JP2019146460A

JP2019146460A - 車両用電源システム

Info

Publication number: JP2019146460A
Application number: JP2018031252A
Authority: JP
Inventors: 林玉孫; Linyu Sun
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-29

Abstract

【課題】電池の内部抵抗値及び開放電圧値を高い精度で算出することができる車両用電源システムを提供する。【解決手段】充放電可能な電池を備えた車両用電源システムであって、短周期で充放電が切り替わり、かつ、充電時及び放電時にそれぞれ一定値の電流を所定の時間維持する電流パターンに従って、電池を充放電制御する制御部と、一定値の電流を所定の時間維持する期間において、電池の電流値及び電圧値の組を複数測定する測定部と、測定部で測定された複数の電圧値及び電流値の組に基づいて、電池の内部抵抗値及び無電流時の電圧値を算出する算出部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される電源システムに関する。

特許文献１に、所定の測定パターンを用いて電池の電圧値及び電流値の組を複数測定して、これら複数の測定値に基づいて電池の内部抵抗値を算出する車両用電源システムが、開示されている。

特開２０１７−１６３７３９号公報特開２００４−２８９８９２号公報

特許文献１及び２に記載の車両用電源システムでは、測定に際しての電圧と電流との同期ずれや、長い測定処理中における電池状態（温度、蓄電量）の変化を考慮していないため、電池の内部抵抗値を高い精度で算出することが難しい。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、電池の内部抵抗値及び開放電圧値を高い精度で算出することができる車両用電源システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の一態様は、充放電可能な電池を備えた車両用電源システムであって、短周期で充放電が切り替わり、かつ、充電時及び放電時にそれぞれ一定値の電流を所定の時間維持する波形パターンの電流に従って、電池を充放電制御する制御部と、一定値の電流を維持している期間において、電池の電流値及び電圧値の組を複数測定する測定部と、測定部で測定された複数の電圧値及び電流値の組に基づいて、電池の内部抵抗値及び無電流時の電圧値を算出する算出部と、を備える、ことを特徴とする。

この本発明の一態様による車両用電源システムでは、短周期で充放電が切り替わる電流を電池に流して電圧及び電流を測定するので、電池の温度変化及び蓄電量変化を最小限に抑えることができる。また、一定値の電流を維持している期間において電池の測定を行うので、同期ずれのない電圧値及び電流値の組を得ることができる。よって、これら同期ずれのない電圧値及び電流値の組から電池の内部抵抗値及び開放電圧値を高い精度で算出することができる。

上記本発明の車両用電源システムによれば、電池の内部抵抗値及び開放電圧値を高い精度で算出することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用電源システムの概略構成を示す図パルス状電流の波形パターンの一例を示した図本車両用電源システムが実行する電池の測定制御の処理手順を示すフローチャート電池の内部抵抗値及び開放電圧値を算出する手法を説明する図

［概要］
本発明の充放電可能な電池を備えた車両用電源システムは、一定値の電流を所定の時間維持する期間を有した短周期のパルス状電流を用いて、この期間にのみ電池の電圧及び電流を測定する。これにより、電池の温度変化及び蓄電量変化を最小限に抑えつつ、同期ずれのない電圧値及び電流値の組を得ることができる。従って、電池の内部抵抗値及び開放電圧値を高い精度で算出することができる。

［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用電源システム１の概略構成を示す図である。図１に例示した車両用電源システム１は、電力供給部１０と、ＤＣＤＣコンバーター２０と、電源ＥＣＵ３０と、電池４０と、電池監視ＥＣＵ５０と、負荷６０と、を備えている。

電力供給部１０は、ＤＣＤＣコンバーター２０を介して、負荷６０に電力を供給するための構成である。この電力供給部１０は、例えば、リチウムイオン電池などの充放電可能に構成された電力貯蔵要素であってもよいし、オルタネーターなどの発電装置であってもよい。

