JP4638175B2 - Remaining capacity display device for power storage device - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池や電気化学キャパシタ等の蓄電デバイスの残存容量を表示する蓄電デバイスの残存容量表示装置に関する。   The present invention relates to a remaining capacity display device for an electricity storage device that displays the remaining capacity of an electricity storage device such as a secondary battery or an electrochemical capacitor.

近年、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池、電気二重層キャパシタ等の電気化学キャパシタといった蓄電デバイスの小型軽量化・高エネルギー密度化が進み、携帯型の情報通信機器から電気自動車やハイブリッド自動車等の電源として活発に利用されている。   In recent years, energy storage devices such as secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries, and electrochemical capacitors such as electric double layer capacitors have been reduced in size and weight, and energy density has increased. It is actively used as a power source for automobiles.

このような蓄電デバイスで利用可能なエネルギー量は、その残存容量を演算して表示することで知ることができる。一般に、残存容量を演算する技術としては、蓄電デバイスの充放電電流を積算して残存容量を求める技術や、開放電圧に基づいて残存容量を求める技術が知られているが、前者は、突入電流等の負荷変動に強い反面、誤差が累積し易い(特に、高負荷継続時には誤差が大きくなる)という欠点があり、また、後者は、開放電圧を正確に推定できる限り有効性が高い反面、短時間で負荷が大きく変動した場合に演算値が変動しやすいという欠点がある。従って、従来より両者を組合わせて残存容量を求める技術が種々提案されている。   The amount of energy that can be used in such an electricity storage device can be known by calculating and displaying the remaining capacity. In general, as a technique for calculating the remaining capacity, a technique for calculating the remaining capacity by accumulating the charge / discharge current of the storage device and a technique for determining the remaining capacity based on the open circuit voltage are known. Although it is strong against load fluctuations such as the above, there is a drawback that errors tend to accumulate (especially, errors become large when high load is continued), and the latter is highly effective as long as the open-circuit voltage can be estimated accurately, but short. There is a drawback that the calculated value tends to fluctuate when the load fluctuates greatly with time. Therefore, various techniques for obtaining the remaining capacity by combining the two have been proposed.

例えば、特許文献1には、電気自動車の車両停止時の電池電圧から求めた開放電圧により停止時残存容量を求めると共に、電池の放電電流の積算値に基づいて放電電気容量を検出し、この放電電気容量と停止時残存容量とから満充電容量を算出し、この満充電容量と放電電気容量とから残存容量を求める技術が開示されている。   For example, in Patent Document 1, the remaining capacity at the time of stoppage is obtained from the open-circuit voltage obtained from the battery voltage at the time of stopping the electric vehicle, and the discharge electric capacity is detected based on the integrated value of the discharge current of the battery. A technique is disclosed in which a full charge capacity is calculated from the electric capacity and the remaining capacity at stop, and the remaining capacity is obtained from the full charge capacity and the discharge electric capacity.

また、特許文献2には、リチウムイオン電池のような電池容量と電池電圧とに直線的な比例関係があるものにおいて、任意の時間のあいだ放電または充電したときの電流積算量と、放電または充電前の電圧、放電または充電後の電圧より、残存容量を求めて表示する技術が開示されている。   Further, in Patent Document 2, a battery capacity and a battery voltage, such as a lithium ion battery, having a linear proportional relationship, an accumulated amount of current when discharging or charging for an arbitrary time, and discharging or charging. A technique for obtaining and displaying a remaining capacity from a previous voltage, a voltage after discharge or a charge is disclosed.

更に、特許文献3には、電池の充放電電流を積分して求めた残存容量と、電池の開放端子電圧に基づいて推定した残存容量との差の変化率に基づいて、残存容量の演算方法を補正する技術が開示されている。
特開平6−242193号公報 特開平8−179018号公報 特開平11−223665号公報
Further, Patent Document 3 discloses a method for calculating the remaining capacity based on the rate of change of the difference between the remaining capacity obtained by integrating the charging / discharging current of the battery and the remaining capacity estimated based on the open terminal voltage of the battery. A technique for correcting the above is disclosed.
JP-A-6-242193 JP-A-8-179018 Japanese Patent Laid-Open No. 11-223665

しかしながら、特許文献1に開示の技術では、電気自動車の走行中の電池の残存容量に対する精度が保障されておらず、また、車両停止時の電池電圧から開放電圧を求めているが、電気自動車においては、モータが停止していてもインバータ等の負荷には電流が流れていることから、必ずしも正確な開放電圧を検出できるとは限らない。従って、特許文献1の技術では、残存容量の表示精度が不足するばかりでなく、適用範囲が限定されてしまい、例えば、充放電が連続するハイブリッド車等においては、表示データとして利用することは困難である。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the accuracy with respect to the remaining capacity of the battery while the electric vehicle is running is not guaranteed, and the open voltage is obtained from the battery voltage when the vehicle is stopped. Since the current flows through the load such as the inverter even when the motor is stopped, it is not always possible to detect an accurate open-circuit voltage. Therefore, in the technique of Patent Document 1, not only the display accuracy of the remaining capacity is insufficient, but the application range is limited. For example, it is difficult to use as display data in a hybrid vehicle or the like in which charging / discharging continues. It is.

同様に、特許文献2に開示の技術においても、充放電前や充放電後の電圧を、開回路電圧(開放電圧)として扱っているが、前述した理由により必ずしも正確な開放電圧を検出できるとは限らず、また、放電時の精度向上を主としているため、充電時の精度が余り考慮されておらず、充放電が連続するハイブリッド車等への適用は困難である。   Similarly, in the technique disclosed in Patent Document 2, the voltage before and after charge / discharge is treated as an open circuit voltage (open voltage). However, if the open circuit voltage can be detected accurately for the reason described above, In addition, since accuracy is mainly improved at the time of discharging, the accuracy at the time of charging is not much considered, and it is difficult to apply to a hybrid vehicle or the like in which charging / discharging continues.

更に、特許文献3に開示の技術は、電流積算による残存容量演算値と、開放電圧に基づく残存容量推定値との差が所定値より大きくなった場合にのみ、残存容量演算値の更新を行っている。このため、更新の瞬間に残存容量演算値が大きく段状に変化する可能性が高く、そのまま残存容量を表示すると、表示値が急激に変化し、適正に情報を伝えることが困難となる。   Furthermore, the technique disclosed in Patent Document 3 updates the remaining capacity calculation value only when the difference between the remaining capacity calculation value based on current integration and the remaining capacity estimation value based on the open circuit voltage is greater than a predetermined value. ing. For this reason, there is a high possibility that the remaining capacity calculation value will change greatly in a step shape at the moment of update. If the remaining capacity is displayed as it is, the display value will change abruptly and it will be difficult to convey information appropriately.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電流積算による残存容量と開放電圧に基づく残存容量との双方の利点を生かして高精度に残存容量を演算しつつ、演算した残存容量を認知し易く表示することのできる蓄電デバイスの残存容量表示装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and recognizes the calculated remaining capacity while calculating the remaining capacity with high accuracy by taking advantage of both the remaining capacity based on the current integration and the remaining capacity based on the open circuit voltage. It is an object of the present invention to provide a remaining capacity display device for an electricity storage device that can be easily displayed.

