KR20040060998A

KR20040060998A - 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법 및 장치, 전지 팩시스템, 및 전동 차량

Info

Publication number: KR20040060998A
Application number: KR10-2004-7008114A
Authority: KR
Inventors: 무라카미유사이; 다카다마사히로; 에고시데루요시; 야마베노리토
Original assignee: 파나소닉쿠 이브이에나지 가부시키가이샤
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-06
Also published as: JP4097183B2; JP2003197272A; WO2003061055A1; EP1460709B1; US20050017725A1; CN1300893C; EP1460709A1; US7339351B2; EP1460709A4; CN1610986A; KR100606876B1

Abstract

이차 전지의 잔존 용량의 추정 정밀도를 향상시킨 전지 팩 시스템을 제공한다. 전류 적산 계수 보정부(109)가, 기전력 산출부(105)로부터의 전지 기전력(Veq)에 따라 전류 적산 계수(k)에 대한 보정량(α)을 산출하고, 충전 효율 산출부(110)에 의해, 현재 추정하고 있는 잔존 용량에 의거하는 충전 효율(η)과 보정량(α)으로부터 산출된 전류 적산 계수(k)에 의거해, 잔존 용량 산출부(112)가, 전류 적산에 의해 잔존 용량(SOC)을 추정한다.

Description

이차 전지의 잔존 용량 추정 방법 및 장치, 전지 팩 시스템, 및 전동 차량{METHOD AND DEVICE FOR ESTIMATING REMAINING CAPACITY OF SECONDARY CELL, BATTERY PACK SYSTEM, AND ELECTRIC VEHICLE}

종래부터, HEV에서는, 주행에 필요한 동력에 대하여 엔진으로부터의 출력이 큰 경우에는, 잉여 동력으로 발전기를 구동하여 이차 전지의 충전이 행해진다. 반대로, 엔진으로부터의 출력이 작은 경우에는, 이차 전지의 전력을 이용하여 모터를 구동하여 부족한 동력을 출력한다. 이 경우, 이차 전지의 방전이 행해진다. 이러한 충방전 등을 제어하여 적정한 동작 상태로 유지하는 것이, 이차 전지를 HEV 등에 탑재하는 경우에 요구된다.

이를 위해, 전지의 전압, 전류, 온도 등을 검출하여 이차 전지의 잔존 용량(이하, SOC라고 약칭함)을 연산에 의해 추정하고, 차량의 연료 소비 효율이 가장 좋아지도록 SOC 제어를 행하고 있다. 또, 이 때의 SOC 레벨은, 가속시의 모터 구동에 의한 파워 어시스트 및 감속시의 에너지 회수(회생 제동)를 밸런스 좋게 동작시키기 위해서, 일반적으로, 예를 들면 SOC가 50%부터 70%의 범위 내가 되도록, SOC가 저하하여 예를 들면 50%가 된 경우에는 충전 과다의 제어를 행하고, 반대로, SOC가 상승하여 예를 들면 70%가 된 경우에는 방전 과다의 제어를 행하여, SOC를 제어 중심에 근접하도록 하는 것이다.

이러한 SOC 제어를 정확히 행하기 위해서는, 충방전을 행하고 있는 이차 전지의 SOC를 정확히 추정하는 것이 필요해진다. 이러한 종래의 SOC 추정 방법으로는 이하의 2종류의 방법이 있다.

① 충방전된 전류를 측정하고, 그 전류값(충전의 경우는 마이너스, 방전의 경우는 플러스 부호를 갖음)에 충전 효율을 승산(乘算)하고, 이 승산값을 어느 시간 기간에 걸쳐 적산(積算)함으로써, 적산 용량을 계산하고, 이 적산 용량에 의거하여 SOC를 추정한다.

② 충방전된 전류와, 이것에 대응하는 이차 전지의 단자 전압과의 페어 데이터를 다수개 측정하여 기억하고, 이 페어 데이터로부터, 최소 이승법에 의해 1차 근사 직선(전압(V) - 전류(I) 근사 직선)을 구하고, 전류값 0(제로)에 대응하는 전압값(V-I 근사 직선의 V 절편)을 무부하 전압(V0)으로서 산출하고, 이 무부하 전압(V0)에 의거하여 SOC를 추정한다.

또, 이차 전지를 충방전하면, 전지 기전력에 대해 분극 전압이 발생한다. 즉, 충전시에는 전압이 높아지고, 방전시에는 전압이 낮아져, 이 변화분이 분극 전압이라고 불린다. 상기 ②의 방법과 같이 SOC를 전압에 의해 추정하는 경우나,또, 소정 시간 내의 전압의 상승 및 강하를 추정하는 경우, 소정 시간 내에서의 입출력 가능 전력을 구하는 경우에는, 분극 전압을 정확히 파악할 필요가 있다.

일반적으로, 분극 전압의 추정 방법으로는, 다수의 전류, 전압 데이터로부터 1차 회귀 직선을 구하고, 이 직선의 기울기를 분극 저항(부품 저항, 반응 저항, 및 확산 저항)으로 하고, 이 분극 저항에 전류를 승산함으로써 분극 전압으로 하고 있다.

그러나, 상기 2종류의 종래의 SOC 추정 방법에는 이하와 같은 문제점이 있다.

우선, 상기 ①의 적산 용량에 의한 SOC 추정 방법의 경우, 전류값을 적산할 때에 필요한 충전 효율은 SOC값, 전류값, 온도 등에 의존하므로, 이들 각종 조건에 적응한 충전 효율을 찾아 내는 것은 곤란하다. 또, 배터리가 방치 상태에 있는 경우, 그 사이의 자기 방전량을 계산할 수 없다. 이러한 이유 등에 의해, 시간의 경과와 함께 SOC의 실제값과 추정값의 오차가 커지기 때문에, 이를 해소하기 위해서, 완전 방전이나 만충전을 행하여, SOC의 초기화를 행하는 것이 필요해진다.

그러나, 이차 전지를 HEV에 탑재하여 사용하는 경우, 완전 방전을 행하면, 이차 전지로부터의 전력 공급이 불가능해져, 엔진에 부담이 걸리게 된다. 이 때문에, 충전 사이트 등에서 차량을 정지시키고, 이차 전지의 완전 방전을 행한 후에, 만충전이 될 때까지 이차 전지를 소정 시간에 걸쳐 충전할 필요가 있다. 이와 같이, HEV 용도의 경우, 차량 주행 중에 완전 충방전을 행하여, SOC의 초기화를 행하는 것은 불가능하다. 또, 정기적으로, HEV에 탑재된 이차 전지의 완전 충방전을행하는 것은, 사용자에 따라서 편리성이 결여되어 부담도 된다.

