JP7236787B2 - battery controller - Google Patents
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Description
本開示は、電池制御装置に関する。 The present disclosure relates to battery control devices.
従来から電池を制御する技術に関する発明が知られている(下記特許文献1を参照)。この従来の発明に係る電池制御装置は、単電池の温度、充電状態に応じた内部抵抗値を、単電池の充電または放電継続時間の値毎に記述した内部抵抗テーブルを備える。電池制御装置は、内部抵抗テーブルに記述された内部抵抗値を用いて単電池の最大許容充電電流または最大許容放電電流を算出し、その値にしたがって算出した最大許容充電電力または最大許容放電電力を用いることにより、単電池の充電または放電を制御する(同文献、第0009段落等を参照)。
BACKGROUND ART Conventionally, an invention related to technology for controlling a battery is known (see
上記従来の電池制御装置によれば、充放電を継続するにしたがって単電池の内部抵抗が変化しても、内部抵抗テーブルから取得する内部抵抗値を変化にしたがって切り替えることにより、内部抵抗の変化に追従することができる。これにより、許容充放電電力を精度よく求めることができる(同文献、第0010段落等を参照)。 According to the above-described conventional battery control device, even if the internal resistance of the unit battery changes as charging and discharging continues, the internal resistance value acquired from the internal resistance table is switched in accordance with the change, so that the change in internal resistance can be controlled. can follow. As a result, the allowable charge/discharge power can be obtained with high accuracy (see the same document, paragraph 0010, etc.).
上記従来の電池制御装置は、電池に流れる電流の通電時間に応じた適切な内部抵抗値を設定することで、その内部抵抗値に対応した電池の充放電時の最大電力値を演算することが可能である。 The above-described conventional battery control device is capable of calculating the maximum power value during charging and discharging of the battery corresponding to the internal resistance value by setting an appropriate internal resistance value according to the conduction time of the current flowing through the battery. It is possible.
ここで、現時点から所定の秒数にわたって連続して電池に入力可能な電力として充放電時の最大電力値を規定する場合を想定する。この場合、現時点以降から連続して電池に通電可能な電流値を算出し、その電流値に基づいて電池の通電時の電圧を算出し、その電圧と算出した連続して電池に通電可能な電流値とを乗算することで、充放電時の最大電力値を算出する。 Here, it is assumed that the maximum power value during charge/discharge is defined as the power that can be continuously input to the battery for a predetermined number of seconds from the current time. In this case, the current value that can be continuously applied to the battery from the current time is calculated, the voltage when the battery is energized is calculated based on the current value, and the voltage and the calculated current that can be continuously applied to the battery are calculated. The maximum power value during charging and discharging is calculated by multiplying the value by
しかし、通電時の電池の電圧の演算値と実測値とは、一致しないことがある。この場合、前述のように算出された充放電時の最大電力値に相当する二次負荷が電池に入力されると、電池に連続して通電可能な最大電流値の演算値に対し、過大な電流値が電池に通電されるおそれがある。 However, the calculated value and the measured value of the voltage of the battery at the time of energization may not match. In this case, when a secondary load corresponding to the maximum power value during charge/discharge calculated as described above is input to the battery, the calculated maximum current value that can be continuously applied to the battery will be excessively large. There is a risk that the current value will be energized to the battery.
本開示は、電池に過大な電流が通電されない最大電力値を算出することが可能な電池制御装置を提供する。 The present disclosure provides a battery control device capable of calculating a maximum power value that does not allow excessive current to flow through the battery.
本開示の一態様は、電池の内部抵抗値に基づいて前記電池の最大電流値と該最大電流値の通電時の前記電池の算定電圧値とを演算し、前記最大電流値と前記算定電圧値とに基づいて前記電池の最大電力値を演算する電池制御装置であって、前記最大電流値の演算に用いる前記電池の第一の内部抵抗値と前記算定電圧値の演算に用いる前記電池の第二の内部抵抗値とが異なることを特徴とする電池制御装置である。 In one aspect of the present disclosure, the maximum current value of the battery and the calculated voltage value of the battery when the maximum current value is applied are calculated based on the internal resistance value of the battery, and the maximum current value and the calculated voltage value are calculated. and a first internal resistance value of the battery used for calculating the maximum current value and a first internal resistance value of the battery used for calculating the calculated voltage value The battery control device is characterized in that the two internal resistance values are different.
本開示の上記一態様によれば、電池に過大な電流が通電されない最大電力値を算出することが可能な電池制御装置を提供することができる。 According to the above aspect of the present disclosure, it is possible to provide a battery control device capable of calculating a maximum power value that does not allow an excessive current to flow through the battery.
以下、図面を参照して本開示に係る電池制御装置の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of a battery control device according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.
以下では、一例として、本開示に係る電池制御装置をハイブリッド自動車(HEV)の電源を構成する蓄電装置に対して適用した実施形態を説明する。なお、以下の実施形態に係る電池制御装置の構成は、HEV、EVなどの乗用車やハイブリッド鉄道車両などの産業用車両の電源を構成する蓄電装置の蓄電器制御回路にも適用可能である。 As an example, an embodiment in which a battery control device according to the present disclosure is applied to a power storage device constituting a power source of a hybrid electric vehicle (HEV) will be described below. The configuration of the battery control device according to the following embodiments can also be applied to a power storage device control circuit of a power storage device that constitutes the power source of passenger cars such as HEVs and EVs and industrial vehicles such as hybrid railway vehicles.
また、以下では、蓄電装置を構成する蓄電器にリチウムイオン電池を適用した場合を例に挙げて説明する。蓄電器としては、他にもニッケル水素電池や鉛電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなどを用いることもできる。 In the following description, an example in which a lithium ion battery is applied to an electric storage device that constitutes an electric storage device will be described. Nickel-metal hydride batteries, lead batteries, electric double layer capacitors, hybrid capacitors, and the like can also be used as electric storage devices.
[実施形態1]
図1は、HEVの蓄電装置100の構成例を示す概略図である。蓄電装置100は、たとえば、リレー200を介してインバータ300に接続されたHEVのバッテリである。また、蓄電装置100の組電池制御部150およびインバータ300は、信号線を介して車両制御部400に接続されている。さらにインバータ300は、外部負荷としてのモータジェネレータ500に接続されている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a
蓄電装置100は、たとえば、組電池110と、単電池管理部120と、電流検知部130と、電圧検知部140と、組電池制御部150と、通信経路160と、絶縁素子170と、記憶装置180と、中央処理装置190とを備えている。また、蓄電装置100は、たとえばリレー200を含む電池システムを構成している。
The
組電池110は、二次電池である複数の単電池1を備えている。組電池110は、たとえば、直流電流の充放電によって電気エネルギーの蓄積および放出が可能な複数の単電池1を直列に接続した構成を有している。個々の単電池1の仕様は特に限定されないが、たとえば、出力電圧が約3.0[V]から約4.2[V]であり、平均出力電圧が約3.6[V]である。
The assembled
図1に示す例において、組電池110は、複数の単電池1が直列に接続されて電池群111が構成され、複数の電池群111が直列に接続された構成を有している。図1では、図示の都合上、組電池110が、直列に接続された二つの電池群111を備え、各々の電池群111が、直列に接続された四つの単電池1を備える例を示している。しかし、組電池110が備える電池群111の数、直列または並列などの電池群111の接続方法、および、各々の電池群111が備える単電池1の数などは、特に限定されない。
In the example shown in FIG. 1, the assembled
個々の電池群111は、たとえば単電池1の状態管理および制御の単位となる。なお、複数の電池群111は、並列に接続されていてもよい。また、電池群111を構成する単電池1の数は、すべての電池群111で同数であってもよく、各々の電池群111で異なっていてもよい。
Each
図1に示す例において、組電池110は、複数の単電池1がたとえばバスバーを介して直列に接続されて電池群111が構成され、複数の電池群111がたとえばバスバーを介して直列に接続された構成を有している。図1では、図示の都合上、組電池110が、直列に接続された二つの電池群111を備え、各々の電池群111が、直列に接続された四つの単電池1を備える例を示している。しかし、組電池110が備える電池群111の数、直列または並列などの電池群111の接続方法、および、各々の電池群111が備える単電池1の数などは、特に限定されない。
In the example shown in FIG. 1, an assembled
個々の電池群111は、たとえば単電池1の状態管理および制御の単位となる。なお、複数の電池群111は、並列に接続されていてもよい。また、電池群111を構成する単電池1の数は、すべての電池群111で同数であってもよく、各々の電池群111で異なっていてもよい。
Each
単電池管理部120は、組電池110を構成する単電池1の状態を監視および管理する。単電池管理部120は、たとえば、単電池1の過充電または過放電を判定また診断する機能や、通信エラーなどが発生した場合に異常信号を出力する機能を有し、その判定結果や異常信号を組電池制御部150に出力する。単電池管理部120は、たとえば、複数の単電池制御部121を備えている。
The
単電池制御部121は、たとえば、各々の単電池制御部121に対して設けられている。単電池制御部121は、電池群111を構成する各々の単電池1の状態を監視し、各々の単電池1を制御する。単電池制御部121は、たとえば、制御対象の電池群111から電力の供給を受けて動作する。
The
図2は、図1に示す蓄電装置100を構成する単電池制御部121の回路構成の一例である。単電池制御部121は、たとえば、電圧検出回路121aと、温度検知部121bと、制御回路121cと、信号入出力回路121dとを備えている。また、図示を省略するが、単電池制御部121は、たとえば、単電池1の自己放電や消費電流のばらつきなどにともなって発生する単電池1間の電圧のばらつきを均等化する回路を備えている。
FIG. 2 is an example of a circuit configuration of the
電圧検出回路121aは、単電池1の電圧を測定する電圧センサであり、電池群111を構成する各々の単電池1の正極と負極の外部端子の間の電圧を測定する。温度検知部121bは、たとえば単電池1の表面温度を測定する温度センサに接続された温度検出回路である。なお、温度センサによって測定した単電池1の表面温度の検出は、電圧検出回路121aによって行うことも可能である。
The
温度検知部121bは、たとえば、電池群111の全体として少なくとも一つの温度を測定し、その温度をその電池群111を構成する単電池1の温度の代表値として出力する。そのため、図2に示す例において、単電池制御部121は、一つの温度検知部121bを備えている。なお、単電池制御部121は、各々の単電池1に対して一つの温度検知部121bを有してもよい。しかし、この場合は、単電池制御部121に一つの温度検知部121bを設ける場合よりも単電池制御部121の構成が複雑になる。
温度検知部121bから出力される単電池1の表面温度は、たとえば、単電池制御部121および組電池制御部150において、単電池1、電池群111、または組電池110(以下、単に「電池」という。)の状態を判定するための各種の演算に用いられる。また、温度検知部121bから出力される単電池1の表面温度は、たとえば、中央処理装置190による各種の演算に用いられる。
The surface temperature of the
制御回路121cは、電圧検出回路121aから出力された単電池1の外部端子間の電圧値と、温度検知部121bから出力された単電池1の表面温度の測定値とが入力される。制御回路121cは、入力された各々の単電池1の電圧値と、電池群111ごとの単電池1の表面温度の測定値とを、信号入出力回路121dへ出力する。信号入出力回路121dは、制御回路121cから出力された単電池1の電圧値と、電池群111ごとの単電池1の表面温度の測定値とを、通信経路160および絶縁素子170を介して組電池制御部150へ出力する。
The
図1に示すように、電流検知部130は、たとえば組電池110に流れる電流を検知して電流値を測定する電流計または電流センサである。電圧検知部140は、たとえば組電池110の全体の電圧を検知して電圧値を測定する電圧計または電圧センサである。
As shown in FIG. 1, the
組電池制御部150は、本開示に係る電池制御装置の一実施形態であり、電池の充放電時の最大電力値を算出して、電池を制御する。組電池制御部150は、たとえば、電池の状態を検知するとともに、電池の状態を管理し、電池を制御する。より具体的には、組電池制御部150には、たとえば、単電池管理部120から出力された単電池1の電圧や温度、電流検知部130から出力された組電池110を流れる電流値、電圧検知部140から出力された組電池110の全体の電圧値などの情報が入力される。
The assembled
組電池制御部150は、たとえば中央処理装置190を備え、入力された情報に基づいて電池の状態を判定および検知する。組電池制御部150は、電池の状態の判定結果または検知結果を、信号線を介して単電池管理部120や車両制御部400へ出力する。
The assembled
また、組電池制御部150は、たとえば中央処理装置190により、入力された情報および記憶装置180に記憶された情報を用いて、組電池110、電池群111および単電池1を適切に制御するための各種の演算を行う。さらに、組電池制御部150は、演算結果や演算結果に基づく指令を、単電池管理部120やリレー200に出力する。
Also, assembled
また、組電池制御部150は、たとえば通信経路160およびフォトカプラなどの絶縁素子170を介して単電池管理部120に接続され、単電池管理部120との間で信号を送受信する。組電池制御部150には、たとえば、単電池管理部120から出力された判定結果や診断結果、異常信号などが入力される。また、組電池制御部150には、たとえば、記憶装置180からの信号や、車両制御部400からの信号が入力される。
In addition, assembled