上記目的を達成するため、本発明による蓄電デバイスの残存容量表示装置は、蓄電デバイスの充放電電流の積算値に基づく第1の残存容量と上記蓄電デバイスの開放電圧の推定値に基づく第2の残存容量とを、上記蓄電デバイスの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成し、上記蓄電デバイスの残存容量を演算する残存容量演算手段と、上記蓄電デバイスの充放電電流の変化と温度とに基づいて、上記残存容量演算手段で演算した残存容量を表示するためのデータ放出時間間隔を設定するデータ放出時間間隔設定手段と、上記蓄電デバイスが充電状態のとき、上記残存容量演算手段で演算した残存容量のデータを時系列的に順次比較して増加傾向にあるデータのみを選別し、上記蓄電デバイスが放電状態のとき、上記残存容量演算手段で演算した残存容量のデータを時系列的に順次比較して減少傾向にあるデータのみを選別し、該選別したデータを上記データ放出時間間隔設定手段で設定したデータ放出時間間隔で出力する表示出力手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a remaining capacity display device for an electricity storage device according to the present invention includes a first remaining capacity based on an integrated value of charge / discharge current of an electricity storage device and a second value based on an estimated value of an open circuit voltage of the electricity storage device. The remaining capacity is weighted and synthesized using a weight set according to the usage status of the power storage device, and the remaining capacity calculation means for calculating the remaining capacity of the power storage device, the change in charge / discharge current of the power storage device and the temperature Data discharge time interval setting means for setting a data discharge time interval for displaying the remaining capacity calculated by the remaining capacity calculation means, and when the power storage device is in a charged state, the remaining capacity calculation means The calculated remaining capacity data is sequentially compared in time series to select only the data that is increasing, and when the power storage device is in a discharged state, the remaining capacity is selected. The data of the remaining capacity calculated by the calculating means chronologically only sorted data in the sequence comparison to decline, and outputs the data by該選 the data release time interval set by the data release time interval setting means And a display output means.

その際、残存容量は、蓄電デバイス内部の電気化学的な関係に基づいて蓄電デバイスの開放電圧を推定すると共に、ウェイトを蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値に基づいて設定することが望ましく、残存容量を表示するためのデータ放出時間間隔は、蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値と温度とに基づいて設定することが望ましい。   At that time, the remaining capacity is preferably set based on the moving average value of the charge / discharge current of the electricity storage device, while estimating the open circuit voltage of the electricity storage device based on the electrochemical relationship inside the electricity storage device, It is desirable to set the data release time interval for displaying the remaining capacity based on the moving average value of the charge / discharge current of the power storage device and the temperature.

本発明による蓄電デバイスの残存容量表示装置は、電流積算による残存容量と開放電圧に基づく残存容量との双方の利点を生かした高精度な残存容量を演算しつつ、演算した残存容量を認知し易く表示することができ、実際に使用可能な残りのエネルギー量を容易に把握することが可能となる。   The remaining capacity display device for an electricity storage device according to the present invention can easily recognize the calculated remaining capacity while calculating a highly accurate remaining capacity that takes advantage of both the remaining capacity based on current integration and the remaining capacity based on the open circuit voltage. It is possible to display the remaining energy amount that can be actually used.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1〜図12は本発明の実施の一形態に係わり、図1はバッテリ残存容量の演算及び表示システムを示す構成図、図2はバッテリ残存容量の推定アルゴリズムを示すブロック図、図3は等価回路モデルを示す回路図、図4はバッテリ残存容量の演算処理を示すフローチャート、図5は電流容量テーブルの説明図、図6はインピーダンステーブルの説明図、図7は残存容量テーブルの説明図、図8はウェイトテーブルの説明図、図9は電流の移動平均処理無しの場合の残存容量を示す説明図、図10は電流の移動平均処理有りの場合の残存容量を示す説明図、図11は実車走行時の残存容量演算結果を示す説明図、図12はバッテリ残存容量の表示処理を示すフローチャートである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 12 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a block diagram showing a battery remaining capacity calculation and display system, FIG. 2 is a block diagram showing a battery remaining capacity estimation algorithm, and FIG. 3 is equivalent. 4 is a circuit diagram showing a calculation process of the remaining battery capacity, FIG. 5 is an explanatory diagram of the current capacity table, FIG. 6 is an explanatory diagram of the impedance table, FIG. 7 is an explanatory diagram of the remaining capacity table, FIG. 8 is an explanatory diagram of the weight table, FIG. 9 is an explanatory diagram showing the remaining capacity without current moving average processing, FIG. 10 is an explanatory diagram showing the remaining capacity with current moving average processing, and FIG. 11 is an actual vehicle FIG. 12 is a flow chart showing the battery remaining capacity display process.

図1において、符号1は、エンジンとモータとを併用して走行するハイブリッド車やモータのみによって走行する電気自動車等に搭載される電源装置である。この電源装置1には、蓄電デバイスとして例えば複数のセルを封止した電池パックを複数個直列に接続して構成されるバッテリ2と、バッテリ2の残存容量の演算、バッテリ2の冷却や充電の制御、異常検出及び異常検出時の保護動作等のエネルギーマネージメントを行う演算ユニット(演算ECU)3とが1つの筐体内にパッケージされている。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a power supply device mounted on a hybrid vehicle that travels using both an engine and a motor, an electric vehicle that travels only by a motor, and the like. In this power supply device 1, for example, a battery 2 configured by connecting a plurality of battery packs in which a plurality of cells are sealed in series as an electricity storage device, calculation of the remaining capacity of the battery 2, cooling and charging of the battery 2, etc. An arithmetic unit (arithmetic ECU) 3 that performs energy management such as control, abnormality detection, and protection operation at the time of abnormality detection is packaged in one casing.

尚、本形態においては、蓄電デバイスとしてリチウムイオン二次電池を例に取って説明するが、本発明における残存容量の演算手法は、電気化学キャパシタやその他の二次電池にも適用可能である。   In this embodiment, a lithium ion secondary battery will be described as an example of an electricity storage device. However, the remaining capacity calculation method in the present invention can also be applied to an electrochemical capacitor and other secondary batteries.

演算ECU3は、マイクロコンピュータ等から構成され、電圧センサ4で測定したバッテリ2の端子電圧V、電流センサ5で測定したバッテリ2の充放電電流I、温度センサ6で測定したバッテリ2の温度(セル温度)Tに基いて、設定時間t毎に充電状態(State of charge;SOC)すなわち残存容量SOC(t)を演算する。尚、演算ECU3には、1演算周期前の残存容量SOC(t-1)が周期的な演算におけるベース値(後述する電流積算による残存容量演算の際のベース値)として入力される。   The arithmetic ECU 3 is composed of a microcomputer or the like, and the terminal voltage V of the battery 2 measured by the voltage sensor 4, the charge / discharge current I of the battery 2 measured by the current sensor 5, and the temperature (cell) of the battery 2 measured by the temperature sensor 6. Based on the temperature (T), the state of charge (SOC), that is, the remaining capacity SOC (t) is calculated every set time t. Note that the remaining capacity SOC (t−1) one calculation cycle before is input to the calculation ECU 3 as a base value in a periodic calculation (a base value in a remaining capacity calculation by current integration described later).

演算ECU3で演算した残存容量SOCは、例えばCAN(Controller Area Network)通信等を介して、インバータ装置10や表示装置20に出力される。インバータ装置10は、バッテリの残存容量SOCに基づいて、図示しないモータの駆動制御や回生制御を行い、表示装置20は、演算ECU3から出力される残存容量SOCのデータを取込み、取込んだ残存容量SOCのデータを表示データに変換して表示する。   The remaining capacity SOC calculated by the calculation ECU 3 is output to the inverter device 10 and the display device 20 via, for example, CAN (Controller Area Network) communication. The inverter device 10 performs drive control and regenerative control of a motor (not shown) based on the remaining capacity SOC of the battery, and the display device 20 takes in data of the remaining capacity SOC output from the arithmetic ECU 3 and takes in the remaining capacity The SOC data is converted into display data and displayed.

