JP5794933B2 - 充電率演算システムおよび充電率演算方法 - Google Patents
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Description
そこで、特許文献1では、電流検出誤差の影響を考慮することにより充電率演算精度を向上させる技術が示されている。より具体的には、特許文献1に記載の充電率演算システムは、推定開放電圧に基づいて演算した推定充電率SOCVと、実測電流の誤差を反映した推定充電率の上限SOC−Hおよび下限SOC−Lとの関係から、最適であろうと推定できる値を現在の充電率に決定する。
これにより、演算した充電率の値について、過去の累積的な誤差の混入を削減するとともに、電池容量の低下も考慮されるため、充電率の演算結果の精度を向上させることができる。
電流センサ13は、二次電池を流れる電流値(出力電流値または充電電流値)を測定し、測定結果の電流値(を示す信号)を電池インピーダンスモデル部20(推定インピーダンス電圧演算部22)と、制限値設定部44とに出力する。以下では、電流センサ13が測定した二次電池を流れる電流の値を「電池電流値」と称する。
推定インピーダンス管理部21は、電池温度および二次電池の充電率と、二次電池内部の推定インピーダンスとを対応付けて記録したデータテーブルであるインピーダンステーブルを、当該推定インピーダンス管理部21の有するメモリ内に複数記憶している。具体的には、推定インピーダンス管理部21は、所定温度ごとに(例えば、20℃、21℃、22℃など1℃毎に)インピーダンステーブルを備え、1つのインピーダンステーブルには、所定充電率ごとの(例えば、40%、45%、50%など5%毎の)推定インピーダンスの値を記憶している。
その際、推定インピーダンス管理部21は、温度センサ11からの電池温度(電池温度の実測値)が、インピーダンステーブルに対応付けられた温度と相違する(中間値である)場合や、充電率選択部51からの充電率が、インピーダンステーブルに用意された充電率と相違する(中間値である)場合、線形補間等の補間を行って推定インピーダンス値を求める。
そして、例えば、各インピーダンステーブルに用意された充電率のうち、充電率選択部51からの充電率SOC[%]に直近のものがSOC1とSOC2である場合(SOC1[%]<SOC[%]<SOC2[%])、推定インピーダンス管理部21は、選択したインピーダンステーブルの各々について、SOC1[%]に対応する推定インピーダンス値と、SOC2[%]に対応する推定インピーダンス値とを補間(例えば、線形補間)して、SOC[%]に対応する推定インピーダンス値を求める。
そして、推定インピーダンス管理部21は、インピーダンステーブル毎に得られた推定インピーダンス値を補間(例えば、線形補間)して、温度センサ11からの電池温度と充電率選択部51からの充電率とに対応する推定インピーダンス値を求め、得られた推定インピーダンス値をインピーダンス電圧演算部22へ出力する。
そして、推定インピーダンス管理部21は、算出した推定インピーダンス値を推定開放電圧演算部31に出力する。
具体的には、電圧起因推定充電率取得部32は、電池温度および推定開放電圧値と、充電率とを対応付けて記録したデータテーブルである充電率テーブルを、当該電圧起因推定充電率取得部32の有するメモリ内に複数記憶している。さらに具体的には、電圧起因推定充電率取得部32は、所定温度ごとに(例えば、20℃、21℃、22℃など1℃毎に)充電率テーブルを備え、1つの充電率テーブルには、所定の推定開放電圧値VO[V]ごとの(例えば、5.0V、5.1V、5.2Vなど0.1V毎の)SOCV[%]の値をそれぞれについて記憶している。
その際、電圧起因推定充電率取得部32は、電池インピーダンスモデル部20における処理と同様に、温度センサ11からの電池温度が、充電率テーブルに対応付けられた温度と相違する(中間値である)場合や、推定開放電圧演算部31からの推定開放電圧値が、充電率テーブルに用意された電圧率と相違する(中間値である)場合、線形補間等の補間を行って充電率を求める。
そして、例えば、各充電率テーブルに用意された推定開放電圧値のうち、推定開放電圧演算部31からの推定開放電圧値VO[V]に直近のものがVO1とVO2である場合(VO1[V]<VO[V]<VO2[V])、電圧起因推定充電率取得部32は、選択した充電率テーブルの各々について、VO1[V]に対応する充電率と、VO2[V]に対応する充電率とを補間(例えば、線形補間)して、VO[V]に対応する充電率を求める。
