JP2017195681A - Battery capacity measuring apparatus and battery capacity measuring program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載バッテリの電池容量を測定する装置,プログラムに関する。 The present invention relates to an apparatus and a program for measuring the battery capacity of an in-vehicle battery.
従来、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されるバッテリ(駆動用バッテリ)の電池容量を測定するための手法の一つとして、電流積算法(クーロンカウンタ方式)を利用したものが知られている。すなわち、バッテリを空状態まで放電させてから満充電状態まで充電したときの電流値を積算することで、充電容量を求めるものである。このような手法で得られる充電容量は、その時点におけるバッテリの容量劣化に見合ったものとなることから、整備点検事項の一つとして測定することが推奨されている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method using a current integration method (Coulomb counter method) is known as one of methods for measuring the battery capacity of a battery (drive battery) mounted on an electric vehicle or a hybrid vehicle. That is, the charging capacity is obtained by integrating the current values when the battery is discharged to the empty state and then charged to the fully charged state. Since the charge capacity obtained by such a method is commensurate with the capacity deterioration of the battery at that time, it is recommended to measure it as one of the maintenance inspection items (see Patent Document 1).
しかしながら、バッテリを空状態まで放電させる際の放電状態によっては、充電容量を精度よく把握できないという課題がある。例えば、バッテリ電圧の低下速度(あるいは放電深度の増加速度)が大きいほど、正極から電解液中に電離するリチウムイオン濃度がより高い状態となる。これにより、放電完了時に正極に再び吸着されるリチウムイオンの量が増大するため、バッテリ電圧の揺り戻し量が大きくなり、バッテリの放電深度が目的とする深度(すなわち0%)よりも浅くなる。その結果、電流積算値から算出される充電容量の値は、実際の値より過小に評価されることになる。したがって、車両の航続可能距離の推定値が実際よりも短くなり、良好な推定精度が得られない。 However, depending on the discharge state when discharging the battery to the empty state, there is a problem that the charge capacity cannot be accurately grasped. For example, the greater the rate of decrease in battery voltage (or the rate of increase in discharge depth), the higher the concentration of lithium ions ionized from the positive electrode into the electrolyte. As a result, the amount of lithium ions adsorbed again on the positive electrode upon completion of discharge increases, so that the amount of battery voltage swinging back increases, and the battery discharge depth becomes shallower than the intended depth (ie, 0%). As a result, the value of the charge capacity calculated from the integrated current value is evaluated to be less than the actual value. Therefore, the estimated value of the cruising distance of the vehicle is shorter than the actual value, and good estimation accuracy cannot be obtained.
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、車載バッテリの電池容量を精度よく算出できるようにしたバッテリ容量測定装置及びプログラムを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。 One of the objects of the present case has been invented in view of the problems as described above, and is to provide a battery capacity measuring device and a program capable of accurately calculating the battery capacity of an in-vehicle battery. It should be noted that the present invention is not limited to this purpose, and is an operational effect that is derived from each configuration shown in “Mode for Carrying Out the Invention” to be described later. Can be positioned as a purpose.
(1)ここで開示するバッテリ容量測定装置は、車載のバッテリを空状態まで放電させてから満充電状態まで充電する際に、前記バッテリの電池容量を測定するバッテリ容量測定装置である。本装置は、前記バッテリに接続された車載装置の作動状態を制御する制御部と、前記バッテリの電池残量を計測する計測部とを備える。前記制御部は、前記バッテリの放電中に前記電池残量が所定値未満まで低下したときに、前記電池残量が前記所定値以上のときよりも前記車載装置の消費電力を減少させて一定に保持する。 (1) The battery capacity measuring device disclosed herein is a battery capacity measuring device that measures the battery capacity of the battery when the vehicle-mounted battery is discharged to an empty state and then charged to a fully charged state. The device includes a control unit that controls an operating state of an in-vehicle device connected to the battery, and a measurement unit that measures a remaining battery level of the battery. The control unit reduces the power consumption of the in-vehicle device to be constant when the remaining battery level drops below a predetermined value during discharging of the battery than when the remaining battery level is equal to or higher than the predetermined value. Hold.
前記制御部は、前記空状態の直前における放電速度(電圧低下速度,放電深度の減少速度)が所定速度以下となるように、前記消費電力を減少させることが好ましい。なお、前記車載装置には、空調用温水ヒータ,空調用コンプレッサ,DC-DCコンバータなどが含まれる。
(2)前記制御部は、前記車載装置の駆動デューティ比を小さく設定することで、前記消費電力を減少させることが好ましい。
(3)前記制御部は、前記電池残量が前記所定値未満に低下してからゼロになるまで、前記駆動デューティ比を一定に保持することが好ましい。
It is preferable that the control unit reduce the power consumption so that a discharge speed (voltage drop speed, discharge depth reduction speed) immediately before the empty state is a predetermined speed or less. The in-vehicle device includes an air conditioning hot water heater, an air conditioning compressor, a DC-DC converter, and the like.
(2) It is preferable that the said control part reduces the said power consumption by setting the drive duty ratio of the said vehicle-mounted apparatus small.
(3) It is preferable that the control unit keeps the driving duty ratio constant until the remaining battery level is reduced to less than the predetermined value and then becomes zero.
(4)前記制御部は、前記バッテリの放電中における外気温が低いほど、前記駆動デューティ比を小さく設定することが好ましい。
(5)前記制御部は、前記バッテリの放電電流値を小さく設定することで、前記消費電力を減少させることが好ましい。
(6)前記制御部は、前記電池残量が前記所定値未満に低下してからゼロになるまで、前記バッテリの放電電流値を一定に保持することが好ましい。
(4) It is preferable that the said control part sets the said drive duty ratio small, so that the external temperature during discharge of the said battery is low.