組電池制御部150と単電池管理部120とは、たとえば動作電源が異なっている。具体的には、組電池制御部150は、たとえば車載補機用の14[V]系の電源を用い、単電池管理部120は、たとえば組電池110を電源として用いる。そのため、組電池制御部150と単電池管理部120とは、相互に絶縁素子170を介して信号を送受信する。なお、絶縁素子170は、単電池管理部120を構成する回路基板に実装してもよく、組電池制御部150を構成する回路基板に実装してもよい。また、蓄電装置100の構成によっては、絶縁素子170を省略することも可能である。
The battery
組電池制御部150と単電池管理部120を構成する複数の単電池制御部121との間の通信について、より詳細に説明する。複数の単電池制御部121は、たとえば各々の電池群111と同様に直列に接続されている。すなわち、複数の単電池制御部121は、監視対象の電池群111の電位が最も高い単電池制御部121から、監視対象の電池群111の電位が最も低い単電池制御部121まで、監視対象の電池群111の電位の降順に直列に接続されている。
Communication between the assembled
組電池制御部150から出力された情報は、通信経路160および絶縁素子170を介して、監視対象の電池群111の電位が最も高い単電池制御部121に入力される。さらに、組電池制御部150から出力されて監視対象の電池群111の電位が最も高い単電池制御部121に入力された情報およびその単電池制御部121の出力は、その次に監視対象の電池群111の電位が高い単電池制御部121へ入力される。
The information output from the battery
これが順次繰り返されることで、最終的にすべての電池群111の情報を含む情報が監視対象の電池群111の電位が最も低い単電池制御部121から出力され、通信経路160および絶縁素子170を介して組電池制御部150に入力される。なお、隣り合う単電池制御部121間の通信は、たとえば、これらの間に配置した絶縁素子170を介して行うことも可能である。
By sequentially repeating this, information including information on all
このように、組電池制御部150と、複数の単電池制御部121とは、たとえば通信経路160によってループ状に接続されている。このループ状の接続は、たとえば、デイジーチェーン接続、数珠繋ぎ接続、または芋づる式接続などと呼ばれることがある。
In this manner, the assembled
記憶装置180は、たとえば、RAMやROMなどのメモリやハードディスクなどによって構成され、図1に示す例において、組電池制御部150の外部に設けられている。なお、記憶装置180は、組電池制御部150を構成する回路基板に実装されて、組電池制御部150の一部を構成していてもよい。また、記憶装置180は、たとえば、組電池制御部150や単電池制御部121を構成する回路基板のそれぞれに実装されていてもよい。
The
記憶装置180は、たとえば、組電池110、それぞれの電池群111、およびそれぞれの単電池1の情報が記憶される。具体的には、たとえば、組電池110の電流制限値などの制限値や、組電池110、各々の電池群111、および各々の単電池1の電池特性に関する情報が記憶されている。
記憶装置180は、たとえば、単電池1の電圧値、電流値および温度から、電池の充電状態(state of charge: SOC)を求めるための演算式、テーブル、グラフまたはマップが記憶されている。また、記憶装置180は、たとえば、単電池1の電圧値、電流値および温度から、電池の部抵抗の上昇率(state of Health based on resistance: SOHR)を求めるための演算式、テーブル、グラフまたはマップが記憶されている。これらSOCおよびSOHRを求めるための演算式等は、公知であるため、説明を省略する。
また、記憶装置180は、たとえば、後述する組電池制御部150の各種の演算機能において中央処理装置190による演算に使用される各種の演算式、マップ、プログラム、データが記憶されている。記憶装置180に記憶された各種の演算式については、後述する組電池制御部150の各種の演算機能の説明において詳述する。
Further, the
中央処理装置190は、図1に示すように、たとえば組電池制御部150を構成する回路基板に実装されて組電池制御部150の一部を構成し、記憶装置180に対して情報通信可能に接続されている。なお、中央処理装置190は、たとえば、単電池管理部120を構成する回路基板に実装されてもよい。
また、中央処理装置190は、たとえば、単電池1に流れる電流を測定する電流センサである電流検知部130に信号線を介して接続され、電流検知部130による電流の測定値を取得する。また、中央処理装置190は、たとえば、組電池110の電圧を測定する電圧検知部140に信号線を介して接続され、電圧検知部140による電圧の測定値を取得する。また、中央処理装置190は、たとえば、図示を省略する環境温度センサに信号線を介して接続され、環境温度センサから単電池1の周囲の環境温度を取得する。
In addition,
また、中央処理装置190は、たとえば、通信経路160および絶縁素子170を介して単電池制御部121に接続されている。これにより、中央処理装置190は、単電池制御部121が備える電圧センサによって測定された電池群111を構成する個々の単電池1の電圧を取得する。また、中央処理装置190は、たとえば、温度センサによって測定された各々の電池群111の少なくとも一つの単電池1の表面温度の測定値を取得する。中央処理装置190は、記憶装置180に記憶された情報や、上記センサ等から取得した情報に基づいて、各種の演算を実行する。
図3は、図1に示す組電池制御部150の機能ブロック図である。組電池制御部150は、たとえば、電池状態を検知する機能F1と、充電時の最大電力値を演算する機能F2と、放電時の最大電力値を演算する機能F3とを備えている。図3に示す各機能ブロックは、たとえば、組電池制御部150に入力される情報ならびに記憶装置180に記憶された情報およびプログラムと、それらを読み込んで各種の処理を実行する中央処理装置190と、によって実現することができる。
FIG. 3 is a functional block diagram of the assembled
図3に示すように、電池状態を検知する機能F1において、中央処理装置190は、たとえば、単電池1の電圧値、電流値、および温度を入力として、記憶装置180に記憶された演算式等を用い、電池のSOCおよびSOHRを演算して出力する。充電時の最大電力値を演算する機能F2および放電時の最大電力値を演算する機能F3において、中央処理装置190は、たとえば、電池状態を検知する機能F1から出力されたSOCおよびSOHR、ならびに単電池1の温度を入力とする。そして、中央処理装置190は、記憶装置180に記憶された演算式等を用い、充電時の最大電力値を演算する機能F2において充電時の最大電力値Wmax,chgを演算して出力し、放電時の最大電力値を演算する機能F3において放電時の最大電力値Wmax,disを演算して出力する。
As shown in FIG. 3, in the function F1 for detecting the battery state, the
図4は、図3に示す充電時の最大電力値を演算する機能F2の機能ブロック図である。この機能F2は、たとえば、電流演算用の充電抵抗を演算する機能F21と、電圧演算用の充電抵抗を演算する機能F22と、充電時の最大電流値を演算する機能F23と、充電時の算定電圧を演算する機能F24と、充電時の最大電力値を演算する機能F25とを備えている。 FIG. 4 is a functional block diagram of the function F2 for calculating the maximum power value during charging shown in FIG. The function F2 includes, for example, a function F21 for calculating the charging resistance for current calculation, a function F22 for calculating the charging resistance for voltage calculation, a function F23 for calculating the maximum current value during charging, and a function F23 for calculating the maximum current value during charging. It has a function F24 for calculating the voltage and a function F25 for calculating the maximum power value during charging.
電流演算用の充電抵抗を演算する機能F21において、中央処理装置190は、電池のSOC、温度、およびSOHRを入力とし、記憶装置180に記憶された以下の数式(1)およびマップ等を用いて、充電時の最大電流値の演算に用いる内部抵抗値Rchg_iを演算して出力する。
In the function F21 that calculates the charging resistance for current calculation, the
また、電圧演算用の充電抵抗を演算する機能F22において、中央処理装置190は、電池のSOC、温度、およびSOHRを入力とし、記憶装置180に記憶された以下の数式(2)およびマップ等を用いて、内部抵抗値Rchg_vを演算して出力する。この内部抵抗値Rchg_vは、電池に充電可能な電流が通電されたときの電池の電圧の予測値を演算するために用いられる。
In addition, in the function F22 for calculating the charging resistance for voltage calculation, the
また、充電時の最大電流値を演算する機能F23において、中央処理装置190は、電池のSOCと、電流演算用の充電抵抗を演算する機能F21の出力である内部抵抗値Rchg_iを入力とする。また、この機能F23において、中央処理装置190は、図示を省略する上限電流値Ilimit,chg、上限電圧値Vmax、および開回路電圧(open circuit voltage: OCV)を入力とする。
In addition, in the function F23 for calculating the maximum current value during charging, the
この機能F23において、中央処理装置190は、上記のような情報を入力とし、記憶装置180に記憶された以下の数式(3)を用いて、充電時の最大電流値Imax.chgを演算して出力する。なお、この機能F23の入力である上限電流値Ilimit,chgおよび上限電圧値Vmaxは、たとえば蓄電装置100およびリレー200を含む電池システムを構成する部材の材料などによって定まる。また、OCVは、電池が静的な状態に置かれた時に観測される電圧である。
In this function F23, the
また、充電時の算定電圧値を演算する機能F24において、中央処理装置190は、SOCと、機能F22の出力である電圧演算用の内部抵抗値Rchg_vと、機能F23の出力である充電時の最大電流値Imax.chgを入力とする。そして、この機能F24において、中央処理装置190は、これらの入力を用い、記憶装置180に記憶された以下の数式(4)に基づいて、充電時の算定電圧値Vmax,chgを演算して出力する。
In addition, in the function F24 that calculates the calculated voltage value during charging, the
また、充電時の最大電力値を演算する機能F25において、中央処理装置190は、機能F23の出力である充電時の最大電流値Imax.chgと、機能F24の出力である充電時の算定電圧値Vmax,chgを入力とする。そして、この機能F25において、中央処理装置190は、これらの入力を用い、以下の数式(5)に基づいて、充電時の最大電力値Wmax,chgを演算して出力する。なお、数式(5)において、Nは、組電池110を構成する単電池1の数である。
Further, in the function F25 for calculating the maximum power value during charging, the
以上のように、充電時の最大電力値を演算する機能F2において、中央処理装置190は、電池状態を検知する機能F1から出力されたSOCおよびSOHR、ならびに単電池1の温度を入力とし、記憶装置180に記憶された演算式等を用い、充電時の最大電力値Wmax,chgを演算して出力する。
As described above, in the function F2 for calculating the maximum power value during charging, the
図5は、図3に示す放電時の最大電力値を演算する機能F3の機能ブロック図である。放電時の最大電力値を演算する機能F3は、たとえば、電流演算用の放電抵抗を演算する機能F31と、電圧演算用の放電抵抗を演算する機能F32と、放電時の最大電流値を演算する機能F33と、放電時の算定電圧値を演算する機能F34と、放電時の最大電力値を演算する機能F35と、を備えている。 FIG. 5 is a functional block diagram of the function F3 for calculating the maximum power value during discharge shown in FIG. The function F3 for calculating the maximum power value during discharge includes, for example, a function F31 for calculating a discharge resistance for current calculation, a function F32 for calculating a discharge resistance for voltage calculation, and a function F32 for calculating a maximum current value during discharge. It has a function F33, a function F34 for calculating the calculated voltage value during discharge, and a function F35 for calculating the maximum power value during discharge.
電流演算用の放電抵抗を演算する機能F31において、中央処理装置190は、電池のSOC、温度、SOHRを入力とし、記憶装置180に記憶された以下の数式(6)およびマップ等に基づいて、放電時の最大電流値の演算に用いる内部抵抗値Rdis_iを演算して出力する。
In the function F31 that calculates the discharge resistance for current calculation, the
また、電圧演算用の放電抵抗を演算する機能F32において、中央処理装置190は、電池のSOC、温度、SOHRを入力とし、記憶装置180に記憶された以下の数式(7)およびマップ等に基づいて、内部抵抗値Rdis_vを演算して出力する。この内部抵抗値Rdis_vは、放電時の最大電流値が通電されたときの電池の電圧予測値である算定電圧値を演算するために用いられる。
In addition, in the function F32 for calculating the discharge resistance for voltage calculation, the
また、放電時の最大電流値を演算する機能F33において、中央処理装置190は、電池のSOCと、機能F31の出力である内部抵抗値Rdis_iと、記憶装置180に記憶された図示を省略する上限電流値Ilimit,disおよび下限電圧値Vminと、を入力とする。ここで、上限電流値Ilimit,disおよび下限電圧値Vminは、蓄電装置100およびリレー200を含む電池システムを構成する部材の材料などによって定まる。そして、中央処理装置190は、これらの入力と、記憶装置180に記憶された以下の数式(8)に基づいて、放電時の最大電流値Imax.disを演算して出力する。
Also, in the function F33 for calculating the maximum current value during discharge, the
また、放電時の算定電圧値を演算する機能F34において、中央処理装置190は、電池のSOCと、機能F32の出力である内部抵抗値Rdis_vと、機能F33の出力である放電時の最大電流値Imax.disと、を入力とする。そして、中央処理装置190は、これらの入力と、記憶装置180の記憶された以下の数式(9)に基づいて、放電時の算定電圧値Vmax,disを演算して出力する。
In addition, in the function F34 for calculating the calculated voltage value during discharge, the
また、放電時の最大電力値を演算する機能F35において、中央処理装置190は、機能F33の出力である最大電流値Imax.disと、機能F34の出力である算定電圧値Vmax,disを入力とし、記憶装置180の記憶された以下の数式(10)に基づいて、放電時の最大電力値Wmax,disを演算して出力する。なお、数式(10)において、Nは、組電池110を構成する単電池1の数である。
Further, in the function F35 for calculating the maximum power value during discharge, the
以上のように、放電時の最大電力値を演算する機能F3において、中央処理装置190は、電池状態を検知する機能F1から出力されたSOCおよびSOHR、ならびに単電池1の温度を入力とし、記憶装置180に記憶された演算式等を用い、放電時の最大電力値Wmax,disを演算して出力する。
As described above, in the function F3 for calculating the maximum electric power value during discharge, the
次に、前記数式(1)に含まれるマップ(ChgDCR_iMap)と、前記数式(2)に含まれるマップ(ChgDCR_vMap)と、前記数式(6)に含まれるマップ(DisDCR_iMap)と、前記数式(7)に含まれるマップ(DisDCR_vMap)について説明する。これらの電池の内部抵抗値のマップは、たとえば電池のSOCや温度などの条件を様々に異ならせて、その条件ごとにパルス状またはステップ状の電流を電池に入力しまたは電池から出力する充放電試験を行い、データを取得することによって作成することができる。 Next, the map (ChgDCR_iMap) included in the formula (1), the map (ChgDCR_vMap) included in the formula (2), the map (DisDCR_iMap) included in the formula (6), and the formula (7) Describes the map (DisDCR_vMap) included in the . These maps of the internal resistance values of batteries are used for charging and discharging by varying conditions such as battery SOC and temperature, and inputting or outputting a pulse-shaped or step-shaped current to or from the battery for each condition. It can be created by conducting tests and acquiring data.
図6は、電池を放電させてステップ状の電流を出力する放電試験時の電池の電圧および内部抵抗の時間変化の一例を示すグラフである。図6において、グラフ(a)は電流の時間波形であり、グラフ(b)は電圧の時間波形であり、グラフ(c)は内部抵抗の時間波形である。 FIG. 6 is a graph showing an example of temporal changes in battery voltage and internal resistance during a discharge test in which the battery is discharged to output a step current. In FIG. 6, graph (a) is the time waveform of current, graph (b) is the time waveform of voltage, and graph (c) is the time waveform of internal resistance.
