JP2005326377A - Arithmetic processing unit for power quantity of charge accumulating device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately grasp an internal condition of a charge accumulating device, and to precisely find a power quantity all the time even under various conditions in practical use. <P>SOLUTION: The power quantity P is found by composition of a power quantity PV based on a release voltage and a power quantity PC based on a current weighted with a weight w changed from time to time in response to a using condition of a battery. A computed value is thereby precluded from being fluctuated by fluctuation of a load under the practical using condition, and precision of the computed value is thereby precluded from getting low by fluctuation of a sampling data, so as to obtain the power quantity reflected accurately with the internal condition of the battery. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、二次電池や電気化学キャパシタ等の蓄電デバイスにおいて入出力可能なパワー量を演算する蓄電デバイスのパワー量演算装置に関する。   The present invention relates to a power amount calculation device for a power storage device that calculates a power amount that can be input and output in a power storage device such as a secondary battery or an electrochemical capacitor.

近年、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池、電気二重層キャパシタ等の電気化学キャパシタといった蓄電デバイスの小型軽量化・高エネルギー密度化が進み、携帯型の情報通信機器から電気自動車やハイブリッド自動車等の電源として活発に利用されている。   In recent years, energy storage devices such as secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries, and electrochemical capacitors such as electric double layer capacitors have been reduced in size and weight, and energy density has increased. It is actively used as a power source for automobiles.

このような蓄電デバイスで利用可能なエネルギーは、蓄電デバイスの入出力可能パワー量を演算することによって評価することができ、演算したパワー量に基づいて、例えば、電気自動車やハイブリッド車に搭載されるモータへの電力供給、駆動トルク制御等を緻密に実行することができる。   The energy that can be used in such a power storage device can be evaluated by calculating the input / output possible power amount of the power storage device, and is mounted on, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle based on the calculated power amount. Power supply to the motor, drive torque control, etc. can be executed precisely.

このため、従来より、パワー量の正確な演算を目的とする技術が種々提案されており、例えば、特許文献1には、バッテリから供給される直流電流I及び直流電圧Vに基づいてバッテリの放電特性を表すI−V直線を演算し、このI−V直線とバッテリの最低保証電圧とに基づいて出力可能パワー量を演算する技術が開示されている。   For this reason, various techniques have been proposed in the past for accurate calculation of the power amount. For example, Patent Document 1 discloses a battery discharge based on a DC current I and a DC voltage V supplied from the battery. A technique is disclosed in which an IV straight line representing characteristics is calculated, and an outputable power amount is calculated based on the IV straight line and the minimum guaranteed voltage of the battery.

また、特許文献2には、バッテリから出力可能なエネルギー量としての放電可能量(すなわち出力可能パワー量)を、バッテリの放電電流或いは端子電圧とパラメータとして温度毎のマップを参照して求め、バッテリの全容量から放電可能量を減算して、バッテリに入力可能なエネルギー量としての充電可能量(すなわち入力可能パワー量)を求める技術が開示されている。   Further, in Patent Document 2, a dischargeable amount (that is, an outputable power amount) as an energy amount that can be output from a battery is obtained by referring to a map for each temperature as a battery discharge current or a terminal voltage and a parameter, A technique for obtaining a chargeable amount (that is, an inputable power amount) as an energy amount that can be input to the battery by subtracting the dischargeable amount from the total capacity of the battery.

更に、特許文献3には、組電池の電圧・電流特性を回帰演算して入出力可能電力(入出力可能パワー量)を算出し、算出した入出力可能電力を、セル毎の内部抵抗のばらつきを考慮して補正する技術が開示されている。
特開平9−171063号公報 特開2002−14147号公報 特開2002−272011号公報
Further, Patent Document 3 calculates the input / output possible power (input / output possible power amount) by performing regression calculation on the voltage / current characteristics of the assembled battery, and calculates the calculated input / output possible power to variations in internal resistance for each cell. A technique for correcting in consideration of the above is disclosed.
JP-A-9-171063 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-14147 JP 2002-272011 A

しかしながら、特許文献1や特許文献2に開示の技術では、測定した電圧をそのまま使用してパワー量を演算しており、バッテリの内部抵抗については考慮されていない。このため、演算されたパワー量は、必ずしもバッテリそのものの状態を正確に把握しているとは言えず、バッテリ使用中に負荷(電流値)が大きく変動した場合、パワー値が大きく変動する可能性がある。しかも、特許文献1の技術は、バッテリ充電時の入力可能パワー量については言及されておらず、モータのみで走行する電気自動車等といったように、適用範囲が限定されてしまい、充放電が連続するハイブリッド車等には適用が困難である。   However, in the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the amount of power is calculated using the measured voltage as it is, and the internal resistance of the battery is not taken into consideration. For this reason, the calculated power amount does not necessarily accurately grasp the state of the battery itself, and if the load (current value) fluctuates greatly while using the battery, the power value may fluctuate greatly. There is. Moreover, the technique of Patent Document 1 does not mention the amount of power that can be input during battery charging, and the range of application is limited, such as an electric vehicle that runs only with a motor, and charging and discharging continue. It is difficult to apply to hybrid vehicles.

また、特許文献3に開示の技術は、最も内部抵抗の高いセルを基準とする補正を行っているため、バッテリの保護には有効であるが、セル数が多い場合には、全体の様子を把握することが困難である。更に、特許文献3の技術では、放電中の電圧V、電流Iのサンプリングデータから求めたV−I特性の回帰直線から開放電圧を推定しているため、短時間で負荷が大きく変動する場合、例えば、シリーズハイブリッド車で加減速が激しい運転状態の場合等には、バッテリ電圧の遅れ成分の影響を無視することができず、開放電圧を正確に推定することは困難である。   The technique disclosed in Patent Document 3 is effective for battery protection because it performs correction based on the cell having the highest internal resistance. However, when the number of cells is large, the overall state is shown. It is difficult to grasp. Furthermore, in the technique of Patent Document 3, since the open circuit voltage is estimated from the regression line of the VI characteristic obtained from the sampling data of the voltage V and the current I during discharge, when the load fluctuates greatly in a short time, For example, when a series hybrid vehicle is in a driving state where acceleration / deceleration is severe, the influence of the delay component of the battery voltage cannot be ignored, and it is difficult to accurately estimate the open circuit voltage.

すなわち、各特許文献に示される従来の技術は、必ずしも蓄電デバイスの内部状況を正確に把握した上でパワー量を演算しているわけではなく、実使用条件下での負荷の変動によってパワー量の演算値が変動したり、サンプリングデータのばらつきによって演算値の精度が低下してしまうという問題がある。   In other words, the conventional techniques shown in each patent document do not necessarily calculate the power amount after accurately grasping the internal state of the power storage device, but the power amount is not changed by the load variation under actual use conditions. There are problems that the calculated value fluctuates and the accuracy of the calculated value decreases due to variations in sampling data.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、蓄電デバイスの内部状況を正確に把握し、実使用における様々な条件下においても、常時、精度の高いパワー量を求めることのできる蓄電デバイスのパワー量演算装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to accurately grasp the internal state of an electricity storage device and to always obtain a highly accurate power amount even under various conditions in actual use. The object is to provide a quantity calculation device.

