JP2020201122A - 推定装置、推定システムおよび推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＯＣ推定の精度を向上させること。【解決手段】実施形態に係る推定装置は、電圧が所定範囲外への端点に到達した場合に定電圧による充放電状態となるように制御される電池の充電率を推定する推定装置であって、制御部を備える。制御部は、上記電圧が所定範囲外であり、かつ、電池の充放電電流の絶対値が所定の電流閾値以下である場合に、少なくとも電池の温度を含む電池状態に応じて可変するように予め設定されたリセット値によって上記充電率をリセットする。【選択図】図２Ｂ

Description

開示の実施形態は、推定装置、推定システムおよび推定方法に関する。

従来、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）やＥＶ（Electric Vehicle）に搭載されるリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ：Lithium-Ion rechargeable Battery）等の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）を、所定のアルゴリズムを用いて推定する技術が知られている。

所定のアルゴリズムの１つとしては、クーロンカウント法が知られている。ただし、クーロンカウント法は、いわゆる電流積算方式であるため、たとえば電流センサの測定誤差等があると、長時間の積算により誤差が蓄積されてしまうという問題がある。

そこで、定期的に、ＯＣＶ（Open-circuit voltage）−ＳＯＣ特性に基づくＳＯＣの推定値により、ＳＯＣをリセットする技術も知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２８３９２２号公報

しかしながら、上述した従来技術には、ＳＯＣ推定の精度を向上させるうえで、更なる改善の余地がある。

たとえば、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性を利用するのみによってＳＯＣをリセットする場合、電池に一定時間負荷がなく、安定状態での電池電圧を使用するため、ＬＩＢが充放電状態にある間はリセットを行うことができない。

また、車両の制御中で上記の安定状態が少ない場合や、そもそも広いＳＯＣ範囲においてＯＣＶの変化が微小であるようなＯＣＶ−ＳＯＣ特性を有する場合、十分なリセットタイミングを確保できない。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ＳＯＣ推定の精度を向上させることができる推定装置、推定システムおよび推定方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る推定装置は、電圧が所定範囲外への端点に到達した場合に定電圧による充放電状態となるように制御される電池の充電率を推定する推定装置であって、制御部を備える。前記制御部は、前記電圧が所定範囲外であり、かつ、前記電池の充放電電流の絶対値が所定の電流閾値以下である場合に、少なくとも前記電池の温度を含む電池状態に応じて可変するように予め設定されたリセット値によって前記充電率をリセットする。

実施形態の一態様によれば、ＳＯＣ推定の精度を向上させることができる。

図１Ａは、実施形態に係る推定方法の概要説明図（その１）である。 図１Ｂは、実施形態に係る推定方法の概要説明図（その２）である。 図２Ａは、実施形態に係る電池パックのブロック図である。 図２Ｂは、実施形態に係る推定装置のブロック図である。 図３は、実施形態に係る特性マップの構成の一例を示す図である。 図４は、実施形態に係る第２リセット部が実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する推定装置、推定システムおよび推定方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、実施形態に係る推定システム１が、車両に搭載されるＬＩＢ３（図２Ａ参照）の電池パック２（図２Ａ参照）を含み、実施形態に係る推定装置１０がかかる電池パック２に含まれる場合を例に挙げて説明する。

まず、実施形態に係る推定方法の概要について、図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、実施形態に係る推定方法の概要説明図（その１）である。また、図１Ｂは、実施形態に係る推定方法の概要説明図（その２）である。

ところで、ＬＩＢ３のＳＯＣの０％や１００％というものは、性能が保証されている所定の電圧範囲で定義されており、たとえば定電流（ＣＣ：Constant Current）モードおよび定電圧（ＣＶ：Constant Voltage）モードを組み合わせた方法で充放電が行われる。

たとえば、セル電圧が所定の電圧に到達するまではＣＣモードで充放電が行われ、セル電圧が所定の電圧に到達したならば、過充放電保護のためにＣＶモードでの充放電が行われることとなる。実施形態に係る推定方法は、かかるＣＶモードでの充放電中に、ＣＶモードであることにより充放電電流の変化量が絞られて充放電がされにくくなる特性に着目し、これを利用するものである。

なお、以下では、ＣＶモードでの充電を「ＣＶ充電」と言い、ＣＶモードでの放電を「ＣＶ放電」と言い、まとめては「ＣＶ充放電」と言う場合がある。同様に、ＣＣモードでの充電を「ＣＣ充電」と言い、ＣＣモードでの放電を「ＣＣ放電」と言い、まとめては「ＣＣ充放電」と言う場合がある。

