JP2009500603A - バッテリー状態推定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、バッテリーのＳＯＨに最大の影響を及ぼすパラメータとして作用すると知られている内部抵抗を用いてＳＯＨを推正するＳＯＨ推定方法及び装置を提供する。上記方法は、温度別及びＳＯＣ別に多様な内部抵抗に対応するＳＯＨ値を構成したＳＯＨ推定テーブルをメモリ部に保存するステップと、ＳＯＨ推定要求時、温度を測定し、バッテリーのＳＯＣを推正するステップと、前記バッテリーの内部抵抗を検出するステップと、前記測定された温度、前記推定されたバッテリーのＳＯＣ、前記検出されたバッテリーの内部抵抗に対応するＳＯＨ値を前記ＳＯＨ推定テーブルから読み出すステップと、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、バッテリーのＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）を測定する方法に関し、より詳しくは、バッテリーの内部抵抗を用いて時間経過に伴うバッテリーの状態を正確に推正することができる方法に関する。

一般に、電気自動車またはハイブリッド電気自動車は、バッテリーに保存された電気エネルギーをエネルギー源として用いる。このような電気自動車用バッテリーとしては、リチウム−イオンポリマーバッテリーが多く用いられており、そのバッテリーに関する研究も活発に行われている。

ガソリン自動車の場合には燃料を使ってエンジンを駆動させるため、燃料量の測定がそれほど困難ではないが、前述した電気自動車またはハイブリッド電気自動車の動力源であるバッテリーの場合は、内部に蓄積された残存エネルギーを測定し難い。

しかし、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の運転手にとって、現在どのくらいのエネルギーが残っておりこれからどのくらい走行することができるかに関する情報が非常に重要である。

すなわち、電気自動車またはハイブリッド電気自動車はバッテリーに充電されたエネルギーによって走行するため、バッテリーに充電された残存容量（ＳＯＣ）を把握することは非常に重要である。したがって、走行中にバッテリーの残存容量を把握し、走行可能距離などの情報を運転手に報知しようとする多くの技術が開発されている。

また、自動車の走行に先立って、バッテリーの残存容量初期値を適切に設定しようとする試みも多くなされている。

このとき、残存容量の初期値は通常オープン回路電圧（ＯＣＶ）を参照として設定されている。このような方法において、前提となっていることはＯＣＶが環境によって変化せず、残存容量の絶対参照値となるということである。しかし、多くの実験及び論文によれば、ＯＣＶは環境によって固定された値を有するものではなく、温度及び時間経過に伴って変わることが立証された。

一方、前述したようなＳＯＣの他に、電気自動車用バッテリーの状態を表す指標として、ＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）概念が用いられている。具体的に、バッテリーは時間の経過と共にその特性が変わる。すなわち、時効（ａｇｉｎｇ）効果が現われるようになる。このような時効の程度を予め予測することで、現在バッテリーの状態を把握するものがＳＯＨである。上記ＳＯＣの推定と異なり、現在ＳＯＨの定義及びその正確な予測方法は存在しておらず、多様な方法のみが提示されているだけである。

例えば、ＳＯＨを表す因子を測定するため、バッテリーを自動車やその他のシステムに装着する前に実験室や整備工場でバッテリーＳＯＣ及びその他の因子を測定するための必要な実験が行われている。ところが、このような接近方法には長時間がかかり、時間を短縮するためにしばしば装着された電気バッテリーの電圧のみを測定している。しかし、バッテリーの電圧のみを測定することは、バッテリーの充電状態やバッテリーが装着される自動車やその他のシステムにおいて、バッテリーの信頼性ある作動を確かにするために測定が必要な様々な作動条件下で負荷取扱能力の真の状態を表すとみなせないと評価されている。

本発明は、バッテリーのＳＯＨに最大の影響を及ぼすパラメータとして作用すると知られている内部抵抗を用いてＳＯＨを推正するＳＯＨ推定方法及び装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のバッテリーのＳＯＨ推定方法は、温度別及びＳＯＣ別に多様な内部抵抗に対応するＳＯＨ値を構成したＳＯＨ推定テーブルをメモリー部に保存するステップと、ＳＯＨ推定要求時、温度を測定し、バッテリーのＳＯＣを推正するステップと、前記バッテリーの内部抵抗を検出するステップと、前記測定された温度、前記推定されたバッテリーのＳＯＣ、前記検出されたバッテリーの内部抵抗に対応するＳＯＨ値を前記ＳＯＨ推定テーブルから読み出すステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の前述した目的及びその他の目的、特徴、長所などは、添付された図面に基づいた以下の詳細な説明からより明確になるであろう。