다음에, 상기 ②의 무부하 전압에 의한 SOC 추정 방법의 경우, 우선, 큰 방전을 행한 후의 V-I 근사 직선의 V 절편은 낮아지고, 큰 충전을 행한 후의 V-I 근사 직선의 V 절편은 높아지는 것과 같이, 과거의 충방전 전류의 이력에 의해, 동일 SOC에서도 무부하 전압이 변화한다. 이 변화분은 분극 전압에 의한 것이다. 이와 같이, V-I 근사 직선의 V 절편인 무부하 전압은, 분극 전압의 요인에 의해, 충전 방향과 방전 방향이 달라진다. 이것에 의해, 이 전압차가 SOC의 추정 오차가 된다. 또, 메모리 효과나 방치에 의한 전압 저하, 전지 열화 등도 SOC 추정의 오차 요인이 된다.

또, 상기 종래의 분극 전압의 추정 방법에서는, 분극 저항에 의해 분극 전압을 구하면, 분극 저항에 포함되는, 전지의 활물질과 전해액 계면의 반응에 의한 반응 저항이나, 활물질 내, 활물질 간, 및 전해액 내의 반응에 의한 확산 저항의 추정이 충분히 행해질 수 없으므로, 추정된 분극 전압의 정밀도가 나빠, SOC 추정을 위한 전지 기전력을 구하기 위해, 상기 ②의 무부하 전압을 보정에 이용하는 것은 실용적이지 않다.

본 발명은, 전기 자동차(PEV), 하이브리드 차량(HEV), 연료 전지와 배터리의 하이브리드 차량 등의 전동 차량 등에, 모터의 동력원 및 각종 부하의 구동원으로서 탑재되는 니켈-수소(Ni-MH) 배터리 등의 이차 전지의 잔존 용량(SOC:State of Charge)을 추정하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 전지 팩 시스템의 일 구성예를 도시하는 블록도,

도 2는 전압 데이터(V(n))와 전류 데이터(I(n))의 그룹 데이터와, 이것으로부터 통계 처리에 의해 무부하 전압(V0)을 구하기 위한 근사 직선을 도시하는 도면,

도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 챠트,

도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 전지 팩 시스템의 일 구성예를 도시하는 블록도,

도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 챠트,

도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 전지 팩 시스템의 일 구성예를 도시하는 블록도,

도 7은 제3 실시 형태에서의, 적산 용량의 변화량(△Q)과 분극 전압(Vpol)의 시간 변화의 일례를 도시하는 도면,

도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 챠트,

도 9는 제3 실시 형태의, 무부하 전압(V0), 기전력(Veq), 전류 적산 계수(k), SOC 실제값(SOCt), 및 SOC 추정값(SOCes)의 시간 변화를 도시하는 도면,

도 10은 제3 실시 형태의, SOC 추정시의 초기값을 변화시킨 경우의 SOC 추정값의 수속성을 도시하는 도면,

도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 전지 팩 시스템의 일 구성예를 도시하는 블록도,

도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 챠트이다.

본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 정기적으로 이차 전지의 완전 충방전을 행하여 SOC를 초기화하지 않고, SOC를 고 정밀도로 추정할 수 있는 방법 및 장치, 이러한 방법에서의 처리를 실행하는 컴퓨터 시스템(전지용 전자 제어 유닛(전지 ECU))을 탑재한 전지 팩 시스템, 이러한 전지 팩시스템을 탑재한 전동 차량을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 제1의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법은, 이차 전지에 흐르는 전류와, 전류에 대응한 이차 전지의 단자 전압과의 그룹 데이터를 측정하여, 그룹 데이터를 다수개 취득하는 단계와, 취득한 다수개의 그룹 데이터에 의거하여, 이차 전지의 기전력을 산출하는 단계와, 산출한 기전력에 따라, 전류 적산 계수에 대한 보정량을 결정하는 단계와, 보정량과 충전 효율로부터, 전류 적산 계수를 산출하는 단계와, 산출한 전류 적산 계수를 측정한 전류에 승산하고, 전류 적산에 의해, 이차 전지의 잔존 용량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법은, 이차 전지인 다수개의 단전지를 조합하여 이루어지고, 중간적 충전 상태에서 사용되는 전지 팩에 흐르는 전류와, 전류에 대응한 이차 전지의 단자 전압과의 그룹 데이터를 측정하고, 그룹 데이터를 다수개 취득하는 단계와, 취득한 다수개의 그룹 데이터에 의거하여, 이차 전지의 기전력을 산출하는 단계와, 산출한 상기 기전력에 따라, 전류 적산 계수에 대한 보정량을 결정하는 단계와, 보정량과 충전 효율로부터, 전류 적산 계수를 산출하는 단계와, 산출한 전류 적산 계수를 측정한 전류에 승산하고, 전류 적산에 의해, 이차 전지의 잔존 용량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방법에 의하면, 전지 기전력에 따라 전류 적산 계수에 보정을 더하여, 전류 적산에 의해 SOC를 추정함으로써, SOC 중간 영역에서 전류 적산에 의한 오차가 축적되지 않게 되어, 높은 정밀도로 SOC를 추정하는 것이 가능해진다.

또, 장기 방치 등에 의한 자기 방전 후의 SOC도 용이하게 추정할 수 있어, 정기적으로 완전 방전이나 완전 충전을 행하여, SOC를 초기화할 필요도 없어진다.

제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법은 또한, 이차 전지의 온도를 측정하는 단계와, 측정한 온도, 전류 및 추정한 잔존 용량에 의거하여, 충전 중의 충전 효율을 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이 방법에 의하면, 전지의 온도 변화, 전류 변화 및 잔존 용량 추정값을 충전 효율에 피드백함으로써, 적산 용량의 산출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에 있어서, 보정량의 결정 단계는, 미리 잔존 용량에 대한 기전력의 특성을 구하고, 이 특성을 기억한 참조 테이블 또는 식에 의거하여, 추정한 잔존 용량으로부터 추정 기전력을 산출하는 단계와, 기전력의 산출 단계에서 구한 기전력과 추정 기전력의 차분값에 의거하여, 보정량을 결정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이 방법에 의하면, 잔존 용량 추정값을 추정 기전력으로 하여 피드백하고, 산출한 기전력과 추정 기전력의 차분값이 제로가 되도록 제어함으로써, 적산 용량의 산출 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

또, 제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에 있어서, 기전력의 산출 단계는, 다수개의 그룹 데이터에 대해, 최소 이승법을 이용한 통계 처리에 의해 구한 근사 직선에서의 전류가 제로일 때의 전압 절편인 무부하 전압을 구하고, 무부하 전압을 기전력으로서 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이 방법에 의하면, 간단한 구성으로, 기전력에 따른 전류 적산 계수의 보정을 행할 수 있다.