(5) It is preferable that the said control part reduces the said power consumption by setting the discharge current value of the said battery small.
(6) It is preferable that the said control part hold | maintains the discharge current value of the said battery constant until it becomes zero after the said battery remaining charge falls below the said predetermined value.
(7)前記制御部は、前記バッテリの放電中における電池温度が低いほど、前記放電電流値を小さく設定することが好ましい。なお、前記電池温度に代えて、あるいは加えて、前記外気温や温水温度を参照して前記放電電流値を設定してもよい。
(8)前記バッテリを空状態から満充電状態まで充電したときの電流積算値に基づき、前記バッテリの充電容量を算出する算出部を備えることが好ましい。この場合、前記算出部が、前記充電容量と前記バッテリの新品時充電容量とに基づき前記バッテリの健全度を算出するとともに、前記充電容量と前記健全度とに基づき前記バッテリの放電容量を算出することが好ましい。
(7) It is preferable that the said control part sets the said discharge current value small, so that the battery temperature during discharge of the said battery is low. Instead of or in addition to the battery temperature, the discharge current value may be set with reference to the outside air temperature or hot water temperature.
(8) It is preferable to provide a calculation unit that calculates a charge capacity of the battery based on an integrated current value when the battery is charged from an empty state to a fully charged state. In this case, the calculation unit calculates the battery health based on the charge capacity and the new battery charge capacity, and calculates the battery discharge capacity based on the charge capacity and the health. It is preferable.
(9)ここで開示するバッテリ容量測定プログラムは、車載のバッテリを空状態まで放電させてから満充電状態まで充電する際に、前記バッテリの電池容量を測定するバッテリ容量測定プログラムである。本プログラムは、前記バッテリに接続された車載装置の作動状態を制御する制御手段と、前記バッテリの電池残量を計測する計測手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。また、前記制御手段は、前記バッテリの放電中に前記電池残量が所定値未満まで低下したときに、前記電池残量が前記所定値以上のときよりも前記車載装置の消費電力を減少させて一定に保持する機能を持つ。 (9) The battery capacity measurement program disclosed here is a battery capacity measurement program for measuring the battery capacity of the battery when the vehicle-mounted battery is discharged to an empty state and then charged to a fully charged state. This program is a program for causing a computer to function as a control unit that controls an operating state of an in-vehicle device connected to the battery and a measurement unit that measures the remaining battery level of the battery. Further, the control means reduces the power consumption of the in-vehicle device when the remaining battery level drops below a predetermined value during discharging of the battery than when the remaining battery level is equal to or higher than the predetermined value. Has a function to keep it constant.
車載のバッテリが空状態になる直前に車載装置の消費電力を減少させて一定に保持することで、バッテリ電圧の揺り戻し量を小さくしつつその変動を抑制することができる。したがって、その後の充電時に測定される電池容量の算出精度を高めることができる。 By reducing the power consumption of the in-vehicle device and keeping it constant immediately before the in-vehicle battery becomes empty, the fluctuation can be suppressed while reducing the amount of battery voltage to swing back. Therefore, the calculation accuracy of the battery capacity measured at the time of subsequent charging can be improved.
図面を参照して、実施形態としてのバッテリ容量測定装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。 A battery capacity measuring apparatus as an embodiment will be described with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof. Further, they can be selected as necessary, or can be appropriately combined.
[1.車両構成]
本実施形態で電池容量(放電容量,充電容量)を測定する「測定制御」の対象となる二次電池は、図1に示すような車両10に搭載されるバッテリ11(駆動用バッテリ)である。この車両10は、少なくとも走行用のモータジェネレータ12(単にモータ12と呼ぶ)を搭載した電動車両である。あるいは、モータ12だけでなく、発電用のモータジェネレータ13(単にジェネレータ13と呼ぶ)を駆動するためのエンジン14を搭載したハイブリッド自動車である。エンジン14は、ジェネレータ13を駆動して発電させる原動機であり、必要に応じてエンジン効率の高い回転数領域で運転を継続するように制御される。
[1. Vehicle configuration]
A secondary battery that is a target of “measurement control” for measuring battery capacity (discharge capacity, charge capacity) in the present embodiment is a battery 11 (drive battery) mounted on a
