バッテリの残存電荷量推定方法およびバッテリ管理システム
【課題】安価なプロセッサおよび容量の少ないメモリを用いて残存電荷量を推定することができるバッテリの残存電荷量推定方法およびバッテリ管理システムを提供する。
【解決手段】バッテリの残存電荷量推定方法は、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を表示した2次元座標の全領域をバッテリの残存電荷量に対して複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する関数情報を残存電荷量テーブルに格納する残存電荷量テーブル生成ステップと、格納された関数情報を用いてバッテリの残存電荷量を計算する残存電荷量計算ステップと、残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて残存電荷量計算ステップで適用された開放電圧に対応する残存電荷量を抽出し、抽出された残存電荷量と計算された残存電荷量とを比較する残存電荷量比較ステップとを含む。
【解決手段】バッテリの残存電荷量推定方法は、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を表示した2次元座標の全領域をバッテリの残存電荷量に対して複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する関数情報を残存電荷量テーブルに格納する残存電荷量テーブル生成ステップと、格納された関数情報を用いてバッテリの残存電荷量を計算する残存電荷量計算ステップと、残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて残存電荷量計算ステップで適用された開放電圧に対応する残存電荷量を抽出し、抽出された残存電荷量と計算された残存電荷量とを比較する残存電荷量比較ステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリの充電および放電管理に関するものであり、特に、電流積算法とバッテリの開放電圧を用いたバッテリの残存電荷量を推定する方法および当該推定方法を用いるバッテリ管理システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
ハイブリッド電気自動車の電気駆動モータの動力源として用いられるリチウムイオンバッテリのような二次電池は、過放電される場合には永久的にバッテリの特性を失い、過充電される場合には爆発および火災が発生するため、充電および放電に注意を払わなければならない。バッテリの安定した充電および放電のために、バッテリの現在状態、つまり、バッテリの残存電荷量(State of Charge、SOC)を推定することは必須である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2011−215151号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする技術的課題は、安価なプロセッサおよび容量の少ないメモリを用いて残存電荷量を推定することができるバッテリの残存電荷量推定方法を提供することである。
【0005】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、安価なプロセッサおよび容量の少ないメモリを用いて残存電荷量を推定することができるバッテリ管理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の技術的課題を達成するための、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法は、残存電荷量テーブル生成ステップと、残存電荷量計算ステップと、残存電荷量比較ステップと、処理ステップとを含む。
【0007】
前記残存電荷量テーブル生成ステップは、複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時またはバッテリの放電時のうちの少なくとも1つの時点で、バッテリの開放電圧の変化に応じたバッテリの残存電荷量との関係を表示した2次元座標の全領域をバッテリの残存電荷量に対して複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する関数情報を残存電荷量テーブルに格納する。前記残存電荷量計算ステップは、前記残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて抽出した初期残存電荷量、バッテリ等価モデルに用いられた素子のパラメータ、および前記バッテリに入出力される電流量を電流積算方程式にそれぞれ適用し、バッテリの残存電荷量を計算する。前記残存電荷量比較ステップは、前記残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて前記バッテリの残存電荷量を計算する当時のバッテリの電圧に対応する残存電荷量を抽出し、前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量とを比較する。前記処理ステップは、前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より小さい場合には、前記計算された残存電荷量をディスプレイする。
【0008】
上記の他の技術的課題を達成するための、本発明にかかるバッテリ管理システムは、センシング抵抗と、制御スイッチ部と、プロセッサとを備える。
【0009】
前記センシング抵抗は、バッテリの一端に接続される。前記制御スイッチ部は、制御信号に応答して、電流供給源から供給される電流を前記バッテリに伝達するか、前記バッテリから出力される電流を負荷に伝達する。前記プロセッサは、前記制御信号を生成し、測定されたバッテリの温度、前記バッテリの電流、および前記バッテリの開放電圧を用いて前記バッテリ等価モデルに適用された素子のパラメータを計算し、前記バッテリの温度および前記開放電圧を用いて残存電荷量テーブルを生成して格納する。
【発明の効果】
【0010】
上述のように、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法およびバッテリ管理システムは、初期残存電荷量を抽出するのに用いられる残存電荷量テーブルに格納されたデータの量が少ないため、容量の少ないメモリを用いてバッテリの残存電荷量を推定することが可能であるという利点がある。
【0011】
また、残存電荷量テーブルに格納されたデータを用いてバッテリの現在の残存電荷量を計算する演算の量も減少することにより、性能がやや劣るプロセッサを用いて残存電荷量の推定が可能なため、バッテリ管理システムを実現するのに必要な経費を低減することができるという利点がある。
本発明に係る
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】バッテリの充電時、温度に応じたバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示すグラフである。
【図2】バッテリの充電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法に用いる期間の区別を示す。
【図3】バッテリの充電時、3つの互いに異なる温度におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示すグラフである。
【図4】バッテリの放電時、3つの互いに異なる温度におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示すグラフである。
【図5】本発明にかかるバッテリ管理システムを示す。
【図6】本発明にかかるバッテリ管理システムの動作概念を説明する。
【図7】本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を示す信号フロー図である。
【図8】本発明にかかるバッテリ管理システムにおいて、バッテリを充電するかバッテリを放電させる時の一定の時間期間で電流をパルス状とする方式に関するものである。
【図9】パルス状の電流およびパルス状の開放電圧を示す。
【図10】バッテリ等価モデルを示す。
【図11】バッテリ等価モデルに対するコンピュータシミュレーションの結果を示す。
【図12】充電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を適用した場合を示す。
【図13】放電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を適用した場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明と本発明の動作上の利点および本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の例示的な実施形態を説明する添付図面および添付図面に記載された内容を参照しなければならない。
【0014】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明することにより、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。
【0015】
図1は、バッテリの充電時、温度に応じたバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示すグラフである。
【0016】
図1を参照すれば、4つの温度条件(−20℃、0℃、20℃、35℃)において、y軸に表示したバッテリの開放電圧の電圧レベル(voltage level)が増加する時、x軸に表示したバッテリの残存電荷量(SOC)も増加することが分かる。温度に応じて増加する傾向は互いに異なるが、バッテリの開放電圧の電圧レベルが増加する時、バッテリの残存電荷量も増加することは同様である。
【0017】
本発明では、図1に示された充電時、バッテリの温度、バッテリの開放電圧、およびバッテリの残存電荷量の関係を加工し、バッテリの残存電荷量に用いられる基本データの量を最小とするだけでなく、必要な場合、バッテリの残存電荷量を演算するのに用いられる前記データのアップデートも簡単にできるようにする。
【0018】
以下、特別な言及がない限り、バッテリの開放電圧は、バッテリの開放電圧の電圧レベルと同じ概念として用いられる。
【0019】
発明に対する理解を容易にするために、任意の温度におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を説明する。
【0020】
図2は、バッテリの充電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法に用いる期間の区別を示す。
【0021】
バッテリの開放電圧に対応するバッテリの残存電荷量を線で結ぶと、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係は実線で表示することができる。実線で表示されたバッテリの残存電荷量の開放電圧が増加することによる増加傾向は期間毎に互いに異なるが、説明の便宜のために、図2には3つの期間(Step1、Step2、Step3)に区別した。
【0022】
