JP6274166B2 - Battery temperature estimation device - Google Patents
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Description
本発明は、電池温度推定装置に関する。 The present invention relates to a battery temperature estimation device.
従来、例えば下記特許文献1に見られるように、電池の等価回路モデルにおける抵抗成分の抵抗値等をオブザーバによって逐次同定し、同定した抵抗値等に基づいて、電池の内部温度を逐次推定する電池温度推定装置が知られている。 Conventionally, as seen in, for example, Patent Document 1 below, a battery that sequentially identifies resistance values and the like of resistance components in an equivalent circuit model of the battery by an observer, and sequentially estimates the internal temperature of the battery based on the identified resistance value and the like A temperature estimation device is known.
電池温度推定装置としては、熱回路網モデルから導かれた状態方程式における電池の温度を逐次推定するオブザーバを備えるものもある。熱回路網モデルは、電池に流れる電流値及び電池にて生じた熱が伝達される伝達経路の所定位置における温度のそれぞれを入力変数としてかつ電池の温度を状態変数に含み、上記伝達経路における熱の移動をモデル化したものである。熱回路網モデルには、電池の温度が低いほど抵抗値が大きい電池の内部抵抗が含まれている。 Some battery temperature estimation devices include an observer that sequentially estimates the battery temperature in the equation of state derived from the thermal network model. The thermal network model includes, as input variables, the current value flowing through the battery and the temperature at a predetermined position of the transmission path through which the heat generated in the battery is transmitted, and the battery temperature as a state variable. This is a model of movement. The thermal network model includes the internal resistance of the battery whose resistance value increases as the battery temperature decreases.
オブザーバにおいては、電池温度を推定するためにオブザーバゲインが設計される。オブザーバゲインは、設計時に想定した電池温度の変動範囲に対応する内部抵抗値の変動範囲において、推定された電池温度が真の電池温度に収束するまでの時間を所定時間以下としたり、オブザーバの安定性を保証したりする等、オブザーバに要求されるロバスト性を満たすように設計される。 In the observer, an observer gain is designed to estimate the battery temperature. The observer gain is defined as the time until the estimated battery temperature converges to the true battery temperature within the fluctuation range of the internal resistance value corresponding to the fluctuation range of the battery temperature assumed at the time of design. It is designed to satisfy the robustness required of the observer, such as guaranteeing the performance.
ここで、設計時に想定する電池温度の変動範囲が広いと、電池の内部抵抗値の変動範囲も広くなる。内部抵抗値の変動範囲が広いと、電池温度の変動範囲全てにおいて、オブザーバに要求されるロバスト性を満たすことができないことがある。このため、例えば、電池温度の変動範囲のうち一部の温度範囲において、オブザーバに要求されるロバスト性を満たすようにオブザーバゲインを設計することも考えられる。ただしこの場合、電池温度が上記一部の温度範囲からはずれると、推定された電池温度が真の電池温度に収束するまでの時間を所定時間以下とすることができなくなったり、オブザーバの安定性を保証できなくなったりする懸念がある。この場合、オブザーバによる電池温度の推定精度が低下する懸念がある。 Here, if the variation range of the battery temperature assumed at the time of design is wide, the variation range of the internal resistance value of the battery is also widened. If the variation range of the internal resistance value is wide, the robustness required for the observer may not be satisfied in the entire variation range of the battery temperature. For this reason, for example, it is conceivable to design the observer gain so as to satisfy the robustness required for the observer in a part of the battery temperature fluctuation range. However, in this case, if the battery temperature deviates from the partial temperature range described above, the time until the estimated battery temperature converges to the true battery temperature cannot be reduced to a predetermined time or less, or the observer's stability is reduced. There is concern that it cannot be guaranteed. In this case, there is a concern that the battery temperature estimation accuracy by the observer is reduced.
本発明は、電池温度の変動範囲が広い場合であっても、電池温度の推定精度を高めることができる電池温度推定装置を提供することを主たる目的とする。 The main object of the present invention is to provide a battery temperature estimation device that can increase the estimation accuracy of the battery temperature even when the variation range of the battery temperature is wide.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
第1の発明は、電池(21)と、前記電池に流れる電流を検出する電流検出部(53)と、前記電池にて生じた熱が伝達される伝熱経路(K1a,Kb,Kp)上に設けられた温度検出部(50〜52)と、を備える電池ユニット(10)に適用され、前記電池に流れる電流値及び前記伝熱経路の所定位置における温度のそれぞれを入力変数としてかつ前記電池の温度を状態変数に含み、前記伝熱経路における熱の移動をモデル化した熱回路網モデルから導かれた状態方程式における前記電池の温度を、前記電流検出部の電流検出値及び前記温度検出部の温度検出値のそれぞれに基づいて逐次推定するオブザーバ(61)を備え、前記熱回路網モデルには、前記電池の温度が低いほど抵抗値が大きい前記電池の内部抵抗が含まれており、前記温度検出部の温度検出値が取り得る変動範囲が分割されて複数設定された各温度範囲の中から前記温度検出値が含まれる温度範囲を選択し、選択した温度範囲の境界に対応する前記電池の内部抵抗値の上下限値を設定する設定部(62)と、前記設定部により設定された前記内部抵抗値の上下限値に基づいて、前記オブザーバで用いられるオブザーバゲインを算出するゲイン算出部(61c)と、を備えることを特徴とする。 The first invention includes a battery (21), a current detector (53) for detecting a current flowing through the battery, and a heat transfer path (K1a, Kb, Kp) through which heat generated in the battery is transmitted. And a temperature detection unit (50-52) provided in the battery unit (10), the battery unit (10) including a current value flowing through the battery and a temperature at a predetermined position of the heat transfer path as input variables, and the battery. The temperature of the battery in a state equation derived from a thermal network model that models the movement of heat in the heat transfer path is included in the state variable, the current detection value of the current detection unit, and the temperature detection unit The thermal circuit network model includes an internal resistance of the battery that has a resistance value that increases as the temperature of the battery decreases. The battery corresponding to the boundary of the selected temperature range is selected from a plurality of temperature ranges set by dividing a variation range that can be taken by the temperature detection value of the degree detection unit, and the temperature range including the temperature detection value is selected. A setting unit (62) for setting upper and lower limit values of the internal resistance value, and a gain calculation unit for calculating an observer gain used by the observer based on the upper and lower limit values of the internal resistance value set by the setting unit (61c).
上記発明では、オブザーバにより、熱回路網モデルから導かれた状態方程式における電池の温度を、電流検出部の電流検出値及び温度検出部の温度検出値に基づいて逐次推定する。ここで、熱回路網モデルに含まれる電池の内部抵抗は、電池の温度が低いほど、抵抗値が大きくされている。このため、電池温度が取り得る変動範囲が広いと、内部抵抗値の変動範囲が広くなり、電池温度が取り得る変動範囲全てにおいて、オブザーバに要求されるロバスト性を満たすことができないことがある。 In the above invention, the observer sequentially estimates the battery temperature in the state equation derived from the thermal network model based on the current detection value of the current detection unit and the temperature detection value of the temperature detection unit. Here, the resistance value of the internal resistance of the battery included in the thermal network model is increased as the temperature of the battery is lower. For this reason, if the fluctuation range that the battery temperature can take is wide, the fluctuation range of the internal resistance value becomes wide, and the robustness required for the observer may not be satisfied in all the fluctuation ranges that the battery temperature can take.
そこで上記発明では、電池温度と相関を有する温度検出部の温度検出値を用い、温度検出値が取り得る変動範囲が分割されて複数設定された各温度範囲の中から、温度検出値が含まれる温度範囲を選択する。温度範囲の選択の後、選択した温度範囲の境界に対応する内部抵抗値の上下限値を設定し、設定した上下限値に基づいて、オブザーバで用いられるオブザーバゲインを算出する。 Therefore, in the above invention, the temperature detection value that is correlated with the battery temperature is used, and the temperature detection value is included from the temperature ranges that are set by dividing the variation range that the temperature detection value can take. Select the temperature range. After selecting the temperature range, the upper and lower limit values of the internal resistance value corresponding to the boundary of the selected temperature range are set, and the observer gain used by the observer is calculated based on the set upper and lower limit values.
上記発明によれば、温度検出値が取り得る変動範囲が分割されて複数設定された各温度範囲のそれぞれにおいて、その温度範囲に対応する内部抵抗値の変動範囲でオブザーバに要求されるロバスト性を満たすようにオブザーバゲインを算出することができる。このため、電池温度が取り得る変動範囲が広い場合であっても、電池温度の推定値の発散を回避できる等、電池温度の推定精度を高めることができる。 According to the above invention, in each of the temperature ranges set by dividing the variation range that the temperature detection value can take, the robustness required for the observer in the variation range of the internal resistance value corresponding to the temperature range is achieved. Observer gain can be calculated so as to satisfy. For this reason, even when the variation range that the battery temperature can take is wide, the estimation accuracy of the battery temperature can be increased, for example, the divergence of the estimated value of the battery temperature can be avoided.
