JP7381617B2 - 電池管理装置、電池管理方法、電力貯蔵システム - Google Patents
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Description
(第1の実施形態)
SOCj < SOC(t) < SOCj+1 (式7)
MidOCVi+1,j+1) (式8)
MidDCRi+1,j+1) (式9)
(1)電池管理装置102は、充放電可能な組電池101を管理する装置であって、組電池101の充電状態を表す充電状態SOC、容量劣化度を表す充電容量減少量SOHQ、および、抵抗劣化度を表す内部抵抗増加量SOHRを算出する電池状態算出部501と、算出されたSOHRを補正し、中間電圧710(MidVoltage(t))に対応する中間抵抗(MidDCR(t))を、補正後の抵抗劣化度(SOHR for MidDCR(t))に応じた補正係数(SOHR for MidDCR(t)/100)に従い補正し、組電池101の現在の充電状態における放電電圧を表す電圧値704と組電池101の最小充電状態SOCminにおける放電電圧を表す電圧値706との間に存在する中間電圧710(MidVoltage(t))を、補正後の中間抵抗に基づいて算出する中間電圧算出部502と、充電状態SOCおよび充電容量減少量SOHQに基づいて組電池101の残存容量(RemainingCapacity(t))を算出する残存容量算出部503と、中間電圧および残存容量に基づいて、組電池101の使用可能エネルギーを算出する使用可能エネルギー算出部504とを備える。このようにしたので、組電池101の使用可能エネルギーを正確に推定する(特に、組電池101の使用可能エネルギーを補正前のSOHRに基づいて算出することに比べてより正確に使用可能エネルギーを推定する)
ことができる。
(2)中間電圧算出部502は、中間電圧に対応する開回路中間電圧MidOCV(t)と、所定の充放電電流を流したとき補正後の中間抵抗(例えば、(式6)における“MidDCR(t)×SOHR for MidDCR(t)/100”)によって生じる電池両端の電位差である中間降下電圧(例えば、式(6)における“IC0,DCh×MidDCR(t)×SOHR for MidDCR(t)/100”)とに基づいて、中間電圧(MidVoldtage(t))を算出する。このようにしたので、組電池101の状態に応じて算出された中間電圧の正確性が高いことが期待される。
(3)補正された抵抗劣化度(SOHR for MidDCR(t))は、Ro(組電池101の内部抵抗604の劣化度に依存する抵抗値)とRp(組電池101の分極抵抗606の劣化度に依存する抵抗値)との両方に依存する。このようにしたので、RoとRpのうちのRoのみが考慮されるケースに比べて、算出される使用可能エネルギーの正確性が高いことが期待される。
(4)中間電圧算出部は、算出された抵抗劣化度SOHRに、組電池101の内部抵抗604の劣化機構と組電池101の分極抵抗606の劣化機構との両方に依存した要素hを反映することで、当該算出された抵抗劣化度SOHRを補正する。このようにしたので、RoとRpの両方がSOHRの補正に反映され、故に、使用可能エネルギーの算出の一要素であるSOHRの正確性が高まり、結果として、算出される使用可能エネルギーの正確性が高いことが期待される。
(5)中間電圧710は、図3に示したように、中間電圧710に残存容量を乗算した値と、現在の充電状態SOCから最小充電状態SOCminまでの放電電圧の変化を表す放電曲線701の積分値とが一致する電圧である。使用可能エネルギー算出部504は、(式2)を用いて中間電圧に残存容量を乗算することで、使用可能エネルギーを算出する。このようにしたので、放電電流が変化する場合でも、組電池101の使用可能エネルギーをリアルタイムで算出することができる。
(6)中間電圧算出部502は、組電池101の充電状態SOCと電池温度Tcellの組み合わせごとに電圧値MidOCVi,jが設定された中間OCVテーブル607と、組電池101の充電状態SOCと電池温度Tcellの組み合わせごとに抵抗値MidDCRi,jが設定された中間DCRテーブル608とを有する。そして、電池状態算出部501により算出された充電状態SOC(t)および組電池101の現在の電池温度Tcell(t)に対応する電圧値MidOCV(t)および抵抗値MidDCR(t)を、中間OCVテーブル607および中間DCRテーブル608からそれぞれ取得し、取得した電圧値MidOCV(t)および抵抗値MidDCR(t)に基づいて中間電圧MidVoltage(t)を算出する。このようにしたので、組電池101の状態に応じた中間電圧を容易かつ確実に算出することができる。
(7)中間電圧算出部502は、電池状態算出部501により算出された充電状態SOC(t)および組電池101の現在の電池温度Tcell(t)に対応する電圧値MidOCV(t)および抵抗値MidDCR(t)を、内挿により中間OCVテーブル607および中間DCRテーブル608からそれぞれ取得することもできる。このようにすれば、中間OCVテーブル607や中間DCRテーブル608に記載されていない充電状態SOCと電池温度Tcellの組み合わせについても、これに対応する電圧値MidOCV(t)や抵抗値MidDCR(t)をきめ細かく取得することができる。
