JP2024031219A - Full charge capacity estimation method - Google Patents
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Abstract
【課題】電池の満充電容量を正確に推定可能にする技術を提供する。【解決手段】満充電容量推定方法は、電池の経過時間に対する満充電容量の変化を示す満充電容量カーブを、電池の複数段階の劣化状態の各々に応じて複数生成するステップを備える。電池の充電率と開放電圧との関係を示すSOC-OCV特性カーブを、電池の複数段階の劣化状態の各々に応じて複数生成するステップを備える。電池の温度履歴およびSOC履歴に基づいて、複数の満充電容量カーブを用いて、現在の劣化状態に近い最適満充電容量カーブを生成するステップを備える。温度履歴、SOC履歴および電池の経過時間に基づいて、複数のSOC-OCV特性カーブを用いて、現在の劣化状態に近い最適SOC-OCV特性カーブを生成するステップを備える。最適満充電容量カーブおよび最適SOC-OCV特性カーブに基づいて、電池の満充電容量を推定するステップを備える。【選択図】図2The present invention provides a technology that enables accurate estimation of the full charge capacity of a battery. A full charge capacity estimation method includes the step of generating a plurality of full charge capacity curves indicating changes in full charge capacity with respect to elapsed time of the battery, according to each of a plurality of stages of deterioration state of the battery. The method includes the step of generating a plurality of SOC-OCV characteristic curves indicating the relationship between the charging rate and the open-circuit voltage of the battery in accordance with each of the plurality of stages of deterioration states of the battery. The method includes the step of generating an optimal full charge capacity curve close to a current state of deterioration using a plurality of full charge capacity curves based on the temperature history and SOC history of the battery. The method includes generating an optimal SOC-OCV characteristic curve close to a current state of deterioration using a plurality of SOC-OCV characteristic curves based on temperature history, SOC history, and elapsed time of the battery. The method includes the step of estimating the full charge capacity of the battery based on the optimum full charge capacity curve and the optimum SOC-OCV characteristic curve. [Selection diagram] Figure 2
Description
本明細書が開示する技術は、電池の満充電容量推定方法に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a method for estimating the full charge capacity of a battery.
特許文献1の技術では、充電回数に対するタイマ充電の回数の割合に応じて、劣化ライン(電池の使用量に対する満充電容量の変化を示すカーブ)を補正する。これにより、電池の満充電容量の推定精度を向上させることを目的としている。
In the technique of
特許文献1の技術では、劣化ラインの補正に使用するインプット情報が充電回数であり、限定的である。そのため、満充電容量の推定精度を十分に確保することが困難である。本明細書は、電池の満充電容量を正確に推定可能にする技術を提供する。
In the technique of
請求項1に記載の構成において、電池の経過時間は、電池を使用している時間の積算値に対応する時間である。この構成によると、電池の温度履歴およびSOC履歴に基づいて、電池の現在の劣化状態を表す最適満充電容量カーブを生成することができる。また、温度履歴、SOC履歴および電池の使用量に基づいて、電池の現在の劣化状態を表す最適SOC-OCV特性カーブを生成することができる。そして、最適満充電容量カーブおよび最適SOC-OCV特性カーブに基づいて満充電容量を推定できるため、推定精度を十分に確保することが可能となる。
In the configuration according to
(満充電容量推定システム1の構成)