上記目的を達成するため、本発明による蓄電デバイスのパワー量演算装置は、蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧とに基づいて、第1の入力可能パワー量及び第1の出力可能パワー量を演算する第1の演算手段と、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流とに基づいて、第2の入力可能パワー量及び第2の出力可能パワー量を演算する第2の演算手段と、上記第1の入力可能パワー量と上記第2の入力可能パワー量とを上記蓄電デバイスの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成し、上記蓄電デバイスの入力可能パワー量を演算すると共に、上記第1の出力可能パワー量と上記第2の出力可能パワー量とを上記ウェイトを用いて重み付け合成し、上記蓄電デバイスの出力可能パワー量を演算する第3の演算手段とを備えたことを特徴とする。   To achieve the above object, a power amount calculation device for an electricity storage device according to the present invention calculates a first input power amount and a first output power amount based on an internal impedance and an open-circuit voltage of the electricity storage device. A first computing means; a second computing means for computing a second inputtable power amount and a second outputable power amount based on the internal impedance and charge / discharge current of the power storage device; The input possible power amount and the second input possible power amount are weighted and synthesized using a weight set in accordance with the usage state of the power storage device, and the input possible power amount of the power storage device is calculated. The third outputable power amount and the second outputable power amount are weighted and synthesized using the weights, and the outputable power amount of the power storage device is calculated. Characterized in that an arithmetic unit.

第1の入力可能パワー量は、蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧と上限電圧とを用いて演算することができ、第1の出力可能パワー量は、蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧と下限電圧を用いて演算することができる。また、第2の入力可能パワー量は、蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流の移動平均値と1演算周期前の入力可能パワー量とを用いて演算することができ、第2の出力可能パワー量は、蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流の移動平均値と1演算周期前の出力可能パワー量とを用いて演算することができる。   The first inputable power amount can be calculated using the internal impedance, open voltage, and upper limit voltage of the power storage device, and the first outputable power amount is calculated using the internal impedance, open voltage, and lower limit voltage of the power storage device. Can be used to calculate. In addition, the second input possible power amount can be calculated using the internal impedance of the power storage device, the moving average value of the charge / discharge current, and the input possible power amount before one calculation cycle. The amount can be calculated using the internal impedance of the electricity storage device, the moving average value of the charge / discharge current, and the outputable power amount one calculation cycle before.

また、ウェイトは、蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値に基づいて設定することが望ましく、内部インピーダンスは、蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値と蓄電デバイスの温度とに基づいて算出することが望ましい。   The weight is preferably set based on the moving average value of the charge / discharge current of the power storage device, and the internal impedance is calculated based on the moving average value of the charge / discharge current of the power storage device and the temperature of the power storage device. Is desirable.

本発明による蓄電デバイスのパワー量演算装置は、蓄電デバイスの内部状況を正確に把握した上でパワー量を演算するので、実使用における様々な条件下においても、常時、精度の高いパワー量を求めることができる。   The power storage device power amount calculation apparatus according to the present invention calculates the power amount after accurately grasping the internal state of the power storage device, and therefore always obtains a highly accurate power amount even under various conditions in actual use. be able to.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1〜図11は本発明の実施の一形態に係わり、図1はハイブリッド車への適用例を示すシステム構成図、図2はパワー量の演算アルゴリズムを示すブロック図、図3は等価回路モデルを示す回路図、図4はパワー量演算処理のフローチャート、図5はインピーダンステーブルの説明図、図6は残存容量テーブルの説明図、図7はウェイトテーブルの説明図、図8は開放電圧に基づく充電可能量を示す説明図、図9は合成入力可能パワー量の演算結果を示す説明図、図10は開放電圧に基づく放電可能量を示す説明図、図11は合成出力可能パワー量の演算結果を示す説明図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 11 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a system configuration diagram showing an example of application to a hybrid vehicle, FIG. 2 is a block diagram showing an algorithm for calculating a power amount, and FIG. 3 is an equivalent circuit model. FIG. 4 is a flowchart of power amount calculation processing, FIG. 5 is an explanatory diagram of an impedance table, FIG. 6 is an explanatory diagram of a remaining capacity table, FIG. 7 is an explanatory diagram of a weight table, and FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the calculation result of the combined input possible power amount, FIG. 10 is an explanatory diagram showing the dischargeable amount based on the open circuit voltage, and FIG. 11 is the calculation result of the combined output possible power amount. It is explanatory drawing which shows.

図1は、本発明をエンジンとモータとを併用して走行するハイブリッド車両(HEV)に適用した例を示し、同図において、符号1は、HEVの電源ユニットである。この電源ユニット1には、蓄電デバイスとして例えば複数のセルを封止した電池パックを複数個直列に接続して構成されるバッテリ2と、バッテリ2の残存容量やパワー量の演算、バッテリ2の冷却や充電の制御、異常検出及び異常検出時の保護動作等のエネルギーマネージメントを行う演算ユニット(演算ECU)3とが1つの筐体内にパッケージされている。   FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to a hybrid vehicle (HEV) that travels using both an engine and a motor. In the figure, reference numeral 1 denotes a HEV power supply unit. The power supply unit 1 includes, for example, a battery 2 configured by connecting a plurality of battery packs in which a plurality of cells are sealed in series as power storage devices, calculation of the remaining capacity and power amount of the battery 2, and cooling of the battery 2. And a calculation unit (calculation ECU) 3 that performs energy management such as charge control, abnormality detection, and protection operation at the time of abnormality detection are packaged in one casing.

尚、本形態においては、蓄電デバイスとしてリチウムイオン二次電池を例に取って説明するが、本発明法は、電気化学キャパシタやその他の二次電池にも適用可能である。   In this embodiment, a lithium ion secondary battery will be described as an example of a power storage device, but the method of the present invention can also be applied to an electrochemical capacitor and other secondary batteries.

演算ECU3は、マイクロコンピュータ等から構成され、電圧センサ4で測定したバッテリ2の端子電圧V、電流センサ5で測定したバッテリ2の充放電電流I、温度センサ6で測定したバッテリ2の温度(セル温度)Tに基いて、所定時間t毎に、バッテリ2の充電状態(State of charge;SOC)で示される残存容量SOC(t)、バッテリ2における入出力可能な最大電力で示されるパワー量P(t)を演算する。尚、演算ECU3には、1演算周期前の残存容量SOC(t-1)及びパワー量P(t-1)が周期的な演算におけるベース値として入力される。   The arithmetic ECU 3 is composed of a microcomputer or the like, and the terminal voltage V of the battery 2 measured by the voltage sensor 4, the charge / discharge current I of the battery 2 measured by the current sensor 5, and the temperature (cell) of the battery 2 measured by the temperature sensor 6. Based on (temperature) T, the remaining capacity SOC (t) indicated by the state of charge (SOC) of the battery 2 and the power amount P indicated by the maximum power that can be input / output in the battery 2 at a predetermined time t. Calculate (t). Note that the remaining capacity SOC (t−1) and the power amount P (t−1) before one calculation cycle are input to the calculation ECU 3 as base values in the cyclic calculation.

