JP2016031876A - Battery cooling state determination device, electric vehicle and battery cooling state determination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はバッテリ冷却状態判定装置、電動車両、及びバッテリ冷却状態判定方法に関する。 The present invention relates to a battery cooling state determination device, an electric vehicle, and a battery cooling state determination method.
従来からの走行用動力源としてエンジンを搭載したエンジン車両の効率を改善するために、エンジンに加えて走行用動力源としてモータを搭載したハイブリッド電気自動車、或いはエンジンに代えてモータを搭載した電気自動車等(以下、電動車両と総称する場合もある)が実用化されている。 In order to improve the efficiency of an engine vehicle equipped with an engine as a conventional driving power source, a hybrid electric vehicle equipped with a motor as a driving power source in addition to the engine, or an electric vehicle equipped with a motor instead of the engine Etc. (hereinafter may be collectively referred to as electric vehicles).
このような電動車両ではモータの電源として例えば二次電池からなるバッテリを搭載している。例えば、200〜300V程度のニッケル水素電池やリチウムイオン電池等のバッテリの場合、数百の1〜4V程度のセルからなるバッテリパックとして車両に搭載される。このようなバッテリパックは、化学反応により放電や充電が行なわれ、この化学反応が発熱を伴うため、水や空気により冷却する必要がある。このようなバッテリパックにおいて適正な動作状態を維持するために、バッテリパック内の温度分布を検出し、当該温度分布により冷媒を制御する技術が提案されている(特許文献1参照)。 In such an electric vehicle, a battery made of, for example, a secondary battery is mounted as a motor power source. For example, in the case of a battery such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery of about 200 to 300 V, it is mounted on the vehicle as a battery pack made up of several hundred cells of about 1 to 4 V. Such a battery pack is discharged or charged by a chemical reaction, and this chemical reaction is accompanied by heat generation. Therefore, it is necessary to cool the battery pack with water or air. In order to maintain an appropriate operating state in such a battery pack, a technique for detecting a temperature distribution in the battery pack and controlling the refrigerant based on the temperature distribution has been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら、バッテリパック内の温度分布を検出するのみでは、冷却ファンの故障やダクトなどへの異物混入等による冷媒循環異常など、冷却装置側に起因する温度分布の異常か、若しくは、セルの劣化やセル故障など、バッテリ側に起因する温度分布の異常か判断することは難しい。 However, if only the temperature distribution in the battery pack is detected, abnormal temperature distribution caused by the cooling device, such as cooling fan failure or refrigerant circulation abnormality due to foreign matter mixing into ducts, etc., or cell deterioration or It is difficult to determine whether the temperature distribution is abnormal due to the battery side, such as a cell failure.
そこで、バッテリの状態を監視するためのリファレンスとして、バッテリの主要な構成要素を抵抗やインダクタンス等の各パラメータに置き換えた電気的な等価回路を生成し、この等価回路に基づき適正な温度分布を推定することが考えられる(特許文献2参照)。 Therefore, as a reference for monitoring the battery status, an electrical equivalent circuit is created by replacing the main components of the battery with parameters such as resistance and inductance, and an appropriate temperature distribution is estimated based on this equivalent circuit. (See Patent Document 2).
しかしながら、等価回路の抵抗やインダクタンスはバッテリのSOC(State Of Charge)のみならず、バッテリを構成する各セルの温度によっても変化する。さらに、バッテリパック内で多数のセルは水や空気により冷却されているが、構造上、全てのセルが均等に冷却されることはなく、必ずバッテリパック毎に温度格差が生じる。特許文献2では等価回路に、実測値との比較結果に基づき等価回路の各パラメータを逐次合わせ込む形でセル温度を反映させているが、バッテリパック内に固有に発生するセル温度のばらつきは反映させていないため、結果としてバッテリの内部状態に則した適切な内部温度分布のリファレンス値を算出することは難しい。
However, the resistance and inductance of the equivalent circuit change not only with the SOC (State Of Charge) of the battery but also with the temperature of each cell constituting the battery. Further, many cells in the battery pack are cooled by water or air, but due to the structure, all the cells are not evenly cooled, and there is always a temperature difference between the battery packs. In
また、前述のように、バッテリパック内には多数のセルが搭載されており、全てのセルに対応して等価回路を生成すると、それらの等価回路での演算処理のために演算負荷が増大し、高度な演算能力や大容量のメモリが必要になってしまうという課題がある。 In addition, as described above, a large number of cells are mounted in the battery pack, and if equivalent circuits are generated corresponding to all the cells, the calculation load increases due to calculation processing in those equivalent circuits. However, there is a problem that a high computing capacity and a large-capacity memory are required.
