JP6198352B2 - Secondary battery control device - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池制御装置に関する。 The present invention relates to a secondary battery control device.
電気自動車、ハイブリッド自動車又は燃料電池自動車に用いられている二次電池に対する充放電を効率良く行うために、二次電池の内部状態を推定し、推定結果に基づいた制御が行われている（特許文献１）。 In order to efficiently charge and discharge a secondary battery used in an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a fuel cell vehicle, an internal state of the secondary battery is estimated, and control based on the estimation result is performed (patent) Reference 1).
特許文献１に記載の技術では二次電池の内部状態を推定する際に複数のモデルに基づいた複雑な演算が行われており、二次電池の制御に高い演算能力が要求される。また、二次電池の電力を動力源に用いる車両では、モータの駆動又は回生ブレーキによる充放電が頻繁に行われるため、充放電が行われる都度の推定には更に高い演算能力が要求される。 In the technique described in Patent Document 1, complicated calculation based on a plurality of models is performed when estimating the internal state of the secondary battery, and high calculation capability is required for controlling the secondary battery. Further, in a vehicle that uses the power of the secondary battery as a power source, charging / discharging by driving of a motor or regenerative braking is frequently performed, and thus higher calculation capability is required for estimation each time charging / discharging is performed.
しかし、車両に搭載されるマイクロコントローラ、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）に高い演算能力を有するプロセッサ又は演算回路を用いることはコストなどの観点から難しいという問題がある。 However, there is a problem that it is difficult to use a processor or a calculation circuit having high calculation capability for a microcontroller mounted on a vehicle, for example, an ECU (Electronic Control Unit), from the viewpoint of cost.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、二次電池の制御に要する演算量を削減しつつ二次電池の効率的な利用を可能にする二次電池制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a secondary battery control device that enables efficient use of a secondary battery while reducing the amount of computation required for controlling the secondary battery. To do.
上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、二次電池（例えば実施形態における二次電池２）を流れる電流値、前記二次電池の電圧値及び前記二次電池の温度に基づいて、前記二次電池の内部状態及び充電率を推定する電池状態推定部（例えば実施形態における電池状態推定部７２）と、前記電池状態推定部により推定される前記二次電池の内部状態に基づいて、前記二次電池の充電又は放電が行われた時間を示す動的充放電時間を算出する動的充放電時間算出部（例えば実施形態における動的充放電時間算出部７３）と、前記二次電池の充電率と前記二次電池の温度との組み合わせごとに前記二次電池の入出力電力が対応付けられた電力テーブルを所定の動的充放電時間ごとに記憶する記憶部（例えば実施形態における記憶部７４）と、前記電池状態推定部により推定される前記二次電池の充電率と、前記充放電時間算出部により算出される動的充放電時間と、前記記憶部における複数の電力テーブルと、前記二次電池の温度とに基づいて、前記二次電池に入出力する電力の上限値を決定する電力決定部（例えば実施形態における許可電力決定部７５）と、を備える。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is based on a current value flowing through a secondary battery (for example, the
請求項２に記載した発明では、前記動的充放電時間算出部は、前記電池状態推定部により推定される前記二次電池の内部状態から前記二次電池の分極電圧を算出し、前記二次電池の仕様に応じて定められた電流値と前記内部状態と前記分極電圧とを用いて動的充放電時間を算出する。
In the invention described in
請求項３に記載した発明では、前記動的充放電時間算出部は、前記電池状態推定部により推定される前記二次電池の内部状態から前記二次電池の分極電圧を算出し、前記二次電池の仕様に応じて定められた電力値と前記内部状態と前記分極電圧とを用いて動的充放電時間を算出する。
In the invention described in
請求項４に記載した発明では、前記動的充放電時間算出部は、前記電池状態推定部により推定される前記二次電池の内部状態から前記二次電池の分極電圧を算出し、前記二次電池の仕様に応じて定められた電圧値と前記内部状態と前記分極電圧とを用いて動的充放電時間を算出する。 In the invention described in claim 4, the dynamic charge / discharge time calculation unit calculates a polarization voltage of the secondary battery from an internal state of the secondary battery estimated by the battery state estimation unit, and the secondary battery A dynamic charge / discharge time is calculated using a voltage value determined according to battery specifications, the internal state, and the polarization voltage.
請求項５に記載した発明では、前記記憶部に記憶される電力テーブルには、前記二次電池を使用する際に予測される最も長い動的充放電時間の電力テーブルが含まれる。 In the invention described in claim 5, the power table stored in the storage unit includes a power table of the longest dynamic charge / discharge time predicted when the secondary battery is used.