図1に示す満充電容量推定システム1は、主に、電動車両10およびデータセンタ100を備える。なお、図1の点線は信号線を表している。電動車両10は、電池11、電力変換器12、走行用のモータ13、コントローラ14、電圧センサ20、電流センサ21、温度センサ22、充電器24、充電ソケット23、データ通信装置26、を備える。電池11は再充電が可能な二次電池であり、具体的には、リチウムイオン電池である。電力変換器12は、電池11の直流電力をモータ13の駆動電力(交流電力)に変換する。電力変換器12が駆動電力をモータ13に供給する。運転者がブレーキを踏んだとき、モータ13は逆駆動されて発電する。発電で得られた電力(回生電力)は電力変換器12が直流電力に変換して電池11へ供給する。すなわち電池11は回生電力で充電される。電動車両10は、充電ソケット23および充電器24を介して、不図示の外部電源から電力供給を受けることができる。これにより、電池11をプラグイン充電することができる。
(Configuration of full charge capacity estimation system 1)
A full charge
電流センサ21は、電池11の充放電電流を計測し、計測データをコントローラ14へ送信する。温度センサ22は、電池11の温度を計測し、計測データをコントローラ14へ送信する。電圧センサ20は、電池11の電圧を計測し、計測データをコントローラ14へ送信する。電池11の開回路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)は、残電力量(State Of Charge:SOC)と正の相関がある。従ってコントローラ14は、相関関係を使って、電池11のOCVから電池11のSOCを求めることができる。
The
コントローラ14は、電動車両10を構成する様々な要素を統括して制御するコンピュータである。コントローラ14は、CPU15や、メモリ16、タイマ17を備えている。メモリ16は、各種の制御プログラム等を記憶する。CPU15は、制御プログラムに従って、後述する制御を行う。タイマ17は、電池11の経過時間Tを計測する。経過時間Tは、電池11を使用している時間の積算値に対応する時間である。電池11の経過時間Tは、電動車両10の経過時間Tとほぼ等しいとみなすことができる。
The
またメモリ16には、3つの満充電容量カーブFC1~FC3、および、3つのSOC-OCV特性カーブSO1~SO3が記憶されている。満充電容量カーブは、電池11の経過時間に対する満充電容量の変化を示す曲線である。SOC-OCV特性カーブは、電池のSOC(充電率)とOCV(開放電圧)との関係を示す曲線である。満充電容量カーブFC1~FC3およびSOC-OCV特性カーブSO1~SO3は、車両設計段階で予め作成し、メモリ16に記憶しておくことができる。なお、本実施例における満充電容量カーブおよびSOC-OCV特性カーブの数は一例であり、メモリ16の容量や満充電容量の必要とされる推定精度に応じて、適宜定めることができる。
The
データ通信装置26は、無線通信27を介して、データセンタ100との間で各種のデータを通信する装置である。データセンタ100は、CPU101およびメモリ102を備えている。メモリ102は、電動車両10から受信した各種データをメモリ102に記憶する。CPU101は、受信データに基づいて各種の演算処理を実行し、演算結果を電動車両10に送信する。
The
(満充電容量カーブFCおよびSOC-OCV特性カーブSOの概要)
図2のグラフ3に、満充電容量カーブFC1~FC3の一例を示す。グラフ3の横軸は電池11の経過時間であり、縦軸は満充電容量である。
(Summary of full charge capacity curve FC and SOC-OCV characteristic curve SO)
Graph 3 in FIG. 2 shows an example of full charge capacity curves FC1 to FC3. The horizontal axis of graph 3 is the elapsed time of the
満充電容量カーブFC1~FC3の作成方法の一例について説明する。満充電容量カーブFC1~FC3は、電池温度の確率頻度FおよびSOCの確率頻度Gをパラメータとする曲線である。図2のグラフ1およびグラフ2を用いて、電池温度の確率頻度FおよびSOCの確率頻度Gを説明する。グラフ1はヒストグラムであり、横軸は電池温度であり、縦軸(度数)はその確率頻度Fである。グラフ2もヒストグラムであり、横軸はSOCであり、縦軸(度数)はその確率頻度Gである。確率頻度FおよびGは、統計的確率であり、電池温度およびSOCの測定回数を累積的に増加させることで、近似値として求めることができる。そして車両設計段階において、電池温度の確率頻度FおよびSOCの確率頻度Gの様々な組み合わせに対して、満充電容量カーブFC1~FC3を作成する。すなわち満充電容量カーブFC1~FC3は、電池11の複数段階の劣化状態の各々に対応する満充電容量カーブである。
An example of a method for creating full charge capacity curves FC1 to FC3 will be described. The full charge capacity curves FC1 to FC3 are curves whose parameters are the probability frequency F of battery temperature and the probability frequency G of SOC. The probability frequency F of battery temperature and the probability frequency G of SOC will be explained using
