JP6377644B2 - 周期的または準周期的な電圧信号の平均値を決定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、周期的または準周期的な電圧信号の平均値を決定する方法に関する。

本発明は、特に、限定されるものではないが、電気またはハイブリッド自動車に取り付けられた、これらの車両の電気駆動モータを供給するための高電圧バッテリの充電を管理する状況において、バッテリセルの電圧信号の平均値を決定することに、適用する。この種類のバッテリは、通常、公称電圧を供給するために意図された再充電可能な電気化学システムを備える複数の電気蓄電池またはセルを備える。

これらの高電圧バッテリを再充電するために、例えば、電気車両に、統合充電器であって、電力変換器制御装置を備える種類の、それが接続されている単相または三相電力供給ネットワークから直接にバッテリセルに充電電力を供給することができる統合充電器を、提供することが知られている。特定の充電器のバッテリを充電する場合、充電電流は、充電器内の信号のＡＣ成分の不完全な抑制のため、充電器の出力に（英語では、一般的に、電流「リップル」として知られる）未処理の周期的または準周期的なうねりが表れ得る。充電電流のこの未処理ＡＣ成分は、充電電流が誘導され、かつ、充電中にバッテリセルに比例電圧うねりを生じる電気ネットワークの搬送周波数の倍数である基本周波数を有し、比例電圧うねりは、バッテリセル端子間の平均電圧値を正確に決定することが困難であるとわかる。

しかし、バッテリセル端子間の平均電圧の知識は、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）の正確な動作のために必要な情報であり、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）は、特に電気車両の動作制約に関連して、最適な動作状態にバッテリを維持するように、電流、電圧、および温度センサのような様々なセンサによって行われる測定に応じてバッテリの各セルに対してパラメータを監視する機能を有する部材である。具体的には、バッテリセル端子間の平均電圧の知識は、ＢＭＳが、充電および放電で使用可能な電力を制御すること、バッテリの充電状態を知ること、充電の終了時を制御すること、または、セル内の可能な過電圧に対してバッテリの完全性を保つことを、可能にする。

充電中のバッテリセル端子間の電圧を測定するための従来の解決策の限界は、充電電流リップルによって生成される電圧変動に対して、測定の周波数が、電圧変動の周波数（アンダーサンプリング）と比較して低く、かつ、この周波数が、他のシステムによってさらに制約を課されているという事実から、生じる。この場合、システムによって監視される電圧は、変動の振幅をプラスまたはマイナスしたセル端子間の平均電圧に対応する固定値に「凍結される」か、または、同じ間隔で変動する。

特許文献米国特許第４，４１８，３１０号から、バッテリの実際の充電状態に応じて、電気車両用充電器を制御する装置が、知られている。前記装置は、バッテリから充電器を自動的に外し、これにより充電を停止し、バッテリ端子間の過電圧を避けるために、バッテリの充電状態の指標として、バッテリセル端子間の実際の電圧を監視する。これを行うために、制御装置は、特に、所定期間にわたってバッテリセル端子間の平均電圧を計算するための手段を備える。この文献によれば、平均化のための所定の期間は、充電器の出力電圧、電流「リップル」だけでなく、他のラインノイズにおける瞬時変動に関連し、計算された変数におけるいかなる干渉も排除するために、あるいは少なくとも制限するために、十分に長くなるように、例えば１分を超えて選択される。

しかし、前述したように「凍結された」測定のリスクに加えて、この文書によって推奨されるバッテリセル端子間の平均電圧を測定する解決策は、システムの制約と互換性のない過度に長い平均周期に基づいており、互いに近い一定間隔で、典型的には１００ｍｓごとに、ＢＭＳに、計算された平均値を送信することを必要とする。

この状況において、本発明の１つの目的は、周期的または準周期的な電圧信号、特に、電気車両用高電圧バッテリが充電された場合に、このバッテリのセル端子間の電圧信号の平均値を決定する方法を提供することである。本方法は、前述の制限から自由であり、かつ、特に、周期的に通信バスでこの平均値の送信にリンクされたシステムによって制約を課される信号のアンダーサンプリングの状況において、満足な性能のレベルを提供する。