請求項１に記載した発明によれば、二次電池の内部状態を推定し、二次電池２の内部状態に基づいて算出される動的充放電時間を用いて、二次電池に対する入出力電力を定めている。動的充放電時間は、二次電池の使用状況に応じて時々刻々と変化する分極を考慮して得られる値であり、この値を用いて入出力電力を決定することにより、二次電池の状態に即した入出力電力を得ることができ、二次電池を効率的に利用できる。また、二次電池の内部状態を推定し、動的充放電時間と推定した内部状態とから二次電池の入出力電力を決定することにより、演算量を増加させずに入出力電力の精度を向上させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the internal state of the secondary battery is estimated, and the dynamic charge / discharge time calculated based on the internal state of the
請求項２に記載した発明によれば、二次電池の仕様に応じて定められた電流値と、二次電池における内部状態及び分極電圧とから動的充放電時間を算出することにより、演算量の増加を抑えることができる。また、二次電池の利用状況に応じて大きく逐次変化する電流値を考慮せずとも、動的充放電時間を算出することができ、演算量の増加を抑えることができる。
According to the invention described in
請求項３に記載した発明によれば、二次電池の仕様に応じて定められた電力値と、二次電池における内部状態及び分極電圧とから動的充放電時間を算出することにより、演算量の増加を抑えることができる。また、二次電池の利用状況に応じて大きく逐次変化する電力値を考慮せずとも、動的充放電時間を算出することができ、演算量の増加を抑えることができる。
According to the invention described in
請求項４に記載した発明によれば、二次電池の仕様に応じて定められた電圧値と、二次電池における内部状態及び分極電圧とから動的充放電時間を算出することにより、演算量の増加を抑えることができる。また、二次電池の利用状況に応じて大きく逐次変化する電圧値を考慮せずとも、動的充放電時間を算出することができ、演算量の増加を抑えることができる。 According to the invention described in claim 4, by calculating the dynamic charge / discharge time from the voltage value determined according to the specification of the secondary battery and the internal state and polarization voltage in the secondary battery, Can be suppressed. In addition, the dynamic charge / discharge time can be calculated without considering the voltage value that changes greatly in accordance with the usage status of the secondary battery, and the increase in the amount of calculation can be suppressed.
請求項５に記載した発明によれば、二次電池が使用される状況において最も厳しいと予測される利用状況における動的充放電時間に対応する電力テーブルを用いることにより、二次電池の利用状況に適した入出力電力を得ることができ、二次電池を効率的に利用できる。 According to the fifth aspect of the present invention, by using the power table corresponding to the dynamic charge / discharge time in the usage situation predicted to be the most severe in the situation where the secondary battery is used, the usage situation of the secondary battery Input / output power suitable for the battery can be obtained, and the secondary battery can be used efficiently.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について、電気自動車を例にして説明する。本実施形態では、モータを駆動源とする電気自動車を例示するが、内燃機関とモータとを備えるハイブリッド電気自動車などの他の形態の電気自動車にも適用できる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with an electric vehicle as an example with reference to the drawings. In the present embodiment, an electric vehicle using a motor as a drive source is illustrated, but the present invention can also be applied to other forms of electric vehicles such as a hybrid electric vehicle including an internal combustion engine and a motor.
図１は、本実施形態における電気自動車１の構成例を示すブロック図である。電気自動車１は、二次電池２と、バッテリコントローラ３と、インバータ４と、温度センサ５と、電流計６と、バッテリＥＣＵ７と、車両ＥＣＵ８と、モータ１０と、タイヤ１１とを備える。電気自動車１は、二次電池２に蓄えられる電力をモータ１０に供給して得られる動力をタイヤ１１に伝達して走行する。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an electric vehicle 1 according to the present embodiment. The electric vehicle 1 includes a
