WO2015125537A1 - 二次電池システム - Google Patents
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- Y10S903/907—Electricity storage, e.g. battery, capacitor
Definitions
- the present invention relates to a secondary battery system.
- a battery control circuit that manages the state of a power storage element is mounted on a power supply device, a distributed power storage device, an electric vehicle, or the like that uses a power storage element such as a battery.
- a representative example of the state of the storage element managed by the battery control circuit is a state of charge (SOC).
- Patent Document 1 discloses the following invention.
- the first SOC value is obtained by integrating the charging / discharging current of the secondary battery, and the first SOC value is continuously calculated by adding the value divided by the battery capacity to the SOC initial value. After correcting the terminal voltage of the secondary battery obtained at the timing of switching between charging and discharging to approach the open circuit voltage, the SOC at that time is obtained as the second SOC value, and each time the second SOC value is obtained, The SOC initial value is updated with the second SOC value, and the integration calculation of the first integration value is restarted.
- Patent Document 1 The invention described in Patent Document 1 is effective in maintaining the SOC accuracy because the SOC error that expands as the current measurement values are integrated can be updated at the timing when charging / discharging is switched.
- Patent Document 1 it is necessary to calculate a correction value for correcting the terminal voltage obtained at the timing of switching between charge and discharge. In order to perform this correction, it is necessary to investigate the battery characteristics in advance, and in order to increase the accuracy of the correction, it is necessary to perform the investigation closely. Therefore, it was necessary to spend a lot of time for the investigation.
- a secondary battery system includes a CCV acquisition unit that acquires a charge CCV at a predetermined charging time in a battery charging period and a discharging CCV at a predetermined discharging time in a battery discharging period, A SOC calculation unit that calculates a charge SOC based on the CCV and calculates a discharge SOC based on the discharge CCV, and a divergence caused by a divergence between the CCV and the OCV included in the battery SOC based on the charge SOC and the discharge SOC A deviation SOC error reduction processing unit that calculates a corrected SOC with a reduced SOC error, and updates a battery SOC by replacing the battery SOC with the correction SOC calculated by the deviation SOC error reduction processing unit at a predetermined replacement time point.
- the cumulative SOC error is reduced by reducing the cumulative SOC error caused by the measurement error of the current value included in the battery SOC. Characterized in that it comprises a processing section, a.
- the figure for demonstrating the equivalent circuit of the battery in this invention. The figure which shows the voltage change of the cell 111 which made the time of charge into an example.
- the figure showing the example of SOC calculation in this invention. The flowchart figure showing the charging / discharging method of the battery in this invention.
- the figure showing the calculation timing of SOC calculation in this invention. The figure for demonstrating the modification of this invention.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the secondary battery system 100 according to the first embodiment and its surroundings.
- Secondary battery system 100 is connected to inverter 400 that performs PWM control of motor generator 410 via relays 300 and 310.
- the secondary battery system 100 is connected to the charger 420 via relays 320 and 330.
- Vehicle control unit 200 communicates with battery pack control unit 150, charger 420, and inverter 400.
- the secondary battery system 100 includes an assembled battery 110, a single battery management unit 120, a current detection unit 130, a voltage detection unit 140, an assembled battery control unit 150, a storage unit 180, and an insulating element 170 typified by a photocoupler.
- the assembled battery 110 includes a plurality of single battery groups 112.
- the case where it is configured from two cell groups that is, the case where it is configured from cell groups 112a and 112b (hereinafter may be collectively referred to as reference numeral 112) is shown.
- Each single cell group 112 includes a plurality of single cells 111.
- the current detection unit 130 detects a current flowing through the assembled battery 110.
- the voltage detection unit 140 detects the voltage of the assembled battery 110.
- the storage unit 180 includes a capacity when the assembled battery 110, the single battery 111, and the single battery group 112 are fully charged, a correspondence relationship between the SOC and an open circuit voltage (OCV), and various kinds of information necessary for estimating the SOC. Stores information such as setting values. Further, characteristic information such as the unit cell management unit 120, the unit cell control unit 121, and the assembled battery control unit 150 can be stored in the storage unit 180 in advance. Even if the operations of the secondary battery system 100, the assembled battery control unit 150, and the like stop, various information stored in the storage unit 180 is retained. Note that the storage unit 180 stores an SOC table 181 that indicates the correspondence between the SOC and the open circuit voltage. Details will be described in the explanation of FIG.
- the unit cell management unit 120 includes unit cell control units 121a and 121b corresponding to the unit cell groups 112a and 112b (hereinafter may be collectively referred to as reference numeral 121).
- the unit cell control unit 121 measures the battery voltage and temperature of the unit cells 111 constituting the unit cell group 112, monitors whether or not an abnormality has occurred, and the like.
- the unit cell management unit 120 manages the unit cell 111 indirectly by managing the unit cell control unit 121.
- the assembled battery control unit 150 includes a battery voltage and temperature of the unit cell 111 transmitted by the unit cell management unit 120 via the insulating element 170, a current value flowing through the assembled battery 110 transmitted by the current detection unit 130, and a voltage detection unit 140. A voltage value of the assembled battery 110 to be transmitted and a command to be appropriately transmitted by the vehicle control unit 200 are received as signals.
- the assembled battery control unit 150 uses the unit cell management unit 120, the current detection unit 130, the voltage detection unit 140, the above-described signal received from the vehicle control unit 200, the SOC table 181 stored in the storage unit 180, and the like. Then, calculations for detecting SOC, SOH, chargeable / dischargeable current and power, abnormal state, charge / discharge amount, and the like of the assembled battery 110 are executed.
- the assembled battery control unit 150 transmits a command for the cell control unit 121 to manage the cell 111 and the cell group 112 to the cell management unit 120 based on the calculation result.
- the assembled battery control unit 150 transmits the above-described calculation result and a command based on the calculation result to the vehicle control unit 200, and stores the above-described calculation result in the storage unit 180 as necessary.
- the vehicle control unit 200 controls the inverter 400 and the charger 420 using the information received from the assembled battery control unit 150. While the vehicle is traveling, the secondary battery system 100 is connected to the inverter 400 and drives the motor generator 410 using the energy stored in the assembled battery 110. At the time of charging, the secondary battery system 100 is connected to a charger 420 and is charged by supplying power from a household power supply or a charging stand.
- the charger 420 is used when charging the assembled battery 110 using an external power source represented by a home or a charging stand.
- the charger 420 is configured to control a charging voltage, a charging current, and the like based on a command from the vehicle control unit 200, but the control may be performed based on a command from the assembled battery control unit 150.
- the charger 420 may be installed inside the vehicle according to the configuration of the vehicle, the performance of the charger 420, the purpose of use, the installation conditions of the external power source, and the like, or may be installed outside the vehicle.
- the energy stored in the assembled battery 110 is connected to the inverter 400 under the management of the vehicle control unit 200. Is used to drive the motor generator 410. During regeneration, the assembled battery 110 is charged by the power generated by the motor generator 410.
- the secondary battery system 100 and the charger 420 are connected based on information transmitted by the vehicle control unit 200. It is connected and charged until the assembled battery 110 reaches a predetermined condition.
- the energy stored in the assembled battery 110 by charging is used when the vehicle is driven next time, or is used to operate electrical components inside and outside the vehicle. Further, if necessary, it may be discharged to an external power source represented by a household power source.
- FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the unit cell control unit 121.
- the cell control unit 121 includes a voltage detection circuit 122, a control circuit 123, a signal input / output circuit 124, and a temperature detection unit 125.
- the voltage detection circuit 122 measures the voltage between the terminals of each unit cell 111.
- the temperature detection unit 125 measures one temperature as a whole of the cell group 112 and treats the temperature as a temperature representative value of the cell 111 constituting the cell group 112.
- the temperature measured by the temperature detection unit 125 is used for various calculations for detecting the state of the cell 111, the cell group 112, or the assembled battery 110.
- the control circuit 123 receives the measurement results from the voltage detection circuit 122 and the temperature detection unit 125, and transmits the measurement results to the assembled battery control unit 150 via the signal input / output circuit 124. In addition, information can be transmitted to the voltage detection circuit 122 and the temperature detection unit 125 based on information from the signal input / output circuit 124. Note that a balancing circuit that is generally mounted in the unit cell control unit 121 and its surroundings, that is, a circuit that equalizes voltage and SOC variation between the unit cells 111 generated due to self-discharge, variation in consumption current, and the like is described. Was omitted.
- FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the SOC table 181 stored in the storage unit 180.
- the SOC table 181 is a data table describing a correspondence relationship between the OCV of the single battery 111 and the SOC of the single battery 111.
- the data format is arbitrary, but here it is shown in a graph format for convenience of explanation.
- the correspondence relationship between the OCV and the SOC can also be expressed by using a mathematical formula or the like. Other methods may be used as long as the method can convert from OCV to SOC or from SOC to OCV.
- the OCV of the unit cell 111 is acquired, and the SOC at the time t n when the OCV is acquired from the SOC table 181 shown in FIG. 3 is acquired.
- the SOC acquired from the SOC table 181 is called SOCv.
- the SOCv at time t n is shown as the following formula (1).
- SOCv (t n ) Map (OCV) (1)
- the SOCi obtained by the general SOC calculation method described above includes a first SOC error and a second SOC error described below.
- the current detector 130 detects the charge / discharge current I (t) in a form including measurement errors. This means that the time integration value ⁇ SOC (t) of the charge / discharge current shown by the above equation (2) includes an error. Even if the charge / discharge current I (t) is a small error, as the charge / discharge current time integrated value ⁇ SOC (t), the longer the integration time, the larger the error, which can be a large error.
- an error included in ⁇ SOC (t) is referred to as a first SOC error.
- OCV is defined as a voltage between terminals with no charge / discharge current and no time variation.
- the voltage between the terminals of the unit cell 111 measured when the relays 300, 310, 320, and 330 shown in FIG. 1 are open and the voltage of the unit cell 111 does not vary with time is OCV.
- the relays 300, 310, 320, and 330 are closed, charging / discharging of the assembled battery 110 has not started, or even after starting, the charging / discharging is stopped and left for a long time, so that the voltage of the unit cell 111 is increased.
- the voltage between the terminals of the cell 111 measured when the time does not vary can be regarded as OCV.
- the relays 300, 310, 320, and 330 are closed, and the above-described charging / discharging is not frequently performed. That is, there is almost no opportunity to obtain the OCV as a result while using the assembled battery 110.
- the object of the present invention is to remove the first SOC error included in ⁇ SOC (t). For this purpose, it is necessary to re-detect the SOC from the battery voltage while the assembled battery 110 is being used (the relays 300, 310, 320, and 330 are closed). There is little opportunity to obtain an OCV in the closed state. Therefore, it is considered that the SOCv shown in the equation (1) is acquired by using the battery voltage during charging / discharging, that is, a so-called closed circuit voltage (CCV) and the above-described SOC table 181. As will be described later, the CCV has a factor that deviates from the OCV.
- CCV closed circuit voltage
- an SOC error occurs when the SOCV is obtained from the SOC table 181 in FIG.
- this error is referred to as a second SOC error.
- the present invention also removes the second SOC error. At this time, it is not necessary to calculate a correction value for conversion to OCV, and it is not necessary to perform complicated arithmetic processing or battery characteristic investigation.
- FIG. 4 is an example of a circuit diagram showing an equivalent circuit of the unit cell 111.
- the unit cell 111 includes a voltage source 113, an internal resistance 114, an impedance 115, and a capacitance 116.
- the impedance 115 and the capacitance 116 are connected in parallel, and the parallel connection pair, the voltage source 113, and the internal resistance 114 are connected in series.
- CCV is defined as the voltage between the terminals of the unit cell 111 when the charging / discharging current flows or when the voltage fluctuates in time due to the influence of the current that has flowed in the past even if no current flows. Yes.
