JP2022148907A - 電圧生成装置 - Google Patents

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秀明 田中
Hideaki Tanaka
克俊 西島
Katsutoshi Nishijima
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Abstract

【課題】バッテリパックに対する負荷が変化したときのバッテリセルの電圧挙動を模擬した電圧を生成すること。【解決手段】バッテリセルの等価回路を構成する回路素子のパラメータの入力を受け付ける第１の入力部（２１３）と、前記バッテリセルの充放電電流値の入力を受け付ける第２の入力部（２１４）と、他のバッテリセルとの間でバッテリセルの端子間電圧値を均一化するために入出力される電流であるセルバランシング電流値を測定する電流測定部（２２３）と、前記パラメータに応じて決定される前記等価回路で表された前記バッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式と入力された前記充放電電流値に前記セルバランシング電流値を加えた値である負荷電流値とに基づいて、経過時間毎に、前記バッテリセルの端子間電圧値を算出する電圧値算出部（２１６）と、算出された前記バッテリセルの端子間電圧値に応じた電圧を生成する電圧生成部（２２２）と、を備えている電圧生成装置。【選択図】図４

Description

本発明は、電圧生成装置に関し、例えば、バッテリセルの電圧挙動を模擬した電圧を生成することができる電圧生成装置に関する。
一般に、バッテリは単一セルから構成されているバッテリセル、複数のバッテリセルを直列および／または並列に接続したバッテリモジュール、および複数のバッテリモジュールを１つの容器に収容したバッテリパックからなる。
バッテリ管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）は、バッテリモジュールや、バッテリパックに搭載された複数のバッテリセルそれぞれの電圧状態を監視し、一部のバッテリセルが過充電や過放電となることを防止することにより、バッテリセルの発火回避、バッテリパックの長寿命化を実現している。
バッテリ管理システムは、バッテリパックと、このバッテリパックに対して１つのバッテリ管理システム基板（ＢＭＳ基板）とにより構成されているワンボックス構成、バッテリモジュール毎のＢＭＳ基板とそれらを統括するコントロール制御基板とからなるモジュール構成などがある。
例えば、特許文献１には、各バッテリセルに個別的に設けられたスイッチを介して当該バッテリセルに適正な充電電圧を供給して安定的にセルバランシングを行うことができるセルバランシングシステムがバッテリ管理システムの例として記載されている。
特表２０１９－５０３６４０号公報
バッテリを長く安全に使用するためには、バッテリ管理システムが正常に動作することが重要である。
従来、バッテリ管理システムが正常に動作することを確認するために、バッテリパックやバッテリモジュール内の各バッテリセルの電圧に相当する電圧を生成し、バッテリ管理システムに対して入力される電流・電圧を観察する手法がとられていた。
しかしながら、従来のバッテリ管理システムを検査する手法で用いられる検査装置は、操作者によって設定されたバッテリセルの電圧に相当する電圧値に基づいて、検査装置が電圧を生成するだけのものであった。すなわち従来の検査装置では、検査装置自体でバッテリセルの電圧挙動を模擬して電圧の生成を行うことはできなかった。特に、従来の検査装置は、バッテリパックやバッテリモジュールに対する負荷が変化したときのバッテリセルの電圧挙動、すなわちバッテリセルの出力電圧の過渡現象を模擬することができなかった。
本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、負荷が変化したときのバッテリセルの電圧挙動を模擬した電圧を生成することができる電圧生成装置を提供することにある。
本発明の代表的な実施の形態に係る電圧生成装置は、バッテリセルの等価回路を構成する回路素子のパラメータの入力を受け付ける第１の入力部と、前記バッテリセルの充放電電流値の入力を受け付ける第２の入力部と、他のバッテリセルとの間でバッテリセルの端子間電圧値を均一化するために入出力される電流であるセルバランシング電流値を測定する電流測定部と、前記パラメータに応じて決定される前記等価回路で表された前記バッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式と入力された前記充放電電流値に前記セルバランシング電流値を加えた値である負荷電流値とに基づいて、経過時間毎に、前記バッテリセルの端子間電圧値を算出する電圧値算出部と、算出された前記バッテリセルの端子間電圧値に応じた電圧を生成する電圧生成部と、を備えている。
本発明に係る電圧生成装置によれば、負荷が変化したときのバッテリセルの電圧挙動を模擬した電圧を生成することができる。
本発明の実施の形態に係る電圧生成装置２００を備えた電圧生成システム１の概略構成を示す図である。 バッテリセルの電圧挙動を説明するための図である。 本実施形態の電圧生成装置２００において用いられるバッテリセルの等価回路を示す図である。 負荷電流値と充放電電流値およびセルバランシング電流との関係を説明するための図である。 電圧生成装置２００の具体的な構成例を示す図である。 電圧生成システム１におけるコンピュータ１００と電圧生成装置２００との間の処理の流れを示すシーケンス図である。 電圧生成処理の詳細な処理流れを示すフロー図である。 表示部１０１に表示されたバッテリセルの特性を表す図である。
