特許 7574836 バッテリー管理システムおよび車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】バッテリー管理システムおよび車両

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/00 20060101AFI20241022BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241022BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20241022BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20241022BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20241022BHJP

   B60L 53/62 20190101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

G01R19/00 N ZHV

H02J7/00 P

H02J7/10 H

H01M10/48 P

H01M10/48 301

B60L3/00 S

B60L53/62

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022137259

(22)【出願日】2022-08-30

(65)【公開番号】P2024033595

(43)【公開日】2024-03-13

【審査請求日】2022-10-19

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西村 怜馬

【審査官】島▲崎▼ 純一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０７８３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２５５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３２７００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０６８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７３５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３３６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０８７４５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１０２２２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ １９／００

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／１０

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｂ６０Ｌ ３／００

Ｂ６０Ｌ ５３／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

充電器からバッテリーに電力が供給されるとともに、前記充電器から補機に電力が供給されるバッテリー管理システムであって、
前記充電器から流れる電流値が定電流領域である場合に前記充電器から流れる電流値Ｉｋおよび前記充電器から補機に流れる電流値Ｉａを記憶するとともに、前記充電器からバッテリーに流れる充電電流の電流値と、前記バッテリーの端子電圧、前記バッテリーの周囲温度および前記バッテリーの残容量との関係を示す特性マップを記憶する記憶部と、
前記充電器から前記バッテリーに流れる充電電流が電流計測デバイスにより計測される場合において、前記充電器から流れる電流値が定電流領域である場合、前記電流計測デバイスの計測値を取得する取得部と、
複数の前記計測値の平均値を算出する平均値算出部と、
前記電流値Ｉｋから前記電流値Ｉａを減算した電流値（Ｉｋ－Ｉａ）に基づいて、前記特性マップを参照して、前記充電電流の電流値を推定する推定部と、
推定された前記電流値と前記平均値との差分が所定範囲を超えた場合、前記電流計測デバイスのオフセットを補正する補正部と、
を備える、バッテリー管理システム。

【請求項2】

前記バッテリーおよび前記補機が搭載され、請求項１に記載のバッテリー管理システムを備えた車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、バッテリー管理システムおよび車両に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、充電設備側の電流計測デバイスにより計測された電流の計測値と、車両側の電流計測デバイスにより計測された電流の計測値に基づいて、車両側の電流計測デバイスの計測値を補正する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２３０４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、電流計測デバイスのオフセットを補正するタイミングとして、バッテリーの充放電電流がゼロのときにオフセットを補正するなど、電流値が既知な状態で補正をする方法がある。

【0005】

しかしながら、充放電電流がゼロにならずに絶えず充放電電流が変化している機器に上記のオフセットを補正する方法を応用する場合、補正するタイミングを取ることが困難となる。

【0006】

本開示の目的は、絶えず充放電電流が変化している場合でも、電流計測デバイスのオフセットを補正することが可能なバッテリー管理システムおよび車両を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するため、本開示におけるバッテリー管理システムは、
充電器からバッテリーに電力が供給されるとともに、前記充電器から補機に電力が供給されるバッテリー管理システムであって、
前記充電器から流れる電流値が定電流領域である場合に前記充電器から流れる電流値Ｉｋおよび前記充電器から補機に流れる電流値Ｉａを記憶するとともに、前記充電器からバッテリーに流れる充電電流の電流値と、前記バッテリーの端子電圧、前記バッテリーの周囲温度および前記バッテリーの残容量との関係を示す特性マップを記憶する記憶部と、
前記充電器から前記バッテリーに流れる充電電流が電流計測デバイスにより計測される場合において、前記充電器から流れる電流値が定電流領域である場合、前記電流計測デバイスの計測値を取得する取得部と、
複数の前記計測値の平均値を算出する平均値算出部と、
前記電流値Ｉｋから前記電流値Ｉａを減算した電流値（Ｉｋ－Ｉａ）に基づいて、前記特性マップを参照して、前記充電電流の電流値を推定する推定部と、
推定された前記電流値と前記平均値との差分が所定範囲を超えた場合、前記電流計測デバイスのオフセットを補正する補正部と、
を備える。