- the charge / discharge current is I
- the internal resistance 114 is R
- the voltage component due to the impedance 115 and the capacitance 116 is Vp
- CCV includes OCV, IR, and , Vp are included as components.
- CCV OCV + IR + Vp (4)
- OCV is the voltage across the voltage source 113, and is the voltage across the terminals of the unit cell 111 when the charge / discharge current is not flowing and the voltage is constant over time.
- IR is a voltage component resulting from the internal resistance 114.
- Vp is a polarization voltage and is a voltage component resulting from a parallel connection pair of the impedance 115 and the capacitance 116.
- CCV contains voltage components such as IR and Vp, it deviates from OCV.
- FIG. 5 is a diagram showing the change over time of the voltage between the terminals of the single battery 111 taking charge as an example.
- the voltage is constant over time. This voltage is OCV.
- OCV OCV
- the voltage jumps by IR, and Vp is generated.
- the voltage decreases by IR, and Vp does not decrease immediately after stopping charging, and it takes time to reduce the voltage. Because of this Vp behavior, it is not possible to obtain an OCV immediately after charging.
- FIG. 6 shows a time change related to the voltage of the unit cell 111 during charging and discharging.
- FIG. 6A shows an example during charging
- FIG. 6B shows an example during discharging.
- the CCV during charging is higher than the OCV
- the CCV during discharging is lower than the OCV.
- the present invention takes advantage of this property.
- the CCV at the time of charging in FIG. 6A is regarded as the OCV and the SOC is acquired from the relationship shown in FIG. 3, the acquired SOC is also higher than the SOC true value because the CCV is higher than the OCV. That is, the second SOC error during charging is in the positive direction.
- the CCV is lower than the OCV, so that the acquired SOC is also lower than the SOC true value. That is, the second SOC error at the time of discharge is negative.
- the second SOC error that occurs when obtaining the SOC from the CCV can be reduced. I thought it was possible.
- the SOC of the assembled battery 110 is obtained from the voltage of the assembled battery 110 by the following method. First, the voltage of the battery pack 110 is divided by the number of series to be converted into the voltage of the unit cell 111. Next, the voltage of the unit cell 111 is input to the SOC table 181 of FIG. 3 and converted to SOC, which is used as the SOC of the battery pack 110.
- FIG. 7 shows the SOC calculation in the first embodiment.
- the charging period and the discharging period in the first embodiment will be defined.
- a period has a beginning and an end.
- the start and end of the charging period in the first embodiment are as follows.
- the start of the charging period in the first embodiment is when charging is started, that is, when charging current starts to flow.
- the end of the charging period in the first embodiment is when discharge is started.
- FIG. 7A shows a charging period as an example.
- the start and end of the discharge period in the first embodiment are as follows. -The beginning of the discharge period in the first embodiment is when the discharge is started, that is, when the discharge current starts to flow. The end of the discharge period in the first embodiment is when charging is started.
- the period divided by the start and end is the discharge period in the first embodiment.
- FIG. 7A shows the discharge period as an example.
- FIG. 7A shows the battery voltage
- FIG. 7B shows the SOC.
- the SOC calculation is performed from the CCV.
- the SOC initial value that is, SOCv (t 1 )
- SOCv (t 2 ) is obtained from the SOC table 181 shown in FIG. 3 using the CCV when the charging current or the discharging current is small so that the SOC can be acquired under conditions as close to the OCV as possible.
- SOCv (t 2 ), SOCv (t 3 ), SOCv (t 4 ) are calculated and acquired.
- the charge / discharge current is integrated over time, and the result is added to the SOCv, and the SOC is momentarily obtained. (T) is acquired.
- the SOC initial value is referred to as SOCv
- SOCi the subsequent SOC thereafter
- calculating SOCi is referred to as SOCi calculation.
- the second SOC error in the opposite direction occurs during charging and discharging. Therefore, the SOCi (hereinafter referred to as charge SOCi) that has started SOCi calculation from the time of charging and the SOCi (hereinafter referred to as discharge SOCi) that has started the SOCi calculation from the time of discharge are paired (hereinafter referred to as SOCi). A pair), and an averaged SOCi (hereinafter referred to as averaged SOCi) is obtained by performing an averaging process.
- SOCi1 (t) which is the charging SOCi
- SOCi2 (t) which is the discharge SOCi
- the SOCi can be acquired. This averaged SOCi is recognized as the SOC of the battery pack 110. Note that the second SOC error is reduced by the averaging process described above.
- averaging processing for the time t 3 is a charge SOCi SOCi3 (t) only been acquired is not performed, the time t 4 later is the discharge SOCi SOCi4 (t) for also be able to get, It is possible to obtain an averaged SOCi that is a pair of SOCi3 (t) and SOCi4 (t).
- the averaged SOCi obtained by pairing SOCi1 (t) and SOCi2 (t), which have been recognized as the SOC of the battery pack 110, is updated with the averaged SOCi obtained by pairing SOCi3 (t) and SOCi4 (t).
- the averaged SOCi obtained by pairing SOCi3 (t) and SOCi4 (t) is recognized as the SOC of the new assembled battery 110.
- the averaged SOCi in which SOCi1 (t) and SOCi2 (t) are paired has a time integration error of charge / discharge current, that is, the first SOC error is higher than the averaged SOCi in which SOCi3 (t) and SOCi4 (t) are paired. As a result, the first SOC error is reduced by this update.
- the average SOCi is obtained for one charge SOCi and one discharge SOCi.
- the average SOCi includes at least one charge SOCi and one discharge SOCi, the second SOC error can be reduced. . Therefore, for example, the average SOCi may be obtained by using the same number of charging SOCi and discharging SOCi, such as three charging SOCi and three discharging SOCi, and the effect of reducing the second SOC error is reduced, but different numbers It is also possible to obtain an averaged SOCi by charging SOCi and discharging SOCi (for example, two charging SOCi and three discharging SOCi).
- FIG. 8 shows an example in which five SOCi pairs are held and average processing is performed with a total of 10 SOCi.
- the average processing buffer shown in FIG. 8 can hold five SOCi pairs. If five SOCi pairs are held, averaged SOCi is obtained from the five SOCi pairs. When the latest SOCi pair can be obtained, the oldest SOCi pair is discarded and the latest SOCi pair is taken into the average processing buffer.
- the first SOC error is the smallest. Contains a lot. The latest SOCi pair does not include the first SOC error most. Therefore, the first SOC error can be reduced by discarding the oldest SOCi pair and taking in the latest SOCi pair as described above. Depending on the setting, it is possible to select whether averaging is performed with the SOCi pair held at that time until 5 SOCi pairs are held, or whether averaging is not performed until 5 SOCi pairs are held.
- step S11 the SOC acquisition procedure of the assembled battery 110 in the first embodiment using the average process shown in FIG. 8 will be described.
- This process is performed by the CPU executing a program stored in the ROM of the assembled battery control unit 150.
- the assembled battery control unit 150 performs step S11. Then, it is determined whether or not the charging current or discharging current detected by the current detection unit 130 continues for the threshold value X seconds stored in the storage unit 180. If a positive determination is made in step S11, the process proceeds to the next step S12.
- step S ⁇ b> 12 the assembled battery control unit 150 obtains an average value of the charging current or discharging current, and determines whether or not the average value exceeds the threshold value Y stored in the storage unit 180. If step S12 is positive, the process proceeds to the next step S13. In step S ⁇ b> 13, the assembled battery control unit 150 determines whether the current value detected by the current detection unit 130 is lower than the threshold value Z stored in the storage unit 180. When step S13 is affirmed, in step S14, the assembled battery control unit 150 acquires the SOCv from the CCV obtained from the single cell management unit 120 or the voltage detection unit 140, and starts the SOCi calculation using this as the SOC initial value. Let
- step S21 of the second process the assembled battery control unit 150 determines the direction in which the current measured by the current detection unit 130 flows.
- the charge / discharge current opposite to the charge / discharge current detected in the first process that is, when the SOCi calculation related to the charge current is executed in the first process, the second process is executed for the discharge current.
- the second process is performed on the charge current.
- step S21 the assembled battery control unit 150 determines whether or not the current detected by the current detection unit 130 continues for X seconds or more. If a positive determination is made in step S21, the process proceeds to the next step S22.
- step S ⁇ b> 22 the assembled battery control unit 150 obtains an average value of the charging current or discharging current, and determines whether or not the average value exceeds the threshold Y stored in the storage unit 180. If step S22 is positive, the process proceeds to the next step S23. In step S ⁇ b> 23, the assembled battery control unit 150 determines whether the current value detected by the current detection unit 130 is lower than the threshold value Z stored in the storage unit 180. When step S23 is affirmed, in step S24, the battery pack control unit 150 acquires the SOCv from the CCV obtained from the single cell management unit 120 or the voltage detection unit 140, and starts the SOCi calculation using the SOCv as the initial SOC value. Let
- the assembled battery control unit 150 pairs the SOCi started in the first process and the SOCi started in the second process, and performs an average process when five pairs are prepared, and the result is obtained as the SOC of the assembled battery 110. Recognize. By this averaging process, it is possible to suppress the second SOC error included in the charge SOCi and the second SOC error of the discharge SOCi caused by the difference between the CCV and the OCV.
- the first process and the second process in FIG. 9 can be changed as follows.
- the first process the amount of current that is charged or discharged is counted.
- the battery pack control unit 150 obtains the SOCv from the CCV obtained from the single cell management unit 120 or the voltage detection unit 140, and performs the SOCi calculation using this as the SOC initial value. Let it begin.
- the second process the current flowing direction measured by the current detector 130 is determined, and the charge / discharge current opposite to the charge / discharge current detected in the first process, that is, the charge current in the first process.
- the second process is executed for the discharge current.
- the second process is executed for the charge current.
- the amount of current in the direction opposite to that in the first process is counted, a current amount equivalent to that in the first process is detected, and if the instantaneous current falls below the threshold value Z after that, the assembled battery control unit 150
- the SOCv is acquired from the CCV obtained from the management unit 120 or the voltage detection unit 140, and the SOCi calculation is started using this as the SOC initial value.
- the assembled battery control unit 150 pairs the SOCi started in the first process and the SOCi started in the second process, and performs an average process when the five pairs are prepared. The result is the SOC of the battery pack 110.
- FIG. 10 (a1) shows the time change of the charging current in the pattern 1 in which charging is continued
- FIG. 10 (a2) shows the time change of the SOC
- FIG. 10 (b1) shows the time change of the discharge current in the pattern 2 in which discharge continues
- FIG. 10 (b2) shows the time change of the SOC. Since neither pattern 1 nor pattern 2 is switched between charge and discharge, the present invention cannot be applied to these patterns, and the improvement effect of the first SOC error and the second SOC error cannot be obtained.
- FIG. 11 (a1) shows the time change of the charge / discharge current in the pattern 3 in which charging and discharging are alternately repeated, and (a2) shows the time change of the SOC.
- FIG. 11 (b1) shows the time change of the charge / discharge current in the pattern 4 in which the discharge is repeated twice after the charge is continued twice, and (b2) shows the time change of the SOC. .
- the pattern 3 and the pattern 4 also have a positive direction as an offset due to the measurement error of the current detection unit 130 that causes the first SOC error.
- A1, A2, A3, and A4 are attached from the earliest time with respect to the charge of the pattern 3, and B1, B2, B3, and B4 are given from the earliest time with respect to the discharge of the pattern 3.
- C1, C2, C3, C4 are attached from the earliest time with respect to the charging of the pattern 4, and D1, D2, D3, D4 from the earliest time with respect to the discharging of the pattern 4.
- a reference numeral Further, in FIG.
