JP6101714B2 - 電池制御装置、電池システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態1に係る電池システム100とその周辺の構成を示す図である。電池システム100はリレー300と310を介してインバータ400に接続され、リレー320と330を介して充電器420に接続される。電池システム100は、組電池110、単電池管理部120、電流検知部130、電圧検知部140、組電池制御部150、記憶部180を備える。
図3は、組電池制御部150の機能ブロック図である。組電池制御部150は、単電池111、単電池群112、または組電池110のSOCを演算した結果に基づき、各電池を制御する。以下では説明の便宜上、単電池111のSOCを算出し、必要に応じてこれを単電池群112または組電池110のSOCに換算することとするが、これに限られるものではない。
SOCを計算する手法として、本実施形態1では、SOCi方式、SOCv方式、IV方式の3つについて説明する。SOC計算部151は、これらの計算手法のうちいずれかを使用し、または2つ以上を併用して、SOCを計算する。SOC検証部152は、SOC計算部151は使用中でない計算手法を用いてSOCを計算する。以下では初めに各方式に共通するSOCテーブルについて説明し、その後に各方式について説明する。
図4は、記憶部180が格納しているSOCテーブル181の例を示す図である。SOCテーブル181は、単電池111のOCVと、単電池111のSOCとの対応関係を記述したデータテーブルである。データ形式は任意でよいが、ここでは説明の便宜上、グラフ形式でデータ例を示す。なお、本実施形態1ではデータテーブルを用いているが、数式などを用いることでOCVとSOCとの対応関係を表現することもできる。OCVとSOCの対応関係を示す特性情報であり、OCVからSOC、またはSOCからOCVへと変換できる手段であれば何でもよい。
SOCを計算する方法の一つとして、電池システム100が備える単電池111の初期のOCVを測定してSOCテーブル181を参照することによりSOCに変換し(SOC0)、単電池111に出入りする電流を積分(∫I(t)dt)して単電池111の満充電容量(Qmax)で除算することにより初期SOC(SOC0)からのSOC変化を求め(ΔSOC(t))、SOC0とSOC変化(ΔSOC(t))とに基づいてSOCを得る方法が知られている。この方法を本明細書ではSOCi方式と呼ぶ。SOCi方式の計算手順は、下記式1で表される。
SOCi(t)=SOC0+ΔSOC(t) ・・・ 式1
SOC0=Map(OCV)
ΔSOC(t)=100×∫I(t)dt/Qmax
単電池111毎に演算を行えば単電池111毎のSOCを得ることができ、組電池110全体を一括して演算を行えば単電池111の平均的なSOCを得ることができる。Qmaxの値については、単電池111の劣化状態(SOH:State of Health)を用いて逐次補正した値を用いることもできる。
単電池111に出入りする電流値が大きい場合は、単電池111に含まれる内部抵抗が無視できない電圧降下や電圧上昇を生じさせる。この時の電池電圧は閉回路電圧(CCV:Closed Circuit Voltage)であり、この条件下では単電池制御部121が直接、単電池111のOCVを把握することが困難である。この場合にOCVを得るためには、単電池制御部121が測定した単電池111のCCVと、電流検知部130が測定した単電池111に出入りする電流Iと、あらかじめ記憶部180に記憶した単電池111の内部抵抗Rと、分極電圧Vpに関する情報とを用いて、組電池制御部150が下記式2によりOCVを計算する必要がある。
OCV=CCV−I×R−Vp ・・・(式2)
図5は、IV方式の概略を示す図である。単電池111に流れる電池電流と単電池111の両端電圧を複数回測定すると、図5の示すような測定結果を2次元平面上にプロットすることができる。組電池制御部150は、この測定結果を用いて電池電流と両端電圧の相関関係を表す近似直線を求め、電池電流が0のときの両端電圧(すなわち開回路電圧)を計算することにより、OCVを得ることができる。OCVを得た後は、SOCテーブル181を用いてその時点におけるSOCを得ることができる。
以上のように、本実施形態1に係る電池システム100は、SOC計算部151が使用中でない計算手法を用いてSOCを計算することにより、複数の計算手法を用いたSOCの計算結果を相互に検証することができる。
実施形態1では、SOC計算部151が3つの計算手法のうちいずれかを用いることを説明した。本発明の実施形態2では、具体例として、SOC計算部151がSOCi方式とSOCv方式を重み付けして併用し、SOC検証部152はIV方式またはSOCi方式とSOCv方式のうちSOC計算部151が使用している比重が小さい方を用いてSOCを検証する動作例を説明する。電池システム100のその他の構成は実施形態1と同様である。
W=1/(1+I×R) ・・・(式3)
SOCc=W×SOCv+(1−W)×SOCi ・・・(式4)
SOC計算部151がSOCi方式とSOCv方式を併用している期間においては、IV計算部1523が実施形態1で説明したIV方式によってSOCを計算する。具体的には、重みWの値が以下に説明する2つの閾値の間にある期間においては、SOC計算部151はSOCi方式とSOCv方式を併用しているとみなすことができる。SOCvalid計算部1524は、IV方式によって計算したSOCをSOCvalidとして採用する。