１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。
〔１〕代表的な実施の形態に係る電圧生成装置（２００）は、バッテリセルの等価回路を構成する回路素子のパラメータの入力を受け付ける第１の入力部（２１３）と、前記バッテリセルの充放電電流値の入力を受け付ける第２の入力部（２１４）と、他のバッテリセルとの間でバッテリセルの端子間電圧値を均一化するために入出力される電流であるセルバランシング電流値を測定する電流測定部（２２３）と、前記パラメータに応じて決定される前記等価回路で表された前記バッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式と入力された前記充放電電流値に前記セルバランシング電流値を加えた値である負荷電流値とに基づいて、経過時間毎に、前記バッテリセルの端子間電圧値を算出する電圧値算出部（２１６）と、算出された前記バッテリセルの端子間電圧値に応じた電圧を生成する電圧生成部（２２２）と、を備えている。
この態様によれば、バッテリセルの等価回路からバッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式を導き、この過渡現象の式と入力された負荷電流値とに基づいて、経過時間毎にバッテリセルの端子間電圧値を算出するので、算出される端子間電圧値は、過渡現象の変化特性を示すものとなる。算出された端子間電圧値に応じた電圧を生成することにより、負荷が変化したときのバッテリセルの電圧挙動を模擬した電圧を生成することができる。
〔２〕上記〔１〕記載の電圧生成装置において、前記等価回路は、電圧源と複数のＲＣ並列回路とがそれぞれ直列に接続された構成を有し、前記電圧値算出部は、前記経過時間毎に、前記複数のＲＣ並列回路の電圧値を夫々算出し、各前記ＲＣ並列回路の電圧値を総和した値を前記電圧源の電圧値から減算して、前記バッテリセルの端子間電圧値を算出してもよい。
この態様によれば、算出したバッテリセルの端子間電圧値が過渡現象を示すものとすることができる。
〔３〕上記〔１〕または〔２〕記載の電圧生成装置において、前記電圧生成部における電圧の生成を停止する旨の指示の入力を受け付ける第３の入力部をさらに備え、前記電圧生成部は、前記第３の入力部おいて指示の入力を受け付けたことをトリガとして、前記電圧の生成を停止してもよい。
この態様によれば、ユーザの任意のタイミングで電圧の生成を停止することができる。
〔４〕上記〔３〕記載の電圧生成装置において、前記第２の入力部は、前記充放電電流値の変更の入力を受け付け、前記電圧値算出部は、前記充放電電流値の変更の入力を受け付けた場合に、変更後の前記充放電電流値に基づいて前記バッテリセルの端子間電圧値を前記経過時間毎に算出してもよい。
この態様によれば、充放電電流値が変化したときのバッテリセルの端子間電圧値の過渡応答を模擬した電圧を算出して生成することができる。
〔５〕上記〔１〕から〔４〕いずれか１つに記載の電圧生成装置において、前記電圧値算出部は、前記過渡現象の式に基づいて算出した前記バッテリセルの端子間電圧値が所定の条件を満たした場合に、前記過渡現象の式に代えて、前記バッテリセルの残容量とその残容量における前記バッテリセルの端子間電圧値との関係に基づいて前記バッテリセルの端子間電圧値を算出してもよい。
この態様によれば、過渡状態から定常状態へ遷移した後の電圧を算出して生成することができる。
〔６〕上記〔１〕から〔５〕いずれか１つに記載の電圧生成装置において、外部と接続し、前記電圧生成部で生成された電圧を前記外部に出力するための接続端子（２２４）をさらに備え、前記電流測定部（２２３）は、前記接続端子（２２４）に流れる電流を測定することによりセルバランシング電流値を測定すると、をさらに備えていてもよい。
この態様によれば、接続端子における電圧と電流を測定できるため、例えば、ＢＭＳに接続した場合に、ユーザによるＢＭＳの評価を効率的に行うための支援をすることができる。
〔７〕上記〔６〕記載の電圧生成装置（２００）と、該電圧生成装置に接続可能なコンピュータ（１００）とを備えた電圧生成システムであって、前記コンピュータは、前記電圧生成部で生成する電圧にもとづいて、前記バッテリセルの電圧変化を表示し、または前記電流測定部で測定された電流に基づいて前記接続端子に流れる電流を表示する表示部（１０１）を有していてもよい。
この態様によれば、コンピュータの表示部にバッテリセルの特性を表示することができるため、ユーザは模擬したバッテリセルの電圧変化を容易に観察することができる。
〔８〕代表的な実施の形態に係る電圧生成プログラムは、バッテリセルの等価回路を構成する回路素子のパラメータの入力を受け付ける第１の入力機能と、前記バッテリセルの充放電電流値の入力を受け付ける第２の入力機能と、他のバッテリセルとの間でバッテリセルの端子間電圧値を均一化するために入出力される電流であるセルバランシング電流値を取得する電流取得機能と、前記パラメータに応じて決定される前記等価回路で表された前記バッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式と入力された前記充放電電流値に前記セルバランシング電流値を加えた値である負荷電流値とに基づいて、経過時間毎に、前記バッテリセルの端子間電圧値を算出する電圧値算出機能と、算出された前記バッテリセルの端子間電圧値に応じた電圧を生成する電圧生成機能と、をコンピュータに実現させるための、プログラムである。
