JP2020043084A - 蓄電素子管理装置、蓄電素子モジュール、車両および蓄電素子管理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
初めに、本実施形態にて開示する蓄電素子管理装置および蓄電素子管理方法の概要について説明する。
本明細書により開示される蓄電素子管理装置は、例えばリチウムイオン電池等の蓄電要素の充電状態を示すSOC範囲を決定する蓄電要素管理装置であって、第1の方法により決定される第1SOC範囲と、第1SOC範囲が決定される段階において第2の方法により決定される第2SOC範囲とに基づいて新たなSOC範囲を決定する情報処理部を備える。
本明細書により開示される技術の一実施態様として、前記情報処理部は、前記第1SOC範囲と前記第2SOC範囲とが重複する場合には、前記第1SOC範囲と、前記第2SOC範囲との重複範囲を前記SOC範囲に決定する構成にしてもよい。
すなわち、電流の時間積算に基づく第1の方法(電流積算法)により決定される第1SOC範囲と、電圧とSOC−OCV相関関係とに基づく第2の方法(OCV法)により決定される第2SOC範囲とが重複する場合には、その重複部分をSOC範囲として決定することで、SOC範囲の推定誤差が大きくなることを防ぐことができる。
このような構成によると、意図的に蓄電素子に対して充放電を行うことで、第1SOC範囲から第2SOC範囲に移動した分、新たなSOC範囲が絞り込まれることになり、SOC範囲の推定精度を向上させることができる。
また、本明細書により開示される技術の一実施態様として、前記情報処理部は、前記第2SOC範囲を、現在属している前記低変化領域とは異なる領域に属するように変化させる構成にしてもよい。
本明細書で開示される技術を自動車10などの車両に適用した実施形態1について図1から図16を参照して説明する。
本実施形態の自動車10は、図1に示すように、エンジンルーム11に設置されるエンジン始動用のスターターモータや電装品などの車両負荷12と、車両負荷12に接続されたバッテリモジュール20と、車両負荷12およびバッテリモジュール20に接続された図示しないオルターネータと、車両負荷12の動作を制御する車両側電子制御部(以下、「ECU」という)13などを備えて構成されている。
オルターネータは、自動車10のエンジンの駆動に伴って回転することで発電し、車両負荷12およびバッテリモジュール20に電力供給を行う。
ケース本体23内には、図3に示すように、複数の二次電池30が個別に収容される複数のセル室23AがX方向に並んで設けられている。
中蓋25は、図3に示すように、BMU50が内部に収容可能とされており、中蓋25がケース本体23に装着されることで、二次電池30とBMU50とが接続されるようになっている。
電流計測部80は、電流センサ40を介して二次電池30に流れる電流を計測する。
SOC決定処理は、例えば、自動車10が始動され、ECU13から出力された実行指令をBMU50が受信することにより開始される。
そして、図9に示すように、この初期のSOC範囲(a)を基に、電流の時間積算により二次電池のSOC範囲(b)を決定する電流積算法と、電流積算法によってSOC範囲(b)が決定された段階における二次電池のSOC範囲(c)を決定する電圧参照法との2つの方法によって決定されたSOC範囲の重複範囲を新たなSOC範囲(d)に決定する。
初期のSOC範囲(a)を決定する場合、まず、制御部60の指令により、前回決定されたSOC範囲がメモリに記憶されているか判定する(S10)。
電圧参照法(OCV法)では、まず、充放電が停止されて安定した状態の二次電池30のOCV(電流が流れていない状態の開放電圧)を電圧計測部70によって計測する(S12)。ここで、電圧計測部70の計測では、セル電圧計測誤差が生じるため、セル電圧計測誤差を考慮してOCV範囲を決定する。つまり、図5に示すSOC−OCVの相関関係を参照することにより、決定されたOCV範囲が領域IからVのうちのどの領域に属するか判定し、判定された領域の上限から下限までの範囲を初期のSOC範囲R0として決定する(S13)。つまり、図9に示すように、初期のSOC範囲R0を、SOC推定誤差Mを含む幅をもったデータとして取り扱う。
電流積算法処理は、図8に示すように、S21からS23の動作を規定周期Tで繰り返し実行する。
