KR20050019856A - 배터리충전상태 추정장치 - Google Patents

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KR20050019856A
KR20050019856A KR10-2005-7000617A KR20057000617A KR20050019856A KR 20050019856 A KR20050019856 A KR 20050019856A KR 20057000617 A KR20057000617 A KR 20057000617A KR 20050019856 A KR20050019856 A KR 20050019856A
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 전지 ECU는, 전류센서에 의하여 검출한 배터리전류를 적산하여 SOC를 추정하고, 충방전 전류의 변동이 큰 경우, 전압 검출기로 배터리전압(Vn)이, 온도계로 배터리 온도(Tn)가 측정되고(S204), SOCn의 추정동작 m < 10의 경우, m을 증분하고(S208), 미리 기억된 배터리 온도(T)와 배터리 내부저항(R)의 상관 맵을 사용하여 측정된 배터리 온도(Tn)로부터 배터리 내부저항(Rn)을 추정한다(S210). 다음에 실측의 배터리전압(Vn)과 전회 추정의 충전상태에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로 추정된 배터리 내부저항(Rn)을 사용하여 추정 충방전 전류(I n)를 구하고(S212), 추정 충방전 전류(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S214). SOC n의 추정 동작 m = l0의 경우(S206), 추정동작(m)을 0으로 하고(S220), 전류센서에 의하여 충방전 전류(in)를 측정하여(S222), 배터리전압(Vn)과 충방전 전류(in )로부터 배터리 내부저항(Rn)을 연산하고(S224), 배터리온도(Tn)도 측정하여 상기 T - R 상관맵을 보정한다(S226).

Description

배터리충전상태 추정장치{BATTERY STATE-OF-CHARGE ESTIMATOR}
본 발명은, 차량탑재 배터리의 충전상태를 추정하는 배터리충전상태 추정장치에 관한 것이다.
종래부터 엔진에 의한 구동이나 회생에 의하여 발전을 행하는 발전기와, 배터리로부터의 전력에 의하여 작동하여 구동륜을 구동하는 모터를 가지는 하이브리드전기자동차나 이 하이브리드자동차를 포함하는 전기자동차에는, 니켈수소전지나 리튬이온전지 등의 모터 구동용 2차 전지(즉, 배터리)가 사용되고 있다.
상기한 배터리의 충전상태를 나타내는 양의 하나로서 SOC(state of charge)가 있고, 만충전상태를 SOC가 100%라 나타내고, 한편 SOC가 O%인 경우는 충전량이 제로상태인 것을 나타낸다. 또 배터리는 개방전압(Vocv)과 SOC는 1대 1의 대응관계가 성립되어 있다. 따라서 배터리의 개방전압(Vocv)을 계측 또는 추정하여, Vocv-SOC 상관으로부터 개방전압(Vocv)과 대응하는 SOC를 구할 수 있다.
또, 상기한 배터리의 충전상태(SOC)는, 차량의 주행상태(예를 들면, 발진, 통상주행, 가속, 감속 등)나 차량용 부하(스톱램프, 헤드램프, 와이퍼, 전동팬 등)에 의하여 변동하기 때문에, 배터리의 사용 중에 SOC를 추정할 필요가 있다. 종래의 배터리에 대한 SOC 추정장치로서는 배터리의 전류(충방전 전류)치를 적산하여, SOC를 추정하는 SOC 추정장치가 널리 이용되고 있다.
예를 들면 일본국 특개2000-166105호 공보에는, 도 14, 도 15에 나타내는 바와 같이 배터리(10)의 충방전 전류를 검출하는 전류센서(16)가 정상인 경우에는(S400, S402), 전지 ECU(34)에 의해 검출된 충방전 전류치를 적산하여 SOC를 구하고, (S404), 한편 전류센서(16)가 이상인 경우, 충방전 전류의 적산으로는 SOC의 검출이 불가능하기 때문에, 전압검출기(12)가 검출한 배터리전압에 의거하여 전지 ECU(34)에 의해 배터리의 충전상태를 구하는(S406, S407)장치가 제안되어 있다.
그러나, 상기 일본국 특개2000-166105호 공보에 기재된 배터리충전상태 제어장치에서는 전류센서가 이상인 경우에는, 그 때의 전압센서로부터의 배터리전압에 의거하여 배터리충전상태를 구하고 있으나, 0CV-SOC의 관계의 경사가 변화되는 경우에, 구해진 SOC 추정 정밀도가 낮다.
또, 전류센서의 측정값의 적산방법에 의한 SOC 추정수단에 있어서, 전류측정값이 오차를 포함한 값이 된 경우나 노이즈를 포함하는 경우에는, SOC의 추정 정밀도가 나빠진다는 문제가 있었다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1, 2의 배터리충전상태 추정장치를 하이브리드전기자동차에 적용한 시스템의 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 본 발명의 실시형태 1의 제 2 SOC 추정수단의 동작을 설명하는 플로우차트,
도 3은 본 발명의 실시형태 1의 제 2 SOC 추정수단에 의하여 추정된 배터리의 추정 SOC와 실제 배터리의 SOC의 자기수속을 설명하는 도,
도 4는 본 발명의 실시형태 2의 제 1 SOC 추정수단의 일례의 동작을 설명하는 플로우차트,
도 5는 본 발명의 실시형태 3의 배터리충전상태 추정장치를 하이브리드전기자동차에 적용한 시스템의 구성을 나타내는 블럭도,
도 6은 본 발명의 실시형태 3의 제 1 SOC 추정수단의 다른 예의 동작을 설명하는 플로우차트,
도 7은 본 발명의 실시형태 4의 제 1, 제 2 SOC 추정수단의 전환동작을 설명하는 플로우차트,
도 8은 본 발명의 실시형태 5의 SOC 추정의 일례의 동작을 설명하는 플로우차트,
도 9는 본 발명의 실시형태 6의 배터리의 잔량 에너지량을 산출하는 동작의 일례를 설명하는 플로우차트,
도 10은 본 발명의 실시형태 7의 SOC 추정의 일례의 동작을 설명하는 플로우차트,
도 11은 본 발명의 실시형태 8의 SOC 추정의 일례의 동작을 설명하는 플로우차트,
도 12는 본 발명의 실시형태 9의 SOC 추정의 일례의 동작을 설명하는 플로우차트,
도 13은 본 발명의 실시형태 10의 SOC 추정의 일례의 동작을 설명하는 플로우차트,
도 14는 종래의 배터리충전상태 제어장치를 하이브리드전기자동차에 적용한 시스템의 구성을 나타내는 블럭도,
도 15는 종래의 배터리충전상태 제어장치의 SOC 추정수단의 동작을 설명하는 플로우차트이다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 배터리의 전류치가 오차를 포함한 값이 된 경우나 이상인 값이 된 경우에 있어서도, SOC 추정의 정밀도를 향상시키는 배터리충전상태 추정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 배터리충전상태 추정장치는, 이하에 나타내는 특징으로 가진다.
(1) 배터리의 전압을 검출하는 전압검출수단과, 배터리의 내부저항을 추정하는 내부저항 추정수단과, 상기 내부저항 추정수단에 의하여 구해진 배터리의 내부저항과 상기 배터리의 전압과 배터리의 개방전압에 의거하여 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하는 추정 충방전 전류 연산수단과, 상기 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 구해진 추정 충방전 전류에 의거하여, 배터리의 충방전상태(이하 SOC라 함)를 추정하는 SOC 추정수단과, 상기 충방전 전류의 연산 초회시에는 배터리의 실측 전압을 상기 배터리의 개방전압으로 하고, 상기 연산 초회 이후는 전회 추정의 SOC에 의거하여 상기 배터리의 개방전압을 연산하는 개방전압 연산수단을 가진다.
상기 배터리충전상태 추정장치는, 전류검출수단에 의해 검출되는 측정 전류치를 적산하여 SOC를 추정하는 것은 아니고, 배터리의 내부저항을 추정하여, 이 배터리의 추정 내부저항과, 배터리전압과, 전회 추정의 SOC에 의거하여 산출된 배터리의 개방전압을 사용하여 배터리의 추정 충방전 전류를 구하고, 이 추정 충방전 전류에 의거하여 배터리의 충전상태를 추정하기 때문에 전류 검출수단에 의해 검출된 측정 전류치가 오차를 포함한 값이 되거나 이상인 값이 된 경우에도 정밀도가 높은 배터리의 충전상태를 추정할 수 있다.
(2) 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출수단과, 배터리의 상태로부터 배터리의 내부저항을 추정하는 내부저항 추정수단과, 상기 내부저항 추정수단에 의하여 구해진 배터리의 내부저항과 상기 배터리의 전압과 배터리의 개방전압에 의거하여 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하는 추정 충방전 전류 연산수단과, 상기 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 구해진 추정 충방전 전류에 의거하여, 배터리의 충전상태를 추정하는 제 1 SOC 추정수단과, 상기 충방전 전류의 연산 초회시에는 배터리의 실측 전압을 상기 배터리의 개방전압으로 하고, 상기 연산 초회 이후는 전회 추정의 SOC에 의거하여 상기 배터리의 개방전압을 연산하는 개방전압 연산수단을 가진다.
상기 배터리충전상태 추정장치는, 전류 검출수단에 의해 검출되는 측정 전류치를 사용하는 일 없이, 배터리의 상태로부터 배터리의 내부저항을 추정하고, 이 배터리의 추정 내부저항과, 배터리전압과, 전회 추정의 SOC에 의거하여 산출된 배터리의 개방전압을 사용하여 배터리의 추정 충방전 전류를 구하고, 이 추정 충방전 전류에 의거하여 배터리의 충전상태를 추정하기 때문에, 전류 검출수단에 의하여 검출된 측정 전류치가 오차를 포함한 값이 되거나 이상인 값이 된 경우에도 이 측정 전류치에 좌우되는 일 없이, 정밀도가 높은 배터리의 충전상태를 추정할 수 있다. 또 고가의 전류 검출수단을 가지지 않는 구성으로 함으로써, 배터리충전상태 추정장치의 비용을 삭감할 수 있다.