この態様によれば、バッテリセルの等価回路からバッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式を導き、この過渡現象の式と入力された負荷電流値とに基づいて、経過時間毎にバッテリセルの端子間電圧値を算出するので、算出される端子間電圧値は、過渡現象の変化特性を示すものとなる。算出された端子間電圧値に応じた電圧を生成することにより、負荷が変化したときのバッテリセルの電圧挙動を模擬した電圧を生成することができる。
〔９〕代表的な実施の形態に係る電圧生成方法は、バッテリセルの等価回路を構成する回路素子のパラメータの入力を受け付ける第１の入力工程と、前記バッテリセルの充放電電流値の入力を受け付ける第２の入力工程と、他のバッテリセルとの間でバッテリセルの端子間電圧値を均一化するために入出力される電流であるセルバランシング電流値を測定する電流測定工程と、前記パラメータに応じて決定される前記等価回路で表された前記バッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式と入力された前記充放電電流値に前記セルバランシング電流値を加えた値である負荷電流値とに基づいて、経過時間毎に、前記バッテリセルの端子間電圧値を算出する電圧値算出工程と、算出された前記バッテリセルの端子間電圧値に応じた電圧を生成する電圧生成工程と、を含む。
この態様によれば、バッテリセルの等価回路からバッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式を導き、この過渡現象の式と入力された負荷電流値とに基づいて、経過時間毎にバッテリセルの端子間電圧値を算出するので、算出される端子間電圧値は、過渡現象の変化特性を示すものとなる。算出された端子間電圧値に応じた電圧を生成することにより、負荷が変化したときのバッテリセルの電圧挙動を模擬した電圧を生成することができる。
２．実施形態の具体例
以下、本発明の実施形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。
図１は、本発明の実施の形態に係る電圧生成装置２００を備えた電圧生成システム１の概略構成を示す図である。
図１に示される電圧生成システム１は、例えば、バッテリ管理システム（以下、単に「ＢＭＳ」ともいう。）の検査を実施するために用いることができる。ここで、ＢＭＳは、例えば、上述したように、バッテリパックに搭載された複数のバッテリセルそれぞれの電圧状態を監視し、一部のバッテリセルが過充電や過放電となることを防止する装置である。
電圧生成システム１を構成する電圧生成装置２００は、バッテリセルの電圧挙動を模擬した電圧を生成する。特に、電圧生成装置２００は、バッテリパックに対する負荷が変化したときのバッテリセルの電圧挙動、すなわちバッテリセルの出力電圧の過渡現象を模擬した電圧を生成することが可能になっている。
なお、電圧生成装置２００の詳細について説明する前に、先ず、模擬する対象のバッテリセルについて説明する。
図２は、バッテリセルの電圧挙動を説明するための図である。
図２には、バッテリセルの充放電電流の経時変化と、その際の出力電圧の経時変化とが対応して示されている。なお、充放電電流は、放電状態の電流を負の符号（「－」）で示し、充電状態の電流を正の符号（「＋」）で示している。なお、バッテリセルに流れる電流（負荷電流）は、ＢＭＳとの間において流れる電流であるセルバランシング電流とモータや回生装置などとの間において流れる電流である充放電電流とがあるが、この図２を用いた説明ではセルバランシング電流の影響を無視している。
図２に示すように、例えば、時刻ｔ０において、バッテリセルは負荷が接続されていない（充放電電流が「０」）状態であり、このときのバッテリセルの出力電圧は、バッテリセルの残容量に応じたバッテリ電位Ｖｃｅｌｌとなっている。
その後、時刻ｔ１において、バッテリセルの負荷が変化し、充放電電流「０」の状態から放電電流「－Ｉｍ」の状態に変化した場合、バッテリセルの出力電圧は、急激に低下した後、徐々に所定の値に近づいていく。
その後、時刻ｔ２において負荷が変化して、放電電流「－Ｉｍ」の状態から充放電電流「０」の状態に変化した場合、バッテリセルの出力電圧は、急激に上昇した後、徐々に所定の値に近づいていく。
その後、さらに、時刻ｔ３において負荷が変化して、充放電電流「０」の状態から充電電流「＋Ｉｍ」の状態に変化した場合、バッテリセルの出力電圧は、急激に上昇した後、徐々に所定の値に近づいていく。
このように、バッテリセルの充放電電流が変化した場合、バッテリセルの出力電圧の値は、急激に変化した後、緩やかに変化しながら所定の値に近づいていく。このような出力電圧の変化は、過渡現象とよばれ、バッテリセルに含まれるＲＣ成分などによるものと考えられる。
本実施形態の電圧生成装置では、バッテリセルが過渡現象を示す時の電圧挙動を模擬するために、バッテリセルの等価回路からバッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式を導き、この過渡現象の式を用いて算出される端子間電圧値を出力電圧として生成する。バッテリセルの等価回路として、ＲＣ成分などの内部インピーダンスがある等価回路を用いることにより、過渡現象を生じるバッテリセルの電圧挙動が模擬できる。
図３は、本実施形態の電圧生成装置２００において用いられるバッテリセルの等価回路を示す図である。
本実施形態の電圧生成装置２００は、例えば、図３に示す等価回路から導いた過渡現象の式を用いて算出した端子間電圧値を出力電圧として生成することができる。
図３の等価回路において、バッテリセルの端子間に、電圧源Ｖｉと、抵抗Ｒ０と、５つの抵抗Ｒおよび容量Ｃの並列回路とが従属接続されている。図３において、電圧源Ｖｉの電圧はバッテリセルの起電力を表し、抵抗Ｒ０は主に電解液内の溶液抵抗およびタブ溶接部の接触抵抗を表している。さらに、Ｒ１～Ｒ５は各バッテリセルの電荷移動抵抗を、Ｃ１～Ｃ５は各バッテリセルの電気二重層容量を表している。
