DE102021127280A1

DE102021127280A1 - Batterieverwaltungsvorrichtung und Batterievorrichtung

Info

Publication number: DE102021127280A1
Application number: DE102021127280.7A
Authority: DE
Inventors: Shogo Shigemori; Shunichi Kubo; Takeshi Iida; Yukihiro TOMONAGA; Taisuke Kurachi; Shozo Suzuki; Shinya Kato
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US20220131389A1; CN114475357A; US12119683B2

Abstract

Eine Batterieverwaltungsvorrichtung weist eine Bereichsfestlegeinheit (1) und eine Messeinheit (3; 103) auf. Die Bereichsfestlegeinheit (1) ist konfiguriert, einen begrenzten Messbereich festzulegen, der einen Bereich zum Messen einer Spannung jeder einer Mehrzahl von Batterien (7) für ein Fahrzeug begrenzt. Die Messeinheit (3; 103) ist konfiguriert, die Spannung jeder der Mehrzahl von Batterien innerhalb des begrenzten Messbereichs zu messen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Batterieverwaltungsvorrichtung und eine Batterievorrichtung.
Stand der Technik
Wie in der JP 2010-141957 A offenbart, führt eine Batterievorrichtung einen Ausgleichsprozess für jeden Batterieblock durch, um Spannungsschwankungen für mehrere Batterien schnell zu reduzieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Bei einer Vorrichtung zum Verwalten eines Zustands einer Batterie ist es wichtig, einen Ausgleich der Batterie, eine Schätzung eines Ladezustands (SOC; State of Charge) der Batterie, eine Schätzung eines Verschlechterungsgrads der Batterie (SOH) und dergleichen mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Somit ist es erforderlich, die Messgenauigkeit der Batteriespannung zu verbessern.
Angesichts der zuvor beschriebenen Schwierigkeiten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Batterieverwaltungsvorrichtung und eine Batterievorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Genauigkeit der Spannungsmessung zu verbessern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Batterieverwaltungsvorrichtung eine Bereichsfestlegeinheit und eine Messeinheit auf. Die Bereichsfestlegeinheit legt einen begrenzten Messbereich fest, der einen Bereich zum Messen einer Spannung jeder einer Mehrzahl von Batterien für ein Fahrzeug begrenzt. Die Messeinheit misst die Spannung jeder der Mehrzahl von Batterien innerhalb des begrenzten Messbereichs.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Batterievorrichtung eine Mehrzahl von Batterien für ein Fahrzeug, eine Bereichsfestlegeinheit und eine Messeinheit auf. Die Bereichsfestlegeinheit legt einen begrenzten Messbereich fest, der einen Bereich zum Messen einer Spannung jeder einer Mehrzahl von Batterien für ein Fahrzeug begrenzt. Die Messeinheit misst die Spannung jeder der Mehrzahl von Batterien innerhalb des begrenzten Messbereichs.
Gemäß Konfiguration kann die Bereichsfestlegeinheit den begrenzten Spannungsmessbereich aus dem gesamten Spannungsbereich der Batterie festlegen. Da diese Konfiguration einen geeigneten Spannungsmessbereich festlegen kann, kann die Genauigkeit der Spannungsmessung verbessert werden.
Figurenliste
Die vorherigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen klarer. In den Zeichnungen:

1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das sich auf eine Batterievorrichtung bezieht;
2 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Überwachungs-IC;
3 ist ein Kenndiagramm, das eine Beziehung zwischen OCV und SOC bezüglich einer Batteriezelle zeigt;
4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Batterieverwaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Batterieverwaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ist ein Kenndiagramm, das einen Vorgang bezüglich der SOH-Schätzung zeigt;
7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Batterieverwaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Batterieverwaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Überwachungs-IC gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
10 ist ein Zeitdiagramm, das die Spannungserfassung zeigt;
11 ist ein Zeitdiagramm, das die Spannungserfassung zeigt; und
12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Bezugsziel-Festlegverarbeitung zeigt.

Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In jedem Ausführungsbeispiel kann ein Bestandteilelement, das einem Bestandteilelement in einem vorhergehenden Ausführungsbeispiel mit einem Bezugszeichen oder einer Bezugszahl entspricht, mit dem gleichen Bezugszeichen oder der gleichen Bezugszahl bezeichnet werden, um eine überflüssige Erläuterung wegzulassen. Wenn in einem Ausführungsbeispiel nur ein Teil einer Konfiguration beschrieben wird, kann ein anderes vorangehendes Ausführungsbeispiel auf die anderen Teile der Konfiguration angewendet werden. Es kann möglich sein, nicht nur Teile zu kombinieren, deren Kombination in einem Ausführungsbeispiel explizit beschrieben ist, sondern auch Teile jeweiliger Ausführungsbeispiele zu kombinieren, deren Kombination nicht explizit beschrieben ist, falls beim Kombinieren der Teile der jeweiligen Ausführungsbeispiele kein spezielles Hindernis auftritt.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein erstes Ausführungsbeispiel wird in Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben. Eine Batterieverwaltungsvorrichtung kann auf die Verwaltung einer Sekundärbatterie angewendet werden, die in einem Fahrzeug wie beispielsweise einem Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug oder einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert ist. Fahrzeuge umfassen Personenkraftwagen, Busse, Bauarbeitsfahrzeuge, Landmaschinenfahrzeuge und dergleichen. Sekundärbatterien umfassen eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, eine Nickel-Wasserstoff-Sekundärbatterie, eine Batterie mit organischen Radikalen und dergleichen.
1 zeigt eine Konfiguration, die sich auf eine Batterievorrichtung 200 und eine externe Vorrichtung zum Laden einer zusammengesetzten Batterie 5 bezieht. Die Batterievorrichtung 200 enthält die zusammengesetzte Batterie 5 und eine Batterieverwaltungsvorrichtung 100.
Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 enthält eine Steuervorrichtung 10, welche die zusammengesetzte Batterie 5 betrifft. Die externe Vorrichtung enthält eine Ladeeinrichtung (CF) 12 und einen Ladeanschluss (CT) 11. Eine am Fahrzeug montierte Lade- und Entladeschaltung (CDC) 8 ermöglicht den Austausch von elektrischer Leistung zwischen der zusammengesetzten Batterie 5 und dem Ladeanschluss 11.
Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 ist in dem zuvor beschriebenen Fahrzeug vorgesehen. Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 fungiert als eine Verwaltungsvorrichtung zum Überwachen und Steuern des Ladens und Entladens der zusammengesetzten Batterie 5 einschließlich der Sekundärbatterie in dem zuvor beschriebenen Fahrzeug. Die zusammengesetzten Batterie 5 kann durch die externe Vorrichtung geladen werden.
Zwischen der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 und dem Ladegerät 12 ist ein Leistungsprozess vorgesehen, um zu ermöglichen, dass elektrische Leistung in eine Richtung oder in beide Richtungen fließt. Das Ladegerät 12 ist eine Leistungsversorgungsvorrichtung, die in einem Haus, einer Geschäftseinrichtung oder dergleichen angeordnet ist. Das Ladegerät 12 ist als eine einfache Steckdose oder als eine Ladestation zum Aufladen konfiguriert.
Das Ladeanschluss 11 ist eine tragbare oder stationäre Vorrichtung. Der Ladeanschluss 11 kann in dem Ladegerät 12 oder dem Fahrzeug angeordnet sein. Der Ladeanschluss 11 kommuniziert mit dem Fahrzeug durch Verwendung einer dedizierten Signalleitung. Das Ladeanschluss 11 kann auch als Ladevorrichtung bzw. Charger ausgestaltet sein. Ein Systemhauptrelais 6 kann zwischen dem Ladeanschluss 11 und der zusammengesetzten Batterie 5 zwischen einem elektrisch leitenden Zustand und einem elektrisch nichtleitenden Zustand umschalten.
Das Ladegerät 12 weist eine Wechselstromversorgung und eine Steckdose auf, die von der Wechselstromversorgung zugeführte elektrische Leistung ausgibt. Der Wechselstrom wird von einer kleinen Leistungserzeugungsanlage oder einem weiträumigen Stromnetz zugeführt. Die Steckdose befindet sich außerhalb der Einrichtung, die die Ladeeinrichtung 12 bereitstellt, und ist in der Lage, einen vorgegebenen Stecker aufzunehmen. Die Steckdose und der Stecker stellen eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden des Ladegeräts 12 und des Ladeanschlusses 11 bereit.
Das mit der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 ausgestattete Fahrzeug hat einen Einlass. Der Einlass stellt einen eingangsseitigen Anschluss für den Ladeanschluss 11 bereit. Der Einlass hat eine Anschlussgruppe mit mehreren Anschlüssen für Gleichstrom und mehrere Anschlüsse für die Datenkommunikation.
Der Ladeanschluss 11 weist einen Stecker auf, der mit der Steckdose der Ladegeräts 12 verbunden werden kann. Der Stecker kann mit Wechselstrom elektrisch betrieben werden. Der Ladeanschluss 11 weist einen Verbinder auf, der mit dem Einlass des Fahrzeugs verbunden werden kann. Der Verbinder wird auch als eine Ladepistole bezeichnet. Der Verbinder weist eine Anschlussgruppe mit mehreren Anschlüssen für Wechselstrom und mehreren Anschlüssen für die Datenkommunikation auf. Der Fahrzeugeinlass und der Verbinder des Ladeanschlusses 11 stellen eine Verbindungsvorrichtung zum Verbinden des Ladeanschlusses 11 und des Fahrzeugs bereit. Der Ladeanschluss 11 weist eine Steuervorrichtung auf, die elektrische Leistung einstellt, die dem Stecker des Ladeanschlusses 11 zugeführt wird, und führt die eingestellte elektrische Leistung dem Verbinder zu. Die Steuervorrichtung des Ladeanschlusses 11 weist einen Schaltkreis auf, der die Leistungszufuhr zu dem Verbinder unterbricht. Die Steuervorrichtung des Ladeanschlusses 11 kann eine Spannungsumwandlungsschaltung aufweisen.
Die Steuervorrichtung des Ladeanschlusses 11 ist auch eine Kommunikationsvorrichtung zum Kommunizieren mit dem Fahrzeug über den Verbinder des Ladeanschlusses 11. Die Steuervorrichtung des Ladeanschlusses 11 arbeitet mit der Steuervorrichtung 10 der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 zusammen, um einen Ladeprozess zum Steuern des Ladens der zusammengesetzten Batterie 5 durchzuführen. Die Steuervorrichtung des Ladeanschlusses 11 überträgt ein Signal, das angibt, dass elektrische Leistung von dem Ladeanschluss11 durch das CPLT-Signal zugeführt werden kann. Des Weiteren empfängt die Steuervorrichtung des Ladeanschlusses 11 ein Signal, das angibt, dass die zusammengesetzte Batterie 5 in der Lage ist, von dem CPLT-Signal entladen zu werden. Die Steuervorrichtung des Ladeanschlusses 11 unterbricht die Leistungszufuhr von dem Ladeanschluss 11 zu der zusammengesetzten Batterie 5.
Die zusammengesetzte Batterie 5 führt einem im Fahrzeug vorgesehenen Elektromotor zum Fahren elektrische Leistung zu. Die zusammengesetzte Batterie 5 weist eine hohe Kapazität und eine hohe Spannung auf, die in der Lage ist, als Leistungsquelle zum Fahren des Fahrzeugs verwendet zu werden. Die zusammengesetzte Batterie 5 weist mehrere Batteriegruppen auf, die in Reihe oder parallelgeschaltet sind. Die Batteriegruppe weist mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen 7 auf. Die Batteriezelle 7 wird von einer Sekundärbatterie bereitgestellt.