第2の発明は、前記変動範囲が分割されて複数設定された各温度範囲のそれぞれにおいて、前記オブザーバによって推定された前記電池の温度をその真値に収束させる収束率が個別に設定されていることを特徴とする。 In the second invention, in each of the temperature ranges set by dividing the fluctuation range, a convergence rate for individually converging the battery temperature estimated by the observer to its true value is set. It is characterized by that.
上記発明では、各温度範囲のそれぞれにおいて、推定された電池の温度がその真値に収束する時間を短縮できるように収束率が最適化されたオブザーバゲインを算出することができる。このため、電池温度の初期の推定値とその真値との間に推定誤差がある場合であっても、この推定誤差を迅速に解消することができる。 In the above-described invention, an observer gain with an optimized convergence rate can be calculated in each temperature range so that the estimated time for the estimated battery temperature to converge to its true value can be shortened. For this reason, even if there is an estimation error between the initial estimated value of the battery temperature and its true value, the estimated error can be quickly eliminated.
第3の発明は、前記内部抵抗値は、前記電池の温度が低いほど、前記電池の単位温度低下量あたりの増加量が大きくされており、前記変動範囲が分割されて複数設定された各温度範囲のそれぞれは、前記温度検出値が低いほど狭く設定されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the internal resistance value has a larger increase amount per unit temperature decrease amount of the battery as the temperature of the battery is lower. Each of the ranges is set to be narrower as the temperature detection value is lower.
上記発明では、内部抵抗値は、電池の温度が低いほど、電池の単位温度低下量あたりの増加量が大きくされている。このため、例えば、温度検出値が取り得る変動範囲を温度範囲が互いに同一の複数の温度範囲に分割すると、温度検出値が低い温度範囲ほど、その温度範囲の境界に対応する内部抵抗値の上下限値の差が大きくなる。その結果、温度検出値が低い温度範囲ほど、オブザーバに要求されるロバスト性を満たすようにオブザーバゲインを算出することができなくなる懸念がある。 In the above invention, the increase in the internal resistance value per unit temperature decrease amount of the battery is increased as the battery temperature is lower. Therefore, for example, when the fluctuation range that the temperature detection value can take is divided into a plurality of temperature ranges having the same temperature range, the lower the temperature detection value, the higher the internal resistance value corresponding to the boundary of the temperature range. The difference between the lower limit values increases. As a result, there is a concern that the observer gain cannot be calculated so as to satisfy the robustness required for the observer in the temperature range where the temperature detection value is low.
そこで上記発明では、温度検出部の温度検出値が取り得る変動範囲が分割されて複数設定された各温度範囲のそれぞれが、温度検出値が低いほど狭く設定されている。このため、温度検出値が低い温度範囲ほど、その温度範囲の境界に対応する内部抵抗値の上下限値の差が大きくなることを抑制できる。これにより、各温度範囲のそれぞれにおいて、オブザーバに要求されるロバスト性を満たすようにオブザーバゲインを算出することができる。 Therefore, in the above invention, each of the temperature ranges set by dividing the variation range that the temperature detection value of the temperature detection unit can take is set narrower as the temperature detection value is lower. For this reason, it can suppress that the difference of the upper and lower limit of an internal resistance value corresponding to the boundary of the temperature range becomes large, so that a temperature range with a low temperature detection value. Accordingly, the observer gain can be calculated so as to satisfy the robustness required for the observer in each temperature range.
第4の発明は、前記ゲイン算出部は、前記変動範囲が分割されて複数設定された各温度範囲のそれぞれにおける前記内部抵抗値の変動に対して前記オブザーバの閉ループを安定とする前記オブザーバゲインを算出することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the gain calculation unit sets the observer gain that stabilizes the closed loop of the observer with respect to fluctuations in the internal resistance value in each of a plurality of temperature ranges set by dividing the fluctuation range. It is characterized by calculating.
上記発明では、温度検出値に応じて内部抵抗値が変動する場合であっても、各温度範囲のそれぞれにおいてオブザーバの閉ループの安定性を保証することができる。これにより、電池温度の推定値の発散を回避できる等、電池温度の推定精度をより高めることができる。 In the above invention, even when the internal resistance value varies according to the detected temperature value, the stability of the closed loop of the observer can be guaranteed in each temperature range. Thereby, the estimation accuracy of the battery temperature can be further increased, for example, the divergence of the estimated value of the battery temperature can be avoided.
第5の発明は、前記ゲイン算出部は、制御対象となる前記熱回路網モデルにおける信号に混入するプロセスノイズ及び観測ノイズに対して前記オブザーバの閉ループを安定とする前記オブザーバゲインを算出することを特徴とする。 In a fifth aspect, the gain calculation unit calculates the observer gain that stabilizes the closed loop of the observer with respect to process noise and observation noise mixed in a signal in the thermal network model to be controlled. Features.
上記発明では、プロセスノイズ及び観測ノイズが信号に混入する場合であっても、オブザーバを含む閉ループの安定性を保証することができる。これにより、電池温度の推定精度をより高めることができる。 In the above invention, even when process noise and observation noise are mixed in the signal, the stability of the closed loop including the observer can be guaranteed. Thereby, the estimation precision of battery temperature can be raised more.
第6の発明は、前記オブザーバによる前記電池の温度推定に要する処理負荷よりも小さい処理負荷で、かつ、前記オブザーバによる前記電池の温度推定方法とは異なる方法で前記電池の温度を推定する別推定部を備え、前記オブザーバによる温度推定精度は、前記別推定部による温度推定精度よりも高いものであり、前記電池の信頼性が高い温度範囲を高信頼温度範囲とし、前記高信頼温度範囲に隣接して、かつ、前記高信頼温度範囲よりも前記電池の信頼性が低い温度範囲を低信頼温度範囲とし、前記別推定部によって推定された温度が含まれる温度範囲が前記高信頼温度範囲である場合に前記別推定部による温度推定を継続し、前記別推定部によって推定された温度が含まれる温度範囲が前記高信頼温度範囲から前記低信頼温度範囲に変わった場合、前記オブザーバによる温度推定に切り替える切替部を備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided another estimation for estimating the temperature of the battery with a processing load smaller than the processing load required for the temperature estimation of the battery by the observer and different from the battery temperature estimation method by the observer The temperature estimation accuracy by the observer is higher than the temperature estimation accuracy by the separate estimation unit, a temperature range with high reliability of the battery is defined as a high reliability temperature range, and adjacent to the high reliability temperature range In addition, a temperature range in which the reliability of the battery is lower than the high reliability temperature range is set as a low reliability temperature range, and a temperature range including the temperature estimated by the separate estimation unit is the high reliability temperature range. In this case, the temperature estimation by the separate estimation unit is continued, and the temperature range including the temperature estimated by the separate estimation unit is changed from the high reliability temperature range to the low reliability temperature range. If Tsu, characterized in that it comprises a switching unit for switching the temperature estimation by the observer.
上記発明では、オブザーバによる温度推定精度が、別推定部による温度推定精度よりも高くされており、また、別推定部による温度推定に要する処理負荷が、オブザーバによる温度推定に要する処理負荷よりも小さい。そこで上記発明では、別推定部によって推定した電池の温度が含まれる温度範囲が高信頼温度範囲である場合に別推定部による温度推定を継続する。このため、別推定部によって推定した電池の温度が含まれる温度範囲が高信頼温度範囲から低信頼温度範囲に変わるまでは、電池温度推定装置の処理負荷を低減することができる。 In the above invention, the temperature estimation accuracy by the observer is higher than the temperature estimation accuracy by the separate estimation unit, and the processing load required for the temperature estimation by the separate estimation unit is smaller than the processing load required for the temperature estimation by the observer. . Therefore, in the above invention, when the temperature range including the temperature of the battery estimated by the separate estimation unit is the high reliability temperature range, the temperature estimation by the separate estimation unit is continued. For this reason, the processing load of the battery temperature estimation device can be reduced until the temperature range including the battery temperature estimated by the separate estimation unit changes from the high reliability temperature range to the low reliability temperature range.