このように、図３に示す等価回路は、内部インピーダンスとしてＲＣ成分を含んでおり、図３の等価回路で示されたバッテリセルの端子間電圧値は、時間の関数を含む過渡現象の式で表すことができる。
ここで、バッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式について説明する。
まず、時刻ｔにおいて、端子間電流Ｉ（ｔ）、抵抗Ｒ０にかかる電圧をＶ０（ｔ）、Ｒ１Ｃ１並列回路にかかる電圧をＶ１（ｔ）、Ｒ２Ｃ２並列回路にかかる電圧をＶ２（ｔ）、Ｒ３Ｃ３並列回路にかかる電圧をＶ３（ｔ）、Ｒ４Ｃ４並列回路にかかる電圧をＶ４（ｔ）、Ｒ５Ｃ５並列回路にかかる電圧をＶ５（ｔ）とする。
ここで、バッテリセルの起電力をＶｉとしたとき、時刻ｔにおける端子間電圧Ｖは、Ｖ（ｔ）＝Ｖｉ－（Ｖ０（ｔ）＋Ｖ１（ｔ）＋Ｖ２（ｔ）＋Ｖ３（ｔ）＋Ｖ４（ｔ）＋Ｖ５（ｔ））と表せる。
したがって、バッテリセルの端子間電圧Ｖ（ｔ）は、バッテリセルの起電力ＶｉからＲ０およびＲＣ並列回路における時刻ｔでの分圧値を差し引いた値を算出することによって求めることができる。なお、本明細書では、直列に接続された抵抗Ｒ０または各ＲＣ並列回路を「分圧回路」という場合がある。
抵抗Ｒ０にかかる電圧Ｖ０（ｔ）は、端子間電流Ｉ（ｔ）を用いて、Ｖ０（ｔ）＝Ｒ０×Ｉ（ｔ）と表せる。また、ｊ番目のＲＣ並列回路にかかる電圧Ｖｊ（ｔ）は、以下の通り導くことができる。なお、本明細書では、ｊ番目（ｊは０から５の整数）の分圧回路のＲ、Ｃ、Ｖに添え字ｊを付して、Ｒｊ、Ｃｊ、Ｖｊとして表す。
Ｒｊに流れる電流をＩｊ１（ｔ）とし、Ｃｊに流れる電流をＩｊ２（ｔ）とすると、端子間電流Ｉ（ｔ）は、下記式（１）と表すことができる。
Figure 2022148907000002
また、オームの法則から、ＲＣ並列回路のＲｊに流れる電流は下記式（２）となる。
Figure 2022148907000003
一方、ＲＣ並列回路のＣｊに流れる電流は、時刻ｔにおいてコンデンサに蓄えられた電気量はＱｊ（ｔ）＝Ｃｊ×Ｖｊ（ｔ）であるので、電流と電荷の関係で、下記式（３）と表すことができる。
Figure 2022148907000004
ここで、式（１）に式（２）と式（３）を代入して式変形すると、下記式（４）となる。
Figure 2022148907000005
Figure 2022148907000006
上記式（４）を解くために、上記式（５）とおいて、Ｆｊ（ｔ）について解く。
Figure 2022148907000007
Figure 2022148907000008
ここではＩ（ｔ）は時刻により変動するのではなく定数Ｉと考える。
Figure 2022148907000009
上記式（５）より、ＲＣ並列回路で構成されるｊ番目の分圧回路の分圧値Ｖｊ（ｔ）は以下の式（９）で表せる。
Figure 2022148907000010
１番目の分圧回路において、Ｒ０の分圧は、Ｖ０（ｔ）＝Ｒ０×Ｉと表せるが、Ｃ０＝０と考えれば、式（９）を満たす。したがって、バッテリセルの端子間電圧値Ｖは、下記式（１０）で表せる。
Figure 2022148907000011
本実施形態の電圧生成装置２００では、上記式に基づいてバッテリセルの端子間電圧値Ｖを算出することにより、生成すべき電圧値を特定している。具体的には、バッテリセルの特性を決定するために、等価回路のパラメータとしてＶｉ、Ｒｊ、Ｃｊを特定して、式（９）および式（１０）に代入することにより過渡現象の式を決定する。
まずは、上記式（９）のＲｊ、Ｃｊに所定の値を代入して、Ｒ０または各ＲＣ並列回路で構成される各分圧回路の分圧値の式を決定することができる。
さらに、負荷電流値Ｉを決定して、上記式（９）においてＲｊ、Ｃｊ、Ｉを代入して、Ｒ０およびＲＣ並列回路ごとの分圧値の式を時間ｔのみの関数とし、時間を順次変化させることにより、各時間における電圧値を算出することができる。
上記式（９）に代入する負荷電流値Ｉは、バッテリに接続される負荷に流れる充放電電流値と、他のバッテリセルとの間で端子間電圧を均一化するために入出力される電流であるセルバランシング電流値との和である。ここでセルバランシング電流値について説明する。
図４は、負荷電流値と充放電電流値およびセルバランシング電流との関係を説明するための図である。
図４は、複数のバッテリセル１０１～１０１２（以下、単に「バッテリセル１０」ともいう。）とＢＭＳ３００とを備えたバッテリ管理システムの使用状態の例を示している。使用状態では、負荷４００とＢＭＳ３００とが並列に、バッテリセル１０に対して接続されており、負荷４００とＢＭＳ３００とのそれぞれに対して電流が入出力される。
各バッテリセル１０は、負荷４００を作動させるために負荷４００に対して放電（充放電電流が－ＩＬ）したり、負荷４００から回生電力を受け取って充電（充放電電流がＩＬ）したりすることにより、バッテリセル１０は負荷４００に対して電流を入出力する。
複数のバッテリセル１０１～１０１２は、各バッテリセル１０同士で端子間電圧を均一化するために、端子間電圧の高いバッテリセル１０から端子間電圧の低いバッテリセル１０に電流を流している。この端子間電圧を均一化するための電流は、ＢＭＳ３００を介して流れる。各バッテリセル１０は、他のバッテリセルに対して放電する場合、セルバランシング電流－ＩＢがＢＭＳ３００に流れ、他のバッテリセルから充電される場合、セルバランシング電流ＩＢがＢＭＳ３００に流れる。
図４にも示すように、バッテリセル１０から出力される電流の値である負荷電流値をＩｏと表すと、「負荷電流値Ｉｏ」＝「充放電電流値ＩＬ」＋「セルバランシング電流値ＩＢ」の関係があることが判る。