- ⁇ (white circle) indicates charging that contributes to securing the SOCi pair
- ⁇ (black circle) indicates discharge that contributes to securing the SOCi pair
- ⁇ (X) indicates charging / discharging that does not contribute to securing the SOCi pair.
- the first SOC error continues to accumulate.
- an SOCi pair can be created and an averaging process can be performed to obtain an averaged SOCi. Therefore, by replacing the averaged SOCi so far, the assembled battery 110 It is possible to reduce the first SOC error. Further, the second SOC error can be reduced by the averaging effect while reducing the first SOC error.
- the present invention is applied to the pattern 3 and the pattern 4, and the above-described properties of the present invention will be specifically described.
- the secondary battery system of 1st Embodiment has the following effects.
- the SOC error caused by the difference between the OCV and the CCV that is, the second SOC error.
- the amount of calculation processing and the battery charge / discharge test amount for battery characteristic investigation can be reduced.
- OCV CCV-IR-Vp (5)
- the CCV can be corrected and the OCV can be obtained.
- the cell characteristics such as the internal resistance 114, the impedance 115, the capacitance 116, and the like are investigated in advance by charging and discharging the cell 111. There is a need. Furthermore, arithmetic processing using these battery characteristics is required.
- the second SOC error due to the difference between the CCV and the OCV can be corrected without obtaining these battery characteristics.
- the averaged SOCi that has been used as the SOC of the assembled battery 110 at that time is replaced with the averaged SOCi. Update the SOC.
- the second SOC error included in the charge SOCi and the second SOC error included in the discharge SOCi due to the difference between the CCV and the OCV. Further, if the averaged SOCi is updated, the first SOC error can also be reduced. (IV) If the averaged SOCi includes at least one charge SOCi and one discharge SOCi, the second SOC error can be reduced.
- the average SOCi may be obtained by using the same number of charging SOCi and discharging SOCi, such as three charging SOCi and three discharging SOCi, and the effect of reducing the second SOC error is reduced, but different numbers It is also possible to obtain an averaged SOCi by charging SOCi and discharging SOCi (for example, two charging SOCi and three discharging SOCi). Further, if the averaged SOCi is updated, the first SOC error can also be reduced.
- the secondary battery system of the present invention is The SOCv is acquired from the charging CCV at a predetermined charging time point in the charging period of the assembled battery 110, and the SOCv is acquired from the discharging CCV at a predetermined discharging time point in the discharging period of the assembled battery 110. Then, the charge SOCi is calculated based on the charge CCV, and the discharge SOCi is calculated based on the discharge CCV.
- a corrected SOC (averaged SOCi) in which a deviation SOC error (second SOC error) caused by a deviation between the CCV and the OCV included in the SOC of the assembled battery 110 is reduced is calculated.
- the SOC of the assembled battery 110 is updated by replacing the SOC of the assembled battery 110 with the calculated corrected SOC, thereby charging or discharging the assembled battery 110 included in the SOC of the assembled battery 110. Accumulated SOC error (first SOC error) due to current value measurement error is reduced.
- the first SOC error and the second SOC error included in the SOC of the assembled battery 110 can be easily removed, and the SOC accuracy of the assembled battery 110 can be improved.
- a case where the present invention is applied to a secondary battery system mounted on a vehicle system mounted on a hybrid vehicle (HEV) and a plug-in hybrid vehicle (PHEV) will be described as an example. To do.
- the definition regarding a charge period and a discharge period is the same as that of 1st Embodiment. Further, the description of the same parts as in the first embodiment is omitted.
- the present invention cannot be applied when only charging continues or when only discharging continues. Therefore, in 2nd Embodiment, when only charge continues or when only discharge continues, reverse charge / discharge operation is forced. Details will be described below.
- FIG. 12 shows a processing flow to be added to the assembled battery control unit 150 in the second embodiment.
- the charge / discharge status of the battery pack 110 configured by the single cells 111 is monitored, and when charging continues for a predetermined time W or longer, discharging and discharging continue for a predetermined time W or longer.
- a reverse current request for charging is transmitted to the vehicle control unit 200.
- the vehicle control unit 200 operates a vehicle electrical component or the like (not shown) to discharge the assembled battery 110 or drive the motor generator 410 to discharge the assembled battery 110.
- the battery pack 110 is charged by operating a generator such as an alternator (not shown) mounted on the vehicle.
- the present invention is applied to a secondary battery system mounted on a vehicle system mounted on a hybrid vehicle (HEV), a plug-in hybrid vehicle (PHEV), and an electric vehicle (EV). Will be described as an example.
- HEV hybrid vehicle
- PHEV plug-in hybrid vehicle
- EV electric vehicle
- the definition regarding a charge period and a discharge period is the same as that of 1st Embodiment. Further, the description of the same parts as in the first embodiment is omitted.
- the OCV is estimated from the CCV, and the SOCv is detected from the OCV estimated value.
- the estimation of OCV can be realized by using equation (5) and the equivalent circuit model of FIG.
- the battery characteristics such as the internal resistance 114, the impedance 115, and the capacitance 116 need to be extracted from the charge / discharge test data of the battery and stored in the storage unit 180 beforehand. Must be prepared in advance.
- an IR drop or Vp cannot be subtracted, or an OCV error occurs due to the influence of the IR drop or Vp being subtracted too much.
- an OCV error occurs in the positive direction during charging, and an OCV error occurs in the negative direction during discharging.
- an OCV error occurs in the minus direction during charging, and an OCV error occurs in the plus direction during discharging.
- this SOCV error causes an SOC error in the same direction, in this embodiment, the SOCv including the SOC error caused by the OCV error described above is detected during charging and discharging, and the SOCi calculation is executed and averaged.
- an SOCi pair is created and averaged using the charging SOCi acquired from the charging period by the charger 420 and the discharging SOCi acquired from the other discharging period during which the vehicle is mainly traveling. Get SOCi.
- a period has a beginning and an end.
- the beginning and end of the charging period in the fourth embodiment are as follows. -The beginning of the charging period in the fourth embodiment is when the secondary battery system 100 is connected to the charger 420. The end of the charging period in the fourth embodiment is when the secondary battery system 100 is disconnected from the charger 420.
- the period divided by the beginning and the end is the charging period in the fourth embodiment.
- the discharge period in the fourth embodiment is a period other than the charge period defined above. That is, -The beginning of the discharge period in the fourth embodiment is when the secondary battery system 100 is disconnected from the charger 420. In the fourth embodiment, the end of the discharge period is when the secondary battery system 100 is connected to the charger 420.
- the period divided by the start and end is the discharge period in the fourth embodiment.
- the charging period and the discharging period are defined as described above, during the charging period, a discharging operation is performed, for example, charging for auxiliary equipment batteries or supplying power to devices connected inside and outside the vehicle is performed.
- a charging operation such as regenerative charging is performed.
- the charging operation is dominant during the charging period, and the discharging operation is dominant during the discharging period. Therefore, the second SOC error is positive during the charging period. It is considered that the second SOC error occurs in the minus direction during the direction and the discharge period.
- the timing for detecting the SOCv from the CCV is preferably selected other than the time when the discharging operation is performed during the charging period, and other than the time when the charging operation is performed during the discharging period. It is preferable to set the SOCv detection timing when the charging current is equal to or lower than a predetermined threshold value and the discharging current is equal to or lower than the predetermined threshold value during the discharging period. Even when a discharge current during the charge period and a charge current during the discharge period are generated, it is possible to apply a process that allows it to be within a predetermined threshold.
- FIG. 13 shows the calculation timing of the SOC calculation in the fourth embodiment.
- the charging mode is set, and the period is set as the charging period.
- the discharge mode is set, and the period is set as the discharge period.
- the SOCv is detected by detecting the SOCv from the CCV during the charging period other than the time during which the discharging operation is performed during the charging period.
- the SOCv is obtained by detecting the SOCv from the CCV in a discharge period other than the time during which the charging operation is performed in the discharge period.
- an SOCi pair is created using the obtained charge SOCi and discharge SOCi, and an averaged SOCi is obtained by performing an averaging process using the SOCi pair.
- the SOCv detection timing from the CCV is the end of charging when the charging current is small in the charging period or at the end of charging, and the stop or vehicle driving end when the discharging current is small in the discharging period. ing.
- the present invention was applied.
- the charge SOCi and the discharge SOCi that form a pair of SOCi pairs are calculated every moment, and the averaged SOCi is calculated every moment by performing the averaging process every moment.
- such averaged SOCi is calculated by a method different from that of the first to fourth embodiments.
- the SOCi calculated every moment is obtained by adding the time integration value of the charging / discharging current after obtaining the SOCv according to the equation (1). Since there is a time difference between the times when charging SOCi and discharging SOCi start to be calculated, the time integration value of the charging / discharging current is different by the time difference. However, the charge SOCi and the discharge SOCi are equal with respect to the time integration after the time at which the later of the charge SOCi and the discharge SOCi starts to be calculated. This modification is based on such a phenomenon.
- the present invention can be realized by calculating the charge SOCi first or the discharge SOCi first, the SOCi calculated first is referred to as a first SOCi for the sake of simplicity.
- the calculated SOCi is referred to as a second SOCi.
- FIG. 14 shows a process of calculating the averaged SOCi by averaging the first SOCi and the second SOCi.
- the figure does not represent the increase or decrease of SOC.
- Time the 1SOCi is first calculated, i.e., the time at which the SOCv of the 1SOCi obtain a time t 1
- a certain time after time t 2 is set as time t.
- the SOCv of the first SOCi is A
- the SOCv of the second SOCi is B
- the time integration ⁇ SOC (t) of the charge / discharge current at time t 1 to t 2 is C
- the charge at time t 2 to t is Let D be the time integration ⁇ SOC (t) of the discharge current.
- the first SOCi is A + C
- the second SOCi is B
- the averaged SOCi is (A + C + B) / 2.
- Equation (7) The first term on the right side of Equation (7) is the averaged SOCi at time t 2 , and the second term on the right side of Equation (7) is D, that is, the charge / discharge current time from time t 2 to t.
- the averaging process of the first SOCi and the second SOCi is performed after the time t 2 in order to obtain the averaged SOCi every moment.
- the subsequent is simply adds the [Delta] SOC (t) averaging SOCi treated averaged with time t 2, the time The averaged SOCi at (t) can be obtained.
- this modification can reduce the amount of calculation and the memory consumption used for the calculation.
- the present modification can be similarly applied to the case where the averaged SOCi is obtained by averaging with two discharge SOCi.
- the SOCi acquisition time of the SOCi that acquired the latest SOCv that is, the averaged SOCi at the SOCi calculation start time of the SOCi that acquired the latest SOCv, ⁇ SOC (t) Should be added.
- each of the above-described configurations, functions, processing units, etc. can be realized as hardware by designing all or a part thereof, for example, with an integrated circuit, or the processor executes a program for realizing each function. By doing so, it can also be realized as software.
- Information such as programs and tables for realizing each function can be stored in a storage device such as a memory or a hard disk, or a storage medium such as an IC card or a DVD.
- the lithium ion secondary battery is a single battery, and this is connected in series to configure the assembled battery.
- the assembled battery is configured by connecting in series the single batteries.
- the assembled battery may be configured by connecting in series the single cells connected in series. Including parallel connection may cause individual differences in the charge / discharge current flowing in the unit cells 111.
- the number of installed current detection units 130 is changed, and the charge / discharge current flowing in each unit cell 111 is changed.
- the discharge current value may be detected, or an average current flowing through the unit cell 111 may be obtained and the SOC calculation may be executed based on the average current.
- the average SOCi is calculated when a predetermined number of the charge SOCi and the discharge SOCi are obtained, and the battery SOC is updated by replacing the SOC of the battery so far with the average SOCi.
