JP2018057191A - 電池制御装置、電池システム及び車両 - Google Patents

電池制御装置、電池システム及び車両 Download PDF

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Abstract

【課題】
既存の許容電流演算アルゴリズムでは電池特性に急峻変化領域を有する電池の制御で過大な電流を流してしまうが、電流を絞り出力を抑えてしまうと電池性能を十分に利用できない。また、データ点数を増やす対応策では、データ量が増えマイコンに搭載できない。
【解決手段】
電池特性の変化が小さい電池特性低変化領域と電池特性の変化が前記電池特性低変化領域よりも大きい電池特性急峻変化領域を有する電池の許容電流を演算する電池制御装置において、現在の状態から所定時間後に前記電池特性急峻変化領域に入る場合、現在の電池特性における傾きの絶対値よりも大きな傾きの絶対値を用いて電池特性値を算出することを特徴とする電池制御装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、リチウムイオン電池等を用いた電池制御装置、電池システム及び車両の、特に電流制限値の算出方法に関する。
近年、地球温暖化問題に対応するため、エネルギーの有効利用が可能な電池に注目が集まっている。特に、移動体向け蓄電装置や系統連系安定化用蓄電装置といった電池システムは、化石燃料への依存度を下げることが可能であるため、一層の普及が期待されている。これらシステムの性能を引き出すには電池の充電率（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ、以下ＳＯＣと略す）や劣化度（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ、以下ＳＯＨと略す）、充放電可能な最大電流（許容電流）といったパラメータを用いた適切な充放電制御や、各電池の充電率均等化が必要である。これらを実現するため各電池には電池電圧計測用の回路（セルコントローラ）が取り付けられ、これらセルコントローラから送信される情報に基づき中央演算処理装置（ＣＰＵ）を搭載したバッテリコントローラが前記演算や動作を実行する。
中でも許容電流演算は、電池の過電圧による劣化、異常反応を防ぐための安全機能の一部であり、これらを起こさないよう充分小さな電流を出力することが求められる。しかし、安全制御をするために過剰に小さな電流値を出力してしまうと、これにより電池の出力を過剰に制限してしまい、電池を用いる利点を損ねてしまう。安全性と高出力を両立する許容電流演算を行うには、電池が過電圧とならない最大の電流値を算出することが望まれる。
電池が過電圧とならない最大電流を演算するためには、電池の開放電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ、以下ＯＣＶと略す）や内部抵抗情報等の電池の内部状態やパラメータを使う必要がある。また、最大電流を印加する時間を考慮して、電流印加後の電池状態を予測することも重要となる。特に、急な入出力を求められる移動体向け蓄電装置では、ＳＯＣが短時間で変動するため、ＳＯＣ変化に伴うＯＣＶの予測傾きに応じて電池パラメータを補正し、電池状態を予測する必要がある。しかし、あるＳＯＣでＯＣＶが急峻に変化するような急峻変化領域がある場合は、この予測が困難である。
許容電流演算に関する先行技術には特許文献１がある。この文献では、電流を印加してから任意時間後Ｘ秒目の内部抵抗、上下限電圧、現在のＯＣＶから許容電流を演算している。一方、急峻な変化領域を有する電池の制御を対象としていないため、全ＳＯＣ領域で同一の許容電流演算処理を行っている。しかし、急峻変化領域を有する電池を安全性と高出力を両立した上で制御するには、これを加味した制御構築が必須である。
ＷＯ２０１２／１６９０６３
許容電流演算方法においては、現在の電池状態から、もしくは固定の抵抗値を考慮して許容電流を演算しているが、電池のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の変曲点等、ＯＣＶがＳＯＣに応じて急峻な変化をする領域を考慮し、任意時間後のＯＣＶを予測した制御は行われていない。そのため、変曲点等の急峻変化領域近傍で任意時間後のＯＣＶ見積もりに誤差が生じても、過大な電流を出力してしまわないよう許容電流を小さめに演算するようなマージンを設ける必要がある。このようなマージンを設けるとＯＣＶ見積もりに誤差が無い領域でも許容電流を小さめに演算してしまい電池の出力を制限しすぎてしまうため、安全性と高出力を両立するためには急峻領域に対応した許容電流演算が必要である。