表示装置20は、マイクロコンピュータ等から構成される演算ユニット(演算ECU)21と、残存容量SOCを表示する表示器22とを備えて構成される。演算ECU21には、電源装置1から送信されるバッテリ2の状態を表す各種データや信号、すなわち、端子電圧V、充放電電流I、セル温度T、残存容量SOC(t),SOC(t-1)、バッテリ2がモータの発電によって充電状態にあることを示す発電信号等が入力され、電源装置1から送信された残存容量SOCを、ドライバが認知しやすい適切なデータ群に変換して表示器22に出力する。   The display device 20 includes an arithmetic unit (arithmetic ECU) 21 composed of a microcomputer or the like, and a display 22 that displays the remaining capacity SOC. The calculation ECU 21 receives various data and signals representing the state of the battery 2 transmitted from the power supply device 1, that is, the terminal voltage V, the charge / discharge current I, the cell temperature T, the remaining capacity SOC (t), SOC (t-1 ), A power generation signal indicating that the battery 2 is in a charged state by the power generation of the motor is input, and the remaining capacity SOC transmitted from the power supply device 1 is converted into an appropriate data group that can be easily recognized by the driver. 22 for output.

すなわち、電源装置1の演算ECU3において設定時間t毎に演算される残存容量SOCは、バッテリの状況変化を良好に捉えることができ、高精度のデータが得られる。従って、演算ECU3で演算した残存容量SOCは、インバータ装置10等を介した車両の駆動力制御には有効であるが、バッテリの大まかな残存容量を把握したい一般のドライバにとっては、そのままのデータを表示しても、データが精細すぎてバッテリの状況変化に敏感すぎ、表示がふらつく等して却って見づらいものとなる。   That is, the remaining capacity SOC calculated at the set time t in the calculation ECU 3 of the power supply device 1 can satisfactorily capture changes in the battery status, and highly accurate data can be obtained. Therefore, the remaining capacity SOC calculated by the calculation ECU 3 is effective for controlling the driving force of the vehicle via the inverter device 10 and the like. However, for a general driver who wants to grasp the approximate remaining capacity of the battery, the data remains unchanged. Even when displayed, the data is too fine and too sensitive to changes in the battery status, and the display fluctuates, making it difficult to see.

このため、表示装置20の演算ECU21では、電源装置1の演算ECU3で設定時間t毎に演算された残存容量SOCのデータを、バッテリの充放電の状況に応じて表示器22に出力するためのデータ放出時間間隔を設定すると共に、データを選別処理して表示器22に出力することにより、一般のドライバにとって不必要な細かすぎるデータを除外し、表示ふらつきを低減させる。これにより、ドライバは、表示器22の残存容量の表示から走行可能距離や充電の必要性等を容易に判断することが可能となる。 For this reason, the calculation ECU 21 of the display device 20 outputs the data of the remaining capacity SOC calculated by the calculation ECU 3 of the power supply device 1 every set time t to the display 22 according to the state of charge / discharge of the battery. By setting the data emission time interval and selecting and outputting the data to the display unit 22, data that is not necessary for general drivers is excluded, and display fluctuation is reduced. Accordingly, the driver can easily determine the travelable distance, the necessity for charging, and the like from the display of the remaining capacity of the display 22.

以下、電源装置1における残存容量SOCの演算処理、及び表示装置20における表示処理について、詳細に説明する。   Hereinafter, the calculation process of the remaining capacity SOC in the power supply device 1 and the display process in the display device 20 will be described in detail.

先ず、電源装置1の演算ECU3における残存容量演算手段としての機能は、図2に示す残存容量の推定アルゴリズムに従って実現される。この推定アルゴリズムでは、バッテリ2で測定可能なパラメータ、すなわち、端子電圧V、電流I、温度Tを用い、電流積算に基づく第1の残存容量としての残存容量SOCcと、バッテリ開放電圧Voの推定値に基づく第2の残存容量としての残存容量SOCvとを並行して演算し、それぞれを重み付けして合成した残存容量SOCを、バッテリ2の残存容量として出力する。   First, the function as the remaining capacity calculation means in the calculation ECU 3 of the power supply apparatus 1 is realized according to the remaining capacity estimation algorithm shown in FIG. In this estimation algorithm, parameters that can be measured by the battery 2, that is, the terminal voltage V, the current I, and the temperature T are used, the remaining capacity SOCc as the first remaining capacity based on the current integration, and the estimated value of the battery open voltage Vo. The remaining capacity SOCv as the second remaining capacity based on the above is calculated in parallel, and the remaining capacity SOC synthesized by weighting each is output as the remaining capacity of the battery 2.

電流Iの積算による残存容量SOCcと、開放電圧Voの推定値による残存容量SOCvとは、それぞれに一長一短があり、電流積算による残存容量SOCcは、誤差が累積し易く、特に高負荷継続時の誤差が大きい反面、突入電流等の負荷変動に強い。一方、開放電圧推定による残存容量SOCvは、通常の使用時において、略正確な値を求めることが可能であるが、負荷が短時間で大きく変動したときに値が振動する可能性がある。   The remaining capacity SOCc obtained by integrating the current I and the remaining capacity SOCv obtained by estimating the open circuit voltage Vo have their merits and demerits, and the remaining capacity SOCc obtained by integrating the current is likely to accumulate errors. However, it is resistant to load fluctuations such as inrush current. On the other hand, the remaining capacity SOCv based on the open-circuit voltage estimation can be obtained as a substantially accurate value during normal use, but the value may oscillate when the load greatly fluctuates in a short time.

従って、本SOC推定アルゴリズムでは、電流Iを積算して求めた残存容量SOCc(t)と、バッテリ開放電圧Voの推定値から求めた残存容量SOCv(t)とを、バッテリ2の使用状況に応じて随時変化させるウェイト(重み係数)wにより重み付けして合成することにより、残存容量SOCc,SOCv双方の欠点を打消して互いの利点を最大限に引き出すようにしている。ウェイトwは、w=0〜1の間で変化させ、合成後の最終的な残存容量SOC(t)は、以下の(1)式で与えられる。
SOC(t)=w・SOCc(t)+(1−w)・SOCv(t)…(1)
Therefore, in the present SOC estimation algorithm, the remaining capacity SOCc (t) obtained by integrating the current I and the remaining capacity SOCv (t) obtained from the estimated value of the battery open voltage Vo are determined according to the usage state of the battery 2. Thus, the weights (weighting factors) w that are changed as needed are weighted and combined, so that the disadvantages of both the remaining capacities SOCc and SOCv are canceled out and the mutual advantages are maximized. The weight w is changed between w = 0 and 1, and the final remaining capacity SOC (t) after synthesis is given by the following equation (1).
SOC (t) = w.SOCc (t) + (1-w) .SOCv (t) (1)

ウェイトwは、現在のバッテリの使用状況を的確に表すことのできるパラメータを用いて決定する必要があり、そのパラメータとしては、単位時間当たりの電流の変化率や残存容量SOCc,SOCvの間の偏差等を用いることが可能である。単位時間当たりの電流変化率は、バッテリの負荷変動を直接的に反映しているが、単なる電流変化率では、スパイク的に発生する電流の急激な変化の影響を受けてしまう。   The weight w needs to be determined using a parameter that can accurately represent the current battery usage. The parameters include the current change rate per unit time and the deviation between the remaining capacities SOCc and SOCv. Etc. can be used. The current change rate per unit time directly reflects the load fluctuation of the battery, but the mere current change rate is affected by a sudden change in current that occurs in a spike manner.

従って、本形態においては、瞬間的に発止する電流の変化の影響を防止するため、所定のサンプリング数の単純平均、移動平均、加重平均等の処理を施した電流変化率を用いるようにしており、特に、電流の遅れを考慮した場合、バッテリの充放電状態の変化に対して、過去の履歴を過剰となることなく適切に反映することのできる移動平均を用いてウェイトwを決定するようにしている。   Therefore, in this embodiment, in order to prevent the influence of a change in current that instantaneously stops, a current change rate that has been processed by a simple average, a moving average, a weighted average, or the like of a predetermined sampling number is used. In particular, when considering a delay in current, the weight w is determined using a moving average that can appropriately reflect the past history without excessively changing the charge / discharge state of the battery. I have to.

