JP7359350B2 - 電池電力算出装置および方法 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態に係る電池電力算出装置の抵抗算出部は、電池セルの温度に応じた抵抗変化を考慮して電池セルの抵抗を補正することができる。
本発明の一実施形態に係る電池電力算出装置の時間設定部は、ユーザの入力または外部システムからの入力を受信して目標時間を設定することができる。
本発明の一実施形態に係る電池電力算出方法は、電池セルのSOCに応じた抵抗変化を考慮して電池セルの抵抗を補正するステップをさらに含むことができる。
図1を参照すると、本発明の一実施形態に係る電池パック1と上位システムに含まれている上位コントローラ2とを含む電池制御システムを概略的に示す。
かかる電池パック1の構成およびBMS20の構成は公知の構成であるため、より具体的な説明は省略することにする。
図2を参照すると、本発明の一実施形態に係る電池電力算出装置200は、時間設定部210、温度センサ部220、抵抗算出部230、電力算出部240、およびメモリ部250を含むことができる。
また、抵抗算出部230は、電池セルの温度に応じた抵抗変化を考慮して電池セルの抵抗を補正することができる。この場合、抵抗算出部230は、電池セルの現在温度での抵抗と電池セルの臨界温度(または他の高温条件)での抵抗との比に応じて算出された補正係数に基づいて電池セルの抵抗を補正することができる。これについては図5において後述する。
例えば、電池セルの温度に応じた抵抗値およびSOCに応じた抵抗値は、実験や計算により事前に求めておいた値であってもよい。かかる値は、メモリ部250に格納されていてもよい。
図3を参照すると、複数の電池セルに冷却材(coolant)が備えられているものを示す。この際、電池セルが現在温度から臨界温度に達するまでの総熱量Q_totは、充放電時に発生する電池セルの発熱量Q_genから冷却熱量Q_coolを引いた値と等しい。これに基づき、図4において電池セルの最適電力値を求める過程を説明する。
図4を参照すると、本発明の一実施形態に係る電池電力算出装置における電池の最適電力を計算するためには、先ず、ユーザが電池を限界温度まで達することなく使用するための目標時間ttargetを入力する。
電池セルが現在温度Tcell、nowから臨界温度Tcell、limitにまで達する際の総熱量Qtotは以下のように求めることができる。
Ccellは、電池セルの熱容量を示し、mcellは、電池セルの質量を示し、これは、メモリに格納された値であってもよい。また、臨界温度Tcell、limitも、定められた値であって、メモリに格納された値であってもよく、現在温度Tcell、nowは、電池管理システム(BMS)のセンサ(例えば、図2の温度センサ部220)による測定値であってもよい。しかし、前述したように、臨界温度Tcell、limitは、固定値ではなく、電池セルを含むシステムの運転モードに応じてリアルタイムで算出された値であってもよい。この場合、臨界温度Tcell、limitは、電池管理システム(BMS)において別に算出されることができる。
Qtot=Qgen-Qcool 数学式(2)
Qgen=α×Iopt、RMS 2×Rcell、norm×ttarget 数学式(3)
αは、補正係数としてメモリに格納された値であってもよく、Iopt、RMSは、求めようとする最適電流のRMS値であり(A)、Rcell、normは、電池セルの抵抗を示す。
ここで、kは、高温条件に適した補正係数(k<1)であり、電池セルの抵抗が測定された現在温度条件に応じて異なり得る。
Rcell、norm=k×k'×Rcell、est 数学式(4')
図5を参照すると、電池の抵抗は、温度が高くなるほど減少する傾向を示すことが分かる。すなわち、電池は、一般的に使用時間が長くなるほど温度が増加するため、電池の抵抗は、次第に小さくなり得る。よって、かかる電池の抵抗特性を反映し、本発明の一実施形態に係る電池電力算出装置においては、次のように補正係数を算出することができる。
ここで、aは、現在温度の電池抵抗であり、bは、一定時間以後の高温である状態(例えば、臨界温度)での電池抵抗である。しかし、温度に応じた抵抗の補正係数は、上記の式に制限されず、多様な方式で算出されることができる。
図6の(a)を参照すると、電池セルのSOCは、動作状態に応じて2つのモードに区分することができる。具体的に、初期のSOCは、電池をより積極的に使用(放電)してSOCが漸進的に下がり、それをCD(Charge Depletion)モードという。また、SOCが一定レベルに達すると(例えば、30%)、回生ブレーキを介して電池の使用量(放電量)と充電量を等しくなるようにしてSOCを維持するが、それをCS(Charge Sustain)モードという。
ここで、aは、現在SOCでの電池抵抗であり、bは、一定時間以後のSOCが減少した状態での電池抵抗である。一方、CSモードである場合には、SOCが一定に維持されるため、抵抗の測定時点および以後の抵抗値の差がないので、k'=1となる。しかし、SOCに応じた抵抗の補正係数は、上記の式に制限されず、多様な方式で算出されることができる。