そして、電圧起因推定充電率取得部32は、充電率テーブル毎に得られた充電率を補間(例えば、線形補間)して、温度センサ11からの電池温度と推定開放電圧演算部31からの推定開放電圧値とに対応する充電率を求め、得られた充電率を充電率選択部51へ出力する。
そして、電圧起因推定充電率取得部32は、算出した充電率を充電率選択部51へ出力する。
また、誤差設定部41は、電池容量取得部42が取得する電池容量に含まれ得る誤差の上限値と下限値とを取得して制限値設定部44に出力する。例えば、誤差設定部41は、電池容量取得部42における推定誤差の目標値(許容値)を定数(単位[Ah])にて予め記憶しておき、当該目標値を誤差の上限値とし、当該目標値のマイナス値を誤差の下限値とする。
なお、以下では、誤差設定部41が取得する誤差(電流測定値に含まれ得る誤差、および、電池容量に含まれ得る誤差)の上限値および下限値を総称して「誤差上下限値」と表記する。
具体的には、電池容量取得部42は、電池温度および電池電流値と、電池容量とを対応付けて記録したデータテーブルである容量テーブルを、当該電池容量取得部42の有するメモリ内に複数記憶している。さらに具体的には、電池容量取得部42は、所定温度ごとに(例えば、20℃、21℃、22℃など1℃毎に)容量テーブルを備え、1つの容量テーブルには、所定の電池電流値I[A]ごとの(例えば、1.0A、1.1A、1.2Aなど0.1A毎の)電池容量Ah[Ah]の値をそれぞれについて記憶している。
その際、電池容量取得部42は、推定インピーダンス管理部21における処理と同様に、温度センサ11からの電池温度が、容量テーブルに対応付けられた温度と相違する(中間値である)場合や、電流センサ13からの電池電流値が、容量テーブルに用意された電流値と相違する(中間値である)場合、線形補間等の補間を行って電池容量を求める。
そして、例えば、各容量テーブルに用意された電池電流値のうち電流センサ13からの電池電流値I[A]に直近のものがI1とI2である場合(I1[A]<I[A]<I2[I])、電池容量取得部42は、選択した容量テーブルの各々について、I1[A]に対応する電池容量と、I2[A]に対応する電池容量とを補間(例えば、線形補間)して、I[A]に対応する電池容量を求める。
そして、電池容量取得部42は、容量テーブル毎に得られた電池容量を補間(例えば、線形補間)して、温度センサ11からの電池温度と電流センサ13からの電池電流値とに対応する電池容量を求め、得られた電池容量を制限値設定部44へ出力する。
そして、電池容量取得部42は、算出した電池容量を制限値設定部44へ出力する。
制限値設定部44が求める充電率上限値および充電率下限値については後述する。
具体的には、充電率選択部51は、電圧起因推定充電率取得部32が取得した電圧起因推定充電率が、制限値設定部44が設定した範囲内にある場合、当該電圧起因推定充電率を充電率演算結果として選択する。
推定開放電圧演算部31が求める推定開放電圧値に含まれる誤差等に起因して、電圧起因推定充電率取得部32が求める電圧起因推定充電率には誤差が含まれ得る。そこで、制限値設定部44は、演算周期通知部43からの信号に基づく所定の演算周期で、電圧起因推定充電率取得部32が求める充電率とは別に、電池電流値の積分に基づいて充電率を求め、誤差上下限値(電流センサ13が測定した電流値に含まれ得る誤差)等を考慮した充電率上限値および充電率下限値を算出する。
制限値設定部44がn回目の演算時(以下、「時刻n」と称する)に求める充電率上限値SOCH(n)は、式(1)のように示される。
そして、式(1)の右辺の第2項は、時刻n−1から時刻nまでの時間を示す係数Aに電流値I(n)[A]を乗算した電流の積算値を、電池容量Ah[Ah]で除算して充電率の変化量を求めている。この充電率の変化量と、第1項(前回の充電率「SOC(n−1)」)との合計が、電池電流値から求めた現在の充電率に該当する。なお、電流値I(n)は、時刻nにおける充放電電流の測定値を、充電側を+、放電側を−として示している。
式(4)に示されるように、電圧起因推定充電率が充電率上限値と充電率下限値との範囲内にある場合、充電率選択部51は、電圧起因推定充電率を選択する。一方、電圧起因推定充電率が充電率上限値より大きい場合、充電率選択部51は、充電率上限値を選択する。また、電圧起因推定充電率が充電率下限値より小さい場合、充電率選択部51は、充電率下限値を選択する。