二次電池２は、直列に接続された複数の二次電池セルを備える。バッテリコントローラ３は、二次電池２の端子間における電圧と、二次電池２内部の二次電池セルそれぞれの電圧とを測定する。バッテリコントローラ３は、測定した二次電池２の端子間電圧及び各二次電池セルの電圧を示す電圧情報をバッテリＥＣＵ７へ出力する。また、バッテリコントローラ３は、バッテリＥＣＵ７から入力する制御情報に基づいて、二次電池２内部の二次電池セルそれぞれの電圧を均等化させる制御を二次電池２に対して行う。二次電池セルの電圧の均等化は、例えば二次電池セルごとに設けられた回路を用いて他の二次電池セルよりも電圧が高い二次電池セルに蓄えられた電力を放電させることにより行われる。制御情報は、例えば二次電池２内部の複数の二次電池セルのうち電力を放電させる二次電池セルと当該二次電池セルの放電時間との組み合わせを含む情報である。
The
インバータ４は、車両ＥＣＵ８から入力される動作指令に基づいて、二次電池２から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、変換により得られた三相交流電力をモータ１０へ供給する。また、インバータ４は、車両ＥＣＵ８から入力される動作指令に基づいて、モータ１０において生じる三相交流電力を直流電力に変換し、変換により得られた直流電力を二次電池２へ供給する。すなわち、インバータ４は、車両ＥＣＵ８の制御に基づいて、二次電池２に蓄えられた電力でモータ１０を駆動する駆動動作と、モータ１０において生じる電力を二次電池２へ蓄える回生動作とを行う。動作指令は、例えばインバータ４に対するＰＷＭ制御に用いられる信号であってインバータ４に設けられている各スイッチング素子のオン／オフを切り替えるタイミングを示す信号である。
The inverter 4 converts DC power supplied from the
温度センサ５は、二次電池２の電池温度を測定し、測定結果を示す温度情報をバッテリＥＣＵ７へ出力する。なお、温度センサ５は、二次電池２に複数設けられていてもよい。複数の温度センサ５が二次電池２に設けられている場合、各温度センサ５で測定された温度それぞれを示す温度情報がバッテリＥＣＵ７へ出力される。
The temperature sensor 5 measures the battery temperature of the
電流計６は、二次電池２とインバータ４との間を流れる電流の電流値を計測し、計測結果を示す電流情報をバッテリＥＣＵ７へ出力する。電流情報は、例えば二次電池２が放電しているときに負の値を示し、二次電池２が充電しているときに正の値を示す。なお、電流情報における電流値の正負は逆であってもよい。
The ammeter 6 measures the current value of the current flowing between the
バッテリＥＣＵ７は、均等化制御部７１と、電池状態推定部７２と、動的充放電時間算出部７３と、記憶部７４と、許可電力決定部７５とを備える。
The battery ECU 7 includes an
均等化制御部７１は、バッテリコントローラ３から出力される電圧情報に基づいて、二次電池２内部の二次電池セル間の電圧差が予め定められた許容電圧差以下にさせる制御情報を生成する。均等化制御部７１は、最も電圧が低い二次電池セル（以下「低電圧セル」という。）の電圧より電圧が一定値以上高い電圧の二次電池セル（以下「高電圧セル」という。）の有無を判定する。均等化制御部７１は、高電圧セルがある場合、高電圧セルの電圧と低電圧セルの電圧との電圧差を、許容電圧差以下にさせるために高電圧セルごとに放電時間を算出する。放電時間は、二次電池セルごとに備えられた回路の抵抗器の抵抗値に基づいて算出される。
The
電池状態推定部７２は、バッテリコントローラ３から出力される電圧情報と、温度センサ５から出力される温度情報と、電流計６から出力される電流情報とそれぞれの時系列に基づいて、二次電池２の内部状態を推定する。電池状態推定部７２は、推定により得られた二次電池２の内部状態を示す状態情報を、動的充放電時間算出部７３と許可電力決定部７５とへ出力する。電池状態推定部７２は、二次電池２をモデル化した電池モデルにおける電圧、温度及び電流と、二次電池２における電圧、温度及び電流との差をカルマン・フィルタなどの適応フィルタを用いて小さくするように電池モデルの内部パラメータを逐次推定する。適応フィルタを用いた推定には、例えば電気自動車１を実際に走行させた際に得られた電流値やＣＣＶ（Close Circuit Voltage：閉路電圧）を用いてフィルタ係数を定めたフィルタや、公知の技術が用いられる。また、電池モデルには、例えば等価回路モデルが用いられる。
The battery
図２は、本実施形態において用いる等価回路モデルの一例を示す回路図である。図２に示す等価回路は、二次電池２をモデル化した電池モデルを示す等価回路である。抵抗Ｒ０、Ｒ１とコンデンサＣ１とは、分極により生じる電圧降下（分極電圧）における内部抵抗をモデル化した回路であり、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とで定まる時定数を有する。ここでは、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開路電圧）は二次電池２に負荷Ｒ（インバータ４、モータ１０）がない状態での端子間電圧であり、ＣＣＶは二次電池２に負荷Ｒがある状態での端子間電圧である。二次電池２をモデル化した回路は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とを並列に接続した並列回路と抵抗Ｒ０とが、負荷Ｒに直列に接続された回路である。抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との並列回路における電圧降下をＶＣとし、抵抗Ｒ０における電圧降下をＩＲ０としている。また、抵抗Ｒ１に流れる電流をｉＲとし、コンデンサＣ１に流れる電流をｉＣとしている。なお、時定数を与える要素として、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とからなる並列回路に加えて、抵抗ＲｎとコンデンサＣｎ（ｎ＝２，３，…）とを並列に接続した並列回路を、抵抗Ｒ０に対して更に直列に接続した回路を電池モデルとして用いてもよい。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an equivalent circuit model used in the present embodiment. The equivalent circuit shown in FIG. 2 is an equivalent circuit showing a battery model obtained by modeling the