また図2のグラフ4に、SOC-OCV特性カーブSO1~SO3の一例を示す。グラフ4の横軸は電池11のSOCであり、縦軸はOCVである。SOC-OCV特性カーブSO1~SO3の作成方法の一例について説明する。SOC-OCV特性カーブSO1~SO3は、電池温度の確率頻度F、SOCの確率頻度G、および、電池11の経過時間Tをパラメータとする曲線である。車両設計段階において、電池温度の確率頻度F、SOCの確率頻度G、電池11の経過時間Tの様々な組み合わせに対して、SOC-OCV特性カーブSO1~SO3を作成する。すなわちSOC-OCV特性カーブSO1~SO3は、電池11の複数段階の劣化状態の各々に対応するSOC-OCV特性カーブである。
Further, graph 4 in FIG. 2 shows an example of SOC-OCV characteristic curves SO1 to SO3. The horizontal axis of the graph 4 is the SOC of the
なお、満充電容量カーブFC1~FC3やSOC-OCV特性カーブSO1~SO3の作成方法は、様々であって良い。例えば、実際に複数個の電池11を異なる条件で劣化させて実測することで作成してもよい。また例えば、ユーザの使われ方として、最も劣化が進みづらい条件と、最も劣化が進みやすい条件とで実測した2個のカーブの間を補間することにより、複数のカーブを作成しても良い。
Note that there may be various methods for creating the full charge capacity curves FC1 to FC3 and the SOC-OCV characteristic curves SO1 to SO3. For example, it may be created by actually measuring the deterioration of a plurality of
(満充電容量の推定動作)
図2のフローチャートを用いて、満充電容量の推定動作を説明する。この推定動作は、電動車両10のオンボード上で実行される。以下では、「ステップ10」を「S10」のように略記する。図2のフローは、所定周期(例:1日)で実行されてもよい。
(Full charge capacity estimation operation)
The operation for estimating the full charge capacity will be explained using the flowchart in FIG. 2 . This estimation operation is executed onboard the
S10においてCPU15は、電池11の使われ方を示す情報を更新する。具体的には、グラフ1で説明したように、電池温度の確率頻度Fを累積的に算出する。またグラフ2で説明したように、SOCの確率頻度Gを累積的に算出する。またタイマ17を用いて、電池11の経過時間Tを累積的に取得する。
In S10, the
S20においてCPU15は、S10で更新された電池温度の確率頻度FおよびSOCの確率頻度Gに基づいて、現在の劣化状態に近い最適満充電容量カーブを生成する。生成方法は様々であって良い。例えば、満充電容量カーブFC1~FC3(グラフ3参照)のうちから、最も劣化条件が近い満充電容量カーブを選択してもよい。また例えば、劣化条件が近い2個の満充電容量カーブを選択し、2つの満充電容量カーブを補間することで最適満充電容量カーブを生成しても良い。本実施例では、満充電容量カーブFC2が、最適満充電容量カーブとして選択される場合を説明する。
In S20, the
S30においてCPU15は、S10で更新された電池温度の確率頻度F、SOCの確率頻度G、経過時間Tに基づいて、現在の劣化状態に近い最適SOC-OCV特性カーブを生成する。生成方法は様々であって良い。例えば、SOC-OCV特性カーブSO1~SO3(グラフ4参照)のうちから最も劣化条件が近い満充電容量カーブを選択してもよいし、複数のSOC-OCV特性カーブを補間することで最適満充電容量カーブを生成しても良い。本実施例では、SOC-OCV特性カーブSO2が、最適SOC-OCV特性カーブとして選択される場合を説明する。
In S30, the
S40においてCPU15は、電池11の満充電容量を推定する。具体的には、グラフ5に示すように、最適満充電容量カーブFC2において、経過時間Tに対応する満充電容量推定値FE1を求める。
In S40, the
S50においてCPU15は、電池11にプラグイン充電が行われたか否かを判断する。プラグイン充電が行われていない場合にはS60をスキップし、行われている場合にはS60へ進む。
In S50, the
S60においてCPU15は、電池11の満充電容量を推定する。グラフ6を用いて具体的に説明する。CPU15は、充電前OCVおよび充電後OCVを算出する。次に、最適SOC-OCV特性カーブSO2に基づいて、充電前OCV対応するSOCと充電後OCVに対応するSOCとの差分である、ΔSOCを求める。すなわち、プラグイン充電により増加したSOCであるΔSOCを求める。そして、下式(1)により、満充電容量推定値FE2を求めることができる。
満充電容量推定値FE2=プラグイン充電時の電流積算値÷ΔSOC×100・・・式(1)
In S60, the
Estimated full charge capacity FE2 = integrated current value during plug-in charging ÷ ΔSOC x 100...Equation (1)
S70においてCPU15は、S40で求められた満充電容量推定値FE1と、S60で求められた満充電容量推定値FE2とを、調停する。調停では、2つの推定値を用いて、より正確な1つの推定値を生成する。調停方法は様々であってよい。例えば、2つの推定値の単純平均や加重平均を求めてもよい。
In S70, the
(効果)
