JP6623725B2 - バッテリ残量推定システムおよびバッテリ残量推定方法 - Google Patents
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Description
そして、一般的に、バッテリパックのバッテリ残量は、直接的に計測する手段がないため、電圧、電流、インピーダンス、温度等の物理量の変化を記録した測定履歴等を用いて推定される。
すなわち、上記公報に開示されたバッテリ残量推定システムでは、バッテリパックおよび接続機器に搭載された資源を組み合わせて効果的に活用することについて考慮されていない。
ここで、バッテリパックが接続される接続機器には、例えば、バッテリパックの充電を行う充電装置、バッテリパックが搭載される各種電力消費体等が考えられる。そして、上記バッテリパック側の第1資源、接続機器側の第2資源には、例えば、CPU、GPU(Graphic Processing Unit)等の計算資源、バッテリ残量の推定に用いられるアルゴリズム、バッテリ電圧・電流、インピーダンス等を計測するセンサ等の計測資源等が含まれる。また、バッテリ残量の推定において、上記バッテリパック側の第1資源と、接続機器側の第2資源とが組み合わせて用いられてもよいし、第1資源のみ、第2資源のみを用いて用いられてもよい。
これにより、例えば、最も精度の高い推定が可能な第1資源と第2資源との組合せを用いて、バッテリ残量の推定を行うことができる。
この結果、従来よりもバッテリ残量の推定精度を向上させることができる。
これにより、バッテリパック側、接続機器側の資源を用いて、最適な組合せを決定して、効率よく高精度なバッテリ残量の推定を行うことができる。
ここでは、バッテリパック側の第1資源の中の少なくとも1つと、接続機器側の第2資源の中の少なくとも1つを組み合わせて、バッテリ残量の推定を行う。
これにより、バッテリパック側および接続機器側に設けられた各種資源を効果的に活用して、最適な組合せによって高精度なバッテリ残量の推定を実施することができる。
これにより、例えば、推定精度が最も高いCPUやセンサ、アルゴリズム等を含む組合せを優先的に選択するように、第1・第2資源を用いることで、効果的に高精度なバッテリ残量の推定を実施することができる。
なお、例えば、推定精度が所定値以上を確保できる場合には、推定処理の速度が高いCPU等を含む組合せ、あるいは消費電力が最も低いCPU等を含む組合せを選択するように、第1・第2資源を用いてもよい。
これにより、次回のバッテリ残量の推定時に、同様の条件でバッテリ推定を実施する際には、過去に選択された組合せを読み出して用いることで、例えば、さらに効率よく、高精度に、あるいは消費電力を抑制したバッテリ残量の推定を実施することができる。
ここでは、バッテリパックが接続される接続機器として、バッテリパックの充電を行う充電装置を用いている。
これにより、バッテリパックが充電装置にセットされた状態を検出すると、バッテリパック側の第1資源と、充電装置側の第2資源とを用いて、効率よく高精度なバッテリ残量の推定を実施することができる。
ここでは、バッテリパックが接続される接続機器として、バッテリパックが装着されるモビリティ、家電、電動工具を用いている。
これにより、バッテリパックがモビリティ、家電、電動工具等にセットされた状態を検出すると、バッテリパック側の第1資源と、モビリティ等の第2資源とを用いて、例えば、効率よく高精度なバッテリ残量の推定を実施する、あるいは消費電力を抑制してバッテリ残量の推定を実施することができる。
これにより、例えば、所定のバッテリステーション等において、残容量が少ないバッテリパックを充電済みのバッテリパックと交換しながら使用されるモビリティにおいて、高精度にバッテリ残量を推定することができる。
ここで、バッテリパックが接続される接続機器には、例えば、バッテリパックの充電を行う充電装置、バッテリパックが搭載される各種電力消費体等が考えられる。そして、上記バッテリパック側の第1資源、接続機器側の第2資源には、例えば、CPU、GPU(Graphic Processing Unit)等の計算資源、バッテリ残量の推定に用いられるアルゴリズム、バッテリ電圧・電流、インピーダンス等を計測するセンサ等の計測資源等が含まれる。また、バッテリ残量の推定において、上記バッテリパック側の第1資源と、接続機器側の第2資源とが組み合わせて用いられてもよいし、第1資源のみ、第2資源のみを用いて用いられてもよい。
この結果、従来よりもバッテリ残量の推定精度を向上させることができる。
本実施形態に係るバッテリ残量推定システム1は、図1に示すように、電動自動二輪車等のモビリティ20に交換可能な状態で搭載されるバッテリパック10のバッテリ残量を推定する。
モビリティ20は、シート20aの下に搭載された2本のバッテリパック10から電力を供給されて走行する電動自動二輪車であって、前輪20c、後輪(駆動輪)20dを備えている。
後輪20dは、バッテリパック10が搭載されたモビリティ20の後部と路面との間に設けられた駆動輪であって、モータ(図示せず)によって回転駆動される。
