JP2014098599A - Soc推定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリに瞬間的に大きな充放電電流が流れる場合であっても、バッテリのSOCの推定精度の低下を抑えることが可能なSOC推定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電流センサ11により検出される電池の充放電電流をAD変換するAD変換部15と、前回のSOC推定から今回のSOC推定までの間において、第1のLSBでAD変換部15によりAD変換された電流値I1が閾値よりも大きいときのその電流値I1と、電流値I1が閾値以下のときに第1のLSBよりも小さい第2のLSBでAD変換部15によりAD変換された電流値I2との積算結果を用いて今回のSOCを推定する制御部16とを備えてSOC推定装置6を構成する。
【選択図】図1
【解決手段】電流センサ11により検出される電池の充放電電流をAD変換するAD変換部15と、前回のSOC推定から今回のSOC推定までの間において、第1のLSBでAD変換部15によりAD変換された電流値I1が閾値よりも大きいときのその電流値I1と、電流値I1が閾値以下のときに第1のLSBよりも小さい第2のLSBでAD変換部15によりAD変換された電流値I2との積算結果を用いて今回のSOCを推定する制御部16とを備えてSOC推定装置6を構成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、バッテリの満充電容量に対する現在の残充電容量の比率であるSOC(State Of Charge)を推定するSOC推定装置に関する。
複数の充電可能な二次電池を直列に接続して高電圧のバッテリを実現する技術が実用化されている。この種のバッテリは、近年では、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車などの車両への実装において注目されている。
ところで、バッテリのSOCは、バッテリの充放電電流を電流センサで検出し、その検出した充放電電流の積算値を用いて推定する場合がある。そして、このようにSOCを推定する場合では、充放電電流の積算値をマイコンなどで計算するために、電流センサから出力されるアナログ値をデジタル値に変換する必要がある。
また、リチウムイオン二次電池を用いてバッテリを構成する場合では、瞬間的にバッテリの定格電流の何倍もの充放電電流がバッテリに流れる可能性がある。そして、AD変換時のデジタル値のビット数を増やさずに、大きな充放電電流を取得する場合では、AD変換時の分解能である最小位ビット(以下、LSB(Least Significant Bit)という)を大きくする必要がある。
しかしながら、AD変換時の最小位ビットを大きくする場合では、電流センサから出力されるアナログ値とAD変換後のデジタル値との間に誤差が発生する可能性があり、SOCの推定精度が低下するおそれがある。
本発明は、バッテリに瞬間的に大きな充放電電流が流れる場合であっても、バッテリのSOCの推定精度の低下を抑えることが可能なSOC推定装置を提供することを目的とする。
本発明のSOC推定装置は、AD変換部と、制御部とを備える。
前記AD変換部は、電流センサにより検出される電池の充放電電流をAD変換する。
前記制御部は、前回のSOC推定から今回のSOC推定までの間において、第1の最小位ビットで前記AD変換部によりAD変換された第1の電流値が閾値よりも大きいときのその第1の電流値と、前記第1の電流値が前記閾値以下のときに前記第1の最小位ビットよりも小さい第2の最小位ビットで前記AD変換部によりAD変換された第2の電流値との積算結果を用いて今回のSOCを推定する。
前記AD変換部は、電流センサにより検出される電池の充放電電流をAD変換する。
前記制御部は、前回のSOC推定から今回のSOC推定までの間において、第1の最小位ビットで前記AD変換部によりAD変換された第1の電流値が閾値よりも大きいときのその第1の電流値と、前記第1の電流値が前記閾値以下のときに前記第1の最小位ビットよりも小さい第2の最小位ビットで前記AD変換部によりAD変換された第2の電流値との積算結果を用いて今回のSOCを推定する。
これにより、閾値よりも大きな充放電電流を取得することができるとともに、閾値以下の充放電電流を、誤差を小さくして取得することができるので、瞬間的に大きな充放電電流がバッテリに流れる場合であっても、バッテリのSOCの推定に用いる充放電電流の積算結果を精度良く求めることができ、バッテリのSOCの推定精度の低下を抑えることができる。
本発明によれば、バッテリに瞬間的に大きな充放電電流が流れる場合であっても、バッテリのSOCの推定精度の低下を抑えることができる。
図1は、本発明の実施形態のSOC推定装置が搭載される車両の一例を示す図である。
図1に示す車両1は、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車などであって、電池パック2と、インバータ回路3と、走行用モータ4と、走行制御ECU5と、SOC推定装置(電池ECU)6とを備える。