本実施形態の電圧生成装置２００を含む電圧生成システム１では、上記のように最終的には、等価回路で表されたバッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式を用いて算出された電圧値に基づいて電圧を生成することによって、バッテリセルの負荷が変化した時のバッテリセルの電圧挙動を模擬した電圧を生成することができる。この電圧値の算出および電圧の生成を実現する電圧生成装置２００を含む電圧生成システム１の具体的な構成について、以下でさらに詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の電圧生成システム１は、コンピュータ（情報処理装置）１００と、コンピュータ１００に接続された電圧生成装置２００とを備えている。電圧生成システム１は、電圧生成装置２００をＢＭＳ３００と接続した状態でＢＭＳ３００の検査を行う。
コンピュータ１００は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。なお、コンピュータ１００は、電圧生成装置２００との間でデータ通信を行うことができればよく、例えば、タブレット端末等の携帯情報処理装置であってもよい。
例えば、ユーザがコンピュータ１００に必要な情報を入力すると、コンピュータ１００が入力された情報に応じて電圧生成装置２００を制御することにより、電圧生成装置２００がバッテリセルを模擬した電圧を生成する。このバッテリセルを模擬した電圧は、接続先のＢＭＳ３００に印加され、ＢＭＳ３００は、印加された電圧に応じて所定の動作を行う。ユーザは、バッテリセルを模擬した電圧が印加されたときのＢＭＳ３００の挙動を観察することにより、ＢＭＳ３００の検査をすることができる。
図５は、電圧生成装置２００の具体的な構成例を示す図である。
図５に基づいて、電圧生成システム１の具体的な構成について説明する。
コンピュータ１００は、図５に示すように、表示部１０１と、処理部１０２と、入出力部１０３とを備えている。
コンピュータ１００は、入出力部１０３においてユーザからの所定の入力を受け付けると、電圧生成装置２００に対して、所定の入力を行う。具体的には、コンピュータ１００の入出力部１０３は、電圧生成に際して、上述した等価回路のパラメータとして、電圧源の電圧値Ｖｉ、ＲおよびＲＣ並列回路のパラメータＲｊ、Ｃｊの各値の入力を受け付けると、これらの値を電圧生成装置２００に送信する。また、入出力部１０３は、充放電電流値ＩＬの値やシミュレーションの停止指示の入力を受け付けると、これらの値や指示を電圧生成装置２００に送信する。
また、コンピュータ１００において、処理部１０２が電圧生成装置２００から受け取ったデータを処理して、表示部１０１に表示することもできる。表示部１０１は、例えば、液晶ディスプレイやタッチパネル等の表示装置である。例えば、処理部１０２は、後述する電圧値算出部２１６で算出した算出データや後述する電流測定部２２３で測定された電流値の経時変化などの測定データを受け取り、受け取った算出データや測定データに基づいて表示データを生成して表示部１０１に出力する。これにより、電圧の経時変化や電流の経時変化を示すグラフを表示部１０１に表示することができる。ユーザは表示部１０１に表示されたグラフを観察することにより、ＢＭＳ３００の検査をすることができる。
電圧生成装置２００は、ＢＭＳ３００の複数のチャネルのそれぞれに接続される複数のセル電圧生成部２２０＿１～２２０＿ｎと、複数のセル電圧生成部２２０＿１～２２０＿ｎのそれぞれに接続されたデータ処理制御部２１０とを備えている。なお、以下の説明において、セル電圧生成部２２０＿１～２２０＿ｎのそれぞれを区別しない場合には、単に「セル電圧生成部２２０」と表記する場合がある。
データ処理制御部２１０は、コンピュータ１００から受け取った値や指示を用いて各セル電圧生成部２２０で生成すべき電圧値を算出し、複数のセル電圧生成部２２０のそれぞれに出力する。
複数のセル電圧生成部２２０は、接続先のＢＭＳ３００の各チャネルに対して、データ処理制御部２１０から受け取った電圧値に応じた電圧を生成して出力する。
複数のセル電圧生成部２２０＿１～２２０＿ｎは、それぞれ、ＢＭＳ３００と接続するための接続端子２２４＿１～２２４＿ｎが設けられている。
セル電圧生成部２２０＿１～２２０＿ｎは、電圧生成部２２２＿１～２２２＿ｎと、電流測定部２２３＿１～２２３＿ｎと、接続端子２２４＿１～２２４＿ｎとを備えている。なお、以下の説明において、電圧生成部２２２＿１～２２２＿ｎ、電流測定部２２３＿１～２２３＿ｎ、および接続端子２２４＿１～２２４＿ｎのそれぞれを区別しない場合には、単に「電圧生成部２２２」、「電流測定部２２３」、および「接続端子２２４」と表記する場合がある。電圧生成部２２２は、例えばＤ／Ａ変換器やアンプなどの公知の電圧生成手段を用いて構成することができ、その構成は特に限定されない。電流測定部２２３は、例えばＡ／Ｄ変換器や抵抗などの公知の電流測定手段を用いて構成することができ、その構成は特に限定されない。
データ処理制御部２１０で算出された電圧値は、電圧生成部２２２に入力される。一方、電流測定部２２３で測定された電流は、データ処理制御部２１０に渡される。
データ処理制御部２１０は、ＬＡＮインタフェース（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋインタフェース）と、プログラム処理装置２１２とを有する。プログラム処理装置２１２は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭ等の各種メモリ、タイマ（カウンタ）、Ａ／Ｄ変換回路、入出力Ｉ／Ｆ回路、およびクロック生成回路等のハードウェア要素を有し、各構成要素がバスや専用線を介して互いに接続されたマイクロコントローラ（ＭＣＵ）である。以下、プログラム処理装置２１２をＭＣＵ２１２ともいう。
