JP3674465B2

JP3674465B2 - Maximum charge / discharge power calculation device for batteries for electric vehicles

Info

Publication number: JP3674465B2
Application number: JP2000186428A
Authority: JP
Inventors: 健一酒井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: JP2002006010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車用電池に用いられる最大充放電電力演算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車等の電池の放電電力および充電電力は、それぞれ最大放電電力および最大充電電力以下となるように制御される。これらの最大充放電電力を算出する方法として、特開平１０−１０４３２５号公報に開示されているものがある。この公報に開示されている最大充放電電力演算はパワー演算と呼ばれるものであって、走行中に所定容量（以下ではサンプリング容量と呼ぶ）放電する間に電池の電圧Ｖと電流Ｉをサンプリングし、そのサンプリングデータから電池の現状放電可能出力を演算するものである。このパワー演算は、電池の残存容量を推測するのに有効な手段である。また、放電末期において容量計の指示がempty付近になったときには車両の出力調整が行われるが、そのような出力調整を行う際にも有効である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気自動車に駆動用電池として搭載される電池にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池などがあるが、それらの電池の開放電圧Ｅ0とＳＯＣ（state of chrage）との間には図７に示すような関係がある。すなわち、ＳＯＣが小さくなるほど開放電圧Ｅ0の減少の割合が大きくなり、サンプリング容量あたりの開放電圧変化ΔＥ0は図８に示すようになっている。電池のＳＯＣが１００％（満充電状態）から５０％ぐらいまでは、ΔＥ0はそれ程変化せずほぼ一定と見なせるが、ＳＯＣが５０％より小さくなるとΔＥ0が増加するのが分かる。
【０００４】
そのため、図８の符号Ｂ１で示すようにＳＯＣが５０％より大きな状態においてパワー演算を行うと、サンプリング容量Ｃだけ放電する間に得られるサンプリングデータ（黒丸印で示す）は図９（ａ）のような分布となる。一方、符号Ｂ２で示すように、ＳＯＣが５０％より小さな状態において得られるサンプリングデータは図９（ｂ）のような分布となる。図９の（ａ）、（ｂ）において、ｄ１とｄ２，ｄ１１とｄ２１およびｄ１２とｄ２２はそれぞれ電流値がほぼ等しいデータを表しており、ｄ１，ｄ１１，ｄ１２はサンプリング開始直後に得られるデータ、ｄ２，ｄ２１，ｄ２２はサンプリング終了直前に得られるデータである。サンプリングする間の電圧変化は、図９（ａ）の場合にはΔＶ１、図９（ｂ）の場合にはΔＶ２（＞ΔＶ１）となる。
【０００５】
パワー演算では、図９（ａ）のようなサンプリングデータから回帰直線Ｌ１を算出する。回帰直線Ｌ１は次式（１）で表わされ、回帰直線Ｌ１の傾きから電池の内部抵抗Ｒが、縦軸（Ｖ軸）の切片から電池の開放電圧Ｅ0が算出される。このとき、電池の寿命を考慮した使用電圧範囲の下限電圧である放電終止電圧Ｖminと回帰直線Ｌ１とから得られる電流Ｉmaxは、放電許容値を与える。そして、放電可能電力Ｐmaxは、式（２）で与えられる。
【数１】
Ｖ＝Ｅ0−Ｉ・Ｒ …（１）
Ｐmax＝Ｖmin・Ｉmax＝Ｖmin・（Ｅ0−Ｖmin）／Ｒ …（２）
【０００６】
しかしながら、サンプリングする間の電池の開放電圧の変化が大きいと、図９（ｂ）に示すようにサンプリングデータのバラツキが大きくなり、Ｐmaxの演算誤差が大きくなってしまうという不都合があった。例えば、サンプリング容量Ｃを放電する間の前半に高負荷側のデータｄ１２がサンプリングされ、放電後半に低負荷側のデータｄ２１がサンプリングされた場合を考える。この場合、図９（ｂ）のＬ２１で示すような回帰直線が得られ、回帰直線Ｌ２１の傾きは電池の実力値を示すＩＶ特性直線Ｌ０の傾きより小さくなる。すなわち、内部抵抗が実際より小さく算出され、電池の放電可能電力Ｐmaxは実力より大きく演算されてしまうことになる。