【0008】

本開示における車両は、
上記のバッテリーおよび上記の補機が搭載され、
上記のバッテリー管理システムを備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、絶えず充放電電流が変化している場合でも、電流計測デバイスのオフセットを補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示の実施の形態に係るＥＶ駆動システムの構成を模式的に示す図である。

【図2】図２は、本開示の実施の形態に係る制御部の構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、本実施の形態に係る制御部の動作の一例を示すフローチャートである。

【図4】図４は、充電電流の電流値と、バッテリーモジュールの端子電圧および周囲温度並びにＳＯＣとの関係を示す特性マップを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本開示の実施の形態に係るＥＶ駆動システム１００の構成を模式的に示す図である。本開示の実施の形態に係るＥＶ駆動システム１００は、バッテリーモジュール１０と、モーター１１と、インバーター１２と、充電器１３と、電流計測デバイス１４と、バッテリー管理システム２０と、ＶＣＵ４０（車両制御ユニット）と、ジャンクションボックス５０とを備える。なお、本開示の実施の形態に係るＥＶ駆動システム１００は、ＥＶ（電気自動車）に適用されるが、本開示はこれに限らず、プラグインハイブリッド車、ハイブリッド車、フォークリフト、産業ロボット、および、蓄電池システムに適用されてもよい。

【0012】

バッテリーモジュール１０は、複数のバッテリーセル（不図示）を直列に接続して構成される。バッテリーセルは、例えば、正極板、負極板を交互に組み合わせて、電解液を注入して作られる。

【0013】

バッテリーモジュール１０にはインバーター１２を介してモーター１１が接続されている。

【0014】

モーター１１は、ステーターとローターとを有する。ステーターは、ケース側に固定される。ローターは、ステーターに流れる電流を回転エネルギーとして受け取る回転体である。

【0015】

インバーター１２は、バッテリーモジュール１０の出力である直流電力を、モーター１１を駆動する交流電流に変換する装置である。

【0016】

充電器１３は、コネクター（不図示）を有し、コネクターがＥＶのポート（充電口）に接続される。これにより、充電器１３からバッテリーモジュール１０に電力が供給され、バッテリーモジュール１０が充電可能となる。また、充電器１３から補機（不図示）に電力が供給される。なお、補機には、車両制御を行うための電源としての補機バッテリーが含まれる。

【0017】

ＶＣＵ４０は、車両の状態を判定し、最適な状態に維持するためにインバーター１２などの各コンポーネントを制御する装置である。例えば、ＶＣＵ４０は、充電器１３から流れる電流値Ｉ_ｋを定電流領域に調整する制御を実行する。

【0018】

ジャンクションボックス５０は、リレー回路５１およびリレー回路５２を有する。バッテリーモジュール１０とインバーター１２とはリレー回路５１を介して接続されている。充電器１３とバッテリーモジュール１０とはリレー回路５２を介して接続されている。

【0019】

電流計測デバイス１４は、バッテリーモジュール１０の充放電電流を計測する。電流計測デバイス１４が計測した計測値Ｉ（図２を参照）は、所定の時間間隔でバッテリー管理システム２０に送信される。

【0020】

本開示の実施の形態に係るバッテリー管理システム２０は、バッテリーモジュール１０を安全かつ効率的に活用するシステムである。

【0021】

バッテリー管理システム２０は、電池監視部２１と、制御装置３０とを備える。

【0022】

電池監視部２１は、バッテリーモジュール１０の残容量（State Of Charge:ＳＯＣ）を監視する。また、電池監視部２１は、バッテリーモジュール１０の端子電圧（以下、単に、端子電圧）およびバッテリーモジュール１０の周囲温度（以下、単に、周囲温度）を測定する。また、電池監視部２１は、端子電圧および周囲温度、並びに、ＳＯＣを制御装置３０に送信する。

【0023】

図２は、本開示の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
制御装置３０は、記憶部３１、取得部３２および制御部３３を有する。

【0024】

記憶部３１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部３１は、制御部３３が実行するプログラムを記憶する。また、記憶部３１は、充電器１３から補機に流れる既知の電流値Ｉ_ａを記憶する。また、記憶部３１は、充電器１３から流れる電流値Ｉ_ｋを記憶する。また、記憶部３１は、オフセット（オフセット値ともいう）を記憶する。