電池特性の変化が小さい電池特性低変化領域と電池特性の変化が前記電池特性低変化領域よりも大きい電池特性急峻変化領域を有する電池の許容電流を演算する電池制御装置において、現在の状態から所定時間後に前記電池特性急峻変化領域に入る場合、現在の電池特性における傾きの絶対値よりも大きな傾きの絶対値を用いて電池特性値を算出することを特徴とする電池制御装置。
本発明によれば、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に変曲点、急峻変化領域を有するような電池であっても、実装するデータ量を増やすことなく、許容電流印加後の電池情報を適切に予測し、安全方向に制御することが可能となる。また、データ量を余分に増やすことがないのでデータ容量に制限があるような系でも実装が可能となる。
電池システムの構成例 電池モデルの例 ＯＣＶの急峻変化領域に対応する許容電流演算部の例 急峻変化領域を有する電池のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線 本発明の制御フロー 電池特性の急峻変化領域に対応する許容電流演算部の例 電池特性の急峻変化領域対応済パラメータマップに有する許容電流演算部の例 車両のハイブリッドシステムの構成例
以下、図１から８を用いて実施例１から５を説明する。
《実施例１》
以下、第一の実施例について説明する。図１に本発明にかかる電池システムを示す。この構成は移動体向け蓄電装置、系統連系安定化用蓄電装置等幅広い用途で使用される形態であり、電力を蓄える電池システム１と、電池システム１に対し充放電を行うインバータ１０４と、インバータに接続された負荷１０５と、電池システム１やインバータ１０４を制御する上位コントローラ１０３から構成される。
電池システム１は、電力の蓄電や放電及びこれらに必要な制御値であるＳＯＣや許容電流等の電池の制御値演算を行う。上位コントローラ１０３は、負荷１０５の状態や電池システム１が出力した電池の制御値、その他外部からの指令に応じ電池モジュール１００の制御や、インバータ１０４に対する電力の入出力指令を行う。インバータ１０４は上位コントローラ１０３からの指令に従い、電池モジュール１００及び負荷１０５に対して電力の入出力を行う。負荷１０５は例えば三相交流モータや電力系統である。
電池モジュール１００の出力する電圧は充電率に応じて変化する直流電圧であり、多くの場合交流を必要とする負荷１０５へ電力を直接提供することはできない。そこで、インバータ１０４は必要に応じ直流から交流への変換や電圧の変換を行う。このような構成にすることで、電池システムは負荷に適した出力を適宜供給することが可能となる。以下、この構成を実現するための電池システム１の構成について述べる。
電池システム１は電池モジュール１００と、電池情報取得部１０１と、電池制御装置１０２から構成され、電力の蓄電・放電をし、ＳＯＣ・許容電流といった電池の制御値を演算する。
電池モジュール１００は複数の電池から構成される。各電池は電池モジュール１００に要求される出力電圧や容量に応じ、直列、又は並列に接続されている。この直列数は、電池の出力電圧がそのＳＯＣに応じ変化することを考慮して決定する。
電池情報取得部１０１は、電池に流れる電流値を測定する電流センサ１０６、電池表面温度を測定する温度センサ１０７、電池電圧を測定する電圧センサ１０８から成る。
電流センサ１０７は電池モジュール１００と外部との間に１つ、もしくは複数設置する場合がある。１つ設置した場合にはコストを最小限に抑えることが可能である。複数設置した場合には並列接続している電池間の電流配分を把握することが可能である。
電圧センサ１０８は各電池に１つ設置する。これにより各電池間の電圧差測定が可能となり、これを元にした各電池電圧の均等化制御が可能となる。
温度センサ１０７も電池モジュール１００内の温度差を把握するために１つ、もしくは複数設置する。１つ設置した場合には、最小限のコストで電池モジュール１００内の最高温度になる予測できる地点の温度を計測できる。複数設置した場合には、電池モジュール１００内の温度ばらつきを計測することで、最低温度や最高温度を考慮した制御構築が可能となる。