この電流Iの移動平均値に基づいてウェイトwを決定することにより、電流Iの移動平均値が大きいときには、電流積算のウェイトを高くして開放電圧推定のウェイトを下げ、負荷変動の影響を電流積算によって正確に反映すると共に、開放電圧推定時の振動を防止することができる。逆に、電流Iの移動平均値が小さいときには、電流積算のウェイトを下げ、開放電圧推定のウェイトを高くすることにより、電流積算時の誤差の累積による影響を回避し、開放電圧の推定により正確な残存容量を算出することができる。   By determining the weight w based on the moving average value of the current I, when the moving average value of the current I is large, the weight of the current integration is increased to lower the weight of the open circuit voltage estimation, and the influence of the load fluctuation is While accurately reflecting by integration, vibration during open circuit voltage estimation can be prevented. Conversely, when the moving average value of current I is small, the effect of error accumulation during current integration is avoided by reducing the current integration weight and increasing the open-circuit voltage estimation weight. The remaining capacity can be calculated.

すなわち、電流Iの移動平均は、電流の高周波成分に対するローパスフィルタとなり、この移動平均のフィルタリングにより、走行中の負荷変動で発生する電流のスパイク成分を、遅れ成分を助長することなく除去することができる。これにより、バッテリ状態をより的確に把握することができ、残存容量SOCc,SOCv双方の欠点を打消して互いの利点を最大限に引き出し、残存容量の推定精度を大幅に向上することができる。   That is, the moving average of the current I becomes a low-pass filter with respect to the high frequency component of the current, and the moving average filtering can remove the spike component of the current generated by the load fluctuation during traveling without promoting the delay component. it can. As a result, the battery state can be grasped more accurately, the disadvantages of both the remaining capacities SOCc and SOCv can be canceled, the mutual advantages can be maximized, and the estimation accuracy of the remaining capacities can be greatly improved.

更に、本SOC推定アルゴリズムの特徴として、電池理論に基づいてバッテリ内部状況を電気化学的に把握し、バッテリ開放電圧Voに基づく残存容量SOCvの演算精度の向上を図っている。次に、本推定アルゴリズムによる残存容量SOCc,SOCvの演算について詳述する。   Further, as a feature of the present SOC estimation algorithm, the internal state of the battery is electrochemically grasped based on the battery theory, and the calculation accuracy of the remaining capacity SOCv based on the battery open voltage Vo is improved. Next, the calculation of the remaining capacities SOCc and SOCv by this estimation algorithm will be described in detail.

先ず、電流積算による残存容量SOCcは、以下の(2)式に示すように、ウェイトwを用いて合成した残存容量SOCをベース値として、所定時間毎に電流Iを積算して求められる。
SOCc(t)=SOC(t-1)−∫[(100ηI/Ah)+SD]dt/3600…(2)
但し、η :電流効率
Ah:電流容量(温度による変数)
SD :自己放電率
First, as shown in the following equation (2), the remaining capacity SOCc by current integration is obtained by integrating the current I every predetermined time with the remaining capacity SOC synthesized using the weight w as a base value.
SOCc (t) = SOC (t−1) −∫ [(100ηI / Ah) + SD] dt / 3600 (2)
Where η: current efficiency
Ah: Current capacity (variable depending on temperature)
SD: Self-discharge rate

(2)式における電流効率η及び自己放電率SDは、それぞれ定数と見なすことができるが(例えば、η=1、SD=0)、電流容量Ahは、温度に依存して変化する。従って、この電流積算による残存容量SOCcの算出に際しては、温度によるセル容量の変動を関数化して算出した電流容量Ahを用いている。   Although the current efficiency η and the self-discharge rate SD in the equation (2) can be regarded as constants (for example, η = 1, SD = 0), the current capacity Ah varies depending on the temperature. Therefore, when calculating the remaining capacity SOCc by this current integration, the current capacity Ah calculated by functionalizing the variation of the cell capacity with temperature is used.

また、(2)式による残存容量SOCc(t)の演算は、具体的には演算ECU3における離散時間処理によって実行され、1演算周期前の合成残存容量SOC(t-1)を、電流積算のベース値として入力している(図2のブロック図における遅延演算子Z-1)。従って、誤差が累積したり、発散することがなく、万一、初期値が真値と大きく異なっていても、所定の時間経過後(例えば、数分後)には、真値に収束させることができる。 Further, the calculation of the remaining capacity SOCc (t) by the equation (2) is specifically executed by discrete time processing in the calculation ECU 3, and the combined remaining capacity SOC (t−1) one calculation cycle before is calculated as the current integration. It is input as a base value (delay operator Z −1 in the block diagram of FIG. 2). Therefore, errors do not accumulate or diverge, and even if the initial value is significantly different from the true value, it should converge to the true value after a predetermined time (for example, after several minutes). Can do.

一方、開放電圧Voの推定に基づく残存容量SOCvを求めるには、先ず、図3に示す等価回路モデルを用いてバッテリの内部インピーダンスZを求める。この等価回路は、抵抗分R1〜R3、容量分C1,CPE1,CPE2(但し、CPE1,CPE2は二重層容量分)の各パラメータを、直列及び並列に組合わせた等価回路モデルであり、交流インピーダンス法における周知のCole-Coleプロットをカーブフィッティングすることにより、各パラメータを決定する。   On the other hand, in order to obtain the remaining capacity SOCv based on the estimation of the open circuit voltage Vo, first, the internal impedance Z of the battery is obtained using the equivalent circuit model shown in FIG. This equivalent circuit is an equivalent circuit model in which parameters of resistance components R1 to R3 and capacitance components C1, CPE1, and CPE2 (where CPE1 and CPE2 are double layer capacitance components) are combined in series and in parallel. Each parameter is determined by curve fitting a well-known Cole-Cole plot in the method.

これらのパラメータから求められるインピーダンスZは、バッテリの温度や電気化学的な反応速度、充放電電流の周波数成分によって大きく変化する。従って、インピーダンスZを決定するパラメータとして、前述の単位時間当たりの電流Iの移動平均値を周波数成分の置き換えとして採用し、電流Iの移動平均値と温度Tとを条件とするインピーダンス測定を行ってデータを蓄積した後、温度Tと単位時間当たりの電流Iの移動平均値とに基づいてインピーダンスZのテーブル(後述する図6のインピーダンステーブル)を作成する。そして、このテーブルを利用してインピーダンスZを求め、このインピーダンスZと、実測した端子電圧Vと電流Iとから、以下の(3)式を用いて開放電圧Voの推定値を求める。
V=Vo−I・Z…(3)
The impedance Z obtained from these parameters varies greatly depending on the temperature of the battery, the electrochemical reaction rate, and the frequency component of the charge / discharge current. Accordingly, the moving average value of the current I per unit time described above is used as a frequency component replacement as a parameter for determining the impedance Z, and impedance measurement is performed on the condition of the moving average value of the current I and the temperature T. After accumulating data, an impedance Z table (an impedance table in FIG. 6 described later) is created based on the temperature T and the moving average value of the current I per unit time. Then, the impedance Z is obtained using this table, and the estimated value of the open circuit voltage Vo is obtained from the impedance Z, the measured terminal voltage V, and the current I using the following equation (3).
V = Vo-I · Z (3)

尚、前述したように、電流Iの移動平均値は、ウェイトwを決定するパラメータとしても用いられ、ウェイトw、インピーダンスZの演算を容易としているが、詳細には、低温になる程、バッテリの内部インピーダンスが増加して電流変化率が小さくなるため、後述するように、ウェイトw、インピーダンスZは、直接的には、電流Iの移動平均値を温度補正した補正後電流変化率KΔI/Δtを用いて決定する。   As described above, the moving average value of the current I is also used as a parameter for determining the weight w, and the calculation of the weight w and the impedance Z is facilitated. Since the internal impedance increases and the current change rate decreases, as will be described later, the weight w and the impedance Z are directly set to the corrected current change rate KΔI / Δt obtained by temperature-correcting the moving average value of the current I. Use to determine.