そして、この算出した電流積算値ZIを、放電をプラス、充電をマイナスとして、加算又は減算することで、累積充放電量Cを算出する(S22)。このとき、累積充放電量Cには、電流計測部80の誤差が累積することに起因した累積誤差m1が含まれることになる。
電圧参照法処理では、初期のSOC範囲R0を求めるのと同様に、制御部60の指令により、充放電が停止されて安定した状態の二次電池30のOCVを電圧計測部70によって計測し、図5に示すSOC−OCVの相関関係を参照することによりOCV範囲を決定する。そして、OCV範囲が領域IからVのうちのどの領域に属するか判定し、判定された領域の上限から下限までの範囲を電圧参照SOC範囲R2として決定する。なお、以後、電圧参照SOC範囲R2を、「SOC範囲(i)」と表記する。
そこで、本実施形態では、制御部60は、SOC領域変更処理を行うことができるようになっている。
SOC領域変更処理は、電流積算法処理においてSOC範囲(i)R1が算出され、無電流状態になってからの経過時間が安定時間に至ったところで、制御部60が、電圧計測部70に指令を与え、電圧計測部70が各二次電池30の電圧を計測する処理を実行する(S31)。
そして、電圧が所定の期間の間、同一の電圧平坦領域に属しているか判定し(S32)、SOC範囲(i)R1が、同一の電圧平坦領域に属していない場合には、SOC領域変更処理を終了する。
なお、充放電した結果、異なる領域に変化しない場合においても、SOC範囲(i)R1は充放電により移動する。そのため、移動後のSOC範囲(i)R1とSOC範囲(v)R2は、同じ範囲を示すことはなく、SOC範囲(i)R1が移動した分、新たなSOC範囲がより絞り込まれる。すなわち、充放電によって必ずしも異なる領域に変化しなくても、SOC範囲の推定精度を向上させることができる。
次に、実施形態2について図17および図18を参照して説明する。
実施形態2のSOC決定処理における電圧参照SOC範囲の決定方法は、実施形態1と異なり、二次電池30の充電中もしくは放電中における電圧および電流に基づいてSOCを決定するものであって、実施形態1と共通する構成、作用、および効果については重複するため、その説明を省略する。また、実施形態1と同じ構成については同一の符号を用いるものとする。
二次電池30の充電中において、電流計測部80によって計測された電流が電流閾値よりも小さく、かつ、電圧計測部70によって計測された電圧が電圧閾値よりも高い場合には、二次電池30の残存容量RCが満充電状態に近い状態であると決定し、二次電池30のSOC範囲が満充電SOC範囲であると決定する。
二次電池30が放電中の場合、電流計測部80によって計測された電流が電流閾値よりも小さく、かつ、電圧計測部70によって計測された電圧が電圧閾値よりも低い時には、二次電池30の残存容量RCが放電終止状態に近い状態であると決定し、二次電池30のSOC範囲が放電終止SOC範囲であると決定する。
すなわち、満充電SOC範囲、非満充電SOC範囲、放電終止SOC範囲または非放電終止SOC範囲であるか決定できる場合には、SOCの推定誤差を解消し、SOC推定精度を向上させることができる。
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
12:車両負荷
13:車両側電子制御部
20:バッテリモジュール(「蓄電素子モジュール」の一例)
30:二次電池(「蓄電素子」の一例)
50:電池管理装置(「蓄電素子管理装置」の一例)
61:中央処理装置(「情報処理部」の一例)
63:メモリ
70:電圧計測部
80:電流計測部
R1:SOC範囲(i)(「第1SOC範囲」の一例)
R2:SOC範囲(v)(「第2SOC範囲」の一例)
R3:SOC範囲
Claims (16)
- 蓄電素子の充電状態を示すSOC範囲を決定する蓄電素子管理装置であって、
第1の方法により決定される第1SOC範囲と、前記第1SOC範囲が決定される段階において第2の方法により決定される第2SOC範囲とに基づいてSOC範囲を決定する情報処理部を備える蓄電素子管理装置。 - 前記情報処理部は、前記第1SOC範囲と前記第2SOC範囲とが重複する場合には、前記第1SOC範囲と、前記第2SOC範囲との重複範囲を前記SOC範囲に決定する請求項1に記載の蓄電素子管理装置。
- 前記第1の方法は、前回のSOC範囲から時間経過に伴う前記蓄電素子の状態に基づいて第1SOC範囲を決定し、
前記第2の方法は、前記第1SOC範囲が決定される段階の前記蓄電素子の状態に基づいて前記第2SOC範囲を決定し、
