JP7381356B2 - 温度推定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、温度推定装置に関する。
特許文献１には、二次電池の温度推定装置が記載されている。この温度推定装置は、所定の周波数のリップル電流を二次電池に発生させるリップル生成部と、二次電池の充放電電流を検出するための電流検出部と、二次電池の電圧を検出するための電圧検出部と、二次電池にリップル電流が発生したときに検出される電流及び電圧に基づいて、二次電池のインピーダンスを推定するインピーダンス推定部と、推定されたインピーダンスに基づいて二次電池の温度を推定する温度推定部と、を備えている。
ところで、バッテリ内部の温度は、バッテリを使用するうえで重要な要素である。しかしながら、従来では、バッテリ内部の温度を直接的にセンシングすることが困難であるため、バッテリが実装された基板等にサーミスタを配置し、そこで測定された温度をバッテリ内部の温度として扱う場合があった。これに対して、上記の温度推定装置によれば、温度センサを用いることなく、精度よく二次電池の温度が推定可能であるとされている。一方で、上記の温度推定装置では、温度の推定のために、二次電池にリップル電流を発生させるための構成が必要となる。したがって、より簡単な構成で正確に二次電池の温度を推定可能とすることが望ましい。
そこで、本発明は、簡単な構成で二次電池の温度を正確に推定可能な温度推定装置を提供することを目的とする。
本発明に係る温度推定装置は、二次電池の温度を推定するための温度推定装置であって、二次電池の電圧値が一定以上変化したときに、電圧値の変化が生じた第１時刻と第１時刻から一定時間前の第２時刻との間の時間における二次電池の電流値、及び、電圧値の変化量に基づいた回帰式を用いて、二次電池の温度を推定する温度推定部を備える。
この装置では、温度の推定に際して、二次電池の電圧値が一定以上変化した第１時刻と、第１時刻の一定時間前の第２時刻との間の時間における電流値、及び、当該電圧の変化量に基づいた回帰式を用いて、二次電池の温度を推定する。このため、この装置によれば、二次電池に対して別途処理を施すための構成を用いることなく、簡単な構成で二次電池の温度を正確に推定可能である。
本発明に係る温度推定装置は、第１時刻と第２時刻との間の時間を複数の時間領域に分割し、時間領域のそれぞれにおいて二次電池の電流値を積算することによって、時間領域のそれぞれにおける電流量を取得する電流量取得部をさらに備え、温度推定部は、電圧値の変化量、及び、時間領域のそれぞれにおける電流量を説明変数とし、温度を目的変数とする回帰式を用いて、温度を推定してもよい。このように、温度の推定に用いる回帰式において、電流量を説明変数として用いることができる。
本発明に係る温度推定装置は、二次電池の起動時における開回路電圧から推定された充電状態に、起動時から第１時刻までの電流量を積算することにより、第１時刻における仮の充電状態である仮充電状態を算出する仮充電状態算出部をさらに備え、温度推定部は、回帰式において、仮充電状態をさらに説明変数として用いてもよい。このように、温度の推定に用いる回帰式において、一般的な手法により推定された充電状態を、仮充電状態として説明変数にさらに用いることができる。
本発明によれば、簡単な構成で二次電池の温度を正確に推定可能な温度推定装置を提供することができる。
以下、図面を参照した詳細な説明を行う。各図において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図１は、一実施形態に係るバッテリシステムの構成を示す模式図である。図１に示されるバッテリシステム１００は、例えば、ハイブリッド車両や電動車両等の車両に搭載されている。バッテリシステム１００は、バッテリ５０を備えている。バッテリ５０は、任意の二次電池であり、一例としてリチウムイオン二次電池である。バッテリ５０は、インバータ６０を介してモータ７０に電気的に接続されている。バッテリ５０は、モータ７０に電力を供給する。モータ７０は、例えば上述した車両の駆動に用いられる。
バッテリシステム１００は、バッテリ５０の内部の温度を推定するための温度推定システム１０を備えている。温度推定システム１０は、温度推定装置１と、電流センサ２０と、電圧センサ３０と、を有している。電流センサ２０は、バッテリ５０に接続され、バッテリ５０の充放電の際の電流値を検出する。電圧センサ３０は、バッテリ５０に接続され、バッテリ５０の電圧値を検出する。温度推定装置１は、電流センサ２０及び電圧センサ３０に電気的に接続されている。
