JP4860768B2 - バッテリー開放電圧推定装置、これを用いたバッテリー充電状態推定装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
[数1]
△OCVn=OCVn−OCVn−1=G(V)×F(T)
数式1において、G(V)は現在段階と以前段階間のバッテリー出力電圧の変化量「Vn−Vn−1」を開放電圧の変化量△OCVnにマッピングする開放電圧変化量の演算関数であり、F(T)は温度に応じた開放電圧の変動効果を反映してバッテリー温度に応じて開放電圧の変化量△OCVnを補正する開放電圧の補正関数である。
[数2]
G(V)=(Vn−Vn−1)×g(Vn、Vn−1、Vn−2、…)
ここで、g(Vn、Vn−1、Vn−2、…)はバッテリー出力電圧の変化パターンを定義するパターン関数である。「…」記号は現在時点で測定されたバッテリー出力電圧を含んで3つ以上のバッテリー出力電圧によってパターン関数を定義できるということを意味する。前記パターン関数は、実験的に得た多数のバッテリー出力電圧の変化量とバッテリー開放電圧の変化量との間の相関関係を分析して定義する。一例として、関数gは現在段階の出力電圧変化量を基準にした前段階の出力電圧変化量の相対的比率で定義することができる。勿論、本発明はパターン関数の具体的な数式によって限定されることはない。
[数3]
Vn(meanvalue)=(A1×V1+A2×V2+…+An−1×V n−1+An×Vn)/Atotal
Atotal=A1+A2+A3+…+An
数式3において、Akはk値が増加するほど減少する。例えばn=100である場合、Ak値は100から始まって1ずつ減少する値を持つ。代案として、数式3からA1×V1+A2×V2+…+Ak−2×Vk−2(3≦k≦n)は省略してもよい。このような場合も、Ak値の傾向は上記と同様に維持される。例えば、k=nである場合A1×V1+A2×V2+…+An−2×Vn−2は0と見なしてAnよりAn−1に相対的に大きい値を与えることができる。例えば、An−1とAnにそれぞれ90及び10の値を与えることができる。
以下、本発明を実験例を挙げてより詳しく説明する。しかし、実験例は本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲がこれに限定されることはない。
実験例1では、本発明によるバッテリー充電状態推定装置を実際の車両に装着した。そして、電気自動車またはハイブリッド自動車業界で車両テストの標準として提示される米国環境保護庁(EPA;Environmental Protection Agency)で規定したUDDS(Urban Dynamometer Driving Cycle)、HWFET(Highway Fuel Economy Driving Schedule)、NYCC(New York City Cycle Driving Schedule)及びUS60(Aggressive Driving Cycle)による車両運行モデルを連続的に適用してバッテリーを充放電した。ここで、UDDSとNYCCは都心で車両を運行したとき、HWFETは高速道路で車両を運行したとき、US60は車両を高速で運行したときの車両の状態変化を仮定した標準化された車両運行モデルである。
実験例2では実験例1のような条件でバッテリーの充放電周期をそれぞれ250秒及び500秒間隔に設定し、充放電周期が終了する度に10分間の休止期を置いてバッテリーの出力電圧が安定状態に到達するまで待機してから、再び充放電周期を実施する過程を繰り返した。
200 バッテリー開放電圧及び充電状態推定装置
210 電圧センシング部
220 温度センシング部
230 メモリ部
240 マイクロプロセッサ
240 バッテリーパラメータ推定モジュール
241 データ保存部
242 開放電圧変化量推定部
243 開放電圧推定部
244 SOC推定部
300 負荷
310 バッテリー管理装置
Claims (18)
- バッテリーの出力電圧を測定する電圧センシング部と、
バッテリーの温度を測定する温度センシング部と、
