JP6661024B2 - 電池制御装置 - Google Patents
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Description
−第1の実施の形態−
図1は本発明の第1の実施の形態を示す図であり、電池システムの構成を示すブロック図である。電池システム100は外部の供給対象に電力供給するシステムであり、供給対象としては電気自動車、ハイブリッド自動車、電車、産業用機器等が想定される。図1では、ハイブリッド自動車の走行用のモータジェネレータ410に電力を供給する場合を示した。
図2は、電池状態推定部150を示すブロック図である。電池状態推定部150は、SOCv演算部151と、SOCi演算部152と、組み合わせ演算部153とを備える。SOCv演算部151には、組電池110を構成する単電池111の電圧(各単電池111の平均電圧)、組電池110に流れる電流、組電池110で得られる温度が入力される。ここで、入力される単電池111の電圧は、組電池110に含まれる複数の単電池111の電圧の、平均電圧である。SOCv演算部151は、電池電圧に基づく電池の充電率SOCvを演算して出力する。なお、SOCv演算部151の詳細については後述する。
次に、SOCv演算部151の動作について説明する。図3は、単電池111の等価回路図である。単電池111は、分極抵抗成分Rpと分極容量成分Cの並列接続対、内部抵抗R、および単電池111の開回路電圧OCVの、直列接続によって表すことができる。図3において、Vpは分極電圧であり、分極抵抗成分Rpと分極容量成分Cの並列接続対の両端電圧に相当する。単電池111に電流Iを印加すると電池の閉回路電圧CCVは、式(1)のように表すことができる。
CCV=OCV+R・I+Vp …(1)
OCV=CCV−R・I−Vp …(2)
図5は、SOCv演算部151の構成を説明するブロック図である。SOCv演算部151は、図3のOCV−SOC関係に従うOCV−SOCマップMAP1と開回路電圧OCVとから、組電池110の平均的な充電率SOCvを算出する。ここでの開回路電圧OCVは、組電池110の平均的な開回路電圧OCVである。この開回路電圧OCVは、式(2)に基づく演算ブロックEQ1において算出される。演算ブロックEQ1に、電圧検知部140で検出された閉回路電圧CCVと、乗算器MP1からのR・Iドロップと、マップMAP2からの分極電圧Vpとを入力すると、開回路電圧OCVが出力される。
図7は、本実施の形態における温度選択部500の構成を示すブロック図である。温度選択部500は、第1モード演算部510、第2モード演算部520、モード切替判定部530およびスイッチSW1を備えている。第1モード演算部510には熱授受部材600に配置された温度センサS4からの温度T4が入力され、第2モード演算部520には組電池110に配置された温度センサS1〜S3からの温度T1〜T3が入力される。第1モード演算部510は、入力された温度T4を第1モード温度Tmode1として出力する。第2モード演算部520は、入力された温度T1〜T3の平均温度を、組電池110の温度を代表する第2モード温度Tmode2として出力する。以下では、第2モード温度Tmode2を電池温度と呼称する場合もある。モード切替判定部530は、入力された電池温度Tmode2に基づいて後述するようにスイッチSW1を切り換え、第1モード温度Tmode1または電池温度Tmode2のいずれか一方を、入力温度TinとしてスイッチSW1から出力させる。
(ΔR/ΔT)>dRth1 …(3)
(ΔR/ΔT)≦dRth1 …(4)
ところで、SOC推定誤差が大きな状況においては、SOC推定値がSOC真値に対して大きい方にずれる場合と小さい方にずれる場合とがあり、ずれる方向によって組電池劣化を招きやすいか否かが異なる。暖機時のように、熱授受部材600の熱により組電池110の内部に温度分布ないし温度差が発生する状況では、組電池110の温度真値を取得することは困難であり、内部抵抗推定に用いられる入力温度Tinは、組電池110の温度真値Ttrに対して次式(5)、(6)に示す大小関係の何れかになると想定される。
(入力温度Tin)<(温度真値Ttr) …(5)