n−1回目の演算にて、充電率選択部51が選択した充電率(充電率演算システム1の充電率演算結果)が点P111に示される充電率であった場合、n回目の演算において、充電率選択部51は、点P111に示される充電率に、電池電流の積分値から求めた変化量を加算して、点P122に示される充電率を算出する。そして、充電率選択部51は、点P122に示される充電率を基準として、求めた変化量に含まれ得る誤差等を加味して、点P123に示される充電率上限値、および、点P121に示される充電率下限値を算出する。
一方、電圧起因推定充電率取得部32は、点P124に示される電圧起因推定充電率を取得している。
この充電率上限値に基づいて、n+1回目の演算において充電率選択部51は、点P133に示される充電率を求め、この充電率を基準として、点P134に示される充電率上限値、および、点P132に示される充電率下限値を算出している。
一方、電圧起因推定充電率取得部32は、点P131に示される電圧起因推定充電率を取得している。
この充電率下限値に基づいて、n+2回目の演算において充電率選択部51は、点P142に示される充電率を求め、この充電率を基準として、点P144に示される充電率上限値、および、点P141に示される充電率下限値を算出している。
一方、電圧起因推定充電率取得部32は、点P143に示される電圧起因推定充電率を取得している。
この充電率下限値に基づいて、n+3回目の演算において充電率選択部51は、点P151に示される充電率を求めている。
一方、制限値設定部44が、前回値に基づいて充電率上限値および充電率下限値を算出することから、充電率に誤差が蓄積される可能性がある。この点について、図3および図4を参照して説明する。
なお、ここでは、式(1)の第3項「SOC(max)(n)」および式(3)の第3項「SOC(min)(n)」が固定値を有していると仮定して、これらの値を変化させる必要性について説明する。
ただし、制限値設定部44が、前回値に基づいて充電率下限値を算出することから、充電率下限値に誤差が蓄積され、その結果、充電率選択部51が選択した充電率は、徐々に真の充電率から乖離している。
すると、充電率選択部51が選択した充電率は、充電率上限値によって制限されている。この充電率上限値による制限のため、時刻t32以降は、充電率選択部51が選択した充電率に含まれる誤差の大きさのほうが、電圧起因推定充電率に含まれる誤差の大きさよりも大きくなっている。
特に、時刻t32以降、電圧起因推定充電率が回復しても(すなわち、電圧起因推定充電率の含む誤差の大きさが小さくなっても)、充電率上限値のために、充電率選択部51が選択した誤差の回復が遅くなっている。そして、時刻t33において電圧起因推定充電率に含まれる誤差の大きさが充分小さくなった後も、充電率選択部51が選択した充電率には誤差が残存している。
まず、時刻nにおける電流積算充電率S(n)は、式(5)のように示される。
そして、式(5)の右辺の第2項は、時刻n−1から時刻nまでの時間を示す係数Aに真の電流値It(n)[A]を乗算した電流の積算値を、真の電池容量Qt[Ah]で除算して充電率の変化量を求めている。
しかし、実際には、電流センサ13の測定値には誤差(ゲインや、オフセットや、ヒステリシス等)が含まれている。時刻nにおいて電流測定値に含まれる誤差(電流測定誤差)をΔI(n)とすると、真の電流値It(n)は式(6)のように示される。
そして、制限値設定部44は、式(11)を用いて得られる充電率演算誤差の最大値および最小値に、それぞれ、電圧起因推定充電率の信頼係数を乗算して、式(1)の右辺第3項に示される差分の許容値の上限「ΔSOC(max)(n)」、および、式(3)の右辺第3項に示される差分の許容値の下限「ΔSOC(min)(n)」を求める。この電圧起因推定充電率の信頼係数について、次に説明する。
そこで、制限値設定部44は、電圧起因推定充電率の信頼係数を設定するに際して、まず、推定開放電圧値の変化に対する電圧起因推定充電率の変化の割合を取得する。
そして、電圧起因推定充電率取得部32は、推定開放電圧演算部31からの推定開放電圧値に該当する区分に対応付けられた充電率分解能を読み出す。
式(15)の右辺では、この充電率演算誤差の最大値に、電圧起因推定充電率の信頼係数が乗算されている。この電圧起因推定充電率の信頼係数の値は、充電率分解能の基準値と、電圧起因推定充電率取得部32が取得した充電率分解能の逆数とを乗算した値となっている。
従って、ΔSOC(max)(n)の値は、充電率演算誤差の最大値が大きいほど大きい値となり、また、電圧起因推定充電率取得部32が取得した充電率分解能の値が小さいほど(すなわち、充電率分解能がよいほど)大きい値となる。