電池電流Iが小さくなると重みWは大きくなるので、式4におけるSOCvの比重が大きくなる。重みWがある程度以上になると、式4において実質的にはSOCv方式のみを用いてSOCcを計算しているものと同視することができる。そこでSOCvalid計算部1524は、重みWが所定閾値以上である期間は、SOCi計算部1521によるSOCi方式の計算結果をSOCvalidとして採用する。
電池電流Iが大きくなると重みWは小さくなるので、式4におけるSOCiの比重が大きくなる。重みWがある程度以下になると、実質的にはSOCi方式のみを用いてSOCcを計算しているものと同視することができる。そこでSOCvalid計算部1524は、重みWが所定閾値以下である期間は、SOCv計算部1522によるSOCv方式の計算結果をSOCvalidとして採用する。この閾値は、SOCi方式を検証用に採用するための閾値とは異なる。
SOCv方式を用いる際に使用する式2は、単電池111の内部抵抗Rや分極電圧Vpを含んでいる。これらの値は温度などの要因によって変動するため、SOCv方式を用いた計算結果はSOCi方式を用いた場合よりも精度が低くなる可能性がある。そこで、SOCv方式を検証のために用いる場合は、IV方式を併用してもよい。例えば、本期間においてはSOCv計算部1522とIV計算部1523がそれぞれSOCを計算し、前回のSOCvalidの値から所定範囲内に収まっている方の値を採用することが考えられる。計算結果の精度が悪いと、今回のSOCvalidの計算結果が発散して前回の計算結果から大きく逸脱する可能性があるからである。
以上のように、本実施形態2に係る電池システム100は、SOCi方式による計算結果とSOCv方式による計算結果を重み付け加算することによりSOCを計算し、重みの値に応じて、SOC計算部151とは異なる計算手順によりSOCを検証する。これにより、できる限り精度の高い計算手順を用いてSOCを検証することができるので、検証精度を向上させることができる。
実施形態1で説明したIV方式は、条件によっては検証用として適していない場合がある。そこで本発明の実施形態3では、SOC検証部152がIV方式を用いた検証を実施しない条件について説明する。当該期間においては、実施形態2で説明した各期間に該当するか否かによらずIV方式以外の方式によって検証を実施してもよいし、検証そのものを一時中断してもよい。
単電池111に通電している時間がある程度以上継続すると、単電池111の内部抵抗Rが変化し、図5で説明した近似直線の精度が低下する。そこでSOC検証部152は、SOCの検証をしようとする時点で単電池111の通電継続時間が所定閾値以上であるときは、IV方式を用いた検証を実施しないこととする。
単電池111の温度がある程度以下になると、単電池111の内部抵抗Rが大きく変化し、図5で説明した近似直線の精度が低下する。そこでSOC検証部152は、SOCの検証をしようとする時点で単電池111の温度が所定閾値以下であるときは、IV方式を用いた検証を実施しないこととする。
図5で説明したように、電池電流と両端電圧を複数回取得した際に、電池電流の値が近接した範囲内に集中している場合、近似直線を正確に求めることができない場合がある。そこでSOC検証部152は、SOCの検証をしようとする時点で電池電流の値範囲が所定閾値以下であるときは、IV方式を用いた検証を実施しないこととする。
図8は、本条件に該当する場合の電池電流と両端電圧をプロットした図である。電池電流の値が狭い範囲内に集中しているので、近似直線を正確に求めることが困難である。この場合、SOC検証部152はIV方式を用いた検証を実施しない。しかし図9のように電池電流値が0(A)付近に集中している場合は、各プロット結果における両端電圧の平均値または中間値を、近似的にOCVとして採用することもできる。
IV方式で求めるSOCは近似直線から得られる切片値すなわちOCVであるため、1点となる。このSOCは電池電流と両端電圧を取得している間の電池のSOCの代表値と考えることができる。ここで、取得している間に電池電流が流れると電池のSOCが変化する。この変化後のSOCと前記IV方式で求めたSOCとの差は、IV方式のSOCの誤差となる。図10はこの状態を示している。SOCの変化量が大きいほど前記誤差は大きくなる。ここでSOCの変化量は、取得している間に流れた電池電流の積算量に比例する。そこで、SOCの検証をしようとする時点で、電池の電流積算量が所定閾値以上であるときは、IV方式を用いた検証を実施しないこととする。
Claims (12)
- 電池の充電状態を計算する第1手順を実装した充電状態計算部と、
前記充電状態計算部の計算結果に基づき前記電池を制御する制御部と、
前記第1手順とは異なる第2手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより前記充電状態計算部の計算結果を検証する充電状態検証部と、
前記電池に流れる電流を測定する電流検知部と、
前記電池の両端電圧を測定する電圧検知部と、
を備え、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として複数の手順を併用して前記充電状態を計算し、
前記充電状態検証部は、
前記第2手順として複数の手順を実装しており、