Die Lade- und Entladeschaltung 8 ist am Fahrzeug montiert. Die Lade- und Entladeschaltung 8 fungiert als eine Ladeschaltung, die dem Einlass des Fahrzeugs zugeführte elektrische Leistung gleichrichtet und umwandelt und der zusammengesetzten Batterie 5 elektrische Leistung zuführt. Die Lade- und Entladeschaltung 8 fungiert auch als eine Entladeschaltung, die den von der zusammengesetzten Batterie 5 erhaltenen Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom an den Einlass des Fahrzeugs ausgibt. Die Lade- und Entladeschaltung 8 ermöglicht das Laden der zusammengesetzten Batterie 5 von der Wechselstromversorgung der Ladeeinrichtung12 und den umgekehrten Leistungsfluss von der zusammengesetzten Batterie 5 zu der Wechselstromversorgung. Die Lade- und Entladeschaltung 8 kann eine Wechselrichterschaltung und eine Spannungswandlerschaltung aufweisen. Die Steuervorrichtung 10 der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 steuert die Lade- und Entladeschaltung 8.
Die Steuervorrichtung 10 weist eine Überwachungs-IC (BMIC) 3, ein Isolierelement (IE) 2 und einen Mikrocomputer (µC) 1 auf. Die Überwachungs-IC 3 fungiert als eine Messeinheit, welche die Spannung (Spannung zwischen den Anschlüssen) zwischen den Anoden und der negativen Elektrode jeder Batteriezelle 7 misst. Eine Überwachungs-IC 3 misst zum Beispiel die Spannung zwischen den Anschlüssen jeder Batteriezelle 7, die in einer Batteriegruppe enthalten ist.
Der Mikrocomputer 1 und jede Überwachungs-IC 3 sind durch ein Isolierelement 2 isoliert. Der Mikrocomputer 1 bezieht die Spannung zwischen den Anschlüssen, die von jeder Überwachungs-IC 3 über das Isolierelement 2 gemessen werden. Der Mikrocomputer 1 überwacht jede Batteriezelle 7 durch jede Überwachungs-IC 3 und verwaltet den Zustand der zusammengesetzten Batterie 5, wie beispielsweise den Lade- und Entladezustand. Die Überwachungs-IC 3 und die Überwachungs-IC 3 sind durch ein Isolierelement (IE) 21 isoliert. Diese Isolationskonfiguration stellt die Kommunikationsleistung zwischen den Überwachungs-ICs 3 sicher, von denen jede unterschiedliche GND-Pegel hat.
Der Mikrocomputer 1 stellt einen Spannungsmessbereich in der Batteriezelle 7 ein, um einen begrenzten Messbereich festzulegen. Der Mikrocomputer 1 legt den begrenzten Messbereich fest, wenn sich das Fahrzeug in einem Zustand befindet, in dem der Einfluss des Rauschens gering ist. Der Mikrocomputer 1 fungiert als eine Bereichsfestlegeinheit, die in der Lage ist, einen beliebigen begrenzten Messbereich unter den Spannungen im gesamten Bereich der Batteriezelle 7 festzulegen. Der Mikrocomputer 1 legt den Spannungsmessbereich, der durch den an die Überwachungs-IC 3 übertragenen Befehl eingestellt wird, als den begrenzten Messbereich fest. Die Überwachungs-IC 3 interpretiert die Befehlsausgabe von dem Mikrocomputer 1 und arbeitet in dem in diesem Befehl enthaltenen Spannungsmessbereich.
Als ein Beispiel legt der Mikrocomputer 1 einen begrenzten Messbereich mit der folgenden Logik fest. Der Mikrocomputer 1 legt einen begrenzten Messbereich fest, der einen Maximalwert enthält. Der Maximalwert gehört zu den von der Überwachungs-IC 3 gemessenen Spannungsmesswerten für die Spannung in dem gesamten Bereich in der Batteriezelle 7. Der Mikrocomputer 1 legt einen begrenzten Messbereich fest, der einen Minimalwert enthält. Der Minimalwert gehört zu den von der Überwachungs-IC 3 gemessenen Spannungsmesswerten für die Spannung in dem gesamten Bereich in der Batteriezelle 7. Der Mikrocomputer 1 legt einen begrenzten Messbereich durch Verwendung des Maximalwerts und des Minimalwerts unter den Spannungsmesswerten fest, die von der Überwachungs-IC 3 für die Spannung in dem gesamten Bereich in der Batterie gemessen werden.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet die Überwachungs-IC 3 eine Befehlseinheit (CS) 31, einen Analog-Digital-Wandler (A/D) 32, einen Pegelschieber (L/S) 33 und eine Schaltergruppe (MUX) 34. Die Überwachungs-IC 3 weist des Weiteren eine Ausgleichsschaltung (BC) 4 auf.
Die Befehlseinheit 31 weist eine serielle E/A, einen nichtflüchtigen Speicher und ein digitales Filter auf, und hat eine Funktion zum Interpretieren eines Befehls von dem Mikrocomputer 1.
Der Analog-Digital-Wandler 32 weist einen A/D-Wandler auf, der von einer elektronischen Schaltung bereitgestellt wird, die ein analoges elektrisches Signal in ein digitales elektrisches Signal umwandelt, und eine Klemmschaltung, die den Eingangsbereich des A/D-Wandlers begrenzt. Die Anzahl der Quantisierungsbits des A/D-Wandlers ist ein fester Wert. Der Eingangsbereich des A/D-Wandlers wird durch Steuern der Klemmschaltung durch die Befehlseinheit 31 gesteuert.
Die Schaltergruppe 34 hat die Funktion, die Spannung jeder Batteriezelle 7 beliebig auszuwählen. Die Schaltergruppe 34 hat die Funktion, mehrere Eingänge auszuwählen und diese als ein Signal auszugeben.
Der Pegelschieber 33 fungiert als ein Pegelschieber und als ein Verstärkungssektor. Der Pegelschieber 33 enthält einen Operationsverstärker und mehrere Rückkopplungsschaltungen, die parallel zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers geschaltet sind. Diese Rückkopplungsschaltung enthält einen Schalter und einen Kondensator, die in Reihe geschaltet sind. Die Kapazitäten der in den mehreren Rückkopplungsschaltungen enthaltenen Kondensatoren können gleich oder unterschiedlich sein.
Die Schalter der mehreren Rückkopplungsschaltungen, die in dem Pegelschieber 33 enthalten sind, werden selektiv zwischen dem elektrisch leitenden Zustand und dem abgeschalteten Zustand gesteuert. Als Ergebnis ändert sich die Anzahl der Kondensatoren, die zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers geschaltet sind. Die Kapazität zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers ändert sich. Zusätzlich ändert sich der Widerstand zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers. Als Ergebnis werden die Verstärkung und der Offset des Pegelschiebers 33 gesteuert.
Durch Begrenzen des Eingangsbereichs des Analog-Digital-Wandlers 32 und Einstellen der Verstärkung und des Offsets des Pegelschiebers 33 wird der Spannungsbereich des analogen elektrischen Signals, das durch den Analog-Digital-Wandler 32 in das digitale Signal umzuwandeln ist, gesteuert. Der Spannungsbereich der Spannung der Batteriezelle 7, die von dem Analog-Digital-Wandler 32 in ein digitales Signal umzuwandeln ist, wird gesteuert. Als Ergebnis wird der Spannungsmessbereich eingestellt.
Die Überwachungs-IC 3 misst die Spannung der Batteriezelle 7 in dem von dem Mikrocomputer 1 festgelegten Spannungsmessbereich. Die Überwachungs-IC 3 fungiert als eine Messeinheit, welche die Spannung der Batteriezelle 7 in dem von dem Mikrocomputer 1 festgelegten begrenzten Messbereich misst.
Die in der zusammengesetzten Batterie 5 enthaltene Batteriezelle 7 hat eine einzigartige Eigenschaft hinsichtlich der Beziehung zwischen dem Ladezustand (SOC) und der Leerlaufspannung (OCV) auf. In dieser Beschreibung kann der Ladezustand der Batteriezelle 7 als SOC bezeichnet werden. Wenn die Batteriezelle 7 von einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bereitgestellt wird, hat die Batteriezelle 7 Kenndaten, wie in 3 als ein Beispiel dargestellt. Die in 3 gezeigten Kenndaten werden in der Speichereinheit (ME) 22 des Steuervorrichtung 10 gespeichert. Die Temperaturabhängigkeit der Kenndaten für SOC und OCV verschiedener Sekundärbatterien wird in der Speichereinheit 22 abgespeichert. Die Kenndaten gemäß Typ und Temperatur der Batteriezelle 7 werden von dem Mikrocomputer 1 ausgelesen. Die Speichereinheit 22 kann in den Mikrocomputer 1 eingebaut sein. In den Zeichnungen sind der Mikrocomputer 1 und die Speichereinheit 22 getrennt gezeigt, um die Komponenten klar zu kennzeichnen.
Der Mikrocomputer 1 fungiert als eine SOC-Schätzeinheit, die den SOC der Batteriezelle 7 durch eine Berechnung unter Verwendung der Spannung zwischen den Anschlüssen der Batteriezelle, die von der Überwachungs-IC 3 gemessen wird, und dieser Kenndaten schätzt. Der Mikrocomputer 1 fungiert als eine SOC-Schätzeinheit, die den SOC basierend auf einen in dem gesamten Spannungsbereich der Batteriezelle 7 gemessenen Spannungsmesswerts schätzt. Der Mikrocomputer 1 fungiert als eine SOC-Schätzeinheit, die den SOC basierend auf dem gemessenen Spannungsmesswert schätzt.
Die in 3 gezeigten Kenndaten zeigen die Beziehung zwischen dem SOC der Batteriezelle 7 und der Leerlaufspannung. Diese Kenndaten weisen einen Bereich mit geringer Änderung auf, in dem die Spannungsänderungsbreite in Bezug auf den SOC gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Die Kenndaten weisen einen Bereich mit hoher Änderung auf, in dem die Spannungsänderung größer als der Bereich mit geringer Änderung in jedem der SOC-Bereiche ist, der niedriger als der Bereich mit geringer Änderung ist, und dem SOC-Bereich, der höher als der Bereich mit geringer Änderung ist.
Der Bereich mit geringer Änderung der Spannung ist ein Bereich, der durch einen Pfeil auf der vertikalen Achse von 3 angegeben wird. Der SOC der Batteriezelle 7, der dem Bereich mit geringer Änderung entspricht, entspricht einem Bereich, der durch einen Pfeil auf der horizontalen Achse von 3 angegeben ist. Der gesamte Bereich der Spannung zwischen den Anschlüssen der Batteriezelle 7 weist einen Bereich mit geringer Änderung auf, in dem die Spannungsänderungsbreite in Bezug auf den SOC kleiner ist als der Bereich mit geringem SOC und der Bereich mit hohen SOC.
Der Mikrocomputer 1 fungiert als eine Bereichsfestlegeinheit, die einen begrenzten Messbereich basierend auf den einzigartigen Eigenschaften der Batteriezelle 7 festlegt, welche die Beziehung zwischen dem SOC und der Leerlaufspannung zeigt. Es ist bevorzugt, dass der Mikrocomputer 1 den Spannungsbereich, der in dem Bereich mit geringer Änderung enthalten ist, als den begrenzten Messbereich unter den Spannungen in dem gesamten Bereich in Bezug auf die Batteriezelle 7 festlegt. Die Steuervorrichtung 10 hat eine Funktion, die in der Lage ist, die Spannung mit hoher Genauigkeit zu messen und den Speicherzustand bezüglich der Batteriezelle 7 mit solchen Eigenschaften genau zu schätzen.