具体的には、図１Ａに示すように、実施形態に係る推定方法では、まずＣＶ充電時においては、セル電圧がＣＶ充電領域に到達するとともに、これに応じて充放電電流の変化量が所定量以下である状態が継続するならば、実験等により事前に導出された電池状態とＳＯＣリセット値との関係性を示す特性マップにおける当該条件成立時のＳＯＣリセット値により、ＳＯＣ推定値をリセットする。

より具体的には、同図に示すように、実施形態に係る推定方法では、ＣＶ充電時においては、（セル電圧≧電圧閾値ＴＨ_Ｖ１）ＡＮＤ（充放電電流≦電流閾値ＴＨ_Ｃ１がｎ秒継続）との条件が成立したならば、電池状態−ＳＯＣリセット値特性マップにおける当該条件成立時のＳＯＣリセット値でＳＯＣ推定値をリセットする。

一方、図１Ｂに示すように、ＣＶ放電時においては、実施形態に係る推定方法では、セル電圧がＣＶ放電領域に到達するとともに、これに応じて充放電電流の変化量が所定量以下である状態が継続するならば、上述の特性マップにおける当該条件成立時のＳＯＣリセット値により、ＳＯＣ推定値をリセットする。

より具体的には、同図に示すように、実施形態に係る推定方法では、ＣＶ放電時においては、（セル電圧≦電圧閾値ＴＨ_Ｖ２）ＡＮＤ（充放電電流≧電流閾値ＴＨ_Ｃ２がｎ秒継続）との条件が成立したならば、電池状態−ＳＯＣリセット値特性マップにおける当該条件成立時のＳＯＣリセット値でＳＯＣ推定値をリセットする。なお、本実施形態においては、電流値の表記として、充電時を正、放電時を負として扱う。そのため、図１Ａでは充放電電流は正であるが、図１Ｂでは充放電電流は負として表している。

なお、電池状態−ＳＯＣリセット値特性マップは、たとえばＣＶ充放電中の入力電流状態およびセル温度を各次元とする２次元マップ上にＳＯＣリセット値をマッピングしたものとして構成される。その具体例については、後ほど図３に示すこととする。

このように、実施形態に係る推定方法では、セル電圧が所定範囲外への端点に到達して定電圧状態となるとともに、充放電電流の絶対値が所定値以下となった場合に、少なくともセル温度を含む電池状態に応じて可変するように予め設定されたＳＯＣリセット値によってＳＯＣをリセットすることとした。

したがって、実施形態に係る推定方法によれば、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性を利用するのみによってＳＯＣをリセットする場合等に対して、リセットのタイミングを増加させ、たとえばＣＶ充放電中にＳＯＣのリセットを行うことができる。すなわち、実施形態に係る推定方法によれば、ＳＯＣ推定の精度を向上させることができる。

以下、上述した推定方法を適用した推定装置１０を含む推定システム１について、さらに具体的に説明する。

図２Ａは、実施形態に係る推定システム１のブロック図である。また、図２Ｂは、実施形態に係る推定装置１０のブロック図である。なお、図２Ａおよび図２Ｂでは、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

換言すれば、図２Ａおよび図２Ｂに図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

図２Ａに示すように、推定システム１は、電池パック２と、上位ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０とを含む。電池パック２は、ＬＩＢ３と、電流センサ４と、電圧センサ５と、温度センサ６と、推定装置１０とを備える。推定装置１０は、記憶部１１と、制御部１２とを備える。

ＬＩＢ３は、車両に搭載されるリチウムイオン二次電池である。電流センサ４は、ＬＩＢ３と推定装置１０との間に設けられ、ＬＩＢ３からの入力電流を検出して制御部１２へ出力する。

電圧センサ５は、ＬＩＢ３と推定装置１０との間など、ＬＩＢ３への入力電流値が計測できる箇所に設けられ、ＬＩＢ３のセル電圧を検出して制御部１２へ出力する。温度センサ６は、ＬＩＢ３と推定装置１０との間に設けられ、ＬＩＢ３のセル温度を検出して制御部１２へ出力する。

上位ＥＣＵ２０は、たとえば電池パック２の状態を監視するＥＣＵであって、制御部１２によって推定され、制御部１２から出力されるＳＯＣを受け取る。

つづいて、推定装置１０について説明する。既に述べたが、図２Ｂに示すように、推定装置１０は、記憶部１１と、制御部１２とを備える。記憶部１１は、たとえば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現され、図２Ｂの例では、特性マップ１１ａを記憶する。