温度推定装置１は、電流センサ２０及び電圧センサ３０から検出結果を示す情報を取得し、取得した情報に基づいてバッテリ５０の内部の温度を推定する。温度推定装置１は、例えば、バッテリ監視システム（Battery Management System）に構成され得る。また、温度推定装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する電子制御ユニットにおいて構成され得る。温度推定装置１の後述する各機能部は、ＲＯＭに記録されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより実現され得る。
図２は、図１に示された温度推定装置の機能的な構成を示す模式図である。図３は、バッテリの電圧値及び電流値の時間変化を示すグラフである。図２，３に示されるように、温度推定装置１は、電流量取得部２、仮充電状態算出部３、及び、温度推定部４を有している。
温度推定部４は、バッテリ５０の電圧値Ｖが一定以上変化したときに、電圧値Ｖの変化が生じた第１時刻Ｔ１と第１時刻Ｔ１から一定時間前の第２時刻Ｔ２との間の時間ｔｎにおけるバッテリ５０の電流値Ｉ、及び、電圧値Ｖの変化量Ｖｄに基づいた回帰式を用いて、バッテリ５０の温度を推定する。そのために、温度推定装置１では、電流量及び充電状態を取得する。
すなわち、温度推定装置１では、電流量取得部２が、バッテリ５０の充放電の電流値Ｉ（Ａ）に基づいて、第１時刻Ｔ１と第１時刻Ｔ１から一定時間（例えば１００秒～２００秒）前の第２時刻Ｔ２との間の時間ｔｎにおけるバッテリ５０の電流量を取得する。より具体的には、電流量取得部２は、第１時刻Ｔ１と第２時刻Ｔ２の間の時間ｔｎを、複数の時間領域ｍ１、ｍ２、…、ｍｎに分割する。そして、電流量取得部２は、時間領域ｍ１、ｍ２、…、ｍｎのそれぞれにおいて、バッテリ５０の電流値Ｉを積算（積分）することによって、時間領域ｍ１、ｍ２、…、ｍｎのそれぞれにおける電流量Ｘ１（Ａｈ），Ｘ２（Ａｈ），…Ｘｎ（Ａｈ）を取得する。
仮充電状態算出部３は、バッテリ５０の起動時における開回路電圧から推定された充電状態である起動時充電状態に、起動時から第１時刻Ｔ１までの電流量を積算することにより、第１時刻Ｔ１における仮の充電状態である仮充電状態を算出する。開回路電圧からの充電状態の推定は、例えば、予め用意されたマップを参照することにより行うことができる。
そして、温度推定部４は、電圧値Ｖの変化量Ｖｄ、及び、時間領域ｍ１、ｍ２、…、ｍｎのそれぞれにおける電流量Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎを説明変数とし、温度Ｗを目的変数とする回帰式（下記式（１））を用いて、温度Ｗを推定する。下記式（１）におけるａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、回帰係数である。
Ｗ＝ａＶｄ+ｂＸ１+ｃＸ２+…+ｄＸｎ+ｅ・・・（１）
Ｗ＝ａＶｄ+ｂＸ１+ｃＸ２+…+ｄＸｎ+ｅ・・・（１）
なお、温度推定部４は、上記式（１）において、バッテリ５０の充電状態をさらに説明変数として用いることができる。回帰式に用いる充電状態としては、上記のように仮充電状態算出部３が算出した仮充電状態を用いることもできるし、別の回帰式により推定した充電状態を用いることもできる。バッテリ５０の充電状態を回帰式により推定する場合について説明する。
図４は、バッテリの電流値の時間変化を示すグラフである。温度推定装置１では、電流量取得部２が、バッテリ５０の充放電の電流値Ｉ（Ａ）に基づいて、第１時刻Ｔ３と第１時刻Ｔ３から一定時間（例えば１００秒～２００秒）前の第２時刻Ｔ４との間の時間ｔｍにおけるバッテリ５０の電流量を取得する。より具体的には、電流量取得部２は、第１時刻Ｔ３と第２時刻Ｔ４の間の時間ｔｍを、複数の時間領域ｎ１、ｎ２、…、ｎｎに分割する。そして、電流量取得部２は、時間領域ｎ１、ｎ２、…、ｎｎのそれぞれにおいて、バッテリ５０の電流値Ｉを積算（積分）することによって、時間領域ｎ１、ｎ２、…、ｎｎのそれぞれにおける電流量Ｙ１（Ａｈ），Ｙ２（Ａｈ），…Ｙｎ（Ａｈ）を取得する。
また、温度推定装置１は、第１時刻Ｔ３と第２時刻Ｔ４との間の時間ｔｍにおけるバッテリ５０の電流値Ｉに基づいた回帰式を用いて、バッテリ５０の変動電圧（ドロップ電圧）を推定する。より具体的には、温度推定装置１は、第１時刻Ｔ３におけるバッテリ５０の電流値Ｉ、及び、時間領域ｎ１、ｎ２、…、ｎｎのそれぞれにおける電流量Ｙ１，Ｙ２，…、Ｙｎを説明変数とし、変動電圧Ｖｍを目的変数とする回帰式（下記式（２））を用いて、変動電圧Ｖｍを推定する。下記式（２）におけるｆ、ｇ、ｈ、ｊ、ｋは、回帰係数である。