前記電圧センシング部及び温度センシング部から周期的にバッテリー出力電圧及び温度データの入力を受けてメモリ部に保存するデータ保存部と、
連続的に測定されて前記メモリ部に保存された3つ以上のバッテリー出力電圧を含むバッテリー出力電圧の変化パターンに従ってバッテリー出力電圧の変化量を開放電圧の変化量に変換する数学的モデルに基づいて前記メモリ部に保存された現在及び過去に測定されたバッテリー出力電圧の変化量に対応する開放電圧の変化量を計算し、バッテリー温度に対応する補正ファクターを計算された開放電圧の変化量に反映して現在段階の開放電圧の変化量を推定する開放電圧変化量推定部と、
直前段階で推定されたバッテリー開放電圧に推定された開放電圧の変化量を反映して現在段階のバッテリー開放電圧を推定する開放電圧推定部と、を含むことを特徴とするバッテリー開放電圧推定装置。 - 前記開放電圧推定部は、現在及び過去のバッテリー出力電圧に対する加重平均(測定時点の早いバッテリー出力電圧であるほど大きい加重値を与える)と直前段階の開放電圧との差を推定された現在段階の開放電圧に足して開放電圧を補正することを特徴とする請求項1に記載のバッテリー開放電圧推定装置。
- 前記過去のバッテリー出力電圧は直前段階のバッテリー出力電圧であることを特徴とする請求項2に記載のバッテリー開放電圧推定装置。
- 推定された開放電圧の変化量は計算された開放電圧の変化量に前記補正ファクターを乗じて算出することを特徴とする請求項1に記載のバッテリー開放電圧推定装置。
- 前記変化パターンを構成するバッテリー出力電圧は、少なくとも現在段階、前段階、及び前々段階で測定されたバッテリー出力電圧Vn、Vn−1、及びVn−2を含むことを特徴とする請求項1に記載のバッテリー開放電圧推定装置。
- 前記数学的モデルは現在段階と過去段階間のバッテリー出力電圧の変化量とバッテリー出力電圧の変化パターンを構成する各出力電圧によって定義されるパターン関数の数学的演算によって定義されることを特徴とする請求項1に記載のバッテリー開放電圧推定装置。
- 前記補正ファクターは、バッテリー温度Tを入力変数とし、バッテリー開放電圧変化量の補正ファクターを出力変数とする数学的モデルにバッテリーの温度を代入して算出することを特徴とする請求項1に記載のバッテリー開放電圧推定装置。
- 周期的にバッテリーの出力電圧と温度データを取得する段階と、
連続的に測定された3つ以上のバッテリー出力電圧を含むバッテリー出力電圧の変化パターンに従ってバッテリー出力電圧の変化量を開放電圧の変化量に変換する数学的モデルに基づいて現在及び過去に測定されたバッテリー出力電圧の変化量に対応する開放電圧の変化量を計算し、バッテリー温度に対応する補正ファクターを計算された開放電圧の変化量に反映して現在段階の開放電圧の変化量を推定する段階と、
直前段階で推定されたバッテリー開放電圧に推定された開放電圧の変化量を反映して現在段階のバッテリー開放電圧を推定する段階と、を含むことを特徴とするバッテリー開放電圧推定方法。 - バッテリーの出力電圧を測定する電圧センシング部と、
バッテリーの温度を測定する温度センシング部と、
温度別及び開放電圧別バッテリー充電状態(SOC)を保存するメモリ部と、
前記電圧センシング部及び温度センシング部から周期的にバッテリー出力電圧及び温度データの入力を受けてメモリ部に保存するデータ保存部と、
連続的に測定されて前記メモリ部に保存された3つ以上のバッテリー出力電圧を含むバッテリー出力電圧の変化パターンに従ってバッテリー出力電圧の変化量を開放電圧の変化量に変換する数学的モデルに基づいて前記メモリ部に保存された現在及び過去に測定されたバッテリー出力電圧の変化量に対応する開放電圧の変化量を計算し、バッテリー温度に対応する補正ファクターを計算された開放電圧の変化量に反映して現在段階の開放電圧の変化量を推定する開放電圧変化量推定部と、
直前段階で推定されたバッテリー開放電圧に推定された開放電圧の変化量を反映して現在段階のバッテリー開放電圧を推定する開放電圧推定部と、