一方、上記発明では、別推定部によって推定した電池の温度が含まれる温度範囲が高信頼温度範囲から低信頼温度範囲に変わった場合、別推定部による温度推定からオブザーバによる温度推定に切り替える。このため、電池の推定温度が低信頼温度範囲に含まれる状況において、温度推定精度を高めることができる。これにより、電池が過熱状態で使用されたり低温状態で使用されたりすることを回避できる。 On the other hand, in the above invention, when the temperature range including the battery temperature estimated by the separate estimation unit changes from the high reliability temperature range to the low reliability temperature range, the temperature estimation by the separate estimation unit is switched to the temperature estimation by the observer. For this reason, in the situation where the estimated temperature of the battery is included in the low reliability temperature range, the temperature estimation accuracy can be increased. Thereby, it can avoid that a battery is used in an overheated state or used in a low temperature state.
第7の発明は、前記温度検出部は、前記伝熱経路上であって前記電池からの伝熱の経路長が小さい位置に設けられた近距離温度検出部(50,51)と、前記伝熱経路上であって前記電池からの伝熱の経路長が大きい位置に設けられた遠距離温度検出部(52)とを含み、前記伝熱経路には、前記電池及び前記近距離温度検出部の間となる第1経路部(K1a,K2a,Kb)に第1伝熱抵抗(R1hc,R2hc,Rb)が存在し、前記近距離温度検出部及び前記遠距離温度検出部の間となる第2経路部(Kp)に第2伝熱抵抗(Rp)が存在し、前記別推定部は、前記近距離温度検出部及び前記遠距離温度検出部のそれぞれの温度検出値の差である検出温度差と、前記第1伝熱抵抗及び前記第2伝熱抵抗とに基づいて、前記近距離温度検出部の設置位置及び前記電池の温度差である推定温度差を算出する温度差算出部と、前記近距離温度検出部の温度検出値に、前記温度差算出部により算出した前記推定温度差を加算することにより、前記電池の温度を算出する電池温度算出部と、を有することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the invention, the temperature detection unit includes a short-distance temperature detection unit (50, 51) provided on a position where the path length of the heat transfer from the battery is small on the heat transfer path, and the heat transfer path. A long-distance temperature detection unit (52) provided on a position on the heat path where the heat transfer path length from the battery is large, and the heat transfer path includes the battery and the short-distance temperature detection unit. The first heat transfer resistance (R1hc, R2hc, Rb) is present in the first path portion (K1a, K2a, Kb) between the first distance portion and the far distance temperature detection portion. The second heat transfer resistance (Rp) exists in the two path portions (Kp), and the separate estimation portion is a detected temperature that is a difference between the temperature detection values of the short distance temperature detection portion and the long distance temperature detection portion. Based on the difference and the first heat transfer resistance and the second heat transfer resistance, the short-range temperature detection is performed. A temperature difference calculation unit that calculates an estimated temperature difference that is a temperature difference between the installation position of the unit and the battery, and adds the estimated temperature difference calculated by the temperature difference calculation unit to the temperature detection value of the short-range temperature detection unit And a battery temperature calculation unit for calculating the temperature of the battery.
上記発明によれば、電池で生じた熱が伝達される伝熱経路上に近距離温度検出部と遠距離温度検出部とが設けられ、その伝熱経路において電池及び近距離温度検出部の間に第1伝熱抵抗が存在し、近距離温度検出部及び遠距離温度検出部の間に第2伝熱抵抗が存在する構成が想定されている。このような構成の下では、近距離温度検出部及び遠距離温度検出部の温度検出値の差が求まれば、その温度差と第2伝熱抵抗とに基づいて第2経路部を伝わる熱の量が定まる。そして、第2経路部における伝熱量と、第1経路部における伝熱量とが予め対応付けしてあれば、第1経路部における伝熱量も定まり、これにより第1経路部の伝熱量と第1伝熱抵抗とに基づいて電池及び近距離温度検出部の温度差を求めることが可能となる。 According to the above invention, the short-distance temperature detection unit and the long-distance temperature detection unit are provided on the heat transfer path through which the heat generated in the battery is transmitted, and the battery and the short-distance temperature detection unit are provided in the heat transfer path. It is assumed that the first heat transfer resistance exists and the second heat transfer resistance exists between the short-distance temperature detection unit and the long-distance temperature detection unit. Under such a configuration, if the difference between the temperature detection values of the short-distance temperature detection unit and the long-distance temperature detection unit is obtained, the heat transmitted through the second path unit based on the temperature difference and the second heat transfer resistance. The amount is determined. If the amount of heat transfer in the second path portion and the amount of heat transfer in the first path portion are associated in advance, the amount of heat transfer in the first path portion is also determined, whereby the amount of heat transfer in the first path portion and the first amount of heat transfer are determined. Based on the heat transfer resistance, the temperature difference between the battery and the short-distance temperature detection unit can be obtained.
そこで上記発明では、近距離温度検出部及び遠距離温度検出部の温度検出値の差である検出温度差と、第1伝熱抵抗及び第2伝熱抵抗とに基づいて、近距離温度検出部及び電池の温度差である推定温度差を算出する。そして、算出した推定温度差を近距離温度検出部の温度検出値に加算することにより、電池の温度を算出することができる。 Therefore, in the above invention, based on the detected temperature difference that is the difference between the temperature detection values of the short-distance temperature detection unit and the long-distance temperature detection unit, and the first heat transfer resistance and the second heat transfer resistance, the short-distance temperature detection unit And the estimated temperature difference which is a temperature difference of a battery is calculated. And the temperature of a battery is computable by adding the computed estimated temperature difference to the temperature detection value of a short distance temperature detection part.
(第1実施形態)
以下、本発明に係る電池温度推定装置を車載電池ユニットに適用した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a battery temperature estimation device according to the present invention is applied to an in-vehicle battery unit will be described with reference to the drawings.
まず、図1を用いて、電池ユニット10の全体構成について説明する。なお、以下の説明では便宜上、電池ユニット10を水平面に設置した状態である図1を基準に、電池ユニット10の上下方向を規定する。
First, the whole structure of the
電池ユニット10は、組電池20と、組電池20における充放電の制御等を行う制御基板30と、組電池20及び制御基板30を収容する収容ケース40とを備えている。
The
収容ケース40は、電池ユニット10の搭載場所に固定される底板部41と、周壁部42と、カバー43とを備えている。底板部41は、矩形形状に形成されて、かつ、アルミニウム等の金属材料により形成されている。周壁部42は、底板部41の周縁部に沿って設けられている。カバー43は、周壁部42の壁高さ方向の両端部のうち底板部41とは反対側の端部に取り付けられている。
The
底板部41は、組電池20が載置される載置部44を有している。載置部44に載置された組電池20と、制御基板30とは、組電池20が下、制御基板30が上になるように互いに上下に対向配置されている。組電池20及び制御基板30は、周壁部42により取り囲まれるように配置されている。
The
カバー43は、底板部41と同様、矩形形状に形成されて、かつ、アルミニウム等の金属材料により形成されている。カバー43は、平面視において底板部41とほぼ同じ大きさを有している。
The