本発明の望ましい実施例に係るＳＯＨ推定テーブルの構成を、図１を参照して説明する。

上記ＳＯＨ推定テーブルを構成するため、実験者はバッテリーのＳＯＨを基準として温度別及びＳＯＣ別にバッテリー内部抵抗を測定する（ステップ１００）。

このとき、内部抵抗が測定される環境、すなわち温度及びＳＯＣはある特定のバッテリーの実際動作温度範囲、実際動作ＳＯＣ範囲内に収まるものである。

また、内部抵抗は直接測定する代りに、温度別かつＳＯＣ別に電圧及び電流を測定し、その測定値から内部抵抗を計算することが望ましい。

ここで、バッテリーのＳＯＨを基準として温度別及びＳＯＣ別にバッテリー内部抵抗を測定することは、ＳＯＨを５段階に区分し、各段階で温度別及びＳＯＣ別バッテリー内部抵抗を測定することを繰り返すことで行うことができる。

前述したように多数の段階を有するＳＯＨの各段階で温度別及びＳＯＣ別バッテリー内部抵抗の測定が完了すれば、実験者は各測定結果に基づいてＳＯＨ推定テーブルを構成する（ステップ１０２）。

上記ＳＯＨ推定テーブルは、図２に示したように温度別、ＳＯＣ別、バッテリー内部抵抗別、それぞれ相異なるＳＯＨ値がマッピングされる。

上記ＳＯＨ推定テーブルは、該当バッテリーの使用中のＳＯＨ推定時に用いられる。

上記ＳＯＨ推定テーブルを用いたＳＯＨ推定装置の構成を、図３を参照して説明する。

上記ＳＯＨ推定装置は、制御部２００、メモリ部２０２、電流及び電圧測定部２０４、温度センサー２０６、ＳＯＣ推定部２０８から構成される。

制御部２００は、上記ＳＯＨ推定装置を全般的に制御することは勿論、本発明の望ましい実施例によって温度、ＳＯＣ、内部抵抗を測定し、その測定値に対応するＳＯＨ値をＳＯＨテーブルから読み出す。

メモリ部２０２は、制御部２００の処理プログラムを含む多様な情報を保存し、特に本発明の望ましい実施例によってＳＯＨ推定テーブルを保存する。

電流及び電圧測定部２０４は、制御部２００の制御によって電流及び電圧を測定して内部抵抗の算出を可能にする。ここで、上記電圧及び電流は、上記バッテリーの利用状態、例えば自動車の運行中に、１秒間リアルタイムで測定する。一般にバッテリーの内部抵抗はＤＣ抵抗、拡散抵抗などのインピーダンスの合計であり、かなりリアルタイムで測定し難い。このことから、純粋ＤＣ抵抗部分のみを測定した方が良いので、短時間内の測定が望ましいが、ハードウェア及び他の情報の計算時間を考慮して１秒ほどに任意設定した。

温度センサー２０６は、制御部２００の制御によって温度をセンシングし、その結果を制御部２００に提供する。

ＳＯＣ推定部２０８は、制御部２００の制御によってＳＯＣを推正し、その結果を制御部２００に提供する。

以下、前述したＳＯＨ推定装置に適用可能な本発明の望ましい実施例によるＳＯＨ推定方法を図４を参照して説明する。

制御部２００はＳＯＨ推定が求められると、温度センサー２０６、ＳＯＣ推定部２０８、電流及び電圧測定部１０４を通じて温度、ＳＯＣ、電流及び電圧を測定する（ステップ３００、３０２、３０４）。

その後、制御部２００は上記測定された電流及び電圧を用いてバッテリーの内部抵抗を算出する（ステップ３０６）。

上記内部抵抗の算出が完了すれば、制御部２００は測定された温度、ＳＯＣ、及び算出された内部抵抗に対応するＳＯＨ値をメモリ部２０２に保存されたＳＯＨ推定テーブルから読み出す。ＳＯＨを読み出すことで、ＳＯＨ推定要求に応じたバッテリーのＳＯＨ推定が完了する。

前述したように本発明はバッテリーのＳＯＨに最大の影響を及ぼすパラメータとして作用すると知られている内部抵抗を用いてＳＯＨを推正可能にする。

以上、本発明を望ましい実施例を参照して説明したが、本発明は実施例または図面に限定されず、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多様な方式に変更、修正されることができる。