前記充電状態計算部が使用中でない手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより、前記充電状態計算部の計算結果を検証し、
前記充電状態検証部は、
複数の前記第2手順の1つとして、前記電池の開回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するIV方式を用い、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として、前記電池の閉回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するSOCv方式を用いた計算結果と、前記電池に流れる電流を積分することにより前記電池の充電状態を計算するSOCi方式を用いた計算結果とを重み付けして合算することにより、前記電池の充電状態を計算し、
前記充電状態検証部は、
前記重みが所定範囲内にある場合は、前記IV方式による計算結果を用いて前記検証を実施する
ことを特徴とする電池制御装置。 - 電池の充電状態を計算する第1手順を実装した充電状態計算部と、
前記充電状態計算部の計算結果に基づき前記電池を制御する制御部と、
前記第1手順とは異なる第2手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより前記充電状態計算部の計算結果を検証する充電状態検証部と、
前記電池に流れる電流を測定する電流検知部と、
前記電池の両端電圧を測定する電圧検知部と、
を備え、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として複数の手順を併用して前記充電状態を計算し、
前記充電状態検証部は、
前記第2手順として複数の手順を実装しており、
前記充電状態検証部は、
複数の前記第2手順の1つとして、前記電池の開回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するIV方式を用い、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として、前記電池の閉回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するSOCv方式を用いた計算結果と、前記電池に流れる電流を積分することにより前記電池の充電状態を計算するSOCi方式を用いた計算結果とを重み付けして合算することにより、前記電池の充電状態を計算し、
前記充電状態計算部は、
前記SOCv方式に係る前記重みと前記SOCi方式に係る前記重みの合計が1となるように前記重みを設定し、かつ
前記電池に流れる電流が増加するのにともなって前記SOCi方式に係る重みが大きくなるように前記重みを設定し、
前記充電状態検証部は、
前記充電状態計算部が使用中でない手順または前記重みが所定閾値以下である手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより、前記充電状態計算部の計算結果を検証するように構成されており、
前記SOCi方式に係る前記重みが所定値を超えている場合は、前記IV方式による計算結果と前記SOCv方式による計算結果をそれぞれ算出し、計算結果が発散していない方を用いて前記検証を実施する
ことを特徴とする電池制御装置。 - 電池の充電状態を計算する第1手順を実装した充電状態計算部と、
前記充電状態計算部の計算結果に基づき前記電池を制御する制御部と、
前記第1手順とは異なる第2手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより前記充電状態計算部の計算結果を検証する充電状態検証部と、
前記電池に流れる電流を測定する電流検知部と、
前記電池の両端電圧を測定する電圧検知部と、
を備え、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として複数の手順を併用して前記充電状態を計算し、
前記充電状態検証部は、
前記第2手順として複数の手順を実装しており、
前記充電状態検証部は、
複数の前記第2手順の1つとして、前記電池の開回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するIV方式を用い、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として、前記電池の閉回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するSOCv方式を用いた計算結果と、前記電池に流れる電流を積分することにより前記電池の充電状態を計算するSOCi方式を用いた計算結果とを重み付けして合算することにより、前記電池の充電状態を計算し、
前記充電状態計算部は、
前記SOCv方式に係る前記重みと前記SOCi方式に係る前記重みの合計が1となるように前記重みを設定し、かつ
前記電池に流れる電流が増加するのにともなって前記SOCi方式に係る重みが大きくなるように前記重みを設定し、
前記充電状態検証部は、
前記充電状態計算部が使用中でない手順または前記重みが所定閾値以下である手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより、前記充電状態計算部の計算結果を検証するように構成されており、