- the update time may be after the time when the SOC SOCi and the discharge SOCi are equal to each other by a predetermined number and the averaged SOCi is calculated. Therefore, it is not always necessary that the replacement SOC and the point of time when the SOC SOCi and the discharge SOCi are equal to a predetermined number and the averaged SOCi is calculated.
- the present invention has been considered for detecting the SOC of the assembled battery 110, but the present invention can also be considered by the single cell 111 or the single cell group 112.
- 100 secondary battery system
- 110 assembled battery
- 111 single battery
- 112, 112a, 112b single cell group
- 120 single cell management unit
- 121, 121a, 121b unit cell control unit
- 122 voltage detection circuit
- 123 Control circuit
- 124 Signal input / output circuit
- 125 Temperature detection unit
- 130 current detection unit
- 140 voltage detection unit
- 150 assembled battery control unit
- 170 insulating element
- 180 storage unit
- 181 SOC table
- 200 Vehicle control unit
- 400 Inverter
- 410 motor generator
- 420 charger
- A1 to A4, C1 to C4 Charge
- B1 to B4, D1 to D4 Discharge
Landscapes
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Abstract
電池特性を取得せずに、かつ、簡便な演算で、電池のSOCを取得することができる二次電池システムの提供。 本発明に係る二次電池システムは、充電期間に取得したCCVでSOCの初期値を求め、さらに、そのSOCの初期値に充放電電流積算分を付加して時々刻々のSOC(充電SOC)を取得し、放電期間に取得したCCVでSOCの初期値を求め、さらに、そのSOCの初期値に充放電電流積算分を付加して時々刻々のSOC(放電SOC)を取得し、充電SOCと放電SOCを平均化することで真値に近いSOCを取得することを特徴とする。
Description
本発明は、二次電池システムに関する。
電池等の蓄電素子を用いた電源装置、分散型電力貯蔵装置、電気自動車等では、蓄電素子の状態を管理する電池制御回路が搭載されている。電池制御回路が管理する蓄電素子の状態を示す指標としては、充電状態(State of Charge:SOC)などが代表的な例である。
SOCを推定する方法の一つとして、電池に出入りした電流値を測定して積分する方法がある。この方法では、電流測定値に含まれる測定誤差も積分してしまうため、時間の経過と共にSOC誤差が拡大するという課題がある。
上記課題を解決するために、特許文献1では、以下のような発明が開示されている。
二次電池の充放電電流を積算して第1の積算値を求め、電池容量で割ったものをSOC初期値に加算して第1のSOC値を継続的に算出する。充電と放電とが切り替わるタイミングで得た二次電池の端子電圧を開放電圧に近づける補正をしてからその時点でのSOCを第2のSOC値として求め、第2のSOC値を求めるたびに、前記SOC初期値をその第2のSOC値で更新して前記第1の積算値の積算演算を再開始させる。
特許文献1に記載の発明では、電流測定値を積算していくに従って拡大するSOC誤差を、充放電が切替るタイミングで更新できるため、SOC精度を維持するのに有効である。
しかしながら、特許文献1に記載の発明においては、充放電の切替りのタイミングで得た端子電圧を補正するための補正値を算出する必要がある。この補正を行うためには、事前に電池特性を調査する必要があり、その補正の精度を高くするためには、当該調査を綿密に行う必要がある。そのため、当該調査に多くの時間を割く必要があった。
請求項1の発明による二次電池システムは、電池の充電期間における所定の充電時点では充電CCVを、および、電池の放電期間における所定の放電時点では放電CCVをそれぞれ取得するCCV取得部と、充電CCVに基づいて充電SOCを算出し、放電CCVに基づいて放電SOCを算出するSOC算出部と、充電SOCと放電SOCとに基づいて、電池のSOCに含まれるCCVとOCVの乖離に起因する乖離SOC誤差を低減した補正SOCを算出する乖離SOC誤差低減処理部と、所定の置換時点において、乖離SOC誤差低減処理部によって算出された補正SOCで電池のSOCを置き換えて電池のSOCを更新することで、電池のSOCに含まれる電流値の測定誤差に起因する累積SOC誤差を低減する累積SOC誤差低減処理部と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る二次電池システムによれば、電池特性の調査に多くの時間を割く必要がない。よって、簡便に正確なSOCを算出することができる。
――第1実施形態――
第1実施形態では、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、および、電気自動車(EV)に搭載される車両システムに搭載される二次電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
第1実施形態では、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、および、電気自動車(EV)に搭載される車両システムに搭載される二次電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
図1は、第1実施形態の二次電池システム100とその周辺の構成を示す図である。二次電池システム100は、モータジェネレータ410をPWM制御するインバータ400に、リレー300、310を介して接続される。また、二次電池システム100は、リレー320、330を介して充電器420に接続される。車両制御部200は、組電池制御部150、充電器420、および、インバータ400と通信する。
二次電池システム100は、組電池110、単電池管理部120、電流検知部130、電圧検知部140、組電池制御部150、記憶部180、フォトカプラに代表される絶縁素子170を備える。
組電池110は、複数の単電池群112から構成されている。ここでは、2つの単電池群から構成されている場合、すなわち、単電池群112a、112b(以下、総称して符号112とする場合もある)から構成されている場合を示している。各単電池群112は、複数の単電池111から構成される。
電流検知部130は、組電池110に流れる電流を検知する。電圧検知部140は、組電池110の電圧を検知する。
記憶部180には、組電池110、単電池111、単電池群112の満充電時の容量、SOCと開回路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)の対応関係、SOCを推定する際に必要な各種設定値などの情報が格納される。さらに、単電池管理部120、単電池制御部121、組電池制御部150などの特性情報についても記憶部180にあらかじめ記憶することができる。二次電池システム100や組電池制御部150等の動作が停止しても、記憶部180に記憶した各種情報は保持される。なお、記憶部180は、SOCと開回路電圧の対応関係を示すものとして、SOCテーブル181を格納している。詳しくは、図3の説明箇所で述べる。
単電池管理部120は、単電池群112aと112bに対応する単電池制御部121aと121b(以下、総称して符号121とする場合もある)を備えている。単電池制御部121は、単電池群112を構成する単電池111の電池電圧や温度などの測定や、異常が生じていないかの監視等を行う。
単電池管理部120は、単電池制御部121を管理することで、間接的に単電池111を管理する。
単電池管理部120は、単電池制御部121を管理することで、間接的に単電池111を管理する。
組電池制御部150は、単電池管理部120が絶縁素子170を介して送信する単電池111の電池電圧や温度、電流検知部130が送信する組電池110に流れる電流値、電圧検知部140が送信する組電池110の電圧値、車両制御部200が適宜送信する指令を信号として受信する。
組電池制御部150は、単電池管理部120、電流検知部130、電圧検知部140、車両制御部200から受信した上述の信号、および、記憶部180に格納されているSOCテーブル181などを用いて、組電池110のSOC、SOH、充電・放電可能な電流や電力、異常状態、充放電量などを検知するための演算などを実行する。組電池制御部150は、上述の演算結果に基づいて単電池制御部121が単電池111や単電池群112を管理するための指令を単電池管理部120に送信する。また、組電池制御部150は、上述の演算結果や演算結果に基づく指令などを車両制御部200に送信する他、必要に応じて記憶部180に上述の演算結果を記憶させる。
車両制御部200は、組電池制御部150から受信した情報を用いて、インバータ400および充電器420を制御する。車両走行中には、二次電池システム100はインバータ400と接続され、組電池110が蓄えているエネルギーを用いて、モータジェネレータ410を駆動する。充電の際には、二次電池システム100は充電器420と接続され、家庭用の電源または充電スタンドからの電力供給によって充電される。
充電器420は、家庭または充電スタンドに代表される外部の電源を用いて組電池110を充電する際に用いられる。本実施形態では、充電器420は車両制御部200からの指令に基づき充電電圧や充電電流などを制御する構成としているが、組電池制御部150からの指令に基づき制御を実施してもよい。また、充電器420は車両の構成、充電器420の性能、使用目的、外部の電源の設置条件などに応じて車両内部に設置してもよいし、車両の外部に設置することもできる。
二次電池システム100を搭載した車両システムが始動して走行する場合には、車両制御部200の管理のもと、二次電池システム100はインバータ400に接続され、組電池110が蓄えているエネルギーを用いてモータジェネレータ410を駆動し、回生時はモータジェネレータ410の発電電力により組電池110が充電される。二次電池システム100を備える車両が家庭用または充電スタンドに代表される外部の電源と接続された際には、車両制御部200が発信する情報に基づき二次電池システム100と充電器420とが接続され、組電池110が所定の条件になるまで充電される。充電によって組電池110に蓄えられたエネルギーは、次回の車両走行時に利用されるか、車両内外の電装品等を動作させるためにも利用される。さらに必要に応じて、家庭用の電源に代表される外部電源へも放出する場合がある。
図2は、単電池制御部121の回路構成を示す図である。単電池制御部121は、電圧検出回路122、制御回路123、信号入出力回路124、温度検知部125を備える。
電圧検出回路122は、各単電池111の端子間電圧を測定する。
温度検知部125は、単電池群112全体として1つの温度を測定し、単電池群112を構成する単電池111の温度代表値としてその温度を取り扱う。温度検知部125が測定した温度は、単電池111、単電池群112、または組電池110の状態を検知するための各種演算に用いられる。
制御回路123は、電圧検出回路122および温度検知部125から測定結果を受け取り、信号入出力回路124を介して組電池制御部150に送信する。また、信号入出力回路124からの情報に基づいて、電圧検出回路122および温度検知部125に情報を発信することも可能である。なお、単電池制御部121やその周辺に一般的に実装されるバランシング回路、すなわち、自己放電や消費電流ばらつき等に伴い発生する単電池111間の電圧やSOCばらつきを均等化する回路は、記載を省略した。