図1に示す車両1は、例えば、電動フォークリフト、ハイブリッド車、又は電気自動車などであって、電池パック2と、インバータ回路3と、走行用モータ4と、走行制御ECU5と、SOC推定装置(電池ECU)6とを備える。
電池パック2は、互いに直列接続される複数の二次電池7(例えば、リチウムイオン二次電池など)から構成されるバッテリ8と、スイッチ9、10(例えば、電磁式リレーやMOSFETなど)と、電流センサ11(例えば、カレントトランスなど)とを備える。
スイッチ9は、バッテリ8のプラス端子とインバータ回路3の一方の入力端子との間に設けられ、スイッチ10は、バッテリ8のマイナス端子とインバータ回路3の他方の入力端子との間に設けられている。なお、バッテリ8は、1つの二次電池7により構成されてもよい。
電流センサ11は、バッテリ8のプラス端子側に設けられ、バッテリ8に流れる充放電電流を検出する。なお、電流センサ11は、バッテリ8のマイナス端子側に設けられ、バッテリ8に流れる充放電電流を検出してもよい。
インバータ回路3は、バッテリ8から供給される直流電力を交流電力に変換して走行用モータ4を駆動する。
走行制御ECU5は、制御部12と、通信部13とを備える。
走行制御ECU5は、制御部12と、通信部13とを備える。
制御部12は、ユーザによるアクセルペダルやブレーキペダルの操作に応じた制御信号に基づいてインバータ回路3の動作を制御することにより車両1の発進、加速、減速などの走行に関する制御を行う。
SOC推定装置6は、通信部14と、AD変換部15と、制御部16と、記憶部17とを備える。
なお、通信部14、AD変換部15、及び制御部16は、それぞれ、例えば、CPU(Central Processing Unit)又はプログラマブルなデバイス(FPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device))などにより構成され、記憶部17に記憶されているプログラムをCPU又はプログラマブルなデバイスが読み出して実行することにより、通信処理、AD変換処理、又はSOC推定処理などを行う。
なお、通信部14、AD変換部15、及び制御部16は、それぞれ、例えば、CPU(Central Processing Unit)又はプログラマブルなデバイス(FPGA(Field Programmable Gate Array)やPLD(Programmable Logic Device))などにより構成され、記憶部17に記憶されているプログラムをCPU又はプログラマブルなデバイスが読み出して実行することにより、通信処理、AD変換処理、又はSOC推定処理などを行う。
また、記憶部17は、例えば、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などにより構成され、SOC推定装置6の外部に設けられてもよい。
通信部14は、走行制御ECU5の通信部13とCAN(Controller Area Network)通信などを行う。
通信部14は、走行制御ECU5の通信部13とCAN(Controller Area Network)通信などを行う。
AD変換部15は、電流センサ11により検出されるバッテリ8の充放電電流をアナログ値からデジタル値に変換し電流値として出力する。
制御部16は、走行制御ECU5から通信部13、14を介して送られてくる要求(例えば、インバータ回路3への電力供給要求)などに基づいて、スイッチ9、10のオン、オフを制御する。スイッチ9、10がオフからオンになると、バッテリ8のプラス端子がインバータ回路3の一方の入力端子と接続されるとともに、バッテリ8のマイナス端子がインバータ回路3の他方の入力端子と接続される。すると、バッテリ8からの直流電力がインバータ回路3へ供給される。一方、スイッチ9、10がオンからオフになると、バッテリ8のプラス端子とインバータ回路3の一方の入力端子とが切断されるとともに、バッテリ8のマイナス端子とインバータ回路3の他方の入力端子とが切断される。すると、バッテリ8からインバータ回路3への電力供給が停止する。
制御部16は、走行制御ECU5から通信部13、14を介して送られてくる要求(例えば、インバータ回路3への電力供給要求)などに基づいて、スイッチ9、10のオン、オフを制御する。スイッチ9、10がオフからオンになると、バッテリ8のプラス端子がインバータ回路3の一方の入力端子と接続されるとともに、バッテリ8のマイナス端子がインバータ回路3の他方の入力端子と接続される。すると、バッテリ8からの直流電力がインバータ回路3へ供給される。一方、スイッチ9、10がオンからオフになると、バッテリ8のプラス端子とインバータ回路3の一方の入力端子とが切断されるとともに、バッテリ8のマイナス端子とインバータ回路3の他方の入力端子とが切断される。すると、バッテリ8からインバータ回路3への電力供給が停止する。
また、制御部16は、AD変換部15から出力される電流値に基づいて、バッテリ8のSOCを推定する。
図2は、バッテリ8のSOCを推定する際の制御部16の動作を示すフローチャートである。なお、図2に示す一連の動作は一定時間毎(t0、t1、t2、・・・)に制御部16により実行されるものとする。