続いて、組電池20について説明する。組電池20は、単電池としての電池セル21を複数有している。各電池セル21は、板状をなすラミネート型電池であり、それら各電池セル21が上下に積層された状態で接合されている。具体的には、各電池セル21の間にはそれぞれ、両面接着タイプの接着テープが介在しており、接着テープの接着により各電池セル21が一体化されている。
Next, the assembled
本実施形態では、組電池20として、4つの電池セル21にて構成されたものを用いている。これら各電池セル21は、上側のものから下側のものに向かって順に、第1電池セル21a、第2電池セル21b、第3電池セル21c、第4電池セル21dとなっている。
In the present embodiment, the assembled
電池セル21は、四角板状の電池本体22と、その電池本体22に接続された電極端子としての板状の一対の電極タブ23,24とを有している。電池本体22はラミネートフィルムよりなる扁平状容器25に収容されており、その扁平状容器25の周縁部が封止されることで同容器25内に密封されている。各電池セル21の電池本体22は上下に積層された状態で設けられている。
The
一対の電極タブ23,24は、電池本体22の相対向する2辺側にそれぞれ設けられている。これら各電極タブ23,24はそれぞれ、電池本体22から互いに反対側に向けて引き出されており、詳しくは各電池セル21の積層方向と直交する方向に引き出されている。各電極タブ23,24のうち一方が正極タブ23となっており、他方が負極タブ24となっている。本実施形態では、正極タブ23がアルミニウムよりなり、負極タブ24が銅よりなる。なお、以降、各電池セル21の積層方向と直交する方向を、タブ引き出し方向ともいう。
The pair of
上下に積層される各電池セル21は、上下に隣り合う電池セル21同士で正極タブ23と負極タブ24とが互い違いとなる向きで配置されている。この場合、上下に隣り合う各電池セル21において、一方の電池セル21の正極タブ23と他方の電池セル21の負極タブ24とは上下に向き合って互いに重なり合っており、その重なり部分で互いに接合されている。これにより、各電池セル21が直列に接続されている。
The
上下に積層される各電池セル21のうち、第1電池セル21aでは、その正極タブ23Aが他の電池セル21の負極タブ24と接続されていない。また、最下部に配置された第4電池セル21dでは、その負極タブ24Aが他の電池セル21の正極タブ23と接続されていない。これら正極タブ23A及び負極タブ24Aは、各電池セル21の直列接続体の正極端子及び負極端子をそれぞれ構成しており、互いのタブ引き出し方向が同じとなっている。
Among the
第1電池セル21aの負極タブ24と第2電池セル21bの正極タブ23とは、第1バスバー31を介して制御基板30に電気的に接続されている。第3電池セル21cの負極タブ24と第4電池セル21dの正極タブ23とは、第2バスバー32を介して制御基板30に電気的に接続されている。第1電池セル21aの正極タブ23Aは、第3バスバー33を介して制御基板30に電気的に接続されている。第2電池セル21bの負極タブ24と第3電池セル21cの正極タブ23とは、第4バスバー34を介して制御基板30に電気的に接続されている。第4電池セル21dの負極タブ24Aは、第5バスバー35を介して制御基板30に電気的に接続されている。各バスバー31〜35はいずれも上方に延びるように設けられている。これにより、互いに接続されたバスバー31〜35を介して各電池セル21a〜21d毎に端子電圧を検出することが可能となっている。
The
次に、図1及び図2を用いて、制御基板30に関する構成について説明する。
Next, the structure regarding the
図示されるように、制御基板30は、基板面に回路パターンが形成された矩形板状(長方形板状)のプリント基板よりなる。制御基板30は、上述したように、組電池20の上方に配置されており、基板長辺方向を各電極タブ23,24のタブ引き出し方向に向けて配置されている。
As shown in the drawing, the
制御基板30の基板面には、各種の電子部品が実装されている。これらの電子部品には、組電池20の充放電制御の処理等を実行する制御部60(CPU)や、スイッチング素子36等が含まれている。図2では、図示の便宜上、制御部60を制御基板30から離して示している。
Various electronic components are mounted on the board surface of the
制御基板30には、その略中央部に板厚方向に貫通する貫通孔30aが形成されている。スイッチング素子36は、制御基板30上において基板短辺方向における貫通孔30aを挟んだ両側のうち一方側に配置され、他方側には配置されていない。この場合、制御基板30上において貫通孔30aよりも上記他方側はスイッチング素子36が存在しない領域となっている。また、スイッチング素子36が熱を発する発熱素子である点からすると、当該領域を発熱素子が存在しない未発熱領域30bということもできる。
The
制御基板30には、第1,第2バスバー31,32と第3〜第4バスバー33〜35とがそれぞれ基板長手方向において互いに反対側となる位置で接続されている。これら各バスバー31〜35は、制御基板30に形成された孔部に挿し込まれた状態で制御基板30に接続されている。また、各バスバー31〜35はいずれも、制御基板30における未発熱領域30bに接続されている。
First and second bus bars 31 and 32 and third to fourth bus bars 33 to 35 are connected to the
制御基板30上には、制御基板30と第1バスバー31との接続部の温度を検出する第1温度センサ50と、制御基板30と第2バスバー32との接続部の温度を検出する第2温度センサ51とが実装されている。第1温度センサ50は、制御基板30上において第1バスバー31の近傍に配置され、第2温度センサ51は、制御基板30上において第2バスバー31の近傍に配置されている。本実施形態では、第1,第2温度センサ50,51として、サーミスタを用いている。なお本実施形態において、第1,第2温度センサ50,51が近距離温度検出部に相当する。
On the
第1,第2温度センサ50,51の配置に関して詳しく説明すると、第1,第2バスバー31,32は制御基板30において基板長手方向に並んで配置されており、それらバスバー31,32の並び方向に沿って各温度センサ50,51が配置されている。この場合、各温度センサ50,51は、各バスバー31,32に対して基板短手方向の端部側(同じ側)に配置されている。
The arrangement of the first and
制御基板30上には、第1,第2温度センサ50,51の他に、制御基板30の温度を検出する第3温度センサ52が実装されている。本実施形態では、第3温度センサ52として、サーミスタを用いている。第3温度センサ52は、第1,第2温度センサ50,51とは異なり、制御基板30上において第1,第2バスバー31,32から離れた位置に配置されている。そのため、第3温度センサ52は、第1,第2温度センサ50,51に比べて、第2バスバー31,32からの温度による影響が少なく、制御基板30の温度を検出するものとなっている。なお本実施形態において、第3温度センサ52が遠距離温度検出部に相当する。
In addition to the first and
第3温度センサ52は、第1,第2バスバー31,32に対して第1,第2温度センサ50,51と同じ側に配置されており、基板短手方向で見た場合に第1,第2温度センサ50,51を挟んで第1,第2バスバー31,32とは反対側に位置している。また、第3温度センサ52は、制御基板30上において未発熱領域30bに配置されている。そのため、第3温度センサ52に対してはスイッチング素子36からの熱の影響も少なくされている。
The
各温度センサ50〜52はいずれも制御部60に接続されている。制御部60には、これら温度センサ50〜52からそれぞれ温度検出値が入力される。また、制御部60には、各電池セル21に流れる充放電電流を検出する電流センサ53から電流検出値が入力される。制御部60は、各温度センサ50〜52の温度検出値と、電流センサ53の電流検出値とに基づいて、各電池セル21の電池本体22の温度(以下「内部温度」という。)を推定する温度推定処理を行う。この処理によれば、各電池セル21に対して温度センサを直付けしなくても、各電池セル21の温度を取得することが可能となる。以下、第1,第2電池セル21a,21bを例にして、内部温度の推定手法について説明した後、温度推定処理について説明する。
Each of the
<内部温度の推定手法について>
電池ユニット10では、電極タブ23,24と第1,第2バスバー31,32と制御基板30とにより、各電池本体22で生じた熱が伝達される伝熱経路が構築されている。本実施形態では、その伝熱経路における熱の移動をモデル化した熱回路網モデルを作成し、の熱回路網モデルを用いて各電池セル21の内部温度を推定する。
<Internal temperature estimation method>
In the
図3に、熱回路網モデルを示す。なお、図3には、組電池20のうち第1,第2電池セル21a,21bを抽出して熱回路網モデルを示している。
FIG. 3 shows a thermal network model. FIG. 3 shows a thermal circuit network model by extracting the first and
図3に示すように、第1,第2電池セル21a,21bの電池本体22は、熱回路網モデルにおいて熱源となる。第1,第2電池セル21a,21bから制御基板30までの伝熱経路について説明すると、第1タブ経路部K1aは、第1電池セル21aに接続された負極タブ24により構成されている。第2タブ経路部K2aは、第2電池セル21bに接続された正極タブ23により構成されている。バスバー経路部Kbは、第1バスバー31と、制御基板30において第1バスバー31との接続部から第1温度センサ50の実装位置までの基板部分とにより構成されている。基板経路部Kpは、制御基板30において第1温度センサ50の実装位置から第3温度センサ52の実装位置までの基板部分により構成されている。
As shown in FIG. 3, the battery
熱回路網モデルには、隣り合う第1,第2電池セル21a,21bの互いの接合面により形成される伝熱経路であるセル間経路部Ktが示されている。熱回路網モデルには、さらに、第1空間経路部K1bと第2空間経路部K2bとが示されている。第1空間経路部K1bは、第1電池セル21aから収容ケース40内の空間を介して、制御基板30における第3温度センサ52の実装位置までの伝熱経路である。第2空間経路部K2bは、第2電池セル21bから収容ケース40内の空間を介して、制御基板30における第3温度センサ52の実装位置までの伝熱経路である。
In the thermal circuit network model, an inter-cell path portion Kt that is a heat transfer path formed by the joint surfaces of the adjacent first and
第1タブ経路部K1aには、伝熱抵抗R1hcが存在しており、第2タブ経路部K2aには、伝熱抵抗R2hcが存在しており、セル間経路部Ktには、伝熱抵抗R12が存在している。バスバー経路部Kbには、伝熱抵抗Rbが存在しており、基板経路部Kpには、伝熱抵抗Rpが存在している。第1空間経路部K1bには、伝熱抵抗R1htが存在しており、第2空間経路部K2bには、伝熱抵抗R2htが存在している。第1電池セル21aと載置部44との間には、熱容量C1が存在しており、第2電池セル21bと載置部44との間には、熱容量C2が存在している。
The first tab path K1a has a heat transfer resistance R1hc, the second tab path K2a has a heat transfer resistance R2hc, and the inter-cell path Kt has a heat transfer resistance R12. Is present. A heat transfer resistance Rb exists in the bus bar path portion Kb, and a heat transfer resistance Rp exists in the substrate path portion Kp. The first space path portion K1b has a heat transfer resistance R1ht, and the second space path portion K2b has a heat transfer resistance R2ht. A heat capacity C1 exists between the
第1電池セル21aの電池本体22の発熱量をQ1jにて示し、第1電池セル21aの電池本体22から第1空間経路部K1bへの伝熱量をQ1htにて示す。第2電池セル21bの電池本体22の発熱量をQ2jにて示し、第2電池セル21bの電池本体22から第2空間経路部K2bへの伝熱量をQ2htにて示す。セル間経路部Ktにおける伝熱量をQ12にて示す。
The amount of heat generated by the
第1電池セル21aの電池本体22から第1タブ経路部K1aへの伝熱量をQ1hcにて示し、第2電池セル21bの電池本体22から第2タブ経路部K2aへの伝熱量をQ2hcにて示す。このため、バスバー経路部Kb及び基板経路部Kpのそれぞれにおける伝熱量は「Q1hc+Q2hc」となる。
The amount of heat transfer from the
図3に示す熱回路網モデルから、第1電池セル21aの内部温度T1は下式(eq1)で表される。
From the thermal circuit network model shown in FIG. 3, the internal temperature T1 of the
上式(eq12),(eq13)で表される制御対象CTLに対して、オブザーバ方程式を下式(eq16)により表す。 The observer equation is represented by the following equation (eq16) for the control object CTL represented by the above equations (eq12) and (eq13).