図５に示すように、ＭＣＵ２１２は、バッテリセルを模擬した電圧値を算出するための機能部として、第1の入力部２１３と、第２の入力部２１４と、第３の入力部２１５と、電圧値算出部２１６と、出力部２１７とを有している。これらの各機能部は、例えば、ＭＣＵ２１２のプロセッサがメモリ等に記憶されたプログラムに従って各種演算を行うとともにＡ／Ｄ変換回路および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路を制御することによって実現することができる。
第１の入力部２１３、第２の入力部２１４、および第３の入力部２１５は、ＬＡＮを介してコンピュータ１００からの各種の値の入力を受け付けて、電圧値算出部２１６に与える。
第１の入力部２１３は、等価回路を構成する回路素子のパラメータとして電圧源の電圧値Ｖｉ、ＲおよびＲＣ並列回路のパラメータＲｊ、Ｃｊの値の入力を受け付けて、電圧値算出部２１６に与える。第２の入力部２１４は、充放電電流値ＩＬの入力を受け付けて、電圧値算出部２１６に与える。第３の入力部２１５は、停止指示の入力を受け付けて、電圧値算出部２１６に与える。
出力部２１７は、電圧値算出部２１６からの算出データや電流測定部２２３からの測定データを受け付けて、コンピュータ１００に出力する。コンピュータ１００において、処理部１０２が出力部２１７から受け取った算出データや測定データを表示データに変換処理し、表示部１０１が表示データに基づいて情報を表示することができる。
電圧値算出部２１６は、回路素子のパラメータおよび負荷電流値Ｉｏに基づいて所定の時間ごとの電圧値を算出して電圧生成部２２２に与える。回路素子のパラメータを上記式（９）のＲｊ、Ｃｊ、に代入し、負荷電流値Ｉｏを上記式（９）のＩに代入してＲＣ並列回路ごとの分圧値の式を時間ｔのみの関数とし、時間を順次変化させることにより、各時間における電圧値を算出することができる。負荷電流値Ｉｏは、第２の入力部２１４から受け付けた充放電電流値ＩＬと電流測定部２２３で測定されたセルバランシング電流ＩＢの和である。
セル電圧生成部２２０において、電圧生成部２２２は、電圧値算出部２１６から受け取った電圧値に応じた電圧を生成する。電圧生成部２２２は、ＢＭＳ３００と接続するための接続端子２２４に接続されており、電圧生成部２２２で生成された電圧は、ＢＭＳ３００に出力される。
また、ＢＭＳ３００と接続された接続端子２２４には電流測定部２２３も接続されているので、電流測定部２２３により、接続端子における電流を測定することができる。電流測定部２２３により測定された電流の情報は、データ処理制御部２１０の電圧値算出部２１６に与えられる。電圧値算出部２１６は、受け取った電流の情報をセルバランシング電流値ＩＢとして、第２の入力部２１４から受け取った充放電電流ＩＬと和算して得た値を負荷電流値Ｉｏとする。負荷電流値Ｉｏを上記式（９）のＩに代入してＲＣ並列回路ごとの分圧値の式を時間ｔのみの関数とし、時間を順次変化させることにより、各時間における電圧値を算出することができる。
電流測定部２２３により測定された電流の情報は、データ処理制御部２１０の出力部２１７にも与えられる。出力部２１７は、受け取った電流の情報を測定データとしてコンピュータ１００に送信する。
次に、電圧生成システム１の動作について説明する。
図６は、電圧生成システム１におけるコンピュータ１００と電圧生成装置２００との間の処理の流れを示すシーケンス図である。
まず、コンピュータ１００は、入出力部１０３において、ユーザからのパラメータの入力を受け付ける（ステップＳ１１）。このパラメータは、等価回路を構成する回路素子のパラメータとして電圧源の電圧値Ｖｉ、ＲおよびＲＣ並列回路のパラメータＲｊ、Ｃｊの値などを含んでいる。入出力部１０３は、受け付けたパラメータを、電圧生成装置２００に与える。
同様に、コンピュータ１００は、入出力部１０３において、ユーザからの充放電電流値の入力を受け付ける（ステップＳ１２）。入出力部１０３は、受け付けた充放電電流値を電圧生成装置２００に与える。また、電圧の生成を指示する実行指示の入力を受け付ける（ステップＳ１３）。
電圧生成装置２００は、ステップＳ１３の実行指示に応じて、コンピュータ１００から受け取った、パラメータや充放電電流値に基づいて電圧生成処理を実行する（Ｓ２１）。以下、電圧生成処理の流れについて詳細に説明する。
図７は、電圧生成処理の詳細な処理流れを示すフロー図である。
電圧生成処理が開始すると、電圧値算出部２１６は、最初に、電流測定部２２３で測定したセルバランシング電流を取得する（ステップＳ２０１）。
第２の入力部２１４が、コンピュータ１００から受け取った充放電電流値ＩＬの値を電圧値算出部２１６に与え、電圧値算出部２１６が、上記式（９）にＲｊ，Ｃｊを代入した過渡現象の式に、さらに受け取った充放電電流値ＩＬにステップＳ２０１で取得したセルバランシング電流ＩＢを加算した負荷電流値Ｉｏの値を上記式（９）のＩとして代入する（ステップＳ２０２）。この処理の結果、時間を変数とした分圧回路ごとの電圧値Ｖｊ（ｔ）が得られる。
次いで電圧値算出部２１６は、ステップＳ２０２で得られた分圧回路ごとの電圧値Ｖｊ（ｔ）の“ｔ”に所定時刻の値を代入して、所定時刻における分圧値を算出する（ステップＳ２０３）。
次に、電圧値算出部２１６は、ステップＳ２０３において算出した、等価回路を構成するすべての分圧回路の分圧値に基づいて、所定時刻におけるバッテリセルの端子間電圧値Ｖを算出する（ステップＳ２０４）。具体的には、バッテリセルの端子間電圧値Ｖ（以下、単に「電圧値Ｖ」ともいう。）は、上記式（１０）で表せるので、電圧値算出部２１６は、式（１０）に基づいて電圧値Ｖを算出する。電圧値算出部２１６は、算出した電圧値Ｖを電圧生成部２２２に出力する。