バッテリ11の電池容量は、外部給電設備による外部充電時に測定される。車両10の側面には、車両10を外部給電設備に接続するためのインレット25(充電口)が設けられる。インレット25には、充電ケーブル26を用いて家庭用のコンセント27に接続可能な普通充電用ソケットと、充電スタンド28に接続可能な急速充電用ソケットとが併設される。本実施形態では、普通充電用ソケットを介した普通充電時にバッテリ11の電池容量を測定する制御について詳述するが、急速充電用ソケットを介した急速充電時に電池容量を測定することも可能である。また、原理的にはエンジン14でジェネレータ13を駆動することで生成される電力を用いた充電時(内部充電時)に電池容量を測定することも可能である。
The battery capacity of the
図2に示すように、モータ12(ジェネレータ13)は、インバータ15を介してバッテリ11に接続される。以下、バッテリ11に接続された直流回路のことをバッテリ回路20と呼ぶ。バッテリ回路20には図示しないコンタクタ(回路断接スイッチ)が介装され、コンタクタの断接状態に応じてバッテリ11の充放電電流が供給,遮断される。
As shown in FIG. 2, the motor 12 (generator 13) is connected to the
バッテリ11の内部には、制御回路41と組電池42とが内蔵される。組電池42は、モータ12の電力供給源となる二次電池であり、例えばリチウムイオン二次電池や、リチウムイオンキャパシター,ニッケル水素蓄電池,アルカリイオン蓄電池などである。制御回路41は、スイッチング素子(例えばバイポーラトランジスタやFETなど)や可変抵抗などが介装された電気回路であり、少なくともバッテリ11の放電電流を制御する機能を持つ。
A
インバータ15は、バッテリ11側の直流電力とモータ12側の交流電力とを相互に変換する変換器(DC-ACインバータ)である。モータ12の力行時には、バッテリ11側からモータ12側へと交流の駆動電力が供給される。一方、モータ12の回生時やジェネレータ13の発電時には、モータ12側からバッテリ11側へと直流の充電電力が供給される。インバータ15とモータ12(ジェネレータ13)との間は三相交流電力線で接続される。なお、インバータ15よりもモータ12側の回路は、例えば600[V]程度まで昇圧されうる。これに対し、バッテリ回路20の電圧は200〜300[V]程度である。
The inverter 15 is a converter (DC-AC inverter) that mutually converts DC power on the
バッテリ回路20には、変圧器16,充電器17,空調用コンプレッサ18,空調用温水ヒータ19などの車載装置が接続される。変圧器16は、バッテリ11の電力を低電圧系(いわゆる12[V]系)に供給するためのDC-DCコンバータであり、補機バッテリ24の蓄電量が所定量以下になった場合に自動的に作動して、補機バッテリ24を充電する機能を持つ。
充電器17は、普通充電時に外部給電設備から入力される電力を変換してバッテリ11を充電する車載充電器(OBC,On Board Charger)である。ここでは、車両10の外部から供給される交流電力が、バッテリ電圧に応じた所定の充電電圧の直流電力に変換され、バッテリ11が充電される。
Connected to the
The
空調用コンプレッサ18は、空調装置の冷房時に使用される冷媒を圧送するための圧縮機であり、空調用温水ヒータ19は、暖房時に使用される温水を昇温させるための加熱器である。これらは、普通充電を実施する直前にバッテリ11を空状態まで放電させる際に電気負荷として使用される。また、空調用温水ヒータ19の内部には、コントローラ32(変調器)とヒータ33とが設けられる。
The air-conditioning compressor 18 is a compressor for pumping refrigerant used during cooling of the air-conditioning apparatus, and the air-conditioning hot water heater 19 is a heater for raising the temperature of hot water used during heating. These are used as an electric load when the
コントローラ32は、バッテリ11から供給される直流電流をパルス信号に変換してヒータ33に出力するものである。ここでは、例えばPWM(Pulse Width Modulation)方式で変調されるパルス信号のパルス幅が調節されて、ヒータ33側に出力される電流(電力)の大きさが自在に制御される。コントローラ32から出力されるパルス信号のデューティ比(駆動デューティ比)の値は変更可能とされる。また、ヒータ33は、熱媒体としての温水を昇温させるための加熱装置である。ヒータ33で与えられた熱は、熱交換器を介して空気に移送され、温風ファンによって車室内に供給される。
The
バッテリ11には、充放電状態に対応するパラメータを取得するためのセンサ類として、電流センサ21,電圧センサ22,バッテリ温度センサ23が設けられる。電流センサ21はバッテリ11の電流(入出力電流)を検出し、電圧センサ22はバッテリ11の電圧を検出し、バッテリ温度センサ23は電池温度を検出する。これらのセンサ21〜23で検出された各種情報は、バッテリ11の作動状態,充放電状態を司るバッテリ制御装置29に伝達される。
The
バッテリ制御装置29は、バッテリ11の充放電状態や充電率SOC(State Of Charge),健全度SOH(State Of Health),制御回路41の作動状態,組電池42の状態などを計測,算出,制御する機能を持った電子制御装置(コンピュータ,ECU,Electronic Control Unit)であり、車両10の車載ネットワークに接続される。バッテリ制御装置29の内部には、バスを介して互いに接続されたプロセッサ,メモリ,インタフェイス装置などが内蔵される。
The
プロセッサは、例えば制御ユニット(制御回路)や演算ユニット(演算回路),キャッシュメモリ(レジスタ)などを内蔵する処理装置である。また、メモリは、プログラムや作業中のデータが格納される記憶装置であり、ROM(Read Only Memory),RAM(Random Access Memory),不揮発メモリなどを含む。バッテリ制御装置29で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録,保存されており、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開されて、プロセッサによって実行される。
The processor is a processing device including, for example, a control unit (control circuit), an arithmetic unit (arithmetic circuit), a cache memory (register), and the like. The memory is a storage device that stores a program and working data, and includes a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a nonvolatile memory, and the like. The contents of the control performed by the
車載ネットワーク上には、上記のセンサ21〜23のほか、モータ12,ジェネレータ13,エンジン14,インバータ15,変圧器16,充電器17,空調用コンプレッサ18,空調用温水ヒータ19などが接続される。また、車載ネットワークには、図示しないコネクタを介して、任意の電子機器を接続することも可能である。
In addition to the
