JP2017212832A - Battery management device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、バッテリーパックの各バッテリーセル電圧を均等化するセルバランス方法を用いたバッテリーマネジメント装置に関するものである。 The present invention relates to a battery management apparatus using a cell balance method for equalizing each battery cell voltage of a battery pack.
近年、2次電池は、家庭用または工業用の非常用電源や電気自動車の駆動用電源として用いられるようになってきた。この2次電池は、起電圧や電気容量に制限があるため、上記の用途に応じて複数の2次電池を直並列に接続して使用することが一般的である。このような構造の電池を組電池または単にバッテリーパックとも言う。(以下バッテリーパックと称す。)また、バッテリーパックを構成する単位となる電池をバッテリーセルと言う。
ところで、バッテリーパックの長時間の使用や、一部のバッテリーセルを新しい電池に交換した場合にバッテリーセル間で容量のばらつきが生じることになる。この容量のばらつきが生じると、バッテリーパックの充放電時に特定のバッテリーセルが過放電や過充電を発生することになる。この結果、バッテリーパックの容量が減少することになるとともに、バッテリーパックを劣化させ、寿命を短縮させることになる。
このようなバッテリーパック内の容量のばらつきを解消するために、従来、バッテリーパックが満充電時に全てのバッテリーパックが満充電状態になるよう、バッテリーセルのバランス制御が行なわれている。(特許文献1参照)
In recent years, secondary batteries have come to be used as household or industrial emergency power supplies and electric vehicle drive power supplies. Since this secondary battery is limited in electromotive voltage and electric capacity, it is common to use a plurality of secondary batteries connected in series and parallel in accordance with the above-mentioned applications. A battery having such a structure is also referred to as an assembled battery or simply a battery pack. (Hereinafter referred to as a battery pack.) A battery constituting a unit constituting the battery pack is referred to as a battery cell.
By the way, when the battery pack is used for a long time or when some of the battery cells are replaced with new batteries, the capacity varies among the battery cells. When this capacity variation occurs, a specific battery cell is overdischarged or overcharged when the battery pack is charged or discharged. As a result, the capacity of the battery pack is reduced, the battery pack is deteriorated, and the life is shortened.
In order to eliminate such variation in the capacity of the battery pack, conventionally, the balance control of the battery cells is performed so that all the battery packs are fully charged when the battery pack is fully charged. (See Patent Document 1)
しかしながら、上述のような特許文献1のセルバランス制御方法では、各バッテリーセルの中で最も低い電圧をセルバランス目標値として、各バッテリーセルに設置されたセルバランス抵抗を制御するものであり、一方、バッテリーセルには上述のとおり容量に差があるため、充電時の個々のバッテリーセルの充電率は、一様に変化しない。つまり、充電量が変化すると、電圧が最低となるバッテリーセルも変化する。
したがって、充電前の最低電圧であったバッテリーセルに対し、充電中に最低電圧となるバッテリーセルが変化するため、本来セルバランスする必要のないバッテリーセルまでセルバランスの制御を行うことになり、無駄な充電エネルギーの消費や、充電時間が延びるといった問題がある。
However, in the cell balance control method of
Therefore, the battery cell that has the lowest voltage during charging changes with respect to the battery cell that has been the lowest voltage before charging, so cell balance control is performed even for battery cells that do not need to be cell-balanced. There is a problem in that the charging energy is consumed and the charging time is extended.
このような従来のセルバランス制御動作について、図13および図14のタイミングチャートに基づき説明する。なお、動作を分かり易くするため、バッテリーパックとして2つのバッテリーセルA, Bが直列に接続された場合について説明する。
ここで、2つのバッテリーセルA, Bの特性を、
バッテリーセルAの容量>バッテリーセルBの容量、
充電前におけるバッテリーセルAの端子間電圧Va1>バッテリーセルBの端子間電圧Vb1、
とする。
Such a conventional cell balance control operation will be described based on the timing charts of FIGS. In order to make the operation easy to understand, a case will be described in which two battery cells A and B are connected in series as a battery pack.
Here, the characteristics of the two battery cells A and B are
Capacity of battery cell A> Capacity of battery cell B,
The voltage Va1 between the terminals of the battery cell A before charging> the voltage Vb1 between the terminals of the battery cell B,
And
まず、セルバランス制御を実施しない場合、図13に示すように、バッテリーセルAの容量がバッテリーセルBの容量より大きいため、充電が進むにつれてバッテリーセルAに比べてバッテリーセルBの充電率が早く増加する。言い換えれば、バッテリーセルAに比べてバッテリーセルBの端子間電圧が早く上昇する。時刻t1において、バッテリーセルAの端子間電圧とバッテリーセルBの端子間電圧が同じV2となり、その後、バッテリーセルAの端子間電圧がバッテリーセルBの端子間電圧より小となる。次に、時刻t2において、バッテリーセルBの端子間電圧が先に満充電電圧(ここでは4.1Vとする)に到達し、バッテリーセルAは、満充電とならない状態のまま充電を停止することになる。 First, when the cell balance control is not performed, as shown in FIG. 13, since the capacity of the battery cell A is larger than the capacity of the battery cell B, the charging rate of the battery cell B is faster than that of the battery cell A as charging progresses. To increase. In other words, the voltage between the terminals of the battery cell B rises faster than the battery cell A. At the time t1, the voltage between the terminals of the battery cell A and the voltage between the terminals of the battery cell B become the same V2, and then the voltage between the terminals of the battery cell A becomes smaller than the voltage between the terminals of the battery cell B. Next, at time t2, the voltage between the terminals of the battery cell B first reaches the full charge voltage (here, 4.1V), and the battery cell A stops charging without being fully charged. become.
このような事象を解決するため特許文献1においては、図14に示すように、充電開始から時刻t3までの間、バッテリーセルAの端子間電圧がバッテリーセルBの端子間電圧より大であり、セルバランス目標電圧がバッテリーセルBの端子間電圧と同じとしてバッテリーセルAのセルバランス制御を行う。バッテリーセルAにおけるセルバランサ制御の実施時は、充電電流がバランサに流れるため、セルバランサ制御の未実施に比べ充電度合い、すなわち、端子間電圧上昇の度合いが低下する。
In order to solve such an event, in
次いで、時刻t3になると、バッテリーセルAの端子間電圧とバッテリーセルBの端子間電圧が同じV3となり、時刻t3以降は、セルバランス目標電圧がバッテリーセルAの端子間電圧と同じとして、バッテリーセルBのセルバランス制御を行う。
その後、時刻t4において、バッテリーセルA, Bが満充電となり、充電が停止することになる。しかしながら、この場合、セルバランスが不要なバッテリーセルAに対してセルバランス制御を行うことになり、充電の延長および不要なセルバランスによる充電エネルギーの消費が発生してしまうことが分かる。
Next, at time t3, the voltage between the terminals of the battery cell A and the voltage between the terminals of the battery cell B are the same V3. After the time t3, the cell balance target voltage is the same as the voltage between the terminals of the battery cell A. B cell balance control is performed.
Thereafter, at time t4, the battery cells A and B are fully charged, and charging is stopped. However, in this case, it is understood that cell balance control is performed for the battery cell A that does not require cell balance, and charging energy is consumed due to extension of charge and unnecessary cell balance.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、バッテリーセルの容量にばらつきが生じていても、充電の延長および不要な充電エネルギーの消費を無くしつつ、バッテリーパックの充電完了時に各バッテリーセルの端子間電圧のばらつきを抑制することができるバッテリーマネジメント装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the battery cell capacity varies, the battery pack can be charged while extending the charge and consuming unnecessary charging energy. An object of the present invention is to provide a battery management device that can suppress variations in voltage between terminals of each battery cell when completed.
この発明に係るバッテリーマネジメント装置は、バッテリーパックを構成する複数のバッテリーセルにおける端子間電圧(Vn)を検出するセル電圧検出手段と、前記バッテリーパックの充放電電流を検出する電流検出手段と、前記バッテリーパックの充電状態に基づき前記各バッテリーセルの残充電量(Qremn)を算出するセル残充電量算出手段と、前記各バッテリーセルの残充電量(Qremn)から最大値(Qrem_max)を算出する残充電量最大値算出手段と、前記各バッテリーセルの残充電量が最大値(Qrem_max)となる目標充電率(SOC_tgn)を算出するセル目標充電率算出手段と、前記セル目標充電率算出手段による各バッテリーセルの目標充電率(SOC_tgn)から目標電圧(Vtgn)を算出するセル目標電圧算出手段と、前記セル電圧検出手段による端子間電圧(Vn)および前記セル目標電圧算出手段による目標電圧(Vtgn)の差分に応じてバランサ駆動を行うか否かを判定するバランサ駆動判定手段とを備え、前記バランサ駆動判定手段の判定結果に基づいて前記各バッテリーセルのそれぞれに個別のセルバランス制御を実行するように構成したことを特徴とするものである。 The battery management device according to the present invention includes a cell voltage detection means for detecting a voltage (Vn) between terminals in a plurality of battery cells constituting the battery pack, a current detection means for detecting a charge / discharge current of the battery pack, Cell remaining charge amount calculating means for calculating a remaining charge amount (Qremn) of each battery cell based on a charge state of the battery pack, and a remaining value for calculating a maximum value (Qrem_max) from the remaining charge amount (Qremn) of each battery cell A charge amount maximum value calculating means, a cell target charge rate calculating means for calculating a target charge rate (SOC_tgn) at which the remaining charge amount of each battery cell becomes a maximum value (Qrem_max), and each of the cell target charge rate calculating means Calculate target voltage (Vtgn) from target charge rate (SOC_tgn) of battery cell Cell target voltage calculation means, and balancer drive for determining whether or not to perform balancer drive according to the difference between the terminal voltage (Vn) by the cell voltage detection means and the target voltage (Vtgn) by the cell target voltage calculation means Determining means, and configured to execute individual cell balance control for each of the battery cells based on the determination result of the balancer drive determining means.