演算ECU3で演算した残存容量SOCやパワー量Pは、例えばCAN(Controller Area Network)通信等を介してHEV制御用電子制御ユニット(HEV制御用ECU)10に出力され、制御状態の表示や制御量を決定するための基本データとして使用される。HEV制御用ECU10は、同様にマイクロコンピュータ等から構成され、運転者からの指令に基づいて、HEVの運転、その他、必要な制御を行う。すなわち、HEV制御用ECU10は、電源ユニット1からの信号や図示しないセンサ・スイッチ類からの信号により、車両の状態を検出し、バッテリ2の直流電力を交流電力に変換してモータ15を駆動するインバータ20を初めとして、モータ15に連結されるエンジン30や図示しない自動変速機等を、専用の制御ユニットを介して或いは直接的に制御する。   The remaining capacity SOC and the power amount P calculated by the calculation ECU 3 are output to the HEV control electronic control unit (HEV control ECU) 10 via, for example, CAN (Controller Area Network) communication, etc., and display of the control state and the control amount Is used as basic data for determining. The HEV control ECU 10 is similarly composed of a microcomputer or the like, and performs HEV operation and other necessary control based on a command from the driver. That is, the HEV control ECU 10 detects the state of the vehicle based on signals from the power supply unit 1 and signals from sensors and switches (not shown), and converts the DC power of the battery 2 into AC power to drive the motor 15. Starting with the inverter 20, the engine 30 connected to the motor 15, an automatic transmission (not shown), and the like are controlled via a dedicated control unit or directly.

例えば、演算ECU3で演算した残存容量SOCからは、バッテリ容量の表示用データやバッテリ容量低下を警告するための警告用データが生成され、運転者に対するバッテリ情報として用いられる。また、演算ECU3で演算したパワー量Pからは、モータ15から出力可能な駆動トルク、モータ15の発電による充電・回生量、更にはバッテリ2の出力を制限するリミッタ値等が演算され、HEVの運転に必要な制御量を演算する上での直接的なパラメータとして用いられる。   For example, from the remaining capacity SOC calculated by the calculation ECU 3, display data for battery capacity and warning data for warning the battery capacity decrease are generated and used as battery information for the driver. Further, from the power amount P calculated by the arithmetic ECU 3, the driving torque that can be output from the motor 15, the charge / regeneration amount by the power generation of the motor 15, the limiter value for limiting the output of the battery 2, and the like are calculated. It is used as a direct parameter for calculating the control amount required for operation.

演算ECU3におけるパワー量Pの演算は、図2に示す演算アルゴリズムに従って実行される。この演算アルゴリズムでは、バッテリ2で測定可能なパラメータ、すなわち、端子電圧V、電流I、温度Tを用い、バッテリ2の開放電圧Voに基づくパワー量PVと、バッテリ2の電流Iに基づくパワー量PCとを並行して演算し、それぞれを重み付けして合成した値をバッテリ2のパワー量Pとして出力する。   The calculation of the power amount P in the calculation ECU 3 is executed according to the calculation algorithm shown in FIG. In this calculation algorithm, parameters measurable by the battery 2, that is, the terminal voltage V, the current I, and the temperature T are used, and the power amount PV based on the open voltage Vo of the battery 2 and the power amount PC based on the current I of the battery 2 are used. Are calculated in parallel, and a value obtained by weighting and combining them is output as the power amount P of the battery 2.

すなわち、バッテリ2の開放電圧Voに基づくパワー量PVは、通常の使用時において、略正確な値を求めることが可能であるが、負荷が短時間で大きく変動したときに値が振動する可能性がある。一方、バッテリ2の電流Iに基づくパワー量PCは、誤差が累積し易く、特に高負荷継続時の誤差が大きい反面、突入電流等の負荷変動に強い。従って、本パワー量演算アルゴリズムでは、開放電圧Voに基づいて求めたパワー量PVと電流Iに基づいて求めたパワー量PCとを、バッテリ2の使用状況に応じて随時変化させるウェイト(重み係数)wにより重み付けして合成することにより、双方の欠点を打消して互いの利点を最大限に引き出すようにしている。   That is, the power amount PV based on the open-circuit voltage Vo of the battery 2 can be obtained as a substantially accurate value during normal use, but the value may vibrate when the load greatly fluctuates in a short time. There is. On the other hand, the power amount PC based on the current I of the battery 2 tends to accumulate errors, and is particularly resistant to load fluctuations such as inrush currents, while the error during high load continuation is large. Therefore, in this power amount calculation algorithm, a weight (weighting coefficient) that changes the power amount PV obtained based on the open circuit voltage Vo and the power amount PC obtained based on the current I as needed according to the usage state of the battery 2. By combining with weighting by w, both disadvantages are canceled and the mutual advantages are maximized.

ウェイトwは、現在のバッテリ2の使用状況を的確に表すことのできるパラメータを用いて決定する必要があり、そのパラメータとしては、単位時間当たりの電流の変化率やパワー量Pの変化率等を用いることが可能である。単位時間当たりの電流変化率は、バッテリの負荷変動を直接的に反映しているが、単なる電流変化率では、スパイク的に発生する電流の急激な変化の影響を受けてしまう。   The weight w needs to be determined using a parameter that can accurately represent the current usage status of the battery 2, and includes the rate of change of current per unit time, the rate of change of power amount P, and the like. It is possible to use. The current change rate per unit time directly reflects the load fluctuation of the battery, but the mere current change rate is affected by a sudden change in current that occurs in a spike manner.

従って、本形態においては、瞬間的に発止する電流の変化の影響を防止するため、所定のサンプリング数の単純平均、移動平均、加重平均等の処理を施した電流変化率を用いるようにしており、特に、電流の遅れを考慮した場合、バッテリの充放電状態の変化に対して、過去の履歴を過剰となることなく適切に反映することのできる電流Iの移動平均を用いてパワー量PCを演算すると共にウェイトwを決定するようにしている。ウェイトwは、w=0〜1の間で変化させ、合成後の最終的なパワー量Pは、以下の(1)式で与えられる。
P=w・PC+(1−w)・PV…(1)
Therefore, in this embodiment, in order to prevent the influence of a change in current that instantaneously stops, a current change rate that has been processed by a simple average, a moving average, a weighted average, or the like of a predetermined sampling number is used. In particular, when considering the delay in current, the power amount PC using the moving average of the current I that can appropriately reflect the past history without excessively changing the charge / discharge state of the battery. And the weight w is determined. The weight w is changed between w = 0 and 1, and the final power amount P after synthesis is given by the following equation (1).
P = w * PC + (1-w) * PV (1)

電流Iの移動平均値に基づいてウェイトwを決定することにより、電流Iの移動平均値が大きいときには、電流Iに基づくパワー量PCのウェイトを高くして開放電圧Voに基づくパワー量PVのウェイトを下げ、負荷変動の影響を電流によって正確に反映すると共に振動を防止することができる。逆に、電流Iの移動平均値が小さいときには、電流Iに基づくパワー量PCのウェイトを下げ、開放電圧Voに基づくパワー量PVのウェイトを高くすることにより、電流の誤差の累積による影響を回避し、開放電圧に基づく正確なパワー量を算出することができる。   By determining the weight w based on the moving average value of the current I, when the moving average value of the current I is large, the weight of the power amount PC based on the current I is increased to increase the weight of the power amount PV based on the open circuit voltage Vo. , And the effect of load fluctuation can be accurately reflected by the current and vibration can be prevented. Conversely, when the moving average value of the current I is small, the weight of the power amount PC based on the current I is lowered, and the weight of the power amount PV based on the open circuit voltage Vo is increased, thereby avoiding the influence due to accumulation of current errors. In addition, an accurate power amount based on the open circuit voltage can be calculated.

