JP6658407B2 - Battery temperature estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、電池温度の推定方法に関する。 The present invention relates to a method for estimating a battery temperature.
従来、電池温度が過度に上昇しないように電池を冷却する冷却装置が設けられる。この場合において、実際に検出した電池温度と、推定した電池温度を比較して、冷却装置の異常を検出することが提案されている。そこで、電池温度を推定することが必要となるが、このような電池温度の推定方法として、特許文献1に記載されているものがある。この電池温度の推定方法では、先ず、様々なバッテリ温度(検出温度)に対する電池抵抗(内部抵抗)の値がマップとして予め格納されている。そして、現在の電池(バッテリ)の温度が検出され、続いて、検出した電池温度を、格納されている電池温度と抵抗のマップに照らし合わせて、電池抵抗が算出される。その後、算出した電池抵抗と、電流センサで検出したバッテリの出力電流の2乗との積によって発熱量を算出する。さらに、算出された発熱量と、ファンの回転数等で決定された冷却能力とに基づき、冷却能力も考慮に入れた電池の推定温度が算出される。
Conventionally, a cooling device for cooling the battery so that the battery temperature does not excessively rise is provided. In this case, it has been proposed to compare the actually detected battery temperature with the estimated battery temperature to detect an abnormality of the cooling device. Therefore, it is necessary to estimate the battery temperature. As a method for estimating such a battery temperature, there is a method described in
上記従来の電池温度の推定方法では、予め格納された電池初期における電池温度と抵抗のマップが用いられるため、経年による電池抵抗の変化に対応できず、経年により抵抗算出の精度が低下する可能性がある。 In the above-described conventional battery temperature estimation method, a previously stored map of battery temperature and resistance in the initial stage of the battery is used, so that it is not possible to cope with changes in battery resistance due to aging, and the accuracy of resistance calculation may decrease with aging. There is.
本発明の目的は、経年による電池抵抗の変化に対応でき、電池温度の推定に用いる電池抵抗の推定精度を高くできる電池温度の推定方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of estimating a battery temperature that can cope with a change in battery resistance due to aging and that can increase the accuracy of estimating the battery resistance used for estimating the battery temperature.
本発明に係る電池温度の推定方法は、電池抵抗を用いて算出される電池の発熱量と、前記電池を冷却する能力とに基づいて電池温度を推定する電池温度の推定方法であって、前記電池抵抗は、検出した電池温度と、電池温度と電池抵抗を関連づけるマップとに基づいて推定され、検出した前記電池を流れる電流と検出した前記電池の電圧とに基づいて算出した実測電池抵抗と、前記検出した電池温度と前記マップとに基づいて推定された推定電池抵抗との差の絶対値が、前記推定電池抵抗の所定割合以内の値になっているとき、前記マップを前記差の絶対値に基づいて補正し、前記実測電池抵抗をRJとし、前記推定電池抵抗をRSとしたとき、RJ>RSである場合に、gを、1<g<RJ/RSを満たすいずれかの値に設定する一方、RJ<RSである場合に、gを、RJ/RS<g<1を満たすいずれかの値に設定し、更に、更新前の推定電池抵抗にgを乗じた推定電池抵抗が、更新後の推定電池抵抗になるように前記マップを補正するか、又は、前記実測電池抵抗をRJとし、前記推定電池抵抗をRSとしたとき、RJ>RSである場合に、γを、0<γ≦RJ−RSを満たすいずれかの値に設定する一方、RJ<RSである場合に、γを、RJ−RS≦γ<0を満たすいずれかの値に設定し、更に、更新前の推定電池抵抗にγを足した推定電池抵抗が、更新後の推定電池抵抗になるように前記マップを補正する。 The method for estimating a battery temperature according to the present invention is a method for estimating a battery temperature based on a calorific value of a battery calculated using a battery resistance and a capacity for cooling the battery, wherein The battery resistance is estimated based on a detected battery temperature and a map associating the battery temperature and the battery resistance, and an actually measured battery resistance calculated based on the detected current flowing through the battery and the detected battery voltage, When the absolute value of the difference between the detected battery temperature and the estimated battery resistance estimated based on the map is a value within a predetermined ratio of the estimated battery resistance, the map is converted to the absolute value of the difference. When the measured battery resistance is RJ and the estimated battery resistance is RS, if RJ> RS, g is set to any value that satisfies 1 <g <RJ / RS. While R If <RS, g is set to any value that satisfies RJ / RS <g <1, and the estimated battery resistance obtained by multiplying the estimated battery resistance before updating by g is the estimated battery resistance after updating. If the map is corrected to be a resistance or the measured battery resistance is RJ and the estimated battery resistance is RS, if RJ> RS, γ is set to 0 <γ ≦ RJ-RS. If RJ <RS, γ is set to any value that satisfies RJ-RS ≦ γ <0, and γ is set to the estimated battery resistance before updating. The map is corrected so that the added estimated battery resistance becomes the updated estimated battery resistance .