또는, 제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에 있어서, 기전력의 산출 단계는, 측정한 전류로부터 과거의 소정 기간의 적산 용량의 변화량을 산출하는 단계와, 적산 용량의 변화량에 의거하여, 분극 전압을 산출하는 단계와, 다수개의 그룹 데이터에 대해, 최소 이승법을 이용한 통계 처리에 의해 구한 근사 직선에서의 전류가 제로일 때의 전압 절편인 무부하 전압을 산출하는 단계와, 무부하 전압에서 분극 전압을 감산하여, 기전력을 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이 방법에 의하면, 적산 용량의 변화량에 의거하여 분극 전압을 산출하므로, 분극 전압의 산출 정밀도가 좋아지고, 무부하 전압에서 분극 전압을 감산한 전지 기전력(평형 전위)의 산출 정밀도도 좋아져, 정밀도가 높은 SOC의 추정이 가능해진다.

제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에 있어서, 기전력의 산출 단계는, 적산 용량의 변화량에 대해 시간 지연 처리를 실시하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이 방법에 의하면, 적산 용량의 변화량에 대해 지연 시간을 갖는 분극 전압을, 적산 용량의 변화량에 실시간으로 추종시켜 산출할 수 있다.

또, 제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에 있어서, 적산 용량의 변화량에 대한 시간 지연 처리와 함께, 필터링에 의해 평균화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

이 방법에 의하면, 분극 전압의 산출에 불필요한 적산 용량의 변동 성분을 저감시킬 수 있다.

또, 제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에 있어서, 기전력의 산출 단계는, 분극 전압에 대해 시간 지연 처리를 실시하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

이 방법에 의하면, 무부하 전압과 분극 전압의 시간 맞춤을 행하여, 적절한 기전력의 산출을 행할 수 있다.

이 경우, 분극 전압에 대한 시간 지연 처리와 함께, 필터링에 의해 평균화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

이 방법에 의하면, 기전력의 산출에 불필요한 분극 전압의 변동 성분을 저감시킬 수 있다.

제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법은 또한, 취득한 다수개의 그룹 데이터를 소정의 선별 조건에 의거하여 선별하는 단계를 포함하고, 소정의 선별 조건으로서, 전류의 값이 충전측 및 방전측에서 소정의 범위 내에 있고, 다수의 그룹 데이터 수가 충전측과 방전측에서 소정 수 이상이고, 다수개의 그룹 데이터의 취득 중의 적산 용량의 변화량이 소정의 범위 내에 있는 경우에, 다수개의 그룹 데이터를 선택하는 것이 바람직하다.

이 방법에 의하면, 다수개의 그룹 데이터를, 방전측 및 충전측에서 균일하게, 또한 적산 용량의 변화량의 영향을 받지 않고 취득할 수 있다.

제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법은 또한, 산출한 무부하 전압이 유효한지의 여부를 소정의 판정 조건에 의거하여 판정하는 단계를 포함하고, 소정의 판정 조건으로서, 최소 이승법을 이용하여 통계 처리를 행하여 구한 근사 직선에 대한 다수개의 그룹 데이터의 분산값이 소정의 범위 내에 있거나, 또는 근사 직선과 다수개의 그룹 데이터와의 상관 계수가 소정값 이상인 경우에, 산출한 무부하 전압을 유효로 하는 것이 바람직하다.

이 방법에 의하면, 무부하 전압의 산출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에 있어서, 이차 전지는 니켈-수소 이차 전지이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 제1의 전지 팩 시스템은, 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법을 실행하는 컴퓨터 시스템과, 전지 팩을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 제1의 전동 차량은, 제1의 전지 팩 시스템을 탑재한 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 마이크로컴퓨터 시스템으로서, 예를 들면 전지 ECU를 탑재한 전지 팩 시스템이, 예를 들면 HEV 등에 탑재된 경우, 고 정밀도로 추정한 SOC에 의거하여, 정확한 SOC 제어를 행할 수 있다. 즉, 연산에 의해 추정하고 있는 SOC(SOC 추정값)가 실제 SOC(SOC 실제값)보다도 높다고 판정된 경우, 전류 적산 계수의 보정량만큼 충전 효율이 감산됨으로써, 그 후의 적산 시에, SOC 추정값은 이전의 적산보다도 저하되므로, SOC 실제값에 근접하게 된다. 한편, SOC 추정값이SOC 실제값보다도 낮다고 판정된 경우, 전류 적산 계수의 보정량만큼 충전 효율이 가산됨으로써, 그 후의 적산 시에, SOC 추정값은 이전의 적산보다도 상승하므로, 역시 SOC 실제값에 근접하게 된다. 따라서, 이 제어를 계속함으로써, SOC 추정값과 SOC 실제값은 항상 일치하는 방향으로 관리되고, 또한 SOC 실제값에 대한 SOC 추정값의 편차가 적어지므로, 시스템 전체의 에너지 관리의 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 제1의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치는, 이차 전지에 흐르는 전류를 전류 데이터로서 측정하는 전류 측정부와, 전류에 대응한 이차 전지의 단자 전압을 전압 데이터로서 측정하는 전압 측정부와, 전류 측정부로부터의 전류 데이터와 전압 측정부로부터의 전압 데이터와의 다수개의 그룹 데이터에 의거하여, 이차 전지의 기전력을 산출하는 기전력 산출부와, 기전력 산출부로부터의 기전력에 따라, 전류 적산 계수에 대한 보정량을 결정하는 전류 적산 계수 보정부와, 전류 적산 계수 보정부로부터의 보정량과 충전 효율로부터, 전류 적산 계수를 출력하는 가산기와, 가산기로부터의 전류 적산 계수를 전류 데이터에 승산하고, 전류 적산에 의해, 이차 전지의 잔존 용량을 추정하는 잔존 용량 추정부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치는, 이차 전지인 다수개의 단전지를 조합하여 이루어지고, 중간적 충전 상태에서 사용되는 전지 팩에 흐르는 전류를 전류 데이터로서 측정하는 전류 측정부와, 전류에 대응한 이차 전지의 단자 전압을 전압 데이터로서 측정하는 전압 측정부와, 전류 측정부로부터의 전류 데이터와 전압 측정부로부터의 전압 데이터와의 다수개의 그룹 데이터에 의거하여, 이차 전지의 기전력을 산출하는 기전력 산출부와, 기전력 산출부로부터의 기전력에 따라, 전류 적산 계수에 대한 보정량을 결정하는 전류 적산 계수 보정부와, 전류 적산 계수 보정부로부터의 보정량과 충전 효율로부터, 전류 적산 계수를 출력하는 가산기와, 가산기로부터의 전류 적산 계수를 전류 데이터에 승산하고, 전류 적산에 의해, 이차 전지의 잔존 용량을 추정하는 잔존 용량 추정부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 전지 기전력에 따라 전류 적산 계수에 보정을 더하여, 전류 적산에 의해 SOC를 추정함으로써, SOC 중간 영역에서 전류 적산에 의한 오차가 축적되지 않게 되어, 높은 정밀도로 SOC를 추정하는 것이 가능해진다.