前記SOCv方式に係る前記重みが所定値を超えている場合は、前記SOCi方式による計算結果を用いて前記検証を実施する
ことを特徴とする電池制御装置。 - 電池の充電状態を計算する第1手順を実装した充電状態計算部と、
前記充電状態計算部の計算結果に基づき前記電池を制御する制御部と、
前記第1手順とは異なる第2手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより前記充電状態計算部の計算結果を検証する充電状態検証部と、
前記電池に流れる電流を測定する電流検知部と、
前記電池の両端電圧を測定する電圧検知部と、
を備え、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として複数の手順を併用して前記充電状態を計算し、
前記充電状態検証部は、
前記第2手順として複数の手順を実装しており、
前記充電状態計算部が使用中でない手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより、前記充電状態計算部の計算結果を検証し、
前記充電状態検証部は、
複数の前記第2手順の1つとして、前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測することにより前記電池の開回路電圧を推測するとともに前記推測した電池の開回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するIV方式を用い、
前記充電状態検証部は、
前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測する際に、前記電池に電流が継続して流れ続ける時間が所定時間以上であった場合は、前記IV方式を用いた前記検証を実施しない
ことを特徴とする電池制御装置。 - 電池の充電状態を計算する第1手順を実装した充電状態計算部と、
前記充電状態計算部の計算結果に基づき前記電池を制御する制御部と、
前記第1手順とは異なる第2手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより前記充電状態計算部の計算結果を検証する充電状態検証部と、
前記電池に流れる電流を測定する電流検知部と、
前記電池の両端電圧を測定する電圧検知部と、
前記電池の温度を測定する温度検知部と、
を備え、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として複数の手順を併用して前記充電状態を計算し、
前記充電状態検証部は、
前記第2手順として複数の手順を実装しており、
前記充電状態計算部が使用中でない手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより、前記充電状態計算部の計算結果を検証し、
前記充電状態検証部は、
複数の前記第2手順の1つとして、前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測することにより前記電池の開回路電圧を推測するとともに前記推測した電池の開回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するIV方式を用い、
前記充電状態検証部は、
前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測する際に、前記電池の温度が所定温度以下であった場合は、前記IV方式を用いた前記検証を実施しない
ことを特徴とする電池制御装置。 - 電池の充電状態を計算する第1手順を実装した充電状態計算部と、
前記充電状態計算部の計算結果に基づき前記電池を制御する制御部と、
前記第1手順とは異なる第2手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより前記充電状態計算部の計算結果を検証する充電状態検証部と、
前記電池に流れる電流を測定する電流検知部と、
前記電池の両端電圧を測定する電圧検知部と、
を備え、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として複数の手順を併用して前記充電状態を計算し、
前記充電状態検証部は、
前記第2手順として複数の手順を実装しており、
前記充電状態計算部が使用中でない手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより、前記充電状態計算部の計算結果を検証し、
前記充電状態検証部は、
複数の前記第2手順の1つとして、前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測することにより前記電池の開回路電圧を推測するとともに前記推測した電池の開回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するIV方式を用い、
前記充電状態検証部は、
前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測する際に、前記電池に流れる電流値を測定した結果として得られた範囲が所定範囲以下であった場合は、前記IV方式を用いた前記検証を実施しない
ことを特徴とする電池制御装置。 - 電池の充電状態を計算する第1手順を実装した充電状態計算部と、
前記充電状態計算部の計算結果に基づき前記電池を制御する制御部と、