すなわち、電流Iの移動平均は、電流の高周波成分に対するローパスフィルタとなり、移動平均のフィルタリングにより、走行中の負荷変動で発生する電流のスパイク成分を、遅れ成分を助長することなく除去することができる。これにより、バッテリ状態をより的確に把握しつつ、振動を抑制することができる。   That is, the moving average of the current I becomes a low-pass filter for the high-frequency component of the current, and the moving average filtering can remove the spike component of the current generated by the load fluctuation during traveling without promoting the delay component. . Thereby, a vibration can be suppressed, grasping | ascertaining a battery state more correctly.

(1)式に示すパワー量Pは、詳細には、バッテリ2に入力(充電)可能な最大電力量で示される入力可能パワー量Pchargeと、バッテリ2から出力(放電)可能な最大電力量で示される出力可能パワー量Pdischargeとを総称するものであり、演算ECU3における第1〜3の演算手段としての機能により、それぞれ、(1)式を基本とする以下の(2),(3)式により個別に演算される。   Specifically, the power amount P shown in the equation (1) is an input possible power amount Pcharge indicated by the maximum power amount that can be input (charged) to the battery 2 and a maximum power amount that can be output (discharged) from the battery 2. The output possible power amount Pdischarge shown is a general term, and the following formulas (2) and (3) based on the formula (1) are used by the functions as the first to third calculation means in the calculation ECU 3, respectively. Are calculated individually.

すなわち、入力可能パワー量Pchargeは、以下の(2)式により、開放電圧Voに基づく第1の入力可能パワー量としてのパワー量PVchargeと、電流Iの移動平均に基づく第2の入力可能パワー量としてのパワー量PCchargeとを重み付け合成した値として求められる。また、出力可能パワー量Pdischargeは、以下の(3)式により、開放電圧Voに基づく第1の出力可能パワー量としてのパワー量PVdischargeと、電流Iの移動平均に基づく第2の出力可能パワー量としてのパワー量PCdischargeとを重み付け合成した値として求められる。
Pcharge=w・PCcharge+(1−w)・PVcharge…(2)
Pdischarge=w・PCdischarge+(1−w)・PVdischarge…(3)
That is, the input possible power amount Pcharge is calculated by the following equation (2), the power amount PVcharge as the first input possible power amount based on the open circuit voltage Vo, and the second input possible power amount based on the moving average of the current I. As a value obtained by weighted synthesis of the power amount PCcharge. Further, the output possible power amount Pdischarge is calculated by the following equation (3), the power amount PVdischarge as the first outputable power amount based on the open circuit voltage Vo, and the second outputable power amount based on the moving average of the current I. As a value obtained by weighting and combining the power amount PCdischarge.
Pcharge = w · PCcharge + (1-w) · PVcharge… (2)
Pdischarge = w · PCdischarge + (1-w) · PVdischarge (3)

各パワー量PVcharge,PVdischarge,PCcharge,PCdischargeは、具体的には、バッテリ2の内部インピーダンスZ、開放電圧Vo、後述する上限電圧Vmax、下限電圧Vmin、電流Iの移動平均値、1演算周期前の入力可能パワー量Pcharge(t)、1演算期前の出力可能パワー量Pdischarge(t)を用いて演算される。以下、各パワー量の演算について説明する。   Specifically, the power amounts PVcharge, PVdischarge, PCcharge, and PCdischarge are the internal impedance Z of the battery 2, the open circuit voltage Vo, the upper limit voltage Vmax, the lower limit voltage Vmin, the moving average value of the current I, and the calculation cycle before one operation cycle. It is calculated using the input possible power amount Pcharge (t) and the output possible power amount Pdischarge (t) before one calculation period. Hereinafter, calculation of each power amount will be described.

内部インピーダンスZは、バッテリの等価回路モデルを用いて求められ、例えば、図3に示すように、抵抗分R1〜R3、容量分C1,CPE1,CPE2(但し、CPE1,CPE2は二重層容量分)の各パラメータを直列及び並列に組合わせた等価回路モデルを用い、交流インピーダンス法における周知のCole-Coleプロットをカーブフィッティングして各パラメータを決定し、決定したパラメータからインピーダンスZが求められる。   The internal impedance Z is obtained using an equivalent circuit model of the battery. For example, as shown in FIG. 3, resistance components R1 to R3, capacitance components C1, CPE1, and CPE2 (where CPE1 and CPE2 are double layer capacitance components) Each parameter is determined by curve fitting a well-known Cole-Cole plot in the AC impedance method using an equivalent circuit model in which these parameters are combined in series and in parallel, and the impedance Z is obtained from the determined parameter.

各パラメータから求められるインピーダンスZは、バッテリの温度や電気化学的な反応速度、充放電電流の周波数成分によって大きく変化する。従って、インピーダンスZを決定するパラメータとして、電流Iの移動平均値を周波数成分の置き換えとして採用し、電流Iの移動平均値と温度Tとを条件とするインピーダンス測定を行ってデータを蓄積した後、温度Tと電流Iの移動平均値とに基づいてインピーダンスZのテーブル(後述する図5のインピーダンステーブル)を作成し、このテーブルを利用してインピーダンスZを求める。   The impedance Z obtained from each parameter varies greatly depending on the temperature of the battery, the electrochemical reaction rate, and the frequency component of the charge / discharge current. Therefore, as a parameter for determining the impedance Z, the moving average value of the current I is adopted as a replacement of the frequency component, the impedance measurement is performed on the condition of the moving average value of the current I and the temperature T, and the data is accumulated. Based on the temperature T and the moving average value of the current I, a table of impedance Z (an impedance table in FIG. 5 described later) is created, and the impedance Z is obtained using this table.

尚、前述したように、電流Iの移動平均値は、ウェイトwを決定するパラメータとしても用いられ、ウェイトw、インピーダンスZの演算を容易としているが、詳細には、低温になる程、バッテリの内部インピーダンスが増加して電流変化率が小さくなるため、後述するように、ウェイトw、インピーダンスZは、直接的には、電流Iの移動平均値を温度補正した値を用いて決定する。   As described above, the moving average value of the current I is also used as a parameter for determining the weight w, and the calculation of the weight w and the impedance Z is facilitated. Since the internal impedance increases and the current change rate decreases, as will be described later, the weight w and the impedance Z are directly determined using values obtained by temperature-correcting the moving average value of the current I.

以上のインピーダンスZを用いて演算される各パワー量PVcharge,PVdischarge,PCcharge,PCdischargeのうち、先ず、開放電圧Voに基づく入力可能パワー量PVcharge及び出力可能パワー量PVdischargeの演算について説明する。   Of the power amounts PVcharge, PVdischarge, PCcharge, and PCdischarge calculated using the impedance Z, calculation of the input power amount PVcharge and the output power amount PVdischarge based on the open circuit voltage Vo will be described first.