電池状態推定部７２が出力する状態情報には、抵抗Ｒ０、Ｒ１の抵抗値と、コンデンサＣ１の静電容量と、二次電池２のＳＯＣ（State of Charge：充電率）と、ＯＣＶとが含まれる。
The state information output by the battery
図１に戻り、本実施形態における説明を続ける。動的充放電時間算出部７３は、オフボードで計測された二次電池２の充放電時間と内部状態との関係に基づいて、状態情報を用いて動的充放電時間を算出する。動的充放電時間は、所定の条件下において二次電池２の充電又は放電が行われた時間の推定値であって二次電池２の内部状態を反映した時間である。オフボードにおける計測とは、例えば測定器などにおいて二次電池２に対して所定時間の充電又は放電を行ったときの内部状態を示すパラメータを測定することである。内部状態を示すパラメータには、電池モデルにおいて用いられる抵抗Ｒ０、Ｒ１とコンデンサＣ１と二次電池のＯＣＶなどのパラメータが含まれる。
Returning to FIG. 1, the description of this embodiment will be continued. The dynamic charge / discharge
記憶部７４は、二次電池２の温度と二次電池２のＳＯＣとの組み合わせごとに二次電池２の入出力電力が定められた複数の電力テーブルを予め記憶している。電力テーブルは、二次電池２の動的充放電時間ごとに設けられる。例えば、動的充放電時間が１秒、３秒及び１０秒それぞれの電力テーブルが記憶部７４に記憶される。温度とＳＯＣとの組み合わせごとに定められる入出力電力は、二次電池２の特性に基づいて定められた入出力（充放電）可能な電力の上限値である。
The
図３は、本実施形態における電力テーブルの構成例を示す図である。電力テーブルは、予め定められた温度［℃］が割り当てられた複数の列と、予め定められた充電率［％］が割り当てられた複数の行とを有する。温度と充電率との組み合わせに対応する領域には、入出力電力Ｐｊ（ｊ＝１，２，３，…）が記憶されている。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a power table in the present embodiment. The power table has a plurality of columns to which a predetermined temperature [° C.] is assigned and a plurality of rows to which a predetermined charging rate [%] is assigned. Input / output power P j (j = 1, 2, 3,...) Is stored in an area corresponding to the combination of temperature and charging rate.
記憶部７４に記憶される電力テーブルの動的充放電時間には、実際に電気自動車１を走行させて得られた動的充放電時間に基づいて選択された動的充放電時間が用いられる。選択方法としては、例えば実際に電気自動車１を走行させて得られた動的充放電時間のうち検出頻度の高い順に選択したり、実際に電気自動車１を走行させて得られた動的充放電時間の分布において現れた複数のピークに応じて選択したり、実際に電気自動車１を走行させて得られた動的充放電時間の分布において一定割合（±３σ）以上の動的充放電時間を含む範囲において所定数の時間を選択したりする。また、実際に電気自動車１を走行させて得られる動的充放電時間に加えて、複数の走行条件において電気自動車１を走行させて得られる動的充放電時間から、一般のユーザが電気自動車１を利用する状況において最も二次電池２に対して厳しい条件に基づいて予測される動的充放電時間を用いてもよい。ここで、最も二次電池２に対して厳しい条件とは、動的充放電時間が最も長くなる条件である。
The dynamic charge / discharge time selected based on the dynamic charge / discharge time actually obtained by running the electric vehicle 1 is used as the dynamic charge / discharge time of the power table stored in the
図１に戻り、本実施形態における説明を続ける。許可電力決定部７５は、動的充放電時間算出部７３により算出される動的充放電時間と、電池状態推定部７２により推定される状態情報と、温度センサ５により得られた温度情報とを入力する。許可電力決定部７５は、動的充放電時間に基づいて選択した電力テーブルを記憶部７４から読み出す。許可電力決定部７５は、状態情報に含まれる二次電池２のＳＯＣと温度情報が示す温度との組み合わせに対応する入出力電力を、読み出した電力テーブルから取得する。許可電力決定部７５は、取得した入出力電力を示す電力情報を出力する。電力情報は、二次電池２に対して許容される入出力電力の上限値（以下「許可電力」という。）を示す情報である。許可電力は、二次電池２の利用状況に応じて時々刻々と変化する。許可電力決定部７５は、動的充放電時間と、二次電池２の温度及びＳＯＣとに基づいて、許可電力を逐次決定する。なお、許可電力決定部７５は、予め定められた周期で許可電力を決定してもよいし、動的充放電時間と二次電池２の温度及びＳＯＣとの変化に応じて許可電力を決定してもよい。あるいは、許可電力決定部７５は、動的充放電時間と二次電池２の温度及びＳＯＣとのいずれかに予め定められたしきい値以上の変化が生じたときに、許可電力を決定してもよい。また、温度情報が複数の温度を示す場合、許可電力決定部７５は、温度ごとに取得した入出力電力のうち最大又は最小の入出力電力を電力情報として出力してもよいし、温度ごとに取得した入出力電力の平均値、最頻値又は中央値のいずれか１つを電力情報として出力してもよい。