電池制御装置１０２は主に電池等価回路モデル演算部１０９、電池劣化度演算部１１０、許容電流演算部１１１から成る。電池の等価回路モデル演算部１０９は電池情報取得部１０１が出力した電流、温度、電圧の情報からＳＯＣ、ＯＣＶ、分極の影響等といった電池内部情報を算出する。電池劣化度演算部１１０はこの情報を元に電池の劣化度であるＳＯＨを演算する。許容電流演算部１１１はこのＳＯＨ及び電池の内部情報を元にして充放電可能な最大電流である許容電流を演算する。電池制御装置１０２は、これら電池等価回路モデル演算部１０９と電池劣化度演算部１１０、許容電流演算部１１１が演算した電池の内部状態やＳＯＨ、許容電流を上位コントローラに出力する。このように上位コントローラ１０３に電池の制御に必要な情報を出力する構成にすることで、上位コントローラ１０３は電池状態を考慮した上で、負荷に対応した電力出力指令を電池に送ることができる。
電池等価回路モデル演算部１０９は電池の等価回路を用いてＳＯＣ等の電池内部状態を演算する。演算に用いる電池等価回路モデルの構成を図２に示す。本実施例で使用する電池等価回路モデルは、ＯＣＶを電圧源２００で、電解液の抵抗等を表現する直流抵抗を抵抗２０１で、電解液中のイオンの濃度分極等に由来する分極部２０２の抵抗成分を抵抗２０３で、分極容量成分をキャパシタ２０４でそれぞれ表現し、これらの足し合わせで電池の現在の電圧（Ｃｌｏｓｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ、以下ＣＣＶと略す）を表現する。なお、本実施例では分極項を１個としているが、複数個用いて高精度化を図ってもよい。この等価回路モデルを用いることで、前述した電池情報取得部１０１で測定した電流値，電圧値，温度の各電池情報から、現在の電池のＳＯＣやＯＣＶ，分極電圧、各部の抵抗等の演算が可能となる。このようにすることで、分極等全情報を足し合わせた情報である電池電圧値を分離し、直接測定することができない現在の電池の内部状態を間接的に得ることができる。
続いて許容電流演算部１１１の構成を図３に示す。許容電流演算部１１１の目的は充放電可能な最大電流である許容電流を算出することである。充放電可能な最大電流とは、電流を印加した時のＣＣＶが、電池の劣化及び暴走を防ぐために設定した上下限電圧に到達しないような最大の電流となる。本実施例では電流印加ｎ秒後の電圧が上限電圧４．２Ｖ、下限電圧２．８Ｖを超えないように演算する。この許容電流演算部１１１は、ＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域判断部３００、ＳＯＣ補正部３０１、電池特性パラメータマップ部３０２、許容電流計算部３０３から成る。
許容電流を演算するためには、ＳＯＣに対する電池の特性、例えばＳＯＣとＯＣＶの関係を考慮する必要がある。そこで、演算を行う際にはＳＯＣとＯＣＶの関係を離散的にマッピングしたパラメータマップを用いて、あるＳＯＣにおけるＯＣＶの値を求める。離散値から連続値への変換は、例えば線形的な内挿により行う。これにより、少ないデータ量で電池の各特性間の関係を参照することが可能となる。
しかし、電池には、ＳＯＣに対して電池状態が急峻に変化する領域を有するものがある。この急峻変化領域の一例としては、黒鉛の脱挿入反応のステップ構造等により電池の電極の反応エネルギーがＳＯＣ範囲によって異なるために、ＳＯＣに対してＯＣＶが線形的な振る舞いから乖離する場合が挙げられる。そこで、例えば図４に示したようなＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を持つ電池では、急峻変化領域４００、４０１ではＯＣＶ傾きの代表値を使ってＯＣＶを求め、急峻変化領域以外、つまり低変化領域４０２、４０３ではＯＣＶの傾きの代表値を使わずに別処理をする。急峻変化領域とは、例えばＳＯＣ１％毎のＯＣＶの傾きが、ＳＯＣ１％間で１ｍＶ／％以上異なる傾きとなっている領域である。この領域の定義は、適宜許容電流の目標精度によって決める。
そして許容電流演算部１１１は、急峻変化領域近傍では常にＯＣＶの傾きとしてその範囲内のＯＣＶの傾きの最大値を用いることで上下限電圧を超過しないような制御をする。本実施例では、急峻変化領域近傍とは、急峻変化領域があるデータ間全域と定義する。例えば電池特性パラメータマップ部３０２がＯＣＶをＳＯＣ１０％毎にパラメータマップとして実装している場合、急峻変化領域近傍は急峻変化領域が属するデータ間１０％の範囲となる。なお、この電池特性パラメータマップ部３０２は、ＲＡＭ等の記憶部として機能する記憶装置を使用することが出来る。
ＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域判断部３００は、電池特性パラメータマップ部３０２にあらかじめ定めていたデータ点間に、この急峻に変化する領域がある場合に、上下限電圧を超過しないような処理が必要か判断する。具体的には、あらかじめ定めていた急峻変化領域４００、４０１の情報と現在の電池のＳＯＣ情報を比較することで、補正が必要な領域であるか否かを判断する。補正処理が不要な場合は電池等価回路モデル演算部１０９が出力したＳＯＣ情報を電池特性パラメータマップ部３０２にＳＯＣ情報を出力し、補正が必要な領域である場合にはＳＯＣ補正部３０１へＳＯＣ情報を出力する。
ＳＯＣ補正部３０１は、入力されたＳＯＣ情報を電池特性パラメータマップ部３０２に格納したＯＣＶの傾き代表値を参照するＳＯＣ代表値に補正し、電池特性パラメータマップ部３０２へ出力する。このＯＣＶの傾き代表値は、急峻変化領域内でＯＣＶの傾きの最大値とする。これにより、急峻変化領域近傍でも安全性と高出力を両立した許容電流演算が行える。
電池特性パラメータマップ部３０２は、ＳＯＣ情報，温度，電流値に対応した上下限電圧，直流抵抗値，分極項，ＯＣＶの傾きを出力する。これらのデータはマップデータとして格納されている。電池特性パラメータマップ部３０２に入力された値がマップデータの格子点上の値である場合はマップデータの参照値をそのまま出力する。入力された値がマップデータの格子点間の値である場合は、それぞれの値から、上限電圧，直流抵抗，分極抵抗，ＯＣＶの傾きをマップデータ間の内挿処理により算出する。なおＯＣＶの傾きに関しては、ＳＯＣ代表値が入力された場合は、それに対応するＯＣＶの傾き代表値を参照し、これを用いてＯＣＶを演算する。このように急峻変化領域４００、４０１とそれ以外の領域（低変化領域４０２、４０３）の処理を分けることで、現在の状態から所定時間後に電池特性急峻変化領域に入る場合でも安全性と高出力を両立した制御が可能となり、またそれ以外の場合は通常の処理同様の高出力性を維持することが可能となる。
許容電流計算部３０３は、パラメータマップ３０２からの情報を用いて許容電流を（式１）を用いて計算する。
Figure 2018057191
Ｖｌｉｍｉｔは上下限電圧、ＯＣＶ０は現在のＯＣＶ、ＶＰ＿０は現在の分極電圧、ＲＤＣは抵抗２０１に対応する直流抵抗、ＧＯＣＶはｎ秒許容電流印加間に変化するＯＣＶ量を電流値で割ったもの、ＲＰはｎ秒間電流を印加した後の直流抵抗値からＲＤＣを引いた値（以後n秒目分極抵抗）である。図３では充放電方向を考慮していないように記載しているが、実際の制御では充放電方向によってｎ秒後の電池電圧予測方向が異なるため、充放電に分けて２つの処理を行う。
具体的な制御フローについては図５を用いて説明する。制御フローはステップＳ１００からＳ１０６からなる。制御フローはステップＳ１００より開始する。ステップＳ１００は、電池等価回路モデル演算部１０９から許容電流演算部１１１への電池情報入力に対応し、制御フローの呼び出し元からＳＯＣやＯＣＶ等の電池情報を受け取り、ステップＳ１０１へと渡す。
ステップＳ１０１はＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域判断部３００での処理に対応し、ＳＯＣが前述した急峻変化領域近傍であるかを判断する。急峻変化領域近傍である場合はステップＳ１０２に進み、急峻変化領域近傍でない場合はステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０２では、ＳＯＣ補正部３０１での演算に対応し、ＳＯＣを、そのＳＯＣが含まれる急峻変化領域に対応するＳＯＣ代表値に補正し、ステップＳ１０４に進む。ＳＯＣ代表値とは、上述した通りＯＣＶの傾き代表値（最大値）に対応するＳＯＣ値である。本実施例では、図４に示したように急峻変化領域４００、４０１を有する。ＳＯＣ１０％毎のマップデータとしてＯＣＶ傾きを格納しているので、例えば急峻変化領域４００の放電方向の許容電流演算においては、ＳＯＣ１０〜２０％であれば、ＳＯＣ代表値である２０％に補正し、ＳＯＣ０〜１０％であればＳＯＣ代表値である１０％に補正している。一方、急峻変化領域４０１の充電方向の許容電流演算においては、ＳＯＣ７０〜８０％であればＳＯＣ代表値である７０％に補正している。この代表値と範囲の判断基準は、データマップの数、求められる高出力と安全性の程度によって異なるため、そのシステム毎に設計する事が可能である。