図6のグラフ(a)のように、電流がゼロの休止状態からステップ状に変化して電池が放電を開始すると、図6のグラフ(b)のように、電圧がステップ状に降下する。電池の内部抵抗は、図6のグラフ(c)のように、電池の放電開始後、時間の経過とともに増加している。このように、電池の内部抵抗は、電池の通電時間に応じて変化する。 As shown in graph (a) of FIG. 6, when the current changes stepwise from a resting state of zero and the battery starts to discharge, the voltage drops stepwise as shown in graph (b) of FIG. As shown in graph (c) of FIG. 6, the internal resistance of the battery increases with the lapse of time after the battery starts to discharge. In this way, the internal resistance of the battery changes according to the time the battery is energized.
そのため、電池の内部抵抗のマップを作成する際には、電池の通電開始からどれだけ時間が経過したときの電圧と内部抵抗値との関係を採用するかを、あらかじめ決めておく。そして、電池の通電開始時から所定時間経過時の複数の電圧と内部抵抗値との関係を用いて、電池の内部抵抗値のマップを作成する。 Therefore, when creating a map of the internal resistance of the battery, it is determined in advance whether to adopt the relationship between the voltage and the internal resistance when how much time has passed since the start of energization of the battery. Then, a map of the internal resistance value of the battery is created using the relationship between the plurality of voltages and the internal resistance value after a predetermined time has elapsed from the start of the energization of the battery.
図7は、電池の通電時間による内部抵抗特性の変化を示すグラフである。図7のグラフ(a)およびグラフ(b)は、横軸をSOC、縦軸を内部抵抗とし、それぞれ、最も高温での内部抵抗特性を実線で表し、最も低温での内部抵抗特性を破線で示し、その間の温度の内部抵抗特性を点線で示している。また、図7のグラフ(a)は、電池に対して相対的に長時間にわたって通電させたときの内部抵抗特性を示し、図7のグラフ(b)は、電池に対して相対的に短時間にわたって通電させたときの内部抵抗特性を示している。 FIG. 7 is a graph showing changes in internal resistance characteristics according to the energization time of the battery. In graphs (a) and (b) of FIG. 7, the horizontal axis is SOC and the vertical axis is internal resistance. , and the dotted line indicates the internal resistance characteristic for the temperature between them. Graph (a) in FIG. 7 shows internal resistance characteristics when the battery is energized for a relatively long time, and graph (b) in FIG. 7 shows the battery for a relatively short time. It shows the internal resistance characteristics when energized over a period of time.
図7に示すように、電池の温度が低いほど、電池の内部抵抗は高くなる。また、通電時間が長くなると、内部抵抗が高くなる傾向がある。そのため、前記数式(1)から(10)における電力演算の過程で用いる内部抵抗値Rchg_i,Rchg_v,Rdis_i,Rdis_vには、任意の単数または複数の通電時間に対応する内部抵抗値について、図7に示すようなSOCと温度に応じたマップを作成して記憶装置180に記憶させる。 As shown in FIG. 7, the lower the temperature of the battery, the higher the internal resistance of the battery. Also, the longer the energization time, the higher the internal resistance tends to be. Therefore, for the internal resistance values R chg_i , R chg_v , R dis_i , and R dis_v used in the process of power calculation in the above formulas (1) to (10), the internal resistance values corresponding to any one or more energization times , a map corresponding to the SOC and the temperature as shown in FIG.
また、前記数式(3),(4),(8),(9)に含まれるOCVは、一般にSOCに応じて変化するため、内部抵抗特性のマップと同様に、あらかじめ実験によりデータを取得してSOCに応じたマップを作成し、記憶装置180に記憶させておく。
In addition, since the OCV included in the above formulas (3), (4), (8), and (9) generally changes according to the SOC, data should be obtained in advance by experiment as in the case of the internal resistance characteristic map. to create a map corresponding to the SOC and store it in the
図8は、前記数式(1)から(5)に基づいて図3、図4に示す機能F2で算出された充電時の最大電力値Wmax,chgの一例を示すグラフである。前記数式(3)の入力、すなわち充電時の最大電流値を演算する機能F23の入力である上限電流値Ilimit,chgは、前述のように、たとえば電池システムを構成する部材の材料などによって定まる。この上限電流値Ilimit,chgが、たとえば200[A]などの固定値である場合、充電時の最大電力値Wmax,chgの傾向は、前記数式(3)において選択された最小値がどちらであったかによって異なる。 FIG. 8 is a graph showing an example of the maximum electric power value W max,chg during charging calculated by the function F2 shown in FIGS. 3 and 4 based on the formulas (1) to (5). The upper limit current value I limit,chg , which is the input of the above equation (3), that is, the input of the function F23 that calculates the maximum current value during charging, is determined by the materials of the members constituting the battery system, etc., as described above. . When this upper limit current value I limit,chg is a fixed value such as 200 [A], the tendency of the maximum power value W max,chg during charging depends on which of the minimum values is selected in the above formula (3). It depends on whether
すなわち、前記数式(3)の充電時の最大電流値Imax.chgが、電池システムを構成する部材の材料などによって定まる上限電流値Ilimit,chgである第1の場合は、充電時の最大電力値Wmax,chgの傾向は、図8のグラフ(a)のようになる。一方、前記数式(3)の充電時の最大電流値Imax.chgが、上限電圧値Vmaxによって規定される電流値となる第2の場合は、充電時の最大電力値Wmax,chgの傾向は、図8のグラフ(b)のようになる。 That is, in the first case where the maximum current value Imax.chg during charging in Equation (3) is the upper limit current value Ilimit,chg determined by the materials of the members constituting the battery system, the maximum current value during charging The tendency of the power value W max,chg is shown in graph (a) of FIG. On the other hand, in the second case where the maximum current value I max.chg during charging in Equation (3) is a current value defined by the upper limit voltage value V max , the maximum power value W max,chg during charging The trend is shown in graph (b) of FIG.
充電時の最大電流値Imax.chgが上限電流値Ilimit,chgで制限される前記第1の場合は、上限電流値Ilimit,chgが固定値であるため、充電時の最大電力値Wmax,chgの大小は、電池に上限電流値Ilimit,chgが流れたときの電圧、すなわち前記数式(4)で算出される充電時の算定電圧値Vmax,chgの大小で決まる。前記数式(4)において、電池のSOCが上昇するほどOCVは高くなり、電池の温度が低くなるほど内部抵抗値Rchg_vが高くなるため、充電時の算定電圧値Vmax,chgも、電池のSOCが上昇するほど高くなり、電池の温度が低くなるほど高くなる。そのため、前記数式(5)で算出される充電時の最大電力値Wmax,chgも同様に、図8のグラフ(a)のように、電池のSOCが高くなるほど大きくなり、電池の温度が低くなるほど大きくなる傾向がある。 In the first case where the maximum current value Imax.chg during charging is limited by the upper limit current value Ilimit ,chg, since the upper limit current value Ilimit,chg is a fixed value, the maximum power value W during charging The magnitude of max,chg is determined by the voltage when the upper limit current value Ilimit,chg flows through the battery, that is, the magnitude of the calculated voltage value Vmax ,chg during charging calculated by the above equation (4). In the above formula (4), the higher the battery SOC, the higher the OCV, and the lower the battery temperature, the higher the internal resistance value R chg_v . increases as the temperature rises, and increases as the battery temperature decreases. Therefore, the maximum power value W max,chg during charging calculated by the above formula (5) also increases as the SOC of the battery increases, as shown in the graph (a) of FIG. 8, and the battery temperature decreases. It tends to get bigger.
一方、充電時の最大電流値Imax.chgが上限電圧値Vmaxで制限される前記第2の場合は、充電時の最大電流値Imax.chgが電池のSOCや温度に応じて変化するため、充電時の最大電流値Imax.chgの大小によって充電時の最大電力値Wmax,chgの大小が決まる。具体的には、SOCが高くなるほど、OCVが高くなって充電時の最大電流値Imax.chgが小さくなり、電池の温度が低くなるほど、内部抵抗が高くなって充電時の最大電流値Imax.chgが小さくなる傾向がある。したがって、前記数式(5)で算出される充電時の最大電力値Wmax,chgも同様に、図8のグラフ(b)のように、電池のSOCが高くなるほど小さくなり、電池の温度が低くなるほど小さくなる傾向がある。 On the other hand, in the second case where the maximum current value I max.chg during charging is limited by the upper limit voltage value V max , the maximum current value I max.chg during charging changes according to the SOC and temperature of the battery. Therefore, the maximum power value W max,chg during charging is determined by the maximum current value I max ,chg during charging. Specifically, the higher the SOC, the higher the OCV and the smaller the maximum charging current value Imax.chg . .chg tends to be smaller. Therefore, the maximum power value W max,chg during charging calculated by the above formula (5) also decreases as the SOC of the battery increases, as shown in the graph (b) of FIG. 8, and the battery temperature decreases. It tends to get smaller.
図9は、前記数式(6)から(10)に基づいて図3、図4で算出された放電時の最大電力値Wmax,disの一例を示すグラフである。放電時の最大電力値Wmax,disは、SOCが低下するほど低下する。また、電池の温度が低下するほど、電池の内部抵抗が上昇して放電時の最大電力値Wmax,disが低下する傾向がある。 FIG. 9 is a graph showing an example of the maximum electric power value W max,dis during discharge calculated in FIGS. 3 and 4 based on the formulas (6) to (10). The maximum electric power value W max,dis during discharge decreases as the SOC decreases. Further, as the temperature of the battery decreases, the internal resistance of the battery tends to increase and the maximum electric power value W max,dis during discharge tends to decrease.
以上のように、蓄電装置100の組電池制御部150は、入力された情報、および記憶装置180にあらかじめ記憶されている情報に基づいて、電池の充放電を適切に制御するための充放電時の最大電力値の演算、SOCやSOHRの演算、および電圧均等化制御を行うための演算などを行う。組電池制御部150は、これらの演算結果や、その演算結果に基づく指令を、単電池管理部120や車両制御部400に出力する。
As described above, the assembled
インバータ300は、図1に示すように、たとえばリレー200を介して蓄電装置100に接続されている。また、インバータ300は、車両制御部400に接続されている。車両制御部400は、組電池制御部150から出力された情報に基づいて、インバータ300を制御する。蓄電装置100が搭載された車両は、たとえば車両制御部400の制御の下、蓄電装置100がリレー200を介してインバータ300に接続される。これにより、組電池110を構成する単電池1に蓄積された電気エネルギーによってモータジェネレータ500が駆動され、車両が走行する。また、車両の制動時にモータジェネレータ500で発電された回生電力が、インバータ300およびリレー200を介して蓄電装置1000に供給され、組電池110を構成する単電池1が充電される。
以下、従来技術および比較例との対比に基づいて、本開示に係る電池制御装置の一実施形態である組電池制御部150の作用を説明する。
Hereinafter, the operation of the assembled
従来から電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、ハイブリッド自動車(HEV)などに搭載される電池システムは、直列または並列に接続された二次電池と、その二次電池と負荷との電気的な接続のオンオフを制御するためのリレーや電流センサ等の電気的な部品などを備えている。電池システムは、二次電池の劣化による出力低下を抑制するため、電池システムの過渡な使用を検知した場合に、二次電池からモータ等の負荷にかかる電力または電流を制限する電池制御装置を備えている。 Conventionally, battery systems installed in electric vehicles (EV), plug-in hybrid vehicles (PHEV), hybrid vehicles (HEV), etc. consist of secondary batteries connected in series or in parallel, and the secondary batteries and a load. It has electrical components such as relays and current sensors for controlling the on/off of electrical connections. The battery system is equipped with a battery control device that limits the power or current applied from the secondary battery to the load, such as the motor, in the event that excessive use of the battery system is detected, in order to suppress a decrease in output due to deterioration of the secondary battery. ing.
電池システムは、二次電池を適切な範囲で使用するために電池の電圧および電池に流れる電流に対して制限が設けられている。電池の電圧に対する制限値、すなわち上限電圧および下限電圧や、電流に対する制限値、すなわち上限電流値は、二次電池の過充電の防止や、劣化の進行を抑制することを目的として設定されている。これらは、二次電池に充電可能な最大電力値または二次電池から放電可能な最大電力値、すなわち充電時の最大電力値および放電時の最大電力値を規定する上で重要なパラメータである。 In the battery system, limits are set on the voltage of the battery and the current flowing through the battery in order to use the secondary battery within an appropriate range. The limit values for the voltage of the battery, that is, the upper and lower voltage limits, and the limit value for the current, that is, the upper limit current value are set for the purpose of preventing overcharging of the secondary battery and suppressing the progress of deterioration. . These are important parameters for defining the maximum power value that can be charged to the secondary battery or the maximum power value that can be discharged from the secondary battery, that is, the maximum power value during charging and the maximum power value during discharging.
二次電池の充放電時の最大電力値の演算には、上述した二次電池の上限電圧値および下限電圧値ならびに上限電流値に加え、二次電池の内部抵抗を用いる。二次電池の内部抵抗は、電流が流れた時間、すなわち通電時間に応じて変化する。そのため、二次電池の充放電中のリアルタイムな最大電力値を規定する際には、二次電池が実際に作動している間の充放電パターンを考慮した適切な内部抵抗を設定し、充放電時の最大電力値を演算する必要がある。 In addition to the above-described upper limit voltage value, lower limit voltage value, and upper limit current value of the secondary battery, the internal resistance of the secondary battery is used to calculate the maximum power value during charging and discharging of the secondary battery. The internal resistance of the secondary battery changes according to the time during which the current flows, that is, the energization time. Therefore, when specifying the real-time maximum power value during charge/discharge of a secondary battery, it is necessary to set an appropriate internal resistance that takes into account the charge/discharge pattern while the secondary battery is actually in operation. It is necessary to calculate the maximum power value at that time.