Returning to FIG. 1, the description of this embodiment will be continued. The allowed
記憶部７４に記憶されている複数の電力テーブルにおいて、動的充放電時間算出部７３により算出される動的充放電時間に対応する電力テーブルがない場合、許可電力決定部７５は、動的充放電時間に近い時間が割り当てられている電力テーブルを用いた補間を行い、入出力電力を決定する。例えば動的充放電時間が１秒、３秒、８秒の電力テーブルが記憶部７４に記憶されている場合に、動的充放電時間算出部７３が５秒を動的充放電時間として算出したとき、許可電力決定部７５は、３秒の電力テーブルから得られる入出力電力と、８秒の電力テーブルから得られる入出力電力とに基づいて、５秒における入出力電力を線形補間により算出する。また、この場合において、動的充放電時間算出部７３が９秒を動的充放電時間として算出したときには、許可電力決定部７５は、８秒の電力テーブルから得られる入出力電力を、９秒の入出力電力として決定してもよい。
When there is no power table corresponding to the dynamic charge / discharge time calculated by the dynamic charge / discharge
車両ＥＣＵ８は、バッテリＥＣＵ７から出力される状態情報及び電力情報を入力する。車両ＥＣＵ８は、入力する状態情報及び電力情報、電気自動車１の走行速度、アクセル開度並びにブレーキ踏圧力などに基づいて、駆動動作又は回生動作のいずれを行うかを決定する。また、車両ＥＣＵ８は、駆動動作又は回生動作におけるインバータ４に対する動作指令を、状態情報、電力情報、電気自動車１の走行速度、アクセル開度及びブレーキ踏圧力に基づいて決定する。車両ＥＣＵ８は、決定した動作指令をインバータ４へ出力する。
The
本実施形態における電気自動車１では、バッテリＥＣＵ７が、推定された二次電池２の状態と、測定された電圧値、電流値及び温度とに基づいて動的充放電時間を算出し、動的充放電時間と温度とＳＯＣとに基づいて二次電池２に対する充放電の上限値（許可電力）を決定する。バッテリＥＣＵ７により決定された許可電力に基づいて、車両ＥＣＵ８がインバータ４を介してモータ１０を制御する。
In the electric vehicle 1 in the present embodiment, the battery ECU 7 calculates the dynamic charge / discharge time based on the estimated state of the
以下、動的充放電時間算出部７３が算出する動的充放電時間ｔ’について説明する。図２に示した電池モデルの等価回路において、キルヒホッフの第一法則より、式（１）が得られる。式（１）における電流Ｉは、電流情報として得られる電流値である。
また、オームの法則より、式（２）が得られる。
コンデンサＣ１に蓄えられた電荷ｑは電圧ＶＣに比例するので、式（３）が得られる。
また、コンデンサＣ１に流れる電流ｉＣは電荷の時間変化であるので、式（４）が得られる。
式（４）に式（３）を代入すると式（５）が得られる。
式（１）に式（２）と式（５）とを代入すると式（６）が得られる。更に、式（６）を変形して式（７）が得られる。
式（７）の両辺に対するラプラス変換により式（８）が得られる。
式（８）の左辺第一項について、部分積分をし、境界条件により式（９）のように変形できる。
式（８）に式（９）を代入すると式（１０）が得られ、式（１０）を変形すると式（１１）が得られる。
また式（８）の右辺について式（１２）が得られる。
式（１１）に式（１２）を代入すると式（１３）が得られる。
式（１３）の右辺を部分分数分解すると式（１４）が得られる。
式（１４）の両辺に対する逆ラプラス変換により式（１５）が得られる。
式（１５）を変形すると式（１６）が得られる。電圧ＶＣは、前述のように、二次電池２が有する各二次電池セルにおける電解液の偏在に伴う電圧降下（濃度分極）である。時間ｔは、二次電池２に対する充放電時間である。式（１６）は、二次電池２をモデル化した電池モデルに基づいて得られる、充放電時間と内部状態との関係を示す式である。
ここで、二次電池２のオフボードでの計測における静的連続入出力評価条件（定電流条件Ｉ＝±１５０［Ａ］）により、電気自動車１における高負荷時間スケールを式（１６）から式（１７）として定義する。静的連続入出力評価条件は、二次電池２の仕様に応じて定められる。
また、対数演算（ｌｎ（ｘ））に関して、ｘ＝１のまわりにおけるテイラー展開から式（１８）が得られる。
式（１８）により、式（１７）における対数演算を冪級数に変換すると式（１９）が得られる。
動的充放電時間算出部７３が算出する動的充放電時間ｔ’に対して要求される精度に応じて、式（１９）において演算対象とする次数ｎを定めることにより、式（１７）における対数演算よりも演算量を削減することができる。動的充放電時間ｔ’の算出には、動的充放電時間算出部７３が有する演算能力に基づいて、式（１９）において次数を限定した式と、式（１７）とのいずれかを用いるかが予め定められる。
In accordance with the accuracy required for the dynamic charge / discharge time t ′ calculated by the dynamic charge / discharge
二次電池２のオフボードでの計測における静的連続入出力評価条件が、定電力で行われる場合、電流Ｉ、電力Ｐ及び電圧Ｖの関係を示す式（２０）を式（１６）へ代入して得られる式（２１）に、定電力条件Ｐ＝±１５０［Ｗ］を代入して得られる式（２２）により動的充放電時間ｔ’を算出してもよい。
式（２０）〜（２２）における、電圧Ｖは、電圧情報で得られる電圧値であり、図２におけるＣＣＶである。 The voltage V in the equations (20) to (22) is a voltage value obtained from the voltage information, and is the CCV in FIG.
