JP2022182535A - 電池制御装置及び電池制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の劣化推定に要する処理負荷を低減させること。【解決手段】実施形態に係る電池制御装置は、全数推定部、設定部及び優先推定部を有する。全数推定部は、第１のイベントが発生した場合に、車両に搭載された電池パックに含まれる電池セルのブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する。設定部は、全数推定部による推定結果に基づき、ブロックのそれぞれに優先度を設定する。優先推定部は、第２のイベントが発生した場合に、ブロックのうち、設定部よって設定された優先度が所定の条件を満たすブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する。【選択図】図２

Description

本発明は、電池制御装置及び電池制御方法に関する。

従来、二次電池の交換時期の示唆を目的とした電池の劣化推定が行われている。二次電池の劣化は、容量の低下や電池の内部抵抗の増加等の状態を指す。二次電池の劣化度は電圧値、電流値、温度等の電池パラメータの相関から推定される。

自動車に搭載される二次電池は、電池セルブロックを連結し、１つの電池パックを形成している。また、電池パックは、最も劣化している電池セルブロックに合わせて過放電及び過充電がされないように制御される。

このため、従来の劣化推定では、最も劣化度の高い電池セルブロックを把握するために、電池パックに含まれる全ての電池セルブロックの劣化度が推定される。

特開２０１９－１８５９５３号公報

しかしながら、従来の技術では、電池の劣化推定に要する処理負荷が大きいという問題がある。

例えば、前述の過放電及び過充電に関する制御を行う場合、定期的に全ての電池セルブロックについて劣化推定を行う必要がある。

劣化推定は、車両の走行中にリアルタイムに行われる場合があるため、使える時間及び計算機リソースが限られる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電池の劣化推定に要する処理負荷に要する処理負荷を低減させることができる電池制御装置及び電池制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電池制御装置は、第１の推定部と、設定部と、第２の推定部と、を有する。第１の推定部は、第１のイベントが発生した場合に、車両に搭載された電池パックに含まれる電池セルのブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する。設定部は、第１の推定部による推定結果に基づき、ブロックのそれぞれに優先度を設定する。第２の推定部は、第２のイベントが発生した場合に、ブロックのうち、設定部よって設定された優先度が所定の条件を満たすブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する。

本発明によれば、電池の劣化推定に要する処理負荷を低減させることができる。

図１は、電池パックの構成例を示す図である。 図２は、実施形態に係る電池制御装置の構成例を示す図である。 図３は、劣化推定について説明する図である。 図４は、優先度の設定方法の例を説明する図である。 図５は、劣化度のばらつきについて説明する図である。 図６は、優先度設定テーブルの一例を示す図である。 図７は、優先度設定テーブルの一例を示す図である。 図８は、優先度設定テーブルの一例を示す図である。 図９は、優先度設定テーブルの一例を示す図である。 図１０は、実施形態に係る電池制御装置が実行する処理の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、本願の開示する電池制御装置及び電池制御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本発明が限定されるものではない。

まず、図１を用いて、電池パックについて説明する。図１は、電池パックの構成例を示す図である。

図１に示すように、電池パック１Ｐは、複数の電池セルブロックを直列や並列に接続したものである。図１の符号１ｂから１４ｂは、電池セルブロックを表している。電池パック１Ｐは、例えば車両に搭載される。

電池セルブロックは、１つの電池セルから構成されるものであってもよいし、複数の電池セルから構成されるものであってもよい。

また、各電池セルブロックからは、電圧及び温度等をセンサ値として取得可能であるものとする。電池セルブロックは、劣化度を推定する単位の一例である。

図２を用いて、実施形態に係る電池制御装置について説明する。図２は、実施形態に係る電池制御装置の構成例を示す図である。

図２に示す電池制御装置１０は、例えば車両に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって実現されてもよい。

電池制御装置１０は、電池パック１Ｐの劣化推定を行う。劣化推定の結果は、充電及び放電の制御に利用されてもよいし、電池パックの交換といった車両のメンテナンス等に利用されてもよい。

図２に示すように、電池制御装置１０は、インタフェース部１１、記憶部１２及び制御部１３を有する。

インタフェース部１１は、電池制御装置１０を他の装置と接続するためのインタフェースである。

電池制御装置１０の記憶部１２及び制御部１３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ、入出力ポート等を有するコンピュータや各種の回路により実現される。また、電池制御装置１０の記憶部１２及び制御部１３は、ＥＣＵによって実現されてもよい。

コンピュータのＣＰＵは、例えばＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部１３の全数推定部１３１、設定部１３２及び優先推定部１３３として機能する。