図2中には、バッテリ11の作動状態や充放電状態の測定結果を抽出するための測定装置30(MUT,Multi-Use Tester)と、測定装置30での測定結果を分析,表示するためのノートパソコン31とが接続された車両10を例示する。測定装置30,ノートパソコン31はともに、バスを介して互いに接続されたプロセッサ,メモリ,インタフェイス装置を内蔵する電子デバイス(コンピュータ)である。バッテリ制御装置29,測定装置30の駆動電流は、車両10の低電圧系から供給される。
In FIG. 2, a measurement device 30 (MUT, Multi-Use Tester) for extracting the measurement results of the operating state and the charge / discharge state of the
[2.制御構成]
外部充電時にバッテリ11の電池容量を測定する測定制御の主体は、バッテリ制御装置29,測定装置30,ノートパソコン31の少なくともいずれかを含むものとされる。測定制御用のプログラム1(測定プログラム)は、例えばバッテリ制御装置29や測定装置30,ノートパソコン31に内蔵されるメモリ内に記録,保存され、あるいはこれらのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録,保存される。
[2. Control configuration]
The main body of measurement control for measuring the battery capacity of the
測定制御では、図3(A)に示すように、バッテリ11を空状態まで放電させた後に満充電状態まで充電する制御が実施される。ここでいうバッテリ11の空状態とは時刻t1の状態に相当し、バッテリ11の電圧が所定の下限電圧(放電終止電圧,例えば2.5[V])になる状態とする。同様に、満充電状態とは時刻t2の状態に相当し、バッテリ11の電圧が所定の上限電圧(充電終止電圧,例えば4.2[V])になる状態とする。バッテリ11の充電容量は、時刻t1から時刻t2までの電流値を積算することで求められる。
In the measurement control, as shown in FIG. 3A, control is performed in which the
バッテリ11を放電させるための負荷としては、空調用コンプレッサ18や空調用温水ヒータ19が使用(または併用)される。また、放電が完了する時刻t1における、バッテリ電圧の揺り戻し量Rは、放電状態に応じて変化する。例えば、バッテリ電圧の低下速度が小さい場合には、図3(B)に示すように、揺り戻し量Rが比較的小さい値となる。一方、バッテリ電圧の低下速度が大きい場合には、図3(C)に示すように、揺り戻し量Rが比較的大きい値となる。このような揺り戻し量Rの変動は、充電容量の演算精度を低下させる要因の一つとなる。また、揺り戻し量Rが大きいほど、充電容量の演算結果が実際よりも小さく評価されることになる。
As a load for discharging the
そこで、本実施形態の測定制御では、放電が終了する間際におけるバッテリ11の出力(すなわち、車載装置の消費電力)を通常よりも減少させつつ一定に保持する制御を実施する。例えば、図3(D)に示すように、放電完了よりも前の時刻t0から放電が完了する時刻t1までの間は、バッテリ電圧の低下速度(電圧低下速度,放電深度の減少速度)が時刻t0以前よりも小さい所定速度以下となるように放電状態が制御される。換言すれば、バッテリ電圧の減少勾配ΔVが放電の終了間際で小さく一定の値となるように、放電状態が制御される。これにより、揺り戻し量Rが小さくなるとともに、揺り戻し量Rの変動が抑制され、充電容量の演算精度が向上する。 Therefore, in the measurement control according to the present embodiment, control is performed to keep the output of the battery 11 (that is, the power consumption of the in-vehicle device) at a constant level while the discharge is finished, while keeping it constant. For example, as shown in FIG. 3D, the battery voltage decrease rate (voltage decrease rate, discharge depth decrease rate) between time t 0 before the completion of discharge and time t 1 at which discharge is completed. There discharge state is controlled to be smaller predetermined speed less than the time t 0 before. In other words, the discharge state is controlled so that the decrease gradient ΔV of the battery voltage becomes a small and constant value just before the end of the discharge. As a result, the amount of swingback R is reduced, fluctuations in the amount of swingback R are suppressed, and the calculation accuracy of the charge capacity is improved.
測定プログラム1(バッテリ容量測定プログラム)には、計測部2(計測手段),制御部3(制御手段),算出部4(算出手段)が設けられる。これらは、ソフトウェアとしてプログラミングされた測定制御の機能を表現したものである。これらの機能は、バッテリ制御装置29,測定装置30,ノートパソコン31のプロセッサに測定プログラム1を読み込ませて演算処理を実行することで実現されうる。ただし、これらの機能を電子回路(ハードウェア)によって実現することも可能である。あるいは、これらの機能の一部をハードウェアとし、他部をソフトウェアとしてもよい。
The measurement program 1 (battery capacity measurement program) includes a measurement unit 2 (measurement unit), a control unit 3 (control unit), and a calculation unit 4 (calculation unit). These represent the functions of measurement control programmed as software. These functions can be realized by causing the processors of the
計測部2は、バッテリ11の電池残量を計測する機能を持つ。電池残量は、電流センサ21で検出された充放電電流を積算することで算出可能である。あるいは、バッテリ11の電圧と電池残量との関係をマップ,グラフ,数式などの形で予め把握しておき、電圧センサ22で検出された電圧に対応する電池残量を算出してもよい。ここで算出された電池残量の情報は、制御部3に伝達される。
The measuring
制御部3は、バッテリ11の充放電状態とバッテリ11に接続された車載装置の作動状態とを制御する機能を持つ。ここでいう車載装置には、インバータ15,変圧器16,充電器17,空調用コンプレッサ18,空調用温水ヒータ19などが含まれる。本実施形態では、空調用温水ヒータ19を制御対象とした場合の制御内容について詳述する。
The
制御部3は、図3(A)に示すバッテリ11の放電状態において、電池残量が所定値未満(例えば、1セグメント相当量未満)まで低下したときに、電池残量が所定値以上のときよりも空調用温水ヒータ19の消費電力を減少させて一定に保持する制御を実施する。すなわち、バッテリ11の放電が完了する間際(バッテリ11が空状態となる直前)における電圧低下速度が遅くなるように、空調用温水ヒータ19の作動状態を制御する。その後、バッテリ11が空状態になったことを確認した上で、バッテリ11を満充電状態まで充電する。
