JP7492549B2 - Battery System - Google Patents
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Description
本開示は、電池システム内の通電部品の過熱を防止する技術に関する。 This disclosure relates to technology that prevents overheating of current-carrying components in a battery system.
特許第5687340号公報(特許文献1)には、電池を構成する部品の過熱を防止する電池システムが開示されている。この電池システムにおいては、電池システム内の通電部品毎に、過熱を防止するための電流制限値が設定されている。電流制限値は、通電部品の熱許容電流を超えない範囲において、予め設定された複数の時間窓幅(連続通電時間幅)中にそれぞれ許容される複数の電流平均値として設定される。この電池システムは、複数の時間窓幅毎に平均電流を計算し、各平均電流が各平均電流に対応する熱許容電流を超過しないように電池を流れる電流を電流制限値以下に制限している。 Japanese Patent Publication No. 5687340 (Patent Document 1) discloses a battery system that prevents overheating of components that make up a battery. In this battery system, a current limit value to prevent overheating is set for each current-carrying component in the battery system. The current limit value is set as a number of current average values that are allowed during a number of pre-set time window widths (continuous current-carrying time widths) within a range that does not exceed the thermal allowable current of the current-carrying component. This battery system calculates the average current for each of the multiple time window widths, and limits the current flowing through the battery to less than the current limit value so that each average current does not exceed the thermal allowable current corresponding to each average current.
特許第5687340号公報に開示された電池システムのように複数の連続通電時間幅毎に平均電流を計算する手法では、通電部品の熱保護に要する処理負荷が膨大となってしまう。たとえば、1つの連続通電時間幅が20秒であり0.1秒周期で電流を検出する場合、過去20秒間に検出された200点の電流検出値のデータをメモリに記憶しておき、これら200点の電流検出値の移動平均値を計算する必要がある。このような処理を、複数の連続通電時間幅毎に行なうことになるため、処理負荷が膨大となる。さらに、複数の通電部品毎に複数の連続通電時間幅を設定すると、処理負荷がさらに増大してしまう。 In a method of calculating the average current for multiple continuous current-flow time spans, such as the battery system disclosed in Patent Publication No. 5687340, the processing load required for thermal protection of current-carrying components becomes enormous. For example, if one continuous current-flow time span is 20 seconds and the current is detected at 0.1 second intervals, it is necessary to store in memory data on 200 current detection values detected in the past 20 seconds and calculate the moving average value of these 200 current detection values. Since this processing is performed for multiple continuous current-flow time spans, the processing load becomes enormous. Furthermore, if multiple continuous current-flow time spans are set for multiple current-carrying components, the processing load increases even further.
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電池システム内の通電部品の熱保護に要する処理負荷を軽減することである。 This disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to reduce the processing load required for thermal protection of current-carrying components in a battery system.
(第1項) 本開示による電池システムは、電池を含む通電部品が配置される通電経路と、通電経路を流れる電流を検出する電流センサと、通電経路を流れる電流を制御する制御回路とを備える。制御回路は、電流センサの検出値に対して無限インパルス応答のフィルタ処理を施すことによって、予め定められた複数の連続通電時間中の平均電流にそれぞれ相当する複数の電流フィルタ値を算出し、複数の連続通電時間にそれぞれ対応する複数の電流制限値を通電部品の許容電流未満となるように設定し、複数の電流フィルタ値の少なくとも1つが当該電流フィルタ値に対応する電流制限値を超えた場合、通電経路を流れる電流を当該電流制限値以下に制限する。 (1) A battery system according to the present disclosure includes a current path in which a current-carrying component including a battery is disposed, a current sensor that detects a current flowing through the current path, and a control circuit that controls the current flowing through the current path. The control circuit calculates a plurality of current filter values corresponding to average currents during a plurality of predetermined continuous current-carrying times by performing infinite impulse response filtering on the detection value of the current sensor, sets a plurality of current limit values corresponding to the plurality of continuous current-carrying times so as to be less than the allowable current of the current-carrying component, and limits the current flowing through the current path to less than the current limit value when at least one of the plurality of current filter values exceeds the current limit value corresponding to the current filter value.
(第2項) 第1項に記載の電池システムにおいて、制御回路は、電流センサの検出値に対して、互いに異なるフィルタ係数を有する複数の無限インパルス応答のフィルタ処理を施すことによって、複数の電流フィルタ値を算出する。 (2) In the battery system described in 1, the control circuit calculates multiple current filter values by filtering the detection value of the current sensor with multiple infinite impulse responses having different filter coefficients.
(第3項) 第1または2項に記載の電池システムにおいて、制御回路は、複数の電流制限値の各々を、当該電流制限値に対応する電流フィルタ値に応じて変化させる。 (3) In the battery system described in 1 or 2, the control circuit changes each of the multiple current limit values according to the current filter value corresponding to the current limit value.
(第4項) 第3項に記載の電池システムにおいて、制御回路は、電流フィルタ値が第1値よりも小さい第2値未満である場合は当該電流フィルタ値に対応する電流制限値を第1値よりも大きい値に設定し、電流フィルタ値が第2値以上かつ第1値未満である場合は当該電流フィルタ値が大きいほど当該電流フィルタ値に対応する電流制限値を第1値に向けて単調減少させ、電流フィルタ値が第1値よりも大きい場合は当該電流フィルタ値に対応する電流制限値を第1値に設定する。 (4) In the battery system described in 3, the control circuit sets the current limit value corresponding to the current filter value to a value greater than the first value when the current filter value is less than a second value that is smaller than the first value, and when the current filter value is equal to or greater than the second value and less than the first value, monotonically decreases the current limit value corresponding to the current filter value toward the first value as the current filter value becomes larger, and when the current filter value is greater than the first value, sets the current limit value corresponding to the current filter value to the first value.