【０００７】
逆に、放電前半に低負荷側のデータｄ１１がサンプリングされ、放電後半に高負荷側のデータｄ２２がサンプリングされた場合には、回帰直線はＬ２２のようになる。そのため、内部抵抗が実際より大きく算出され、電池の放電可能電力Ｐmaxは実力より小さく演算されてしまう。例えば、放電可能電力Ｐmaxが実際より大きく算出されてしまった場合には、容量計がemptyを表示する前に電池容量がゼロとなってしまうというような不都合が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、パワー演算精度の向上を図ることができる最大充放電電力演算装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図１に対応付けて説明すると、本発明は、サンプリング容量を放電する間に電池１の電圧Ｖを測定する電圧測定手段４と、サンプリング容量を放電する間に電池１に流れる電流Ｉを測定する電流測定手段５と、電圧測定手段４および電流測定手段５の測定結果に基づいて電池１の開放電圧を求めて充放電可能電力を算出する演算手段６とを備え、電圧測定手段４および電流測定手段５によるサンプリング測定と演算手段６による充放電可能電力の演算とを繰り返し行う電気自動車用電池の最大充放電電力演算装置に適用され、サンプリング測定毎に、該サンプリング測定より以前に算出された開放電圧に基づいて、各サンプリング測定の開始から終了までの電池１の開放電圧の変化がほぼ一定となるようにサンプリング容量を設定する設定手段６を設けたことにより上述の目的を達成する。
【００１０】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、充放電可能電力の演算を行う際のサンプリング容量は、そのサンプリング測定より以前に算出された開放電圧に基づいて電池の開放電圧変化がほぼ等しくなるように設定されるので、放電末期であってもサンプリングデータの電圧に関するバラツキを小さくすることができ、充放電可能電力演算の演算精度を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６および図９を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は電気自動車の走行駆動機構の一例を示すブロック図である。複数の単セル１０１から成る電池１はインバータ２に直流電力を供給し、インバータ２は直流電力を交流電力に変換してモータ３を駆動して走行エネルギーを発生させる。また、回生時には車両の走行エネルギーがモータ３およびインバータ２を介して電気エネルギーに逆変換され、電池１が充電されるとともに車両に回生ブレーキがかかる。電圧センサ４は電池１の両端電圧Ｖを検出し、電流センサ５は電池１に流れる電流Ｉを検出する。
【００１３】
電池１の状態を監視して制御するバッテリーコントローラ６では、前述したパワー演算や電池１の充放電制御などが行われる。例えば、走行中にサンプリング容量だけ放電する間に電圧センサ４および電流センサ５により電圧Ｖと電流Ｉをサンプリングし、そのサンプリングデータから電池１の放電可能電力Ｐmaxや充電可能電力ＰＣmaxを演算する。また、この演算結果に基づいて電池１の残存容量を算出し、容量計７に残存容量を表示させる。放電可能電力Ｐmaxや充電可能電力ＰＣmaxはＴＰＣ（トルクプロセッシングコントロール）８に送られ、ＴＰＣ８はこれらのデータに基づいて出力制御命令および回生制御命令をモータコントローラ９に出力する。モータコントローラ９は、ＴＰＣ８からの命令に従ってインバータ２によるモータ３の駆動を制御する。
【００１４】
《Ｐmax，ＰＣmaxの算出方法について》
ここで、放電可能電力Ｐmax，充電可能電力ＰＣmaxの算出方法について説明する。電池１が放電状態にあるときに、電池１の電圧Ｖおよび電流Ｉをサンプリングする。このサンプリングは所定のサンプリングタイミング容量だけ放電する間に行われる。そして、図９（ａ）に示すように、得られたサンプリングデータからＩＶ特性を直線回帰演算する。前述したように、回帰直線Ｌ１は式（１）で表わされ、回帰直線Ｌ１の傾きから電池の内部抵抗Ｒが、縦軸（Ｖ軸）の切片から電池の開放電圧Ｅ0がそれぞれ算出される。