図3は、記憶部180に格納されているSOCテーブル181の例を示す図である。SOCテーブル181は、単電池111のOCVと、単電池111のSOCとの対応関係を記述したデータテーブルである。データ形式は任意だが、ここでは説明の便宜上、グラフ形式で示す。なお、本実施形態ではデータテーブルを用いているが、数式などを用いることでOCVとSOCとの対応関係を表現することもできる。OCVからSOC、またはSOCからOCVへと変換できる方法であれば他の方法を用いてもよい。
ここで、本発明におけるSOCの算出法を述べる前提として、一般的なSOCの算出方法について述べる。
単電池111のOCVを取得して、図3に示すSOCテーブル181からOCVを取得した時刻tnでのSOCを取得する。SOCテーブル181から取得されたSOCのことを、SOCvを呼ぶ。時刻tnでのSOCvを、以下の式(1)のように示す。
SOCv(tn)=Map(OCV) ・・・(1)
SOCv(tn)=Map(OCV) ・・・(1)
上記の式(1)だけでは、時刻tnだけのSOCしか得られない。そこで、以下の式(2)に示す充放電電流の積算値ΔSOC(t)をSOCv(tn)に加算することで、式(3)に示すように、時刻tn以降の時々刻々としたSOC(以下、SOCiと呼ぶ)を得る。
ΔSOC(t)=100×(∫I(t)dt)/Qmax ・・・(2)
SOCi(t)=SOCv(tn)+ΔSOC(t) ・・・(3)
ここで、Qmaxは、単電池111の満充電容量である。以上が、一般的なSOCの算出方法である。
ΔSOC(t)=100×(∫I(t)dt)/Qmax ・・・(2)
SOCi(t)=SOCv(tn)+ΔSOC(t) ・・・(3)
ここで、Qmaxは、単電池111の満充電容量である。以上が、一般的なSOCの算出方法である。
上述した一般的なSOCの算出方法によって得られるSOCiには、以下に述べる第1SOC誤差および第2SOC誤差が含まれる。
<第1SOC誤差について>
電流検知部130は、測定誤差を含んだ形で充放電電流I(t)を検知する。これは、上記の式(2)で示す充放電電流の時間積算値ΔSOC(t)が誤差を含むことを意味する。充放電電流I(t)としては小さい誤差であっても、充放電電流の時間積算値ΔSOC(t)としては、積算時間が長いほど誤差が累積され、大きな誤差となりうる。本明細書では、ΔSOC(t)に含まれる誤差を第1SOC誤差と呼ぶ。後述するように、本発明では、第1SOC誤差を除去する。
<第2SOC誤差について>
OCVは、充放電電流が生じておらず、かつ、時間変動がない端子間電圧と定義される。図1に示すリレー300、310、320、330が開いている時で、かつ、単電池111の電圧が時間変動しない時において測定した単電池111の端子間電圧がOCVである。また、リレー300、310、320、330が閉じているが組電池110の充放電が開始されていないか、開始された後でも充放電を停止後に長時間放置して、単電池111の電圧が時間変動しない時において測定した単電池111の端子間電圧がOCVと見なせる。しかし、組電池110を利用している時はリレー300、310、320、330が閉じており、また、上述した充放電が全く行われないことは頻繁には起こらない。即ち、組電池110の利用中に、結果としてOCVを取得できる機会はほとんどない。
<第1SOC誤差について>
電流検知部130は、測定誤差を含んだ形で充放電電流I(t)を検知する。これは、上記の式(2)で示す充放電電流の時間積算値ΔSOC(t)が誤差を含むことを意味する。充放電電流I(t)としては小さい誤差であっても、充放電電流の時間積算値ΔSOC(t)としては、積算時間が長いほど誤差が累積され、大きな誤差となりうる。本明細書では、ΔSOC(t)に含まれる誤差を第1SOC誤差と呼ぶ。後述するように、本発明では、第1SOC誤差を除去する。
<第2SOC誤差について>
OCVは、充放電電流が生じておらず、かつ、時間変動がない端子間電圧と定義される。図1に示すリレー300、310、320、330が開いている時で、かつ、単電池111の電圧が時間変動しない時において測定した単電池111の端子間電圧がOCVである。また、リレー300、310、320、330が閉じているが組電池110の充放電が開始されていないか、開始された後でも充放電を停止後に長時間放置して、単電池111の電圧が時間変動しない時において測定した単電池111の端子間電圧がOCVと見なせる。しかし、組電池110を利用している時はリレー300、310、320、330が閉じており、また、上述した充放電が全く行われないことは頻繁には起こらない。即ち、組電池110の利用中に、結果としてOCVを取得できる機会はほとんどない。
本発明では、ΔSOC(t)に含まれる第1SOC誤差を除去することを目的としている。このためには、組電池110の利用中に(リレー300、310、320、330が閉)電池電圧からSOCを検知し直す必要があるが、上述したようにリレー300、310、320、330が閉じた状態でOCVを取得できる機会はほとんどない。そこで、充放電中の電池電圧、いわゆる閉回路電圧(CCV:Closed Circuit Voltage)と、上述のSOCテーブル181を用いて、式(1)に示すSOCvを取得することを考える。CCVには、後述するように、OCVと乖離する要因がある。また、SOCテーブル181は、上述したようにOCVとSOCとの対応関係を示すものであるため、CCVをOCVとみなして、図3のSOCテーブル181からSOCvを取得するとSOC誤差が生じてしまう。本明細書では、この誤差を第2SOC誤差と呼ぶ。後述するように、本発明では、第2SOC誤差も除去する。その際、OCVに換算するための補正値を算出する必要はなく、複雑な演算処理や電池特性の調査も不要である。
ここで、図4を用いて、第2SOC誤差の原因となる、OCVとCCVが乖離する要因について述べる。図4は、単電池111の等価回路を示す回路図の一例である。単電池111は、電圧源113と、内部抵抗114と、インピーダンス115と、キャパシタンス116から構成される。インピーダンス115とキャパシタンス116は並列接続され、その並列接続対と、電圧源113と、内部抵抗114とが直列接続されている。
CCVは、充放電電流が流れている時、または、電流が流れていなくとも過去に流した電流の影響で電圧が時間的に変動している時の単電池111の端子間電圧と定義している。図4および以下の式(4)に示すように、充放電電流をI、内部抵抗114をR、インピーダンス115とキャパシタンス116に起因する電圧成分をVpとすると、CCVには、OCVと、IRと、Vpとが、成分として含まれる。
CCV=OCV+IR+Vp ・・・(4)
CCV=OCV+IR+Vp ・・・(4)
ここで、OCVは電圧源113の両端の電圧であり、充放電電流が流れていない時で、かつ、電圧が時間的に一定している時の単電池111の端子間電圧である。IRは、内部抵抗114に起因する電圧成分である。Vpは、分極電圧であり、インピーダンス115とキャパシタンス116の並列接続対に起因する電圧成分である。このように、CCVには、IRやVpといった電圧成分が混入するため、OCVと乖離する。
図5は、充電時を例にした単電池111の端子間電圧の時間変化を示す図である。充電する前では電圧が時間的に一定である。この電圧がOCVである。充電を開始するとIR分だけ電圧が跳ね上がり、加えてVpが発生する。そして、充電を停止すると、電圧はIR分が減少し、Vp分は充電を停止した後すぐには減少せず、減少仕切るには時間がかかる。このVpの振る舞いのために、充電後すぐにOCVを得ることはできない。
図6に、充電時と放電時の単電池111の電圧に関する時間変化を示す。図6(a)は充電時、図6(b)は放電時の例である。図6に示すように、充電時のCCVはOCVよりも高く、放電時のCCVはOCVよりも低いという性質がある。本発明は、この性質を利用する。
図6(a)の充電時におけるCCVをOCVとみなして、図3に示す関係からSOCを取得すると、CCVはOCVよりも高いので、取得されたSOCもSOC真値より高くなる。すなわち、充電時における第2SOC誤差は、プラス方向となる。一方、図6(b)の放電時では、CCVはOCVよりも低いので、取得されたSOCもSOC真値より低くなる。すなわち、放電時における第2SOC誤差はマイナス方向となる。以上の第2SOC誤差の特徴から、充電時と放電時のCCVからSOCを算出して、この2つのSOCを平均化すれば、CCVからSOCを取得する際に発生する第2SOC誤差を低減させることができると考えた。
以上、図3~6にかけて、単電池111を対象とした場合のSOC演算について説明した。図7以降では、単電池111を複数組み合わせた組電池110を対象とした場合のSOC演算について説明するが、考え方は単電池111を対象とした場合とほとんど同じである。
なお、組電池110を対象とした場合は、以下に示すような方法で組電池110の電圧から組電池110のSOCを求める。まず、組電池110の電圧を直列数で割ることで単電池111の電圧に換算する。次に、前記単電池111の電圧を図3のSOCテーブル181に入力してSOCに変換し、これを組電池110のSOCとする。
図7に、第1実施形態におけるSOC演算を示す。図7の説明をする前に、ここで、第1実施形態における充電期間と放電期間について定義する。期間には、始期と終期がある。
第1実施形態における充電期間の始期と終期は、以下である。
・第1実施形態における充電期間の始期は、充電を開始した時、すなわち、充電電流が流れ始めた時である。
・第1実施形態における充電期間の終期は、放電が開始された時である。
・第1実施形態における充電期間の始期は、充電を開始した時、すなわち、充電電流が流れ始めた時である。
・第1実施形態における充電期間の終期は、放電が開始された時である。
この始期と終期で区切られた期間を第1実施形態における充電期間とする。図7(a)に充電期間を例として示した。
第1実施形態における放電期間の始期と終期は、以下である。
・第1実施形態における放電期間の始期は、放電を開始した時、すなわち、放電電流が流れ始めた時である。
・第1実施形態における放電期間の終期は、充電が開始された時である。
・第1実施形態における放電期間の始期は、放電を開始した時、すなわち、放電電流が流れ始めた時である。
・第1実施形態における放電期間の終期は、充電が開始された時である。
この始期と終期で区切られた期間を第1実施形態における放電期間とする。図7(a)に放電期間を例として示した。
なお、この定義は、後述する第2実施形態、第3実施形態においても同様である。後述の第4実施形態における充電期間と放電期間についての定義は、第4実施形態の説明箇所で述べる。
図7(a)は電池電圧、図7(b)はSOCを示す。本発明ではCCVからSOC演算を行うものである。しかし、なるべくOCVに近い条件でSOCを取得できるよう、充電電流若しくは放電電流が小さくなった時のCCVを用いて、図3に示すSOCテーブル181から、SOC初期値、すなわち、SOCv(t1)、SOCv(t2)、SOCv(t3)、SOCv(t4)を演算し取得している。SOCv取得後に、充放電電流の時間積算を行って、その結果をSOCvに付加して、時々刻々としたSOC、すなわち、図に示すSOCi1(t)、SOCi2(t)、SOCi3(t)、SOCi4(t)を取得する。なお、式(1)~(3)から、以降では、SOC初期値のことをSOCvと呼び、その後の時々刻々としたSOCをSOCiと呼ぶ。さらに、SOCiを演算することをSOCi演算と呼ぶ。
前述した通り、充電時と放電時とでは逆方向の第2SOC誤差が発生する。そこで、充電時からSOCi演算を開始したSOCi(以下、これを充電SOCiと呼ぶ)と、放電時からSOCi演算を開始したSOCi(以下、これを放電SOCiと呼ぶ)でペア(以下、これをSOCiペアと呼ぶ)を作り、平均化処理を施して平均化されたSOCi(以下、平均化SOCiと呼ぶ)を取得する。
例えば、図7(b)の時刻t1では、充電SOCiであるSOCi1(t)しか取得できていないため、平均化処理は実行されない。時刻t2以降では放電SOCiであるSOCi2(t)も取得できる。よって、時刻t2以降では、充電時SOCiであるSOCi1(t)と、放電SOCiであるSOCi2(t)の両方が活用できるようになるため、この2つで平均化処理を施して、平均化SOCiを取得することができる。この平均化SOCiが、組電池110のSOCと認識される。尚、前述した平均化処理によって、第2SOC誤差が低減される。
同様に、時刻t3では充電SOCiであるSOCi3(t)しか取得できていないため平均化処理は実行されず、時刻t4以降で放電SOCiであるSOCi4(t)も取得できるようになるため、SOCi3(t)とSOCi4(t)をペアにした平均化SOCiを取得することが可能となる。
そして、それまで組電池110のSOCと認識されていたSOCi1(t)とSOCi2(t)をペアにした平均化SOCiを、SOCi3(t)とSOCi4(t)をペアにした平均化SOCiで更新することで、SOCi3(t)とSOCi4(t)をペアにした平均化SOCiが、新たな組電池110のSOCとして認識される。SOCi1(t)とSOCi2(t)をペアにした平均化SOCiは、SOCi3(t)とSOCi4(t)をペアにした平均化SOCiよりも充放電電流の時間積算誤差、すなわち、第1SOC誤差が含まれているので、この更新により、第1SOC誤差が低減される。