【0025】

取得部３２は、電流計測デバイス１４からバッテリー管理システム２０に所定の時間間隔で送信される計測値Iを取得する。また、取得部３２は、電池監視部２１から送信される端子電圧および周囲温度、並びに、ＳＯＣ（残容量）を取得する。

【0026】

電流計測デバイス１４のオフセットを補正するタイミングとして、バッテリーモジュール１０の充放電電流がゼロのときにオフセットを補正するなど、電流値が既知な状態で補正する方法がある。しかし、充放電電流がゼロにならずに絶えず充放電電流が変化している駆動システムに上記のオフセットを補正する方法を応用する場合、補正するタイミングを取ることが困難となる。

【0027】

本実施の形態に係る制御部３３は、平均値算出部３４、差分算出部３５、補正部３６、定電流判定部３７、電流値算出部３８および推定部３９を有する。

【0028】

制御部３３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部３３は、記憶部３１に記憶されたプログラムを実行することにより、制御部３３が有する諸機能を実現する。

【0029】

平均値算出部３４は、取得部３２により取得された所定複数の計測値Ｉの平均値Ｉ_ａｖｅを算出する。

【0030】

定電流判定部３７は、ＶＣＵ４０の制御情報に基づいて、充電器１３から流れる電流値Ｉ_ｋが高精度に調整された定電流領域（既知の電流値）であるか否かを判定する。

【0031】

電流値算出部３８は、電流値Ｉ_ｋが定電流領域（既知の電流値）である場合、既知の電流値Ｉ_ｋから既知の電流値Ｉ_ａを減算することで、電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）を算出する。電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）は、記憶部３１に記憶される。

【0032】

差分算出部３５は、電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）と平均値Ｉ_ａｖｅとの差分を算出する。

【0033】

図４は、充電電流の電流値と、バッテリーモジュール１０の端子電圧および周囲温度並びにＳＯＣとの関係を示す特性マップを示す図である。図４に、温度違いによるバッテリーモジュール１０の特性を実線、破線および一点鎖線で示す。図４に示す特性マップは、実験やシミュレーションにより作成される。推定部３９は、バッテリーモジュール１０の端子電圧および周囲温度並びにＳＯＣに基づいて、図４に示す特性マップを参照して、充電電流の電流値Ｉ_ｓを推定する。

【0034】

補正部３６は、算出された差分が所定範囲を超えている場合、電流計測デバイス１４のオフセットを補正する。なお、所定範囲は、例えば、電流計測デバイス１４の性能、特性に基づいて予め設定される。補正部３６は、推定された電流値Ｉ_ｓに基づいて、オフセットを補正する。

【0035】

次に、本実施の形態に係る制御部３３の動作の一例について図３を参照して説明する。図３は、本実施の形態に係る制御部の動作の一例を示すフローチャートである。本フローは、充電器１３のコネクターがＥＶのポート（充電口）に接続されることで開始される。なお、以下の説明では、制御部３３の諸機能をＣＰＵが実行するものとして説明する。ＣＰＵは、充電器１３から流れる電流値Ｉ_ｋおよび充電器１３から補機に流れる電流値Ｉ_ａを取得する。

【0036】

先ず、ステップＳ１００において、ＣＰＵは、電流値Ｉ_ｋが定電流領域（既知の電流値）である場合、電流値Ｉ_ｋから電流値Ｉ_ａを減算した電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）を算出する。記憶部３１は、電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）を記憶する。

【0037】

次に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵは、電流計測デバイス１４からバッテリー管理システム２０に所定の時間間隔で送信される計測値Iを取得する。

【0038】

次に、ステップＳ１２０において、ＣＰＵは、所定複数の計測値Ｉの平均値Ｉ_ａｖｅを算出する。

【0039】

次に、ステップＳ１３０において、ＣＰＵは、充電器１３から流れる電流値Ｉ_ｋが高精度に調整された定電流領域（既知の電流値）であるか否かを判定する。電流値Ｉ_ｋが定電流領域である場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１４０に遷移する。電流値Ｉ_ｋが定電流領域でない場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、処理はステップＳ１００の前に戻る。

