JP5879016B2

JP5879016B2 - 高電圧バッテリー充電模擬システム及びそれを使用した充電模擬方法

Info

Publication number: JP5879016B2
Application number: JP2013152532A
Authority: JP
Inventors: 顯光周; 鴻熙林; ▲聖▼▲樺▼ 陳; 凱▲評▼ ▲許▼
Original assignee: 財團法人船舶▲曁▼▲海▼洋▲産▼▲業▼研發中心
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: JP2015021925A

Description

本発明はバッテリー充電模擬システムに関し、特に、高電圧のバッテリーに用いるバッテリー充電模擬システム及びそれを使用した充電模擬方法に関する。

従来の技術において、充電ステーション、マルチパーティ通信装置等の充電周辺設備装置のテスト方法は、充電フローと通信フローを分けて測定するものであるため、実際の充電過程における充電ステーションとマルチパーティ通信装置の同時動作状況を検出することができない。これは後に使用上予期せぬエラーの発生を引き起こす可能性がある。テスト過程において、バッテリーパックと接続して周辺設備の動作状態をテストする必要があるが、周辺設備にエラーや不安定な状態が出現する可能性があるため、実際のバッテリーパックでテストすると、バッテリーパックの過熱や破損、さらには爆発が発生する危険がある。このため、バッテリーの実際の動作を模擬できるバッテリー模擬装置で周辺設備の測定を補助することが非常に重要である。

特許文献１に開示された技術では、先に各バッテリーの特性データをバッテリー模擬装置に入力する必要があり、バッテリー模擬装置がバッテリー特性データに基づいて必要な変化を実行するが、この方法はバッテリー特性データをあらかじめ入力するのに時間がかかるだけでなく、バッテリー模擬装置が充電過程中のバッテリーパックの実際の特性変化を模擬することができないため、実際のバッテリーパックの充電状況に厳密に近づけることができない。また、特許文献２に開示された技術は、電位の差異を利用してバッテリーの要充電または破損開路の状況を模擬するものであるが、その模擬方法も充電過程中のバッテリーパックの実際の特性変化を模擬することができないため、実際のバッテリーパックの充電状況に近づけることができない。

中華民国特許第１２６２３８２号明細書米国特許第７７６４０６６号明細書

本発明の目的は、高電圧バッテリー充電模擬システム及びそれを使用した充電模擬方法を提供することにある。

本発明の高電圧バッテリー充電模擬システムは、模擬高電圧バッテリーパック、模擬高電圧バッテリー管理システム、マルチパーティ通信装置、充電ステーションを含む。模擬高電圧バッテリー管理システムは、模擬高電圧バッテリーパックの電圧値を即時に計算して更新し、その電圧値が充電フローに伴って変化して、模擬高電圧バッテリーパックが実際のバッテリーパックの充電時の特性変化を模擬することができる。それによりマルチパーティ通信装置及び充電ステーションの実際の充電時における通信及び充電の機能を測定することができる。

高電圧バッテリー充電模擬システムの模擬工程は次のとおりである。模擬高電圧バッテリー管理システムが先に模擬高電圧バッテリーパックの電圧初期値を設定する。そして現在の電圧及び現在の充電電流のデータをマルチパーティ通信装置に送信する。マルチパーティ通信装置は受信したデータに基づき演算した充電ニーズを充電ステーションが使用する言語に変換し、充電ステーションに送信する。充電ステーションは充電ニーズと実際に模擬高電圧バッテリーパックが必要とするニーズが同じであることを確認した後、充電を開始する。前記模擬高電圧バッテリー管理システムは充電フローの開始に伴い、模擬高電圧バッテリーパックの電圧値の計算と更新を継続し、模擬高電圧バッテリーパックの電圧値が充電電圧と同じになると充電フローを終了する。

