JP4787288B2 - バッテリ充電状態推定器 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

[0001]本出願は、２００４年４月６日出願の米国仮出願番号６０／５５９，９２１、２００５年３月１６日出願の米国特許出願番号１１／０８１，９７９、２００５年３月１６日出願の米国特許出願番号１１／０８１，９８０、２００５年３月１６日出願の米国特許出願番号１１／０８１，９７８の利益を主張する。上記出願の開示は、参照によりその全体を本明細書に組み込む。

[0002]本発明はバッテリシステムに関し、より詳しくは、バッテリシステムの充電状態追跡システムに関する。

[0003]バッテリシステムは、広範な用途で電力供給に用いることができる。例示としての輸送用途には、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、大型車両（ＨＤＶ）および４２ボルト電気システム付き車両が含まれる。例示としての定置式の用途には、電気通信システム用バックアップ電源、無停電電源装置（ＵＰＳ）および分散型発電用途が含まれる。

[0004]利用されるバッテリタイプの例には、ニッケル金属水素（ＮｉＭＨ）バッテリ、鉛酸バッテリおよびその他のタイプのバッテリが含まれる。バッテリシステムは、直列および／または並列に接続された複数のバッテリサブパックを含むことができる。バッテリサブパックは、並列および／または直列に接続された複数のバッテリを含むことができる。

[0005]バッテリ、バッテリサブパックおよび／またはバッテリシステムによって供給可能な最大および／または最小電力は、バッテリの温度、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）および／またはバッテリの経年の関数として時間とともに変化する。従って、最大および最小電力を決定するにあたり、バッテリＳＯＣの正確な推定が重要となる。

[0006]バッテリによって供給されるか、これを電源とするエネルギは、充電状態の関数である。動作中、バッテリ充電状態が既知でこれを目標とすると、充電のアンペア時を受ける能力と放電のアンペア時を与える能力との間に最適の比を維持することができる。この最適比は維持可能であるため、適切な電力支援および回生エネルギを保証するためにバッテリシステムを大型化する必要性が低減される。

[0007]例えば、ＨＥＶまたはＥＶ等の輸送用途においては、パワートレイン制御システムが、バッテリシステムの最大および／または最小の電力制限値を把握していることが重要である。パワートレイン制御システムは一般に、電力の入力要求をアクセルペダルから受ける。パワートレイン制御システムはこの電力要求をバッテリシステムの最大電力制限値に関して解釈する（バッテリシステムが車輪に電力を与えている場合）。最小電力制限値は、再充電および／または回生制動中に関係してくることがある。最大および／または最小電力制限値を超えると、バッテリおよび／またはバッテリシステムを損傷したり、ならびに／あるいは、バッテリおよび／またはバッテリシステムの動作寿命を短くしたりすることがある。バッテリＳＯＣを正確に推定できることには、特にバッテリシステムがＮｉＭＨバッテリを含む場合、やや問題があった。

[0008]バッテリシステムのバッテリ制御モジュールは、バッテリ電圧を測定する電圧測定モジュールと、バッテリ電流を測定する電流測定モジュールを備える。充電状態（ＳＯＣ）モジュールは、電流および電圧測定モジュールと通信し、緩和電圧に基づいてＳＯＣを推定する。

[0009]他の特徴では、ＳＯＣモジュールは、放電スイングと緩和の後に正規充電スイングが続く場合に、ＳＯＣの推定を実行可能にする。ＳＯＣモジュールは、充電スイングと緩和の後に正規放電スイングが続く場合に、ＳＯＣ推定を実行可能にする。ＳＯＣモジュールは、充電中に充電スイングを蓄積し、蓄積充電スイングが充電スイングウィンドウ内にある場合に正規充電スイングを識別する。ＳＯＣモジュールは、放電中に放電スイングを蓄積し、蓄積放電スイングが放電スイングウィンドウ内にある場合に正規放電スイングを識別する。

[0010]更に他の特徴では、ＳＯＣモジュールはバッテリが充電中でも放電中でもない休止期間を監視する。ＳＯＣモジュールは、休止期間が閾値より大きい場合に、ＳＯＣの推定を実行可能にする。ＳＯＣモジュールは、正規充電スイングと前の放電スイングおよび緩和との間の第１期間が所定の許容時間より短い場合に、充電中にＳＯＣ推定を実行可能にする。ＳＯＣモジュールは、正規放電スイングと前の充電スイングおよび緩和との間の第２期間が所定の許容時間より短い場合に、充電中にＳＯＣ推定を実行可能にする。