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、演算負荷の増大を抑制した上で、バッテリが適切に冷却されているか否かを高精度かつ簡便に判定することのできるバッテリ冷却状態判定装置等を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to highly accurately and easily determine whether or not the battery is appropriately cooled while suppressing an increase in calculation load. It is in providing the battery cooling state determination apparatus etc. which can be determined to this.
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.
(1)本適用例に係るバッテリ冷却状態判定装置は、バッテリを構成する複数のセルから表現される温度分布を、前記セルの数よりも少ない等価回路により表現する等価回路モデルを予め保有する等価回路モデル保有手段と、バッテリを冷却する冷却手段と、所定期間使用された前記バッテリが正常に劣化した場合のバッテリ内部の温度分布を、前記等価回路モデルに基づき推定するバッテリ温度分布推定手段と、複数の前記セルの温度を検出し、前記所定期間使用された前記バッテリ内部の温度分布を検出するバッテリ温度分布検出手段と、前記バッテリ温度分布推定手段により推定される温度分布と、前記バッテリ温度分布検出手段により検出される温度分布とを比較し、前記所定期間経過後の前記バッテリの劣化状態から前記バッテリの異常を判定するバッテリ異常判定手段と、前記バッテリ異常判定手段により前記バッテリに異常があると判定された場合に、前記冷却手段による冷却量を調整し、調整した冷却量で所定時間冷却した後に前記バッテリ温度分布検出手段により検出された前記バッテリ内部の温度分布と、冷却量調整前に前記バッテリ温度分布検出手段により検出された前記バッテリ内部の温度分布とを比較することにより、前記冷却手段の異常であるか否かを判定する冷却異常判定手段と、を含む。 (1) The battery cooling state determination device according to this application example has an equivalent circuit model that preliminarily holds an equivalent circuit model that expresses a temperature distribution expressed by a plurality of cells constituting a battery by an equivalent circuit smaller than the number of cells. A circuit model holding means, a cooling means for cooling the battery, a battery temperature distribution estimating means for estimating a temperature distribution inside the battery when the battery used for a predetermined period of time is normally deteriorated based on the equivalent circuit model, Battery temperature distribution detecting means for detecting temperature of the plurality of cells and detecting temperature distribution inside the battery used for the predetermined period; temperature distribution estimated by the battery temperature distribution estimating means; and battery temperature distribution The temperature distribution detected by the detection means is compared, and the battery is determined from the deterioration state of the battery after the predetermined period has elapsed. When the battery abnormality determining means for determining abnormality and the battery abnormality determining means determine that the battery is abnormal, the cooling amount by the cooling means is adjusted, and after cooling for a predetermined time with the adjusted cooling amount, By comparing the temperature distribution inside the battery detected by the battery temperature distribution detection means with the temperature distribution inside the battery detected by the battery temperature distribution detection means before adjusting the cooling amount, the abnormality of the cooling means Cooling abnormality determining means for determining whether or not.
(2)また、本適用例に係る電動車両は、上記(1)のバッテリ冷却状態判定装置を含む。 (2) Moreover, the electric vehicle which concerns on this application example contains the battery cooling state determination apparatus of said (1).
(3)また、本適用例に係るバッテリ冷却状態判定方法は、バッテリを構成する複数のセルから表現される温度分布を、前記セルの数よりも少ない等価回路により表現する等価回路モデルを予め保有する第1ステップと、所定期間使用された前記バッテリが正常に劣化した場合のバッテリ内部の温度分布を、前記等価回路モデルに基づき推定する第2ステップと、複数の前記セルの温度を検出し、前記所定期間使用された前記バッテリ内部の温度分布を検出する第3ステップと、前記第2ステップにより推定される温度分布と、前記第3ステップにより検出される温度分布とを比較し、前記所定期間経過後の前記バッテリの劣化状態から前記バッテリの異常を判定する第4ステップと、前記第4ステップにより前記バッテリに異常があると判定された場合に、前記バッテリを冷却する冷却手段による冷却量を調整し、調整した冷却量で所定時間冷却した後に検出した前記バッテリ内部の温度分布と、冷却量調整前に検出された前記バッテリ内部の温度分布とを比較することにより、前記冷却手段の異常であるか否かを判定する第5ステップと、を含む。 (3) In addition, the battery cooling state determination method according to this application example has in advance an equivalent circuit model that expresses a temperature distribution expressed by a plurality of cells constituting the battery by an equivalent circuit smaller than the number of cells. A first step of estimating a temperature distribution inside the battery when the battery used for a predetermined period of time has deteriorated normally based on the equivalent circuit model, and detecting temperatures of the plurality of cells, The third step of detecting the temperature distribution inside the battery that has been used for the predetermined period, the temperature distribution estimated by the second step, and the temperature distribution detected by the third step are compared, and the predetermined period A fourth step of determining an abnormality of the battery from the deterioration state of the battery after the lapse of time, and a determination that the battery is abnormal by the fourth step. In this case, the amount of cooling by the cooling means for cooling the battery is adjusted, the temperature distribution inside the battery detected after cooling for the predetermined time with the adjusted amount of cooling, and the inside of the battery detected before adjusting the cooling amount And a fifth step of determining whether or not the cooling means is abnormal by comparing with the temperature distribution.