垂直方向の点線で区別された3つの期間での実線は、一定の増加傾向がある。この増加傾向は非線形的な面があるとはいえ、概略的には増加傾向に対応する線形関数、すなわち、1次関数(点線)で表現することができる。1次関数は、数式1のように表現することができる。
【0023】
【数1】
【0024】
ここで、xおよびyは、変数(variable)、aは、傾き(gradient)、そして、bは、切片(intercept)をそれぞれ意味する。
【0025】
図2に示された3つの期間のうち、第1期間(Step1)の傾きおよび切片をそれぞれa1およびb1とする時、第2期間(Step2)および第3期間(Step3)の傾きおよび切片はそれぞれa2およびb2とa3およびb3になる。
【0026】
以下、第2期間(Step2)での傾きおよび切片を求める方法について説明する。4つのバッテリの開放電圧(y1、y2、y3、y4)と、これらにそれぞれ対応する4つのバッテリの残存電荷量(x1、x2、x3、x4)によって決定される4つの点を結んだ実線線分に対応する点線線形関数の傾きaおよび切片bは、下記の数式2および数式3を用いて計算することができる。
【0027】
【数2】
【0028】
【数3】
【0029】
ここで、iは、数式2および数式3に適用された4つのバッテリの残存電荷量および4つのバッテリの開放電圧を区分するための変数である。4つの地点のデータを用いる場合、iは1〜4の値を有することになり、したがって、自然数nは4になる。
【0030】
残存電荷量に対するデータの精度を増加させるためには、増加傾向が互いに類似する期間を3つの期間よりも多い期間に区別すればよいが、残存電荷量テーブルに格納すべきデータが増加してしまう。したがって、残存電荷量テーブルに格納されるデータの量と残存電荷量の推定は、互いにトレードオフ(trade−off)の関係にあることが分かる。
【0031】
本発明では、前記のように、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量の特性線分を、傾きが同一または類似の複数の期間に区分し、それぞれの期間に対応する関数情報、すなわち、線形関数の傾きおよび切片を残存電荷量テーブルの作成時に適用することにより、残存電荷量テーブルに格納されるデータの量を最小化することを提案する。
【0032】
図3は、バッテリの充電時、3つの互いに異なる温度におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示す。
【0033】
図3の上図は、3つのバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係グラフであり、下図のテーブルは、5つの区域に区分された左側グラフを区域別関数で示したものである。
【0034】
図3の上図を参照すれば、3つの実線は、充電時、3つの互いに異なるバッテリの温度(10℃、25℃、50℃)におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示し、3つの点線は、3つの実線を期間毎に線形化したものである。上図の上部に示された点線は、標準温度(25℃)の実線を線形化したものであり、中間部分の点線および下部の点線は、低い温度(10℃)および高い温度(50℃)の実線をそれぞれ線形化したものである。
【0035】
下図に示されたテーブルを参照すれば、上図の最も上部に示された標準温度(25℃)の線形化点線の1番目の期間での傾きおよび切片は0.429および3.703であり、3番目の期間での傾きおよび切片は0.068および3.762である。
【0036】
図4は、バッテリの放電時、3つの互いに異なる温度におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示す。
【0037】
図4の上図は、3つのバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係グラフであり、下図のテーブルは、5つの区域に区分された左側グラフを区域別関数で示したものである。
【0038】
図4の上図を参照すれば、3つの実線は、放電時、3つの互いに異なるバッテリの温度(10℃、25℃、50℃)におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示し、3つの点線は、3つの実線を期間毎に線形化したものである。上図の上部に示された点線は、高い温度(50℃)の実線を線形化したものであり、中間部分の点線および下部の点線は、低い温度(10℃)および標準温度(25℃)の実線をそれぞれ線形化したものである。
【0039】
下図のテーブルを参照すれば、上図の上部に示された高い温度(50℃)の線形化点線の1番目の期間での傾きおよび切片は0.488および3.465であり、3番目の期間での傾きおよび切片は0.117および3.718である。傾きの場合、符号は省略されているが、減少する傾向を示すため、傾きは負の値を有することになる。しかし、ここでは図面の簡素化のために符号を省略した。
【0040】
図3および図4に示された3つの温度に応じて異なる特性を示す線分を区分した各期間での傾きおよび切片は、数式2および数式3を利用すれば容易に求めることができるため、ここでは詳細な説明はしない。
【0041】
前記説明では、各期間を1次関数に代替することについて記載したが、相対的に正確なデータが必要な場合には、これを2次関数で表現し、これらに対するデータを残存電荷量テーブルに反映することも可能であり、前記1次関数に関する説明から2次関数に対する技術的思想を誘導することが可能である。
【0042】
図5は、本発明にかかるバッテリ管理システムを示す。
【0043】
図5を参照すれば、本発明にかかるバッテリ管理システム500は、温度計501と、電流計502と、電圧計503と、バッテリ510と、センシング抵抗520と、制御スイッチ部530と、電流供給源540と、負荷550と、プロセッサ560と、ユーザインタフェース装置570とを備える。
【0044】
温度計501は、バッテリ510の温度を測定し、電流計502は、バッテリ510に入出力される電流の量を検出し、電圧計503は、バッテリの両端電圧、すなわち、開放電圧を測定する。
【0045】
センシング抵抗520は、バッテリ510の一端に接続され、バッテリ510に供給される電流およびバッテリ510から出力される電流の量を測定するのに用いられる。
【0046】
制御スイッチ部530は、プロセッサ560で生成された充電制御信号および放電制御信号に応答して、電流供給源540から供給される電流をバッテリ510に伝達するか、バッテリ510から出力される電流を負荷550に伝達する。制御スイッチ部530は、充電制御信号に応答して、電流供給源540から供給される電流をバッテリにスイッチングする充電制御スイッチ531と、放電制御信号に応答して、バッテリ510から出力される電流を負荷550にスイッチングする放電制御スイッチ532とを備える。
【0047】
プロセッサ560は、第一として、充電制御信号および放電制御信号を生成し、制御スイッチ部530に含まれた2つのスイッチ531、532のスイッチング動作を制御する。
【0048】
第二として、バッテリの温度、バッテリに供給されるかバッテリから出力される電流、およびバッテリの開放電圧をモニタし、モニタされたバッテリの温度、電流および開放電圧を用いてバッテリ等価モデルに適用された素子のパラメータを計算する。この時、等価モデルに適用された素子のパラメータを計算するために、バッテリが充電される期間中の一部期間でバッテリに供給される電流が一定の周波数を有するパルス状となるように充電制御信号を制御し、バッテリが放電される期間中の一部期間でバッテリから負荷に供給される電流が一定の周波数を有するパルス状となるように前記放電制御信号を制御する。
【0049】
第三として、モニタされたバッテリの温度およびバッテリの開放電圧を用いて残存電荷量テーブルを生成して格納する。プロセッサ560は、複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時およびバッテリの放電時、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を2次元座標に表示し、2次元座標に表示されたデータの増加傾向または減少傾向が互いに異なる期間を区別し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する線形関数の傾きおよび切片を残存電荷量テーブルに格納する。
【0050】
プロセッサ560は、バッテリの温度、バッテリの開放電圧、および残存電荷量テーブルに格納された線形関数の傾きと切片を用いてバッテリの現在の残存電荷量を計算し、残存電荷量テーブルを参照してバッテリの残存電荷量を計算する当時のバッテリの開放電圧に応じた残存電荷量を抽出し、計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より小さい場合には、計算された残存電荷量をディスプレイすることを指示するように実現する。
【0051】
計算された残存電荷量と抽出された残存電荷量との差が一定の閾値より大きい場合には、2つで動作するように選択することができる。
【0052】
第一は、残存電荷量テーブルを直ちにアップデートすることを指示することである。
【0053】
第二は、計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より大きいという事実と前記計算された残存電荷量とをディスプレイするように指示することである。この場合、計算された残存電荷量と抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より大きいという事実が発生したエラー回数を格納し、エラー回数が一定の基準回数より大きい場合には、残存テーブルに格納されたデータをアップデートすることを指示する。
【0054】
パーソナルコンピュータのようなユーザインタフェース装置570は、プロセッサ560で果たす機能の一部を担当するものであり、必要に応じてシステムに追加して用いることができる。すなわち、複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時およびバッテリの放電時、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を表示した2次元座標の全領域を複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する線形関数の傾きおよび切片を計算し、計算結果をプロセッサ560に伝達する。
【0055】
図6は、本発明にかかるバッテリ管理システムの動作概念を説明する。
【0056】
図6を参照すれば、図5に示された本発明にかかるバッテリ管理システム500は、残存電荷量テーブル610の作成および格納、バッテリ等価モデルのパラメータ推定620、バッテリを入出力する電流量の計算630および残存電荷量の表示(ディスプレイ)640の機能を果たす。
【0057】
図3および図4で説明した部分を適用すれば、残存電荷量テーブル610は3つの期間(Step1〜Step3)に区分し、バッテリの温度も3種類(10℃、25℃、50℃)に区分した。バッテリ等価モデルのパラメータ推定620の実行は、再帰的最小自乗法を用いてバッテリの内部抵抗の抵抗値Rおよびバッテリの内部キャパシタの容量Cを推定する。残存電荷量テーブル610に格納された傾きおよび切片を用いてバッテリの初期残存電荷量SOC0を抽出し、バッテリを入出力する電流量を計算(630)した後、これらを合わせて現在のバッテリの残存電荷量を計算する。放電時、本発明にかかる残存電荷量の計算は、数式4のように表現される電流積算方程式によって求める。