この発明のバッテリーマネジメント装置によれば、バッテリーパックの長時間使用や一部のバッテリーセルを新しい電池に交換した場合などバッテリーセル間で容量のばらつきが生じた場合においても、各バッテリーセルの充電状態に応じた目標セル電圧を設定することによって、バッテリーパックの充電完了時に各バッテリーセルの端子間電圧のばらつきを抑制することが可能となる。 According to the battery management device of the present invention, even when there is a variation in capacity between battery cells, such as when the battery pack is used for a long time or when some battery cells are replaced with new batteries, the charge state of each battery cell By setting the target cell voltage according to the battery voltage, it is possible to suppress variations in the voltage between terminals of each battery cell when the charging of the battery pack is completed.
実施の形態1.
以下、この発明を図に基づいて説明する。
図1は、この発明の実施の形態1に係るバッテリーマネジメント装置を適用した電気自動車を示す概要図、図2は、図1におけるバッテリーマネジメント装置の具体的な構成を示すブロック図である。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a schematic diagram showing an electric vehicle to which a battery management device according to
図1において、電気自動車100は、電気自動車の走行・充電制御を行う車両制御装置101と、車輪を駆動する駆動用モータ102と、駆動用モータを制御するインバータ103と、インバータ103へ電力を供給するバッテリーパック104と、バッテリーパック104を監視するバッテリーマネジメント装置105と、外部よりバッテリーパック104を充電するための充電器106とを備えている。
In FIG. 1, an
ここで、車両制御装置101は、電気自動車を走行させるために、インバータ103へモータ102の駆動要求を行い、インバータ103は、バッテリーパック104の電力を使用してモータ102を駆動する。また、バッテリーパック104は、バッテリーマネジメント装置105により監視され、このバッテリーマネジメント装置105によるバッテリー状態が車両制御装置101へ送られることになり、車両制御装置101は、バッテリー状態に応じた走行制御を実現するように構成されている。
さらに、車両制御装置101は、外部からの充電要求により充電器106へバッテリーパック104の充電指示を行い、バッテリーパック104への充電を制御する。
Here, the
Furthermore, the
図2は、図1におけるバッテリーマネジメント装置の具体的な構成を示すもので、図2において、車両制御装置101は、走行、充電制御を行うマイクロコンピュータ(以下、マイコンと称す)201を備えており、このマイコン201には、充電制御を行うための充電制御モード判定手段202が設けられている。
また、バッテリーパック104は、複数のバッテリーセル301a,301b,…301nにより構成されている。このようなバッテリーセル301a,301b,…301nの出力電圧は、それぞれ低いものであるため、通常直列に接続して車両駆動に必要な出力電圧が得られるようにバッテリーパック104が構成されている。このバッテリーパック104には、バッテリーパック104の充放電電流を検出する電流検出手段306が接続されている。
FIG. 2 shows a specific configuration of the battery management apparatus in FIG. 1. In FIG. 2, the
The
また、バッテリーマネジメント装置105は、バッテリーセル301a,301b,…301nのそれぞれの端子間電圧を検出するセル電圧検出手段303a,303b,…303nと、バッテリーセル301a,301b,…301nのセル電圧を調整するバランサ302と、セルバランス制御を行うマイコン401を備え、各バッテリーセル301a,301b,…301nのセル電圧を監視し、全バッテリーセルのセル電圧を均一化するセルバランス制御を行うように構成されている。
Further, the
ここで、バランサ302は、バランサ抵抗304とトランジスタ等のバランサ抵抗断続手段305の直列回路を各バッテリーセル301a,301b,…301n間に接続して構成され、マイコン401からのセルバランス制御指示によりバランサ制御を行う。
さらに、セル電圧検出手段303a,303b,…303nは、バッテリーセル301a,301b,…301n間にそれぞれ並列に接続されており、各バッテリーセル301a,301b,…301nの端子間電圧を検出してマイコン401に出力する。
Here, the
Further, the cell voltage detection means 303a, 303b,... 303n are connected in parallel between the
このマイコン401は、上位制御装置である車両制御装置101と通信により接続されており、車両制御装置101からの情報に基づいてセルバランス制御の実施可否を判定し、セル電圧検出手段303a,303b,…303nにより検出した各バッテリーセル301a,301b,…301nの電圧からバランサ302の駆動制御を行うものである。
具体的には、マイコン401は、セル電圧検出手段303a,303b,…303nからのセル電圧を各バッテリーセル毎にRAM(Random Access Memory)に格納するセル電圧値格納手段402と、バッテリーパック104の充放電電流を検出する電流検出手段306からの電流値をRAMへ格納する電流値格納手段403と、各バッテリーセルの容量を推定するセル容量推定手段404と、車両制御装置101の充電制御モード判定手段202からの情報に基づきセルバランス制御の実施可否を判定するセルバランス制御実施判定手段405と、セルバランス制御を行うセルバランス制御手段406とを備えている。
The
Specifically, the
このセルバランス制御手段406は、電流値格納手段403からの電流値と、セル容量推定手段404からの各バッテリーセルの容量と、セル電圧値格納手段402からのセル電圧とに基づき、各バッテリーセルの残充電量を算出する各セル残充電量算出手段501と、各セル残充電量より最大値を算出する残充電量最大値算出手段502と、残充電量最大値と各バッテリーセルの容量から各セル目標充電率を算出する各セル目標充電率算出手段503と、各セル目標充電率から各セル目標電圧を算出する各セル目標電圧算出手段504と、各セル電圧および各セル目標電圧よりバランサ駆動の判定を行うバランサ駆動判定手段505とを備えている。 This cell balance control means 406 is based on the current value from the current value storage means 403, the capacity of each battery cell from the cell capacity estimation means 404, and the cell voltage from the cell voltage value storage means 402. From each cell remaining charge amount calculating means 501 for calculating the remaining charge amount, the remaining charge amount maximum value calculating means 502 for calculating the maximum value from each cell remaining charge amount, the remaining charge amount maximum value and the capacity of each battery cell Each cell target charge rate calculation means 503 for calculating each cell target charge rate, each cell target voltage calculation means 504 for calculating each cell target voltage from each cell target charge rate, and a balancer based on each cell voltage and each cell target voltage Balancer drive determination means 505 for determining drive is provided.
次に、このように構成されたバッテリーマネジメント装置の動作について説明する。
まず、バッテリーマネジメント装置105のセル電圧検出手段303a,303b,…303nは、接続されているバッテリーセル301a,301b,…301nから読み取ったセル電圧をセル電圧値格納手段402へ出力する。この出力に基づき、セル電圧値格納手段402は、一定周期毎に各バッテリーセル301a,301b,…301nのセル電圧を格納し、各バッテリーセル301a,301b,…301nのセル電圧を一括してバランサ駆動判定手段505へ出力する。
また、セル容量推定手段404は、各バッテリーセル301a,301b,…301nの容量を推定し、セルバランス制御手段406へ出力する。
なお、バッテリーセル容量の推定方法は、例えば、特開2012−181066号公報に記載された方法が知られている。
Next, the operation of the battery management device configured as described above will be described.
First, the cell voltage detection means 303a, 303b,... 303n of the
In addition, the cell capacity estimation means 404 estimates the capacity of each
As a method for estimating the battery cell capacity, for example, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-181066 is known.
一方、充電器106は、電源(例えば商用交流200V電源)が接続されると、充電器接続信号が車両制御装置101の充電制御モード判定手段202へ出力される。
この充電器接続信号が充電制御モード判定手段202に入力されると、車両が充電動作にあると判定し、充電制御モード判定信号をバッテリーマネジメント装置105のセルバランス制御実施判定手段405に出力する。セルバランス制御実施判定手段405は、充電制御モード判定信号が入力されると、セルバランス制御の実施が可能であると判定して、セルバランス制御実施可能信号をセルバランス制御手段406へ出力してセルバランス制御手段406を動作させる。
On the other hand, when a power source (for example, a commercial AC 200V power source) is connected to the
When this charger connection signal is input to charge control mode determination means 202, it is determined that the vehicle is in a charging operation, and a charge control mode determination signal is output to cell balance control execution determination means 405 of
このセルバランス制御手段406において、各セル残充電量算出手段501は、電流値格納手段403から出力された電流値とセル容量推定手段404から出力された各バッテリーセルの容量とに基づき、各バッテリーセルの充電率を求め、さらに、前記充電率により各バッテリーセル301a,301b,…301nの満充電までの残りの充電量を算出し、これを各セル残充電量として残充電量最大値算出手段502へ出力する。
In this cell balance control means 406, each cell remaining charge calculation means 501 is based on the current value output from the current value storage means 403 and the capacity of each battery cell output from the cell capacity estimation means 404. The cell charge rate is obtained, and the remaining charge amount until the
残充電量最大値算出手段502は、各セル残充電量算出手段501から出力された各セル残充電量に基づき、その最大値を算出し、これを残充電量最大値として各セル目標充電率算出手段503へ出力する。
さらに、各セル目標充電率算出手段503は、セル容量推定手段404から出力された各バッテリーセルの容量と、残充電量最大値算出手段502から出力された残充電量最大値とに基づき、各バッテリーセル301a,301b,…301nの目標充電率を算出し、これを各セル目標充電率として各セル目標電圧算出手段504に出力する。
The remaining charge amount maximum value calculation means 502 calculates the maximum value based on each cell remaining charge amount output from each cell remaining charge amount calculation means 501, and uses this as the remaining charge amount maximum value for each cell target charge rate. Output to the calculation means 503.
Furthermore, each cell target charge rate calculation means 503 is based on the capacity of each battery cell output from the cell capacity estimation means 404 and the remaining charge amount maximum value output from the remaining charge amount maximum value calculation means 502. The target charging rate of the
各セル目標電圧算出手段504は、各セル目標充電率算出手段503から出力された各セル目標充電率から図12に示すようなテーブルデータを参照して各バッテリーセルの目標電圧を算出し、これを各セル目標電圧としてバランサ駆動判定手段505へ出力する。
なお、図12に示すテーブルデータは、x軸データを充電率、y軸データをセル目標電圧とした2次元テーブルで示されており、x軸データに応じてy軸データが予め設定されている。
Each cell target voltage calculation means 504 calculates the target voltage of each battery cell by referring to the table data as shown in FIG. 12 from each cell target charge rate output from each cell target charge rate calculation means 503. Is output to the balancer drive determination means 505 as each cell target voltage.
The table data shown in FIG. 12 is a two-dimensional table in which the x-axis data is the charging rate and the y-axis data is the cell target voltage, and the y-axis data is preset according to the x-axis data. .