一方、ステップＳ１０３では現在のＳＯＣをそのまま選択し、ステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４は、ＳＯＣ代表値からＯＣＶの傾き代表値をマップデータから参照する、電池特性パラメータマップ部３０２の演算に対応する。直前のステップがステップＳ１０２の場合はＳＯＣとしてＳＯＣ代表値が来ているのでこれに対応するＯＣＶの傾き代表値を参照する。直前のステップがステップＳ１０３の場合、現在のＳＯＣ値が来ているのでＯＣＶの傾きのマップデータ間を内挿処理し、対応するＯＣＶの傾きを求める。
そして最後にステップＳ１０５へと進む。ステップＳ１０５は許容電流計算部３０３での処理に対応し、求めたＯＣＶ又はＯＣＶの傾き代表値と、ステップＳ１００で受け取った他の値と共に許容電流演算を行う。このＯＣＶ又はＯＣＶの傾き代表値で分ける処理により、急峻変化領域４００、４０１とそれ以外の領域（低変化領域４０２、４０３）の両方で、高出力性と安全性を両立した許容電流演算が可能となる。
また、本発明の電池に用いられる負極材料は黒鉛又はシリコンを主剤とする活物質が用いられる。このような物質は特に急峻変化領域と低変化領域の差がはっきりしており、制御が容易だからである。
以上、簡単に本実施例をまとめる。本実施例に記載の電池制御装置１０２は、電池特性の変化が小さい電池特性低変化領域４０２と、電池特性の変化が前記電池特性低変化領域よりも大きい電池特性急峻変化領域４００、４０１と、を有する電池の許容電流を演算する電池制御装置１０２において、現在の状態から所定時間後に電池特性急峻変化領域４００、４０１に入る場合、現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値を用いて電池特性値を算出し、電池特性値を用いて許容電流を演算する許容電流演算部１１１を有する。このような構成にすることによって、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に変曲点、つまり急峻変化領域を有するような電池であっても、実装するデータ量を増やすことなく、許容電流印加後の電池情報を適切に予測し、安全方向に制御することが可能となる。また、データ量を余分に増やすことがないのでデータ容量に制限があるような系でも実装が可能となる。
《実施例２》
続いて実施例２について説明する。実施例１ではＯＣＶ傾きにのみ傾き急変の影響を考慮していたが、ＳＯＣ等の電池状態に応じて変化する値はＯＣＶだけではなく、抵抗２０１の抵抗値やｎ秒目分極抵抗も変化する。また、直流抵抗等にはＳＯＣだけでなく、温度や電流値も影響を与える。そこで本実施例では実施例１で示したＳＯＣの補正に加え、温度及び電流についても補正する構成について、図６を用いて説明する。なお、既に図１から図５で説明した部分については説明を省略する。本実施例と実施例１との構成の違いは、ＳＯＣ以外の電池状態に対しても急峻変化領域か否かの判断を行う電池状態急峻変化領域判断部５００と、電池状態ＳＯＣ，温度，電流全てをそれぞれの代表値に補正する電池状態補正部５０１である。
図６は第２の実施例である。本実施例のＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域判断部５００はＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域判断部３００と同様に、ＳＯＣや電流、温度によりＯＣＶの傾きや抵抗２０１、ｎ秒目分極抵抗が急峻に変化する急峻変化領域近傍にあるか判断する。そして判断結果及びＳＯＣ、電流、温度をＳＯＣ補正部５０１に出力する。
ＳＯＣ補正部５０１はＳＯＣ、電流、温度がＯＣＶ傾き代表値や、これと同様にして定める抵抗２０１代表値、分極２０２の抵抗代表値を参照する値となるよう、それぞれに対応した代表値に補正し、電池特性パラメータマップ部３０２に出力する。
このように本実施例では電流や温度についても補正を行い抵抗２０１やｎ秒目分極抵抗に関しても代表値を参照するようにすることで、ＳＯＣ―ＯＣＶ以外にＳＯＣ−抵抗ＲＤＣやＴ−分極項ＲＤＣ等の傾きが急変しうる値に関しても、実施例1のＯＣＶ傾き同様に安全性と出力の両立が可能となる。
