JP2017516080A - バッテリの内部抵抗を求めるための方法及び電気的なバッテリセンサ - Google Patents

Abstract

本発明は、電気的なバッテリセンサ（１０）、及び、バッテリ（２０）の内部抵抗（Ｒｉ）を求める方法を起点とする。当該バッテリセンサ（１０）は、測定値（５０）を検出する少なくとも一つの第１の検出手段（４０）と、内部抵抗（Ｒｉ）を求めるためのバッテリモデル（３０）とを備える。各測定値（５０）は、少なくとも二つの対応する測定量の、同一時点での情報を含み、当該測定量は特にバッテリ電流（ＩＢａｔｔ）及びバッテリ電圧（ＵＢａｔｔ）であり、連続する二つの測定値（５０）はそれぞれ一つの測定対（６０）を成す。本発明の核心部分は、バッテリセンサ（１０）が、少なくとも一つの選択手段（７０）を含む、ということである。当該選択手段（７０）は、所定の数の測定対（６０）から、少なくとも一つの測定対（６０）を選択対（８０）として選択し、内部抵抗（Ｒｉ）を求めるためのバッテリモデル（３０）に供給するように構成されており、測定対（６０）の数は、選択対（８０）の数よりも多い。

Description

従来技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載された、バッテリの内部抵抗を求めるための方法及び電気的なバッテリセンサに基づく。国際公開第２００６／０３７６９４号（ＷＯ２００６／０３７６９４）から、電気的な信号を再構築するための方法が公知である。この方法では、アナログ測定信号が、アナログデジタル変換器によって、高いサンプリングレートでサンプリングされる。測定信号として、ここでは、例えば、バッテリの電圧及び電流強度が用いられ、ここから、次に、内部抵抗が計算される。この内部抵抗は、ここでは、電圧差を電流強度差で除算することによって計算される。通常はさらに、サンプリング前に、測定信号がローパスフィルタにかけられ、サンプリング定理が得られる。これによって、エイリアシングの発生が回避される。内部抵抗の計算に必要な電流信号及び電圧信号は、図示された方法では、電流センサ又は電圧センサによって検出される。

国際公開第２００６／０３７６９４号

本発明の課題は、高いサンプリングレートを可能にし、それと同時に、内部抵抗計算のための高い計算コストを回避することである。

本発明の利点
本発明は、測定値を検出する少なくとも一つの第１の検出手段と、バッテリの内部抵抗を求めるためのバッテリモデルとを備える電気的なバッテリセンサに基づく。各測定値は、少なくとも二つの対応する測定量の、同一時点での情報を含む。これらの測定量は、特に、バッテリ電流及びバッテリ電圧である。また、連続する二つの測定値は、それぞれ一つの測定対を成す。本発明の核心部分は、このバッテリセンサが少なくとも一つの選択手段を含む、ということである。当該選択手段は、所定の数の測定対から、少なくとも一つの測定対を選択対として選択し、内部抵抗を求めるためのバッテリモデルにこれを提供するように構成されている。当該測定対の数は、選択対の数よりも大きい。これによってさらに、高いサンプリングレートでサンプリングが行われるが、サンプリングされたこれらの測定値の一部だけがバッテリモデルに転送されるのは有利である。これによって、バッテリモデルの計算コストは低く保たれるが、それにもかかわらず、高いサンプリングレートによって、高い測定精度が保証される。即ち、これによって、高い周波数でサンプリングすること、及び、サンプリングされたこれらの測定対の一部のみをバッテリモデルに転送することが可能になる。これによって、バッテリモデル内の抵抗の計算を低い周波数で行うことができる。さらに、高いサンプリング周波数によって、小さい電流変動及び電圧変動がバッテリで識別されるようになる。これらの変動は、サンプリング周波数が低い場合には、識別可能ではなかったであろう。このことは、次のような利点を有している。即ち、大きい電流変動又は電圧変動を生じさせる、エンジンの始動に基づくバッテリでの励振だけが識別されるのではなく、小さい励振も識別される、という利点を有する。従って、特に、従来のエンジン始動を伴わないハイブリッド車両及び電動車両の場合に、本発明は、特に有利である。

本発明の有利な構成では、検出手段及び／又は選択手段の動作周波数とバッテリモデルの処理周波数との比は、測定対の数と選択対の数との比に相当する。ここで、有利には、所定の数の測定対を選択することによって、動作周波数と処理周波数との比を調整することができる。次に、この所定の数の測定対から所定の数の選択対が選択される。