また、二次電池２のオフボードでの計測における静的連続入出力評価条件が、定電圧で行われる場合、図２に示した電池モデルにおける電圧の関係を示す式（２３）を変形して得られる式（２４）を式（１６）へ代入して得られる式（２５）を用いてもよい。式（２３）における電圧Ｖ０は、図２におけるＯＣＶであり、二次電池２の仕様から得られる値である。
例えば定電圧条件Ｖ＝３．０［Ｖ］（放電時）が与えられるとき、式（２５）にＶ＝３．０［Ｖ］を代入して得られる式（２６）により動的充放電時間ｔ’を算出する。ただし、充電時（回生動作）では、定電圧条件Ｖ＝４．０［Ｖ］とする。
また、静的連続入出力評価条件を定電力又は定電圧とした場合においても、定電流とした場合における式（１９）のように冪級数に変換して得られる多項式から、動的充放電時間ｔ’を算出してもよい。 In addition, even when the static continuous input / output evaluation condition is constant power or constant voltage, the dynamic charge / discharge time is calculated from the polynomial obtained by conversion into a power series as shown in Equation (19) when constant current is used. t ′ may be calculated.
動的充放電時間算出部７３は、式（１６）、式（２１）又は式（２５）において静的連続入出力評価条件を代入して得られる式（１７）、式（２２）又は式（２６）を動的充放電時間ｔ’の算出に用いる。具体的には、動的充放電時間算出部７３は、電池状態推定部７２により推定された二次電池２の状態情報から分極電圧Ｖｃを算出した後に、二次電池２の内部状態（抵抗値Ｒ０、Ｒ１や静電容量Ｃ１、電圧Ｖ０など）と分極電圧Ｖｃとを式（１７）、式（２２）又は式（２６）に代入して動的充放電時間ｔ’を算出する。なお、記憶部７４に記憶される複数の電力テーブルは、式（１７）、式（２２）又は式（２６）のうち動的充放電時間算出部７３が用いる式に応じて定められた複数の電力テーブルである。すなわち、記憶部７４に記憶される複数の電力テーブルは、動的充放電時間ｔ’の算出において用いられる静的連続入出力評価条件に基づいて定められる。
The dynamic charge / discharge
図４は、本実施形態においてバッテリＥＣＵ７が電力情報を決定する処理を示すフローチャートである。バッテリＥＣＵ７において電力情報を決定する処理が開始されると、電池状態推定部７２は、電圧情報、温度情報及び電流情報を取得し（ステップＳ１１）、二次電池２の内部状態を推定する（ステップＳ１２）。動的充放電時間算出部７３は、電池状態推定部７２により推定された二次電池２の内部状態に基づいて、動的充放電時間ｔ’を算出する（ステップＳ１３）。
FIG. 4 is a flowchart showing a process in which the battery ECU 7 determines the power information in the present embodiment. When the process for determining the power information is started in the battery ECU 7, the battery
許可電力決定部７５は、動的充放電時間算出部７３により算出された動的充放電時間ｔ’に基づいて、記憶部７４に記憶されている複数の電力テーブルから１つ又は２つの電力テーブルを選択する（ステップＳ１４）。許可電力決定部７５は、選択した電力テーブルから、電池状態推定部７２により推定された二次電池２の充電率と温度情報が示す二次電池２の温度との組み合わせに対応する電力を読み出し、読み出した電力を入出力電力として決定する（ステップＳ１５）。許可電力決定部７５は、入出力電力を示す電力情報を車両ＥＣＵ８に出力し（ステップＳ１６）、処理を終了する。
Based on the dynamic charge / discharge time t ′ calculated by the dynamic charge / discharge
バッテリＥＣＵ７は、図４に示した処理を繰り返し実行し、二次電池２に対する充放電の上限値を車両ＥＣＵ８へ逐次通知する。バッテリＥＣＵ７は、二次電池２の内部状態を示すパラメータ（抵抗値Ｒ０、Ｒ１、コンデンサＣ１、充電率など）を推定し、二次電池２の内部状態に基づいて算出される動的充放電時間ｔ’を用いて、二次電池２に対する許可電力を定めている。動的充放電時間ｔ’は、二次電池２の使用状況に応じて時々刻々と変化する分極を考慮して得られる値であり、この値を用いて許可電力を決定することにより、二次電池２の状態に即した許可電力を得ることができ、二次電池２を充分に活用することができる。具体的には、モータ１０を駆動する際には二次電池２に蓄えられた電力を効率的に放電させることができ、モータ１０にて発生した電力を二次電池２に蓄える際にはロスを少なくして充電することができる。
The battery ECU 7 repeatedly executes the process shown in FIG. 4 and sequentially notifies the
上述のように、バッテリＥＣＵ７は、例えば特許文献１に記載の技術のように複数のモデルを組み合わせて走行時又は外部充電時における二次電池２内部の物理量を高精度に推定することなく、二次電池２に対する電池モデルを用いた近似的な内部状態を推定し、動的充放電時間ｔ’と推定した内部状態とから二次電池２の入出力電力の上限値を決定することにより、演算量を増加させずに入出力電力の上限値の精度を向上させることができる。
As described above, the battery ECU 7 combines a plurality of models as in the technique described in Patent Document 1, for example, without estimating the physical quantity inside the
一方、二次電池２の充電時間又は放電時間を単に静的充放電時間とした場合、すなわち分極を考慮しない場合では許可電力にマージンを設けることが多く、このような場合に比べ、本実施形態の電気自動車１は二次電池２を効率的に利用することができるため、モータ１０で発生させる動力を増加させたり、回生動作による効率的に電力を利用したりできる。また、二次電池２の容量が過剰な場合には二次電池２の容量を削減し電気自動車１の軽量化及び低コスト化を図ることができる。
On the other hand, when the charging time or discharging time of the
また、本実施形態の電気自動車１におけるバッテリＥＣＵ７は、二次電池２のＳＯＣ、温度及び動的充放電時間ｔ’に基づいて、許可電力を決定することにより、二次電池２の特性に応じた許可電力を得ることができ、過剰なマージンを設けずに二次電池２を効率的に使用することができる。
