JP5483236B2 - バッテリー管理システムにおけるバッテリーのsoc測定方法及び装置 - Google Patents
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Description
200 ローパスフィルタリング部
300 起電力算出部
400 SOCv推定部
500 SOC設定部
2段階:電流積算を通じたSOCiの計算
3段階:ローパスフィルタリング
4段階:等価回路モデル及び適応デジタルフィルタリング
5段階:起電力と温度を通じたSOCvの計算
6段階:適切なSOC選択
この段階ではBMSから電流データ、電圧データなどを収集する。この段階では電流センサーの異常により正確な電流データが測定されない可能性がある。特に、電流センサーが電流の大きさを正確に測定できず、概略的な値ばかり測定する場合、電流積算過程で相当量の誤差が生じかねない。しかし、本発明によるバッテリーSOC測定方法は、SOCvでSOCiの誤差を補償するものである。実際シミュレーションを通じて本発明によるバッテリーSOC測定方法がBMS SOCを正確に計算するのかを確認してみた。その結果、SOCiはだんだんと誤差が累積されるが、SOCvによる適切な補償がなされ、全体BMS SOCの計算には大きな問題がなかった。この際、実際値との誤差は最大1.502%から最小−4.170%で、目標誤差範囲の5.000%以内にあることが確認された。即ち、本発明によるバッテリーSOCの測定方法は、電流センサーの異常により電流がある程度、不正確に測定されてもSOC計算時に大きな誤差は生じない。
この段階では、前記1段階を経て集まった電流データを積算して、直前段階で計算したSOCに加える方式で SOCiを計算する。計算方法は、電流を時間によって積分する方法で行われる。計算された結果を全体キャパシティ(capacity)で割って残りのキャパシティの量を%で表現する。これを式で表現すると、数学式1のようになる。
本発明によるバッテリーSOC測定方法は電流を秒単位で認識するため、上記数学式1は数学式2のように表現することができる。
即ち、k段階におけるSOCiの計算は、k−1段階におけるSOCにk段階で流れる電流を総キャパシティで割っただけ、基準時間である1秒に対して積算して計算する。
前記1段階を経て集まった電流データと電圧データは、ローパスフィルタ(low pass filter)を通過する。本発明は3次ローパスフィルタを使用し、フィルタ常数fは0.6にしたが、本発明はこれに制限されなく、他種類のフィルタ及びフィルタ常数を使用することも含む。本発明で用いられるフィルタは数学式3のような形態を有する。
1)等価回路モデル
この段階では、前記3段階で収集された電流データと電圧データをバッテリーモデルに適用して起電力を求めるようにする。前記起電力を通じてSOCvを求めることができるためである。一般的にバッテリーモデルには、バッテリー内の電気化学的現象や熱的挙動を考慮した第一原理モデル(first-principle model)がある。しかし、前記モデルを開発するのにかなりの時間や費用が必要とされるという短所があるため、本発明は電気回路を通じて簡単に表現する等価回路モデルを通じてバッテリーモデルを具現する。
等価回路モデルは前記数学式14のように行列式で表現される。前記数学式14のうち、
本発明による等価回路モデルにより起電力値を求めることができる。一般的に、 SOCvは起電力と温度の影響を受け、これらの間の関数で表すことができる。常温で起電力とSOCvとの関係式は数学式26のようになる。
前記6段階は以前段階で求めたSOCiとSOCvのうち、何を選択するのかに対して判断する段階である。一般的に低電流状態である場合、SOCvが正確な値を有すると知られているため、低電流状態である場合、SOCvで計算する。そして、その他の場合は、直前のSOC値に電流積算をすることにより計算する。
Claims (20)
- バッテリーの電流、電圧及び温度を測定して電流データ、電圧データ及び温度データを得る段階と、
前記電流データを積算してSOCi(State Of Charge based on current)を算出する段階と、
3次低域通過フィルタである低域通過フィルタ(Lowpass filter)を用いて前記電流データ及び前記電圧データをフィルタリングする段階と、
フィルタリングされた前記電流データ及び前記電圧データを電気回路を通じて簡単に表現した等価回路モデル及び適応デジタルフィルタ(Adaptive digital filter)に適用して、前記等価回路モデルに用いられるパラメータを算出する段階と、
前記パラメータを用いて起電力(OCV:Open Circuit Voltage)を算出する段階と、
前記温度データ及び前記起電力を用いてSOCv(State Of Charge based on voltage)を算出する段階と、