また、記憶部１２は、ＲＡＭやフラッシュメモリに対応する。ＲＡＭやフラッシュメモリは、推定結果情報１２１、設定情報１２２及び各種プログラムの情報等を記憶することができる。

なお、電池制御装置１０は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。

図３を用いて、制御部１３の各処理部によって行われる劣化推定を説明する。図３は、劣化推定について説明する図である。

まず、全数推定部１３１は、第１のイベントが発生した場合に、車両に搭載された電池パック１Ｐに含まれる電池セルのブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する。

なお、以降の説明では、電池セルのブロックを単にブロックと表記する場合がある。

ここで、第１のイベントは、車両の発進、停止、電池パック１Ｐの充放電の開始、一定時間の継続又は停止等である。

さらに、車両及び電池パック１Ｐの状態にかかわらず、あらかじめ定められた時間（例えば１分）が経過するたびに、第１のイベントが発生したとみなされてもよい。

第１の推定部である全数推定部１３１は、電池パック１Ｐに含まれる全ての電池セルブロックについて劣化度を推定（計算）する。例えば、全数推定部１３１は、ブロック１ｂからブロック１４ｂまでの電池セルブロックについて劣化度を計算する。

設定部１３２は、全数推定部１３１による推定結果に基づき、ブロックのそれぞれに優先度を設定する。

第２の推定部である優先推定部１３３は、第２のイベントが発生した場合に、ブロックのうち、設定部１３２よって設定された優先度が所定の条件を満たすブロックのそれぞれについて、劣化度を推定（計算）する。例えば、優先推定部１３３は、ブロック１ｂからブロック１４ｂまでの電池セルブロックのうち、ブロック２ｂについて劣化度を計算する。

このように、優先推定部１３３は全部のブロックではなく一部のブロックについて劣化度の推定を行うことで、処理負荷を低減させている。

優先推定部１３３は、劣化度を計算しないブロックについては、全数推定部１３１による計算結果を流用することができる。

また、全数推定部１３１及び優先推定部１３３による劣化度の計算は、任意の方法で行われてよい。なお、全数推定部１３１及び優先推定部１３３は、推定の対象とするブロックは異なるが、１つ１つのブロックについての劣化度の計算方法は共通である。

例えば、全数推定部１３１及び優先推定部１３３は、各ブロックから取得した電圧、温度等のセンサ値を、学習済みのニューラルネットワークに入力して劣化度を得ることができる。

例えば、全数推定部１３１及び優先推定部１３３は、毎回推定を行う際に得られたセンサ値を基に劣化度を計算してもよいし、計算量の増加が許容される場合は、前回の推定で得られた結果を使って劣化度を計算してもよい。

また、例えば、全数推定部１３１及び優先推定部１３３は、機械学習の手法によらずに所定の回帰式等を用いて劣化度を計算してもよい。

なお、全数推定部１３１及び優先推定部１３３は、互いに異なる方法で劣化度を計算してもよい。例えば、全数推定部１３１は計算量が多い高精度な方法で計算を行い、優先推定部１３３は計算量が少ない簡易な方法で劣化度を計算を行う。

また、優先推定部１３３は、第２のイベントが発生したときに劣化度の推定を行う。第２のイベントは、第１のイベントと同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。

ここで、第１のイベント及び第２のイベントに関する所定の事象が発生するごとに、回数がカウントされるものとする。

事象の発生回数をｉとすると、電池制御装置１０は、事象が発生し、かつ回数ｉが第１の条件を満たす場合、第１のイベントが発生したとみなす。また、電池制御装置１０は、事象が発生し、かつ回数ｉが第２の条件を満たす場合、第１のイベントが発生したとみなす。

例えば、第１の条件は、ｉを１０で割った余りが１又は２であることである。また、例えば、第２の条件は、ｉを１０で割った余りが１及び２のいずれでもないことである。

この場合、ｉが１、２、１１、１２等の場合に全数推定部１３１が劣化度の推定を行う。一方、ｉが３、４、５、６、７、８、９、１０等の場合に優先推定部１３３が劣化度の推定を行う。