【0058】
【数4】
【0059】
ここで、SOC(t)は、時間tにおける残存電荷量、SOC0は、時間がt0の時、前記残存電荷量テーブルに格納された線形関数の傾きおよび切片を用いて抽出した前記初期残存電荷量、Cは、バッテリ等価モデルに適用された素子の1つである内部キャパシタの容量、I(t)は、時間がtの時、バッテリに流入するかバッテリから流出する電流であり、η(eta)は、バッテリの充放電効率をそれぞれ意味する。
【0060】
数式4において、等号の右式に記載されたマイナス(−)をプラス(+)に変えると、数式4は充電時にも適用することができる。
【0061】
計算された残存電荷量は、一定の表示装置にディスプレイ(640)する。
【0062】
図7は、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を示す信号フロー図である。
【0063】
図7を参照すれば、バッテリの残存電荷量推定方法700は、残存電荷量テーブル生成ステップ710と、等価モデルに用いられた素子のパラメータ推定ステップ720と、残存電荷量計算ステップ730、740と、残存電荷量比較ステップ750と、処理ステップ760とを含む。
【0064】
残存電荷量テーブル生成ステップ710は、前述のように、複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時およびバッテリの放電時、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を表示した2次元座標の全領域を複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する線形関数の傾きおよび切片を残存電荷量テーブルに格納する。
【0065】
パラメータ推定ステップ720は、バッテリの開放電圧、バッテリに流入またはバッテリから流出する電流を測定し、バッテリ等価モデルに適用された内部抵抗1002の抵抗値Rおよび内部キャパシタ1001のキャパシタンスCを計算する。
【0066】
残存電荷量計算ステップ730、740は、残存電荷量テーブルに格納された線形関数の傾きおよび切片を用いて抽出した初期残存電荷量、バッテリ等価モデルに用いられた素子のパラメータ、バッテリの開放電圧およびバッテリに入出力される電流量を数式8に表示された電流積算方程式にそれぞれ適用し、バッテリの残存電荷量を計算する。
【0067】
残存電荷量比較ステップ750は、残存電荷量テーブルに格納された線形関数の傾きおよび切片を用いてバッテリの残存電荷量を計算する当時(t)のバッテリの開放電圧に対応する残存電荷量を抽出し、抽出された残存電荷量と計算された残存電荷量とを比較し、抽出された残存電荷量と計算された残存電荷量との差が閾基準より大きい場合には、残存電荷量テーブル生成ステップを更新することを指示する。
【0068】
処理ステップ760は、抽出された残存電荷量と計算された残存電荷量との差が閾基準より小さい場合には、計算された残存電荷量をディスプレイする。
【0069】
図示していないが、処理ステップ760では、抽出された残存電荷量と計算された残存電荷量との差が閾基準より大きいという事実が検出されたエラー回数をさらにディスプレイさせることができる。また、検出されたエラー回数が一定の基準回数を超える場合には、残存電荷量テーブル生成ステップを更新することを指示させることも可能である。
【0070】
図8は、本発明にかかるバッテリ管理システムにおいて、バッテリを充電するかバッテリを放電させる時の一定の時間期間で電流をパルス状とする方式に関するものである。
【0071】
図8を参照すれば、バッテリを充電する全期間(CC充電:CC Charge)中の一部期間810、820で充電制御信号を調整し、充電制御スイッチ531の開閉を制御することにより、電流供給源540からバッテリ510に供給される電流をパルス状とすることができる。また、バッテリ510が放電する全期間(CV充電:CV Charge)中の一部期間830で放電制御信号を調整し、放電制御スイッチ532の開閉を制御することにより、バッテリ510から負荷550に供給する電流をパルス状とすることができる。
【0072】
図9は、パルス状の電流およびパルス状の開放電圧を示す。
【0073】
図9を参照すれば、電流がΔIだけパルス状に遷移する時、これにより、開放電圧もΔVだけパルス状に遷移する。本発明では、電流および開放電圧が遷移する期間を含む期間、すなわち、センシング期間(Sensing Period)の電流および開放電圧のレベルを用いてバッテリ等価モデルを構成する素子のパラメータを推定することを提案する。
【0074】
図8および図9に示すように、電流をパルス状に供給する理由は、供給される電流の大きさとこれに対応するバッテリの開放電圧の大きさとの関係を、バッテリ等価モデルを構成する素子のパラメータを演算する時に用いるためである。この時、パルスの周波数を調整し、バッテリに供給される電流の大きさが急に減少する時点(図示せず)の前にバッテリの開放電圧の大きさが飽和すべき条件に満足するパルス電流の周波数を決定する。
【0075】
図10は、バッテリ等価モデルを示す。
【0076】
図10を参照すれば、バッテリ等価モデル510は、内部抵抗1002および内部キャパシタ1001で定義できる。バッテリが図10のような等価モデルで定義されると仮定する時、2つのパラメータ、すなわち、内部抵抗1002の抵抗値Rおよび内部キャパシタ1001のキャパシタンスCは、数式5から求めることができる。バッテリ510に流れる電流は抵抗520および電流計502を用い、そして、バッテリ510の電圧は電圧計502を用いてそれぞれ測定する。
【0077】
【数5】
【0078】
ここで、TSは、サンプリング時間、ykは、任意のサンプリング瞬間(k、kは自然数)に測定されたバッテリの開放電圧、ikは、任意のサンプリング瞬間にバッテリに流れる電流、ik−1は、任意のサンプリング瞬間直前のサンプリング瞬間にバッテリに流れる電流、R0およびC0はそれぞれ、内部抵抗1002の抵抗値Rおよび内部キャパシタ1001のキャパシタンスCを求めるための初期値をそれぞれ意味し、数式5の利得KNは、数式6のように表現することができる。
【0079】
【数6】
【0080】
数式6の補正値ANは、数式7のように表現することができる。
【0081】
【数7】
【0082】
ここで、εは、共分散値である。λは、0と1の間の値を有する忘却ファクタ(forgetting factor)であって、既存値より現在値の重要度を定義する。
【0083】
数式5ないし数式7を用いて推定した内部抵抗1002の抵抗値Rおよび内部キャパシタ1001のキャパシタンスCを数式8に適用し、バッテリの開放電圧を計算する。
【0084】
【数8】
【0085】
数式5ないし数式8に最小自乗法を適用すれば、数式5および数式8によって求められた2つの開放電圧y、ykの差y−ykが最小限になるまで、数式5の利得KNを調整する。計算された開放電圧yと測定された開放電圧ykとの差y−ykが最小限になった時の、数式5ないし数式7から推定された内部抵抗の抵抗値Rおよび内部キャパシタの容量Cを最終的な値に固定し、これを格納して用いる。
【0086】
図11は、バッテリ等価モデルに関するコンピュータシミュレーションの結果を示す。
【0087】
図11に示されたシミュレーションの結果は、図11に示されたバッテリ等価モデルにおいて、抵抗値を1.5Ω、キャパシタの容量を1000pFと仮定した時に得られたものである。バッテリにパルス電流Iを印加し、この時の電流Iと開放電圧Vを検出し、これらを数式5ないし数式7に適用すると同時に、再帰的最小自乗法で計算した。その結果、一定時間が経過した後、エラー値(err)が0に収斂しながら、内部抵抗1002の抵抗値(Result_R)と内部キャパシタ1001のキャパシタンス(Result_C)もシミュレーションで仮定した値に近接する値(R=1.499、C=1003)に収斂した。図9に示された実験を通じて本発明の効果を確認することができる。
【0088】
図12は、充電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を適用した場合を示す。
【0089】
図13は、放電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を適用した場合を示す。
【0090】
図12を参照すれば、従来のバッテリの残存電荷量テーブル1210には、それぞれの温度(10℃、25℃、50℃)に応じた11の残存電荷量(0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100)に対応するそれぞれ11個ずつの開放電圧(計33個)が格納されている。本発明にかかる残存電荷量テーブル1220の場合、それぞれの温度(10℃、25℃、50℃)に応じた5つの期間(0〜14、14〜22、22〜60、60〜80、80〜100)で残存電荷量(SOC)に対応する傾きおよび切片が格納されている。従来の残存電荷量テーブル1210に格納されるデータ量が、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法に用いられる残存電荷量テーブル1220に格納されるデータ量に比べて多いことを、図12を参照すれば容易に理解することができる。
【0091】
データ量が従来の場合に比べて少ないが、本発明にかかる残存電荷量推定方法を適用し、それぞれの温度(10℃、25℃、50℃)で求めた残存電荷量データ1230と従来の残存電荷量テーブル1210とを比較すると、略同じ値を有することが分かる。いくつかの期間では若干の差が存在するが、これは、線形化期間をさらに細分すれば解決できる。しかし、これは、残存電荷量テーブルの個数を増加させ、結局、メモリ領域の増加につながるため、前述のように、正確な残存電荷量の推定とメモリすべきデータ量との間には適切なトレードオフが必要である。
【0092】
図13は、図12に関する説明を参照すれば容易に理解することができるため、ここでは詳細な説明はしない。
【0093】
以上、本発明に関する技術思想を添付図面とともに述べたが、これは、本発明の好ましい実施形態を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。また、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、誰でも本発明の技術的思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形および模倣が可能であることが自明である。
【符号の説明】
【0094】
500:バッテリ管理システム
510:バッテリ
520:センシング抵抗
530:制御スイッチ部
531:充電制御スイッチ
532:放電制御スイッチ
540:電流供給源
550:負荷
560:プロセッサ
570:ユーザインタフェース装置
510:バッテリ等価モデル
1001:内部キャパシタ
1002:内部抵抗
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリの充電および放電管理に関するものであり、特に、電流積算法とバッテリの開放電圧を用いたバッテリの残存電荷量を推定する方法および当該推定方法を用いるバッテリ管理システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