次に、バランサ駆動判定手段505は、セル電圧値格納手段402から出力された各バッテリーセルのセル電圧と各セル目標電圧算出手段504から出力された各バッテリーセルの目標電圧より、バッテリーセル毎に電圧差を求め、この電圧差がしきい値以上である場合、バランサ302に対してバランサ駆動信号を出力する。この出力されたバランサ駆動信号は、バランサ302内の該当するセルのバランサ抵抗断続手段305をオンし、セルバランス制御を実行することになる。
Next, the balancer
次に、各バッテリーセル301a,301b,…301nの目標電圧の算出方法について説明する。
ここで、各バッテリーセル301a,301b,…301nを各バッテリーセルnとし、バッテリーセルnに流れる電流値をI[A]、バッテリーセルnの容量をCpn[Ah]とすると、バッテリーセルnの充電率SOCn[%]は、電流値I(t)[A]の時間積分から求まり、次式で表される。
Next, a method for calculating the target voltage of each of the
Here, if each
ところで、従来技術においては、電池容量によって最低セル電圧であるバッテリーセルの残充電量が最大になるとは限らないため、最低セル電圧を基準値としたセルバランス制御では、無駄なセルバランスによる充電エネルギー消費の発生が問題であった。この無駄なセルバランスを無くすためには、全てのバッテリーセルにおいて残充電量が同じになるようセルバランス制御を行えばよく、複数のバッテリーセル301a,301b,…301nが直列に接続されたバッテリーパック104においては、全てのバッテリーセルで等しく充電量が加算されることから、残充電量の目標を残充電量最大値Qrem_maxとすればよい。
By the way, in the prior art, the remaining charge amount of the battery cell, which is the lowest cell voltage, does not always become the maximum depending on the battery capacity. The occurrence of consumption was a problem. In order to eliminate this useless cell balance, cell balance control may be performed so that the remaining charge amount is the same in all battery cells, and a battery pack in which a plurality of
次に、残充電量最大値Qrem_maxからバッテリーセルnにおける目標電圧Vtgnを算出する方法について説明する。
まず、バッテリーセルnにおいて残充電量最大値Qrem_max[Ah]に充電したとき、満充電となる目標充電率SOCtgn[%]は、次式で表される。
Next, a method for calculating the target voltage Vtgn in the battery cell n from the maximum remaining charge amount Qrem_max will be described.
First, when the battery cell n is charged to the maximum remaining charge amount Qrem_max [Ah], the target charge rate SOCtgn [%] that is fully charged is expressed by the following equation.
また、各バッテリーセルnにおける目標電圧Vtgn[V]は、図12に示すテーブルデータを参照する処理map(SOC)を用い、次式で求めることができる。 Further, the target voltage Vtgn [V] in each battery cell n can be obtained by the following equation using the processing map (SOC) referring to the table data shown in FIG.
次に、実施の形態1におけるセルバランス制御動作について図3〜図11に示すワークフローを用いて説明する。
図3は、バッテリーマネジメント装置105の動作を説明するワークフローで、この動作は、マイコン401などに設定された所定時間毎に実行される。
まず、ステップS1において、セル電圧検出手段303より取得したセル電圧をセル電圧値格納手段210にてセル毎に順次RAMに格納する。
次に、ステップS2において、電流検出手段306より取得したバッテリーパック104の充放電電流を電流値格納手段403に格納する。
Next, the cell balance control operation in the first embodiment will be described using the workflows shown in FIGS.
FIG. 3 is a workflow for explaining the operation of the
First, in step S1, the cell voltage acquired from the cell
Next, in step S <b> 2, the charge / discharge current of the
次に、ステップS3において、各バッテリーセルの容量をセル容量推定手段404により推定し、RAMへ格納する。
なお、セル容量の推定方法は、例えば、特開2012−181066号公報に記載された方法が知られている。
Next, in step S3, the capacity of each battery cell is estimated by the cell capacity estimating means 404 and stored in the RAM.
As a method for estimating the cell capacity, for example, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-181066 is known.
次に、ステップS4において、車両制御装置101の充電制御モード判定手段202からの情報に基づき、セルバランス制御を行うか判定する。具体的には、充電器106が充電動作中であるか否かを判定し、充電動作中の場合は、セルバランス制御が必要であると判定し、充電動作中でない場合は、セルバランス制御が不要であると判定する。
ここで、セルバランス制御が不要と判定した場合は、ステップS10へ進み、処理を終了する。一方、セルバランス制御が必要と判定した場合、ステップS5へ進み、ステップS1にて格納した各バッテリーセル301a,301b,…301nのセル電圧とステップS3にて格納した各バッテリーセル301a,301b,…301nの容量より各セル充電率を算出し、さらに各セル充電率から各セル残充電量を算出する。
Next, in step S <b> 4, it is determined whether to perform cell balance control based on information from the charging control
If it is determined that cell balance control is not necessary, the process proceeds to step S10 and the process is terminated. On the other hand, if it is determined that the cell balance control is necessary, the process proceeds to step S5, where the cell voltage of each
次に、ステップS6において、各セル残充電量から残充電量最大値を算出し、ステップS7において、各バッテリーセルが残充電量最大値を充電したときに満充電となる各セル目標充電率を残充電量最大値から算出する。
次に、ステップS8では、各セル目標充電率に基づき、各セル目標電圧を算出し、最後に、ステップS9において、ステップS1にて格納した各バッテリーセルのセル電圧とステップS8にて算出した各セル目標電圧値よりバランサ制御を駆動するか否かの判定を行う。
Next, in step S6, the remaining charge amount maximum value is calculated from each cell remaining charge amount. In step S7, each cell target charge rate that is fully charged when each battery cell is charged with the remaining charge amount maximum value is determined. Calculated from the maximum remaining charge.
Next, in step S8, each cell target voltage is calculated based on each cell target charging rate. Finally, in step S9, the cell voltage of each battery cell stored in step S1 and each calculated in step S8 are calculated. It is determined whether or not the balancer control is driven based on the cell target voltage value.
次に、図3におけるステップS1〜S3およびステップS5〜S9の詳細について説明する。
図4は、ステップS1(バランサ駆動制御)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS11において、通信手段等を介してセル電圧検出手段303により検出されたセル電圧をマイコン401に読み込み、ステップS12において、読み込んだセル電圧を対象のセル電圧格納用RAMへ記憶する。なお、ステップS1の処理は、セル電圧値格納手段402で行う。
Next, details of steps S1 to S3 and steps S5 to S9 in FIG. 3 will be described.
FIG. 4 is a workflow diagram showing details of step S1 (balancer drive control).
In step S11, the cell voltage detected by the cell voltage detection means 303 is read into the
図5は、ステップS2(電流値格納処理)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS21において、通信手段等を介して電流検出手段306により検出された、バッテリーパック104の充放電電流をマイコン401にて読み込み、ステップS22において、読み込んだ電流を電流値格納用RAMへ記憶する。なお、ステップS2の処理は、電流値格納手段403で行う。
FIG. 5 is a workflow diagram showing details of step S2 (current value storage processing).
In step S21, the charge / discharge current of the
図6は、ステップS3(各セル容量算出)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS31において、各バッテリーセルnの様々な情報に基づいて各バッテリーセルnの容量推定を行い、ステップS32において、各セル容量格納用RAMへ記憶する。なお、ステップS3の処理は、セル容量推定手段404で行う。
FIG. 6 is a workflow diagram illustrating details of step S3 (each cell capacity calculation).
In step S31, the capacity of each battery cell n is estimated based on various information of each battery cell n, and stored in each cell capacity storage RAM in step S32. The process of step S3 is performed by the cell
図7は、ステップS5(各セル残充電量算出)の詳細を示すワークフロー図である。
まず、ステップS51において、電流値Iと各セル容量CPnを入力として、(式1)に基づき各バッテリーセルnの充電率SOCnを求め、次に、ステップS52において、各バッテリーセルnの充電率SOCnより(式2)に基づき、各バッテリーセルnの残充電量Qremnを算出する。この算出した各バッテリーセルnの残充電量Qremnを、ステップS53において、各セル残充電量RAMへ格納する。なお、ステップS5の処理は、各セル残充電量算出手段501で行う。
FIG. 7 is a workflow diagram showing details of step S5 (calculation of each cell remaining charge amount).
First, in step S51, the current value I and each cell capacity CPn are input, and the charging rate SOCn of each battery cell n is obtained based on (Equation 1). Next, in step S52, the charging rate SOCn of each battery cell n is obtained. Based on (Equation 2), the remaining charge amount Qremn of each battery cell n is calculated. In step S53, the calculated remaining charge amount Qremn of each battery cell n is stored in each cell remaining charge amount RAM. In addition, the process of step S5 is performed by each cell remaining charge calculation means 501.
図8は、ステップS6(残充電量最大値算出)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS61において、各セル残充電量Qremnから(式3)に基づいて残充電量最大値Qrem_maxを算出し、ステップS62において、前記最大値を残充電量最大値RAMへ格納する。なお、ステップS6の処理は、残充電量最大値算出手段502で行う。
FIG. 8 is a workflow diagram showing details of step S6 (calculation of maximum remaining charge amount).
In step S61, the remaining charge maximum value Qrem_max is calculated from each cell remaining charge amount Qremn based on (Equation 3), and in step S62, the maximum value is stored in the remaining charge amount maximum value RAM. The process of step S6 is performed by the remaining charge maximum
図9は、ステップS7(各セル目標充電率算出)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS71において、各セル容量CPnと残充電量最大値Qrem_maxを入力として、(式4)に基づいて各バッテリーセルnの目標充電率SOCtgnを算出し、ステップS72において、各バッテリーセルnの目標充電率SOCtgnを各セル目標充電率RAMへ格納する。なお、ステップS7の処理は、各セル目標充電率算出手段503で行う。
FIG. 9 is a workflow diagram showing details of Step S7 (each cell target charging rate calculation).
In step S71, each cell capacity CPn and maximum remaining charge amount Qrem_max are input, and a target charge rate SOCtgn of each battery cell n is calculated based on (Equation 4). In step S72, the target charge of each battery cell n is calculated. The rate SOCtgn is stored in each cell target charge rate RAM. In addition, the process of step S7 is performed by each cell target charge rate calculation means 503.