[0011]バッテリシステムのバッテリ制御モジュールは、バッテリ電圧を測定する電圧測定モジュールと、バッテリ電流を測定する電流測定モジュールを備える。充電状態（ＳＯＣ）モジュールは電流測定モジュールおよび電圧測定モジュールと通信し、制限電力比に基づいてＳＯＣを推定する。

[0012]他の特徴では、ＳＯＣモジュールは、充電中に充電スイングを蓄積し、充電スイング中に最大電流を識別し、最大充電電流、充電スイングおよび充電電力制限値を記憶する。ＳＯＣモジュールは、放電中放電スイングを蓄積し、放電スイング中に最大電流を識別し、最大放電電流、放電スイングおよび放電電力制限値を記憶する。ＳＯＣモジュールは、充電スイングが保持放電スイングのマイナス値より大きいか否かを判定する。

[0013]他の特徴では、ＳＯＣモジュールは、最大電流が保持放電電流のマイナス値と略等しいか否かを判定する。ＳＯＣモジュールはルックアップテーブルを含む。ＳＯＣモジュールは、充電スイングが保持放電スイングより大きく、最大電流が保持放電電流のマイナス値と略等しい場合に、制限電力比の関数としてＳＯＣをルックアップする。ＳＯＣモジュールは、放電スイングが保持充電スイングのマイナス値より大きいか否かを判定する。

[0014]更に他の特徴では、ＳＯＣモジュールは、最大電流が保持充電電流のマイナス値と略等しいか否かを判定する。ＳＯＣモジュールはルックアップテーブルを含む。ＳＯＣモジュールは、放電スイングが保持充電スイングより大きく、最大電流が保持充電電流のマイナス値と略等しい場合に、制限電力比の関数としてＳＯＣをルックアップする。

[0015]バッテリシステムのバッテリ制御モジュールは、バッテリ電圧を測定する電圧測定モジュールと、バッテリ電流を測定する電流測定モジュールを備える。充電状態（ＳＯＣ）モジュールは前記電流および電圧測定モジュールと通信し、充電中の蓄積充電スイングが前の放電中の蓄積放電スイングより大きいか又はこれに等しく、充電電流のマイナス値が前の放電中の保持放電電流のマイナス値の所定ウインドウ内にある場合に、ＳＯＣを推定する。

[0016]他の特徴では、ＳＯＣモジュールは、放電中の蓄積放電スイングが前の充電中の蓄積充電スイングより大きいか又はこれに等しく、放電電流のマイナス値が前の充電中の保持充電電流のマイナス値の所定ウインドウ内にある場合に、ＳＯＣを推定する。

[0017]バッテリシステムのバッテリ制御モジュールは、バッテリ電圧を測定する電圧測定モジュールと、バッテリ電流を測定する電流測定モジュールを備える。充電状態（ＳＯＣ）モジュールは電流測定モジュールおよび電圧測定モジュールと通信し、放電中の蓄積放電スイングが前の充電中の蓄積充電スイングより大きいか又はこれに等しく、放電電流のマイナス値が前の充電中の保持充電電流のマイナス値の所定ウインドウ内にある場合に、ＳＯＣを推定する。

[0018]本発明のさらなる適用分野は、本明細書の詳細な記述から明らかになる。詳細な記述と具体例は、本発明の好適な実施形態を示し、例示を目的とするもので、本発明の範囲を限定するものではないことは理解されるべきである。

[0019]本発明は、詳細な記述と以下の添付の図面に基づいて更に理解される。

[0027]次の好適な実施形態に関する記述は、単に例示的なもので、本発明、その適用または利用をいかなる方法でも限定しようとするものではない。明確にするため、同一要素を識別するのに図面では同一参照番号を用いる。本明細書では、モジュールまたは装置という用語は、１つまたは複数のソフトウェアもしくはファームウェアプログラム、組み合わせ論理回路および／またはその他、記述した機能を与える適切なコンポーネントを実行する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、プロセッサ（共有、専用またはグループ）およびメモリを指す。本明細書では、電流スイングという用語は、電荷（極性）が一方向である期間に集積された電流を指す。電荷のスイングは、アンペア秒またはＡ−ｓの単位で表すことができる。

[0028]ＳＯＣの算出に用いることができる例示システムを示すが、他のシステムの利用も可能なことを当業者は理解するであろう。図１を参照すると、バッテリシステム１０の例示的実施形態が示され、Ｍ個のバッテリサブパック１２−１、１２−２、…１２−Ｍ（バッテリサブパック１２と総称）を含む。バッテリサブパック１２−１、１２−２、…１２−Ｍは、Ｎシリーズの接続されたバッテリ２０−１１、２０−１２、…２０−ＮＭ（バッテリ２０と総称）を含む。バッテリ制御モジュール３０−１、３０−２、…３０−Ｍ（バッテリ制御モジュール３０と総称）は、バッテリサブパック１２−１、１２−２、…１２−Ｍとそれぞれ関連付けられている。ある実施形態においては、Ｍは２または３に等しいが、追加のまたはこれより少ないサブパックを用いてもよい。ある実施形態においてはＮは１２から２４に等しいが、追加のおよび／またはこれより少ないバッテリを用いてもよい。

