WO2017199629A1 - 電池制御装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a battery control device.
- Battery systems installed in electric vehicles such as electric vehicles (EV), plug-in hybrid vehicles (PHEV), and hybrid vehicles (HEV) detect battery voltage, temperature, and current in order to maximize battery performance. Based on these, a battery control device that calculates the state of charge of the battery (State of Charge: SOC), the state of deterioration (State of Health: SOH), and the power that can be input and output of the battery is provided.
- SOC state of Charge of the battery
- SOH state of deterioration
- SOH state of deterioration
- the internal resistance of the battery increases with deterioration. Therefore, calculate the internal resistance value of the battery in real time and use it to calculate the input / output power of the battery appropriately, or calculate the ratio between the initial internal resistance and the internal resistance after deterioration as SOH, This is used as a guide for battery replacement.
- a method for calculating the internal resistance of the battery there are a method for calculating from the ratio between the battery voltage change amount and the current change amount, and a method for calculating based on an equivalent circuit model in which the resistance component of the battery is modeled.
- Patent Literature 1 discloses a technique for extracting each circuit parameter constituting an equivalent circuit model using an adaptive digital filter based on current and voltage during charging and discharging.
- the battery control device includes an internal resistance calculation unit that calculates the internal resistance value of the battery, and controls the battery based on the internal resistance value calculated by the internal resistance calculation unit.
- An index calculation unit that calculates an index representing the polarization voltage of the battery and a determination unit that determines whether or not the index is equal to or higher than a determination threshold value, and is determined to be equal to or higher than the determination threshold value by the determination unit.
- the battery is controlled based on the internal resistance value calculated when the index is less than the determination threshold value before the determination.
- FIG. 1 is a diagram for explaining the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the SOC table.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of the unit cell control unit.
- FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the assembled battery control unit.
- FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the SOC calculation unit.
- FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a correspondence relationship between the SOC and the OCV.
- FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of a single battery.
- FIG. 8 is a diagram illustrating the behavior of the voltage when a charging current flows through the single battery represented by the equivalent circuit of FIG.
- FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the internal resistance calculation execution determination unit.
- FIG. 1 is a diagram for explaining the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the SOC table.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of the unit cell
- FIG. 10 is a diagram for explaining whether or not the internal resistance calculation is possible.
- FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of the SOH calculation unit.
- FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the SOH calculation result.
- FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of an internal resistance calculation execution determination unit according to the second embodiment.
- FIG. 14 is a diagram illustrating an example of moving average value calculation.
- FIG. 15 is a diagram showing the relaxation behavior of the polarization voltage.
- FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the SOH calculation result in the second embodiment.
- FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration of the internal resistance calculation execution determination unit in the second embodiment.
- FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the SOH calculation result in the third embodiment.
- FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of the SOH calculation unit.
- FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the SOH calculation result.
- FIG. 13 is
- FIG. 19 is a diagram showing a calculated polarization voltage value and a true polarization voltage value when energized.
- FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration of an internal resistance calculation execution determination unit according to the fourth embodiment.
- FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the SOH calculation result in the fourth embodiment.
- FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of the assembled battery control unit in the fifth embodiment.
- FIG. 23 is a block diagram illustrating a configuration of an internal resistance calculation execution determination unit according to the fifth embodiment.
- FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a data table of polarization determination threshold values in the sixth embodiment.
- the configuration of the embodiment described below can also be applied to a battery control circuit of a battery system that constitutes a power source for an industrial vehicle such as a passenger car such as a plug-in hybrid vehicle (PHEV) or an electric vehicle (EV) or a hybrid railway vehicle. .
- PHEV plug-in hybrid vehicle
- EV electric vehicle
- hybrid railway vehicle a hybrid railway vehicle.
- a lithium ion battery is applied to a battery constituting a power storage unit
- a nickel metal hydride battery, a lead battery, an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor, or the like can also be used as the battery.
- FIG. 1 is a diagram for explaining the battery control device according to the first embodiment, and shows a configuration example of an electric system of a hybrid vehicle.
- Battery system 100 is connected to inverter 400 via relays 300 and 310.
- Inverter 400 supplies electric power from battery system 100 to motor generator 410.
- Inverter 400 and motor generator 410 are controlled by motor / inverter controller 420.
- the vehicle control unit 200 determines the distribution of driving force based on battery information such as SOC (State of charge) of the battery system 100, information from the inverter 400 and the motor generator 410, information from an engine (not shown), and the like. To do.
- SOC State of charge
- the configuration of the battery system 100 includes an assembled battery 110 composed of a plurality of unit cells 111, a unit cell management unit 120 that monitors the state of the unit cell 111, a current detection unit 130 that detects a current flowing through the assembled battery 110, and a group.
- a voltage detection unit 140 that detects the total voltage of the battery 110, an assembled battery control unit 150 that controls the assembled battery 110, and a storage unit that stores information on battery characteristics of the assembled battery 110, the single battery 111, and the single battery group 112 180.
- the assembled battery 110 is configured by electrically connecting a plurality of unit cells 111 (for example, lithium ion batteries) capable of storing and releasing electrical energy (charging and discharging DC power) in series.
- unit cells 111 for example, lithium ion batteries
- One unit cell 111 has an output voltage of 3.0 to 4.2 V (average output voltage: 3.6 V).
- OCV Open Circuit Voltage
- the unit cells 111 constituting the assembled battery 110 are grouped into a predetermined number of units when managing and controlling the state of the unit cells 111. In the example shown in FIG. 1, it is grouped into two cell groups 112a and 112b. The grouped unit cells 111 are electrically connected in series to form a unit cell group 112.
- the predetermined number of units may be equal divisions such as 1, 4, 6, etc., or may be combined divisions such as combining 4 and 6 units. is there. In the example shown in FIG. 1, the predetermined number of units is four.
- the single cell management unit 120 monitors the state of the single cells 111 constituting the assembled battery 110 as described above.
- the unit cell management unit 120 includes a plurality of unit cell control units 121a and 121b, and one unit cell control unit 121 is assigned to the unit cell group 112 grouped as described above.
- the unit cell control unit 121 operates by receiving power from the allocated unit cell group 112.
- the unit cell control unit 121 monitors the battery voltage and temperature of the unit cells 111 constituting the unit cell group 112.
- a cell control unit 121a and a cell control unit 121b are provided corresponding to the cell group 112a and the cell group 112b.
- the unit cell group 112 is assumed to have a configuration in which four unit cells 111 are electrically connected in series.
- the single cell controller 121 is configured to monitor.
- the assembled battery control unit 150 is transmitted from the voltage detection unit 140, the battery voltage and temperature of the unit cell 111 transmitted from the unit cell management unit 120, the current value flowing through the assembled battery 110 transmitted from the current detection unit 130, and the voltage detection unit 140.
- a total voltage value of the assembled battery 110, a diagnosis result indicating whether the unit cell 111 is overcharged or overdischarged, and an abnormal signal output when a communication error occurs in the unit cell management unit 120 are input.
- the assembled battery control unit 150 detects the state of the assembled battery 110 based on the input information.
- the result of the process performed by the assembled battery control unit 150 is transmitted to the single cell management unit 120 and the vehicle control unit 200.
- the assembled battery control unit 150 and the single cell management unit 120 perform signal transmission / reception through the signal communication unit 160.
- the signal communication unit 160 is provided with an insulating element 170 such as a photocoupler.
- the insulating element 170 is provided because the operating power supply is different between the assembled battery control unit 150 and the unit cell management unit 120.
- the single cell management unit 120 operates by receiving power from the assembled battery 110, but the assembled battery control unit 150 uses a battery for in-vehicle auxiliary equipment (for example, a 12V battery) as a power source.
- the insulating element 170 may be mounted on a circuit board that constitutes the unit cell management unit 120 or may be mounted on a circuit board that constitutes the assembled battery control unit 150. Depending on the system configuration, the insulating element 170 may be omitted.
- the cell control units 121a and 121b are connected in series according to the order of potential of the cell groups 112a and 112b monitored by each.
- the signal transmitted by the assembled battery control unit 150 is input to the single cell control unit 121a by the signal communication unit 160 provided with the insulating element 170.
- the output of the cell control unit 121a and the input of the cell control unit 121b are connected by the signal communication unit 160, and the signal communication unit 160 transmits a signal.
- the insulating element 170 is not provided between the single cell control unit 121a and the single cell control unit 121b, but the insulating element 170 may be provided.
- the output signal from the cell control unit 121b is transmitted to the input unit of the battery pack control unit 150 by the signal communication unit 160 provided with the insulating element 170.
- the assembled battery control unit 150 and the single cell control units 1211a and 121b are connected in a loop by the signal communication unit 160.
- This loop connection may be referred to as a daisy chain connection, a daisy chain connection, or a random connection.
- the storage unit 180 includes internal resistance characteristics of the assembled battery 110, the single battery 111, and the single battery group 112, capacity at full charge, polarization resistance characteristics, deterioration characteristics, individual difference information, and correspondence between SOC and OCV (SOC table). Such information is stored.
- the storage unit 180 is installed outside the assembled battery control unit 150 or the unit cell management unit 120, but the storage unit is included in the assembled battery control unit 150 or the unit cell management unit 120. It may be provided.
- FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the SOC table stored in the storage unit 180.
- the SOC table is a data table in which the correspondence relationship between the OCV of the unit cell 111 and the SOC of the unit cell 111 is described according to the temperature.
- the storage unit 180 stores various battery characteristic information such as internal resistance characteristics and polarization resistance characteristics as a data table in which correspondence relationships with various parameters such as SOC and temperature are described in the same manner as the SOC table.
- the data table is used as the correspondence between the OCV and the SOC.
- the correspondence between the OCV and the SOC may be expressed by an equation or the like, and is not limited to the form of the data table. Absent.
- FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of the unit cell control unit 121.
- the cell control unit 121 includes a voltage detection circuit 122, a control circuit 123, a signal input / output circuit 124, and a temperature detection unit 125.
- the voltage detection circuit 122 measures the voltage between the terminals of each unit cell 111.
- the temperature detection unit 125 measures the temperature of the cell group 112.
- the control circuit 123 receives the measurement results from the voltage detection circuit 122 and the temperature detection unit 125, and transmits the measurement results to the assembled battery control unit 150 via the signal input / output circuit 124.
- the unit cell control unit 121 is mounted with a circuit configuration for equalizing variations in voltage and SOC between the unit cells 111 caused by self-discharge and variations in consumption current. The description is omitted as it is well known.
- the temperature detection unit 125 measures a single temperature of the single cell group 112 as a whole, and treats the temperature as a representative temperature value of the single cells 111 constituting the single cell group 112. Therefore, the single battery control unit 121 is provided with one temperature detection unit 125.
- the temperature measured by the temperature detection unit 125 is used for various calculations for detecting the state of the cell 111, the cell group 112, or the assembled battery 110.
- the temperature detection part 125 may be provided for every single cell 111, temperature may be measured for every single cell 111, and various calculations may be performed based on the temperature for every single cell 111.
- the configuration of the unit cell control unit 121 becomes complicated accordingly.
- FIG. 3 simply shows the temperature detection unit 125.
- a temperature sensor is installed in the temperature measurement target, the temperature sensor outputs temperature information as a voltage, and the measurement result is transmitted to the signal input / output circuit 124 via the control circuit 123.
- the signal input / output circuit 124 outputs the measurement result to the outside of the unit cell control unit 121.
- a function for realizing this series of flows is implemented in the unit cell control unit 121 as the temperature detection unit 125.
- the voltage detection circuit 122 can also be used to measure temperature information (voltage).
- FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the assembled battery control unit 150.
- FIG. 4 shows a configuration related to the SOC calculation and the SOH calculation related to the battery control in the present embodiment, and for the sake of simplicity, a diagnosis process related to the single battery 111 performed by the assembled battery control unit 150 and a single battery management unit
- the illustration and description of the configuration relating to processing based on an abnormal signal output when a communication error or the like occurs in 120 is omitted.
- the assembled battery control unit 150 includes an SOC calculation unit 151, an internal resistance calculation execution determination unit 152, and an SOH calculation unit 153.
- the SOC calculation unit 151 includes the voltage of the unit cells 111 constituting the assembled battery 110 (the average voltage of each unit cell 111), the current flowing through the assembled battery 110, the temperature of the assembled battery 110, and the SOH output by the SOH calculation unit 153. State of Health) is entered.
- the SOC calculation unit 151 calculates and outputs SOC and SOCv based on these inputs. The contents of the SOC and SOCv calculation processing will be described later.
- the internal resistance calculation execution determination unit 152 receives the voltage of the unit cells 111 constituting the assembled battery 110, the current flowing through the assembled battery 110, the temperature of the assembled battery 110, and the aforementioned SOC, SOCv, and SOH. The internal resistance calculation execution determination unit 152 determines whether or not the SOH calculation can be executed based on these inputs, and outputs the determination result. The SOC and SOH calculated by the assembled battery control unit 150 are transmitted to the vehicle control unit 200.
- FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the SOC calculation unit 151.
- the SOC calculation unit 151 includes an SOCi calculation unit 1511, an SOCv calculation unit 1512, and a combination calculation unit 1513.
- the SOCi calculation unit 1511 calculates the SOC based on the integrated value of current (hereinafter referred to as SOCi). Is calculated and output. SOCi is calculated by the following equation (1).
- SOCold is the previous value of SOC calculated by equation (8) described later (calculation result one cycle before).
- ⁇ SOC is the amount of change in the SOC due to the current I flowing from the previous calculation to the current calculation
- Qmax is the full charge capacity of the unit cell 111
- ts is the control cycle (sampling cycle of current, voltage, etc.) ).
- the SOCv calculation unit 1512 calculates an OCV based on the input voltage, current, and temperature, and the SOC corresponding to the calculated OCV (hereinafter referred to as SOCv) from the calculated OCV and the correspondence shown in FIG. ) Is calculated.
- FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the unit cell 111.
- the unit cell 111 models a DC power source that simulates an OCV that represents the open circuit voltage of the battery, Ro that represents an electrical resistance such as an electrode or an electrolyte, and a resistance component (polarization component) that accompanies the electrochemical reaction of the battery.
- the circuit configuration is such that parallelized Rp and C parallel circuits are connected in series.
- FIG. 8 shows the behavior of the voltage when the charging current I flows through the unit cell 111 represented by the equivalent circuit of FIG.
- a voltage increase Vo I ⁇ Ro
- Vp Ip ⁇ Rp
- Vp Ip ⁇ Rp (3)
- OCV CCV- (Vo + Vp) (4)
- Ro and Rp in the expressions (2) and (3) are the resistance values (RoInit and RpInit) when the unit cell 111 is new as shown in the following expressions (5) and (6). ).
- RoInit and RpInit data tables corresponding to the SOC and temperature are stored in advance in the storage unit 180, and are calculated from the data table based on the current SOC and temperature.
- Ip for example, a result obtained by applying a first-order lag filter to a current value as in the following equation (7) can be used.
- I is a current value
- ts is a sampling period
- ⁇ is a time constant
- Ipold Ip one control period before.
- Ro RoInit ⁇ SOH / 100 (5)
- Rp RpInit ⁇ SOH / 100 (6)
- Ip I ⁇ (ts / ⁇ ) + Ipold ⁇ (1 ⁇ ts / ⁇ ) (7)
- the SOCv calculation unit 1512 calculates the OCV by the above equation (4), and calculates the SOC corresponding to the OCV as the SOCv as shown in FIG.
- SOC Map (OCV)
- Map (OCV) Map (OCV)
- Combination calculation unit 1513 calculates SOC by the following equation (8), using SOCi calculated by SOCi calculation unit 1511, SOCv calculated by SOCv calculation unit 1512, current, and temperature as inputs.
- w represents a weighting coefficient, and is calculated by the following Expression (9), for example.
- the weighting coefficient w as shown in the equation (9) is provided, but the present invention is not limited to this.
- FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the internal resistance calculation execution determination unit 152.
- the internal resistance calculation execution determination unit 152 includes an internal resistance error detection unit 1521, a polarization voltage determination unit 1522, and a correction availability determination unit 1523.
- the internal resistance error detection unit 1521 determines whether or not there is an error in the resistance values (Ro, Rp) in the above-described SOCv calculation based on the SOC and SOCv input from the SOC calculation unit 151. Specifically, when the absolute value of the difference between SOC and SOCv is greater than or equal to a predetermined value, it is necessary to correct the internal resistance value (each circuit parameter in the equivalent circuit of FIG. 7) used in the calculation of SOCv. Determine and output the determination result.
- the polarization voltage determination unit 1522 calculates the polarization voltage Vp based on the SOC, current, voltage, and temperature, and determines whether the internal resistance calculation is possible based on the calculated magnitude of the polarization voltage Vp.
- FIG. 10 is a diagram for explaining whether or not the internal resistance calculation by the polarization voltage determination unit 1522 is possible.
- the broken line L1 indicates the calculated value of the polarization voltage
- the solid line L2 indicates the true value of the polarization voltage.
- the polarization voltage Vp gradually increases with time. At this time, the sign of the polarization voltage Vp is positive. There is a charge / discharge rest state after the charging current is input, but polarization is relaxed in this rest state. However, if the discharge current is applied before the relaxation is completed, the polarization voltage gradually increases in the negative direction over time.
- the difference between the calculated value of the polarization voltage and the true value is small in the initial region B of the energization time.
- the polarization voltage increases and the deviation between the calculated polarization voltage value and the true value also increases (region C).
- the discharge current flows before the polarization voltage is relaxed.
- the influence of the error (calculation error) generated when the charging current is energized remains when the discharge current is energized (region D), and the polarization voltage cannot be accurately calculated when the discharge current is energized (region E). .
- the error in the calculated internal resistance is large, and an error also occurs in the SOH calculation based on the internal resistance. .
- region E the polarization voltage generated during charging remains before the start of discharging, and the polarization voltage is still large, so that the calculation accuracy of the polarization voltage during discharge current conduction cannot be sufficiently secured. It can be judged.
- a predetermined threshold value (A on the positive side, -A on the negative side) is provided for the polarization voltage, and the internal resistance is calculated under the condition that the absolute value of the polarization voltage is large. Do not configure. Furthermore, when the absolute value of the polarization voltage before the current application is greater than or equal to the threshold value, the internal resistance is not calculated during the current application.
- a polarization determination threshold value (hereinafter referred to as a polarization determination threshold value) may be set by passing a current value in consideration of an actual traveling pattern of the vehicle, battery characteristics, and the like, and estimating a polarization voltage generated at that time.
- the polarization voltage Vp which is a voltage change due to the polarization resistance component, may be calculated from the equation (3), or calculated by the following equation (10). You may do it.
- Vp CCV ⁇ Vo ⁇ OCV (10)
- the absolute value of the polarization voltage obtained by the equations (3) and (10) is calculated and used as an index. That is, it is determined whether or not the absolute value
- the correction availability determination unit 1523 determines whether or not to perform the internal resistance correction calculation based on the determination results of the internal resistance error detection unit 1521 and the polarization voltage determination unit 1522. As described above, the internal resistance error detection unit 1521 determines that the internal resistance value needs to be corrected when the absolute value of the difference between the SOC and the SOCv is equal to or greater than a predetermined value. In addition, the polarization voltage determination unit 1522 determines whether or not the absolute value of the polarization voltage is greater than or equal to the polarization determination threshold value. The correction possibility determination unit 1523 corrects the internal resistance when the internal resistance error detection unit 1521 determines that the internal resistance value needs to be corrected and the absolute value of the polarization voltage is less than the polarization determination threshold. It is determined that the calculation should be performed. In other cases, it is determined that the internal resistance correction calculation cannot be executed.
- FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the SOH calculation unit 153.
- the SOH calculation unit 153 includes an internal resistance correction unit 1531 and an SOH calculation unit 1532.
- the internal resistance correction unit 1531 receives the determination result of the internal resistance calculation execution determination unit 152, the SOC, and the temperature.
- the internal resistance correction unit 1531 stores the internal resistance corresponding to the input SOC and temperature from the internal resistance table stored in the storage unit 180. The resistance value is read and the internal resistance value is corrected. The corrected result is output to the SOH calculation unit 1532.
- the following is performed based on the difference between SOC and SOCv.
- the difference (SOC-SOCv) is positive during charging
- the internal resistance value is corrected to be decreased by a predetermined correction amount so that the difference is decreased.
- the difference (SOC-SOCv) is negative during charging
- the internal resistance value is corrected to be increased by a predetermined correction amount.
- the difference (SOC-SOCv) is positive during discharge
- the internal resistance value is corrected to increase by a predetermined correction amount.
- the difference is negative
- the internal resistance value is decreased by a predetermined correction amount.
- the SOH calculation unit 1532 calculates SOH by the following equation (11), for example.
- SOH is the ratio of Ro and RoInit, but may be the ratio of Rp and RpInit.
- SOH 100 ⁇ Ro / RoInit (11)
- the internal resistance correction unit 1531 does not correct the internal resistance value, and the internal resistance before it is determined that the polarization voltage is high. Output the value. For example, when calculation processing is performed along an arbitrary calculation cycle, the internal resistance value calculated in the calculation cycle immediately before the calculation cycle determined to be unexecutable is output. For this reason, the SOH calculated by the above equation (11) is also the SOH before it is determined that the polarization voltage is high.
- the SOH calculated by the SOH calculation unit 1532 is fed back to the SOCv calculation unit 1512 in the SOC calculation unit 151 and used for the calculation of the SOCv in the next calculation cycle.
- the internal resistance value is sequentially corrected so that the difference between the SOC and the SOCv becomes small.
- FIG. 12 is a diagram showing an example of the SOH calculation result.
- FIG. 12A shows time-series data of current (line LI) and voltage (line LV).
- 12B and 12C show the calculation results of the polarization voltage and SOH when the current and voltage shown in FIG. 12A are input. Since the current needs to be energized to execute the internal resistance value correction calculation, the resistance correction calculation is not executed in the idle period when the current is not energized. In this case, the SOH calculation unit 1532 outputs the SOH calculation result immediately before entering the pause.
- the correction operation of the internal resistance value is executed, and the SOH gradually increases.
- the polarization voltage deviates from the polarization determination threshold ( ⁇ A) (the case where
- the correction calculation of the internal resistance value is stopped at the deviating timing, and the polarization
- the internal resistance value before deviating from the determination threshold is output.
- the SOH calculated based on the internal resistance value is not updated while the polarization voltage deviates from the polarization determination threshold value, and the SOH having the same value as the SOH before the polarization determination threshold value is output. .
- the discharge period H1 After the discharge period H1 is stopped, it becomes a rest period, but since the period is short, the polarization voltage before the current is switched is also at the time point P1 (before the discharge current flows) when the current switches from the rest period to the charge period J1. Remains large. Therefore, even if a charging current flows during the charging period J1, the SOH update is stopped, and the SOH before the polarization determination (the SOH at the end of the discharging period H1) is output.
- the previous pause period is long, and at the start of the discharge period H2, the polarization voltage is relaxed to within the range of the polarization determination threshold. Therefore, when the discharge in the discharge period H2 is started, the SOH is updated. However, in the latter period H2b of the discharge period H2, the SOH is not updated because the polarization voltage deviates from the polarization determination threshold ( ⁇ A).
- the SOH is updated as in the charging period J1. Instead, SOH having the same value as the SOH immediately before the charging period J2 is output.
- the assembled battery control unit 150 as the battery control device includes the internal resistance correction unit 1531 that calculates the internal resistance value of the assembled battery 110, and is based on the internal resistance value calculated by the internal resistance correction unit 1531.
- the assembled battery 110 is controlled.
- the polarization voltage determination unit 1522 of the assembled battery control unit 150 calculates an index representing the polarization voltage of the assembled battery 110 and determines whether the calculated index is equal to or greater than a predetermined threshold.
- the polarization voltage Vp calculated based on the formula (3) or the formula (10) is used as an index representing the polarization voltage.
- the polarization voltage Vp is calculated based on at least one of the current, voltage, and temperature flowing through the battery.
- the polarization voltage Vp as an index is determined to be
- the assembled battery 110 is controlled.
- ⁇ A is used to calculate the internal resistance of the battery and the deterioration degree (SOH) of the internal resistance. It becomes possible to suppress a decrease in accuracy.
- the polarization voltage determined based on one or more that is, the polarization voltage Vp as the voltage change due to the polarization resistance component calculated by the equations (3) and (10) is
- the charging period after the start of energization In J1 the battery in the charging period is controlled based on the internal resistance value calculated when it is less than the determination threshold (
- the internal resistance value is calculated based on a difference between two charging states with different calculation methods, for example, a difference between SOC and SOCv, and the internal resistance value is reduced so that the difference between SOC and SOCv becomes small. Is corrected.
- ⁇ A that is, in a situation where the calculation error is large
- the calculated value of the deterioration degree SOH of the battery is kept constant. It is possible to prevent a large deviation from the true value.
- one of the two charge states (SOC, SOCv) is a charge state SOCv calculated based on the open circuit voltage OCV of the battery.
- FIGS. 1 and 1 of the first embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the configuration of the electric system for the hybrid vehicle in the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1 of the first embodiment, and the following is a difference from the configuration of the first embodiment. The explanation will be focused on.
- Vp is directly calculated from Expression (3) or Expression (10), and using this as an index, it is determined whether the polarization voltage is equal to or higher than a predetermined value.
- FIG. 13 is a block diagram of the internal resistance calculation execution determination unit 152 in the present embodiment. 9 is different from the internal resistance calculation execution determination unit 152 shown in FIG. 9 only in the configuration of the polarization voltage determination unit 1522a.
