JP6312508B2 - 電池監視装置、電池システムおよび電動車両駆動装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る電池システムは、前記本発明に係る電池監視装置と、複数個の電池セルが直列に接続された組電池と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る電動車両駆動装置は、前記本発明に係る電池システムと、前記電池システムから電力が供給されるインバータと、前記インバータにより駆動される回転電機と、を備えることを特徴とする。
−第1の実施形態−
本発明に係る電池監視装置は、電池システム(蓄電装置とも呼ばれる)に設けられた組電池の電池状態を検出し、組電池を適切な状態に保つ装置である。図1は、本実施の形態の電池監視装置2が設けられた電池システム1を搭載する電動車両駆動装置100を示したものである。ここで、電動車両駆動装置とは、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)などの電動車両を駆動する回転機システムである。
電池監視装置2は、組電池10の状態を監視する装置であり、組電池10の各電池セルCの過充電および過放電を検出する過充放電検出機能、組電池10の各電池セルCの内部抵抗を検知する内部抵抗検出機能等を有する。電池監視装置2は、セル電圧計測部21、第2電圧計測部22、電流計測部23、制御部24等を備える。
電池システム1における組電池10の通電電流の時間変化の、計測時刻ズレへの影響について説明する。図1に示す電動車両(HEV)においては、電動車両の走行状態に応じて回転電機50の出力トルクが時間的に変動する。例えば、回転電機50によるエンジンのアシストが必要になると、回転電機50の出力トルクが増加するため、それに応じてインバータ40の出力電力が増加する。そして、インバータ40への入力電流、すなわち、組電池10の通電電流も増加する。逆に、電動車両が回生ブレーキを使用して回生状態になると、回転電機50が発電機として動作して、回生電力が回転電機50(発電機)からインバータ40、そして組電池10へと流れる。このため、組電池10への充電電流が増加する。このように、電池システム1においては、組電池10への通電電流が時間変化をする。
次に、電池監視装置2におけるセル電圧計測について説明する。図3は、図1に示したセル電圧計測回路CC1〜CCLの典型的な構成例を示す図である。セル電圧計測回路CC1〜CCLは同一構成であり、図3はセル電圧計測回路CC1を示している。なお、図1に示す例では、セルブロックB1を構成する電池セルCの数を4個としているが、説明の関係上、図3では電池セルCの数が6個の場合を示した。
次に、セル電圧比a(k,t2)の時間変化が充分に小さいとみなせる許容時間範囲Tpについて、図5を用いて説明する。リチウムイオン電池の典型的な特性値を用いて、組電池10の挙動を計算した結果、セル電圧比は10msの時間範囲において、5×10−6×ΔIの誤差範囲で一定になることを発明者は見出した。ここで、ΔIは、10msの時間範囲での電流の変化量をアンペア単位(A)で表した値である。
上述したように、本実施の形態では、セル電圧比算出の際には、セル電圧計測部21で計測されたセル電圧計測値vc(1,t)〜vc(N,t)に代えて、式(2)により算出されるセル電圧演算値vc(1,t0)〜vc(N,t0)を用いるようにした。これにより、第2電圧計測部22による総電圧Vt(t0)の計測時刻t0と同時刻におけるセル電圧(すなわち、セル電圧演算値vc(1,t0)〜vc(N,t0))を高精度に算出することができる。そして、算出されたセル電圧演算値vc(1,t0)〜vc(N,t0)と電流計測部23で計測された電流値とに基づいて、各電池セルC(1)〜C(N)の内部抵抗を求めるようにしている。
上述のように、複数の電池セルC(1)〜C(N)に関して同時刻におけるセル電圧(セル電圧演算値)が得られたので、さらに内部抵抗の演算誤差を低減するためには、総電圧計測と電流計測の同時性が問題となる。本実施の形態の特徴は、第2電圧計測部22および電流計測部23の計測時刻が、実質的に等しくなるように制御する点にある。
本発明の第2の実施形態について、図9を用いて説明する。上述した第1の実施形態では、セル電圧比a(k,t)と第2電圧計測部22により計測された総電圧Vt(組電池全体の電圧)とに基づいて、電流計測時刻と実質同時刻におけるセル電圧を式(2)により算出した。以下に説明する第2の実施形態では、第2電圧計測部22で計測される電圧として、組電池10の総電圧Vtではなく中間電圧Vm(直列接続されたM個の電池セルの電圧:Mは2〜N−1の自然数)を用いるようにした。