開放電圧Voの推定後は、バッテリ内の電気化学的な関係に基づいて残存容量SOCvを演算する。具体的には、平衡状態での電極電位とイオンの活量との関係を記述した周知のネルンストの式を適用し、開放電圧Voと残存容量SOCvとの関係を表すと、以下の(4)式を得ることができる。
Vo=E+[(Rg・T/Ne・F)×lnSOCv/(100−SOCv)]+Y…(4)
但し、E :標準電極電位(本形態のリチウムイオン電池では、E=3.745)
Rg:気体定数(8.314J/mol−K)
T :温度(絶対温度K)
Ne:イオン価数(本形態のリチウムイオン電池では、Ne=1)
F :ファラデー定数(96485C/mol)
After the open circuit voltage Vo is estimated, the remaining capacity SOCv is calculated based on the electrochemical relationship in the battery. Specifically, a well-known Nernst equation describing the relationship between the electrode potential and the ion activity in an equilibrium state is applied, and the relationship between the open-circuit voltage Vo and the remaining capacity SOCv is expressed as the following (4). The formula can be obtained.
Vo = E + [(Rg · T / Ne · F) × lnSOCv / (100−SOCv)] + Y (4)
However, E: Standard electrode potential (E = 3.745 in the lithium ion battery of this embodiment)
Rg: Gas constant (8.314 J / mol-K)
T: temperature (absolute temperature K)
Ne: Ion valence (Ne = 1 in the lithium ion battery of this embodiment)
F: Faraday constant (96485 C / mol)

尚、(4)式におけるYは補正項であり、常温における電圧−SOC特性をSOCの関数で表現したものである。SOCv=Xとすると、以下の(5)式に示すように、SOCの三次関数で表すことができる。
Y=−10-63+9・10-52+0.013X−0.7311…(5)
Note that Y in the equation (4) is a correction term and expresses the voltage-SOC characteristic at normal temperature as a function of SOC. If SOCv = X, it can be expressed by a cubic function of SOC as shown in the following equation (5).
Y = −10 −6 X 3 + 9 · 10 −5 X 2 + 0.013X−0.7311 (5)

以上の(4)式により、残存容量SOCvには、開放電圧Voのみならず温度Tとの間にも強い相関性があることがわかる。この場合、開放電圧Voと温度Tとをパラメータとして、直接、(4)式を用いて残存容量SOCvを算出することも可能であるが、実際には、使用する電池特有の充放電特性や使用条件等に対する考慮が必要となる。   From the above equation (4), it can be seen that the remaining capacity SOCv has a strong correlation not only with the open circuit voltage Vo but also with the temperature T. In this case, the remaining capacity SOCv can be calculated directly using the equation (4) using the open-circuit voltage Vo and the temperature T as parameters. Consideration of conditions is necessary.

従って、以上の(4)式の関係から実際の電池の状態を把握する場合には、常温でのSOC−Vo特性を基準として、各温度域での充放電試験或いはシミュレーションを行い、実測データを蓄積する。そして、蓄積した実測データから開放電圧Voと温度Tとをパラメータする残存容量SOCvのテーブル(後述する図7の残存容量テーブル)を作成しておき、このテーブルを利用して残存容量SOCvを求める。   Therefore, when grasping the actual state of the battery from the relationship of the above equation (4), a charge / discharge test or simulation in each temperature range is performed based on the SOC-Vo characteristics at room temperature, and the measured data is obtained. accumulate. Then, a table of remaining capacity SOCv (remaining capacity table in FIG. 7 described later) that parameters open circuit voltage Vo and temperature T is created from the accumulated measured data, and the remaining capacity SOCv is obtained using this table.

そして、前述の(1)式に示したように、電流積算に基づく残存容量SOCcと開放電圧Voの推定値に基づく残存容量SOCvとがウェイトwを用いて重み付け合成され、合成後の残存容量SOCが表示装置20に出力される。表示装置20では、演算ECU21におけるデータ放出時間間隔設定手段及び表示出力手段としての機能により、残存容量SOCを表示器22に表示するためのデータ放出時間間隔を、電流Iの移動平均値と温度Tとに基づいて設定すると共に、残存容量SOCのデータをバッテリの充放電状態に応じて選別処理し、表示データとして出力する。 Then, as shown in the above equation (1), the remaining capacity SOCc based on the current integration and the remaining capacity SOCv based on the estimated value of the open circuit voltage Vo are weighted and synthesized using the weight w, and the combined remaining capacity SOC is obtained. Is output to the display device 20. In the display device 20, the data discharge time interval for displaying the remaining capacity SOC on the display 22 is set as the moving average value of the current I and the temperature T by the function as the data discharge time interval setting means and the display output means in the arithmetic ECU 21. The remaining capacity SOC data is sorted according to the charge / discharge state of the battery and output as display data.

以上のSOC推定アルゴリズムに基づく残存容量SOCの演算処理、残存容量SOCの表示処理は、具体的には、図4,図12のフローチャートに示すソフトウエア処理として実行される。次に、これらのソフトウエア処理について説明する。   Specifically, the remaining capacity SOC calculation process and the remaining capacity SOC display process based on the above SOC estimation algorithm are executed as software processes shown in the flowcharts of FIGS. Next, these software processes will be described.

図4に示すフローチャートは、電源装置1の演算ECU3において所定時間毎(例えば、0.1sec毎)に実行されるバッテリ残存容量推定の基本的な処理を示すものであり、同図においては、説明の都合上、電流積算による残存容量SOCcの演算に続いて開放電圧Voの推定による残存容量SOCvの演算を行うようにしているが、実際には、残存容量SOCc,SOCvの演算は、並行して実行される。   The flowchart shown in FIG. 4 shows a basic process of battery remaining capacity estimation that is executed at predetermined time intervals (for example, every 0.1 sec) in the arithmetic ECU 3 of the power supply device 1. In FIG. Therefore, the remaining capacity SOCv is calculated by estimating the open circuit voltage Vo following the calculation of the remaining capacity SOCc by current integration. However, actually, the remaining capacity SOCc and SOCv are calculated in parallel. Executed.

図4の処理がスタートすると、先ず、ステップS1において、バッテリ2の端子電圧V、電流I、温度T、及び、前回の演算処理時に合成した残存容量SOC(t-1)のデータ入力の有無を調べる。尚、端子電圧Vは複数の電池パックの平均値、電流Iは複数の電池パックの電流の総和を取り、それぞれ、例えば0.1sec毎にデータを取得するものとする。また、温度Tは、例えば10sec毎に取得するものとする。   When the process of FIG. 4 starts, first, in step S1, whether or not there is data input of the terminal voltage V, current I, temperature T of the battery 2 and the remaining capacity SOC (t−1) synthesized during the previous calculation process. Investigate. The terminal voltage V is the average value of the plurality of battery packs, and the current I is the sum of the currents of the plurality of battery packs. For example, data is acquired every 0.1 sec. The temperature T is acquired every 10 seconds, for example.