Die Ausgleichsschaltung 4 fungiert als Ausgleichsverarbeitungseinheit, die einen Prozess (Ausgleichsprozess) zum Reduzieren von Spannungsschwankungen der mehreren Batteriezellen 7 durchführt, die in der Batteriegruppe enthalten sind. Die Ausgleichsschaltung 4 weist eine Steuereinheit und eine Ausgleichsschaltungseinheit auf. Die Steuereinheit ist in der Überwachungs-IC 3 eingebaut. Die Ausgleichsschaltungseinheit ist an jede Batteriezelle 7 angeschlossen. Die Ausgleichsschaltungseinheit ist in der Überwachungs-IC3 eingebaut. Die Ausgleichsschaltungseinheit kann außerhalb der Überwachungs-IC3 angeordnet sein.
Bei dem Ausgleichsprozess wird zum Beispiel unter den mehreren Batteriezellen 7, die in der Batteriegruppe enthalten sind, eine Batteriezelle 7 entladen, die einen relativ hohen Spannungsmesswert zeigt. Gleichzeitig wird von den in der Batteriegruppe enthaltenen Batteriezellen 7 eine Batteriezelle 7 geladen, die einen relativ niedrigen Spannungsmesswert zeigt. Infolgedessen werden die SOCs der mehreren Batteriezellen 7, die in der Batteriegruppe enthalten sind, ausgeglichen.
Wenn die Ausgleichsprozessbedingung erfüllt ist, überträgt der Mikrocomputer 1 ein Signal an die Ausgleichsschaltung 4, um die entsprechende Batteriegruppe anzuweisen, den Ausgleichsprozess durchzuführen. Wenn die Ausgleichsprozessbedingung nicht erfüllt ist, überträgt der Mikrocomputer 1 kein Signal an die Ausgleichsschaltung 4, die entsprechende Batteriegruppe anzuweisen, den Ausgleichsprozess durchzuführen. Wenn die Ausgleichsprozessbedingung nicht erfüllt ist, kann der Mikrocomputer 1 ein Signal, das den Ausgleichsprozess unterbindet, an die Ausgleichsschaltung 4 übertragen.
Der Mikrocomputer 1 fungiert als eine Ausgleichsbestimmungseinheit, die bestimmt, ob der Ausgleichsprozess durchzuführen ist oder nicht, je nachdem, ob die Ausgleichsverarbeitungsbedingung erfüllt ist oder nicht. Wenn die Differenz zwischen dem maximalen Spannungsmesswert und dem minimalen Spannungsmesswert, die in einer vorgegebenen Batteriegruppe unter den mehreren Batteriegruppen gemessen werden, kleiner als ein Bestimmungsschwellenwert ist, bestimmt der Mikrocomputer 1, dass der Ausgleichsprozess nicht durchgeführt wird. Wenn die Differenz zwischen dem maximalen Spannungsmesswert und dem minimalen Spannungsmesswert größer als der Bestimmungsschwellenwert ist, bestimmt der Mikrocomputer 1, dass der Ausgleichsprozess durchgeführt wird.
Die Steuervorrichtung in der vorliegenden Offenbarung kann als eine elektronische Steuereinheit (ECU) bezeichnet werden. Die Steuervorrichtung oder das Steuersystem wird bereitgestellt durch (a) einen Algorithmus als Mehrfachlogik, der als Wenn-Dann-Sonst-Form bezeichnet wird, oder (b) ein gelerntes Modell, das durch maschinelles Lernen abgestimmt ist, z.B. ein Algorithmus als neuronales Netzwerk.
Die Steuervorrichtung wird von einem Steuersystem bereitgestellt, das zumindest einen Computer aufweist. Das Steuersystem kann mehrere Computer aufweisen, die durch eine Datenkommunikationsvorrichtung verbunden sind. Der Computer weist zumindest einen Prozessor (Hardwareprozessor) auf, der Hardware ist. Der Hardwareprozessor kann wie folgt vorgesehen sein (i), (ii) oder (iii).

(i) Der Hardwareprozessor kann zumindest ein Prozessorkern sein, der ein in zumindest einem Speicher gespeichertes Programm ausführt. In diesem Fall ist der Computer mit zumindest einem Speicher und zumindest einem Prozessorkern vorgesehen. Der Prozessorkern kann durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), eine RISC-CPU oder dergleichen vorgesehen sein. Der Speicher wird auch als ein Speichermedium bezeichnet. Der Speicher ist ein nichtflüchtiges und materielles Speichermedium, das nichtflüchtig „Programme und/oder Daten“ speichert, die von dem Prozessor gelesen werden können. Das Speichermedium kann ein Halbleiterspeicher, eine Magnetplatte, eine optische Platte oder dergleichen sein. Das Programm kann als eine einzelne Einheit oder als ein Speichermedium verteilt sein, auf dem das Programm gespeichert ist.
(ii) Der Hardwareprozessor kann eine Hardware-Logikschaltung sein. In diesem Fall ist der Computer mit einer digitalen Schaltung vorgesehen, die eine Anzahl programmierter Logikeinheiten (Gatterschaltungen) enthält. Die digitale Schaltung kann durch eine Logikschaltungsanordnung vorgesehen sein, zum Beispiel ASIC: Application-Specific Integrated Circuit (anwendungsspezifische integrierte Schaltung), FPGA: Field Programmable Gate Array (feldprogrammierbare Gatter-Anordnung), SoC: System on a Chip (Ein-Chip-System), PGA: Programmable Gate Array (programmierbare Gatter-Anordnung) oder CPLD: Complex Programmable Logic Device (komplexprogrammierbare Logikvorrichtung). Die digitale Schaltung kann einen Speicher enthalten, der Programme und/oder Daten speichert. Der Computer kann durch eine analoge Schaltung vorgesehen sein. Ein Computer kann durch eine Kombination einer digitalen Schaltung und einer analogen Schaltung vorgesehen sein.
(iii) Der Hardwareprozessor kann eine Kombination des vorherigen Punkts (i) und des vorherigen Punkts (ii) sein. (i) und (ii) sind auf unterschiedlichen Chips oder auf einem gemeinsamen Chip angeordnet. In diesen Fällen wird der Teil (ii) auch als Beschleuniger bezeichnet.

Die Steuervorrichtung, die Signalquelle und das Steuerobjekt stellen verschiedene Elemente bereit. Zumindest einige dieser Elemente können als Block, Modul oder Abschnitt bezeichnet werden. Darüber hinaus werden im Steuersystem enthaltene Elemente nur dann als funktionale Mittel bezeichnet, wenn dies beabsichtigt ist.
Als Nächstes wird eine Steuerung in Bezug auf die Batterieverwaltung der Steuervorrichtung 10 in Bezug auf das Ablaufdiagramm von 4 beschrieben. Um in dieser Beschreibung klarzustellen, welche in der Steuervorrichtung 10 enthaltene Komponente den Prozess durchführt, wird der Gegenstand des Satzes, der den Prozess erklärt, falls erforderlich von einer Komponente der Steuervorrichtung 10 beschrieben, um den Prozess anstelle der Steuervorrichtung 10 durchzuführen. Außerdem ist in der Zeichnung ein Anfang mit S und ein Ende mit E gekennzeichnet.
In S100 wird die Steuervorrichtung 10 eingeschaltet. In S110 bestimmt die Steuervorrichtung 10, ob die Spannungsmessbedingung erfüllt ist oder nicht. In S110 bestimmt die Steuervorrichtung 10, dass es keinen Einfluss von Rauschen gibt, wenn der Elektromotor oder der Verbrennungsmotor, welche die Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs erzeugt, gestoppt wird und die zusammengesetzte Batterie 5 nicht geladen oder entladen wird. Wenn sich zum Beispiel ein Zündschalter oder ein Motorstartschalter im ausgeschalteten Zustand befindet, bestimmt die Steuervorrichtung 10, dass der Elektromotor oder der Verbrennungsmotor im gestoppten Zustand ist.
Die Steuervorrichtung 10 bestimmt, dass das Laden oder Entladen der Batterie gestoppt wird, zum Beispiel, wenn der Einlass des Fahrzeugs und der Verbinder des Ladeanschlusses 11 nicht verbunden sind. Wenn der Einlass des Fahrzeugs und der Verbinder des Ladeanschlusses 11 nicht verbunden sind, bestimmt die Steuervorrichtung 10, dass das Laden oder Entladen der zusammengesetzten Batterie 5 gestoppt ist. Wenn sich zum Beispiel das Systemhauptrelais 6 im ausgeschalteten Zustand befindet und der Ladeanschluss 11 und die zusammengesetzte Batterie 5 nicht elektrisch leitend sind, bestimmt die Steuervorrichtung 10, dass das Laden oder Entladen der zusammengesetzten Batterie 5 gestoppt ist. Die Steuervorrichtung 10 bestimmt, dass die Spannungsmessbedingung erfüllt ist, wenn sich die Leistungsvorrichtung des Fahrzeugs im gestoppten Zustand befindet und das Laden oder Entladen der zusammengesetzten Batterie 5 gestoppt ist. Wenn die Spannungsmessbedingung erfüllt ist, bestimmt die Steuervorrichtung 10, dass das Rauschen akzeptabel ist.
Wenn in S110 bestimmt wird, dass die Spannungsmessbedingung nicht erfüllt ist, beendet die Steuervorrichtung 10 das Ablaufdiagramm von 4. Wenn in S110 bestimmt wird, dass die Spannungsmessbedingung erfüllt ist, schreitet die Steuervorrichtung 10 zu S120 voran. In S120 bestimmt die Steuervorrichtung 10, ob ein Fehler in der elektrischen Schaltung in der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 vorliegt oder nicht. Die Steuervorrichtung 10 hat eine Funktion als eine Fehlerbestimmungseinheit, die bestimmt, ob ein Fehler in der elektrischen Schaltung in der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 vorliegt oder nicht. Wenn in S120 bestimmt wird, dass ein Fehler in der elektrischen Schaltung vorliegt, beendet die Steuervorrichtung 10 das Ablaufdiagramm von 4, ohne den Prozess des Festlegens des begrenzten Messbereichs durchzuführen.
Wenn in S120 bestimmt wird, dass kein Fehler in der elektrischen Schaltung vorliegt, schreitet die Steuervorrichtung 10 zu S130 voran. In S130 bestimmt die Steuervorrichtung 10, ob der Spannungswert (Zellspannung) jeder Batteriezelle 7 geschätzt werden kann oder nicht. Wenn ein Näherungswert des aktuellen Spannungswerts bekannt ist, bestimmt die Steuervorrichtung 10 in S130, dass der Spannungswert geschätzt wird. Wenn zum Beispiel der Spannungswert in der Speichereinheit 22 gespeichert ist, bestimmt die Steuervorrichtung 10 in S130, dass der Spannungswert geschätzt wird.
Wenn in S130 bestimmt wird, dass der Spannungswert geschätzt ist, schreitet die Steuervorrichtung 10 zu S140 voran. Wenn in S130 bestimmt wird, dass der Spannungswert nicht geschätzt ist, schreitet die Steuervorrichtung 10 zu S150 voran.
Wenn bestimmt wird, dass der Spannungswert jeder Batteriezelle 7 geschätzt ist, gibt der Mikrocomputer 1 in S140 einen Befehl zum Erfassen der Spannung der Batteriezelle 7 in einem begrenzten Bereich an die Überwachungs-IC 3 als einen Begrenzungsbefehl aus. Die Befehlseinheit 31 steuert den Analog-Digital-Wandler 32 und den Pegelschieber 33 basierend auf dem Begrenzungsbefehl, um den Eingangsbereich, die Verstärkung und den Offset zu steuern. Dadurch wird der begrenzte Messbereich der Batteriezelle 7 festgelegt.