電池温度履歴を示す確率頻度F、および、SOC履歴を示す確率頻度Gに基づいて、電池の現在の劣化状態を表す最適満充電容量カーブを生成することができる(S20)。また、温度履歴、SOC履歴および電池の使用量に基づいて、電池の現在の劣化状態を表す最適SOC-OCV特性カーブを生成することができる(S30)。よって、満充電容量カーブおよびSOC-OCV特性カーブの経年特性変化を、ユーザの電池11の使い方に応じて、柔軟に考慮することが可能となる。これにより、満充電容量の推定精度を十分に確保することが可能となる。
(effect)
Based on the probability frequency F indicating the battery temperature history and the probability frequency G indicating the SOC history, an optimal full charge capacity curve representing the current state of deterioration of the battery can be generated (S20). Furthermore, an optimal SOC-OCV characteristic curve representing the current state of deterioration of the battery can be generated based on the temperature history, SOC history, and battery usage (S30). Therefore, it is possible to flexibly consider changes in the full charge capacity curve and the SOC-OCV characteristic curve over time depending on how the user uses the
実施例1では、最適満充電容量カーブの生成(S20)および最適SOC-OCV特性カーブの生成(S30)を、オンボードで行う態様を説明した。実施例2では、これらの演算処理をデータセンタ100で行う態様について説明する。
In the first embodiment, a mode has been described in which the generation of the optimum full charge capacity curve (S20) and the generation of the optimum SOC-OCV characteristic curve (S30) are performed on-board. In the second embodiment, a mode in which these calculation processes are performed in the
図3のフローチャートを用いて、実施例2における満充電容量の推定動作を説明する。データセンタ100のメモリ102には、電池温度およびSOCを様々に変化させた条件下で生成された複数の満充電容量カーブが、予め記憶されている。なお、複数の満充電容量カーブの生成方法は、様々であって良い。例えば、同じ電池を搭載している他車両から得られたビッグデータを基に導かれた各種パラメータを使用して、複数の満充電容量カーブを生成しても良い。
The operation for estimating the full charge capacity in the second embodiment will be explained using the flowchart of FIG. 3. The
S110においてCPU15は、電池温度の確率頻度FおよびSOCの確率頻度Gを累積的に算出する。当該算出方法は、S10で説明した方法と同様である。またCPU15は、電池11の電圧、電流、温度、SOCの時系列情報を生成する。S115においてCPU15は、S110で生成した各種情報を、データ通信装置26を介してデータセンタ100に送信する。S125においてCPU15は、データセンタ100での演算処理の完了を待機する。
In S110, the
データセンタ100のCPU101は、受信した電池温度の確率頻度FおよびSOCの確率頻度Gに基づいて、現在の劣化状態に近い最適満充電容量カーブを生成する。そして生成した最適満充電容量カーブを、電動車両10へ送信する。なお当該生成方法は、S20で説明したように、様々であってよい。
The
またCPU101は、受信した時系列情報に基づいて、現在の劣化状態に近い最適SOC-OCV特性カーブを生成する。そして生成した最適SOC-OCV特性カーブを、電動車両10へ送信する。当該生成方法は、様々であって良い。生成方法の一例を、グラフ7を用いて具体的に説明する。グラフ7の横軸はSOCであり、縦軸は電池電圧である。CPU101は、受信した電圧およびSOCの時系列情報をショットガンプロットすることによって、グラフ7を生成する。そしてグラフ7を画像パターン認識することによって、最適満充電容量カーブを生成する。なお、ショットガンプロットを打つ条件を設けても良い。例えば、電池温度および電流に関して、[20℃≦電池温度≦30℃]かつ[-50A≦電池電流≦50A]の範囲をプロットするとしてもよい。
Furthermore, the
S135においてCPU15は、最適満充電容量カーブおよび最適SOC-OCV特性カーブを、データ通信装置26を介してデータセンタ100から受信したか否かを判断する。未受信の場合(S135:NO)にはS125へ戻り、待機する。一方、受信した場合(S135:YES)には、S140へ進む。S140~S170の各ステップの内容は、実施例1のS40~S70の各ステップと同様であるため、説明を省略する。
In S135, the
(効果)
最適満充電容量カーブおよび最適SOC-OCV特性カーブを生成するための演算処理を、電動車両10のオンボードよりも処理能力の高いデータセンタ100で行うことができる。高負荷な計算が実施可能であるため、最適満充電容量カーブおよび最適SOC-OCV特性カーブを、より高精度に追従させることができる。また、同じ電池を搭載している他車両から得られたビッグデータを基に導かれた各種パラメータを使用することができるため、サンプル数を飛躍的に増加させることができる。満充電容量の推定精度を、より高めることが可能となる。