(第5項) 第1~4項のいずれかに記載の電池システムにおいて、制御回路は、通電部品の環境温度および通電部品の使用期間の少なくとも一方に応じて、電流フィルタ値および複数の電流制限値の少なくとも一方を変化させる。
(5) In the battery system described in any one of
(第6項) 第5項に記載の電池システムにおいて、制御回路は、通電部品の環境温度が高いほど、および/または、通電部品の使用期間が長いほど、電流フィルタ値を大きい値にする。 (6) In the battery system described in 5, the control circuit increases the current filter value the higher the environmental temperature of the current-carrying component is and/or the longer the period of use of the current-carrying component is.
(第7項) 第5項に記載の電池システムにおいて、制御回路は、通電部品の環境温度が高いほど、および/または、通電部品の使用期間が長いほど、複数の電流制限値を小さい値にする。 (7) In the battery system described in 5, the control circuit reduces the multiple current limit values the higher the environmental temperature of the current-carrying components and/or the longer the period of use of the current-carrying components.
(第8項) 第1~7項のいずれかに記載の電池システムにおいて、制御回路は、電池システムが作動状態から停止状態に変化するシステム停止時に電流フィルタ値を記憶する。制御回路は、電池システムの停止状態が継続した後に作動状態に変化するシステム起動時に、システム停止時に記憶された電流フィルタ値と、電池システムの停止状態が継続していた時間とを用いて、システム起動時の電流フィルタ値を算出する。
(Item 8) In the battery system described in any one of
本開示によれば、電池システム内の通電部品の熱保護に要する処理負荷を軽減することができる。 This disclosure makes it possible to reduce the processing load required for thermal protection of current-carrying components in a battery system.
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、図中同一また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。 The following describes in detail the embodiments of the present disclosure with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are given the same reference numerals and their description will not be repeated.
<システム構成>
図1は、本実施の形態に係る電池システム1の全体構成を概略的に示す図である。電池システム1は、たとえば、負荷20の一例であるインバータおよびモータジェネレータを駆動力源とする車両に搭載される。
<System Configuration>
1 is a diagram showing a schematic overall configuration of a
電池システム1は、電池パック10と、負荷20と、正極線PLと、負極線NLと、制御回路100とを含む。電池パック10は、バッテリ11と、ヒューズ12と、監視ユニット13と、システムメインリレーSMRとを含む。
The
バッテリ11は、複数のセルを含む組電池である。各セルは、たとえばリチウムイオン電池などの二次電池である。
正極線PLは、バッテリ11の正極と負荷20とを電気的に接続する。負極線NLは、バッテリ11の負極と負荷20とを電気的に接続する。
The positive electrode line PL electrically connects the positive electrode of the
システムメインリレーSMRは、バッテリ11と負荷20との間に電気的に接続されている。システムメインリレーSMRは、制御回路100からの指令に従って閉成される。システムメインリレーSMRが閉成されることで、バッテリ11と負荷20との間の通電経路が形成される。
The system main relay SMR is electrically connected between the
ヒューズ12は、バッテリ11とシステムメインリレーSMRとの間に設けられている。ヒューズ12に大電流が流れると、内蔵の合金部品が溶断し、バッテリ11と負荷20との間の通電経路が電気的に遮断される。
The
負荷20は、バッテリ11から供給する電力によって作動する電機部品である。たとえば、負荷20には、車両の駆動力を発生するモータジェネレータと、モータジェネレータを駆動するためのインバータとが含まれる。
The
監視ユニット13は、電流センサ14、電圧センサ15、温度センサ16を含む。電流センサ14は、バッテリ11を流れる電流(通電経路を流れる電流I)を検出する。なお、電流センサ14によって検出される電流Iは、バッテリ11の放電時に正値、バッテリ11の充電時に負値となるものとする。電圧センサ15は、バッテリ11の電圧を検出する。温度センサ16は、バッテリ11の温度を検出する。監視ユニット13内の各センサは、検出結果を制御回路100に出力する。
The
制御回路100は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ101と、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)などのメモリ102と、各種信号を入出力するためのポートとを含む(いずれも図示せず)。制御回路100は、メモリに記憶されたプログラムおよびマップ、ならびに各センサから受ける信号等に基づいて、システムメインリレーSMRを制御したり、負荷20を制御したりする。
The
<通電部品の熱保護(過熱抑制)>
電池システム1の通電経路には、上述のように、バッテリ11、システムメインリレーSMR、ヒューズ12等の複数の部品が配置されている。
<Thermal protection of current-carrying components (suppression of overheating)>
As described above, a plurality of components such as the
バッテリ11の最大入出力可能電流は、負荷20側の入出力要求を満たしつつ、通電経路上にある各部品(以下「通電部品」ともいう)の熱保護のために、各通電部品の熱限界特性を考慮して決められた定格電流(以下「許容電流」ともいう)を超えない範囲であることが望ましい。なお、本実施の形態による許容電流は、熱許容電流を含む。
It is desirable that the maximum input/output current of the
通電部品の熱限界特性(許容電流の特性)は、通電部品の連続通電時間と、連続通電時間中の平均電流とで規定されることがある。 The thermal limit characteristics (allowable current characteristics) of a live component are sometimes specified in terms of the duration for which the component is continuously energized and the average current during that duration.
図2は、通電部品の熱限界特性を模式的に示す図である。図2において、縦軸が連続通電時間(単位:sec(秒))を示し、横軸が連続通電時間中の平均電流(単位:A(アンペア))を示す。なお、図2には、通電部品の熱限界特性として、3つの部品A~Cの許容電流が例示されている。図2に示す部品A~Cの許容電流が、部品A~Cの熱保護を図る上で超えてはいけないラインである。 Figure 2 is a diagram that shows a schematic of the thermal limit characteristics of a current-carrying component. In Figure 2, the vertical axis shows the continuous current-carrying time (unit: sec (seconds)), and the horizontal axis shows the average current during the continuous current-carrying time (unit: A (amperes)). Note that Figure 2 shows the allowable current of three components A to C as examples of the thermal limit characteristics of the current-carrying components. The allowable current of components A to C shown in Figure 2 is the line that must not be exceeded in order to provide thermal protection for components A to C.
