JP6849497B2 - Battery system - Google Patents
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Description
本開示は、電池システムに関し、特に、並列接続された複数の二次電池を含んで構成される組電池を備える電池システムに関する。 The present disclosure relates to a battery system, and more particularly to a battery system including an assembled battery including a plurality of secondary batteries connected in parallel.
特開2006−138750号公報(特許文献1)は、二次電池ブロック(組電池)の状態を監視する電池監視装置を開示する。二次電池ブロックは、複数の並列セルブロックが直列接続されて構成され、複数の並列セルブロックの各々は、並列接続された複数のセル(二次電池)から構成される。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-138750 (Patent Document 1) discloses a battery monitoring device that monitors the state of a secondary battery block (assembled battery). The secondary battery block is configured by connecting a plurality of parallel cell blocks in series, and each of the plurality of parallel cell blocks is composed of a plurality of cells (secondary batteries) connected in parallel.
この電池監視装置では、通電前後の各並列セルブロックの電圧変化量が算出されるとともに、通電前後の二次電池ブロックの電流変化量が算出される。そして、算出された電圧変化量及び電流変化量から各並列セルブロックの内部抵抗が算出され、その算出された内部抵抗に基づいてセルの異常が判定される(特許文献1参照)。 In this battery monitoring device, the amount of voltage change of each parallel cell block before and after energization is calculated, and the amount of current change of the secondary battery block before and after energization is calculated. Then, the internal resistance of each parallel cell block is calculated from the calculated voltage change amount and current change amount, and the cell abnormality is determined based on the calculated internal resistance (see Patent Document 1).
上記の電池監視装置では、セルの異常を判定することはできるが、並列セルブロックのセル間に生じている温度ばらつきによる電流ばらつきについては考慮されていない。並列セルブロックのセル間に温度ばらつきが生じると、セル間の抵抗ばらつきが拡大し、その結果、セル間の電流ばらつきが拡大する。そうすると、たとえば並列セルブロックに流れる総電流や平均電流に基づいて電池保護制御を行なっても、並列セルブロックにおいて相対的に大きな電流が流れるセルについては保護できていない可能性がある。 In the above battery monitoring device, although it is possible to determine the abnormality of the cell, the current variation due to the temperature variation occurring between the cells of the parallel cell block is not taken into consideration. When the temperature variation occurs between the cells of the parallel cell block, the resistance variation between the cells increases, and as a result, the current variation between the cells increases. Then, for example, even if the battery protection control is performed based on the total current or the average current flowing in the parallel cell block, there is a possibility that the cell in which the relatively large current flows in the parallel cell block cannot be protected.
本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、並列接続された複数の二次電池間の温度ばらつきによる電流ばらつきを考慮して適切な電池保護制御を実現可能な電池システムを提供することである。 The present disclosure has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to realize appropriate battery protection control in consideration of current variation due to temperature variation between a plurality of secondary batteries connected in parallel. To provide a battery system.
本開示の電池システムは、組電池と、冷却装置と、制御装置とを備える。組電池は、並列接続された複数の二次電池を含んで構成される。冷却装置は、組電池へ冷却風を供給するように構成される。制御装置は、複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する複数の二次電池間の電流ばらつきを推定するように構成される。制御装置は、複数の二次電池のうち温度が最も高い最高温度セルの発熱量、及び冷却装置による最高温度セルの冷却量を用いて、最高温度セルの温度と相関を有する第1の温度指標を算出する。また、制御装置は、複数の二次電池のうち温度が最も低い最低温度セルの発熱量、及び冷却装置による最低温度セルの冷却量を用いて、最低温度セルの温度と相関を有する第2の温度指標を算出する。さらに、制御装置は、第1の温度指標から第2の温度指標を差引くことによって、温度ばらつきの度合いを示す評価値を算出する。そして、制御装置は、算出された評価値と組電池の温度とを用いて、電流ばらつきの度合いを推定する。最高温度セルの発熱量は、最高温度セルの抵抗及び電流の推定結果を用いて算出される。最低温度セルの発熱量は、最低温度セルの抵抗及び電流の推定結果を用いて算出される。最高温度セル及び最低温度セルの各冷却量は、組電池の温度と冷却風の温度との差を用いて推定される。 The battery system of the present disclosure includes an assembled battery, a cooling device, and a control device. The assembled battery includes a plurality of secondary batteries connected in parallel. The cooling device is configured to supply cooling air to the assembled battery. The control device is configured to estimate the current variation among the plurality of secondary batteries due to the temperature variation among the plurality of secondary batteries. The control device uses the calorific value of the highest temperature cell having the highest temperature among the plurality of secondary batteries and the cooling amount of the highest temperature cell by the cooling device to be used as a first temperature index having a correlation with the temperature of the highest temperature cell. Is calculated. Further, the control device uses the calorific value of the lowest temperature cell having the lowest temperature among the plurality of secondary batteries and the cooling amount of the lowest temperature cell by the cooling device, and has a second correlation with the temperature of the lowest temperature cell. Calculate the temperature index. Further, the control device calculates an evaluation value indicating the degree of temperature variation by subtracting the second temperature index from the first temperature index. Then, the control device estimates the degree of current variation using the calculated evaluation value and the temperature of the assembled battery. The calorific value of the maximum temperature cell is calculated using the estimation results of the resistance and current of the maximum temperature cell. The calorific value of the lowest temperature cell is calculated using the estimation results of the resistance and current of the lowest temperature cell. Each cooling amount of the maximum temperature cell and the minimum temperature cell is estimated using the difference between the temperature of the assembled battery and the temperature of the cooling air.