(3) 상기 (2)에 기재된 배터리충전상태 추정장치에 있어서, 또한 배터리의 온도를 검출하는 온도검출수단을 가지고, 상기 내부저항 추정수단은, 배터리의 온도로부터 내부저항을 추정한다.
배터리의 온도와 배터리의 내부저항은 상관관계가 있기 때문에, 예를 들면 미리 배터리의 온도를 그 때의 배터리의 내부저항을 측정하여 상관 맵을 기억시켜 두면 배터리의 온도로부터 배터리의 내부저항을 간편하게 구할 수 있다.
(4) 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 배터리충전상태 추정장치에 있어서, 또한 배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단과, 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 실측 충방전 전류와 상기 전압 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 전압에 의거하여, 배터리의 내부저항을 연산하는 내부저항 연산수단과, 상기 내부저항 추정수단에 의하여 추정되는 추정 내부저항을, 간헐적으로 상기 내부저항 연산수단에 의하여 구해진 내부저항에 의거하여 보정하는 내부저항 보정수단을 가진다.
예를 들면 경시에 의하여 배터리의 내부저항이 변화되는 배터리에 있어서 SOC를 추정하는 경우에는, 배터리의 충방전 전류와 배터리의 전압으로부터 배터리의 내부저항을 연산하고, 예를 들면 정기적으로 연산된 내부저항에 의거하여 추정 내부저항을 보정함으로써, 배터리의 경시열화에 의한 추정 SOC의 오차증대를 억제할 수 있어, 정밀도 좋게 SOC를 추정할 수 있다.
(5) 상기 (3) 또는 (4)에 기재된 배터리충전상태 추정장치에 있어서, 상기 내부저항 보정수단은, 상기 내부저항 연산수단에 의하여 구해진 내부저항과 실측 배터리온도로부터 추정 내부저항과 배터리의 온도와의 관계를 보정한다.
이에 의하여 경시에 있어서 배터리의 온도에 대한 내부저항이 변화되었다 하여도 예를 들면 정기적으로 배터리온도와 배터리의 내부저항과의 상관관계를 수정갱신하여 배터리의 SOC 추정의 경시 정밀도를 향상시킬 수 있다.
(6) 배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단과, 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출수단과, 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 실측 충방전전류와 상기 전압 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 전압에 의거하여, 배터리 내부저항을 연산하는 내부저항 연산수단과, 상기 내부저항 연산수단에 의하여 구해진 배터리의 내부저항과 상기 배터리의 전압과 배터리의 개방전압에 의거하여 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하는 추정 충방전 전류 연산수단과, 상기 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 구해진 추정 충방전 전류에 의거하여 배터리의 충전상태를 추정하는 제 2 SOC 추정수단과, 상기 충방전 전류의 연산 초회시에는 배터리의 실측 전압을 상기 배터리의 개방전압으로 하고, 상기 연산 초회 이후는 전회 추정의 SOC에 의거하여 상기 배터리의 개방전압을 연산하는 개방전압 연산수단을 가진다.
전류 검출수단에 의하여 검출된 실측 충방전 전류를 그대로 적산하는 것은 아니고, 검출된 실측 충방전 전류와 실측 전압으로부터 배터리의 내부저항을 연산하고, 연산된 배터리의 내부저항과 배터리의 실측 전압과 배터리의 개방전압으로부터 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하고, 이 추정 충방전 전류를 적산하여 SOC를 추정하기 때문에, 가령 전류 검출수단의 검출하는 실측 충방전 전류에 오차가 포함되어 있었다하여도 추정 SOC의 정밀도를 악화시키는 것을 억제할 수 있다. 또 경시에 의하여 배터리의 내부저항이 변화되는 배터리에 있어서 SOC를 추정하는 경우에, 배터리의 실측충방전 전류와 배터리의 실측 전압으로부터 배터리의 내부저항을 연산하기 때문에, 배터리의 경시열화에 의한 추정 SOC의 오차 증대를 억제할 수 있다. 따라서 상기한 장치이면 SOC를 정밀도 좋게 추정할 수 있다.
(7) 배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단과, 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출수단과, 배터리의 상태로부터 배터리의 내부저항을 추정하는 내부저항 추정수단과, 상기 내부저항 추정수단에 의하여 구해진 배터리의 내부저항과 상기 배터리의 전압과 배터리의 개방전압에 의거하여 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하는 제 1 추정 충방전 전류 연산수단과, 상기 제 1 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 구해진 추정 충방전 전류에 의거하여 배터리의 충전상태를 추정하는 제 1 SOC 추정수단과, 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 실측 충방전 전류와 상기 전압 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 전압에 의거하여, 배터리의 내부저항을 연산하는 내부저항 연산수단과, 상기 내부저항 연산수단에 의하여 구해진 배터리의 내부저항과 상기 배터리의 전압과 배터리의 개방전압에 의거하여 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하는 제 2 추정 충방전 전류 연산수단과, 상기 제 2 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 구해진 추정 충방전 전류에 의거하여, 배터리의 충전상태를 추정하는 제 2 SOC 추정수단과, 상기 배터리의 상태에 의거하여 상기 제 1 SOC 추정수단으로부터의 SOC와 상기 제 2 SOC 추정수단으로부터의 SOC를 전환하는 전환수단과, 상기 충방전 전류의 연산 초회시에는 배터리의 실측 전압을 상기 배터리의 개방전압으로 하고, 상기 연산 초회 이후는 전회 추정의 SOC에 의거하여 상기 배터리의 개방전압을 연산하는 개방전압 연산수단을 가진다.
이와 같이 제 1 SOC 추정수단과 제 2 SOC 추정수단을 전환하기 위하여 전류 검출수단에 의하여 검출되는 실측 충방전 전류에 오차가 포함되거나 이상인 값이 된 경우에도 더욱 정밀도 좋게 SOC를 추정할 수 있다.
(8) 상기 (7)에 기재된 배터리충전상태 추정장치에 있어서, 또한 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 실측 충방전 전류치와 상기 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 연산된 추정 충방전 전류치를 비교하여, 양 충방전 전류치의 차가 소정차보다 큰 경우에는 상기 전류 검출수단이 이상하다고 판정하고, 상기 차가 소정차 이하인 경우에는 상기 전류 검출수단은 정상이라고 판정하는 이상 검출수단을 가지고, 상기전환수단은 상기 이상 검출수단에 있어서 상기 전류 검출수단이 이상이라고 판정된 경우에는 제 1 SOC 추정수단으로부터의 SOC로 전환하고, 상기 이상 검출수단에 있어서 상기 전류 검출수단이 정상이라고 판정된 경우에는 제 2 SOC 추정수단으로부터의 SOC로 전환한다.
상기 이상 검출수단에 있어서 전류 검출수단이 이상인지의 여부를 판정함으로써, 추정 충방전 전류의 연산시에 실측 충방전 전류치를 사용할지의 여부를 판단하여 제 1, 제 2 SOC 추정수단 중 어느 하나를 선택하기 때문에, 보다 정밀도가 높은 SOC를 추정할 수 있다.
(9) 상기 (3) 또는 (5)에 기재된 배터리충전상태 추정장치에 있어서, 상기 온도검출수단은, 배터리의 내부 또는 배터리 표면 또는 표면 근방에 설치되어 있다.
일반적으로 배터리의 내부저항의 변화에 의하여 배터리의 온도가 변화된다. 따라서 배터리의 표면 근방 또는 그 표면 또는 배터리의 내부에 온도검출수단을 설치함으로써, 배터리의 내부저항과 상관성이 높은 배터리온도를 검출할 수 있다. 그 결과, 추정 SOC의 정밀도도 향상한다.
(10) 상기 (1) 부터 (9) 중 어느 하나에 기재된 배터리충전상태 추정장치에 있어서, 상기 제 1 SOC 추정수단, 제 2 SOC 추정수단 또는 SOC 추정수단의 적어도 하나의 수단은, 소정시간마다 SOC를 추정한다.
소정시간마다 SOC 추정을 행함으로써, 보다 가까이의 배터리의 충전상태를 파악할 수 있다.
(11) 상기 (1) 부터 (3) 중 어느 하나에 기재된 배터리충전상태 추정장치에 있어서, 또한 배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단과, 상기 SOC 추정수단 또는 제 1 SOC 추정수단에 의하여 추정된 SOC와 상기 SOC 추정 중의 상기 전류 검출수단에 의하여 검출되는 배터리의 충방전 전류의 적산값에 의거하여, 배터리의 전체용량을 구하는 제 1 배터리 전체용량 산출수단과, 상기 제 1 배터리 전체용량 산출수단에 의하여 얻어진 배터리 전체용량과 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 실측 충방전에 의거하여 배터리의 충전상태를 추정하는 제 3 SOC 추정수단을 가진다.
일반적으로 배터리의 실측 전압치를 사용하여 연산하여 얻어진 배터리의 추정 충방전 전류에 의거하여 SOC를 추정하는 경우에는, 배터리의 열화에 따라 용량이 변화되어도 SOC와 개방전압과의 관계가 변화되지 않기 때문에, 정확한 SOC를 추정하는 것은 가능하다. 그러나 개방전압을 구할 때에 배터리의 분극전압과 그 미소변동을 고려하지 않은 경우, 분극전압 및 그 변동에 의하여 추정되는 배터리의 추정 충방전 전류치의 정밀도가 약간 저하되기 때문에, 보다 정밀도가 높은 추정은 어려운 경우가 있다. 한편, 종래와 같은 배터리의 실측 전류치에 의거하여 SOC를 추정하는 경우에는 초기 SOC가 정확하여 전류 검출수단의 정밀도가 높고, 또 배터리의 전체용량이 상시 일정함으로써 비로소 정밀도가 높은 추정이 가능하였다. 따라서 배터리의 분극전압을 고려하지 않은 경우에도 배터리의 열화에 따르는 배터리 전체용량의 변화를 파악함으로써, 보다 정밀도가 높은 SOC의 추정을 행할 수 있다.