本発明の利点は、操作が便利で、実際のバッテリーの充電過程中の特性変化を効果的に模擬できるシステム及び動作工程を提供することである。マルチパーティ通信装置や充電ステーションなどの周辺設備を測定するとき、高電圧バッテリー充電模擬システムを使用すれば周辺設備の実際の充電時の機能をすぐに知り、修理することができる。直接実際のバッテリーパックで周辺設備を測定することを回避し、周辺設備内部の不安定さやエラーによってバッテリーパックの充電過程において過熱や破損、さらには爆発が発生することを予防できる。したがって測定時の安全性を大幅に高め、コストの損失を効果的に減少することができる。かつ、模擬高電圧バッテリー管理システムは工業用コンピュータ、組み込みコンピュータ等の制御と表示機能を備えた制御装置とすることができる。簡単な設定を通してバッテリーパックが異なる状態における充電状況を模擬できるため、システム使用上の利便性が高まる。

本発明のシステムを示すブロック図である。本発明の模擬工程を示すフローチャートである。

図１に示すように、本発明の高電圧バッテリー充電模擬システムは、模擬高電圧バッテリーパック１、模擬高電圧バッテリー管理システム２、マルチパーティ通信装置３、充電ステーション４を含む。

模擬高電圧バッテリーパック１は、直流負荷装置１１とスーパーキャパシタ１２を含み、直流負荷装置１１は模擬高電圧バッテリーパック１の現在の電圧Ｖ１を模擬するために用いられ、かつ直流負荷装置１１は充電フローの開始時、充電ステーション４が出力する充電電圧Ｖ３を消耗するために用いられ、充電ステーション４が実際のバッテリーパックに対して充電するために充電電量を消耗する状況を模擬する。スーパーキャパシタ１２は、正極及び負極でそれぞれ直流負荷装置１１の正極及び負極に接続するように直流負荷装置１１上に接続され、模擬高電圧バッテリーパック１の現在の開回路電圧Ｖ２を模擬するために用いられ、充電ステーション４が充電過程中も現在の開回路電圧Ｖ２を測定することができ、かつ同時にスーパーキャパシタ１２に対して充電を行うため、現在の開回路電圧Ｖ２は充電フローに伴って増加でき、充電ステーション４が実際のバッテリーパックに接続された状況を模擬し、充電ステーション４に充電フローを継続させることができる。スーパーキャパシタ１２に必要な容量（Ｃ）の計算方式は次のとおりである。

Ｖ_workは動作開始電圧、は動作停止電圧、Ｉは動作電流、Ｔは動作時間であり、使用者はニーズと上の式の計算に基づき必要なスーパーキャパシタ１２の容量（Ｃ）を選択し、スーパーキャパシタ１２を充電して現在の開回路電圧Ｖ２を具備させた後、充電フローを開始することができる。

この模擬高電圧バッテリー管理システム２は工業用コンピュータ、組み込みコンピュータ等の制御と表示機能を備えた制御装置とすることができ、前記直流負荷装置１１に接続され、測定された充電電流に基づき実際のバッテリーパックの充電特性を組み合わせ、現在の電圧Ｖ１をすぐに計算して更新し、実際のバッテリーパック充電時の特性変化を模擬するために用いられる。その計算方法は次のとおりである。

まず蓄積電荷を計算する。

Ｉ（ｔ）は充電電流、ｔは時間変数である。

計算で得た蓄積電荷Ａｈに基づき模擬高電圧バッテリーパック１の充電残量（Ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）を計算する。
ＳＯＣ＝（蓄積電荷Ａｈ／バッテリー容量Ａｈ）＊１００％

模擬高電圧バッテリーパック１の現在の開回路電圧（Ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ、ＯＣＶ）と模擬高電圧バッテリーパック１の充電残量は関数関係を成し、模擬高電圧バッテリーパック１のインピーダンス（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値も模擬高電圧バッテリーパック１の充電残量と関数関係を成すため、模擬高電圧バッテリーパック１の次の状態の現在の電圧Ｖ１は次のようになる。
Ｖ１＝ＯＣＶ（ＳＯＣ）＋Ｉ（ｔ）＊Ｒ（ＳＯＣ）