【数２】
Ｖ＝Ｅ0−Ｉ・Ｒ …（１）
【００１５】
回帰直線Ｌ１と放電時の放電下限電圧（車両システムとしての使用下限電圧）Ｖminとの交点の電流Ｉmaxは放電許容値を与え、充電時の許容最大電圧Ｖmaxとの交点の電流ＩＣmaxは充電許容値を与える。放電可能電力Ｐmaxおよび充電可能電力ＰＣmaxは次式（２），（３）で与えられる。
【数３】
Ｐmax＝Ｖmin・Ｉmax＝Ｖmin・（Ｅ0−Ｖmin）／Ｒ …（２）
ＰＣmax＝Ｖmax・ＩＣmax＝Ｖmax・（Ｅ0−Ｖmax）／Ｒ …（３）
なお、放電下限電圧Ｖminは以下の（ａ），（ｂ）の要因から決定されており、Ｖmin≧Ｅ0／２となっている。
（ａ）電池の寿命を考慮した使用電圧範囲の下限電圧（放電終止電圧）
（ｂ）車両搭載ユニットの性能，機能を保証可能な使用電圧範囲の下限電圧
【００１６】
ところで、前述したように、ＳＯＣが５０％以下となって開放電圧変化ΔＥ0が大きくなると、ＰmaxやＰＣmaxの演算誤差が大きくなり演算精度が低下するという問題があった。そこで、本実施の形態では、各サンプリングにおいて開放電圧変化ΔＥ0がほぼ一定となるように、具体的には、ΔＥ0の値が小さい満充電状態の開放電圧変化とほぼ等しくなるように、サンプリング容量を設定するようにした。
【００１７】
《サンプリング容量の設定方法について》
図２は、バッテリーコントローラ６で行われるパワー演算およびサンプリング容量の設定の手順を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートでは、満充電時を初期状態としてステップＳ１からスタートする。初期状態では規定のサンプリング容量Ｃ0に設定されている。ステップＳ１では、サンプリング容量Ｃ0を放電する間に電圧Ｖおよび電流Ｉをサンプリングする。ステップＳ２では、ステップＳ１で得られたサンプリングデータに基づいて所定のパワー演算を行う。すなわち、図９（ａ）の回帰直線Ｌ１を求めて内部抵抗Ｒ，開放電圧Ｅ01，放電可能電力Ｐmax，充電可能電力ＰＣmaxなどを算出する。ステップＳ３では算出された開放電圧Ｅ01をメモリする。
【００１８】
ステップ４では、再びサンプリング容量Ｃ0を放電する間に電圧Ｖおよび電流Ｉをサンプリングする。次いで、ステップＳ５でパワー演算を行った後に、ステップＳ６においてステップＳ５で算出された開放電圧Ｅ02をメモリする。ステップＳ７では、メモリされた開放電圧Ｅ01，Ｅ02と予め定められた規定の開放電圧変化ΔＥ0xおよびサンプリング容量Ｃ0とに基づいて、式（４）により補正後のサンプリング容量Ｃxを算出する。ステップＳ８では、ステップＳ７で算出されたサンプリング容量Ｃxを放電する間に、電圧Ｖおよび電流Ｉをサンプリングする。
【数４】
Ｃ0×ΔＥ0x／（Ｅ01−Ｅ02）＝Ｃx …（４）
【００１９】
その後、ステップＳ７に戻って、ステップＳ８でサンプリングされたデータに基づいてパワー演算を行う。以後、ステップＳ５〜Ｓ８の処理を繰り返し実行して、パワー演算を繰り返し行う。その際、パワー演算が行われる度にステップＳ７でサンプリング容量Ｃxが設定され、そのサンプリング容量Ｃxが次のタイミングのサンプリングの時に採用される。
【００２０】
次に、上述したようにサンプリング容量Ｃxを設定することによって、各サンプリング時の開放電圧変化がほぼ等しくなることについて説明する。式（４）の開放電圧変化ΔＥ0xとしては、例えば、図３に示すようにほぼ満充電状態Ｇ１においてサンプリング容量Ｃ0放電する間の電圧変化を用いる。図３は電池１の開放電圧とＳＯＣとの関係を示す図であり、符号Ｇ２で示すようにＳＯＣが５０％より小さいところでは、開放電圧Ｅ0の変化が大きくなる。また、図４は図３のＧ２で示す部分の拡大図である。
【００２１】
図４において、Ｅ03はサンプリング容量Ｃxを放電する間のサンプリングデータに基づくパワー演算で得られた開放電圧である。このパワー演算よりも以前に、前回のパワー演算で開放電圧Ｅ02が得られ、前々回のパワー演算で開放電圧Ｅ01が得られている。Ｃx’は前回のパワー演算の際に用いられるサンプリング容量であり、サンプリング容量Ｃx，Ｃx’は上述した式（４）により設定される。図３の曲線はＳＯＣの低下とともに傾きが大きくなっているので、Ｅ01−Ｅ02＞ΔＥ0xとなっている。