開放電圧Voに基づくパワー量PVcharge,PVdischargeの演算に際しては、インピーダンスZと実測した端子電圧Vと電流Iとを用い、以下の(4)式により開放電圧Voを推定し、また、予め定められたバッテリの特性を保証する上限,下限のバッテリ電圧である上限電圧Vmax,下限電圧Vminを求める。
V=Vo−I・Z…(4)
When calculating the power amounts PVcharge and PVdischarge based on the open circuit voltage Vo, the open circuit voltage Vo is estimated by the following equation (4) using the impedance Z, the measured terminal voltage V and the current I, and is determined in advance. An upper limit voltage Vmax and a lower limit voltage Vmin, which are upper and lower battery voltages that guarantee battery characteristics, are obtained.
V = Vo-I · Z (4)

尚、上限電圧Vmaxm、下限電圧Vminは、それぞれ、残存容量SOCが上限値(100%)のときの電圧、下限値(0%)ときの電圧として定義することができ、温度に依存して変化するため、実際には、温度Tをパラメータとするテーブル等を参照して求める。   The upper limit voltage Vmaxm and the lower limit voltage Vmin can be defined as a voltage when the remaining capacity SOC is the upper limit value (100%) and a voltage when the remaining capacity SOC is the lower limit value (0%), respectively, and change depending on the temperature. Therefore, in practice, it is obtained by referring to a table or the like using the temperature T as a parameter.

そして、開放電圧Vo、上限電圧Vmax,下限電圧Vminを用い、以下の(5),(6)式により、入力可能パワー量PVcharge、出力可能パワー量PVdischargeを演算する。入力可能パワー量PVchargeは、上限電圧Vmaxと開放電圧Voとの差をインピーダンスZで除算して得られる電流値に上限電圧Vmaxを乗算した電力量として求められ、出力可能パワー量PVdischargeは、開放電圧Voと下限電圧Vminとの差をインピーダンスZで除算して得られる電流値に下限電圧Vminを乗算した電力量として求められる。
PVcharge=[(Vmax−Vo)/Z]・Vmax…(5)
PVdischarge=[(Vo−Vmin)/Z]・Vmin…(6)
Then, using the open circuit voltage Vo, the upper limit voltage Vmax, and the lower limit voltage Vmin, the input possible power amount PVcharge and the output possible power amount PVdischarge are calculated by the following equations (5) and (6). The input possible power amount PVcharge is obtained as a power amount obtained by multiplying the difference between the upper limit voltage Vmax and the open circuit voltage Vo by the impedance Z and the upper limit voltage Vmax, and the output possible power amount PVdischarge is the open circuit voltage It is obtained as an electric energy obtained by multiplying the current value obtained by dividing the difference between Vo and the lower limit voltage Vmin by the impedance Z by the lower limit voltage Vmin.
PVcharge = [(Vmax−Vo) / Z] · Vmax (5)
PVdischarge = [(Vo−Vmin) / Z] · Vmin (6)

一方、電流Iの移動平均に基づくパワー量PCcharge,PCdischargeは、離散時間処理における1演算周期前の合成パワー量P(t-1)をベース値として用いており(図2のブロック図における遅延演算子Z-1)、誤差が累積したり、発散することがなく、万一、初期値が真値と大きく異なっていても、所定の時間経過後(例えば、数分後)には、真値に収束させることができる。 On the other hand, the power amounts PCcharge and PCdischarge based on the moving average of the current I use the combined power amount P (t−1) one cycle before the discrete time processing as a base value (delay calculation in the block diagram of FIG. 2). Child Z -1 ), errors do not accumulate or diverge, and even if the initial value is significantly different from the true value, the true value is reached after a predetermined time (for example, after several minutes). Can be converged to.

すなわち、電流Iの移動平均値をI’とすると、以下の(7)式に示すように、1演算周期前の合成入力可能パワー量Pcharge(t-1)と、移動平均値I’にインピーダンスZを乗算した入力電力量I'2Zとにより、現時点での入力可能パワー量PCchargeを求める。また、以下の(8)式に示すように、1演算周期前の合成出力可能パワー量PCdischargeと、移動平均値I’にインピーダンスZを乗算した出力電力量I'2Zとにより、現時点での出力可能パワー量PCdischargeを求める。
PCcharge=Pcharge(t-1)−I'2Z…(7)
PCdischarge=Pdischarge(t-1)−I'2Z…(8)
In other words, when the moving average value of the current I is I ′, as shown in the following equation (7), the combined input possible power amount Pcharge (t−1) before the calculation cycle and the moving average value I ′ have an impedance. Based on the input power amount I ′ 2 Z multiplied by Z, a current input power amount PCcharge is obtained. Further, as shown in the following equation (8), the combined output possible power amount PCdischarge before one operation cycle and the output power amount I ′ 2 Z obtained by multiplying the moving average value I ′ by the impedance Z The amount of output power PCdischarge is obtained.
PCcharge = Pcharge (t−1) −I ′ 2 Z (7)
PCdischarge = Pdischarge (t-1) −I ′ 2 Z (8)

そして、前述の(2)式に示したように、(5)式により算出した入力可能パワー量PVchargeと、(7)式により算出した入力可能パワー量PCchargeとをウェイトwを用いて重み付けして合成し、入力可能パワー量Pchargeを算出すると共に、前述の(3)式に示したように、(6)式により算出した出力可能パワー量PVdischargeと、(8)式により算出した出力可能パワー量PCdischargeとをウェイトwを用いて重み付けして合成し、出力可能パワー量Pdischargeを算出する。   Then, as shown in the above equation (2), the input allowable power amount PVcharge calculated by the equation (5) and the input allowable power amount PCcharge calculated by the equation (7) are weighted using the weight w. Combining and calculating the input possible power amount Pcharge, and as shown in the above equation (3), the output possible power amount PVdischarge calculated by the equation (6) and the output possible power amount calculated by the equation (8) The PCdischarge is weighted using the weight w and combined to calculate the output possible power amount Pdischarge.

次に、以上の演算アルゴリズムに従ったパワー量PV,PCの演算及び合成処理について、図4に示すパワー量演算処理のフローチャートを用いて説明する。   Next, the calculation and combination processing of the power amounts PV and PC according to the above calculation algorithm will be described using the flowchart of the power amount calculation processing shown in FIG.

尚、図4のフローチャートは、電源ユニット1の演算ECU3におけるパワー量演算の基本的な処理を示すものであり、同図においては、説明の都合上、開放電圧Voに基づくパワー量PVの演算に続いて電流Iの移動平均値I’に基づくパワー量PCの演算を行うようにしているが、実際には、パワー量PV,PCの演算は、並行して実行される。   Note that the flowchart of FIG. 4 shows the basic processing of the power amount calculation in the arithmetic ECU 3 of the power supply unit 1. In FIG. 4, for the convenience of explanation, the calculation of the power amount PV based on the open circuit voltage Vo is performed. Subsequently, the calculation of the power amount PC based on the moving average value I ′ of the current I is performed, but actually, the calculation of the power amounts PV and PC is executed in parallel.