前記特許文献1に記載された従来の電池制御装置によれば、充放電を継続するにしたがって単電池の内部抵抗が変化しても、内部抵抗テーブルから取得する内部抵抗値を変化にしたがって切り替えることにより、内部抵抗の変化に追従することができる。(同文献、第0010段落等を参照)。この従来の電池制御装置は、二次電池に流れる電流の通電時間に応じた適切な内部抵抗値を設定することで、その内部抵抗値に対応した二次電池の充放電時の最大電力値を演算することが可能である。
According to the conventional battery control device described in
ここで、現時点から所定の時間にわたって連続して二次電池に入力可能な電力として充放電時の最大電力値を規定する。この場合、現時点以降から連続して二次電池に通電可能な電流値を算出し、その電流値に基づいて二次電池の通電時の電圧を算出し、その電圧と算出した連続して二次電池に通電可能な電流値とを乗算することで、充放電時の最大電力値を算出する。 Here, the maximum power value during charging and discharging is defined as the power that can be continuously input to the secondary battery over a predetermined period of time from the current time. In this case, the current value that can be continuously applied to the secondary battery from the current time is calculated, the voltage when the secondary battery is energized is calculated based on the current value, and the voltage and the calculated continuous secondary battery are calculated. By multiplying by the current value that can be applied to the battery, the maximum power value during charging and discharging is calculated.
しかし、通電時の二次電池の電圧の演算値と実測値とは、一致しないことがある。この場合、前述のように算出された充放電時の最大電力値に相当する負荷が二次電池に入力されると、算出された二次電池に連続して通電可能な電流に対し、過大な電流値または過小な電流値が二次電池に流れるおそれがある。 However, the calculated value and the measured value of the voltage of the secondary battery during energization may not match. In this case, when a load corresponding to the maximum power value during charging and discharging calculated as described above is input to the secondary battery, an excessively large current is applied to the calculated current that can be continuously applied to the secondary battery. A current value or an excessively small current value may flow to the secondary battery.
ここで、本実施形態の組電池制御部150との比較のために、従来技術に相当する比較例の電池制御装置を想定する。比較例の電池制御装置では、図4に示す充電時の最大電流値Imax.chgの演算用の内部抵抗値Rchg_iと、充電時の算定電圧値Vmax,chgの演算用の内部抵抗値Rchg_vとが同一の内部抵抗値であり、図5に示す放電時の最大電流値Imax.disの演算用の内部抵抗値Rdis_iと、放電時の算定電圧値Vmax,disの演算用の内部抵抗値Rdis_vとが同一の内部抵抗値であるものとする。この比較例の電池制御装置の問題点を、図10から図12を参照して説明する。
Here, for comparison with the assembled
図10は、比較例の電池制御装置を備える蓄電装置の充電時の電力、電流、内部抵抗および電圧の時間変化の一例を示すグラフである。図10において、グラフ(a)は電池の充電時の電力の時間変化を示し、グラフ(b)は充電時に電池に流れる電流の時間変化を示し、グラフ(c)は充電時の電池の内部抵抗の時間変化を示し、グラフ(d)は充電時の電池の電圧の時間変化を示している。 FIG. 10 is a graph showing an example of temporal changes in power, current, internal resistance, and voltage during charging of a power storage device provided with a battery control device of a comparative example. In FIG. 10, graph (a) shows changes in power over time during charging of the battery, graph (b) shows changes over time in current flowing through the battery during charging, and graph (c) shows internal resistance of the battery during charging. , and graph (d) shows the time change of the voltage of the battery during charging.
比較例の電池制御装置を備える蓄電装置では、電池が休止状態から充電が開始されると、電池のSOCが変化することで、充電時の最大電力値は、時間の経過とともに変化する。そのため、図10では、時間の経過とともに変化する電力の演算値をそのまま電池に入力する場合を想定する。また、図8に示すように、充電時の最大電力値の挙動は、前記数式(3)で最小値としてどちらの電流値が選択されるかによって変化する。そのため、図10では、充電時の最大電流値Imax.chgが上限電流値Ilimit,chgで制限される前記第1の場合(図8のグラフ(a)の場合)における、電力、電流、内部抵抗値、電圧の挙動を示している。 In the power storage device provided with the battery control device of the comparative example, when charging is started from the battery resting state, the SOC of the battery changes, so that the maximum power value during charging changes over time. Therefore, in FIG. 10, it is assumed that the calculated power value that changes with the passage of time is directly input to the battery. Also, as shown in FIG. 8, the behavior of the maximum power value during charging changes depending on which current value is selected as the minimum value in the above formula (3). Therefore, in FIG . 10, the power , current, Behavior of internal resistance value and voltage is shown.
充電時の最大電流値Imax.chgが上限電流値Ilimit,chgで制限される前記第1の場合には、充電時の最大電力値が、SOCの上昇にともなって増加するため、充電時のSOCの上昇により、図10のグラフ(a)のように、充電時の最大電力値も増加する傾向にある。このとき、電池システムの構成部材で決まる充電時の上限電流値Ilimit,chgが固定値であるため、図10のグラフ(b)に点線で示す演算上の充電時の最大電流値Imax.chgが固定値となる。 In the first case where the maximum current value Imax.chg during charging is limited by the upper limit current value Ilimit ,chg , the maximum power value during charging increases as the SOC rises. As the SOC rises, the maximum power value during charging also tends to increase, as shown in graph (a) of FIG. At this time, since the upper limit current value I limit,chg during charging determined by the components of the battery system is a fixed value, the calculated maximum current value I max during charging indicated by the dotted line in the graph (b) of FIG. chg becomes a fixed value.
しかし、図10のグラフ(b)において実線で示すように、実際に電池に流れる電流値は、休止状態から通電が開始されたときに、点線で示す演算上の充電時の最大電流値Imax.chgを大きく超え、時間の経過とともに減少して演算上の充電時の最大電流値Imax.chgに収束している。このような現象が生じるのは、次のような理由による。 However, as indicated by the solid line in the graph (b) of FIG. 10, the value of the current actually flowing through the battery, when energization is started from the resting state, is the calculated maximum current value Imax during charging indicated by the dotted line. It greatly exceeds .chg , decreases with the lapse of time, and converges to the calculated maximum current value Imax.chg during charging. The reason why such a phenomenon occurs is as follows.
図10のグラフ(c)において実線で示す実際の電池の内部抵抗値は、電池の通電開始時が最小値であり、時間の経過とともに増加している。そのため、図10のグラフ(d)に実線で示す実際の電池の電圧値も同様に、電池の通電開始時が最小値であり、時間の経過とともに増加している。 The actual internal resistance value of the battery indicated by the solid line in the graph (c) of FIG. 10 is the minimum value at the start of energization of the battery, and increases with the lapse of time. Therefore, the actual battery voltage value indicated by the solid line in the graph (d) of FIG. 10 is also the minimum value at the start of energization of the battery, and increases with the lapse of time.
比較例の電池制御装置においては、電圧の演算に使用する電池の内部抵抗値は、図10のグラフ(c)において点線で示すように、充電開始から所定時間が経過した時点の実際の電池の内部抵抗値に固定されている。そのため、電池の充電開始から所定時間が経過するまでの間、図10のグラフ(c)において実線で示す実際の電池の内部抵抗値は、点線で示す電圧の演算に使用する電池の内部抵抗値よりも小さくなる。 In the battery control device of the comparative example, the internal resistance value of the battery used for voltage calculation is the actual battery resistance at the time when a predetermined time has passed since the start of charging, as indicated by the dotted line in the graph (c) of FIG. Fixed to the internal resistance value. Therefore, the actual internal resistance value of the battery indicated by the solid line in the graph (c) of FIG. be smaller than
そのため、図10のグラフ(c)において点線で示す演算用の内部抵抗値に基づいて算出された充電時の最大電力値で電池の充電が開始されると、図10のグラフ(b)において実線で示す実際の電流値が点線で示す最大電流値Imax.chgを大きく超えることになる。このときに流れる電流値による充電時の最大電力値は、以下の数式(11)のようになる。 Therefore, when the charging of the battery is started at the maximum power value during charging calculated based on the internal resistance value for calculation indicated by the dotted line in graph (c) of FIG. 10, the solid line in graph (b) of FIG. The actual current value indicated by , greatly exceeds the maximum current value I max.chg indicated by the dotted line. The maximum power value during charging based on the value of the current flowing at this time is given by the following formula (11).
数式(11)において、上段の右辺が比較例の電池制御装置によって演算された充電時の最大電力値であり、図10のグラフ(b)に点線で示す最大電流値Imax.chgと、図10のグラフ(c)に破線で示す電圧演算用の内部抵抗値Rchg_vが含まれている。また、上段の右辺に等しい下段の右辺には、図10のグラフ(b)に実線で示す実際の電流値Imax.chg’と、図10のグラフ(c)に実線で示す実際の内部抵抗値Rchg_v’が含まれている。 In Equation (11), the right side of the upper row is the maximum power value during charging calculated by the battery control device of the comparative example, and the maximum current value I max.chg indicated by the dotted line in the graph (b) of FIG. 10 includes an internal resistance value R chg_v for voltage calculation indicated by a dashed line. The right side of the lower row, which is equal to the right side of the upper row, shows the actual current value I max.chg′ indicated by the solid line in the graph (b) of FIG. 10 and the actual internal resistance indicated by the solid line in the graph (c) of FIG. It contains the value R chg_v' .
この数式(11)により、図10のグラフ(c)において破線で示す電圧演算用の内部抵抗値Rchg_vが実線で示す実際の内部抵抗値Rchg_v’より大きい場合、図10のグラフ(b)において実線で示す電流値Imax.chg’が点線で示す最大電流値Imax.chgよりも大きくなることが分かる。ただし、所定時間の経過後は、図10のグラフ(c)において破線で示す電圧演算用の内部抵抗値Rchg_vに実線で示す実際の内部抵抗値Rchg_v’が収束し、図10のグラフ(b)において実線で示す電流値Imax.chg’が点線で示す最大電流値Imax.chgに一致する。 According to this formula (11), when the internal resistance value R chg_v for voltage calculation indicated by the dashed line in the graph (c) of FIG. 10 is greater than the actual internal resistance value R chg_v′ indicated by the solid line, the graph (b) of FIG. , the current value I max.chg′ indicated by the solid line is greater than the maximum current value I max.chg indicated by the dotted line. However, after a predetermined period of time has elapsed, the actual internal resistance value R chg_v′ indicated by the solid line converges to the internal resistance value R chg_v for voltage calculation indicated by the dashed line in the graph (c) of FIG. In b), the current value I max.chg′ indicated by the solid line coincides with the maximum current value I max.chg indicated by the dotted line.
図11は、比較例の電池制御装置を備える蓄電装置の充電時の電力、電流、内部抵抗および電圧の時間変化の一例を示すグラフである。図11において、グラフ(a)は電池の充電時の電力の時間変化を示し、グラフ(b)は充電時に電池に流れる電流の時間変化を示し、グラフ(c)は充電時の電池の内部抵抗の時間変化を示し、グラフ(d)は充電時の電池の電圧の時間変化を示している。 FIG. 11 is a graph showing an example of temporal changes in power, current, internal resistance, and voltage during charging of a power storage device provided with a battery control device of a comparative example. In FIG. 11, graph (a) shows the time change of the electric power during charging of the battery, graph (b) shows the time change of the current flowing through the battery during charging, and graph (c) shows the internal resistance of the battery during charging. , and graph (d) shows the time change of the voltage of the battery during charging.
図10では、充電時の最大電流値Imax.chgが上限電流値Ilimit,chgで制限される前記第1の場合を示したが、図11では、充電時の最大電流値Imax.chgが上限電圧値Vmaxで制限される前記第2の場合における、電力、電流、内部抵抗値、電圧の挙動を示す。前述のように比較例の電池制御装置を備える蓄電装置では、電池が休止状態から通電が開始されると、電池のSOCが変化することで、充電時の最大電力値は、時々刻々と変化する。そのため、図11においても、時間の経過ととともに変化する電力の演算値をそのまま電池に入力する場合を想定する。 FIG. 10 shows the first case in which the maximum current value I max.chg during charging is limited by the upper limit current value I limit,chg. is limited by the upper limit voltage value V max , the behavior of power, current, internal resistance value, and voltage. As described above, in the power storage device including the battery control device of the comparative example, when the battery starts to be energized from the resting state, the SOC of the battery changes, so that the maximum power value during charging changes from moment to moment. . Therefore, also in FIG. 11, it is assumed that the calculated power value that changes with the passage of time is directly input to the battery.
充電時の最大電流値Imax.chgが上限電圧値Vmaxで制限される前記第2の場合には、図11のグラフ(a)のように、充電中に電池のSOCの上昇にともなって、充電時の最大電力値が減少していく。同様に、図11のグラフ(b)のように、充電中に電池のSOCの上昇にともなって、電流値が減少していく。充電時の最大電流値Imax.chgが上限電圧値Vmaxで制限される前記第2の場合においても、図11のグラフ(c)のように、所定時間が経過するまでの間は、実線で示す実際の電池の内部抵抗が、点線で示す演算用の電池の内部抵抗よりも小さい。そのため、充電開始から所定時間が経過するまでの間、図11のグラフ(b)において、実線で示す実際に電池に流れる電流値が、点線で示す充電時の最大電流値Imax.chgよりも大きくなる。 In the second case where the maximum current value Imax.chg during charging is limited by the upper limit voltage value Vmax , as shown in the graph (a) of FIG. , the maximum power value during charging decreases. Similarly, as shown in graph (b) of FIG. 11, the current value decreases as the SOC of the battery increases during charging. Even in the second case where the maximum current value Imax.chg during charging is limited by the upper limit voltage value Vmax , as shown in the graph (c) of FIG. The internal resistance of the actual battery indicated by is smaller than the internal resistance of the calculation battery indicated by the dotted line. Therefore, in the graph (b) of FIG. 11, the current value that actually flows through the battery indicated by the solid line is higher than the maximum current value I max.chg during charging indicated by the dotted line in the graph (b) of FIG. growing.