[0029]バッテリ制御モジュール３０は、バッテリサブパック１２の電圧とバッテリサブパック１２によって与えられる電流を感知する。あるいは、バッテリ制御モジュール３０は、バッテリサブパック１２中の１つまたは複数の個々のバッテリ２０を監視し、適切なスケーリングおよび／または調整を行うようにしてもよい。バッテリ制御モジュール３０は、無線および／または有線接続を用いてマスタ制御モジュール４０と通信する。マスタ制御モジュール４０は、バッテリ制御モジュール３０から電力制限値を受信し、集合的電力制限値を生成する。ＳＯＣは、各モジュールに関して、グループおよび／または集合的に算出することができる。バッテリ制御モジュール３０は、一部の実施形態においてはマスタ制御モジュール４０と一体化することができる。

[0030]図２を参照すると、バッテリ制御モジュール３０の要素の一部が示されている。バッテリ制御モジュール３０は、バッテリサブパック１２全体および／またはバッテリサブパック１２の１つまたは複数の個々のバッテリ２０の電圧を測定する電圧および／または電流測定モジュール６０を含む。バッテリ制御モジュール３０は更に、バッテリサブパック１２のバッテリ２０のバッテリ充電状態（ＳＯＣ）を定期的に算出するバッテリＳＯＣモジュール６８を含む。ある実施例においては、ＳＯＣモジュール６８は、後述するように電力比推定および／またはＶ_０アプローチを用いる。別の実施例においては、ＳＯＣモジュール６８は、後述するように緩和電圧ＳＯＣ推定アプローチを用いる。ＳＯＣモジュール６８は、ルックアップテーブル７０、公式および／またはその他方法を採用することができる。

[0031]電力制限値モジュール７２は、更に後述するように、バッテリサブパック１２および／またはバッテリサブパック１２の１つまたは複数のバッテリ２０の最大電流制限値Ｉ_ｌｉｍ、最大電圧制限値Ｖ_ｌｉｍ、および／または電力制限値Ｐ_ｌｉｍを算出する。制限値は、最大および／または最小制限値であり得る。接触器制御モジュール７４は、バッテリサブパック１２のバッテリ２０の制御および／または接続に関連付けられた１つまたは複数の接触器（図示せず）を制御する。クロック回路７６は、バッテリ制御モジュール３０内の１つまたは複数のモジュールの１つまたは複数のクロック信号を生成する。

[0032]図３を参照すると、バッテリ２０の等価回路が示されている。ここで、Ｒ_Ｏはバッテリのオーム抵抗、Ｖ_Ｐは分極電圧、Ｖ_Ｏは開回路または緩和電圧、Ｉはバッテリ電流、Ｖはバッテリ電圧を表す。ＶとＩは測定値である。Ｒ_Ｐは、温度、印加電流の持続時間、ＳＯＣと共に変化する。Ｖ_ＯおよびＲ_Ｏは、主にＳＯＣと共に変化する。Ｖ_Ｐは、測定電流ＩにＲ_Ｐを乗じたものに等しい。バッテリ２０に等価回路とキルヒホフ電圧則を用いると、Ｖ＝Ｖ_Ｏ＋Ｖ_Ｐ＋ＩＲ_Ｏである。

[0033]緩和電圧は、温度および電流需要に対して比較的鈍感で、ＳＯＣのよいインジケータとなる。特化した電流パルスセットを用いて、ＳＯＣ依存緩和電圧を生じるようバッテリを調整することができる。このアプローチを本明細書では緩和電圧ＳＯＣ推定と呼ぶ。

[0034]図４を参照すると、バッテリ電流は、時間の関数として示されている。ゼロより大きい、例えば１００−１、１００−２、１００−３および１００−４の電流は充電電流である。ゼロより小さい、例えば、１０２−１、１０２−２および１０２−３の電流は放電電流である。ポイント１０６および１０８とポイント１１０および１１２の間の曲線の下の領域は、Ａ−ｓでの充電スイングと定義する。ポイント１０８と１１０の間の電流曲線の下の領域は、Ａ−ｓでの放電スイングと定義する。