- the polarization voltage determination unit 1522 in FIG. 9 calculates the polarization voltage from the equation (3) or the equation (10). However, in the polarization voltage determination unit 1522a of the present embodiment, the current value is input and an arbitrary interval is calculated. A current moving average value is calculated, and this current moving average value is used as a polarization voltage determination index.
- the polarization voltage varies in appearance depending on the history of the current flowing through the battery. Therefore, the magnitude of the polarization voltage can be indirectly determined by looking at the moving average value calculated from the current in a certain section.
- FIG. 14 is a diagram illustrating an example of moving average value calculation.
- a line L30 indicates an instantaneous current
- L31 indicates a moving average current.
- a moving average value of an arbitrary time window Tw is calculated according to the following formula (12), and this is compared with a polarization determination threshold value.
- the polarization determination threshold value may be determined based on the actual traveling pattern and battery characteristics of the vehicle on which the electric system is mounted.
- the moving average value is taken as an example, but as shown in the following equation (13), a result Iave obtained by applying a first-order lag filter to the current value may be used instead of the moving average value.
- I represents a current value
- ts represents a sampling period
- ⁇ represents a time constant
- Iave_old represents Iave one control period before.
- Tw and ⁇ in the expressions (12) and (13) may be variable according to the temperature of the battery.
- FIG. 15 is a diagram showing the relaxation behavior of the polarization voltage according to temperature.
- FIG. 15B shows the transition of the current flowing through the battery
- FIG. 15A shows the transition of the battery voltage (CCV).
- Line L41 shows the case of low temperature, and the polarization relaxation time is t41.
- Line L42 shows the case of normal temperature, and the polarization relaxation time is t42.
- Line L43 shows the case of high temperature, and the polarization relaxation time is t43. It can be seen that the lower the battery temperature, the longer it takes to relax the polarization.
- the current value via the moving average reflecting the relaxation behavior of the polarization voltage or the first-order lag filter is calculated.
- the behavior of the polarization voltage can be expressed more accurately.
- FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the SOH calculation result in the second embodiment.
- FIG. 16A shows time-series data of current (line LI) and voltage (line LV).
- FIGS. 16B and 16C show the calculation results of the moving average current and SOH when the current and voltage shown in FIG. 16A are input.
- the resistance correction calculation is not executed in the idle period in which no current flows.
- the SOH calculation result immediately before entering the suspension period is output.
- the correction calculation of the internal resistance value is executed, and the SOH gradually increases.
- the discharge period H1 is in the latter period H1b, the moving average current deviates from the polarization determination threshold ( ⁇ A1), and when it deviates, the correction calculation of the internal resistance value is stopped, and the internal resistance value before deviating from the polarization determination threshold is output. Is done.
- the SOH calculated based on the internal resistance value is not updated while the moving average current deviates from the polarization determination threshold, and the SOH having the same value as the SOH before the deviation from the polarization determination threshold is output.
- the moving average current After the stop of the discharge period H1, it becomes a rest period, but since the period is short, the moving average current also has a polarization determination threshold at the time point P3 (before the discharge current flows) from the rest period to the charge period J1. Deviates. Therefore, even if a charging current flows during the charging period J1, the SOH update is stopped, and the SOH before the polarization determination (the SOH at the end of the discharging period H1) is output.
- the SOH is updated as in the charging period J1.
- the SOH having the same value as the SOH immediately before the charging period J2 is output.
- a value obtained by averaging the current flowing through the battery in time series is used. It was calculated as an index representing the polarization voltage. Then, it is determined whether the polarization voltage is equal to or higher than a predetermined value depending on whether the index is equal to or higher than the polarization determination threshold (whether it deviates from the polarization determination threshold). The correction control is not performed, and the control is performed using the internal resistance calculation value before the predetermined value or more.
- the internal resistance correction calculation is not performed in a situation where the error of the internal resistance correction calculation becomes large, it is possible to suppress a decrease in the calculation accuracy of the internal resistance and the deterioration degree (SOH) of the internal resistance. Further, it is easier to obtain the average value of the current values than when the polarization voltage Vp is calculated.
- FIGS. 1 -Third embodiment- A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the configuration of the electric system of the hybrid vehicle in the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1 of the first embodiment, and hereinafter the configurations of the first and second embodiments. It demonstrates centering on a different part.
- Vp is directly calculated from Expression (3) or Expression (10), and using this as an index, it is determined whether the polarization voltage is equal to or higher than the polarization determination threshold.
- the second embodiment it is determined whether the polarization voltage is equal to or higher than the polarization determination threshold based on the value of the current flowing through the battery instead of directly calculated Vp.
- this embodiment described below it is possible to determine whether or not the polarization voltage is equal to or higher than a predetermined value by a simpler method than in the first and second embodiments.
- the polarization voltage increases with the passage of current. Therefore, in this embodiment, the energization time of the current is counted, and it is determined whether or not the polarization voltage is greater than or equal to a predetermined value depending on whether or not the counted continuous energization time is greater than or equal to a predetermined value.
- FIG. 17 shows a block diagram of the internal resistance calculation execution determination unit 152 in the present embodiment.
- the difference from the internal resistance calculation execution determination unit 152 in the first and second embodiments is that an energization time measurement unit 1524 is provided.
- the energization time measurement unit 1524 receives current as an input, and counts the continuous energization time when the absolute value of the current is equal to or greater than a predetermined value and only one of charging or discharging continues. The count result is input to the polarization voltage determination unit 1522b.
- the polarization voltage determination unit 1522b determines that the polarization voltage is large when the count result (continuous energization time) is equal to or greater than the polarization determination threshold A2. When it is determined that the polarization voltage is large, the internal resistance correction calculation is not performed, and the internal resistance value before the polarization voltage is determined to be large is calculated as in the first and second embodiments. Output as the internal resistance of the battery.
- FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the SOH calculation result in the third embodiment.
- FIG. 18A shows time-series data of current (line LI) and voltage (line LV).
- 18B and 18C show count results (continuous energization time) and SOH calculation results when the current and voltage shown in FIG. 18A are input.
- the resistance correction calculation is not executed in the idle period in which no current flows.
- the SOH calculation result immediately before entering the suspension period is output.
- the internal resistance value correction calculation is executed, and the SOH gradually increases.
- the SOH calculated based on the internal resistance value is not updated while the continuous energization time deviates from the polarization determination threshold, and the SOH having the same value as the SOH before the deviation from the polarization determination threshold is output.
- the internal resistance correction calculation is not performed, and the internal resistance calculation before the continuous energization time becomes equal to or greater than the polarization determination threshold (A2). Since the value is used, as in the case of the first and second embodiments described above, it is possible to suppress a decrease in the calculation accuracy of the internal resistance and the deterioration degree (SOH) of the internal resistance. Furthermore, in the present embodiment, the time during which the current flowing through the battery is energized (continuous energization time) is counted, and based on the counted continuous energization time, it is determined whether the polarization voltage is greater than or equal to the polarization determination threshold. I did it. Therefore, it is possible to appropriately determine whether or not the polarization voltage is equal to or higher than the polarization determination threshold value by a simpler process than in the case of the first embodiment or the second embodiment described above.
- FIGS. 1 -Fourth embodiment- A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the configuration of the electric system for the hybrid vehicle in the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1 of the first embodiment, and the configurations of the first to third embodiments are described below. It demonstrates centering on a different part.
- one parameter is used as a polarization voltage determination index in any case.
- Vp calculated from Expression (3) or Expression (10) is used as an index for determining whether the polarization voltage is equal to or higher than a predetermined value.
- the present embodiment instead of determining the magnitude of the polarization voltage from one parameter, for example, the determination based on the polarization voltage calculated from the expression (3) or the expression (10) in the first embodiment, It is determined whether or not the polarization voltage is large by using together with the determination based on the energization time in the third embodiment.
- FIG. 19 is a diagram illustrating an example in which such a determination cannot be performed accurately.
- FIG. 19 is a diagram showing a calculated polarization voltage and a true polarization voltage during energization (charge / discharge). Due to the error included in the internal resistance value, a divergence occurs between the polarization voltage calculation value (line L51) and the polarization voltage true value (line L52). At the time of discharge, the calculated polarization voltage shifts to the plus side with respect to the true value of the polarization voltage, and at the time of charge, the calculated polarization voltage shifts to the minus side with respect to the true value of the polarization voltage.
- the internal resistance calculation is not performed when the calculated polarization voltage value before the start of energization deviates from the polarization determination threshold as indicated by reference numeral P1 in FIG. It is said. However, if the polarization determination is performed with the polarization voltage at the moment when the current is applied at the start of energization, the polarization determination threshold is deviated due to an error in internal resistance.
- the polarization voltage can be determined without being affected by errors such as current, voltage, and internal resistance value. Therefore, the method of the first embodiment Then, even in a situation where the above-described divergence occurs, it is possible to accurately determine the polarization during energization. However, since the result counted after the current is passed is cleared to zero, it is impossible to determine whether the polarization voltage has relaxed during the rest period when no current is flowing, and the polarization voltage before the current is passed It is not possible to determine whether or not is large.
- a process for determining that the absolute value of the current at the time of polarization voltage determination is equal to or less than a predetermined value is added to the method of the first embodiment for the determination of the polarization voltage at the moment of energization.
- the method of the third embodiment (referred to as second polarization determination) is applied to the polarization voltage determination during energization.
- FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration of the internal resistance calculation execution determination unit 152 in the present embodiment.
- the internal resistance calculation execution determination unit 152 in FIG. 20 has a configuration in which the energization time measurement unit 1524 described in the third embodiment is added to the internal resistance calculation execution determination unit 152 (FIG. 9) in the first embodiment. It has become.
- the energization time count result (continuous energization time) output by the energization time measurement unit 1524 is input to the polarization voltage determination unit 1522c.
- the polarization voltage determination unit 1522c includes a determination result (first polarization determination) based on Vp and current before the current calculated by Expression (10) is applied, and a determination result (second polarization determination) based on the energization time count result. If any of them determines that the internal resistance calculation cannot be performed, it outputs that the calculation cannot be performed as a determination result.
- FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the SOH calculation result in the fourth embodiment.
- FIG. 21 (a). The time series data of current (line LI) and voltage (line LV) are shown.
- FIGS. 21B to 21D show calculation results of polarization voltage, continuous energization time, and SOH when the current and voltage shown in FIG. 21A are input.
- the current In order to execute the correction calculation of the internal resistance value, the current needs to be energized. Therefore, the resistance correction calculation is not executed in the idle period in which the current is not energized. Assume that the SOH calculation result immediately before entering the pause is output.
- Vp before the current calculated by the equation (10) is energized, a determination result based on the current (first polarization determination), and a determination result based on the energization time count result (second polarization).
- the determination result that the correction calculation is executed is output from the polarization voltage determination unit 1522c.
- the internal resistance value correction calculation is executed, and the SOH increases as shown in FIG.
- the charging period J1 the count value of the continuous energization time is polarized. Even if it is less than the determination threshold A2, it is determined by the first polarization determination that internal resistance calculation is impossible. As a result, the SOH update is stopped, and the SOH immediately before the polarization determination is output.
- the pause period is long, and the polarization voltage has relaxed to within the polarization determination threshold, so the SOH is updated.
- the count value of the continuous energization time becomes abnormal in the polarization determination threshold A2, so that the internal resistance calculation is disabled and the update of the SOH is stopped.
- the SOH is not updated as in the charging period J1, and the SOH immediately before the polarization determination is output.
- the polarization voltage determination unit 1522c calculates the polarization voltage calculation value by Equation (10) based on the battery voltage, temperature, and current flowing through the battery, and the energization time measurement unit 1524
- the continuous energization time which is the time during which the current flows through the battery, is calculated.
- the continuous energization time is applied as an index of the polarization voltage during energization
- the polarization voltage calculated value is applied as the polarization voltage before the start of energization.
- An indicator can be used.
- the magnitude of the polarization voltage is determined based on these indices, and when the index is equal to or greater than the polarization determination threshold, the battery is controlled based on the internal resistance value calculated before the threshold is exceeded.
- SOH degree of deterioration of the internal resistance
- polarization voltage index is not limited to the above three types as long as the magnitude of the polarization voltage can be determined.
- FIGS. 1 -Fifth embodiment- A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the configuration of the electric system for the hybrid vehicle in the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1 of the first embodiment, and the configurations of the first to fourth embodiments will be described below. It demonstrates centering on a different part.
- SOC and SOCv are used to detect the internal resistance calculation error.
- SOCi in the SOC is the integrated value of current. Is included. Therefore, when an error is included in the current sensor, the current error may be accumulated, and the SOC error may be increased, and accordingly, there is a concern that the internal resistance calculation accuracy is lowered.
- the voltage measurement value and the equivalent circuit model shown in FIG. 7 are used. By comparing with the calculated battery voltage, the internal resistance calculation error was detected and the internal resistance value was corrected.
- FIG. 22 is a block diagram showing the configuration of the assembled battery control unit 150 in the present embodiment.
- the difference from FIG. 4 of the first embodiment is that a battery voltage predicting unit 154 is provided.