ここで、システム行列Apを構成する第1電池セル21aの内部抵抗値R1jは、第1電池セル21aの温度に応じて変化し、第2電池セル21bの内部抵抗値R2jは、第2電池セル21bの温度に応じて変化する。このため、オブザーバに要求されるロバスト性を満たすために、各内部抵抗値R1j,R2jの変動に対して2次安定性を満たすオブザーバゲインLを算出する。また、各ノイズv(t),w(t)に対しても2次安定性を満たすオブザーバゲインLを算出する。
Here, the internal resistance value R1j of the
詳しくは、まず、簡略化のため、オブザーバの状態方程式において観測ノイズv(t)及びプロセスノイズw(t)の影響を無視する。また、システム行列Apを構成する各内部抵抗値R1j,R2jの変動をポリトープ形式で示す。ここでは、第1電池セル21aの内部抵抗値R1jの上限値,下限値をR1U,R1Lとし、第2電池セル21bの内部抵抗値R2jの上限値,下限値をR2U,R2Lとする。
Specifically, for the sake of simplification, the influence of the observation noise v (t) and the process noise w (t) is ignored in the observer state equation. Further, fluctuations of the internal resistance values R1j and R2j constituting the system matrix Ap are shown in a polytope format. Here, the upper and lower limits of the internal resistance value R1j of the
各内部抵抗値R1j,R2jの組み合わせは、2の2乗通り(4通り)であるため、パラメータボックスの頂点は4個となる。パラメータボックスの頂点である各内部抵抗値R1j,R2jのそれぞれの上下限値を用い、上式(eq16)に示す各行列Ap,Bp,Cp,Dpを行列An,Bn,Cn,Dn(n=1,2,3,4)として表すこととする。ここで、各行列An,Bn,Cn,Dnは、下式(eq18)のように表される。 Since the combinations of the internal resistance values R1j and R2j are 2 2 (four ways), the parameter box has four vertices. Using the upper and lower limits of the internal resistance values R1j and R2j that are the vertices of the parameter box, the matrices Ap, Bp, Cp, and Dp shown in the above equation (eq16) are converted into the matrices An, Bn, Cn, and Dn (n = 1, 2, 3, 4). Here, each matrix An, Bn, Cn, and Dn is expressed as the following equation (eq18).
なお、第3,第4電池セル21c,21dの内部温度も、第1,第2電池セル21a,21bの内部温度の推定手法と同様の手法により推定することができる。
Note that the internal temperatures of the third and fourth battery cells 21c and 21d can also be estimated by a method similar to the estimation method of the internal temperatures of the first and
<温度推定処理について>
続いて、制御部60が行う温度推定処理について説明する。図4に、制御部60が備えるオブザーバ61を示す。なお本実施形態では、伝達行列Dpがゼロ行列であるため、図4では、伝達行列Dpの図示を省略している。
<About temperature estimation processing>
Then, the temperature estimation process which the
オブザーバ61において、偏差算出部61aは、出力乗算部61bから出力された行列Cpxh(t)を出力変数y(t)から減算する。
In the
ゲイン処理部61cは、オブザーバゲインLを算出し、算出したオブザーバゲインLを偏差算出部61aから出力された行列「y(t)−Cpxh(t)」に乗算する。加算部61dは、ゲイン処理部61cから出力された行列「L(y(t)−Cpxh(t))」と、制御乗算部61eから出力された行列Bnu(t)と、システム乗算部61fから出力された行列Anxh(t)とを加算する。ここで、入力変数u(t)は、第1,第3温度センサ50,52の温度検出値Tsens,Tairからなる。
The gain processing unit 61c calculates the observer gain L, and multiplies the calculated observer gain L by the matrix “y (t) −Cpxh (t)” output from the deviation calculation unit 61a. The adder 61d outputs the matrix “L (y (t) −Cpxh (t))” output from the gain processor 61c, the matrix Bnu (t) output from the
係数乗算部61gは、加算部61dから出力された行列「Anxh(t)+Bnu(t)+L(y(t)−Cpxh(t))」にディスクリプタ行列Epを乗算する。積分器61hは、係数乗算部61gから出力された行列「Ep{Anxh(t)+Bnu(t)+L(y(t)−Cxh(t)−Du(t))}」を積分することにより、状態変数の推定値xh(t)を算出する。
The coefficient multiplication unit 61g multiplies the descriptor matrix Ep by the matrix “Anxh (t) + Bnu (t) + L (y (t) −Cpxh (t))” output from the addition unit 61d. The
ちなみに、システム乗算部61fのシステム行列An及び制御乗算部61eの制御行列Bnに含まれる各パラメータR12,R1hc,R1ht,R2hc,R2ht,C1,C2は、逐次同定される。ただし、これらパラメータの同定は本実施形態において要部ではないため、同定手法の詳細な説明は省略する。
Incidentally, the parameters R12, R1hc, R1ht, R2hc, R2ht, C1, and C2 included in the system matrix An of the
ゲイン処理部61cは、上式(eq17)に基づいて、オブザーバゲインLを算出するゲイン算出部に相当する。詳しくは、ゲイン処理部61cは、まず、上式(eq24)で表されるLMIを解くことにより、行列Pを算出する。ゲイン処理部61cは、算出した行列Pを入力として、上式(eq17)に基づいて、オブザーバゲインLを算出する。 The gain processing unit 61c corresponds to a gain calculation unit that calculates the observer gain L based on the above equation (eq17). Specifically, the gain processing unit 61c first calculates the matrix P by solving the LMI expressed by the above equation (eq24). The gain processing unit 61c calculates the observer gain L based on the above equation (eq17) with the calculated matrix P as an input.