ハイブリッド電気自動車の電気駆動モータの動力源として用いられるリチウムイオンバッテリのような二次電池は、過放電される場合には永久的にバッテリの特性を失い、過充電される場合には爆発および火災が発生するため、充電および放電に注意を払わなければならない。バッテリの安定した充電および放電のために、バッテリの現在状態、つまり、バッテリの残存電荷量(State of Charge、SOC)を推定することは必須である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2011−215151号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする技術的課題は、安価なプロセッサおよび容量の少ないメモリを用いて残存電荷量を推定することができるバッテリの残存電荷量推定方法を提供することである。
【0005】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、安価なプロセッサおよび容量の少ないメモリを用いて残存電荷量を推定することができるバッテリ管理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の技術的課題を達成するための、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法は、残存電荷量テーブル生成ステップと、残存電荷量計算ステップと、残存電荷量比較ステップと、処理ステップとを含む。
【0007】
前記残存電荷量テーブル生成ステップは、複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時またはバッテリの放電時のうちの少なくとも1つの時点で、バッテリの開放電圧の変化に応じたバッテリの残存電荷量との関係を表示した2次元座標の全領域をバッテリの残存電荷量に対して複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する関数情報を残存電荷量テーブルに格納する。前記残存電荷量計算ステップは、前記残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて抽出した初期残存電荷量、バッテリ等価モデルに用いられた素子のパラメータ、および前記バッテリに入出力される電流量を電流積算方程式にそれぞれ適用し、バッテリの残存電荷量を計算する。前記残存電荷量比較ステップは、前記残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて前記バッテリの残存電荷量を計算する当時のバッテリの電圧に対応する残存電荷量を抽出し、前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量とを比較する。前記処理ステップは、前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より小さい場合には、前記計算された残存電荷量をディスプレイする。
【0008】
上記の他の技術的課題を達成するための、本発明にかかるバッテリ管理システムは、センシング抵抗と、制御スイッチ部と、プロセッサとを備える。
【0009】
前記センシング抵抗は、バッテリの一端に接続される。前記制御スイッチ部は、制御信号に応答して、電流供給源から供給される電流を前記バッテリに伝達するか、前記バッテリから出力される電流を負荷に伝達する。前記プロセッサは、前記制御信号を生成し、測定されたバッテリの温度、前記バッテリの電流、および前記バッテリの開放電圧を用いて前記バッテリ等価モデルに適用された素子のパラメータを計算し、前記バッテリの温度および前記開放電圧を用いて残存電荷量テーブルを生成して格納する。
【発明の効果】
【0010】
上述のように、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法およびバッテリ管理システムは、初期残存電荷量を抽出するのに用いられる残存電荷量テーブルに格納されたデータの量が少ないため、容量の少ないメモリを用いてバッテリの残存電荷量を推定することが可能であるという利点がある。
【0011】
また、残存電荷量テーブルに格納されたデータを用いてバッテリの現在の残存電荷量を計算する演算の量も減少することにより、性能がやや劣るプロセッサを用いて残存電荷量の推定が可能なため、バッテリ管理システムを実現するのに必要な経費を低減することができるという利点がある。
本発明に係る
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】バッテリの充電時、温度に応じたバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示すグラフである。
【図2】バッテリの充電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法に用いる期間の区別を示す。
【図3】バッテリの充電時、3つの互いに異なる温度におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示すグラフである。
【図4】バッテリの放電時、3つの互いに異なる温度におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示すグラフである。
【図5】本発明にかかるバッテリ管理システムを示す。
【図6】本発明にかかるバッテリ管理システムの動作概念を説明する。
【図7】本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を示す信号フロー図である。
【図8】本発明にかかるバッテリ管理システムにおいて、バッテリを充電するかバッテリを放電させる時の一定の時間期間で電流をパルス状とする方式に関するものである。
【図9】パルス状の電流およびパルス状の開放電圧を示す。
【図10】バッテリ等価モデルを示す。
【図11】バッテリ等価モデルに対するコンピュータシミュレーションの結果を示す。
【図12】充電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を適用した場合を示す。
【図13】放電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を適用した場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明と本発明の動作上の利点および本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の例示的な実施形態を説明する添付図面および添付図面に記載された内容を参照しなければならない。
【0014】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明することにより、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。
【0015】
図1は、バッテリの充電時、温度に応じたバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示すグラフである。
【0016】
図1を参照すれば、4つの温度条件(−20℃、0℃、20℃、35℃)において、y軸に表示したバッテリの開放電圧の電圧レベル(voltage level)が増加する時、x軸に表示したバッテリの残存電荷量(SOC)も増加することが分かる。温度に応じて増加する傾向は互いに異なるが、バッテリの開放電圧の電圧レベルが増加する時、バッテリの残存電荷量も増加することは同様である。
【0017】
本発明では、図1に示された充電時、バッテリの温度、バッテリの開放電圧、およびバッテリの残存電荷量の関係を加工し、バッテリの残存電荷量に用いられる基本データの量を最小とするだけでなく、必要な場合、バッテリの残存電荷量を演算するのに用いられる前記データのアップデートも簡単にできるようにする。
【0018】
以下、特別な言及がない限り、バッテリの開放電圧は、バッテリの開放電圧の電圧レベルと同じ概念として用いられる。
【0019】
発明に対する理解を容易にするために、任意の温度におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を説明する。
【0020】
図2は、バッテリの充電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法に用いる期間の区別を示す。
【0021】
バッテリの開放電圧に対応するバッテリの残存電荷量を線で結ぶと、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係は実線で表示することができる。実線で表示されたバッテリの残存電荷量の開放電圧が増加することによる増加傾向は期間毎に互いに異なるが、説明の便宜のために、図2には3つの期間(Step1、Step2、Step3)に区別した。
【0022】
垂直方向の点線で区別された3つの期間での実線は、一定の増加傾向がある。この増加傾向は非線形的な面があるとはいえ、概略的には増加傾向に対応する線形関数、すなわち、1次関数(点線)で表現することができる。1次関数は、数式1のように表現することができる。
【0023】
【数1】
【0024】
ここで、xおよびyは、変数(variable)、aは、傾き(gradient)、そして、bは、切片(intercept)をそれぞれ意味する。
【0025】
図2に示された3つの期間のうち、第1期間(Step1)の傾きおよび切片をそれぞれa1およびb1とする時、第2期間(Step2)および第3期間(Step3)の傾きおよび切片はそれぞれa2およびb2とa3およびb3になる。
【0026】
以下、第2期間(Step2)での傾きおよび切片を求める方法について説明する。4つのバッテリの開放電圧(y1、y2、y3、y4)と、これらにそれぞれ対応する4つのバッテリの残存電荷量(x1、x2、x3、x4)によって決定される4つの点を結んだ実線線分に対応する点線線形関数の傾きaおよび切片bは、下記の数式2および数式3を用いて計算することができる。
【0027】
【数2】
【0028】
【数3】
【0029】
ここで、iは、数式2および数式3に適用された4つのバッテリの残存電荷量および4つのバッテリの開放電圧を区分するための変数である。4つの地点のデータを用いる場合、iは1〜4の値を有することになり、したがって、自然数nは4になる。
【0030】
残存電荷量に対するデータの精度を増加させるためには、増加傾向が互いに類似する期間を3つの期間よりも多い期間に区別すればよいが、残存電荷量テーブルに格納すべきデータが増加してしまう。したがって、残存電荷量テーブルに格納されるデータの量と残存電荷量の推定は、互いにトレードオフ(trade−off)の関係にあることが分かる。
【0031】
本発明では、前記のように、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量の特性線分を、傾きが同一または類似の複数の期間に区分し、それぞれの期間に対応する関数情報、すなわち、線形関数の傾きおよび切片を残存電荷量テーブルの作成時に適用することにより、残存電荷量テーブルに格納されるデータの量を最小化することを提案する。