図2に示すように、各部品A~Cの許容電流は、互いに異なるが、いずれも連続通電時間が長くなるほど小さくなる特性を有する。各部品A~Cの熱保護を適切に図るためには、各部品A~Cを流れる平均電流が各々の許容電流を超えないように、通電経路を流れる電流Iを抑制することが望ましい。 As shown in Figure 2, the allowable current of each of the components A to C is different, but each has the characteristic that the longer the continuous current is passed through, the smaller the allowable current becomes. In order to provide proper thermal protection for each of the components A to C, it is desirable to suppress the current I flowing through the current path so that the average current flowing through each of the components A to C does not exceed the allowable current of each of them.
その手法として、従来では、上述の特許第5687340号公報に開示された電池システムのように、複数の連続通電時間幅を予め設定し、複数の連続通電時間幅毎に電流の移動平均を計算する平均処理が行なわれる場合があった。しかしながら、従来の平均処理では、通電部品の熱保護に要する処理負荷が膨大となってしまうという問題がある。 Conventionally, as in the battery system disclosed in the above-mentioned Patent Publication No. 5687340, one method for achieving this has been to set multiple continuous current-flow time spans in advance and perform averaging to calculate the moving average of the current for each of the multiple continuous current-flow time spans. However, the conventional averaging process has the problem that the processing load required for thermal protection of current-carrying components becomes enormous.
たとえば、図2に示される3つの連続通電時間幅T1=0.1s(秒),T2=1s,T3=20sが予め設定されている場合、3つの連続通電時間幅T1,T2,T3の平均電流をそれぞれ計算する手法が従来の平均処理である。この従来の平均処理では、処理負荷が膨大となる。たとえば0.1s周期で電流センサ14の検出値を取得する場合、連続通電時間幅T3(=20s)の平均電流を算出するためには、過去20秒間に検出された200点の電流検出値のデータをメモリに記憶しておき、これら200点の電流検出値の移動平均値を計算する必要がある。このような平均処理を、連続通電時間幅T1,T2,T3毎に行なう必要があるため、処理負荷が膨大となる。
For example, when the three continuous current flow time spans T1 = 0.1 s (seconds), T2 = 1 s, and T3 = 20 s shown in FIG. 2 are preset, the conventional averaging process calculates the average current for each of the three continuous current flow time spans T1, T2, and T3. This conventional averaging process imposes a huge processing load. For example, when obtaining the detection value of the
そこで、本実施の形態による制御回路100は、複数の連続通電時間毎の平均電流を算出するのではなく、電流センサ14の検出値である電流Iに対して無限インパルス応答(IIR;Infinite Impulse Response)フィルタ処理を施すことによって、平均電流に相当する「電流フィルタ値IF」を複数の連続通電時間毎に算出する。そして、制御回路100は、各電流フィルタ値IFに基づいて電流Iの大きさを制限することによって、各通電部品の過熱を抑制する。
Therefore, the
IIRフィルタは、単純に移動平均をとるのではなく、フィードバックを取り入れることでより少ないタップ数(演算に用いる係数の数)で所望のフィルタ特性を得るディジタルフィルタである。したがって、IIRフィルタ処理を行なうことで、単純に移動平均処理を行なう場合よりも処理負荷を大幅に軽減することができる。そのため、従来のように複数の連続通電時間幅毎の平均電流を計算する場合に比べて、通電部品の熱保護に要する処理負荷を軽減することができる。以下、本実施の形態による通電部品の熱保護について詳しく説明する。 The IIR filter is a digital filter that does not simply take a moving average, but rather incorporates feedback to obtain the desired filter characteristics with a smaller number of taps (the number of coefficients used in the calculation). Therefore, by performing IIR filter processing, the processing load can be significantly reduced compared to simple moving average processing. Therefore, the processing load required for thermal protection of current-carrying components can be reduced compared to the conventional method of calculating the average current for each of multiple consecutive current-carrying time spans. The thermal protection of current-carrying components according to this embodiment will be described in detail below.
<連続通電時間の設定手法>
本実施の形態によるIIRフィルタ処理を説明する前に、本実施の形態による連続通電時間の設定手法を図2を参照して説明する。
<How to set the continuous current flow time>
Before describing the IIR filter processing according to this embodiment, a method for setting the continuous current application time according to this embodiment will be described with reference to FIG.
図2に示したように、各部品A~Cの許容電流は互いに異なる。処理負荷を抑えつつ各部品A~Cの熱保護を図るためには、連続通電時間の数および値を適切に設定することが望まれる。本実施の形態においては、連続通電時間の数および値が以下の手順で設定される。 As shown in FIG. 2, the allowable current of each of the components A to C is different from one another. In order to provide thermal protection for each of the components A to C while suppressing the processing load, it is desirable to appropriately set the number and value of the continuous current-flow times. In this embodiment, the number and value of the continuous current-flow times are set in the following manner.
(手順1) 部品A~Cの許容電流を超えない領域に、図2に示されるような電流制限目標ラインを設定する。 (Step 1) Set the current limit target line as shown in Figure 2 in the area that does not exceed the allowable current of components A to C.
(手順2) 部品A~Cの許容電流のうちの最も小さい許容電流値I3(図2に示す例では200A)と電流制限目標ラインとの交点P3における連続通電時間(図2に示す例では20s)を「連続通電時間幅T3」に設定する。また、許容電流値I3を「電流制限値Ilim3」に設定する。 (Step 2) The continuous current flow time (20 s in the example shown in FIG. 2) at the intersection P3 between the smallest allowable current value I3 (200 A in the example shown in FIG. 2) among the allowable currents of components A to C and the current limit target line is set as the "continuous current flow time width T3." In addition, the allowable current value I3 is set as the "current limit value Ilim3."
(手順3) 連続通電時間幅T3と部品A~Cの許容電流との交点のうちの最も小さい許容電流値I2(図2に示す例では連続通電時間幅T3=20sと部品Bの許容電流との交点における400A)と電流制限目標ラインとの交点P2における連続通電時間(図2に示す例では1s)を「連続通電時間幅T2」に設定する。また、許容電流値I2を「電流制限値Ilim2」に設定する。 (Step 3) The smallest allowable current value I2 (400 A at the intersection of the continuous current duration T3 = 20 s and the allowable current of component B in the example shown in Figure 2) among the intersections of the continuous current duration T3 and the allowable current of components A to C is set as the "continuous current duration T2" (1 s in the example shown in Figure 2) at the intersection P2 of the current limit target line and the continuous current duration T2. Also, the allowable current value I2 is set as the "current limit value Ilim2".