- the battery voltage prediction unit 154 calculates a predicted battery voltage value (CCVmodel) as shown in the following equation (14) based on the input current, temperature, SOC, and SOH.
- CCVmodel a predicted battery voltage value as shown in the following equation (14) based on the input current, temperature, SOC, and SOH.
- OCV is calculated from the correspondence between SOC and OCV shown in FIG. 6, and Vo and Vp are calculated from Expressions (2) and (3).
- CCVmodel OCV + Vo + Vp (14)
- FIG. 23 is a block diagram illustrating a configuration of the internal resistance calculation execution determination unit 152a of the assembled battery control unit 150 illustrated in FIG.
- the internal resistance error detection unit 1521a receives the measured voltage and the predicted battery voltage value CCVmodel calculated by the battery voltage prediction unit 154.
- the internal resistance error detection unit 1521a calculates a difference between the battery voltage predicted value CCVmodel and CCV (voltage measurement value), and inputs the calculation result to the correction availability determination unit 1523.
- the polarization voltage determination unit 1522 outputs the polarization voltage determination in any of the first to fourth embodiments described above. Based on the difference input from the internal resistance error detection unit 1521a and the polarization voltage determination input from the polarization voltage determination unit 1522, the correction enable / disable determination unit 1523 outputs a determination result of whether or not the internal resistance calculation can be executed.
- the internal resistance value correction calculation based on the predicted battery voltage CCVmodel and CCV (voltage measurement value) is corrected to reduce the internal resistance value during charging if the difference between the two (CCVmodel ⁇ CCV) is positive. If it is negative, the internal resistance value is corrected to be increased. On the other hand, during discharge, if the difference between the two is positive, correction is made to increase the internal resistance value, and conversely if it is negative, correction is made to decrease the internal resistance value.
- the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. That is, when the polarization voltage increases and exceeds a predetermined threshold value, the internal resistance correction calculation is stopped, and the internal resistance value is controlled to be the internal resistance calculation value before (immediately before) exceeding the threshold value. As a result, it is possible to suppress a decrease in the calculation accuracy of the internal resistance of the battery and the degree of deterioration (SOH) of the internal resistance.
- the error detection method using a voltage instead of the SOC has been described.
- the present invention is not limited to this.
- the resistance value itself may be directly detected.
- the internal resistance initial value R0 of the battery is calculated by the following equation (16).
- R0 (Vo0 + Vp0) / I (16)
- Vo0 I ⁇ RoInit
- Vp0 Ip ⁇ RpInit.
- the effect of suppressing the reduction in the calculation accuracy by determining the polarization voltage can be obtained as in the case of the SOC and the voltage. I can do it.
- FIG. 24 is a diagram for explaining a sixth embodiment of the present invention.
- the polarization determination threshold used in the polarization voltage determination unit 1522 is set to a certain value.
- the magnitude of the polarization voltage and the calculation accuracy vary depending on the state of the battery. For example, as shown in FIG. 15, the lower the battery temperature is, and the higher the deterioration is, the higher the polarization voltage itself becomes.
- the threshold value is set too severely depending on conditions, and there is a possibility that the internal resistance correction calculation is hardly executed.
- the threshold setting is loose, there is a possibility that the internal resistance correction calculation is executed under conditions that should not be executed.
- the polarization determination threshold is made variable according to the state of the battery.
- temperature and SOH which are considered to be particularly affected, will be described as examples.
- FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a data table of polarization determination threshold values according to temperature and SOH.
- the horizontal direction is SOH (%)
- the vertical direction is temperature (° C.).
- the polarization determination threshold is set to be larger as SOH is larger, and is set to be larger as temperature is lower. In this way, by using the threshold value data table according to the temperature and SOH, it is possible to accurately determine the polarization voltage even under different conditions of temperature and SOH.
- a data table corresponding to temperature and SOC is used.
- the data table is not limited to this, and may be a data table corresponding to current, SOC, and the like.
- the present embodiment it is possible to suppress a decrease in frequency of internal resistance correction calculation or a decrease in calculation accuracy of internal resistance, which can occur in the first to fifth embodiments in which the polarization determination threshold is constant. It becomes possible.
- the control when the threshold value is exceeded that is, the internal resistance correction calculation is not performed, and the internal resistance calculation value before the threshold value is exceeded. Therefore, it is possible to more accurately perform the control, and it is possible to suppress a decrease in the calculation accuracy of the internal resistance of the battery and the deterioration degree (SOH) of the internal resistance.
- the polarization voltage directly calculated by the equations (3) and (10) described in the first embodiment and the fourth embodiment depends on the temperature and SOH.
- the polarization voltage can be accurately determined even under different conditions of temperature and SOH.
- SYMBOLS 100 Battery system, 110 ... Assembly battery, 111 ... Single battery, 112, 112a, 112b ... Single battery group, 120 ... Single battery management part, 121, 121a, 121b ... Single battery control part, 122 ... Voltage detection circuit, 123 ... Control circuit 124 ... Signal input / output circuit 125 ... Temperature detection unit 130 ... Current detection unit 140 ... Voltage detection unit 150 ... Battery battery control unit 151 ... SOC calculation unit 152, 152a ... Internal resistance calculation execution Determining unit, 153 ... SOH calculating unit, 154 ... battery voltage predicting unit, 160 ... signal communication unit, 170 ... insulating element, 180 ...