なお、以上では、充電SOCi1つと放電SOCi1つで平均化SOCiを取得したが、平均化SOCiは、充電SOCiと放電SOCiが少なくとも1つずつ含まれていれば、第2SOC誤差を低減することはできる。そのため、例えば、充電SOCi3つと放電SOCi3つといったそれぞれ同じ数の複数の充電SOCiと放電SOCiを用いて平均化SOCiを取得しても良いし、第2SOC誤差の低減効果は小さくなるが、異なる数の充電SOCiと放電SOCi(例えば、充電SOCi2つと放電SOCi3つなど)で平均化SOCiを取得することも可能である。
また、SOCiペアを複数保持し、新しいSOCiペアを入手したら古いSOCiペアを捨てていく平均計算方法を適用することもできる。図8に、SOCiペアを5個保持して合計10個のSOCiによる平均処理を行う例を示す。図8に示す平均処理用バッファは、SOCiペアを5個保持することができる。SOCiペアを5個保持すると、その5個のSOCiペアで平均化SOCiを取得する。最新のSOCiペアが取得できたら、最古のSOCiペアを捨て、最新のSOCiペアを平均処理用バッファに取り込む。平均処理用バッファ内の最古のSOCiペアは、同じく平均処理用バッファ内に保持されているSOCiペアの中で最も長い時間電流測定値の積分演算が行われているので、第1SOC誤差を最も多く含んでいる。また、最新のSOCiペアは、最も第1SOC誤差を含んでいない。そのため、上述のように最古のSOCiペアを捨て、最新のSOCiペアを取り込むことで、第1SOC誤差を低減することができる。なお、SOCiペアを5個保持するまでは、その時点で保持しているSOCiペアで平均化するか、5個保持するまでは平均化しないとするかは設定により選択できる。
図9を用いて、図8に示す平均処理を用いた第1実施形態における組電池110のSOC取得の処理手順を説明する。この処理は、組電池制御部150のROMに格納したプログラムをCPUが実行することにより行われる。図9の第1処理に示すように、充電電流または放電電流が、単電池111で構成される組電池110に流れたことを電流検知部130が検知すると、組電池制御部150は、ステップS11において、電流検知部130で検出された充電電流または放電電流が、記憶部180に格納されている閾値X秒以上継続しているか否かを判断する。ステップS11が肯定判定されると、次のステップS12に進む。ステップS12において組電池制御部150は、充電電流または放電電流の平均値を求め、平均値が記憶部180に格納された閾値Yを超えているか否かを判定する。ステップS12が肯定されると、次のステップS13に進む。ステップS13において組電池制御部150は、電流検知部130で検出された電流値が記憶部180に格納された閾値Zを下回ったかを判定する。ステップS13が肯定されたときは、ステップS14において組電池制御部150は、単電池管理部120若しくは電圧検知部140から得られたCCVからSOCvを取得し、それをSOC初期値としてSOCi演算を開始させる。
組電池制御部150は、ステップS14を実行した後、第2処理に進む。第2処理のステップS21において組電池制御部150は、電流検知部130で測定された電流の流れる向きを判定する。第1処理で検知された充放電電流とは逆の充放電電流、すなわち、第1処理で充電電流に関するSOCi演算を実行したときは放電電流に対して第2処理を実行し、第1処理で放電電流に関するSOCi演算を検知したときは充電電流に対して第2処理を実行する。ステップS21において組電池制御部150は、電流検知部130で検知された電流がX秒以上継続しているか否かを判定する。ステップS21が肯定判定されると、次のステップS22に進む。ステップS22において組電池制御部150は、充電電流または放電電流の平均値を求め、平均値が記憶部180に格納された閾値Yを超えているか否かを判定する。ステップS22が肯定されると、次のステップS23に進む。ステップS23において組電池制御部150は、電流検知部130で検出された電流値が記憶部180に格納された閾値Zを下回ったかを判定する。ステップS23が肯定されたときは、ステップS24において組電池制御部150は、単電池管理部120若しくは電圧検知部140から得られたCCVからSOCvを取得し、それをSOC初期値としてSOCi演算を開始させる。
組電池制御部150は、第1処理で開始されたSOCiと、第2処理で開始されたSOCiとをペア化し、このペアが5個そろったら平均処理を行い、その結果を組電池110のSOCと認識する。この平均処理によって、CCVとOCVの乖離に起因する、充電SOCiに含まれる第2SOC誤差と放電SOCiの第2SOC誤差を抑えることができる。
なお、図9における第1処理と第2処理は以下のように変更することも可能である。まず、第1処理では、充電若しくは放電している電流量をカウントする。充電若しくは放電している電流値が閾値Zを下回ったら組電池制御部150が単電池管理部120若しくは電圧検知部140から得られたCCVからSOCvを取得し、それをSOC初期値としてSOCi演算を開始させる。続いて、第2処理では、電流検知部130で測定された電流の流れる向きを判定し、第1処理で検知された充放電電流とは逆の充放電電流、すなわち、第1処理で充電電流に関するSOCi演算を実行したときは放電電流に対して第2処理を実行し、第1処理で放電電流に関するSOCi演算を検知したときは充電電流に対して第2処理を実行する。第2処理では、第1処理とは逆の方向の電流量をカウントし、第1処理と同等の電流量を検知し、その後に瞬時電流が閾値Zを下回ったら組電池制御部150が単電池管理部120若しくは電圧検知部140から得られたCCVからSOCvを取得し、それをSOC初期値としてSOCi演算を開始させる。そして、前述と同様に、組電池制御部150は、第1処理で開始されたSOCiと、第2処理で開始されたSOCiとをペア化し、このペアを5個揃えたら平均処理を行い、その結果を組電池110のSOCとする。
以下では、図10、図11を用いてさまざまな充放電パターンを示し、それに対して本発明を適用した場合の効果を述べる。
図10(a1)は、充電が連続するパターン1における充電電流の時間変化を示し、図10(a2)は、SOCの時間変化を示したものである。図10(b1)は、放電が連続するパターン2における放電電流の時間変化を示し、図10(b2)は、SOCの時間変化を示したものである。パターン1もパターン2も充放電の切り替わりがないため、これらのパターンには本発明を適用することができず、第1SOC誤差および第2SOC誤差の改善効果を得ることはできない。
詳しく述べると、パターン1の場合は、充電SOCiが取得できるが、放電SOCiが取得できない。同様に、パターン2の場合は、放電SOCiが取得できるが、充電SOCiが取得できない。充放電電流積算値に起因する第1SOC誤差は、充電SOCiと放電SOCiの平均化の結果である平均化SOCiに置き換えることによって低減することができるため、上述のように充電SOCi若しくは放電SOCiの何れかのみしか取得できずに平均化処理が行われないパターン1、パターン2では、第1SOC誤差を低減することができず、時間とともに誤差が累積していく。図10(a1)、(b1)ではいずれも第1SOC誤差の原因となる電流検知部130の測定誤差がオフセットとしてプラス方向になっているため、図(a2)、(b2)に示した第1SOC誤差もプラス方向となる。
図11(a1)は、充電と放電が交互に繰り返されるパターン3における充放電電流の時間変化を示し、(a2)は、SOCの時間変化を示したものである。図11(b1)は、充電が2回連続した後に放電が2回連続することを繰り返すパターン4における充放電電流の時間変化を示し、(b2)は、SOCの時間変化を示したものである。
図11では、SOCが平均化処理されて、SOCvが取得されるタイミングを分かり易く表示するため、一組のSOCiペアの作成と平均化処理で第1SOC誤差および第2SOC誤差を低減する処理を繰り返す例を示している。
パターン1およびパターン2と同様に、パターン3およびパターン4も第1SOC誤差の原因となる電流検知部130の測定誤差がオフセットとしてプラス方向になっている。また、パターン3の充電に対して時間的に早い方からA1、A2、A3、A4と符号を付し、パターン3の放電に対して時間的に早い方からB1、B2、B3、B4と符号を付し、パターン4の充電に対して時間的に早い方からC1、C2、C3、C4と符号を付し、パターン4の放電に対して時間的に早い方からD1、D2、D3、D4と符号を付した。さらに、図11中の○(白丸)はSOCiペアの確保に寄与する充電、●(黒丸)はSOCiペアの確保に寄与する放電、×(バツ)はSOCiペアの確保に寄与しない充放電を示している。
充電若しくは放電のみを検知している間は、SOCiペアが作れないため、第1SOC誤差は累積し続ける。充電と放電とがそれぞれ少なくとも一回生じるとSOCiペアを作ることができ、平均化処理を施して平均化SOCiを取得することができるため、それまでの平均化SOCiと置き換えることで、組電池110の第1SOC誤差を低減することが可能となる。また、第1SOC誤差を低減しながらも、平均化効果によって第2SOC誤差も低減できる。
パターン3、パターン4に本発明を適用して、上述の本発明の性質を具体的に説明する。
パターン3において、充電A1が生じたときは、充電SOCiしか取得できないため、SOCiペアができない。しかし、放電B1が生じれば、放電SOCiを取得することができるため、充電A1で得た充電SOCiと放電B1で得た放電SOCiとでSOCiペアを作ることができる。これによって、平均化処理をすることができるので、放電B1が生じた時点で、第1SOC誤差、および第2SOC誤差を低減することができる。それ以降に続く充電と放電についても同様である。
パターン4において、充電C1が生じたときは、充電SOCiしか取得できないため、SOCiペアができない。次に、充電C2が生じたときは、やはり充電SOCiしか取得できないため、SOCiペアができない。しかし、次の放電D1が生じると放電SOCiが取得できるので、充電C1で得た充電SOCiと放電D1で得た放電SOCiとでSOCiペアを作ることができる。それ以降は、放電D2と充電C3、充電C4と放電D3で、それぞれSOCiペアを作ることができる。放電D4は、図11(b1)で示した限りでは、SOCiペアの確保に寄与しないとしたが、次に充電が来ればSOCiペアの確保に寄与するし、次が放電でその後に充放電停止となれば、SOCiペアの確保に寄与しない。
なお、パターン4では、充電C1で取得したSOCiをSOCiペアの確保に寄与するものとし、充電C2で取得したSOCiをSOCiペアの確保に寄与しないものとしたが、充電C2で取得したSOCiと放電D1で得た放電SOCiとでSOCiペアを作ることもできる。充電SOCiと放電SOCiのSOCi演算開始時期が近い方が、両者の時間差による充放電電流時間積算誤差が含まれなくなる。
第1実施形態の二次電池システムは、以下のような作用効果を奏する。
(I)第1実施形態の二次電池システムは、充電期間に単電池管理部120若しくは電圧検知部140が取得した組電池110のCCVを記憶部180に格納されたSOCテーブル181でSOCに変換することで、SOCvを取得する。それ以降は、電流検知部130に検知された組電池110の充放電電流の時間積算値を満充電容量で除算したものをSOCvに加算する、すなわち、SOCi演算することで、時々刻々と変化するSOCである充電SOCiを取得する。同様のことを放電期間でも行って、放電SOCiを取得する。充電SOCiと放電SOCiでペア、すなわち、SOCiペアを作り、そのペアによる平均化処理で平均化SOCiを取得する。その平均化SOCiを組電池110のSOCとする。
(I)第1実施形態の二次電池システムは、充電期間に単電池管理部120若しくは電圧検知部140が取得した組電池110のCCVを記憶部180に格納されたSOCテーブル181でSOCに変換することで、SOCvを取得する。それ以降は、電流検知部130に検知された組電池110の充放電電流の時間積算値を満充電容量で除算したものをSOCvに加算する、すなわち、SOCi演算することで、時々刻々と変化するSOCである充電SOCiを取得する。同様のことを放電期間でも行って、放電SOCiを取得する。充電SOCiと放電SOCiでペア、すなわち、SOCiペアを作り、そのペアによる平均化処理で平均化SOCiを取得する。その平均化SOCiを組電池110のSOCとする。
これにより、OCVとCCVの乖離に起因するSOC誤差、すなわち、第2SOC誤差を低減することができる。本発明では、開放電圧に換算するための補正値を算出する必要がないため、演算処理量や電池特性調査のための電池充放電試験量が少なくできる。
CCVからOCVを求める方法として、例えば、以下の方法を用いることが可能である。上述の式(4)を変形し、OCVを左辺に、その他の項を右辺に移項すると、以下の式(5)となる。
OCV=CCV-IR-Vp ・・・(5)
OCV=CCV-IR-Vp ・・・(5)