Wenn die Verarbeitung zu S160 durch S140 voranschreitet, misst die Überwachungs-IC 3 der Steuervorrichtung 10 die Spannung der Batteriezelle 7 in dem in S150 festgelegten begrenzten Messbereich und gibt den gemessenen Spannungsmesswert an den Mikrocomputer 1 aus. Der Mikrocomputer 1 bezieht die in diesem begrenzten Messbereich gemessene Spannung und speichert die Spannung in der Speichereinheit 22. Die Steuervorrichtung 10 schreitet zu S180 voran.
Wenn bestimmt wird, dass der Spannungswert jeder Batteriezelle 7 nicht geschätzt ist, gibt der Mikrocomputer 1 in S150 einen Befehl zum Erfassen der Spannung der Batteriezelle 7 in einem gesamten Bereich an die Überwachungs-IC 3 als einen Nichtbegrenzungsbefehl aus. Die Befehlseinheit 31 steuert den Analog-Digital-Wandler 32 und den Pegelschieber 33 basierend auf dem Nichtbegrenzungsbefehl, um den Eingangsbereich, die Verstärkung und den Offset zu steuern. Infolgedessen wird der Messbereich der Batteriezelle 7 in dem gesamten Bereich festgelegt.
Wenn der Nichtbegrenzungsbefehl empfangen wird, misst die Überwachungs-IC 3 in S170 die Spannung der Batteriezelle 7 in dem gesamten Bereich und gibt den gemessenen Spannungsmesswert an den Mikrocomputer 1 aus. Der Mikrocomputer 1 bezieht die in dem gesamten Bereich gemessene Spannung und speichert die Spannung in der Speichereinheit 22. Die Steuervorrichtung 10 schreitet zu S180 voran.
In S180 bestimmt der Mikrocomputer 1, ob der Ausgleichsprozess für die Batteriegruppe durchgeführt werden soll oder nicht. In S180 bestimmt der Mikrocomputer 1, ob der Ausgleichsprozess durchgeführt werden soll oder nicht, je nachdem, ob die Spannungsdifferenz, welche die Differenz zwischen dem maximalen Spannungsmesswert und dem minimalen Spannungsmesswert in Bezug auf die mehreren Batteriezellen 7 ist, die in der Batteriegruppe enthalten sind, größer als der Bestimmungsschwellenwert ist. Wenn die Spannungsdifferenz kleiner als der Bestimmungsschwellenwert ist, beendet der Mikrocomputer 1 das Ablaufdiagramm von 4 ohne den Ausgleichsprozess durchzuführen. Wenn die Spannungsdifferenz größer als der Bestimmungsschwellenwert ist, bestimmt der Mikrocomputer 1, dass der Ausgleichsprozess notwendig ist. Der Mikrocomputer 1 steuert die Ausgleichsschaltung 4 in S190, um den Ausgleichsprozess durchzuführen. Wenn die Spannungsdifferenz kleiner als der Bestimmungsschwellenwert ist, bestimmt der Mikrocomputer 1, dass der Ausgleichsprozess nicht notwendig ist.
Die Bestimmungsverarbeitung in S110 kann wie folgt durchgeführt werden. Wenn in S110 die Leistungsvorrichtung, welche die Antriebskraft des Fahrzeugs zuführt, gestoppt wird, das Laden oder Entladen der zusammengesetzten Batterie 5 gestoppt wird oder das Systemhauptrelais 6 im ausgeschalteten Zustand ist, bestimmt der Mikrocomputer 1, dass das Rauschen akzeptabel ist. Wenn in S110 bestimmt wird, dass das Rauschen akzeptabel ist, bestimmt der Mikrocomputer 1 den Rauschpegel und bestimmt, ob der Rauschpegel akzeptabel ist oder nicht. Wenn der Mikrocomputer 1 bestimmt, dass der Rauschpegel akzeptabel ist, schreitet der Mikrocomputer 1 zu S120 voran. Der Mikrocomputer 1 kann in einer Situation, in der das Rauschen akzeptabel ist, bestimmen, dass die Spannungsmessbedingung erfüllt ist, wenn der Rauschpegel akzeptabel ist. Wenn das SN-Verhältnis, das das Verhältnis des Signals und des Rauschens ist, gleich oder höher als ein spezifizierter Wert ist, bestimmt die Steuervorrichtung 10, dass das Rauschen akzeptabel ist. Wenn das SN-Verhältnis gleich oder kleiner als der spezifizierte Wert ist, wird der Einfluss des Rauschens auf das Signal für die Spannungserfassung groß und der Einfluss auf den Spannungserfassungsfehler wird groß. Die Rauschquelle ist zum Beispiel eine fahrzeuginterne Last oder eine externe Vorrichtung, die mit der zusammengesetzten Batterie 5 verbunden ist, wie beispielsweise eine Leistungsvorrichtung.
Als nächstes werden Betriebsvorteile beschrieben, die durch die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt werden. Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 enthält die Bereichsfestlegeinheit, die einen begrenzten Messbereich festlegt, der den Spannungsmessbereich für die Batteriezelle 7 begrenzt, die in der fahrzeuginternen zusammengesetzten Batterie 5 enthalten ist, und die Messeinheit, welche die Spannung der Batteriezelle 7 in dem begrenzten Messbereich misst, der von der Bereichsfestlegeinheit festgelegt wird. Bei dieser Konfiguration wird ein geeigneter Spannungsmessbereich festgelegt, um die Genauigkeit der Spannungsmessung zu verbessern. Durch Verbessern der Genauigkeit der Spannungsmessung ist es möglich, zu den hochgenauen Schätzungen beizutragen, wenn die SOC-Schätzung oder die SOH-Schätzung durch Verwendung der Spannungsmessung durchgeführt wird.
Zum Beispiel engt die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 den Spannungsmessbereich der Batteriezelle 7 von dem gesamten Bereich von 0,0V bis 5,0V auf den begrenzten Messbereich von 3,0V bis 3,5V ein. In diesem begrenzten Messbereich wird die Spannung der Batteriezelle 7 des analogen elektrischen Signals durch den Analog-Digital-Wandler 32 in das digitale elektrische Signal umgewandelt. Dadurch wird der Quantisierungsfehler des Analog-Digital-Wandlers 32 reduziert. Im Fall des zuvor beschriebenen Beispiels beträgt der Quantisierungsfehler etwa 1/10. Infolgedessen wird die Spannungserfassungsgenauigkeit der Batteriezelle 7 verbessert.
Die Überwachungs-IC 3 stellt den Spannungsmessbereich gemäß der Befehlsausgabe von dem Mikrocomputer 1 ein, um den begrenzten Messbereich festzulegen. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, eine geeignete Spannungsmessung mit einer Steuervorrichtung 10 für die mehreren Batteriezellen 7, die unterschiedliche Leerlaufspannungsbereiche haben, durchzuführen.
Die Bereichsfestlegeinheit der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 legt den begrenzten Messbereich fest, der basierend auf dem geschätzten Spannungswert eingestellt wird, wenn der Spannungswert der Batteriezelle 7 geschätzt ist. Die Bereichsfestlegeinheit der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 legt den begrenzten Messbereich basierend auf den Spannungsmesswerten fest, die für die Spannung in dem gesamten Bereich durchgeführt werden, wenn der Spannungswert der Batteriezelle 7 nicht geschätzt ist. Zum Beispiel legt die Bereichsfestlegeinheit der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 den begrenzten Messbereich basierend auf den Spannungsmesswerten ein, die für die Spannung in dem gesamten Bereich durchgeführt werden, wenn der Spannungswert der Batteriezelle 7 nicht gespeichert ist. Bei dieser Konfiguration wird nach dem Bestätigen der zu messenden Leerlaufspannung der Batteriezelle 7 der begrenzte Messbereich basierend auf dem gemessenen Wert festgelegt. Somit wird ein geeigneter Spannungsmessbereich festgelegt, um die Genauigkeit der Spannungsmessung zu verbessern.
Die Bereichsfestlegeinheit der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 legt den begrenzten Messbereich durch Verwendung von zumindest einem der Werte, Maximalwert und Minimalwert, der für den gesamten Spannungsbereich gemessenen Spannungsmesswerte fest. Bei dieser Konfiguration wird der Spannungsmessbereich auf den begrenzten Messbereich festgelegt, in dem der Spannungswert in dem aktuellen Zustand widergespiegelt wird. Diese Konfiguration verbessert die Genauigkeit der Spannungsmessung.
Die Bereichsfestlegeinheit legt den begrenzten Messbereich fest, wenn das Rauschen in einer Situation, in der das Rauschen akzeptabel ist, ein akzeptabler Rauschpegel ist. In diesem begrenzten Messbereich misst die Messeinheit die Spannung der Batteriezelle 7. In dieser Konfiguration wird die Spannung in dem festgelegten begrenzten Messbereich gemessen, wenn der Rauschpegel in einem Zustand akzeptabel ist, in dem der Einfluss des Rauschens gering ist. Daher kann die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 eine Spannungsmessung durch Trennen von Rauschen und Signalen durchführen und trägt des Weiteren zur Verbesserung der Spannungsmessgenauigkeit bei.
Die Bereichsfestlegeinheit legt den begrenzten Messbereich fest, wenn die Leistungsvorrichtung, welche die Antriebskraft des Fahrzeugs bereitstellt, gestoppt wird und das Laden oder Entladen der zusammengesetzten Batterie 5 gestoppt wird. In diesem begrenzten Messbereich misst die Messeinheit die Spannung der Batteriezelle 7. Da bei dieser Konfiguration die Spannung in dem begrenzten Messbereich gemessen wird, der in einem Zustand festgelegt wird, in dem der Einfluss des Rauschens gering ist, wird die Spannungsmessung durchgeführt, bei der das Rauschen und das Signal getrennt sind. Daher trägt die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 weiter zur Verbesserung der Spannungsmessgenauigkeit bei.
Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 weist die Ausgleichsbestimmungseinheit auf, die bestimmt, ob der Ausgleichsprozess zum Reduzieren von Spannungsschwankungen der mehreren Batteriezellen 7, die in einer vorgegebenen Batteriegruppe unter den mehreren Batteriegruppen enthalten sind, durchgeführt werden soll oder nicht. Die Ausgleichsbestimmungseinheit bestimmt basierend auf dem im begrenzten Messbereich gemessenen Spannungsmesswert der Batteriezelle 7, ob der Ausgleichsprozess durchgeführt werden soll oder nicht. Mit dieser Konfiguration ist es möglich zu bestimmen, ob der Ausgleichsprozess mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden soll oder nicht, basierend auf dem hochgenauen Spannungsmesswert, der in dem begrenzten Messbereich gemessen wird.
Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 weist die SOC-Schätzeinheit auf, die den SOC basierend auf den Kenndaten schätzt, welche die Beziehung zwischen der Leerlaufspannung und dem Ladezustand und dem im begrenzten Messbereich gemessenen Spannungsmesswert der Batteriezelle 7 angeben. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die SOC-Schätzung mit hoher Genauigkeit durch Schätzen basierend auf dem im begrenzten Messbereich gemessenen hochgenauen Spannungsmesswert durchzuführen.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel wird in Bezug auf die 5 und 6 beschrieben. Die Steuerung in Bezug auf die Batterieverwaltung des zweiten Ausführungsbeispiels wird in Bezug auf die 5 und 6 beschrieben. Konfigurationen, Aktionen und Effekte, die in dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht speziell beschrieben sind, sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, und nur Punkte, die sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden, werden nachfolgend beschrieben.