(12) 상기 (4) 부터 (8) 중 어느 하나에 기재된 배터리충방전상태 추정장치에 있어서, 또한 상기 제 1 SOC 추정수단 또는 제 2 SOC 추정수단에 의하여 추정된 SOC와 상기 SOC 추정 중의 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 충방전 전류의 적산값에 의거하여 배터리의 전체용량을 구하는 제 2 배터리 전체용량 산출수단과, 상기제 2 배터리 전체용량 산출수단에 의하여 얻어진 배터리 전체용량과 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 실측 충방전 전류에 의거하여 배터리의 충전상태를 추정하는 제 4 SOC 추정수단을 가진다.
상기와 마찬가지로, 상기한 바와 같은 구성에 의하면, 배터리의 열화에 따르는 배터리 전체용량의 변화를 고려하여, 보다 정밀도가 높은 SOC의 추정을 행할 수 있다.
(13) 상기 (11) 또는 (12)에 기재된 배터리충방전상태 추정장치에 있어서, 상기 배터리 내부의 개별 셀의 각각의 잔류용량을 검출하는 잔류용량 검출수단과, 상기잔류용량 검출수단의 각각으로부터 얻어진 상기 개별 셀의 잔류용량으로부터 최저 잔류용량을 검출하여 상기 최저 잔류용량에 의거하여 배터리의 잔류 에너지량을 산출하는 잔류 에너지량 산출수단을 가진다.
상기한 구성에 의하여 배터리가 열화하여 용량이 변화되었다 하여도 배터리로부터 인출할 수 있는 최소 잔류 에너지량을 파악할 수 있다.
(14) 상기 (1) 부터 (13) 중 어느 하나에 기재된 배터리충방전상태 추정장치에 있어서, 상기 추정 충방전 전류 연산수단 또는 제 1 충방전 전류 연산수단 또는 제 2 충방전 전류 연산수단은, 상기 배터리의 내부저항과 배터리의 전압과 배터리의 개방전압과 또한 분극전압에 의거하여, 배터리의 추정 충방전 전류를 산출한다.
배터리에 있어서의 분극전압을 고려함으로써, 보다 정밀도 좋게 SOC를 추정할 수 있다. 예를 들면 배터리가 리튬전지인 경우에는 분극의 영향이 SOC의 추정으로 영향을 미칠 염려가 있고, 특히 리튬전지의 경우에는 상기한 배터리의 추정 충방전 전류의 산출이 바람직하다.
(15) 상기 (14)에 기재된 배터리충방전상태 추정장치에 있어서, 상기 배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단에 의하여 검출된 실측 충방전 전류치와, 상기 추정 충방전 전류 연산수단 또는 제 1, 제 2 충방전 전류수단 중 어느 하나로부터 구해진 추정 충방전 전류치를 비교하여, 양 전류치의 차가 소정 차보다 큰 경우에는 상기 전류 검출수단이 이상이라고 판정하고, 상기 차가 소정치 이하인 경우에는 상기 전류 검출수단은 정상이라고 판정하는 전류검출용 이상 검출수단을 가지고, 상기 전류검출용 이상 검출수단에 있어서 상기 전류 검출수단이 이상이라고 판정된 경우에는 상기 추정 충방전 전류치에 의거하여 SOC를 추정하고, 상기 전류검출용 이상 검출수단에 있어서 상기 전류 검출수단이 정상이라고 판정된 경우에는 상기 실측 충방전 전류치를 사용하여 SOC를 추정한다.
상기 전류검출용 이상 검출수단을 사용함으로써, 전류 검출수단의 정밀도 판정을 행할 수 있어, 보다 정확한 충방전 전류치를 사용하여, 보다 정밀도가 높은 SOC의 추정을 행할 수 있다.
(16) 상기 (14)에 기재된 배터리충방전상태 추정장치에 있어서, 배터리의 환경온도에 따라, 상기 배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단에 의하여 검출된 실측 충방전 전류치와, 상기 추정 충방전 전류 연산수단 또는 제 1, 제 2 충방전전류수단 중 어느 하나로부터 구해진 추정 충방전 전류치의 어느 것인가 한쪽을 선택하고, 선택된 충방전 전류치에 의거하여 SOC를 추정한다.
배터리의 환경온도의 온도영역에 따라, 전류 검출수단의 검출 정밀도가 높아 실측 충방전 전류치의 정밀도가 높은 경우와, 상기 추정 충방전 전류치의 정밀도가 높은 경우가 있고, 보다 정밀도가 높은 충방전 전류치에 의거하여 SOC를 추정함으로써 보다 정밀도가 높은 SOC의 추정을 행할 수 있다.
(17) 상기 (14)에 기재된 배터리충방전상태 추정장치에 있어서, 상기 분극전압을 고려한 상기 배터리의 충방전 전류가 소정치를 초과한 경우에는 배터리의 충방전을 금지하는 충방전 금지수단을 가진다.
분극전압을 고려한 배터리의 충방전 전류치는, 전류센서 등의 전류 검출수단의 항시 사용영역(예를 들면 -120A∼120A)보다 광범위한 영역에서도 정밀도 좋게 얻어지기 때문에, 배터리의 충방전의 금지조건성립의 판정에 사용하는 것은 유용하다.
(18) 상기 (11) 부터 (17) 중 어느 하나에 기재된 배터리충방전상태 추정장치에 있어서, 상기 온도 검출수단은, 배터리의 내부 또는 배터리 표면 또는 표면 근방에 설치되어 있다.
상기한 바와 같이 배터리의 내부저항과 상관성이 높은 배터리온도를 검출함으로써 추정 SOC의 정밀도가 향상한다.
(19) 상기 (11) 부터 (18) 중 어느 하나에 기재된 배터리충전상태 추정장치에 있어서, 상기 제 1 SOC 추정수단, 제 2 SOC 추정수단 또는 SOC 추정수단의 적어도 하나의 수단은, 소정시간마다 SOC를 추정한다.
소정시간마다 SOC 추정을 행함으로써, 보다 가까이의 배터리의 충방전상태를 파악할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면에 의거하여 설명한다.
실시형태 1.
< 전류 검출수단을 가지는 제 1 장치예 >
[배터리충전상태 추정장치의 구성]
도 1은 본 실시형태의 배터리충전상태 추정장치를 하이브리드전기자동차에 적용한 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다. 배터리(10)는 다수의 배터리 셀을 직렬접속한 조전지(battery pack)로서, 예를 들면 니켈수소(Ni -MH)전지, 리튬이온전지 등의 셀로 이루어진다.
배터리(10)의 전압은, 전압검출수단인 전압 검출기(1)2로 계측되어 전지 ECU(14)에 공급된다. 또 이 전지 ECU(14)에는, 배터리전류를 검출하는 전류 검출수단인 전류센서(16)도 접속되어 있고, 검출된 배터리전류치가 전지 ECU(14)에 공급된다. 또 배터리(10)에는 배터리온도를 검출하는 온도계(26)가 설치되고, 검출된 배터리온도의 값도 전지 ECU(14)에 공급된다. 여기서 온도계(26)는 배터리(10)의 내부 또는 배터리(10)의 표면 또는 표면 근방에 배치된다. 또 배터리(10)와 전류센서(16)의 사이에는, 개방전압 측정용 릴레이가 설치되고, 한쪽 배터리(10)와 DC/DC 컨버터(32)와의 사이에도 개방전압 측정용 릴레이(2)가 설치되어 있다. DC/DC 컨버터(32)에는 12V 배터리(36)를 거쳐 차량용 부하(38)에 접속되어 있다. 또한 차량용 부하(38)로서는 예를 들면 스톱램프, 전동팬, 블로워, 헤드라이트, 포그램프, 디포거, 와이퍼 등을 들 수 있다. HVECU(18)는 엑서사리센서 등(18)으로부터의 신호를 받고, 다시 엔진(24)의 출력 등이 제어하는 E/GECU(28)에 엔진의 출력지령을 냄과 동시에, E/GECU(28)로부터의 엔진출력제어정보를 받는다. 또한 HVECU(18)는 모터에 토오크지령 등을 모터 ECU(38)에 출력함과 동시에, 모터 ECU(38)로부터의 모터제어정보를 입력한다. 또 모터 ECU(38)는 인버터(20)에 있어서의 스위칭제어를 행한다. 이에 의하여 전동발전기(22)에의 입력이 결정되고, 구동륜을 출력에 따라 구동시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 전압 검출수단, 전류 검출수단, 온도계가 각각 1개씩 배치된 구성에 대하여 설명하였으나, 이것에 한정되는 것이 아니라, 검출 정밀도를 올리기 위하여, 전압 검출수단, 전류 검출수단, 온도계는 각각 복수개 복수개소, 예를 들면 각 셀마다 배치되어 있어도 좋다. 또 도 1에 나타내는 상기 전류 검출수단으로서의 전류센서(16)가, 예를 들면 자기검출식의 전류센서이어도 좋다.
그리고 이 전지 ECU(14)는, 공급되는 배터리전압 및 배터리전류의 양쪽에 의거하여 뒤에서 설명하는 2종류의 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 SOC 검출수단을 가지고 있다. 그리고 전지 ECU(14)는 어느 하나의 SOC 검출수단으로 검출된 SOC를 HVECU(18)에 공급한다.
이 HVECU(18)는 엑셀러레이터 개방도, 브레이크 밟음량, 차속 등의 정보에 의거하여 토오크지령을 결정하여, 전동발전기(22)의 출력이 토오크지령에 합치하도록 제어한다. 즉, HVECU(18)는 인버터(20)에 있어서의 스위칭을 제어함과 동시에, 엔진(24)의 출력을 제어한다. 이에 의하여 전동발전기(22)에의 입력이 결정되어, 모터제네레이터(22)의 출력이 토오크지령에 합치한 것으로 제어된다.