제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치는 또한, 이차 전지의 온도를 온도 데이터로서 측정하는 온도 측정부와, 온도 측정부로부터의 온도, 전류 측정부로부터의 전류 및 잔존 용량 추정부로부터의 잔존 용량 추정값에 의거하여, 충전 중의 충전 효율을 산출하는 충전 효율 산출부를 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 전지의 온도 변화 및 잔존 용량 추정값을 충전 효율에 피드백함으로써, 적산 용량의 산출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치는 또한, 미리 구해진, 잔존 용량에 대한 기전력의 특성을 기억한 참조 테이블 또는 식에 의거하여, 잔존용량 추정값으로부터 추정 기전력을 산출하는 추정 기전력 산출부를 구비하고, 전류 적산 계수 보정부는, 기전력 산출부로부터의 기전력과 추정 기전력의 차분값에 의거하여, 보정량을 결정하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 잔존 용량 추정값을 추정 기전력으로서 피드백하고, 산출한 기전력과 추정 기전력의 차분값이 제로가 되도록 제어함으로써, 적산 용량의 산출 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치에 있어서, 기전력 산출부는, 다수개의 그룹 데이터에 대해, 최소 이승법을 이용한 통계 처리에 의해 구한 근사 직선에서의 전류가 제로일 때의 전압 절편인 무부하 전압을 구하고, 무부하 전압을 기전력으로서 산출하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 간단한 구성으로도, 기전력에 따른 전류 적산 계수의 보정을 행할 수 있다.

제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치에 있어서, 기전력 산출부는, 전류 데이터로부터 과거의 소정 기간에서의 적산 용량의 변화량을 산출하는 변화 용량 산출부와, 변화 용량 산출부로부터의 적산 용량의 변화량에 의거하여, 분극 전압을 산출하는 분극 전압 산출부와, 다수개의 그룹 데이터에 대해, 최소 이승법을 이용한 통계 처리에 의해 구한 근사 직선에서의 전류가 제로일 때의 전압 절편인 무부하 전압을 산출하는 무부하 전압 산출부와, 무부하 전압에서 상기 분극 전압을 감산하여, 기전력을 출력하는 감산기를 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 적산 용량의 변화량에 의거하여 분극 전압을 산출하므로,분극 전압의 산출 정밀도가 좋아지고, 무부하 전압에서 분극 전압을 감산한 전지 기전력(평형 전위)의 산출 정밀도도 좋아져, 정밀도 높은 SOC의 추정이 가능해진다.

제1 또는 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치는 또한, 변화 용량 산출부로부터의 적산 용량의 변화량에 대해 시간 지연 처리를 실시하는 제1 연산 처리부를 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 적산 용량의 변화량에 대해 지연 시간을 갖는 분극 전압을, 적산 용량의 변화량에 실시간으로 추종시켜 산출할 수 있다.

또, 제1 또는 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치에 있어서, 제1 연산 처리부는, 적산 용량의 변화량에 대해, 시간 지연 처리와 함께, 필터링에 의해 평균화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 분극 전압의 산출에 불필요한 적산 용량의 변동 성분을 저감시킬 수 있다.

제1 또는 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치는 또한, 분극 전압에 대해 시간 지연 처리를 실시하는 제2 연산 처리부를 구비하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 무부하 전압과 분극 전압의 시간 맞춤을 행하여, 적절한 기전력의 산출을 행할 수 있다.

이 경우, 제2 연산 처리부는, 시간 지연 처리와 함께, 필터링에 의해 평균화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 기전력의 산출에 불필요한 분극 전압의 변동 성분을 저감시킬 수 있다.

또, 제1 또는 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치는 또한, 다수개의 그룹 데이터를 소정의 선별 조건에 의거하여 선별하여, 무부하 전압 산출부에 출력하는 그룹 데이터 선별부를 구비하고, 그룹 데이터 선별부는, 소정의 선별 조건으로서, 전류의 값이 충전측 및 방전측에서 소정의 범위 내에 있고, 다수개의 그룹 데이터 수가 충전측과 방전측에서 소정 수 이상이고, 다수개의 그룹 데이터의 취득 중의 적산 용량의 변화량이 소정의 범위 내에 있는 경우에, 다수개의 그룹 데이터를 선택하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 다수개의 그룹 데이터를, 방전측 및 충전측에서 균일하게, 또한 적산 용량의 변화량의 영향을 받지 않고 취득할 수 있다.

또, 제1 또는 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치는 또한, 무부하 전압 산출부에 의해 산출된 무부하 전압이 유효한지의 여부를 소정의 판정 조건에 의거하여 판정하는 무부하 전압 판정부를 구비하고, 무부하 전압 판정부는, 소정의 판정 조건으로서, 최소 이승법을 이용하여 통계 처리를 행하여 구한 근사 직선에 대한 다수개의 그룹 데이터의 분산값이 소정의 범위 내에 있거나, 또는 근사 직선과 다수개의 그룹 데이터와의 상관 계수가 소정값 이상인 경우에, 산출한 무부하 전압을 유효로 하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 무부하 전압의 산출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

제1 및 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치에 있어서, 이차 전지는 니켈-수소 이차 전지이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 제2의 전지 팩 시스템은, 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치와, 전지 팩을 구비한 것을 특징으로 한다. 이 경우, 제2의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치는 컴퓨터 시스템으로서 구성되는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 제2의 전동 차량은 제2의 전지 팩 시스템을 탑재한 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 마이크로컴퓨터 시스템으로서, 예를 들면 전지 ECU를 탑재한 전지 팩 시스템이, 예를 들면 HEV 등에 탑재된 경우, 고 정밀도로 추정한 SOC에 의거하여, 정확한 SOC 제어를 행할 수 있다. 즉, 연산에 의해 추정하는 SOC(SOC 추정값)가 실제 SOC(SOC 실제값)보다도 높다고 판정된 경우, 전류 적산 계수의 보정량만큼 충전 효율이 감산됨으로써, 그 후의 적산 시에, SOC 추정값은 이전의 적산보다도 저하되므로, SOC 실제값에 근접하게 된다. 한편, SOC 추정값이 SOC 실제값보다도 낮다고 판정된 경우, 전류 적산 계수의 보정량만큼 충전 효율이 가산됨으로써, 그 후의 적산시에, SOC 추정값은 이전의 적산보다도 상승하므로, 역시 SOC 실제값에 근접하게 된다. 따라서, 이 제어를 계속함으로써, SOC 추정값과 SOC 실제값은 항상 일치하는 방향으로 관리되고, 또한 SOC 실제값에 대한 SOC 추정값의 편차가 적어지므로, 시스템 전체의 에너지 관리의 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 전지 팩 시스템(1A)의 일 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 1에서, 전지 팩 시스템(1A)은, 전지 팩(100)과, 마이크로 컴퓨터 시스템의 일부로서 본 발명에 관한 잔존 용량 추정 장치가 포함되는 전지 ECU(101A)로 구성된다.