(手順4) 電流制限値が電流制限目標ラインの最大値を超えるまで、手順3による連続通電時間の設定を繰り返す。図2に示す例では、連続通電時間幅T2と部品A~Cの許容電流との交点のうちの最も小さい許容電流値I1(図2に示す例では連続通電時間幅T2=2sと部品Cの許容電流との交点における700A)が既に電流制限目標ラインの最大値を超えているため、手順3による連続通電時間の設定は1回のみとなる。
(Step 4) Repeat the setting of the continuous current flow time according to
(手順5) 最後に、連続通電時間幅T2=1sと部品Cの許容電流との交点における許容電流値I1(=700A)を「電流制限値Ilim1」に設定し、0.1sを「連続通電時間幅T1」に設定する。なお、許容電流値I1(=700A)が電流制限目標ラインの最大値(=400A)を超えていることに鑑み、電流制限値Ilim1を許容電流値I1(=700A)ではなく電流制限目標ラインの最大値(=400A)に設定するようにしてもよい。 (Step 5) Finally, the allowable current value I1 (=700A) at the intersection of the continuous current flow time width T2 = 1s and the allowable current of component C is set as the "current limit value Ilim1", and 0.1s is set as the "continuous current flow time width T1". Note that, considering that the allowable current value I1 (=700A) exceeds the maximum value (=400A) of the current limit target line, the current limit value Ilim1 may be set to the maximum value (=400A) of the current limit target line instead of the allowable current value I1 (=700A).
このような手順で連続通電時間の数および値が設定されることによって、連続通電時間の数を部品A~Cの熱保護を図るのに必要十分な適切な数に抑えることができる。そのため、連続通電時間の数が過剰に多くなることが抑制される。その結果、処理負荷を低減することができる。 By setting the number and value of continuous current flow times in this manner, the number of continuous current flow times can be kept to an appropriate number that is necessary and sufficient to provide thermal protection for components A through C. This prevents the number of continuous current flow times from becoming excessively large. As a result, the processing load can be reduced.
また、このような手順で設定される電流制限値Ilimは、いずれも、部品A~Cの許容電流未満の値である。したがって、電流Iを電流制限値Ilim以下に制限することによって、電流Iを部品A~Cの許容電流を超えないように制御することができる。そのため、部品A~Cの熱保護を適切に図ることができる。 The current limit value Ilim set in this manner is a value less than the allowable current of components A to C. Therefore, by limiting the current I to the current limit value Ilim or less, the current I can be controlled so that it does not exceed the allowable current of components A to C. This allows for appropriate thermal protection of components A to C.
<IIRフィルタ処理を用いた通電部品の熱保護>
本実施の形態による制御回路100は、上述のように設定された連続通電時間幅T1,T2,T3毎にIIRフィルタ処理を行なうことによって、連続通電時間幅T1中の平均電流に相当する「電流フィルタ値IF1」、連続通電時間幅T2中の平均電流に相当する「電流フィルタ値IF2」、連続通電時間幅T3中の平均電流に相当する「電流フィルタ値IF3」をそれぞれ算出する。
Thermal Protection of Current-Carrying Components Using IIR Filtering
The
制御回路100は、連続通電時間幅T1,T2,T3にそれぞれ対応する電流制限値Ilim1,Ilim2,Ilim3を設定する。なお、本実施の形態においては、電流制限値Ilim1,Ilim2,Ilim3は、上述したように、それぞれ許容電流値I1(=700A),I2(=400A),I3(=200A)に予め設定されている。
The
そして、制御回路100は、電流フィルタ値IF1が電流制限値Ilim1を超えた場合、通電経路を流れる電流Iの大きさを電流制限値Ilim1に制限する。これにより、平均電流が電流制限値Ilim1(=700A)よりも大きく、かつ、連続通電時間が連続通電時間幅T1(=0.1s)を超える「領域Z」での使用が抑制される。
When the current filter value IF1 exceeds the current limit value Ilim1, the
同様に、制御回路100は、電流フィルタ値IF2が電流制限値Ilim2を超えた場合、通電経路を流れる電流Iの大きさを電流制限値Ilim2に制限する。これにより、平均電流が電流制限値Ilim2(=400A)よりも大きく、かつ、連続通電時間が連続通電時間幅T2(=1s)を超える「領域Y」での使用が抑制される。
Similarly, when the current filter value IF2 exceeds the current limit value Ilim2, the
同様に、制御回路100は、電流フィルタ値IF3が電流制限値Ilim3を超えた場合、通電経路を流れる電流Iの大きさを電流制限値Ilim3に制限する。これにより、平均電流が電流制限値Ilim3(=200A)よりも大きく、かつ、連続通電時間が連続通電時間幅T3(=20s)を超える「領域X」での使用が抑制される。
Similarly, when the current filter value IF3 exceeds the current limit value Ilim3, the
図3は、制御回路100の通電部品の熱保護に関する部分の機能ブロック図である。制御回路100は、電流取得部110と、IIRフィルタ121~123と、判定部131~133と、電流制限部140とを有する。
Figure 3 is a functional block diagram of the portion of the
電流取得部110は、電流センサ14によって検出された電流Iを取得し、取得した電流Iの大きさ(以下「電流絶対値|I|」ともいう)をIIRフィルタ121~123に送信する。
The
上述のように電流Iはバッテリ11の放電時に正値となりバッテリ11の充電時に負値となるが、通電部品の発熱量は電流Iの2乗に比例するため、通電部品の温度は、電流Iの正負に関わらず、電流Iの絶対値が大きいほど高くなる。この点を考慮して、電流取得部110は、電流Iそのものではなく、電流絶対値|I|をIIRフィルタ121~123に送信する。これにより、電流絶対値|I|がIIRフィルタ処理の対象となる。なお、IIRフィルタ処理の対象を、電流絶対値|I|に代えて、電流Iの2乗値としてもよい。
As described above, the current I is positive when the