そして、ΔSOC(min)(n)の値は、充電率演算誤差の最小値が小さいほど小さい値となり、また、電圧起因推定充電率取得部32が取得した充電率分解能の値が小さいほど(すなわち、充電率分解能がよいほど)小さい値となる。
一方、電圧起因推定充電率の分解能がよい場合、制限値設定部44は、充電率上限値や充電率下限値による制限を緩やかにする。これにより、充電率分解能が悪い領域(すなわち、推定開放電圧値の変化に対する電圧起因推定充電率の変化の割合が大きい領域)を通過して、電圧起因推定充電率の値が回復した(誤差の大きさが小さくなった)際に、充電率選択部51が選択する充電率の値を、より速やかに回復させることができる。
例えば、制限値設定部44が、充電率下限値のみを設定する場合、充電率選択部51が選択する充電率の、真の充電率からの、小さい値側への乖離の程度(すなわち誤差の大きさ)を低減させることができる。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
11 温度センサ
12 電圧センサ
13 電流センサ
20 電池インピーダンスモデル部
21 推定インピーダンス管理部
22 推定インピーダンス電圧演算部
31 推定開放電圧演算部
32 電圧起因推定充電率取得部
41 誤差設定部
42 電池容量取得部
43 演算周期通知部
44 制限値設定部
51 充電率選択部
52 演算結果送信部
Claims (2)
- 二次電池の推定開放電圧値に基づいて求められる充電率である電圧起因推定充電率を取得する電圧起因推定充電率取得部と、
前記二次電池の実測電流値と、前記実測電流値に含まれ得る誤差と、前記電圧起因推定充電率に含まれ得る誤差とに基づいて、充電率上限値または充電率下限値の少なくとも一方を設定する制限値設定部と、
前記電圧起因推定充電率取得部が取得した前記電圧起因推定充電率が、前記制限値設定部が設定した範囲内にある場合、当該電圧起因推定充電率を充電率演算結果として選択し、前記電圧起因推定充電率取得部が取得した前記電圧起因推定充電率が、前記制限値設定部が設定した範囲内にない場合、前記制限値設定部が充電率上限値を設定しており、かつ、前記電圧起因推定充電率が、当該充電率上限値より大きいときは、当該充電率上限値を充電率演算結果として選択し、前記制限値設定部が充電率下限値を設定しており、かつ、前記電圧起因推定充電率が、当該充電率下限値より小さいときは、当該充電率下限値を充電率演算結果として選択する充電率選択部と、
を具備し、
前記制限値設定部は、前記充電率上限値を設定する場合、前記推定開放電圧値の変化に対する前記電圧起因推定充電率の変化の割合が小さいほど、前記充電率上限値を大きく設定し、前記充電率下限値を設定する場合、前記推定開放電圧値の変化に対する前記電圧起因推定充電率の変化の割合が小さいほど、前記充電率下限値を小さく設定することを特徴とする充電率演算システム。 - 充放電演算システムの充放電演算方法であって、
二次電池の推定開放電圧値に基づいて求められる充電率である電圧起因推定充電率を取得する電圧起因推定充電率取得ステップと、
前記二次電池の実測電流値と、前記実測電流値に含まれ得る誤差と、前記電圧起因推定充電率に含まれ得る誤差とに基づいて、充電率上限値または充電率下限値の少なくとも一方を設定する制限値設定ステップと、
前記電圧起因推定充電率取得ステップにて取得した前記電圧起因推定充電率が、前記制限値設定ステップにて設定した範囲内にある場合、当該電圧起因推定充電率を充電率演算結果として選択し、前記電圧起因推定充電率取得ステップにて取得した前記電圧起因推定充電率が、前記制限値設定ステップにて設定した範囲内にない場合、前記制限値設定ステップにて充電率上限値を設定しており、かつ、前記電圧起因推定充電率が、当該充電率上限値より大きいときは、当該充電率上限値を充電率演算結果として選択し、前記制限値設定ステップにて充電率下限値を設定しており、かつ、前記電圧起因推定充電率が、当該充電率下限値より小さいときは、当該充電率下限値を充電率演算結果として選択する充電率選択ステップと、
を具備し、
前記制限値設定ステップでは、前記充電率上限値を設定する場合、前記推定開放電圧値の変化に対する前記電圧起因推定充電率の変化の割合が小さいほど、前記充電率上限値を大きく設定し、前記充電率下限値を設定する場合、前記推定開放電圧値の変化に対する前記電圧起因推定充電率の変化の割合が小さいほど、前記充電率下限値を小さく設定することを特徴とする充電率演算方法。
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