ＤＣＤＣコンバーター２０は、電源ＥＣＵ３０からの制御指令に従って、電力供給部１０から供給される電力を所定の電圧を有した電力に変換して、負荷６０に出力するための電圧変換器である。また、ＤＣＤＣコンバーター２０は、電源ＥＣＵ３０からの制御指令に従って電池４０に対して所定の波形パターンの電流を流入及び流出させることで、電池４０の充電及び放電を行うことができるように構成されている。このＤＣＤＣコンバーター２０は、例えば双方向型とすることができる。

電源ＥＣＵ３０は、例えばマイコンなどを含んで形成され、ＤＣＤＣコンバーター２０の出力電圧を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。この電源ＥＣＵ３０は、電池４０に所定の波形パターンの電流が流れるように、ＤＣＤＣコンバーター２０を制御することができる。

所定の波形パターンの電流は、例えば図２に示すように、電池４０の充電時及び放電時にそれぞれ一定値の電流を所定の時間維持するパルス状電流とすることができる。このパルス状電流は、電池４０の温度変化及び蓄電量（ＳＯＣ）変化を最小限に抑えることができる短い周期（例えば、０．３秒程度）に設定される。また、パルス状電流は、一定値の電流を所定の時間維持することによって、電流と電圧との同期ずれの影響が及ばない「一定電流期間」を生じさせる。

電池４０は、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された電力貯蔵要素であり、内部抵抗値及び無電流時の電圧値である開放電圧値の算出対象となる電池である。この電池４０は、電力供給部１０が失陥した場合に、ＤＣＤＣコンバーター２０を介して負荷６０に電力を供給するためのバックアップ電池として機能する。

電池監視ＥＣＵ５０は、電池４０の状態を監視することができる電子制御装置（ＥＣＵ）である。この電池監視ＥＣＵ５０は、例えば電圧センサー、電流センサー、及び温度センサーを含み、電池４０の端子の電圧、電池４０に流入する又は電池４０から流出する電流、電池４０の温度、及び電池４０の蓄電量など、電池４０の状態を測定することができる。また、電池監視ＥＣＵ５０は、複数測定した電池４０の電圧値及び電流値の組に基づいて、電池４０の内部抵抗値及び開放電圧値を算出する。この算出方法については、後述する。

なお、上述したＤＣＤＣコンバーター２０及び電源ＥＣＵ３０は、請求項における「制御部」に対応し、電池監視ＥＣＵ５０は、請求項における「測定部」及び「算出部」に対応する。算出部は、電池監視ＥＣＵ５０以外の電源ＥＣＵ３０や図示しない他の構成に含めてもよい。また、上述の車両用電源システム１では、電源ＥＣＵ３０と電池監視ＥＣＵ５０とを別構成としたが、これらを１つの構成にまとめてもよい。

［制御］
次に、図３をさらに参照して、本発明の一実施形態に係る車両用電源システム１が実行する制御を説明する。図３は、本車両用電源システム１が実行する電池４０の測定制御の処理手順を示すフローチャートである。

図３に示した測定制御は、車両の電源がオンされた状態において、所定のタイミングで実施される。

ステップＳ３０１：電池監視ＥＣＵ５０は、電池４０の情報を取得する。電池４０の情報とは、電池４０の端子に現れる電圧、電池４０に流入する又は電池４０から流出する電流、電池４０の温度、及び電池４０の蓄電量である。

ステップＳ３０２：電池監視ＥＣＵ５０は、取得した電池４０の情報に基づいて、電池４０の状態が安定しているか否かを判断する。電池４０の状態が安定しているとの判断は、一例として以下の３つの条件を満足するか否かで行われる。
［条件１］電流値が所定の第１時間以上に亘って所定の範囲に収まっている
［条件２］電圧値が所定の第１閾値以上である
［条件３］前回に測定制御を行ってから所定の第２時間が経過している、又は温度が所定の第２閾値以下に低下している、或いは蓄電量が所定の第３閾値以下に低下している
なお、上記所定の範囲、第１時間、第２時間、第１閾値、第２閾値、及び第３閾値は、車両用電源システム１に要求される性能や仕様などに応じて適宜設定される。