模擬高電圧バッテリー管理システム２はマルチパーティ通信装置３に接続され、計算で得られた現在の電圧Ｖ１及び測定された充電電流をマルチパーティ通信装置３にすぐに送信して、マルチパーティ通信装置３が受信した内容に照らして必要な充電電圧及び充電電流を選定できるか否かをテストし、かつそれを充電ステーション４が使用できる言語に変換した後充電ステーション４に送信して充電を行うために用いられる。

このシステムは充電ステーション４の機能をテストするために用いることができ、充電ステーション４はＣＨＡｄｅＭＯ、米国自動車技術者協会（ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｓ、ＳＡＥ）、国際電気標準化会議（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ、ＩＥＣ）、中華人民共和国国家標準（ＧＢ）等の直流高速充電システムの規格を満たす直流高速充電ステーションとしてもよく、充電プラグとマルチパーティ通信装置３を接続し、マルチパーティ通信装置３が充電ステーション４に充電のニーズを送信すると、充電ステーション４がまずマルチパーティ通信装置３からその充電ニーズが現在の模擬高電圧バッテリーパック１の状態、例えば、現在の開回路電圧Ｖ２に適合しているか否かを確認し、現在の模擬高電圧バッテリーパック１の状態が充電ニーズに適合していると確認すると、充電ステーション４が充電を継続して行う。

充電状態の過程において、現在の電圧Ｖ１は現在の開回路電圧Ｖ２に等しい、またはそれ以上に、かつ充電電圧Ｖ３より低く設定する必要があり、これは、直流負荷装置１１がスーパーキャパシタ１２の現在の開回路電圧Ｖ２を消耗しないようにして、直流負荷装置１１が充電過程に充電ステーション４の出力する充電電圧Ｖ３のみを消耗し、充電ステーション４が実際のバッテリーに対して充電するとき、実際のバッテリーが充電ステーション４の充電電圧Ｖ３を消耗する状況を模擬するためである。現在の電圧Ｖ１と現在の開回路電圧Ｖ２が充電電圧Ｖ３に等しくなるまで高められると、模擬高電圧バッテリーパック１の充電が完了したことになり、充電フローを終了することができる。

図２に本発明の運用工程のフローチャートを示す。その工程は次のとおりである。
ａ．スーパーキャパシタ１２を独立した状態で充電し、現在の開回路電圧Ｖ２を模擬するまで充電してから、直流負荷装置１１と並列接続する。
直流負荷装置１１は現在の電圧Ｖ１を模擬するために用いられる。
ｂ．模擬高電圧バッテリー管理システム２が現在の電圧Ｖ１の初期値を設定する。
模擬高電圧バッテリー管理システム２は測定された充電電流に基づき実際のバッテリーパックの充電特性を組み合わせ、直流負荷装置１１の現在の電圧Ｖ１を計算して更新する。
ｃ.模擬高電圧バッテリー管理システム２が現在の電圧Ｖ１及び現在の充電電流をマルチパーティ通信装置３に送信する。
ｄ．マルチパーティ通信装置３が受信した現在の電圧Ｖ１及び充電電流に基づき必要な充電電圧Ｖ３及び充電電流を決定する。
ｅ．マルチパーティ通信装置３が充電電圧Ｖ３及び充電電流を充電ステーション４が使用する言語に変換し、充電ステーション４に送信する。
充電ステーション４はＣＨＡｄｅＭＯ、米国自動車技術者協会（ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｓ、ＳＡＥ）、国際電気標準化会議（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ、ＩＥＣ）、中華人民共和国国家標準（ＧＢ）等の規格を満たす直流高速充電ステーションとすることができる。
ｆ．充電電圧Ｖ３及び充電電流が正確であることを充電ステーション４が確認した後、充電を開始する。
充電ステーション４はまずマルチパーティ通信装置３からその充電ニーズが現在の模擬高電圧バッテリーパック１の状態に適合するかを確認する。
ｇ．模擬高電圧バッテリー管理システム２が充電フローの開始に伴い、現在の電圧Ｖ１の計算と更新を継続し、かつ測定された充電電流及び現在の電圧Ｖ１をマルチパーティ通信装置３に送信する。
ｈ．現在の電圧Ｖ１及び現在の開回路電圧Ｖ２と充電電圧Ｖ３が同じになると、充電フローを終了する。

