JP4668317B2 - 動的パターンに対するバッテリー残存容量推定法における比較参照値の構成方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーの残存容量（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を推定するのに用いられる比較参照値を構成する方法に関するものであって、より詳しくは、放電容量カウンティング（Ａｈ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）及び温度に応じたオープン回路電圧（ＯＣＶ）履歴（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）をともに用いてバッテリーの残存容量をより正確に推定できる比較参照値を構成する方法に関する。

電気自動車は、バッテリーに貯蔵された電気エネルギーをエネルギー源として用いる。このような電気自動車用バッテリーとして、リチウム‐イオンポリマーバッテリーが多く用いられており、そのバッテリーに対する研究も盛んになされている。

一方、ガソリン自動車の場合、燃料を用いてエンジンを駆動させるため、燃料の量を測定するのに困らないが、電気自動車の動力源であるバッテリーの場合には、内部に蓄積された残存エネルギーを測定することは困難である。ところが、電気自動車の運転者にとっては、現在どれくらいのエネルギーが残っており、これからどれくらい走行できるかに対する情報は非常に重要である。

すなわち、電気自動車はバッテリーに充電されたエネルギーにより走行する自動車であるため、バッテリーに充電された残存容量を把握することは非常に重要であり、従って、走行中にバッテリーの残存容量を把握して走行可能距離などの情報を運転者に知らせようとする様々な技術が開発されている。

また、自動車の走行に先立ってバッテリーの残存容量の初期値を適切に設定しようとする試みも多くなされている。このとき、残存容量の初期値は、通常オープン回路電圧を参照して設定されている。このような方法において、前提となっているのはＯＣＶが環境によって変わらず、残存容量の絶対参照値になるということである。しかし、多くの実験及び論文によると、ＯＣＶは環境に応じて固定された値を有さず、温度及び時間の経過（Ａｇｉｎｇ）に応じて変わるということが立証された。

しかし、今までのバッテリー残存容量の初期値設定方法によると、温度に応じて変わるＯＣＶを考慮していないため、正確なバッテリー残存容量の推定ができないという問題がある。

一方、バッテリーの残存容量は放電容量カウンティングに電流損失の項目が加えられているため、実際のバッテリーに印加された正確な電流を測定しなければ、その比較対象の参照値を求めることが非常に難しい。特に、動的パターンを行うバッテリーの場合、測定装備の誤差率、測定場所の環境に応じてその誤差率が可変的であるため、参照値を求めることが容易ではない。従って、バッテリーが十分緩和（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）された後、オープン回路電圧値を参照値として用いるが、このような方式は静的パータンでのみ可能であり、動的パータンにおいては適用できないという問題がある。

本発明は、上記のように、オープン回路電圧値のみで参照値を設定して動的パターンには適用できない従来技術の問題点を解決するためのものであって、放電容量カウンティングと温度に応じて変化するオープン回路電圧の履歴をともに用いて動的パターンの参照値を構成する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によって提供される動的パターンに対するバッテリー残存容量の推定に用いられる比較参照値の構成方法は、複数の温度におけるオープン回路電圧及びバッテリーの残存容量（ＳＯＣ）を測定して、これらを温度ごとにテーブル化する段階と、実験開始前の温度におけるオープン回路電圧値（ＯＣＶ１）を測定する段階と、動的パターンの実験を施しながら測定装備を用いてバッテリーに対して放電容量カウンティング（Ａｈ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）を施す段階と、動的パターンをもった実験を終了した後、バッテリーに対して十分な緩和時間を提供する段階と、上記十分な緩和時間後の温度におけるオープン回路電圧値（ＯＣＶ２）を測定する段階と、上記測定したオープン回路電圧値（ＯＣＶ１，ＯＣＶ２）に対応するバッテリーの残存容量値を上記テーブルから求める段階と、上記求めた二つのＳＯＣ値の差をδＳＯＣとし、そのδＳＯＣを基準にして１Ｃ‐定格容量（１Ｃ−ｒａｔｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ）を計算する段階と、上記計算した定格容量を放電容量カウンティングの分母として正確なバッテリー残存容量を計算する段階とを含むことを特徴とする。

本発明によると、ＯＣＶ値だけでなく、放電容量カウンティング及び履歴をもったＯＣＶを用いて誤差を減少させた実際のＳＯＣ参照値を動的パターンの実験際に適用することで、より正確な比較参照値を構成することができる。

前述した本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面を参照しながらした以下の本発明の望ましい実施形態の詳細な説明を通じてより明確に理解できる。

添付した図面を参照した以下の説明において、通常求められる公知の装置及びその構成に対する詳細な説明は省略する。

上記したように、バッテリーの残存容量（ＳＯＣ）を推定するのにオープン回路電圧値を用いるが、従来にはこのようなＯＣＶが固定された値を有するという前提の下で用いたが、ＯＣＶは環境に応じて、例えば、温度ないし時間の経過につれて変わるので、既存の方法は動的パターンには適用できなかった。しかし、本発明で提案した方法によると、従来技術とは異なり放電容量カウンティング及び温度に応じたＯＣＶの履歴をともに用いて動的パターンに対するＳＯＣ参照値を求める方法が提供される。

