JP4495116B2 - バッテリーの残存容量の推定方法及びそれによるバッテリー管理システム - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーの残存容量（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の初期値を設定する方法に係り、より詳しくは、バッテリーの内外部の温度変化及び時間経過に伴う開回路電圧（ＯＣＶ）の変化を考慮し、より精度よくバッテリーの残存容量の初期値を設定することができる方法に関する。

電気自動車では、バッテリーに蓄電された電気エネルギーをエネルギー源として利用する。このような電気自動車用バッテリーとしては、リチウムイオンポリマーバッテリーが汎用されており、該バッテリーに関する研究も盛んに行われている。

一方、ガソリン自動車の場合、燃料を使ってエンジンを駆動させるため、燃料量の測定に特に困らないが、電気自動車の動力源としてのバッテリーの場合は、その中に蓄積された残存エネルギーの測定が困難である。ちなみに、電気自動車の運転者にとっては、現在どれ位のエネルギーが残っていて、これでこれからどの位更に走行することができるのかに関する情報は非常に重要である。

すなわち、電気自動車では、バッテリーに充電されたエネルギーによって走行する自動車であるため、バッテリーに充電された残存容量の把握が何より重要であり、したがって、走行中にバッテリーの残存容量を把握し、走行可能距離などの情報を運転者に報知するための様々な技術が開発されている。

また、自動車の走行に先立ってバッテリーの残存容量の初期値を適切に設定するための試みも多く行われている。このとき、残存容量の初期値は、通常、開回路電圧（ＯＣＶ）を参照にして設定されている。このような方法において前提になっていることは、ＯＣＶが環境によって変わるものであれば、残存容量の絶対参照値になり得ないということである。

しかしながら、多くの実験及び論文によれば、ＯＣＶは固定された値を示すものでなく、環境すなわち温度変化及び時間経過に伴って変わることが立証された。そこで、今までのバッテリー残存容量の初期値の設定方法によれば、温度変化に伴って変わるＯＣＶを考慮しておらず、バッテリーの残存容量の精度よい推定が困難であるという問題がある。

このような問題を考慮して、様々な温度変化に伴うＯＣＶ及びＳＯＣの変化をテーブルにて示してバッテリーの初期値を設定することが本出願人によって提案されたことがある（特許文献１参照）。しかしながら、バッテリーの無負荷状態電圧をＯＣＶというところ、バッテリーに負荷がかかると、この電圧をこれ以上用いることができないという問題点がある。すなわち、バッテリーは負荷状態で化学反応を引き起こすが、電圧を遮断するとしてバッテリーが直ぐＯＣＶ状態に到達するのではなく、十分な時間が経過して始めて収斂状態に到達するようになる。

言い換えれば、かかっている負荷が、すなわち流れている電流がカットされるとして直ぐ無負荷電圧に収斂するのではなく、所定の時間、通常１時間以上の時間が経過して始めて無負荷電圧に収斂するようになる。したがって、前述した方法を用いてＳＯＣを初期化する場合、ハイブリッド電気自動車の場合、次のような問題点が生じ得る。

すなわち、ハイブリッド電気自動車の場合、運転者がエンジンを止めた後、十分な時間が経過した後にエンジンを再起動すると、前述した方法と同法にてＳＯＣを初期化することも可能であるが、エンジンを止めた後、バッテリーが収斂状態に到逹する前に再起動する場合は、ＯＣＶに到逹する前の電圧をＯＣＶとしてＳＯＣを初期化するようになり、その結果、エラーが生じてしまう。
大韓民国特許出願番号第２００５−１９４８７号

従来技術では、バッテリーが装着される装置の外部の環境、具体的には、外部温度の変化を考慮しないか、或いは考慮するとしてもバッテリーがＯＣＶに到逹する前の電圧に基づいてＳＯＣを初期化しているため、前述したような問題点を抱えていた。