推定された開放電圧及びバッテリー温度に対応するバッテリー充電状態を前記温度別及び開放電圧別バッテリー充電状態情報からマッピングして出力するSOC推定部と、を含むことを特徴とするバッテリーの充電状態推定装置。 - 前記開放電圧推定部は現在及び過去のバッテリー出力電圧に対する加重平均(測定時点の早いバッテリー出力電圧であるほど大きい加重値を与える)と直前段階の開放電圧との差を推定された現在段階の開放電圧に足して開放電圧を補正することを特徴とする請求項9に記載のバッテリーの充電状態推定装置。
- 前記過去のバッテリー出力電圧は直前段階のバッテリー出力電圧であることを特徴とする請求項10に記載のバッテリーの充電状態推定装置。
- 推定された開放電圧の変化量は計算された開放電圧の変化量に前記補正ファクターを乗じて算出することを特徴とする請求項9に記載のバッテリーの充電状態推定装置。
- 前記変化パターンを構成するバッテリー出力電圧は、少なくとも現在段階、前段階、及び前々段階で測定されたバッテリー出力電圧Vn、Vn−1、及びVn−2を含むことを特徴とする請求項9に記載のバッテリーの充電状態推定装置。
- 前記数学的モデルは現在段階と過去段階間のバッテリー出力電圧の変化量とバッテリー出力電圧の変化パターンを構成する各出力電圧によって定義されるパターン関数の数学的演算によって定義されることを特徴とする請求項9に記載のバッテリー充電状態推定装置。
- 前記補正ファクターはバッテリー温度Tを入力変数とし、バッテリー開放電圧変化量の補正ファクターを出力変数とする数学的モデルにバッテリーの温度を代入して算出することを特徴とする請求項9に記載のバッテリーの充電状態推定装置。
- 温度別及び開放電圧別バッテリー充電状態情報を保存する段階と、
周期的にバッテリーの出力電圧と温度データを取得する段階と、
連続的に測定された3つ以上のバッテリー出力電圧を含むバッテリー出力電圧の変化パターンに従ってバッテリー出力電圧の変化量を開放電圧の変化量に変換する数学的モデルに基づいて現在及び過去に測定されたバッテリー出力電圧の変化量に対応する開放電圧の変化量を計算し、バッテリー温度に対応する補正ファクターを計算された開放電圧の変化量に反映して現在段階の開放電圧の変化量を推定する段階と、
直前段階で推定されたバッテリー開放電圧に推定された開放電圧の変化量を反映して現在段階のバッテリー開放電圧を推定する段階と、
保存された温度別及び開放電圧別充電状態情報を参照して推定されたバッテリー開放電圧とバッテリー温度に対応するバッテリー充電状態をマッピングして出力する段階と、を含むことを特徴とするバッテリーの充電状態推定方法。 - 連続的に測定されてメモリ部に保存された3つ以上のバッテリー出力電圧を含むバッテリー出力電圧の変化パターンに従ってバッテリー出力電圧の変化量を開放電圧の変化量に変換する数学的モデルに基づいて前記メモリ部に保存された現在及び過去に測定されたバッテリー出力電圧の変化量に対応する開放電圧の変化量を計算するプロセスと、
バッテリー温度に対応する補正ファクターを計算された開放電圧の変化量に反映して現在段階の開放電圧の変化量を推定するプロセスと、
直前段階で推定されたバッテリー開放電圧に推定された開放電圧の変化量を反映して現在段階のバッテリー開放電圧を推定するプロセスと、を実行することを特徴とするバッテリー開放電圧推定用ハードウェアモジュール。 - 連続的に測定された3つ以上のバッテリー出力電圧を含むバッテリー出力電圧の変化パターンに従ってバッテリー出力電圧の変化量を開放電圧の変化量に変換する数学的モデルに基づいて現在及び過去に測定されたバッテリー出力電圧の変化量に対応する開放電圧の変化量を計算するプロセスと、
バッテリー温度に対応する補正ファクターを計算された開放電圧の変化量に反映して現在段階の開放電圧の変化量を推定するプロセスと、
直前段階で推定されたバッテリー開放電圧に推定された開放電圧の変化量を足して現在段階のバッテリー開放電圧を推定するプロセスと、
推定された開放電圧及びバッテリー温度に対応するバッテリー充電状態を予め提供された温度別及び開放電圧別バッテリー充電状態情報からマッピングして出力するプロセスと、を実行するバッテリーの充電状態推定用ハードウェアモジュール。
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