より詳しくは、本発明によると、まず、バッテリーが装着されて作動する各種の温度におけるＯＣＶを実験的に測定し、これら各温度におけるＯＣＶ及びＳＯＣとの関係を求めてテーブルに構成する（Ｓ１０）。

続いて、実験開始前の温度におけるオープン回路電圧値（ＯＣＶ１）を測定する（Ｓ１２）。動的パターンの実験を施しながら既存の測定装備を用いてバッテリーに対して放電容量カウンティングを施す（Ｓ１４）。

次に、動的パターンをもった実験を終了した後、バッテリーに対して十分な緩和時間を提供する（Ｓ１６）。すなわち、オープン回路電圧は、文字どおり無負荷状態のバッテリー電圧である。ところで、負荷がかかると、すなわち、電流が流れると当然ＯＣＶではなく負荷状態の電圧に変わるようになる。このような負荷状態で急に負荷を止めてもバッテリーがすぐに無負荷電圧ＯＣＶに収斂するのではなく、化学反応であるためその反応が十分なくなってから完全なＯＣＶに収斂され、このような時間を緩和時間という。

上記十分な緩和時間が経過した後、その温度におけるオープン回路電圧値（ＯＣＶ２）を測定し（Ｓ１８）、各々のオープン回路電圧値（ＯＣＶ１，ＯＣＶ２）に対応するＳＯＣを上記テーブルを参照して求める（Ｓ２０）。

次に、上記テーブルを通じて求めた二つのＳＯＣ値の差をδＳＯＣとし、そのδＳＯＣを基準にして１Ｃ‐定格容量（１Ｃ−ｒａｔｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ）を計算する（Ｓ２２）。つまり、δＳＯＣは、全体のＳＯＣ、１Ｃ‐定格容量のパーセンテージとして表現される。そして、仮（ｔｅｍｐｏｒａｒｙ）ＳＯＣは、１Ｃ‐定格容量のパーセンテージとして表現されるδＳＯＣで、Ａｈ‐カウンティング値を割ることにより、計算される。ここで、ＳＯＣ１００％というのは、１Ｃ容量そのものを意味するため、δＳＯＣが２０％であれば１Ｃ容量はδＳＯＣ×５になる。例えば、計算したδＳＯＣが２０％であり、Ａｈ‐カウンティングした値が１.５Ａｈであると仮定すれば、１.５ＡｈがＳＯＣ２０％に該当し、これは１００％の５分の１であるため、１Ｃ‐定格容量は１.５Ａｈ×５、すなわち７.５Ａｈになる。

上記計算した定格容量をＡｈ‐カウンティングの分母として、正確なＳＯＣを計算し、この計算されたＳＯＣ値が動的パターンの実験に対するＳＯＣ参照値になり、この参照値はＳＯＣアルゴリズムやその他の開発に比較参照値の役割を果たす。

このように、本発明によると、固定された値を有するという仮定の下のＯＣＶ参照値のみを用いて参照値を設定して動的パターンに適用することはできず、また温度に応じた誤差をも含む従来技術とは異なり、放電容量カウンティング及び履歴をもったＯＣＶをともに用いて誤差が遥かに減少した実際のＳＯＣ参照値を動的パターンの実験に適用して比較参照値を構成するため、より正確な参照値を構成することができる。

以上、本発明を望ましい実施例に基づいて説明したが、本発明は、前述した内容に限定されず、本発明の思想および範囲を離脱しない限り多様な方式に変形および修正が可能なのは当業者であれば理解できる。

上述のように、本発明によると、ＯＣＶ値だけでなく放電容量カウンティング及び履歴をもったＯＣＶをともに用いて誤差を減少させた実際のＳＯＣ参照値を動的パターンの実験に適用することで、より正確な比較参照値を構成することができる。

本発明の方法が行われる過程を示す流れ図である。

Claims (1)

1. 複数の温度におけるオープン回路電圧（ＯＣＶ）及びバッテリーの残存容量（ＳＯＣ）を測定して、これらを温度別にテーブル化する段階と、
   実験開始前の温度におけるオープン回路電圧値（ＯＣＶ１）を測定する段階と、
   動的パターンの実験を施しながら測定装備を用いてバッテリーに対して放電容量カウンティング（Ａｈ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）を施す段階と、
   動的パターンをもった実験を終了した後、バッテリーに対して十分な緩和時間を提供する段階と、
   上記十分な緩和時間後の温度におけるオープン回路電圧値（ＯＣＶ２）を測定する段階と、
   上記測定したオープン回路電圧値（ＯＣＶ１，ＯＣＶ２）に対応するバッテリーの残存容量値を各温度に応じて上記テーブルから求める段階と、
   上記求めた二つのＳＯＣ値の差をδＳＯＣとし、そのδＳＯＣと前記放電容量カウンティングの結果値を基準にして１Ｃ‐定格容量を計算する段階と、
   上記計算した定格容量を放電容量カウンティングの分母として正確なバッテリー残存容量を計算する段階とを含むことを特徴とする動的パターンに対するバッテリー残存容量の推定に用いられる比較参照値の構成方法。

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