この電池システムにおいては、上記のような構成によって、並列接続された複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する複数の二次電池間の電流ばらつきが推定される。したがって、この電池システムによれば、たとえば、推定された電流ばらつきを考慮して最大電流を推定し、その推定された最大電流に基づいて適切な電池保護制御を実現することが可能となる。 In this battery system, the current variation among the plurality of secondary batteries due to the temperature variation among the plurality of secondary batteries connected in parallel is estimated by the above configuration. Therefore, according to this battery system, for example, it is possible to estimate the maximum current in consideration of the estimated current variation and realize appropriate battery protection control based on the estimated maximum current.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
図1は、本開示の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両1の構成を概略的に示した図である。なお、以下では、車両1がハイブリッド車両である場合について代表的に説明するが、本開示に従う電池システムは、ハイブリッド車両に搭載されるものに限定されず、以下に説明される組電池10を搭載した車両全般、さらには車両以外の用途にも適用可能である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a
図1を参照して、車両1は、電池システム2と、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」と称する。)30と、モータジェネレータ(以下「MG(Motor Generator)」と称する。)41,42と、エンジン50と、動力分割装置60と、駆動軸70と、駆動輪80とを備える。
With reference to FIG. 1, the
電池システム2は、組電池10と、監視ユニット20と、冷却装置と、電子制御装置(以下「ECU(Electronic Control Unit)」と称する。)100とを含む。冷却装置は、組電池10へ冷却風を供給するための装置であり、ダクト25と、ファン26と、温度センサ27とを含む。
The
エンジン50は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギに変換することによって動力を出力する内燃機関である。動力分割装置60は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置60は、エンジン50から出力される動力を、MG41を駆動する動力と、駆動輪80を駆動する動力とに分割する。
The
MG41,42は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。MG41は、主として、動力分割装置60を経由してエンジン50により駆動される発電機として用いられる。MG41が発電した電力は、PCU30を介してMG42又は組電池10に供給される。
The MGs 41 and 42 are AC rotating electric machines, for example, three-phase AC synchronous motors in which permanent magnets are embedded in a rotor. The MG 41 is mainly used as a generator driven by the
MG42は、主として電動機として動作し、駆動輪80を駆動する。MG42は、組電池10からの電力及びMG41の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、MG42の駆動力は駆動軸70に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、MG42は、発電機として動作して回生発電を行なう。MG42が発電した電力は、PCU30を介して組電池10に供給される。
The MG 42 mainly operates as an electric motor and drives the
組電池10は、並列接続された複数のセル(二次電池)を含んで構成される(詳細な構成は後述)。各セルは、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等である。組電池10は、MG41,42を駆動するための電力を蓄える。すなわち、組電池10は、PCU50を通じてMG41,42へ電力を供給することができる。また、組電池10は、MG41,42の発電時にPCU30を通じて発電電力を受けて充電される。
The assembled
監視ユニット20は、電圧センサ21と、電流センサ22と、温度センサ23とを含む。電圧センサ21は、組電池10において並列接続される複数のセルの電圧(以下「セル電圧」とも称する。)VBiを検出する。電流センサ22は、組電池10の充放電電流IBを検出する。温度センサ23は、組電池10内に複数設けられ、組電池10の温度TBjを検出する。
The