When the remaining battery level drops below a predetermined value (for example, less than the equivalent of one segment) in the discharge state of the
上記の「セグメント」とは、車両10の車室内に設けられるバッテリ残量計(パワーメーター)に表示される電池残量の最小単位である。バッテリ残量計には、例えば16個のセグメントを列設して棒グラフ状に点灯させたものが、満充電状態の電池残量として表示される。また、満充電状態から電池残量が減少するにつれて、点灯表示されるセグメント数が削減され、電池残量がゼロになるとすべてのセグメントが消灯するようになっている。したがって、ここでいう「1セグメント相当量」とはゼロに近い微小な値であり、充電率SOCに換算して数%程度の電池残量である。なお、電池残量が所定値未満まで低下したことを確認する代わりに、バッテリ電圧が所定電圧(例えば3.0[V])未満まで低下したことを確認してもよい。
The “segment” is a minimum unit of the battery remaining amount displayed on the battery fuel gauge (power meter) provided in the vehicle interior of the
放電が完了する間際に消費電力を減少させるための手法としては、以下の三種類の手法が挙げられる。
第一の手法は、空調用温水ヒータ19の駆動デューティ比を小さくするものである。つまり、コントローラ32からヒータ33に出力されるパルス信号のパルス幅を小さくすることで、空調用温水ヒータ19の消費電力を減少させる。この場合、放電中の電池残量がゼロ(すなわち空状態)になるまでの間は、制御部3が駆動デューティ比の値を一定に保持する。なお、駆動デューティ比の値は予め設定された固定値(例えば数%程度)としてもよいし、外気温に応じて設定される可変値としてもよい。駆動デューティ比と外気温との関係は、例えば図4(A)に示すように、外気温が低温であるほど駆動デューティ比が小さくなる関係とすることが考えられる。これにより、バッテリ11の内部抵抗値の変動に応じた出力が設定されることになり、バッテリ電圧の低下速度が一定となる。例えば、外気温の低下によってバッテリ11の内部抵抗値が上昇したとしても、駆動デューティ比を小さくすることで、バッテリ電圧の減少勾配ΔVの増大が防止される。
There are the following three types of methods for reducing the power consumption just before the discharge is completed.
The first method is to reduce the drive duty ratio of the hot water heater 19 for air conditioning. That is, by reducing the pulse width of the pulse signal output from the
第二の手法は、バッテリ11の放電電流値を小さくするものである。つまり、バッテリ回路20に供給される電流を制御回路41で低下させることで、空調用温水ヒータ19の消費電力を減少させる。この場合、放電中の電池残量がゼロになるまでの間は、制御部3が放電電流値を一定に保持する。放電電流値は予め設定された固定値(例えば数アンペア程度)としてもよいし、電池温度に応じて設定される可変値としてもよい。放電電流値と電池温度との関係は、例えば図4(B)に示すように、電池温度が低いほど小さくなる関係とすることが考えられる。これにより、バッテリ11の内部抵抗値の変動に応じた出力が設定されることになり、バッテリ電圧の低下速度が一定となる。
The second method is to reduce the discharge current value of the
第三の手法は、第一の手法と第二の手法とを併用するものである。つまり、空調用温水ヒータ19の駆動デューティ比とバッテリ11の放電電流値とをともに小さくするものである。この場合、放電中の電池残量がゼロになるまでの間は、制御部3が駆動デューティ比と放電電流値とをともに一定に保持する。これにより、空調用温水ヒータ19の消費電力がさらに減少するとともに、その変動が抑制される。なお、第一の手法と第二の手法とを併用しつつ、外気温や電池温度に応じて一方の手法を休止させ、他方の手法のみを選択するような制御を付加してもよい。
The third method uses both the first method and the second method. That is, both the drive duty ratio of the air-conditioning hot water heater 19 and the discharge current value of the
算出部4は、バッテリ11の充電容量,放電容量を算出する機能と、算出結果を出力,保存する機能とを併せ持つ。充電容量は、バッテリ11が空状態から満充電状態まで充電されたときの電流積算値として算出される。また、放電容量は、バッテリ11の健全度SOHと充電容量とに基づいて算出される。好ましくは、充電容量に変換係数を乗じた値に基づき、放電容量が算出される。変換係数とは、充電容量に対する放電容量の割合を表す係数であり、バッテリ11の健全度SOHに応じて設定される。ここでいう健全度SOHは、バッテリ11の新品時充電容量に対する現時点の充電容量の百分率で表される。
The
変換係数の値は、健全度SOHが低い(劣化が進行している,健全度SOHが0%に近い)ほど小さな値とされる。図4(C)は、健全度SOHと変換係数との関係を例示するグラフである。この例では、健全度SOHが100%に近づくに連れて変換係数の値が1.0に漸近する特性が設定されている。算出部4はこのようなグラフやマップに規定される特性に基づいて変換係数を設定し、これを用いて放電容量を算出する。
The value of the conversion coefficient is set to a smaller value as the soundness level SOH is lower (deterioration is progressing, the soundness level SOH is closer to 0%). FIG. 4C is a graph illustrating the relationship between the soundness level SOH and the conversion coefficient. In this example, a characteristic is set such that the value of the conversion coefficient gradually approaches 1.0 as the soundness degree SOH approaches 100%. The
算出部4で算出された充電容量,放電容量の情報は、その時点におけるバッテリ11の実際の充放電能力を表すパラメータとして記録,保存される。測定制御を実施する主体がバッテリ制御装置29である場合には、測定結果がバッテリ制御装置29内の不揮発メモリに記録,保存され、以後の充電率SOCや健全度SOHの算出に利用される。一方、測定制御を実施する主体が測定装置30やノートパソコン31である場合には、測定結果がディスプレイに表示されるとともにバッテリ制御装置29に出力され、その情報がバッテリ制御装置29内の不揮発メモリに記録,保存される。
Information on the charge capacity and discharge capacity calculated by the
なお、バッテリ11の充電率SOCの値は、上記の充電容量(又は放電容量)に対するその時点の電池残量の百分率として算出される。電池残量は、上記の充電容量(又は放電容量)から電力消費量を随時減算することで算出される。また、車両10の航続可能距離は、その時点の電池残量に電費(単位電力量で車両が走行する距離の平均値)を乗算することで算出される。したがって、充電容量及び放電容量の算出精度を向上させることで、充電率SOC,健全度SOH,航続可能距離などの推定精度も向上する。
In addition, the value of the charging rate SOC of the
[3.フローチャート]