Ｖｍ＝ｆＩ+ｇＸ１+ｈＸ２+…+ｊＸｎ+ｋ・・・（２）
Ｖｍ＝ｆＩ+ｇＸ１+ｈＸ２+…+ｊＸｎ+ｋ・・・（２）
なお、温度推定装置１は、上記式（２）において、仮充電状態算出部３が算出した仮充電状態をさらに説明変数として用いることができる。
また、温度推定装置１は、第１時刻Ｔ３におけるバッテリ５０の電圧値から変動電圧Ｖｍを減算することにより、第１時刻Ｔ３におけるバッテリ５０の開回路電圧を算出する。さらに、温度推定装置１は、算出された第１時刻Ｔ３における開回路電圧に基づいて、第１時刻Ｔ３における充電状態を推定する。一例として、温度推定装置１は、開回路電圧と充電状態とが関連付けられたマップを参照することにより、開回路電圧から充電状態を推定することができる。
そして、温度推定部４は、このようにして推定されたバッテリ５０の充電状態を、上記式（１）において、説明変数としてさらに用いる。なお、一例として、第１時刻Ｔ３は第１時刻Ｔ１と同一でもよく、第２時刻Ｔ４は第２時刻Ｔ２と同一でもよい。
以上説明したように、温度推定装置１では、温度の推定に際して、バッテリ５０の電圧値Ｖが一定以上変化した第１時刻Ｔ１と、第１時刻Ｔ１の一定時間前の第２時刻Ｔ２との間の時間ｔｎにおける電流値Ｉ、及び、当該電圧値Ｖの変化量Ｖｄに基づいた回帰式を用いて、バッテリ５０の温度を推定する。このため、温度推定装置１によれば、バッテリ５０に対して別途処理を施すための構成を用いることなく、簡単な構成でバッテリ５０の温度を正確に推定可能である。
また、温度推定装置１は、第１時刻Ｔ１と第２時刻Ｔ２との間の時間を複数の時間領域ｍ１、ｍ２、…、ｍｎに分割し、時間領域ｍ１、ｍ２、…、ｍｎのそれぞれにおいてバッテリ５０の電流値を積算することによって、時間領域ｍ１、ｍ２、…、ｍｎのそれぞれにおける電流量Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎを取得する電流量取得部２をさらに備える。そして、温度推定部４は、電圧値Ｖの変化量Ｖｄ、及び、時間領域ｍ１、ｍ２、…、ｍｎのそれぞれにおける電流量Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎを説明変数とし、温度Ｗを目的変数とする回帰式を用いて、温度Ｗを推定する。このように、温度Ｗの推定に用いる回帰式において、電流量Ｘ１、Ｘ２、…、Ｘｎを説明変数として用いることができる。
さらに、温度推定装置１は、バッテリ５０の起動時における開回路電圧から推定された充電状態に、起動時から第１時刻Ｔ１までの電流量を積算することにより、第１時刻Ｔ１における仮の充電状態である仮充電状態を算出する仮充電状態算出部３をさらに備える。そして、温度推定部４は、回帰式において、仮充電状態をさらに説明変数として用いてもよい。このように、温度Ｗの推定に用いる回帰式において、一般的な手法により推定された充電状態を、仮充電状態として説明変数にさらに用いることができる。
以上の実施形態は、本発明の一形態について説明したものである。したがって、本発明は、上述した温度推定装置１を任意に変形したものとされ得る。
１…温度推定装置、２…電流量取得部、３…仮充電状態算出部、５０…バッテリ。
Claims (3)
- 二次電池の温度を推定するための温度推定装置であって、
前記二次電池の電圧値が一定以上変化したときに、前記電圧値の変化が生じた第１時刻と前記第１時刻から一定時間前の第２時刻との間の時間における前記二次電池の電流値、及び、前記電圧値の変化量に基づいた回帰式を用いて、前記二次電池の温度を推定する温度推定部を備える、
温度推定装置。 - 前記第１時刻と前記第２時刻との間の時間を複数の時間領域に分割し、前記時間領域のそれぞれにおいて前記二次電池の電流値を積算することによって、前記時間領域のそれぞれにおける電流量を取得する電流量取得部をさらに備え、
前記温度推定部は、前記電圧値の変化量、及び、前記時間領域のそれぞれにおける前記電流量を説明変数とし、前記温度を目的変数とする前記回帰式を用いて、前記温度を推定する、
請求項１に記載の温度推定装置。 - 前記二次電池の起動時における開回路電圧から推定された充電状態に、前記起動時から前記第１時刻までの電流量を積算することにより、前記第１時刻における仮の充電状態である仮充電状態を算出する仮充電状態算出部をさらに備え、
前記温度推定部は、前記回帰式において、前記仮充電状態をさらに説明変数として用いる、
請求項１又は２に記載の温度推定装置。
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