以上のように、比較例に係る電池制御装置を備えた蓄電装置では、電池の電圧の演算に用いる内部抵抗値が、実際の電池の内部抵抗値と異なると、電池に流れる電流が、電池の充電時の最大電流値Imax.chgを超過するおそれがある。特に、前記第1の場合に、電池システムの構成部材等による制約で決まる充電時の上限電流値Ilimit,chgを超過する現象は、電池システムの安全性や耐久性に影響を与えるおそれがある。 As described above, in the power storage device including the battery control device according to the comparative example, if the internal resistance value used for calculating the voltage of the battery differs from the actual internal resistance value of the battery, the current flowing through the battery is The maximum current value I max.chg during charging may be exceeded. In particular, in the first case, the phenomenon of exceeding the upper limit current value I limit,chg during charging, which is determined by the constraints of the components of the battery system, may affect the safety and durability of the battery system. .
次に、比較例の電池制御装置を備える蓄電装置において、放電時の最大電力値に相当する電力を出力した場合の挙動について、図12を参照して説明する。なお、図12においても、図10および図11と同様に、時間の経過とともに変化する放電時の最大電力値の演算値をそのまま電池から出力させる場合を想定して説明する。また、放電時においても、電流および電圧の演算用の内部抵抗として、放電開始から所定時間が経過した時点の実際の電池の内部抵抗を固定値として用い、この演算用の内部抵抗に基づいて算出した放電時の最大電力値を放電した場合を想定する。 Next, the behavior of the power storage device provided with the battery control device of the comparative example when power corresponding to the maximum power value during discharge is output will be described with reference to FIG. 12 . In FIG. 12 as well, similarly to FIGS. 10 and 11, a description will be made on the assumption that the calculated value of the maximum electric power value during discharge, which changes with the passage of time, is directly output from the battery. Also, during discharging, the actual internal resistance of the battery at the time when a predetermined time has passed since the start of discharge is used as a fixed value as the internal resistance for calculating the current and voltage, and calculation is performed based on this internal resistance for calculation. It is assumed that the maximum electric power value is discharged at the time of discharge.
放電時は、SOCの低下にともなって、放電時の最大電力値が低下する。このとき、図11のグラフ(b)に実線で示すように、電池に実際に流れる電流値は、時間の経過にともなって低下する。放電時は、充電時と異なり、図12のグラフ(b)において、実線で示す実際に電池に流れる電流の絶対値は、点線で示す放電時の最大電流値の絶対値よりも小さくなっている。なお、放電時の電流値はマイナスの値であるため、ここでは電流値の比較を電流値の絶対値の大小で行っている。このように、図12のグラフ(b)において、実線で示す実際に電池に流れる電流の絶対値が、点線で示す放電時の最大電流値の絶対値よりも小さくなるのは、次のような理由による。 During discharge, the maximum power value during discharge decreases as the SOC decreases. At this time, as indicated by the solid line in the graph (b) of FIG. 11, the value of current actually flowing through the battery decreases over time. During discharging, unlike during charging, in the graph (b) of FIG. 12, the absolute value of the current actually flowing through the battery indicated by the solid line is smaller than the absolute value of the maximum current value during discharging indicated by the dotted line. . Since the current value during discharge is a negative value, the current values are compared here according to the magnitude of the absolute value of the current value. In this way, in the graph (b) of FIG. 12, the absolute value of the current actually flowing through the battery indicated by the solid line is smaller than the absolute value of the maximum current value during discharge indicated by the dotted line for the following reason. for a reason.
比較例の電池制御装置では、図12のグラフ(c)において点線で示す演算用の内部抵抗値を、所定時間が経過した時点の実際の電池の内部抵抗に固定している。そのため、電池の放電開始から所定時間が経過するまでの間は、点線で示す演算用の内部抵抗値が実線で示す実際の電池の内部抵抗値よりも大きくなる。この場合、図12のグラフ(b)に示すように、電圧演算用の内部抵抗値を用いて算出した放電時の最大電力値で電池を放電させた場合に、実線で示す電池に実際に流れる電流値の絶対値は、点線で示す演算上の放電時の最大電流値の絶対値よりも小さくなる。このときに流れる電流値による放電時の最大電力値は、以下の数式(12)のようになる。 In the battery control device of the comparative example, the internal resistance value for calculation indicated by the dotted line in the graph (c) of FIG. 12 is fixed to the actual internal resistance of the battery after a predetermined period of time has elapsed. Therefore, the internal resistance value for calculation indicated by the dotted line becomes larger than the actual internal resistance value of the battery indicated by the solid line until a predetermined time elapses from the start of discharging of the battery. In this case, as shown in the graph (b) of FIG. 12, when the battery is discharged at the maximum power value during discharge calculated using the internal resistance value for voltage calculation, the actual power flowing to the battery indicated by the solid line is The absolute value of the current value is smaller than the absolute value of the maximum current value during the calculation indicated by the dotted line. The maximum power value at the time of discharge based on the value of the current flowing at this time is given by the following formula (12).
数式(12)において、上段の右辺が比較例の電池制御装置によって演算された放電時の最大電力値であり、図12のグラフ(b)に点線で示す演算用の電流値Imax.disと、図12のグラフ(c)に破線で示す演算用の内部抵抗値Rdis_vが含まれている。また、上段の右辺に等しい下段の右辺には、図12のグラフ(b)に実線で示す電流値Imax.dis’と、図12のグラフ(c)に実線で示す実際の内部抵抗値Rdis_v’が含まれている。 In equation (12), the right side of the upper row is the maximum power value during discharge calculated by the battery control device of the comparative example, and the current value I max.dis for calculation indicated by the dotted line in the graph (b) of FIG. , the graph (c) of FIG. 12 includes an internal resistance value R dis_v for calculation indicated by a dashed line. In addition, on the right side of the lower row, which is equal to the right side of the upper row, the current value I max.dis' indicated by the solid line in the graph (b) of FIG. 12 and the actual internal resistance value R indicated by the solid line in the graph (c) of FIG. dis_v' is included.
この数式(12)により、図12のグラフ(c)において破線で示す演算用の内部抵抗値Rdis_vが実線で示す実際の内部抵抗値Rdis_vより大きい場合、図12のグラフ(b)において実線で示す電流値Imax.dis’の絶対値が、点線で示す演算用の電流値Imax.disの絶対値よりも小さくなることが分かる。ただし、所定時間の経過後は、図12のグラフ(c)において破線で示す電圧演算用の内部抵抗値Rdis_vが実線で示す実際の内部抵抗値Rdis_v’に収束し、図12のグラフ(b)において実線で示す電流値Imax.dis’が点線で示す演算用の電流値Imax.disに一致する。 According to this formula (12), when the internal resistance value R dis_v for calculation indicated by the broken line in the graph (c) of FIG. 12 is greater than the actual internal resistance value R dis_v indicated by the solid line, the solid line It can be seen that the absolute value of the current value I max.dis′ indicated by is smaller than the absolute value of the current value I max.dis for calculation indicated by the dotted line. However, after a predetermined time has passed, the internal resistance value R dis_v for voltage calculation indicated by the broken line in the graph (c) of FIG. In b), the current value I max.dis′ indicated by the solid line matches the current value I max.dis for calculation indicated by the dotted line.
このように、比較例の電池制御装置は、前述の充電時とは異なり、放電時に電池に実際に流れる電流値は、放電時の最大電流値の絶対値よりも小さくなる。したがって、比較例の電池制御装置は、放電時において、演算用の内部抵抗値を、所定時間が経過した時点の実際の電池の内部抵抗に固定していることで、より安全性が高くなっている。そのため、以下では、比較例の電池制御装置において、電池に流れる電流値が最大電流値を超える電池の充電時に焦点を当てて、本開示に係る電池制御装置の一実施形態である組電池制御部150の作用を説明する。 Thus, in the battery control device of the comparative example, the current value actually flowing through the battery during discharging is smaller than the absolute value of the maximum current value during discharging, unlike during charging described above. Therefore, in the battery control device of the comparative example, the internal resistance value for calculation is fixed to the actual internal resistance of the battery at the time when the predetermined time has elapsed during discharge, thereby increasing safety. there is Therefore, in the following, in the battery control device of the comparative example, the assembled battery control unit, which is an embodiment of the battery control device according to the present disclosure, will be focused on the charging of the battery in which the current value flowing through the battery exceeds the maximum current value. 150 will be explained.
本実施形態の組電池制御部150は、前述のように、電池の内部抵抗値Rchg_i,Rdis_i,Rchg_v,Rdis_vに基づいて電池の最大電流値Imax.chg(またはImax.dis)とその最大電流値の通電時の電池の算定電圧値Vmax,chg(またはVmax,dis)とを演算し、その最大電流値と算定電圧値とに基づいて電池の最大電力値Wmax,chg(またはWmax,dis)を演算する電池制御装置である。そして、組電池制御部150は、最大電流値Imax.chg(またはImax.dis)の演算に用いる電池の第一の内部抵抗値Rchg_i(またはRdis_i)と算定電圧値Vmax,chg(またはVmax,dis)の演算に用いる第二の内部抵抗値Rchg_v(またはRdis_v)とが異なる。
As described above, the assembled
図13および図14は、本実施形態の組電池制御部150の作用を説明するグラフである。図13において、グラフ(a)は電池の充電時の電力の時間変化を示し、グラフ(b)は充電時に電池に流れる電流の時間変化を示し、グラフ(c)は充電時の電池の内部抵抗の時間変化を示し、グラフ(d)は充電時の電池の電圧の時間変化を示している。以下では、図11に示す比較例の電池制御装置のグラフとの相違点を中心に、図13のグラフを説明する。
13 and 14 are graphs for explaining the action of the assembled
まず、本実施形態の組電池制御部150は、図13のグラフ(c)において点線で示すように、算定電圧値Vmax,chgの演算に用いる電池の第二の内部抵抗値Rchg_vが、たとえば、実線で示す電池の通電開始時またはその直後の内部抵抗値に設定されている。そのため、図13のグラフ(b)において、実線で示す電池に電力が入力された瞬間に電池に実際に流れる電流値は、破線で示す最大電流値Imax.chgと一致する。すなわち、図13のグラフ(c)において、電池の通電開始時に、点線で示す電圧演算用の内部抵抗値Rchg_vが実線で示す実際の内部抵抗値Rchg_v’に一致するため、図13のグラフ(b)に実線で示す実際に電池に流れる電流値は点線で示す最大電流値Imax.chgに一致する。 First, as indicated by the dotted line in the graph (c) of FIG . For example, it is set to the internal resistance value at or immediately after the start of energization of the battery indicated by the solid line. Therefore, in the graph (b) of FIG. 13, the current value that actually flows through the battery at the moment power is input to the battery indicated by the solid line matches the maximum current value I max.chg indicated by the broken line. That is, in the graph (c) of FIG. 13, the internal resistance value R chg_v for voltage calculation indicated by the dotted line coincides with the actual internal resistance value R chg_v′ indicated by the solid line when the battery starts to be energized. The current value actually flowing through the battery indicated by the solid line in (b) coincides with the maximum current value I max.chg indicated by the dotted line.
電池に電力が入力された瞬間に、電池に最大電流値Imax.chgが流れた後は、図13のグラフ(c)に実線で示す電池の内部抵抗は、時間の経過とともに点線で示す電圧演算用の内部抵抗値Rchg_vよりも大きくなる。すなわち、前記数式(11)において、実際の内部抵抗値Rchg_v’が電圧演算用の内部抵抗値Rchg_vよりも大きくなるため、図13(b)に実線で示すように、電池に流れる電流は、最大電流値Imax.chgよりも小さくなる。 After the maximum current value I max.chg flows through the battery at the moment power is input to the battery, the internal resistance of the battery indicated by the solid line in graph (c) of FIG. It becomes larger than the internal resistance value R chg_v for calculation. That is, in the above formula (11), the actual internal resistance value R chg_v′ is greater than the internal resistance value R chg_v for voltage calculation, so the current flowing through the battery is , is smaller than the maximum current value I max.chg .
以上により、本実施形態の組電池制御部150によれば、最大電流値Imax.chgの演算に用いる電池の第一の内部抵抗値Rchg_iと算定電圧値Vmax,chgの演算に用いる第二の内部抵抗値Rchg_vとを異ならせ、第二の内部抵抗値Rchg_vを電池に電力が入力された瞬間またはその直後の電池の内部抵抗値に設定することで、電池に過大な電流が通電されない最大電力値Wmax,chgを算出することが可能である。ここで、直後とは、たとえば電圧、電流などを測定するセンサのサンプリング周期である。
As described above, according to the assembled
次に、図14を参照して、充電時の最大電流値Imax.chgが上限電圧値Vmaxで制限される前記第2の場合における本実施形態の組電池制御部150の作用を説明する。図14において、グラフ(a)は電池の充電時の電力の時間変化を示し、グラフ(b)は充電時に電池に流れる電流の時間変化を示し、グラフ(c)は充電時の電池の内部抵抗の時間変化を示し、グラフ(d)は充電時の電池の電圧の時間変化を示している。
Next, with reference to FIG. 14, the action of the assembled
この第2の場合においても、前記第1の場合と基本的には同様であり、図14のグラフ(c)において、点線で示す電圧演算用の内部抵抗値Rchg_vが実線で示す実際の内部抵抗値Rchg_v’に一致する。そのため、図14のグラフ(b)において実線で示す実際に電池に流れる電流値は、電池の通電開始時およびその直後に、点線で示す最大電流値Imax.chgと等しくなる。その後は、図14のグラフ(c)に示すように、実線で示す実際の内部抵抗値Rchg_v’が、点線で示す電圧演算用の内部抵抗値Rchg_vよりも大きくなる。 This second case is basically the same as the first case, and in the graph (c) of FIG . Matches the resistance value R chg_v' . Therefore, the current value actually flowing through the battery indicated by the solid line in the graph (b) of FIG. 14 becomes equal to the maximum current value I max.chg indicated by the dotted line at the start of energization of the battery and immediately thereafter. After that, as shown in the graph (c) of FIG. 14, the actual internal resistance value R chg_v′ indicated by the solid line becomes larger than the internal resistance value R chg_v for voltage calculation indicated by the dotted line.