この目的のために、本発明は、周期的または準周期的な電圧信号であって、前記信号の周期よりも大きな送信周期で通信バス上に送信されることを意図された電気信号の平均値を決定する方法に関し、前記信号の測定は、バス上で前記平均値の送信周期に対応する測定周期を用いて取得され、前記平均値は、取得された前記測定から取得される。前記方法は、
測定のそれぞれに対して、基準瞬時値に対する前記測定周期内に測定瞬時値（Ｔ_ｉ）を画定する可変遅延を適用する工程（Ｓ２）と、
測定瞬時値（Ｔ_ｉ）のそれぞれで実行された測定の結果から、かつ、以前に行われた測定の結果から、前記平均値を取得する工程（Ｓ６）と、を含む。

測定自体を実行する前に、各測定中に可変遅延を適用することに基づいて、平均値を決定するためのこの戦略は、高速サンプリングを実行することにより平均値を得るための解決策と比較して、有利には、電子部品にはるかに少ない要求をし、したがって、はるかに安価である。

本発明に係る方法の他の有利な特徴によれば、以下が単独でまたは組み合わせて取られる。
各測定に適用される前記可変遅延は、好ましくは、少なくとも２つの所定の個別遅延値にわたって変化する遅延の所定配列からなる可変遅延の配列に続く。
変形例では、各測定のために適用される前記可変遅延は、ランダムに決定され得る。
前記方法は、このようにして取得される前記平均値を、前記送信周期を伴う前記通信バス上に送信する工程を含む。
平均値を取得する前記工程は、取得された最新の平均電圧値と現在の測定結果の加重平均を計算することを含み得る。
平均値を取得する前記工程は、いくつかの変形において、いくつかの以前の測定結果と現在の測定結果の加重平均を計算することを含み得る。
前記方法は、前記バッテリの充電モードの適用中に、電気またはハイブリッド自動車の高電圧バッテリセルの電圧信号の平均値を決定することに有利に適用され、充電器により供給される充電電流は、周期的または準周期的な変動を表し、前記方法は、前記充電モード以外の前記バッテリの使用モードで非活性化される。
前記方法は、前記充電器によって供給される充電電流の前記変動の潜在的周波数に応じて前記可変遅延の配列を選択する工程を含み得る。
前記方法は、前記測定周期および／または前記平均値を取得するための測定数および／または前記平均値に必要な正確度に応じて、前記可変遅延の配列を選択する工程を含み得る。
前記方法は、適用されることが可能な可変遅延の所定配列に応じて前記平均値の正確度における変動を推定する予備工程と、前記正確度を最大化するのに適切な適用される前記遅延の所定配列を選択する工程とを、含み得る。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、案内としてであって、決して制限的ではない、以下に示される説明から明らかになるであろう。

図１は、本発明に係る平均電圧を決定する方法の進行中に考慮される主な工程を示すフローチャートである。 図２は、特定の実施形態に係る、平均電圧の決定に至る測定処理の時間変化を示すタイミング図である。

図１に示すように、バッテリ監視システム内で実行される動作は、システムクロック１０によって固定された、規則的な時間間隔で行われる。特に、バッテリ制御システムのクロック１０は、工程Ｓ１において測定処理を開始させるために設計され、測定部品は、測定部品を監視するための部材によって送信される測定要求に応答して、クロック１０によって固定された測定周期でセルバッテリ端子間のすべての電圧の測定を取得するために設けられる。固定された測定周期は、バッテリ制御システムの様々な制約を満たし、かつ、周期Ｐ_ｃに対応する。周期Ｐ_ｃに応じて、測定部品によって行われる測定から生じる平均電圧値が、システムに使用可能にされるために、システム通信バス上で送信されなければならない。通信バス上のこの送信周期Ｐ_ｃは、測定されるべき電圧信号の周期よりも大きい。測定取得周期は、このように、通信バス上の送信周波数に固定されている。