以上、本実施例について簡単にまとめる。本実施例では、ＳＯＣ補正部５０１がＳＯＣ、電流、温度がＯＣＶ傾き代表値や、これと同様にして定める抵抗２０１代表値、分極２０２の抵抗代表値を参照する値となるよう、それぞれに対応した代表値に補正し、電池特性パラメータマップ部３０２に出力することとした。このような構成にすることによって、ＯＣ―ＯＣＶ以外にＳＯＣ−抵抗ＲＤＣやＴ−分極項ＲＤＣ等の傾きが急変しうる値に関しても、実施例1のＯＣＶ傾き同様に安全性と出力の両立が可能となる。
《実施例３》
続いて実施例３について説明する。実施例１、２がＯＣＶの傾き等の代表値を最大値と定めていたが、安全性を特に考慮して最大値以下の値を用いることも可能である。つまり、実施例３では代表値は現在のＯＣＶの傾きの絶対値よりも大きな値とし、当該区間のＯＣＶの傾き最大値以下とした点が第１の実施例、及び第２の実施例と異なる。これにより、過度に許容電流を抑えすぎず、安全に方向に処理できるため、電池の特性が想定外の変化をした場合でも電池の安全性を保ちやすくなる。
以上、簡単に本実施例についてまとめる。本実施例では、ＯＣＶの傾き等の代表値を傾きの最大値以下とした上で現在のＯＣＶの傾きの絶対値よりも大きな値とした。このような構成にすることによって、許容電流制御において、過度に許容電流を抑えすぎず、安全性を向上させることが出来る。
《実施例４》
続いて実施例４について説明する。上記実施例１、実施例２、及び実施例３では傾き情報を新たにマップデータとして導入しているが、本実施例では急峻変化領域近傍において、他の区間とは異なるマップデータとした構成としている。詳細については図７を用いて説明する。なお、図１から６で説明した部分については説明を省略する。この構成では、許容電流演算部１１１はＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域対応済電池特性パラメータマップ部６００と許容電流演算部３０３から成る。
ＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域対応済電池特性パラメータマップ部６００は、電流センサ１０６、温度センサ１０７、電池等価回路モデル演算部１０９から電池状態を受け取り、これを元に電池の上限電圧ＶｌｉｍｉｔやＲＤＣ等を出力する。ここで、ＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域対応済電池特性パラメータマップ部６００には、急峻変化領域におけるデータ点数を増やした詳細なパラメータマップを導入する。これにより急峻変化領域近傍における各パラメータの誤差を減らしている。データ点数は全域で増やしてもよいが、急峻変化領域と他の電池特性低変化領域とをデータ点数で差別化することで、データ点数の増加を最小限に抑えつつ急峻変化領域で傾きが上昇し安全方向に制御する。データ点数は増えてしまうことが課題であるが、この構成でも急峻変化領域を判断し安全性と高出力を両立させることが可能となる。
以上、本実施例について簡単にまとめる。本実施例では、直接測定したＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域の傾きを用いるのではなく、あらかじめ記憶したＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域対応済電池特性パラメータマップ部６００を用いて許容電流制御を行った。このような構成にすることによって、直接測定されたデータを演算する際に載る誤差をデータに取り込まないため、継続して正確な許容電流制御を行うことが可能となる。
《実施例５》
最後に実施例５を説明する。本実施例ではハイブリッド車両において電池特性の急峻変化領域を考慮した構成について説明する。車両のハイブリッドシステムの構成を図８に示す。この車両のハイブリッドシステムは、電池システム７００、インバータ７０１、モータ７０２、ハイブリッドコントローラ７０３、エンジン７０４、タイヤ７０５から構成される。