本発明の別の有利な構成では、選択された複数の測定対のｎ番目ごとの測定対が選択対として選択されるように、選択手段が構成されている。有利にはこれは、選択対を選択するための極めて簡単なアルゴリズムである。即ち、これによって、選択手段における計算コストを極めて低く保つことができる。

本発明の別の有利な構成では、測定対の勾配に依存して、少なくとも一つの測定対、特に、絶対値が最大の電流勾配を有している測定対を選択対として選択するように選択手段が構成されている。有利には、これによって、極めて良好に適した測定対が選択され、これによって、バッテリモデルによる内部抵抗の後続の計算において極めて良好な結果が得られる。

本発明の別の有利な構成では、所定の数の測定対の総ての測定対の平均値を形成し、この平均値を選択対として選択するように、選択手段が構成されている。この場合には有利には、個々の測定誤差が、測定値の平均値を形成することによって補償される。

本発明の別の有利な構成では、バッテリセンサは、バンドパスフィルタを含み、当該バンドパスフィルタは、入力量として測定値を有しており、かつ、出力量を選択手段に供給するように構成されている。ここでは有利には、内部抵抗の計算には用いられるべきではない低周波数のノイズ信号もフィルタリングされる。

本発明の別の有利な構成では、バッテリセンサは整合手段を含み、当該整合手段は、対応する測定量の位相を相互に整合させるように構成されている。この際に有利には、誤りを有する測定値が、位相シフトによって回避可能である。これによって、次に行われる内部抵抗計算の結果の質が改善される。

バッテリに接続されている、本発明に係るバッテリセンサの第１の実施例。 特に、図１に示されたバッテリセンサを用いて行われる、内部抵抗を求めるための本発明に係る方法のフローチャート。 時間を横軸にして、検出されたバッテリ電流が示されている線図。

図１は、本発明に係るバッテリセンサの第１の実施例を示している。バッテリ２０が示されている。端子２５では、バッテリ電圧Ｕ_Ｂａｔｔとバッテリ電流Ｉ_Ｂａｔｔとが測定可能である。さらに、バッテリセンサ１０が示されている。このバッテリセンサ１０は、二つの検出手段４０を含んでおり、これらの検出手段は、バッテリ電圧Ｕ_Ｂａｔｔとバッテリ電流Ｉ_Ｂａｔｔとを検出する。検出手段４０は、選択手段７０と接続されている。これによって、測定値５０又は測定対６０が、検出手段４０から選択手段７０に伝達可能である。任意選択的に、検出手段４０と選択手段７０との間にバンドパスフィルタ９０が配置される。同じく任意選択的に、検出手段４０と選択手段７０との間に、整合手段１００が配置される。さらに、この選択手段７０は、バッテリモデル３０と接続されている。これによって、選択対８０をバッテリモデル３０に供給することが可能になる。選択対８０に基づいて、バッテリモデル３０は、内部抵抗Ｒ_ｉを計算し、処理のために出力することができる。

図１に示されたバッテリ２０は、例えば、自動車用のバッテリであり得るが、しかし、他のあらゆるエネルギ蓄積器であってもよい。さらに、バッテリモデル３０を、例えば、拡張されたカルマンフィルタとして形成することが可能である。

図２は、バッテリの内部抵抗を求めるための、本発明に係る動作方法のフローチャートを示している。これは特に、図１に示されたバッテリセンサによって行われる。当該方法は、開始Ｓにおいて開始する。次に、第１のステップ１１０において、測定値５０が検出される。各測定値５０は、少なくとも二つの対応する測定量の同一時点での情報を有している。これらは例えば、バッテリ電流Ｉ_Ｂａｔｔ及びバッテリ電圧Ｕ_Ｂａｔｔである。連続する二つの測定値５０は、それぞれ一つの測定対６０を成す。次に、任意選択的なステップ１５０において、検出された測定値５０又は測定対６０がバンドパスフィルタにかけられる。バンドパスフィルタ９０は、ハイパスフィルタとローパスフィルタとの組合せである。ローパスフィルタは、サンプリング定理を得るために、高周波成分をフィルタリングするのに用いられる。これに対し、ハイパスフィルタは、低い周波数のノイズ信号をフィルタリングするために用いられる。これは例えば、ＬＥＤを駆動制御するためのパルス幅変調信号である。さらなる任意選択的なステップ１６０では、対応する測定量の位相が相互に整合される。次に、ステップ１２０において、少なくとも一つの測定対６０が選択対８０として、所定の数の測定対６０から選択される。選択対８０を選択するために、複数の選択肢が用意されている。第１の選択肢では、複数の測定対６０からｎ番目ごとの測定対６０が選択対８０として選択される。別の選択肢では、最大の電流勾配を有する測定対６０が選択対８０として選択される。さらに別の選択肢では、特定の測定対６０の平均値が形成され、この平均値が、選択対８０として選択される。次に、後続のステップ１３０では、選択対８０が、内部抵抗Ｒ_ｉを求めるためのバッテリモデル３０に供給される。その後、供給された選択対８０に基づいて、ステップ１４０において、内部抵抗Ｒ_ｉが、バッテリモデル３０によって計算される。最終的に、当該方法は、終了Ｅにおいて終了する。