図4のパワー量演算処理は、所定時間毎(例えば、0.1sec毎)に実行され、先ず、ステップS1において、バッテリ2の端子電圧V、電流I、温度T、及び、前回の演算処理時に求めたパワー量P(t-1)のデータ入力の有無を調べる。尚、端子電圧Vは複数の電池パックの平均値、電流Iは複数の電池パックの電流の総和を取り、それぞれ、例えば0.1sec毎にデータを取得するものとする。また、温度Tは、例えば10sec毎に取得するものとする。   The power amount calculation process in FIG. 4 is executed at predetermined time intervals (for example, every 0.1 sec). First, in step S1, the terminal voltage V, current I, temperature T of the battery 2 and the previous calculation process are performed. The presence or absence of data input of the determined power amount P (t-1) is checked. The terminal voltage V is the average value of the plurality of battery packs, and the current I is the sum of the currents of the plurality of battery packs. For example, data is acquired every 0.1 sec. The temperature T is acquired every 10 seconds, for example.

その結果、ステップS1において新たなデータ入力がない場合には、そのまま本処理を抜け、新たなデータ入力がある場合、ステップS1からステップS2へ進んで、電流Iを移動平均して移動平均値I’を算出する。この移動平均は、例えば、電流Iのサンプリングを0.1sec毎、電流に基づくパワー量PCの演算周期を0.5sec毎とした場合、5個のデータを移動平均する。   As a result, if there is no new data input in step S1, this process is left as it is. If there is new data input, the process proceeds from step S1 to step S2, and the moving average value I is obtained by moving average the current I. 'Is calculated. For example, when the current I is sampled every 0.1 sec and the calculation period of the power amount PC based on the current is every 0.5 sec, the moving average is a moving average of five data.

次に、ステップ3へ進み、バッテリ等価回路のインピーダンスZを、図5に示すインピーダンステーブルを参照して演算し、得られたインピーダンスZからバッテリ2の開放電圧Voを推定する。このインピーダンステーブルは、電流Iの移動平均値I’を温度補正した補正後移動平均値KI’と温度Tとをパラメータとして、等価回路のインピーダンスZを格納したものであり、概略的には、補正後移動平均値KI’が同じ場合には、温度Tが低くなる程、インピーダンスZが増加し、同じ温度では、補正後移動平均値KI’が小さくなる程、インピーダンスZが増加する傾向を有している。   Next, it progresses to step 3, the impedance Z of a battery equivalent circuit is calculated with reference to the impedance table shown in FIG. 5, and the open circuit voltage Vo of the battery 2 is estimated from the obtained impedance Z. This impedance table stores the impedance Z of the equivalent circuit using the corrected moving average value KI ′ obtained by correcting the temperature of the moving average value I ′ of the current I and the temperature T as parameters. When the rear moving average value KI ′ is the same, the impedance Z increases as the temperature T decreases. At the same temperature, the impedance Z tends to increase as the corrected moving average value KI ′ decreases. ing.

続くステップS4では、温度Tに依存して変化するバッテリ2の上限電圧Vmax,下限電圧Vminを算出する。上限電圧Vmax及び下限電圧Vminは、温度Tをパラメータとする専用のテーブルを作成しておき、この専用のテーブルを参照して求めても良いが、本形態においては、電源ユニット1の演算ECU3でパワー量の演算と残存容量の演算とを並行して行っており、バッテリ内の電気化学的な関係に基づいて取得した開放電圧Voと温度Tとをパラメータとする残存容量テーブルを保有していることから、この残存容量テーブルを利用する、
すなわち、開放電圧Voと残存容量SOCとの関係は、平衡状態での電極電位とイオンの活量との関係を記述した周知のネルンストの式を適用し、以下の(11)式で表すことができる。
Vo=E+[(Rg・T/Ne・F)×lnSOC/(100−SOC)]+Y…(9)
但し、E :標準電極電位(本形態のリチウムイオン電池では、E=3.745)
Rg:気体定数(8.314J/mol−K)
T :温度(絶対温度K)
Ne:イオン価数(本形態のリチウムイオン電池では、Ne=1)
F :ファラデー定数(96485C/mol)
In the subsequent step S4, the upper limit voltage Vmax and the lower limit voltage Vmin of the battery 2 that change depending on the temperature T are calculated. The upper limit voltage Vmax and the lower limit voltage Vmin may be obtained by creating a dedicated table using the temperature T as a parameter and referring to this dedicated table. However, in this embodiment, the calculation ECU 3 of the power supply unit 1 is used. The calculation of the power amount and the calculation of the remaining capacity are performed in parallel, and the remaining capacity table having the open-circuit voltage Vo and the temperature T acquired based on the electrochemical relationship in the battery as parameters is held. Therefore, using this remaining capacity table,
That is, the relationship between the open circuit voltage Vo and the remaining capacity SOC can be expressed by the following equation (11) by applying a well-known Nernst equation describing the relationship between the electrode potential and the ion activity in an equilibrium state. it can.
Vo = E + [(Rg · T / Ne · F) × lnSOC / (100−SOC)] + Y (9)
However, E: Standard electrode potential (E = 3.745 in the lithium ion battery of this embodiment)
Rg: Gas constant (8.314 J / mol-K)
T: temperature (absolute temperature K)
Ne: Ion valence (Ne = 1 in the lithium ion battery of this embodiment)
F: Faraday constant (96485 C / mol)

尚、(9)式におけるYは補正項であり、常温における電圧−SOC特性をSOCの関数で表現したものである。SOC=Xとすると、以下の(10)式に示すように、SOCの三次関数で表すことができる。
Y=−10-63+9・10-52+0.013X−0.7311…(10)
In Equation (9), Y is a correction term, and represents the voltage-SOC characteristic at normal temperature as a function of SOC. If SOC = X, it can be expressed by a cubic function of SOC as shown in the following equation (10).
Y = −10 −6 X 3 + 9 · 10 −5 X 2 + 0.013X−0.7311 (10)

以上の(9)式により、残存容量SOCには、開放電圧Voのみならず温度Tとの間にも強い相関性があることがわかる。この場合、開放電圧Voと温度Tとをパラメータとして、直接、(9)式を用いて残存容量SOCを算出することも可能であるが、実際には、使用する電池特有の充放電特性や使用条件等に対する考慮が必要となる。   From the above equation (9), it can be seen that the remaining capacity SOC has a strong correlation not only with the open circuit voltage Vo but also with the temperature T. In this case, it is possible to directly calculate the remaining capacity SOC using the equation (9) using the open circuit voltage Vo and the temperature T as parameters. Consideration of conditions is necessary.

従って、以上の(9)式の関係から実際の電池の状態を把握する場合には、常温でのSOC−Vo特性を基準として、各温度域での充放電試験或いはシミュレーションを行い、実測データを蓄積する。そして、蓄積した実測データから、図6に示すように、温度Tをパラメータとして開放電圧Voと残存容量SOCとの関係をテーブル化した残存容量テーブルを作成する。   Therefore, when grasping the actual state of the battery from the relationship of the above equation (9), a charge / discharge test or simulation in each temperature range is performed on the basis of the SOC-Vo characteristic at normal temperature, and the measured data is obtained. accumulate. Then, as shown in FIG. 6, a remaining capacity table in which the relationship between the open circuit voltage Vo and the remaining capacity SOC is tabulated is created from the accumulated measured data as shown in FIG.