その結果、ステップS1において新たなデータ入力がない場合には、そのまま本処理を抜け、新たなデータ入力がある場合、ステップS1からステップS2へ進んで、バッテリ電流容量を、図5に示す電流容量テーブルを参照して演算する。この電流容量テーブルは、温度Tをパラメータとして、所定の基準とする定格容量(例えば、1つの電池パック内の所定セル数を基準単位とした場合の定格電流容量)に対する容量比Ah’を格納したものであり、常温(25°C)における容量比Ah’(=1.00)に対し、低温になる程、電流容量が減少するため、容量比Ah’の値が大きくなる。この電流容量テーブルから参照した容量比Ah’を用い、計測対象毎の温度Tにおける電流容量Ahを算出する。   As a result, if there is no new data input in step S1, this process is left as it is, and if there is new data input, the process proceeds from step S1 to step S2 to change the battery current capacity to the current capacity shown in FIG. Operate with reference to the table. This current capacity table stores a capacity ratio Ah ′ with respect to a rated capacity (for example, a rated current capacity when a predetermined number of cells in one battery pack is used as a reference unit) with the temperature T as a parameter. However, the current capacity decreases as the temperature becomes lower than the capacity ratio Ah ′ (= 1.00) at room temperature (25 ° C.), and therefore the value of the capacity ratio Ah ′ increases. Using the capacity ratio Ah ′ referred to from the current capacity table, the current capacity Ah at the temperature T for each measurement target is calculated.

次に、ステップS3へ進み、電流容量テーブルから求めた電流容量Ah、電流Iの入力値、1演算周期前の合成残存容量SOC(t-1)を用い、前述の(2)式に従って、電流積算による残存容量SOCc(t)を算出する。更に、ステップS4において、電流Iを移動平均して単位時間当りの電流変化率ΔI/Δtを取得する。この移動平均は、例えば、電流Iのサンプリングを0.1sec毎、電流積算の演算周期を0.5sec毎とした場合、5個のデータを移動平均する。   Next, the process proceeds to step S3, where the current capacity Ah obtained from the current capacity table, the input value of the current I, and the composite remaining capacity SOC (t-1) before one calculation cycle are used, and the current is The remaining capacity SOCc (t) is calculated by integration. Furthermore, in step S4, the current I is subjected to a moving average to obtain a current change rate ΔI / Δt per unit time. For example, when the current I is sampled every 0.1 sec and the current integration calculation cycle is every 0.5 sec, the moving average is a moving average of five pieces of data.

続くステップS5では、バッテリ等価回路のインピーダンスZを、図6に示すインピーダンステーブルを参照して演算し、得られたインピーダンスZからバッテリ2の開放電圧Voを推定する。このインピーダンステーブルは、電流変化率ΔI/Δt(単位時間当たりの電流Iの移動平均値)を温度補正した補正後電流変化率KΔI/Δtと温度Tとをパラメータとして、等価回路のインピーダンスZを格納したものであり、概略的には、補正後電流変化率KΔI/Δtが同じ場合には、温度Tが低くなる程、インピーダンスZが増加し、同じ温度では、補正後電流変化率KΔI/Δtが小さくなる程、インピーダンスZが増加する傾向を有している。   In the subsequent step S5, the impedance Z of the battery equivalent circuit is calculated with reference to the impedance table shown in FIG. 6, and the open circuit voltage Vo of the battery 2 is estimated from the obtained impedance Z. This impedance table stores the impedance Z of the equivalent circuit with the corrected current change rate KΔI / Δt obtained by correcting the temperature of the current change rate ΔI / Δt (moving average value of the current I per unit time) and the temperature T as parameters. In general, when the corrected current change rate KΔI / Δt is the same, the impedance Z increases as the temperature T decreases. At the same temperature, the corrected current change rate KΔI / Δt is The impedance Z tends to increase as it decreases.

その後、ステップS6へ進み、電圧−SOC特性の演算を行い、残存容量SOCvを算出する。すなわち、温度Tと推定した開放電圧Voとをパラメータとして、図7に示す残存容量テーブルを参照し、残存容量SOCvを算出する。この残存容量テーブルは、前述したように、ネルンストの式に基づいてバッテリ内の電気化学的な状態を把握して作成したテーブルであり、概略的には、温度T及び開放電圧Voが低くなる程、残存容量SOCvが小さくなり、温度T及び開放電圧Voが高くなる程、残存容量SOCvが大きくなる傾向を有している。   Thereafter, the process proceeds to step S6, the voltage-SOC characteristic is calculated, and the remaining capacity SOCv is calculated. That is, the remaining capacity SOCv is calculated with reference to the remaining capacity table shown in FIG. 7 using the temperature T and the estimated open circuit voltage Vo as parameters. As described above, this remaining capacity table is a table created by grasping the electrochemical state in the battery based on the Nernst equation. In general, the lower the temperature T and the open circuit voltage Vo, the lower the capacity T. The remaining capacity SOCv tends to increase as the temperature T and the open circuit voltage Vo increase.

尚、図6,7においては、通常の条件下で使用される範囲のデータを示し、他の範囲のデータは記載を省略してある。   6 and 7 show data in a range that is used under normal conditions, and data in other ranges is omitted.

その後、ステップS7へ進み、図8に示すウェイトテーブルを参照してウェイトwを算出する。ウェイトテーブルは、補正後電流変化率KΔI/Δtをパラメータとする一次元テーブルであり、概略的には、補正後電流変化率KΔI/Δtが小さくなる程、すなわち、バッテリ負荷変動が小さい程、ウェイトwの値を小さくして電流積算による残存容量SOCcの重みを小さくする傾向を有している。そして、ステップS8において、前述の(1)式に従って、電流積算による残存容量SOCcと開放電圧Voの推定による残存容量SOCvとをウェイトwを用いて重み付けして合成し、残存容量SOC(t)を算出する。   Thereafter, the process proceeds to step S7, and the weight w is calculated with reference to the weight table shown in FIG. The weight table is a one-dimensional table using the corrected current change rate KΔI / Δt as a parameter. In general, the smaller the corrected current change rate KΔI / Δt, that is, the smaller the battery load fluctuation, There is a tendency that the value of w is decreased to reduce the weight of the remaining capacity SOCc by current integration. In step S8, the remaining capacity SOCc obtained by current integration and the remaining capacity SOCv estimated by the open circuit voltage Vo are weighted and synthesized using a weight w in accordance with the above-described equation (1), and the remaining capacity SOC (t) is obtained. calculate.

ここで、残存容量の演算における電流の移動平均処理の有無の影響を比較すると、電流の移動平均処理を行うことなく残存容量SOCvを算出した場合には、図9に示すように、電流のスパイク成分の影響を受けて局所的な残存容量SOCvの急激な変化が発生し、最終的な合成残存容量SOCの精度を低下させる原因となる。これに対し、電流の移動平均処理を行って残存容量SOCvを算出した場合には、図10に示すように、残存容量SOCvから電流のスパイク成分の影響が除去され、比較的負荷変動が小さい条件下での残存容量を正確に把握することが可能となる。   Here, when the influence of the presence / absence of the current moving average process in the calculation of the remaining capacity is compared, when the remaining capacity SOCv is calculated without performing the current moving average process, as shown in FIG. Under the influence of the components, a rapid change in the local remaining capacity SOCv occurs, which causes a decrease in the accuracy of the final combined remaining capacity SOC. On the other hand, when the remaining capacity SOCv is calculated by performing the current moving average process, as shown in FIG. 10, the influence of the spike component of the current is removed from the remaining capacity SOCv, and the load fluctuation is relatively small. It is possible to accurately grasp the remaining capacity below.