電池システム７００は実施例１に示したように適宜急峻変化領域に対応して許容電流の情報等をハイブリッドコントローラ７０３に送る。タイヤ７０５を駆動する場合、ハイブリッドコントローラ７０３は、電池システム７００からの情報、エンジン７０４の状態等を把握し、タイヤ７０５から必要な駆動力を出力できるようエンジン７０３とモータ７０１の出力比率を決定し各部に指令を出す。その指令を元に、電池システム７００はインバータ７０１に電力を供給し、モータ７０２を駆動する。エンジン７０４も同様に指令を元に動作し、モータ７０２の出力とあわせタイヤ７０５を駆動する。
車両を減速するためにタイヤ７０５を用いて運動エネルギーを回生し、電力をモータ７０２経由で電池システム７００に供給する場合でも同様に、回生可能な電力をハイブリッドコントローラ７０３が電池システム７００の情報等から判断し、電力回生する。このように、電池特性の急峻変化領域に応じて演算した許容電流を介してモータやエンジンの出力比率を決定することで、入出力負荷の要求を満たし、かつ電池の安全性と、電池の高出力、すなわち低燃費との両立が可能となる。
以上、本発明について簡単にまとめる。本発明に記載の電池制御装置１０２は、電池特性の変化が小さい電池特性低変化領域４０２と、電池特性の変化が前記電池特性低変化領域よりも大きい電池特性急峻変化領域４００、４０１と、を有する電池の許容電流を演算する電池制御装置１０２において、現在の状態から所定時間後に電池特性急峻変化領域４００、４０１に入る場合、現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値を用いて電池特性値を算出し、電池特性値を用いて許容電流を演算する許容電流演算部１１１を有する。このような構成にすることによって、ＳＯＣ−ＯＣＶ曲線に変曲点、つまり急峻変化領域を有するような電池であっても、実装するデータ量を増やすことなく、許容電流印加後の電池情報を適切に予測し、安全方向に制御することが可能となる。また、データ量を余分に増やすことがないのでデータ容量に制限があるような系でも実装が可能となる。
また、本発明に記載の電池制御装置１０２は現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値は、電池特性急峻変化領域４００、４０１内における最大の傾きの絶対値以下である。このような構成にすることによって、許容電流制御において、過度に許容電流を抑えすぎず、安全性を向上させることが出来る。
また、本発明に記載の電池制御装置１０２は、現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値は、電池特性急峻変化領域４００、４０１内における最大の傾きの絶対値である。このような構成にすることによって、最大限安全を考慮した上で許容電流制御を行うことが可能である。
また、本発明に記載の電池制御装置１０２は、電池に用いられる負極材料には黒鉛又はシリコンを主剤とする活物質が用いられる。このような物質は特に急峻変化領域と低変化領域の差がはっきりしており、制御が容易だからである。
また、本発明に記載の電池制御装置１０２は、さらに記憶部を有し、記憶部にはＳＯＣ−ＯＣＶ特性のマップデータが記憶されており、現在の電池特性の傾きの絶対値は前記マップデータから算出されたものである。このような構成にすることによって、直接測定されたデータを演算する際に載る誤差をデータに取り込まないため、継続して正確な許容電流制御を行うことが可能となる。
また、本発明に記載の二次電池システム１は、電池特性の変化が小さい電池特性低変化領域４０２と、電池特性の変化が電池特性低変化領域４０２よりも大きい電池特性急峻変化領域４００、４０１と、を有する電池と電池の許容電流を演算する電池制御装置１０２と、を有し、電池制御装置１０２は、現在の状態から所定時間後に電池特性急峻変化領域４００、４０１に入る場合、現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値を用いて電池特性値を算出し、電池特性値を用いて許容電流を演算する許容電流演算部１１１を有する。
また、本発明に記載の車両は、電池特性の変化が小さい電池特性低変化領域４０２と、電池特性の変化が電池特性低変化領域４０２よりも大きい電池特性急峻変化領域４００、４０１と、を有する電池と電気的に接続されるモータ７０２と、エンジン７０４と、エンジン７０４とモータ７０２との出力比を演算する車両制御装置７０３と、を備え、車両制御装置は、現在の状態から所定時間後に電池特性急峻変化領域４００、４０１に入る場合、現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値を用いて電池特性値を算出し、電池特性値を用いてエンジン７０４とモータ７０２との出力比を演算する出力比演算部を有する。このような構成とすることによって、入出力負荷の要求を満たし、かつ電池の安全性と、電池の高出力、すなわち低燃費との両立が可能となる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１００：電池モジュール