この残存容量テーブルは、概略的には、温度T及び開放電圧Voが低くなる程、残存容量SOCvが小さくなり、温度T及び開放電圧Voが高くなる程、残存容量SOCvが大きくなる傾向を有しており、温度Tと開放電圧Voとをパラメータとして残存容量テーブルを参照することにより、残存容量SOCを求めることができる。更に、残存容量SOCの上限(100%)を与える電圧、下限(0%)を与える電圧が、それぞれ、上限電圧Vmax、下限電圧Vminとして定義されることから、所定の温度Tにおける開放電圧Voの上下限を参照することにより、その温度Tでの上限電圧Vmax,下限電圧Vminを知ることができる。   This remaining capacity table generally has a tendency that the lower the temperature T and the open circuit voltage Vo, the smaller the remaining capacity SOCv, and the higher the temperature T and the open circuit voltage Vo, the larger the remaining capacity SOCv. The remaining capacity SOC can be obtained by referring to the remaining capacity table using the temperature T and the open circuit voltage Vo as parameters. Furthermore, since the voltage that gives the upper limit (100%) and the voltage that gives the lower limit (0%) of the remaining capacity SOC are defined as the upper limit voltage Vmax and the lower limit voltage Vmin, respectively, the open circuit voltage Vo at a predetermined temperature T By referring to the upper and lower limits, the upper limit voltage Vmax and the lower limit voltage Vmin at the temperature T can be known.

尚、前述の図5に示すインピーダンステーブル、及び図6に示す残存容量テーブルにおいては、通常の条件下で使用される範囲のデータを示し、他の範囲のデータは、記載を省略してある。   In the impedance table shown in FIG. 5 and the remaining capacity table shown in FIG. 6, the data in the range used under normal conditions are shown, and the data in other ranges is omitted.

ステップS4で温度によって変化するバッテリ2の上限電圧Vmax,下限電圧Vminを求めた後は、ステップS5へ進み、バッテリの劣化を考慮した劣化係数Kを用いて、上限電圧Vmax,下限電圧Vminの補正を行う。   After obtaining the upper limit voltage Vmax and the lower limit voltage Vmin of the battery 2 that change depending on the temperature in step S4, the process proceeds to step S5, and correction of the upper limit voltage Vmax and the lower limit voltage Vmin is performed using the deterioration coefficient K considering the deterioration of the battery. I do.

すなわち、ステップS4においてテーブル参照により求めた上限電圧Vmax,下限電圧Vminは、製品出荷時のバッテリが劣化していない状態を前提としており、実使用状態で充放電が繰返されて劣化が進むと、バッテリの保証特性を維持できる上限電圧Vmaxが低下したり、下限電圧Vminが上昇したりする。   That is, the upper limit voltage Vmax and the lower limit voltage Vmin obtained by referring to the table in step S4 are based on the premise that the battery at the time of product shipment is not deteriorated. If the charge / discharge is repeated in the actual use state, the deterioration proceeds. The upper limit voltage Vmax that can maintain the guarantee characteristic of the battery is decreased, or the lower limit voltage Vmin is increased.

このため、バッテリの劣化を考慮した劣化係数Dにより、上限電圧Vmax,下限電圧Vminを補正する。劣化係数Dは、例えば、内部抵抗の関数として与えられ、劣化が進むと上限電圧Vmaxと下限電圧Vminとの間の幅が狭くなるように補正される。   For this reason, the upper limit voltage Vmax and the lower limit voltage Vmin are corrected by the deterioration coefficient D considering the deterioration of the battery. The deterioration coefficient D is given as a function of the internal resistance, for example, and is corrected so that the width between the upper limit voltage Vmax and the lower limit voltage Vmin becomes narrower as deterioration progresses.

その後、ステップS5からステップS6へ進み、前述の(5),(6)式に従って、開放電圧Voに基づく入力可能パワー量PVchargeと出力可能パワー量PVdischargeとを算出し、ステップS7で、前述の(7),(8)式に従って、電流Iの移動平均値I’に基づく入力可能パワー量PCchargeと出力可能パワー量PCdischargeとを算出する。   Thereafter, the process proceeds from step S5 to step S6, and the input possible power amount PVcharge and the output possible power amount PVdischarge based on the open circuit voltage Vo are calculated according to the above-described equations (5) and (6). According to the equations (7) and (8), the input possible power amount PCcharge and the output possible power amount PCdischarge based on the moving average value I ′ of the current I are calculated.

次に、ステップS8へ進み、図7に示すウェイトテーブルを参照してウェイトwを算出する。ウェイトテーブルは、電流Iの移動平均値I’を温度補正した補正後移動平均値KI’をパラメータとする一次元テーブルであり、概略的には、補正後移動平均値KI’が小さくなる程、すなわち、バッテリ負荷変動が小さい程、ウェイトwの値を小さくして電流によるパワー量PCの重みを小さくする傾向を有している。   In step S8, the weight w is calculated with reference to the weight table shown in FIG. The weight table is a one-dimensional table in which the corrected moving average value KI ′ obtained by correcting the temperature of the moving average value I ′ of the current I is used as a parameter, and roughly, as the corrected moving average value KI ′ decreases, In other words, the smaller the battery load variation, the smaller the value of the weight w tends to decrease the weight of the power amount PC due to the current.

尚、図7のウェイトテーブルにおいては、温度範囲に対するウェイトwの大小関係を概略的に示し、ウェイトwの詳細なデータの記載は省略してある。   In the weight table of FIG. 7, the magnitude relationship of the weight w with respect to the temperature range is schematically shown, and detailed data on the weight w is omitted.

そして、ステップS9において、前述の(2),(3)式に従って、電流によるパワー量PCと開放電圧Voによるパワー量PVとをウェイトwを用いて重み付けして最終的な合成入力可能パワー量Pchargeと合成出力可能パワー量Pdischargeとを算出し、1サイクルの本演算処理を終了する。   In step S9, the power amount PC due to the current and the power amount PV due to the open circuit voltage Vo are weighted using the weight w according to the above-described equations (2) and (3), and the final combined input possible power amount Pcharge. And the combined output possible power amount Pdischarge are calculated, and one cycle of the calculation process is completed.

図8は、バッテリの開放電圧から算出した入力可能パワー量(充電可能量)を示しており、電流のスパイク成分の影響を受けて局所的に急激な変化が発生している。特に、経過時間200sec以降では、連続的なスパイク成分による振動が発生していることから、パワー量は、見かけ上略同じレベルにあるが、開放電圧に基づくパワー量PVchargeと電流の移動平均値に基づくパワー量PCchargeとをウェイトwを用いて重み付けして合成した入力可能パワー量Pchargeでは、図9に示すように、スパイク成分が除去されて振動が抑制され、時間経過と共にパワー量が増加する様子を精度良く捉えている。   FIG. 8 shows the input possible power amount (chargeable amount) calculated from the open circuit voltage of the battery, and a local rapid change occurs due to the influence of the spike component of the current. In particular, since the vibration due to the continuous spike component occurs after the elapsed time of 200 sec, the power amount is apparently substantially at the same level, but the power amount PVcharge based on the open circuit voltage and the moving average value of the current In the input possible power amount Pcharge obtained by weighting and combining the power amount PCcharge based on the weight w, as shown in FIG. 9, the spike component is removed and the vibration is suppressed, and the power amount increases with time. Is accurately captured.