【００２２】
図４において、Ｅ01〜Ｅ02の部分の曲線を直線と見なすと、この直線の傾きは次式（５）のようになり、直線と見なしたときのＥ02−Ｅ03は式（６）に示すようにΔＥ0xに等しくなる。すなわち、本実施の形態では、各パワー演算の際のサンプリング容量Ｃxは、サンプリング開始から終了までの開放電圧変化がΔＥ0xとほぼ等しくなるように設定される。実際には、開放電圧とＳＯＣとの関係を表す曲線は、ＳＯＣの低下とともに傾きが増加する曲線なので、Ｅ02−Ｅ03はΔＥ0xよりやや大きな値となる。
【数５】

【００２３】
このように、本実施の形態のようにサンプリング容量Ｃxを決定すると、Ｃxだけ放電する間の開放電圧変化は各サンプリング時の電池のＳＯＣに依らずほぼ一定となる。このときの各開放電圧変化は、規定開放電圧変化ΔＥ0xにほぼ等しい値となる。その結果、図５に示すように、ＳＯＣが５０％より小さな放電末期であっても、電流値が等しいデータの電圧のバラツキをΔＥ0x程度とすることができ、パワー演算の精度を向上させることができる。なお、上述した実施の形態では、式（４）によりサンプリング容量Ｃxを算出するようにしたが、サンプリング以前に算出された開放電圧に基づく算出方法は式（４）以外にも様々な式が考えられる。
【００２４】
ところで、電池１が低温状態となったり劣化したりすると、図６に示すように開放電圧とＳＯＣとの関係を表す曲線がＬ５０からＬ５１のように変化する。このように変化すると、常温時や劣化前と比べて開放電圧の変化の割合が増加する。その結果、サンプリング時の開放電圧変化がより大きくなり、サンプリングデータのバラツキによるパワー演算精度の低下が著しくなる。このような場合にも、上述した実施の形態のようにサンプリング容量Ｃxを設定することにより、演算精度の低下を防止することができる。
【００２５】
また、上述した実施の形態では、サンプリング毎に算出される開放電圧に基づいてＣxを設定するようにしたが、劣化時、低温時等の種々の電池状態に対するＳＯＣと開放電圧との関係を示すマップを予め用意しておき、電池温度、電池の劣化状態、ＳＯＣに応じてサンプリング容量Ｃxを最適なものに設定するようにしても良い。ただし、上述したようにリアルタイムに算出される開放電圧に基づいてＣxを算出する場合、検出された開放電圧に電池温度や劣化状態等は反映されているので、それらを考慮する必要が無く演算負荷を軽くすることができる。
【００２６】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、電圧センサ４は電圧測定手段を、電流センサ５は電流測定手段を、バッテリーコントローラ６は演算手段および設定手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気自動車の走行駆動機構の一例を示すブロック図である。
【図２】パワー演算およびサンプリング容量の設定の手順を示すフローチャートである。
【図３】電池１の開放電圧とＳＯＣとの関係を示す図である。
【図４】図３のＧ２の部分の拡大図である。
【図５】本実施の形態の場合の、放電末期のサンプリングデータ分布を示す図である。
【図６】電池温度が低下した場合や電池が劣化した場合の、開放電圧とＳＯＣとの関係を示す図である。
【図７】開放電圧Ｅ0とＳＯＣとの関係を示す図である。
【図８】サンプリング容量あたりの開放電圧変化ΔＥ0を示す図である。
【図９】サンプリングデータと回帰直線との関係を示す図であり、（ａ）はＳＯＣが５０％より大きな場合を、（ｂ）はＳＯＣが５０％より小さな場合を示す。
【符号の説明】
１電池
２インバータ
３モータ
４電圧センサ
５電流センサ
６バッテリーコントローラ
８トルクプロセッシングコントローラ
９モータコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a maximum charge / discharge power calculation device used for a battery for an electric vehicle.