Die Steuerung in Bezug auf die Batterieverwaltung des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Steuerung in Bezug auf die Batterieverwaltung des ersten Ausführungsbeispiels nur in dem SOC-Schätzprozess, dem Bestimmungsprozess in Bezug auf die SOH-Schätzung und dem Ausführungsprozess. In S200 bis S270 in dem in 5 gezeigten Ablaufdiagramm werden die gleichen wie in S100 bis S170 in dem in 4 gezeigten Prozesse durchgeführt.
Wie in 5 gezeigt, führt die Steuervorrichtung 10, nachdem die Spannungsmessung in S260 oder S270 durchgeführt wird, den Prozess des Schätzens des SOC in S280 wie zuvor beschrieben durch. Der Mikrocomputer 1 schätzt den SOC durch Berechnen des SOC unter Verwendung des gemessenen Spannungswerts und der Kenndaten.
In S290 bestimmt der Mikrocomputer 1, ob eine Bedingung zum Schätzen des SOH, die den Grad der Verschlechterung der Batteriezelle 7 angibt (SOH-Schätzbedingung), erfüllt ist oder nicht. Der Mikrocomputer 1 bestimmt, dass die SOH-Schätzbedingung erfüllt ist, wenn zum Beispiel zu einem Zeitpunkt der Spannungsmessung, die für die SOC-Schätzung verwendet wird, eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, seit der Zündschalter und der Motorstartschalter ausgeschaltet wurden. Da in diesem Fall die Batteriepolarisation gelockert ist, erlaubt der Mikrocomputer 1 die SOH-Schätzung.
Wenn der Mikrocomputer 1 in S290 bestimmt, dass die SOH-Schätzbedingung nicht erfüllt ist, wird das Ablaufdiagramm von 5 beendet, ohne den SOH zu schätzen. Wenn der Mikrocomputer 1 in S290 bestimmt, dass die SOH-Schätzbedingung erfüllt ist, schätzt der Mikrocomputer 1 den SOH in S300 und beendet das Ablaufdiagramm von 5. Der Mikrocomputer 1 fungiert als eine SOH-Schätzeinheit, die den SOH schätzt.
Der Mikrocomputer 1 kann den SOH (%) durch die Berechnung unter Verwendung der folgenden mathematischen Gleichung (1) berechnen, um den SOH zu schätzen.
(Gleichung 1) $S O H = \frac{\int I d t}{S O C 1 - S O C 2} \div a n f \ddot{a} n g l i c h e V o l l l a d e k a p a z i t \ddot{a} t \times 100$
6 zeigt die Kenndaten bezüglich der Batteriezelle 7 und die Berechnung zum Erhalten der SOH-Schätzung. Wie in 6 gezeigt, sind SOC 1 und SOC 2 Schätzwerte des SOC, der durch Verwendung von hochgenauen Spannungsmesswerten geschätzt wird, die in einem begrenzten Messbereich gemessen werden, der durch den Mikrocomputer 1 festgelegt wird. Der integrierte Wert von I wird berechnet, indem die Werte der Ströme von SOC1 bis SOC2 integriert werden. Die anfängliche Vollladekapazität ist die Vollladekapazität zu der Zeit der Herstellung der Batteriezelle 7, mit anderen Worten die Vollladekapazität, bei der die Verschlechterung noch nicht begonnen hat.
Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 kann den Bestimmungsprozess in S290 durch das folgende Verfahren durchführen. Der Mikrocomputer 1 kann bestimmen, dass die SOH-Schätzbedingung erfüllt ist, wenn ein Messfehler der Spannungsmessvorrichtung kleiner als der Referenzwert ist. Der Mikrocomputer 1 kann bestimmen, dass die SOH-Schätzbedingung erfüllt ist, wenn die Spannungsmessvorrichtung und die Strommessvorrichtung regulär arbeiten.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein drittes Ausführungsbeispiel wird in Bezug auf 7 beschrieben. Eine Steuerung bezüglich der Batterieverwaltung des dritten Ausführungsbeispiels wird in Bezug auf 7 beschrieben. Konfigurationen, Aktionen und Effekte, die in dem dritten Ausführungsbeispiel nicht speziell beschrieben sind, sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, und nur Punkte, die sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden, werden nachfolgend beschrieben.
Die Steuerung bezüglich der Batterieverwaltung des dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Steuerung des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass zumindest ein Teil von S110 in S112, S114 und S116 unterteilt ist. In dem Ablaufdiagramm von 7 sind dieselben Schritte mit den gleichen Bezugszeichen der Schritte versehen, wie jene, die in 4 gezeigt sind.
Wie in 7 bestimmt der Mikrocomputer 1 in S112, ob ein Einfluss des Rauschens vorliegt oder nicht. Wenn der Mikrocomputer 1 bestimmt, dass kein Einfluss des Rauschens vorliegt, schreitet der Mikrocomputer 1 zu S120 voran. Wenn der Mikrocomputer 1 bestimmt, dass ein Einfluss des Rauschens vorliegt, führt der Mikrocomputer 1 den Bestimmungsprozess von S114 durch.
In S114 bestimmt die Steuervorrichtung 10, ob gerade ein Laden von der externen Vorrichtung durchgeführt wird oder für die zusammengesetzte Batterie 5 vorbereitet wird oder nicht. Die externe Vorrichtung ist zum Beispiel eine Ladeeinrichtung 12. Die externe Vorrichtung enthält eine Vorrichtung, die Wechselstrom ausgibt, der von einer kleinen Leistungserzeugungsanlage oder einem Weitbereichsstromnetz zugeführt wird. Die externe Vorrichtung weist ein Leistungsspeichergerät auf, das Gleichstrom ausgibt, eine Speicherbatterie oder dergleichen.
Wenn der Mikrocomputer 1 in S114 bestimmt, dass kein Laden im Gange ist oder kein Laden vorbereitet wird, beendet die Steuervorrichtung 10 das Ablaufdiagramm von 7. Wenn der Mikrocomputer 1 in S114 bestimmt, dass das Laden im Gange ist oder das Laden vorbereitet wird, führt die Steuervorrichtung 10 in S116 einen Prozess zum Stoppen des Ladens oder einen Prozess zum Stoppen der Ladevorbereitung durch. Nachdem das Laden in S116 gestoppt wird, führt die Steuervorrichtung 10 die Prozesse nach S120 wie zuvor beschrieben durch. Gemäß den Prozessen in S114 und S116 ist es möglich, wenn die zusammengesetzte Batterie 5 geladen wird oder zum Laden vorbereitet wird, durch Stoppen des Ladens den Einfluss von Rauschen zu reduzieren. Dadurch wird ein begrenzter Messbereich festgelegt, der eine hochgenaue Spannungsmessung ermöglicht.
Das dritte Ausführungsbeispiel hat die folgenden Effekte. Wenn die zusammengesetzte Batterie 5 von einer externen Leistungsquelle geladen wird, legt die Bereichsfestlegeinheit den begrenzten Messbereich fest und die Messeinheit misst die Batteriespannung in dem begrenzten Messbereich, während der Ladevorgang vorübergehend gestoppt wird. Gemäß dieser Steuerung kann die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 erhalten werden, die eine hochgenaue Spannungsmessung durchführen kann, selbst während die zusammengesetzte Batterie 5 von einer externen Vorrichtung geladen wird.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Ein viertes Ausführungsbeispiel wird in Bezug auf 8 beschrieben. Eine Steuerung bezüglich der Batterieverwaltung des vierten Ausführungsbeispiels wird in Bezug auf 8 beschrieben. Konfigurationen, Aktionen und Effekte, die in dem vierten Ausführungsbeispiel nicht speziell beschrieben sind, sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, und nur Punkte, die sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden, werden nachfolgend beschrieben.
Die Steuerung gemäß der Batterieverwaltung des vierten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Steuerung des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass das vierte Ausführungsbeispiel die Prozesse S162, S164 und S166 aufweist. In dem Ablaufdiagramm von 8 sind dieselben Schritte mit den gleichen Bezugszeichen der Schritte versehen, wie jene, die in 4 gezeigt sind.
Wie in 8 gezeigt, führt die Steuervorrichtung 10 nach dem Messen der Spannung in dem begrenzten Messbereich in S160 in S162 einen Bestimmungsprozess durch. In S162 fungiert der Mikrocomputer 1 der Steuervorrichtung 10 als eine Ausgleichsbestimmungseinheit, die einen Korrekturwert des Bestimmungsschwellenwerts, der bei der Bestimmung in S180 verwendet wird, gemäß der Breite des begrenzten Messbereichs bestimmt. Wenn die Breite des begrenzten Messbereichs größer als die vorgegebene Bereichsbreite ist, die in der Speichereinheit 22 gespeichert ist, korrigiert der Mikrocomputer 1 den Bestimmungsschwellenwert auf einen großen Wert. Wenn die Breite des begrenzten Messbereichs kleiner als die vorgegebene Bereichsbreite ist, korrigiert der Mikrocomputer 1 den Bestimmungsschwellenwert auf einen kleinen Wert.
Wenn die Breite des begrenzten Messbereichs größer als die vorgegebene Bereichsbreite ist, schreitet der Mikrocomputer 1 zu S164 voran. Der Mikrocomputer 1 führt einen Prozess zum Bestimmen des Bestimmungsschwellenwerts durch, der in S164 korrigiert wird, um größer zu sein. In S180 bestimmt der Mikrocomputer 1 in Abhängigkeit davon, ob die Spannungsdifferenz größer als der korrigierte Bestimmungsschwellenwert ist oder nicht, ob der Ausgleichsprozess durchgeführt wird oder nicht. Wenn der Bestimmungsschwellenwert in S164 auf einen größeren Wert korrigiert wird, neigt der Ausgleichsprozess dazu, nicht ausgeführt zu werden, im Vergleich zu vor der Korrektur.
Wenn die Breite des begrenzten Messbereichs kleiner als die vorgegebene Bereichsbreite ist, schreitet der Mikrocomputer 1 zu S166 voran. Der Mikrocomputer 1 führt in S166 einen Prozess zum Bestimmen des Bestimmungsschwellenwerts durch, der korrigiert wird, um kleiner zu sein. In S180 bestimmt der Mikrocomputer 1 in Abhängigkeit davon, ob die Spannungsdifferenz größer als der korrigierte Bestimmungsschwellenwert ist oder nicht, ob der Ausgleichsprozess durchgeführt wird oder nicht. Wenn der Bestimmungsschwellenwert in S166 auf einen kleineren Wert korrigiert wird, ist es wahrscheinlich, dass der Ausgleichsprozess durchgeführt wird, im Vergleich zu vor der Korrektur.
Der Mikrocomputer 1 kann den Bestimmungsschwellenwert gemäß der Breite des begrenzten Messbereichs durch das folgende Verfahren festlegen. Der Mikrocomputer 1 multipliziert die Breite des begrenzten Messbereichs mit einem Koeffizienten und korrigiert den Bestimmungsschwellenwert so, um kleiner zu sein, wenn die Breite des auf diese Weise berechneten begrenzten Messbereichs kleiner ist. Der Mikrocomputer 1 korrigiert den Bestimmungsschwellenwert, wenn die Breite des auf diese Weise berechneten begrenzten Messbereichs größer wird. Wenn die Differenz zwischen dem maximalen Spannungsmesswert und dem minimalen Spannungsmesswert, die in einer vorgegebenen Batteriegruppe gemessen werden, kleiner als ein Bestimmungsschwellenwert ist, bestimmt der Mikrocomputer 1, dass der Ausgleichsprozess nicht durchgeführt wird. Wenn die Differenz zwischen dem maximalen Spannungsmesswert und dem minimalen Spannungsmesswert größer als der Bestimmungsschwellenwert ist, bestimmt der Mikrocomputer 1, dass der Ausgleichsprozess durchgeführt wird.