そして、本実施形態のバッテリ残量推定システム1は、図2に示すように、バッテリパック10が接続機器(本実施形態では、充電装置30)に接続された状態で、バッテリパック10のバッテリ残量の推定を行う。
バッテリパック10は、図2に示すように、センサ(第1資源、計測資源)11、CPU(Central Processing Unit)(第1資源、計算資源)12、送受信部13、接続部14、接続検出部15、メモリ(記憶部)16、接続機器特定部17、およびバッテリ残量推定資源決定部18を備えている。
本実施形態では、バッテリパック10には、例えば、電流センサ、電圧センサ等のセンサ11が搭載されている。なお、バッテリパック10側の電流センサおよび電圧センサは、図3に示すように、充電装置30に搭載されたセンサ31(電流センサ)よりも精度が低いものが搭載されている。
ここで、クーロンカウンタ法とは、バッテリパック10に流入した電流と、流出した電流とを測定することでバッテリ残量を算出する手法であって、電流積算法とも呼ばれる。そしてクーロンカウンタ法では、電流検出抵抗を使って充電時に蓄えられた電流量を積算し、放電時の電流量を求めることで、バッテリ残量を算出する。クーロンカウンタ法によるバッテリ残量の推定は、一般的に、電圧測定方式と比べて精度は高いという特徴がある(例えば、特許文献2参照)。
接続検出部15は、バッテリパック10が充電を行う場合等に充電装置30にセットされた際に、バッテリパック10側の接続部14と充電装置30側の接続部34とが接触したことを検出することで、バッテリパック10と充電装置30とが接続状態にあることを検出する。そして、接続検出部15は、検出結果を送受信部13へと送信する。
メモリ(記憶部)16は、図3に示すように、送受信部13を介して取得した充電装置30側の第2資源(センサ31、CPU32、アルゴリズム)に関する情報を保存するとともに、バッテリパック10側の第1資源(センサ11、CPU12、アルゴリズム)に関する情報を保存する。
ここで、メモリ16に保存されるモードとしては、例えば、図4に示すように、バッテリ残量の推定精度が高い資源を優先的に選択した推定精度優先モード、バッテリ残量の推定に要する電力が少ない資源を優先的に選択した消費電力優先モード等がある。
例えば、推定精度優先モード(モードA)では、図5に示すように、バッテリ残量の推定精度が最も高くなるように、バッテリパック10および充電装置30側の各資源の組合せを選択する。
また、消費電力優先モードでは、図5に示すように、バッテリパック10のバッテリ残量の推定に要する電力量が少なくなるように、バッテリパック10および充電装置30側の各資源の組合せを選択する。
なお、図5に示す各モードに対応するアルゴリズムについて、カルマンフィルタ法は、充電装置30側のCPU32によって用いられる。そして、クーロンカウンタ法、OCV法は、バッテリパック10側のCPU12、充電装置30側のCPU32の双方で用いられる。
さらに、図5に示す各モードに対応するセンサについて、高精度とは、充電装置30に搭載されたセンサ31(電流センサ)を意味している。一方、低精度とは、バッテリパック10に搭載されたセンサ11(電流センサ、電圧センサ)を意味している。
接続機器特定部17は、送受信部13を介して取得した接続機器(充電装置30)の情報に基づいて、接続機器が充電装置30であることを特定する。そして、接続機器特定部17において、接続機器が充電装置30であることが特定されると、充電装置30に搭載されたセンサ31、CPU32等の第2資源に関する情報がメモリ16に保存される。
具体的には、予め設定された条件(モード)に基づいて、バッテリ残量の推定に用いられる資源として、バッテリパック10側の第1資源、充電装置30側の第2資源のうちのいずれかを選択する。
一方、バッテリ残量推定資源決定部18は、上述したように、例えば、消費電力が最も少ないモードでバッテリ残量の推定を行う場合には、図4に示すように、バッテリパック10に搭載されたCPU12、アルゴリズムを用いるとともに、充電装置30に搭載された電流センサ(センサ31)を選択して、バッテリ残量の推定を行う。
これにより、バッテリパック10およびバッテリパック10が接続された接続機器(充電装置30)に搭載されたアルゴリズム、CPU、センサ等の資源(第1・第2資源)を適切に組み合わせて最適な条件でバッテリパック10のバッテリ残量を推定することができる。
充電装置30は、上述したバッテリパック10の充電を行うために、所定のバッテリステーションに設置されている。そして、充電装置30は、図2に示すように、センサ(第2資源、計測資源)31、CPU(第2資源、計算資源)32、送受信部33、および接続部34を備えている。
本実施形態では、充電装置30には、例えば、電流センサ等のセンサ31が搭載されている。なお、充電装置30側の電流センサは、図3に示すように、バッテリパック10に搭載されたセンサ11(電流センサ、電圧センサ)よりも精度が高いものが搭載されている。
送受信部33は、CPU32と接続されている。そして、送受信部33は、バッテリパック10が充電装置30に接続された状態において、バッテリパック10側の送受信部13との間で通信を行う。具体的には、送受信部33は、送受信部13を介して、バッテリパック10側へ、充電装置30側に搭載されたセンサ31、CPU32等の情報を送信する。