전지 팩(100)은, HEV 등에 탑재된 경우, 통상, 모터에 대한 소정의 출력을 얻기 위해서, 예를 들면 니켈-수소 배터리인 다수의 단전지가 전기적으로 직렬 접속된 전지 모듈(셀)을 또한 다수개 전기적으로 직렬 접속되어 구성된다.

전지 ECU(101A)에서, 102는 전압 센서(도시하지 않음)에 의해 검출된 이차 전지(100)의 단자 전압을 소정의 샘플링 주기로 전압 데이터(V(n))로서 측정하는 전압 측정부이고, 103은 전류 센서(도시하지 않음)에 의해 검출된 이차 전지(100)의 충방전 전류를 소정의 샘플링 주기로 전류 데이터(I(n))(그 부호는 충전 방향이나 방전 방향을 표시함)로서 측정하는 전류 측정부이고, 104는 온도 센서(도시하지 않음)에 의해 검출된 이차 전지(100)의 온도를 온도 데이터(T(n))로서 측정하는 온도 측정부이다.

105는 기전력 산출부이고, 그룹 데이터 선별부(106)와, 무부하 전압 산출부(107)와, 무부하 전압 판정부(108)로 구성된다.

전압 측정부(102)로부터의 전압 데이터(V(n))와, 전류 측정부(103)로부터의 전류 데이터(I(n))는, 그룹 데이터로 하여, 그룹 데이터 선별부(106)에 입력된다. 그룹 데이터 선별부(106)에서는, 선별 조건으로서, 충전 방향(-)과 방전 방향(+)의 전류 데이터(I(n))의 값이 소정의 범위 내(예를 들면, ±50A)에 있고, 충전 방향과 방전 방향의 전류 데이터(I(n))의 개수가 소정 수 이상(예를 들면, 60 샘플 중의 각 10개) 있고, 또 그룹 데이터 취득 중의 적산 용량의 변화량(△Q)이 소정의 범위 내(예를 들면, 0.3Ah)에 있는 경우에, 전압 데이터(V(n))와 전류 데이터(I(n))의 그룹 데이터가 유효하다고 판단되고, 이들을 선택하여 유효한 그룹 데이터(S(V(n)), I(n))로서 출력된다.

그룹 데이터 선별부(106)로부터의 유효한 그룹 데이터(S(V(n), I(n)))는 무부하 전압 산출부(107)에 입력된다. 무부하 전압 산출부(107)에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 유효한 그룹 데이터(S(V(n), I(n)))로부터, 최소 이승법을 이용한 통계 처리에 의해, 1차 전압-전류 직선(근사 직선)이 구해지고, 전류가 제로일 때의 전압값(전압(V) 절편)인 무부하 전압(V0)이 산출된다.

무부하 전압 산출부(107)로부터의 무부하 전압(V0)은, 다음에, 무부하 전압 판정부(108)에 입력된다. 무부하 전압 판정부(108)에서는, 판정 조건으로서, 근사 직선에 대한 그룹 데이터(S(V(n), I(n)))의 분산값이 구해지고, 이 분산값이 소정의 범위 내에 있거나, 또는 근사 직선과 그룹 데이터(S(V(n), I(n)))와의 상관 계수를 구하고, 이 상관 계수가 소정값 이상인 경우에, 산출된 무부하 전압(V0)이 유효하다고 판단하여, 전지의 기전력(Veq)으로서 출력된다.

기전력 산출부(105)로부터의 기전력(Veq)은 전류 적산 계수 보정부(109)에 입력된다. 전류 적산 계수 보정부(109)에서는, 기전력(Veq)에 따라, 전류 적산 계수(k)에 대한 보정량(α)이 결정된다. 기전력(Veq)에 대한 보정량(α)은 1차식으로 표시되고, 이 1차식은 시스템의 수속성(收束性)을 고려하여 결정된다. 전류 적산 계수 보정부(109)에서 구해진 보정량(α)은, 충전 효율 산출부(110)로부터 출력되는 충전 효율(η)과 가산기(111)에 의해 가산 또는 감산 혹은 승산되어, 전류 적산 계수(k)로 된다.

가산기(111)로부터의 전류 적산 계수(k)는 잔존 용량 추정부(112)에 입력된다. 잔존 용량 추정부에서는, 전류 측정부(103)로부터의 전류 데이터(I(n))에 전류 적산 계수(k)가 승산되고, 소정 기간의 전류 적산에 의해, 잔존 용량(SOC)이 추정된다.

또, 이 SOC 추정값은, 상기의 충전 효율 산출부(110)에 입력되고, 충전 효율 산출(110)에서는, 미리 기억되어 있는, 온도를 파라미터로 한 SOC 추정값에 대한 충전 효율(η)의 특성 곡선으로부터, 온도 측정부(104)에서 측정된 온도 데이터(T(n))에 의거하여, 충전 효율(η)이 산출된다. 또한, 전지 팩(100)이 방전 상태에 있는 경우는, 충전 효율(η)은 1에 고정되고, 전지 팩(100)이 충전 상태에 있는 경우에, 충전 효율 산출부(110)에 의해 산출된 충전 효율(η)이 이용된다.

다음에, 이상과 같이 구성된 전지 팩 시스템에서의 잔존 용량 추정의 처리 순서에 대해, 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 이차 전지 잔존 용량 추정 방법에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 챠트이다. 도 3에서, 우선, 전압 데이터(V(n))와 전류 데이터(I(n))를 그룹 데이터로 하여 측정한다(S301). 다음에, 단계 S301에서 측정된 전압 데이터(V(n))와 전류 데이터(I(n))의 그룹 데이터가, 유효한 그룹 데이터인지의 여부를 조사하기 위해서, 이들이 상기한 것과 같은 선별 조건을 만족하는지의 여부를 판단한다(S302). 단계 S302의 판단에서, 선별 조건을 만족하지 않는 경우(No), 단계 S301로 되돌아가, 전압 데이터(V(n))와 전류 데이터(I(n))의 그룹 데이터를 다시 측정한다. 한편, 단계 S302의 판단에서, 선별 조건을 만족하는 경우(Yes), 단계 S303로 진행하여, 다수개(예를 들면, 60 샘플 중의 충전 및 방전 방향에서 각 10개)의 유효한 그룹 데이터(S(V(n), I(n)))를 취득한다(S303).