そのため、図14のグラフ(b)において実線で示す実際に電池に流れる電流値は、点線で示す最大電流値Imax.chgよりも小さくなる。したがって、本実施形態の組電池制御部150によれば、最大電流値Imax.chgの演算に用いる電池の第一の内部抵抗値Rchg_iと算定電圧値Vmax,chgの演算に用いる第二の内部抵抗値Rchg_vとを異ならせ、第二の内部抵抗値Rchg_vを電池に電力が入力された瞬間またはその直後の電池の内部抵抗値に設定することで、電池に過大な電流が通電されない最大電力値Wmax,chgを算出することが可能である。
Therefore, the current value actually flowing through the battery indicated by the solid line in the graph (b) of FIG. 14 is smaller than the maximum current value I max.chg indicated by the dotted line. Therefore, according to the assembled
本実施形態の組電池制御部150では、第二の内部抵抗値Rchg_vを電池に電力が入力された瞬間またはその直後の電池の内部抵抗値に設定することで、最大電流値Imax.chgの演算に用いる電池の第一の内部抵抗値Rchg_iと算定電圧値Vmax,chgの演算に用いる第二の内部抵抗値Rchg_vとを異ならせた。これにより、図13および図14に示すように、電池に過大な電流が通電されない最大電力値Wmax,chgを算出することが可能である。
In the assembled
また、本実施形態の組電池制御部150では、たとえば100[msec]程度から10[msec]程度の範囲の制御周期で電流や電圧などのデータをサンプリングしている。そのため、電池に電力が入力された瞬間に見える電池の内部抵抗値は、一制御周期、すなわち一サンプリング周期前の電流、電圧の取得データと、現時点における取得データとで決まる。このときに見える内部抵抗は、パルスやステップ状の電力を電池に入力してから一サンプリング周期後に見える内部抵抗値と等しい。このため、実際の運用上は、サンプリング周期に対応する内部抵抗値、たとえば、電力の入力から100[msec]後に見える内部抵抗を、電圧演算用の内部抵抗値Rchg_vとすることができる。
Also, in the assembled
なお、本実施形態の組電池制御部150において、第一の内部抵抗値Rchg_iは、電池に対する最大電流値Imax.chgの通電開始時から第一の時間が経過した時の電池の内部抵抗値に設定され、第二の内部抵抗値Rchg_vは、通電開始時点から第一の時間よりも短い第二の時間が経過したときの電池の内部抵抗値に設定される。具体的には、たとえば、第二の時間を上記サンプリング周期とし、第一の時間をサンプリング周期よりも長い所定の時間とすることができる。
Note that in the assembled
以上説明したように、本実施形態によれば、電池に過大な電流が通電されない最大電力値Wmax,chgを算出することが可能な電池制御装置である組電池制御部150を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide the assembled
[実施形態2]
以下、図1から図3を援用し、図15から図25を参照して、本開示に係る電池制御装置の実施形態2を説明する。
[Embodiment 2]
Embodiment 2 of the battery control device according to the present disclosure will be described below with reference to FIGS. 1 to 3 and FIGS. 15 to 25 .
前述の実施形態1の組電池制御部150では、最大電流値Imax.chg,Imax.disの演算に用いる電池の第一の内部抵抗値Rchg_i,Rdis_iと、その最大電流値Imax.chg,Imax.disの通電時の電池の算定電圧値Vmax,chg,Vmax,disの演算に用いる第二の内部抵抗値Rchg_v,Rdis_vとを異なる値に設定し、連続的な充電時に演算した充電時および放電時の最大電流値Imax.chg,Imax.disを超過しないようにした。本実施形態の組電池制御部150では、前述の実施形態1に加え、さらに現時点までの充放電の履歴(前時点までに充放電されたことによって生じている分極電圧)考慮した演算式を適用する。
In the assembled
より具体的には、本実施形態の組電池制御部150は、記憶装置180および中央処理装置190による演算機能が、前述の実施形態1と異なっている。本実施形態の組電池制御部150のその他の点は、前述の実施形態と同様であるので、同様の部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
More specifically, the assembled
図15は、実施形態1の図4に相当する本実施形態の組電池制御部150の充電時の許容電力を演算する機能F2’のブロック図である。本実施形態の組電池制御部150は、図4に示す機能F21および機能F22に代えて、電流演算用の充電等価回路のパラメータを演算する機能F21’と、電圧演算用の充電等価回路のパラメータを演算する機能F22’を備えている。
FIG. 15 is a block diagram of the function F2' for calculating the allowable power during charging of the assembled
図15に示すように、電流演算用の充電等価回路のパラメータを演算する機能F21’は、電池のSOC、SOHR、温度、および電流演算用の連続通電時間t_curを入力とし、最大電流値の演算用の内部抵抗値Rchg_iと、分極電圧Vp_iを出力する。電圧演算用の充電等価回路のパラメータを演算する機能F22’は、電池のSOC、SOHR、温度、および電圧演算用の連続通電時間t_volを入力とし、算定電圧値の演算用の内部抵抗値Rchg_vと、分極電圧Vp_vを出力する。 As shown in FIG. 15, the function F21' for calculating the parameters of the charging equivalent circuit for current calculation receives the battery SOC, SOHR, temperature, and continuous conduction time t_cur for current calculation as inputs, and calculates the maximum current value. output the internal resistance value R chg_i and the polarization voltage V p_i . The function F22' for calculating the parameters of the charge equivalent circuit for voltage calculation receives the battery SOC, SOHR, temperature, and the continuous conduction time t_vol for voltage calculation, and calculates the internal resistance value R chg_v for calculation of the calculated voltage value. , the polarization voltage V p_v is output.
さらに、充電時の最大電流値を演算する機能F23’は、機能F21’の出力である内部抵抗値Rchg_iと、分極電圧Vp_iを入力として、充電時の最大電流値Imax,chgを出力する。充電時の算定電圧を演算する機能F24’は、機能F22’の出力である内部抵抗値Rchg_vと、分極電圧Vp_vを入力とし、充電時の算定電圧値Vmax,chgを出力する。充電時の最大電力を演算する機能F25’は、機能F23’の出力である最大電流値Imax,chgと、機能F24’の出力である算定電圧値Vmax,chgを入力とし、充電時の最大電力値Wmax,chgを出力する。 Furthermore, the function F23' for calculating the maximum current value during charging receives the internal resistance value R chg_i output from the function F21' and the polarization voltage V p_i as inputs, and outputs the maximum current value I max,chg during charging. do. A function F24' for calculating the calculated voltage during charging receives the internal resistance value R chg_v output from the function F22' and the polarization voltage V p_v , and outputs the calculated voltage value V max,chg during charging. The function F25′ for calculating the maximum power during charging receives the maximum current value I max,chg output from the function F23′ and the calculated voltage value V max,chg output from the function F24′, Output the maximum power value W max,chg .
まず、図17を参照して、電池の充放電の履歴、すなわち分極電圧の演算方法を説明する。図17は、電池の電圧挙動を再現する電圧等価回路モデルすなわち電圧モデルMの一例である。電圧モデルMは、たとえば記憶装置180に記憶されている。電圧モデルMは、電池のOCVを模擬する起電力成分に対し、時間に依存しない電池材料のオーミックな抵抗成分であるRoと、時間に応じて変化する分極電圧Vpを模擬する、分極抵抗RpとコンデンサCの並列回路を直列に接続した構成になっている。なお、図17において、τは、分極抵抗RpとコンデンサCの並列回路における分極時定数成分である。
First, referring to FIG. 17, the charge/discharge history of the battery, that is, the method of calculating the polarization voltage will be described. FIG. 17 is an example of a voltage equivalent circuit model, that is, a voltage model M that reproduces the voltage behavior of the battery. Voltage model M is stored in
図17に示す電圧モデルMに基づく電池の電圧(Closed Circuit Voltage: CCV)は、以下の数式(13)および(14)で表される。 The battery voltage (Closed Circuit Voltage: CCV) based on the voltage model M shown in FIG. 17 is represented by the following formulas (13) and (14).
数式(13)および(14)に含まれるOCV,Ro,Rp,τは、SOCや温度に応じたマップとして、あらかじめ電池を使った充放電試験結果から抽出し、たとえば記憶装置180に記憶させて実装する。これにより、数式(13)および(14)に基づいて、電池の充放電中にリアルタイムな電圧挙動を演算することが可能である。なお、数式(14)において、Vp_zは、一制御周期前の分極電圧を示しており、tsは、制御周期を示している。
OCV, Ro, Rp, and τ included in formulas (13) and (14) are extracted in advance from charge/discharge test results using batteries as maps corresponding to SOC and temperature, and stored in
図17および数式(14)における分極電圧Vpは、現時点までの電池の充放電によって生じうる電圧成分を示している。この分極電圧Vpを、後述する充電時および放電時の最大電力の演算に使用することで、現時点までの電圧履歴を考慮した充電時および放電時の最大電力を演算する。以降では、図17ならびに前記数式(13)および(14)に基づいて、充電時の最大電力を演算する例を説明する。 The polarization voltage V p in FIG. 17 and equation (14) indicates a voltage component that can be generated by charging and discharging the battery up to this point. By using this polarization voltage Vp to calculate the maximum power during charging and discharging, which will be described later, the maximum power during charging and discharging is calculated in consideration of the voltage history up to the present time. Hereinafter, an example of calculating the maximum electric power during charging will be described based on FIG. 17 and Equations (13) and (14).
電流演算用の充電等価回路のパラメータを演算する機能F21’において、中央処理装置190は、前述のように、電池のSOC、SOHR、温度、および電流演算用の連続通電時間t_curを入力とし、記憶装置180に記憶された以下の数式(15)から(17)に基づいて、内部抵抗値Rchg_iと分極電圧Vp_iを演算する。ここで、分極電圧Vp_iは、現時点までに発生した分極電圧Vpの連続通電時間t_curに相当する時間経過後の分極電圧である。
In the function F21′ for calculating the parameters of the charge equivalent circuit for current calculation, the
ここで、数式(16)に含まれるRp(SOC,T)およびτ(SOC,T)は、以下の数式(18)および(19)で表される。 Here, Rp(SOC,T) and τ(SOC,T) included in Equation (16) are represented by Equations (18) and (19) below.
電圧演算用の充電等価回路のパラメータを演算する機能F22’において、中央処理装置190は、SOC、温度、SOHR、電圧演算用の通電可能時間t_volを入力とする。そして、中央処理装置190は、上記の入力と以下の数式(20)および(21)に基づいて、内部抵抗値Rchg_vと分極電圧Vp_vを出力する。ここで、中央処理装置190は、記憶装置180に記憶された前記数式(16)により算出された現時点までに発生した分極電圧Vpのt_volに相当する時間経過後の分極電圧Vp_vを演算する。
In the function F22' for calculating the parameters of the charge equivalent circuit for voltage calculation, the
充電時の最大電流値を演算する機能F23’において、中央処理装置190は、機能F21’から出力される内部抵抗値Rchg_iおよび分極電圧Vp_iと、SOCと、を入力とする。また、中央処理装置190は、図示を省略する電池システムの構成部材などから定まる上限電流値Ilimit,chgと上限電圧値Vmaxを入力とする。また、中央処理装置190はこれらの入力と、記憶装置180に記憶された以下の式(22)に基づいて充電時の最大電流値Imax,chgを演算する。
In the function F23' that calculates the maximum current value during charging, the
充電時の算定電圧を演算する機能F24’において、中央処理装置190は、SOCと、機能F22’の出力である内部抵抗値Rchg_vおよび分極電圧Vp_v、機能F23’の出力である最大電流値Imax,chgを入力とする。そして、中央処理装置190は、これらの入力と、記憶装置180に記憶された以下の数式(23)によって、充電時の算定電圧値Vmax,chgを演算する。
In the function F24′ that calculates the calculated voltage during charging, the
充電時の最大電力を演算する機能F25’において、中央処理装置190は、機能F23’の出力である充電時の最大電流値Imax,chgと機能F24’の出力である充電時の算定電圧値Vmax,chgを入力とする。そして、中央処理装置190は、これらの入力と記憶装置180に記憶された以下の数式(24)に基づいて、充電時の最大電力値Wmax,chgを出力する。なお、数式(24)において、Nは蓄電装置100を構成する単電池1の個数を示している。
In the function F25′ for calculating the maximum electric power during charging, the
図16は、実施形態1の図5に相当する本実施形態の組電池制御部150の放電時の最大電力を演算する機能F3’のブロック図である。本実施形態の組電池制御部150は、図5に示す機能F31および機能F32に代えて、電流演算用の放電等価回路のパラメータを演算する機能F31’と、電圧演算用の放電等価回路のパラメータを演算する機能F32’を備えている。
FIG. 16 is a block diagram of a function F3' for calculating the maximum electric power during discharge of the assembled
図16に示すように、電流演算用の放電等価回路のパラメータを演算する機能F31’は、電池のSOC、SOHR、温度、および電流演算用の連続通電時間t_curを入力とし、最大電流値の演算用の内部抵抗値Rdis_iと、分極電圧Vp_iを出力する。電圧演算用の放電等価回路のパラメータを演算する機能F32’は、電池のSOC、SOHR、温度、および電圧演算用の連続通電時間t_volを入力とし、算定電圧値の演算用の内部抵抗値Rdis_vと、分極電圧Vp_vを出力する。 As shown in FIG. 16, the function F31' for calculating the parameters of the discharge equivalent circuit for current calculation receives the battery SOC, SOHR, temperature, and continuous conduction time t_cur for current calculation as inputs, and calculates the maximum current value. output the internal resistance value R dis_i and the polarization voltage V p_i . The function F32' for calculating the parameters of the discharge equivalent circuit for voltage calculation receives the SOC, SOHR, temperature of the battery, and the continuous conduction time t_vol for voltage calculation, and calculates the internal resistance value R dis_v for calculation of the calculated voltage value. , the polarization voltage V p_v is output.