【0032】
図3は、バッテリの充電時、3つの互いに異なる温度におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示す。
【0033】
図3の上図は、3つのバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係グラフであり、下図のテーブルは、5つの区域に区分された左側グラフを区域別関数で示したものである。
【0034】
図3の上図を参照すれば、3つの実線は、充電時、3つの互いに異なるバッテリの温度(10℃、25℃、50℃)におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示し、3つの点線は、3つの実線を期間毎に線形化したものである。上図の上部に示された点線は、標準温度(25℃)の実線を線形化したものであり、中間部分の点線および下部の点線は、低い温度(10℃)および高い温度(50℃)の実線をそれぞれ線形化したものである。
【0035】
下図に示されたテーブルを参照すれば、上図の最も上部に示された標準温度(25℃)の線形化点線の1番目の期間での傾きおよび切片は0.429および3.703であり、3番目の期間での傾きおよび切片は0.068および3.762である。
【0036】
図4は、バッテリの放電時、3つの互いに異なる温度におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示す。
【0037】
図4の上図は、3つのバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係グラフであり、下図のテーブルは、5つの区域に区分された左側グラフを区域別関数で示したものである。
【0038】
図4の上図を参照すれば、3つの実線は、放電時、3つの互いに異なるバッテリの温度(10℃、25℃、50℃)におけるバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を示し、3つの点線は、3つの実線を期間毎に線形化したものである。上図の上部に示された点線は、高い温度(50℃)の実線を線形化したものであり、中間部分の点線および下部の点線は、低い温度(10℃)および標準温度(25℃)の実線をそれぞれ線形化したものである。
【0039】
下図のテーブルを参照すれば、上図の上部に示された高い温度(50℃)の線形化点線の1番目の期間での傾きおよび切片は0.488および3.465であり、3番目の期間での傾きおよび切片は0.117および3.718である。傾きの場合、符号は省略されているが、減少する傾向を示すため、傾きは負の値を有することになる。しかし、ここでは図面の簡素化のために符号を省略した。
【0040】
図3および図4に示された3つの温度に応じて異なる特性を示す線分を区分した各期間での傾きおよび切片は、数式2および数式3を利用すれば容易に求めることができるため、ここでは詳細な説明はしない。
【0041】
前記説明では、各期間を1次関数に代替することについて記載したが、相対的に正確なデータが必要な場合には、これを2次関数で表現し、これらに対するデータを残存電荷量テーブルに反映することも可能であり、前記1次関数に関する説明から2次関数に対する技術的思想を誘導することが可能である。
【0042】
図5は、本発明にかかるバッテリ管理システムを示す。
【0043】
図5を参照すれば、本発明にかかるバッテリ管理システム500は、温度計501と、電流計502と、電圧計503と、バッテリ510と、センシング抵抗520と、制御スイッチ部530と、電流供給源540と、負荷550と、プロセッサ560と、ユーザインタフェース装置570とを備える。
【0044】
温度計501は、バッテリ510の温度を測定し、電流計502は、バッテリ510に入出力される電流の量を検出し、電圧計503は、バッテリの両端電圧、すなわち、開放電圧を測定する。
【0045】
センシング抵抗520は、バッテリ510の一端に接続され、バッテリ510に供給される電流およびバッテリ510から出力される電流の量を測定するのに用いられる。
【0046】
制御スイッチ部530は、プロセッサ560で生成された充電制御信号および放電制御信号に応答して、電流供給源540から供給される電流をバッテリ510に伝達するか、バッテリ510から出力される電流を負荷550に伝達する。制御スイッチ部530は、充電制御信号に応答して、電流供給源540から供給される電流をバッテリにスイッチングする充電制御スイッチ531と、放電制御信号に応答して、バッテリ510から出力される電流を負荷550にスイッチングする放電制御スイッチ532とを備える。
【0047】
プロセッサ560は、第一として、充電制御信号および放電制御信号を生成し、制御スイッチ部530に含まれた2つのスイッチ531、532のスイッチング動作を制御する。
【0048】
第二として、バッテリの温度、バッテリに供給されるかバッテリから出力される電流、およびバッテリの開放電圧をモニタし、モニタされたバッテリの温度、電流および開放電圧を用いてバッテリ等価モデルに適用された素子のパラメータを計算する。この時、等価モデルに適用された素子のパラメータを計算するために、バッテリが充電される期間中の一部期間でバッテリに供給される電流が一定の周波数を有するパルス状となるように充電制御信号を制御し、バッテリが放電される期間中の一部期間でバッテリから負荷に供給される電流が一定の周波数を有するパルス状となるように前記放電制御信号を制御する。
【0049】
第三として、モニタされたバッテリの温度およびバッテリの開放電圧を用いて残存電荷量テーブルを生成して格納する。プロセッサ560は、複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時およびバッテリの放電時、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を2次元座標に表示し、2次元座標に表示されたデータの増加傾向または減少傾向が互いに異なる期間を区別し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する線形関数の傾きおよび切片を残存電荷量テーブルに格納する。
【0050】
プロセッサ560は、バッテリの温度、バッテリの開放電圧、および残存電荷量テーブルに格納された線形関数の傾きと切片を用いてバッテリの現在の残存電荷量を計算し、残存電荷量テーブルを参照してバッテリの残存電荷量を計算する当時のバッテリの開放電圧に応じた残存電荷量を抽出し、計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より小さい場合には、計算された残存電荷量をディスプレイすることを指示するように実現する。
【0051】
計算された残存電荷量と抽出された残存電荷量との差が一定の閾値より大きい場合には、2つで動作するように選択することができる。
【0052】
第一は、残存電荷量テーブルを直ちにアップデートすることを指示することである。
【0053】
第二は、計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より大きいという事実と前記計算された残存電荷量とをディスプレイするように指示することである。この場合、計算された残存電荷量と抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より大きいという事実が発生したエラー回数を格納し、エラー回数が一定の基準回数より大きい場合には、残存テーブルに格納されたデータをアップデートすることを指示する。
【0054】
パーソナルコンピュータのようなユーザインタフェース装置570は、プロセッサ560で果たす機能の一部を担当するものであり、必要に応じてシステムに追加して用いることができる。すなわち、複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時およびバッテリの放電時、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を表示した2次元座標の全領域を複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する線形関数の傾きおよび切片を計算し、計算結果をプロセッサ560に伝達する。
【0055】
図6は、本発明にかかるバッテリ管理システムの動作概念を説明する。
【0056】
図6を参照すれば、図5に示された本発明にかかるバッテリ管理システム500は、残存電荷量テーブル610の作成および格納、バッテリ等価モデルのパラメータ推定620、バッテリを入出力する電流量の計算630および残存電荷量の表示(ディスプレイ)640の機能を果たす。
【0057】
図3および図4で説明した部分を適用すれば、残存電荷量テーブル610は3つの期間(Step1〜Step3)に区分し、バッテリの温度も3種類(10℃、25℃、50℃)に区分した。バッテリ等価モデルのパラメータ推定620の実行は、再帰的最小自乗法を用いてバッテリの内部抵抗の抵抗値Rおよびバッテリの内部キャパシタの容量Cを推定する。残存電荷量テーブル610に格納された傾きおよび切片を用いてバッテリの初期残存電荷量SOC0を抽出し、バッテリを入出力する電流量を計算(630)した後、これらを合わせて現在のバッテリの残存電荷量を計算する。放電時、本発明にかかる残存電荷量の計算は、数式4のように表現される電流積算方程式によって求める。
【0058】
【数4】
【0059】
ここで、SOC(t)は、時間tにおける残存電荷量、SOC0は、時間がt0の時、前記残存電荷量テーブルに格納された線形関数の傾きおよび切片を用いて抽出した前記初期残存電荷量、Cは、バッテリ等価モデルに適用された素子の1つである内部キャパシタの容量、I(t)は、時間がtの時、バッテリに流入するかバッテリから流出する電流であり、η(eta)は、バッテリの充放電効率をそれぞれ意味する。
【0060】
数式4において、等号の右式に記載されたマイナス(−)をプラス(+)に変えると、数式4は充電時にも適用することができる。
【0061】
計算された残存電荷量は、一定の表示装置にディスプレイ(640)する。
【0062】
図7は、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を示す信号フロー図である。
【0063】
図7を参照すれば、バッテリの残存電荷量推定方法700は、残存電荷量テーブル生成ステップ710と、等価モデルに用いられた素子のパラメータ推定ステップ720と、残存電荷量計算ステップ730、740と、残存電荷量比較ステップ750と、処理ステップ760とを含む。
【0064】
残存電荷量テーブル生成ステップ710は、前述のように、複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時およびバッテリの放電時、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を表示した2次元座標の全領域を複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する線形関数の傾きおよび切片を残存電荷量テーブルに格納する。
【0065】
パラメータ推定ステップ720は、バッテリの開放電圧、バッテリに流入またはバッテリから流出する電流を測定し、バッテリ等価モデルに適用された内部抵抗1002の抵抗値Rおよび内部キャパシタ1001のキャパシタンスCを計算する。