또, 배터리(10)는 예를 들면 차량의 주행상태(예를 들면, 발진, 통상주행, 가속, 감속 등)나 차량용 부하(스톱램프, 헤드램프, 와이퍼, 전동팬 등)와 배터리충전상태에 의하여 충전 또는 방전된다.
[배터리충전상태의 추정]
다음에 도 2를 사용하여 본 발명에 있어서의 제 2 SOC 추정수단의 일례의 동작에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는 전류센서(16)에 의하여 실측의 충방전 전류치가 오차를 포함하는 경우에 있어서의 오차적산에 의한 문제를 해결하는 것이다.
즉, IG이 온되면, 전압검출기(12)에 있어서, 릴레이(1), 릴레이(2)가 온되지 전에 초회 배터리전압(Vo)이 측정된다(S100). 다음에 이 초회 배터리전압(Vo)을 개방전압(Vocv1)으로 한다(S102). 이어서 전압검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리전압(Vn)(n은 1∼n이고 0을 포함하지 않는다. 이하 동일)이, 또 전류센서(16)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리 충방전 전류(in)가 측정된다(S104). 그리고 배터리전압(Vn)과 실측의 배터리전류(in)에 의거하여 배터리 내부저항(Rn)을 구한다(S106). 이어서 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구한다(S108). 단, 이 S108에 있어서 추정 충방전 전류(In)의 연산의 초회시에는 상기 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로서 배터리의 실측 전압(VO)을 사용한다. 이어서 추정 충방전 전류(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S110). 또한 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵을 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S112), 이 Vocvn-1를 기초로 다음회의 SOC를 추정한다.
상기한 실시형태 1에 나타내는 제 2 SOC 추정수단은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 추정 충방전 전류치의 적산에 의하여 추정되는 추정 SOC가 실제의 SOC에 수속되기 때문에, 배터리충전상태(SOC)의 추정 정밀도가 향상한다. 즉, 실측 전압(Vm), 내부저항(R), 개방전압(Vocv)으로 하면 이하의 수학식 (1)이 성립한다.
전류(I) = (Vm - Vocv)/R
여기서, 실제 전류치를 Irea1이라 하면, 이하의 수학식 (2)가 성립한다 ．
실제 전류치(Irea1) = (Vm - Vocv - real)/R
추정 Vocv가 Vocv - rea1보다 큰 경우, 즉 Vocv - real < Vocv1일 때는, 이하의 수학식 (3)이 성립한다.
(Vm - Vocv1)/R = I1 < Ireal
한편, 추정 Vocv가 Vocv - real보다 작은 경우, 즉 Vocv - rea1 > Vocv2일 때는, 이하의 수학식 (4)가 성립한다.
(Vm - Vocv2)/R = I2 > Irea1
이상에 의하여 추정 SOC가 실제의 SOC보다 클 때에는, 도 3에 나타내는 바와 같이 항상 충방전 전류치(I1)는 실제의 전류치(Irea1)보다 작게 어림되고, 한편 추정 SOC가 실제의 SOC보다 작을 때는, 도 3에 나타내는 바와 같이 항상 전류치(I2)는 실제의 전류치(Irea1)보다 크게 어림되기 때문에, 시간의 경과와 함께 추정 SOC는 실제의 SOC로 자기 수속한다. 따라서 본 발명의 SOC 추정장치의 추정 SOC 정밀도는 향상한다.
따라서 전류센서(16)의 측정 충방전 전류치가 오차를 포함한 경우에도 추정 SOC의 정밀도가 악화되는 것은 억제된다.
실시형태 2.
< 전류검출수단을 가지는 제 2 장치예>
[배터리충전상태 추정장치의 구성]
본 실시형태의 배터리충전상태 추정장치는, 상기 실시형태 1과 동일한 구성을 가지기 때문에, 실시형태 1과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
[배터리충전상태의 추정]
도 1의 전지 ECU(l4)에 있어서, 본 발명에 있어서의 제 1 SOC 추정수단의 일례는 도 4에 나타내는 바와 같은 동작을 한다.
즉, IG가 ON 되면, 전압검출기(12)에 있어서, 릴레이(1), 릴레이(2)가 온되기 전에 초회 배터리전압(Vo)이 측정된다(S200). 다음에 이 초회 배터리전압(Vo)을 개방전압(Vocv1)이라 한다(S202). 이어서 전압검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리전압(Vn)(n은 1∼n이고 0을 포함하지 않는다. 이하 동일)이, 또 온도계(26)에 있어서 현재 상태의 배터리온도(Tn)가 측정된다(S204). 여기서 이하에 나타내는 SOCn의 추정동작(m)이 10회 행하여졌는지의 여부를 판정하여(S206), 추정동작(m)이 10회 미만인 경우에는 그 회수를 하나 증분한 후(S208), 미리 기억되어 있는 배터리온도(T)와 배터리의 내부저항(R)과의 상관관계의 맵을 사용하여, 측정된 배터리온도(Tn)로부터 배터리 내부저항(Rn)을 추정한다(S210). 이어서 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 추정된 배터리 내부저항(Rn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구한다(S212). 단, 이 S212에 있어서 추정 충방전 전류(In)의 연산의 초회시에는 상기 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로서 배터리의 실측 전압(Vo)을 사용한다. 이어서 추정 충방전 전류(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S214). 또한 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵을 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S216), 이 Vocvn-1 을 기초로 다음 회의 SOC를 추정한다.
한편, SOCn의 추정동작(m)이 10회에 도달한 경우에는(S206), 추정동작(m)을 0으로 리세트하고(S220), 전류센서(16)에 의하여 충방전 전류(in)를 측정한다(S222). 이어서, 배터리전압(Vn)과 실측의 충방전 전류(in)로부터 배터리 내부저항(Rn)을 연산하고(S 224), 다시 이 때의 배터리온도(Tn)도 측정하여, 예를 들면 전지의 열화에 의한 내부저항(R)과 전리온도(T)와의 관계의 어긋남을 보정하기 위하여 상기한 미리 기억되어 있는 배터리온도(T)와 배터리의 내부저항(R)과의 상관관계의 맵을 보정한다(S226). 이 보정에 의거하여 수정 갱신된 T-R 상관관계의 맵을 기초로 S210 이후의 동작을 행한다. 통상, 전류센서(16)의 순간시에 측정되는 충방전 전류(in)는 정확하고, 따라서 이 실측 충방전 전류(in)를 사용하여 수정함으로써 뒤에서 설명하는 바와 같이 추정 SOC의 정밀도를 유지할 수 있다.
여기서, 도 4의 S204로부터 S216의 일련의 동작은, 통상 8 밀리초로 행하여지나, 이 일련의 동작이 1초 정도의 긴 것이어도 좋다.
상기한 제 1 SOC 추정수단에 의하면, 기본적으로 전류센서(16)로부터의 충방전 전류를 사용하는 일 없이 배터리의 내부저항을 추정하기 때문에, 전류센서(16)에 의하여 측정된 실측 충방전 전류치가 오차를 포함한 값이 된 경우나 이상인 값이 된 경우에도 이 실측의 충방전 전류치에 좌우되는 일 없이, 정밀도가 높은 배터리의 충전상태를 추정할 수 있다. 또한 정기적으로 연산된 내부저항에 의거하여 추정 내부저항을 보정함으로써 배터리의 경시열화에 의한 추정 SOC의 오차증대를 억제할 수 있다.
실시형태 3.
< 전류검출수단을 사용하지 않은 제 3 장치예 >
[배터리충전상태 추정장치의 구성]
본 실시형태의 배터리충전상태 추정장치는, 상기 실시형태 1, 2와는 전류센서(16)를 가지지 않는 점을 제외하고, 동일한 구성을 가지기 때문에, 실시형태 1, 2와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
[배터리충전상태의 추정]
도 5의 전지 ECU(14)에 있어서, 본 발명의 제 1 SOC 추정수단의 다른 예의 동작을 도 6을 사용하여 설명한다.
즉, IG가 온되면, 전압검출기(12)에 있어서 릴레이(2)가 온되기 전에 초회 배터리전압(Vo)이 측정된다(S300). 다음에 이 초회 배터리전압(Vo)을 개방전압(Vocv1)이라 한다(S302). 이어서, 전압검출기(12)에 있어서 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리전압(Vn)(n은 l∼n이고 0을 포함하지 않는다. 이하 동일)이, 또 온도계(26)에 있어서 현재 상태의 배터리온도(Tn)가 측정된다(S304). 그리고 미리 기억되어 있는 배터리온도(T)와 배터리의 내부저항(R)과의 상관관계의 맵을 사용하여 측정된 배터리온도(Tn)로부터 배터리 내부저항(Rn)을 추정한다(S306). 이어서 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 추정된 배터리 내부저항(Rn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구한다(S308). 단, 이 S 308에 있어서 추정 충방전 전류(In)의 연산의 초회시에는 상기 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로서 배터리의 실측 전압(Vo)을 사용한다. 이어서 추정 충방전 전류(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S310). 또한 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵을 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S312), 이 Vocvn-1 을 기초로 다음 회의 SOC를 추정한다.
또한 상기 제1 SOC 추정수단은, 전류센서(16)를 사용하는 일 없이 SOC를 추정하기 때문에, 전류센서(16)가 노이즈를 포함하는 출력과 같은 환경에도, 전류센서(16)의 출력에 관계없이, 정밀도 좋게 SOC를 추정할 수 있다. 또한 고가의 전류센서를 가지지 않는 점에서, 배터리의 경시에 있어서의 배터리 내부저항과 배터리온도는 거의 변화하지 않는 경우에는 장치의 비용을 삭감할 수 있기 때문에 바람직하나, 예를 들면 배터리의 내부저항과 배터리온도와의 상관관계의 경시변화에 의한 맵을 복수로 미리 기억하고 있는 경우에도 유효하다. 한편 상기 실시형태 2에 있어서 설명한 바와 같이, 수시, 실측 충방전 전류(in)를 사용하여 배터리 내부저항을 연산하고, 다시 그 때의 배터리온도를 측정하여, 이 연산 배터리 내부저항과 실측 배터리온도를 사용하여, 상기 배터리 내부저항 - 온도와의 상관관계 맵을 보정하여도 좋다(즉, 도 4의 S206∼S210, S220∼S226의 공정).