本発明による電池監視装置の第3の実施形態について、図10を用いて説明する。本実施の形態では、図10に示すように、セル電圧計測部21はセル電圧フィルタ21cを備えている。セル電圧フィルタ21cは、セル電圧の信号を時間的に平均化する働きをするフィルタであり、典型的には低域透過フィルタが用いられる。前述したようにセル電圧比a(k,t)は時間的な変化が遅いので、セル電圧を計測するセル電圧計測部21は応答時間が遅くても良い。そのため、セル電圧フィルタ21cを設けてセル電圧信号を時間的に平均化することで、電気的なノイズが低減され、セル電圧比a(k,t)を正確に測定することができる。
本発明による電池監視装置の第4の実施形態を、図11を用いて説明する。本実施の形態では、第2電圧計測部22にも低域透過特性を持つ第2電圧入力フィルタ22aを設け、セル電圧フィルタ21cの特性時定数と第2電圧入力フィルタ22aの特性時定数とが互いに異なるように設定した。第2電圧計測部22に入力された電圧信号は、第2電圧入力フィルタ22aを経由した後、AD変換器である電圧検出回路22bに入力され、アナログ信号がデジタル信号に変換される。なお、電流計測部23には電流入力フィルタ23aが設けられている。
本発明による電池監視装置の第5の実施形態では、図1における第2電圧計測部22および電流計測部23の応答特性を互いに等しくしたことを特徴とする。ここで「応答特性を互いに等しく」とは、第2電圧計測部22の伝達関数の特性周波数と電流計測部23の伝達関数の特性周波数とを互いに等しくすることである、と定義する。各計測部の伝達関数とは、その計測部への入力信号と出力信号の電圧振幅の比率である。伝達関数はゲインとも呼ぶ。
本発明による電池監視装置の第6の実施形態を、図13を用いて説明する。第6の実施形態の電池監視装置2では、第2電圧計測部22の電圧検出回路(デジタル・アナログ変換器)22bと、電流計測部23の電流検出回路(電流AD変換器)23bとを同一の集積回路(IC)25上に形成した。集積回路25は、電圧検出回路22bおよび電流検出回路23bを制御するAD変換制御部250を備えている。このように、電圧検出回路22bおよび電流検出回路23bを同一集積回路25上に形成することで、第2電圧計測部22と電流計測部23の同時測定性能を高めたり、伝達関数の特性を互いに等しくすることが容易になる。
Claims (11)
- 複数の電池セルが直列に接続された組電池を監視する電池監視装置であって、
前記複数の電池セルの各々の端子間電圧を計測する第1電圧計測部と、
前記複数の電池セルの内の、少なくとも2以上の電池セルが直列接続している電池セル群の両端電圧を計測する第2電圧計測部と、
前記組電池を流れる電流を計測する電流計測部と、
前記第1電圧計測部により計測された前記端子間電圧に基づいて、前記複数の電池セルのセル電圧比をそれぞれ算出するセル電圧比算出部と、
前記セル電圧比と前記第2電圧計測部で計測された両端電圧とに基づいて、前記両端電圧の計測時における前記複数の電池セルのセル電圧をそれぞれ算出するセル電圧算出部と、
前記第2電圧計測部で計測される両端電圧と前記電流計測部で計測される電流値とをセットとして取得するためのトリガ信号を、前記第2電圧計測部および前記電流計測部にそれぞれ入力するトリガ信号発生部と、を備える電池監視装置。 - 請求項1に記載の電池監視装置において、
前記セットとして取得するためのトリガ信号は、前記第2電圧計測部および前記電流計測部の各計測時刻が実質的に等しくなるように入力時刻が調整されたトリガ信号である、電池監視装置。 - 請求項1に記載の電池監視装置において、
前記第1電圧計測部は、応答時定数が前記第2電圧計測部の応答時定数よりも大きなセル電圧フィルタを備える、電池監視装置。 - 請求項3に記載の電池監視装置において、
前記第2電圧計測部の応答時定数が前記セル電圧フィルタの応答時定数の1/2以下である、電池監視装置。 - 請求項1に記載の電池監視装置において、
前記第1電圧計測部は、低域遮断特性時間が端子間電圧計測期間の2倍以上であるセル電圧フィルタを備える、電池監視装置。 - 請求項1に記載の電池監視装置において、
前記第2電圧計測部の伝達関数と前記電流計測部の伝達関数とは、それらの特性時定数が互いに等しい、電池監視装置。 - 請求項6に記載の電池監視装置において、
前記第2電圧計測部に設けられたアナログ・デジタル変換器と、前記電流計測部に設けられたアナログ・デジタル変換器とを、同一の集積回路上に形成した、電池監視装置。 - 請求項1に記載の電池監視装置において、
前記電池セル群における電池セルの個数は、前記組電池の電池セルの総数よりも少ない、電池監視装置。 - 請求項1に記載の電池監視装置において、
前記電流計測部に接続される電流計測素子が抵抗素子である、電池監視装置。 - 複数個の電池セルが直列に接続された組電池と、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の電池監視装置と、を備える電池システム。 - 請求項10に記載の電池システムと、
前記電池システムから電力が供給されるインバータと、
前記インバータにより駆動される回転電機と、を備える電動車両駆動装置。
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