一定時間区間で前記バッテリー電流状態を判断し、前記SOCi又はSOCvを用いて前記バッテリーのSOCを設定する段階とを含み、
前記一定時間区間で前記バッテリー電流状態を判断し、前記SOCi又はSOCvを用いて前記バッテリーのSOCを設定する段階は、
前記一定時間区間で前記バッテリー電流状態を判断し、前記SOCi又はSOCvを用いて前記バッテリーのターゲット(target)SOCを測定する段階と、
前記現在時刻ターゲットSOC値と過去時刻SOC値との差であるΔSOCを演算する段階と、
前記ΔSOCを第1閾値と比較する段階と、
前記比較の結果、前記ΔSOCが前記第1閾値より大きい場合、前記現在時刻ターゲットSOCを予め決定された(predetermined)アルゴリズムによって更新した後、前記更新されたターゲットSOCを前記現在時刻における前記バッテリーのSOCに設定する段階と、
前記比較の結果、前記ΔSOCが前記第1閾値より大きくない場合、前記現在時刻ターゲットSOCを前記現在時刻における前記バッテリーのSOCに設定する段階とを含むことを特徴とするバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。 - 前記等価回路モデルは、前記バッテリーを抵抗(R)、電流(I)、キャパシタ(C)、端子電圧(V:Terminal voltage)、及び前記起電力(Vo)パラメータを用いた電気回路で表現されることを特徴とする請求項1に記載のバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。
- 前記適応デジタルフィルタは、前記等価回路モデルで用いられるパラメータの値を連続的に更新して求めることができることを特徴とする請求項1に記載のバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。
- 前記一定時間区間でバッテリー電流状態が低電流状態であると、前記SOCvを前記バッテリーのSOCに設定し、その他の場合は前記SOCiを前記バッテリーのSOCに設定することを特徴とする請求項1に記載のバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。
- 前記一定時間区間は20秒乃至60秒であり、前記低電流の判断基準は2Aであることを特徴とする請求項4に記載のバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。
- 前記バッテリーSOC測定方法は、前記等価回路モデルの代わりに前記等価回路モデルの積分モデルを使用することを特徴とする請求項1に記載のバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。
- 前記第1閾値はSOC計算周期当りのSOCの最大変化値であり、電流制限値によって複数の値に設定することを特徴とする請求項1に記載のバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。
- 前記アルゴリズムは、
SOC(n+1)=SOC(n)+ΔSOCi+ゲイン*ΔSOC
SOC(n+1):前記現在時刻における前記バッテリーのSOC
SOC(n):前記過去時刻における前記バッテリーのSOC
ΔSOCi=I(n+1)*Ts/Capa*100% (I(n+1)は現在時刻の電流値、Tsは電流サンプリング周期、Capaはバッテリー定格容量)
0(%/100msec)<ゲイン<0.1(%/100msec)
であることを特徴とする請求項1に記載のバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。 - バッテリーの電流、電圧、及び温度測定を通じて現在時刻に対する前記バッテリーのターゲットSOCを測定する段階と、
前記現在時刻ターゲットSOC値と過去時刻SOC値との差であるΔSOCを演算する段階と、
前記ΔSOCを第1閾値と比較する段階と、
前記比較の結果、前記ΔSOCが前記第1閾値より大きい場合、前記現在時刻ターゲットSOCを予め決定された(pr edetermined)アルゴリズムによって更新した後、前記更新されたターゲットSOCを前記現在時刻における前記バッテリーのSOCに設定する段階と、
前記比較の結果、前記ΔSOCが前記第1閾値より大きくない場合、前記現在時刻ターゲットSOCを前記現在時刻における前記バッテリーのSOCに設定する段階とを含むことを特徴とするバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。 - バッテリーの電流、電圧、及び温度測定を通じて現在時刻に対する前記バッテリーのターゲットSOCを測定する段階は、
前記バッテリーの電流、電圧及び温度を測定して電流データ、電圧データ及び温度データを得る段階と、
前記電流データを積算してSOCiを算出する段階と、