図10は、ステップS8(各セル目標電圧算出)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS81において、図12に示すテーブルデータを参照し、各セル目標充電率SOCtgnから各バッテリーセルnの目標電圧Vtgnを算出する。その後、ステップS82において、各バッテリーセルnの目標電圧Vtgnを各セル目標電圧RAMへ格納する。なお、ステップS8の処理は、図2の各セル目標電圧算出手段504で行う。
FIG. 10 is a workflow diagram showing details of step S8 (each cell target voltage calculation).
In step S81, referring to the table data shown in FIG. 12, the target voltage Vtgn of each battery cell n is calculated from each cell target charge rate SOCtgn. Thereafter, in step S82, the target voltage Vtgn of each battery cell n is stored in each cell target voltage RAM. The process in step S8 is performed by each cell target
図11は、ステップS9(バランサ駆動判定)の詳細を示すワークフロー図である。
まず、ステップS91にて、各バッテリーセルnのセル電圧Vn[V]と各バッテリーセルnの目標電圧Vtgnの差分を各バッテリーセルnのバランサ駆動判定値ΔVn[V]として算出する。なお、各バッテリーセルnのバランサ駆動判定値ΔVnは、次式に基づき算出する。
FIG. 11 is a workflow diagram showing details of step S9 (balancer drive determination).
First, in step S91, the difference between the cell voltage Vn [V] of each battery cell n and the target voltage Vtgn of each battery cell n is calculated as the balancer drive determination value ΔVn [V] of each battery cell n. The balancer drive determination value ΔVn of each battery cell n is calculated based on the following equation.
次に、ステップS92において、ステップS91で算出された各バッテリーセルnのバランサ駆動判定値ΔVnに基づき、バランサ駆動判定を行う。ステップS92において、各バッテリーセルnのバランサ駆動判定値ΔVnが0よりも大きい場合は、ステップS93へ進み、バッテリーセルnのバランサ駆動開始指示をオンとする。バッテリーセルnのバランサ駆動開始指示がオンになると、バッテリーセルnのスイッチング素子からなるバランサ抵抗断続手段305がオンし、バランサ制御を行うことになる。
一方、バランサ駆動判定値ΔVnが0以下である場合、ステップS94へ進み、このバッテリーセルnのバランサ駆動開始指示をオフとする。バッテリーセルnのバランサ駆動開始指示がオフになると、バッテリーセルnのバランサ抵抗断続手段305がオフし、バランサ制御を停止する。なお、ステップS9の処理は、バランサ駆動判定手段505で行う。
Next, in step S92, balancer drive determination is performed based on the balancer drive determination value ΔVn of each battery cell n calculated in step S91. In step S92, when the balancer drive determination value ΔVn of each battery cell n is larger than 0, the process proceeds to step S93, and the balancer drive start instruction for the battery cell n is turned on. When the balancer driving start instruction for the battery cell n is turned on, the balancer resistance interrupting means 305 including the switching element of the battery cell n is turned on to perform balancer control.
On the other hand, when the balancer drive determination value ΔVn is 0 or less, the process proceeds to step S94, and the balancer drive start instruction for the battery cell n is turned off. When the balancer drive start instruction for the battery cell n is turned off, the balancer resistance interrupting means 305 for the battery cell n is turned off and the balancer control is stopped. The process of step S9 is performed by the balancer
次に、以上のような処理を図15に示すタイミングチャートに基づいて説明する。
図15(a)は、充電開始から充電終了における特定のバッテリーセルA, Bの残充電量、図15(b)は、バッテリーセルA, Bの目標充電率、図15(c)は、バッテリーセルA, Bの端子間電圧と目標電圧、図15(d)は、バッテリーセルA, Bのバランサ駆動状態を示す。
ここでは、充電前におけるバッテリーセルAの端子間電圧をVa1、充電率SOCAを60.0[%]、容量CpAを100[Ah]、バッテリーセルBの端子間電圧をVb1、充電率SOCBを40[%]、容量CpBを50[Ah]として説明する。なお、端子間電圧Va1とVb1の関係は、SOCA>SOCBによりVa1>Vb1である。また、車両は、充電動作状態とし、バランサ駆動制御の実施判定が成立してステップS5〜ステップS9が実行されているものとする。
Next, the above processing will be described based on the timing chart shown in FIG.
15A shows the remaining charge amount of specific battery cells A and B from the start of charging to the end of charging, FIG. 15B shows the target charging rate of battery cells A and B, and FIG. The voltage between the terminals of the cells A and B and the target voltage, FIG. 15D, shows the balancer driving state of the battery cells A and B.
Here, the voltage between the terminals of the battery cell A before charging is Va1, the charging rate SOCA is 60.0 [%], the capacity CpA is 100 [Ah], the voltage between the terminals of the battery cell B is Vb1, and the charging rate SOCB is 40. Description will be made assuming that [%] and the capacitance CpB are 50 [Ah]. The relationship between the terminal voltages Va1 and Vb1 is Va1> Vb1 because SOCA> SOCB. Further, it is assumed that the vehicle is in a charging operation state, execution determination of balancer drive control is established, and steps S5 to S9 are executed.
初めに、充電開始時におけるバッテリーセルA, Bの残充電量、目標充電率および目標電圧について説明する。
まず、ステップS5において、バッテリーセルA, Bの残充電量QremA, QremBを算出し、上記の条件より、(式2)からQremA=40[Ah], QremB=30[Ah]が求められる。
First, the remaining charge amount, the target charge rate, and the target voltage of the battery cells A and B at the start of charging will be described.
First, in step S5, the remaining charge amounts QremA and QremB of the battery cells A and B are calculated, and QremA = 40 [Ah] and QremB = 30 [Ah] are obtained from (Equation 2) from the above conditions.
次に、ステップS6において、残充電量最大値を算出する。ここでは、残充電量最大値Qrem_max=QremA=40[Ah]となる。 Next, in step S6, the remaining charge amount maximum value is calculated. Here, the remaining charge amount maximum value Qrem_max = QremA = 40 [Ah].
次に、ステップS7において、バッテリーセルA, Bの目標充電率を算出する。上記の条件より、式4からバッテリーセルAの目標充電率SOCtgA=SOCA=60[%]、バッテリーセルBの目標充電率SOCtgB=20[%]となる。
Next, in step S7, target charge rates of the battery cells A and B are calculated. From the above conditions, the target charging rate SOCtgA = SOCA = 60 [%] of the battery cell A and the target charging rate SOCtgB = 20 [%] of the battery cell B are obtained from
次に、ステップS8において、バッテリーセルAの目標電圧VtgA、およびバッテリーセルBの目標電圧VtgBを算出する。ここで、バッテリーセルAの残充電量QremAが残充電量最大値Qrem_maxと等しい間は、バッテリーセルAの充電率SOCAと目標充電率SOCtgAが一致する。そして、図12に示すように充電率SOCと端子間電圧は、一意の関係にあることから、バッテリーセルAの端子間電圧VAと目標電圧VtgAが一致することが分かる。 Next, in step S8, the target voltage VtgA of the battery cell A and the target voltage VtgB of the battery cell B are calculated. Here, while the remaining charge amount QremA of the battery cell A is equal to the remaining charge amount maximum value Qrem_max, the charge rate SOCA of the battery cell A matches the target charge rate SOCtgA. As shown in FIG. 12, since the charging rate SOC and the inter-terminal voltage are in a unique relationship, it can be seen that the inter-terminal voltage VA of the battery cell A matches the target voltage VtgA.
一方、バッテリーセルBでは残充電量QremBが残充電量最大値Qrem_maxより小さいため、バッテリーセルBの充電率SOCBは、バッテリーセルBの目標充電率SOCtgBより大きく、すなわち、バッテリーセルBの端子間電圧Vb1は、目標電圧VtgBより大となる。
その後、充電が実施され、充電中は、ステップS5からステップS9が繰り返し実行され、バッテリーセルA, Bの残充電量、目標充電率および目標電圧を更新して行く。
On the other hand, in the battery cell B, the remaining charge amount QremB is smaller than the maximum remaining charge amount Qrem_max. Vb1 is larger than the target voltage VtgB.
Thereafter, charging is performed. During charging, Steps S5 to S9 are repeatedly executed, and the remaining charge amount, the target charge rate, and the target voltage of the battery cells A and B are updated.
充電開始から充電終了におけるバッテリーセルA, Bの残充電量の変化を図15(a)に、目標充電率の変化を図15(b)に、端子間電圧と目標電圧の変化を図15(c)に、バッテリーセルA, Bのバランサ駆動状態を図15(d)に示す。
充電中は、バッテリーセルAの残充電量QremAと残充電量最大値Qrem_maxが一致、すなわち、バッテリーセルAの端子間電圧VAとバッテリーセルAの目標電圧VtgAが一致するため、バッテリーセルAのバランサ302は駆動せず、セルバランスは実行されない。
FIG. 15 (a) shows the change in the remaining charge amount of the battery cells A and B from the start of charging to the end of charging, FIG. 15 (b) shows the change in the target charging rate, and FIG. FIG. 15D shows the balancer driving state of the battery cells A and B in FIG.
During charging, the remaining charge amount QremA of the battery cell A and the remaining charge amount maximum value Qrem_max match, that is, the voltage VA between the terminals of the battery cell A and the target voltage VtgA of the battery cell A match. 302 is not driven and cell balancing is not performed.
一方、バッテリーセルBの残充電量QremBは、残充電量最大値Qrem_maxより小であるため、バッテリーセルBの充電率SOCBは、バッテリーセルBの目標充電率SOCtgBよりも大、すなわち、バッテリーセルBの端子間電圧VbがバッテリーセルBの目標電圧VtgBより大となって、バッテリーセルBのバランサ302が駆動し、セルバランスが実行される。そして、時刻t5でバッテリーセルA, Bの残充電量が一致し、バッテリーセルBのバランサ302は停止する。その後、時刻t6で満充電状態となり充電が終了する。
On the other hand, since the remaining charge amount QremB of the battery cell B is smaller than the remaining charge amount maximum value Qrem_max, the charge rate SOCB of the battery cell B is larger than the target charge rate SOCtgB of the battery cell B, that is, the battery cell B The inter-terminal voltage Vb becomes larger than the target voltage VtgB of the battery cell B, the
以上説明したように、充電開始から充電終了の動作において、バッテリーセルAの残充電量QremAである40[Ah]の充電で、バッテリーセルAをセルバランスすることなくバッテリーセルBを満充電にすることができることが分かる。すなわち、図14に示すバッテリーセルAのセルバランスが実施されなくなり、無駄な充電エネルギーの消費を抑制することができるとともに、充電時間を短縮することができる。 As described above, in the operation from the start of charging to the end of charging, the battery cell B is fully charged without charging the battery cell A with 40 [Ah] which is the remaining charge amount QremA of the battery cell A. I can see that That is, the cell balance of the battery cell A shown in FIG. 14 is not performed, so that consumption of useless charging energy can be suppressed and the charging time can be shortened.