실시형태 4.
< 전류 검출수단을 가지는 제 4 장치예 >
또, 다른 형태로서, 도 1에 나타내는 전지 ECU(14) 내에, 전류센서(16)에 의하여 검출된 실측의 충방전 전류(in)와 뒤에서 설명하는 추정 충방전 전류(In)를 비교하여 양 충방전 전류(in, In)의 차의 절대치가 소정 차보다 큰 경우에는 전류센서(16)가 이상이라고 판정하고, 한편 차가 소정 차 이하인 경우에는 전류센서(16)가 정상이라고 판정하는 전류센서 이상 판정장치가 설치되어도 좋다. 이와 같은 형태에서는 도 7에 나타내는 바와 같은 제 1 SOC 추정수단 및 제 2 SOC 추정수단이 전환 동작한다.
즉, IG가 ON 되면, 전압 검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)가 온 되기 전에 초회 배터리전압(Vo)이 측정된다(S100). 다음에 이 초회 배터리전압(Vo)을 개방전압(Vocv1)이라 한다(S102). 이어서, 전압 검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리전압(Vn)(n은 1∼n이고 0을 포함하지 않는다. 이하 동일)이, 또 전류센서(16)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 on 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리충방전 전류(in)가 측정된다(S104). 그리고 배터리전압(Vn)과 실측의 배터리전류(in)에 의거하여 배터리 내부저항(Rn)을 구한다(Sl06). 이어서 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구한다(S108). 이어서, 실측의 배터리 충방전 전류(in)와 추정 충방전 전류치(In)를 비교하여, 양 전류치의 차가 소정 차보다 큰 경우에는 전류센서(16)가 이상이라고 판정되면(S109), 제 1 SOC 추정수단으로 전환, 전압검출기(12)에 있어서 현재 상태의 배터리전압(Vn)(n은 1∼n이고 0을 포함하지 않는다. 이하 동일)이, 또 온도계(26)에 있어서 현재 상태의 배터리온도(Tn)가 측정된다(S304). 그리고 미리 기억되어 있는 배터리온도(T)와 배터리의 내부저항(R)과의 상관관계의 맵를 사용하여, 측정된 배터리온도(Tn)로부터 배터리 내부저항(Rn)을 추정한다(S306). 이어서 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 추정된 배터리 내부저항(Rn)을 사용하여 추정 충방전 전류(I n)를 구한다(S308). 단, 이 S308에 있어서 추정 충방전 전류 (In)의 연산의 초회시에는 상기 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로서 배터리의 실측 전압 (Vo)을 사용한다. 이어서, 추정 충방전 전류(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S310).
한편, 양 전류치의 차가 소정 차 이하인 경우에는, 전류센서(16)는 정상이라고 판정하고(S109), 제 2 SOC 추정수단에 의하여 추정 충방전 전류(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S110). 단, 이 S108에 있어서 추정 충방전 전류(In)의 연산의 초회시에는 상기 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로서 배터리의 실측 전압(Vo)을 사용한다. 또한, 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵를 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S112), 이 Vocvn-1을 기초로 다음 회의 SOC를 추정한다. 또 상기한 제 1, 제 2 SOC 추정수단을 전환하여 사용하는 장치이면, 전류센서(16)가 일시적인 이상인 경우이어도 전류센서(16)가 이상이라고 판정된 후(S109), 상기 S304∼S310으로부터 S112를 거쳐, 정밀도 좋게 SOC가 추정된다.
또한, 상기한 실시형태에서는 실측의 배터리충방전 전류(in)와 추정 충방전 전류치(In)를 비교하여, 양 전류치의 차가 소정 차보다 큰 경우에는 전류센서(16)가 이상이라고 판정하였으나, 이것에 한정하는 것은 아니고, 도 7의 S109의 대신에, 배터리충방전 전류(in)의 변동이 커진 경우에, 제 2 SOC 추정수단(S304 내지 S310)으로 전환하여도 좋다.
또한 상기한 제 1 SOC 추정수단에 있어서, 예를 들면 배터리의 내부저항과 배터리온도와의 상관관계의 경시변화에 의한 맵을 복수로 미리 기억하고 있는 것이 적합하다. 또 제 1 SOC 추정수단에 있어서, 상기 실시형태 2에 있어서 설명한 바와 같이, 수시, 실측 충방전 전류(in)를 사용하여 배터리 내부저항을 연산하고, 다시 그 때의 배터리온도를 측정하여, 이 연산 배터리 내부저항과 실측 배터리온도를 사용하여, 상기 배터리 내부저항 - 온도와의 상관관계 맵을 보정하여도 좋다(즉, 도 4의 S 206 내지 S210, S220 내지 S226의 공정).
또, 다른형태로서, 전류센서(16)에 의하여 측정된 실측 배터리 충방전 전류를 적산하여 SOC를 추정하는 제 3 SOC 추정수단을 가지고, 기본적으로는 제 3 SOC 추정수단을 사용하여 SOC를 추정하여, 전류센서(16)가 이상인 경우나 측정 전류치에 오차를 포함하게 된 경우에는(상기한 실시형태 4의 S109의 경우나 배터리 충방전 전류의 변동이 큰 경우를 포함한다), 상기한 실시형태 1 내지 실시형태 3에 기재한 제 1, 제 2 SOC 추정수단으로 전환하여 SOC를 추정하여도 좋다.
실시형태 5.
< 전류검출수단을 가지는 제 5 장치예 >
[배터리충전상태 추정장치의 구성]
본 실시형태의 배터리충전상태 추정장치는, 상기 실시형태 1 내지 4와 동일한 구성을 가지기 때문에, 실시형태 1 내지 4와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
[배터리충전상태의 추정]
도 1의 전지 ECU(14)에 있어서, 본 발명에 있어서의 제 3 또는 제 4 SOC 추정수단의 일례는 도 8에 나타내는 바와 같은 동작을 한다. 또 본 실시형태에서는 도 1에 나타내는 전지 ECU(14) 내에, 배터리의 용량을 수시 또는 상시 산출하는 배터리용량 산출장치가 설치되어 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이 IG가 ON 되면, 전압 검출기(12)에 있어서, 릴레이(1), 릴레이(2)가 온되기 전에 초회 배터리전압(Vo)이 측정된다(S100). 다음에 이 초회 배터리전압(Vo)을 개방전압(Vocv1)으로 한다(S102). 이어서 전압검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리전압 (Vn)(n은 1∼n이고 0을 포함하지 않는다. 이하 동일)이, 또 전류센서(16)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리 충방전 전류 (in)가 측정된다(S104). 그리고 배터리전압(Vn)과 실측의 배터리전류(in)에 의거하여 배터리 내부저항(Rn)을 구한다(S106). 이어서 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구한다(S108). 단, 이 S108에 있어서, 추정 충방전 전류(In)의 연산의 초회시에는 상기 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로서 배터리의 실측 전압(Vo)을 사용한다. 이어서 추정 충방전 전류(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S110).
또한 전지 ECU(14) 내에 설치된 배터리 전체용량 산출장치에 있어서, SOCn과 실측 전류(in)(단위 : mA)의 적산값을 사용하여, 이하에 나타내는 수학식 (5)에 의거하여, 배터리의 전체용량(Ahn)(단위 A/h)을 구한다(S320). 또한 일례로서 이하의 수학식 (5)에 있어서는, 1초 사이에 있어서의 실측 전류(in)의 적산값을 사용하고 있다.
SOCn = [실측 전류(in)의 적산/배터리 전체용량(Ahn)] × (100/3600)
또한, 상기 식에 의하여 배터리의 전체용량(Ahn)을 구하고, 다음 수학식 (6)을 사용하여, 배터리용량 측정 후의 실측 전류(in+1)의 적산의 적산값을 기초로 SOCn+1을 구한다(S322).
SOCn+1 = [실측 전류(in+1)의 적산/배터리 전체용량(Ahn)] ×(100/3600)
구해진 SOCn+1을 SOCn 으로 치환하고(S324), 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵를 사용하여, 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1 을 구하고(Sl12), 이 Vocvn-1을 기초로 다음 회의 SOC를 추정한다.
일반적으로 배터리의 실측 전압값을 사용하여 연산하여 얻어진 배터리의 추정 충방전 전류에 의거하여 SOC를 추정하는 경우에는, 배터리의 열화에 따르는 용량의 변화가 있었다 하여도, SOC와 개방전압과의 관계에 변화가 없기 때문에, 정확한 SOC의 추정을 행할 수 있으나, 개방전압을 구할 때에 분극전압 및 그 미소변동을 고려하지 않은 경우에는, 개방전압에 의거하는 배터리의 추정 충방전 전류치의 정밀도가 약간 저하하여, 보다 정밀도가 높은 추정은 어려운 경우가 있었다. 한편, 종래와 같은 배터리의 실측 전류치에 의거하여 SOC를 추정하는 경우에는, 초기 SOC가 정확하여, 전류센서(16)의 정밀도가 높고, 또 배터리의 전체용량이 항시 일정하다는 조건하에서 비로소 보다 정밀도가 높은 추정이 가능해진다. 따라서 상기 실시형태와 같이, 배터리의 전체용량에 의거하여 SOC를 추정함으로써, 보다 정밀도가 높은 SOC의 추정을 행할 수 있다.
실시형태 6.
< 배터리의 잔류 에너지량 산출기능을 가지는 제 6 장치예 >
[배터리충전상태 추정장치의 구성]
본 실시형태의 배터리충전상태 추정장치는, 상기 실시형태 1 내지 5의 구성에 더하여, 또한 배터리의 잔류 에너지량을 산출하는 기능을 가지는 것이다.