例えば、図３のｉは３であるものとする。このとき、優先推定部１３３は、４回目から１０回目まで、ｉ回目（３回目）と同様の推定処理を行う。

設定部１３２は、全数推定部１３１によって推定された劣化度が大きいブロックほど優先度を高く設定する。

これにより、より劣化が進んでいるブロックについて詳細な情報を得ることが可能になる。

全数推定部１３１は、電池セルのブロックのそれぞれについて、劣化度を２回以上推定する場合がある。図３の例では、全数推定部１３１が劣化度の推定を２回行っている。

このとき、設定部１３２は、全数推定部１３１による２回以上の推定結果に基づき優先度を設定する。

このように、複数回の全数推定の結果を利用することで、より有効な優先度の設定が可能になる。

図４を用いて、優先度の設定方法を説明する。図４は、優先度の設定方法の例を説明する図である。

図４に示す３つのテーブルは、推定結果情報１２１として記憶部１２に格納されているものとする。

まず、全数推定部１３１によって、ｉ－２回目の推定結果が得られているものとする。例えば、ｉ－２回目のブロック１ｃの劣化度は「小」、ブロック１ｂの劣化度は「大」である。

ただし、劣化度「小」に比べて劣化度「大」の方が大きく劣化していることを意味する。劣化度「中」は「大」及び「小」の間である。また、劣化度の表記方法は図４のものに限られず、例えば１から１００までの数値であってもよい。

図４の「対象のブロック」は、優先度が高いブロックである。設定部１３２は、ｉ－２回目の推定結果からは優先度を設定しない。

設定部１３２は、ｉ－２回目の推定結果及びｉ－１回目の推定結果を基に、ｉ回目の劣化度推定で用いられる優先度を設定する。

まず、設定部１３２は、劣化度が最大のブロックを特定する。例えば、図４の場合であれば、設定部１３２は、ｉ－２回目及びｉ－１回目の劣化度が「大」であるブロック２ｂが最も劣化度が高いブロックであると特定する。

ここで、設定部１３２は、複数回の全数推定（例えば、図４のｉ－２回目及びｉ－１回目）で得られた推定値のうち最も高いものをブロックごとに選択し、当該選択した推定値を基に最も劣化度が高いブロックを特定してもよい。

また、設定部１３２は、複数回の全数推定（例えば、図４のｉ－２回目及びｉ－１回目）で得られた推定値のブロックごとの平均値を基に、最も劣化度が高いブロックを特定してもよい。

また、設定部１３２は、劣化度のばらつきが大きいブロックを特定する。例えば、設定部１３２は、ｉ－２回目及びｉ－２回目の劣化度が「小」から「中」に変化したブロック１ｂを特定する。なお、この例では、劣化度の差が「小」と「中」の差の１段階であるが、この差が２段階といったように、より大きいほどばらつきが大きいと判断する。

そして、設定部１３２は、特定したブロック１ｂ及びブロック２ｂの優先度を高く設定する。

このように、設定部１３２は、全数推定部１３１によって推定された劣化度のばらつきが大きいブロックほど優先度を高く設定する。

このように、単純な劣化度の大きさだけでなく、ばらつきを考慮することで、急激に劣化したブロック等を特定でき、より意味のある優先度の設定が可能になる。

図４の例では、設定部１３２は、劣化度が最大のブロックとばらつきが最大のブロックをそれぞれ１つずつ選択し、優先推定部１３３の推定対象のブロックに指定している。

一方で、設定部１３２は、劣化度及びばらつきのそれぞれに関して複数のブロックを選択してもよい。

例えば、設定部１３２は、劣化度やばらつき度合いが所定の基準以上のブロックを全て選択するようにしてもよいし、より劣化度やばらつき度合いが高いブロックから所定数のブロックを選択するようにしてもよい。

さらに、優先推定部１３３の推定対象のブロックは、次の全数推定部１３１での推定が行われるまで変更されなくてもよい。一方で、優先推定部１３３における複数回の推定の途中で、劣化度やばらつき度合いが低くなったブロックは、推定対象から外されてもよい。

例えば、図４の例では、ｉ＋１回目ではブロック１ｂが優先推定部１３３の推定対象から外されている。

なお、全数推定部１３１が劣化度の推定を行う回数は連続していなくてもよい。

例えば、ｉが５、１０のような５の倍数のとき（例えば、５回目又は１０回目）に全数推定部１３１が劣化度の推定を行う。そして、設定部１３２がそのときの劣化度推定の結果に基づいて優先度を設定する。

例えば、設定部１３２は、１回の推定結果（例えば５回目の結果）に基づいて、その後（例えば６回目～９回目）の優先推定部１３３による劣化推定の優先度を設定するようにしてもよい。

また、例えば、設定部１３２は、複数回の推定結果（例えば、１回目と５回目に推定された劣化度の大きい方又は平均値）に基づいて、その後（例えば６回目～９回目）の優先推定部１３３による劣化推定の優先度を設定するようにしてもよい。