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Abstract
内部抵抗やSOHの演算精度向上を図ることができる電池制御装置の提供。 電池制御装置は、電池の内部抵抗値を算出するSOH演算部153を備え、SOH演算部153により算出された内部抵抗値に基づいて電池を制御する。そして、内部抵抗演算実行判定部152は、電池の分極電圧を表す指標を算出し、指標が判定閾値以上か否かを判定する。内部抵抗演算実行判定部152により判定閾値以上と判定されると、その判定よりも前であって前記指標が判定閾値未満のときに算出された内部抵抗値に基づいて電池を制御する。
Description
本発明は、電池制御装置に関する。
電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド自動車(PHEV)、ハイブリッド自動車(HEV)等の電動車両に搭載する電池システムは、電池の性能を最大限に引き出すために、電池の電圧や温度、電流を検出し、これらに基づいて電池の充電状態(State of Charge:SOC)、劣化状態(State of Health:SOH)や電池の入出力可能な電力を演算する電池制御装置を備えている。
電池は、劣化に伴い内部抵抗が上昇する。そのため、リアルタイムに電池の内部抵抗値を演算し、それを電池の入出力可能電力を適切に演算するのに用いたり、初期の内部抵抗と劣化後の内部抵抗との比率をSOHとし算出し、これを電池交換の目安として活用したりしている。電池の内部抵抗を演算する方式には、電池電圧変化量と電流変化量の比率から算出する方式と、電池の抵抗成分をモデル化した等価回路モデルに基づき演算する方式とがある。
後者の等価回路に基づく内部抵抗演算方式では、劣化に伴い変化する等価回路モデルの各回路パラメータ(内部抵抗値)を決定する必要があるため、充放電中にこれら回路パラメータを正確に抽出するための手法が必要となる。例えば、特許文献1には、充放電中の電流、電圧をもとに、等価回路モデルを構成する各回路パラメータを、適応デジタルフィルタにより抽出する技術が公開されている。
しかしながら、電池の内部抵抗特性は、電池に流れる電流の履歴(走行パターン)や劣化に応じてその見え方が様々に異なる。このため、電流の履歴(走行パターン)によっては、電池の等価回路モデルそのものに、電池の内部抵抗特性を正確にモデル化出来ていないことに起因する誤差が発生する。その結果、等価回路パラメータである内部抵抗値及び劣化の指標となるSOHが、正確に演算出来ない可能性がある。
これを回避するため、内部抵抗特性を高精度にモデル化すると、等価回路モデルが複雑化し、演算負荷の高い処理が必要となる可能性がある。また、電池の正極や負極を始めとする各種材料の変更の度に、複雑な等価回路モデルに含まれる電池パラメータを取得する必要があり、開発工数が大きくなることが懸念される。
本発明の態様によると、電池制御装置は、電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗演算部を備え、前記内部抵抗演算部により算出された内部抵抗値に基づいて前記電池を制御する電池制御装置であって、前記電池の分極電圧を表す指標を算出する指標演算部と、前記指標が判定閾値以上か否かを判定する判定部と、を備え、前記判定部により判定閾値以上と判定されると、その判定よりも前であって前記指標が判定閾値未満のときに算出された前記内部抵抗値に基づいて前記電池を制御する。
本発明によれば、電池の内部抵抗やSOHの演算精度向上を図ることができる。
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施の形態では、ハイブリッド自動車(HEV)の電源を構成する蓄電装置に対して適用した場合を例に挙げて説明する。
以下に説明する実施の形態の構成は、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、電気自動車(EV)などの乗用車やハイブリッド鉄道車両といった産業用車両の電源を構成する電池システムの電池制御回路にも適用できる。
以下に説明する実施の形態では、蓄電部を構成する蓄電器にリチウムイオン電池を適用した場合を例に挙げて説明する。蓄電器としては、他にもニッケル水素電池や鉛電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなどを用いることもできる。
-第1の実施の形態-
本発明の第1の実施の形態を図1から図14に基づいて説明する。
本発明の第1の実施の形態を図1から図14に基づいて説明する。
図1は、第1の実施の形態の電池制御装置を説明する図であり、ハイブリッド自動車の電動システムの構成例を示す。電池システム100は、リレー300、310を介してインバータ400に接続される。インバータ400は電池システム100からの電力をモータジェネレータ410に供給する。インバータ400およびモータジェネレータ410は、モータ/インバータ制御部420により制御される。車両制御部200は、電池システム100のSOC(State of Charge)を始めとするバッテリ情報、インバータ400およびモータジェネレータ410からの情報、図示しないエンジンからの情報等に基づいて駆動力の配分等を決定する。
電池システム100の構成について説明する。電池システム100は、複数の単電池111から構成される組電池110と、単電池111の状態を監視する単電池管理部120と、組電池110に流れる電流を検知する電流検知部130と、組電池110の総電圧を検知する電圧検知部140と、組電池110の制御を行う組電池制御部150と、組電池110、単電池111、単電池群112の電池特性に関する情報を格納する記憶部180とを備える。
組電池110は、電気エネルギーの蓄積及び放出(直流電力の充放電)が可能な複数の単電池111(例えば、リチウムイオン電池)を電気的に直列に接続して構成される。1つの単電池111は、出力電圧が3.0~4.2V(平均出力電圧:3.6V)である。本実施形態では、単電池111の開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)とSOCとの間に、図6に示すような相関関係があるとした場合を例に挙げて説明するが、これ以外の電圧仕様のものでも構わない。
組電池110を構成する単電池111は、単電池111の状態の管理・制御を行う上で、所定の単位数にグループ分けが行われている。図1に示す例では、2つの単電池群112a,112bにグループ分けされている。グループ分けされた単電池111は、電気的に直列に接続され、単電池群112を構成する。所定の単位数は、例えば1個、4個、6個・・・というように、等区分とする場合もあれば、4個と6個とを組み合わせる、というように、複合区分とする場合もある。図1に示す例では、所定の単位数は4個である。
単電池管理部120は、上述したように組電池110を構成する単電池111の状態を監視する。単電池管理部120は複数の単電池制御部121a,121bから構成されており、上記のようにグループ分けされた単電池群112に対して1つの単電池制御部121が割り当てられている。単電池制御部121は、割り当てられた単電池群112からの電力を受けて動作する。単電池制御部121は、単電池群112を構成する単電池111の電池電圧や温度を監視する。
図1では、単電池群112aと単電池群112bに対応して、単電池制御部121aと単電池制御部121bが設けられている。本実施の形態では、説明を簡単にするために、単電池群112は、4個の単電池111が電気的に直列に接続された構成であるものとし、さらに、4個の単電池111を1つの単電池制御部121が監視する構成とした。
組電池制御部150には、単電池管理部120から送信される単電池111の電池電圧や温度、電流検知部130から送信される組電池110に流れる電流値、電圧検知部140から送信される組電池110の総電圧値、更には単電池111が過充電もしくは過放電であるかの診断結果や単電池管理部120に通信エラーが発生した場合に出力される異常信号が入力される。組電池制御部150は、入力された情報をもとに組電池110の状態検知などを行う。また、組電池制御部150が行う処理の結果は、単電池管理部120や車両制御部200に送信される。
組電池制御部150と単電池管理部120とは、信号通信部160により信号の送受信を行う。信号通信部160には、フォトカプラ等の絶縁素子170が設けられている。絶縁素子170を設けるのは、組電池制御部150と単電池管理部120とで動作電源が異なるためである。上述のように単電池管理部120は組電池110から電力をうけて動作するが、組電池制御部150は車載補機用のバッテリ(例えば12V系バッテリ)を電源として用いている。絶縁素子170は、単電池管理部120を構成する回路基板に実装しても良いし、組電池制御部150を構成する回路基板に実装しても良い。尚、システム構成によっては、前記絶縁素子170を省略することも可能である。
組電池制御部150と単電池制御部121a,121bとの通信について説明する。単電池制御部121a,121bは、それぞれが監視する単電池群112a,112bの電位の高い順に従って直列に接続されている。組電池制御部150が送信した信号は、絶縁素子170が設けられた信号通信部160により単電池制御部121aに入力される。単電池制御部121aの出力と単電池制御部121bの入力とは信号通信部160により接続され、信号通信部160により信号の伝送を行う。尚、本実施の形態では、単電池制御部121aと単電池制御部121bとの間に絶縁素子170を設けていないが、絶縁素子170を設けても良い。
単電池制御部121bからの出力信号は、絶縁素子170が設けられた信号通信部160により組電池制御部150の入力部に伝送される。このように、組電池制御部150と単電池制御部1211a,121bとは、信号通信部160によりループ状に接続されている。このループ接続は、デイジーチェーン接続あるいは数珠繋ぎ接続もしくは芋づる式接続と呼ぶ場合もある。
記憶部180は、組電池110、単電池111および単電池群112の内部抵抗特性、満充電時の容量、分極抵抗特性、劣化特性、個体差情報、SOCとOCVとの対応関係(SOCテーブル)などの情報を格納する。なお、本実施の形態では、記憶部180は組電池制御部150または単電池管理部120の外部に設置されている構成としたが、組電池制御部150または単電池管理部120に記憶部が設けられていても良い。
図2は、記憶部180が格納しているSOCテーブルの一例を示す図である。SOCテーブルは、単電池111のOCVと単電池111のSOCとの対応関係を、温度に応じて記述したデータテーブルである。記憶部180は、他にも内部抵抗特性や分極抵抗特性など各種電池特性情報を、SOCテーブルと同様に、SOCや温度等各種パラメータとの対応関係を記述したデータテーブルとして格納している。尚、本実施の形態では、OCVとSOCとの対応関係としてデータテーブルを用いたが、OCVとSOCとの対応関係を数式などで表現しても良く、データテーブルという形に限定されるものではない。
図3は、単電池制御部121の回路構成を示す図である。単電池制御部121は、電圧検出回路122、制御回路123、信号入出力回路124、温度検知部125を備える。電圧検出回路122は、各単電池111の端子間電圧を測定する。温度検知部125は、単電池群112の温度を測定する。制御回路123は、電圧検出回路122および温度検知部125からの測定結果を受け取り、その測定結果を、信号入出力回路124を介して組電池制御部150に送信する。
なお、一般的に、単電池制御部121には、自己放電や消費電流ばらつき等に伴い発生する単電池111間の電圧やSOCのばらつきを均等化する回路構成が実装されるが、図2では周知のものであるとして記載を省略した。
温度検知部125は、単電池群112を全体として1つの温度を測定し、その温度を、単電池群112を構成する単電池111の温度代表値として取り扱う。そのため、単電池制御部121には、1つの温度検知部125が設けられている。温度検知部125が測定した温度は、単電池111、単電池群112、または組電池110の状態を検知するための各種演算に用いられる。なお、単電池111毎に温度検知部125を設けて単電池111毎に温度を測定し、単電池111毎の温度に基づいて各種演算を実行するようにしても良い。ただし、この場合には、温度検知部125の数が多くなるため、その分だけ単電池制御部121の構成が複雑となる。
図3では、簡易的に温度検知部125を示している。実際には、温度測定対象に温度センサが設置され、その温度センサが温度情報を電圧として出力し、これを測定した結果が制御回路123を介して信号入出力回路124に送信される。信号入出力回路124は、測定結果を単電池制御部121の外部に出力する。この一連の流れを実現する機能が、温度検知部125として単電池制御部121に実装されている。なお、温度情報(電圧)の測定には電圧検出回路122を用いることもできる。
図4は、組電池制御部150の構成を示すブロック図である。なお、図4では、本実施の形態における電池制御に関係するSOC演算およびSOH演算に関する構成について示し、簡単のため、組電池制御部150で行われる単電池111に関する診断処理や、単電池管理部120に通信エラーなどが発生した場合に出力される異常信号に基づく処理に関する構成については、図示および説明を省略した。
組電池制御部150は、SOC演算部151と内部抵抗演算実行判定部152とSOH演算部153を備える。SOC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の温度、SOH演算部153が出力するSOH(State of Health)が入力される。SOC演算部151は、これらの入力に基づいてSOCおよびSOCvを演算して出力する。SOCおよびSOCvの演算処理内容については、後述する。
内部抵抗演算実行判定部152には、組電池110を構成する単電池111の電圧、組電池110に流れる電流、組電池110の温度、および前述のSOC,SOCv,SOHが入力される。内部抵抗演算実行判定部152は、これらの入力に基づいてSOH演算実行可否を判定し、その判定結果を出力する。なお、組電池制御部150において演算されたSOCやSOHは、車両制御部200へ送信される。
図5は、SOC演算部151の構成を示すブロック図である。SOC演算部151は、SOCi演算部1511、SOCv演算部1512、組合せ演算部1513を備える。
SOCi演算部1511は、入力された電流と、組合せ演算部1513から出力されたSOC演算結果の前回値(一周期前の演算結果)とに基づいて、電流の積算値に基づくSOC(以下、SOCiと称す)を演算して出力する。SOCiは、次式(1)で算出される。式(1)において、SOColdは、後述する式(8)で算出されるSOCの前回値(一周期前の演算結果)である。また、ΔSOCは、前回の演算時から今回の演算時までに流れた電流IによるSOCの変化量であり、Qmaxは単電池111の満充電容量、tsは制御周期(電流や電圧等のサンプリング周期)である。
SOCi=SOCold+ΔSOC …(1)
ただし、ΔSOC=100×I×ts/Qmaxである。
SOCi=SOCold+ΔSOC …(1)
ただし、ΔSOC=100×I×ts/Qmaxである。