(第2の実施形態)
SOCj < SOC(t) < SOCj+1
Ck < C(t) < Ck+1 (式14)
MidOCVi,j+1(Ck,Ck+1), MidOCVi+1,j+1(Ck,Ck+1)) (式15)
MidDCRi,j+1(Ck,Ck+1), MidDCRi+1,j+1(Ck,Ck+1)) (式16)
(8)電池管理装置102は、組電池101の放電時のCレートを算出するCレート算出部505を備える。中間電圧算出部502aは、Cレート算出部505により算出されたCレートを用いて、中間電圧710を算出する。このようにしたので、組電池101が搭載されている車両の実際の走行状態を考慮して、中間電圧710を適切に算出することができる。
(9)中間電圧算出部502aは、組電池101のCレート、充電状態SOCおよび電池温度Tcellの組み合わせごとに電圧値MidOCVi,jが設定された中間OCVテーブル群610と、組電池101のCレート、充電状態SOCおよび電池温度Tcellの組み合わせごとに抵抗値MidDCRi,jが設定された中間DCRテーブル群611とを有する。そして、Cレート算出部505により算出されたCレートの値C(t)、電池状態算出部501により算出された充電状態SOC(t)および組電池101の現在の電池温度Tcell(t)に対応する電圧値MidOCV(t)および抵抗値MidDCR(t)を、中間OCVテーブル群610および中間DCRテーブル群611からそれぞれ取得し、取得した電圧値MidOCV(t)および抵抗値MidDCR(t)に基づいて中間電圧MidVoltage(t)を算出する。このようにしたので、組電池101の状態に応じた中間電圧を容易かつ確実に算出することができる。
(10)中間電圧算出部502aは、Cレート算出部505により算出されたCレートの値C(t)、電池状態算出部501により算出された充電状態SOC(t)および組電池101の現在の電池温度Tcell(t)に対応する電圧値MidOCV(t)および抵抗値MidDCR(t)を、内挿により中間OCVテーブル群610および中間DCRテーブル群611からそれぞれ取得することもできる。このようにすれば、中間OCVテーブル群610や中間DCRテーブル群611に記載されていないCレート、充電状態SOCおよび電池温度Tcellの組み合わせについても、これに対応する電圧値MidOCV(t)や抵抗値MidDCR(t)をきめ細かく取得することができる。
(第3の実施形態)
(11)算出された抵抗劣化度SOHRは、組電池101の内部抵抗604の劣化度である内部抵抗劣化度SOHR for Roと、組電池101の分極抵抗606の劣化度である分極抵抗劣化度SOHR for Rpとである。中間電圧算出部502bは、算出されたSOHR for Roと、SOHR for Roの重みAと、算出されたSOHR for Rpと、SOHR for Rpの重みBとを基に、補正後の抵抗劣化度(SOHR for MidDCR)を算出する。このようにしたので、RoとRpの両方が補正後のSOHRに反映され、故に、使用可能エネルギーの算出の一要素であるSOHRの正確性が高まり、結果として、算出される使用可能エネルギーの正確性が高いことが期待される。
2 インバータ
3 負荷
4 上位コントローラ
101 組電池
102,102a,102b 電池管理装置
103 電流センサ
104 セルコントローラ
105 電圧センサ
106 温度センサ
107 リレー
501,501a 電池状態算出部
502,502a,502b 中間電圧算出部
503 残存容量算出部
504 使用可能エネルギー算出部
505 Cレート算出部
601 電池モデル部
602 劣化状態検出部
603 開放電圧源
604 内部抵抗
605 分極容量
606 分極抵抗
607 中間OCVテーブル
608 中間DCRテーブル
609 放電電流設定部
610 中間OCVテーブル群
611 中間DCRテーブル群
612 ゲイン設定部
1610,1610a SOHR補正部
Claims (13)
- 充放電可能な電池を管理する電池管理装置であって、
前記電池の充電状態、容量劣化度および抵抗劣化度を算出する電池状態算出部と、
前記算出された抵抗劣化度を補正し、中間電圧に対応する前記電池の中間抵抗を、前記補正後の抵抗劣化度に応じた補正係数に従い補正し、前記電池の現在の充電状態における充放電電圧と前記電池の最小充電状態または最大充電状態における充放電電圧との間に存在する中間電圧を、前記補正後の中間抵抗に基づいて算出する中間電圧算出部と、
前記充電状態および前記容量劣化度に基づいて前記電池の残存容量または充電可能容量を算出する残存容量算出部と、
前記中間電圧および前記残存容量、または前記中間電圧および前記充電可能容量に基づいて、前記電池の使用可能エネルギーまたは充電可能エネルギーを算出する使用可能エネルギー算出部と、を備える電池管理装置。 - 請求項1に記載の電池管理装置において、