[0035]図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、緩和電圧ＳＯＣ推定アプローチを実施する方法が示されている。緩和電圧推定アプローチは、１対の電力パルスについてバッテリ電流を監視し、それぞれの後の緩和電圧をチェックし、ルックアップテーブル７０を用いてＳＯＣを決定する。緩和電圧アプローチは、−１５℃から４５℃等の動作温度範囲を通じたパルスに対する電圧応答の観察に基づいて導出された。緩和電圧は、スイング振幅、パルス振幅、および、バッテリが満充電からであるか空充電からであるかに影響を受けた。

[0036]図５Ａおよび図５Ｂでは、制御はステップ１５０から始まる。ステップ１５２で、電流と電圧を測定する。ステップ１５４で、制御は、測定電流が充電電流（電流＞ゼロまたは所定の閾値）であるか否かを判定する。ステップ１５４が真である場合、ステップ１５６で、制御は充電スイングを蓄積し、放電スイングをリセットする。ステップ１５８で、制御は休止変数をゼロに等しく設定する。ステップ１６２で、制御は蓄積充電スイングが所定ウインドウ内にある否かを判定する。このウインドウは、上限および下限閾値を含むことができる。一部の実施例においては、上限および下限閾値は、バッテリ容量の１０％と１００％の間であるが、他の値を用いることもできる。所定ウインドウ内にない場合、制御はステップ１６３で充電後ＳＯＣルックアップを無効にし、ステップ１５２に戻る。

[0037]ステップ１６２が真の場合、制御はステップ１６４に進み、放電中に最後のスイングと緩和が発生したか否かを判定する。本明細書では、緩和とは、緩和電圧に漸近的に近づくバッテリ電圧を指す。真でない場合、制御はステップ１６３に進む。ステップ１６４が真の場合、制御はステップ１６６で充電後、ＳＯＣルックアップを実行可能にする。

[0038]ステップ１５４が偽の場合、制御はステップ１７４に進む。ステップ１７４で、制御は測定した電流が放電電流（電流＜ゼロまたは所定の閾値）であるか否かを判定する。ステップ１７４が真の場合、制御は放電スイングを蓄積し、ステップ１７６で充電スイングをリセットする。ステップ１７８で、制御は休止変数をゼロに等しく設定する。ステップ１８２で、制御は、蓄積した放電スイングが所定ウインドウ内にあるか否かを判定する。ウインドウは、上限および下限閾値を含むことができ、これは蓄積した充電スイング閾値と同じであってもよいし、これと異なってもよい。所定ウインドウ内にない場合、制御はステップ１８３で放電後、ＳＯＣルックアップを無効にして、ステップ１５２に戻る。

[0039]ステップ１８２が真の場合、制御はステップ１８４に進み、最後のスイングと緩和が充電で発生したかを判定する。発生していない場合、制御はステップ１８３に進む。ステップ１８４が真の場合、制御はステップ１８６で放電後、ＳＯＣルックアップを有効にする。

[0040]ステップ１７４が偽の場合、制御は図５Ｂでステップ２００に進み、休止変数をインクリメントする。ステップ２０２で、制御は、休止時間を閾値と比較して休止時間が適切か否かを判定する。一部の実施例においては、閾値として約１２０秒を用いるが、他の値を用いてもよい。ステップ２０２が真の場合、ステップ２０４で制御は許容時間が閾値時間Ｔｈ_ｔｉｍｅ未満か否かを判定する。一部の実施例においては、許容時間が２４０秒に等しいが、他の値を用いてもよい。この値を超えることは、パルスがＳＯＣ推定に十分なだけ制御されていなかったことを示す傾向にある。

[0041]ステップ２０４が真の場合、制御はステップ２０６に進み、充電後にＳＯＣルックアップを実行可能にするか否かを判定する。ステップ２０６が真の場合、制御はステップ２０８で緩和電圧の関数としてＳＯＣをルックアップし、ステップ２１０で充電後にＳＯＣルックアップを無効にし、制御はステップ１５２に戻る。ステップ２０６が偽の場合、制御はステップ２１２に進み、放電後にＳＯＣルックアップを有効にするか否かを判定する。ステップ２１２が真である場合、制御はステップ２１４で緩和電圧の関数としてＳＯＣをルックアップし、ステップ２１６で放電後にＳＯＣルックアップを無効にし、ステップ１５２に戻る。ステップ２０２、２０４または２１２が偽の場合、制御はステップ１５２に戻る。