本発明によれば、演算負荷の増大を抑制した上で、バッテリが適切に冷却されているか否かを高精度かつ簡便に判定することができる。 According to the present invention, it is possible to easily and accurately determine whether or not the battery is appropriately cooled while suppressing an increase in calculation load.
以下、本発明をバッテリ冷却状態判定装置、電動車両、及びバッテリ冷却状態判定方法に具体化した一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a battery cooling state determination device, an electric vehicle, and a battery cooling state determination method will be described.
図1は本実施形態のバッテリ冷却状態判定装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。 FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a hybrid truck equipped with a battery cooling state determination device of the present embodiment.
ハイブリッド型トラック1は所謂パラレル型ハイブリッド車両として構成されており、以下の説明では、車両と称する場合もある。車両1には走行用動力源としてディーゼルエンジン(以下、エンジンという)2、及び例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能なモータ3が搭載されている。エンジン2の出力軸にはクラッチ4が連結され、クラッチ4にはモータ3の回転軸を介して自動変速機5の入力側が連結されている。自動変速機5の出力側にはプロペラシャフト6を介して差動装置7が連結され、差動装置7には駆動軸8を介して左右の駆動輪9が連結されている。
The
自動変速機5は一般的な手動変速機をベースとしてクラッチ4の断接操作及び変速段の切換操作を自動化したものであり、本実施形態では、前進12速後退1速の変速段を有している。当然ながら、自動変速機5の構成はこれに限るものではなく任意に変更可能であり、例えば手動式変速機として具体化してもよいし、2系統の動力伝達系を備えたいわゆるデュアルクラッチ式自動変速機として具体化してもよい。
The
モータ3にはインバータ10を介してバッテリ11が接続されている。バッテリ11に蓄えられた直流電力はインバータ10により交流電力に変換されてモータ3に供給され(力行制御)、モータ3が発生した駆動力は自動変速機5で変速された後に駆動輪9に伝達されて車両1を走行させる。また、例えば車両1の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪9側からの逆駆動によりモータ3が発電機として作動する(回生制御)。モータ3が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪9側に伝達されると共に、モータ3が発電した交流電力がインバータ10で直流電力に変換されてバッテリ11に充電される。
A
このようなモータ3が発生する駆動力は上記クラッチ4の断接状態に関わらず駆動輪9側に伝達され、これに対してエンジン2が発生する駆動力はクラッチ4の接続時に限って駆動輪9側に伝達される。従って、クラッチ4の切断時には、上記のようにモータ3が発生する正側または負側の駆動力が駆動輪9側に伝達されて車両1が走行する。また、クラッチ4の接続時には、エンジン2及びモータ3の駆動力が駆動輪9側に伝達されたり、或いはエンジン2の駆動力のみが駆動輪9側に伝達されたりして車両1が走行する。
The driving force generated by the motor 3 is transmitted to the
車両ECU20は車両全体を統合制御するための制御回路である。そのために車両ECU20には、アクセルペダル12の操作量θaccを検出するアクセルセンサ21、ブレーキペダル13の踏込操作を検出するブレーキスイッチ22、車両1の速度(車速)Vを検出する車速センサ23、エンジン2の回転速度Neを検出するエンジン回転速度センサ24、及びモータ3の回転速度Nmを検出するモータ回転速度センサ25等の各種センサ・スイッチ類が接続されている。
The vehicle ECU 20 is a control circuit for integrated control of the entire vehicle. For this purpose, the vehicle ECU 20 includes an
また、車両ECU20には、図示はしないがクラッチ4を断接操作するアクチュエータ、及び自動変速機5を変速操作するアクチュエータ等が接続されると共に、エンジン制御用のエンジンECU26、インバータ制御用のインバータECU27、及びバッテリ11を管理するバッテリECU28が接続されている。
Although not shown, the vehicle ECU 20 is connected to an actuator for connecting / disconnecting the
車両ECU20は、運転者によるアクセル操作量θacc等に基づき車両1を走行させるために必要な要求トルクを算出し、その要求トルクやバッテリ11のSOC等に基づき車両1の走行モードを選択する。本実施形態では走行モードとして、エンジン2の駆動力のみを用いるE/Gモード、モータ3の駆動力のみを用いるEVモード、及びエンジン2及びモータ3の駆動力を共に用いるHEVモードが設定されており、その何れかの走行モードを車両ECU20が選択するようになっている。
The