Das vierte Ausführungsbeispiel hat die folgenden Effekte. Der Mikrocomputer 1 legt den Bestimmungsschwellenwert gemäß der Breite des begrenzten Messbereichs fest. Gemäß dieser Steuerung wird die Notwendigkeit eines hochgenauen Ausgleichsprozesses durch Verwendung des Bestimmungsschwellenwerts bestimmt, der gemäß der Breite des begrenzten Messbereichs festgelegt wird. Infolgedessen wird ein hochgenauer Ausgleichsprozess durchgeführt.
Wenn die Breite des begrenzten Messbereichs größer als die vorgegebene Bereichsbreite ist, korrigiert der Mikrocomputer 1 den Bestimmungsschwellenwert auf einen großen Wert. Wenn die Breite des begrenzten Messbereichs kleiner als die vorgegebene Bereichsbreite ist, korrigiert der Mikrocomputer 1 den Bestimmungsschwellenwert auf einen kleinen Wert. Wenn die Differenz zwischen dem maximalen Spannungsmesswert und dem minimalen Spannungsmesswert, die in einer vorgegebenen Batteriegruppe unter den mehreren Batteriegruppen gemessen werden, kleiner als ein Bestimmungsschwellenwert ist, bestimmt der Mikrocomputer 1, dass der Ausgleichsprozess nicht durchgeführt wird. Wenn die Differenz zwischen dem maximalen Spannungsmesswert und dem minimalen Spannungsmesswert größer als der Bestimmungsschwellenwert ist, bestimmt der Mikrocomputer 1, dass der Ausgleichsprozess durchgeführt wird.
Gemäß dieser Steuerung kann ein hochgenauer Ausgleichsprozess durchgeführt werden, indem die Notwendigkeit eines Ausgleichsprozesses basierend auf dem in dem begrenzten Messbereich gemessenen hochgenauen Spannungsmesswert bestimmt wird. Des Weiteren wird durch Verwenden des gemäß der Breite des begrenzten Messbereichs korrigierten Bestimmungsschwellenwerts die Notwendigkeit eines hochgenauen Ausgleichsprozesses bestimmt. Als Ergebnis wird ein hochgenauer Ausgleichsprozess durchgeführt.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Ein fünftes Ausführungsbeispiel wird in Bezug auf 9 beschrieben. 9 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Überwachungs-IC 103. Konfigurationen, Aktionen und Effekte, die in dem fünften Ausführungsbeispiel nicht speziell beschrieben sind, sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, und nur Punkte, die sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden, werden nachfolgend beschrieben.
Die Überwachungs-IC 103 des fünften Ausführungsbeispiels weist eine Befehlseinheit 31, mehrere Analog-Digital-Wandler 32, mehrere Pegelschieber 33 und eine Schaltergruppe 34 auf. Die Überwachungs-IC 103 weist des Weiteren eine Ausgleichsschaltung 4 auf. Der Analog-Digital-Wandler 32 und die Pegelschieber 33 sind so vorgesehen, um einander zu korrespondieren.
Die Überwachungs-IC 103 legt mehrere unterschiedliche begrenzte Messbereiche durch eine Konfiguration fest, in der mehrere Analog-Digital-Wandler 32 für eine Schaltergruppe 34 vorgesehen sind. Die Überwachungs-IC 103 fungiert als eine Messeinheit, welche die Spannung der Batteriezelle 7 in den mehreren begrenzten Messbereichen misst. Jeder Analog-Digital-Wandler 32 kann so konfiguriert sein, um eine Funktion zum Festlegen eines vorgegebenen begrenzten Messbereichs zu haben. In diesem Fall sind die mehreren Analog-Digital-Wandler 32 und die mehreren Pegelschieber 33, die entsprechend einer Batteriegruppe vorgesehen sind, konfiguriert, um unterschiedliche vorgegebene begrenzte Messbereiche festzulegen.
Eine Bereichsfestlegeinheit des fünften Ausführungsbeispiels legt mehrere unterschiedliche begrenzte Messbereiche fest. Bei dieser Konfiguration wird eine geeignete Spannungsmessung für die mehreren Batteriezellen 7 durchgeführt.
Des Weiteren weist die Überwachungs-IC 103 die mehreren Pegelschieber 33 und die mehreren Analog-Digital-Wandler 32 für eine Schaltergruppe 34 auf. Daher können die Spannungen der mehreren Batteriezellen 7 schnell gemessen werden.
Wenn die Schaltergruppe 34 die Spannungen der mehreren Batteriezellen 7 der Reihe nach auswählt, kann der Spannungsmessbereich jeder der mehreren Batteriezellen 7 durch den Analog-Digital-Wandler 32 und den Pegelschieber 33 festgelegt werden. Eine solche Konfiguration ist auf alle Ausführungsbeispiele und Abwandlungen anwendbar.
Des Weiteren, wenn die Schaltergruppe 34 die Spannungen der mehreren Batteriezellen 7 auswählt, die in der Batteriegruppe enthalten sind, können der Analog-Digital-Wandler 32 und der Pegelschieber 33 einen gemeinsamen Spannungsmessbereich für zumindest einen Teil der mehreren Batteriezellen 7 festlegen. In einer solchen Konfiguration kann ein gemeinsamer Spannungsmessbereich als ein begrenzter Messbereich basierend auf zumindest einem der Werte, Maximalwert und Minimalwert, der Spannungen, die von den ausgewählten Batteriezellen 7 gemessen werden, festgelegt werden. Eine solche Konfiguration ist auf alle Ausführungsbeispiele und Abwandlungen anwendbar.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
Ein sechstes Ausführungsbeispiel wird in Bezug auf die 10 bis 12 beschrieben.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel gezeigt, bei dem der Mikrocomputer 1 den Spannungsmessbereich der Batteriezelle 7 festlegt, wenn die Leistungsvorrichtung des Fahrzeugs gestoppt wird. Es ist ein Beispiel gezeigt, bei dem der Mikrocomputer 1 den Spannungsmessbereich der Batteriezelle 7 festlegt, wenn sich der Zündschalter des Fahrzeugs im ausgeschalteten Zustand befindet.
Dagegen stellt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Mikrocomputer 1 den Spannungsmessbereich der Batteriezelle 7 fest, wenn sich der Zündschalter des Fahrzeugs in einem eingeschalteten Zustand befindet. Der Mikrocomputer 1 führt das Festlegen des Spannungsmessbereichs und die Spannungserfassung als eine Zyklusaufgabe durch.
Zuerst wird die Spannungserfassung der Batteriezelle 7 ausführlich in Bezug auf 10 beschrieben. 10 zeigt die zeitliche Spannungsänderung der Batteriezelle 7. Die vertikale Achse ist eine beliebige Einheit. Die horizontale Achse ist die Zeit. Die beliebige Einheit ist mit a. u. angegeben. Die Uhrzeit ist mit T angegeben.
Die Batteriezelle 7 hat einen Innenwiderstand. Daher besteht eine Differenz zwischen der Leerlaufspannung gemäß dem SOC der Batteriezelle 7 und der Ruhespannung, die von der Überwachungs-IC 3 durch den Spannungsabfall gemäß dem Innenwiderstand und dem durch die Batteriezelle 7 fließenden Strom erfasst wird. Im Folgenden wird die von der Überwachungs-IC 3 erfasste Spannung der Batteriezelle 7 mit der Ruhespannung vereinheitlicht.
Zusätzlich zu der Ruhespannung zeigt 10 den Betriebszustand der Batterieverwaltungsvorrichtung 100, den tatsächlichen Strom, der durch die zusammengesetzte Batterie 5 fließt, und die Ruhespannung einer Batteriezelle 7. Der Betriebszustand der Batterieverwaltungsvorrichtung 100 wird als DS beschrieben. Der Einfachheit halber wird das in den Zeichnungen dargestellte Verhalten der Ruhespannung der Batteriezelle 7 und das Verhalten der Ruhespannung der zusammengesetzten Batterie 5 als gleich angenommen. Zur Verdeutlichung des Verhaltens zeigt die Zeichnung, dass sich die Schließspannung der Batteriezelle 7 in kurzer Zeit signifikant ändert.
Im Anfangszustand der Zeit 0 ist der Zündschalter des Fahrzeugs ausgeschaltet. Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 befindet sich in einem Nicht-Betriebszustand. Batterieinformationen wie beispielsweise die Ruhespannung sind nicht in der Speichereinheit 22 gespeichert. Das Systemhauptrelais 6, das den Leitungszustand zwischen der zusammengesetzten Batterie 5 und verschiedenen fahrzeuginternen Vorrichtungen steuert, befindet sich im ausgeschalteten Zustand. Daher fließt im Wesentlichen kein Strom durch die zusammengesetzte Batterie 5. Die Ruhespannung der Batteriezelle 7 ist ein Wert in dem Bereich mit geringer Änderung.
Selbst wenn kein Strom durch die Batteriezelle 7 fließt, nimmt der SOC der Batteriezelle 7 aufgrund der Selbstentladung ab. Daher neigt die Schließspannung der Batteriezelle 7 im Anfangszustand zu der Zeit 0 dazu, um einen kleinen Betrag abzunehmen.
Zu der Zeit t0 wechselt der Zündschalter des Fahrzeugs vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand. Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 wechselt von dem Nicht-Betriebszustand in den Betriebszustand. Das Systemhauptrelais 6 wechselt vom ausgeschalteten Zustand in den elektrisch leitenden Zustand. Infolgedessen wird die Zufuhr von Stromzufuhrenergie von der zusammengesetzten Batterie 5 zu verschiedenen fahrzeuginternen Vorrichtungen gestartet. Der tatsächliche Strom beginnt in der zusammengesetzten Batterie 5 zu fließen. Die Abnahmerate des SOC der Batteriezelle 7 nimmt zu. Zusammen mit dieser Konfiguration nimmt auch die Abnahmerate der Schließspannung der Batteriezelle 7 zu.
Zu der Zeit t1 bezieht der Mikrocomputer 1 die Ruhespannung der Batteriezelle 7. Zu dieser Zeit sind die Batterieinformationen nicht in der Speichereinheit 22 gespeichert. Daher legt der Mikrocomputer 1 den Spannungsmessbereich zu der Zeit t1 auf den gesamten Bereich fest. Das heißt, der Mikrocomputer 1 legt den Spannungsmessbereich auf 0,0V bis 5,0V fest.
Zu der Zeit t2 bezieht der Mikrocomputer 1 wieder die Ruhespannung der Batteriezelle 7. Zu dieser Zeit bestimmt der Mikrocomputer 1 den Mittelwert des begrenzten Messbereichs zu der Zeit t2 basierend auf der zu der Zeit t1 bezogenen Ruhespannung der Batteriezelle 7. Des Weiteren bestimmt der Mikrocomputer 1 die Bereichsbreite α des begrenzten Messbereichs.
Der Spannungsmessbereich wird durch die Breite der Pfeile an beiden Enden der durchgezogenen Linie in 10 angegeben. Die Differenz zwischen dem Mittelwert und dem oberen oder unteren Grenzwert des begrenzten Messbereichs wird auf die Bereichsbreite α festgelegt. Die Bereichsbreite α ist ein Wert, der größer ist als der Erfassungsfehler der Ruhespannung. Die Bereichsbreite α ist ein Wert, der kleiner als die Hälfte der Differenz zwischen OCV1 und OCV2 ist, wie in 6 gezeigt. Die Differenz zwischen dem Mittelwert und dem oberen Grenzwert und die Differenz zwischen dem Mittelwert und dem unteren Grenzwert können gleich oder unterschiedlich sein. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Bereichsbreite α auf einen festen Wert festgelegt. Die Bereichsbreite α wird in der Speichereinheit 22 gespeichert. Daher wird der begrenzte Messbereich im Wesentlichen basierend auf der Ruhespannung bestimmt. Der Mikrocomputer 1 legt den begrenzten Messbereich basierend auf der Bereichsbreite α und der bezogenen Ruhespannung fest. Der Mikrocomputer 1 legt zum Beispiel den begrenzten Messbereich der Zeit t2 auf 2,8V bis 3,2V fest. Der Mikrocomputer 1 bezieht zu dieser Zeit t2 die Ruhespannung, die von der Überwachungs-IC 3 in dem begrenzten Messbereich erfasst wird.