(温度真値Ttr)<(入力温度Tin) …(6)
(内部抵抗真値Rtr)<(内部抵抗推定値R_l) …(7)
(内部抵抗推定値R_h)<(内部抵抗真値Rtr) …(8)
まず、図12を用いて、入力温度TinがTin_l(<Ttr)であった場合の開回路電圧推定値について説明する。図12(a)は充放電時の電流値を示す図であり、図12(b)は充放電時の閉回路電圧CCVの挙動を示す図である。式(2)で示したように、計測された閉回路電圧CCVからI・Rドロップと分極電圧Vpを差し引くことによって、開回路電圧OCVを算出することができる。ただし、分極電圧Vpは温度による内部抵抗変化の影響を受けないので、ここでは省略することとする。
OCVchgest1=OCVchg−R_l×I …(9)
OCVdisest1=OCVdis−R_l×I …(10)
OCVchgest1 < OCVchgtr …(11)
OCVchgest1 > OCVchgtr …(12)
次に、入力温度TinがTin_h(>Ttr)であった場合について図13を用いて説明する。図13(a)は充放電時の電流値を示す図であり、図13(b)は充放電時の閉回路電圧CCVの挙動を説明する図である。充電開始により、閉回路電圧CCVchgは上昇する。このとき、充電期間tchgの間の開回路電圧推定値OCVchgest2は次式(13)によって求まる。また、放電期間tdisの間の開回路電圧推定値OCVdisest2は次式(14)によって求まる。
OCVchgest2=CCVchg−R_h×I …(13)
OCVdisest2=CCVdis−R_h×I …(14)
OCVchgtr < OCVchgest2 …(15)
OCVdistr > OCVdisest2 …(16)
(Tin<Ttrの場合)
SOCchgest<SOCchgtr1 …(17)
SOCdisest>SOCdistr1 …(18)
(Tin>Ttrの場合)
SOCchgest>SOCchgtr2 …(19)
SOCchgest<SOCdistr2 …(20)
図17は、第2の実施の形態における温度選択部500のブロック図である。温度選択部500は、第1モード演算部510、第2モード演算部520、モード切替判定部530、スイッチSW1および減算器DF1を備えている。温度選択部500には、組電池110の温度として取得した温度T1〜T4が入力される。温度T1〜T4は、組電池110の温度を取得するために取り付けられた温度であれば、組電池110に直接取り付けられていない温度センサからの値でも良い。なお、以下の説明では、熱授受部材600を設けない場合を想定しているが、もちろん、熱授受部材600を設ける構成であってもよい。温度T1〜T4には、熱授受部材600の温度を必要に応じて含ませても良い。
ΔTdf1=Tmode1−Tmode2 …(21)
図19は、第3の実施の形態における温度選択部500のブロック図である。第1の実施の形態の場合と同様に、第1モード演算部510は入力された高温側の温度T4を第1モード温度Tmode1として出力し、第2モード演算部520は入力された温度T1〜T3の平均温度を第2モード温度Tmode2として出力する。第1の実施の形態の場合と同様に電池温度Tmode2と呼ぶことにする。第1モード温度Tmode1および電池温度Tmode2は減算器DF1に入力され、減算器DF1からそれらの差分ΔTdf1(=Tmode1−Tmode2)が出力される。
図22は、第4の実施の形態における温度選択部500のブロック図である。第4の実施の形態では、第1モード演算部510の出力Tmode1と第2モード演算部520の出力Tmode2とを重みWを用いて組み合わせ、それを入力温度Tinとするようにした。本実施の形態においても、第1モード演算部510は入力された高温側の温度T4を第1モード温度Tmode1として出力する。また、第2モード演算部520は、入力された温度T1〜T3の平均温度を電池温度Tmode2として出力する。
Tin=W×Tmode1+(1−W)×Tmode2 …(22)
Tmode1>Tin>Tmode2 …(23)
Tth11<Tin<Tth12 …(24)