[0002]
[Prior art]
The discharge power and the charge power of a battery such as an electric vehicle are controlled to be equal to or less than the maximum discharge power and the maximum charge power, respectively. As a method for calculating these maximum charge / discharge powers, there is one disclosed in JP-A-10-104325. The maximum charge / discharge power calculation disclosed in this publication is called power calculation, and the battery voltage V and current I are sampled while discharging a predetermined capacity (hereinafter referred to as sampling capacity) during running, The current dischargeable output of the battery is calculated from the sampling data. This power calculation is an effective means for estimating the remaining capacity of the battery. Further, when the instruction of the capacity meter becomes near empty at the end of discharge, the output adjustment of the vehicle is performed, which is also effective when performing such output adjustment.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, there are a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, etc. as a battery mounted on the electric vehicle as a driving battery. FIG. 7 shows between the open circuit voltage E0 and the SOC (state of chrage) of these batteries. There is a relationship. That is, as the SOC decreases, the rate of decrease of the open circuit voltage E0 increases, and the open circuit voltage change ΔE0 per sampling capacity is as shown in FIG. When the SOC of the battery is from 100% (fully charged state) to about 50%, ΔE0 does not change so much and can be regarded as almost constant, but it can be seen that ΔE0 increases when the SOC becomes smaller than 50%.
[0004]
Therefore, when the power calculation is performed in a state where the SOC is larger than 50% as indicated by reference numeral B1 in FIG. 8, sampling data (indicated by black circles) obtained while discharging only the sampling capacitor C is shown in FIG. The distribution is as follows. On the other hand, as indicated by reference numeral B2, the sampling data obtained when the SOC is smaller than 50% has a distribution as shown in FIG. 9B. In (a) and (b) of FIG. 9, d1 and d2, d11 and d21, and d12 and d22 respectively represent data with substantially equal current values, and d1, d11, and d12 are data obtained immediately after the start of sampling, d2, d21, and d22 are data obtained immediately before the end of sampling. The voltage change during sampling is ΔV1 in the case of FIG. 9A and ΔV2 (> ΔV1) in the case of FIG. 9B.
[0005]
In the power calculation, the regression line L1 is calculated from the sampling data as shown in FIG. The regression line L1 is expressed by the following equation (1), and the internal resistance R of the battery is calculated from the slope of the regression line L1, and the open circuit voltage E0 of the battery is calculated from the intercept of the vertical axis (V axis). At this time, the current Imax obtained from the end-of-discharge voltage Vmin and the regression line L1, which is the lower limit voltage of the working voltage range in consideration of the battery life, gives an allowable discharge value. The dischargeable power Pmax is given by Expression (2).
[Expression 1]
V = E0−I · R (1)
Pmax = Vmin · Imax = Vmin · (E0−Vmin) / R (2)
[0006]
However, if the change in the open-circuit voltage of the battery during sampling is large, the variation in sampling data increases as shown in FIG. 9B, and there is a disadvantage that the calculation error of Pmax increases. For example, let us consider a case where data d12 on the high load side is sampled in the first half while the sampling capacitor C is discharged, and data d21 on the low load side is sampled in the second half of the discharge. In this case, a regression line as indicated by L21 in FIG. 9B is obtained, and the slope of the regression line L21 is smaller than the slope of the IV characteristic line L0 indicating the battery performance value. That is, the internal resistance is calculated to be smaller than the actual value, and the dischargeable power Pmax of the battery is calculated to be larger than the actual power.