通常時には、図２に示されたこのような方法が複数回、時間をずらして実行される。従って、例えば、複数の特定の測定対６０が検出され、これらが、図示のようにさらに処理される。ここで、これらの測定対６０の処理中に、既に、新たな測定対が検出され、同様に、さらに処理される。さらに、測定対６０の特定の数と、ここから選択された選択対８０の数との比によって、圧縮率を設定することができる。従って、検出された多数の測定対６０を、測定対６０を選択対８０として所期のように選択することによって、低減することができる。これによって、測定値５０又は測定対６０の検出１１０、選択対８０の選択１２０、並びに、場合によっては、帯域濾波１４０及び位相整合１５０が、高い動作周波数ｆ_ｘのもとで行われる。これに対して、データ量が選択１２０によって低減されているので、内部抵抗Ｒ_ｉの特定は、バッテリモデル３０によって、低い処理周波数ｆｙで行われる。

図３は、時間を横軸にして、検出されたバッテリ電流が示されている線図である。ここに図示されているのでは、検出された測定値５０である。これらはそれぞれ、連続した間隔を有する時間間隔ｔ_ｍごとに検出されたものである。時間間隔ｔ_ｍの逆数は、ここでは、検出手段４０及び／又は選択手段７０の動作周波数ｆ_ｘである。同様に、任意選択的なバンドパスフィルタ９０と任意選択的な整合手段１００とが、この動作周波数ｆ_ｘを有している。測定値５０はそれぞれ、同一時点でのバッテリ電流Ｉ_Ｂａｔｔと、これに属するバッテリ電圧Ｕ_Ｂａｔｔの値とから成る。ここでは、バッテリ電圧Ｕ_Ｂａｔｔは図示されていない。連続する二つの測定値５０はここでそれぞれ、一つの測定対６０を成す。さらに、一つの測定対６０の二つの測定値５０の間の差は、勾配と称される。従って、各測定対６０は、電流勾配ΔＩ_Ｂａｔｔと、電圧勾配ΔＵ_Ｂａｔｔとを有している。ここで、存在している複数の測定対６０のうちの、絶対値が最大の電流勾配ΔＩ_Ｂａｔｔが最大電流勾配ΔＩ_{Ｂａｔｔ,ｍａｘ}と称される。同様のことが、電圧勾配ΔＵ_Ｂａｔｔに当てはまる。選択条件が最大電流勾配ΔＩ_{Ｂａｔｔ,ｍａｘ}に基づく場合、図３において、選択対８０が選択された測定対６０である。図３に示されているように、一つの測定対６０のみが選択対８０として、所定の数の測定対６０から選択される場合には、所定の数の測定対６０が検出される時間周期Ｔ_ｎの逆数は、バッテリモデル３０の処理周波数ｆ_ｙに相当する。これとは異なり、複数の選択対が所定の数の測定対から選択される場合には、処理周波数ｆ_ｙを求めるために、時間周期Ｔ_ｎの逆数が、さらに、選択対の数だけ、乗算されなければならない。

Claims (14)