車両ECU20は選択した走行モードに基づき、要求トルクをエンジン2やモータ3が出力すべきトルク指令値に換算する。例えばHEVモードでは要求トルクをエンジン2側及びモータ3側に配分した上で、その時点の変速段に基づきエンジン2及びモータ3のトルク指令値を算出する。また、E/Gモードでは要求トルクを変速段に基づきエンジン2へのトルク指令値に換算し、EVモードでは要求トルクを変速段に基づきモータ3へのトルク指令値に換算する。
The vehicle ECU 20 converts the required torque into a torque command value that the
そして、車両ECU20は選択した走行モードを実行すべく、EVモードでは上記クラッチ4を切断し、E/Gモード及びHEVモードではクラッチ4を接続した上で、エンジンECU26及びインバータECU27にトルク指令値を適宜出力する。また、車両1の走行中において車両ECU20は、アクセル操作量θaccや車速V等に基づき図示しないシフトマップから目標変速段を算出し、この目標変速段を達成すべく、アクチュエータによりクラッチ4の断接操作及び変速段の切換操作を実行する。
Then, the
一方、エンジンECU26は、車両ECU20から入力された走行モード及びトルク指令値を達成するように噴射量制御や噴射時期制御を実行する。例えばE/GモードやHEVモードでは、正側のトルク指令値に対してエンジン2に駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してエンジンブレーキを発生させる。また、EVモードの場合には、燃料噴射の中止によりエンジン2を停止保持状態、またはアイドル運転状態とする。
On the other hand, the
また、インバータECU27は、車両ECU20から入力された走行モード及びトルク指令値を達成するように、インバータ10を介してモータ3を制御する。例えばEVモードやHEVモードでは、正側のトルク指令値に対してモータ3を力行制御して正側の駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してはモータ3を回生制御して負側の駆動力を発生させる。また、E/Gモードの場合には、モータ3の駆動力を0に制御する。また、バッテリECU28は、バッテリ11の温度、バッテリ11の電圧、インバータ10とバッテリ11との間に流れる電流等を検出し、これらの検出結果からバッテリ11のSOCを逐次算出して車両ECU20に出力する。
Further, the
また、バッテリ11はバッテリパック内に複数のセルが内蔵されて構成されており、これらの各セルを冷却するための冷却装置30(冷却手段)が設けられている。冷却装置30は例えばバッテリパック内の各セル間に冷却回路が配設されており、当該冷却回路内をガス又は水等の冷却媒体が循環する構成をなしている。そして冷却媒体と各セルとが熱交換することでセルの冷却が行われ、ひいてはバッテリ11の冷却が行われる。冷却装置30の構成はこれに限られず、バッテリパックにファンを設けてバッテリパック内に空気を導入することで、各セルを空冷するものであってもよい。
Further, the
またバッテリ11にはバッテリ温度センサ31が設けられている。バッテリ温度センサ31はセル毎に設けられており、各セルそれぞれの実測温度を検出する。そして、これら冷却装置30及びバッテリ温度センサ31は車両ECU20に電気的に接続されている。
The
ここで、車両ECU20はバッテリ11の冷却状態を判定する。具体的には、バッテリ11の内部状態を模擬した電気的な等価回路を生成し、この等価回路に基づきバッテリ11の異常を検出する。そして、バッテリ11に異常がある場合には、冷却装置30の冷却量を調整し、調整後の温度分布の変化から冷却装置30に起因する異常か否かの判定する。
Here, the
本実施形態の車両ECU20は、バッテリ11を構成する各セルの温度分布をモデル化することにより、等価回路に基づく推定値の演算処理を簡略化する。
The
図2(a)はバッテリ11の全セルの温度分布を示す説明図であり、図2(b)は温度分布をモデル化した複数の等価回路から構成される等価回路モデルの説明図である。図2(a)に示すように、バッテリ11を構成する多数のセル11aはバッテリパック内の冷却媒体(水や空気等)による冷却状態に応じた温度分布で分散しており、この場合には、セル数に対応する数の等価回路が存在することになる。このような実際の全セル11aの温度分布を標準偏差として捉え、同一の標準偏差をより少ないセル数(セル11bの数=等価回路の数)で表現するようにモデル化したものが図2(b)である。図2(a)(b)に示すように、セル11bの数は、全セル11aの数よりも少ない。
2A is an explanatory diagram showing the temperature distribution of all the cells of the
この例では、セル数を10に設定すると共に温度域を5つに区分し、各セル11aを温度域毎にグループ分けしている。結果として平均値に相当する中央の温度域には4つのグループ化したセル11bが所属し、その両側の温度域にはそれぞれ2つのセル11bが所属し、さらに両側の温度域にはそれぞれ1つのセル11bが所属している。なお、本実施形態では標準偏差を指標として等価回路モデルを生成したが、各セル11aの温度分布を表す指標であればこれに限ることはなく、任意に別の指標に変更してもよい。
In this example, the number of cells is set to 10, and the temperature range is divided into five, and the cells 11a are grouped for each temperature range. As a result, four grouped
各温度域に所属する各セル11aの温度変化に対する挙動は共通するため、各温度域に対応して計5つの等価回路が生成される。本実施形態では、事前の試験によりバッテリ11の全セル11aの温度分布を特定し、温度分布から予め等価回路モデルを生成してバッテリECU28に記憶させており、その等価回路モデルに基づきバッテリECU28が推定処理を実施するようになっている(等価回路モデル保有手段、第1ステップ)。