ここで本実施形態において、ゲイン処理部61cは、電池セル21が取り得る変動範囲全てにおいて、オブザーバに要求されるロバスト性を満たすようにオブザーバゲインLを算出する。これは、行列Pを算出する際に考慮すべき内部抵抗値R1j,R2jの変動範囲を、設定部62によって設定することで実現できる。以下、設定部62について説明する。
Here, in the present embodiment, the gain processing unit 61c calculates the observer gain L so as to satisfy the robustness required for the observer in all the fluctuation ranges that the
第1,第2電池セル21a,21bの内部抵抗値R1j,R2jは、電池セル21の温度が低いほど値が大きくなる。このため、行列Pを算出する際に考慮すべき内部抵抗値R1j,R2jの変動範囲を、電池セル21の温度に応じて変更する。ここで本実施形態では、電池セル21aの温度を直接検出する温度センサが電池ユニット10に備えられていない。このため、行列Pを算出する際に考慮すべき内部抵抗値R1j,R2jの変動範囲を、第3温度センサ52の温度検出値Tairに応じて変更する。本実施形態において、第3温度センサ52の温度検出値Tairに基づいて変動範囲を変更できるのは、電池ユニット10の動作中において、温度検出値Tairと電池セル21の温度とが正の相関を有するためである。この相関があることにより、温度検出値Tairと内部抵抗値R1j,R2jとを関係付けることができる。
The internal resistance values R1j and R2j of the first and
図5に示すように、温度T0から温度T7までの第3温度センサ52の温度検出値Tairが取り得る変動範囲TBにおいて、設定部62は、変動範囲TBが分割されて複数設定された各温度範囲TA1〜TA7の中から、第3温度センサ52の温度検出値Tairが含まれる温度範囲を選択する。設定部62は、選択した温度範囲の境界に対応する各内部抵抗値R1j,R2jの上下限値R1L,R1U,R2L,R2Uを設定する。図5には、温度検出値Tairが温度範囲TA4に含まれる場合における第1電池セル21aの内部抵抗値の上限値R1UがRUとして設定され、内部抵抗値の下限値R1LがRLとして設定される例を示した。
As shown in FIG. 5, in the fluctuation range TB that can be taken by the temperature detection value Tair of the
図5に示すように、温度検出値Tairが取り得る変動範囲TBを分割した各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいて各内部抵抗値R1j,R2jの上下限値を設定することにより、LMIを解いて行列Pを算出する際に考慮すべき内部抵抗値の変動範囲を狭くできる。特に本実施形態では、各内部抵抗値R1j,R2jは、電池セル21の温度が低いほど、電池セル21の単位温度低下量あたりの増加量が大きくされているため、各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれは、温度検出値Tairが低いほど狭く設定されている。これにより、考慮すべき内部抵抗値の変動範囲をより狭くできる。その結果、分割した各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいてロバスト性を満たすオブザーバゲインLを算出でき、ひいては変動範囲TB全てにおいてオブザーバのロバスト性を満たすことができる。
As shown in FIG. 5, the LMI is solved by setting the upper and lower limit values of the internal resistance values R1j and R2j in each of the temperature ranges TA1 to TA7 obtained by dividing the fluctuation range TB that the temperature detection value Tair can take. The fluctuation range of the internal resistance value to be considered when calculating the matrix P can be narrowed. In particular, in the present embodiment, each internal resistance value R1j, R2j has a larger increase amount per unit temperature decrease amount of the
また本実施形態において、設定部62は、各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれに対応してかつ予め設定された収束率αを記憶している。設定部62は、各温度範囲TA1〜TA7のうち第3温度センサ52の温度検出値Tairが含まれる温度範囲に対応する収束率αを選択してゲイン処理部61cに出力する。これにより、各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいて、推定された内部温度が真の内部温度に収束する時間を短縮できるように、電池セル21の温度に応じた収束率αを用いることができる。
In the present embodiment, the setting unit 62 stores a convergence rate α set in advance corresponding to each of the temperature ranges TA1 to TA7. The setting unit 62 selects a convergence rate α corresponding to a temperature range in which the temperature detection value Tair of the
ちなみに、収束率αは、各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいて、互いに同一の値を用いてもよいし、互いに異なる値を用いてもよい。また、ゲイン処理部61cは、行列「An−LCp」の固有値が負となるようにオブザーバゲインLを算出する。 Incidentally, the convergence rate α may be the same value or a different value in each of the temperature ranges TA1 to TA7. The gain processing unit 61c calculates the observer gain L so that the eigenvalue of the matrix “An-LCp” is negative.
このように本実施形態によれば、温度検出値Tairが取り得る変動範囲TB全てにおいて、電池セル21の内部温度を推定するオブザーバのロバスト性を満たすことができる。このため、寒冷地仕様や温暖地仕様といった車両の使用環境毎にオブザーバを適合することが不要となり、共通のオブザーバを用いることができる。
Thus, according to the present embodiment, the robustness of the observer that estimates the internal temperature of the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
電池セル21の温度として想定され得る変動範囲TBを分割して複数の温度範囲TA1〜TA7を定めた。そして、それら各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいて、その温度範囲に対応する各内部抵抗値R1j,R2jの上下限値でロバスト性を満たすようにオブザーバゲインLを算出した。換言すれば、電池セル21の温度に応じてオブザーバゲインLをスケジューリングした。このため、変動範囲TBが広い場合であっても、各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいて、ロバスト性を満たすLMIの解Pを算出できる。これにより、各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいてロバスト性を満たすオブザーバゲインLを算出でき、電池セル21の内部温度の推定精度を高めることができる。
A plurality of temperature ranges TA <b> 1 to TA <b> 7 are determined by dividing a fluctuation range TB that can be assumed as the temperature of the
各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいて、状態変数の推定値xh(t)の収束率αを個別に設定した。このため、各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいて、収束率αを最適化することができる。これにより、推定された内部温度と真の内部温度との間に推定誤差がある場合であっても、その推定誤差を速やかに0に収束させることができる。 In each of the temperature ranges TA1 to TA7, the convergence rate α of the estimated value xh (t) of the state variable was individually set. For this reason, the convergence rate α can be optimized in each of the temperature ranges TA1 to TA7. Thereby, even when there is an estimation error between the estimated internal temperature and the true internal temperature, the estimation error can be quickly converged to zero.
各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれを、第3温度センサ52の温度検出値Tairが低いほど狭く設定した。このため、温度検出値Tairが低い温度範囲において、その温度範囲の境界における各内部抵抗値R1j,R2jの上下限値の差が大きくなることを抑制できる。これにより、各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいて、上式(eq24)に示されるLMIの行列Pを算出でき、ロバスト性を満たすオブザーバゲインLを算出できる。
Each of the temperature ranges TA1 to TA7 is set to be narrower as the temperature detection value Tair of the
上式(eq24)に示されるLMIにノイズに係る行列Rb,Nbを含んだ。これにより、観測ノイズ及びプロセスノイズがある場合であっても、オブザーバにおけるゲイン処理部61cを含む閉ループの安定性を保証することができる。したがって、電池セル21の内部温度の推定値の発散を回避できる等、内部温度の推定精度をより高めることができる。
The LMI represented by the above equation (eq24) includes matrices Rb and Nb related to noise. Thereby, even when there is observation noise and process noise, the stability of the closed loop including the gain processing unit 61c in the observer can be guaranteed. Therefore, the estimation accuracy of the internal temperature can be further increased, such as avoiding the divergence of the estimated value of the internal temperature of the
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、上記第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、上記第1実施形態で説明した温度推定処理を第1温度推定処理ということとする。本実施形態において、制御部60は、第1温度推定処理に加えて、第2温度推定処理を行う。そして本実施形態では、電池セル21の推定温度に応じて、第1,第2温度推定処理のうちいずれを用いて温度推定するかを切り替える切り替え処理を行う。以下、第2温度推定処理について説明した後、切り替え処理について説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment. In the present embodiment, the temperature estimation process described in the first embodiment is referred to as a first temperature estimation process. In the present embodiment, the
<第2温度推定処理について>
本実施形態では、図6に示す熱回路網モデルを用いて、第2温度推定処理を行う。図6に示す熱回路網モデルは、先の図3に示したモデルを簡略化したものである。詳しくは、図3に示したモデルから、第1,第2空間経路部K1b,K2bと、セル間経路部Ktと、各熱容量C1,C2を削除している。以下、第1,第2電池セル21a,21bを例にして説明する。
<About the second temperature estimation process>
In the present embodiment, the second temperature estimation process is performed using the thermal circuit network model shown in FIG. The thermal network model shown in FIG. 6 is a simplified version of the model shown in FIG. Specifically, the first and second spatial path portions K1b and K2b, the inter-cell path portion Kt, and the heat capacities C1 and C2 are deleted from the model shown in FIG. Hereinafter, the first and
第1タブ経路部K1aの両端における温度差はQ1j×R1hcで表され、第2タブ経路部K2aの両端における温度差はQ2j×R2hcで表される。また、基板経路部Kpの両端における温度差は(Q1j+Q2j)×Rpで表される。そのため、第1,第2電池セル21a,21bの内部温度をT1,T2を下式(eq26)で表すことができる。