実走行時の残存容量の演算結果は、図11に示され、比較的アップダウンの多い走行条件でセル温度が略45°Cの状態において、電流積算による残存容量SOCcと合成後の残存容量SOCの変化が示されている。図11に示されるように、経過時間1500sec付近までのバッテリの充放電が繰返される状態においては、電流積算による残存容量SOCcの演算結果が合成後の残存容量SOCに良好に反映されている。また、経過時間1500sec以後、バッテリへの充電量が増加傾向にある状態において、電流積算による残存容量SOCcの上昇が鈍化して誤差が拡大する傾向にあるが、開放電圧の推定による残存容量SOCv(図示せず)が合成後の残存容量SOCに重みを増して反映され、充電量の増加に応じて合成後の残存容量SOCが上昇し、精度良く残存容量の変化を捉えている。   The calculation result of the remaining capacity during actual driving is shown in FIG. 11, and the remaining capacity SOCc obtained by current integration and the remaining capacity SOC after synthesis are calculated in a state where the cell temperature is approximately 45 ° C. under relatively up-and-down driving conditions. Changes are shown. As shown in FIG. 11, in the state where the battery is repeatedly charged and discharged until the elapsed time of about 1500 seconds, the calculation result of the remaining capacity SOCc by current integration is reflected well in the combined remaining capacity SOC. Further, after the elapsed time of 1500 seconds, in a state where the charge amount of the battery tends to increase, the increase in the remaining capacity SOCc due to current integration tends to slow down and the error tends to increase, but the remaining capacity SOCv ( (Not shown) is reflected on the combined remaining capacity SOC with an increased weight, and the combined remaining capacity SOC rises as the amount of charge increases, and the change in the remaining capacity is accurately captured.

次に、以上の残存容量SOCを表示する処理について、図12のフローチャートを用いて説明する。図12に示すフローチャートは、表示装置20の演算ECU21において所定時間毎に実行される残存容量の表示処理を示すものであり、電源装置1の演算ECU3で設定時間t毎に演算された合成後の残存容量SOC(t)を入力し、バッテリ状態に応じてデータの出力時間間隔調整及び選別処理を行った後、表示器22に出力する。 Next, processing for displaying the above remaining capacity SOC will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart shown in FIG. 12 shows the remaining capacity display process executed at predetermined time intervals in the arithmetic ECU 21 of the display device 20, and is a post-combination operation that is calculated at the set time t by the arithmetic ECU 3 of the power supply device 1. The remaining capacity SOC (t) is input, the data output time interval adjustment and selection processing are performed according to the battery state, and then output to the display 22.

図12に示す残存容量の表示処理では、先ず、ステップS11において、電流Iの移動平均値とセル温度Tとに基づいて、合成残存容量SOC(t)の放出時間間隔(表示器22への出力時間間隔)を設定する。これは、電流Iの移動平均値から把握される短時間での充放電が繰返されている状態や、セル温度Tから把握される低温時のバッテリが安定しない状態において、表示器22へのデータ放出時間間隔を調整することにより、過渡的な要素を排除して表示ふらつきを低減するためである。   In the remaining capacity display process shown in FIG. 12, first, in step S11, based on the moving average value of the current I and the cell temperature T, the discharge time interval of the combined remaining capacity SOC (t) (output to the display 22). Time interval). This is because data in the display 22 is displayed in a state where charging / discharging in a short time ascertained from the moving average value of the current I is repeated or when the battery at low temperatures ascertained from the cell temperature T is not stable. This is because by adjusting the discharge time interval, transient elements are eliminated and display fluctuation is reduced.

表示器22へのデータ放出時間間隔は、電流Iの移動平均値とセル温度Tとをパラメータとして、例えば、人間の視覚に基づいた実験やシミュレーション等を行って視認し易い最適な表示間隔を求めてマップを作成し、このマップを参照して求める。一般的には、電流Iの移動平均値が大きくなって充放電が激しくなる程、表示の時間間隔を広げ、また、温度Tが下がり、バッテリの安定性が低くなる程、表示の時間間隔を広げる特性に設定される。例えば、残存容量SOCの演算周期が0.1sec毎である場合、充放電が激しく、極低温である場合には、データ表示間隔を1〜数sec程度まで広げる。   The data release time interval to the display 22 is obtained by, for example, performing an experiment or simulation based on human vision using the moving average value of the current I and the cell temperature T as parameters, and obtaining an optimal display interval that is easy to visually recognize. Create a map and refer to this map to find it. In general, as the moving average value of the current I increases and charging / discharging becomes more intense, the display time interval is widened, and as the temperature T decreases and the battery stability decreases, the display time interval decreases. Set to the spreading characteristics. For example, when the calculation period of the remaining capacity SOC is every 0.1 sec, when the charge / discharge is intense and the temperature is extremely low, the data display interval is expanded to about 1 to several sec.

次に、ステップS12へ進み、バッテリ2の入出力可能な最大電力で示されるパワー量が急変したパワー急変時か否かを判断する。このパワー急変時は、例えばバッテリが充電状態にあって本来は残存容量が上昇傾向を示すべきであるにも拘らず、負荷の急激な変化により放電電流が急激に増加して一時的にバッテリのパワー量が低下するような過渡的な状態であり、このような状態での残存容量の表示は無意味であるため、ステップS12から処理を抜け、表示値を更新せずに前回の表示値を保持する。   Next, it progresses to step S12 and it is judged whether it is at the time of the power sudden change when the power amount shown by the maximum electric power which the battery 2 can input / output changes suddenly. During this sudden power change, for example, although the battery should be in a charged state and the remaining capacity should originally show an upward trend, the discharge current increases rapidly due to a sudden change in the load, and the battery temporarily Since this is a transitional state in which the amount of power decreases, and the display of the remaining capacity in such a state is meaningless, the process exits step S12 and the previous display value is updated without updating the display value. Hold.

一方、ステップS12においてパワー急変時でない場合には、ステップS12からステップS13へ進み、バッテリを充電するための発電状態にあるか否かを調べる。そして、発電状態である場合、ステップS13からステップS14へ進んで、電源ユニット1の演算ECU3から入力された残存容量SOCの時系列的なデータ列のうち、最新の残存容量SOC(t)と1演算周期前の残存容量SOC(t-1)との大小を比較してSOC(t)>SOC(t-1)の条件が成立するか否かを調べる。また、発電状態でない場合には、ステップS13からステップS15へ進み、最新の残存容量SOC(t)と1演算周期前の残存容量SOC(t-1)との大小を比較してSOC(t)<SOC(t-1)の条件が成立するか否かを調べる。   On the other hand, if the power is not suddenly changed in step S12, the process proceeds from step S12 to step S13, and it is checked whether the battery is in a power generation state for charging the battery. When the power generation state is set, the process proceeds from step S13 to step S14, and the latest remaining capacity SOC (t) and 1 in the time series data string of the remaining capacity SOC input from the arithmetic ECU 3 of the power supply unit 1 are set. It is checked whether the condition of SOC (t)> SOC (t-1) is satisfied by comparing with the remaining capacity SOC (t-1) before the calculation cycle. If the power generation state is not established, the process proceeds from step S13 to step S15, and the SOC (t) is compared by comparing the latest remaining capacity SOC (t) with the remaining capacity SOC (t-1) one calculation cycle before. <Check whether the condition of SOC (t-1) is satisfied.

ステップS14,S15の処理は、バッテリの充放電の状況に応じた残存容量SOCの上昇・下降を監視し、細かく変化するデータの取込みを制限する処理であり、本形態においては、残存容量SOCのデータを時系列的に順次比較してデータ選別を行なう。すなわち、バッテリが発電状態にあって残存容量SOCが上昇傾向にあるにも拘らず、ステップS14でSOC(t)>SOC(t-1)の条件が成立しない場合、或いは、バッテリが発電状態でなく残存容量SOCが下降傾向にあるにも拘らず、ステップS15でSOC(t)<SOC(t-1)の条件が成立しない場合には、それぞれ、最新のデータSOC(t)の取込みを中止して処理を抜け、現在の表示データを保持する。 Processing in steps S14, S15 monitors the rise and fall of the remaining capacity SOC in accordance with the status of the charging and discharging of the battery, a treatment that limits the uptake of finely changing the data, in this embodiment, the remaining capacity Data selection is performed by sequentially comparing SOC data in time series. That is, when the condition of SOC (t)> SOC (t−1) is not satisfied in step S14 even though the battery is in the power generation state and the remaining capacity SOC is increasing, or the battery is in the power generation state. If the condition of SOC (t) <SOC (t-1) is not satisfied in step S15 even though the remaining capacity SOC is decreasing, the acquisition of the latest data SOC (t) is stopped. The process exits and the current display data is retained.