SOCv演算部1512は、入力された電圧、電流、温度に基づいてOCVを演算し、演算されたOCVと図6に示す対応関係とから、演算されたOCVに対応するSOC(以下、SOCvと称す)を演算する。
図7は、単電池111の等価回路図である。単電池111は、電池の開回路電圧を表すOCVを模擬した直流電源と、電極や電解液などの電気抵抗を表すRoと、電池の電気化学的な反応に伴う抵抗成分(分極成分)をモデル化したRpとCとの並列回路とを、直列に接続した回路構成となっている。
図8は、図7の等価回路で表される単電池111に、充電電流Iが流れた場合の電圧の挙動を示す。図8に示すように、充電電流Iが流れると、OCVに対してRoによる電圧上昇Vo(=I×Ro)が発生し、その後、徐々にRpによる電圧上昇である分極電圧Vp(=Ip×Rp)が発生する。OCVは、図7で示した等価回路から次式(4)で表せる。
Vo=I×Ro …(2)
Vp=Ip×Rp …(3)
OCV=CCV-(Vo+Vp) …(4)
Vo=I×Ro …(2)
Vp=Ip×Rp …(3)
OCV=CCV-(Vo+Vp) …(4)
なお、式(2),(3)におけるRo,Rpは、次式(5),(6)のように単電池111の新品時における抵抗値(RoInit,RpInit)に内部抵抗の上昇率(%)を乗算したものである。RoInitおよびRpInitについては、SOCや温度に応じたRoInitおよびRpInitのデータテーブルが予め記憶部180に記憶されており、現時点でのSOCや温度をもとにそのデータテーブルから算出する。また、Ipについては、例えば、次式(7)のように電流値に対して一次遅れフィルタを施した結果を用いることができる。式(7)において、Iは電流値、tsはサンプリング周期、τは時定数、Ipoldは一制御周期前のIpである。
Ro=RoInit×SOH/100 …(5)
Rp=RpInit×SOH/100 …(6)
Ip=I×(ts/τ)+Ipold×(1-ts/τ) …(7)
Ro=RoInit×SOH/100 …(5)
Rp=RpInit×SOH/100 …(6)
Ip=I×(ts/τ)+Ipold×(1-ts/τ) …(7)
SOCv演算部1512は、上記式(4)によりOCVを演算し、図6に示すようにOCVに対応したSOCをSOCvとして演算する。図6の相関をSOC=Map(OCV)のように表した場合、Map(OCV)に式(4)で算出されるOCVを適用することで、SOCvが得られる。
組合せ演算部1513は、SOCi演算部1511が演算したSOCi、SOCv演算部1512が演算したSOCv、電流および温度を入力として、次式(8)によりSOCを演算する。式(8)において、wは重み係数を示しており、例えば、次式(9)で算出する。
SOC=w×SOCv+(1-w)×SOCi …(8)
w=1/(1+|I|×Ro) …(9)
SOC=w×SOCv+(1-w)×SOCi …(8)
w=1/(1+|I|×Ro) …(9)
式(8),(9)に示すように、電流Iが大きいときには重み係数wは小さくなるので、SOCiへの偏重度合が高くなる。逆に、電流Iが小さいときには重み係数wは大きくなるので、SOCvへの偏重度合が高くなる。本実施の形態では、電流通電時の抵抗誤差に伴うSOCv誤差の影響を回避するため、式(9)のような重み係数wを設けているが、これに限定されるものではない。
図9は、内部抵抗演算実行判定部152の構成を示すブロック図である。内部抵抗演算実行判定部152は、内部抵抗誤差検知部1521と、分極電圧判定部1522と、補正可否判定部1523とを備えている。
内部抵抗誤差検知部1521は、SOC演算部151から入力されたSOCおよびSOCvに基づいて、前述したSOCv演算における抵抗値(Ro,Rp)に誤差があるか否かを判定する。具体的には、SOCとSOCvとの差分の絶対値が所定値以上の場合に、SOCvの演算に用いている内部抵抗値(図7の等価回路における各回路パラメータ)の補正が必要であると判定し、その判定結果を出力する。
分極電圧判定部1522は、SOC、電流、電圧、温度に基づいて、分極電圧Vpを算出し、算出された分極電圧Vpの大きさに基づいて内部抵抗演算の可否を判定する。図10は、分極電圧判定部1522による内部抵抗演算可否を説明する図である。破線L1は分極電圧の計算値を示し、実線L2は分極電圧の真値を示す。始めの充電電流通電中において、時間の経過に伴い分極電圧Vpは徐々に大きくなる。このとき、分極電圧Vpの符号はプラスである。充電電流入力後に充放電休止状態があるが、この休止状態において分極が緩和する。しかし、緩和しきる前に放電電流が通電されると、再度、時間の経過に伴い分極電圧はマイナス方向に徐々に大きくなる。
図10の充電状態の部分を見ると、通電時間の初期の領域Bでは、分極電圧の計算値と真値との乖離は小さい。しかし、通電時間が長くなるにつれて分極電圧は大きくなり、また、分極電圧計算値と真値との乖離も大きくなっていることが分かる(領域C)。さらに、充電後の休止が短いために、分極電圧が緩和する前に放電電流が流れることになる。その結果、放電電流通電時において充電電流通電時に発生した誤差(計算誤差)の影響が残り(領域D)、放電電流通電時(領域E)には分極電圧を正確に計算出来ていないことが分かる。通電時間の長い領域では、電池の電気化学的な反応に伴う抵抗成分の他に、リチウムイオンの拡散等に起因する別の抵抗成分が含まれることが、分極電圧計算精度低下の一因と考えられる。
図10で示した、分極電圧が大きく分極電圧を正確に計算出来ない領域Cにおいては、算出される内部抵抗における誤差が大きく、内部抵抗に基づくSOH演算にも誤差が発生してしまうことになる。また、放電時(領域E)は、放電開始以前に、充電中に発生した分極電圧が残存していて、分極電圧が未だ大きいため、放電電流通電中の分極電圧の計算精度が十分確保出来ないと判断できる。
そこで、本実施の形態では、図10に示すように、分極電圧に所定の閾値(プラス側のA,マイナス側の-A)を設け、分極電圧の絶対値が大きい条件では内部抵抗の演算をしない構成とする。さらに、電流通電以前の分極電圧の絶対値が閾値以上の場合には、当該電流通電中において、内部抵抗を演算しないこととした。
分極判定の閾値(以下では、分極判定閾値と呼ぶ)は、車両の実際の走行パターンや電池特性等を考慮した電流値を流し、そのときに発生する分極電圧を見積もって設定すれば良い。また、分極電圧判定部1522の判定に用いる指標としての分極電圧については、分極抵抗成分による電圧変化である分極電圧Vpを式(3)から算出しても良いし、次式(10)により算出しても良い。
Vp=CCV-Vo-OCV …(10)
Vp=CCV-Vo-OCV …(10)
なお、分極電圧の判定に際しては、式(3),(10)で求めた分極電圧の絶対値を算出して、これを指標とする。つまり、分極電圧Vpの絶対値|Vp|がA以上か否かを判定する。また、分極電圧の絶対値を算出せずに、算出された分極電圧Vpをそのまま使用し、分極電圧Vpが分極判定閾値Aに対してVp≧A、Vp≦-Aであるか否かを判定しても良い。
補正可否判定部1523は、内部抵抗誤差検知部1521及び分極電圧判定部1522の判定結果に基づき、内部抵抗の補正演算を実行するか否かを判定する。上述したように、内部抵抗誤差検知部1521は、SOCとSOCvとの差分の絶対値が所定値以上の場合に、内部抵抗値の補正が必要であると判定する。また、分極電圧判定部1522は、分極電圧の絶対値が分極判定閾値以上か否かを判定する。補正可否判定部1523は、内部抵抗誤差検知部1521において内部抵抗値の補正が必要であると判定され、分極電圧の絶対値が分極判定閾値未満であると判定された場合に、内部抵抗の補正演算を行うべしと判定し、これ以外の場合は、内部抵抗の補正演算を実行は不可と判定する。
図11は、SOH演算部153の構成を示すブロック図である。SOH演算部153は、内部抵抗補正部1531とSOH算出部1532を備えている。内部抵抗補正部1531には、内部抵抗演算実行判定部152の判定結果、SOCおよび温度が入力される。内部抵抗補正部1531は、内部抵抗演算実行判定部152により内部抵抗演算の実行が可能と判定された場合、記憶部180に格納された内部抵抗テーブルから、入力されたSOCおよび温度に対応する内部抵抗値を読み出し、その内部抵抗値を補正する。補正した結果は、SOH算出部1532へ出力される。
内部抵抗値の補正方法としては、例えば、SOCとSOCvの差分に基づいて次のように行う。充電中に差分(SOC-SOCv)がプラスの場合、差分が小さくなるように内部抵抗値を所定補正量だけ小さくなるように補正する。逆に、充電中に差分(SOC-SOCv)がマイナスの場合には、内部抵抗値を所定補正量だけ大きくなるように補正する。また、放電中に差分(SOC-SOCv)がプラスの場合には、内部抵抗値を所定補正量だけ大きくなるように補正し、逆にマイナスの場合には内部抵抗値を所定補正量だけ小さくなるように補正する。
SOH算出部1532は、補正後の内部抵抗値Roと、SOCおよび温度に対応した初期の内部抵抗値RoInitとに基づき、例えば、次式(11)によりSOHを算出する。なお、式(11)に示す例では、SOHをRoとRoInitとの比率としたが、RpとRpInitの比率としても良い。
SOH=100×Ro/RoInit …(11)
SOH=100×Ro/RoInit …(11)
一方、補正可否判定部1523により内部抵抗補正演算の実行不可と判定された場合には、内部抵抗補正部1531は内部抵抗値の補正は行わず、分極電圧が大きいと判定される以前の内部抵抗値を出力する。例えば、任意の演算周期に沿って演算処理が行われる場合、実行が不可と判定された演算周期よりも1つ前の演算周期で算出された内部抵抗値が出力される。そのため、上記式(11)により算出されるSOHも分極電圧が大きいと判定される以前のSOHが出力されることになる。
また、SOH算出部1532で算出されたSOHは、SOC演算部151におけるSOCv演算部1512にフィードバックされ、次の演算周期のSOCvの演算に使用される。その結果、SOCとSOCvとの差分が小さくなるように、逐次、内部抵抗値の補正が行われることになる。
図12は、SOH演算結果の一例を示す図である。図12(a)は、電流(ラインLI)と電圧(ラインLV)の時系列データを示す。図12(b),(c)は、図12(a)に示す電流および電圧を入力した場合の、分極電圧およびSOHの演算結果を示す。なお、内部抵抗値の補正演算が実行されるには電流が通電している必要があるので、電流が通電していない休止期間においては、抵抗補正演算が実行されない。この場合には、SOH算出部1532からは、休止に入る直前のSOH演算結果が出力されることとする。
まず、放電期間H1の前期H1aにおいては分極電圧が分極判定閾値(-A~A)の範囲内にあるので、内部抵抗値の補正演算が実行され、徐々にSOHが上昇する。放電期間H1の後期H1bになると分極電圧が分極判定閾値(-A)を逸脱し(|Vp|≧Aの場合を逸脱とみなす)、逸脱したタイミングで内部抵抗値の補正演算が停止され、分極判定閾値を逸脱する以前の内部抵抗値が出力される。その結果、内部抵抗値に基づき算出されるSOHは、分極電圧が分極判定閾値を逸脱している間は更新が停止され、分極判定閾値を逸脱する以前のSOHと同一値のSOHが出力される。
放電期間H1の停止後、休止期間となるが、その期間が短いため、休止期間から充電期間J1へと電流が切り替わる時点P1(放電電流が流れる前)においても、電流が切り替わる以前の分極電圧が大きく残存している。そのため、充電期間J1において充電電流が流れていてもSOH更新を停止し、分極判定以前のSOH(放電期間H1の終了時点のSOH)が出力される。
次の放電期間H2の場合、その前の休止期間が長く、放電期間H2の開始時には分極電圧は分極判定閾値の範囲内にまで緩和されている。そのため、放電期間H2の放電が開始されるとSOHの更新が実行される。ただし、放電期間H2の後期H2bにおいては、分極電圧が分極判定閾値(-A)を逸脱しているので、SOHは更新されない。
次いで、充電期間J2の場合には、充電期間J2の直前時点P2(充電電流が流れる前)の分極電圧が分極判定閾値を逸脱しているので、充電期間J1の場合と同様にSOHは更新されず、充電期間J2の直前におけるSOHと同一値のSOHが出力される。
以上説明したように、電池制御装置としての組電池制御部150は、組電池110の内部抵抗値を算出する内部抵抗補正部1531を備え、内部抵抗補正部1531により算出された内部抵抗値に基づいて組電池110を制御する。組電池制御部150の分極電圧判定部1522は、組電池110の分極電圧を表す指標を算出するとともに、算出された指標が所定閾値以上か否かを判定する。例えば、本実施の形態では、分極電圧を表す指標には、式(3)または式(10)に基づいて算出される分極電圧Vpが用いられる。この場合、分極電圧Vpは、電池に流れる電流、電圧、温度の内の少なくとも1つ以上に基づいて算出される。
そして、指標としての分極電圧Vpが分極判定閾値Aに対して|Vp|≧Aと判定されると、その判定よりも前の|Vp|<Aのときに算出された内部抵抗値に基づいて組電池110を制御する。このように、内部抵抗値の演算誤差が大きい状況においては、|Vp|<Aのときに算出された内部抵抗値を用いることで、電池の内部抵抗及び内部抵抗の劣化度(SOH)の演算精度低下を抑制することが可能となる。
このように、本実施の形態では、1つ以上に基づいて決定される分極電圧、すなわち、式(3)、(10)で算出される分極抵抗成分による電圧変化としての分極電圧Vpが、|Vp|≧A(分極判定閾値)と判定された場合には、内部抵抗算出値の誤差が大きいので、SOCとSOCvとの差分に基づく内部抵抗の補正演算を行わない。その場合には、その判定よりも前の|Vp|<Aのときに算出された内部抵抗値を用いることで、電池の内部抵抗及び内部抵抗の劣化度(SOH)の演算精度低下を抑制することが可能となる。
また、図12の符号P1で示すように、通電開始前の非通電時(休止期間)において分極電圧Vpが判定閾値以上(|Vp|≧A)と判定されると、通電開始後の充電期間J1においては、判定よりも前の判定閾値未満(|Vp|<A)のときに算出された内部抵抗値に基づいて、充電期間の前記電池を制御する。その結果、分極電圧が緩和する前に通電されるような場合であっても、電池の内部抵抗及び内部抵抗の劣化度(SOH)の演算精度低下を抑制することが可能となる。
なお、内部抵抗値の算出は、算出方法の異なる2つの充電状態の間の差分、例えば、SOCとSOCvとの差分に基づいて行われ、SOCとSOCvとの差分が小さくなるように内部抵抗値が補正される。その結果、図12(c)に示すように、|Vp|≧Aの場合、すなわち演算誤差が大きくなる状況においては電池の劣化度SOHの算出値は一定に保持されるので、劣化度SOHが真値から大きく乖離するのを防止することができる。この場合、2つの充電状態(SOC,SOCv)の一方は、電池の開回路電圧OCVに基づいて算出される充電状態SOCvである。
-第2の実施の形態-
本発明の第2の実施の形態について、図13~図16を参照して説明する。なお、本実施の形態におけるハイブリッド自動車の電動システムの構成は、第1の実施の形態の図1に示したものと同様の構成であり、以下では、第1の実施の形態の構成と異なる部分を中心に説明する。
本発明の第2の実施の形態について、図13~図16を参照して説明する。なお、本実施の形態におけるハイブリッド自動車の電動システムの構成は、第1の実施の形態の図1に示したものと同様の構成であり、以下では、第1の実施の形態の構成と異なる部分を中心に説明する。