本発明に係る電池温度の推定方法によれば、検出した電池を流れる電流と検出した電池の端子間電圧とに基づいて算出した実測電池抵抗と、検出した電池温度とマップとに基づいて推定された推定電池抵抗との差の絶対値が、推定電池抵抗の所定の割合以内の値になっているとき、マップが上記差の絶対値に基づいて補正される。したがって、経年によって電池抵抗が変化しても、マップが電池抵抗の変化に基づいて修正され、マップに基づいて算出される推定電池抵抗を、実際の電池抵抗に近づけることができる。よって、時が経過しても推定電池抵抗基づいて算出される推定電池温度の推定精度を高くできる。 According to the battery temperature estimation method according to the present invention, the battery temperature is estimated based on the measured battery resistance calculated based on the detected current flowing through the battery and the detected battery terminal voltage, and the detected battery temperature and the map. When the absolute value of the difference from the estimated battery resistance is within a predetermined ratio of the estimated battery resistance, the map is corrected based on the absolute value of the difference. Therefore, even if the battery resistance changes over time, the map is corrected based on the change in the battery resistance, and the estimated battery resistance calculated based on the map can be made closer to the actual battery resistance. Therefore, the estimation accuracy of the estimated battery temperature calculated based on the estimated battery resistance can be increased even after the lapse of time.
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following, when a plurality of embodiments and modified examples are included, it is assumed from the beginning that a new embodiment is constructed by appropriately combining those features.
図1は、電池温度を推定する電池温度推定システム50を含む車両システムの概略構成図である。なお、この電池温度推定システム50は、電気自動車に搭載されると好ましいが、外部からの充電が可能なプラグインハイブリッド車や、外部からの充電が不可能なハイブリッド車や、車輪のモータ駆動が不可能なガソリン車に搭載されてもよい。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle system including a battery
この電池温度推定システム50は、電池であるバッテリ1、冷却ファン2、バッテリ1の温度を検出する温度センサ3、バッテリ1の出力電流を検出する電流センサ4、バッテリ1の端子間電圧を検出する電圧センサ5、冷却ファン2の吸気温度を検出する吸気温度センサ6、冷却ファン2の回転数を検出する回転数センサ7、及び制御装置10を備える。なお、制御装置10は、上述するように、推定した温度を用いてファン2の駆動を制御するための補正係数算出部46、ファン制御部47を含んでいる。
The battery
バッテリ1は、端子間電圧が例えば300ボルト程度の高圧バッテリである。バッテリ1は、例えば、図示しない複数の電池モジュールがバスバーによって直列に接続された構造を有し、各電池モジュールは、複数の二次電池(充放電可能な電池、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池)が並列に接続された構造を有する。なお、バッテリ1は、並列に接続された複数の電池モジュールを含んでもよく、少なくとも1つの電池モジュールは、直列に接続された複数の二次電池を含んでもよい。また、図示は省略するが、バッテリ1は、外部電源(例えば家庭用の商用交流100V電源)で充電される。そのため、電気自動車は、交流100V電力をバッテリ充電に適した直流電力に変換するACDCコンバータ(図示せず)を備える。
The
バッテリ1からの電力は、インバータ15を介してモータジェネレータ16に供給される。モータジェネレータ16は、例えば三相同期型電動機で好適に構成されることができ、この場合、インバータ15は、バッテリ1からの直流電力を、三相交流電力に変換した後、モータジェネレータ16に供給する。走行中のモータジェネレータ16の力行動作時には、バッテリ1からの直流電圧が、インバータ15により三相交流電圧に変換され、その後モータジェネレータ16に供給される。他方、モータジェネレータ16の回生動作時には、モータジェネレータ16で生成された三相交流電圧がインバータ15で直流電力に変換され、直流電力となった回生電力が、バッテリ1に供給される。
Power from
冷却ファン2は、バッテリ1の各電池モジュールを冷却するために設けられる。冷却ファン2からの風は、例えば、ダクト内を流動し、バッテリ1の各電池モジュールに略均等に送られる。制御装置10は、冷却ファン2のモータに供給する電力を制御して、モータの回転数を所定値に制御する。また、制御装置10は、図示しない補機電池からファン2へ電力を供給するラインに設けられたリレー(図示せず)をオンオフ制御することによって、ファン2の駆動又は停止を制御する。なお、図1では、電池温度推定システム50が、1つのみの冷却ファン2を備えるが、電池温度推定システムは、如何なる数の冷却ファンを備えてもよい。
The
温度センサ3は、バッテリ1に設置される。温度センサ3は、リード線を介して制御装置10と電気的につながる。温度センサ3は、例えば、温度によって電気抵抗が変化するサーミスタ素子と、熱伝導性の高い樹脂などの絶縁体からなって、サーミスタ素子の周囲を覆うことでサーミスタ素子を保護する保護絶縁部とを有する。温度センサ3において、保護絶縁部は、バッテリ1の表面に接触した状態で取り付けられる。サーミスタ素子の温度がその設置箇所の温度に応じて変化すると、サーミスタ素子の抵抗値が変化してリード線を流れる電流が変化する。制御装置10は、リード線を流れる電流値によって温度センサ3の設置箇所の温度を検出する。なお、この実施例では、電池温度推定システム50が、1つのみの温度センサ3を備えるが、電池温度推定システムは、バッテリの互いに異なる箇所に設置された2以上の温度センサを備えても良い。