さらに、放電時の最大電流値を演算する機能F33’は、機能F31’の出力である内部抵抗値Rdis_iと、分極電圧Vp_iを入力として、放電時の最大電流値Imax,disを出力する。放電時の算定電圧を演算する機能F34’は、機能F32’の出力である内部抵抗値Rdis_vと、分極電圧Vp_vを入力とし、放電時の算定電圧値Vmax,disを出力する。 Furthermore, the function F33' for calculating the maximum current value during discharge receives the internal resistance value Rdis_i , which is the output of the function F31', and the polarization voltage Vp_i , and outputs the maximum current value Imax,dis during discharge. do. A function F34' for calculating the calculated voltage during discharge receives the internal resistance value Rdis_v and the polarization voltage Vp_v output from the function F32', and outputs the calculated voltage value Vmax ,dis during discharge.
電流演算用の放電等価回路のパラメータを演算する機能F31’において、中央処理装置190は、前述のように、電池のSOC、SOHR、温度、および電流演算用の連続通電時間t_curを入力とする。さらに、中央処理装置190は、これらの入力と、記憶装置180に記憶された以下の数式(25)に基づいて、内部抵抗値Rdis_iを演算する。また、中央処理装置190は、現時点までに発生した分極電圧Vpのt_curに相当する時間経過後の分極電圧Vp_iを前記数式(17)に基づいて演算する。
In the function F31' for calculating the parameters of the discharge equivalent circuit for current calculation, the
電圧演算用の放電等価回路のパラメータを演算する機能F32’において、中央処理装置190は、SOC、温度、SOHR、電圧演算用の通電時間t_volを入力とする。そして、中央処理装置190は、上記の入力と記憶装置180に記憶された以下の数式(26)に基づいて、内部抵抗値Rdis_vを出力する。ここで、中央処理装置190は、前記数式(16)により算出された現時点までに発生した分極電圧Vpのt_volに相当する時間経過後の分極電圧Vp_vを前記数式(21)に基づいて演算する。
In the function F32' for calculating the parameters of the discharge equivalent circuit for voltage calculation, the
放電時の最大電流値を演算する機能F33’において、中央処理装置190は、機能F31’から出力される内部抵抗値Rdis_iおよび分極電圧Vp_i、SOCを入力とする。また、中央処理装置190は、図示を省略する電池システムの構成部材などから定まる上限電流値Ilimit,disと下限電圧値Vminを入力とする。また、中央処理装置190はこれらの入力と、記憶装置180に記憶された以下の式(27)に基づいて放電時の最大電流値Imax,disを演算する。
In the function F33' that calculates the maximum current value during discharge, the
放電時の算定電圧を演算する機能F34’において、中央処理装置190は、機能F32’の出力である内部抵抗値Rdis_vおよび分極電圧Vp_v、機能F23’の出力である最大電流値Imax,disを入力とする。そして、中央処理装置190は、これらの入力と、記憶装置180に記憶された以下の数式(28)によって、放電時の算定電圧値Vmax,disを演算する。
In the function F34′ for calculating the calculated voltage during discharge, the
放電時の最大電力を演算する機能F35’において、中央処理装置190は、機能F33’の出力である放電時の最大電流値Imax,disと機能F34’の出力である放電時の算定電圧値Vmax,disを入力とする。そして、中央処理装置190は、これらの入力と記憶装置180に記憶された以下の数式(29)に基づいて、放電時の最大電力値Wmax,disを出力する。なお、数式(29)において、Nは蓄電装置100を構成する単電池1の個数を示している。
In the function F35′ for calculating the maximum power during discharge, the
次に、前記数式(24)または(29)に基づいて算出した充電時または放電時の最大電力に関し、比較例に係る電池制御装置の課題と本実施形態の組電池制御部150による作用を図18から図25を参照して説明する。
Next, regarding the maximum power during charging or discharging calculated based on the above formula (24) or (29), problems of the battery control device according to the comparative example and effects of the assembled
比較例に係る電池制御装置は、前述の実施形態で説明したように、パルス電流またはステップ電流を電池に通電し、所定の時間が経過した時の電池の内部抵抗を、電流の演算用の内部抵抗と電圧の演算用の内部抵抗として用いる。これは、本実施形態において、電流の演算用の通電時間t_curと、電圧の演算用の通電時間t_volを同じ値に設定することに相当する。 As described in the above embodiment, the battery control device according to the comparative example energizes the battery with a pulse current or step current, and measures the internal resistance of the battery when a predetermined time elapses as an internal resistance for current calculation. Used as an internal resistance for resistance and voltage calculations. This corresponds to setting the energization time t_cur for current calculation and the energization time t_vol for voltage calculation to the same value in the present embodiment.
ここで、前述の実施形態1と同様に、逐次演算される充電時の最大電力および放電時の最大電力相当の負荷を、電池に連続的に入力した場合のグラフを、図18から図21に示す。各図においてグラフ(a)は、電力の時間変化、グラフ(b)は、電流の時間変化、グラフ(c)は、電圧の時間変化を、それぞれ示している。 18 to 21 show graphs when the load corresponding to the maximum power during charging and the maximum power during discharging, which are sequentially calculated, are continuously input to the battery in the same manner as in the first embodiment described above. show. In each figure, graph (a) shows time change of power, graph (b) shows time change of current, and graph (c) shows time change of voltage.
また、図18は、充電時の最大電流値Imax.chgが上限電流値Ilimit,chgで制限される前記第1の場合であり、図19は、充電時の最大電流値Imax.chgが上限電圧値Vmaxで制限される前記第2の場合である。図20は、放電時の最大電流値Imax.disが上限電流値Ilimit,disで制限される前記第1の場合であり、図21は、放電時の最大電流値Imax.disが下限電圧値Vminで制限される前記第2の場合である。 FIG. 18 shows the first case in which the maximum current value I max.chg during charging is limited by the upper limit current value I limit,chg, and FIG. 19 shows the maximum current value I max.chg during charging. is limited by the upper limit voltage value V max . FIG. 20 shows the first case in which the maximum current value I max.dis during discharge is limited by the upper limit current value I limit,dis, and FIG . This is the second case limited by the voltage value Vmin .
本実施形態の組電池制御部150による電力の演算式は、図17で示した等価回路モデルを応用した算出式となっている。想定した等価回路モデルが電池の電圧挙動を完全に再現できると仮定すると、図18、図19で示している充電時の最大電力相当の電力を入力する試験では、グラフ(c)に点線と実線で示すように、前記数式(23)で演算される充電時の最大電流の通電時の電圧値と、実際の電池の電圧との間で不一致が発生している。
The calculation formula for electric power by the assembled
つまり、図18および図19のグラフ(c)のように、点線で示す演算した電池の電圧が実線で示す実測した電圧よりも大きな値となっている分、グラフ(a)に示すように、過剰に演算された充電時の最大電力を入力している。そのため、図18および図19のグラフ(b)のように、破線で示す充電時の最大電流値に比べ、実線で示す実際の電流が過剰に電池に流れてしまうことになる。 That is, as shown in graphs (c) of FIGS. 18 and 19, the calculated battery voltage indicated by the dotted line is greater than the measured voltage indicated by the solid line. An excessively calculated maximum power during charging is entered. Therefore, as shown in graphs (b) of FIGS. 18 and 19, the actual current indicated by the solid line flows excessively through the battery compared to the maximum current value during charging indicated by the broken line.
一方で、放電時の最大電力相当の電力を出力する試験では、図20および図21のグラフ(c)において点線で示すように、前記数式(28)で演算される放電時の最大電流が通電している時の電池の電圧値は、実線で示す実際の電圧値よりも低い。その分、グラフ(a)のように、過小に演算された放電時の最大電力を出力している。そのため、図20および図21のグラフ(b)において、実線で示す実際の電流値の絶対値が、点線で示す放電時の最大電流値の絶対値に比べ、過小に流れてしまうことになる。 On the other hand, in the test of outputting power equivalent to the maximum power during discharge, as indicated by the dotted line in the graphs (c) of FIGS. The voltage value of the battery during this period is lower than the actual voltage value indicated by the solid line. As a result, as shown in graph (a), the maximum electric power at the time of discharge, which is calculated to be too small, is output. Therefore, in the graphs (b) of FIGS. 20 and 21, the absolute value of the actual current value shown by the solid line flows too small compared to the absolute value of the maximum current value during discharge shown by the dotted line.
次に、本実施形態の組電池制御部150の作用を、図22から図25を参照して説明する。実施形態1の組電池制御部150と同様に、充電時または放電時の最大電流が通電された時の電池の電圧を演算に使用する電圧演算用の通電時間t_volを、電力が入力された瞬間の電圧を再現出来るよう、0に設定した例で説明する。図22および図23は、t_volを0としたときの充電時の最大電力相当の電力を入力したときの波形を示し、図24および図25は、t_volを0としたときの放電時の最大電力相当の電力を入力したときの波形を示している。
Next, the operation of the assembled
図22および図23に示すように、t_Volを0としたことにより、前記数式(23)で演算される算定電圧と実際の電池の電圧が一致するため、流れる電流値も充電時の最大電流相当の電流が流れることが分かる。つまり、本実施形態の組電池制御部150によれば、比較例の電池制御装置や従来技術の適用時のような過剰な電流が電池に流れることなく充電することができる。
As shown in FIGS. 22 and 23, by setting t_Vol to 0, the calculated voltage calculated by the above formula (23) matches the actual battery voltage, so the current value that flows corresponds to the maximum current during charging. It can be seen that a current of That is, according to the assembled
また、図24および図25のグラフ(c)に示すように、t_Volを0としたことにより、前記数式(28)で演算される放電時の最大電流が通電された時の電池の算定電圧値が、電池の実際の電圧値と一致する。そのため、図24および図25のグラフ(b)に示すように、電池に流れる電流値も放電時の最大電流相当の電流が流れることが分かる。つまり、本実施形態の組電池制御部150によれば、比較例の電池制御装置や従来技術の適用時のような過剰な制限をかけずに、放電することができる。
Also, as shown in graphs (c) of FIGS. 24 and 25, by setting t_Vol to 0, the calculated voltage value of the battery when the maximum current during discharge calculated by the above formula (28) is applied corresponds to the actual voltage value of the battery. Therefore, as shown in the graphs (b) of FIGS. 24 and 25, it can be seen that the current flowing through the battery is equivalent to the maximum current during discharge. In other words, according to the assembled
以上のように、本実施形態の組電池制御部150は、電池に流れる電流に基づいて電池の分極電圧を含む電池の電圧の時間変化を推定可能な電圧モデルMを備える。そして、組電池制御部150は、その電圧モデルMに基づいて第一の内部抵抗値Rchg_iと第一の内部抵抗値Rchg_iに対応する通電時間t_curが経過したときの第一の分極電圧Vp_iを推定する。また、組電池制御部150は、第二の内部抵抗値Rchg_vと第二の内部抵抗値Rchg_vに対応する通電時間t_volが経過したときの第二の分極電圧Vp_vを推定する。さらに、組電池制御部150は、第一の内部抵抗値Rchg_iと第一の分極電圧Vp_iに基づいて電池の最大電流値Imax,chgを演算し、第二の内部抵抗値Rchg_vと第二の分極電圧Vp_vと最大電流値Imax,chg(またはImax,dis)に基づいて電池の算定電圧値Vmax,chgを演算する。そして、組電池制御部150は、最大電流値Imax,chgと算定電圧値Vmax,chgとを乗算することで最大電力値Wmax,chgを演算する。
As described above, the assembled
したがって、本実施形態の組電池制御部150によれば、充電時は過剰な電流が流れることを抑制することが可能となり、放電時は過剰に制限することなく電池の放電性能を最大限引き出すことが可能となる。
Therefore, according to the assembled
[実施形態3]
以下、図1から図3を援用し、図26を参照して、本開示に係る電池制御装置の実施形態3を説明する。
[Embodiment 3]
Embodiment 3 of the battery control device according to the present disclosure will be described below with reference to FIGS. 1 to 3 and FIG. 26 .
本実施形態の組電池制御部150は、記憶装置180に記憶された前記数式(2)のマップ、ChgR_vMap(SOC,T)に含まれる内部抵抗値が、前述の実施形態1に係る組電池制御部150と異なっている。本実施形態の組電池制御部150のその他の点は、前述の実施形態と同様であるので、同様の部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
In the assembled
実施形態1の組電池制御部150では、電圧演算用の充電内部抵抗として、全SOC、全温度領域で電力が入力された瞬間に見える内部抵抗値を記憶装置180に記憶させて実装し、演算に使用する例を示した。前記数式(3)における上限電流値Ilimit,chgは電池だけでなく電池システムを構成する部材による制約も考慮された値であるため、これを超えての電池システムの運用は回避すべきである。
In the assembled
したがって、充電時の最大電流値Imax.chgが上限電流値Ilimit,chgで制限される前記第1の場合における条件では、実施形態1のように、電圧演算用の内部抵抗値に、電力が入力された瞬間の抵抗値を設定することが必要となる。しかし、充電時の最大電流値Imax.chgが上限電圧値Vmaxで制限される前記第2の場合は、上限電流値Ilimit,chgよりも小さい値で充電時の最大電流が演算されている。充電時の最大電流は、所定の時間が経過した時点の電池抵抗値を用いていることから、所定の時間の経過後に上限電圧に到達する電流値として演算されている。そのため、電力が入った瞬間に上限電圧を逸脱することはない。 Therefore, under the condition of the first case where the maximum current value Imax.chg during charging is limited by the upper limit current value Ilimit,chg , as in the first embodiment, the internal resistance value for voltage calculation is set to the electric power It is necessary to set the resistance value at the moment when is input. However, in the second case where the maximum current value Imax.chg during charging is limited by the upper limit voltage value Vmax , the maximum current during charging is calculated with a value smaller than the upper limit current value Ilimit,chg. there is Since the maximum current during charging uses the battery resistance value at the time when the predetermined time has passed, it is calculated as the current value that reaches the upper limit voltage after the predetermined time has passed. Therefore, the voltage does not deviate from the upper limit voltage at the moment power is turned on.