【0066】
残存電荷量計算ステップ730、740は、残存電荷量テーブルに格納された線形関数の傾きおよび切片を用いて抽出した初期残存電荷量、バッテリ等価モデルに用いられた素子のパラメータ、バッテリの開放電圧およびバッテリに入出力される電流量を数式8に表示された電流積算方程式にそれぞれ適用し、バッテリの残存電荷量を計算する。
【0067】
残存電荷量比較ステップ750は、残存電荷量テーブルに格納された線形関数の傾きおよび切片を用いてバッテリの残存電荷量を計算する当時(t)のバッテリの開放電圧に対応する残存電荷量を抽出し、抽出された残存電荷量と計算された残存電荷量とを比較し、抽出された残存電荷量と計算された残存電荷量との差が閾基準より大きい場合には、残存電荷量テーブル生成ステップを更新することを指示する。
【0068】
処理ステップ760は、抽出された残存電荷量と計算された残存電荷量との差が閾基準より小さい場合には、計算された残存電荷量をディスプレイする。
【0069】
図示していないが、処理ステップ760では、抽出された残存電荷量と計算された残存電荷量との差が閾基準より大きいという事実が検出されたエラー回数をさらにディスプレイさせることができる。また、検出されたエラー回数が一定の基準回数を超える場合には、残存電荷量テーブル生成ステップを更新することを指示させることも可能である。
【0070】
図8は、本発明にかかるバッテリ管理システムにおいて、バッテリを充電するかバッテリを放電させる時の一定の時間期間で電流をパルス状とする方式に関するものである。
【0071】
図8を参照すれば、バッテリを充電する全期間(CC充電:CC Charge)中の一部期間810、820で充電制御信号を調整し、充電制御スイッチ531の開閉を制御することにより、電流供給源540からバッテリ510に供給される電流をパルス状とすることができる。また、バッテリ510が放電する全期間(CV充電:CV Charge)中の一部期間830で放電制御信号を調整し、放電制御スイッチ532の開閉を制御することにより、バッテリ510から負荷550に供給する電流をパルス状とすることができる。
【0072】
図9は、パルス状の電流およびパルス状の開放電圧を示す。
【0073】
図9を参照すれば、電流がΔIだけパルス状に遷移する時、これにより、開放電圧もΔVだけパルス状に遷移する。本発明では、電流および開放電圧が遷移する期間を含む期間、すなわち、センシング期間(Sensing Period)の電流および開放電圧のレベルを用いてバッテリ等価モデルを構成する素子のパラメータを推定することを提案する。
【0074】
図8および図9に示すように、電流をパルス状に供給する理由は、供給される電流の大きさとこれに対応するバッテリの開放電圧の大きさとの関係を、バッテリ等価モデルを構成する素子のパラメータを演算する時に用いるためである。この時、パルスの周波数を調整し、バッテリに供給される電流の大きさが急に減少する時点(図示せず)の前にバッテリの開放電圧の大きさが飽和すべき条件に満足するパルス電流の周波数を決定する。
【0075】
図10は、バッテリ等価モデルを示す。
【0076】
図10を参照すれば、バッテリ等価モデル510は、内部抵抗1002および内部キャパシタ1001で定義できる。バッテリが図10のような等価モデルで定義されると仮定する時、2つのパラメータ、すなわち、内部抵抗1002の抵抗値Rおよび内部キャパシタ1001のキャパシタンスCは、数式5から求めることができる。バッテリ510に流れる電流は抵抗520および電流計502を用い、そして、バッテリ510の電圧は電圧計502を用いてそれぞれ測定する。
【0077】
【数5】
【0078】
ここで、TSは、サンプリング時間、ykは、任意のサンプリング瞬間(k、kは自然数)に測定されたバッテリの開放電圧、ikは、任意のサンプリング瞬間にバッテリに流れる電流、ik−1は、任意のサンプリング瞬間直前のサンプリング瞬間にバッテリに流れる電流、R0およびC0はそれぞれ、内部抵抗1002の抵抗値Rおよび内部キャパシタ1001のキャパシタンスCを求めるための初期値をそれぞれ意味し、数式5の利得KNは、数式6のように表現することができる。
【0079】
【数6】
【0080】
数式6の補正値ANは、数式7のように表現することができる。
【0081】
【数7】
【0082】
ここで、εは、共分散値である。λは、0と1の間の値を有する忘却ファクタ(forgetting factor)であって、既存値より現在値の重要度を定義する。
【0083】
数式5ないし数式7を用いて推定した内部抵抗1002の抵抗値Rおよび内部キャパシタ1001のキャパシタンスCを数式8に適用し、バッテリの開放電圧を計算する。
【0084】
【数8】
【0085】
数式5ないし数式8に最小自乗法を適用すれば、数式5および数式8によって求められた2つの開放電圧y、ykの差y−ykが最小限になるまで、数式5の利得KNを調整する。計算された開放電圧yと測定された開放電圧ykとの差y−ykが最小限になった時の、数式5ないし数式7から推定された内部抵抗の抵抗値Rおよび内部キャパシタの容量Cを最終的な値に固定し、これを格納して用いる。
【0086】
図11は、バッテリ等価モデルに関するコンピュータシミュレーションの結果を示す。
【0087】
図11に示されたシミュレーションの結果は、図11に示されたバッテリ等価モデルにおいて、抵抗値を1.5Ω、キャパシタの容量を1000pFと仮定した時に得られたものである。バッテリにパルス電流Iを印加し、この時の電流Iと開放電圧Vを検出し、これらを数式5ないし数式7に適用すると同時に、再帰的最小自乗法で計算した。その結果、一定時間が経過した後、エラー値(err)が0に収斂しながら、内部抵抗1002の抵抗値(Result_R)と内部キャパシタ1001のキャパシタンス(Result_C)もシミュレーションで仮定した値に近接する値(R=1.499、C=1003)に収斂した。図9に示された実験を通じて本発明の効果を確認することができる。
【0088】
図12は、充電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を適用した場合を示す。
【0089】
図13は、放電時、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法を適用した場合を示す。
【0090】
図12を参照すれば、従来のバッテリの残存電荷量テーブル1210には、それぞれの温度(10℃、25℃、50℃)に応じた11の残存電荷量(0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100)に対応するそれぞれ11個ずつの開放電圧(計33個)が格納されている。本発明にかかる残存電荷量テーブル1220の場合、それぞれの温度(10℃、25℃、50℃)に応じた5つの期間(0〜14、14〜22、22〜60、60〜80、80〜100)で残存電荷量(SOC)に対応する傾きおよび切片が格納されている。従来の残存電荷量テーブル1210に格納されるデータ量が、本発明にかかるバッテリの残存電荷量推定方法に用いられる残存電荷量テーブル1220に格納されるデータ量に比べて多いことを、図12を参照すれば容易に理解することができる。
【0091】
データ量が従来の場合に比べて少ないが、本発明にかかる残存電荷量推定方法を適用し、それぞれの温度(10℃、25℃、50℃)で求めた残存電荷量データ1230と従来の残存電荷量テーブル1210とを比較すると、略同じ値を有することが分かる。いくつかの期間では若干の差が存在するが、これは、線形化期間をさらに細分すれば解決できる。しかし、これは、残存電荷量テーブルの個数を増加させ、結局、メモリ領域の増加につながるため、前述のように、正確な残存電荷量の推定とメモリすべきデータ量との間には適切なトレードオフが必要である。
【0092】
図13は、図12に関する説明を参照すれば容易に理解することができるため、ここでは詳細な説明はしない。
【0093】
以上、本発明に関する技術思想を添付図面とともに述べたが、これは、本発明の好ましい実施形態を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。また、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、誰でも本発明の技術的思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形および模倣が可能であることが自明である。
【符号の説明】
【0094】
500:バッテリ管理システム
510:バッテリ
520:センシング抵抗
530:制御スイッチ部
531:充電制御スイッチ
532:放電制御スイッチ
540:電流供給源
550:負荷
560:プロセッサ
570:ユーザインタフェース装置
510:バッテリ等価モデル
1001:内部キャパシタ
1002:内部抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時またはバッテリの放電時のうちの少なくとも1つの時点で、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を表示した2次元座標の全領域をバッテリの残存電荷量に対して複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する関数情報を残存電荷量テーブルに格納する残存電荷量テーブル生成ステップと、
前記残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて抽出した初期残存電荷量、バッテリ等価モデルに用いられた素子のパラメータ、前記バッテリの開放電圧、および前記バッテリに入出力される電流量を電流積算方程式に適用し、バッテリの残存電荷量を計算する残存電荷量計算ステップと、
前記残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて前記残存電荷量計算ステップで適用された前記開放電圧に対応する残存電荷量を抽出し、前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量とを比較する残存電荷量比較ステップと、
前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より小さい場合には、前記計算された残存電荷量をディスプレイする処理ステップとを含むことを特徴とするバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項2】
前記残存電荷量テーブル生成ステップは、
複数の互いに異なる温度において、バッテリの開放電圧の変化に応じたバッテリの残存電荷量を測定するデータ測定ステップと、
前記データ測定ステップで複数の互いに異なる温度別に測定されたバッテリの開放電圧の変化に応じたバッテリの残存電荷量を2次元座標に表示し、これらを線で結ぶデータ表示ステップと、
2次元座標に表示されたデータの増加傾向または減少傾向が互いに異なる期間を区分する期間区分ステップと、
区分された各期間を代表する関数情報を求め、前記残存電荷量テーブルに格納する線形化係数計算ステップとを含むことを特徴とする請求項1記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項3】
前記関数情報は、線形関数の傾きおよび切片を意味し、