【0040】

ステップＳ１４０において、ＣＰＵは、電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）と平均値Ｉ_ａｖｅとの差分を算出する。

【0041】

次に、ステップＳ１５０において、ＣＰＵは、差分が所定範囲を超えるか否かについて判定する。差分が所定範囲を超える場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１６０に遷移する。差分が所定範囲を超えない場合（ステップＳ１５０：ＮＯ）、処理はステップＳ１００の前に戻る。

【0042】

次に、ステップＳ１６０において、ＣＰＵは、バッテリーモジュール１０の端子電圧および周囲温度、並びに、ＳＯＣ（残容量）に基づいて、特定マップを参照して充電電流の電流値Ｉ_ｓを推定する。

【0043】

次に、ステップＳ１７０において、ＣＰＵは、推定された電流値Ｉ_ｓに基づいて、電流計測デバイス１４のオフセットを補正する。これにより、ＣＰＵは、オフセット補正後の電流計測デバイス１４から新たな計測値Ｉを取得することになる。その後、本フローは終了する。

【0044】

上記実施の形態に係るバッテリー管理システム２０は、充電器１３からバッテリーモジュール１０に流れる充電電流が電流計測デバイス１４により計測される場合において、電流計測デバイス１４の計測値Ｉを取得する取得部３２と、計測値Ｉの平均値Ｉ_ａｖｅを算出する平均値算出部３４と、充電器１３から流れる電流値Ｉ_ｋが定電流領域（既知の電流値）であるか否かを判定する定電流判定部３７と、既知の電流値Ｉ_ｋおよび充電器１３から補機に流れる既知の電流値Ｉ_ａに基づいてバッテリーモジュール１０に流れる充電電流の電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）を算出する電流値算出部３８と、算出された電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）と平均値Ｉ_ａｖｅとの差分を算出する差分算出部３５と、差分が所定範囲を超えた場合、バッテリーモジュール１０の端子電圧および周囲温度並びにＳＯＣに基づいて、特性マップを参照して充電電流の電流値を推定する推定部３９と、推定された推定値Ｉ_ｓに基づいて電流計測デバイス１４のオフセットを補正する補正部３６と、を備える。

【0045】

上記構成によれば、絶えず充放電電流が変化している場合であっても、充電時において、定電流領域で充電電流が既知のとき、特性マップを参照して、充電電流を推定し、その推定値Ｉ_ｓに基づいて、電流計測デバイス１４のオフセットを補正することが可能となる。また、オフセットアナライザーでのオフセットの補正の他に補正の機会が与えられるようになるため、電流計測デバイス１４による電流計測精度を向上することが可能となる。

【0046】

さらに、電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）と平均値Ｉ_ａｖｅとの差分を算出し、差分に基づいてオフセットを補正するため、電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）と計測値Iとの差分を算出する場合に比べて、より適切なタイミングでオフセットを補正することができる。さらに、差分が所定範囲を超えた場合、補正部３６がオフセットを補正し、その所定範囲が電流計測デバイス１４の性能、特性に基づいて設定されているため、的確なタイミングでオフセットの補正することができる。

【0047】

また、上記のバッテリー管理システム２０では、充電器１３から補機に流れる既知の電流値Ｉ_ａに基づいて、電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）を算出したが、本開示は補機に限らず、その他の既知の電流値に基づいて電流値（Ｉ_ｋ－Ｉ_ａ）を算出してもよい。

【0048】

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本開示は、絶えず充放電電流が変化している場合でも、電流計測デバイスのオフセットを補正することが要求されるバッテリー管理システム装置を備えたＥＶ動力システムに好適に利用される。

【符号の説明】

【0050】

１０ バッテリーモジュール
１１ モーター
１２ インバーター
１３ 充電器
１４ 電流計測デバイス
２０ バッテリー管理システム
２１ 電池監視部
３０ 制御装置
３１ 記憶部
３２ 取得部
３３ 制御部
３４ 平均値算出部
３５ 差分算出部
３６ 補正部
３７ 定電流判定部
３８ 電流値算出部
３９ 推定部
４０ ＶＣＵ
５０ ジャンクションボックス
５１ リレー回路
５２ リレー回路
１００ ＥＶ駆動システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】