IIRフィルタ121は、電流取得部110からの電流絶対値|I|に、IIRフィルタ係数αを「第1係数α1」とするIIRフィルタ処理を施すことによって、連続通電時間幅T1中の平均電流に相当する電流フィルタ値IF1を算出し、算出結果を判定部131に送信する。
The
IIRフィルタ122は、電流取得部110からの電流絶対値|I|に、IIRフィルタ係数αを「第2係数α2」とするIIRフィルタ処理を施すことによって、連続通電時間幅T2中の平均電流に相当する電流フィルタ値IF2を算出し、算出結果を判定部132に送信する。
The
IIRフィルタ123は、電流取得部110からの電流絶対値|I|に、IIRフィルタ係数αを「第3係数α3」とするIIRフィルタ処理を施すことによって、連続通電時間幅T3中の平均電流に相当する電流フィルタ値IF3を算出し、算出結果を判定部133に送信する。
The
判定部131は、連続通電時間幅T1の電流制限値Ilim1を設定し、IIRフィルタ121からの電流フィルタ値IF1と電流制限値Ilim1との大小関係を判定する。なお、本実施の形態においては、上述のように、電流制限値Ilim1が図2に示した許容電流値I1(=700A)に予め固定されている。
The
判定部132は、連続通電時間幅T2の電流制限値Ilim2を設定し、IIRフィルタ122からの電流フィルタ値IF2と電流制限値Ilim2との大小関係を判定する。なお、本実施の形態においては、上述のように、電流制限値Ilim2が図2に示した許容電流値I2(=400A)に予め固定されている。
The
判定部133は、連続通電時間幅T3の電流制限値Ilim3を設定し、IIRフィルタ123からの電流フィルタ値IF3と電流制限値Ilim3との大小関係を判定する。なお、本実施の形態においては、上述のように、電流制限値Ilim3が図2に示した許容電流値I3(=200A)に予め固定されている。
The
判定部131~133は、判定結果を電流制限部140に送信する。電流制限部140は、判定部131~133からの判定結果に基づいて、電流Iの大きさを制限する。具体的には、電流フィルタ値IF1が電流制限値Ilim1を超えた場合には、電流Iの大きさを電流制限値Ilim1に制限する。電流フィルタ値IF2が電流制限値Ilim2を超えた場合には、電流Iの大きさを電流制限値Ilim2に制限する。電流フィルタ値IF3が電流制限値Ilim3を超えた場合には、電流Iの大きさを電流制限値Ilim3に制限する。
The
図4は、従来の平均処理によって算出される平均電流の波形特性と、本実施の形態によるIIRフィルタ処理によって算出される電流フィルタ値IFの波形特性とを比較する図である。 Figure 4 is a diagram comparing the waveform characteristics of the average current calculated by conventional averaging processing with the waveform characteristics of the current filter value IF calculated by the IIR filter processing according to this embodiment.
従来の平均処理は、単純に移動平均を行なうものである。なお、従来の平均処理は、たとえば、FIR(Finite Impulse Response;有限インパルス応答)ローパスフィルタを用いて行なうことができる。FIRローパスフィルタは、移動平均の対象となる複数の要素毎に重み付けのパラメータを追加した構成を有する。図4の下段に、FIRローパスフィルタの構成の一例が示されている。 Conventional averaging involves simply performing a moving average. Conventional averaging can be performed, for example, using an FIR (Finite Impulse Response) low-pass filter. An FIR low-pass filter has a configuration in which a weighting parameter is added to each of the multiple elements that are the subject of the moving average. An example of the configuration of an FIR low-pass filter is shown in the lower part of Figure 4.
これに対し、本実施の形態によるIIRフィルタ(IIRローパスフィルタ)は、単純に移動平均をとるのではなく、フィードバックを取り入れることでより少ないタップ数(演算に用いる係数の数)で所望のフィルタ特性を得る構成を有する。したがって、FIRフィルタのように単純に移動平均を行なう場合に比べて、処理負荷を大幅に軽減することができる。図4の下段に、IIRローパスフィルタの構成の一例が示されている。なお、図4に示されるIIRローパスフィルタの構成は、あくまで一例であって、これに限定されるものではない。たとえば、図4に示される構成を基本的な構成として含んで、より複雑な構成が追加されてもよい。 In contrast, the IIR filter (IIR low-pass filter) according to this embodiment does not simply take a moving average, but rather has a configuration that incorporates feedback to obtain the desired filter characteristics with a smaller number of taps (the number of coefficients used in the calculation). Therefore, compared to a simple moving average such as an FIR filter, the processing load can be significantly reduced. An example of the configuration of an IIR low-pass filter is shown in the lower part of Figure 4. Note that the configuration of the IIR low-pass filter shown in Figure 4 is merely an example and is not limited to this. For example, a more complex configuration may be added to include the configuration shown in Figure 4 as a basic configuration.
図4からも理解できるように、IIRフィルタ処理によって算出される電流フィルタ値IFの波形特性は、従来の平均処理によって算出される平均電流の波形特性とほぼ同等である。この点に鑑み、本実施の形態においては、従来の平均処理の代用として、IIRフィルタを用いる。これにより、従来と同等精度の平均電流を、少ない処理負荷で得ることができる。 As can be seen from FIG. 4, the waveform characteristics of the current filter value IF calculated by the IIR filter processing are almost the same as the waveform characteristics of the average current calculated by the conventional averaging processing. In view of this, in this embodiment, an IIR filter is used as a substitute for the conventional averaging processing. This makes it possible to obtain an average current with the same accuracy as the conventional one with a small processing load.