この場合、設定部１３２は、最も測定タイミングが近い複数回の全数推定部１３１の推定結果（例えば５回目と１０回目の結果）を用いてばらつきが大きいブロックを判定することができる。

さらに、ｉが１１、１２、１３、１４等のときに、優先推定部１３３が優先度に基づき劣化度の推定を行う。

［優先度テーブルを使用した優先度の設定方法］
さらに、設定部１３２は、全数推定部１３１によって推定された劣化度の大きさ及びばらつきに応じてあらかじめ定められた優先度を、ブロックのそれぞれに設定することができる。

これにより、ルールベースの効率的な優先度の設定が可能になる。

まず、設定部１３２は、図５のように劣化度の最大値及びばらつきを判定する。図５は、劣化度のばらつきについて説明する図である。

設定部１３２は、ｉ－２回目とｉ－１回目の劣化度推定で推定された劣化度のうち最大のものを（１）とする。

また、設定部１３２は、ｉ－２回目とｉ－１回目の劣化度推定で推定された劣化度のばらつきを、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」のいずれかに分類したものを（２）とする。

「Ａ」は、ｉ－２回目とｉ－１回目で劣化度が変化しなかったことを意味する。例えば、ブロック２ｂは、ｉ－２回目とｉ－１回目のいずれでも劣化度が「大」で変化していないため、「Ａ」に分類される。

「Ｂ」は、ｉ－２回目とｉ－１回目で劣化度が１段階変化したこと、すなわち「小」と「中」の間、又は「中」と「大」の間で変化したことを意味する。例えば、ブロック１ｂは、劣化度が「小」から「中」に変化しているため、「Ｂ」に分類される。

「Ｃ」は、ｉ－２回目とｉ－１回目で劣化度が２段階変化したこと、すなわち「小」と「大」の間で変化したことを意味する。例えば、ブロック３ｂは、劣化度が「大」から「小」に変化しているため、「Ｃ」に分類される。

ここで、設定部１３２は、（１）と（２）を組み合わせて優先度を設定する。このとき、設定部１３２は、設定情報１２２として記憶部１２に格納された優先度設定テーブルを用いる。

なお、優先度設定テーブルにおける優先度は優先順位を意味し、数値が小さいほど優先度としては高くなる。

また、優先度設定テーブルは事前に管理者等によって作成されたものであってもよい。

図６は、優先度設定テーブルの一例を示す図である。図６の優先度設定テーブルは、最も劣化しているブロックの劣化度が「大」である場合に用いられる。

例えば、設定部１３２は、図６の優先度設定テーブルに従って、（１）が「大」、（２）が「Ａ」であるブロックの優先度を「１」に設定する。

図７は、優先度設定テーブルの一例を示す図である。図７の優先度設定テーブルは、最も劣化しているブロックの劣化度が「中」である場合に用いられる。

例えば、設定部１３２は、図７の優先度設定テーブルに従って、（１）が「中」、（２）が「Ａ」であるブロックの優先度を「１」に設定する。

図８は、優先度設定テーブルの一例を示す図である。図８の優先度設定テーブルは、最も劣化しているブロックの劣化度が「小」である場合に用いられる。

例えば、設定部１３２は、図８の優先度設定テーブルに従って、（１）が「中」、（２）が「Ｂ」であるブロックの優先度を「１」に設定する。

図９は、優先度設定テーブルの一例を示す図である。図９の優先度設定テーブルは、最も劣化しているブロックの劣化度が特定できない場合に用いられる。

例えば、設定部１３２は、図９の優先度設定テーブルに従って、（１）が「中」、（２）が「Ｂ」であるブロックの優先度を「１」に設定する。

なお、優先推定部１３３は、優先度が等しいブロックが複数ある場合、事前のチューニングによって定められた数のブロックについてのみ劣化度を推定するようにしてもよい。

例えば、図６から図９に示した優先度設定テーブルにおいては、以下のルール１及びルール２に従って優先度が設定されてもよい。
ルール１：劣化度が同じである場合、ばらつきの大きいものにより高い優先度が設定される。
ルール２：ルール１にかかわらず、劣化度が最大（例えば（１）が「大」）である場合、ばらつきがないものに最も高い優先度が設定される。

例えば、図６に示す（１）が「大」、（２）が「Ａ」であるブロックには、ルール２に従い最も高い優先度である「１」が設定される。

一方、図６に示す（１）が「中」であるブロックには、ルール１に従って、ばらつきの大きいものにより高い優先度が設定される。

この結果、図６の優先度テーブルでは、（１）が「大」の場合と、（１）が「中」の場合とで、ばらつきごと（「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」）の優先度の大小関係が逆転している。