実施の形態2.
上述の実施の形態1においては、各セルの残充電量が同じになるまで残充電量最大値Qrem_max以外のセルのバランサ302を駆動するものであるが、この場合、単位時間当たりにバランサ302で消費する充電量が最大の状態でセルバランス制御を行うため、バランサ抵抗304が発熱、劣化し、故障の原因となる。また、充電途中で各セルの残充電量が同じになる(図15の時刻t5)ケースにおいて、充電を中断した場合、満充電時に各セルの残充電量が同じになるケースに比べて、単位時間当たりに充電中バランサ抵抗304で消費する充電量は余剰となってしまう。
このような問題を解決するため、この発明の実施の形態2においては、満充電時に各セルの残充電量が同じになるよう残充電量最大値Qrem_max以外のセルのバランサ302を間欠駆動するようにしたものである。
In the above-described first embodiment, the
In order to solve such a problem, in the second embodiment of the present invention, the
まず、実施の形態1における、各セル残充電量、各セル満充電消費充電量、各セル単位時間当り消費充電電流およびバランサ駆動状態についてタイミングチャートである図24を用いて説明する。
図24(a)は、充電開始から充電終了におけるバッテリーセルA,Bの端子間電圧と目標電圧、図24(b)は、バッテリーセルA,Bのバランサ駆動状態、図24(c)は、バッテリーセルA,Bの満充電消費充電量,図24(d)は、バッテリーセルA,Bの単位時間当りの消費充電電流を示す。
First, each cell remaining charge amount, each cell full charge consumption charge amount, each cell unit time consumption charge current, and the balancer drive state in the first embodiment will be described with reference to FIG. 24 which is a timing chart.
24A shows the voltage between the terminals of the battery cells A and B and the target voltage from the start of charging to the end of charging, FIG. 24B shows the balancer driving state of the battery cells A and B, and FIG. FIG. 24 (d) shows the charging current consumed per unit time of the battery cells A and B. FIG.
ここで、満充電消費充電量とは,満充電までに消費する充電量を示す。また、単位時間当たり消費充電電流は、単位時間当りの消費充電量を示し、満充電消費充電量の勾配と等しい。また、充電開始時(t=0)における各バッテリーセルの端子間電圧、充電率、容量は、上述した実施の形態1と同じとする。 Here, the full charge consumption charge amount indicates the charge amount consumed before full charge. The charging current consumption per unit time indicates the charging amount consumed per unit time, and is equal to the gradient of the full charging consumption charging amount. Further, the terminal voltage, the charging rate, and the capacity of each battery cell at the start of charging (t = 0) are the same as those in the first embodiment.
まず、充電開始時刻t=0において、バッテリーセルBの端子間電圧Vb1が目標電圧VtgBより大となって、バッテリーセルBのバランサ302がオンとなる。その後、バッテリーセルBの端子間電圧Vb1が目標電圧VtgBと等しくなる時刻t5までバッテリーセルBのバランサ302がオンとなり、バッテリーセルBのバランサ302に常に電流が流れ続け、バッテリーセルBの充電量が消費される。その後、時刻t5において、バッテリーセルAの残充電量とバッテリーセルBの残充電量が同じとなってバッテリーセルBの満充電消費充電量がゼロとなる。さらに、バッテリーセルBの端子間電圧Vb1が目標電圧VtgBと同じとなり、バランサ302が停止する。
First, at the charging start time t = 0, the voltage Vb1 between the terminals of the battery cell B becomes higher than the target voltage VtgB, and the
ここで、充電開始時刻(t=0)から時刻(t=5)の間に充電が停止した場合、満充電で満充電消費充電量がゼロとなる場合に比べて、バッテリーセルBの単位時間当りにおける消費充電電流が多くなる。すなわち、バッテリーセルBの充電量を余剰に消費することになる。また、バランサ抵抗304に余剰な電流を流すため、バランサ抵抗304が発熱し劣化、故障を促進することになる。
Here, when the charging is stopped between the charging start time (t = 0) and the time (t = 5), the unit time of the battery cell B is compared with the case where the full charge consumption charge amount becomes zero due to the full charge. The charging current consumption per hit increases. That is, the charge amount of the battery cell B is consumed excessively. In addition, since an excessive current flows through the
このような問題に鑑みて、実施の形態2においては、満充電時に充電消費充電量がゼロとなるよう、バランサ302の間欠駆動を行うことを特徴としている。
図16は、この発明の実施の形態2に係るバッテリーマネジメント装置の具体的な構成を示す要部ブロック図で、バッテリーマネジメント装置105内におけるマイコン401の要部構成を示し、車両制御装置101、バッテリーパック104、バランサ302などの構成は、図1と同一であるため、省略している。
In view of such a problem, the second embodiment is characterized in that the
FIG. 16 is a principal block diagram showing a specific configuration of the battery management device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 16 shows the principal configuration of the
また、マイコン401において、セル電圧値格納手段402と、電流値格納手段403と、セル容量推定手段404と、セルバランス制御実施判定手段405とは、実施の形態1に記載の構成とほぼ同じである。このマイコン401には、満充電までの時間である充電時間Tchgを推定する充電時間推定手段511と、各セルの内部抵抗Rinnを推定する各セル内部抵抗推定手段512とが設けられている。
また、マイコン401のセルバランス制御手段406には、各セル残充電量算出手段501と、残充電量最大値算出手段502と、各セル目標充電率算出手段503と、各セル目標電圧算出手段504に加えて次の構成が追加されている。
In the
Further, the cell balance control means 406 of the
すなわち、各セル残充電量算出手段501からの各セル残充電量Qremnおよび残充電量最大値算出手段502からの残充電量最大値Qrem_maxにより、各セル満充電消費充電量Qcnを算出する各セル満充電消費充電量算出手段506と、充電時間Tchgおよび各セル満充電消費充電量Qcnにより単位時間当たりの消費充電電流Iccnを算出する各セル単位時間当り消費充電電流算出手段507と、電流値格納手段403から得られるバッテリーセルnに流れる電流値I、セル電圧値格納手段402から得られるセル電圧Vn、各セル内部抵抗Rinnおよびマイコン内部で固有値として記録されたバランサ抵抗値Rbにより各セルバランサ消費充電電流Ibnを算出する各セルバランサ消費充電電流算出手段508と、各セル単位時間当たりの消費充電電流Iccn、各セルバランサ消費充電電流Ibn、セル電圧Vnおよび各セル目標電圧Vtgnにより各セルバランサ駆動割合Dutynを算出する各セルバランサ駆動割合算出手段509と、各セルバランサ駆動割合Dutynに応じてバランサを駆動するバランサ駆動手段510とが設けられている。
That is, each cell that calculates each cell full charge consumption charge amount Qcn from each cell remaining charge amount Qremn from each cell remaining charge amount calculation means 501 and the remaining charge amount maximum value Qrem_max from the remaining charge amount maximum value calculation means 502 A full charge / consumption charge amount calculation means 506, a consumption charge current calculation means 507 for each cell unit time for calculating a consumption charge current Iccn per unit time based on the charge time Tchg and each cell full charge consumption charge amount Qcn, and current value storage Each cell balancer consumed by the current value I flowing in the battery cell n obtained from the
次に、このようなバッテリーマネジメント装置の動作について説明する。
まず、充電時間推定手段511は、満充電までの時間Tchgを推定し、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段507へ出力する。また、各セル内部抵抗推定手段512は、各セル内部抵抗Rinnを推定し、各セルバランサ消費充電電流算出手段508へ出力する。なお、充電時間の推定方法は、例えば、特許第5742999号公報に、セル内部抵抗の推定方法は、例えば、特開2014−6245号公報などにより知られている。
Next, the operation of such a battery management device will be described.
First, the charging time estimation means 511 estimates the time Tchg until full charge, and outputs it to the consumption charge current calculation means 507 per unit cell time. Further, each cell internal resistance estimation means 512 estimates each cell internal resistance Rinn and outputs it to each cell balancer consumption charging current calculation means 508. A charging time estimation method is known, for example, in Japanese Patent No. 5742999, and a cell internal resistance estimation method is known, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2014-6245.
一方、各セル満充電消費充電量算出手段506は、残充電量最大値算出手段502より出力された残充電量Qrem_maxと各セル残充電量算出手段501より算出された各セル残充電量Qremnとの差分より、各セルの満充電までに消費すべき充電量である各セル満充電消費充電量Qcnを算出し、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段507へ出力する。
これらの充電時間Tchgおよび各セル満充電消費充電量Qcnの出力を受けて、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段507は、満充電で各セル満充電消費充電量Qcnを消費するために各セルの単位時間当りの消費充電電流Iccnを算出し、各セルバランサ駆動割合算出手段509へ出力する。
On the other hand, each cell full charge consumption charge
In response to the output of the charging time Tchg and each cell full charge consumption charge amount Qcn, each cell unit time consumption charge current calculation means 507 performs each charge to consume each cell full charge consumption charge amount Qcn in full charge. The consumption charge current Iccn per unit time of the cell is calculated and output to each cell balancer drive ratio calculation means 509.