図5は、測定制御の具体的な実行手順を例示するフローチャートである。このフローでは、充電前の放電完了間際において、空調用温水ヒータ19の駆動デューティ比を小さくすることで消費電力が削減される。まず、車両10とコンセント27との間に充電ケーブル26が接続され、かつ、バッテリ制御装置29に測定装置30が接続されたことが検知,確認されると(ステップA1)、バッテリ制御装置29,測定装置30,ノートパソコン31のいずれかにおいて測定プログラム1が実行され、測定制御が開始される。測定制御では、外部充電を開始する前に一旦、バッテリ11を空状態にすべく、空調用温水ヒータ19の作動状態が制御される。
[3. flowchart]
FIG. 5 is a flowchart illustrating a specific execution procedure of measurement control. In this flow, power consumption is reduced by reducing the drive duty ratio of the hot water heater 19 for air conditioning just before the completion of discharging before charging. First, when it is detected and confirmed that the charging
すなわち、バッテリ11からの放電が開始され、バッテリ11の電力で空調用温水ヒータ19がほぼ最大出力で駆動される(ステップA2)。このとき、空調用温水ヒータ19の駆動デューティ比は、例えば90〜100%となるように制御される。また、放電中における電流,電圧,電池温度などの情報が取得され、これらの情報に基づいてバッテリ11の電池残量が1セグメント相当量未満になったか否かが判定される(ステップA3)。
That is, discharging from the
バッテリ11の電池残量が1セグメント相当量未満になると、制御部3において空調用温水ヒータ19の駆動デューティ比が小さな値に変更され(ステップA4)、空調用温水ヒータ19が低出力で駆動される(ステップA5)。空調用温水ヒータ19は、少なくともステップA2よりも小さな駆動デューティ比で制御される。また、駆動デューティ比の値は、バッテリ11が空状態となるまで一定に保持される(ステップA6)。このように、充電前の放電完了間際において、空調用温水ヒータ19の消費電力を減少させつつ一定に保持することで、バッテリ電圧の低下速度も小さく一定の値となる。これにより、揺り戻し量Rが小さくなり、かつ、その変動が抑制される。
When the remaining battery level of the
その後、電池残量がゼロになり、バッテリ11が空状態になると、バッテリ11の外部充電が開始される(ステップA7)。充電中には、電流,電圧,電池温度などの情報が取得され(ステップA8)、これらの情報に基づいてバッテリ11が満充電状態になったか否かが判定される(ステップA9)。バッテリ11が満充電状態になると、充電中における電流の時間積分値に相当する充電容量が算出されるとともに、充電容量に基づいて放電容量が算出される(ステップA10)。
Thereafter, when the remaining battery level becomes zero and the
ステップA5の制御によりバッテリ電圧の揺り戻し量Rが小さく、かつ、安定した値になることから、充電容量,放電容量の算出精度が向上し、実際の充電容量,放電容量に極めて近い容量値が高精度に把握される。その後、測定結果(充電容量,放電容量)が測定装置30やノートパソコン31のディスプレイに表示されるとともに、バッテリ制御装置29内の不揮発メモリに記録,保存され(ステップA11)、測定制御が終了する。
Since the battery voltage swingback amount R is small and becomes a stable value by the control of step A5, the calculation accuracy of the charge capacity and discharge capacity is improved, and the capacity value very close to the actual charge capacity and discharge capacity is obtained. It is grasped with high accuracy. Thereafter, the measurement results (charge capacity, discharge capacity) are displayed on the display of the
図6に示すフローチャートは、充電前の放電完了間際において、バッテリ11の放電電流値を小さくする制御を実施するものであり、図5のステップA4のみを変更したものである。放電電流値を小さく一定の値にすることで(ステップB4)、空調用温水ヒータ19の消費電力が小さく一定の値となり、バッテリ電圧の低下速度も同じく小さく一定の値となる。これにより、揺り戻し量Rが小さくなり、かつ、その変動が抑制される。したがって、充電容量,放電容量の算出精度が向上し、実際の充電容量,放電容量に極めて近い容量値が高精度に把握される。
The flowchart shown in FIG. 6 implements control for reducing the discharge current value of the
[4.効果]
(1)上記の測定プログラム1により実施される測定制御では、車載のバッテリ11が空状態になる直前に空調用温水ヒータ19の消費電力が減少し、かつ、一定に保持される。このような制御により、図3(D)に示すように、バッテリ電圧の揺り戻し量Rを小さくしつつ揺り戻し量Rの変動を抑えて一定にすることができる。したがって、その後の充電時に測定される電池容量の算出精度を高めることができる。また、空調用温水ヒータ19の消費電力を減少させることで、温水の過剰な昇温や蒸発の発生を抑制することができ、空調用温水ヒータ19の破損を防止することができる。また、空調用温水ヒータ19をバッテリ11が空状態になる直前までは高出力で駆動させるため、バッテリ11を空状態まで放電するのに要する時間を、無駄に長くすることがない。したがって、比較的短時間で効率的に測定制御を完了させることができる。
[4. effect]
(1) In the measurement control implemented by the
(2)消費電力を減少させるための手法として、空調用温水ヒータ19の駆動デューティ比を小さくする手法(第一の手法)を採用した場合には、空調用温水ヒータ19が制御対象となるため、バッテリ11の放電状態を積極的に変更する必要がなくなり、容易に実装することができるというメリットが生じる。また、バッテリ11に放電電流値を変更する機能が搭載されていない場合であっても、空調用温水ヒータ19の消費電力を減少させることができる。
(2) When a method (first method) for reducing the drive duty ratio of the air-conditioning hot water heater 19 is adopted as a method for reducing the power consumption, the air-conditioning hot water heater 19 becomes a control target. Thus, there is no need to positively change the discharge state of the
(3)駆動デューティ比の値は、電池残量が所定値未満になってからバッテリ11が空状態になるまで保持されるため、バッテリ電圧が下限電圧に達するまでの電圧低下速度を安定させることができる。例えば、図3(D)に示すように、バッテリ電圧の減少勾配ΔVを一定にすることができる。したがって、充電容量の算出精度を向上させることができ、延いては放電容量の算出精度をも向上させることができる。
(4)また、図4(A)に示すように、外気温が低いほど駆動デューティ比を小さく設定することで、バッテリ11の内部抵抗値の上昇による減少勾配ΔVの増大を防止することができ、減少勾配ΔVを一定にすることができる。したがって、充電容量,放電容量の算出精度を向上させることができる。