測定部品の機能は、例えば、装置またはＡＳＩＣ（英語で、特定用途向け集積回路）のような専用部品によって物理的形態で実施される。

本発明によれば、工程Ｓ２において、クロック１０によって固定された測定周期Ｐ_ｃを用いてバッテリセル端子間の電圧信号の測定を取得するために実装された各測定段階中に、可変遅延が、工程Ｓ３において、測定部品に測定要求を送信する前に、適用される。したがって、Ｎ個の連続測定段階（φ_ｉ）_{１≦ｉ≦Ｎ}であって、Ｎは、平均が実行されるであろう測定の数に対応する、Ｎ個の連続測定段階のそれぞれに対して、測定周期内の測定瞬時値Ｔ_ｉを画定する可変遅延（Ｄ_ｉ）_{１≦ｉ≦Ｎ}が、適用され、測定が、１≦ｉ≦ＮおよびＴ_０に対して、各瞬時値Ｔ_ｉ＝Ｔ_０＋ｉ×Ｐ_ｃ＋Ｄ_ｉで行われ、基準瞬時値が測定処理の開始に対応するようになっている。

有利には、各測定段階に対して適用される可変遅延は、遅延の所定配列に続き、遅延の所定配列において、遅延は、少なくとも２つの所定の個別遅延値にわたって変化する。

したがって、適用される遅延は、好ましくは、可変遅延の所定配列に続く。可変遅延の所定配列は、クロック１０によって固定された測定周期、平均が実行されるであろう測定数、バッテリ充電時の充電電流（電流リップル）における変動の潜在的周波数、および平均電圧を決定するために必要な正確度を含み、単独でまたは組み合わせて行われる、いくつかのパラメータに応じて選択される。

バッテリセルの電圧の一貫性のある平均値を決定するのに最も適切な所定遅延配列の選択を行うために、適用されることが可能な可変遅延の所定配列に応じて取得される平均電圧の正確度における変動を推定する予備段階が、実装され得る。その後、正確度を最大化するように、適用される遅延の所定配列が、選択される。

代わりに、工程Ｓ２中に、遅延の所定配列に続く遅延を適用するよりもむしろ、測定部品に測定要求を送信する前に各測定段階中にランダムに決定される遅延が、適用される。

図２は、１００Ｈｚから１２０Ｈｚの現在の変動に潜在的にさらされる充電システムに、１００ｍｓに等しい測定周期を課すバッテリ監視システムの特定の場合における遅延の所定配列の時系列配列を示す。図２に示すように、以下の遅延の所定配列［＋０；＋４；＋８；＋２；＋６］ｍｓは、先で説明するように、最後の５つの測定値の代数平均を介して実行される後続の平滑化を伴う、性能の良好なレベルを与える遅延の配列の一例である。

各測定段階における、可変遅延の所定配列に続く遅延の適用は、実際に、測定部品によって実行される各測定間の期間を連続的に変更するために使用され得るので、このように、平均を取得するために実装されている各連続測定段階内の様々な測定瞬時値の分布を変更する。平均化される電圧信号が多かれ少なかれ周期的な信号であるので、各連続測定段階に対して固定された測定周期内の測定瞬時値とは異なるように作られたこの分布は、有利には、すべての測定結果にわたって一貫性のある平均値を得るために使用され得る。

再び図１を参照して、各測定段階において、遅延の所定配列に続く遅延の修了が適用されたか、または代わりにランダムに適用された後に、測定要求が、測定部品に監視部材により、工程Ｓ３において送信され、そのため、工程Ｓ４において、適用された可変遅延に応じて測定周期内で画定された各測定瞬時値Ｔ_ｉで、バッテリセル端子間のすべての電圧の測定が実行される。工程Ｓ５において、各測定瞬時値Ｔ_ｉに、取得された測定結果は、その後、自動的に、または後者の要求に応じて、監視部材に返信され、かつ、メモリに格納される。現在の測定結果およびメモリに格納された以前の結果に基づいて、電圧の平均値を取得し、バッテリセル端子間の電圧の平均値を提供する工程Ｓ６が、実装されている。この平均値は、例えば、代数的であり得るし、また、重み係数を使用して、または結果を平滑化する他の任意の既知の方法を用いて、取得され得る。好ましくは、現在の測定結果は、最新の決定された平均電圧値と平均化され得る。このように取得される平均電圧は、その後、工程Ｓ７において、システムの残りの部分に使用可能にされ、その結果、平均電圧は、図２の例によれば、１００ｍｓに等しい送信周期でシステム通信バス上に周期的に送信される。