前記第1SOC範囲と前記第2SOC範囲とが重複しない場合には、前記第2SOC範囲を前記SOC範囲として決定する請求項1または請求項2に記載の蓄電素子管理装置。 - 前記第1SOC範囲は、前記蓄電素子に流れる電流の時間積算により決定され、
前記第2SOC範囲は、前記蓄電素子の電圧と、前記蓄電素子のSOC−V相関関係とにより決定される請求項3に記載の蓄電素子管理装置。 - 前記情報処理部は、無電流状態の前記蓄電素子における開放電圧と充電状態との相関関係であるSOC−OCV相関関係に基づいて第2SOC範囲を決定する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の蓄電素子管理装置。
- 前記情報処理部は、前記蓄電素子の充電後におけるSOC−OCV相関関係および前記蓄電素子の放電後における前記SOC−OCV相関関係に基づいて第2SOC範囲を決定する請求項5に記載の蓄電素子管理装置。
- 前記情報処理部は、前記蓄電素子の充電中における充電電圧と残存容量の相関関係であるC−V相関関係に基づいて第2SOC範囲を決定するようになっており、
充電電流が所定の電流値よりも低く、かつ充電電圧が所定の電圧値よりも高い場合、前記第2SOC範囲を、前記蓄電素子が満充電状態に近い状態である満充電SOC範囲に決定する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の蓄電素子管理装置。 - 前記情報処理部は、充電電流が所定の電流値よりも高く、かつ充電電圧が所定の電圧値よりも低い場合、前記第2SOC範囲を、前記満充電SOC範囲とは異なる範囲である非満充電SOC範囲に決定する請求項7に記載の蓄電素子管理装置。
- 前記情報処理部は、前記蓄電素子の放電中における放電電圧と残存容量との相関関係であるC−V相関関係に基づいて第2SOC範囲を決定するようになっており、
放電電流が所定の電流値よりも低く、かつ放電電圧が所定の電圧値よりも低い場合、前記第2SOC範囲を、前記蓄電素子が放電終止状態に近い状態である放電終止SOC範囲に決定する請求項1から請求項4、請求項7および請求項8のいずれか一項に記載の蓄電素子管理装置。 - 前記情報処理部は、放電電流が所定の電流値よりも高く、かつ放電電圧が所定の電圧値よりも高い場合、前記第2SOC範囲を、前記放電終止SOC範囲とは異なる範囲である非放電終止SOC範囲に決定する請求項9に記載の蓄電素子管理装置。
- 前記情報処理部は、前記蓄電素子の蓄電状態を複数のSOC領域に区分し、前記複数のSOC領域のうちSOCの変化量に対する電圧の変化量が他よりも小さいSOC領域を低変化領域としたとき、
前記第1SOC範囲が、所定期間の間、前記低変化領域に属する場合には、前記蓄電素子を充放電し、前記第2SOC範囲を前記第1SOC範囲と異なる範囲となるように変化させる請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の蓄電素子管理装置。 - 前記情報処理部は、前記第2SOC範囲を、現在属している前記低変化領域とは異なる領域に属するように変化させる請求項11に記載の蓄電素子管理装置。
- 蓄電素子と、
前記蓄電素子に流れる電流を検出する電流計測部と、
前記蓄電素子の電圧を検出する電圧計測部と、
前記蓄電素子の電圧とSOCとの相関関係の情報を記憶するメモリと、
請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の蓄電素子管理装置とを備えた蓄電素子モジュール。 - 請求項13に記載の蓄電素子モジュールと、
前記蓄電素子モジュールからの電力供給される車両負荷と、
前記車両負荷を制御し、かつ前記蓄電素子モジュールと通信可能な車両側電子制御部とを有する車両。 - 蓄電素子の充電状態を示す値であるSOCの推定値を決定するための蓄電素子管理方法であって、
第1の方法により決定される第1SOC範囲と、第2の方法により決定される第2SOC範囲とに基づいてSOC範囲を決定する蓄電素子管理方法。 - 前記SOC範囲は、前記第1SOC範囲と前記第2SOC範囲とが重複する場合には、前記第1SOC範囲と、前記第2SOC範囲との重複範囲により決定される請求項15に記載の蓄電素子管理方法。
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