(3) Since the value of the drive duty ratio is held until the
(4) Also, as shown in FIG. 4A, by increasing the drive duty ratio as the outside air temperature is lower, it is possible to prevent an increase in the decrease gradient ΔV due to an increase in the internal resistance value of the
(5)消費電力を減少させるための手法として、バッテリ11の放電電流値を小さくする手法(第二の手法)を採用した場合には、バッテリ11が制御対象となるため、空調用温水ヒータ19の作動状態を積極的に変更する必要がなくなり、容易に実装することができるというメリットが生じる。また、空調用温水ヒータ19に駆動デューティ比を変更する機能が搭載されていない場合であっても、空調用温水ヒータ19の消費電力を減少させることができる。
(5) When a technique (second technique) for reducing the discharge current value of the
(6)放電電流値の値は、電池残量が所定値未満になってからバッテリ11が空状態になるまで保持されるため、バッテリ電圧が下限電圧に達するまでの電圧低下速度を安定させることができる。例えば、図3(D)に示すように、バッテリ電圧の減少勾配ΔVを一定にすることができる。したがって、充電容量の算出精度を向上させることができ、延いては放電容量の算出精度をも向上させることができる。
(7)また、図4(B)に示すように、電池温度が低いほど放電電流値を小さく設定することで、バッテリ11の内部抵抗値の上昇による減少勾配ΔVの増大を防止することができ、減少勾配ΔVを一定にすることができる。したがって、充電容量,放電容量の算出精度を向上させることができる。
(6) Since the value of the discharge current value is held until the
(7) Further, as shown in FIG. 4B, the discharge current value is set to be smaller as the battery temperature is lower, so that the increase in the decrease gradient ΔV due to the increase in the internal resistance value of the
(8)上記の測定制御では、バッテリ11の健全度SOHと充電容量とに基づいて放電容量が算出される。例えば、図4(C)に示すように、バッテリ11の健全度SOHが低いほど小さい値の変換係数が設定され、変換係数が小さいほど、充電容量に対する放電容量の割合も小さいものと推定される。このように、充電前の放電状態に見合った充電容量と健全度SOHとを参照することで、バッテリ11の劣化により変化する充電容量と放電容量との差を補正することができ、放電容量の算出精度を向上させることができる。
(8) In the above measurement control, the discharge capacity is calculated based on the soundness level SOH of the
[5.変形例]
上記の測定制御は、車両10の外部給電設備による充電時だけでなく、ジェネレータ13で発生する発電電力を利用した充電時に実施することも可能である。少なくとも、車載のバッテリ11を空状態まで放電させてから満充電状態まで充電する制御が実施可能な車両10であれば、上記の測定制御を実施することができ、上記の測定制御に由来する作用,効果を奏するものとなる。
[5. Modified example]
The above measurement control can be performed not only when charging by the external power supply facility of the
上記の測定制御では、バッテリ11を充電する際の残留電力を空調用温水ヒータ19で消費させる制御について説明したが、空調用温水ヒータ19に代えて、あるいは加えて、空調用コンプレッサ18や変圧器16などの車載装置を使用してもよい。少なくとも消費電力が調整可能な車載装置であって、バッテリ回路20に介装された車載装置を用いることができれば、上述の実施形態と同様の効果を奏する制御を実施することができる。
In the above-described measurement control, the control for consuming the remaining power when charging the
上述の実施形態では、外気温に応じて駆動デューティ比を設定する手法を説明したが、外気温に代えて、あるいは加えて、電池温度や外気圧,バッテリ11のケース内湿度,個々のセル温度,バッテリ11の累積使用時間,充放電回数などのパラメータを用いて駆動デューティ比を設定してもよい。放電電流値の設定に関しても同様である。これらのパラメータを用いることで、車両10の充放電中における環境条件や、バッテリ11の使用履歴に応じた電池容量を測定することが可能となり、電池容量の算出精度をさらに向上させることができる。
In the above-described embodiment, the method of setting the drive duty ratio according to the outside air temperature has been described. However, instead of or in addition to the outside air temperature, the battery temperature or the outside air pressure, the humidity in the case of the
上述の実施形態では、ヒータ33に供給される電流をPWM方式で変調するコントローラ32を例示したが、変調方式はこれに限定されない。例えば、PAM(Pulse Amplitude Modulation)方式や、PPM(Pulse Position Modulation)方式で電流を制御するコントローラを用いてもよい。少なくとも、ヒータ33の駆動デューティ比を制御するものであれば、任意のコントローラ,電子回路,半導体装置を適用することができる。
In the above-described embodiment, the
1 測定プログラム(バッテリ容量測定プログラム)
2 計測部(計測手段)
3 制御部(制御手段)
4 算出部(算出手段)
10 車両
11 バッテリ(駆動用バッテリ)
15 インバータ
16 変圧器(DC-DCコンバータ)
17 充電器(OBC)
18 空調用コンプレッサ
19 空調用温水ヒータ
29 バッテリ制御装置
30 測定装置(MUT)
31 ノートパソコン
32 コントローラ
33 ヒータ
41 制御回路
42 組電池
1 Measurement program (battery capacity measurement program)
2 Measuring unit (measuring means)
3 Control unit (control means)
4. Calculation unit (calculation means)
10
15 Inverter 16 Transformer (DC-DC converter)
17 Battery charger (OBC)
18 Air-conditioning compressor 19 Air-conditioning
31
Claims (9)
前記バッテリに接続された車載装置の作動状態を制御する制御部と、
前記バッテリの電池残量を計測する計測部と、を備え、
前記制御部は、前記バッテリの放電中に前記電池残量が所定値未満まで低下したときに、前記電池残量が前記所定値以上のときよりも前記車載装置の消費電力を減少させて一定に保持する
ことを特徴とする、バッテリ容量測定装置。 In the battery capacity measuring device that measures the battery capacity of the battery when charging the vehicle-mounted battery to the full state after discharging it to the empty state,