特性マップ１１ａは、上述した電池状態−ＳＯＣリセット値特性マップである。ここで、実施形態に係る特性マップ１１ａの具体的な構成例について図３を用いて説明する。図３は、実施形態に係る特性マップ１１ａの構成の一例を示す図である。

図３に示すように、特性マップ１１ａは、たとえばＣＶ充電中またはＣＶ放電中それぞれにおける、入力電流状態およびセル温度を各次元とする２次元マップ上にＳＯＣリセット値をマッピングしたものとして構成される。

同図に示すように、入力電流状態は、入力電流値の絶対値が所定の閾値以下で所定時間継続することを示すものであって、かかる各入力状態と各セル温度との組み合わせごとに、事前の実験等により導出されたＳＯＣリセット値がマッピングされる。なお、ＳＯＣリセット値は、かかる各入力状態と各セル温度との組み合わせに応じて、ＳＯＣリセット値が少なくとも可変となる、すなわち動的に変化するように設定される。

なお、同図に示した各ＳＯＣリセット値は、あくまで一例を示すものであって、実際の設定値を限定するものではない。

図２Ｂの説明に戻る。制御部１２は、コントローラ（controller）であり、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等によって、記憶部１１を含む推定装置１０内部の記憶デバイスに記憶されている各種プログラムがＲＡＭを作業領域として実行されることにより実現される。また、制御部１２は、たとえば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現することができる。

制御部１２は、クーロンカウント部１２ａと、リセット制御部１２ｂと、第１リセット部１２ｃと、第２リセット部１２ｄと、算出部１２ｅとを有し、以下に説明する情報処理の機能や作用を実現または実行する。

クーロンカウント部１２ａは、電流センサ４によって検出された入力電流に基づく電流積算を実行し、積算値を算出部１２ｅへ出力する。

リセット制御部１２ｂは、電流センサ４によって検出された入力電流、電圧センサ５によって検出されたセル電圧、および、温度センサ６によって検出されたセル温度に応じ、第１リセット部１２ｃに第１リセット処理を、第２リセット部１２ｄに第２リセット処理をそれぞれ実行させる。

第１リセット部１２ｃは、たとえば車両が安定状態にある場合に、セル電圧に基づき、ＯＣＶ−ＳＯＣ特性を利用したＳＯＣリセット値を導出し、算出部１２ｅへ出力する。

第２リセット部１２ｄは、図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明した実施形態に係る推定方法を適用した、ＣＶ充放電中におけるＳＯＣのリセット処理を実行する。すなわち、第２リセット部１２ｄは、入力電流、セル電圧およびセル温度に基づき、ＣＶ充放電中に所定の条件が成立した場合に（図１Ａおよび図１Ｂ参照）、特性マップ１１ａにおける当該条件成立時のＳＯＣリセット値を導出し、算出部１２ｅへ出力する。

算出部１２ｅは、クーロンカウント部１２ａからの積算値を受け付けた場合に、かかる積算値に基づいてＳＯＣ推定値を算出し、上位ＥＣＵ２０へ出力する。また、算出部１２ｅは、第１リセット部１２ｃからのＳＯＣリセット値を受け付けた場合に、ＳＯＣ推定値をかかるＳＯＣリセット値によりリセットして、上位ＥＣＵ２０へ出力する。

また、算出部１２ｅは、第２リセット部１２ｄからのＳＯＣリセット値を受け付けた場合に、ＳＯＣ推定値をかかるＳＯＣリセット値によりリセットして、上位ＥＣＵ２０へ出力する。

次に、実施形態に係る第２リセット部１２ｄが実行する処理手順について、図４を用いて説明する。図４は、実施形態に係る第２リセット部１２ｄが実行する処理手順を示すフローチャートである。

図４に示すように、第２リセット部１２ｄは、セル電圧が所定範囲外への端点に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで、セル電圧が所定範囲外への端点に到達した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、第２リセット部１２ｄは、充放電電流の絶対値が所定の閾値以下の状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

そして、充放電電流の絶対値が所定の閾値以下の状態である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、第２リセット部１２ｄは、かかる状態が所定時間継続するか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

そして、かかる状態が所定時間継続する場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、第２リセット部１２ｄは、特性マップ１１ａにおいて当該状態に該当するＳＯＣリセット値でＳＯＣ推定値をリセットさせる（ステップＳ１０４）。