Further, the battery ECU 7 in the electric vehicle 1 according to the present embodiment determines the permitted power based on the SOC, temperature, and dynamic charge / discharge time t ′ of the
また、本実施形態の電気自動車１におけるバッテリＥＣＵ７は、オフボードにおいて計測された二次電池２の定電流条件と、二次電池２における内部状態及び分極電圧ＶＣとから動的充放電時間ｔ’を算出することにより、演算量の増加を抑えることができる。また、バッテリＥＣＵ７は、電気自動車１の走行状態などに応じて大きく逐次変化する電流値を考慮せずとも、動的充放電時間ｔ’を算出することができ、演算量の増加を抑えることができる。
The battery ECU7 in the electric vehicle 1 of this embodiment includes a constant current conditions measured
また、本実施形態の電気自動車１におけるバッテリＥＣＵ７は、オフボードにおいて計測された二次電池２の定電力条件と、二次電池２における内部状態及び分極電圧ＶＣとから式（２２）を用いて動的充放電時間ｔ’を算出することにより、演算量の増加を抑えることができる。また、バッテリＥＣＵ７は、電気自動車１の走行状態などに応じて大きく逐次変化する電力を考慮せずとも、動的充放電時間ｔ’を算出することができ、演算量の増加を抑えることができる。
The battery ECU7 in the electric vehicle 1 of this embodiment includes a constant power condition of the
また、本実施形態の電気自動車１におけるバッテリＥＣＵ７は、オフボードにおいて計測された二次電池２の定電圧条件と、二次電池２における内部状態及び分極電圧ＶＣとから式（２６）を用いて動的充放電時間ｔ’を算出することにより、演算量の増加を抑えることができる。また、バッテリＥＣＵ７は、電気自動車１の走行状態などに応じて大きく逐次変化する電圧を考慮せずとも、動的充放電時間ｔ’を算出することができ、演算量の増加を抑えることができる。
The battery ECU7 in the electric vehicle 1 of this embodiment includes a constant voltage of the
また、本実施形態の電気自動車１におけるバッテリＥＣＵ７は、電気自動車１が利用される状況において最も厳しいと予測される状況における動的充放電時間に対応する電力テーブルを用いて許可電力を決定することにより、二次電池２を備える電気自動車１の利用状況に適した許可電力にて二次電池２を使用することができる。
Moreover, battery ECU7 in the electric vehicle 1 of this embodiment determines permission electric power using the electric power table corresponding to the dynamic charging / discharging time in the situation estimated to be the severest in the situation where the electric vehicle 1 is used. Thus, the
なお、式（１７）、式（２２）及び式（２６）における静的連続入出力評価条件として代入された値（１５０［Ａ］、１５０［Ｗ］及び３．０［Ｖ］）は一例である。静的連続入出力評価条件を示す電流値、電力値又は電圧値は、二次電池２の仕様とオフボードにおける測定結果に基づいて得られた値が用いられる。すなわち、例示した１５０［Ａ］、１５０［Ｗ］及び３．０［Ｖ］と異なる値であって静的連続入出力評価条件として得られた値を式（１６）、式（２１）及び式（２５）して得られる式を用いて、動的充放電時間算出部７３が動的充放電時間ｔ’を算出してもよい。
Note that the values (150 [A], 150 [W], and 3.0 [V]) substituted as the static continuous input / output evaluation conditions in Expression (17), Expression (22), and Expression (26) are examples. is there. As the current value, power value, or voltage value indicating the static continuous input / output evaluation condition, a value obtained based on the specifications of the
また、上述のバッテリＥＣＵ７は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、バッテリＥＣＵ７に備えられる各部が行う処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、各機能部の処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。 Further, the battery ECU 7 described above may have a computer system therein. In this case, the process performed by each unit included in the battery ECU 7 is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the program is read and executed by the computer so that the process of each functional unit is performed. Will be done. Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, said embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
二次電池の制御に要する演算量を削減しつつ二次電池の効率的な利用を可能にすることが不可欠な用途にも適用できる。 The present invention can also be applied to applications where it is essential to enable efficient use of the secondary battery while reducing the amount of calculation required to control the secondary battery.