図2は、バッテリ8のSOCを推定する際の制御部16の動作を示すフローチャートである。なお、図2に示す一連の動作は一定時間毎(t0、t1、t2、・・・)に制御部16により実行されるものとする。
まず、制御部16は、AD変換部15のビット数及び第1のフルスケール(例えば、バッテリ8の瞬間最大電流値)によって決まる第1のLSB(第1の最小位ビット)でAD変換部15から出力される電流値I1(第1の電流値)を記憶部17に記憶する(S1)。例えば、AD変換部15のビット数が4[bit]、AD変換部15の第1のフルスケールが±120[A]である場合、AD変換部15の第1のLSBは、±120[A]/16=±7.5[A]となる。この場合、AD変換部15は、電流値I1として、±7.5[A]、±15.0[A]、±22.5[A]、±30.0[A]、±37.5[A]、±45.0[A]、±52.5[A]、±60.0[A]、±67.5[A]、±75.0[A]、±82.5[A]、±90.0[A]、±97.5[A]、±105.0[A]、±112.5[A]、±120.0[A]のうちのいずれか1つを出力する。
次に、制御部16は、AD変換部15のビット数及び第2のフルスケール(例えば、バッテリ8の定格電流)により決まる第2のLSB(第2の最小位ビット)でAD変換部15から出力される電流値I2(第2の電流値)を記憶部17に記憶する(S2)。例えば、AD変換部15のビット数が4[bit]、AD変換部15の第2のフルスケールが±20[A]である場合、AD変換部15の第2のLSBは、±20[A]/16=±1.25[A]となる。この場合、AD変換部15は、電流値I2として、±1.25[A]、±2.50[A]、±3.75[A]、±5.00[A]、±6.25[A]、±7.50[A]、±8.75[A]、±10.00[A]、±11.25[A]、±12.50[A]、±13.75[A]、±15.00[A]、±16.25[A]、±17.50[A]、±18.75[A]、±20.00[A]のうちのいずれか1つを出力する。
次に、制御部16は、今回、AD変換部15から出力された電流値I1が閾値(例えば、第2のフルスケール)よりも大きいと判断した場合(S3がYes)、閾値よりも大きい充放電電流がバッテリ8に流れた旨を走行制御ECU5に伝え(S4)、その電流値I1にフラグをたてる(S5)。
また、制御部16は、電流値I1が閾値以下であると判断した場合に(S3がNo)、走行制御ECU5などからSOCの推定要求があると(S6がYes)、前回のSOC推定から今回のSOC推定までの間において、記憶部17に記憶されている電流値I1のうち、フラグがたっている電流値I1があるか否かを判断する(S7)。
そして、制御部16は、フラグがたっている電流値I1がないと判断した場合(S7がNo)、前回のSOC推定から今回のSOC推定までの間において、記憶部17に記憶されている電流値I2を積算するとともに、その積算結果である電流容量[Ah]を用いて今回のSOCを推定する(S8)。
一方、制御部16は、フラグがたっている電流値I1があると判断した場合(S7がYes)、前回のSOC推定から今回のSOC推定までの間において、記憶部17に記憶されている電流値I1のうち、フラグがたっている電流値I1と、フラグがたっていない電流値I1に対応する電流値I2を積算するとともに、その積算結果である電流容量[Ah]を用いて今回のSOCを推定する(S9)。
例えば、電流センサ11により検出される充放電電流が、時間t0:0[A]、時間t1:+12[A]、時間t2:+18[A]、時間t3:+15[A]、時間t4:+10[A]、時間t5:0[A]、時間t6:−9[A]、時間t7:−19[A]、時間t8:−110[A]、時間t9:−17[A]、時間t10:0[A]、時間t11:+19[A]、時間t12:0[A]である場合を考える。なお、充電電流を正の値とし、放電電流を負の値とする。
この場合、制御部16により第1のLSBに設定されるAD変換部15は、電流値I1として、時間t0:0[A]、時間t1:+7.5[A]、時間t2:+15.0[A]、時間t3:+15.0[A]、時間t4:+7.5[A]、時間t5:0[A]、時間t6:−7.5[A]、時間t7:−15.0[A]、時間t8:−105.0[A]、時間t9:−15.0[A]、時間t10:0[A]、時間t11:+15.0[A]、時間t12:0[A]を出力する。
そして、制御部16は、時間t0〜t12においてAD変換部15から出力される各電流値I1を、例えば、図3に示すようなデータテーブルに格納して記憶部17に記憶させる。
これにより、閾値をバッテリ8の定格電流である±20[A]とする場合、制御部16は、図4に示すように、電流センサ11により検出されるバッテリ8の充放電電流(破線)に対して誤差が多少あるが、バッテリ8の定格電流よりも大きい、時間t8の電流値I1(実線)(−105.0[A])を取得することができる。