[0042]電力比ＳＯＣ推定アプローチは、電力パルスペアを監視する。この方法は、パルスペアのスイングが略等しい場合に、充電と放電の電力能力の比を算出する。ＳＯＣは電力比の関数で、ルックアップテーブルによって決定する。電流と電圧の入力を用いて緩和電圧Ｖ_Ｏの解を求めながら、アルゴリズムを導出した。

[0043]最大または最小電力としての電圧式は、電圧制限値をＶ_ｌｉｍ＝Ｖ_Ｏ＋Ｖ_Ｐ＋Ｉ_ｌｉｍＲ_Ｏに保つ。Ｖ_ｌｉｍの等式に前のサンプリング間隔からＶ_Ｏ＋Ｖ_Ｐの計算を代入することで、Ｖ_ｌｉｍ＝（Ｖ−ＩＲ_Ｏ）＋Ｉ_ｌｉｍＲ_Ｏとなる。この場合、電流サンプリング間隔のＶ_Ｏ＋Ｖ_Ｐは、前のサンプリング間隔のＶ_Ｏ＋Ｖ_Ｐと略等しい（言い換えると、Ｖ_Ｏ＋Ｖ_Ｐ≡Ｖ_{ｔ＝ｉ−１}−Ｉ_{ｔ＝ｉ−１}Ｒ_Ｏ）と想定する。サンプリング間隔が十分小さい場合、バッテリと周囲条件が非常に似るため、この近似は有効である。例えば、一部の実施例においては、サンプリング間隔１０ｍｓ＜Ｔ＜５００ｍｓを用いることができるが、他のサンプリング間隔を用いてもよい。ある実施形態においては、Ｔ＝１００ｍｓである。サンプリング間隔を１秒にした場合は成功した。サンプリング間隔を持続時間で余剰になるよう決定する場合、定数として、または温度依存変数としてＲ_Ｏを増加させることになる。

[0044]Ｉ_ｌｉｍの解は次の通りである。

従って、Ｐ_ｌｉｍ ＝Ｖ_ｌｉｍＩ_ｌｉｍであるから、

[0045]充電または放電スイングと測定電流に関して電力制限値が確立すると、測定電流および電圧値を記憶する。電流が逆転すると、スイング振幅が保持スイングのマイナス値を通過し、電流は保持電流の大きさに略等しくなり、電力制限値計算が行われる。

[0046]電力比は、充電のＰ_ｌｉｍを隣接するサイクルについて放電の−Ｐ_ｌｉｍで除して計算する。Ｖ_ＯおよびＶ_Ｐが等式になくなっても、その貢献は電流および電圧測定に反映され、これらは極性強化およびＶ_Ｏ両方の関数である。充電スイング中の分極電圧Ｖ_Ｐは、略等しい大きさの放電スイング中の分極電圧Ｖ_Ｐと略等しい。この近似を用いて、電力比ＳＯＣ推定を用いて計算からＶ_Ｐを取り除く。制限電力比の利用は、低いＳＯＣでの低放電電力と高いＳＯＣでの低充電受け入れの考察を、記述した充電判定に加える効果がある。

[0047]図６に、バッテリ電流を示す。本発明は、充電および放電スイングを監視し、一定状況下での充電および放電イベントを宣言する。充電スイングイベントは、充電スイングが充電スイング閾値より大きい時に発生する。放電イベントは、放電スイングが放電スイング閾値より大きい時に発生する。閾値は、前の充電または放電イベントに関連させるか、これに基づくことができる。例えば、充電スイング閾値は、前の放電イベントの絶対値に等しく設定することができる。放電スイング閾値は、前の充電イベントの絶対値に等しく設定することができる。更に別のアプローチを用いて充電および放電閾値を決定することができる。本明細書では、用語クレームは、充電または放電イベントの後に続く放電または充電クレームで、かつ、下記に述べる条件が満たされる状況を指す。放電イベントの発生は、放電クレームの発生から独立して別の基準で判定される。アルゴリズムは同時に両者を探す。例えば、クレームポイントは、そのエリアの放電スイングが前の充電スイングと等しい時に発生する。イベントポイントは、電流と放電電流ＭＩＮの比が充電イベントにおける電流と充電電流ＭＡＸの比に略等しい時に発生する。これは、図７でＬ＝Ｋの場合となる。一部の実施例においては、ＬおよびＫは１と２の間であるが、他の値を用いてもよい。