電圧生成部２２２は、電圧値算出部２１６から受け取った電圧値Ｖに応じた電圧を生成し、接続端子２２４から出力する（ステップＳ２０５）。
次に、電圧値算出部２１６は、バッテリセルの充放電電流値としてコンピュータ１００から受け取った充放電電流値が設定され、算出した電圧値の出力を開始した後の経過時間をインクリメントする（ステップＳ２０６）。例えば、電圧値算出部２１６の動作クロックごとの時刻が、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４・・・である場合は、電圧値算出部２１６は、分圧値を算出する際に用いる時刻をｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４・・・と順次変えることができる。
電圧値算出部２１６は、経過時間をインクリメントした後、再度、ステップＳ２０１に戻って、電流測定部２２３で測定したセルバランシング電流を取得する。
コンピュータ１００からＬＡＮを介して第３の入力部２１５が停止指示を受け取って、電圧値算出部２１６に与えると、電圧値算出部２１６は、停止処理を割り込み処理として実行する。停止処理は、電圧生成部２２２による電圧の生成を停止させる処理である。例えば、電圧値算出部２１６が停止処理を実行して、電圧値の算出を停止し、電圧の生成も停止する。
以上説明した処理手順にしたがって、電圧生成処理（Ｓ２１）が行われる。なお、電圧値算出部２１６の算出によって得られた算出データは出力部２１７によってコンピュータ１００に送信することができる。
図６に戻って、電圧生成処理（Ｓ２１）の後の処理について説明する。
ステップＳ２１の後、電圧生成装置２００において出力部２１７は、電流測定部２２３によって測定した接続端子２２４の電流をコンピュータ１００に送信する（ステップＳ２２）。
コンピュータ１００は、測定データを受け取ると、処理部１０２によって算出データや測定データを表示部１０１に表示可能な表示データとして変換処理し、表示部１０１に表示する（ステップＳ１４）。表示データは、算出した電圧値の時間変化特性や接続端子の電流の時間変化特性を示すものであり、バッテリセルの特性を表している。
図８は表示部１０１において表示されたバッテリセルの特性の一例を表す図である。
図８に示すように、表示部１０１において表示されるバッテリセルの特性は、電圧生成装置２００で生成される電圧Ｖの時間変化を表したものでよい。ユーザは、この表示部１０１に表示された電圧Ｖの時間変化を観察し、模擬されるバッテリセルの電圧Ｖの変化を確認することができる。さらに、表示部１０１には、受け取った測定データに基づく表示データを表示してもよい。この表示データは接続端子の電流の時間変化特性を示しており、この表示データに応じてＢＭＳが正常に動作しているかを判断することができる。
なお、第２の入力部２１４において充放電電流値の変更の入力を受け付けると、充放電電流入力処理Ｓ１２に戻ることができる。この場合、電圧値算出部２１６は、変更後の充放電電流値に基づいて電圧生成処理Ｓ２１を実行して、バッテリセルの端子間電圧値を経過時間毎に算出してもよい。
以上、本実施形態に係る電圧生成装置２００によれば、バッテリの負荷が変化したときのバッテリセルの電圧挙動を模擬した電圧を生成することが可能となる。
（実施形態の変形例）
以上の実施形態の電圧生成システム１について具体的な例を挙げて説明したが、これに限定されず、様々な変形形態を採用することができる。
例えば、電圧値算出部２１６は、第３の入力部２１５から停止指示を受け取った場合に、停止処理を実行していたが、これに限定されない。例えば、電圧値算出部２１６は、過渡現象の式に基づいて算出したバッテリセルの端子間電圧値Ｖが所定の条件を満たした場合に、過渡現象の式をバッテリセルの端子間電圧値Ｖの定常状態の式に変更し、定常状態の式に基づいてバッテリセルの端子間電圧値を算出する構成としてもよい。
この場合、ユーザが、予め充放電試験器などを用いてバッテリセルの残容量とその残容量における前記バッテリセルの端子間電圧値の測定値とを一組とする値の組み合わせ（測定値ペア：実測値）を複数測定し、電圧生成システム１のコンピュータ１００に入力する必要がある。電圧生成システム１において、入力された測定値ペアを電圧値算出部２１６における算出の際に用いることができるように、格納しておくことができる。これにより、電圧値算出部２１６は、過渡現象の式に基づいて算出したバッテリセルの端子間電圧値Ｖが所定の条件を満たした場合に、この入力された測定値ペアに基づいてバッテリセルの端子間電圧値を算出することができる。測定値ペアは、実測値をそのまま格納しておいてもよいが、補間式や近似式として格納してもよい。
以上の実施形態では、バッテリセルの等価回路は、予め決まった等価回路を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。図示しない記憶手段にあらかじめいくつかの種類の等価回路を格納しておき、コンピュータ１００の入出力部１０３を用いてユーザが選択できるようにしてもよい。
以上の実施形態では、表示部１０１に表示する測定データを取得する手段として電圧生成装置２００に電流測定部２２３を設けた態様を例に挙げて説明したが、接続端子２２４における電圧を測定する電圧測定部を設けてもよい。この場合、電圧測定部は、測定したデータ（接続端子の電圧の時間変化特性）を、出力部２１７を介してコンピュータ１００に送信する。コンピュータ１００の表示部１０１において表示される表示データは、接続端子の電圧の時間変化特性を示すものとすることができる。