Genau genommen sind, da die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 einen arithmetischen Prozess durchführt, der Zeitpunkt bzw. Zeit zum Bestimmen des begrenzten Messbereichs und der Zeitpunkt zum Beziehen der Ruhespannung zu der Zeit t2 nicht gleich. Der Bestimmungszeitpunkt liegt vor dem Bezugszeitpunkt. Der Unterschied zwischen diesen beiden Zeitpunkten ist jedoch gering. Daher werden diese beiden Zeitpunkte als gleich angesehen und beschrieben.
Der Mikrocomputer 1 bezieht die Ruhespannung in einem Bezugszyklus. Dieser Bezugszyklus ist ein erwartetes Zeitintervall, in dem sich der SOC der Batteriezelle 7 nicht plötzlich ändert, es sei denn, der Lade- oder Entladezustand der Batteriezelle 7 ändert sich plötzlich aufgrund einer Schnellladung oder dergleichen. Der Bezugszyklus ist ein Zeitintervall, in dem erwartet wird, dass der Änderungsbetrag der Ruhespannung der Batteriezelle 7 die Bereichsbreite α nicht überschreitet. Wenn der Bezugszyklus ab der Zeit t1 abläuft, kommt die Zeit t2.
Wenn der Bezugszyklus ab der Zeit t2 abläuft, kommt die Zeit t3. Zu der Zeit t3 bestimmt der Mikrocomputer 1 den begrenzten Messbereich basierend auf der Ruhespannung zu der Zeit t2. Der Mikrocomputer 1 legt zum Beispiel den begrenzten Messbereich der Zeit t3 auf 2,6V bis 3,0V fest. Der Mikrocomputer 1 bezieht die Ruhespannung der Batteriezelle 7, die von der Überwachungs-IC 3 in dem begrenzten Messbereich erfasst wird.
Wenn die Zeit t3 zu der Zeit tc1 voranschreitet, ändert sich der Fahrzustand des Fahrzeugs. Der tatsächliche Strom wird reduziert. Zusammen mit dieser Konfiguration wird auch die Reduktionsrate der Ruhespannung reduziert.
Wenn der Bezugszyklus ab dem Zeit t3 abläuft, kommt die Zeit t4. Zu der Zeit t4 bestimmt der Mikrocomputer 1 den begrenzten Messbereich basierend auf der Ruhespannung zu der Zeit t3. Der Mikrocomputer 1 legt zum Beispiel den Erfassungsbereich der Zeit t4 auf 2,4V bis 2,8V fest. Der Mikrocomputer 1 bezieht die Ruhespannung der Batteriezelle 7, die von der Überwachungs-IC 3 im begrenzten Messbereich erfasst wird.
Von der Zeit t4 bis zu der Zeit tc2 wird das Ladegerät 12 über den Ladeanschluss 11 mit dem Fahrzeug verbunden. Die zusammengesetzte Batterie 5 wird durch das Ladegerät 12 schnell geladen. Dadurch steigt der tatsächliche Strom stark an. Der Mikrocomputer 1 bezieht solche Informationen von dem Ladegerät 12. Zu dieser Zeit legt der Mikrocomputer 1 den Spannungsmessbereich auf den gesamten Bereich fest.
Wenn der Bezugszyklus ab der Zeit t4 abläuft, kommt die Zeit t5. Zu der Zeit t5 bezieht der Mikrocomputer 1 die Ruhespannung der Batteriezelle 7, die von der Überwachungs-IC 3 im gesamten Bereich erfasst wird. Aufgrund der Änderung des Spannungsmessbereichs, wie in 10 gezeigt, liegt die zu der Zeit t5 erfasste Zyklusschließspannung, selbst wenn die Zyklusschließspannung ab der Zeit tc2 plötzlich ansteigt, in dem Spannungsmessbereich.
Wenn die Zeit t5 zu der Zeit tc3 voranschreitet, erreicht die Ausgangsspannung der zusammengesetzten Batterie 5 die Zielspannung. Wenn die Reichweite erfasst wird, beendet der Mikrocomputer 1 das Schnellladen durch das Ladegerät 12. Der Mikrocomputer 1 veranlasst das Ladegerät 12 eine vollständige Ladung durchzuführen.
Die zugeführte Strommenge unterscheidet sich zwischen Schnellladung und Vollladung. Die Schnellladung hat einen größeren Zuführstrom als die Vollladung.
Es gibt einen Unterschied im Spannungsabfall zwischen der Ruhespannung und der Leerlaufspannung. Daher erreicht zum Beispiel die Leerlaufspannung nicht die maximale Ausgangsspannung, selbst wenn die maximale Ausgangsspannung der zusammengesetzten Batterie 5 als die Ruhespannung erfasst wird. Der SOC der zusammengesetzten Batterie 5 hat nicht die volle Ladekapazität erreicht.
Die vorherige Zielspannung ist ein Wert basierend auf der maximalen Ausgangsspannung der zusammengesetzten Batterie 5. Wenn der Mikrocomputer 1 bestimmt, dass die Ausgangsspannung der zusammengesetzten Batterie 5 die Zielspannung erreicht hat, veranlasst der Mikrocomputer 1 das Ladegerät 12, die Batterie vollständig aufzuladen. Beim Vollladen wird der zusammengesetzten Batterie 5 Ladestrom zugeführt, während die Ausgangsspannung der zusammengesetzten Batterie 5 auf der Zielspannung gehalten wird, um den SOC der zusammengesetzten Batterie 5 näher an die volle Ladekapazität zu bringen, während ein Überladen vermieden wird. Die Zielspannung und die maximale Ausgangsspannung werden im Voraus in der Speichereinheit 22 gespeichert.
Wenn der Bezugszyklus ab der Zeit t5 abläuft, kommt die Zeit t6. Zu der Zeit t6 bezieht der Mikrocomputer 1 die Ruhespannung der Batteriezelle 7, die von der Überwachungs-IC 3 in dem gesamten Bereich erfasst wird. Zu dieser Zeit wird erwartet, dass die Ausgangsspannung der zusammengesetzten Batterie 5 die Zielspannung erreicht hat. Daher kann die Ruhespannung im Spannungsmessbereich basierend auf dieser Zielspannung erfasst werden.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
Ein siebtes Ausführungsbeispiel wird in Bezug auf 11 beschrieben.
In dem sechsten Ausführungsbeispiel bezieht, wie in Bezug auf 10 beschrieben, wenn der Nicht-Betriebszustand in den Betriebszustand geschaltet wird, der Mikrocomputer 1 die Ruhespannung, die von der Überwachungs-IC 3 im gesamten Bereich erfasst wird.
Dagegen bezieht der Mikrocomputer 1 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn der Nicht-Betriebszustand in den Betriebszustand geschaltet wird, die Ruhespannung, die von der Überwachungs-IC 3 in einem nutzbaren Bereich der Batteriezelle 7 erfasst wird. In dieser Konfiguration kann die Erfassungsgenauigkeit der Ruhespannung verbessert werden, selbst wenn die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 von dem Nicht-Betriebszustand in den Betriebszustand geschaltet wird.
Zum Beispiel wechselt die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 zu der Zeit t0, die in 11 gezeigt ist, von dem Nicht-Betriebszustand in den Betriebszustand. Das Systemhauptrelais 6 wechselt von dem ausgeschalteten Zustand in den elektrisch leitenden Zustand. In der zusammengesetzten Batterie 5 beginnt Strom zu fließen. Die Reduktionsraten des SOC und der Ruhespannung der Batteriezelle 7 nehmen zu.
Von der Zeit t0 bis zu der Zeit t1 legt der Mikroprozessor 1 einen begrenzten Messbereich basierend auf den in 6 gezeigten Kenndaten des SOC und OCV fest. Der Mikrocomputer 1 legt zum Beispiel den nutzbaren Bereich der Batteriezelle 7 zwischen dem SOC1 und dem SOC2 fest, die in 6 gezeigt sind. Dann legt der Mikrocomputer 1 den begrenzten Messbereich basierend auf dem OCV1 und dem OCV2 fest, die jeweils mit dem SOC1 und dem SOC2 korrespondieren. Wie in 11 gezeigt, legt der Mikrocomputer 1 den unteren Grenzwert des begrenzten Messbereichs als CCV1 und den oberen Grenzwert als CCV2 fest.
Die in 6 dargestellten Kenndaten sind temperaturabhängig. Es gibt einen Unterschied im Spannungsabfall zwischen der Leerlaufspannung und der Ruhespannung. Daher kann der Mikrocomputer 1 einen begrenzten Messbereich unter Berücksichtigung nicht nur der in 6 gezeigten Kenndaten, sondern auch der Temperatur, des Stroms, des Verschlechterungsgrads oder dergleichen der Batteriezelle 7 zu der Zeit t1 festlegen.
Um den Unterschied zu dem gesamten Bereich in den anderen Ausführungsbeispielen zu verdeutlichen, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben, dass der Mikrocomputer 1 den Spannungsmessbereich zu der Zeit t1 auf den begrenzten Messbereich wie zuvor beschrieben festlegt. Die Batteriezelle 7 wird jedoch im nutzbaren Bereich verwendet. Daher wird erwartet, dass die erfasste Schließspannung in dem nutzbaren Bereich liegt. Daher kann der nutzbare Bereich auf den gesamten Bereich festgelegt werden. Solche Festlegungen können auch auf andere Ausführungsbeispiele und Abwandlungen angewendet werden.
(Achtes Ausführungsbeispiel)
Ein achtes Ausführungsbeispiel wird in Bezug auf 12 beschrieben.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen bezieht der Mikrocomputer 1 ungeachtet der Ausführung des Ausgleichsprozesses die Ruhespannung jeder der mehreren Batteriezellen 7. Dagegen erfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, nachdem der Ausgleichsprozess durchgeführt wird, der Mikrocomputer 1 einen Teil der Ruhespannung der mehreren Batteriezellen 7.
Wenn der Ausgleichsprozess durchgeführt wird, wird der SOC jeder der mehreren Batteriezellen 7 ausgeglichen. Daher wird erwartet, dass die Schließspannungen der mehreren Batteriezellen 7 gleich sind. Daher erfasst, nachdem der Ausgleichsprozess durchgeführt wurde, die Überwachungs-IC 3 die Ruhespannung eines Teils der mehreren Batteriezellen 7. Der Mikrocomputer 1 bezieht die Ruhespannung, die von der Überwachungs-IC3 erfasst wird. Diese Konfiguration vereinfacht die arithmetische Verarbeitung der Überwachungs-IC 3 und des Mikrocomputers 1.
Die Überwachungs-IC 3 kann die Ruhespannungen aller Batteriezellen 7 erfassen. Dann kann der Mikrocomputer 1 einen Teil der mehreren Ruhespannungen beziehen, die von der Überwachungs-IC 3 erfasst werden. Diese Konfiguration vereinfacht die arithmetische Verarbeitung des Mikrocomputers 1.