なお、図4に示す例では、電流フィルタ値IF2が連続通電時間幅T2中の平均電流に相当する値に適合するように、電流フィルタ値IF2を算出するためのIIRフィルタ係数α(第2係数α2)が「0.1667」に調整されている。同様に、電流フィルタ値IF3が連続通電時間幅T3中の平均電流に相当する値に適合するように、電流フィルタ値IF3を算出するためのIIRフィルタ係数α(第3係数α3)が「0.0091」に調整されている。このように、IIRフィルタ係数αの値を調整することによって、電流フィルタ値IF1,IF2,IF3を、それぞれ連続通電時間幅T1,T2,T3中の平均電流に相当する値に適合させることができる。 In the example shown in FIG. 4, the IIR filter coefficient α (second coefficient α2) for calculating the current filter value IF2 is adjusted to 0.1667 so that the current filter value IF2 matches the value corresponding to the average current during the continuous current flow time width T2. Similarly, the IIR filter coefficient α (third coefficient α3) for calculating the current filter value IF3 is adjusted to 0.0091 so that the current filter value IF3 matches the value corresponding to the average current during the continuous current flow time width T3. In this way, by adjusting the value of the IIR filter coefficient α, the current filter values IF1, IF2, and IF3 can be matched to values corresponding to the average current during the continuous current flow time widths T1, T2, and T3, respectively.
図5は、制御回路100が通電部品の熱保護を行なう場合の処理の流れを示す図である。
Figure 5 shows the process flow when the
まず、制御回路100は、電流センサ14によって検出された電流Iを所定周期(たとえば0.1s周期)で取得し(ステップS10)、電流Iの大きさである電流絶対値|I|を算出する(ステップS12)。
First, the
次いで、制御回路100は、電流絶対値|I|にα=α1のIIRフィルタ処理を施すことによって、連続通電時間幅T1の平均電流に相当する電流フィルタ値IF1を算出する(ステップS21)。そして、制御回路100は、連続通電時間幅T1の電流制限値Ilim1を設定し、電流フィルタ値IF1と電流制限値Ilim1との大小関係を判定する(ステップS31)。なお、連続通電時間幅T1が0.1sであり、かつ、0.1s周期で電流Iが取得される場合には、電流絶対値|I|をそのまま電流フィルタ値IF1に設定するようにしてもよい。
Next, the
制御回路100は、電流絶対値|I|にα=α2のIIRフィルタ処理を施すことによって、連続通電時間幅T2の平均電流に相当する電流フィルタ値IF2を算出する(ステップS22)。そして、制御回路100は、連続通電時間幅T2の電流制限値Ilim2を設定し、電流フィルタ値IF2と電流制限値Ilim2との大小関係を判定する(ステップS32)。
The
制御回路100は、電流絶対値|I|にα=α3のIIRフィルタ処理を施すことによって、連続通電時間幅T3の平均電流に相当する電流フィルタ値IF3を算出する(ステップS23)。そして、制御回路100は、連続通電時間幅T3の電流制限値Ilim3を設定し、電流フィルタ値IF3と電流制限値Ilim3との大小関係を判定する(ステップS33)。
The
制御回路100は、ステップS31~S33の判定結果に基づいて電流Iの大きさを制限する(ステップS40)。具体的には、制御回路100は、電流フィルタ値IF1が電流制限値Ilim1よりも大きい場合には、電流Iの大きさを電流制限値Ilim1に制限する。制御回路100は、電流フィルタ値IF2が電流制限値Ilim2よりも大きい場合には、電流Iの大きさを電流制限値Ilim2に制限する。制御回路100は、電流フィルタ値IF3が電流制限値Ilim3を超えた場合には、電流Iの大きさを電流制限値Ilim3に制限する。
The
以上のように、本実施の形態による制御回路100は、電流センサ14の検出値である電流Iの大きさに対してIIRフィルタ処理を施すことによって、連続通電時間幅T1,T2,T3中の平均電流にそれぞれ相当する電流フィルタ値IF1,IF2,IF3を算出する。そのため、従来と同等精度の平均電流を、少ない処理負荷で得ることができる。その結果、通電部品の熱保護に要する処理負荷を軽減することができる。
As described above, the
[変形例1]
上述の実施の形態においては、各電流フィルタ値IFが各電流制限値Ilimを超えた場合に電流Iの大きさを各電流制限値Ilimに制限しているが、この場合、電流制限前の電流Iの大きさと電流制限後の電流Iの大きさ(=電流制限値Ilim)との差が大きいと、急減な電流制限が作用してしまうことになる。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, when each current filter value IF exceeds each current limit value Ilim, the magnitude of the current I is limited to each current limit value Ilim. In this case, however, if there is a large difference between the magnitude of the current I before the current limit and the magnitude of the current I after the current limit (=current limit value Ilim), a sudden current limit will be applied.
この点に鑑み、本変形例1による制御回路100は、各電流制限値Ilim1を、各電流制限値Ilimに対応する電流フィルタ値IFに応じて変化させる。
In consideration of this, the
図6は、本変形例1による制御回路100Aが通電部品の熱保護を行なう場合の処理の流れを示す図である。図6の処理は、上述の図5のステップS31~S33,S40をそれぞれステップS31A~S33A,S40Aに変更したものである。図6のその他の処理は、上述の図5の処理と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。
Figure 6 is a diagram showing the flow of processing when the
制御回路100は、電流フィルタ値IF2に応じて電流制限値Ilim2を設定する(ステップS32A)。具体的には、電流フィルタ値IF2が許容電流値I2の0.9倍の値(=400A×0.9=360A)未満である場合、制御回路100は、電流制限値Ilim2を許容電流値I2よりも大きい値(制限なしの値)に設定する。電流フィルタ値IF2が許容電流値I2の0.9倍の値以上かつ許容電流値I2未満である場合、制御回路100は、電流フィルタ値IF2が大きいほど、電流制限値Ilim2を許容電流値I2に向けて単調減少させる。電流フィルタ値IF2が許容値Ilim2よりも大きい場合、制御回路100は、電流制限値Ilim2を許容電流値I2に設定する。
The
同様に、制御回路100は、電流フィルタ値IF3に応じて電流制限値Ilim3を設定する(ステップS33A)。具体的には、電流フィルタ値IF3が許容電流値I3の0.9倍の値(=200A×0.9=180A)未満である場合、制御回路100は、電流制限値Ilim3を許容電流値I3よりも大きい値(制限なしの値)に設定する。電流フィルタ値IF3が許容電流値I3の0.9倍の値以上かつ許容電流値I3未満である場合、制御回路100は、電流フィルタ値IF3が大きいほど、電流制限値Ilim3を許容電流値I3に向けて単調減少させる。電流フィルタ値IF3が許容電流値I3よりも大きい場合、制御回路100は、電流制限値Ilim3を許容電流値I3に設定する。
Similarly, the
同様の手法で、制御回路100は、電流フィルタ値IF1に応じて電流制限値Ilim1を設定する(ステップS31A)。
In a similar manner, the
そして、制御回路100は、電流Iの大きさを電流制限値Ilim1,Ilim2,Ilim3未満に制限する(ステップS40A)。
Then, the
このように、各電流フィルタ値IFが各許容電流値に近づくに連れて徐々に各電流制限値Ilimを各許容電流値に向けて減少させることで、急激に電流制限がかかることを抑制することができる。 In this way, by gradually decreasing each current limit value Ilim toward each allowable current value as each current filter value IF approaches each allowable current value, it is possible to prevent the current from being suddenly limited.
