JP2020530905A - エネルギー貯蔵システムの充電容量算出装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記BSCは、エネルギー貯蔵システムの出力電圧を測定する電圧測定部と、エネルギー貯蔵システムの出力電流を測定する電流測定部と、0.1c−rateの電流により算出された温度別のエネルギー貯蔵システムの抵抗(R)及びキャパシタンス(C)のルックアップテーブルが保存されている保存部と、前記測定された電圧と電流及び算出された抵抗及びキャパシタンスに基づいて、エネルギー貯蔵システムの充電容量を算出する充電容量算出部と、を備えてなってもよい。
従来のエネルギー貯蔵システムの充電容量を算出する方法であって、電流積算方法を用いてエネルギー貯蔵システムの充電容量を算出していた。電流積算方法は、充電電流及び放電電流を時間により積分して充電容量を決定する。しかしながら、電流積算方法は、充電電流及び放電電流を測定する電流センサーに誤差が存在し、このような誤差は、電流を積算する時間が累積されることにつれて一緒に累積されて、最終的に電流積算方法により算出される充電容量の正確度が低下してしまう。
本発明は、エネルギー貯蔵システムに一定の値を有する所定の電流を印加して、エネルギー貯蔵システムの電圧の変化を測定し、これに基づいて、エネルギー貯蔵システムの抵抗(R)及びキャパシタンス(C)値を算出する。
本発明の第1の電圧測定ステップは、エネルギー貯蔵システムに一定の値を有する所定の電流が流れる間にエネルギー貯蔵システムの電圧を測定するステップである。
本発明の第2の電圧測定ステップは、前記第1の電圧測定ステップが終わった後、一定の値を有する所定の電流の印加を終了し、エネルギー貯蔵システムの電圧を測定するステップである。
本発明の抵抗(R)、キャパシタンス(C)算出ステップは、前記第1の電圧測定ステップ(S120)において測定されたエネルギー貯蔵システムの電圧、第2の電圧測定ステップ(S130)において測定されたエネルギー貯蔵システムの電圧及び前記一定の値を有する所定の電流に基づいて、エネルギー貯蔵システムの抵抗(R)及びキャパシタンス(C)を算出するステップである。具体的に、エネルギー貯蔵システムに印加される一定の値を有する所定の電流は既知であり、前記一定の値を有する所定の電流の流れの有無による電圧をも既知であるため、エネルギー貯蔵システムの抵抗(R)及びキャパシタンス(C)を算出することができる。
従来のエネルギー貯蔵システムの充電容量は、電圧モデルと電流積算モデルを拡張カルマンフィルターの状態変数として代入して算出していた。しかしながら、従来には、電圧モデルを算出するときに用いられる抵抗(R)及びキャパシタンス(C)値が正確に算出されないため、算出される充電容量に誤差が生じていた。
本発明の状態変数のうち、エネルギー貯蔵システムの充電容量算出方法は、エネルギー貯蔵システムの電流を測定し、測定された電流を積算することにより、エネルギー貯蔵システムの充電容量を算出することができる。
本発明の状態変数のうち、エネルギー貯蔵システムの電圧状態変数を算出する方法は、図5の電圧モデル回路を用いて算出可能である。
一方、数式3は、本発明の拡張カルマンフィルターに状態変数として用いられる前記数式1(充電容量状態変数を時間更新する数式)及び数式2(電圧状態変数を時間更新する数式)をベクトル状態方程式で示す数式である。
以下では、本発明の特徴である低いc−rateを用いて測定されたエネルギー貯蔵システムの抵抗(R)及びキャパシタンス(C)を用いてエネルギー貯蔵システムの電圧モデルを生成し、これに基づいてエネルギー貯蔵システムの充電容量を算出した結果データと、従来の技術により算出された充電容量の結果データとを比較して説明する。
図9は、本発明の実施の形態に係るエネルギー貯蔵システムの構成を示す図である。
11 バッテリーラック
110 BSC(Battery Section Controller)
120 電圧測定部
130 電流測定部
140 保存部
150 充電容量算出部
151 電圧状態変数算出部
152 充電容量状態変数算出部
210 開放電圧源
Claims (16)
- エネルギー貯蔵システムの抵抗(R)及びキャパシタンス(C)を算出する方法であって、
前記エネルギー貯蔵システムに一定の値を有する所定の電流を印加する電流印加ステップと、
前記エネルギー貯蔵システムに一定の値を有する所定の電流が印加される間の前記エネルギー貯蔵システムの電圧を測定する第1の電圧測定ステップと、
前記エネルギー貯蔵システムに印加されていた、一定の値を有する所定の電流を切った後、エネルギー貯蔵システムの電圧を測定する第2の電圧測定ステップと、
前記第1の電圧測定ステップにおいて測定されたエネルギー貯蔵システムの電圧、第2の電圧測定ステップにおいて測定されたエネルギー貯蔵システムの電圧、及び前記一定の値を有する所定の電流に基づいて、エネルギー貯蔵システムの抵抗(R)及びキャパシタンス(C)を算出する抵抗(R)及びキャパシタンス(C)算出ステップと、
を含んでなることを特徴とするエネルギー貯蔵システムの充電容量算出方法。 - 前記電流印加ステップにおいて印加される一定の値を有する所定の電流は、前記エネルギー貯蔵システムの抵抗及びキャパシタンス値が測定可能な最小の電流値から2c−rateまでの電流であることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムの充電容量算出方法。