[0007]
Conversely, when the low load side data d11 is sampled in the first half of the discharge and the high load side data d22 is sampled in the second half of the discharge, the regression line becomes L22. For this reason, the internal resistance is calculated to be larger than the actual value, and the dischargeable power Pmax of the battery is calculated to be smaller than the actual power. For example, when the dischargeable power Pmax is calculated to be larger than the actual value, there arises a disadvantage that the battery capacity becomes zero before the capacity meter displays empty.
[0008]
An object of the present invention is to provide a maximum charge / discharge power calculation device capable of improving power calculation accuracy.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Referring to FIG. 1 showing the embodiment of the invention, the present invention will be described with reference to voltage measuring means 4 for measuring the voltage V of the battery 1 while discharging the sampling capacity, and the battery 1 while discharging the sampling capacity. Current measuring means 5 for measuring the current I flowing in the battery, and calculation means 6 for calculating the open-circuit voltage of the battery 1 based on the measurement results of the voltage measuring means 4 and the current measuring means 5 and calculating the chargeable / dischargeable power, The present invention is applied to a maximum charge / discharge power calculation device for an electric vehicle battery that repeatedly performs sampling measurement by the voltage measurement means 4 and current measurement means 5 and calculation of chargeable / dischargeable power by the calculation means 6. Based on the open-circuit voltage calculated earlier, the sampling voltage is changed so that the change in the open-circuit voltage of the battery 1 from the start to the end of each sampling measurement is almost constant. To achieve the object described above by providing the setting means 6 for setting the capacitance.
[0010]
In the section of the means for solving the above-described problems for explaining the configuration of the present invention, the drawings of the embodiments of the invention are used for easy understanding of the present invention. The form is not limited.
[0011]
【The invention's effect】
According to the present invention, the sampling capacity when calculating the chargeable / dischargeable power is set so that the change in the open circuit voltage of the battery is substantially equal based on the open circuit voltage calculated before the sampling measurement. Even at the end of discharge, the variation regarding the voltage of the sampling data can be reduced, and the calculation accuracy of chargeable / dischargeable power calculation can be improved.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 and FIG. 9. FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a travel drive mechanism of an electric vehicle. A battery 1 composed of a plurality of single cells 101 supplies direct current power to an inverter 2, and the inverter 2 converts direct current power into alternating current power and drives a motor 3 to generate travel energy. Further, during regeneration, the running energy of the vehicle is reversely converted into electric energy via the motor 3 and the inverter 2, and the battery 1 is charged and the vehicle is subjected to regenerative braking. The voltage sensor 4 detects the voltage V across the battery 1, and the current sensor 5 detects the current I flowing through the battery 1.
[0013]
In the battery controller 6 that monitors and controls the state of the battery 1, the power calculation and charge / discharge control of the battery 1 described above are performed. For example, the voltage V and the current I are sampled by the voltage sensor 4 and the current sensor 5 while the sampling capacity is discharged during traveling, and the dischargeable power Pmax and the chargeable power PCmax of the battery 1 are calculated from the sampling data. Further, the remaining capacity of the battery 1 is calculated based on the calculation result, and the remaining capacity is displayed on the capacity meter 7. The dischargeable power Pmax and the chargeable power PCmax are sent to a TPC (torque processing control) 8, and the TPC 8 outputs an output control command and a regeneration control command to the motor controller 9 based on these data. The motor controller 9 controls the driving of the motor 3 by the inverter 2 in accordance with a command from the TPC 8.
[0014]
<< Pmax and PCmax calculation methods >>
Here, a method of calculating the dischargeable power Pmax and the chargeable power PCmax will be described. When the battery 1 is in a discharged state, the voltage V and current I of the battery 1 are sampled. This sampling is performed while discharging by a predetermined sampling timing capacity. Then, as shown in FIG. 9A, linear regression calculation is performed on the IV characteristics from the obtained sampling data. As described above, the regression line L1 is expressed by the equation (1), and the internal resistance R of the battery is calculated from the slope of the regression line L1, and the open circuit voltage E0 of the battery is calculated from the intercept of the vertical axis (V axis). .