次に、各セルバランサ消費充電電流算出手段508は、電流値Iと、セル電圧Vnと、各セル内部抵抗Rinnおよびマイコン内部に記録されたバランサ抵抗値Rbより各セルバランサ消費充電電流Ibnを算出し、各セルバランサ駆動割合算出手段509へ出力する。各セルバランサ駆動割合算出手段509は、セル電圧Vnが各セル目標電圧Vtgn以上である場合には、各セル単位時間当たりの消費充電電流Iccnと各セルバランサ消費充電電流Ibnの割合を各セルバランサ駆動割合Dutynとし、一方、セル電圧Vnが各セル目標電圧Vtgn未満である場合には、各セルバランサ駆動割合Dutynをゼロとし、バランサ駆動手段510へ出力する。この出力を受けてバランサ駆動手段510は、各セルバランサ駆動割合Dutynに応じて予め定められた周期にてバランサ抵抗断続手段305の切断、接続を繰り返し行うことになる。 Next, each cell balancer consumption charging current calculation means 508 calculates each cell balancer consumption charging current Ibn from the current value I, the cell voltage Vn, each cell internal resistance Rinn, and the balancer resistance value Rb recorded inside the microcomputer. And output to each cell balancer drive ratio calculation means 509. Each cell balancer drive ratio calculating means 509 calculates the ratio of the consumption charge current Iccn per cell unit time and the cell balancer consumption charge current Ibn for each cell balancer when the cell voltage Vn is equal to or higher than each cell target voltage Vtgn. If the cell voltage Vn is less than each cell target voltage Vtgn, the cell balancer drive ratio Duty is set to zero and output to the balancer driving means 510. In response to this output, the balancer driving means 510 repeatedly disconnects and connects the balancer resistance interrupting means 305 at a predetermined cycle according to each cell balancer driving ratio Dutyn.
次に、各セルバランサ駆動割合Dutynの算出方法について説明する。
まず、各バッテリーセルnにおいて満充電までにバランサで消費すべき充電量を求める。この各バッテリーセルnにおける満充電消費充電量Qcn[Ah]は、残充電量Qremn[Ah]と残充電量最大値Qrem_max[Ah]との差であり、次式で表される。
Next, a method for calculating each cell balancer drive ratio Dutyn will be described.
First, the amount of charge that should be consumed by the balancer before full charge in each battery cell n is obtained. The full charge consumption charge amount Qcn [Ah] in each battery cell n is the difference between the remaining charge amount Qremn [Ah] and the remaining charge amount maximum value Qrem_max [Ah], and is expressed by the following equation.
次に、各バッテリーセルnが満充電に要する時間、すなわち、充電開始から充電終了に至る時間において、満充電消費充電量をバランサ302で消費するために、バランサ302に流すべき電流を単位時間当りの消費充電電流Iccn[A]として求める。ここで、充電時間をTchg[hr]とすると、各セル満充電消費充電量Qcnより各セル単位時間当り消費充電電流Iccn[A]は、次式で表される。
Next, in order to consume the full charge consumption charge amount in the
次に、バランサ302が単位時間当りに消費できる充電量を求める。
まず、各バッテリーセルnの現時点での充電状態において、バランサ302のバランサ抵抗断続手段305が閉の状態でバランサ302に流れる電流値Ibn[A]を求める。
なお、図16には示していないが、バッテリーセルnには、内部抵抗すなわち電圧源に対して直列成分の抵抗が存在しており、バランサ抵抗304との並列回路が構成されている。このため、バッテリーセルnに流れる電流をI[A]、各セル電圧をVn[V]、各セル内部抵抗をRinn[Ω]、バランサ抵抗をRb[Ω]とすると、各バッテリーセルnのバランサ302に流れる電流Ibn[A]は、キルヒホッフの第1法則や重ね合わせの原理を用いて次式で表される。
Next, the amount of charge that the
First, the current value Ibn [A] that flows through the
Although not shown in FIG. 16, the battery cell n has an internal resistance, that is, a resistance of a series component with respect to the voltage source, and a parallel circuit with the
次に、この実施の形態2におけるセルバランス制御動作を図17に示すワークフローに基づいて説明する。
図17は、バッテリーマネジメント装置105が実行するワークフローを示し、ここにおける処理は、所定時間毎に実行される。
ここで、ステップS1〜S3は、実施の形態1における処理と同じであり、説明を省略する。
このステップS3に続くステップS11において、充電時間を推定し、RAMへ格納する。また、ステップS12において、各バッテリーセルnの内部抵抗を推定し、RAMへ格納する。なお、充電時間の推定方法およびセル内部抵抗の推定方法は、例えば、特許第5742999号公報および特開2014−6245号公報などにより知られている。
Next, the cell balance control operation in the second embodiment will be described based on the workflow shown in FIG.
FIG. 17 shows a workflow executed by the
Here, steps S1 to S3 are the same as the processing in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
In step S11 following step S3, the charging time is estimated and stored in the RAM. In step S12, the internal resistance of each battery cell n is estimated and stored in the RAM. A charging time estimation method and a cell internal resistance estimation method are known, for example, from Japanese Patent No. 5742999 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-6245.
次に、ステップS4において、セルバランス制御演算の実施を必要と判定した場合、ステップS5に進み、不要と判定した場合は、ステップS10へ進み、処理を終了する。ステップS4に続くステップS5からステップS8は、実施の形態1における処理と同じであり、説明を省略する。
ステップS8の処理を受けてステップS13においては、ステップS5にて算出した各バッテリーセルnの残充電量と、ステップS6にて算出した残充電量最大値とより満充電消費充電量を算出する。
Next, if it is determined in step S4 that the cell balance control calculation needs to be performed, the process proceeds to step S5. If it is determined that the cell balance control calculation is not necessary, the process proceeds to step S10, and the process ends. Steps S5 to S8 subsequent to step S4 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
In step S13 after receiving the process of step S8, the full charge consumption charge amount is calculated from the remaining charge amount of each battery cell n calculated in step S5 and the maximum remaining charge amount calculated in step S6.
次に、ステップS14において、ステップS11にて算出した充電時間と、ステップS13で算出した各セル満充電消費充電量とより各セル単位時間当り消費充電電流を算出する。
その後、ステップS15において、ステップS1で格納したセル電圧と、ステップS2で格納した電流値と、ステップS12で算出した各セル内部抵抗と、予めマイコン401に記録されたバランサ抵抗とより各セルバランサ消費充電電流を算出する。
ステップS16において、ステップS14で算出した各セル単位時間当り消費充電電流と、ステップS15で算出した各セルバランサ消費充電電流と、ステップS1にて格納した各バッテリーセルnのセル電圧と、ステップS8で算出した各セル目標電圧とより各セルバランサ駆動割合を算出する。
Next, in step S14, the charging current consumed per cell unit time is calculated from the charging time calculated in step S11 and the full charge consumption amount of each cell calculated in step S13.
Thereafter, in step S15, each cell balancer consumption is calculated based on the cell voltage stored in step S1, the current value stored in step S2, each cell internal resistance calculated in step S12, and the balancer resistance recorded in advance in the
In step S16, each cell unit consumption charge current calculated in step S14, each cell balancer consumption charge current calculated in step S15, the cell voltage of each battery cell n stored in step S1, and in step S8. Each cell balancer drive ratio is calculated from each calculated cell target voltage.
次に、このようなステップS11〜S16における処理の詳細を図18〜図23を用いて説明する。
図18は、ステップS11(充電時間推定)の詳細を示すワークフロー図である。
まず、ステップS111において、各バッテリーセルの様々な情報に基づいて、充電時間の推定を行い、ステップS112において充電時間格納用RAMへ記憶する。なお、このステップS11の処理は、充電時間推定手段511によって行う。
図19は、ステップS12(セル内部抵抗推定)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS121において、各バッテリーセルの様々な情報に基づいて、各バッテリーセルの内部抵抗の推定を行い、ステップS122で各セル内部抵抗格納用RAMへ記憶する。なお、ステップS12の処理は、セル内部抵抗推定手段512によって行う。
Next, details of the processing in steps S11 to S16 will be described with reference to FIGS.
FIG. 18 is a workflow diagram showing details of step S11 (charge time estimation).
First, in step S111, the charging time is estimated based on various information of each battery cell, and stored in the charging time storage RAM in step S112. The process in step S11 is performed by the charging
FIG. 19 is a workflow diagram showing details of step S12 (cell internal resistance estimation).
In step S121, the internal resistance of each battery cell is estimated based on various information of each battery cell, and stored in each cell internal resistance storage RAM in step S122. Note that the processing in step S12 is performed by the cell internal resistance estimation means 512.
次に、ステップS13からステップS16において実施するセルバランス制御演算について説明する。
図20は、ステップS13(各セル満充電消費充電量算出)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS131において、各セル残充電量Qremnと、残充電量最大値Qrem_maxを入力として、(式7)に基づき、各バッテリーセルのセル満充電消費充電量Qcnを算出する。続くステップS132において、各バッテリーセルnのセル満充電消費充電量Qcnを各セル満充電消費充電量RAMへ格納する。なお、ステップS13の処理は、各セル満充電消費充電量算出手段506によって行う。
Next, the cell balance control calculation performed in steps S13 to S16 will be described.
FIG. 20 is a workflow diagram showing details of step S13 (calculation of each cell full charge consumption charge amount).
In step S131, each cell remaining charge amount Qremn and the remaining charge amount maximum value Qrem_max are input, and the cell full charge consumption charge amount Qcn of each battery cell is calculated based on (Equation 7). In subsequent step S132, the cell full charge consumption charge amount Qcn of each battery cell n is stored in each cell full charge consumption charge amount RAM. In addition, the process of step S13 is performed by each cell full charge consumption charge amount calculation means 506.
図21は、ステップS14(各セル単位時間当り消費充電電流算出)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS141において、充電時間Tchgと、各セル満充電消費充電量Qcn入力として、(式8)に基づき、各バッテリーセルnの単位時間当りの消費充電電流Iccnを算出し、ステップS142において、各バッテリーセルnの単位時間当りの消費充電電流Iccnを各セル単位時間当り消費充電電流RAMへ格納する。
なお、ステップS14の処理は、各セル単位時間当り消費充電電流算出手段507によって行う。
FIG. 21 is a workflow diagram showing details of step S14 (calculation of consumption charge current per cell unit time).
In step S141, as the charging time Tchg and each cell full charge consumption charge amount Qcn input, the consumption charge current Iccn per unit time of each battery cell n is calculated based on (Equation 8). In step S142, each battery The consumption charge current Iccn per unit time of the cell n is stored in the consumption charge current RAM per unit cell time.