１０１：電池情報取得部
１０２：電池制御装置
１０３：上位コントローラ
１０４：インバータ
１０５：負荷
１０６：電流センサ
１０７：温度センサ
１０８：電圧センサ
１０９：電池等価回路モデル演算部
１１０：電池劣化度演算部
１１１：許容電流演算部
２００：ＯＣＶ
２０１：直流抵抗
２０２：分極項
２０３：分極抵抗
２０４：分極キャパシタ
３００：ＳＯＣ−ＯＣＶ急峻変化領域判断部
３０１：ＳＯＣ補正部
３０２：電池パラメータマップ部
３０３：許容電流計算部
４００：急峻変化領域１
４０１：急峻変化領域２
５００：電池状態急峻変化領域判断部
５０１：電池状態補正部
６００：電池特性急峻変化領域対応済電池特性パラメータマップ部
７００：電池システム
７０１：インバータ
７０２：モータ
７０３：ハイブリッドコントローラ
７０４：エンジン
７０５：入出力要求

Claims (8)

  1. 電池特性の変化が小さい電池特性低変化領域と、電池特性の変化が前記電池特性低変化領域よりも大きい電池特性急峻変化領域と、を有する電池の許容電流を演算する電池制御装置において、現在の状態から所定時間後に前記電池特性急峻変化領域に入る場合、現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値を用いて電池特性値を算出し、前記電池特性値を用いて許容電流を演算する許容電流演算部を有することを特徴とする電池制御装置。
  2. 請求項１に記載の電池制御装置において、前記現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値は、前記電池特性急峻変化領域内における最大の傾きの絶対値以下であることを特徴とする電池制御装置。
  3. 請求項２に記載の電池制御装置において、前記現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値は、前記電池特性急峻変化領域内における最大の傾きの絶対値であることを特徴とする電池制御装置。
  4. 請求項２又は３に記載の電池制御装置において、前記電池特性はＳＯＣ―ＯＣＶ特性であることを特徴とする電池制御装置。
  5. 請求項４に記載の電池制御装置において、前記電池に用いられる負極材料には黒鉛又はシリコンを主剤とする活物質が用いられることを特徴とする電池制御装置。
  6. 請求項４または５に記載の電池制御装置において、当該電池制御装置はさらに記憶部を有し、前記記憶部にはＳＯＣ−ＯＣＶ特性のマップデータが記憶されており、前記現在の電池特性の傾きの絶対値は前記マップデータから算出されたものであることを特徴とする電池制御装置。
  7. 電池特性の変化が小さい電池特性低変化領域と、電池特性の変化が前記電池特性低変化領域よりも大きい電池特性急峻変化領域と、を有する電池と前記電池の許容電流を演算する電池制御装置と、を有する電池システムにおいて、前記電池制御装置は、現在の状態から所定時間後に前記電池特性急峻変化領域に入る場合、現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値を用いて電池特性値を算出し、前記電池特性値を用いて許容電流を演算する許容電流演算部を有することを特徴とする電池システム。
  8. 電池特性の変化が小さい電池特性低変化領域と、電池特性の変化が前記電池特性低変化領域よりも大きい電池特性急峻変化領域と、を有する電池と前記電池と電気的に接続されるモータと、エンジンと、前記エンジンと前記モータとの出力比を演算する車両制御装置と、を備えた車両において、前記車両制御装置は、現在の状態から所定時間後に前記電池特性急峻変化領域に入る場合、現在の電池特性の傾きの絶対値よりも大きな値を用いて電池特性値を算出し、前記電池特性値を用いて前記エンジンと前記モータとの出力比を演算する出力比演算部を有することを特徴とする車両。
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