[Expression 2]
V = E0−I · R (1)
[0015]
The current Imax at the intersection point of the regression line L1 and the discharge lower limit voltage (use lower limit voltage as a vehicle system) Vmin at the time of discharge gives the allowable discharge value, and the current ICmax at the intersection point with the allowable maximum voltage Vmax at the charge is the allowable charge value give. The dischargeable power Pmax and the chargeable power PCmax are given by the following equations (2) and (3).
[Equation 3]
Pmax = Vmin · Imax = Vmin · (E0−Vmin) / R (2)
PCmax = Vmax · ICmax = Vmax · (E0−Vmax) / R (3)
The discharge lower limit voltage Vmin is determined from the following factors (a) and (b), and Vmin ≧ E0 / 2.
(A) Lower limit voltage of the operating voltage range considering the battery life (end-of-discharge voltage)
(B) The lower limit voltage of the operating voltage range that can guarantee the performance and function of the on-vehicle unit.
Incidentally, as described above, when the SOC is 50% or less and the open circuit voltage change ΔE0 is large, there is a problem that the calculation error of Pmax and PCmax is increased and the calculation accuracy is lowered. Therefore, in the present embodiment, the sampling capacitance is set so that the open circuit voltage change ΔE0 is substantially constant in each sampling, specifically, the value of ΔE0 is substantially equal to the open circuit voltage change in the fully charged state. I set it.
[0017]
《How to set sampling capacity》
FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of power calculation and sampling capacity setting performed by the battery controller 6. In the flowchart shown in FIG. 2, the process starts from step S1 with the fully charged state as an initial state. In the initial state, the specified sampling capacity C0 is set. In step S1, voltage V and current I are sampled while discharging sampling capacitor C0. In step S2, a predetermined power calculation is performed based on the sampling data obtained in step S1. That is, the regression line L1 in FIG. 9A is obtained, and the internal resistance R, the open circuit voltage E01, the dischargeable power Pmax, the chargeable power PCmax, and the like are calculated. In step S3, the calculated open circuit voltage E01 is stored.
[0018]
In step 4, the voltage V and the current I are sampled while the sampling capacitor C0 is discharged again. Next, after performing power calculation in step S5, the open circuit voltage E02 calculated in step S5 is stored in step S6. In step S7, the corrected sampling capacitance Cx is calculated by the equation (4) based on the stored open-circuit voltages E01 and E02, the predetermined open-circuit voltage change ΔE0x and the sampling capacitance C0. In step S8, the voltage V and current I are sampled while discharging the sampling capacitor Cx calculated in step S7.
[Expression 4]
C0 × ΔE0x / (E01−E02) = Cx (4)
[0019]
Then, returning to step S7, power calculation is performed based on the data sampled in step S8. Thereafter, the processes of steps S5 to S8 are repeatedly executed, and the power calculation is repeatedly performed. At that time, every time power calculation is performed, the sampling capacitor Cx is set in step S7, and this sampling capacitor Cx is adopted at the time of sampling at the next timing.
[0020]
Next, it will be described that the open circuit voltage change at each sampling becomes substantially equal by setting the sampling capacitor Cx as described above. As the open circuit voltage change ΔE0x in the equation (4), for example, a voltage change during the discharge of the sampling capacitor C0 in the substantially full charge state G1 as shown in FIG. 3 is used. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the open circuit voltage of the battery 1 and the SOC, and the change in the open circuit voltage E0 increases when the SOC is smaller than 50%, as indicated by reference numeral G2. 4 is an enlarged view of a portion indicated by G2 in FIG.
[0021]
In FIG. 4, E03 is an open circuit voltage obtained by power calculation based on sampling data while discharging the sampling capacitor Cx. Prior to this power calculation, the open circuit voltage E02 is obtained by the previous power calculation, and the open circuit voltage E01 is obtained by the previous power calculation. Cx ′ is a sampling capacity used in the previous power calculation, and the sampling capacities Cx and Cx ′ are set by the above equation (4). Since the slope of the curve in FIG. 3 increases as the SOC decreases, E01−E02> ΔE0x.