接続部34は、充電装置30側に設けられたバッテリパック10との接続部分であって、バッテリパック10が充電装置30にセットされた際に、バッテリパック10側の接続部14と接触する。
本実施形態のバッテリ残量推定システム1では、以上のような構成を備えており、図6に示すフローチャートに従って、バッテリ残量の推定を行う。
次に、ステップS12では、バッテリパック10が接続された接続機器を特定する。本実施形態では、接続機器として、充電装置30が特定される。
次に、ステップS13では、接続機器として特定された充電装置30側およびバッテリパック10側に搭載された資源(第1・第2資源)の種類、性能等の情報を確認する。なお、これらの情報は、送受信部13,33を介して、充電装置30から取得するとともに、メモリ16に保存された情報を用いることができる。
複数の推定条件(モード)としては、上述したように、推定精度を優先する推定精度優先モード(図5のモードA)や、消費電力を抑える消費電力優先モード(図5のモードG)、処理速度を優先する処理速度優先モード(図5のモードB)等がある。
例えば、推定精度優先モードでは、図4に示すように、精度の高いバッテリ残量の推定が実施できるように、最も精度の高いセンサ31、CPU32、アルゴリズム(カルマンフィルタ法)が選択される。
次に、ステップS16では、ステップS15において選択された資源を用いて、バッテリパック10のバッテリ残量の推定を行う。
本実施形態のバッテリ残量推定方法では、以上のように、バッテリパック10と充電装置30との接続状態を検出して、接続機器が充電装置30であることを特定するとともに、推定条件に応じて、バッテリパック10側の第1資源、充電装置30側の第2資源を用いて、最適な組合せの資源を選択する。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施形態では、図2に示すように、バッテリパック10が、バッテリステーションに設置された充電装置30に接続された状態で、バッテリ残量の推定に用いられる資源を決定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図7に示すように、バッテリパック10がモビリティ20に接続された状態で、バッテリ残量の推定に用いられる資源を決定する構成であってもよい。
この場合には、モビリティ20側の資源(センサ21、CPU22等)を用いて、バッテリ残量の推定に用いられる資源として使用するか否かを決定してもよい。
これにより、上記実施形態と同様に、バッテリパック10側の接続部14とモビリティ20側の接続部24との接続が接続検出部15において検出されると、送受信部13と送受信部23とが通信して、接続機器を特定するとともに、バッテリ残量の推定を行う資源を決定することができる。
上記実施形態では、バッテリパック10が図1に示すモビリティ20に搭載される例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、バッテリパックが搭載される接続機器としては、モビリティ以外に、電動工具(電動ドリル、電動カッター等)、家電(冷蔵庫、洗濯機、扇風機等)であってもよい。
この場合には、上記実施形態と同様に、バッテリパック10側の接続部14と電動工具40側の接続部44との接続が接続検出部15において検出されると、送受信部13と送受信部43とが通信して、接続機器を特定するとともに、バッテリ残量の推定を行う資源を決定すればよい。
上記実施形態では、本バッテリ残量推定システム1を構成する接続検出部15、接続機器特定部17、およびバッテリ残量推定資源決定部18が、全てバッテリパック10側に配置されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、上記構成のうちの少なくとも一部が、充電装置30側、つまり接続機器側に配置された構成であってもよい。
上記実施形態では、バッテリパック10側に設けられた第1資源として、図2に示すように、センサ11およびCPU12を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、バッテリパック側の資源としては、センサだけであってもよい。つまり、バッテリパック側のCPUが設けられていない構成であってもよい。
この場合には、接続機器側の計算資源であるCPU等を用いることで、バッテリ残量の推定を実施することができる。
上記実施形態では、バッテリパック10側の計算資源および接続機器としての充電装置30側の計算資源として、CPU12,32を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、バッテリ推定に使用される計算資源としては、CPUの代わりに、GPU(Graphic Processing Unit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)を用いてもよい。