Since the behavior with respect to the temperature change of each cell 11a belonging to each temperature range is common, a total of five equivalent circuits are generated corresponding to each temperature range. In this embodiment, the temperature distribution of all the cells 11a of the
図3は等価回路の一例を示す模式図であり、バッテリ11が有する定常的な内部抵抗の要素をRsに置き換え、過渡的な内部抵抗の要素をR1,C1に置き換え、負荷を0としたときの開回路に相当する電圧の要素をVocvに置き換えている。これらのRs,R1,C1,Vocvの各パラメータがバッテリ11のSOC及びセル温度Tに応じて変化するものと仮定し、それぞれのパラメータをSOC及びセル温度Tの関数として設定した上で、この等価回路からセル11aの端子間電圧V1(以下、単にセル電圧という)を逐次推定している。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of an equivalent circuit when the element of the steady internal resistance of the
バッテリ11全体の端子間電圧(以下、単にバッテリ電圧という)に対して、各温度域の等価回路から推定したセル電圧V1の寄与度はその温度域に所属するセル数に応じて相違する。このため、セル数に応じた重み付けに基づき各等価回路のセル電圧V1からバッテリ電圧を算出している。 The contribution of the cell voltage V1 estimated from the equivalent circuit in each temperature range with respect to the terminal voltage of the entire battery 11 (hereinafter simply referred to as the battery voltage) differs depending on the number of cells belonging to that temperature range. For this reason, the battery voltage is calculated from the cell voltage V1 of each equivalent circuit based on the weighting according to the number of cells.
本実施形態では、バッテリECU28が所定期間使用されたバッテリ11が正常に劣化した場合のバッテリ11内部の温度分布を、等価回路モデルに基づき推定する(バッテリ温度分布推定手段)。また、車両ECU20が、バッテリ温度センサ31により検出される各セル11aの実測温度から所定期間使用されたバッテリ11内部の温度分布を検出する(バッテリ温度分布検出手段)。さらに、車両ECU20は、推定された温度分布と実測の温度分布とを比較し、所定期間経過後のバッテリ11の劣化状態からバッテリ11の異常を判定する(バッテリ異常判定手段)。
In this embodiment, the
そして、バッテリ11に異常がある場合は、冷却装置30の異常であるかを特定すべく、まず冷却装置30の冷却量を調整する。調整した冷却量で所定時間冷却した後に各セル11aの実測温度に基づく温度分布を検出し、冷却量調整前に検出した実測温度分布と比較することにより、冷却装置30の異常であるか否かを判定する(冷却異常判定手段)。
If there is an abnormality in the
詳しくは図4に車両ECU20が実行するバッテリ11の冷却状態判定制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿って説明する。
Specifically, FIG. 4 is a flowchart showing a cooling state determination control routine for the
車両ECU20は、車両1のキーオン時から図4に示す冷却状態判定制御ルーチンをスタートさせる。まずステップS1として車両ECU20は、スタートから一定時間経過したか否かを判別する。この一定時間は、例えばバッテリ11の各セル11aの温度分布が安定するまでの時間に設定されている。一定時間経過していない場合、例えばキーオン直後等でバッテリ11のセル温度が安定していない場合には、当該判別結果は偽(No)となり、ステップS1の判別を繰り返す。一方、一定時間経過した場合には、当該判別結果は真(Yes)となり、次のステップS2に進む。
The
ステップS2において、車両ECU20は、バッテリ温度センサ31により検出される各セル11aの実測温度から温度分布Sexp1を検出する。つまり、車両ECU20は図2(a)で示したような実測値に則した温度分布Sexp1を検出する。
In step S <b> 2, the
続いて、ステップS3において、バッテリECU28が、上記実測温度に基づく温度分布Sexp1を初期条件として、図2(b)で示したようなモデル化したモデル化温度分布Scalc1を算出し、当該モデル化温度分布Scalc1から所定期間通電した後を予測したモデル化温度分布Scalc2を算出する(第2ステップ)。バッテリECU28は事前の試験によりモデル化した各セル11bの温度分布に応じた劣化傾向をデータベースとして保存しており、当該データベースに基づき現時点のモデル化温度分布Scalc1から所定期間後のモデル化温度分布Scalc2を算出する。このようにモデル化温度分布Scalc1に基づき所定期間後のモデル化温度分布Scalc2を予測することで、予測にかかる演算処理の負荷は軽減される。
Subsequently, in step S3, the