また、制御部16により第2のLSBに設定されるAD変換部15は、電流値I2として、時間t0:0[A]、時間t1:+11.25[A]、時間t2:+17.50[A]、時間t3:+15.0[A]、時間t4:+10.00[A]、時間t5:0[A]、時間t6:−8.75[A]、時間t7:−18.75[A]、時間t8:−20.00[A]、時間t9:−16.25[A]、時間t10:0[A]、時間t11:+18.75[A]、時間t12:0[A]を出力する。
そして、制御部16は、時間t0〜t12においてAD変換部15から出力される各電流値I2を、例えば、図3に示すようなデータテーブルに格納して記憶部17に記憶させる。
これにより、閾値をバッテリ8の定格電流である±20[A]とする場合、制御部16は、図5に示すように、バッテリ8の定格電流よりも大きい、時間t8の電流値I2を取得することができないが、時間t0〜t7及び時間t9〜t12において電流センサ11により検出されるバッテリ8の充放電電流(破線)に対して誤差が小さいバッテリ8の電流値I2を取得することができる。
また、制御部16は、時間t8において、電流値I1が閾値(バッテリ8の定格電流である±20[A])よりも大きくなると、その電流値I1のフラグをたてるために、例えば、図3に示すように、時間t8に対応する電流値I1のフラグを「0」から「1」に変える。
また、制御部16は、時間t12において、走行制御ECU5などからSOCの推定要求があると、前回のSOC推定から今回のSOC推定までの間(時間t0〜t12)において、記憶部17に記憶されている電流値I1のうち、フラグがたっている電流値I1(時間t8に対応する電流値I1)と、フラグがたっていない電流値I1(時間t0〜t7及び時間t9〜t12にそれぞれ対応する電流値I1)に対応する電流値I2を積算するとともに、その積算結果である電流容量[Ah]をバッテリ8の満充電容量で除算しつつ100を乗算した値を、前回推定したSOCに加算して今回のSOCとする。
このように本実施形態のSOC推定装置6では、前回のSOC推定から今回のSOC推定までの間において、第1のLSBでAD変換部15によりAD変換された電流値I1が閾値よりも大きいときのその電流値I1と、電流値I1が閾値以下のときに第1のLSBよりも小さい第2のLSBでAD変換部15によりAD変換された電流値I2との積算結果を用いて今回のSOCを推定している。そのため、バッテリ8の定格電流よりも大きな充放電電流を取得することができるとともに、バッテリ8の定格電流以下の充放電電流を、誤差を小さくして取得することができるので、瞬間的に大きな充放電電流がバッテリ8に流れる場合であっても、バッテリ8のSOCの推定に用いる充放電電流の積算結果を精度良く求めることができ、バッテリ8のSOCの推定精度の低下を抑えることができる。
また、本実施形態のSOC推定装置6では、制御部16がAD変換部15のLSBを第1のLSB又は第2のLSBに切り替えて電流値I1、I2を取得する。そのため、LSBが異なる電流センサを複数備えなくてもよく、コストを抑えることができる。
なお、上記実施形態では、制御部16がAD変換部15のLSBを第1のLSB又は第2のLSBに切り替えて電流値I1、I2を取得する構成であるが、第1のLSBに設定される第1のAD変換部15と第2のLSBに設定される第2のAD変換部15とをSOC推定装置6に備えておき、制御部16が第1のAD変換部15から電流値I1を取得し、第2のAD変換部15から電流値I2を取得するように構成してもよい。
1 車両
2 電池パック
3 インバータ回路
4 走行用モータ
5 走行制御ECU
6 SOC推定装置
7 二次電池
8 バッテリ
9、10 スイッチ
11 電流センサ
12 制御部
13、14 通信部
15 AD変換部
16 制御部
17 記憶部
2 電池パック
3 インバータ回路
4 走行用モータ
5 走行制御ECU
6 SOC推定装置
7 二次電池
8 バッテリ
9、10 スイッチ
11 電流センサ
12 制御部
13、14 通信部
15 AD変換部
16 制御部
17 記憶部
Claims (3)
- 電流センサにより検出される電池の充放電電流をAD変換するAD変換部と、
前回のSOC推定から今回のSOC推定までの間において、第1の最小位ビットで前記AD変換部によりAD変換された第1の電流値が閾値よりも大きいときのその第1の電流値と、前記第1の電流値が前記閾値以下のときに前記第1の最小位ビットよりも小さい第2の最小位ビットで前記AD変換部によりAD変換された第2の電流値との積算結果を用いて今回のSOCを推定する制御部と、
を備えることを特徴とするSOC推定装置。 - 請求項1に記載のSOC推定装置であって、
前記AD変換部は、前記第1の最小位ビットでAD変換する第1のAD変換部と、前記第2の最小位ビットでAD変換する第2のAD変換部とを備える
ことを特徴とするSOC推定装置。 - 請求項1に記載のSOC推定装置であって、
前記制御部は、前記AD変換部の最小位ビットを前記第1の最小位ビット、または、前記第2の最小位ビットに切り替えて、前記第1の電流値と前記第2の電流値とを取得する ことを特徴とするSOC推定装置。
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