[変形例2]
上述の実施の形態においては、上述の図2に示したように、通電部品の熱限界特性が通電部品の連続通電時間と連続通電時間中の平均電流とで規定される場合を想定していた。
[Modification 2]
In the above embodiment, as shown in FIG. 2, it is assumed that the thermal limit characteristic of the current-carrying component is defined by the continuous current-carrying time of the current-carrying component and the average current during the continuous current-carrying time.
しかしながら、実際には、通電部品の熱限界特性は、通電部品の環境温度(暴露温度)、および通電部品の使用期間(劣化状態)によっても変化し得る。具体的には、通電部品の許容電流値は、連続通電時間および平均電流が同じであっても、環境温度が高いほど、また、使用期間が長いほど(経年劣化の度合いが大きいほど)、低下する。特に、ヒューズ12は部品劣化によって溶断温度が変化するため、使用期間の影響を受け易い傾向にある。
However, in reality, the thermal limit characteristics of an energized component can change depending on the environmental temperature (exposure temperature) of the energized component and the period of use (deterioration state) of the energized component. Specifically, the allowable current value of an energized component decreases the higher the environmental temperature and the longer the period of use (the greater the degree of deterioration over time), even if the continuous current-carrying time and average current are the same. In particular, the
この点に鑑み、通電部品の環境温度および使用期間の少なくとも一方に応じて、電流フィルタ値IFおよび電流制限値Ilimの少なくとも一方を変化させるようにしてもよい。たとえば、制御回路100は、通電部品の環境温度が高いほど、および/または、通電部品の使用期間が長いほど、電流フィルタ値IFを大きい値にすることで、電流制限がかかり易くするようにしてもよい。また、制御回路100は、通電部品の環境温度が高いほど、および/または、通電部品の使用期間が長いほど、電流制限値Ilimを小さい値にすることで、電流制限がかかり易くするようにしてもよい。なお、制御回路100は、通電部品の環境温度および使用期間に応じてIIRフィルタ係数αを変化させることによって、各電流フィルタ値IFを変化させることができる。なお、通電部品の環境温度は、たとえば温度センサ16の検出結果から把握するようにすればよい。
In view of this, at least one of the current filter value IF and the current limit value Ilim may be changed according to at least one of the environmental temperature and the period of use of the current-carrying component. For example, the
[変形例3]
電池システム1が停止状態から作動状態に変化するシステム起動時(たとえば、電池システム1が車両に搭載される場合には車両のユーザによるIGオン操作が行なわれた時)には、前回のシステム停止時の電流フィルタ値IFをメモリ102から読み出し、システム起動時の電流フィルタ値IFを、前回のシステム停止時の電流フィルタ値IFと、前回のシステム停止時から今回のシステム起動時までの時間(システム停止時間)とから算出するようにしてもよい。
[Modification 3]
At system startup when
たとえば、システム停止中の電流絶対値|I|が0であることを前提として、前回のシステム停止時の電流フィルタ値IFをシステム停止時間で割った値を、システム起動時の電流フィルタ値IFとしてもよい。これにより、システム起動時の電流フィルタ値IFを、システム停止中の通電部品の放熱量を加味した値にすることができる。 For example, assuming that the absolute current value |I| during system shutdown is 0, the current filter value IF during system startup may be the current filter value IF obtained by dividing the current filter value IF at the previous system shutdown by the system shutdown time. This allows the current filter value IF during system startup to be a value that takes into account the amount of heat dissipated by current-carrying components while the system is stopped.
[変形例4]
上述の実施の形態においては通電部品の熱保護のために電流制限値を設定したが、電流を制限する目的は、通電部品の熱保護に限定されず、さまざまな目的が存在し得る。そのため、複数の目的に沿って複数の電流制限値をそれぞれ算出し、複数の電流制限値のうちの最小値を選択するようにしてもよい。
[Modification 4]
In the above embodiment, the current limit value is set to protect the current-carrying components from heat, but the purpose of limiting the current is not limited to protecting the current-carrying components from heat and may be various purposes. Therefore, multiple current limit values may be calculated according to multiple purposes, and the minimum value of the multiple current limit values may be selected.
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およ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 herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 電池システム、10 電池パック、11 バッテリ、12 ヒューズ、13 監視ユニット、14 電流センサ、15 電圧センサ、16 温度センサ、20 負荷、100,100A 制御回路、101 プロセッサ、102 メモリ、110 電流取得部、121,122,123 IIRフィルタ、131,132,133 判定部、140 電流制限部、NL 負極線、PL 正極線、SMR システムメインリレー。 1 Battery system, 10 Battery pack, 11 Battery, 12 Fuse, 13 Monitoring unit, 14 Current sensor, 15 Voltage sensor, 16 Temperature sensor, 20 Load, 100, 100A Control circuit, 101 Processor, 102 Memory, 110 Current acquisition unit, 121, 122, 123 IIR filter, 131, 132, 133 Judgment unit, 140 Current limiting unit, NL Negative pole line, PL Positive pole line, SMR System main relay.