[배터리의 잔류 에너지량의 산출]
본 실시형태에서는 도 1의 배터리(10) 내부의 개별 셀의 각각의 잔류용량을 검출하는 잔류용량 검출기가 설치되어 있고, 이 잔류용량 검출기로부터의 출력은, 전지 ECU(14)에 설치된 배터리의 잔류 에너지량 산출장치에 보내진다. 또한 상기 잔류용량 검출기는, 배터리(10)의 내부에 설치되어 있어도, 또 배터리(10)의 외부에 설치되어도 좋다.
도 9에 나타내는 바와 같이, IG가 온 되면, 상기 잔류용량 검출기가 배터리(10) 내부의 각 개별 셀의 잔류용량을 검출한다(S330). 이어서, 전지 ECU(14) 내의 잔량 에너지량 산출장치는, 잔류용량 검출기로부터 출력된 각 개별 셀의 잔류용량으로부터 최저 잔류용량을 검출하고(S332), 또한 최저 잔류용량에 개별 셀의 수를 곱하여 배터리의 최소 잔량 에너지량을 산출한다(S334).
이에 의하여 배터리(10) 내의 각 셀이 개별로 열화하여 각각의 용량이 변화되었다 하여도, 배터리(10)로부터 인출할 수 있는 최소의 잔량 에너지량을 파악할 수 있다.
실시형태 7.
< 전류검출수단을 가지는 제 7 장치예 >
[배터리충전상태 추정장치의 구성]
본 실시형태의 배터리충전상태 추정장치는, 상기 실시형태 1 내지 5와 동일한 구성을 가지기 때문에, 실시형태 1 내지 5와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
[배터리충전상태의 추정]
본 실시형태에서는 도 1의 전지 ECU(14)에 있어서, 이하에 나타내는 바와 같이 분극전압을 고려한 추정 충방전 전류를 행한다.
도 10에 나타내는 바와 같이, IG가 ON 되면, 전압 검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)가 온 되기 전에 초회 배터리전압(Vo)이 측정된다(S100). 다음에 이 초회 배터리전압(Vo)을 개방전압(Vocv1)으로 한다(S102). 이어서 전압 검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리전압(Vn)(n은 1∼n이고 0을 포함하지 않는다. 이하 동일)이, 또 전류센서(16)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리 충방전 전류(in)가, 또 배터리(10) 내의 전류밀도와 배터리의 셀 내의 전해질 또는 활성물질의 도전율에 의거하여 분극전압(Vdyn)이 측정된다(S344). 그리고 배터리전압(Vn)과 실측의 배터리전류(in)에 의거하여, 배터리 내부저항(Rn )을 구한다(S106). 이어서, 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)과 분극전압(Vdyn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구한다(S348). 단, 이 S348에 있어서 추정 충방전 전류(In)의 연산의 초회시에는 상기 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로서 배터리의 실측 전압(Vo)을 사용한다. 이어서 추정 충방전 전류(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S11O). 그리고 화살표(40)를 거쳐 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵을 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S112), 이 Vocvn-1을 기초로 다음 회의 SOC를 추정한다.
또한 상기 실시형태에서는 도 1에 나타내는 전류센서(16)에 의하여 측정된 실측 전류(in)를 사용하고 있으나, 이것에 한정하는 것이 아니고, 도 5에 나타내는 전류센서(16)를 사용하지 않고, 전압검출기(12)와 온도계(6)를 사용하여 실측의 전압과 배터리온도를 사용하여, 도 6에 나타내는 바와 같이 전압검출기(12)에 있어서 현재 상태의 배터리전압(Vn), 또 온도계(26)에 있어서 현재 상태의 배터리온도(Tn)가 측정되어(S304), 미리 기억되어 있는 배터리온도(T)와 배터리의 내부저항(R)과의 상관관계의 맵를 사용하여 측정된 배터리온도(Tn)로부터 배터리 내부저항(Rn)을 추정하고 (S306), 그후 도 10에 나타내는 바와 같이 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)과 분극전압(Vdyn)을 사용하여 추정 충방전 전류(I n)를 구하고 (S348), 이어서 추정 충방전 전류(In)를 적산하여 SOCn을 추정하여도 좋다(S110). 그리고 상기한 바와 같이 화살표(40)를 거쳐 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압 (Vocv)과의 상관관계의 맵를 사용하여, 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1 을 구하고 (S112), 이 Vocvn-1을 기초로 다음 회의 SOC를 추정하여도 좋다.
상기한 바와 같이 배터리의 분극전압을 고려함으로써, 보다 정밀도가 높은 SOC의 추정을 행할 수 있다. 특히, 리튬전지의 경우에는, 충방전시의 분극의 영향이 SOC의 추정에 영향을 미치게 할 우려가 있고, 특히 리튬전지의 경우에는 상기한 구성에 의하여 ±5% ∼ ±10% 정도 정밀도가 향상된다.
또한, 상기 S110에서 추정된 SOCn을 사용하여, 상기 실시형태 5에 있어서 설명한 바와 같이, 또한 전지 ECU(14) 내에 설치된 배터리 전체용량 산출장치에 있어서, SOCn과 실측 전류(in)의 적산값을 사용하고, 상기 수학식 (5)에 의거하여 배터리의 전체용량(Ahn)을 구하고(S320), 다시 상기 수학식 (6)을 사용하여, 배터리 전체용량 측정후의 실측 전류(in+1)의 적산의 적산값을 기초로 SOCn+1을 구하고(S322), 구해진 SOCn+1을 SOCn으로 치환하여(S324), 화살표(50)를 거쳐 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵를 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S112), 이 Vocvn-1을 기초로 다음 회의 SOC를 추정하여도 좋다.
실시형태 8.
< 전류검출수단을 가지는 제 8 장치예 >
[배터리충전상태 추정장치의 구성]
본 실시형태의 배터리충전상태 추정장치는, 상기 실시형태 1∼7과 동일한 구성을 가지기 때문에, 실시형태 1∼7과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
[배터리충전상태의 추정]
본 실시형태에서는 도 1의 전지 ECU(14)에 있어서, 이하에 나타내는 바와 같이 분극전압을 고려한 추정 충방전 전류를 행함과 동시에, 도 1에 나타내는 전지 ECU(14) 내에 전류센서(16)에 의하여 검출된 실측의 충방전 전류(in)와 뒤에서 설명하는 추정 충방전 전류(In)를 비교하여, 양 충방전 전류(in, In)의 차의 절대치가 소정 차보다 큰 경우에는, 전류센서(16)가 이상이라고 판정하고, 한편 차가 소정 차 이하인 경우에는 전류센서(16)가 정상이라고 판정하는 다른 전류센서 이상 판정장치가 설치되어도 좋다. 이와 같은 형태에서는 도 11에 나타내는 바와 같은 SOC 추정수단을 전환한다.
도 11에 나타내는 바와 같이, IG가 ON 되면, 전압검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)가 온 되기 전에 초회 배터리전압(Vo)이 측정된다(S100). 다음에 이 초회 배터리전압(Vo)을 개방전압(Vocv1)으로 한다(S102). 이어서, 전압검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리전압(Vn)(n은 1∼n이고, 0을 포함하지 않는다. 이하 동일)이, 또 전류센서(16)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리 충방전 전류 (in)가, 또 배터리(10) 내의 전류밀도와 배터리의 셀 내의 전해질 또는 활성물질의 도전율에 의거하여 분극전압(Vdyn)이 측정된다(S344). 그리고 배터리전압(Vn)과 실측의 배터리전류(in)에 의거하여 배터리 내부저항(Rn )을 구한다(S346). 이어서 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압 (Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)과 분극전압(Vdyn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구한다(S348). 단, 이 S348에 있어서, 추정 충방전 전류(In)의 연산의 초회시에는 상기 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로서 배터리의 실측 전압 (Vo)를 사용한다.
이어서, 실측의 배터리 충방전 전류(in)와 추정 충방전 전류치(In)를 비교하여, 양 전류치의 차의 절대치가 소정 차보다 큰 경우에는 전류센서(16)가 이상이라고 판정되면(S305), 추정 충방전 전류치(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S354). 한편 양 전류치의 차의 절대치가 소정 차 이하인 경우에는, 전류센서(16)는 정상이라고 판정하고(S305), 실측의 배터리 충방전 전류(in)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S352). 그리고 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵를 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S112), 이 Vocvn-1 을 기초로 다음 회의 SOC를 추정한다.
또한 상기 실시형태에서는 도 1에 나타내는 전류센서(16)에 의하여 측정된 실측 전류(in)를 사용하고 있으나, 이것에 한정되는 것이 아니고, 도 5에 나타내는 전류센서(16)를 사용하지 않고, 전압검출기(12)와 온도계(6)를 사용하여 실측의 전압과 배터리온도를 사용하여 도 6에 나타내는 바와 같이, 전압검출기(12)에 있어서 현재 상태의 배터리전압(Vn), 또 온도계(26)에 있어서 현재 상태의 배터리온도(Tn)를 측정하고(S304), 미리 기억되어 있는 배터리온도(T)와 배터리의 내부저항(R)과의 상관관계의 맵를 사용하여 측정된 배터리온도(Tn)로부터 배터리 내부저항(Rn)을 추정하고(S 306), 그후 도 11에 나타내는 바와 같이 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)과 분극전압(Vdyn)을 사용하여 추정 충방전 전류(I n)를 구하고 (S348), 이어서 실측의 배터리 충방전 전류(in)와 추정 충방전 전류치(In)를 비교하여, 양 전류치의 차의 절대치가 소정 차보다 큰 경우에는 전류센서(16)가 이상이라고 판정되면(S305), 추정 충방전 전류치(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S354). 한편 양 전류치의 차의 절대치가 소정 차 이하인 경우에는 전류센서(16)는 정상이라고 판정하고(S305), 실측의 배터리 충방전 전류(in)를 적산하여 SOCn을 추정하여도 좋다 (S352). 그리고 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵를 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S112), 이 Vocvn-1을 기초로 다음 회의 SOC를 추정하여도 좋다.
상기 구성에 의하여 전류센서(16)의 정밀도 판정을 행할 수 있고, 또한 보다 정확한 충방전 전류치를 사용하여 정밀도의 보다 높은 SOC의 추정을 행할 수 있다.