Nachdem jedoch eine gewisse Zeit verstrichen ist, seit der Ausgleich durchgeführt wurde, variieren die SOCs der mehreren Batteriezellen 7. Die Schließspannung jeder der mehreren Batteriezellen 7 wird ungleich.
Daher führt der Mikrocomputer 1 einen in 12 gezeigten Bezugsziel-Festlegprozess durch. Der Mikrocomputer 1 führt diesen Bezugsziel-Festlegprozess als eine zyklische Aufgabe durch. Der Mikrocomputer 1 führt diesen Bezugsziel-Festlegprozess parallel zu einer anderen Batterieverwaltung durch, die zum Beispiel in den 4 und 10 gezeigt ist.
In S310 bestimmt der Mikrocomputer 1, ob der von dem Mikrocomputer 1 gehaltene Ausgleichszähler kleiner als der erwartete Variationswert ist, der in der Speichereinheit 22 gespeichert ist. Wenn der Mikrocomputer 1 bestimmt, dass der Ausgleichszähler kleiner als der erwartete Variationswert ist, schreitet der Mikrocomputer 1 zu S320 voran. Wenn der Mikrocomputer 1 bestimmt, dass der Ausgleichszähler gleich oder größer als der erwartete Variationswert ist, schreitet der Mikrocomputer 1 zu S330 voran.
Der Wert des Ausgleichszählers wird gelöscht, wenn der Ausgleichsprozess durchgeführt wird. Der erwartete Variationswert wird basierend auf der Zeit bestimmt, zu der erwartet wird, dass die Schließspannungen der mehreren Batteriezellen 7 inkonsistent sind, nachdem der Ausgleichsprozess durchgeführt wird.
Voranschreitend zu S320 inkrementiert der Mikrocomputer 1 den Ausgleichszähler. Dann schreitet der Mikrocomputer 1 zu S340 voran.
Wenn der Prozess zu Schritt S340 voranschreitet, legt der Mikrocomputer 1 nur einen Teil der mehreren Batteriezellen 7, für die der Ausgleichsprozess durchgeführt wurde, als das Bezugsziel (Spannungsmessziel) der Ruhespannung fest. Zum Beispiel legt der Mikrocomputer 1 eine der mehreren Batteriezellen 7, die in einer Batteriegruppe enthalten sind, als ein Ziel zum Beziehen einer Ruhespannung fest. Zum Beispiel legt der Mikrocomputer 1 eine von allen Batteriezellen 7, die in einer Batteriegruppe enthalten sind, als ein Ziel zum Erfassen einer Ruhespannung fest. Dann beendet der Mikrocomputer 1 den Bezugsziel-Festlegprozess
Wenn in S310 bestimmt wird, dass der Ausgleichszähler gleich oder größer als der erwartete Variationswert ist und der Prozess zu S330 voranschreitet, legt der Mikrocomputer 1 alle der mehreren Batteriezellen 7 als Ziele zum Beziehen der Ruhespannung fest. Dann beendet der Mikrocomputer 1 den Bezugsziel-Festlegprozess.
Nachdem der Ausgleichsprozess durchgeführt ist, führt der Mikrocomputer 1 wiederholt S310, S320 und S340 aus. Während dieses Zeitraums wird nur ein Teil der Ruhespannung der mehreren Batteriezellen 7, für die der Ausgleichsprozess durchgeführt wurde, als das Bezugsziel festgelegt.
Danach, wenn der Ausgleichszähler den erwarteten Variationswert erreicht, führt der Mikrocomputer 1 wiederholt S330 aus. Danach werden alle Schließspannungen der mehreren Batteriezellen 7 als Bezugsziele festgelegt, bis der Ausgleichsprozess erneut durchgeführt wird.
(Andere Ausführungsbeispiele)
Die Offenbarung in der vorliegenden Beschreibung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Offenbarung umfasst die veranschaulichten Ausführungsbeispiele und Variationen davon durch den Fachmann. Zum Beispiel ist die Offenbarung nicht auf die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen von Komponenten und Elementen beschränkt, und es können verschiedene Abwandlungen und Implementierungen durchgeführt werden. Die Offenbarung kann in verschiedenen Kombinationen implementiert werden. Die Offenbarung kann zusätzliche Abschnitte haben, die zu den Ausführungsbeispielen hinzugefügt werden können. Die Offenbarung umfasst das Weglassen von Teilen und Elementen der Ausführungsbeispiele. Die Offenbarung umfasst den Austausch oder die Kombination von Komponenten, Elementen zwischen einem Ausführungsbeispiel und einem anderen. Der offenbarte technische Umfang ist nicht auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels beschränkt. Es sei angemerkt, dass der offenbarte technische Schutzumfang in den Ansprüchen definiert ist und Bedeutungen enthält, die äquivalent zu den Ansprüchen und allen Abwandlungen im Schutzumfang sind.
(Andere Abwandlungen)
Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, in der die Überwachungs-IC 3 für jede Batteriegruppe vorgesehen ist. Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 kann eine Überwachungs-IC 3 und einen Mikrocomputer 1 für die zusammengesetzte Batterie 5 haben. Die Batterieverwaltungsvorrichtung 100 kann einen Mikrocomputer 1 für jede Batteriegruppe aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010141957 A [0002]

Claims

Batterieverwaltungsvorrichtung, mit: einer Bereichsfestlegeinheit (1), die konfiguriert ist, einen begrenzten Messbereich festzulegen, der einen Bereich zum Messen einer Spannung jeder einer Mehrzahl von Batterien (7) für ein Fahrzeug begrenzt, und einer Messeinheit (3; 103), die konfiguriert ist, die Spannung jeder der Mehrzahl von Batterien innerhalb des begrenzten Messbereichs zu messen.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messeinheit den begrenzten Messbereich durch Einstellen des Bereichs zum Messen der Spannung als Reaktion auf eine Befehlsausgabe von der Bereichsfestlegeinheit definiert.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bereichsfestlegeinheit den begrenzten Messbereich festlegt, der basierend auf einem Spannungswert jeder der Mehrzahl von Batterien eingestellt wird, wenn der Spannungswert jeder der Mehrzahl von Batterien zu schätzen ist, und die Bereichsfestlegeinheit den begrenzten Messbereich basierend auf einem Messwert für die Spannung jeder der Mehrzahl von Batterien innerhalb eines gesamten Bereichs festlegt, wenn der Spannungswert jeder der Mehrzahl von Batterien nicht zu schätzen ist.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Bereichsfestlegeinheit den begrenzten Messbereich durch Verwendung von zumindest einem der Werte, Maximalwert und Minimalwert, des Messwerts für die Spannung jeder der Mehrzahl von Batterien festlegt, die innerhalb des gesamten Bereichs gemessen wird.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bereichsfestlegeinheit eine Mehrzahl begrenzter Messbereiche festlegt, die sich voneinander unterscheiden.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bereichsfestlegeinheit den begrenzten Messbereich festlegt und die Messeinheit die Spannung innerhalb des begrenzten Messbereichs misst, wenn ein Rauschpegel in einer Situation akzeptabel ist, in der ein Rauschen akzeptabel ist.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Bereichsfestlegeinheit den begrenzten Messbereich festlegt und die Messeinheit die Spannung innerhalb des begrenzten Messbereichs misst, wenn eine Leistungsvorrichtung, die eine Antriebskraft des Fahrzeugs bereitstellt, gestoppt wird und das Laden oder Entladen jeder der Mehrzahl von Batterien gestoppt wird.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenn das Laden der Mehrzahl von Batterien von der externen Leistungsquelle (12) durchgeführt wird, die Bereichsfestlegeinheit den begrenzten Messbereich festlegt und die Messeinheit die Spannung innerhalb des begrenzten Messbereichs in einem Zustand misst, in dem das Laden vorübergehend gestoppt ist.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, des Weiteren mit einer Ausgleichsbestimmungseinheit (1), die konfiguriert ist, zu bestimmen, ob ein Ausgleichsprozess zum Reduzieren einer Spannungsschwankung für eine vorgegebene Batteriegruppe, die zumindest einen Teil der Mehrzahl von Batterien enthält, durchzuführen ist oder nicht, wobei die Ausgleichsbestimmungseinheit bestimmt, ob der Ausgleichsprozess basierend auf einem Messwert für die Spannung jeder der Mehrzahl von Batterien, die innerhalb des begrenzten Messbereichs gemessen wird, durchzuführen ist oder nicht.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, des Weiteren mit einer Ausgleichsbestimmungseinheit (1), die konfiguriert ist, zu bestimmen, ob ein Ausgleichsprozess zum Reduzieren einer Spannungsschwankung für eine vorgegebene Batteriegruppe, die zumindest einen Teil der Mehrzahl von Batterien enthält, durchzuführen ist oder nicht, wobei die Ausgleichsbestimmungseinheit einen Bestimmungsschwellenwert gemäß einer Breite des begrenzten Messbereichs festlegt, wenn eine Differenz zwischen einem maximalen Spannungsmesswert und einem minimalen Spannungsmesswert, die jeweils für die vorgegebene Batteriegruppe gemessen werden, kleiner als der Bestimmungsschwellenwert ist, die Ausgleichsbestimmungseinheit bestimmt, den Ausgleichsprozess nicht durchzuführen, wenn die Differenz größer als der Bestimmungsschwellenwert ist, die Ausgleichsbestimmungseinheit bestimmt, den Ausgleichsprozess durchzuführen.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei wenn die Breite des begrenzten Messbereichs größer als eine vorgegebene Bereichsbreite ist, die Ausgleichsbestimmungseinheit den Bestimmungsschwellenwert auf einen größeren Wert korrigiert, und wenn die Breite des begrenzten Messbereichs kleiner als die vorgegebene Bereichsbreite ist, die Ausgleichsbestimmungseinheit den Bestimmungsschwellenwert auf einen kleineren Wert korrigiert.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei wenn der Ausgleichsprozess an Batterien durchgeführt wird, die in der vorgegebenen Batteriegruppe enthalten sind, die Ausgleichsbestimmungseinheit einen Teil der Batterien, die in der vorgegebenen Batteriegruppe enthalten sind, als ein Ziel auswählt, für das eine Spannung zu messen ist.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, des Weiteren mit einer SOC-Schätzeinheit (1), die konfiguriert ist, einen Ladezustand basierend auf Kenndaten zu schätzen, die eine Beziehung zwischen einer Leerlaufspannung und dem Ladezustand jeder der Mehrzahl von Batterien und einem Messwert für die Spannung jeder der Mehrzahl von Batterien angeben, die innerhalb des begrenzten Messbereichs gemessen werden.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach Anspruch 13, des Weiteren mit einer SOH-Schätzeinheit (1), die konfiguriert ist, einen Gesundheitszustand (SOH), der einen Grad der Verschlechterung jeder der Mehrzahl von Batterien angibt, durch Verwendung des geschätzten Ladezustands zu schätzen.
Batterieverwaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei wenn die Batterieverwaltungsvorrichtung von einem Nicht-Betriebszustand in einen Betriebszustand umgeschaltet wird, die Bereichsfestlegeinheit den Bereich zum Messen der Spannung auf einen nutzbaren Bereich jeder der Mehrzahl von Batterien festlegt.
Batterievorrichtung, mit: einer Mehrzahl von Batterien (7) für ein Fahrzeug; einer Bereichsfestlegeinheit (1), die konfiguriert ist, einen begrenzten Messbereich festzulegen, der einen Bereich zum Messen einer Spannung jeder einer Mehrzahl von Batterien (7) begrenzt; und einer Messeinheit (3; 103), die konfiguriert ist, die Spannung jeder der Mehrzahl von Batterien innerhalb des begrenzten Messbereichs zu messen.