図25は、第5の実施の形態における温度選択部500のブロック図である。上述した第1の実施の形態では、組電池110の平均温度である第2モード温度(電池温度)Tmode2と所定温度Tth1の大小関係を比較し、入力温度Tinとして第1モード温度Tmode1を用いるか第2モード温度(電池温度)Tmode2を用いるかを判定していた。本実施の形態では、例えば上位の車両制御部200から暖機状態信号SHを取得し、モード切替判定部530は、その暖機状態信号SHに基づいてスイッチSW1の切替制御を行うようにした。
(C1)電池制御装置である電池状態推定部150は、図2に示すように、電池の温度Tおよび電圧値Vに基づいて充電率SOCvを算出するSOCv演算部151と、電池の電流値Iに基づいて充電率SOCiを算出するSOCi演算部152と、を備え、充電率SOCvおよび充電率SOCiに基づく充電率SOCに基づいて、電池の充放電を制御する。
Claims (7)
- 複数の単電池を備える組電池の温度および電圧値に基づいて、前記組電池における平均的な第1電池充電状態を算出する第1SOC演算部と、
前記組電池の電流値に基づいて、当該組電池における平均的な第2電池充電状態を算出する第2SOC演算部と、
を備え、
前記第1電池充電状態および前記第2電池充電状態に基づく第3電池充電状態に基づいて、前記組電池の充放電を制御し、
前記組電池に接続された熱授受媒体であって、当該組電池との熱授受により、当該組電池を暖機または冷却する前記熱授受媒体を備える、
電池制御装置であって、
前記温度は、前記組電池の複数位置において計測された複数の温度を含み、
前記第1SOC演算部は、前記組電池に温度分布が発生した場合に高温側温度を表すことに適している、前記熱授受媒体の温度である第1温度に基づいて前記組電池のSOC演算を行う第1モードと、前記組電池の低温側の第2温度に基づいて前記組電池のSOC演算を行う第2モードとを、前記第2温度の高低に基づいて切り替える、電池制御装置。 - 請求項1に記載の電池制御装置において、
前記第2温度が、前記単電池の内部抵抗の変化率に基づいて設定された閾値温度より低い場合には前記第1モードに切り替え、前記第2温度が閾値温度以上の場合には前記第2モードに切り替える、電池制御装置。 - 請求項1又は2記載の電池制御装置において、
前記第1SOC演算部は、
前記第1温度と前記第2温度との差が所定値より大きい場合に前記第2温度の高低に基づく切り替えを行い、
前記差が所定値以下の場合には前記第2モードに切り替える、電池制御装置。 - 請求項2に記載の電池制御装置において、
前記第1SOC演算部は、
前記第2温度がSOC演算精度に関する閾値温度より低い場合には、
前記第1温度と前記第2温度との差が所定値より小さい場合に、前記第1温度に基づいて前記組電池のSOC演算を行い、
前記差が所定値以上の場合に、前記第2温度に前記所定値以下の補正量を加算した温度に基づいて前記組電池のSOC演算を行う、電池制御装置。 - 請求項1に記載の電池制御装置において、
前記第1SOC演算部は、
前記第2温度が第1閾値以下の場合には前記第1モードに切り替え、
前記第2温度が第2閾値以上の場合には前記第2モードに切り替え、
前記第2温度が前記第1閾値よりも大きく前記第2閾値よりも小さい場合には、重みWを用いた「W×(第1温度)+(1−W)×(第2温度)」の式で算出される第3温度に基づいて前記組電池のSOC演算を行い、
前記第3温度に基づいてSOC演算を行う際には、前記第2温度の温度上昇に伴って重みWを1から0へと減少させる、電池制御装置。 - 請求項1に記載の電池制御装置において、
前記熱授受媒体が温度上昇している暖機状態であることを示す暖機状態信号が入力され、
前記第1SOC演算部は、
前記第2温度の高低による切り替えに代えて、前記暖機状態信号を受信すると前記第1モードに切り替え、前記暖機状態信号の非受信時には前記第2モードに切り替える、電池制御装置。 - 請求項1又は2記載の電池制御装置において、
前記第2温度は、前記複数の温度の平均値、または、前記複数の温度から前記第1温度を除いた平均値である、電池制御装置。
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