ダクト25は、組電池10へ冷却風を供給するための通路である。ダクト25には、ファン26が設けられている。この実施の形態では、ファン26は、吸気側のダクト25に設けられているが、ファン26は、排気側のダクト25に設けられてもよい。温度センサ27は、ダクト25を通じて組電池10へ供給される冷却風の温度TCを検出する。
The
PCU30は、ECU100からの制御信号に従って、組電池10とMG41,42との間で双方向の電力変換を実行する。PCU30は、MG41,42の状態を個別に制御可能に構成されており、たとえば、MG41を回生(発電)状態にしつつ、MG42を力行状態にすることができる。PCU30は、たとえば、MG41,42に対応して設けられる2つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧を組電池10の出力電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。
The
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)102と、メモリ(ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory))105と、各種信号を入出力するための入出力ポート(図示せず)とを含んで構成される。ECU100は、各センサから受ける信号並びにメモリ105に記憶されたプログラム及びマップに基づいてエンジン50及びPCU30を制御することにより、組電池10の充放電を制御する。
The
図2は、図1に示した組電池10の詳細な構成の一例を示した図である。図2を参照して、この組電池10においては、複数のセルが並列接続されてブロック(或いはモジュール)を構成し、複数のブロックが直列接続されて組電池10を構成する。具体的には、組電池10は、直列に接続されるブロック10−1〜10−Mを含み、ブロック10−1〜10−Mの各々は、並列接続されたN個のセルを含む。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a detailed configuration of the assembled
電圧センサ21−1は、ブロック10−1の電圧を検出する。すなわち、電圧センサ21−1は、ブロック10−1を構成するN個のセルの電圧VB1を検出する。電圧センサ21−2は、ブロック10−2を構成するN個のセルの電圧VB2を検出する。電圧センサ21−Mについても同様である。電流センサ22は、各ブロック10−1〜10−Mに流れる電流IBを検出する。すなわち、電流センサ22は、各ブロックのN個のセルに流れる総電流を検出する。
The voltage sensor 21-1 detects the voltage of the block 10-1. That is, the voltage sensor 21-1 detects the voltage VB1 of the N cells constituting the block 10-1. The voltage sensor 21-2 detects the voltage VB2 of the N cells constituting the block 10-2. The same applies to the voltage sensor 21-M. The
このように並列接続された複数のセルを含んで構成される組電池10においては、並列接続された複数のセル間(以下、単に「セル間」と称する。)に温度ばらつきが発生する。たとえば、セル間には初期抵抗のばらつき(製品ばらつき)が存在するところ、相対的に抵抗が低いセルには相対的に大きい電流が流れるので、初期抵抗が低いセルの温度は相対的に高くなり得る。また、セルの配置(ケース内の中央近傍か端部近傍か等)やケース内の冷却構造(冷却風通路の構成等)によっても、温度ばらつきは発生する。
In the assembled
温度が高いセルの抵抗は、温度が低いセルの抵抗よりも低くなるので、セル間の温度ばらつきは、セル間の抵抗ばらつきを拡大させる。相対的に抵抗が低いセルには、相対的に大きい電流が流れるので、セル間の抵抗ばらつきが拡大すると、セル間の電流ばらつきが拡大する。すなわち、セル間の温度ばらつきは、セル間の電流ばらつきを拡大させる。そうすると、たとえば並列接続された複数のセル(ブロック)に流れる総電流(IB)や平均電流(IB/N)をそのまま用いて電池保護制御を行なっても、相対的に大きな電流が流れるセルについては保護できていない可能性がある。 Since the resistance of a hot cell is lower than that of a cold cell, the temperature variation between cells increases the resistance variation between cells. Since a relatively large current flows through a cell having a relatively low resistance, if the resistance variation between cells increases, the current variation between cells increases. That is, the temperature variation between cells increases the current variation between cells. Then, for example, even if the battery protection control is performed using the total current (IB) and the average current (IB / N) flowing in a plurality of cells (blocks) connected in parallel as they are, the cell in which a relatively large current flows It may not be protected.