上記実施形態では、バッテリパック10側および充電装置30側の計測資源として、電圧、電流、内部インピーダンス等の測定を行うセンサ11,31を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、バッテリパック側および接続機器側に設けられる計測資源としては、電圧、電流、内部インピーダンスのうち、いずれか1つの計測を行うセンサのみを設けてもよい。
上記実施形態では、バッテリパック10が搭載されるモビリティ20に、2本のバッテリパック10が搭載される例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、モビリティ等の接続機器に搭載されるバッテリパックは、1本、あるいは3本以上であってもよい。
上記実施形態では、バッテリパック10がモビリティ20におけるシート20aの下に搭載されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、バッテリパック10は、モビリティ20におけるハンドル20bの下の部分等、他の位置に配置されていてもよい。
上記実施形態では、バッテリパック10が搭載されるモビリティ20として、図1に示す電動自動二輪車を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
あるいは、バッテリパックが搭載される接続機器としては、モビリティに限らず、交換可能なバッテリによって駆動される他の電気製品であってもよい。
3 バッテリステーション
10 バッテリパック
11 センサ(第1資源、計測資源)
12 CPU(第1資源、計算資源)
13 送受信部
14 接続部
15 接続検出部
16 メモリ(記憶部)
17 接続機器特定部
18 バッテリ残量推定資源決定部
20 モビリティ(接続機器)
20a シート
20b ハンドル
20c 前輪
20d 後輪
21 センサ(第2資源、計測資源)
22 CPU(第2資源、計算資源)
23 送受信部
24 接続部
30 充電装置(接続機器)
31 センサ(第2資源、計測資源)
32 CPU(第2資源、計算資源)
33 送受信部
34 接続部
40 電動工具(接続機器)
41 センサ(第2資源、計測資源)
42 CPU(第2資源、計算資源)
43 送受信部
44 接続部
Claims (9)
- バッテリパックのバッテリ残量を推定するバッテリ残量推定システムであって、
前記バッテリパックと前記バッテリパックが接続される接続機器とが接続されたことを検出する接続検出部と、
前記接続機器を特定する接続機器特定部と、
前記バッテリ残量の推定に用いられる、前記バッテリパックが有する第1資源に関する情報、および前記接続機器が有する第2資源に関する情報を保存する記憶部と、
前記接続機器特定部において特定された前記接続機器に関する情報に基づいて、前記記憶部に保存され前記バッテリ残量の推定に用いられる前記第1資源および前記第2資源を決定するバッテリ残量推定資源決定部と、
を備えているバッテリ残量推定システム。 - 前記第1資源および前記第2資源には、計算機能を有する計算資源、電圧、電流、インピーダンスのうちの少なくとも1つを測定する測定資源、前記バッテリ残量を推定するアルゴリズムが含まれる、
請求項1に記載のバッテリ残量推定システム。 - 前記バッテリ残量推定資源決定部は、前記第1資源と前記第2資源とを組み合わせて、前記バッテリ残量を推定する、
請求項1または2に記載のバッテリ残量推定システム。 - 前記バッテリ残量推定資源決定部は、前記バッテリ残量の推定精度、推定速度、推定に要する消費電力のうち、いずれか1つに基づいて、前記第1資源および前記第2資源を選択する、
請求項1から3のいずれか1項に記載のバッテリ残量推定システム。 - 前記記憶部は、前記バッテリ残量推定資源決定部において前記バッテリ残量の推定に使用されることが決定された前記第1資源および前記第2資源を保存する、
請求項1から4のいずれか1項に記載のバッテリ残量推定システム。 - 前記接続機器は、充電装置である、
請求項1から5のいずれか1項に記載のバッテリ残量推定システム。 - 前記接続機器は、モビリティ、家電、電動工具のうちのいずれかである、
請求項1から5のいずれか1項に記載のバッテリ残量推定システム。 - 前記モビリティは、電動自動二輪車、電動自転車、電動アシスト自転車、電気自動車、PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)を含む、
請求項7に記載のバッテリ残量推定システム。 - バッテリパックのバッテリ残量を推定するバッテリ残量推定方法であって、
前記バッテリパックと前記バッテリパックが接続される接続機器とが接続されたことを検出する接続検出ステップと、
前記接続機器を特定する接続機器特定ステップと、
前記接続機器特定ステップにおいて特定された前記接続機器に関する情報に基づいて、前記バッテリ残量の推定に用いられる前記バッテリパックが有する第1資源および前記接続機器が有する第2資源を決定するバッテリ残量推定資源決定ステップと、
を備えたバッテリ残量推定方法。
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