A control unit for controlling the operating state of the in-vehicle device connected to the battery;
A measuring unit for measuring the battery remaining amount of the battery,
The control unit reduces the power consumption of the in-vehicle device to be constant when the remaining battery level drops below a predetermined value during discharging of the battery than when the remaining battery level is equal to or higher than the predetermined value. A battery capacity measuring device characterized by holding.
ことを特徴とする、請求項1記載のバッテリ容量測定装置。 The battery capacity measuring device according to claim 1, wherein the control unit reduces the power consumption by setting a drive duty ratio of the in-vehicle device to be small.
ことを特徴とする、請求項2記載のバッテリ容量測定装置。 The battery capacity measuring device according to claim 2, wherein the control unit holds the driving duty ratio constant until the remaining battery level is reduced to less than the predetermined value and then becomes zero.
ことを特徴とする、請求項2又は3記載のバッテリ容量測定装置。 4. The battery capacity measuring device according to claim 2, wherein the controller sets the drive duty ratio to be smaller as the outside air temperature during discharge of the battery is lower.
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のバッテリ容量測定装置。 The said control part reduces the said power consumption by setting the discharge current value of the said battery small, The battery capacity measuring apparatus of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする、請求項5記載のバッテリ容量測定装置。 The battery capacity measuring device according to claim 5, wherein the control unit maintains a constant discharge current value of the battery until the remaining battery level becomes less than the predetermined value and then becomes zero. .
ことを特徴とする、請求項5又は6記載のバッテリ容量測定装置。 The battery capacity measuring device according to claim 5 or 6, wherein the controller sets the discharge current value to be smaller as the battery temperature during discharging of the battery is lower.
前記算出部が、前記充電容量と前記バッテリの新品時充電容量とに基づき前記バッテリの健全度を算出するとともに、前記充電容量と前記健全度とに基づき前記バッテリの放電容量を算出する
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のバッテリ容量測定装置。 Based on a current integrated value when the battery is charged from an empty state to a fully charged state, a calculation unit that calculates a charging capacity of the battery,
The calculation unit calculates the battery health based on the charge capacity and the new battery charge capacity, and calculates the battery discharge capacity based on the charge capacity and the health. The battery capacity measuring device according to any one of claims 1 to 6.
前記バッテリに接続された車載装置の作動状態を制御する制御手段と、
前記バッテリの電池残量を計測する計測手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
前記制御手段は、前記バッテリの放電中に前記電池残量が所定値未満まで低下したときに、前記電池残量が前記所定値以上のときよりも前記車載装置の消費電力を減少させて一定に保持する
ことを特徴とする、バッテリ容量測定プログラム。 In the battery capacity measurement program for measuring the battery capacity of the battery when charging the vehicle-mounted battery to the full state after discharging it to the empty state,
Control means for controlling the operating state of the in-vehicle device connected to the battery;
A program for causing a computer to function as measurement means for measuring the remaining battery capacity of the battery,
The control means reduces the power consumption of the in-vehicle device to be constant when the remaining battery level drops below a predetermined value during discharging of the battery, compared to when the remaining battery level is equal to or higher than the predetermined value. A battery capacity measurement program characterized by holding.
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