上述した第1の実施の形態では、式(3)もしくは式(10)からVpを直接算出し、これを指標として分極電圧が所定値以上か否かの判定を行った。一方、本実施の形態では、直接算出されるVpの代わりに、電池に流れる電流値を指標として分極電圧が所定値以上か否かを判定するようにした。
図13は、本実施の形態における内部抵抗演算実行判定部152のブロック図を示す。図9に示した内部抵抗演算実行判定部152とは、分極電圧判定部1522aの構成のみが異なっている。図9の分極電圧判定部1522では、式(3)もしくは式(10)から分極電圧を算出していたが、本実施の形態の分極電圧判定部1522aでは、電流値を入力として任意の区間の電流移動平均値を算出し、この電流移動平均値を分極電圧の判定指標として用いる。
分極電圧は、電池に流れる電流の履歴によって見え方が様々に異なる。そのため、ある区間内における電流から算出した移動平均値を見ることで、分極電圧の大きさを間接的に判定出来る。
図14は、移動平均値算出の一例を示す図である。図14において、ラインL30は瞬時電流を示し、L31は移動平均電流を示す。ある任意の時間窓Twの移動平均値を以下の式(12)に従って算出し、これを分極判定閾値と比較する。分極判定閾値は、第1の実施の形態の場合と同様に、電動システムを搭載する車両の実際の走行パターンや電池特性をもとに決定すれば良い。
また、図14では、移動平均値を例にあげたが、次式(13)に示すように、電流値に対して一次遅れフィルタを施した結果Iaveを移動平均値の代わりに用いても良い。ここで、Iは電流値、tsはサンプリング周期、τは時定数、Iave_oldは一制御周期前のIaveを表している。なお、式(12),(13)のTwおよびτは、電池の温度に応じて可変としても良い。
図15は、温度に応じた分極電圧の緩和挙動を示す図である。図15(b)は電池を流れる電流の推移を示し、図15(a)は電池電圧(CCV)の推移を示す。ラインL41は低温の場合を示し、分極緩和時間はt41である。ラインL42は常温の場合を示し、分極緩和時間はt42である。ラインL43は高温の場合を示し、分極緩和時間はt43である。電池温度が低い程、分極の緩和に、より長い時間がかかることが分かる。Twおよびτを、温度が低い程大きな値に設定し、温度が高い程小さな値に設定することで、分極電圧の緩和挙動を反映した移動平均、もしくは、一次遅れフィルタを介した電流値を算出することができ、分極電圧の挙動を、より正確に表現することが出来る。
図16は、第2の実施の形態におけるSOH演算結果の一例を示す図である。図16(a)は、電流(ラインLI)と電圧(ラインLV)の時系列データを示す。図16(b),(c)は、図16(a)に示す電流および電圧を入力した場合の、移動平均電流およびSOHの演算結果を示す。第1の実施の形態の場合と同様に、電流が流れていない休止期間においては抵抗補正演算が実行されない。この場合のSOH演算結果は、休止期間に入る直前のSOH演算結果が出力されることとする。
まず、放電期間H1の前期H1aにおいては、移動平均電流が分極判定閾値(-A1~A1)の範囲内にあるので、内部抵抗値の補正演算が実行され、徐々にSOHが上昇する。放電期間H1の後期H1bになると移動平均電流が分極判定閾値(-A1)を逸脱し、逸脱したタイミングで内部抵抗値の補正演算が停止され、分極判定閾値を逸脱する以前の内部抵抗値が出力される。その結果、内部抵抗値に基づき算出されるSOHは、移動平均電流が分極判定閾値を逸脱している間は更新が停止され、分極判定閾値を逸脱する以前のSOHと同一値のSOHが出力される。
放電期間H1の停止後、休止期間となるが、その期間が短いため、休止期間から充電期間J1へと電流が切り替わる時点P3(放電電流が流れる前)においても、移動平均電流は分極判定閾値を逸脱している。そのため、充電期間J1において充電電流が流れていてもSOH更新を停止し、分極判定以前のSOH(放電期間H1の終了時点のSOH)が出力される。
次の放電期間H2の場合、その前の休止期間が長く、放電期間H2の開始時には移動平均電流は分極判定閾値の範囲内にまで緩和されている。そのため、放電期間H2の放電が開始されるとSOHの更新が実行される。ただし、放電期間H2の後期H2bにおいては、移動平均電流が分極判定閾値(-A1)を逸脱しているので、SOHは更新されず、後期H2bの開始直前のSOHが出力される。
次いで、充電期間J2の場合には、充電期間J2の直前時点P4(充電電流が流れる前)の移動平均電流が分極判定閾値を逸脱しているので、充電期間J1の場合と同様にSOHは更新されず、充電期間J2の直前におけるSOHと同一値のSOHが出力される。
本実施の形態では、第1の実施の形態における式(3)、(10)で算出される分極電圧Vpに代えて、前記電池に流れる電流を時系列に沿って平均化した値を電池の分極電圧を表す指標として算出するようにした。そして、その指標が分極判定閾値以上か否かで(分極判定閾値を逸脱しているか否かで)分極電圧が所定値以上か否かを判定し、所定値以上と判定された場合に内部抵抗の補正演算を行わず、所定値以上となる前の内部抵抗演算値を用いて制御する構成とした。このように、内部抵抗補正演算の誤差が大きくなる状況においては内部抵抗の補正演算を行わないので、内部抵抗及び内部抵抗の劣化度(SOH)の演算精度低下を抑制することが可能となる。また、分極電圧Vpを算出する場合に比べて、電流値の平均値を求める場合の方が容易に取得することができる。
-第3の実施の形態-
本発明の第3の実施の形態について、図17,18を参照して説明する。なお、本実施の形態におけるハイブリッド自動車の電動システムの構成は、第1の実施の形態の図1に示したものと同様の構成であり、以下では、第1および第2の実施の形態の構成と異なる部分を中心に説明する。
本発明の第3の実施の形態について、図17,18を参照して説明する。なお、本実施の形態におけるハイブリッド自動車の電動システムの構成は、第1の実施の形態の図1に示したものと同様の構成であり、以下では、第1および第2の実施の形態の構成と異なる部分を中心に説明する。
第1の実施の形態では、式(3)もしくは式(10)からVpを直接算出し、これを指標として分極電圧が分極判定閾値以上か否かの判定を行った。また、第2の実施の形態では、直接算出されるVpの代わりに、電池に流れる電流値に基づいて分極電圧が分極判定閾値以上か否かを判定するようにした。一方、以下に説明する本実施の形態では、第1および第2の実施の形態に比べて、より簡易的な方法で分極電圧が所定値以上か否かを判定することができる。
分極電圧は、電流の通電時間の経過に伴い大きくなる。そこで、本実施の形態では、電流の通電時間をカウントし、カウントした連続通電時間が所定値以上か否かによって分極電圧が所定値以上か否かを判定する。
図17は、本実施の形態における内部抵抗演算実行判定部152のブロック図を示す。第1および第2の実施の形態における内部抵抗演算実行判定部152との相違点は、通電時間計測部1524を有している点である。通電時間計測部1524は、電流を入力とし、電流の絶対値が所定値以上で、かつ、充電もしくは放電のうち、一方のみが継続して流れている連続通電時間をカウントする。カウント結果は、分極電圧判定部1522bに入力される。
分極電圧判定部1522bは、カウント結果(連続通電時間)が分極判定閾値A2以上の場合、分極電圧が大きいと判定する。分極電圧が大きいと判定された場合には、内部抵抗の補正演算は行わず、第1および第2の実施の形態の場合と同様に、分極電圧が大きいと判定される以前の内部抵抗値を電池の内部抵抗値として出力する。
図18は、第3の実施の形態におけるSOH演算結果の一例を示す図である。図18(a)は、電流(ラインLI)と電圧(ラインLV)の時系列データを示す。図18(b),(c)は、図18(a)に示す電流および電圧を入力した場合の、カウント結果(連続通電時間)およびSOHの演算結果を示す。第1の実施の形態の場合と同様に、電流が流れていない休止期間においては抵抗補正演算が実行されない。この場合のSOH演算結果は、休止期間に入る直前のSOH演算結果が出力されることとする。
まず、放電期間H1の前期H1aにおいては、連続通電時間が分極判定閾値(A2)未満なので、内部抵抗値の補正演算が実行され、徐々にSOHが上昇する。放電期間H1の後期H1bになると連続通電時間が分極判定閾値(A2)以上となって逸脱し、逸脱したタイミングで内部抵抗値の補正演算が停止され、分極判定閾値を逸脱する以前の内部抵抗値が出力される。その結果、内部抵抗値に基づき算出されるSOHは、連続通電時間が分極判定閾値を逸脱している間は更新が停止され、分極判定閾値を逸脱する以前のSOHと同一値のSOHが出力される。
その後、休止期間(電流絶対値が所定値以下)となり、通電時間のカウント値が0にリセットされる。休止期間が経過して充電期間J1になると、充電電流が流れ始め、通電時間のカウントが再開される。そして、充電期間J1の後期J1bに連続通電時間が分極判定閾値(A2)以上となると、内部抵抗値の補正演算が停止され、補正演算停止直前のSOHが出力される。その後の放電期間H2および充電期間J2においても、同様の挙動を示す。
上述のように、本実施の形態においても、内部抵抗の演算誤差が大きい状況においては、内部抵抗補正演算は行わずに、連続通電時間が分極判定閾値(A2)以上となる前の内部抵抗計算値を用いるようにしたので、上述した第1及び第2の実施の形態の場合と同様に、内部抵抗及び内部抵抗の劣化度(SOH)の演算精度低下を抑制することが可能となる。さらに、本実施の形態では、電池に流れる電流が通電している時間(連続通電時間)をカウントし、カウントした連続通電時間に基づき、分極電圧が分極判定閾値以上であるか否かを判定するようにした。そのため、上述した第1の実施形態や第2の実施の形態の場合に比べて、より簡素な処理で、分極電圧が分極判定閾値以上か否かを適切に判定することができる。
-第4の実施の形態-
本発明の第4の実施の形態について、図19~図21を参照して説明する。なお、本実施の形態におけるハイブリッド自動車の電動システムの構成は、第1の実施の形態の図1に示したものと同様の構成であり、以下では、第1~第3の実施の形態の構成と異なる部分を中心に説明する。
本発明の第4の実施の形態について、図19~図21を参照して説明する。なお、本実施の形態におけるハイブリッド自動車の電動システムの構成は、第1の実施の形態の図1に示したものと同様の構成であり、以下では、第1~第3の実施の形態の構成と異なる部分を中心に説明する。
上述した第1~3の実施の形態では、いずれの場合も分極電圧の判定指標として1つのパラメータを使用した。例えば、第1の実施の形態では、分極電圧が所定値以上か否かの判定を式(3)もしくは式(10)から算出したVpのみを指標としていた。一方、本実施の形態では、1つのパラメータから分極電圧の大小を判定するのではなく、例えば、第1の実施の形態における式(3)もしくは式(10)から算出した分極電圧による判定と、第3の実施の形態における通電時間による判定とを併用して、分極電圧が大きいか否かを判定する。
なお、以下では、第1の実施の形態の式(10)により算出される分極電圧を指標として用いる方法と第3の実施の形態の方法とを併用する例について説明するが、併用の組み合わせはこれに限定されない。
式(10)のように電池電圧(CCV)からVoやOCVを差し引くことで分極電圧を算出する場合、モデル化が難しい分極電圧成分を、等価モデルを用いずに直接的に抽出出来る。しかしながら、VoやOCVの演算誤差を含んでしまうという課題がある。特に、Voの演算に用いるRoに誤差を含むケース、つまり、組電池制御部150が認識している内部抵抗値と実際の制御対象となる電池の内部抵抗値との間に乖離が発生してしまうようなケースにおいては、式(10)から算出されるVpに誤差が発生し、分極電圧が大きいか否かの判定が正確に行えない可能性がある。
図19は、そのような判定が正確に行えない場合の一例を示す図である。図19は、通電時(充放電時)における分極電圧計算値と分極電圧真値とを示す図である。内部抵抗値に含まれる誤差により、分極電圧計算値(ラインL51)と分極電圧真値(ラインL52)との間に乖離が発生する。放電時には分極電圧計算値は分極電圧真値に対してプラス側にシフトし、充電時には分極電圧計算値は分極電圧真値に対してマイナス側にシフトする。
そのため、放電期間の後期H1bにおいては、分極電圧真値は分極判定閾値(-A)を下回って閾値の範囲を逸脱しているにもかかわらず、分極電圧計算値は分極判定閾値の範囲内に入っている。充電期間の後期J1bにおいても同様の状況が発生する。その結果、内部抵抗の補正演算を実行不可のはずが、分極計算値が閾値内に入っているために実行可と誤判定してしまうことになる。すなわち、通電中に式(10)による分極電圧の判定を行うのは、好ましくないケースがあることが分かる。
また、上述した第1の実施の形態では、図12の符号P1で示すように通電開始前の分極電圧計算値が分極判定閾値を逸脱している場合には、内部抵抗の演算を実行しない構成としている。しかし、通電開始時において、電流が通電した瞬間の分極電圧で分極判定を行うと、内部抵抗の誤差により分極判定閾値を逸脱してしまうことになる。ただし、この問題に関しては、通電開始時の分極電圧ではなく、電流が通電する前(例えば、一制御周期前)の分極電圧で判定すれば、電流が流れていないため式(10)中のVoが0となり、分極電圧を正しく抽出でき、結果として分極判定を正しく行うことが可能となる。
一方、第3の実施の形態に記載した通電時間をカウントする方法では、電流、電圧、内部抵抗値等の誤差の影響を受けずに分極電圧を判定出来るため、第1の実施の形態の方法では上述のような乖離が生じるような状況においても、通電中の分極判定を正確に行うことが出来る。しかし、電流通電後にカウントした結果をゼロにクリアする構成としているので、電流が流れていない休止期間中に、分極電圧が緩和したかを判断することができず、電流が通電する以前の分極電圧が大きいか否かを判定することが出来ない。
そこで、本実施の形態では、通電した瞬間の分極電圧判定には、第1の実施の形態の手法に分極電圧判定時の電流の絶対値が所定値以下であることを判定する処理を追加したものを適用する。すなわち、電流が通電する前の電流の絶対値が所定値以下で、かつ、電流が通電する前の分極電圧が分極判定閾値内にあるかを判定する(第1分極判定と呼ぶ)。一方、通電中の分極電圧判定には、第3の実施の形態の手法(第2分極判定と呼ぶ)を適用する。
図20は、本実施の形態における内部抵抗演算実行判定部152の構成を示すブロック図である。図20の内部抵抗演算実行判定部152は、第1の実施の形態における内部抵抗演算実行判定部152(図9)に第3の実施の形態で述べた通電時間計測部1524を追加した構成となっている。通電時間計測部1524が出力した通電時間のカウント結果(連続通電時間)は、分極電圧判定部1522cに入力される。分極電圧判定部1522cは、式(10)により算出された電流が通電する前のVpと電流による判定結果(第1分極判定)と、通電時間のカウント結果による判定結果(第2分極判定)のうち、何れかが内部抵抗演算実行不可と判定した場合に、判定結果として演算実行不可を出力する。