다음에, 유효한 그룹 데이터(S(V(n), I(n)))로부터, 최소 이승법을 이용한 통계 처리에 의해, 1차 근사 직선(V-I 직선)을 구하고, 이 근사 직선의 V 절편을 무부하 전압(V0)으로서 산출한다(S304). 다음에, 단계 S304에서 산출한 무부하 전압(V0)이 유효한지의 여부를 조사하기 위해서, 이것이 상기한 것과 같은 판정 조건을 만족하는지의 여부를 판단한다(S305). 단계 S305의 판단에서, 판정 조건을 만족하지 않는 경우(No), 단계 S303로 되돌아가, 다른 다수개(예를 들면, 60 샘플 중의 다른 각 10개)의 유효한 그룹 데이터(S(V(n), I(n)))를 취득하여, 단계 S304, S305를 반복한다. 한편, 단계 S305의 판단에서, 산출한 무부하 전압(V0)이 판정조건을 만족하는 경우(Yes), 이것을 기전력(Veq)으로 한다.

다음에, 기전력(Veq)에 따라서, 전류 적산 계수(k)에 대한 보정량(α)을 산출한다(S306). 또, 측정한 온도 데이터(T(n))에 의거하여, 현재 추정하고 있는 잔존 용량(SOC)(SOC 추정값)으로부터 충전 효율(η)을 산출한다(S307). 다음에, 단계 S306에서 구한 보정량(α)과 단계 S307에서 구한 충전 효율(η)을 가산하여, 전류 적산 효율(k)을 산출한다(S308). 마지막으로, 전류 적산 계수(k)를 전류 데이터(I(n))에 승산하고, 소정 기간의 전류 적산에 의해, 잔존 용량(SOC)을 추정한다(S309).

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 전지 기전력(Veq)에 따라 전류 적산 계수(k)에 보정을 더하고, 전류 적산에 의해 SOC를 추정함으로써, SOC 중간 영역에서 전류 적산에 의한 오차가 축적되지 않게 되어, 높은 정밀도로 SOC를 추정하는 것이 가능해진다.

(제2 실시 형태)

도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 전지 팩 시스템의 일 구성예를 도시하는 블록도이다. 또한, 도 4에서, 제1 실시 형태의 구성을 도시하는 도 1과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

본 실시 형태는, 제1 실시 형태에, 추정 기전력 산출부(113)와 감산기(114)를 추가하여, 전지 ECU(101B)를 구성한다.

추정 기전력 산출부(l13)는 현재 추정하고 있는 SOC로부터 추정 기전력(Ves)을 구한다. 감산기(114)는, 기전력 산출부(105)에서 산출된 기전력(Veq)에서, 추정 기전력 산출부(113)에서 산출된 추정 기전력(Ves)을 감산하여, 기전력 편차(Vd)를 전류 적산 계수 보정부(l09)에 출력한다.

다음에, 이상과 같이 구성된 전지 팩 시스템의 잔존 용량 추정의 처리 순서에 대해, 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 이차 전지 잔존 용량 추정 방법에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 챠트이다. 또한, 도 5에서, 제1 실시 형태의 처리 순서를 도시하는 도 3과 동일한 처리 공정에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 5에서, 무부하 전압(V0)의 판정 공정(S305)까지는, 제1 실시 형태와 동일하므로, 설명을 생략한다. 단계 S305의 판단에서, 산출한 무부하 전압(V0)이 판정 조건을 만족하는 경우(Yes), 미리 구해진, 잔존 용량에 대한 기전력의 특성을 기억한 참조 테이블 또는 식에 의거하여, SOC 추정값으로부터 추정 기전력(Ves)을 산출한다(S501). 다음에, 단계 S305에서 판정된 기전력(Veq)에서 추정 기전력(Ves)을 감산하여, 기전력 편차(Vd)를 산출한다(S502). 다음에, 기전력 편차(Vd)에 따라서, 전류 적산 계수(k)에 대한 보정량(α)을 산출한다(S503).

이후의 단계는 제1 실시 형태와 동일하므로, 설명을 생략한다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, SOC 추정값을 추정 기전력(Ves)으로서 피드백하고, 산출한 기전력(Veq)과 추정 기전력(Ves)의 차분값이 제로가 되도록 제어함으로써, 적산 용량의 산출 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 전지 팩 시스템(1C)의 일 구성예를 도시하는 블록도이다. 또한, 도 6에서, 제2 실시 형태의 구성을 도시하는 도 4와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

본 실시 형태는, 제2 실시 형태의 기전력 산출부(105)에, 변화 용량 산출부(115)와, 제1 연산 처리부(116)와, 분극 전압 산출부(117)와, 감산기(118)를 추가하여, 기전력 산출부(105’)로서, 전지 ECU(101C)를 구성한다.

변화 용량 산출부(115)는 전류 데이터(I(n))로부터 과거의 소정 기간(예를 들면, 1분간)의 적산 용량의 변화량(△Q)을 구한다.

제1 연산 처리부(l16)는, 저역 통과 필터(LPF)로서 기능하고, 변화 용량 산출부(115)로부터의 적산 용량의 변화량(△Q)과, 후속의 분극 전압 산출부(117)에서 구해지는 분극 전압(Vpol)의 타이밍 맞춤을 행하기 위한 시간 지연 처리와, 적산 용량의 변화량(△Q)에서의 불필요한 고주파 성분에 상당하는 변동 성분을 제거하기 위한 평균화 처리를 행하여, LPF(△Q)로서 출력한다. 여기서, 도 7에, 일례로서, 과거 1분간의 적산 용량의 변화량(△Q)을 실선으로, 분극 전압(Vpol)을 파선으로 표시한다. 도 7로부터, 과거 1분간의 적산 용량의 변화량(△Q)으로부터 수십초 지연되어 분극 전압(Vpol)이 변화하고 있는 모습을 알 수 있다. 이 시간 지연에 대응하여, 제1 연산 처리부(116)를 구성하는 LPF의 시정수(時定數)(τ)(또한, 본 실시 형태에서는 LPF를 1차 지연 요소로 구성하고 있음)가 결정된다. 이 시정수(τ)는, △Q에 1차 지연 요소를 연산하여, LPF(△Q)와 분극 전압(Vpol)과의 상관 계수가 최대가 되도록 결정된다.

분극 전압 산출부(117)는, 참조 테이블(LUT)(1171)에 미리 기억되어 있는, 온도를 파라미터로 한 LPF(△Q)에 대한 분극 전압(Vpol)의 특성 곡선 또는 식으로부터, 온도 측정부(104)에서 측정된 온도 데이터(T(n))에 근거하여, 분극 전압(Vpol)을 산출한다.