そして、第２リセット部１２ｄは、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。なお、ステップＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３の判定条件を満たさない場合も（ステップＳ１０１，Ｎｏ／ステップＳ１０２，Ｎｏ／ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０１からの処理を繰り返すこととなる。

上述してきたように、実施形態に係る推定装置１０は、電圧が所定範囲外への端点に到達した場合に定電圧による充放電状態となるように制御されるＬＩＢ３（「電池」の一例に相当）のＳＯＣ（「充電率」の一例に相当）を推定する推定装置１０であって、制御部１２を備える。制御部１２は、上記電圧が所定範囲外であり、かつ、ＬＩＢ３の充放電電流の絶対値が所定の電流閾値以下である場合に、少なくともＬＩＢ３の温度を含む電池状態に応じて可変するように予め設定されたＳＯＣリセット値（「リセット値」の一例に相当）によってＳＯＣをリセットする。

したがって、実施形態に係る推定装置１０によれば、ＳＯＣ推定の精度を向上させることができる。

また、上記電池状態は、複数の上記電流閾値で区切られる上記充放電電流の入力電流状態をさらに含み、制御部１２は、上記入力電流状態のそれぞれと上記温度との組み合わせごとにＳＯＣリセット値が予め設定された特性マップ１１ａに基づいてＳＯＣリセット値を導出する。

したがって、実施形態に係る推定装置１０によれば、入力電流状態およびセル温度の組み合わせに基づく多様な電池状態に応じて可変するように設定された特性マップ１１ａのＳＯＣリセット値によりＳＯＣ推定値をリセットすることで、ＳＯＣ推定の精度を向上させることができる。

また、制御部１２は、上記絶対値が上記電流閾値以下である状態が所定時間継続する場合に、特性マップ１１ａに基づいてＳＯＣリセット値を導出する。

したがって、実施形態に係る推定装置１０によれば、瞬間のノイズ的な挙動を示す電池状態においてはＳＯＣのリセットを行わないようにすることができ、ＳＯＣ推定の精度を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、推定装置１０が電池パック２に含まれる場合を例に挙げたが、無論、ＬＩＢ３を含む電池パック２と、推定装置１０とは、別体で構成されてもよい。

また、上述した実施形態では、ＬＩＢ３が搭載される機器が車両である場合を例に挙げたが、車両に限定されるものではない。たとえば、ＬＩＢ３が、携帯電話やノートパソコンをはじめとする多様な電子機器・電気機器へ搭載される場合であってもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 推定システム
２ 電池パック
４ 電流センサ
５ 電圧センサ
６ 温度センサ
１０ 推定装置
１１ 記憶部
１１ａ 特性マップ
１２ 制御部
１２ａ クーロンカウント部
１２ｂ リセット制御部
１２ｃ 第１リセット部
１２ｄ 第２リセット部
１２ｅ 算出部

Claims (6)

1. 電圧が所定範囲外への端点に到達した場合に定電圧による充放電状態となるように制御される電池の充電率を推定する推定装置であって、
   前記電圧が所定範囲外であり、かつ、前記電池の充放電電流の絶対値が所定の電流閾値以下である場合に、少なくとも前記電池の温度を含む電池状態に応じて可変するように予め設定されたリセット値によって前記充電率をリセットする制御部
   を備えることを特徴とする推定装置。
2. 前記電池状態は、
   複数の前記電流閾値で区切られる前記充放電電流の入力電流状態をさらに含み、
   前記制御部は、
   前記入力電流状態のそれぞれと前記温度との組み合わせごとに前記リセット値が予め設定された特性マップに基づいて前記リセット値を導出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の推定装置。
3. 前記制御部は、
   前記絶対値が前記電流閾値以下である状態が所定時間継続する場合に、前記特性マップに基づいて前記リセット値を導出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の推定装置。
4. 請求項１、２または３に記載の推定装置と、
   前記電池と
   を備えることを特徴とする推定システム。
5. 車両に搭載される
   ことを特徴とする請求項４に記載の推定システム。
6. 電圧が所定範囲外への端点に到達した場合に、定電圧による充放電状態となるように制御される電池の充電率を推定する推定装置を用いた推定方法であって、
   前記電圧が所定範囲外であり、かつ、前記電池の充放電電流の絶対値が所定の電流閾値以下である場合に、少なくとも前記電池の温度を含む電池状態に応じて可変するように予め設定されたリセット値によって前記充電率をリセットする制御工程
   を含むことを特徴とする推定方法。

Images