Note that the processing in step S14 is performed by the consumption
図22は、ステップS15(各セルバランサ消費充電電流算出)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS151において、各セル電圧Vnと、電流値Iと、各セル内部抵抗Rinnと、予めマイコン401に記録されたバランサ抵抗値Rbを入力として、式(9)に基づき、各バッテリーセルnのバランサ消費充電電流Ibnを算出し、ステップS152において、各バッテリーセルnのバランサ消費充電電流Ibnを各セルバランサ消費充電電流RAMへ格納する。なお、ステップS15の処理は、図16の各セルバランサ消費充電電流算出手段508によって行う。
FIG. 22 is a workflow diagram showing details of step S15 (calculation of each cell balancer consumption charging current).
In step S151, each cell voltage Vn, current value I, each cell internal resistance Rinn, and the balancer resistance value Rb previously recorded in the
図23は、ステップS16(各セルバランサ駆動割合算出)の詳細を示すワークフロー図である。
ステップS161において、各セル電圧Vnと各セル目標電厚Vtgnに基づき、バランサ駆動判定を行う。各セル電圧Vnが各セル目標電圧Vtgn未満である場合には、バランサ302を停止させるために、ステップS162に進み、各セルバランサ駆動割合を0[%]とする。一方、各セル電圧Vnが各セル目標電圧Vtgn未満でない場合には、バランサ302を駆動させるために、ステップS163に進む。
このステップS163においては、各セル単位時間当り消費充電電流Iccnと各セルバランサ消費充電電流Ibnを入力として、(式10)に基づき、各セルバランサ駆動割合Dutynを算出し、ステップS164において、各セルバランサ駆動割合Dutynの上限値判定を行う。各セルバランサ駆動割合Dutynが100[%]以上である場合には、ステップS165に進み、各セルバランサ駆動割合Dutyn=100[%]とする。一方、各セルバランサ駆動割合Dutynが100[%]以上でない場合には、ステップS166に進み、各セルバランサ駆動割合DutynをステップS163における算出結果のままとする。なお、ステップS16の処理は、図16の各セルバランサ駆動割合算出手段509によって行う。
FIG. 23 is a workflow diagram showing details of step S16 (each cell balancer drive ratio calculation).
In step S161, balancer drive determination is performed based on each cell voltage Vn and each cell target electrical thickness Vtgn. If each cell voltage Vn is less than each cell target voltage Vtgn, the process proceeds to step S162 to stop the
In this step S163, each cell balancer drive rate Dutyn is calculated based on (Equation 10) by using each cell unit time consumption charge current Iccn and each cell balancer consumption charge current Ibn as inputs, and in step S164, each cell The upper limit value of the balancer drive ratio Dutyn is determined. When each cell balancer drive ratio Duty is 100 [%] or more, the process proceeds to step S165, and each cell balancer drive ratio Duty = 100 [%]. On the other hand, if each cell balancer drive rate Duty is not 100% or more, the process proceeds to step S166, and each cell balancer drive rate Duty is left as the calculation result in step S163. Note that the processing in step S16 is performed by each cell balancer drive
次に、上述した動作を図25のタイミングチャートに基づいて説明する。
図25(a)は、充電開始から充電終了におけるバッテリーセルA, Bの満充電消費充電量、図25(b)は、バッテリーセルA, Bの単位時間当消費充電電流、図25(c)は、バッテリーセルA, Bのバランサ駆動割合、図25(d)は、バッテリーセルA, Bのバランサ駆動状態を示す。
ここで、この実施の形態2における充電率SOCnおよび容量Cpnは、実施の形態1における値と同じとする。また、充電前におけるバッテリーセルAの端子間電圧VAは、3.8[V]、バッテリーセルBの端子間電圧VAは、4.0[V]、充電時間Tchgは、10[hr]、充電時の電流値Iは、4[A]、バランサ抵抗値Rbは、2[Ω]、バッテリーセルAの内部抵抗RinAは、1[mΩ]、バッテリーセルBの内部抵抗RinBは、1[mΩ]とする。また、車両は、充電動作状態とし、バランサ駆動制御実施判定が成立してステップS5〜ステップS8およびステップS13〜ステップS16が実行されているものとする。
Next, the operation described above will be described based on the timing chart of FIG.
FIG. 25A shows the full charge consumption charge amount of the battery cells A and B from the start of charge to the end of charge. FIG. 25B shows the charge current consumption per unit time of the battery cells A and B. Indicates the balancer drive ratio of the battery cells A and B, and FIG. 25D shows the balancer drive state of the battery cells A and B.
Here, the charging rate SOCn and the capacity Cpn in the second embodiment are the same as the values in the first embodiment. In addition, the inter-terminal voltage VA of the battery cell A before charging is 3.8 [V], the inter-terminal voltage VA of the battery cell B is 4.0 [V], and the charging time Tchg is 10 [hr]. Current value I is 4 [A], balancer resistance value Rb is 2 [Ω], internal resistance RinA of battery cell A is 1 [mΩ], and internal resistance RinB of battery cell B is 1 [mΩ] And Further, it is assumed that the vehicle is in a charging operation state, the balancer drive control execution determination is established, and steps S5 to S8 and steps S13 to S16 are executed.
始めに、充電開始時におけるバッテリーセルA, Bの残充電量、残充電量最大値の算出動作について説明する。
まず、ステップS5において、バッテリーセルA, Bの残充電量QremA, QremBを算出する。前記の条件より、(式2)からQremA=40[Ah]、QremB=30[Ah]となる。
次に、ステップS6において、残充電量最大値を算出する。ここでは、残充電量最大値Qrem_max=QremA=40[Ah]となる。
First, the calculation operation of the remaining charge amount and the maximum remaining charge amount of the battery cells A and B at the start of charging will be described.
First, in step S5, the remaining charge amounts QremA and QremB of the battery cells A and B are calculated. From the above conditions, QremA = 40 [Ah] and QremB = 30 [Ah] from (Equation 2).
Next, in step S6, the remaining charge amount maximum value is calculated. Here, the remaining charge amount maximum value Qrem_max = QremA = 40 [Ah].
次に、ステップS13において、バッテリーセルA, Bの満充電消費充電量を算出する。前記の条件より、(式7)からバッテリーセルAの満充電消費充電量QcA=0[Ah]、バッテリーセルBの満充電消費充電量QcB=10[Ah]となる。
次に、ステップS14において、バッテリーセルA, Bの単位時間当たりの消費充電電流を算出する。前記の条件より、(式8)からバッテリーセルAの単位時間当りの消費充電電流IccA=0.0[A]、バッテリーセルBの満充電消費充電電流IccB=1.0[A]となる。
Next, in step S13, the full charge consumption charge amount of the battery cells A and B is calculated. From the above conditions, the full charge / consumption charge amount QcA of the battery cell A is 0 [Ah] and the full charge / consumption charge amount QcB of the battery cell B is 10 [Ah].
Next, in step S14, the consumed charging current per unit time of the battery cells A and B is calculated. Based on the above conditions, the consumption charge current IccA per unit time of the battery cell A is 0.0 [A] and the full charge consumption charge current IccB of the battery cell B is 1.0 [A] from (Equation 8).
次に、ステップS15において、バッテリーセルA,Bのバランサ消費充電電流を算出する。前記の条件より、(式9)よりバッテリーセルAのバランサ消費充電電流IbA=1.9[A]、バッテリーセルBのバランサ消費充電電流IbB=2.0[A]となる。 Next, in step S15, the balancer consumption charging current of the battery cells A and B is calculated. From the above conditions, the balancer consumption charging current IbA of the battery cell A is 1.9 [A] and the balancer consumption charging current IbB of the battery cell B is 2.0 [A] from (Equation 9).
次に、ステップS16において、バッテリーセルA,Bのバランサ駆動割合を算出する。
まず、バッテリーセルAの端子間電圧VA=バッテリーセルAの目標電圧VtgA、バッテリーセルBの端子間電圧VB>バッテリーセルAの目標電圧VtgBであり、バッテリーセルAのバランサ駆動割合DutyA=0[%]、バッテリーセルBのバランサ駆動割合DutyB=50[%]となる。
その後、充電が実施され、充電中は、ステップS5からステップS9の処理が繰り返し実行され、バッテリーセルA, Bの満充電消費充電量、単位時間当りの消費充電電流、バランサ消費充電電流およびバランサ駆動割合を更新して行く。
また、充電中は、バッテリーセルAの残充電量QremAと残充電量最大値Qrem_maxとが一致し、バッテリーセルAの満充電消費充電量QcAは、0[Ah]、単位時間当りの消費充電電流IccAは、0[A]、バランサ駆動割合は、0[%]となってバッテリーセルAのバランサ302は駆動されず、セルバランスは実行されない。
Next, in step S16, the balancer drive ratio of the battery cells A and B is calculated.
First, the voltage VA between the terminals of the battery cell A = the target voltage VtgA of the battery cell A, the voltage VB between the terminals of the battery cell B> the target voltage VtgB of the battery cell A, and the balancer drive ratio DutyA = 0 [% ], The balancer drive ratio of battery cell B DutyB = 50 [%].
Thereafter, charging is performed, and during the charging, the processing from step S5 to step S9 is repeatedly executed, and the full charge consumption charge amount of the battery cells A and B, the consumption charge current per unit time, the balancer consumption charge current, and the balancer drive Go update the rate.
Further, during charging, the remaining charge amount QremA of the battery cell A matches the remaining charge amount maximum value Qrem_max, and the full charge consumption charge amount QcA of the battery cell A is 0 [Ah], the consumed charge current per unit time. IccA is 0 [A], the balancer drive ratio is 0 [%], the
一方、バッテリーセルBの満充電消費充電量QcBは、10[Ah]、単位時間当りの消費充電電流IccBは、1.0[A]である。また、バッテリーセルBのバランサ消費充電電流IbBは、2.0[A]であることから、バッテリーセルBのバランサ駆動割合DutyBは、50[%]となって、バッテリーセルBのバランサ302が駆動され、セルバランスが実行される。
On the other hand, the full charge consumption charge amount QcB of the battery cell B is 10 [Ah], and the consumption charge current IccB per unit time is 1.0 [A]. Further, since the balancer consumption charging current IbB of the battery cell B is 2.0 [A], the balancer drive ratio DutyB of the battery cell B is 50 [%], and the
その後、満充電で充電停止時(時刻t7)には、バッテリーセルBの単位時間当りの消費充電電流IccBが0.0[A]となって、バッテリーセルBのバランサは、動作を停止する。
以上のような充電開始から充電終了の動作において、図25に示すようにバッテリーセルAの残充電量QremAである40[Ah]の充電で、バッテリーセルAをセルバランスすることなくバッテリーセルBを満充電とすることができることが分かる。
すなわち、バッテリーセルAのセルバランス制御が実行されなくなり、無駄な充電エネルギーの消費を抑制することができるとともに、充電時間を短縮することができる。
Thereafter, when charging is stopped due to full charge (time t7), the consumption charge current IccB per unit time of the battery cell B becomes 0.0 [A], and the balancer of the battery cell B stops its operation.