The
電流センサ4は、バッテリ1の充放電電流を検出できれば、公知のものを採用することができ、例えば微弱な電流が発生する磁場を検知するパーマロイコアーで好適に構成されることができる。しかし、電流センサ4は、バッテリ1の負極に外付けされたシャント抵抗により電流を検出する構成等からなっていてもよい。また、電圧センサ5としては、例えば、正極に直列に接続された抵抗によりバッテリ1の端子間電圧を正確に検出するものを好適に採用できる。また、吸気温度センサ6としては、温度センサ3と同様の構成を有して、サーミスタ素子を含むものを好適に採用できる。また、回転数センサ7としては、パルサリングを含むものを好適に採用できる。なお、各センサ3〜6として、上述の構成以外の公知の如何なるセンサを採用してもよいのは言うまでもない。
The current sensor 4 may be any known one as long as it can detect the charge / discharge current of the
制御装置10は、各センサ2〜7から信号を受ける一方、冷却ファン2に制御信号を出力する。制御装置10は、CPU(中央処理装置)30と、メモリ(主記憶装置)31を含み、CPU30は、内部抵抗算出部41と、発熱量算出部42と、冷却能力算出部43と、推定温度算出部45と、補正係数算出部46と、ファン制御部47とを有する。CPU30の各算出部41〜46が行う演算と、ファン制御部47が行う制御については、以下の図2等を用いて詳述する。
The
制御装置10は、ハードディスク等で構成される補助記憶装置32とデータやプログラムをやり取りする。メモリ31又は補助記憶装置32には、バッテリ温度と、バッテリ内部抵抗とを一対一に対応づけたマップが記憶されている。後で詳述するが、このマップは学習機能により修正されて更新される。
The
次に、図2を用いて、本発明の一実施形態に係る電池温度推定方法の概要(全体像)について簡単に説明する。なお、当該電池温度推定方法の詳細な説明については、図3以下を用いて後で行う。 Next, the outline (overall image) of the battery temperature estimation method according to an embodiment of the present invention will be briefly described with reference to FIG. A detailed description of the battery temperature estimating method will be given later using FIG.
図2は、電池温度推定システム50で実行される電池温度推定の手順を説明する図である。最初に言っておくが、図2において、点線領域Rで囲まれたステップS1,S2,S3が、従来技術と異なる手順であり、本実施形態で新たに導入された手順である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a procedure of battery temperature estimation performed by battery
図2に示すように、本電池温度推定方法では、先ず、ステップS1で、電流センサ4が検出した実測電流と、電圧センサ5が検出した実測電圧とに基づいて実測電池抵抗を算出し、更に、温度センサ3が検出した実測電池温度と、上記マップとに基づいて実測電池温度に対応する推定電池抵抗を特定する。
As shown in FIG. 2, in the battery temperature estimation method, first, in step S1, an actually measured battery resistance is calculated based on the actually measured current detected by the current sensor 4 and the actually measured voltage detected by the voltage sensor 5. The estimated battery resistance corresponding to the measured battery temperature is specified based on the measured battery temperature detected by the
その後、ステップS2で、算出した実測電池抵抗と、特定した推定電池抵抗との差の絶対値が、特定した推定電池抵抗の所定割合以内の値になっているとき、上記マップを当該差の絶対値に基づいて補正し、マップを、実測電池抵抗に基づいて修正して更新する。ステップS2におけるマップの修正の詳細については、図3以下で説明する。その後、ステップS3で、上記実測電池温度と、ステップS2で更新されたマップに基づいて電池抵抗を算出する。ステップS1〜S3での算出は、内部抵抗算出部41(図1参照)で実行される。 Thereafter, in step S2, when the absolute value of the difference between the calculated measured battery resistance and the specified estimated battery resistance is within a predetermined ratio of the specified estimated battery resistance, the map is used to determine the absolute value of the difference. The correction is performed based on the value, and the map is corrected and updated based on the measured battery resistance. Details of the map correction in step S2 will be described with reference to FIG. Then, in step S3, the battery resistance is calculated based on the measured battery temperature and the map updated in step S2. The calculations in steps S1 to S3 are executed by the internal resistance calculator 41 (see FIG. 1).