そこで、この実施の形態に従う電池システム2では、セル間の温度ばらつきに起因するセル間の電流ばらつきが推定される。なお、温度ばらつきについては、実際にセル毎に温度を検出して温度ばらつきを測定するのは現実的に難しい。そこで、この実施の形態では、並列接続される複数のセルのうち温度が最も高い最高温度セルと温度が最も低い最低温度セルとの各々について、セルの発熱及び冷却を考慮してセル温度と相関を有する温度指標が算出され、最高温度セルの温度指標(Ftmax)と最低温度セルの温度指標(Ftmin)との差分が、セル間の温度ばらつきの度合いを示す評価関数(ΔF)として用いられる。そして、その評価関数(ΔF)と組電池10の温度(後述のように、この実施の形態では、温度センサ23により検出される温度TBjのうち最低の温度(TBmin)が用いられる。)とを用いて、セル間の電流ばらつきの度合い(最大電流補正ゲイン)が推定される。以下、詳しく説明する。
Therefore, in the
図3は、並列接続された複数のセルのうちの最高温度セルと最低温度セルとの温度変化の一例を示した図である。図3を参照して、線L1,L2は、それぞれ最低温度セルの温度変化及び最高温度セルの温度変化を示し、線L3は、最高温度セルと最低温度セルとの温度差ΔTの変化を示す。時刻t0において組電池10に電流IBが流れ始めると、両セルとも温度が上昇し始める。セル毎に温度の上がり方は異なり、両セルには温度差ΔT(温度ばらつき)が生じる。この温度差ΔTは、上述のように両セル間の電流差(電流ばらつき)を拡大させる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of temperature changes between the highest temperature cell and the lowest temperature cell among a plurality of cells connected in parallel. With reference to FIG. 3, lines L1 and L2 show the temperature change of the lowest temperature cell and the temperature change of the highest temperature cell, respectively, and line L3 shows the change of the temperature difference ΔT between the highest temperature cell and the lowest temperature cell, respectively. .. When the current IB starts to flow in the assembled
図4は、セルの温度と抵抗との関係の一例を示した図である。図4を参照して、横軸はセルの温度Tceを示し、縦軸はセルの抵抗Rceを示す。セルの温度Tceと抵抗Rceとには、温度Tceが上昇すると抵抗Rceは低下し、かつ、温度変化に対する抵抗変化の大きさは低温ほど大きい(曲線の傾き大)関係がある。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the cell temperature and the resistance. With reference to FIG. 4, the horizontal axis represents the cell temperature Tce and the vertical axis represents the cell resistance Rce. There is a relationship between the temperature Tce and the resistance Rce of the cell that the resistance Rce decreases as the temperature Tce rises and the magnitude of the resistance change with respect to the temperature change increases as the temperature decreases (the slope of the curve increases).
点P1は、並列接続される複数のセルのうち最低温度セルを示し、点P2は、並列接続される複数のセルのうち最高温度セルを示す。最高温度セルと最低温度セルとの温度差ΔT(温度ばらつき)は、両セル間の抵抗差ΔR(抵抗ばらつき)を生じさせる。そして、この抵抗差ΔR(抵抗ばらつき)によって、最高温度セルと最低温度セルとの間に電流差(電流ばらつき)が生じる。 Point P1 indicates the lowest temperature cell among the plurality of cells connected in parallel, and point P2 indicates the highest temperature cell among the plurality of cells connected in parallel. The temperature difference ΔT (temperature variation) between the highest temperature cell and the lowest temperature cell causes a resistance difference ΔR (resistance variation) between the two cells. Then, due to this resistance difference ΔR (resistance variation), a current difference (current variation) occurs between the maximum temperature cell and the minimum temperature cell.
なお、温度変化に対する抵抗変化の大きさは低温ほど大きいので、低温ほどセル間の抵抗差ΔR(抵抗ばらつき)及びそれに起因する電流差(電流ばらつき)は大きくなり得る。そこで、この実施の形態に従う電池システム2では、温度差ΔTと相関を有する評価関数(ΔF)とともに組電池10の温度もさらに用いて、電流ばらつきの度合いを推定することとしたものである。
Since the magnitude of the resistance change with respect to the temperature change is larger at lower temperatures, the resistance difference ΔR (resistance variation) between cells and the current difference (current variation) caused by the resistance difference ΔR between cells can be larger at lower temperatures. Therefore, in the
図5は、セル間の電流ばらつきの推定に関する処理の手順を説明するフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、図1に示したECU100により、組電池10を構成するブロック毎に所定の演算周期dtで繰返し実行される。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing procedure related to estimation of current variation between cells. The process shown in this flowchart is repeatedly executed by the
図5を参照して、ECU100は、並列接続された複数のセルのうち最高温度セルの温度指標Ftmax(第1の温度指標)を次式によって算出する(ステップS10)。
With reference to FIG. 5, the
各式において、「t」は今回の演算周期における演算値を示し、「t−1」は前回の演算周期における演算値を示す。Qtmaxは、最高温度セルの発熱量(通電に伴なう発熱項)を示し、Ctmaxは、最高温度セルの冷却量(冷却装置による冷却項)を示す。Fkは、所定の補正係数である。式(2)において、Rtmax,Itmaxは、それぞれ最高温度セルの抵抗及び電流を示し、Qktmaxは、所定の定数(なまし定数)である。Rtmax,Itmaxは、それぞれ後述の式(7),(9)によって算出される。 In each equation, "t" indicates the operation value in the current operation cycle, and "t-1" indicates the operation value in the previous operation cycle. Qtmax indicates the calorific value of the maximum temperature cell (heat generation term associated with energization), and Ctmax indicates the cooling amount of the maximum temperature cell (cooling term by the cooling device). Fk is a predetermined correction coefficient. In the formula (2), Rtmax and Itmax indicate the resistance and current of the maximum temperature cell, respectively, and Qktmax is a predetermined constant (smoothing constant). Rtmax and Itmax are calculated by the formulas (7) and (9) described later, respectively.