１・・・電圧生成システム、１００・・・コンピュータ（ＰＣ）、１０１・・・表示部、１０２・・・処理部、１０３・・・入出力部、２００・・・電圧生成装置、２１０・・・データ処理制御部、２１２・・・ＭＣＵ、２１３・・・第1の入力部、２１４・・・第２の入力部、２１５・・・第３の入力部、２１６・・・電圧値算出部、２１７・・・出力部、２２０＿１～２２０＿ｎ（２２０）・・・セル電圧生成部、２２２＿１～２２２＿ｎ（２２２）・・・電圧生成部、２２３＿１～２２３＿ｎ（２２３）・・・電流測定部、２２４＿１～２２４＿ｎ（２２４）・・・接続端子、３００・・・ＢＭＳ

Claims (9)

  1. バッテリセルの等価回路を構成する回路素子のパラメータの入力を受け付ける第１の入力部と、
    前記バッテリセルの充放電電流値の入力を受け付ける第２の入力部と、
    他のバッテリセルとの間でバッテリセルの端子間電圧値を均一化するために入出力される電流であるセルバランシング電流値を測定する電流測定部と、
    前記パラメータに応じて決定される前記等価回路で表された前記バッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式と入力された前記充放電電流値に前記セルバランシング電流値を加えた値である負荷電流値とに基づいて、経過時間毎に、前記バッテリセルの端子間電圧値を算出する電圧値算出部と、
    算出された前記バッテリセルの端子間電圧値に応じた電圧を生成する電圧生成部と、
    を備えている、電圧生成装置。
  2. 請求項１記載の電圧生成装置であって、
    前記等価回路は、電圧源と複数のＲＣ並列回路とがそれぞれ直列に接続された構成を有し、前記電圧値算出部は、前記経過時間毎に、前記複数のＲＣ並列回路の電圧値を夫々算出し、各前記ＲＣ並列回路の電圧値を総和した値を前記電圧源の電圧値から減算して、前記バッテリセルの端子間電圧値を算出する、
    電圧生成装置。
  3. 請求項１または２記載の電圧生成装置であって、
    前記電圧生成部における電圧の生成を停止する旨の指示の入力を受け付ける第３の入力部をさらに備え、
    前記電圧生成部は、前記第３の入力部おいて指示の入力を受け付けたことをトリガとして、前記電圧の生成を停止する、
    電圧生成装置。
  4. 請求項３記載の電圧生成装置であって、
    前記第２の入力部は、前記充放電電流値の変更の入力を受け付け、
    前記電圧値算出部は、前記充放電電流値の変更の入力を受け付けた場合に、変更後の前記充放電電流値に基づいて前記バッテリセルの端子間電圧値を前記経過時間毎に算出する、
    電圧生成装置。
  5. 請求項１から４のいずれか１項記載の電圧生成装置であって、
    前記電圧値算出部は、前記過渡現象の式に基づいて算出した前記バッテリセルの端子間電圧値が所定の条件を満たした場合に、前記過渡現象の式に代えて、前記バッテリセルの残容量とその残容量における前記バッテリセルの端子間電圧値との関係に基づいて前記バッテリセルの端子間電圧値を算出する、
    電圧生成装置。
  6. 請求項１から５のいずれか１項記載の電圧生成装置であって、
    外部と接続し、前記電圧生成部で生成された電圧を前記外部に出力するための接続端子をさらに備え、
    前記電流測定部は、前記接続端子に流れる電流を測定することによりセルバランシング電流値を測定する、
    をさらに備えている、電圧生成装置。
  7. 請求項６記載の電圧生成装置と、該電圧生成装置に接続可能なコンピュータとを備えた電圧生成システムであって、
    前記コンピュータは、前記電圧生成部で生成する電圧にもとづいて前記バッテリセルの電圧変化を表示し、または前記電流測定部で測定された電流に基づいて前記接続端子に流れる電流を表示する表示部を有する、
    電圧生成システム。
  8. バッテリセルの等価回路を構成する回路素子のパラメータの入力を受け付ける第１の入力機能と、
    前記バッテリセルの充放電電流値の入力を受け付ける第２の入力機能と、
    他のバッテリセルとの間でバッテリセルの端子間電圧値を均一化するために入出力される電流であるセルバランシング電流値を取得する電流取得機能と、
    前記パラメータに応じて決定される前記等価回路で表された前記バッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式と入力された前記充放電電流値に前記セルバランシング電流値を加えた値である負荷電流値とに基づいて、経過時間毎に、前記バッテリセルの端子間電圧値を算出する電圧値算出機能と、
    算出された前記バッテリセルの端子間電圧値に応じた電圧を生成する電圧生成機能と、をコンピュータに実現させるための、電圧生成プログラム。
  9. バッテリセルの等価回路を構成する回路素子のパラメータの入力を受け付ける第１の入力工程と、
    前記バッテリセルの充放電電流値の入力を受け付ける第２の入力工程と、
    他のバッテリセルとの間でバッテリセルの端子間電圧値を均一化するために入出力される電流であるセルバランシング電流値を測定する電流測定工程と、
    前記パラメータに応じて決定される前記等価回路で表された前記バッテリセルの端子間電圧値を時間の関数で示した過渡現象の式と入力された前記充放電電流値に前記セルバランシング電流値を加えた値である負荷電流値とに基づいて、経過時間毎に、前記バッテリセルの端子間電圧値を算出する電圧値算出工程と、
    算出された前記バッテリセルの端子間電圧値に応じた電圧を生成する電圧生成工程と、を含む、電圧生成方法。
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