１…電気自動車
２…二次電池
３…バッテリコントローラ
４…インバータ
５…温度センサ
６…電流計
７…バッテリＥＣＵ（二次電池制御装置）
８…車両ＥＣＵ
１０…モータ
１１…タイヤ
７１…均等化制御部
７２…電池状態推定部
７３…動的充放電時間算出部
７４…記憶部
７５…許可電力決定部（電力決定部）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
8 ... Vehicle ECU
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電池状態推定部により推定される前記二次電池の内部状態に基づいて、前記二次電池の充電又は放電が行われた時間を示す動的充放電時間を算出する動的充放電時間算出部と、
前記二次電池の充電率と前記二次電池の温度との組み合わせごとに前記二次電池の入出力電力が対応付けられた電力テーブルを所定の動的充放電時間ごとに記憶する記憶部と、
前記電池状態推定部により推定される前記二次電池の充電率と、前記動的充放電時間算出部により算出される動的充放電時間と、前記記憶部における複数の電力テーブルと、前記二次電池の温度とに基づいて、前記二次電池に入出力する電力の上限値を決定する電力決定部と、
を備える二次電池制御装置。 A battery state estimating unit that estimates an internal state and a charging rate of the secondary battery based on a current value flowing through the secondary battery, a voltage value of the secondary battery, and a temperature of the secondary battery;
Based on the internal state of the secondary battery estimated by the battery state estimation unit, a dynamic charge / discharge time calculation unit that calculates a dynamic charge / discharge time indicating a time during which the secondary battery is charged or discharged. When,
A storage unit that stores a power table in which input / output power of the secondary battery is associated with each combination of the charging rate of the secondary battery and the temperature of the secondary battery for each predetermined dynamic charge / discharge time;
The charging rate of the secondary battery estimated by the battery state estimating unit, the dynamic charging / discharging time calculated by the dynamic charging / discharging time calculating unit, a plurality of power tables in the storage unit, and the secondary A power determining unit that determines an upper limit value of power to be input to and output from the secondary battery based on the temperature of the battery;
A secondary battery control device comprising:
前記電池状態推定部により推定される前記二次電池の内部状態から前記二次電池の分極電圧を算出し、前記二次電池の仕様に応じて定められた電流値と前記内部状態と前記分極電圧とを用いて動的充放電時間を算出する、
請求項１に記載の二次電池制御装置。 The dynamic charge / discharge time calculation unit
The polarization voltage of the secondary battery is calculated from the internal state of the secondary battery estimated by the battery state estimation unit, the current value determined according to the specifications of the secondary battery, the internal state, and the polarization voltage And calculate the dynamic charge / discharge time using
The secondary battery control device according to claim 1.
前記電池状態推定部により推定される前記二次電池の内部状態から前記二次電池の分極電圧を算出し、前記二次電池の仕様に応じて定められた電力値と前記内部状態と前記分極電圧とを用いて動的充放電時間を算出する、
請求項１に記載の二次電池制御装置。 The dynamic charge / discharge time calculation unit
The polarization voltage of the secondary battery is calculated from the internal state of the secondary battery estimated by the battery state estimation unit, the power value determined according to the specifications of the secondary battery, the internal state, and the polarization voltage And calculate the dynamic charge / discharge time using
The secondary battery control device according to claim 1.
前記電池状態推定部により推定される前記二次電池の内部状態から前記二次電池の分極電圧を算出し、前記二次電池の仕様に応じて定められた電圧値と前記内部状態と前記分極電圧とを用いて動的充放電時間を算出する、
請求項１に記載の二次電池制御装置。 The dynamic charge / discharge time calculation unit
The polarization voltage of the secondary battery is calculated from the internal state of the secondary battery estimated by the battery state estimation unit, the voltage value determined according to the specifications of the secondary battery, the internal state, and the polarization voltage And calculate the dynamic charge / discharge time using
The secondary battery control device according to claim 1.
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の二次電池制御装置。 The power table stored in the storage unit includes a power table of the longest dynamic charge / discharge time predicted when using the secondary battery.
The secondary battery control apparatus as described in any one of Claims 1-4.
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