The temperature difference at both ends of the first tab path portion K1a is represented by Q1j × R1hc, and the temperature difference at both ends of the second tab path portion K2a is represented by Q2j × R2hc. Further, the temperature difference between both ends of the substrate path portion Kp is represented by (Q1j + Q2j) × Rp. Therefore, the internal temperatures of the first and
次に、図7を用いて、上述した熱回路網モデルに基づく第2温度推定処理について説明する。なお、図7の各機能ブロックは制御部60により実現されるものとなっている。また、第2温度推定処理では、第1,第2電池セル21a,21bの内部温度を推定する処理と、第3,第4電池セル21c,21dの内部温度を推定する処理とがそれぞれ個別に行われる。
Next, the second temperature estimation process based on the above-described thermal circuit network model will be described with reference to FIG. Each functional block in FIG. 7 is realized by the
図7に示すように、第1温度差算出部71は、第1温度センサ50の温度検出値Tsensから第3温度センサ52の温度検出値Tairを引くことで、これら各温度検出値の温度差ΔTを算出する。
As shown in FIG. 7, the first temperature
第2温度差算出部72は、第1温度差算出部71により算出された温度差ΔTに基づいて、第1電池セル21aの内部温度T1と第1温度センサ50の温度検出値Tsensとの温度差をy1として算出する。この温度差g1は下式(eq29)で表される。
Based on the temperature difference ΔT calculated by the first temperature
加算部73は、第2温度差算出部72で算出された温度差g1と、第1温度センサ50の温度検出値Tsensとを加算する。これにより、第1電池セル21aの内部温度T1が算出される。なお本実施形態において、加算部73が電池温度算出部に相当する。
The adding
第3温度差算出部74は、第1温度差算出部71により算出された温度差ΔTに基づいて、第2電池セル21bの内部温度T2と第1温度センサ50の温度検出値Tsensとの温度差をg2として算出する。この温度差g2は下式(eq30)で表される。
Based on the temperature difference ΔT calculated by the first temperature
加算部75は、第3温度差算出部74で算出された温度差g2と、第1温度センサ50の温度検出値Tsensとを加算する。これにより、第2電池セル21bの内部温度T2が算出される。なお本実施形態において、加算部75が電池温度算出部に相当する。また、第3,第4電池セル21c,21dについても、図7に示した手法と同様の手法により内部温度を推定できる。この場合、上式(eq29),(eq30)における伝熱抵抗及び伝熱量を第3,第4電池セル21c,21dに対応した伝熱抵抗及び伝熱量に変更し、また、第1温度センサ50の温度検出値に代えて、第2温度センサ51の温度検出値をTsensとすればよい。
The adding
<切り替え処理について>
図8に、第1,第2温度推定処理のうちいずれによって温度推定するかを切り替える切り替え処理の手順を示す。この処理は、制御部60によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお本実施形態では、図8に示す処理において、初回のステップS10、又は初回のステップS10,S11で用いられる内部温度Teは、第1,第2温度推定処理のうち予め定めた一方により推定された値が用いられることとする。具体的には例えば、推定精度の高い第1温度推定処理により推定された内部温度が用いられることとする。
<About switching processing>
FIG. 8 shows the procedure of the switching process for switching the temperature estimation between the first and second temperature estimation processes. This process is repeatedly executed by the
この一連の処理では、まずステップS10において、第1,第2温度推定処理のうち、現在実行されている推定処理によって推定された内部温度Teが上限温度Tmaxを超えたか否かを判定する。上限温度Tmaxは、電池セル21の信頼性を維持可能な温度の上限値(以下「許容上限値TUlim」という。)よりも小さい値に設定されている。
In this series of processes, first, in step S10, it is determined whether or not the internal temperature Te estimated by the currently executed estimation process out of the first and second temperature estimation processes exceeds the upper limit temperature Tmax. The upper limit temperature Tmax is set to a value smaller than the upper limit value of the temperature at which the reliability of the
ステップS10で否定判定した場合には、ステップS11に進み、第1,第2温度推定処理のうち、現在実行されている推定処理によって推定された内部温度Teが下限温度Tmin未満であるか否かを判定する。下限温度Tminは、上限温度Tmaxよりも小さい値であって、かつ、電池セル21の信頼性を維持可能な温度の下限値(以下「許容下限値TLlim」という。)よりも大きい値に設定されている。
If a negative determination is made in step S10, the process proceeds to step S11, and whether or not the internal temperature Te estimated by the currently executed estimation process of the first and second temperature estimation processes is less than the lower limit temperature Tmin. Determine. The lower limit temperature Tmin is set to a value smaller than the upper limit temperature Tmax and larger than the lower limit value of the temperature at which the reliability of the
ステップS11において否定判定した場合には、ステップS12に進み、第2温度推定処理を行う。一方、ステップS10,S11において肯定判定した場合には、ステップS13に進み、第1温度推定処理を行う。 If a negative determination is made in step S11, the process proceeds to step S12 to perform a second temperature estimation process. On the other hand, when an affirmative determination is made in steps S10 and S11, the process proceeds to step S13 to perform a first temperature estimation process.
ちなみに本実施形態において、下限温度Tminから上限温度Tmaxまでの温度範囲が高信頼温度範囲に相当する。また、下限温度Tminから許容下限値TLlimまでの温度範囲と、上限温度Tmaxから許容上限値TUlimまでの温度範囲とが低信頼温度範囲に相当する。また本実施形態において、高信頼温度範囲よりも低信頼温度範囲において電池セル21の信頼性が低いとは、例えば、高信頼温度範囲における電池セル21の放電容量の最大値よりも、低信頼温度範囲における電池セル21の放電容量の最大値の方が小さいことをいう。
Incidentally, in this embodiment, the temperature range from the lower limit temperature Tmin to the upper limit temperature Tmax corresponds to the high reliability temperature range. Further, the temperature range from the lower limit temperature Tmin to the allowable lower limit value TLlim and the temperature range from the upper limit temperature Tmax to the allowable upper limit value TUlim correspond to the low reliability temperature range. In the present embodiment, the reliability of the
本実施形態において、推定された温度に応じて2つの推定処理を切り替えるのは、以下に説明する理由のためである。 In the present embodiment, the two estimation processes are switched according to the estimated temperature for the reason described below.
本実施形態では、第1温度推定処理による内部温度の推定精度が、第2温度推定処理による内部温度の推定精度よりも高くされている。また、第2温度推定処理による内部温度の推定に要する処理負荷が、第1温度推定処理による内部温度の推定に要する処理負荷よりも小さい。このため、第2温度推定処理によって推定された内部温度Teが上限温度Tmaxを超えたり下限温度Tminを下回ったりするまでは、第2温度推定処理による内部温度Teの推定が継続される。これにより、第2温度推定処理によって推定された内部温度Teが上限温度Tmaxを超えたり下限温度Tminを下回ったりするまでは、制御部60の処理負荷を低減することができる。
In the present embodiment, the estimation accuracy of the internal temperature by the first temperature estimation process is higher than the estimation accuracy of the internal temperature by the second temperature estimation process. Further, the processing load required for the estimation of the internal temperature by the second temperature estimation process is smaller than the processing load required for the estimation of the internal temperature by the first temperature estimation process. Therefore, the estimation of the internal temperature Te by the second temperature estimation process is continued until the internal temperature Te estimated by the second temperature estimation process exceeds the upper limit temperature Tmax or falls below the lower limit temperature Tmin. As a result, the processing load on the
一方、第2温度推定処理によって推定された内部温度Teが上限温度Tmaxを超えたり下限温度Tminを下回ったりすると、第2温度推定処理から第1温度推定処理に切り替えられる。このため、内部温度Teが上昇して許容上限値TUlimitに近づいたり、内部温度Teが低下して許容下限値TLlimitに近づいたりする場合において、内部温度Teの推定精度を高めることができる。これにより、電池セル21が過熱状態又は低温状態になったままで使用されることを回避できる。したがって、電池セル21の劣化を回避できる。
On the other hand, when the internal temperature Te estimated by the second temperature estimation process exceeds the upper limit temperature Tmax or falls below the lower limit temperature Tmin, the second temperature estimation process is switched to the first temperature estimation process. Therefore, when the internal temperature Te increases and approaches the allowable upper limit value TUlimit, or when the internal temperature Te decreases and approaches the allowable lower limit value TLlimit, the estimation accuracy of the internal temperature Te can be increased. Thereby, it can avoid using the
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・上記第1実施形態において、各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれにおいて、温度範囲の境界に対応する各内部抵抗値R1j,R2jの上下限値の差が互いに等しくなるように、各温度範囲TA1〜TA7のそれぞれの温度範囲を設定してもよい。 In the first embodiment, in each of the temperature ranges TA1 to TA7, the temperature ranges TA1 to TA7 are set so that the difference between the upper and lower limits of the internal resistance values R1j and R2j corresponding to the boundary of the temperature range is equal to each other. Each temperature range of TA7 may be set.