ステップS4において、車両ECU20は、ステップS2にて実測温度分布Sexp1を算出してから所定期間経過後に再び実測温度分布Sexp2を算出し(第3ステップ)、この実測温度分布Sexp2が上記ステップS3で算出した予測したモデル化温度分布Scalc2とほぼ同じであるか否かを判別する(第4ステップ)。具体的には、例えば、実測温度分布Sexp2の標準偏差σexp2がモデル化温度分布Scalc2の標準偏差σcalc2に対し所定の範囲内にあるか否かを判別する。なお、比較する標準偏差σは+σ及び−σのうちのいずれか一方又は両方とする。
In step S4, the
当該判別結果が真(Yes)である場合、即ち実測温度分布Sexp2が予測したモデル化温度分布Scalc2とほぼ同じであり、バッテリ11が正常であると判断できる場合は次のステップS5に進む。
If the determination result is true (Yes), that is, if the measured temperature distribution Sexp2 is almost the same as the predicted modeled temperature distribution Scalc2, and the
ステップS5において、車両ECU20はバッテリ11の劣化状態に異常はないことから、冷却装置30も正常であると判断し、当該ルーチンをリターンする。
In step S5, since there is no abnormality in the deterioration state of the
一方ステップS4の判別結果が偽(No)である場合、即ち実測温度分布Sexp2が予測したモデル化温度分布Scalc2から離れており、バッテリ11に異常あると判断できる場合には、ステップS6に進む。具体的には、例えば、実測温度分布Sexp2のσexp2がモデル化温度分布Scalc2の標準偏差σcalc2に対し所定の範囲外にある場合はステップS6に進む。
On the other hand, if the determination result in step S4 is false (No), that is, if the measured temperature distribution Sexp2 is far from the predicted modeled temperature distribution Scalc2 and it can be determined that the
ステップS6において、車両ECU20はバッテリ11に通常要求される冷却量よりも高い冷却量となるよう冷却装置30を調整する。なお、通常要求される冷却量よりも低く調整してもよい。
In step S <b> 6, the
続くステップS7において、車両ECU20は冷却量を調整して所定時間冷却した後に再び実測温度分布Sexp3を検出し、当該実測温度分布が上記ステップS4の実測温度分布Sexp2と比較する。この比較の結果、ステップS6の冷却量の調整に応じて同温度分布のままシフトしたか否かを判別する(第5ステップ)。
In subsequent step S7, the
ここで、図5の実測温度分布のシフトについての説明図を参照すると、図5(a)に示すように、冷却調整前の実測温度分布Sexp2に対して、冷却量調整後の実測温度分布Sexp3が同温度分布形状をなしつつ冷却量に応じて温度域だけが変化している場合には、各セル11aが均一に冷却されていると判断できる。従って、この場合はステップS7の判別結果は真(Yes)となり、上述したステップS5に進み、少なくとも冷却装置30は正常であり、バッテリ11の異常は他の原因によるものと判断する。
Here, referring to the explanatory diagram of the shift of the actually measured temperature distribution in FIG. 5, as shown in FIG. 5A, the actually measured temperature distribution Sexp3 after the cooling amount adjustment is compared with the actually measured temperature distribution Sexp2 before the cooling adjustment. However, if only the temperature region changes according to the cooling amount while forming the same temperature distribution shape, it can be determined that each cell 11a is uniformly cooled. Therefore, in this case, the determination result in step S7 is true (Yes), the process proceeds to step S5 described above, and it is determined that at least the
一方、図5(b)に示すように、冷却調整前の実測温度分布Sexp2に対して、冷却量調整後の実測温度分布Sexp3の温度分布形状が崩れて変化している場合には、複数のセル11aのうちの一部が冷却されていなかったり、偏って冷却されていたり等、冷却装置30に異常が生じている判断できる。従って、この場合はステップS7の判別結果は偽(No)となり、ステップS8に進む。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the temperature distribution shape of the measured temperature distribution Sexp3 after adjusting the cooling amount is changed with respect to the measured temperature distribution Sexp2 before adjusting the cooling, It can be determined that an abnormality has occurred in the