また、式(3)において、TBminは、温度センサ23により検出される温度TBjのうち最低の温度であり、TBoffset1は、この温度最高セルの冷却項を後述の温度最低セルの冷却項よりも大きく算出させるためのオフセット値である。TCは、温度センサ27(図1)により検出される冷却風の温度である。h(t)は、冷却項補正係数であり、冷却装置による冷却風の風量により決まる係数である。なお、TBminに代えて、組電池10の温度を示すその他の温度TBjを採用してもよいが、式(3)のように、最低温度セルの温度に最も近い温度TBminを採用するのが好ましい。
Further, in the formula (3), TBmin is the lowest temperature among the temperatures TBj detected by the
次いで、ECU100は、並列接続された複数のセルのうち最低温度セルの温度指標Ftmin(第2の温度指標)を次式によって算出する(ステップS20)。
Next, the
Qtminは、最低温度セルの発熱量(通電に伴なう発熱項)を示し、Ctminは、最低温度セルの冷却量(冷却装置による冷却項)を示す。式(5)において、Rtmin,Itminは、それぞれ最低温度セルの抵抗及び電流を示し、Qktminは、所定の定数(なまし定数)である。Rtmin,Itminは、それぞれ後述の式(8),(10)によって算出される。 Qtmin indicates the calorific value of the lowest temperature cell (heat generation term associated with energization), and Ctmin indicates the cooling amount of the lowest temperature cell (cooling term by the cooling device). In the formula (5), Rtmin and Itmin indicate the resistance and current of the lowest temperature cell, respectively, and Qktmin is a predetermined constant (smoothing constant). Rtmin and Itmin are calculated by the formulas (8) and (10) described later, respectively.
式(2)におけるRtmax(最高温度セルの抵抗)、及び式(5)におけるRtmin(最低温度セルの抵抗)は、次式によって推定される。 Rtmax (resistance of the highest temperature cell) in the formula (2) and Rtmin (resistance of the lowest temperature cell) in the formula (5) are estimated by the following formulas.
Rivmin,Rivmaxは、セル間に存在する初期抵抗のばらつき(製品ばらつき)を表しており、それぞれ初期抵抗の最低値及び最高値を示す。なお、最高温度セルの方が最低温度セルよりもセル温度が高く抵抗は低いことから、最高温度セルの抵抗Rtmaxの算出にはRivminが用いられ、最低温度セルの抵抗Rtminの算出にはRivmaxが用いられている。Rivmin,Rivmaxについては、実験等により予め求められる。 Rivmin and Rivmax represent the variation (product variation) of the initial resistance existing between the cells, and indicate the minimum value and the maximum value of the initial resistance, respectively. Since the highest temperature cell has a higher cell temperature and a lower resistance than the lowest temperature cell, Rivmin is used to calculate the resistance Rtmax of the highest temperature cell, and Rivmax is used to calculate the resistance Rtmin of the lowest temperature cell. It is used. Rivmin and Rivmax are determined in advance by experiments and the like.
fは、初期抵抗値(Rivmin,Rivmax)からの抵抗の低下を示す係数であり、セルの温度と残存容量(RAHR)とを引数とする関数(マップ)である。 f is a coefficient indicating a decrease in resistance from the initial resistance value (Rivmin, Rivmax), and is a function (map) having the cell temperature and the remaining capacity (RAHR) as arguments.
図6は、式(7),(8)で用いられる係数fを決定するためのマップである。図6を参照して、係数fは、セルの温度と残存容量(RAHR)とに基づいて決定される。基本的には、低温・低RAHRであるほど係数fは大きい値となり、高温・高RAHRであるほど係数fは小さい値となる。なお、マップの具体的な値は、実験等を通じて予め決定される。 FIG. 6 is a map for determining the coefficient f used in the equations (7) and (8). With reference to FIG. 6, the coefficient f is determined based on the cell temperature and residual capacity (RAHR). Basically, the lower the temperature and the lower the RAHR, the larger the coefficient f, and the higher the temperature and the higher the RAHR, the smaller the coefficient f. The specific value of the map is determined in advance through experiments and the like.
図7は、セルの抵抗の温度依存性を示した図である。図7を参照して、横軸はセルの温度Tceを示し、縦軸はセルの抵抗Rceを示す。温度Tceが低下すると抵抗Rceは上昇し、温度Tceが上昇するにつれて抵抗Rceは低下する。 FIG. 7 is a diagram showing the temperature dependence of the resistance of the cell. With reference to FIG. 7, the horizontal axis represents the cell temperature Tce and the vertical axis represents the cell resistance Rce. When the temperature Tce decreases, the resistance Rce increases, and as the temperature Tce increases, the resistance Rce decreases.