図7を参照すると、本発明の一実施形態に係る電池電力算出装置によると、電池電流は、算出されたRMS電流の制限値の範囲で印加されることが分かる。すなわち、本発明の一実施形態に係る電池電力算出装置においては、臨界温度の到達時間tに対する適正RMS電流値を車両の制御部(例えば、ECU)に提供することで、車両で用いられる動的に変化する電流測定値を入力値にして電力を管理する場合に比べて、車両において静的に出力を管理することができる。
図8を参照すると、先ず、電池セルを使用する目標時間を設定することができる(S810)。目標時間は、ユーザが電池セルの臨界温度に達することなく電池を使用する時間であって、ユーザが任意に設定することができる。この際、目標時間は、車両システムにおいて運転モードやナビゲーション連動情報などに応じてリアルタイムで算出された値を受信することができる。
そして、電池セルの温度を測定し(S820)、電池セルの抵抗を算出することができる(S830)。しかし、図8に示されたものとは逆に、電池セルの抵抗を先に算出し、電池セルの温度を測定してもよい。
図9を参照すると、電池管理システム900は、各種処理および各構成を制御するマイクロコントローラ(MCU)910と、オペレーティングシステムプログラムおよび各種プログラム(例えば、電池パックの電力算出プログラムあるいは電池パックの抵抗補正プログラム)などが記録されるメモリ920と、電池セルモジュールおよび/または半導体スイッチング素子との間で入力インターフェースおよび出力インターフェースを提供する入出力インターフェース930と、有無線通信網を介して外部と通信可能な通信インターフェース940と、を備えることができる。このように、本発明に係るコンピュータプログラムは、メモリ920に記録され、マイクロコントローラ910により処理されることで、例えば、図2および図4に示した各機能ブロックを行うモジュールとして実現されてもよい。
2:上位コントローラ
10:電池モジュール
12:センサ
14:スイッチング部
20:BMS
200、900:電池電力算出装置
210:時間設定部
220:温度センサ部
230:抵抗算出部
240:電力算出部
250:メモリ部
910:MCU
920:メモリ
930:入出力I/F
940:通信I/F
Claims (12)
- 電池セルを使用する目標時間を設定する時間設定部と、
前記電池セルの温度を測定する温度センサ部と、
前記電池セルの抵抗を算出する抵抗算出部と、
前記電池セルの温度、前記電池セルの抵抗、および、前記目標時間を入力値とする関数を用いて、前記目標時間の間に前記電池セルの臨界温度を超過することなく使用できる最適電流値を算出する電力算出部と、を含む、電池電力算出装置。 - 前記電池セルの最適電流値を算出するためのパラメータを格納するメモリ部をさらに含む、請求項1に記載の電池電力算出装置。
- 前記抵抗算出部は、前記電池セルの温度に応じた抵抗変化を考慮して前記電池セルの抵抗を補正する、請求項1または2に記載の電池電力算出装置。
- 前記抵抗算出部は、前記電池セルの現在温度での抵抗と前記電池セルの臨界温度での抵抗との比に応じて算出された補正係数に基づいて前記電池セルの抵抗を補正する、請求項3に記載の電池電力算出装置。
- 前記抵抗算出部は、前記電池セルのSOCに応じた抵抗変化を考慮して前記電池セルの抵抗を補正する、請求項1から4のいずれか一項に記載の電池電力算出装置。
- 前記抵抗算出部は、前記電池セルのSOCに応じた抵抗の比で算出された補正係数に基づいて前記電池セルの抵抗を補正する、請求項5に記載の電池電力算出装置。
- 前記臨界温度は、事前に決定された値であるか、または前記電池セルを含むシステムの運転モードに応じてリアルタイムで算出された値である、請求項1から6のいずれか一項に記載の電池電力算出装置。
- 前記電力算出部は、前記電池セルの現在温度から前記臨界温度に達するまでの総熱量と前記電池セルの充放電時に発生する発熱量および冷却熱量を考慮して前記最適電流値を算出する、請求項1から7のいずれか一項に記載の電池電力算出装置。
- 前記時間設定部は、ユーザの入力または外部システムからの入力を受信して前記目標時間を設定する、請求項1から8のいずれか一項に記載の電池電力算出装置。
- 電池セルを使用する目標時間を設定するステップと、
前記電池セルの温度を測定するステップと、
前記電池セルの抵抗を算出するステップと、
前記電池セルの温度、前記電池セルの抵抗、および、前記目標時間を入力値とする関数を用いて、前記目標時間の間に前記電池セルの臨界温度を超過することなく使用できる最適電流値を算出するステップと、を含む、電池電力算出方法。 - 前記電池セルの温度に応じた抵抗変化を考慮して前記電池セルの抵抗を補正するステップをさらに含む、請求項10に記載の電池電力算出方法。
- 前記電池セルのSOCに応じた抵抗変化を考慮して前記電池セルの抵抗を補正するステップをさらに含む、請求項10または11に記載の電池電力算出方法。
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