電池４０の状態が安定している場合（ステップＳ３０２，Ｙｅｓ）は、ステップＳ３０３に処理が進む。一方、電池４０の状態が安定していない場合（ステップＳ３０２，Ｎｏ）は、電池４０が測定制御の実施に適した状態にないと判定されて、本処理が終了する。この判定によって、例えば電源システム１に突入電流が流れるなどの外乱の影響を排除することができる。

ステップＳ３０３：電源ＥＣＵ３０は、ＤＣＤＣコンバーター２０を制御して、電池４０にパルス状電流（図２を参照）を流す。

ステップＳ３０４：電池監視ＥＣＵ５０は、パルス状電流の一定値の電流を所定の時間維持する波形パターンの一定電流期間において、電池４０の電圧値及び電流値の組を複数測定する。

ステップＳ３０５：電源ＥＣＵ３０は、ＤＣＤＣコンバーター２０を制御して、電池４０にパルス状電流を流すことを停止する。

ステップＳ３０６：電池監視ＥＣＵ５０は、測定した電圧値及び電流値の組数が所定数以上であるか否かを判断する。この所定数は、例えば、内部抵抗値及び開放電圧値を高精度で推定するために必要なサンプル数とすることができる。電圧値及び電流値の組数が所定数以上である場合（ステップＳ３０６，Ｙｅｓ）は、ステップＳ３０７に処理が進む。一方、電圧値及び電流値の組数が所定数未満である場合（ステップＳ３０６，Ｎｏ）は、測定された電圧値及び電流値の組数では、内部抵抗値及び開放電圧値を高精度で推定できないと判定されて、本処理が終了する。

なお、上記電圧値及び電流値の組数が所定数以上である場合（ステップＳ３０６，Ｙｅｓ）には、ステップＳ３０３に処理を戻して、電池４０に新たなパルス状電流を流して電圧値及び電流値の組を追加測定するようにしてもよい。

ステップＳ３０７：電池監視ＥＣＵ５０は、電池４０の内部抵抗値及び開放電圧値を算出する。例えば、電池監視ＥＣＵ５０は、一定電流期間において複数測定した電池４０の電圧値及び電流値の組に基づいて、最小二乗法などの手法を用いて線形回帰（直線フィッティング）を行い、電流（Ｘ軸）に対する電圧（Ｙ軸）の変化率である直線の傾きの大きさを電池４０の内部抵抗値Ｒとして算出し、電流値Ｉ＝０である直線のＹ軸切片を開放電圧値ＯＣＶとして算出する。このときの電流値Ｉと電圧値Ｖとの関係は、図４に示すＶ＝ＯＣＶ−Ｒ×Ｉのグラフとなる。電池４０の内部抵抗値及び開放電圧値が算出されると、本測定制御が終了する。

［本実施形態における作用・効果］
上述した本発明の一実施形態に係る車両用電源システム１によれば、短周期で充放電が切り替わるパルス状電流を電池４０に流して電圧値及び電流値を測定するので、電池４０の温度変化及び蓄電量変化を最小限に抑えることができる。また、一定値の電流を所定の時間維持する一定電流期間において電池４０の測定を行うので、同期ずれのない電圧値及び電流値の組を得ることができる。よって、これら同期ずれのない電圧値及び電流値の組から電池４０の内部抵抗値及び開放電圧値を高い精度で算出することができる。

本発明の車両用電源システムは、充放電可能な電池を備えた電源システムを搭載した車両などに利用可能である。

１車両用電源システム
１０電力制御部
２０ＤＣＤＣコンバーター
３０電源ＥＣＵ
４０電池
５０電池監視ＥＣＵ
６０負荷

Claims

充放電可能な電池を備えた車両用電源システムであって、
短周期で充放電が切り替わり、かつ、充電時及び放電時にそれぞれ一定値の電流を所定の時間維持する波形パターンの電流に従って、前記電池を充放電制御する制御部と、
前記一定値の電流を維持している期間において、前記電池の電流値及び電圧値の組を複数測定する測定部と、
前記測定部で測定された複数の電圧値及び電流値の組に基づいて、前記電池の内部抵抗値及び無電流時の電圧値を算出する算出部と、を備える、
車両用電源システム。