続いて、ステップS4では、電流センサ4が検出した実測電流Iと、ステップS3で算出された電池抵抗Rとに基づいて、発熱量算出部42(図1参照)が、次の(式1)に基づく発熱量(ジュール熱)HWを算出する。 Subsequently, in step S4, the calorific value calculation unit 42 (see FIG. 1) calculates the following (Equation 1) based on the actually measured current I detected by the current sensor 4 and the battery resistance R calculated in step S3. Calorific value (Joule heat) HW based on is calculated.
HW=I2×R・・・(式1) HW = I 2 × R (Equation 1)
また、ステップS1〜ステップS4の手続きとは独立して、ステップS5で、冷却能力が算出される。詳しくは、冷却能力算出部43(図1参照)が、温度センサ3からのバッテリ温度(電池検出温度)TBを表す信号と、吸気温度センサ6からの吸気温度TCを表す信号とに基づいて次の(式2)から冷却能力CWを算出する。
Further, the cooling capacity is calculated in step S5 independently of the procedures in steps S1 to S4. More specifically, the cooling capacity calculation unit 43 (see FIG. 1) determines the following based on a signal indicating the battery temperature (battery detection temperature) TB from the
CW=(TB-TC)×K×ファン風量・・・(式2) CW = (TB−TC) × K × fan air volume (Equation 2)
なお、(式2)において、Kは、既定の定数であり、予めメモリ31又は補助記憶装置32に格納されている。また、ファン風量[m3/h]は、次の(式3)で求まる。
Note that, in (Equation 2), K is a predetermined constant and is stored in the
ファン風量=α×ファン回転数N×β・・・(式3) Fan air volume = α × fan rotation speed N × β (Equation 3)
(式3)において、αは、既定の係数であり、予めメモリ31又は補助記憶装置32に格納されている。ファン回転数Nは、回転数センサ7によって検出される。βは、補正係数であり、初期値は1.0である。補正係数βは変動する。補正係数βについては、後で詳しく説明する。(式2)と(式3)から結局、冷却能力CWは、次の(式4)で求められる。
In (Equation 3), α is a predetermined coefficient and is stored in the
CW=(TB−TC)×K×α×ファン回転数N×β・・・(式4) CW = (TB−TC) × K × α × Fan rotation speed N × β (Equation 4)
(式3)、(式4)から明らかなように、冷却能力CWは、バッテリ温度TBとファンから送られる吸気温度TCとの差と、ファン風量とに比例する。 As is apparent from (Equation 3) and (Equation 4), the cooling capacity CW is proportional to the difference between the battery temperature TB and the intake air temperature TC sent from the fan, and the fan airflow.
その後、ステップS6で、推定温度算出部45が、ステップS4で算出された発熱量HWと、ステップS5で算出された冷却能力CWに基づいて、次の(式5)から推定電池温度TSを算出する。
Thereafter, in step S6, the estimated
TS=前回の推定電池温度TS+γ×(HW−CW)×dT・・・(式5) TS = previous estimated battery temperature TS + γ × (HW−CW) × dT (Equation 5)
(式5)式において、「前回の推定電池温度TS」とは、1回前の制御周期において算出した推定温度である。また、γは、バッテリの熱容量の逆数であり、dTは、制御周期(温度推定の周期)である。 In equation (5), the “previous estimated battery temperature TS” is the estimated temperature calculated in the immediately preceding control cycle. Γ is the reciprocal of the heat capacity of the battery, and dT is the control cycle (cycle of temperature estimation).
続くステップS7では、補正係数算出部46が、電池冷却能力を算出する。詳しくは、補正係数算出部46は、(式5)で得られた推定電池温度TSと、温度センサ3が検出したバッテリ温度TBを比較し、それらの大小関係に応じて、補正係数βを修正する。例えば、推定電池温度TSがバッテリ温度TBよりも大きい場合、補正係数算出部46は、補正係数βを所定量(例えば0.1)だけ増加させる。逆に、推定電池温度TSがバッテリ温度TB以下である場合、補正係数算出部46は、補正係数βを所定量(例えば0.1)だけ減少させる。また、補正係数算出部46は、補正係数βが1.0を超えた場合、補正係数βを1.0に設定する。即ち、補正係数算出部46は、推定電池温度TSがバッテリ温度TBよりも大きい場合、1.0を上限として補正係数βを所定数だけ増加させる。
In the following step S7, the
なお、前回の推定電池温度TSとして、一回前のバッテリ温度TBを使用してもよい。また、補正係数βの1回当たりの増減幅を0.1としたが、1回当たりの増減幅は、例えば0.01などの小さい値であってもよい。更には、車両のイグニッションがOFFされたときでも補正係数βが保持されるように、補正係数βは、不揮発性メモリに記憶されてもよい。不揮発性メモリに補正係数βを記憶しておくことによって、次回にイグニッションがONされたとき、前回の補正係数βを用いることができる。 Note that the immediately preceding battery temperature TB may be used as the previous estimated battery temperature TS. Further, the increase / decrease width per correction coefficient β is set to 0.1, but may be a small value such as 0.01 for example. Further, the correction coefficient β may be stored in the nonvolatile memory so that the correction coefficient β is retained even when the ignition of the vehicle is turned off. By storing the correction coefficient β in the nonvolatile memory, the next time the ignition is turned on, the previous correction coefficient β can be used.