(effect)
Arithmetic processing for generating the optimal full charge capacity curve and the optimal SOC-OCV characteristic curve can be performed in the
(変形例)
最適SOC-OCV特性カーブを演算する方法(S30)は、電池温度の確率頻度F、SOCの確率頻度G、経過時間Tに基づく方法に限られない。例えば、S60の推定方法以外の方法(例:S40の推定方法)によって、電池11の満充電容量を推定してもよい。そして、推定した満充電容量に劣化条件が近いカーブを、SOC-OCV特性カーブSO1~SO3(グラフ4参照)のうちから選択してもよい。なお、このときのSOC-OCV特性カーブSO1~SO3は、満充電容量ごとに作成されたカーブである。例えば、SO1は100Ahのとき、SO2は80Ahのとき、SO3は60AhのときのSOC-OCV特性カーブである。
(Modified example)
The method of calculating the optimal SOC-OCV characteristic curve (S30) is not limited to the method based on the probability frequency F of the battery temperature, the probability frequency G of the SOC, and the elapsed time T. For example, the full charge capacity of the
1:満充電容量推定システム 10:電動車両 11:電池 14:コントローラ 15:CPU 16:メモリ 100:データセンタ 1: Full charge capacity estimation system 10: Electric vehicle 11: Battery 14: Controller 15: CPU 16: Memory 100: Data center
Claims (1)
前記電池の経過時間に対する満充電容量の変化を示す満充電容量カーブを、前記電池の複数段階の劣化状態の各々に応じて複数生成するステップと、
前記電池の充電率と開放電圧との関係を示すSOC-OCV特性カーブを、前記電池の複数段階の劣化状態の各々に応じて複数生成するステップと、
前記電池の温度履歴およびSOC履歴に基づいて、複数の前記満充電容量カーブを用いて、現在の劣化状態に近い最適満充電容量カーブを生成するステップと、
前記温度履歴、前記SOC履歴および前記電池の経過時間に基づいて、複数の前記SOC-OCV特性カーブを用いて、現在の劣化状態に近い最適SOC-OCV特性カーブを生成するステップと、
前記最適満充電容量カーブおよび前記最適SOC-OCV特性カーブに基づいて、前記電池の前記満充電容量を推定するステップと、
を備える満充電容量推定方法。
A full charge capacity estimation method for estimating the full charge capacity of a battery, the method comprising:
generating a plurality of full charge capacity curves indicating changes in full charge capacity with respect to elapsed time of the battery according to each of the plurality of stages of deterioration state of the battery;
generating a plurality of SOC-OCV characteristic curves indicating the relationship between the charging rate and the open-circuit voltage of the battery according to each of the plurality of stages of deterioration states of the battery;
Generating an optimal full charge capacity curve close to the current state of deterioration using the plurality of full charge capacity curves based on the temperature history and SOC history of the battery;
Generating an optimal SOC-OCV characteristic curve close to a current state of deterioration using the plurality of SOC-OCV characteristic curves based on the temperature history, the SOC history, and the elapsed time of the battery;
estimating the full charge capacity of the battery based on the optimum full charge capacity curve and the optimum SOC-OCV characteristic curve;
A method for estimating full charge capacity.
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