そこで、本発明は、そのような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、バッテリーの外部環境の温度変化のみならず、バッテリーが無負荷電圧状態に到逹する前のバッテリーの内部温度の変化を考慮してＳＯＣを初期化することにより、より精度よくＳＯＣの初期値を設定することができる方法を提供することをその目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するために、バッテリーの内部温度変化をＳＯＣの初期値の設定に用いた。すなわち、バッテリーが負荷状態では無負荷状態より高い内部温度を持っていることに着目して、負荷状態から完全無負荷状態に進む間のバッテリーの内部温度を実験を通じて所定の時間毎に測定し、これに基づいてＳＯＣの初期値を設定する方法を完成するに至った。

上記本発明によるバッテリーのＳＯＣ推定方法は、負荷状態から無負荷状態に切り替えられた以降からの時間経過に伴うバッテリーの内部温度及びバッテリー電圧毎のＳＯＣを測定して作成したＳＯＣ推定テーブルを保存するステップと、バッテリーの初期ＳＯＣの推定を求められた時に、上記バッテリーの内部温度及びバッテリー電圧を測定するステップと、上記バッテリーの内部温度及びバッテリー電圧に対応するＳＯＣを上記ＳＯＣ推定テーブルから読み出すステップとを含むことを特徴とする。

以上で説明した本発明によれば、外部温度の変化及びバッテリーの時間遅延の間のバッテリーの内部温度の変化に伴うＯＣＶの変化を測定し、これをＳＯＣの初期値の設定に用いることにより、バッテリーの内外部の温度変化を考慮しないことに起因するエラーを修正することができ、より精度よくＳＯＣの初期値を設定することができるという効果を奏する。

本発明では、時間経過に伴う温度変化を測定し、各経過時間及び温度でのバッテリー電圧及びＳＯＣを測定してＳＯＣ推定テーブルを構成する。
上記ＳＯＣ推定テーブルの構成方法について、図１を参照して説明する。

実験者らは、バッテリーが無負荷状態に突入してからの時間経過に伴うＳＯＣ、温度、バッテリー電圧を測定する。

上記時間経過に伴う温度、バッテリー電圧、ＳＯＣの測定が完了すると、実験者らは上記時間経過に伴い温度、バッテリー電圧、ＳＯＣを用いてＳＯＣ推定テーブルを作成する。

上記ＳＯＣ推定テーブルは、図２に示すように、時間経過に伴うバッテリーの温度を測定すると同時に、各温度でのバッテリーのＳＯＣ毎のバッテリー電圧をマッピングする。

次いで、上記ＳＯＣ推定テーブルを用いてバッテリーのＳＯＣを推定するバッテリー管理システムの概略的な構成について、図３を参照して説明する。

上記バッテリー管理システムは、制御部２００と、メモリ部２０２と、電圧測定部２０４、及び温度センサ２０６から構成される。

上記制御部２００は、上記バッテリー管理システムの全般的な制御はもとより、本発明の好適な実施例によってメモリ部２０２に保存されたＳＯＣ推定テーブルを用いてＳＯＣを推定する。特に、上記推定されるＳＯＣは、無負荷状態の経過時間を反映したＳＯＣの初期値である。

メモリ部２０２は、制御部２００の処理プログラムを含む様々な情報を保存し、特に本発明の好適な実施例によるＳＯＣ推定テーブルを保存する。

電圧測定部２０４は、制御部２００の制御によってバッテリーの電圧を測定し、その結果を制御部２００に提供する。

温度センサ２０６は、制御部２００の制御によってバッテリーの内部及び外部温度を測定し、その結果を制御部２００に提供する。

次いで、上記バッテリー管理システムに適用可能な本発明の好適な実施例によるＳＯＣ推定方法について、図４を参照して説明する。

制御部２００は、ＳＯＣ推定を求められると、温度センサ２０６によりバッテリーの内部及び外部温度を測定する（Ｓ３００ステップ）。ここで、バッテリーの内部及び外部温度を測定する理由は、外部温度がバッテリーの内部温度に及ぼす影響を考慮してのバッテリーの内部温度の測定精度を向上させるためであり、制御部２００は、上記バッテリーの外部温度を勘案して内部温度を補償する。