ファン制御部47は、補正係数βに基づいて冷却ファン2の目標回転数Ntを制御する。ファン制御部47は、補正係数βが1.0より小さくて、冷却能力が低下している場合、ファンの目標回転数Ntを増加して冷却能力を増大させる。メモリ31又は補助記憶装置32には、ベース風量のマップ(車速とファン目標風量の関係を定めるグラフ)と、ファン回転数マップ(ファン目標風量と目標回転数Ntとの関係を定めるグラフ)と、回転数補正係数Fのマップ(補正係数βと回転数補正係数Fの関係を定めるグラフ)を格納されている。また、ベース風量マップには、例えば、バッテリが常温の場合とバッテリが高温の場合の2種類のグラフが規定されている。ここで、常温とは、例えば60[℃]以下の温度域であり、高温とは60[℃]を超える温度域である。ファン制御部47は、まず、ベース風量マップを参照し、現在の車速に応じた風量(目標風量)を特定する。次にファン制御部47は、ファン回転数マップを参照し、目標風量に対応する目標回転数Ntを特定する。更に、ファン制御部47は、回転数補正係数Fのマップを参照して、求まった目標回転数Ntに回転数補正係数Fを乗じた値を冷却ファン2への指令(最終的な目標回転数Nt)として出力するようになっている。
The
次に、図3、図4を用いて従来の電池温度の推定方法における問題点について説明する。図3は、Ni電池における経年の度合(走行距離)と、内部抵抗の関係を示すグラフである。また、図4は、互いに異なる二種類の電池の夫々における電池温度と電池抵抗との関係を示すグラフである。なお、図3において、a6>a5>a4>a3>a2>a1>0であり、b3>b2>b1>0である。また、図4において、c6>c5>c4>c3>c2>c1>0であり、d4>d3>d2>d1>0である。 Next, a problem in the conventional battery temperature estimation method will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the age (running distance) of the Ni battery and the internal resistance. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the battery temperature and the battery resistance in each of two different types of batteries. In FIG. 3, a6> a5> a4> a3> a2> a1> 0 and b3> b2> b1> 0. In FIG. 4, c6> c5> c4> c3> c2> c1> 0, and d4> d3> d2> d1> 0.
図3に示すように、Ni電池においては、当該電池を搭載した車両の走行距離が長くなると(時が経過すると)、電池の内部抵抗が低下する。これは、電池負極の合金が充放電により割れて、反応に寄与する表面積が増加し、反応性が高くなるためであると考えられる。 As shown in FIG. 3, in a Ni battery, as the traveling distance of a vehicle equipped with the battery increases (when time elapses), the internal resistance of the battery decreases. This is considered to be because the alloy of the battery negative electrode was broken by charge and discharge, the surface area contributing to the reaction increased, and the reactivity increased.
また、図4に示すように、各電池において、電池温度が上がる程、反応性が向上するため、電池抵抗が低下する。更には、燃費向上のため、電池抵抗がより低いセルの開発が盛んに行われており、例えば、図4に●で示す第1セルの抵抗は、図4に■で示す第2セルの抵抗よりも低くなっている。 Further, as shown in FIG. 4, in each battery, as the battery temperature increases, the reactivity increases, and the battery resistance decreases. Further, in order to improve fuel economy, cells with lower battery resistance are being actively developed. For example, the resistance of the first cell indicated by ● in FIG. 4 is the resistance of the second cell indicated by Δ in FIG. Is lower than.
このように、電池の内部抵抗は、走行距離や電池種類によって変化する。これに対し、上記従来の電池温度の推定方法では、電池の抵抗を、検出した電池温度と、電池温度と電池抵抗とを一対一に関連づけたマップとから推定され、マップは、初期状態の電池に基づいて決められ、変化することがない。その結果、時が経過してもマップが変わらないため、時の経過とともに、現実の抵抗と、推定抵抗との差が大きくなり、抵抗の推定精度が低下する。更には、電池抵抗を、電池温度より決まる標準抵抗マップで特定し、電池種類を考慮せずに特定する場合には、電池種類によっても、抵抗の推定精度が低下することになる。 As described above, the internal resistance of the battery changes depending on the traveling distance and the type of the battery. On the other hand, in the conventional battery temperature estimation method, the battery resistance is estimated from the detected battery temperature and a map in which the battery temperature and the battery resistance are associated with each other on a one-to-one basis. Is determined based on the information and does not change. As a result, the map does not change even with the passage of time, so that the difference between the actual resistance and the estimated resistance increases with the passage of time, and the accuracy of resistance estimation decreases. Furthermore, when the battery resistance is specified by a standard resistance map determined by the battery temperature and specified without considering the battery type, the estimation accuracy of the resistance is reduced depending on the battery type.