図21は、第4の実施の形態におけるSOH演算結果の一例を示す図である。図21(a)は。電流(ラインLI)と電圧(ラインLV)の時系列データを示す。図21(b)~(d)は、図21(a)に示す電流および電圧を入力した場合の、分極電圧、連続通電時間およびSOHの演算結果を示す。内部抵抗値の補正演算が実行されるには、電流が通電している必要があるため、電流が通電していない休止期間においては、抵抗補正演算が実行されないが、この場合のSSOH演算結果は、休止に入る直前のSOH演算結果が出力されることとする。
放電期間H1の前期H1aでは、式(10)により算出された電流が通電する前のVpと、電流による判定結果(第1分極判定)、および、通電時間のカウント結果による判定結果(第2分極判定)のいずれも、補正演算の実行が可と判定されている。そのため、分極電圧判定部1522cからは、補正演算の実行という判定結果が出力される。その結果、内部抵抗値の補正演算が実行され、図18(c)に示すようにSOHが上昇する。通電時間がカウントされて、放電期間H1の後期H1bに連続通電時間のカウント結果が分極判定閾値A2以上となると第2分極判定が補正演算実行不可となるので、分極電圧判定部1522cからは、補正演算不可という判定結果が出力される。分極判定閾値を逸脱すると、逸脱したタイミングで内部抵抗値の補正演算が停止され、分極判定閾値を逸脱する直前の内部抵抗値が出力される。よって、カウント結果が分極判定閾値を逸脱している間は、SOHの更新が停止することになる。
その後、休止期間があるものの期間が短いため、電流が切り替わる以前の分極電圧(符号P5で示す分極電圧)が大きく残存していることから、充電期間J1においては、連続通電時間のカウント値が分極判定閾値A2未満であっても、第1分極判定により内部抵抗演算不可と判定されることになる。その結果、SOHの更新が停止され、分極判定直前のSOHが出力される。
次の放電期間H2においては、前期H2aでは、休止期間が長く、分極電圧が分極判定閾値以内にまで緩和したため、SOHが更新される。しかし後期H2bにおいては、連続通電時間のカウント値が分極判定閾値A2異常となるので、内部抵抗演算不可とされSOHの更新が停止される。充電期間J2は、充電電流が入力される以前の分極電圧が分極判定閾値を逸脱しているので、充電期間J1の場合と同様にSOHは更新されず、分極判定直前のSOHが出力される。
以上のように、本実施の形態では、分極電圧判定部1522cにおいて、電池の電圧、温度および電池に流れる電流に基づいて式(10)により分極電圧計算値を算出し、通電時間計測部1524において、電池に電流が流れている時間である連続通電時間を算出する。そして、上述したように通電中の分極電圧の指標として連続通電時間を適用し、通電開始前の分極電圧として分極電圧計算値を適用することにより、分極電圧の指標として電池の使用状況に適した指標を用いることができる。
そして、それらの指標に基づいて分極電圧の大小を判定し、指標が分極判定閾値以上の場合には、閾値以上となる以前に算出された内部抵抗値に基づいて電池を制御するようにしたので、電池の内部抵抗及び内部抵抗の劣化度(SOH)の演算精度低下を抑制することが可能となる。
具体的に、図18の場合と図21の場合とを比較すると、図21の場合には、充電期間J1,J2の通電開始間の分極電圧が分極判定閾値を逸脱しているので、充電期間J1,J2においてはSOHの更新が実行されない。一方、図18の場合には、通電開始直前の分極電圧を見ていないので、仮に分極電圧が図21(b)のような状況になっていたとしても、通電期間(J1a,J2a)においてSOHの更新(内部抵抗値の補正)が実行されてしまうことになる。
なお、分極電圧の指標としては、上述した2種類の他に、電池に流れる電流を時系列に沿って平均化した値を採用することもできる。そして、電池の使用状況に応じて、これら3種類の指標の内の少なくとも2種類以上を使用するような構成としても良い。また、分極電圧の指標としては、分極電圧の大きさを判定できるものであれば上述した3種類に限定されない。
-第5の実施の形態-
本発明の第5の実施の形態について、図22,23を参照して説明する。なお、本実施の形態におけるハイブリッド自動車の電動システムの構成は、第1の実施の形態の図1に示したものと同様の構成であり、以下では、第1~第4の実施の形態の構成と異なる部分を中心に説明する。
本発明の第5の実施の形態について、図22,23を参照して説明する。なお、本実施の形態におけるハイブリッド自動車の電動システムの構成は、第1の実施の形態の図1に示したものと同様の構成であり、以下では、第1~第4の実施の形態の構成と異なる部分を中心に説明する。
上述した第1~第4の実施の形態では、内部抵抗演算誤差の検知にSOCとSOCvを用いているが、式(1),(8)に示すようにSOCにおけるSOCiには電流の積算値が含まれる。そのため、電流センサに誤差が含まれる場合には電流誤差が累積し、SOC誤差が拡大する可能性があり、それに伴って、内部抵抗演算精度が低下することが懸念される。
そこで、本実施の形態では、電流積算誤差の影響を極力少なくするために、SOC,SOCvを用いて内部抵抗演算誤差を検知する代わりに、電圧測定値と、図7に示す等価回路モデルを用いて計算した電池電圧とを比較することにより、内部抵抗演算誤差を検知し、内部抵抗値の補正を行うようにした。
図22は、本実施の形態における組電池制御部150の構成を示すブロック図である。第1の実施の形態の図4との相違点は、電池電圧予測部154を備えている点である。電池電圧予測部154は、入力された電流、温度、SOC、SOHに基づき、次式(14)のように、電池電圧予測値(CCVmodel)を算出する。なお、式(14)において、OCVは、図6に示すSOCとOCVとの対応関係から算出し、Vo,Vpは、式(2),(3)により算出する。
CCVmodel=OCV+Vo+Vp …(14)
CCVmodel=OCV+Vo+Vp …(14)
図23は、図22に示す組電池制御部150の内部抵抗演算実行判定部152aの構成を示すブロック図である。内部抵抗誤差検知部1521aには、測定された電圧と電池電圧予測部154で算出された電池電圧予測値CCVmodelとが入力される。内部抵抗誤差検知部1521aは、電池電圧予測値CCVmodelとCCV(電圧測定値)との差分を算出し、算出結果を補正可否判定部1523へ入力する。分極電圧判定部1522は、上述した第1~第4の実施の形態のいずれかにおける分極電圧判定を出力する。補正可否判定部1523は、内部抵抗誤差検知部1521aから入力された差分と、分極電圧判定部1522から入力された分極電圧判定とに基づいて、内部抵抗演算実行可否の判定結果を出力する。
電池電圧予測値CCVmodelとCCV(電圧測定値)に基づく内部抵抗値の補正演算は、充電中においては、両者の差分(CCVmodel-CCV)がプラスであれば、内部抵抗値を小さくするように補正し、マイナスであれば、内部抵抗値を大きくするように補正する。一方、放電中の場合には、両者の差分がプラスであれば内部抵抗値を大きくするように補正し、逆にマイナスであれば、内部抵抗値を小さくするように補正する。
上記のようにSOCの代わりに電池電圧CCVを用いても、上述した第1の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。すなわち、分極電圧が大きくなって所定の閾値を超えた場合には、内部抵抗の補正演算を停止し、閾値以上となる以前(直前)の内部抵抗演算値となるように内部抵抗値を制御することで、電池の内部抵抗及び内部抵抗の劣化度(SOH)の演算精度低下を抑制することが可能となる。
また、本実の形態では、SOCの代わりに電圧を用いた誤差検知方法を述べたが、これに限定されるものではない。SOCや電圧の他に、抵抗値そのものを直接的に検出しても良い。例えば、電流、電圧、SOCに基づき、次式(15)により内部抵抗値の実測値R1を算出する。
R1=(CCV-OCV)/I …(15)
R1=(CCV-OCV)/I …(15)
一方で、図7の等価回路に基づき、電池の内部抵抗初期値R0を次式(16)により算出する。
R0=(Vo0+Vp0)/I …(16)
ただし、Vo0=I×RoInit、Vp0=Ip×RpInitである。
R0=(Vo0+Vp0)/I …(16)
ただし、Vo0=I×RoInit、Vp0=Ip×RpInitである。
さらに、次式(17)のようにR1とR0との比率を算出することで、SOHを算出することが出来る。
SOH=100×R1/R0
SOH=100×R1/R0
このように、SOCや電圧の他に、直接的に内部抵抗を算出する手法を適用する場合においても、SOCや電圧の場合と同様、分極電圧の判定による演算精度低下抑制の効果を得ることが出来る。
-第6の実施の形態-
図24は、本発明の第6の実施の形態を説明する図である。上述した第1~第5の実施の形態では、分極電圧判定部1522で用いる分極判定閾値をある一定の値に設定していた。しかし、分極電圧の大きさや計算精度は、電池の状態に応じて異なる。例えば、図15に示すように、電池温度が低ければ低い程、また、劣化が進行している程、分極電圧そのものが高い値を示すようになる。
図24は、本発明の第6の実施の形態を説明する図である。上述した第1~第5の実施の形態では、分極電圧判定部1522で用いる分極判定閾値をある一定の値に設定していた。しかし、分極電圧の大きさや計算精度は、電池の状態に応じて異なる。例えば、図15に示すように、電池温度が低ければ低い程、また、劣化が進行している程、分極電圧そのものが高い値を示すようになる。
このため、分極判定閾値を一定にしてしまうと、条件によっては、閾値が厳しく設定され過ぎてしまい、内部抵抗の補正演算がほとんど実行されなくなる可能性がある。逆に、閾値の設定が緩いと、内部抵抗の補正演算を実行すべきでない条件で実行してしまう可能性もある。
そこで、本実施例では、電池の状態に応じて、分極判定閾値を可変とすることとした。本実施例では、分極電圧の挙動を決めるパラメータのうち、特に影響が大きいと思われる、温度とSOHを例に挙げて説明する。
図24は、温度とSOHとに応じた分極判定閾値のデータテーブルの一例を示す図である。図24では、横方向はSOH(%)であり、縦方向は温度(℃)である。分極判断閾値は、SOHが大きいほど大きく設定され、また、温度が低いほど大きく設定されている。このように温度とSOHとに応じた閾値のデータテーブルを用いることで、温度やSOHが異なる条件でも的確に分極電圧の判定を行うことが出来る。また、図24では温度とSOCとに応じたデータテーブルとしたが、これに限定されるものではなく、電流やSOC等に応じたデータテーブルとしても良い。
本実施例によれば、分極判定閾値を一定としている第1~第5の実施の形態で起こり得る、内部抵抗の補正演算の頻度低下、もしくは、内部抵抗の演算精度の低下を抑制することが可能となる。結果として、電池状態に応じて的確に閾値を可変とすることで、閾値を超えた場合の制御、つまり、内部抵抗の補正演算を行わず、閾値以上となる以前の内部抵抗演算値となるような制御、をより的確に行うことができ、電池の内部抵抗及び内部抵抗の劣化度(SOH)の演算精度低下を抑制することが可能となる。
なお、本実施の形態では、第1の実施の形態および第4の実施の形態で記載した式(3),(10)で直接的に算出した分極電圧に対して、温度とSOHとに応じた閾値のデータテーブルを用いる場合を例に説明したが、第2の実施の形態で記載した移動平均電流値に対する閾値や、第3の実施の形態で記載した連続通電時間に対する閾値についても、同様に、温度とSOHに応じたデータテーブルとして格納しておくことで、温度やSOHが異なる条件でも的確に分極電圧の判定を行うことが出来る。
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
100…電池システム、110…組電池、111…単電池、112,112a,112b…単電池群、120…単電池管理部、121,121a,121b…単電池制御部、122…電圧検出回路、123…制御回路、124…信号入出力回路、125…温度検知部、130…電流検知部、140…電圧検知部、150…組電池制御部、151…SOC演算部、152,152a…内部抵抗演算実行判定部、153…SOH演算部、154…電池電圧予測部、160…信号通信部、170…絶縁素子、180…記憶部、1511…SOCi演算部、1512…SOCv演算部、1513…組合せ演算部、1521,1521a…内部抵抗誤差検知部、1522,1522a,1522b,1552c…分極電圧判定部、1523…補正可否判定部、1524…通電時間計測部、1531…内部抵抗補正部、1532…SOH算出部
Claims (10)
- 電池の内部抵抗値を算出する内部抵抗演算部を備え、前記内部抵抗演算部により算出された内部抵抗値に基づいて前記電池を制御する電池制御装置であって、
前記電池の分極電圧を表す指標を算出する指標演算部と、
前記指標が判定閾値以上か否かを判定する判定部と、を備え、
前記判定部により判定閾値以上と判定されると、その判定よりも前であって前記指標が判定閾値未満のときに算出された前記内部抵抗値に基づいて前記電池を制御する、電池制御装置。 - 請求項1に記載の電池制御装置において、
前記指標演算部は、前記電池の電圧、温度および前記電池に流れる電流の内の少なくとも一つ以上に基づく分極電圧計算値を前記指標として算出する、電池制御装置。 - 請求項1に記載の電池制御装置において、
前記指標演算部は、前記電池に流れる電流を時系列に沿って平均化した値を前記指標として算出する、電池制御装置。 - 請求項1に記載の電池制御装置において、
前記指標演算部は、前記電池の通電時間を前記指標として算出する、電池制御装置。 - 請求項1に記載の電池制御装置において、
前記指標演算部は、前記電池の電圧、温度および前記電池に流れる電流に基づいて算出した分極電圧計算値である第1指標、前記電池に流れる電流を時系列に沿って平均化した値である第2指標、および、前記電池の通電時間である第3指標の内の少なくとも2つを算出し、
前記判定部は、前記指標演算部で算出されたそれぞれの指標が、それぞれに対して設定された各判定閾値以上か否かを判定する、電池制御装置。 - 請求項2または3に記載の電池制御装置において、
前記電池の通電開始前の非通電時において前記判定部により判定閾値以上と判定されると、その判定よりも前であって前記指標が判定閾値未満のときに算出された前記内部抵抗値に基づいて、通電開始後の前記電池を制御する、電池制御装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の電池制御装置において、
前記内部抵抗演算部は、算出方法の異なる2つの充電状態の間の差分に基づいて前記内部抵抗値を算出する、電池制御装置。 - 請求項7に記載の電池制御装置において、
前記2つの充電状態の一方は、前記電池の開回路電圧に基づいて算出される充電状態である、電池制御装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の電池制御装置において、
前記内部抵抗演算部は、前記電池の閉回路電圧計測値と電池に流れる電流に基づいて算出される閉回路電圧計算値との差分に基づいて、前記内部抵抗値を算出する、電池制御装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の電池制御装置において、
前記判定閾値は、前記電池の温度及び/又は前記電池の劣化に応じて設定される、電池制御装置。
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