감산기(118)는 유효한 기전력(V0_OK)에서 분극 전압(Vpol)을 감산하여, 기전력(Veq)으로서 출력한다.

다음에, 이상과 같이 구성된 전지 팩 시스템에서의 잔존 용량 추정의 처리 순서에 대해서, 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 챠트이다. 또한, 도 8에서, 제2 실시 형태의 처리 순서를 도시하는 도 5와 동일한 처리 공정에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 8에서, 무부하 전압(V0)의 판정 공정(S305)까지는, 제1 실시 형태와 동일하므로, 설명을 생략한다. 본 실시 형태에서는, 단계 S301에서 측정된 전류 데이터(I(n))로부터 과거의 소정 기간(예를 들면, 1분간)의 적산 용량의 변화량(△Q)을 구한다(S1001). 다음에, 적산 용량의 변화량(△Q)에 대해 필터링 처리(시간 지연 및 평균화 처리)를 실시하여, LPF(△Q)를 연산한다(S1002). 다음에, 연산한 LPF(△Q)로부터, 온도 데이터(T(n))를 파라미터로 한 분극 전압(Vpol)-LPF(△Q) 특성 데이터가 미리 기억되어 있는 참조 테이블 또는 식에 의거하여, 분극 전압(Vpol)을 산출한다(S1003).

다음에, 단계 S305에서 판정된 유효한 무부하 전압(V0_OK)에서, 단계 S1003에서 산출된 분극 전압(Vpol)을 감산하여, 기전력(Veq)을 산출한다(S1004).

이후의 단계는 제2 실시 형태와 동일하므로, 설명을 생략한다.

도 9는, 무부하 전압(V0), 기전력(Veq), 전류 적산 계수(k), SOC 실제값(SOCt), 및 SOC 추정값(SOCes)의 시간 변화를 도시하는 도면이다. 도 9에서, 무부하 전압(V0)에서 분극 전압(Vpol)을 감산하여 기전력(Veq)을 구하고, 기전력(Veq)에 따라서 보정한 전류 적산 계수(k)를 이용하여, SOC를 추정함으로써, SOC 추정값(SOCes)이 SOC 실제값(SOCt)에 추종하고 있는 모습을 알았다.

도 10은 SOC 추정시의 초기값을 변화시킨 경우의 SOC 추정값의 수속성을 도시하는 도면이다. 도 10에서, P0는 초기값이 3.9Ah(SOC 실제값)인 경우, P1는 초기값이 6.5Ah인 경우, P2는 초기값이 5.2Ah인 경우, P3은 초기값이 2.6Ah인 경우, P4는 초기값이 1.3Ah인 경우의 SOC 추정값의 시간 변화를 표시하는 플롯 데이터이다. 도 10에서 알 수 있듯이, 초기값이 실제값(3.9Ah)에 대해 ±2.6Ah(약± 67%의 오차)이더라도, 약 1시간(3600초) 후에는, SOC 추정값은 실제값(1.3Ah)에 대해 ±0.2Ah(약 ± 15%의 오차)까지 수속하고 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 적산 용량의 변화량(△Q)에 의거하여 분극 전압(Vpol)을 산출하므로, 분극 전압(Vpol)의 산출 정밀도가 좋아지고, 무부하 전압(V0)에서 분극 전압(Vpol)을 감산한 전지 기전력(Veq)의 산출 정밀도도 좋아져, 정밀도가 높은 SOC의 추정이 가능해진다.

또, 적산 용량의 변화량(△Q)에 대해 필터링 처리(시간 지연 및 평균화 처리)를 실시함으로써, 적산 용량의 변화량(△Q)에 대해 지연 시간을 갖는 분극 전압(Vpol)을, 적산 용량의 변화량(△Q)에 실시간으로 추종시켜 산출할 수 있고, 또 분극 전압(Vpol)의 산출에 불필요한 적산 용량의 변동 성분을 저감시킬 수 있다.

(제4 실시 형태)

도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 전지 팩 시스템(1D)의 일 구성예를 도시하는 블록도이다. 또한, 도 11에서, 제3 실시 형태의 구성을 도시하는 도 6과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

본 실시 형태는, 제3 실시 형태의 기전력 산출부(105’)에서, 제1 연산 처리부(115)를 삭제하고, 그 대신, 제2 연산 처리부(119)를 형성하여, 기전력 산출부(105”)로서, 전지 ECU(101D)를 구성한다.

제2 연산 처리부(119)는, 저역 통과 필터(LPF)으로서 기능하고, 분극 전압 산출부(117)로부터의 분극 전압(Vpol)과, 무부하 전압 판정부(108)로부터의 유효한 무부하 전압(V0_OK)과의 타이밍 맞춤을 행하기 위한 시간 지연 처리와, 분극 전압(Vpol)에서의 불필요한 고주파 성분에 상당하는 변동 성분을 제거하기 위한 평균화 처리를 행하여, LPF(Vpol)로서 출력한다.

다음에, 이상과 같이 구성된 전지 팩 시스템의 잔존 용량 추정 처리 순서에 대해서, 도 12를 참조하여 설명한다.

도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법에서의 처리 순서를 도시하는 플로우 챠트이다. 또한, 도 12에서, 제3 실시 형태의 처리 순서를 도시하는 도 8과 동일한 처리 공정에 대해서는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.

도 12에서, 무부하 전압(V0)의 판정 공정(S305)까지, 및 적산 용량의 변화량 산출 공정(S1001)까지는 제3 실시 형태와 동일하므로, 설명을 생략한다.

단계 S1001에서 구해진 적산 용량의 변화량(△Q)으로부터, 온도 데이터(T(n))를 파라미터로 한 분극 전압(Vpol)-△Q 특성 데이터가 미리 기억되어 있는 참조 테이블 또는 식에 의거하여, 분극 전압(Vpol)을 산출한다(S1201). 다음에, 산출한 분극 전압(Vpol)에 대해 필터링 처리(시간 지연 및 평균화 처리)를 실시하여, LPF(Vpol)를 연산한다(S1202). 다음에, 단계 S305에서 판정된 유효한 무부하 전압(V0_OK)에서, 단계 S1202에서 연산된 필터링 처리후의 분극 전압 LPF(Vpol)을 감산하여, 기전력(Veq)을 산출한다.

이후의 단계는 제3 실시 형태와 동일하므로, 설명을 생략한다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 분극 전압(Vpol)에 대해 필터링 처리(시간 지연 및 평균화 처리)를 실시함으로써, 무부하 전압(V0)과 분극 전압(Vpol)의 시간맞춤을 행하여, 적절한 기전력(Veq)의 산출을 행할 수 있고, 또 기전력(Veq)의 산출에 불필요한 분극 전압(Vpol)의 변동 성분을 저감시킬 수 있다.