・上記第2実施形態において、第2温度推定処理によって推定された内部温度Teが上限温度Tmaxを超えたときのみにおいて、第1温度推定処理に切り替えてもよい。また、第2温度推定処理によって推定された内部温度Teが下限温度Tminを下回ったときのみにおいて、第1温度推定処理に切り替えてもよい。 In the second embodiment, the first temperature estimation process may be switched only when the internal temperature Te estimated by the second temperature estimation process exceeds the upper limit temperature Tmax. Alternatively, the first temperature estimation process may be switched only when the internal temperature Te estimated by the second temperature estimation process falls below the lower limit temperature Tmin.
・第2温度推定処理としては、上記第2実施形態に例示したものに限らない。第1温度推定処理よりも処理負荷が低ければ、上記第2実施形態に例示した処理とは異なる処理であってもよい。 The second temperature estimation process is not limited to that exemplified in the second embodiment. If the processing load is lower than the first temperature estimation process, the process may be different from the process exemplified in the second embodiment.
・上記第1実施形態では、第3温度センサ52の温度検出値Tairに基づいて、第1,第2電池セル21a,21bの内部抵抗値の上下限値を設定したがこれに限らない。例えば、内部抵抗値と第1温度センサ50の設置位置の温度との間に正の相関がある場合、第1温度センサ50の温度検出値Tsensに基づいて内部抵抗値の上下限値を設定してもよい。
In the first embodiment, the upper and lower limit values of the internal resistance values of the first and
・上記第1実施形態において、熱回路網モデルとしては、先の図3に示したものに限らない。例えば、セル間経路部Ktと、空間経路部K1b,K2bとのうち、いずれかを省略したモデルであってもよい。 In the first embodiment, the thermal network model is not limited to that shown in FIG. For example, a model in which any one of the inter-cell route portion Kt and the space route portions K1b and K2b is omitted may be used.
・収容ケース40内の制御基板30の配置手法としては、図1に示したものに限らない。例えば、組電池20と周壁部42との間に、基板面を周壁部42の内面に対向させた状態で制御基板30を配置してもよい。
The arrangement method of the
また、収容ケース40内の電池セル21の配置手法としては、図1に示したものに限らない。例えば、周壁部42の内面に電池セル21の板面を向けた状態で収容ケース40内に電池セルが配置される縦置き構成を採用してもよい。
Further, the arrangement method of the
・上記第1実施形態では、オブザーバによって電池セルの内部温度を推定したがこれに限らない。例えば、電池セルの表面温度(扁平状容器25の表面温度)を推定してもよい。 -In 1st Embodiment, although the internal temperature of the battery cell was estimated by the observer, it is not restricted to this. For example, the surface temperature of the battery cell (the surface temperature of the flat container 25) may be estimated.
10…電池ユニット、21…電池セル、60…制御部、61…オブザーバ、62…設定部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電池に流れる電流値及び前記伝熱経路の所定位置における温度のそれぞれを入力変数としてかつ前記電池の温度を状態変数に含み、前記伝熱経路における熱の移動をモデル化した熱回路網モデルから導かれた状態方程式における前記電池の温度を、前記電流検出部の電流検出値及び前記温度検出部の温度検出値のそれぞれに基づいて逐次推定するオブザーバ(61)を備え、
前記熱回路網モデルには、前記電池の温度が低いほど抵抗値が大きい前記電池の内部抵抗が含まれており、
前記温度検出部の温度検出値が取り得る変動範囲が分割されて複数設定された各温度範囲の中から前記温度検出値が含まれる温度範囲を選択し、選択した温度範囲の境界に対応する前記電池の内部抵抗値の上下限値を設定する設定部(62)と、
前記設定部により設定された前記内部抵抗値の上下限値に基づいて、前記オブザーバで用いられるオブザーバゲインを算出するゲイン算出部(61c)と、を備えることを特徴とする電池温度推定装置。 Temperature detection provided on a battery (21), a current detector (53) for detecting a current flowing through the battery, and a heat transfer path (K1a, Kb, Kp) through which heat generated in the battery is transmitted Part (50-52), and a battery unit (10) comprising:
From a thermal circuit network model that includes the current value flowing through the battery and the temperature at a predetermined position of the heat transfer path as input variables and the temperature of the battery as a state variable, and models heat transfer in the heat transfer path. An observer (61) for sequentially estimating the temperature of the battery in the derived state equation based on each of the current detection value of the current detection unit and the temperature detection value of the temperature detection unit;
The thermal network model includes the internal resistance of the battery having a larger resistance value as the temperature of the battery is lower,
The variation range that the temperature detection value of the temperature detection unit can take is divided, and a temperature range including the temperature detection value is selected from a plurality of set temperature ranges, and the temperature range corresponding to the boundary of the selected temperature range is selected. A setting unit (62) for setting upper and lower limits of the internal resistance value of the battery;
A battery temperature estimation device comprising: a gain calculation unit (61c) that calculates an observer gain used by the observer based on the upper and lower limits of the internal resistance value set by the setting unit.
前記変動範囲が分割されて複数設定された各温度範囲のそれぞれは、前記温度検出値が低いほど狭く設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電池温度推定装置。 The internal resistance value, the lower the temperature of the battery, the greater the increase amount per unit temperature decrease amount of the battery,
3. The battery temperature estimation device according to claim 1, wherein each of the temperature ranges set by dividing the fluctuation range is set to be narrower as the temperature detection value is lower. 4.
前記オブザーバによる温度推定精度は、前記別推定部による温度推定精度よりも高いものであり、
前記電池の信頼性が高い温度範囲を高信頼温度範囲とし、
前記高信頼温度範囲に隣接して、かつ、前記高信頼温度範囲よりも前記電池の信頼性が低い温度範囲を低信頼温度範囲とし、
前記別推定部によって推定された温度が含まれる温度範囲が前記高信頼温度範囲である場合に前記別推定部による温度推定を継続し、前記別推定部によって推定された温度が含まれる温度範囲が前記高信頼温度範囲から前記低信頼温度範囲に変わった場合、前記オブザーバによる温度推定に切り替える切替部を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電池温度推定装置。 A processing load that is smaller than the processing load required for the temperature estimation of the battery by the observer, and a different estimation unit that estimates the battery temperature by a method different from the battery temperature estimation method by the observer;
The temperature estimation accuracy by the observer is higher than the temperature estimation accuracy by the separate estimation unit,
The temperature range with high reliability of the battery is a high reliability temperature range,
Adjacent to the high reliability temperature range and a temperature range in which the reliability of the battery is lower than the high reliability temperature range is a low reliability temperature range,
When the temperature range including the temperature estimated by the separate estimation unit is the high reliability temperature range, the temperature estimation by the separate estimation unit is continued, and the temperature range including the temperature estimated by the separate estimation unit is The battery temperature estimation device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a switching unit that switches to temperature estimation by the observer when the high reliability temperature range is changed to the low reliability temperature range.
前記伝熱経路には、前記電池及び前記近距離温度検出部の間となる第1経路部(K1a,K2a,Kb)に第1伝熱抵抗(R1hc,R2hc,Rb)が存在し、前記近距離温度検出部及び前記遠距離温度検出部の間となる第2経路部(Kp)に第2伝熱抵抗(Rp)が存在し、
前記別推定部は、
前記近距離温度検出部及び前記遠距離温度検出部のそれぞれの温度検出値の差である検出温度差と、前記第1伝熱抵抗及び前記第2伝熱抵抗とに基づいて、前記近距離温度検出部の設置位置及び前記電池の温度差である推定温度差を算出する温度差算出部と、
前記近距離温度検出部の温度検出値に、前記温度差算出部により算出した前記推定温度差を加算することにより、前記電池の温度を算出する電池温度算出部と、を有することを特徴とする請求項6に記載の電池温度推定装置。 The temperature detection unit is on the heat transfer path, the short distance temperature detection unit (50, 51) provided at a position where the path length of heat transfer from the battery is small, and on the heat transfer path. A long-distance temperature detector (52) provided at a position where the path length of heat transfer from the battery is large,
In the heat transfer path, a first heat transfer resistance (R1hc, R2hc, Rb) exists in a first path part (K1a, K2a, Kb) between the battery and the short-range temperature detection unit, and the near A second heat transfer resistance (Rp) exists in the second path part (Kp) between the distance temperature detection part and the long distance temperature detection part,
The separate estimation unit is:
Based on the detected temperature difference, which is the difference between the temperature detection values of the short distance temperature detection unit and the long distance temperature detection unit, and the first heat transfer resistance and the second heat transfer resistance, the short distance temperature A temperature difference calculator that calculates an estimated temperature difference that is a temperature difference between the installation position of the detector and the battery; and
A battery temperature calculation unit that calculates the temperature of the battery by adding the estimated temperature difference calculated by the temperature difference calculation unit to the temperature detection value of the short-range temperature detection unit. The battery temperature estimation apparatus according to claim 6.
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