ステップS8において、車両ECU20は、バッテリ11の異常は冷却装置30に起因するもので、冷却装置30に故障の可能性ありと判断し当該ルーチンをリターンする。
In step S <b> 8, the
車両ECU20は、冷却装置30に故障の可能性があると判断した場合、例えば図示しない警告灯や警報器により運転者に警告を発したり、車両を管理する管理センターに通知したりする等の処置を行うのが好ましい。そうすることで、高温状態による不要なバッテリ劣化の加速を未然に防止し、セル交換にかかる費用を抑制し、経済性を向上させることができる。
When the
以上のように、車両ECU20は、まずステップS3において実測温度分布Sexp1からモデル化温度分布Scalc1を算出し、当該モデル化温度分布Scalc1に基づき所定期間後のモデル化温度分布Scalc2を予測し、このモデル化温度分布Scalc2を用いて冷却状態判定を行っている。このように、実際のセル数よりも少ない等価回路によりバッテリ11内部の温度分布を表現する等価回路モデルを用い、所定期間使用されたバッテリ11が正常に劣化した場合のバッテリ11内部の温度分布Scalc2を推定している。これにより、演算負荷の増大を抑制した上で、各セル固有の温度のばらつきが反映された正常な劣化状態における温度分布を推定することができる。この推定した温度分布Scalc2と実測値による温度分布Sexp2とを比較することにより、バッテリ11の冷却等が正常か否かを高い精度で判定することができる。
As described above, the
このように、まずは少ない演算負荷で推定した温度分布を用いてバッテリ11に異常が生じているか判定する。そして、バッテリ11になんらかの異常が発生している場合には、冷却量を調整して、冷却量に応じて実測温度分布が変化しているか否かで、バッテリ11の異常が冷却装置30によるものか、他の原因であるかを判定することができる。
As described above, first, it is determined whether an abnormality has occurred in the
以上のことから本実施形態に係るバッテリ冷却状態判定装置等によれば、演算負荷の増大を抑制した上で、バッテリ11が適切に冷却されているか否かを高精度かつ簡便に判定することができる。
As described above, according to the battery cooling state determination device and the like according to the present embodiment, it is possible to easily and accurately determine whether or not the
ところで、上記のように本実施形態では、事前の試験によりバッテリ11の全セル11aの温度分布から等価回路モデルを生成して予めバッテリECU28に記憶させたが、これに限定されるものではない。例えば、車両ECU20が上記バッテリECU28の機能を兼ね備えていてもよい。
As described above, in the present embodiment, an equivalent circuit model is generated from the temperature distribution of all the cells 11a of the
また、上記実施形態のように予め等価回路モデルを生成・記憶させておく場合には、バッテリパック内の異なる冷却条件に応じて等価回路モデルに用いる係数を切り換えるように構成してもよい。この場合には、予め冷却条件に対応する複数の係数マップを記憶させておき、その時点の冷却条件に対応する係数を選択して推定処理に適用すればよい。 When the equivalent circuit model is generated and stored in advance as in the above embodiment, the coefficient used for the equivalent circuit model may be switched according to different cooling conditions in the battery pack. In this case, a plurality of coefficient maps corresponding to the cooling conditions may be stored in advance, and a coefficient corresponding to the cooling condition at that time may be selected and applied to the estimation process.
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ハイブリッド型トラックのバッテリ冷却状態判定装置に具体化したが、走行用動力源としてモータのみを搭載した電気自動車のバッテリ冷却状態判定装置としてもよい。 This is the end of the description of the embodiment, but the aspect of the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above embodiment, the battery cooling state determination device for a hybrid truck is embodied, but it may be a battery cooling state determination device for an electric vehicle equipped with only a motor as a driving power source.