図１で説明された工程を参照してちょうど説明され、かつ、測定要求が実装された各測定段階に対して送信される前の、所定のまたは代わりにランダムに決定された遅延の配列に続く様々な遅延の適用、その後、取得された測定結果の平滑化に本質的に基づく、バッテリセル端子間の電圧の平均を決定する戦略は、好ましくは、バッテリセルの充電モード中のみに活性化され、かつ、充電モード以外のバッテリ使用モード、例えば、走行モードにおいて、無効化される。実際に、高速の動力は、バッテリ充電モードの他で、例えば車両走行モードにおいて、必要となり得る。このように、モードに応じて、本発明に係るバッテリセル端子間の平均電圧を決定する戦略の不活性化が、この動力を維持するために、有利に使用され得る。

また、既知の遅延の配列を伴う時系列配列、例えば０から１０ｍｓの遅延、および、既知の測定時間、典型的には５から３０ｍｓは、診断の実行、セルバランシング、温度測定などのような、システムによって実行される他の動作のために使用可能な、各測定段階中の固定された定期的な準備時間を維持するために、有利に使用され得る。

Claims (9)

1. 周期的または準周期的な電圧信号の平均値を決定する方法であって、前記平均値は、前記信号の周期よりも大きな送信周期で通信バス上に送信され、かつ、前記信号の測定は、前記バス上の前記平均値の前記送信周期に対応する測定周期で取得され、前記平均値が、取得された前記測定から取得され、
   前記測定のそれぞれに対して、基準瞬時値に対する前記測定周期内に測定瞬時値（Ｔ_ｉ）を画定する、可変遅延を適用する工程（Ｓ２）と、
   前記測定瞬時値（Ｔ_ｉ）で実行された前記測定の結果から、および、以前に行われた前記測定の結果から、前記平均値を取得する工程（Ｓ６）と、を含み、
   バッテリの充電モードの適用中に、電気またはハイブリッド自動車の高電圧バッテリセルの電圧信号の前記平均値を決定することに適用され、充電器により供給される充電電流は、周期的または準周期的な変動を示し、前記方法は、前記充電モード以外の前記バッテリの使用モードで非活性化されることを特徴する方法。
2. 前記測定のそれぞれに対して適用された前記可変遅延は、遅延の所定配列であって、前記遅延が少なくとも２つの所定の個別遅延値にわたって変化する遅延の所定配列からなる可変遅延の配列（（Ｄ_ｉ）_{１≦ｉ≦Ｎ}）に続く、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記測定のそれぞれに対して適用された前記可変遅延は、ランダムに決定される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記方法は、前記送信周期で前記通信バス上に、このようにして取得された前記平均値を送信する工程（Ｓ７）を含む、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記平均値を取得する前記工程（Ｓ６）は、現在の測定結果と、取得された最新の平均電圧値との加重平均を計算することを含む、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記平均値を取得する前記工程（Ｓ６）は、現在の測定結果と、いくつかの以前の測定結果との加重平均を計算することを含む、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記方法は、前記充電器によって供給される前記充電電流の前記変動の潜在的周波数に応じて前記可変遅延の配列を選択する工程を含む、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記方法は、前記測定周期および／または前記平均値を取得するための測定数および／または前記平均値に必要な正確度に応じて、前記可変遅延の配列を選択する工程を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
9. 前記方法は、適用されることが可能な可変遅延の所定配列に応じて前記平均値の正確度における変動を推定する予備工程と、前記正確度を最大化するのに適切な適用される前記遅延の所定配列を選択する工程とを含む、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。

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