前記傾きaおよび切片bは、数式
【数1】
【数2】
をそれぞれ満足し、
数式において、xおよびyは、バッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧をそれぞれ意味し、iは、前記数式に適用するためにそれぞれの期間で選択された複数のバッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧を区分するための変数であり、自然数のnは、各期間で選択されたバッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧の総数であることを特徴とする請求項2記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項4】
前記残存電荷量計算ステップにおける電流積算方程式は、
【数3】
であり、
数式において、SOC(t)は、時間tでの残存電荷量、SOC0は、時間がt0の時、前記残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて抽出した前記初期残存電荷量、Cは、バッテリ等価モデルに適用された素子の1つである内部キャパシタの容量、I(t)は、時間がtの時、バッテリに流入するかバッテリから流出する電流であり、η(eta)は、バッテリの充放電効率であることを特徴とする請求項1記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項5】
バッテリの開放電圧、バッテリに流入またはバッテリから流出する電流を測定し、バッテリ等価モデルに適用された抵抗の抵抗値およびキャパシタの定格容量を計算するモデルパラメータ推定ステップをさらに含むことを特徴とする請求項1記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項6】
前記モデルパラメータ推定ステップは、
バッテリに電流を流入する場合、バッテリに電流を流入する全時間期間中の一定の時間期間には、バッテリと電流供給源との間に設けられた充電制御スイッチを、一定の周波数を有する充電制御信号を用いて開閉させることにより、バッテリに流入する電流が一定の周波数を有するパルス状となるようにし、
バッテリから電流が流出する場合、バッテリから電流が流出する全時間期間中の一定の時間期間には、バッテリから電流が供給される負荷とバッテリとの間に設けられた放電制御スイッチを、一定の周波数を有する放電制御信号を用いて開閉させることにより、バッテリから流出する電流も一定の周波数を有するパルス状となるようにすることを特徴とする請求項5記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項7】
前記モデルパラメータ推定ステップは、
前記パルス状の電流のレベルが遷移する期間、および前記パルス状の電流に対応して変化するパルス状のバッテリの開放電圧のレベルが遷移する期間を含む期間でのバッテリの電流およびバッテリの開放電圧を用いてバッテリ等価モデルに適用された抵抗の抵抗値およびキャパシタの定格容量を計算することを特徴とする請求項6記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項8】
前記処理ステップは、
前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より大きい場合には、前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より大きいという事実と前記計算された残存電荷量とをすべてディスプレイし、
前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より小さい場合には、前記計算された残存電荷量のみをディスプレイすることを特徴とする請求項1記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項9】
前記処理ステップは、
前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より大きいという事実が検出されたエラー回数をさらにディスプレイすることを特徴とする請求項8記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項10】
前記処理ステップは、
前記検出されたエラー回数が一定の基準回数を超える場合には、前記残存電荷量テーブル生成ステップを更新することを指示することを特徴とする請求項9記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項11】
バッテリの一端に接続されたセンシング抵抗と、
制御信号に応答して、電流供給源から供給される電流を前記バッテリに伝達するか、前記バッテリから出力される電流を負荷に伝達する制御スイッチ部と、
前記制御信号を生成し、測定されたバッテリの温度、前記バッテリの電流、および前記バッテリの開放電圧を用いて前記バッテリ等価モデルに適用された素子のパラメータを計算し、前記バッテリの温度および前記開放電圧を用いて残存電荷量テーブルを生成して格納するプロセッサとを備えることを特徴とするバッテリ管理システム。
【請求項12】
前記制御信号は、充電制御信号および放電制御信号からなり、
前記制御スイッチ部は、
前記充電制御信号に応答して、前記電流供給源から供給される電流を前記バッテリにスイッチングする充電制御スイッチと、
前記放電制御信号に応答して、前記バッテリから出力される電流を前記負荷にスイッチングする放電制御スイッチとを備える特徴とする請求項11記載のバッテリ管理システム。
【請求項13】
前記プロセッサは、
複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時またはバッテリの放電時のうちの少なくとも1つの時点で、バッテリの開放電圧の変化に応じたバッテリの残存電荷量の関係を2次元座標に表示し、2次元座標に表示されたデータの増加傾向または減少傾向が互いに異なる期間を区別し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する関数情報を残存電荷量テーブルに格納することを特徴とする請求項12記載のバッテリ管理システム。
【請求項14】
前記バッテリ管理システムは、
複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時またはバッテリの放電時のうちの少なくとも1つの時点で、バッテリの開放電圧レベルの変化に応じたバッテリの残存電荷量の関係を表示した2次元座標の全領域を複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧レベルとバッテリの残存電荷量との関係を代表する線形関数の傾きおよび切片を計算し、前記プロセッサに伝達するユーザインタフェース装置をさらに備えることを特徴とする請求項13記載のバッテリ管理システム。
【請求項15】
前記関数情報は、線形関数の傾きおよび切片を意味し、
前記傾きaおよび切片bは、数式
【数4】
【数5】
をそれぞれ満足し、
数式において、xおよびyは、バッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧をそれぞれ意味し、iは、前記数式に適用するためにそれぞれの期間で選択された複数のバッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧を区分するための変数であり、自然数のnは、各期間で選択されたバッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧の総数であることを特徴とする請求項13記載のバッテリ管理システム。
【請求項16】
前記プロセッサは、
前記バッテリの温度、前記バッテリの開放電圧、および前記残存電荷量テーブルに格納された線形関数の傾きと切片を用いてバッテリの現在の残存電荷量を計算し、前記残存電荷量テーブルを参照してバッテリの残存電荷量を計算する当時のバッテリの開放電圧に応じた残存電荷量を抽出し、
前記計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾値より大きい場合には、前記計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より大きいという事実と前記計算された残存電荷量とをディスプレイするように指示し、
前記計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より小さい場合には、前記計算された残存電荷量をディスプレイすることを指示することを特徴とする請求項15記載のバッテリ管理システム。
【請求項17】
前記プロセッサは、
前記計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より大きい場合には、前記計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より大きいという事実が発生したエラー回数を格納し、前記エラー回数が一定の基準回数より大きい場合には、残存テーブルに格納されたデータをアップデートすることを指示することを特徴とする請求項16記載のバッテリ管理システム。
【請求項18】
前記プロセッサは、
前記バッテリ等価モデルに適用された素子のパラメータを計算するために、前記バッテリが充電される期間中の一部期間で前記バッテリに供給される電流が一定の周波数を有するパルス状となるように前記充電制御信号を制御し、前記バッテリが放電される期間中の一部期間で前記バッテリから負荷に供給される電流が一定の周波数を有するパルス状となるように前記放電制御信号を制御することを特徴とする請求項12記載のバッテリ管理システム。
【請求項1】
複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時またはバッテリの放電時のうちの少なくとも1つの時点で、バッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を表示した2次元座標の全領域をバッテリの残存電荷量に対して複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する関数情報を残存電荷量テーブルに格納する残存電荷量テーブル生成ステップと、
前記残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて抽出した初期残存電荷量、バッテリ等価モデルに用いられた素子のパラメータ、前記バッテリの開放電圧、および前記バッテリに入出力される電流量を電流積算方程式に適用し、バッテリの残存電荷量を計算する残存電荷量計算ステップと、
前記残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて前記残存電荷量計算ステップで適用された前記開放電圧に対応する残存電荷量を抽出し、前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量とを比較する残存電荷量比較ステップと、
前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より小さい場合には、前記計算された残存電荷量をディスプレイする処理ステップとを含むことを特徴とするバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項2】