前記中間電圧算出部は、前記中間電圧に対応する開回路中間電圧と、所定の充放電電流を流したとき補正後の中間抵抗によって生じる電池両端の電位差である中間降下電圧とに基づいて、前記中間電圧を算出する電池管理装置。 - 請求項1に記載の電池管理装置において、
前記補正された抵抗劣化度は、前記電池の内部抵抗の劣化度と前記電池の分極抵抗の劣化度との両方に依存する電池管理装置。 - 請求項3に記載の電池管理装置において、
前記中間電圧算出部は、前記算出された抵抗劣化度に、前記電池の内部抵抗の劣化機構と前記電池の分極抵抗の劣化機構との両方に依存した要素を反映することで、当該算出された抵抗劣化度を補正する電池管理装置。 - 請求項3に記載の電池管理装置において、
前記算出された抵抗劣化度は、前記電池の内部抵抗の劣化度である内部抵抗劣化度と、前記電池の分極抵抗の劣化度である分極抵抗劣化度とであり、
前記中間電圧算出部は、前記算出された内部抵抗劣化度と、内部抵抗劣化度の重みと、前記算出された分極抵抗劣化度と、分極抵抗劣化度の重みとを基に、前記補正後の抵抗劣化度を算出する電池管理装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の電池管理装置において、
前記中間電圧は、前記中間電圧に前記残存容量または前記充電可能容量を乗算した値と、前記現在の充電状態から前記最小充電状態または前記最大充電状態までの前記充放電電圧の変化を表す充放電曲線の積分値とが一致する電圧であり、
前記使用可能エネルギー算出部は、前記中間電圧に前記残存容量または前記充電可能容量を乗算することで、前記使用可能エネルギーまたは前記充電可能エネルギーを算出する電池管理装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の電池管理装置において、
前記中間電圧算出部は、
前記電池の充電状態と温度の組み合わせごとに電圧値が設定された第1のテーブルと、前記電池の充電状態と温度の組み合わせごとに抵抗値が設定された第2のテーブルとを有し、
前記電池状態算出部により算出された前記充電状態および前記電池の現在の温度に対応する電圧値および抵抗値を、前記第1のテーブルおよび前記第2のテーブルからそれぞれ取得し、
取得した前記電圧値および前記抵抗値に基づいて前記中間電圧を算出する電池管理装置。 - 請求項7に記載の電池管理装置において、
前記中間電圧算出部は、前記電池状態算出部により算出された前記充電状態および前記電池の現在の温度に対応する電圧値および抵抗値を、内挿により前記第1のテーブルおよび前記第2のテーブルからそれぞれ取得する電池管理装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の電池管理装置において、
前記電池の充放電時のCレートを算出するCレート算出部を備え、
前記中間電圧算出部は、前記Cレート算出部により算出された前記Cレートを用いて、前記中間電圧を算出する電池管理装置。 - 請求項9に記載の電池管理装置において、
前記中間電圧算出部は、
前記電池のCレート、充電状態および温度の組み合わせごとに電圧値が設定された第1のテーブルと、前記電池のCレート、充電状態および温度の組み合わせごとに抵抗値が設定された第2のテーブルとを有し、
前記Cレート算出部により算出された前記Cレート、前記電池状態算出部により算出された前記充電状態および前記電池の現在の温度に対応する電圧値および抵抗値を、前記第1のテーブルおよび前記第2のテーブルからそれぞれ取得し、
取得した前記電圧値および前記抵抗値に基づいて前記中間電圧を算出する電池管理装置。 - 請求項10に記載の電池管理装置において、
前記中間電圧算出部は、前記Cレート算出部により算出された前記Cレート、前記電池状態算出部により算出された前記充電状態および前記電池の現在の温度に対応する電圧値および抵抗値を、内挿により前記第1のテーブルおよび前記第2のテーブルからそれぞれ取得する電池管理装置。 - 充放電可能な電池を管理するための方法であって、
コンピュータにより、
前記電池の充電状態、容量劣化度および抵抗劣化度を算出し、
前記算出された抵抗劣化度を補正し、
中間電圧に対応する前記電池の中間抵抗を、前記補正後の抵抗劣化度に応じた補正係数に従い補正し、
前記電池の現在の充電状態における充放電電圧と前記電池の最小充電状態または最大充電状態における充放電電圧との間に存在する中間電圧を、前記補正後の中間抵抗に基づいて算出し、
算出した前記充電状態および前記容量劣化度に基づいて前記電池の残存容量または充電可能容量を算出し、
算出した前記中間電圧および前記残存容量、または算出した前記中間電圧および前記充電可能容量に基づいて、前記電池の使用可能エネルギーまたは充電可能エネルギーを算出する電池管理方法。 - 請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載の電池管理装置と、
充放電可能な電池と、
前記電池管理装置により算出された前記電池の使用可能エネルギーまたは充電可能エネルギーに基づいて、前記電池の充放電を行う充放電装置と、を備える電力貯蔵システム。
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