In the operation from the start of charging to the end of charging as described above, as shown in FIG. 25, the battery cell A is charged without charging the battery cell A with 40 [Ah], which is the remaining charge amount QremA of the battery cell A. It can be seen that the battery can be fully charged.
That is, the cell balance control of the battery cell A is not executed, and wasteful charging energy consumption can be suppressed and the charging time can be shortened.
以上説明したように、実施の形態2によれば、各バッテリーセルのバランサを間欠駆動することによって満充電時に残充電量最大値以外のバッテリーセルの残充電量を同じになるようにすることができ、バッテリーセルの充電を効率的に行わせることができる。また、バランサ抵抗に余剰な電流を流すことがないため、バランサ抵抗の発熱による劣化、故障を抑制することができる。 As described above, according to the second embodiment, the remaining charge amount of the battery cells other than the maximum remaining charge amount at the time of full charge can be made the same by driving the balancer of each battery cell intermittently. Thus, the battery cell can be charged efficiently. In addition, since no excessive current flows through the balancer resistor, deterioration and failure due to heat generation of the balancer resistor can be suppressed.
なお、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜、変形、省略することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably and can be abbreviate | omitted.
100:電気自動車、 101:車両制御装置、 102:駆動用モータ、
103:インバータ、 104:バッテリーパック、
105:バッテリーマネジメント装置、 106:充電器、
201:車両制御装置マイコン、 202:充電制御モード判定手段、
301:バッテリーセル、 302:バランサ、 303:セル電圧検出手段、
304:バランサ抵抗、 305:バランサ抵抗断続手段、
306:電流検出手段、 401:バッテリーマネジメント装置マイコン、
402:セル電圧値格納手段、 403:電流値格納手段、
404:セル容量推定手段、 405:セルバランス制御実施判定手段、
406:セルバランス制御手段、 501:セル残充電量算出手段、
502:残充電量最大値算出手段、 503:セル目標充電率算出手段、
504:セル目標電圧算出手段、 505:バランサ駆動判定手段、
506:満充電消費充電量算出手段、 507:単位時間当り消費充電電流算出手段、
508:バランサ消費充電電流算出手段、 509:バランサ駆動割合算出手段
510:バランサ駆動手段、 511:充電時間推定手段、
512:セル内部抵抗推定手段
100: Electric vehicle 101: Vehicle control device 102: Motor for driving
103: Inverter, 104: Battery pack,
105: Battery management device, 106: Battery charger,
201: vehicle control device microcomputer, 202: charge control mode determination means,
301: Battery cell 302: Balancer 303: Cell voltage detection means
304: Balancer resistance, 305: Balancer resistance intermittent means,
306: Current detection means 401: Battery management device microcomputer
402: Cell voltage value storage means, 403: Current value storage means,
404: Cell capacity estimation means, 405: Cell balance control execution determination means,
406: cell balance control means, 501: remaining cell charge amount calculation means,
502: remaining charge maximum value calculation means, 503: cell target charge rate calculation means,
504: Cell target voltage calculation means, 505: Balancer drive determination means,
506: full charge consumption charge amount calculation means, 507: consumption charge current calculation means per unit time,
508: Balancer consumption charge current calculation means, 509: Balancer drive ratio calculation means 510: Balancer drive means, 511: Charge time estimation means,
512: Cell internal resistance estimation means
この発明に係るバッテリーマネジメント装置は、バッテリーパックを構成する複数のバッテリーセルにおける端子間電圧(Vn)を検出するセル電圧検出手段と、前記バッテリーパックの充放電電流を検出する電流検出手段と、前記バッテリーパックの充電状態に基づき前記各バッテリーセルの残充電量(Qremn)を算出するセル残充電量算出手段と、前記各バッテリーセルの残充電量(Qremn)から最大値(Qrem_max)を算出する残充電量最大値算出手段と、前記各バッテリーセルの残充電量が最大値(Qrem_max)となる目標充電率(SOC_tgn)を算出するセル目標充電率算出手段と、前記セル目標充電率算出手段による各バッテリーセルの目標充電率(SOC_tgn)から前記各バッテリーセルの目標電圧(Vtgn)を算出するセル目標電圧算出手段と、前記セル電圧検出手段による端子間電圧(Vn)および前記セル目標電圧算出手段による前記各バッテリーセルの目標電圧(Vtgn)の差分に応じてバランサ駆動を行うか否かを判定するバランサ駆動判定手段とを備え、前記バランサ駆動判定手段の判定結果に基づいて前記各バッテリーセルのそれぞれに個別のセルバランス制御を実行するように構成したことを特徴とするものである。 The battery management device according to the present invention includes a cell voltage detection means for detecting a voltage (Vn) between terminals in a plurality of battery cells constituting the battery pack, a current detection means for detecting a charge / discharge current of the battery pack, Cell remaining charge amount calculating means for calculating a remaining charge amount (Qremn) of each battery cell based on a charge state of the battery pack, and a remaining value for calculating a maximum value (Qrem_max) from the remaining charge amount (Qremn) of each battery cell A charge amount maximum value calculating means, a cell target charge rate calculating means for calculating a target charge rate (SOC_tgn) at which the remaining charge amount of each battery cell becomes a maximum value (Qrem_max), and each of the cell target charge rate calculating means wherein the target charging rate of the battery cell (SOC_tgn) target of each battery cell Pressure and the cell target voltage calculating means for calculating the (Vtgn), the balancer according to the difference of the cell voltage detecting unit terminal voltage due to (Vn) and said by cell target voltage calculation unit target voltage of each battery cell (Vtgn) Balancer drive determination means for determining whether or not to perform drive, and configured to execute individual cell balance control for each of the battery cells based on the determination result of the balancer drive determination means. It is what.
この発明に係るバッテリーマネジメント装置は、バッテリーパックを構成する複数のバッテリーセルにおける端子間電圧(Vn)を検出するセル電圧検出手段と、前記バッテリーパックの充放電電流を検出する電流検出手段と、前記バッテリーパックの充電状態に基づき前記各バッテリーセルの残充電量(Qremn)を算出するセル残充電量算出手段と、前記各バッテリーセルの残充電量(Qremn)から最大値(Qrem_max)を算出する残充電量最大値算出手段と、前記各バッテリーセルの残充電量が最大値(Qrem_max)となる目標充電率(SOC_tgn)を次式により算出するセル目標充電率算出手段と、
Claims (5)
前記バッテリーパックの充放電電流を検出する電流検出手段と、
前記バッテリーパックの充電状態に基づき前記各バッテリーセルの残充電量(Qremn)を算出するセル残充電量算出手段と、
前記各バッテリーセルの残充電量(Qremn)から最大値(Qrem_max)を算出する残充電量最大値算出手段と、
前記各バッテリーセルの残充電量が最大値(Qrem_max)となる目標充電率(SOC_tgn)を算出するセル目標充電率算出手段と、
前記セル目標充電率算出手段による各バッテリーセルの目標充電率(SOC_tgn)から目標電圧(Vtgn)を算出するセル目標電圧算出手段と、
前記セル電圧検出手段による端子間電圧(Vn)および前記セル目標電圧算出手段による目標電圧(Vtgn)の差分に応じてバランサ駆動を行うか否かを判定するバランサ駆動判定手段とを備え、
前記バランサ駆動判定手段の判定結果に基づいて前記各バッテリーセルのそれぞれに個別のセルバランス制御を実行するように構成したことを特徴とするバッテリーマネジメント装置。 A cell voltage detecting means for detecting a voltage (Vn) between terminals in a plurality of battery cells constituting the battery pack;
Current detecting means for detecting a charge / discharge current of the battery pack;
Cell remaining charge amount calculating means for calculating a remaining charge amount (Qremn) of each battery cell based on a charge state of the battery pack;
A remaining charge amount maximum value calculating means for calculating a maximum value (Qrem_max) from the remaining charge amount (Qremn) of each battery cell;
A cell target charge rate calculating means for calculating a target charge rate (SOC_tgn) at which the remaining charge amount of each battery cell becomes a maximum value (Qrem_max);
Cell target voltage calculation means for calculating a target voltage (Vtgn) from a target charge rate (SOC_tgn) of each battery cell by the cell target charge rate calculation means;
Balancer drive determination means for determining whether or not to perform balancer drive according to the difference between the terminal voltage (Vn) by the cell voltage detection means and the target voltage (Vtgn) by the cell target voltage calculation means;
A battery management device configured to execute individual cell balance control for each of the battery cells based on a determination result of the balancer drive determination means.
前記各バッテリーセルのバランサが単位時間当りに消費できるバランサ消費充電電流(Ibn)を算出するバランサ消費充電電流算出手段と、
前記消費充電電流算出手段による消費充電電流(Iccn)および前記バランサ消費充電電流算出手段によるバランサ消費充電電流(Ibn)の割合に応じて、前記各バッテリーセルの単位時間当りのバランサ駆動割合(Dutyn)を算出するバランサ駆動割合算出手段とを備え、
前記バランサ駆動割合算出手段によるバランサ駆動割合(Dutyn)に基づいてセルバランス制御を実行するように構成したことを特徴とする請求項1に記載のバッテリーマネジメント装置。 Consumption charge current calculation means for calculating consumption charge current (Iccn) to be consumed per unit time of each battery cell;
A balancer consumption charge current calculation means for calculating a balancer consumption charge current (Ibn) that can be consumed per unit time by the balancer of each battery cell;
A balancer driving ratio (Dutyn) per unit time of each battery cell in accordance with a ratio of the consumption charging current (Iccn) by the consumption charging current calculation means and the balancer consumption charging current (Ibn) by the balancer consumption charging current calculation means And a balancer drive ratio calculating means for calculating
The battery management device according to claim 1, wherein cell balance control is executed based on a balancer drive ratio (Dutyn) by the balancer drive ratio calculation means.
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