点P3は、並列接続される複数のセルのうち最低温度セルを示す。この実施の形態では、式(8)で示されるように、組電池10内の最低温度を示すTBminを用いて、最低温度セルの抵抗Rtminが推定される。
Point P3 indicates the lowest temperature cell among the plurality of cells connected in parallel. In this embodiment, as shown in the formula (8), the resistance Rtmin of the lowest temperature cell is estimated using TBmin indicating the lowest temperature in the assembled
点P4は、並列接続される複数のセルのうち最高温度セルを示す。この実施の形態では、式(7)で示されるように、組電池10内の最低温度を示すTBminに所定のオフセット量TBoffset2を加えた値を最高温度セルの温度として、最高温度セルのRtmaxが推定される。
Point P4 indicates the highest temperature cell among the plurality of cells connected in parallel. In this embodiment, as shown by the formula (7), the value obtained by adding a predetermined offset amount TBoffset2 to TBmin indicating the minimum temperature in the assembled
図8は、セルの抵抗の残存容量依存性を示した図である。図8を参照して、横軸はブロック単位の残存容量(RAHR(%))を示し、縦軸はセルの抵抗Rceを示す。RAHRが低下すると、抵抗Rceは上昇する。 FIG. 8 is a diagram showing the residual capacitance dependence of the resistance of the cell. With reference to FIG. 8, the horizontal axis represents the remaining capacity (RAHR (%)) in block units, and the vertical axis represents the resistance Rce of the cell. As RAHR decreases, resistance Rce increases.
点P5は、並列接続される複数のセルのうち最低温度セルを示す。図から理解されるように、RAHRが低い領域では、抵抗の変化に対するRAHRの変化の感度が高くなることから、この実施の形態では、式(8)で示されるように、各ブロックのRAHRのうち最も低いRAHRを示すRAHRminを用いて、最低温度セルの抵抗Rtminが推定される。 Point P5 indicates the lowest temperature cell among the plurality of cells connected in parallel. As can be seen from the figure, in the region where RAHR is low, the sensitivity of the change in RAHR to the change in resistance becomes high. Therefore, in this embodiment, as shown by the equation (8), the RAHR of each block is increased. The resistance Rtmin of the lowest temperature cell is estimated using RAHRmin, which shows the lowest RAHR.
点P6は、並列接続される複数のセルのうち最高温度セルを示す。この実施の形態では、式(7)で示されるように、RAHRminに所定のオフセット量RAHRoffsetを加えた値を最高温度セルのRAHRとして、最高温度セルの抵抗Rtmaxが推定される。 Point P6 indicates the highest temperature cell among the plurality of cells connected in parallel. In this embodiment, as shown by the formula (7), the resistance Rtmax of the maximum temperature cell is estimated by setting the value obtained by adding a predetermined offset amount RAHRoffset to RAHRmin as the RAHR of the maximum temperature cell.
また、式(2)におけるItmax(最高温度セルの電流)、及び式(5)におけるItmin(最低温度セルの電流)については、図9に示されるように、並列接続される複数のセルは最高温度セルか最低温度セルのいずれかであるとし、また、あるセルの断線も考慮して(断線すると他のセルの電流が増加し、電流ばらつきが増大し得る。)、次式によって推定される。 Regarding Itmax (current of the highest temperature cell) in the formula (2) and Itmin (current of the lowest temperature cell) in the formula (5), as shown in FIG. 9, a plurality of cells connected in parallel are the highest. It is estimated by the following equation, assuming that it is either the temperature cell or the lowest temperature cell, and also considering the disconnection of one cell (the disconnection may increase the current of other cells and increase the current variation). ..
Nは、各ブロックにおけるセルの並列数である(図2)。N1は、並列接続されたN個のセルのうち最高温度セルの数であり、N2は、断線しているセルの数である。この式(9),(10)は、上記の式(7),(8)で算出されるRtmax(最高温度セルの抵抗)及びRtmin(最低温度セルの抵抗)、並びに図9に示されるモデルを用いて容易に導出することができる。 N is the number of cells in parallel in each block (Fig. 2). N1 is the number of the highest temperature cells among the N cells connected in parallel, and N2 is the number of cells that are disconnected. The equations (9) and (10) are Rtmax (resistance of the highest temperature cell) and Rtmin (resistance of the lowest temperature cell) calculated by the above equations (7) and (8), and the model shown in FIG. Can be easily derived using.