上記の式(5)を用いることで、CCVを補正してOCVを求めることができる。図4および式(5)から分かるように、CCVを補正するには、単電池111を充放電することで内部抵抗114やインピーダンス115やキャパシタンス116等の電池特性を事前に調査して求めておく必要がある。さらには、それらの電池特性を用いた演算処理が必要である。
しかし、本発明では、これらの電池特性を求めずに、CCVとOCVとの差に起因する第2SOC誤差の補正をすることができる。
(II)第1実施形態の二次電池システムでは、新たな平均化SOCiが取得できれば、その時点で、それまで組電池110のSOCとされていた平均化SOCiと置き換えることで、組電池110のSOCを更新する。
(II)第1実施形態の二次電池システムでは、新たな平均化SOCiが取得できれば、その時点で、それまで組電池110のSOCとされていた平均化SOCiと置き換えることで、組電池110のSOCを更新する。
これによって、電流検知部130の電流測定誤差が含まれた充放電電流の時間積算誤差に起因するSOC誤差、すなわち、第1SOC誤差を低減できる。
(III)平均化SOCiを複数集めて新しいSOCiペアを入手したら古いSOCiペアを捨てていく平均化処理を適用して、平均化SOCiを求め、この平均化SOCiを組電池110のSOCとすることもできる。
(III)平均化SOCiを複数集めて新しいSOCiペアを入手したら古いSOCiペアを捨てていく平均化処理を適用して、平均化SOCiを求め、この平均化SOCiを組電池110のSOCとすることもできる。
これによって、CCVとOCVの乖離に起因する、充電SOCiに含まれる第2SOC誤差と放電SOCiに含まれる第2SOC誤差を抑えることができる。また、平均化SOCiを更新すれば、第1SOC誤差も低減することができる。
(IV)平均化SOCiは、充電SOCiと放電SOCiが少なくとも1つずつ含まれていれば、第2SOC誤差を低減できる。そのため、例えば、充電SOCi3つと放電SOCi3つといったそれぞれ同じ数の複数の充電SOCiと放電SOCiを用いて平均化SOCiを取得しても良いし、第2SOC誤差の低減効果は小さくなるが、異なる数の充電SOCiと放電SOCi(例えば、充電SOCi2つと放電SOCi3つなど)で平均化SOCiを取得するといったことも可能である。また、その平均化SOCiを更新すれば、第1SOC誤差も低減できる。
(V)以上、説明したように、本発明の二次電池システムは、
組電池110の充電期間における所定の充電時点で充電CCVからSOCvを取得し、組電池110の放電期間における所定の放電時点で放電CCVからSOCvをそれぞれ取得する。そして、充電CCVに基づいて充電SOCiを算出し、放電CCVに基づいて放電SOCiを算出する。
(IV)平均化SOCiは、充電SOCiと放電SOCiが少なくとも1つずつ含まれていれば、第2SOC誤差を低減できる。そのため、例えば、充電SOCi3つと放電SOCi3つといったそれぞれ同じ数の複数の充電SOCiと放電SOCiを用いて平均化SOCiを取得しても良いし、第2SOC誤差の低減効果は小さくなるが、異なる数の充電SOCiと放電SOCi(例えば、充電SOCi2つと放電SOCi3つなど)で平均化SOCiを取得するといったことも可能である。また、その平均化SOCiを更新すれば、第1SOC誤差も低減できる。
(V)以上、説明したように、本発明の二次電池システムは、
組電池110の充電期間における所定の充電時点で充電CCVからSOCvを取得し、組電池110の放電期間における所定の放電時点で放電CCVからSOCvをそれぞれ取得する。そして、充電CCVに基づいて充電SOCiを算出し、放電CCVに基づいて放電SOCiを算出する。
さらに、充電SOCiと放電SOCiとに基づいて、組電池110のSOCに含まれるCCVとOCVの乖離に起因する乖離SOC誤差(第2SOC誤差)を低減した補正SOC(平均化SOCi)を算出する。
さらに、所定の置換時点において、その算出された補正SOCで組電池110のSOCを置き換えて組電池110のSOCを更新することで、組電池110のSOCに含まれる組電池110の充電または放電における電流値の測定誤差に起因する累積SOC誤差(第1SOC誤差)を低減する。
これによって、組電池110のSOCに含まれる第1SOC誤差および第2SOC誤差を簡便に除去することができ、組電池110のSOCの精度を向上させることができる。
―第2実施形態―
第2実施形態では、ハイブリッド自動車(HEV)、および、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)に搭載される車両システムに搭載される二次電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。なお、充電期間と放電期間に関する定義は、第1実施形態と同様である。また、第1実施形態と同様の箇所は説明を省略する。
―第2実施形態―
第2実施形態では、ハイブリッド自動車(HEV)、および、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)に搭載される車両システムに搭載される二次電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。なお、充電期間と放電期間に関する定義は、第1実施形態と同様である。また、第1実施形態と同様の箇所は説明を省略する。
図10を用いて説明したように、充電のみが連続する場合や、放電のみが連続する場合は、本発明は適用できない。よって、第2実施形態では、充電のみが連続する場合や放電のみが連続する場合に、強制的に逆の充放電操作をする。以下、詳述する。
図12に、第2実施形態で組電池制御部150に追加する処理フローを示す。第2実施形態における組電池制御部150では、単電池111で構成される組電池110の充放電状況を監視し、充電が所定時間W以上継続した場合は放電、放電が所定時間W以上継続した場合は充電の、逆方向の電流要求を車両制御部200に発信する。これを受信した車両制御部200は、放電要求があった場合は車両の電装品等(図示せず)を動作させて組電池110を放電するかモータジェネレータ410を駆動させて組電池110を放電し、充電要求があった場合は車両に搭載されるオルタネータ等(図示せず)の発電機等を動作させるなどして組電池110を充電する。
以上で述べた組電池制御部150と車両制御部200の動作により、前述した充電若しくは放電のみが続くパターンでは本発明が適用できないという課題を、二次電池システム100の外部の構成要素も用いて改善することができる。
―第3実施形態―
第3実施形態では、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、および、電気自動車(EV)に搭載される車両システムに搭載される二次電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。なお、充電期間と放電期間に関する定義は、第1実施形態と同様である。また、第1実施形態と同様の箇所は説明を省略する。
―第3実施形態―
第3実施形態では、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、および、電気自動車(EV)に搭載される車両システムに搭載される二次電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。なお、充電期間と放電期間に関する定義は、第1実施形態と同様である。また、第1実施形態と同様の箇所は説明を省略する。
第3実施形態の組電池制御部150では、CCVからSOCvを検知することに替えて、CCVからOCVを推定して、そのOCV推定値からSOCvを検知するものである。
OCVの推定は、式(5)及び図4の等価回路モデルを用いることで実現できる。ただし、前述した通り、内部抵抗114、インピーダンス115、キャパシタンス116などの電池特性を電池の充放電試験データから抽出して記憶部180に予め記憶させる必要があるため、本実施形態は前述の試験データをあらかじめ用意する必要がある。
OCVを推定する際、IRドロップやVpを差し引き切れない、若しくは、IRドロップやVpを差し引き過ぎた影響でOCV誤差が生じる。IRドロップやVpを差し引き切れない場合、充電時はプラス方向にOCV誤差が生じ、放電時はマイナス方向にOCV誤差が生じる。また、IRドロップやVpを差し引き過ぎた場合では、充電時はマイナス方向にOCV誤差が生じ、放電時はプラス方向にOCV誤差が生じる。このOCV誤差により同方向のSOC誤差が生じるが、本実施形態では、充電時と放電時に前述したOCV誤差起因のSOC誤差を含むSOCvを検知してSOCi演算を実行して平均化する。これにより、充電時と放電時で上記のIRドロップやVpを差し引き切れない、若しくは、IRドロップやVpを差し引き過ぎた影響のSOC誤差が発生しても、充電時と放電時で検知したSOCvを含むSOCiの平均化によりSOC誤差を相殺でき、これを改善することが可能である。
―第4実施形態―
第4実施形態では、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、および、電気自動車(EV)に搭載される車両システムに搭載される二次電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。第1実施形態と同様の箇所は説明を省略する。
―第4実施形態―
第4実施形態では、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、および、電気自動車(EV)に搭載される車両システムに搭載される二次電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。第1実施形態と同様の箇所は説明を省略する。
第4実施形態では、充電器420による充電期間から取得される充電SOCiと、それ以外の主に走行などをしている放電期間から取得される放電SOCiを用いて、SOCiペアを作り、平均化SOCiを取得する。
ここで、第4実施形態における充電期間と放電期間について定義する。期間には、始期と終期がある。
第4実施形態における充電期間の始期と終期は、以下である。
・第4実施形態における充電期間の始期は、二次電池システム100が充電器420に接続された時である。
・第4実施形態における充電期間の終期は、二次電池システム100が充電器420から切り離された時である。
・第4実施形態における充電期間の始期は、二次電池システム100が充電器420に接続された時である。
・第4実施形態における充電期間の終期は、二次電池システム100が充電器420から切り離された時である。
この始期と終期で区切られた期間を第4実施形態における充電期間とする。
第4実施形態における放電期間は、上で定義した充電期間以外の期間である。すなわち、
・第4実施形態における放電期間の始期は、二次電池システム100が充電器420から切り離された時である。
・第4実施形態における放電期間の終期は、二次電池システム100が充電器420に接続された時である。
・第4実施形態における放電期間の始期は、二次電池システム100が充電器420から切り離された時である。
・第4実施形態における放電期間の終期は、二次電池システム100が充電器420に接続された時である。
この始期と終期で区切られた期間を第4実施形態における放電期間とする。
上述のように充電期間と放電期間を定義したとしても、充電期間には放電操作、例えば補機類用電池の充電や車内外に接続された機器への電力供給などのための放電が実行されたり、放電期間には充電操作、例えば回生による充電が実行されたりする。しかし、他の実施形態同様に、この第4実施形態においても、充電期間は充電操作が支配的であるし、放電期間は放電操作が支配的であるため、充電期間には第2SOC誤差はプラス方向、放電期間には第2SOC誤差がマイナス方向に生じるものと思われる。尚、CCVからSOCvを検知するタイミングは、充電期間には上記放電操作が実行される時間以外、放電期間には上記充電操作が実行される時間以外を選択することが望ましく、更には、充電期間に予め定めた閾値以下の充電電流、放電期間には予め定めた閾値以下の放電電流となった場合をSOCvの検知タイミングとするのが好適である。尚、充電期間での放電電流と放電期間での充電電流が生じる場合でも、所定の閾値以内であれば許容する処理を適用することも可能である。
図13に、第4実施形態におけるSOC演算の計算タイミングを示す。二次電池システム100が充電器420に接続されているときを充電モードとし、その期間を充電期間とする。同様に、二次電池システム100が充電器420に接続されていないときを放電モードとし、その期間を放電期間とする。充電期間の中の上記放電操作が実行される時間以外の充電期間でCCVからSOCvを検知して充電SOCiを取得する。放電期間の中の上記充電操作が実行される時間以外の放電期間でCCVからSOCvを検知して放電SOCiを取得する。そして、取得した充電SOCiと放電SOCiを用いてSOCiペアを作り、そのSOCiペアを用いて平均化処理をすることで、平均化SOCiを取得する。尚、図13では、充電期間の中で充電電流が小さい充電末期若しくは充電終了時、放電期間の中で放電電流が小さい停車若しくは車両走行終了時をCCVからのSOCv検知タイミングとすることをイメージしている。