Claims (6)
前記通電経路を流れる電流を検出する電流センサと、
前記通電経路を流れる電流を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記電流センサの検出値に対して無限インパルス応答のフィルタ処理を施すことによって、予め定められた複数の連続通電時間中の平均電流にそれぞれ相当する複数の電流フィルタ値を算出し、
前記複数の連続通電時間にそれぞれ対応する複数の電流制限値を前記通電部品の許容電流未満となるように設定し、
前記複数の電流フィルタ値の少なくとも1つが当該電流フィルタ値に対応する電流制限値を超えた場合、前記通電経路を流れる電流を当該電流制限値以下に制限し、
前記制御回路は、前記複数の電流制限値の各々を、当該電流制限値に対応する電流フィルタ値に応じて変化させ、
前記制御回路は、
前記電流フィルタ値が第1値よりも小さい第2値未満である場合は当該電流フィルタ値に対応する電流制限値を前記第1値よりも大きい値に設定し、
前記電流フィルタ値が前記第2値以上かつ前記第1値未満である場合は当該電流フィルタ値が大きいほど当該電流フィルタ値に対応する電流制限値を前記第1値に向けて単調減少させ、
前記電流フィルタ値が前記第1値よりも大きい場合は当該電流フィルタ値に対応する電流制限値を前記第1値に設定する、電池システム。 a current-carrying path in which a current-carrying component including a battery is disposed;
a current sensor for detecting a current flowing through the current path;
A control circuit for controlling a current flowing through the current path,
The control circuit includes:
calculating a plurality of current filter values corresponding to average currents during a plurality of predetermined continuous current application periods by performing infinite impulse response filtering on the detection value of the current sensor;
setting a plurality of current limit values corresponding to the plurality of continuous current application times, respectively, so that the current limit values are less than an allowable current of the current-carrying component;
When at least one of the plurality of current filter values exceeds a current limit value corresponding to the current filter value, the current flowing through the current path is limited to the current limit value or less ;
the control circuit changes each of the plurality of current limit values in accordance with a current filter value corresponding to the current limit value;
The control circuit includes:
When the current filter value is less than a second value that is smaller than the first value, the current limit value corresponding to the current filter value is set to a value greater than the first value;
When the current filter value is equal to or greater than the second value and less than the first value, the current limit value corresponding to the current filter value is monotonically decreased toward the first value as the current filter value increases;
When the current filter value is greater than the first value, the current limit value corresponding to the current filter value is set to the first value .
前記通電経路を流れる電流を検出する電流センサと、
前記通電経路を流れる電流を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記電流センサの検出値に対して無限インパルス応答のフィルタ処理を施すことによって、予め定められた複数の連続通電時間中の平均電流にそれぞれ相当する複数の電流フィルタ値を算出し、
前記複数の連続通電時間にそれぞれ対応する複数の電流制限値を前記通電部品の許容電流未満となるように設定し、
前記複数の電流フィルタ値の少なくとも1つが当該電流フィルタ値に対応する電流制限値を超えた場合、前記通電経路を流れる電流を当該電流制限値以下に制限し、
前記制御回路は、前記通電部品の環境温度および前記通電部品の使用期間の少なくとも一方に応じて、前記電流フィルタ値および前記複数の電流制限値の少なくとも一方を変化させる、電池システム。 a current-carrying path in which a current-carrying component including a battery is disposed;
a current sensor for detecting a current flowing through the current path;
A control circuit for controlling a current flowing through the current path,
The control circuit includes:
calculating a plurality of current filter values corresponding to average currents during a plurality of predetermined continuous current application periods by performing infinite impulse response filtering on the detection value of the current sensor;
setting a plurality of current limit values corresponding to the plurality of continuous current application times, respectively, so that the current limit values are less than an allowable current of the current-carrying component;
When at least one of the plurality of current filter values exceeds a current limit value corresponding to the current filter value, the current flowing through the current path is limited to the current limit value or less;
The control circuit changes at least one of the current filter value and the plurality of current limit values in response to at least one of an environmental temperature of the current-carrying component and a period of use of the current-carrying component.
電池を含む通電部品が配置される通電経路と、
前記通電経路を流れる電流を検出する電流センサと、
前記通電経路を流れる電流を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記電流センサの検出値に対して無限インパルス応答のフィルタ処理を施すことによって、予め定められた複数の連続通電時間中の平均電流にそれぞれ相当する複数の電流フィルタ値を算出し、
前記複数の連続通電時間にそれぞれ対応する複数の電流制限値を前記通電部品の許容電流未満となるように設定し、
前記複数の電流フィルタ値の少なくとも1つが当該電流フィルタ値に対応する電流制限値を超えた場合、前記通電経路を流れる電流を当該電流制限値以下に制限し、
前記制御回路は、前記電池システムが作動状態から停止状態に変化するシステム停止時に電流フィルタ値を記憶し、
前記制御回路は、前記電池システムの停止状態が継続した後に作動状態に変化するシステム起動時に、前記システム停止時に記憶された電流フィルタ値と、前記電池システムの停止状態が継続していた時間とを用いて、前記システム起動時の電流フィルタ値を算出する、電池システム。 1. A battery system comprising:
a current-carrying path in which a current-carrying component including a battery is disposed;
a current sensor for detecting a current flowing through the current path;
A control circuit for controlling a current flowing through the current path,
The control circuit includes:
calculating a plurality of current filter values corresponding to average currents during a plurality of predetermined continuous current application periods by performing infinite impulse response filtering on the detection value of the current sensor;
setting a plurality of current limit values corresponding to the plurality of continuous current application times, respectively, so that the current limit values are less than an allowable current of the current-carrying component;
When at least one of the plurality of current filter values exceeds a current limit value corresponding to the current filter value, the current flowing through the current path is limited to the current limit value or less;
The control circuit stores a current filter value when the battery system is stopped and changes from an operating state to a stopped state;
The control circuit calculates a current filter value at system startup, when the battery system changes to an operating state after having been in a stopped state for a long time, using the current filter value stored when the system was stopped and the time during which the stopped state of the battery system continued.
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