실시형태 9.
< 전류검출수단을 가지는 제 9 장치예 >
[배터리충전상태 추정장치의 구성]
본 실시형태의 배터리충전상태 추정장치는, 상기 실시형태 1∼8과 동일한 구성을 가지기 때문에, 실시형태 1∼8과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
[배터리충전상태의 추정]
본 실시형태에서는 도 1의 전지 ECU(14)에 있어서, 이하에 나타내는 바와 같이 분극전압을 고려한 추정 충방전 전류를 행함과 동시에, 도 1에 나타내는 전지 ECU(l4) 내에, 도 12에 나타내는 바와 같은 배터리의 환경온도에 따라 SOC 추정수단을 전환하는 전환장치가 설치되어 있다. 또한 배터리의 환경온도는 도 1의 배터리(10)의 외벽 근방 또는 외기온이어도 좋다.
도 12에 나타내는 바와 같이, IG가 ON 되면, 전압검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)가 온 되기 전에 초회 배터리전압(Vo)이 측정된다(S100). 다음에 이 초회 배터리전압(Vo)을 개방전압(Vocv1)으로 한다(S102). 이어서 전압검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리전압 (Vn)(n은 1∼n이고 0을 포함하지 않는다. 이하 동일)이, 또 전류센서(16)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리 충방전 전류 (in)가, 또 배터리(10) 내의 전류밀도와 배터리의 셀 내의 전해질 또는 활성물질의 도전율에 의거하여 분극전압(Vdyn)이, 또 다른 온도계(도시생략)를 사용하여 배터리의 환경온도가 각각 측정된다(S364).
이어서 배터리의 환경온도가 극저온영역(예를 들면, -30℃∼-20℃)인지의 여부를 판정하여(S366), 배터리의 환경온도가 극저온인 경우에는, 실측 충방전 전류(in)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S352). 한편 배터리의 환경온도가 극저온영역이 아닌 경우에는, 배터리전압(Vn)과 실측의 배터리전류(in)에 의거하여 배터리 내부저항(Rn)을 구한다(S346). 또한 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)과 분극전압(Vdyn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구한다(S348). 단, 이 S348에 있어서 추정 충방전 전류(In)의 연산의 초회시에는 상기 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로서 배터리의 실측 전압(Vo)을 사용한다. 다음에 추정 충방전 전류치 (In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S354). 그리고 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵을 사용하여, 배터리의 환경온도에 따라 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S112), 이 Vocvn-1을 기초로 다음 회의 SOC를 추정한다.
또한 상기 실시형태에서는 도 1에 나타내는 전류센서(16)에 의하여 측정된 실측 전류(in)를 사용하고 있으나, 이것에 한정되는 것이 아니고, 도 5에 나타내는 전류센서(16)를 사용하지 않고, 전압검출기(12)와 온도계(6)를 사용하여 실측의 전압과 배터리온도를 사용하여, 도 6에 나타내는 바와 같이 전압검출기(12)에 있어서 현재 상태의 배터리전압(Vn), 또 온도계(26)에 있어서 현재 상태의 배터리온도(Tn)가 측정되고(S304), 미리 기억되어 있는 배터리온도(T)와 배터리의 내부저항(R)과의 상관관계의 맵를 사용하여 측정된 배터리온도(Tn)로부터 배터리 내부저항(Rn)을 추정하고 (S306), 배터리의 환경온도가 극저온영역이 아닌 경우에는, 도 12에 나타내는 바와 같이 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)과 분극전압 (Vdyn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구하고(S348), 추정 충방전 전류(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S354). 그리고 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵를 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S112), 이 Vocvn-1을 기초로 다음 회의 SOC를 추정하여도 좋다.
배터리의 환경온도의 온도영역에 따라, 전류센서(16)의 검출 정밀도가 높은 경우와, 추정 충방전 전류치의 정밀도가 높은 경우가 있어, 보다 정밀도가 높은 SOC의 추정을 행할 수 있다. 예를 들면 극저온영역(예를 들면 -30℃∼-20℃)의 부근에서는 배터리의 내부저항, 분극전압이 커지기 때문에, S348에 있어서의 추정 충방전 전류치의 정밀도가 나빠질 가능성이 있다. 이와 같은 경우, 극저온영역에서는 전류센서(16)로부터의 실측 충방전 전류(in)를 적산하여 SOC를 추정하는 쪽이 SOC의 정밀도는 높아진다.
실시형태 10.
< 전류검출수단을 가지는 제 10 장치예 >
[배터리충전상태 추정장치의 구성]
본 실시형태의 배터리충전상태 추정장치는, 상기 실시형태 1∼9와 동일한 구성을 가지기 때문에, 실시형태 1∼9와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
[배터리충전상태의 추정]
본 실시형태에서는 도 1의 전지 ECU(14)에 있어서, 이하에 나타내는 바와 같이 분극전압을 고려한 추정 충방전 전류를 행함과 동시에, 도 1에 나타내는 전지 ECU(14) 내에 뒤에서 설명하는 추정 충방전 전류(In)의 절대치가 소정치를 초과하고 있는지의 여부를 판정하여, 추정 충방전 전류(In)의 절대치가 소정치를 초과하고 있는 경우에는, 배터리의 충방전을 금지하는 충방전 금지장치가 설치되어 있어도 좋다.
도 13에 나타내는 바와 같이, IG가 온되면, 전압검출기(12)에 있어서, 릴레이(1), 릴레이(2)가 온되기 전에 초회 배터리전압(Vo)이 측정된다(S100). 다음에 이 초회 배터리전압(Vo)을 개방전압(Vocv1)으로 한다(S102). 이어서, 전압검출기(12)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리전압 (Vn)(n은 1∼n이고 0을 포함하지 않는다. 이하 동일)이, 또 전류센서(16)에 있어서 릴레이(1), 릴레이(2)의 온 후의 부하상태하에서의 현재 상태의 배터리 충방전 전류 (in)이, 또 배터리(10) 내의 전류밀도와 배터리의 셀 내의 전해질 또는 활성물질의 도전율에 의거하여 분극전압(Vdyn)이 측정된다(S344). 그리고 배터리전압(Vn)과 실측의 배터리전류(in)에 의거하여 배터리 내부저항(Rn )을 구한다(S346). 이어서 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압 (Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)과 분극전압(Vdyn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구한다(S348). 단, 이 S348에 있어서 추정 충방전 전류(In)의 연산의 초회시에는 상기 배터리의 개방전압(Vocvn-1)으로서 배터리의 실측 전압(Vo)을 사용한다.
이어서 추정 충방전 전류치(In)의 절대치가 소정치보다 큰지의 여부가 판정되어(S370), 추정 충방전 전류치(In)의 절대치가 소정치보다 큰 경우에는, 이상전류이기 때문에, 배터리의 충방전을 금지한다(S372). 한편 추정 충방전 전류치(In)의 절대치가 소정치 이하인 경우에는, 추정 충방전 전류치(In)를 적산하여 SOCn을 추정한다(S354). 그리고 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵을 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S112), 이 Vocvn-1을 기초로 다음 회의 SOC를 추정한다.
또한 상기 실시형태에서는 도 1에 나타내는 전류센서(16)에 의하여 측정된 실측 전류(in)를 사용하고 있으나, 이것에 한정되는 것이 아니고, 도 5에 나타내는 전류센서(16)를 사용하지 않고, 전압검출기(12)와 온도계(6)를 사용하여 실측의 전압과 배터리온도를 사용하여, 도 6에 나타내는 바와 같이, 전압검출기(12)에 있어서 현재 상태의 배터리전압(Vn), 또 온도계(26)에 있어서 현재 상태의 배터리온도(Tn)가 측정되고(S304), 미리 기억되어 있는 배터리온도(T)와 배터리의 내부저항(R)과의 상관관계의 맵을 사용하여 측정된 배터리온도(Tn)로부터 배터리 내부저항(Rn)을 추정하고 (S306), 그후, 도 13에 나타내는 바와 같이 실측의 배터리전압(Vn)과, 전회 추정의 충전상태(SOC)에 의거하여 구해진 배터리의 개방전압(Vocvn-1)과, 연산에 의하여 구해진 배터리 내부저항(Rn)과 분극전압(Vdyn)을 사용하여 추정 충방전 전류(In)를 구하고 (S348), 이어서 추정 충방전 전류치(In)의 절대치가 소정치(예를 들면, 절대치에서 120A)보다 큰지의 여부를 판정하여(S370), 상기와 같이 큰 경우에는 배터리의 충방전을 금지하고(S372), 한편, 추정 충방전 전류치(In)의 절대치가 소정치 이하인 경우에는 추정 충방전 전류치(In)를 적산하여 SOCn을 추정하고(S354), 미리 기억되어 있는 SOC와 개방전압(Vocv)과의 상관관계의 맵을 사용하여 구해진 SOCn에 의거하여 Vocvn-1을 구하고(S112), 이 Vocvn-1을 기초로 다음 회의 SOC를 추정하여도 좋다.
일반적으로 전류센서의 설계상, 항시 사용영역(예를 들면,- 120A∼120A)을 초과하면 정확한 전류치를 측정할 수 없다. 한편 분극전압을 고려한 상기한 추정 충방전 전류(In)의 쪽이, 상기 전류센서(16)에 의한 실측 충방전 전류(in)보다 광범위한 영역에서 측정 가능하다. 따라서 보다 광범위하고 정밀도가 높은 추정 충방전 전류 (In)가, 미리 이상 전류치로서 설치된 소정치를 초과하는 것을, 배터리의 충방전 금지조건으로 하는 것은 유효하다.
또, 상기 실시형태 1∼10의 어느 경우도, 소정의 시간마다 SOC를 추정하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 더욱 가까이의 배터리의 충방전상태를 파악할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 SOC 추정 정밀도를 잘 검출할 수 있다.
또한, 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기한 기재의 것에 한정되는 것이 아니다.