11 バッテリ
11a、11b セル
20 車両ECU(バッテリ温度分布検出手段、バッテリ異常判定手段、冷却異常判定手段)
28 バッテリECU(等価回路モデル保有手段、バッテリ温度分布推定手段)
30 冷却装置(冷却手段)
31 バッテリ温度センサ
11
28 battery ECU (equivalent circuit model holding means, battery temperature distribution estimating means)
30 Cooling device (cooling means)
31 Battery temperature sensor
Claims (3)
バッテリを冷却する冷却手段と、
所定期間使用された前記バッテリが正常に劣化した場合のバッテリ内部の温度分布を、前記等価回路モデルに基づき推定するバッテリ温度分布推定手段と、
複数の前記セルの温度を検出し、前記所定期間使用された前記バッテリ内部の温度分布を検出するバッテリ温度分布検出手段と、
前記バッテリ温度分布推定手段により推定される温度分布と、前記バッテリ温度分布検出手段により検出される温度分布とを比較し、前記所定期間経過後の前記バッテリの劣化状態から前記バッテリの異常を判定するバッテリ異常判定手段と、
前記バッテリ異常判定手段により前記バッテリに異常があると判定された場合に、前記冷却手段による冷却量を調整し、調整した冷却量で所定時間冷却した後に前記バッテリ温度分布検出手段により検出された前記バッテリ内部の温度分布と、冷却量調整前に前記バッテリ温度分布検出手段により検出された前記バッテリ内部の温度分布とを比較することにより、前記冷却手段の異常であるか否かを判定する冷却異常判定手段と、
を含むバッテリ冷却状態判定装置。 An equivalent circuit model holding means for holding in advance an equivalent circuit model for expressing a temperature distribution expressed by a plurality of cells constituting the battery by an equivalent circuit smaller than the number of cells;
A cooling means for cooling the battery;
Battery temperature distribution estimating means for estimating a temperature distribution inside the battery when the battery used for a predetermined period of time has deteriorated normally based on the equivalent circuit model;
Battery temperature distribution detecting means for detecting the temperature of the plurality of cells and detecting the temperature distribution inside the battery used for the predetermined period;
The temperature distribution estimated by the battery temperature distribution estimating means is compared with the temperature distribution detected by the battery temperature distribution detecting means, and the abnormality of the battery is determined from the deterioration state of the battery after the predetermined period has elapsed. Battery abnormality determination means;
When it is determined by the battery abnormality determining means that the battery is abnormal, the cooling amount by the cooling means is adjusted, and after cooling for a predetermined time with the adjusted cooling amount, the battery temperature distribution detecting means detects the battery temperature distribution detecting means. Cooling abnormality for determining whether or not the cooling means is abnormal by comparing the temperature distribution inside the battery and the temperature distribution inside the battery detected by the battery temperature distribution detecting means before adjusting the cooling amount. A determination means;
A battery cooling state determination device.
所定期間使用された前記バッテリが正常に劣化した場合のバッテリ内部の温度分布を、前記等価回路モデルに基づき推定する第2ステップと、
複数の前記セルの温度を検出し、前記所定期間使用された前記バッテリ内部の温度分布を検出する第3ステップと、
前記第2ステップにより推定される温度分布と、前記第3ステップにより検出される温度分布とを比較し、前記所定期間経過後の前記バッテリの劣化状態から前記バッテリの異常を判定する第4ステップと、
前記第4ステップにより前記バッテリに異常があると判定された場合に、前記バッテリを冷却する冷却手段による冷却量を調整し、調整した冷却量で所定時間冷却した後に検出した前記バッテリ内部の温度分布と、冷却量調整前に検出された前記バッテリ内部の温度分布とを比較することにより、前記冷却手段の異常であるか否かを判定する第5ステップと、
を含むバッテリ冷却状態判定方法。 A first step of previously holding an equivalent circuit model expressing a temperature distribution expressed by a plurality of cells constituting a battery with an equivalent circuit smaller than the number of cells;
A second step of estimating a temperature distribution inside the battery when the battery used for a predetermined period of time is normally deteriorated based on the equivalent circuit model;
Detecting a temperature of a plurality of the cells, and detecting a temperature distribution inside the battery used for the predetermined period;
A fourth step of comparing the temperature distribution estimated by the second step with the temperature distribution detected by the third step, and determining abnormality of the battery from the deterioration state of the battery after the predetermined period has elapsed; ,
The temperature distribution inside the battery detected after adjusting the cooling amount by the cooling means for cooling the battery and cooling with the adjusted cooling amount for a predetermined time when it is determined that the battery is abnormal in the fourth step And a fifth step of determining whether or not the cooling means is abnormal by comparing the temperature distribution inside the battery detected before adjusting the cooling amount;
A battery cooling state determination method including:
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