このように、第4実施形態では、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、および、電気自動車(EV)に搭載される車両システムに搭載される二次電池システム100に対して、充電器420の接続状況を判断材料として、本発明を適用した。充電器420による充電期間から取得される充電SOCiと、それ以外の主に走行などをしている放電期間から取得される放電SOCiを用いてSOCiペアを作り、平均化SOCiを取得することで、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
―平均化SOCiを算出する変形例―
以上に示した第1~第4実施形態では、一組のSOCiペアとなる充電SOCiと放電SOCiを時々刻々算出し、時々刻々平均化処理をすることで、平均化SOCiを時々刻々算出する。以下では、このような平均化SOCiを第1~第4実施形態とは異なる方法で算出する。
―平均化SOCiを算出する変形例―
以上に示した第1~第4実施形態では、一組のSOCiペアとなる充電SOCiと放電SOCiを時々刻々算出し、時々刻々平均化処理をすることで、平均化SOCiを時々刻々算出する。以下では、このような平均化SOCiを第1~第4実施形態とは異なる方法で算出する。
充電SOCiであれ、放電SOCiであれ、時々刻々と算出されるSOCiは、式(1)によるSOCvを得た後は、充放電電流の時間積算値を加算することにより得られる。充電SOCiと放電SOCiを算出し始める時刻には、時間差があるため、充放電電流の時間積算には、その時間差分だけ時間積算値に差が生まれる。しかし、充電SOCiおよび放電SOCiのうち、いずれか遅い方が算出され始める時刻より後の時間積算分に関しては、充電SOCiおよび放電SOCiともに等しい。本変形例は、このような現象に基づくものである。
図14を用いて、上述の内容を具体的に説明する。なお、以下では、充電SOCiを先に算出しても、放電SOCiを先に算出しても本発明は成り立つことから、説明を簡単にするために先に算出するSOCiを第1SOCiと呼び、後に算出するSOCiを第2SOCiと呼ぶ。
図14は、第1SOCiと第2SOCiを平均化処理して平均化SOCiを算出する過程を示している。簡単のため、図ではSOCの増減については表現していない。第1SOCiが最初に算出される時刻、すなわち、第1SOCiのSOCvが得られる時刻を時刻t1とし、第2SOCiが最初に算出される時刻、すなわち、第2SOCiのSOCvが得られる時刻を時刻t2とする。さらに、時刻t2以後に位置するある時刻を時刻tとする。さらに、簡単のため、第1SOCiのSOCvをA、第2SOCiのSOCvをB、時間t1~t2での充放電電流の時間積算△SOC(t)をC、時間t2~tでの充放電電流の時間積算△SOC(t)をDとする。
以上の設定にすると、時刻t2において、第1SOCiはA+Cとなり、第2SOCiはBであり、平均化SOCiは、(A+C+B)/2となる。
時刻t2以後の時刻tにおいては、第1SOCiはA+C+Dとなり、第2SOCiはB+Dとなる。時刻t2と同様に、時刻tにおいても、(A+C+D)と(B+D)を平均化処理して平均化SOCiを取得すると以下の式(6)のようになる。
時刻tにおける平均化SOCi={(A+C+D)+(B+D)}/2 ・・・(6)
ここで、式(6)の右辺を変形すると、以下の式(7)となる。
{(A+C+D)+(B+D)}/2 = (A+C+B)/2 + D ・・・(7)
式(7)の右辺の第1項は時刻t2での平均化SOCiであり、式(7)の右辺の第2項は、D、すなわち、時間t2~tでの充放電電流の時間積算△SOC(t)である。本変形例は、以上の式(7)の右辺を用いて、平均化SOCiを取得している。
時刻tにおける平均化SOCi={(A+C+D)+(B+D)}/2 ・・・(6)
ここで、式(6)の右辺を変形すると、以下の式(7)となる。
{(A+C+D)+(B+D)}/2 = (A+C+B)/2 + D ・・・(7)
式(7)の右辺の第1項は時刻t2での平均化SOCiであり、式(7)の右辺の第2項は、D、すなわち、時間t2~tでの充放電電流の時間積算△SOC(t)である。本変形例は、以上の式(7)の右辺を用いて、平均化SOCiを取得している。
以上の式(7)から次のことが理解される。第1~第4実施形態では、時々刻々とした平均化SOCiを取得するのに、時刻t2以後において、第1SOCiと第2SOCiの平均化処理を行っていた。しかし、本変形例では、時刻t2で平均化処理して平均化SOCiを求めれば、それ以後は、時刻t2で平均化処理した平均化SOCiにΔSOC(t)を加算するだけで、時刻(t)での平均化SOCiを取得することができる。このように、本変形例によって演算量と演算に用いるメモリ消費量を削減することができる。
充電SOCiと放電SOCiを1つは含んでいるが充電SOCiと放電SOCiが1つずつでないもの、例えば、充電SOCi1つと放電SOCi2つで平均化処理して平均化SOCiを取得する場合や、充電SOCi3つと放電SOCi2つで平均化処理して平均化SOCiを取得する場合などでも、本変形例は同様に適用できる。その場合では、平均化処理するSOCiの中で、最も遅くSOCvを取得したSOCiのSOCv取得時点、すなわち、最も遅くSOCvを取得したSOCiのSOCi演算開始時点での平均化SOCiに、ΔSOC(t)を加算すればよい。
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
また、上記各構成、機能、処理部などは、それらの全部または一部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアとして実現することもできるし、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを実行することによりソフトウェアとして実現することもできる。各機能を実現するプログラム、テーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ICカード、DVDなどの記憶媒体に格納することができる。
以上で示した実施形態では、リチウムイオン二次電池を単電池とし、これを直列に接続して組電池を構成したが、単電池を並列接続したものを直列接続して組電池を構成してもよいし、直列接続した単電池を並列接続して組電池を構成してもよい。並列接続を含むと、単電池111に流れる充放電電流に個体差が生じる可能性が出てくるが、その際は、電流検知部130の設置の数を変更して単電池111毎に流れる充放電電流値を検知するか、単電池111に流れる平均的な電流を求めてこれに基づいてSOC計算を実行すればよい。
以上では、充電SOCiと放電SOCiがそれぞれ所定の数だけそろった時点で平均化SOCiを算出し、それまでの電池のSOCを平均化SOCiで置き換えることで電池のSOCを更新したが、その置き換えて更新する時点(置換時点)は、充電SOCiと放電SOCiがそれぞれ所定の数だけ揃い平均化SOCiを算出した時点以後であればよい。そのため、必ずしも、充電SOCiと放電SOCiがそれぞれ所定の数だけ揃い平均化SOCiを算出した時点と置換時点とが同時刻である必要はない。
以上で示した実施形態では、組電池110のSOCを検知することについて本発明を考えたが、単電池111や単電池群112で本発明を考えることもできる。
100:二次電池システム、 110:組電池、 111:単電池、
112、112a、112b:単電池群、 120:単電池管理部、
121、121a、121b:単電池制御部、 122:電圧検出回路、
123:制御回路、 124:信号入出力回路、 125:温度検知部、
130:電流検知部、 140:電圧検知部、 150:組電池制御部、
170:絶縁素子、 180:記憶部、 181:SOCテーブル、
200:車両制御部、 300~330:リレー、 400:インバータ、
410:モータジェネレータ、 420:充電器、
A1~A4、C1~C4:充電、 B1~B4、D1~D4:放電
112、112a、112b:単電池群、 120:単電池管理部、
121、121a、121b:単電池制御部、 122:電圧検出回路、
123:制御回路、 124:信号入出力回路、 125:温度検知部、
130:電流検知部、 140:電圧検知部、 150:組電池制御部、
170:絶縁素子、 180:記憶部、 181:SOCテーブル、
200:車両制御部、 300~330:リレー、 400:インバータ、
410:モータジェネレータ、 420:充電器、
A1~A4、C1~C4:充電、 B1~B4、D1~D4:放電
Claims (9)
- 電池の充電期間における所定の充電時点で充電CCVを、および、前記電池の放電期間における所定の放電時点で放電CCVをそれぞれ取得するCCV取得部と、
前記充電CCVに基づいて充電SOCを算出し、前記放電CCVに基づいて放電SOCを算出するSOC算出部と、
前記充電SOCと前記放電SOCとに基づいて、前記電池のSOCに含まれるOCVとの乖離に起因する乖離SOC誤差を低減した補正SOCを算出する乖離SOC誤差低減処理部と、
所定の置換時点において、前記乖離SOC誤差低減処理部によって算出された前記補正SOCで前記電池のSOCを置き換えて前記電池のSOCを更新することで、前記電池のSOCに含まれる電流値の測定誤差に起因する累積SOC誤差を低減する累積SOC誤差低減処理部と、を備える二次電池システム。 - 請求項1に記載の二次電池システムにおいて、
前記乖離SOC誤差低減処理部は、
前記充電SOCと前記所定の充電時点からの電流積分値に基づいて取得したSOCの変動成分とに基づいて第1のSOCをm個(mは1以上の整数)取得する第1のSOC演算部と、
前記放電SOCと前記所定の放電時点からの電流積分値に基づいて取得したSOCの変動成分とに基づいて第2のSOCをn個(nは1以上の整数)取得する第2のSOC演算部と、
前記m個の第1のSOCおよび前記n個の第2のSOCを用いて平均化処理を行って前記補正SOCとして平均化SOCを演算する平均化SOC演算部とを有する二次電池システム。 - 請求項1に記載の二次電池システムにおいて、
前記乖離SOC誤差低減処理部は、
前記充電CCVからOCVを推定して算出した推定充電SOCと前記所定の充電時点から電流積分値に基づいて取得したSOCの変動成分とに基づいて第1のSOCをm個(mは1以上の整数)取得する第1のSOC演算部と、
前記放電CCVからOCVを推定して算出した推定放電SOCと前記所定の放電時点から電流積分値に基づいて取得したSOCの変動成分とに基づいて第2のSOCをn個(nは1以上の整数)取得する第2のSOC演算部と、
前記m個の第1のSOCおよび前記n個の第2のSOCを用いて平均化処理を行って前記補正SOCとして平均化SOCを演算する平均化SOC演算部とを有する二次電池システム。 - 請求項2または3に記載の二次電池システムにおいて、
前記所定の充電時点は、所定値以上の充電電流が所定時間以上継続した後に所定値以下の充電電流が検知されたタイミングであり、前記所定の放電時点は、所定値以上の放電電流が所定時間以上継続した後に所定値以下の放電電流が検知されたタイミングである二次電池システム。 - 請求項2または3に記載の二次電池システムにおいて、
前記所定の充電時点または前記所定の放電時点とは、充電量若しくは放電量を積算した後に所定値以下の充電電流または放電電流を検知したタイミングである二次電池システム。 - 請求項2または3に記載の二次電池システムにおいて、
前記平均化SOC演算部は、1つの前記第1のSOCと1つの前記第2のSOCの組を1つ以上算出して前記第1のSOCと前記第2のSOCの平均化処理を行う二次電池システム。 - 請求項6に記載の二次電池システムにおいて、
前記平均化SOC演算部は、1つの前記第1のSOCと1つの前記第2のSOCの組を複数組記憶し、最新の一組が記憶されると最古の一組を破棄する記憶部と、前記記憶部に記憶されている複数組の第1及び第2のSOCを平均化する演算部とを含む二次電池システム。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載の二次電池システムにおいて、
前記電池の充電制御および放電制御を行う車両システムに搭載され、
前記充電が所定時間継続した場合は前記放電を開始させ、前記放電が所定時間継続した場合は前記充電を開始させる指令を前記車両システムに送信する二次電池システム。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載の二次電池システムにおいて、
前記充電期間は充電器が接続されている期間、前記放電期間は充電器が接続されていない期間であり、
前記充電CCVは、前記充電器による充電が所定の充電電流値以下となった時点で前記CCV取得部が取得したCCVであり、前記放電CCVは、充電器を切り離して車両が走行を開始した後に放電電流値が所定の電流値以下となった時点で前記CCV取得部が取得したCCVである二次電池システム。
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