次に、図5−図7を用いて、これらの電池特性変化に対応でき、推定精度が高い本実施形態における電池抵抗の推定方法について説明する。 Next, a method for estimating the battery resistance according to the present embodiment, which can cope with these battery characteristic changes and has high estimation accuracy, will be described with reference to FIGS.
先ず、電池抵抗を実測する場合、図5に示す、電流と電圧をパラメータとする2次元平面にプロットされた複数の測定点によって特定された直線の傾きに基づいて実測電池抵抗が算出される。ここで、実測電池抵抗は次の点を考慮することでより精密に算出される。 First, when actually measuring the battery resistance, the actually measured battery resistance is calculated based on the slope of a straight line specified by a plurality of measurement points plotted on a two-dimensional plane using current and voltage as parameters as shown in FIG. Here, the measured battery resistance is calculated more precisely by considering the following points.
詳しくは、図6、すなわち、充放電履歴による電圧挙動を表す図に示すように、例えば、Ni電池においては、バッテリ1の同じ充電状態値SOC(state of charge)からの充放電に対し、電圧挙動に前履歴から継続するヒステリアスがあり、充放電履歴によって算出される電池抵抗が異なる。なお、図6において、e9>e8>e7>e6>e5>e4>e3>e2>e1>0であり、f4>f3>f2>f1>0である。
More specifically, as shown in FIG. 6, that is, a diagram showing the voltage behavior based on the charge / discharge history, for example, in the case of a Ni battery, the voltage of the
他方、車両での充放電は、最大10sec程度連続する。よって、10secよりも十分長い時間に亘る測定点で抵抗を推定すれば、充放電のヒステリシスの影響を低下させることができ、電池抵抗をより精密に測定できる。そのような十分長い時間は、例えば、制御装置10のタイマ33(図1参照)で計測されることができる。係る十分長い時間での電池抵抗の実測は、例えば、計測を100回以上行い、計測間隔を0.1secとすることで実現されることができる。
On the other hand, charging / discharging in the vehicle continues for a maximum of about 10 seconds. Therefore, if the resistance is estimated at a measurement point that is sufficiently longer than 10 seconds, the influence of the hysteresis of charge and discharge can be reduced, and the battery resistance can be measured more precisely. Such a sufficiently long time can be measured by, for example, the
次に、図7を参照して、経年(時の経過)による電池抵抗の変化を反映させた、電池温度と電池抵抗とを一対一に対応づけたマップの学習機能による修正及び更新について説明する。 Next, with reference to FIG. 7, a description will be given of correction and update by a learning function of a map in which a battery temperature and a battery resistance are associated one-to-one with the change in battery resistance over time (elapse of time) reflected. .
先ず、更新前の実測電池温度と推定電池抵抗のマップに基づいて、温度センサ3が検出したバッテリ温度から推定電池抵抗を特定する。
First, the estimated battery resistance is specified from the battery temperature detected by the
続いて、係る推定電池抵抗を、上述の十分長い時間で実測された実測電池抵抗と比較する。そして、図7に示すように、(a)推定電池抵抗が実測電池抵抗よりも小さいときには、次の(式6)で定義される内部抵抗学習ゲインを上げる一方、(b)推定電池抵抗が実測電池抵抗よりも大きいときには、上記内部抵抗学習ゲインを下げる。 Subsequently, the estimated battery resistance is compared with the measured battery resistance measured for a sufficiently long time. Then, as shown in FIG. 7, when (a) the estimated battery resistance is smaller than the measured battery resistance, the internal resistance learning gain defined by the following (Equation 6) is increased, and (b) the estimated battery resistance is measured. When it is larger than the battery resistance, the internal resistance learning gain is reduced.
更新後推定電池抵抗=内部抵抗学習ゲイン×更新前推定電池抵抗・・・(式6) Estimated battery resistance after update = internal resistance learning gain x estimated battery resistance before update ... (Equation 6)
なお、電池抵抗は急激に変化しないため、内部抵抗学習ゲインは、推定電池抵抗がゆっくり上下するように設定されると好ましく、例えば、200分程度の間に、推定電池抵抗が最大0.2mΩ程度の上昇又は下降をする程度に設定されると好ましい。また、マップの更新は、例えば100ms毎に実行されてもよいが、それ以外の時間間隔毎に実行されてもよい。また、実測電池抵抗と推定電池抵抗との差の絶対値を推定電池抵抗で割ったときの割合が大きくて、実測電池抵抗と推定電池抵抗との差が大きかった場合には、再度、上述の十分長い時間での電池抵抗の実測をやり直すと好ましい。 Since the battery resistance does not change abruptly, it is preferable that the internal resistance learning gain is set so that the estimated battery resistance rises and falls slowly. For example, the estimated battery resistance is about 0.2 mΩ at the maximum in about 200 minutes. Is preferably set to such an extent that rises or falls. The update of the map may be performed, for example, every 100 ms, or may be performed at other time intervals. Also, when the ratio of the absolute value of the difference between the measured battery resistance and the estimated battery resistance divided by the estimated battery resistance is large, and the difference between the measured battery resistance and the estimated battery resistance is large, It is preferable to re-measure the battery resistance for a sufficiently long time.