上記バッテリーの内部温度の推定が完了すると、制御部２００は、電圧測定部２０４を通じてバッテリーの電圧を測定する（Ｓ３０２ステップ）。

上記バッテリー電圧の測定が完了すると、制御部２００は、測定されたバッテリーの内部温度及びバッテリー電圧に対応するＳＯＣをメモリ部２０２に保存されているＳＯＣ推定テーブルから読み出す（Ｓ３０４ステップ）。これにより、バッテリーの初期ＳＯＣに関する推定が完了する。

上記の如く、本発明は、単に固定された開回路電圧を参照にして初期ＳＯＣ値を設定するか、或いは外部温度の変化のみを考慮してＯＣＶを測定し、これを用いてＳＯＣ初期値を推定するのではなく、バッテリーが負荷状態から無負荷状態に到逹する過程の間のバッテリーの内部温度変化及びその時のバッテリー電圧を考慮してＳＯＣ初期値を推定及び設定するため、より精度よくＳＯＣ値を推定することができるようになる。

以上、本発明を好適な実施例を参照して説明したが、本発明は、前述した内容に限定されるものでなく、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく様々な変更、修正が可能であることが当業者であれば容易に理解できるであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲及びその等価物によってのみ制限される。

本発明によるＳＯＣ推定テーブル構成方法のフローチャートである。 本発明によるＳＯＣ推定テーブルの例を示す図である。 本発明によるバッテリー管理システムの構成図である。 本発明によるＳＯＣ推定方法のフローチャートである。

符号の説明

２０２ メモリ部
２０４ 電圧測定部
２０６ 温度センサ

Claims (6)

1. 負荷状態から無負荷状態に切り替えられた以降から前記無負荷状態の電圧が無負荷電圧に収斂するまでの時間経過に伴うバッテリーの内部温度及びバッテリー電圧毎のＳＯＣを測定して作成したＳＯＣ推定テーブルを保存するステップと、
   バッテリーの初期ＳＯＣの推定を求められた時に、前記バッテリーの内部温度及びバッテリー電圧を測定するステップと、
   前記バッテリーの内部温度及びバッテリー電圧に対応するＳＯＣを前記ＳＯＣ推定テーブルから読み出すステップと、
   を含むことを特徴とするバッテリーのＳＯＣ推定方法。
2. 前記バッテリーの内部温度の測定は、前記バッテリーの外部温度及び内部温度を測定し、
   該外部温度を勘案して前記内部温度を補償することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーのＳＯＣ推定方法。
3. 前記ＳＯＣ推定テーブルは、所定の時間経過単位でバッテリーの内部温度、バッテリー電圧毎のＳＯＣをマッピングして作成したことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーのＳＯＣ推定方法。
4. バッテリー管理システムであって、
   負荷状態から無負荷状態に切り替えられた以降から前記無負荷状態の電圧が無負荷電圧に収斂するまでの時間経過に伴うバッテリーの内部温度及びバッテリー電圧毎のＳＯＣを測定して作成したＳＯＣ推定テーブルを保存するメモリ部と、
   前記バッテリーの電圧を測定する電圧測定部と、
   前記バッテリーの内部温度を測定する温度センサと、
   バッテリーの初期ＳＯＣの推定を求められた時に、前記バッテリーの内部温度及びバッテリー電圧を測定し、該バッテリーの内部温度及びバッテリー電圧に対応するＳＯＣを前記ＳＯＣ推定テーブルから読み出す制御部と、
   を含むことを特徴とするバッテリー管理システム。
5. 前記温度センサは、前記バッテリーの内部温度及び外部温度を測定し、
   前記制御部は、前記外部温度を勘案して前記内部温度を補償することを特徴とする請求項４に記載のバッテリー管理システム。
6. 前記ＳＯＣ推定テーブルは、所定の時間経過単位でバッテリーの内部温度、バッテリー電圧毎のＳＯＣをマッピングして作成したことを特徴とする請求項４に記載のバッテリー管理システム。

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