前記第1手順とは異なる第2手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより前記充電状態計算部の計算結果を検証する充電状態検証部と、
前記電池に流れる電流を測定する電流検知部と、
前記電池の両端電圧を測定する電圧検知部と、
を備え、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として複数の手順を併用して前記充電状態を計算し、
前記充電状態検証部は、
前記第2手順として複数の手順を実装しており、
前記充電状態計算部が使用中でない手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより、前記充電状態計算部の計算結果を検証し、
前記充電状態検証部は、
複数の前記第2手順の1つとして、前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測することにより前記電池の開回路電圧を推測するとともに前記推測した電池の開回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するIV方式を用い、
前記充電状態検証部は、
前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測する際に、前記電池に流れる電流値を測定した結果として得られた範囲が所定範囲以下で、かつ前記測定した結果の平均値または中間値がおおよそ0アンペアであった場合は、前記両端電圧の平均値または中間値を前記開回路電圧の推測結果として採用する
ことを特徴とする電池制御装置。 - 電池の充電状態を計算する第1手順を実装した充電状態計算部と、
前記充電状態計算部の計算結果に基づき前記電池を制御する制御部と、
前記第1手順とは異なる第2手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより前記充電状態計算部の計算結果を検証する充電状態検証部と、
前記電池に流れる電流を測定する電流検知部と、
前記電池の両端電圧を測定する電圧検知部と、
を備え、
前記充電状態計算部は、
前記第1手順として複数の手順を併用して前記充電状態を計算し、
前記充電状態検証部は、
前記第2手順として複数の手順を実装しており、
前記充電状態計算部が使用中でない手順を用いて前記電池の充電状態を計算することにより、前記充電状態計算部の計算結果を検証し、
前記充電状態検証部は、
複数の前記第2手順の1つとして、前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測することにより前記電池の開回路電圧を推測するとともに前記推測した電池の開回路電圧を用いて前記電池の充電状態を計算するIV方式を用い、
前記充電状態検証部は、
前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測する際に、前記電池に流れる電流値を測定した結果を積算し、該積算量が所定値以上であった場合は、前記IV方式を用いた前記検証を実施しない
ことを特徴とする電池制御装置。 - 前記電池制御装置は、前記電池の開回路電圧と前記充電状態との間の対応関係を記述する対応関係データを記憶した記憶部を備え、
前記充電状態検証部は、前記IV方式において、
前記電流と前記両端電圧を複数回取得して前記電流と前記両端電圧との間の相関関係を推測することにより、前記電池の開回路電圧を推測し、推測した前記開回路電圧と前記対応関係データを用いて前記電池の充電状態を計算する
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項記載の電池制御装置。 - 前記電池制御装置は、前記電池の開回路電圧と前記充電状態との間の対応関係を記述する対応関係データを記憶した記憶部を備え、
前記充電状態計算部は、前記SOCv方式において、
前記電池の閉回路電圧、前記電池の内部抵抗、前記電池に流れる電流、前記電池の分極電圧、および前記対応関係データを用いて前記電池の充電状態を計算し、
前記充電状態計算部は、前記SOCi方式において、
前記充電状態の初期状態を初期値として前記電池に流れる電流を積分することにより前記電池の充電状態を計算する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の電池制御装置。 - 前記電池制御装置は、前記電池の開回路電圧と前記充電状態との間の対応関係を記述する対応関係データを記憶した記憶部を備え、
前記充電状態計算部は、前記第1手順として、
前記電池の閉回路電圧、前記電池の内部抵抗、前記電池に流れる電流、前記電池の分極電圧、および前記対応関係データを用いて前記電池の充電状態を計算するSOCv方式を用いた計算結果と、
前記充電状態の初期状態を初期値として前記電池に流れる電流を積分することにより前記電池の充電状態を計算するSOCi方式を用いた計算結果と、
を重み付けして合算することにより、前記電池の充電状態を計算する
ことを特徴とする請求項4から8のいずれか1項記載の電池制御装置。 - 請求項1から11のいずれか1項記載の電池制御装置と、
単電池が複数接続された組電池と、
を有し、
前記電池制御装置は、前記単電池または前記組電池を制御する
ことを特徴とする電池システム。
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