[0048]図７を参照すると、本発明による電力比ＳＯＣ推定方法が更に詳しく示されている。制御はステップ２５０から始まる。ステップ２５４で、制御は電流と電圧を測定する。ステップ２５８で、制御は充電電流があるか否かを判定する。充電電流は、ゼロまたは所定の正の閾値より大きい正の電流によって定義される。ステップ２５８が真の場合、制御はステップ２６２に進み、充電スイングを蓄積する。ステップ２６４で、制御は、充電スイング中の電流が最大値を通過して、電流_ｍａｘ／Ｋより大きいか否かを判定する。ステップ２６４が真の場合、制御は電流、充電スイングおよび制限電力の値をステップ２６６で記憶する。真でない場合、制御はステップ２６６を通過してステップ２７０へ進む。ステップ２７０で、制御はそのスイングが前の放電スイングより大きいか否かを判定する。大きくない場合、制御はステップ２７２でＳＯＣクレームを行わず、ステップ２５４に進む。

[0049]ステップ２７０が真の場合、ステップ２７４で制御は電流が保持放電電流−Ｉ_ＤＲに略等しいか否か（言い換えるとその上限および下限閾値以内か）を判定する。ステップ２７４が偽の場合、制御はステップ２７６でＳＯＣクレームをおこなわず、ステップ２５４に進む。ステップ２７４が真の場合、ステップ２８０で制御は、保持電力制限値に対する電力制限値の比としてＳＯＣをルックアップする。

[0050]ステップ２５８が偽の場合、制御はステップ２７８に進み、放電電流が存在するか否かを判定する。放電電流がゼロまたは所定のマイナスの閾値未満の場合に、放電電流が存在する。ステップ２７８が偽の場合、制御はステップ２５４に戻る。ステップ２７８が真の場合、制御はステップ２８２に進み、放電スイングを蓄積する。ステップ２８４で、制御は放電スイング中の電流が最小値を超えて、電流_ｍｉｎ／Ｌより小さいか否かを判定する。ステップ２８４が真の場合、ステップ２８６で制御は、電流、放電スイングおよび制限電力の値を記憶する。真でない場合、制御はステップ２８６を通過してステップ２９０へ進む。ステップ２９０で、制御は放電スイングが前の充電スイングより大きいか否かを判定する。大きくない場合、制御はステップ２９２でＳＯＣクレームを行わず、ステップ２５４に進む。

[0051]ステップ２９０が真の場合、ステップ２９４で制御は、電流が保持充電電流−Ｉ_ＣＲに略等しいか否か（言い換えるとその上限および下限閾値以内か）を判定する。ステップ２９４が偽の場合、制御はステップ２９６でＳＯＣクレームを行わず、ステップ２９４に進む。ステップ２９４が真の場合、ステップ３００で制御は、保持電力制限値に対する電力制限値の比としてＳＯＣをルックアップする。

[0052]当業者は、前記の記述から、本発明の幅広い技術を種々の形式で実施できることを理解する。そのため、本発明はその特定の例と関連して記述したが、図面、明細書および次の請求の範囲の検討により、当業者にとって他の変更が明白であるため、発明の真の範囲は限定されてはならない。

バッテリサブパック、バッテリ制御モジュール、およびマスタ制御モジュールを含むバッテリシステムの機能ブロック図である。 バッテリ制御モジュールのより詳細な機能ブロック図である。 バッテリの等価回路である。 時間の関数としてのバッテリ電流のグラフである。 充電状態推定のための緩和電圧アプローチのステップを図解するフローチャートである。 充電状態推定のための緩和電圧アプローチのステップを図解するフローチャートである。 充電および放電スイングと充電および放電イベントを示す時間の関数としてのバッテリ電流のグラフである。 バッテリ充電状態を推定する電力比アプローチを図解するフローチャートである。

Claims (32)