以上の説明は、本発明の最良の実施例に基づくものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、本特許出願の特許請求の範囲及び明細書の内容に基づいた同等な同等の効果を有する変形や修正はすべて本発明の技術的範囲に含まれる。

１模擬高電圧バッテリーパック
２模擬高電圧バッテリー管理システム
３マルチパーティ通信装置
４充電ステーション
１１直流負荷装置
１２スーパーキャパシタ

Claims

直流負荷装置とスーパーキャパシタを含み、前記スーパーキャパシタは、正極及び負極でそれぞれ前記直流負荷装置の正極及び負極に接続するよう構成された、模擬高電圧バッテリーパックと、
前記直流負荷装置に接続された模擬高電圧バッテリー管理システムと、
前記模擬高電圧バッテリー管理システムから、前記模擬高電圧バッテリー管理システムが送信する前記模擬高電圧バッテリーパックが必要とする充電電圧と充電電流に関する情報を受信するために用いられるマルチパーティ通信装置と、
前記マルチパーティ通信装置に接続され、前記模擬高電圧バッテリーパックを充電するために用いられ、前記充電電圧及び前記充電電流を提供するために用いられる充電ステーションと、
を含む高電圧バッテリー充電模擬システム。
前記直流負荷装置が、前記模擬高電圧バッテリーパック管理システムが設定した前記模擬高電圧バッテリーパックの現在の電圧を模擬する、充電した前記スーパーキャパシタが、前記模擬高電圧バッテリーパックの現在の開回路電圧を模擬するために用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載の高電圧バッテリー充電模擬システム。
前記充電ステーションが、ＣＨＡｄｅＭＯ、米国自動車技術者協会（ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｓ、ＳＡＥ）又は国際電気標準化会議（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ、ＩＥＣ）又は中華人民共和国国家標準（ＧＢ）の直流高速充電システム規格を満たす直流高速充電ステーションとすることができる、ことを特徴とする請求項１に記載の高電圧バッテリー充電模擬システム。
前記模擬高電圧バッテリー管理システムが、工業用コンピュータ、組み込みコンピュータ等の制御及び表示機能を備えた制御装置とすることができる、ことを特徴とする請求項１に記載の高電圧バッテリー充電模擬システム。
前記模擬高電圧バッテリー管理システムが、前記現在の電圧を設定するために用いられ、かつ設定した前記現在の電圧及び現在測定された前記充電電流を前記マルチパーティ通信装置に送信する、ことを特徴とする請求項２に記載の高電圧バッテリー充電模擬システム。
前記模擬高電圧バッテリー管理システムが前記直流負荷装置を設定し、前記模擬高電圧バッテリーパックの前記現在の電圧の初期値の計算公式が、ＯＣＶ（ＳＯＣ）＋Ｉ（ｔ）＊Ｒ（ＳＯＣ）であり、そのうち、ＯＣＶが前記模擬高電圧バッテリーパックの前記現在の開回路電圧（Ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ、ＯＣＶ）であり、Ｒが前記模擬高電圧バッテリーパックのインピーダンス（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値であり、いずれも前記模擬高電圧バッテリーパックの充電残量（Ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）と関数関係を成し、Ｉ（ｔ）が前記充電電流であり、ｔが時間変数である、ことを特徴とする請求項５に記載の高電圧バッテリー充電模擬システム。
前記現在の電圧の設定が、前記充電電圧より小さく、かつ前記現在の開回路電圧と等しい、またはそれより大きいときが充電状態である、ことを特徴とする請求項５に記載の高電圧バッテリー充電模擬システム。