前述した本発明は、実験を通じてＳＯＨ別、温度別、ＳＯＣ別に内部抵抗を検出してＳＯＨ推定テーブルを構成し、上記ＳＯＨ推定テーブルを通じてバッテリーの実際使用中にリアルタイムで測定される内部抵抗に対応するＳＯＨを読み出すことで、該当バッテリーのＳＯＨを容易に検出することができる。

このような本発明は、直接的な検出が不可能であって非線形性の非常に強いバッテリーのＳＯＨを比較的正確に推正することができる利点がある。

また、本発明は、バッテリーのＳＯＨを推正するため、別の装置をバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に付け加えずにバッテリーのＳＯＨを推正することができる利点がある。

本発明の望ましい実施例によるＳＯＨ推定装置の構成図である。 本発明の望ましい実施例によるＳＯＨ推定テーブル構成方法のフロー図である。 本発明の望ましい実施例によるＳＯＨ推定テーブルを例示した図である。 本発明の望ましい実施例によるＳＯＨ推定方法のフロー図である。

Claims (8)

1. バッテリーのＳＯＨ推定方法において、
   多様な内部抵抗にそれぞれ対応するＳＯＨ値をメモリ部に保存するステップと、
   ＳＯＨ推定要求時、前記バッテリーの内部抵抗を検出するステップと、
   前記検出された内部抵抗に対応するＳＯＨ値を前記メモリ部から読み出すステップと、を含むことを特徴とするＳＯＨ推定方法。
2. 前記内部抵抗は、前記バッテリーの実際運行中に所定時間の間の電圧及び電流を測定し、前記測定された電圧及び電流を通じて算出されることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＨ推定方法。
3. バッテリーのＳＯＨ推定方法において、
   温度別及びＳＯＣ別に多様な内部抵抗に対応するＳＯＨ値を構成したＳＯＨ推定テーブルをメモリ部に保存するステップと、
   ＳＯＨ推定要求時、温度を測定し、バッテリーのＳＯＣを推正するステップと、
   前記バッテリーの内部抵抗を検出するステップと、
   前記測定された温度、前記推定されたバッテリーのＳＯＣ、前記検出されたバッテリーの内部抵抗に対応するＳＯＨ値を前記ＳＯＨ推定テーブルから読み出すステップと、を含むことを特徴とするＳＯＨ推定方法。
4. 前記内部抵抗は、前記バッテリーの実際運行中に所定時間の間の電圧及び電流を測定し、前記測定された電圧及び電流を通じて算出されることを特徴とする請求項３に記載のＳＯＨ推定方法。
5. 前記ＳＯＨ推定テーブルは、前記バッテリーの実際動作温度範囲及び実際動作ＳＯＣ範囲内の値で構成されることを特徴とする請求項３に記載のＳＯＨ推定方法。
6. バッテリーのＳＯＨ推定装置において、
   多様な内部抵抗にそれぞれ対応するＳＯＨ値を保存するメモリ部と、
   前記バッテリーの電流及び電圧を測定する電流及び電圧測定部と、
   ＳＯＨ推定要求時、前記電流及び電圧測定部を通じて前記バッテリーの電流及び電圧を測定し、その測定された電流及び電圧から内部抵抗を算出し、
   前記算出された内部抵抗に対応するＳＯＨ値を前記メモリ部から読み出す制御部と、を含むことを特徴とするＳＯＨ推定装置。
7. バッテリーのＳＯＨ推定装置において、
   温度別及びＳＯＣ別に多様な内部抵抗に対応するＳＯＨ値を構成したＳＯＨ推定テーブルを保存するメモリ部と、
   前記バッテリーの電流及び電圧を測定する電流及び電圧測定部と、
   温度を測定する温度測定部と、
   前記バッテリーのＳＯＣを推正するＳＯＣ推定部と、
   ＳＯＨ推定要求時、前記温度測定部を通じて温度を測定し、前記ＳＯＣ推定部を通じて前記バッテリーのＳＯＣを推正し、
   前記電流及び電圧測定部を通じて前記バッテリーの電流及び電圧を測定し、その測定された電流及び電圧から内部抵抗を算出し、
   前記測定された温度、前記推定されたＳＯＣ、前記算出された内部抵抗に対応するＳＯＨ値を前記ＳＯＨ推定テーブルから読み出す制御部と、から構成されることを特徴とするＳＯＨ推定装置。
8. 前記ＳＯＨ推定テーブルは、前記バッテリーの実際動作温度範囲及び実際動作ＳＯＣ範囲内の値で構成されることを特徴とする請求項７に記載のＳＯＨ推定装置。

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