1. バッテリ電圧を測定する電圧測定モジュールと、
   バッテリ電流を測定する電流測定モジュールと、
   前記電流測定モジュールおよび前記電圧測定モジュールと通信し、充電中の充電スイングがその前の放電中において放電スイングが放電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時まで蓄積された放電スイングのマイナス値より大きいか又はこれに等しく、充電電流値が前記その前の放電中において放電スイングが放電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時に記憶された放電電流値のマイナス値の所定ウインドウ内にある時を判定して、充電状態（ＳＯＣ）の推定を実行可能にするＳＯＣモジュールと
   を備える、バッテリシステムのバッテリ制御モジュール。
2. 前記ＳＯＣモジュールは、放電中の放電スイングがその前の充電中において充電スイングが充電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時まで蓄積された充電スイングのマイナス値より大きいか又はこれに等しく、放電電流値が前記その前の充電中において充電スイングが充電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時に記憶された充電電流値のマイナス値の所定ウインドウ内にある時に、ＳＯＣを推定する、請求項１に記載のバッテリ制御モジュール。
3. 前記ＳＯＣモジュールは、充電中の電力制限値を算出し、充電中の前記電力制限値と前記その前の放電中に記憶された電力制限値とに基づいて制限電力比を算出し、制限電力比に基づいてＳＯＣを推定する、請求項１に記載のバッテリ制御モジュール。
4. 前記ＳＯＣモジュールは、放電中の電力制限値を算出し、放電中の前記電力制限値と前記その前の充電中に記憶された電力制限値とに基づいて制限電力比を算出し、制限電力比に基づいてＳＯＣを推定する、請求項２に記載のバッテリ制御モジュール。
5. 前記ＳＯＣモジュールは、充電中に測定された最大充電電流を１と２の間の値であるＫで除した電流値に達するまで充電中に前記充電スイングを蓄積し、最大充電電流を１と２の間の値であるＫで除した電流値に達した時の前記充電電流値および前記充電スイングを記憶する、請求項１に記載のバッテリ制御モジュール。
6. 前記ＳＯＣモジュールは、放電中に測定された最小放電電流を１と２の間の値であるＬで除した電流値に達するまで放電中に前記放電スイングを蓄積し、最小放電電流を１と２の間の値であるＬで除した電流値に達した時の前記放電電流値および前記放電スイングを記憶する、請求項２に記載のバッテリ制御モジュール。
7. 前記ＳＯＣモジュールはルックアップテーブルを含み、前記ＳＯＣモジュールは前記制限電力比の関数として前記ＳＯＣをルックアップする、請求項３に記載のバッテリ制御モジュール。
8. 前記ＳＯＣモジュールはルックアップテーブルを含み、前記ＳＯＣモジュールは前記制限電力比の関数として前記ＳＯＣをルックアップする、請求項４に記載のバッテリ制御モジュール。
9. バッテリ電圧を測定する電圧測定モジュールと、
   バッテリ電流を測定する電流測定モジュールと、
   前記電流測定モジュールおよび前記電圧測定モジュールと通信し、放電中の放電スイングがその前の充電中において充電スイングが充電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時まで蓄積された充電スイングのマイナス値より大きいか又はこれに等しく、放電電流値が前記その前の充電中において充電スイングが充電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時に記憶された充電電流値のマイナス値の所定ウインドウ内にある時を判定して、充電状態（ＳＯＣ）の推定を実行可能にするＳＯＣモジュールと
   を備える、バッテリシステムのバッテリ制御モジュール。
10. 前記ＳＯＣモジュールは、充電中の充電スイングがその前の放電中において放電スイングが放電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時まで蓄積された放電スイングのマイナス値より大きいか又はこれに等しく、充電電流値が前記その前の放電中において放電スイングが放電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時に記憶された放電電流値のマイナス値の所定ウインドウ内にある時に、ＳＯＣを推定する、請求項９に記載のバッテリ制御モジュール。
11. 前記ＳＯＣモジュールは、充電中の電力制限値を算出し、充電中の前記電力制限値と前記その前の放電中に記憶された電力制限値とに基づいて制限電力比を算出し、制限電力比に基づいてＳＯＣを推定する、請求項１０に記載のバッテリ制御モジュール。
12. 前記ＳＯＣモジュールは、放電中の電力制限値を算出し、放電中の前記制限電力値と前記その前の充電中に記憶された電力制限値とに基づいて制限電力比を算出し、制限電力比に基いてＳＯＣを推定する、請求項９に記載のバッテリ制御モジュール。
13. 前記ＳＯＣモジュールは、充電中に測定された最大充電電流を１と２の間の値であるＫで除した電流値に達するまで充電中に前記充電スイングを蓄積し、最大充電電流を１と２の間の値であるＫで除した電流値に達した時の前記充電電流値および前記充電スイングを記憶する、請求項１０に記載のバッテリ制御モジュール。
14. 前記ＳＯＣモジュールは、放電中に測定された最小放電電流を１と２の間の値であるＬで除した電流値に達するまで放電中に前記放電スイングを蓄積し、最小放電電流を１と２の間の値であるＬで除した電流値に達した時の前記放電電流値および前記放電スイングを記憶する、請求項９に記載のバッテリ制御モジュール。
15. 前記ＳＯＣモジュールはルックアップテーブルを含み、前記ＳＯＣモジュールは前記制限電力比の関数として前記ＳＯＣをルックアップする、請求項１１に記載のバッテリ制御モジュール。