1. 測定値（５０）を検出する少なくとも一つの第１の検出手段（４０）と、バッテリ（２０）の内部抵抗（Ｒ_ｉ）を求めるためのバッテリモデル（３０）とを備える、電気的なバッテリセンサ（１０）であって、
   各測定値（５０）は、少なくとも二つの対応する測定量の、同一時点での情報を含み、当該測定量は特に、バッテリ電流（Ｉ_Ｂａｔｔ）及びバッテリ電圧（Ｕ_Ｂａｔｔ）であり、
   連続する二つの測定値（５０）は、それぞれ一つの測定対（６０）を成す、電気的なバッテリセンサ（１０）において、
   前記バッテリセンサ（１０）は、少なくとも一つの選択手段（７０）を含み、当該選択手段（７０）は、所定の数の測定対（６０）から、少なくとも一つの測定対（６０）を選択対（８０）として選択して、前記内部抵抗（Ｒ_ｉ）を求めるバッテリモデル（３０）に供給するように構成されており、
   前記測定対（６０）の数は、前記選択対（８０）の数よりも多い、
   ことを特徴とする、電気的なバッテリセンサ（１０）。
2. 前記検出手段（４０）及び／又は前記選択手段（７０）の動作周波数（ｆ_ｘ）と、前記バッテリモデル（３０）の処理周波数（ｆ_ｙ）との比は、前記測定対（６０）の数と前記選択対（８０）の数との比に相当する、請求項１に記載の電気的なバッテリセンサ（１０）。
3. 前記選択手段（７０）は、前記所定の数の測定対（６０）のｎ番目ごとの測定対（６０）が選択対（８０）として選択されるように構成されている、請求項１又は２に記載の電気的なバッテリセンサ（１０）。
4. 前記選択手段（７０）は、前記測定対（６０）の勾配に依存して、少なくとも一つの測定対（６０）を選択対（８０）として選択するように構成されており、特に、絶対値が最大の電流勾配を有する測定対（６０）を選択対（８０）として選択するように構成されている、請求項１又は２に記載の電気的なバッテリセンサ（１０）。
5. 前記選択手段（７０）は、前記所定の数の測定対（６０）の全測定対（６０）の平均値を形成し、当該平均値を選択対（８０）として選択するように構成されている、請求項１又は２に記載の電気的なバッテリセンサ（１０）。
6. 前記バッテリセンサ（１０）は、バンドパスフィルタ（９０）を含み、
   前記バンドパスフィルタ（９０）は、入力量として、前記測定値（５０）を有しており、かつ、出力量を前記選択手段（７０）に供給するように構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気的なバッテリセンサ（１０）。
7. 前記バッテリセンサ（１０）は、整合手段（１００）を含み、当該整合手段（１００）は、前記対応する測定量の位相を相互に整合させるように構成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気的なバッテリセンサ（１０）。
8. 特に請求項１乃至７に記載の電気的なバッテリセンサを用いて内部抵抗（Ｒ_ｉ）を求めるための方法であって、
   測定値（５０）を検出する（１１０）第１のステップであって、各測定値（５０）は、少なくとも二つの対応する測定量の、同一時点での情報を含み、当該測定量は特に、バッテリ電流（Ｉ_Ｂａｔｔ）及びバッテリ電圧（Ｕ_Ｂａｔｔ）であり、連続する二つの測定値（５０）はそれぞれ一つの測定対（６０）を成す、第１のステップを備える、方法において、
   少なくとも一つの測定対（６０）を選択対（８０）として、所定の数の測定対（６０）から選択する（１２０）第２のステップであって、前記測定対（６０）の数は、前記選択対の数よりも多い、第２のステップと、
   前記内部抵抗（Ｒ_ｉ）を求めるために、前記少なくとも一つの選択対（８０）を供給する（１３０）第３のステップと、
   前記少なくとも一つの選択対（８０）の勾配に基づいて、前記内部抵抗（Ｒ_ｉ）を計算する（１４０）第４のステップと、
   を備えることを特徴とする、電気的なバッテリセンサを用いて内部抵抗（Ｒ_ｉ）を求めるための方法。
9. 前記検出（１１０）のための及び／又は前記測定対（６０）の選択（１２０）のための動作周波数（ｆ_ｘ）と、前記内部抵抗（Ｒ_ｉ）の計算（１４０）のための処理周波数（ｆ_ｙ）との比は、前記測定対（６０）の数と前記選択対（８０）の数との比に相当する、請求項８に記載の方法。
10. 前記選択（１２０）において、前記所定の数の測定対（６０）のｎ番目ごとの測定対（６０）を選択対（８０）として選択する、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記選択（１２０）において、複数の前記測定対（６０）の勾配を相互に比較し、当該比較に依存して、少なくとも一つの測定対（６０）を選択対（８０）として選択し、特に、絶対値が最大の電流勾配を有する測定対（６０）を選択対（８０）として選択する、請求項８又は９に記載の方法。
12. 前記選択（１２０）において、前記所定の数の測定対（６０）の全測定対（６０）の平均値を形成し、当該平均値を選択対（８０）として選択する、請求項８又は９に記載の方法。
13. 前記検出（１１０）と前記選択（１２０）との間に、前記検出された測定値（５０）をバンドパスフィルタにかける（１５０）、さらなるステップを備える、請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記検出（１１０）と前記選択（１２０）との間に、前記対応する測定量の位相を整合させる（１６０）、さらなるステップを備える、請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の方法。

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