次に、電池抵抗のより精密な推定を可能とする制御装置10の制御について、図8を用いて説明する。図8は、マップを学習機能により修正して更新させる制御フローの一例を示す図である。
Next, control of the
イグニッションスイッチがオンにされて、スタータが駆動した後、電流センサ4からの信号を受けた制御装置10が、電流の分散が所定以上であると判定すると、制御がスタートする。制御がスタートすると、先ず、ステップS11で、制御装置10が、電流センサ4及び電圧センサ5が実測したI-V値に基づいて実測電池抵抗を算出し、ステップS12に移行する。
After the ignition switch is turned on and the starter is driven, when the
ステップS12では、制御装置10が、ステップS11で算出した実測電池抵抗が、温度センサ3が実測したバッテリ温度とマップとから推定された推定電池抵抗と異なるか否かを判定する。ステップS12で否定判定されると、ステップS11以下が繰り返される。他方、ステップS12で肯定判定されると、ステップS13に移行して、制御装置10が、推定電池抵抗に対する、推定電池抵抗と実測電池抵抗の差の絶対値の割合が所定割合以内か否かを判定する。所定割合としては、例えば、10%〜30%を採用でき、20%を好適に採用できるが、それ以外の如何なる割合が採用されてもよい。
In step S12, the
ステップS13で否定判定されると、ステップS11以下が繰り返される。他方、ステップS13で肯定判定されると、ステップS14に移行して、制御装置10が、抵抗学習ゲインを乗じるマップ抵抗の補正を行う。詳しくは、ステップS14では、(式6)で定義される抵抗学習ゲインをgとし、ステップS11で算出した実測電池抵抗をRJとし、ステップS12でマップから特定した推定電池抵抗をRSとしたとき、RJ>RSである場合に、gを、1<g<RJ/RSを満たすいずれかの値に設定し、RS>RJの場合に、gを、RJ/RS<g<1を満たすいずれかの値に設定する。そして、ステップS12で、推定した推定電池抵抗にgを乗じた推定電池抵抗が、更新後の推定電池抵抗になるようにマップを修正し、ステップS15に移行する。
If a negative determination is made in step S13, step S11 and subsequent steps are repeated. On the other hand, if an affirmative determination is made in step S13, the process proceeds to step S14, where the
ステップS15では、制御装置10が、イグニッションスイッチがオフにされたか否かを判定する。ステップS15で否定判定されると、ステップS11以下が繰り返される。他方、ステップS15で肯定判定されると、制御がエンドになる。なお、ステップS11〜ステップS15で実行される推定電池抵抗の一連の更新手続きは、例えば100ms程度の時間間隔毎に実行されることができる。
In step S15, the
上記実施形態によれば、検出したバッテリ1を流れる電流と検出したバッテリ1の端子間電圧とに基づいて算出した実測電池抵抗RJと、検出したバッテリ1の温度とマップとに基づいて推定された推定電池抵抗RSとの差の絶対値が、推定電池抵抗RSの所定の割合以内の値になっているとき、マップが上記差の絶対値に基づいて補正される。したがって、経年(時の経過)によって電池抵抗が変化しても、マップが電池抵抗の変化に基づいて修正され、マップに基づいて算出される推定電池抵抗を、実際の電池抵抗に近づけることができる。よって、推定電池抵抗に基づいて算出される推定電池温度の推定精度を高くでき、その結果、電池の冷却能力判定の精度も高くできる。
According to the above embodiment, the estimation is made based on the measured battery resistance RJ calculated based on the detected current flowing through the
尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment and its modifications, and various improvements and modifications can be made within the scope of the claims and the equivalent scope thereof.
例えば、上記実施形態では、推定電池抵抗を更新する際に(式6)で定義される内部学習ゲインを用いる場合について説明したが、ゲインでなく、次の(式7)で定義される内部抵抗学習オフセット量を算出し、当該内部抵抗学習オフセット量に基づいて推定電池抵抗を修正して更新してもよい。 For example, in the above embodiment, the case where the internal learning gain defined by (Equation 6) is used when updating the estimated battery resistance has been described. However, instead of the gain, the internal resistance defined by the following (Equation 7) is used. The learning offset amount may be calculated, and the estimated battery resistance may be corrected and updated based on the internal resistance learning offset amount.