前記電流データ、前記電圧データ及び前記バッテリーを電気回路を通じて簡単に表現した等価回路モデルを用いて起電力OCVを算出する段階と、
前記温度データ及び前記起電力を用いてSOCvを算出する段階と、
一定時間区間で前記バッテリー電流状態を判断し、前記SOCi又はSOCvを用いて前記バッテリーのターゲットSOCを設定する段階とを含むことを特徴とする請求項9に記載のバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。 - 前記第1閾値はSOC計算周期当りSOCの最大変化値であり、電流制限値によって複数の値に設定されることを特徴とする請求項9に記載のバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。
- 前記アルゴリズムは、
SOC(n+1)=SOC(n)+ΔSOCi+ゲイン*ΔSOC
SOC(n+1):前記現在時刻における前記バッテリーのSOC
SOC(n):前記過去時刻における前記バッテリーのSOC
ΔSOCi=I(n+1)*Ts/Capa*100% (I(n+1)は現在時刻の電流値、Tsは電流サンプリング周期、Capaはバッテリー定格容量)
0(%/100msec)<ゲイン<0.1(%/100msec)
であることを特徴とする請求項9に記載のバッテリー管理システムにおけるバッテリーSOC測定方法。 - バッテリーの電流、電圧及び温度を測定して電流データ、電圧データ及び温度データを得るバッテリー情報獲得部と、
前記電流データを積算してSOCiを算出する電流積算部と、
3次低域通過フィルタである低域通過フィルタを用いて前記電流データ及び前記電圧データをフィルタリングする低域通過フィルタリング部と、
前記低域通過フィルタリング部でフィルタリングされた前記電流データ及び前記電圧データを電気回路を通じて簡単に表現した等価回路モデル及び適応デジタルフィルタに適用して、前記等価回路モデルに用いられるパラメータを算出し、前記パラメータを用いて起電力OCVを算出する起電力算出部と、
前記温度データ及び前記起電力を用いてSOCvを推定するSOCv推定部と、
一定時間区間で前記バッテリー電流状態を判断し、前記SOCi又はSOCvを用いて前記バッテリーのSOCを設定するSOC設定部とを含み、
前記SOC設定部は、
前記一定時間区間で前記バッテリー電流状態を判断し、前記SOCi又はSOCvを用いて前記バッテリーのターゲットSOCを測定し、
前記現在時刻ターゲットSOC値と過去時刻SOC値との差であるΔSOCを演算した後、前記ΔSOCを第1閾値と比較し、
前記比較の結果、前記ΔSOCが前記第1閾値より大きい場合、前記現在時刻ターゲットSOCを予め決定された(predetermined)アルゴリズムによって更新した後、前記更新されたターゲットSOCを前記現在時刻における前記バッテリーのSOCに設定し、
前記比較の結果、前記ΔSOCが前記第1閾値より大きくない場合、前記現在時刻ターゲットSOCを前記現在時刻における前記バッテリーのSOCに設定することを特徴とするバッテリー管理システム。 - 前記等価回路モデルは、前記バッテリーを抵抗(R)、電流(I)、キャパシタ(C)、端子電圧(V)、及び前記起電力(Vo)パラメータを用いた電気回路で表現されることを特徴とする請求項13に記載のバッテリー管理システム。
- 前記適応デジタルフィルタは、前記等価回路モデルで用いられるパラメータの値を続けて更新して求めることができることを特徴とする請求項13に記載のバッテリー管理システム。
- 前記一定時間区間でバッテリー電流状態が低電流状態であると、前記SOCvを前記バッテリーのSOCに設定し、その他は前記SOCiを前記バッテリーのSOCに設定することを特徴とする請求項13に記載のバッテリー管理システム。
- 前記一定時間区間は20秒乃至60秒であり、前記低電流の判断基準は2Aであることを特徴とする請求項16に記載のバッテリー管理システム。
- 前記バッテリーSOC測定装置は、前記等価回路モデルの代わりに前記等価回路モデルの積分モデルを使用することを特徴とする請求項13に記載のバッテリー管理システム。
- 前記第1閾値はSOC計算周期当りSOCの最大変化値であり、電流制限値によって複数の値に設定されることを特徴とする請求項13に記載のバッテリー管理システム。
- 前記アルゴリズムは、
SOC(n+1)=SOC(n)+ΔSOCi+ゲイン*ΔSOC
SOC(n+1):前記現在時刻における前記バッテリーのSOC
SOC(n):前記過去時刻における前記バッテリーのSOC
ΔSOCi=I(n+1)*Ts/Capa*100% (I(n+1)は現在時刻の電流値、Tsは電流サンプリング周期、Capaはバッテリー定格容量)
0(%/100msec)<ゲイン<0.1(%/100msec)
であることを特徴とする請求項13に記載のバッテリー管理システム。
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