value.
The control unit is a management device that determines the presence or absence of aliasing based on the result of comparison between the average value of the currents output by the AD converter and the discrete signal.
前記制御部は、前記離散信号がDC波である場合、エイリアシングの有無を判断する、管理装置。 The management device according to any one of claims 1 to 7.
The control unit is a management device that determines the presence or absence of aliasing when the discrete signal is a DC wave.
前記蓄電素子の計測信号を所定周期でサンプリングし、得られた離散信号をディジタル値に変換するステップと、
前記計測信号の平均値と前記離散信号の比較結果に基づいて、エイリアシングの有無を判断するステップとを含む、計測方法。 It is a measurement method for power storage elements.
A step of sampling the measurement signal of the power storage element at a predetermined cycle and converting the obtained discrete signal into a digital value.
A measurement method including a step of determining the presence or absence of aliasing based on a comparison result of the average value of the measurement signals and the discrete signals.
前記蓄電素子の物理量の計測信号を出力するセンサと、
請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の管理装置を備えた蓄電装置。 Power storage element and
A sensor that outputs a measurement signal of the physical quantity of the power storage element, and
A power storage device including the management device according to any one of claims 1 to 8.
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