また、図10は、バッテリの開放電圧から算出した出力可能パワー量(放電可能量)を示しており、同様に、電流のスパイク成分の影響を受けて局所的に急激な変化が発生しており、経過時間100sec以降のパワー量の減少が見かけ上少なくなっているが、開放電圧に基づくパワー量PVdischargeと電流の移動平均値に基づくパワー量PCdischargeとをウェイトwを用いて重み付けして合成した出力可能パワー量Pdischargeでは、図11に示すように、スパイク成分が除去されて振動が抑制され、時間経過と共にパワー量が減少する様子を精度良く捉えている。   Further, FIG. 10 shows the output possible power amount (dischargeable amount) calculated from the open circuit voltage of the battery, and similarly, a local rapid change occurs due to the influence of the spike component of the current. Although the decrease in the power amount after the elapsed time of 100 sec is apparently reduced, the power amount PVdischarge based on the open circuit voltage and the power amount PCdischarge based on the moving average value of the current are weighted and synthesized using the weight w. In the possible power amount Pdischarge, as shown in FIG. 11, the spike component is removed and the vibration is suppressed, and the state in which the power amount decreases with time is accurately captured.

以上のように、本実施の形態においては、開放電圧に基づくパワー量と充放電電流に基づくパワー量とを用い、両者をバッテリの使用状況に応じて設定したウェイトにより重み付け合成することから、実使用条件下での負荷の変動によって演算値が変動したり、サンプリングデータのばらつきによって演算値の精度が低下することもなく、バッテリ(蓄電デバイス)の内部状況を正確に反映したパワー量を得ることができる。   As described above, in the present embodiment, the power amount based on the open circuit voltage and the power amount based on the charging / discharging current are used, and both are weighted and combined with the weight set according to the battery usage state. Obtaining the amount of power that accurately reflects the internal conditions of the battery (power storage device) without fluctuations in the calculated value due to load fluctuations under usage conditions or the deterioration of the calculated value due to variations in sampling data Can do.

ハイブリッド車への適用例を示すシステム構成図System configuration diagram showing an example of application to a hybrid vehicle パワー量の演算アルゴリズムを示すブロック図Block diagram showing power amount calculation algorithm 等価回路モデルを示す回路図Circuit diagram showing equivalent circuit model パワー量演算処理のフローチャートFlow chart of power amount calculation processing インピーダンステーブルの説明図Illustration of impedance table 残存容量テーブルの説明図Explanation of remaining capacity table ウェイトテーブルの説明図Illustration of weight table 開放電圧に基づく充電可能量を示す説明図Explanatory diagram showing the chargeable amount based on the open circuit voltage 合成入力可能パワー量の演算結果を示す説明図Explanatory drawing showing the calculation result of the combined input possible power amount 開放電圧に基づく放電可能量を示す説明図Explanatory diagram showing the dischargeable amount based on the open circuit voltage 合成出力可能パワー量の演算結果を示す説明図Explanatory diagram showing the calculation result of the combined output possible power amount

符号の説明Explanation of symbols

1 電源ユニット
2 バッテリ
3 演算ユニット(第1,第2,第3の演算手段)
I 充放電電流
I’ 充放電電流の移動平均値
Vo 開放電圧
Z 内部インピーダンス
Vmax 上限電圧
Vmin 下限電圧
PVcharge 入力可能パワー量(第1の入力可能パワー量)
PVdischarge 出力可能パワー量(第1の出力可能パワー量)
PCcharge 入力可能パワー量(第2の入力可能パワー量)
PCdischarge 出力可能パワー量(第2の出力可能パワー量)
Pcharge 入力可能パワー量(合成後の入力可能パワー量)
Pdischarge 出力可能パワー量(合成後の出力可能パワー量)
w ウェイト
代理人 弁理士 伊 藤 進
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply unit 2 Battery 3 Calculation unit (1st, 2nd, 3rd calculation means)
I Charging / discharging current I 'Moving average value of charging / discharging current Vo Open voltage Z Internal impedance Vmax Upper limit voltage Vmin Lower limit voltage PVcharge Inputable power amount (first inputable power amount)
PVdischarge output power amount (first output power amount)
PCcharge input power amount (second input power amount)
PCdischarge output power amount (second output power amount)
Pcharge input power amount (input power amount after composition)
Pdischarge Outputable power amount (Outputable power amount after synthesis)
w weight
Agent Patent Attorney Susumu Ito

Claims (4)

蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧とに基づいて、第1の入力可能パワー量及び第1の出力可能パワー量を演算する第1の演算手段と、
上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流とに基づいて、第2の入力可能パワー量及び第2の出力可能パワー量を演算する第2の演算手段と、
上記第1の入力可能パワー量と上記第2の入力可能パワー量とを上記蓄電デバイスの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成し、上記蓄電デバイスの入力可能パワー量を演算すると共に、上記第1の出力可能パワー量と上記第2の出力可能パワー量とを上記ウェイトを用いて重み付け合成し、上記蓄電デバイスの出力可能パワー量を演算する第3の演算手段とを備えたことを特徴とする蓄電デバイスのパワー量演算装置。
First computing means for computing the first input possible power amount and the first output possible power amount based on the internal impedance and the open circuit voltage of the electricity storage device;
A second calculating means for calculating a second input possible power amount and a second output possible power amount based on the internal impedance and charge / discharge current of the power storage device;
The first inputtable power amount and the second inputtable power amount are weighted and synthesized using a weight set according to the usage status of the power storage device, and the inputable power amount of the power storage device is calculated. And third calculating means for calculating the output possible power amount of the power storage device by weight-combining the first output possible power amount and the second output possible power amount using the weight. An apparatus for calculating the amount of power of a power storage device.
上記第1の演算手段は、
上記第1の入力可能パワー量を、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧と上限電圧とを用いて演算すると共に、上記第1の出力可能パワー量を、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと開放電圧と下限電圧を用いて演算し、
上記第2の演算手段は、
上記第2の入力可能パワー量を、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流の移動平均値と1演算周期前の入力可能パワー量とを用いて演算すると共に、上記第2の出力可能パワー量を、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスと充放電電流の移動平均値と1演算周期前の出力可能パワー量とを用いて演算することを特徴とする請求項1記載の蓄電デバイスのパワー量演算装置。
The first calculation means includes:
The first inputtable power amount is calculated using the internal impedance, open voltage and upper limit voltage of the power storage device, and the first outputable power amount is calculated using the internal impedance and open voltage of the power storage device. Calculate using the lower limit voltage,
The second calculation means includes:
While calculating said 2nd input possible power amount using the internal impedance of the said electrical storage device, the moving average value of charging / discharging current, and the input possible power amount before 1 calculation period, said 2nd output possible power amount The power amount calculation device for a power storage device according to claim 1, wherein the power storage device calculates the power using the internal impedance of the power storage device, the moving average value of the charge / discharge current, and the outputable power amount one calculation cycle before.
上記ウェイトを、上記蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値に基づいて設定することを特徴とする請求項1又は2記載の蓄電デバイスのパワー量演算装置。   The power amount calculation device for an electricity storage device according to claim 1, wherein the weight is set based on a moving average value of a charge / discharge current of the electricity storage device. 上記内部インピーダンスを、上記蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値と上記蓄電デバイスの温度とに基づいて算出することを特徴とする請求項1〜3の何れか一に記載の蓄電デバイスのパワー量演算装置。   The power amount of the electricity storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the internal impedance is calculated based on a moving average value of a charge / discharge current of the electricity storage device and a temperature of the electricity storage device. Arithmetic unit.
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