前記残存電荷量テーブル生成ステップは、
複数の互いに異なる温度において、バッテリの開放電圧の変化に応じたバッテリの残存電荷量を測定するデータ測定ステップと、
前記データ測定ステップで複数の互いに異なる温度別に測定されたバッテリの開放電圧の変化に応じたバッテリの残存電荷量を2次元座標に表示し、これらを線で結ぶデータ表示ステップと、
2次元座標に表示されたデータの増加傾向または減少傾向が互いに異なる期間を区分する期間区分ステップと、
区分された各期間を代表する関数情報を求め、前記残存電荷量テーブルに格納する線形化係数計算ステップとを含むことを特徴とする請求項1記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項3】
前記関数情報は、線形関数の傾きおよび切片を意味し、
前記傾きaおよび切片bは、数式
【数1】
【数2】
をそれぞれ満足し、
数式において、xおよびyは、バッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧をそれぞれ意味し、iは、前記数式に適用するためにそれぞれの期間で選択された複数のバッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧を区分するための変数であり、自然数のnは、各期間で選択されたバッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧の総数であることを特徴とする請求項2記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項4】
前記残存電荷量計算ステップにおける電流積算方程式は、
【数3】
であり、
数式において、SOC(t)は、時間tでの残存電荷量、SOC0は、時間がt0の時、前記残存電荷量テーブルに格納された関数情報を用いて抽出した前記初期残存電荷量、Cは、バッテリ等価モデルに適用された素子の1つである内部キャパシタの容量、I(t)は、時間がtの時、バッテリに流入するかバッテリから流出する電流であり、η(eta)は、バッテリの充放電効率であることを特徴とする請求項1記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項5】
バッテリの開放電圧、バッテリに流入またはバッテリから流出する電流を測定し、バッテリ等価モデルに適用された抵抗の抵抗値およびキャパシタの定格容量を計算するモデルパラメータ推定ステップをさらに含むことを特徴とする請求項1記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項6】
前記モデルパラメータ推定ステップは、
バッテリに電流を流入する場合、バッテリに電流を流入する全時間期間中の一定の時間期間には、バッテリと電流供給源との間に設けられた充電制御スイッチを、一定の周波数を有する充電制御信号を用いて開閉させることにより、バッテリに流入する電流が一定の周波数を有するパルス状となるようにし、
バッテリから電流が流出する場合、バッテリから電流が流出する全時間期間中の一定の時間期間には、バッテリから電流が供給される負荷とバッテリとの間に設けられた放電制御スイッチを、一定の周波数を有する放電制御信号を用いて開閉させることにより、バッテリから流出する電流も一定の周波数を有するパルス状となるようにすることを特徴とする請求項5記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項7】
前記モデルパラメータ推定ステップは、
前記パルス状の電流のレベルが遷移する期間、および前記パルス状の電流に対応して変化するパルス状のバッテリの開放電圧のレベルが遷移する期間を含む期間でのバッテリの電流およびバッテリの開放電圧を用いてバッテリ等価モデルに適用された抵抗の抵抗値およびキャパシタの定格容量を計算することを特徴とする請求項6記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項8】
前記処理ステップは、
前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より大きい場合には、前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より大きいという事実と前記計算された残存電荷量とをすべてディスプレイし、
前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より小さい場合には、前記計算された残存電荷量のみをディスプレイすることを特徴とする請求項1記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項9】
前記処理ステップは、
前記抽出された残存電荷量と前記計算された残存電荷量との差が閾基準より大きいという事実が検出されたエラー回数をさらにディスプレイすることを特徴とする請求項8記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項10】
前記処理ステップは、
前記検出されたエラー回数が一定の基準回数を超える場合には、前記残存電荷量テーブル生成ステップを更新することを指示することを特徴とする請求項9記載のバッテリの残存電荷量推定方法。
【請求項11】
バッテリの一端に接続されたセンシング抵抗と、
制御信号に応答して、電流供給源から供給される電流を前記バッテリに伝達するか、前記バッテリから出力される電流を負荷に伝達する制御スイッチ部と、
前記制御信号を生成し、測定されたバッテリの温度、前記バッテリの電流、および前記バッテリの開放電圧を用いて前記バッテリ等価モデルに適用された素子のパラメータを計算し、前記バッテリの温度および前記開放電圧を用いて残存電荷量テーブルを生成して格納するプロセッサとを備えることを特徴とするバッテリ管理システム。
【請求項12】
前記制御信号は、充電制御信号および放電制御信号からなり、
前記制御スイッチ部は、
前記充電制御信号に応答して、前記電流供給源から供給される電流を前記バッテリにスイッチングする充電制御スイッチと、
前記放電制御信号に応答して、前記バッテリから出力される電流を前記負荷にスイッチングする放電制御スイッチとを備える特徴とする請求項11記載のバッテリ管理システム。
【請求項13】
前記プロセッサは、
複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時またはバッテリの放電時のうちの少なくとも1つの時点で、バッテリの開放電圧の変化に応じたバッテリの残存電荷量の関係を2次元座標に表示し、2次元座標に表示されたデータの増加傾向または減少傾向が互いに異なる期間を区別し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧とバッテリの残存電荷量との関係を代表する関数情報を残存電荷量テーブルに格納することを特徴とする請求項12記載のバッテリ管理システム。
【請求項14】
前記バッテリ管理システムは、
複数の互いに異なる温度において、バッテリの充電時またはバッテリの放電時のうちの少なくとも1つの時点で、バッテリの開放電圧レベルの変化に応じたバッテリの残存電荷量の関係を表示した2次元座標の全領域を複数の期間に区分し、それぞれの期間毎にバッテリの開放電圧レベルとバッテリの残存電荷量との関係を代表する線形関数の傾きおよび切片を計算し、前記プロセッサに伝達するユーザインタフェース装置をさらに備えることを特徴とする請求項13記載のバッテリ管理システム。
【請求項15】
前記関数情報は、線形関数の傾きおよび切片を意味し、
前記傾きaおよび切片bは、数式
【数4】
【数5】
をそれぞれ満足し、
数式において、xおよびyは、バッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧をそれぞれ意味し、iは、前記数式に適用するためにそれぞれの期間で選択された複数のバッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧を区分するための変数であり、自然数のnは、各期間で選択されたバッテリの残存電荷量およびバッテリの開放電圧の総数であることを特徴とする請求項13記載のバッテリ管理システム。
【請求項16】
前記プロセッサは、
前記バッテリの温度、前記バッテリの開放電圧、および前記残存電荷量テーブルに格納された線形関数の傾きと切片を用いてバッテリの現在の残存電荷量を計算し、前記残存電荷量テーブルを参照してバッテリの残存電荷量を計算する当時のバッテリの開放電圧に応じた残存電荷量を抽出し、
前記計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾値より大きい場合には、前記計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より大きいという事実と前記計算された残存電荷量とをディスプレイするように指示し、
前記計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より小さい場合には、前記計算された残存電荷量をディスプレイすることを指示することを特徴とする請求項15記載のバッテリ管理システム。
【請求項17】
前記プロセッサは、
前記計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より大きい場合には、前記計算された残存電荷量と前記抽出された残存電荷量との差が一定の閾基準より大きいという事実が発生したエラー回数を格納し、前記エラー回数が一定の基準回数より大きい場合には、残存テーブルに格納されたデータをアップデートすることを指示することを特徴とする請求項16記載のバッテリ管理システム。
【請求項18】
前記プロセッサは、
前記バッテリ等価モデルに適用された素子のパラメータを計算するために、前記バッテリが充電される期間中の一部期間で前記バッテリに供給される電流が一定の周波数を有するパルス状となるように前記充電制御信号を制御し、前記バッテリが放電される期間中の一部期間で前記バッテリから負荷に供給される電流が一定の周波数を有するパルス状となるように前記放電制御信号を制御することを特徴とする請求項12記載のバッテリ管理システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2013−113852(P2013−113852A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−262363(P2012−262363)
【出願日】平成24年11月30日(2012.11.30)
【出願人】(508038091)シリコン・ワークス・カンパニー・リミテッド (46)
【氏名又は名称原語表記】Silicon Works Co., LTD.
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年11月30日(2012.11.30)
【出願人】(508038091)シリコン・ワークス・カンパニー・リミテッド (46)
【氏名又は名称原語表記】Silicon Works Co., LTD.
【Fターム(参考)】
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