또한, 상기 제2 내지 제4 실시 형태에서, 적산 용량의 변화량(△Q)을 산출하기 위한 소정 기간을, 예를 들면 1분간으로 했는데, 전지 팩 시스템이 HEV 등에 탑재되는 경우, 차량의 주행 상태에 따라 변경해도 된다. 즉, 이차 전지의 충방전이 빈번하게 행해지는 경우에는, 상기 소정 기간을 짧게 설정하고, 이차 전지의 충방전이 빈번하게 행해지지 않는 경우에는, 상기 소정 기간을 길게 설정함으로써, 실제의 주행 상태에 따라 최적으로 분극 전압의 추정을 행할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전지 기전력에 따라 전류 적산 계수에 보정을 더하고, 전류 적산에 의해 SOC를 추정함으로써, SOC 중간 영역에서 전류 적산에 의한 오차가 축적되지 않게 되어, 높은 정밀도로 SOC를 추정하는 것이 가능해진다.

또한, 전지 팩 시스템이, 예를 들면 HEV 등에 탑재된 경우, 고 정밀도로 추정한 SOC에 의거하여, 정확한 SOC 제어를 행할 수 있다. 즉, SOC 추정값이 SOC 실제값보다도 높다고 판정된 경우, 전류 적산 계수의 보정량만큼 충전 효율이 감산됨으로써, 그 후의 적산시에, SOC 추정값은 이전의 적산보다도 저하되므로, SOC 실제값에 근접하게 된다. 한편, SOC 추정값이 SOC 실제값보다도 낮다고 판정된 경우, 전류 적산 계수의 보정량만큼 충전 효율이 가산됨으로써, 그 후의 적산시에, SOC 추정값은 이전의 적산보다도 상승하므로, SOC 실제값에 근접하게 된다. 따라서, 이 제어를 계속함으로써, SOC 추정값과 SOC 실제값은 항상 일치하는 방향으로 관리되고, 또한 SOC 실제값에 대한 SOC 추정값의 편차가 적어지므로, 시스템 전체의 에너지 관리의 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있다.

Claims

이차 전지에 흐르는 전류와, 상기 전류에 대응한 상기 이차 전지의 단자 전압과의 그룹 데이터를 측정하여, 상기 그룹 데이터를 다수개 취득하는 단계와,

취득한 상기 다수개의 그룹 데이터에 의거하여, 상기 이차 전지의 기전력을 산출하는 단계와,

산출한 상기 기전력에 따라, 전류 적산 계수에 대한 보정량을 결정하는 단계와,

상기 보정량과 충전 효율로부터, 상기 전류 적산 계수를 산출하는 단계와,

산출한 상기 전류 적산 계수를 측정한 상기 전류에 승산하고, 전류 적산에 의해, 상기 이차 전지의 잔존 용량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법.
이차 전지인 다수개의 단전지를 조합하여 이루어지고, 중간적 충전 상태에서 사용되는 전지 팩에 흐르는 전류와, 상기 전류에 대응한 상기 이차 전지의 단자 전압과의 그룹 데이터를 측정하여, 상기 그룹 데이터를 다수개 취득하는 단계와,

취득한 상기 다수개의 그룹 데이터에 의거하여, 상기 이차 전지의 기전력을 산출하는 단계와,

산출한 상기 기전력에 따라, 전류 적산 계수에 대한 보정량을 결정하는 단계와,

상기 보정량과 충전 효율로부터, 상기 전류 적산 계수를 산출하는 단계와,

산출한 상기 전류 적산 계수를 측정한 상기 전류에 승산하고, 전류 적산에 의해, 상기 이차 전지의 잔존 용량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법.
청구항 2 기재의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법을 실행하는 컴퓨터 시스템과,

상기 전지 팩을 구비한 것을 특징으로 하는 전지 팩 시스템.
청구항 2 기재의 이차 전지의 잔존 용량 추정 방법을 실행하는 컴퓨터 시스템과, 상기 전지 팩을 구비한 전지 팩 시스템을 탑재한 것을 특징으로 하는 전동 차량.
이차 전지에 흐르는 전류를 전류 데이터로서 측정하는 전류 측정부와,

상기 전류에 대응한 상기 이차 전지의 단자 전압을 전압 데이터로서 측정하는 전압 측정부와,

상기 전류 측정부로부터의 전류 데이터와 상기 전압 측정부로부터의 전압 데이터와의 다수개의 그룹 데이터에 의거하여, 상기 이차 전지의 기전력을 산출하는 기전력 산출부와,

상기 기전력 산출부로부터의 기전력에 따라, 전류 적산 계수에 대한 보정량을 결정하는 전류 적산 계수 보정부와,

상기 전류 적산 계수 보정부로부터의 보정량과 충전 효율로부터, 상기 전류 적산 계수를 출력하는 가산기와,

상기 가산기로부터의 전류 적산 계수를 상기 전류 데이터에 승산하고, 전류 적산에 의해, 상기 이차 전지의 잔존 용량을 추정하는 잔존 용량 추정부를 구비한 것을 특징으로 하는 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치.
이차 전지인 다수개의 단전지를 조합하여 이루어지고, 중간적 충전 상태에서 사용되는 전지 팩에 흐르는 전류를 전류 데이터로서 측정하는 전류 측정부와,

상기 전류에 대응한 상기 이차 전지의 단자 전압을 전압 데이터로서 측정하는 전압 측정부와,

상기 전류 측정부로부터의 전류 데이터와 상기 전압 측정부로부터의 전압 데이터와의 다수개의 그룹 데이터에 의거하여, 상기 이차 전지의 기전력을 산출하는 기전력 산출부와,

상기 기전력 산출부로부터의 상기 기전력에 따라, 전류 적산 계수에 대한 보정량을 결정하는 전류 적산 계수 보정부와,

상기 전류 적산 계수 보정부로부터의 보정량과 충전 효율로부터, 상기 전류 적산 계수를 출력하는 가산기와,

상기 가산기로부터의 전류 적산 계수를 상기 전류 데이터에 승산하고, 전류 적산에 의해, 상기 이차 전지의 잔존 용량을 추정하는 잔존 용량 추정부를 구비한것을 특징으로 하는 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치.
청구항 6 기재의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치와,

상기 전지 팩을 구비한 것을 특징으로 하는 전지 팩 시스템.
청구항 6 기재의 이차 전지의 잔존 용량 추정 장치와, 상기 전지 팩을 구비한 전지 팩 시스템을 탑재한 것을 특징으로 하는 전동 차량.