16. 前記ＳＯＣモジュールはルックアップテーブルを含み、前記ＳＯＣモジュールは前記制限電力比の関数として前記ＳＯＣをルックアップする、請求項１２に記載のバッテリ制御モジュール。
17. バッテリ電圧を測定するステップと、
    バッテリ電流を測定するステップと、
    充電中の充電スイングがその前の放電中において放電スイングが放電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時まで蓄積された放電スイングのマイナス値より大きいか又はこれに等しく、充電電流値が前記その前の放電中において放電スイングが放電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時に記憶された放電電流値のマイナス値の所定ウインドウ内にある時を判定して、充電状態（ＳＯＣ）の推定を実行可能にするステップと
    を備える、バッテリシステムのバッテリ制御モジュールを動作させる方法。
18. 放電中の放電スイングがその前の充電中において充電スイングが充電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時まで蓄積された充電スイングのマイナス値より大きいか又はこれに等しく、放電電流値が前記その前の充電中において充電スイングが充電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時に記憶された充電電流のマイナス値の所定ウインドウ内にある時に、前記ＳＯＣを推定するステップを更に備える、請求項１７に記載の方法。
19. 充電中の電力制限値を算出するステップと、
    充電中の前記電力制限値と前記その前の放電中に記憶された電力制限値とに基づいて制限電力比を算出するステップと、
    制限電力比に基づいてＳＯＣを推定するステップと
    を更に備える、請求項１７に記載の方法。
20. 放電中の電力制限値を算出するステップと、
    放電中の前記電力制限値と前記その前の充電中に記憶された電力制限値とに基づいて制限電力比を算出するステップと、
    制限電力比に基づいてＳＯＣを推定するステップと
    を更に備える、請求項１８に記載の方法。
21. 充電中に測定された最大充電電流を１と２の間の値であるＫで除した電流値に達するまで充電中に前記充電スイングを蓄積するステップと、
    前記充電電流値と前記充電スイングとを記憶するステップと
    を更に備える、請求項１７に記載の方法。
22. 放電中に測定された最小放電電流を１と２の間の値であるＬで除した電流値に達するまで放電中に前記放電スイングを蓄積するステップと、
    前記放電電流値と前記放電スイングとを記憶するステップと
    を更に備える、請求項１８に記載の方法。
23. ルックアップテーブルから前記制限電力比の関数として前記ＳＯＣをルックアップするステップを更に備える、請求項１９に記載の方法。
24. ルックアップテーブルから前記制限電力比の関数として前記ＳＯＣをルックアップするステップを更に備える、請求項２０に記載の方法。
25. バッテリ電圧を測定するステップと、
    バッテリ電流を測定するステップと、
    放電中の放電スイングがその前の充電中において充電スイングが充電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時まで蓄積された充電スイングのマイナス値より大きいか又はこれに等しく、放電電流値が前記その前の充電中において充電スイングが充電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時に記憶された充電電流値のマイナス値の所定ウインドウ内にある時にのみ、充電状態（ＳＯＣ）を推定するステップと
    を備える、バッテリシステムのバッテリ制御モジュールを動作させる方法。
26. 充電中の充電スイングがその前の放電中において放電スイングが放電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時まで蓄積された放電スイングのマイナス値より大きいか又はこれに等しく、充電電流値が前記その前の放電中において放電スイングが放電イベント判定用の閾値よりも大きくなった時に記憶された放電電流のマイナス値の所定ウインドウ内にある時に、前記ＳＯＣを推定するステップを更に備える、請求項２５に記載の方法。
27. 充電中の電力制限値を算出するステップと、
    充電中の前記電力制限値と前記その前の放電中に記憶された電力制限値とに基づいて制限電力比を算出するステップと、
    制限電力比に基づいてＳＯＣを推定するステップと
    を更に備える、請求項２６に記載の方法。
28. 放電中の電力制限値を算出するステップと、
    放電中の前記電力制限値と前記その前の充電中に記憶された電力制限値とに基づいて制限電力比を算出するステップと、
    制限電力比に基づいてＳＯＣを推定するステップと
    を更に備える、請求項２５に記載の方法。
29. 充電中に測定された最大充電電流を１と２の間の値であるＫで除した電流値に達するまで充電中に前記充電スイングを蓄積するステップと、
    前記充電電流値と前記充電スイングとを記憶するステップと
    を更に備える、請求項２６に記載の方法。
30. 放電中に測定された最小放電電流を１と２の間の値であるＬで除した電流値に達するまで放電中に前記放電スイングを蓄積するステップと、
    前記放電電流値と前記放電スイングとを記憶するステップと
    を更に備える、請求項２５に記載の方法。
31. ルックアップテーブルから前記制限電力比の関数として前記ＳＯＣをルックアップするステップを更に備える、請求項２７に記載の方法。
32. ルックアップテーブルから前記制限電力比の関数として前記ＳＯＣをルックアップするステップを更に備える、請求項２８に記載の方法。

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