前記現在の電圧及び前記現在の開回路電圧が前記充電電圧と同じまで高められたときが満充電状態であることを特徴とする、請求項５に記載の高電圧バッテリー充電模擬システム。
高電圧バッテリー充電模擬システムを使用した模擬方法であって、
ａ．スーパーキャパシタを独立した状態で充電し、前記模擬高電圧バッテリーパックの現在の開回路電圧を模擬するまで充電してから、直流負荷装置と並列接続する工程と、
ｂ．模擬高電圧バッテリー管理システムが前記直流負荷装置を設定し、前記模擬高電圧バッテリーパックの現在の電圧の初期値を設定する工程と、
ｃ．前記模擬高電圧バッテリー管理システムが前記現在の電圧及び前記直流負荷装置に流れた現在の充電電流をマルチパーティ通信装置に送信する工程と、
ｄ．前記マルチパーティ通信装置が受信した前記現在の電圧及び前記充電電流に基づき必要な充電電圧及び前記充電電流を決定する工程と、
ｅ．前記マルチパーティ通信装置が前記充電電圧及び前記充電電流を充電ステーションが使用する言語に変換し、前記充電ステーションに送信する工程と、
ｆ．前記充電電圧及び前記充電電流が正確であることを前記充電ステーションが確認した後、充電を開始する工程と、
ｇ．前記模擬高電圧バッテリー管理システムが充電フローの開始に伴い、前記現在の電圧の計算と更新を継続し、かつ測定された前記充電電流及び前記現在の電圧を前記マルチパーティ通信装置に送信する工程と、
ｈ．前記現在の電圧及び前記現在の開回路電圧と前記充電電圧が同じになると、充電フローを終了する工程と
を含む高電圧バッテリー充電模擬システムを使用した充電模擬方法。
前記現在の電圧の初期値の計算公式が、ＯＣＶ（ＳＯＣ）＋Ｉ（ｔ）＊Ｒ（ＳＯＣ）であり、そのうち、ＯＣＶが前記模擬高電圧バッテリーパックの前記現在の開回路電圧（Ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ、ＯＣＶ）であり、Ｒが前記模擬高電圧バッテリーパックのインピーダンス（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値であり、いずれも前記模擬高電圧バッテリーパックの充電残量（Ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ、ＳＯＣ）と関数関係を成し、Ｉ（ｔ）が前記充電電流であり、ｔが時間変数である、ことを特徴とする、請求項９に記載の高電圧バッテリー充電模擬システムを使用した充電模擬方法。
前記現在の電圧の設定が、前記充電電圧より小さく、かつ前記現在の開回路電圧と等しい、またはそれより大きいときが充電状態である、ことを特徴とする請求項９に記載の高電圧バッテリー充電模擬システムを使用した充電模擬方法。
前記現在の電圧及び前記現在の開回路電圧が前記充電電圧と同じまで高められたときが満充電状態である、ことを特徴とする請求項９に記載の高電圧バッテリー充電模擬システムを使用した充電模擬方法。
前記工程ａの前記直流負荷装置が、前記現在の電圧の模擬に用いられることを特徴とする、請求項９に記載の高電圧バッテリー充電模擬システムを使用した充電模擬方法。
前記工程ｂの前記模擬高電圧バッテリー管理システムが、工業用コンピュータ、組み込みコンピュータ等の制御及び表示機能を備えた制御装置とすることができることを特徴とする、請求項９に記載の高電圧バッテリー充電模擬システムを使用した充電模擬方法。
工程ｅの前記充電ステーションが、ＣＨＡｄｅＭＯ、米国自動車技術者協会（ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｓ、ＳＡＥ）又は国際電気標準化会議（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ、ＩＥＣ）又は中華人民共和国国家標準（ＧＢ）の直流高速充電システム規格を満たす直流高速充電ステーションとすることができる、ことを特徴とする請求項９に記載の高電圧バッテリー充電模擬システムを使用した充電模擬方法。