また、ステップS14でSOC(t)>SOC(t-1)の条件が成立する場合、或いは、ステップS15でSOC(t)<SOC(t-1)の条件が成立する場合には、ステップS14或いはステップS15からステップS16へ進み、最新の合成残存容量SOC(t)を出力して表示値を更新し、処理を抜ける。この残存容量SOC(t)の表示出力は、ステップS11で設定した時間間隔で行われ、バッテリが充電状態にあるときには、短時間で部分的に下降する細かなデータが無視されて上昇方向のデータのみによって表示値が更新され、バッテリが放電状態にあるときには、短時間で部分的に上昇する細かなデータが無視されて下降方向のデータのみによって表示値が更新される。   If the condition of SOC (t)> SOC (t−1) is satisfied in step S14, or if the condition of SOC (t) <SOC (t−1) is satisfied in step S15, step S14 is performed. Or it progresses to step S16 from step S15, the newest synthetic | combination residual capacity SOC (t) is output, a display value is updated, and a process is exited. The display output of the remaining capacity SOC (t) is performed at the time interval set in step S11, and when the battery is in the charged state, fine data that partially falls in a short time is ignored and data in the upward direction is ignored. Only when the display value is updated and the battery is in a discharged state, fine data that partially rises in a short time is ignored, and the display value is updated only with the data in the downward direction.

以上のように、本実施の形態においては、電流積算による残存容量SOCcと開放電圧の推定値に基づく残存容量SOCvとを、バッテリの使用状況に応じて設定したウェイトwを用いて重み付けして合成して双方の利点を生かした高精度な残存容量を得つつ、この精細な残存容量のデータを選別処理してバッテリの充放電の状況に応じて設定した時間間隔で表示器22に出力する。これにより、一般のドライバにとって不必要な細かすぎるデータを除外して表示ふらつきを低減し、実際に使用可能な残りのエネルギー量を容易に認知可能とすることができる。
As described above, in the present embodiment, the remaining capacity SOCc based on the current integration and the remaining capacity SOCv based on the estimated value of the open circuit voltage are weighted and combined using the weight w set according to the battery usage state. Then, while obtaining a high-accuracy remaining capacity that takes advantage of both advantages, the fine remaining capacity data is selected and output to the display 22 at time intervals set according to the state of charge / discharge of the battery. As a result, it is possible to reduce the display wobbling by excluding too small data unnecessary for a general driver, and to easily recognize the remaining energy amount that can actually be used.

バッテリ残存容量の演算及び表示システムを示す構成図Configuration diagram showing battery remaining capacity calculation and display system バッテリ残存容量の推定アルゴリズムを示すブロック図Block diagram showing the remaining battery capacity estimation algorithm 等価回路モデルを示す回路図Circuit diagram showing equivalent circuit model バッテリ残存容量の演算処理を示すフローチャートFlow chart showing battery remaining capacity calculation processing 電流容量テーブルの説明図Illustration of current capacity table インピーダンステーブルの説明図Illustration of impedance table 残存容量テーブルの説明図Explanation of remaining capacity table ウェイトテーブルの説明図Illustration of weight table 電流の移動平均処理無しの場合の残存容量を示す説明図Explanatory diagram showing the remaining capacity without the current moving average process 電流の移動平均処理有りの場合の残存容量を示す説明図Explanatory diagram showing the remaining capacity with current moving average processing 実車走行時の残存容量演算結果を示す説明図Explanatory drawing showing the remaining capacity calculation result during actual vehicle running バッテリ残存容量の表示処理を示すフローチャートFlowchart showing battery remaining capacity display processing

符号の説明Explanation of symbols

1 電源ユニット
2 バッテリ
3 演算ユニット(残存容量演算手段)
21 演算ユニット(データ放出時間間隔設定手段、表示出力手段)
I 充放電電流
SOC 残存容量
SOCc 残存容量(第1の残存容量)
SOCv 残存容量(第2の残存容量)
Vo 開放電圧
Z インピーダンス
w ウェイト
代理人 弁理士 伊 藤 進
1 Power unit 2 Battery 3 Calculation unit (remaining capacity calculation means)
21 arithmetic unit (data release time interval setting means, display output means)
I charge / discharge current SOC remaining capacity SOCc remaining capacity (first remaining capacity)
SOCv remaining capacity (second remaining capacity)
Vo open circuit voltage Z impedance w weight
Agent Patent Attorney Susumu Ito

Claims (3)

蓄電デバイスの充放電電流の積算値に基づく第1の残存容量と上記蓄電デバイスの開放電圧の推定値に基づく第2の残存容量とを、上記蓄電デバイスの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成し、上記蓄電デバイスの残存容量を演算する残存容量演算手段と、
上記蓄電デバイスの充放電電流の変化と温度とに基づいて、上記残存容量演算手段で演算した残存容量を表示するためのデータ放出時間間隔を設定するデータ放出時間間隔設定手段と、
上記蓄電デバイスが充電状態のとき、上記残存容量演算手段で演算した残存容量のデータを時系列的に順次比較して増加傾向にあるデータのみを選別し、上記蓄電デバイスが放電状態のとき、上記残存容量演算手段で演算した残存容量のデータを時系列的に順次比較して減少傾向にあるデータのみを選別し、該選別したデータを上記データ放出時間間隔設定手段で設定したデータ放出時間間隔で出力する表示出力手段とを備えたことを特徴とする蓄電デバイスの残存容量表示装置。
Using a weight that is set according to the usage status of the power storage device, the first remaining capacity based on the integrated value of the charge / discharge current of the power storage device and the second remaining capacity based on the estimated open circuit voltage of the power storage device A remaining capacity calculating means for calculating the remaining capacity of the power storage device,
Data discharge time interval setting means for setting a data discharge time interval for displaying the remaining capacity calculated by the remaining capacity calculation means based on the change and temperature of the charge / discharge current of the power storage device;
When the power storage device is in a charged state, the remaining capacity data calculated by the remaining capacity calculating means is sequentially compared in time series to select only data that tends to increase, and when the power storage device is in a discharged state, The remaining capacity data calculated by the remaining capacity calculating means is sequentially compared in time series to select only the data that tends to decrease, and the selected data is selected at the data release time interval set by the data release time interval setting means. A remaining capacity display device for an electricity storage device, comprising: a display output means for outputting.
上記データ放出時間間隔設定手段は、
上記蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値と温度とに基づいて上記データ放出時間間隔を設定することを特徴とする請求項1記載の蓄電デバイスの残存容量表示装置。
The data release time interval setting means includes:
2. The remaining capacity display device for an electricity storage device according to claim 1, wherein the data release time interval is set based on a moving average value and a temperature of a charge / discharge current of the electricity storage device.
上記残存容量演算手段は、
上記蓄電デバイス内部の電気化学的な関係に基づいて上記蓄電デバイスの開放電圧を推定すると共に、上記ウェイトを上記蓄電デバイスの充放電電流の移動平均値に基づいて設定することを特徴とする請求項1又は2記載の蓄電デバイスの残存容量表示装置。
The remaining capacity calculating means is
The open circuit voltage of the power storage device is estimated based on an electrochemical relationship inside the power storage device, and the weight is set based on a moving average value of charge / discharge current of the power storage device. 3. A remaining capacity display device for an electricity storage device according to 1 or 2 .
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