なお、この実施の形態では、組電池10を使用可能な状況において最も電流ばらつきが大きくなる状態として、N1=1とされ(最高温度セルの電流集中度が最も高くなる。)、N2には、組電池10が使用可能な状態の最悪値(たとえばN=15に対してN2=2)が設定される。
In this embodiment, N1 = 1 is set as the state in which the current variation is the largest in the situation where the assembled
このように、式(7),(9)で算出されるRtmax,Itmaxを用いて、式(2)により最高温度セルの発熱量Qtmaxが算出される。そして、算出された発熱量Qtmaxと、式(3)により算出される冷却量Ctmaxとを用いて、式(1)により最高温度セルの温度指標Ftmax(第1の温度指標)が算出される(ステップS10)。 In this way, using Rtmax and Itmax calculated by the formulas (7) and (9), the calorific value Qtmax of the maximum temperature cell is calculated by the formula (2). Then, using the calculated calorific value Qtmax and the cooling amount Ctmax calculated by the formula (3), the temperature index Ftmax (first temperature index) of the maximum temperature cell is calculated by the formula (1) (1st temperature index). Step S10).
また、式(8),(10)で算出されるRtmin,Itminを用いて、式(5)により最低温度セルの発熱量Qtminが算出される。そして、算出された発熱量Qtminと、式(6)により算出される冷却量Ctminとを用いて、式(4)により最低温度セルの温度指標Ftmin(第2の温度指標)が算出される(ステップS20)。 Further, using Rtmin and Itmin calculated by the formulas (8) and (10), the calorific value Qtmin of the lowest temperature cell is calculated by the formula (5). Then, using the calculated calorific value Qtmin and the cooling amount Ctmin calculated by the formula (6), the temperature index Ftmin (second temperature index) of the lowest temperature cell is calculated by the formula (4) ( Step S20).
再び図5を参照して、最高温度セルの温度指標Ftmax及び最低温度セルの温度指標Ftminが算出されると、ECU100は、最高温度セルの温度指標Ftmaxから最低温度セルの温度指標Ftminを差引くことによって、セル間の温度ばらつきの度合いを示す評価関数ΔFを算出する(ステップS30)。
With reference to FIG. 5 again, when the temperature index Ftmax of the highest temperature cell and the temperature index Ftmin of the lowest temperature cell are calculated, the
次いで、ECU100は、算出された評価関数ΔFと、組電池10内の最低温度を示す温度TBminとを用いて、セル間の電流ばらつきの度合いを示す最大電流補正ゲインGを算出する(ステップS40)。
Next, the
図10は、最大電流補正ゲインGのマップを示した図である。図10を参照して、最大電流補正ゲインGは、セル間の温度ばらつきの度合いを示す評価関数ΔFと、温度TBminとにより決定される。この最大電流補正ゲインGは、値が大きいほど電流のばらつきが大きいことを示し、大略的には、評価関数ΔFの値が大きいほど(温度ばらつきが大きいほど)、また、温度TBminが低いほど、最大電流補正ゲインGは大きい値となる。 FIG. 10 is a diagram showing a map of the maximum current correction gain G. With reference to FIG. 10, the maximum current correction gain G is determined by the evaluation function ΔF indicating the degree of temperature variation between cells and the temperature TBmin. The larger the value of the maximum current correction gain G, the larger the current variation. Generally, the larger the value of the evaluation function ΔF (the larger the temperature variation), and the lower the temperature TBmin, the larger the current variation. The maximum current correction gain G is a large value.
なお、組電池10内の最低温度を示す温度TBminを用いているのは、低温ほどセル間の電流ばらつきが大きくなり得るからである。
The reason why the temperature TBmin indicating the lowest temperature in the assembled
図11は、セルの温度と抵抗との関係を示した図である。図11を参照して、横軸はセルの温度Tceを示し、縦軸はセルの抵抗Rceを示す。図11に示されるように、セル間の温度差ΔT(評価関数ΔF)が同じであっても、セルの温度が低いほど、セル間の抵抗差ΔR(抵抗ばらつき)は大きくなり、その結果、セル間の電流ばらつきも大きくなる。そこで、この実施の形態では、図10で示されるマップのように、セル間の温度ばらつきの度合いを示す評価関数ΔFだけでなく、組電池10の温度も考慮して最大電流補正ゲインGが算出される。さらに、この実施の形態では、最も厳しい温度条件として、組電池10内の最低温度を示す温度TBminが用いられている。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the cell temperature and the resistance. With reference to FIG. 11, the horizontal axis represents the cell temperature Tce and the vertical axis represents the cell resistance Rce. As shown in FIG. 11, even if the temperature difference ΔT (evaluation function ΔF) between cells is the same, the lower the cell temperature, the larger the resistance difference ΔR (resistance variation) between cells, and as a result, The current variation between cells also increases. Therefore, in this embodiment, as shown in the map shown in FIG. 10, the maximum current correction gain G is calculated in consideration of not only the evaluation function ΔF indicating the degree of temperature variation between cells but also the temperature of the assembled