更新後の推定電池抵抗=内部抵抗学習オフセット量+更新前の推定電池抵抗・・・(式7) Estimated battery resistance after update = internal resistance learning offset amount + estimated battery resistance before update (Equation 7)
また、内部抵抗学習オフセット量γは、実測電池抵抗RJが、推定電池抵抗RSよりも大きいとき、0<γ≦RJ−RSを満たすように決定されることができ、実測電池抵抗RJが、推定電池抵抗RSよりも小さいとき、RJ−RS≦γ<0を満たすように決定されることができる。 The internal resistance learning offset amount γ can be determined so as to satisfy 0 <γ ≦ RJ−RS when the measured battery resistance RJ is larger than the estimated battery resistance RS. When it is smaller than the battery resistance RS, it can be determined so as to satisfy RJ-RS ≦ γ <0.
また、上記実施形態では、マップにおいて更新される推定抵抗が、バッテリ1の全体の内部電池抵抗であったが、マップにおいて更新される推定抵抗は、バッテリ1の全体の内部電池抵抗でなくてもよく、例えば、バッテリに含まれる電池モジュールの推定抵抗であってもよい。そして、バッテリに含まれる電池モジュールの夫々で規定されるマップにおいて、各電池モジュール毎に推定内部抵抗を更新してもよい。なお、この場合、当該電池モジュールを流れる電流、当該電池モジュールの端子間電圧、当該電池モジュールの温度が検出されることは言うまでもない。又は、更新される推定抵抗は、バッテリに含まれると共に、電気的に接続された複数の電池モジュールで構成される電池モジュールアッセンブリの推定内部抵抗であってもよい。
Further, in the above embodiment, the estimated resistance updated in the map is the entire internal battery resistance of the
1 バッテリ、 3 温度センサ、 4 電流センサ、 5 電圧センサ、 10 制御装置、 50 電池温度推定システム、 I 検出したバッテリ出力電流、 TB バッテリ温度、 V 検出したバッテリ電圧。 1 battery, 3 temperature sensor, 4 current sensor, 5 voltage sensor, 10 controller, 50 battery temperature estimation system, I detected battery output current, TB battery temperature, V detected battery voltage.
Claims (1)
前記電池抵抗は、検出した電池温度と、電池温度と電池抵抗を関連づけるマップとに基づいて推定され、
検出した前記電池を流れる電流と検出した前記電池の電圧とに基づいて算出した実測電池抵抗と、前記検出した電池温度と前記マップとに基づいて推定された推定電池抵抗との差の絶対値が、前記推定電池抵抗の所定割合以内の値になっているとき、前記マップを前記差の絶対値に基づいて補正し、
前記実測電池抵抗をRJとし、前記推定電池抵抗をRSとしたとき、RJ>RSである場合に、gを、1<g<RJ/RSを満たすいずれかの値に設定する一方、RJ<RSである場合に、gを、RJ/RS<g<1を満たすいずれかの値に設定し、更に、更新前の推定電池抵抗にgを乗じた推定電池抵抗が、更新後の推定電池抵抗になるように前記マップを補正するか、又は、
前記実測電池抵抗をRJとし、前記推定電池抵抗をRSとしたとき、RJ>RSである場合に、γを、0<γ≦RJ−RSを満たすいずれかの値に設定する一方、RJ<RSである場合に、γを、RJ−RS≦γ<0を満たすいずれかの値に設定し、更に、更新前の推定電池抵抗にγを足した推定電池抵抗が、更新後の推定電池抵抗になるように前記マップを補正する、電池温度の推定方法。 A calorific value of the battery calculated using the battery resistance, and a battery temperature estimating method for estimating the battery temperature based on the ability to cool the battery,
The battery resistance is estimated based on the detected battery temperature and a map that associates the battery temperature with the battery resistance,
The absolute value of the difference between the actually measured battery resistance calculated based on the detected current flowing through the battery and the detected battery voltage, and the estimated battery resistance estimated based on the detected battery temperature and the map is calculated. When the value is within a predetermined ratio of the estimated battery resistance, the map is corrected based on the absolute value of the difference ,
When the measured battery resistance is RJ and the estimated battery resistance is RS, when RJ> RS, g is set to any value satisfying 1 <g <RJ / RS, while RJ <RS , G is set to any value that satisfies RJ / RS <g <1, and the estimated battery resistance obtained by multiplying the estimated battery resistance before updating by g is the estimated battery resistance after updating. Correct the map so that
When the measured battery resistance is RJ and the estimated battery resistance is RS, when RJ> RS, γ is set to any value satisfying 0 <γ ≦ RJ-RS, while RJ <RS In this case, γ is set to any value that satisfies RJ-RS ≦ γ <0, and the estimated battery resistance obtained by adding γ to the estimated battery resistance before update is equal to the estimated battery resistance after update. A battery temperature estimating method for correcting the map so that
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