また、上限電流値Ilimit,chgよりも小さな充電可能電流に対して、これを上回る電流が流れても、上限電流値Ilimit,chgよりも小さい値であれば、蓄電装置100の運用上の問題はない。つまり、前記第2の場合においては、電圧演算用の内部抵抗値として、必ずしも電力が入力された瞬間に見える抵抗値を用いる必要はないと考えられるが、実施形態1では全SOC、全温度域で同一の内部抵抗値を使用していたため、充電時の最大電力を過剰に制限してしまうことになる。
In addition, even if a current exceeding the chargeable current smaller than the upper limit current value I limit,chg flows, if the value is smaller than the upper limit current value I limit,chg , the operation of the
そこで、本実施形態では、上限電流値Ilimit,chgで制限される前記第1の場合に該当するSOC、温度領域においては、実施形態1と同様に電力が入力された瞬間に見える内部抵抗値を使用し、これ以外の前記第2の場合に該当するSOC、温度領域では、電力が入力されて以降、所定の時間が経過後の内部抵抗値(たとえば、電流演算用の内部抵抗値と同じ値)を使用する。つまり、前記第1の場合と前記第2の場合の領域で、電圧演算用の内部抵抗値として使用する抵抗値を変更する。 Therefore, in the present embodiment, in the SOC and temperature regions that correspond to the first case limited by the upper limit current value I limit,chg , the internal resistance value that appears at the moment power is input is the same as in the first embodiment. In other SOC and temperature regions that correspond to the second case, the internal resistance value (for example, the same internal resistance value for current calculation as value). That is, the resistance value used as the internal resistance value for voltage calculation is changed between the regions of the first case and the second case.
本実施形態の組電池制御部150において、前記数式(2)のChgR_vMap(SOC,T)として記憶装置180に搭載するマップの構成を、図26に示す。図26のマップ(a)は、電流演算用の内部抵抗値を用いて演算した充電時の最大電流値をSOCと温度に応じたテーブルとして整理した表である。図26のマップ(a)では、上限電流値Ilimit,chgを200[A]とした場合、高温、低SOC側で、200[A]で制限される領域がある(点線で囲まれた領域)。
FIG. 26 shows the configuration of the map loaded in the
上述した理由から、200[A]で制限される領域は、200[A]を確実に超えないようにするため、実施形態1のように、電力が入力された瞬間の内部抵抗値を記憶装置180に記憶させて搭載する。その他の領域については、従来同様の通電開始後10[sec]経過時点の内部抵抗値または2[sec]や5[sec]等の電力が通電した瞬間に見える内部抵抗値とは異なる内部抵抗値を設定する。 For the reason described above, in order to ensure that the area limited by 200 [A] does not exceed 200 [A], the internal resistance value at the moment power is input is stored in the storage device as in the first embodiment. 180 and installed. For other areas, the internal resistance value is different from the internal resistance value at the time 10 [sec] has passed after the start of energization, or the internal resistance value that appears at the moment power is applied, such as 2 [sec] or 5 [sec]. set.
図26のマップ(b)に具体例を示す。図26のマップ(a)で抽出した200[A]でリミットされる領域(点線で囲まれた領域)では、電力が入力された瞬間に見える抵抗値が設定され、これ以外の領域では異なる抵抗値が設定されている(200[A]でリミットされる領域の抵抗値よりも大きな値が設定されている)。これにより、演算した充電時の最大電流が例えば200[A]を超過する領域では、200[A]の逸脱が起こらないような充電時の最大電力が演算できる。 A specific example is shown in the map (b) of FIG. In the area limited by 200 [A] extracted from the map (a) of FIG. A value is set (a value greater than the resistance value in the area limited by 200 [A] is set). As a result, in a region where the calculated maximum current during charging exceeds, for example, 200 [A], it is possible to calculate the maximum power during charging such that deviation of 200 [A] does not occur.
また、当該領域以外では、電力が入った瞬間の内部抵抗値で演算した電力よりも大きな電力で充電時の最大電力を規定することが可能となる。なお、電力が入力された瞬間に見える抵抗値を設定する領域は、線形補間の影響を考慮し、200[A]制限領域に隣接する直近の格子点に対しても、電力が入力された瞬間の内部抵抗を設定してもよい。また、前記第1の場合および前記第2の場合の領域は、電池の劣化状態に応じても異なるため、劣化に応じたマップをあらかじめ作成しておき、劣化に応じた適切な内部抵抗値を演算するようにしてもよい。 In addition, in areas other than this region, it is possible to define the maximum power during charging with power that is greater than the power calculated from the internal resistance value at the moment the power is turned on. Considering the influence of linear interpolation, the area for setting the resistance value that can be seen at the moment power is input will also appear at the moment power is input, even for the nearest grid point adjacent to the 200 [A] limit area. internal resistance may be set. Further, since the areas in the first case and the second case differ depending on the state of deterioration of the battery, a map corresponding to the deterioration is prepared in advance, and an appropriate internal resistance value corresponding to the deterioration is determined. You may make it calculate.
本実施形態の組電池制御部150によれば、蓄電装置100として超えてはいけない上限電流値Ilimit,chgで制約される領域のみ、これを確実に守れるよう電力が入力された瞬間の内部抵抗値を電圧演算用内部抵抗値として設定するようにすることができる。これにより、特に充電時に、過剰な最大電力の制限がかからないように、電池を制御することが可能となる。
According to the assembled
[実施形態4]
以下、図1から図3を援用し、図27を参照して、本開示に係る電池制御装置の実施形態4を説明する。
[Embodiment 4]
実施形態3では、充電時の最大電流値Imax.chgが上限電流値Ilimit,chgで制限される前記第1の場合および充電時の最大電流値Imax.chgが上限電圧値Vmaxで制限される前記第2の場合でそれぞれ演算に用いる内部抵抗マップに搭載する内部抵抗値を使い分ける例を示した。しかしながら、実施形態2のように、所定の時間の時間が経過したときの内部抵抗値を記憶装置180に実装せずに電力を演算する場合、つまり、秒数などの時間を指定し、時間に対応した内部抵抗値を演算する機能を有するような場合、実施形態3のような手法を採用することが出来ない。そこで、本実施形態では、前記数式(3)、(22)の上限電流値でリミットされる場合に、リミットされることを示すフラグを出力し、このフラグをもとに、電圧演算用の内部抵抗値を切り替える例を説明する。
In the third embodiment, the maximum current value Imax.chg during charging is limited by the upper limit current value Ilimit,chg, and the maximum current value Imax.chg during charging is limited by the upper limit voltage value Vmax . In the second limited case, an example is shown in which the internal resistance values to be loaded in the internal resistance maps used for calculation are selectively used. However, as in the second embodiment, when the power is calculated without mounting the internal resistance value when the predetermined time has passed in the
本実施形態の組電池制御部150は、記憶装置180および中央処理装置190で構成される機能ブロックが、前述の実施形態1に係る組電池制御部150と異なっている。本実施形態の組電池制御部150のその他の点は、前述の実施形態1と同様であるので、同様の部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
The assembled
図27は、実施形態2の図15に相当する本実施形態の組電池制御部150のブロック図である。本実施形態の組電池制御部150は、充電時の最大電流を演算する機能F23’の出力に上限電流値でリミットされた場合に、リミットされたことを通知するためのフラグを出力する。出力されたフラグは、電圧演算用の充電等価回路のパラメータを演算する機能F22’へ入力される。フラグを受け取った機能F22’は、入力されてくるフラグをもとに、上限電流値で制限される領域では、電圧演算用の通電時間t_volを「0」に設定し、これ以外は、たとえば、5[sec]、10[sec]を設定する。
FIG. 27 is a block diagram of the assembled
上述のような構成により、たとえば200[A]の上限電流値を逸脱せずに充電することが可能となる。さらに、上限電流値を超過しない領域の場合は、電圧演算に使用する内部抵抗値を任意の値に変更することで、過剰な充電可能電力の制限を回避することが可能である。電圧演算に使用する内部抵抗値の任意の値としては、たとえば電流演算用の通電時間t_curと同じ値でもよいし、これ以外の値でもよい。 With the configuration as described above, charging can be performed without deviating from the upper limit current value of 200 [A], for example. Furthermore, in a region where the upper limit current value is not exceeded, by changing the internal resistance value used for voltage calculation to an arbitrary value, it is possible to avoid excessive limitation of the chargeable power. An arbitrary value of the internal resistance value used for voltage calculation may be, for example, the same value as the energization time t_cur for current calculation, or may be a value other than this.
本実施形態の組電池制御部150によれば、実施形態3と同様に、蓄電装置として超えてはいけない上限電流値で制約される領域のみ、これを確実に守れるよう電力が入力された瞬間の内部抵抗値を電圧演算用内部抵抗値として設定するようにすることができる。これにより、特に充電時に過剰な最大電力の制限がかからないように電池を制御することが可能となる。
According to the assembled
以上、図面を用いて本開示に係る電池制御装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。 The embodiment of the battery control device according to the present disclosure has been described in detail above with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes within the scope of the present disclosure are possible. etc., are intended to be included in this disclosure.
1:単電池(電池)、
100:蓄電装置(電池システム)
110:組電池(電池)、
111:電池群(電池)、
150:組電池制御部(電池制御装置)
200:リレー(電池システム)、
500:モータジェネレータ(外部負荷)、
Imax.chg:最大電流値、
Imax.dis:最大電流値、
Ilimit,chg:上限電流値、
Ilimit,dis:上限電流値、
M:電圧モデル
Rchg_i:内部抵抗値(第一の内部抵抗値)、
Rchg_v:内部抵抗値(第二の内部抵抗値)、
Rdis_i:内部抵抗値(第一の内部抵抗値)、
Rdis_v:内部抵抗値(第二の内部抵抗値)、
Vmax,chg:算定電圧値、
Vmax,dis:算定電圧値、
Wmax,chg:最大電力値、
Wmax,dis:最大電力値、
Vp_i:分極電圧、
Vp_v:分極電圧、
Vmax:上限電圧、
Vmin:下限電圧、
SOC:充電率。
1: single cell (battery),
100: power storage device (battery system)
110: assembled battery (battery),
111: battery group (battery),
150: Assembled battery control unit (battery control device)
200: relay (battery system),
500: motor generator (external load),
I max.chg : maximum current value,
I max.dis : Maximum current value,
I limit,chg : Upper limit current value,
I limit,dis : Upper limit current value,
M: voltage model
R chg_i : internal resistance value (first internal resistance value),
R chg_v : internal resistance value (second internal resistance value),
R dis_i : internal resistance value (first internal resistance value),
R dis_v : internal resistance value (second internal resistance value),
V max,chg : Calculated voltage value,
V max,dis : Calculated voltage value,
W max,chg : Maximum power value,
W max,dis : Maximum power value,
V p_i : polarization voltage,
V p_v : polarization voltage,
V max : Upper limit voltage,
V min : Lower limit voltage,
SOC: rate of charge.
Claims (5)
前記最大電流値の演算に用いる前記電池の第一の内部抵抗値と前記算定電圧値の演算に用いる前記電池の第二の内部抵抗値とが異なり、
前記第一の内部抵抗値は、前記電池に対する前記最大電流値の通電開始時から第一の時間が経過した時の前記電池の内部抵抗値に設定され、
前記第二の内部抵抗値は、前記通電開始時から前記第一の時間よりも短い第二の時間が経過した時の前記電池の内部抵抗値に設定されることを特徴とする電池制御装置。 A maximum current value of the battery and a calculated voltage value of the battery when the maximum current value is applied are calculated based on the internal resistance value of the battery, and the battery is operated based on the maximum current value and the calculated voltage value. A battery control device that calculates a maximum power value,
The first internal resistance value of the battery used for calculating the maximum current value and the second internal resistance value of the battery used for calculating the calculated voltage value are different,
The first internal resistance value is set to the internal resistance value of the battery when a first period of time has elapsed from the start of energization of the maximum current value to the battery,
The battery control device, wherein the second internal resistance value is set to the internal resistance value of the battery when a second time period shorter than the first time period has elapsed from the start of the energization.
前記電圧モデルに基づいて前記第一の内部抵抗値と前記第一の内部抵抗値に対応する通電時間が経過したときの第一の分極電圧を算出するとともに、前記第二の内部抵抗値と前記第二の内部抵抗値に対応する通電時間が経過したときの第二の分極電圧を算出し、
前記第一の内部抵抗値と前記第一の分極電圧に基づいて前記電池の前記最大電流値を演算し、前記第二の内部抵抗値と前記第二の分極電圧と前記最大電流値に基づいて前記電池の前記算定電圧値を演算し、
前記最大電流値と前記算定電圧値とを乗算することで前記最大電力値を演算することを特徴とする請求項1に記載の電池制御装置。 A voltage model capable of estimating the time change of the voltage of the battery including the polarization voltage of the battery based on the current flowing in the battery;
Based on the voltage model, the first polarization voltage is calculated when the energization time corresponding to the first internal resistance value and the first internal resistance value has elapsed, and the second internal resistance value and the Calculate the second polarization voltage when the energization time corresponding to the second internal resistance value has elapsed,
calculating the maximum current value of the battery based on the first internal resistance value and the first polarization voltage, and calculating the maximum current value based on the second internal resistance value, the second polarization voltage and the maximum current value calculating the calculated voltage value of the battery;
2. The battery control device according to claim 1, wherein the maximum power value is calculated by multiplying the maximum current value and the calculated voltage value.
複数の前記電池を接続した組電池および外部負荷との接続を制御するリレーを含む電池システムを構成する構成部材および前記電池の特性を考慮して定まる上限電流値と、前記充電時の前記最大電流値のうち、小さい方を充電時の前記最大電流値として演算し、
前記上限電流値と、前記放電時の前記最大電流値のうち、小さい方を放電時の前記最大電流値として演算することを特徴とする請求項2に記載の電池制御装置。 The first internal resistance value, or the maximum current value during charging or the maximum current value during discharging that does not deviate from the upper limit voltage or lower limit voltage of the battery based on the first internal resistance value and the first polarization voltage Calculate the maximum current value,
An upper limit current value that is determined in consideration of the characteristics of the battery system including a battery assembly that connects a plurality of the batteries and a relay that controls connection with an external load, and the characteristics of the battery, and the maximum current during charging. Calculate the smaller one of the values as the maximum current value during charging,
3. The battery control device according to claim 2 , wherein the smaller one of the upper limit current value and the maximum current value during discharging is calculated as the maximum current value during discharging.
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