再び図5を参照して、セル間の電流ばらつきの度合いを示す最大電流補正ゲインGが算出されると、ECU100は、電流センサ22により検出される組電池10の電流IBに最大電流補正ゲインGを乗算して最大電流値Imaxを算出する(ステップS50)。そして、特に図示しないが、ECU100は、この最大電流値Imaxに基づいて、たとえば、最大電流値Imaxが上限を超えないように電流IBを制限したり、最大電流値Imaxに基づき算出される電力が上限を超えないように組電池10の入出力を制限したりする各種制限制御を実行する。
With reference to FIG. 5 again, when the maximum current correction gain G indicating the degree of current variation between cells is calculated, the
以上のように、この実施の形態においては、セル間の温度ばらつきの度合いを示す評価関数ΔFが算出され、その評価関数ΔFと組電池10の温度TBminとを用いて、セル間の電流ばらつきの度合いが推定される(最大電流補正ゲインGの算出)。したがって、この実施の形態によれば、この最大電流補正ゲインGを実電流IBに乗算した最大電流値Imaxを用いて、適切な電池保護制御を実現することが可能となる。
As described above, in this embodiment, the evaluation function ΔF indicating the degree of temperature variation between cells is calculated, and the evaluation function ΔF and the temperature TBmin of the assembled
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is shown by the scope of claims rather than the description of the embodiment described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 車両、2 電池システム、10 組電池、10−1〜10−M ブロック、20 監視ユニット、21,21−1〜21−M 電圧センサ、22 電流センサ、23,27 温度センサ、25 ダクト、26 ファン、30 PCU、41,42 MG、50 エンジン、60 動力分割装置、70 駆動軸、80 駆動輪、100 ECU、102 CPU、105 メモリ。 1 vehicle, 2 battery system, 10 sets of batteries, 10-1 to 10-M blocks, 20 monitoring units, 21,21 to 21-M voltage sensors, 22 current sensors, 23, 27 temperature sensors, 25 ducts, 26 Fan, 30 PCU, 41, 42 MG, 50 engine, 60 power divider, 70 drive shaft, 80 drive wheels, 100 ECU, 102 CPU, 105 memory.
Claims (1)
前記組電池へ冷却風を供給するように構成された冷却装置と、
前記複数の二次電池間の温度ばらつきに起因する前記複数の二次電池間の電流ばらつきを推定するように構成された制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記複数の二次電池のうち温度が最も高い最高温度セルの発熱量、及び前記冷却装置による前記最高温度セルの冷却量を用いて、前記最高温度セルの温度と相関を有する第1の温度指標を算出し、
前記複数の二次電池のうち温度が最も低い最低温度セルの発熱量、及び前記冷却装置による前記最低温度セルの冷却量を用いて、前記最低温度セルの温度と相関を有する第2の温度指標を算出し、
前記第1の温度指標から前記第2の温度指標を差引くことによって、前記温度ばらつきの度合いを示す評価値を算出し、
算出された前記評価値と前記組電池の温度とを用いて、前記電流ばらつきの度合いを推定し、
前記最高温度セルの発熱量は、前記最高温度セルの抵抗及び電流の推定結果を用いて算出され、
前記最低温度セルの発熱量は、前記最低温度セルの抵抗及び電流の推定結果を用いて算出され、
前記最高温度セル及び前記最低温度セルの各冷却量は、前記組電池の温度と前記冷却風の温度との差を用いて推定される、電池システム。 An assembled battery that includes multiple secondary batteries connected in parallel,
A cooling device configured to supply cooling air to the assembled battery,
A control device configured to estimate the current variation between the plurality of secondary batteries due to the temperature variation among the plurality of secondary batteries is provided.
The control device is
A first temperature index having a correlation with the temperature of the maximum temperature cell by using the calorific value of the maximum temperature cell having the highest temperature among the plurality of secondary batteries and the cooling amount of the maximum temperature cell by the cooling device. Is calculated and
A second temperature index that correlates with the temperature of the lowest temperature cell using the calorific value of the lowest temperature cell among the plurality of secondary batteries and the cooling amount of the lowest temperature cell by the cooling device. Is calculated and
By subtracting the second temperature index from the first temperature index, an evaluation value indicating the degree of the temperature variation is calculated.
Using the calculated evaluation value and the temperature of the assembled battery, the degree of the current variation is estimated.
The calorific value of the maximum temperature cell is calculated using the estimation results of the resistance and current of the maximum temperature cell.
The calorific value of the minimum temperature cell is calculated using the estimation results of the resistance and current of the minimum temperature cell.
A battery system in which the cooling amounts of the maximum temperature cell and the minimum temperature cell are estimated using the difference between the temperature of the assembled battery and the temperature of the cooling air.
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