図１０を用いて、実施形態に係る電池制御装置１０において実行される処理の手順について説明する。図１０は、実施形態に係る電池制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。

図８に示すように、まず、電池制御装置１０は、ｉを１に設定する（ステップＳ１０１）。

そして、電池制御装置１０は、イベントの発生を検知する（ステップＳ１０２）。イベントは、電池パックが搭載された走行開始又は停止、電池パックの充放電の開始又は終了、所定の車載装置への通電の開始、一定時間の経過等である。

ここで、電池制御装置１０は、ｉが全数推定の条件を充足しているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。全数推定の条件は、例えばｉを１０で割った余りが１又は２であることである。

そして、ｉが全数推定の条件を充足している場合（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）、電池制御装置１０は、全ての電池セルブロックの劣化度を推定する（ステップＳ１０４）。

一方、ｉが全数推定の条件を充足していない場合（ステップＳ１０３、Ｎｏ）、電池制御装置１０は、優先度が所定値以上である電池セルブロックの劣化度を推定する（ステップＳ１０５）。

続いて、電池制御装置１０は、劣化度の推定結果に基づいて、各電池セルブロックに優先度を設定する（ステップＳ１０６）。

ここで、推定処理が終了される場合（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）、電池制御装置１０は処理を終了する。

一方、推定処理が終了されない場合（ステップＳ１０７、Ｎｏ）、電池制御装置１０はｉを１だけ増加させ（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０２に戻り処理を繰り返す。

上述してきたように、実施形態に係る電池制御装置１０は、全数推定部１３１、設定部１３２及び優先推定部１３３を有する。全数推定部１３１は、第１のイベントが発生した場合に、車両に搭載された電池パック１Ｐに含まれる電池セルのブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する。設定部１３２は、全数推定部１３１による推定結果に基づき、ブロックのそれぞれに優先度を設定する。優先推定部１３３は、第２のイベントが発生した場合に、ブロックのうち、設定部１３２よって設定された優先度が所定の条件を満たすブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する。

このように、電池制御装置１０は、常に全ての電池セルブロックについて劣化度推定を行うのではなく、優先度に従って一部の電池セルブロックについて劣化度推定を行うことができる。この結果、本実施形態によれば、電池の劣化推定に要する処理負荷を低減させることができる。

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及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及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又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１Ｐ 電池パック
１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ、１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ ブロック
１０ 電池制御装置
１１ インタフェース部
１２ 記憶部
１３ 制御部
１２１ 推定結果情報
１２２ 設定情報
１３１ 全数推定部
１３２ 設定部
１３３ 優先推定部

Claims (6)

1. 第１のイベントが発生した場合に、車両に搭載された電池パックに含まれる電池セルのブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する第１の推定部と、
   前記第１の推定部による推定結果に基づき、前記ブロックのそれぞれに優先度を設定する設定部と、
   第２のイベントが発生した場合に、前記ブロックのうち、前記設定部によって設定された優先度が所定の条件を満たすブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する第２の推定部と、
   を有することを特徴とする電池制御装置。
2. 前記設定部は、前記第１の推定部によって推定された劣化度が大きいブロックほど前記優先度を高く設定することを特徴とする請求項１に記載の電池制御装置。
3. 前記第１の推定部は、電池セルのブロックのそれぞれについて、劣化度を２回以上推定し、
   前記設定部は、前記第１の推定部による２回以上の推定結果に基づき優先度を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池制御装置。
4. 前記設定部は、前記第１の推定部によって推定された劣化度のばらつきが大きいブロックほど前記優先度を高く設定することを特徴とする請求項３に記載の電池制御装置。
5. 前記設定部は、前記第１の推定部によって推定された劣化度の大きさ及びばらつきに応じてあらかじめ定められた優先度を、前記ブロックのそれぞれに設定することを特徴とする請求項３に記載の電池制御装置。
6. 電池制御装置によって実行される電池制御方法であって、
   第１のイベントが発生した場合に、車両に搭載された電池パックに含まれる電池セルのブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する第１の推定工程と、
   前記第１の推定工程による推定結果に基づき、前記ブロックのそれぞれに優先度を設定する設定工程と、
   第２のイベントが発生した場合に、前記ブロックのうち、前記設定工程によって設定された優先度が所定の条件を満たすブロックのそれぞれについて、劣化度を推定する第２の推定工程と、
   を含むことを特徴とする電池制御方法。

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