[0022]
In FIG. 4, when the curve of E01 to E02 is regarded as a straight line, the slope of this straight line is as shown in the following equation (5), and E02-E03 when regarded as a straight line is as shown in equation (6). Is equal to ΔE0x. That is, in the present embodiment, the sampling capacitor Cx in each power calculation is set so that the change in the open circuit voltage from the start to the end of sampling is substantially equal to ΔE0x. Actually, the curve representing the relationship between the open-circuit voltage and the SOC is a curve in which the slope increases as the SOC decreases, so E02-E03 is a value slightly larger than ΔE0x.
[Equation 5]

[0023]
As described above, when the sampling capacity Cx is determined as in the present embodiment, the change in the open circuit voltage during discharge by Cx becomes substantially constant regardless of the SOC of the battery at each sampling. Each open-circuit voltage change at this time has a value substantially equal to the specified open-circuit voltage change ΔE0x. As a result, as shown in FIG. 5, even when the SOC is at the end of discharge less than 50%, the variation in the voltage of the data with the same current value can be about ΔE0x, and the accuracy of the power calculation can be improved. it can. In the above-described embodiment, the sampling capacity Cx is calculated by the equation (4). However, various equations other than the equation (4) are considered as the calculation method based on the open circuit voltage calculated before the sampling. It is done.
[0024]
By the way, when the battery 1 is in a low temperature state or deteriorates, the curve representing the relationship between the open circuit voltage and the SOC changes from L50 to L51 as shown in FIG. If it changes in this way, the rate of change of the open circuit voltage will increase compared to that at normal temperature or before deterioration. As a result, the change in open-circuit voltage at the time of sampling becomes larger, and the power calculation accuracy is significantly lowered due to variations in sampling data. Even in such a case, it is possible to prevent a reduction in calculation accuracy by setting the sampling capacitor Cx as in the above-described embodiment.
[0025]
Further, in the above-described embodiment, Cx is set based on the open circuit voltage calculated for each sampling. However, the relationship between the SOC and the open circuit voltage for various battery states such as deterioration and low temperature is shown. A map may be prepared in advance, and the sampling capacity Cx may be set to an optimum value in accordance with the battery temperature, the battery deterioration state, and the SOC. However, when Cx is calculated based on the open-circuit voltage calculated in real time as described above, the battery temperature, the deterioration state, etc. are reflected in the detected open-circuit voltage, so there is no need to consider them and the calculation load Can be lightened.
[0026]
In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the voltage sensor 4 constitutes voltage measuring means, the current sensor 5 constitutes current measuring means, and the battery controller 6 constitutes arithmetic means and setting means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a travel drive mechanism of an electric vehicle.
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for power calculation and setting of a sampling capacity.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the open circuit voltage of the battery 1 and the SOC.
4 is an enlarged view of a portion G2 in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing sampling data distribution at the end of discharge in the case of the present embodiment;
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an open-circuit voltage and SOC when the battery temperature is lowered or when the battery is deteriorated.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an open circuit voltage E0 and SOC.
FIG. 8 is a diagram showing an open-circuit voltage change ΔE0 per sampling capacity.
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a relationship between sampling data and a regression line, where FIG. 9A shows a case where the SOC is larger than 50%, and FIG. 9B shows a case where the SOC is smaller than 50%.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery 2 Inverter 3 Motor 4 Voltage sensor 5 Current sensor 6 Battery controller 8 Torque processing controller 9 Motor controller

Claims

Voltage measuring means for measuring the voltage of the battery while discharging the sampling capacity, current measuring means for measuring the current flowing through the battery while discharging the sampling capacity, and measurement results of the voltage measuring means and the current measuring means And calculating means for calculating the chargeable / dischargeable power by obtaining the open circuit voltage of the battery based on the above, and performing the sampling measurement by the voltage measuring means and the current measuring means and the calculation of the chargeable / dischargeable power by the calculating means. In the maximum charge / discharge power calculation device for batteries for electric vehicles,
For each sampling measurement, based on the open circuit voltage calculated before the sampling measurement, the sampling capacity is set so that the change in the open circuit voltage of the battery from the start to the end of each sampling measurement is almost constant. An apparatus for calculating a maximum charge / discharge power of a battery for an electric vehicle, characterized in that setting means is provided.