본 발명의 배터리충전상태 추정장치는, 예를 들면 차량탑재 배터리의 충전상태를 추정하는 용도에 사용된다.

Claims (19)

  1. 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출수단과,
    배터리의 내부저항을 추정하는 내부저항 추정수단과,
    상기 내부저항 추정수단에 의하여 구해진 배터리의 내부저항과 상기 배터리의 전압과 배터리의 개방전압에 의거하여 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하는 추정 충방전 전류 연산수단과,
    상기 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 구해진 추정 충방전 전류에 의거하여, 배터리의 충전상태(이하 SOC라 함)를 추정하는 SOC 추정수단과,
    상기 충방전 전류의 연산 초회시에는 배터리의 실측 전압을 상기 배터리의 개방전압으로 하고, 상기 연산 초회 이후는 전회 추정의 SOC에 의거하여 상기 배터리의 개방전압을 연산하는 개방전압 연산수단을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  2. 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출수단과,
    배터리의 상태로부터 배터리의 내부저항을 추정하는 내부저항 추정수단과,
    상기 내부저항 추정수단에 의하여 구해진 배터리의 내부저항과 상기 배터리의 전압과 배터리의 개방전압에 의거하여 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하는 추정 충방전 전류 연산수단과,
    상기 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 구해진 추정 충방전 전류에 의거하여, 배터리의 충전상태를 추정하는 제 1 SOC 추정수단과,
    상기 충방전 전류의 연산 초회시에는 배터리의 실측 전압을 상기 배터리의 개방전압으로 하고, 상기 연산 초회 이후는 전회 추정의 SOC에 의거하여 상기 배터리의 개방전압을 연산하는 개방전압 연산수단을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    배터리의 온도를 검출하는 온도검출수단을 더 가지고,
    상기 내부저항 추정수단은, 배터리의 온도로부터 내부저항을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단과,
    상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 실측 충방전 전류와 상기 전압검출수단에 의하여 검출된 배터리의 전압에 의거하여, 배터리의 내부저항을 연산하는 내부저항 연산수단과,
    상기 내부저항 추정수단에 의하여 추정되는 추정 내부저항을, 간헐적으로 상기 내부저항 연산수단에 의하여 구해진 내부저항에 의거하여 보정하는 내부저항 보정수단을 더 가지는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 내부저항 보정수단은, 상기 내부저항 연산수단에 의하여 구해진 내부저항과 실측 배터리온도로부터 추정 내부저항과 배터리의 온도와의 관계를 보정하는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  6. 배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단과,
    배터리의 전압을 검출하는 전압 검출수단과,
    상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 실측 충방전 전류와 상기 전압검출수단에 의하여 검출된 배터리의 전압에 의거하여, 배터리의 내부저항을 연산하는 내부저항 연산수단과,
    상기 내부저항 연산수단에 의하여 구해진 배터리의 내부저항과, 상기 배터리의 전압과 배터리의 개방전압에 의거하여 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하는 추정 충방전 전류 연산수단과,
    상기 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 구해진 추정 충방전 전류에 의거하여 배터리의 충전상태를 추정하는 제 2 SOC 추정수단과,
    상기 충방전 전류의 연산 초회시에는 배터리의 실측 전압을 상기 배터리의 개방전압으로 하고, 상기 연산 초회 이후는 전회 추정의 SOC에 의거하여 상기 배터리의 개방전압을 연산하는 개방전압 연산수단을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  7. 배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단과,
    배터리의 전압을 검출하는 전압 검출수단과,
    배터리의 상태로부터 배터리의 내부저항을 추정하는 내부저항 추정수단과,
    상기 내부저항 추정수단에 의하여 구해진 배터리의 내부저항과 상기 배터리의 전압과 배터리의 개방전압에 의거하여 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하는 제 1 추정 충방전 전류 연산수단과,
    상기 제 1 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 구해진 추정 충방전 전류에 의거하여 배터리의 충방전상태를 추정하는 제 1 SOC 추정수단과,
    상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 실측 충방전 전류와 상기 전압검출수단에 의하여 검출된 배터리의 전압에 의거하여, 배터리의 내부저항을 연산하는 내부저항 연산수단과,
    상기 내부저항 연산수단에 의하여 구해진 배터리의 내부저항과 상기 배터리의 전압과 배터리의 개방전압에 의거하여 배터리의 추정 충방전 전류를 연산하는 제 2 추정 충방전 전류 연산수단과,
    상기 제 2 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 구해진 추정 충방전 전류에 의거하여, 배터리의 충전상태를 추정하는 제 2 SOC 추정수단과,
    상기 배터리의 상태에 의거하여 상기 제 1 SOC 추정수단으로부터의 SOC와 상기 제 2 SOC 추정수단으로부터의 SOC를 전환하는 전환수단과,
    상기 충방전 전류의 연산 초회시에는 배터리의 실측 전압을 상기 배터리의 개방전압으로 하고, 상기 연산 초회 이후는 전회 추정의 SOC에 의거하여 상기 배터리의 개방전압을 연산하는 개방전압 연산수단을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 실측 충방전 전류치와 상기 추정 충방전 전류 연산수단에 의하여 연산된 추정 충방전 전류치를 비교하여, 양 충방전 전류치의 차가 소정 차보다 큰 경우에는 상기 전류 검출수단이 이상이라고 판정하고, 상기 차가 소정 차 이하인 경우에는 상기 전류 검출수단은 정상이라고 판정하는 이상 검출수단을 더 가지고,
    상기 전환수단은, 상기 이상 검출수단에 있어서 상기 전류 검출수단이 이상이라고 판정된 경우에는 제 1 SOC 추정수단으로부터의 SOC로 전환하고, 상기 이상 검출수단에 있어서 상기 전류 검출수단이 정상이라고 판정된 경우에는 제 2 SOC 추정수단으로부터의 SOC로 전환하는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  9. 제 3항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 온도 검출수단은, 배터리의 내부 또는 배터리 표면 또는 표면 근방에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 SOC 추정수단, 제 2 SOC 추정수단 또는 SOC 추정수단의 적어도 하나의 수단은, 소정시간마다 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  11. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단과,
    상기 SOC 추정수단 또는 제 1 SOC 추정수단에 의하여 추정된 SOC와, 상기 SOC 추정 중의 상기 전류 검출수단에 의하여 검출되는 배터리의 충방전 전류의 적산치에 의거하여, 배터리의 전체용량을 구하는 제 1 배터리 전체용량 산출수단과,
    상기 제 1 배터리 전체용량 산출수단에 의하여 얻어진 배터리 전체용량과, 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 실측 충방전에 의거하여 배터리의 충전상태를 추정하는 제 3 SOC 추정수단을 더 가지는 것을 특징으로 하는 배터리충방전상태 추정장치.
  12. 제 4항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 SOC 추정수단 또는 제 2 SOC 추정수단에 의하여 추정된 SOC와, 상기 SOC 추정 중의 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 충방전 전류의 적산치에 의거하여, 배터리의 전체용량을 구하는 제 2 배터리 전체용량 산출수단과,
    상기 제 2 배터리 전체용량 산출수단에 의하여 얻어진 배터리 전체용량과, 상기 전류 검출수단에 의하여 검출된 배터리의 실측 충방전 전류에 의거하여 배터리의 충전상태를 추정하는 제 4 SOC 추정수단을 더 가지는 것을 특징으로 하는 배터리의 충방전상태 추정장치.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 배터리 내부의 개별 셀의 각각의 잔류용량을 검출하는 잔류용량 검출수단과, 상기 잔류용량 검출수단의 각각으로부터 얻어진 상기 개별 셀의 잔류용량으로부터 최저 잔류용량을 검출하고, 상기 최저 잔류용량에 의거하여 배터리의 잔류 에너지량을 산출하는 잔류 에너지량 산출수단을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리의 충방전상태 추정장치.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추정 충방전 전류 연산수단 또는 제 1 충방전 전류 연산수단 또는 제 2 충방전 전류 연산수단은, 상기 배터리의 내부저항과 배터리의 전압과 배터리의 개방전압과 또한 분극전압에 의거하여, 배터리의 추정 충방전 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 배터리충방전상태 추정장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단에 의하여 검출된 실측 충방전 전류치와, 상기 추정 충방전 전류 연산수단 또는 제 1, 제 2 충방전 전류수단중 어느 하나로부터 구해진 추정 충방전 전류치를 비교하여, 양 전류치의 차가 소정차보다 큰 경우에는 상기 전류 검출수단이 이상이라고 판정하고, 상기 차가 소정치 이하인 경우에는 상기 전류 검출수단은 정상이라고 판정하는 전류검출용 이상 검출수단을 가지고,
    상기 전류검출용 이상 검출수단에 있어서 상기 전류 검출수단이 이상이라고 판단된 경우에는 상기 추정 충방전 전류치에 의거하여 SOC를 추정하고, 상기 전류 검출용 이상 검출수단에 있어서 상기 전류 검출수단이 정상이라고 판정된 경우에는 상기 실측 충방전 전류치를 사용하여 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리충방전상태 추정장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    배터리의 환경온도에 따라, 상기 배터리의 충방전 전류를 검출하는 전류 검출수단에 의하여 검출된 실측 충방전 전류치와, 상기 추정 충방전 전류 연산수단 또는 제 1, 제 2 충방전 전류수단 중 어느 하나로부터 구해진 추정 충방전 전류치의 어느것인가 한쪽을 선택하고, 선택된 충방전 전류치에 의거하여 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리충방전상태 추정장치.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 분극전압을 고려한 상기 배터리의 충방전 전류가 소정치를 초과한 경우에는 배터리의 충방전을 금지하는 충방전 금지수단을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리충방전상태 추정장치.
  18. 제 11항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 검출수단은, 배터리의 내부 또는 배터리 표면 또는 표면 근방에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
  19. 제 11항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 SOC 추정수단, 제 2 SOC 추정수단 또는 SOC 추정수단의 적어도 하나의 수단은, 소정시간마다 SOC를 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리충전상태 추정장치.
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