- 前記電流印加ステップにおいて印加される一定の値を有する所定の電流は、前記エネルギー貯蔵システムの抵抗及びキャパシタンス値が測定可能な最小の電流値から0.1c−rateまでの電流であることを特徴とする請求項1又は2に記載のエネルギー貯蔵システムの充電容量算出方法。
- 前記エネルギー貯蔵システムの抵抗及びキャパシタンスを用いて、拡張カルマンフィルターの状態変数を算出する状態変数算出ステップと、
前記状態変数を前記拡張カルマンフィルターに代入して、前記エネルギー貯蔵システムの充電容量を算出するエネルギー貯蔵システム充電容量算出ステップと、
をさらに含んでなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵システムの充電容量算出方法。 - 前記拡張カルマンフィルターは、
前記状態変数を時間更新するステップと、
前記状態変数の誤差共分散を時間更新するステップと、
前記拡張カルマンフィルターのカルマンゲインを算出するステップと、
前記カルマンゲインを用いて、状態変数を推定するステップと、
前記カルマンゲインを用いて、前記状態変数の誤差共分散を補正するステップと、
を繰り返し行うことを特徴とする請求項4に記載のエネルギー貯蔵システムの充電容量算出方法。 - 前記状態変数算出ステップは、
前記エネルギー貯蔵システムの充電容量に対する状態変数を生成する充電容量状態変数算出ステップと、
前記エネルギー貯蔵システムの電圧に対する状態変数を生成する電圧状態変数算出ステップと、
を含んでなることを特徴とする請求項4又は5に記載のエネルギー貯蔵システムの充電容量算出方法。 - 前記充電容量状態変数算出ステップは、
前記エネルギー貯蔵システムにおいて測定された電流を積算する電流積算法を用いて、充電容量状態変数を算出し、
前記算出された充電容量状態変数は、下記の数式1に従って時間更新されることを特徴とする請求項6に記載のエネルギー貯蔵システムの充電容量算出方法。
- 前記電圧状態変数算出ステップは、
電圧モデル回路を用いて、前記エネルギー貯蔵システムの電圧状態変数を算出し、
前記算出された電圧状態変数は、下記の数式2に従って時間更新されることを特徴とする請求項6又は7に記載のエネルギー貯蔵システムの充電容量算出方法。
- 前記電圧モデル回路は、
前記エネルギー貯蔵システムに流れる電流値に応じて所定の電圧を出力する開放電圧源と、
一つ以上の抵抗と、
一つ以上のキャパシターと、
を備えてなることを特徴とする請求項8に記載のエネルギー貯蔵システムの充電容量算出方法。 - 複数のバッテリーラックと、
前記複数のバッテリーラックを制御するバッテリーセクションコントローラー(BSC)と、
を備えてなるエネルギー貯蔵システムにおいて、
前記BSCは、
エネルギー貯蔵システムの出力電圧を測定する電圧測定部と、
エネルギー貯蔵システムの出力電流を測定する電流測定部と、
一定の値を有する所定の電流により算出された温度別のエネルギー貯蔵システムの抵抗(R)及びキャパシタンス(C)のルックアップテーブルが保存されている保存部と、
前記ルックアップテーブルに基づいて、前記エネルギー貯蔵システムの充電容量を算出する充電容量算出部と、
を備えてなることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 前記一定の値を有する所定の電流は、
前記エネルギー貯蔵システムの抵抗及びキャパシタンス値が測定可能な最小の電流値から2c−rateまでの電流であることを特徴とする請求項10に記載のエネルギー貯蔵システム。 - 前記一定の値を有する所定の電流は、
前記エネルギー貯蔵システムの抵抗及びキャパシタンス値が測定可能な最小の電流値から0.1c−rateまでの電流であることを特徴とする請求項10又は11に記載のエネルギー貯蔵システム。 - 前記電圧測定部は、
前記エネルギー貯蔵システムに所定の電流が印加される間の前記エネルギー貯蔵システムの電圧である第1の電圧と、
前記エネルギー貯蔵システムに印加される電流が切れた後の前記エネルギー貯蔵システムの電圧である第2の電圧と、
を測定することを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵システム。 - 前記充電容量算出部は、
前記ルックアップテーブルの抵抗及びキャパシタンスに基づいて、エネルギー貯蔵システムの電圧に対する状態変数を算出する電圧状態変数算出部と、
前記測定された出力電流を積算する電流積算法を用いて、エネルギー貯蔵システムの充電容量に対する状態変数を算出する充電容量状態変数算出部と、
を備えてなり、
前記算出された電圧状態変数及び充電容量状態変数をカルマンフィルターに代入して、エネルギー貯蔵システムの充電容量を算出することを特徴とする請求項10〜13のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵システム。 - 前記充電容量状態変数算出部において算出された充電容量状態変数は、
下記の数式1に従って時間更新されることを特徴とする請求項14に記載のエネルギー貯蔵システム。
- 前記電圧状態変数算出部において算出される前記算出された電圧状態変数は、
下記の数式2に従って時間更新されることを特徴とする請求項14又は15に記載のエネルギー貯蔵システム。
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