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「プリウス技術検討室」の内容を収録したものを掲載しております。
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プリウスのNi-MHバッテリ
|
ニッケル水素バッテリ（Ni-MH）のスペックで
明らかになっているものを整理したいと思います。
◆電圧
1セルの電圧が1.2V
6セル直列接続で１モジュール 7.2V
28モジュールが直列接続となり･･･201.6V
（結局168本のセルが直列につながっているんですね）
◆容量：6.5Ah
以上から、
◆エネルギー：201.6×6.5＝1310Wh
（ただしこれは電池をフルに用いた場合で
HV用としてはSOC：60±20％を用いる模様）
◆出力 ：21ｋW（10型スペック）
◆回生受入：20ｋW（10型スペック）
（データ元：電気自動車ハンドブック、およびトヨタHP
20型の出力、回生受入能力のデータありましたら、教えてくださいませ)
168本の直列で、それぞれのセルでの性能のばらつきがないことが
必要なので、バッテリの品質管理も大変なんでしょう。
また上記のエネルギーから、10kW（約50A)出力時の
SOC 5%低下にかかる時間が 約23秒と計算できます
1310×0.05÷1000÷10=23
（バッテリー、インバーター、モーターでの損失を無視した値です
実際はこの0.7〜0.8がけの値になるのでは？）
私はSOCや電流値を計測する術（武器）がないのですが、いかがなものでしょう。
ＳＯＣ１％相当では２１秒。百式プリさんの計算によると１０Ａ時では２３秒ですから、ほぼ一致しているんじゃないでしょうか。
ただ、電圧に関しては、低いときで２０５Ｖ程度、高いときで２４０Ｖぐらいが観測されます。ＳＯＣが低いときほど電圧も低いです。また、エンジン走行や回生による充電時には電圧が高めの２３０〜２４０Ｖ程度となっています。モーター走行中では逆に低めで２０５〜２１５Ｖなどとかになります。
停車中では、２１５〜２２５Ｖ程度が定常でしょうか。上に書いたように、ＢＬが低いと電圧も低くなります。
いつもデータ有難うございます。
> ＳＯＣが低いときほど電圧も低いです。
-----------------
これ、重要なポイントを示唆するデータですね。
私、SOCをどのようにセンシングしているかが気になっていました。
SOCを計測するための特別のセンサがあるわけではなく、
また電流値の増減から微小時間で積算していく方法も
長時間の精度を考えると現実的ではないだろうと・・・。
で、電圧値とSOCとの間に相関があり、
電圧値からSOC値を算出しているのではないかと思っていました。
どうも、
走行中など電力使用時には電圧からのSOC判定が難しいようなので、
・停車中など定常時：電圧からのSOC推定
・走行中など過渡時：電流からの積算推定
を併用しているような気がします。
電池特性は電池温度によっても変化してくるので、
温度による補正も実施しているのでしょうね。
電圧＝電流×抵抗
内部抵抗値の変化をＳＯＣとして捉えているのではないかと思います
ちなみに、模型用のＮｉ-ＭＨを充電するときも電圧を見て終了タイミングを決めているようです
> 結局168本のセルが直列につながっているんですね
直列に接続した場合、各セルの僅かなばらつきは致命的です
（弱いバッテリーは極性反転してしまう）
模型用のバッテリーでは､セル毎に充電できるようなバランス充電器を使用することがあります
プリではバランス制御はやっていないんでしょうか？
＞・走行中など過渡時：電流からの積算推定
一理あるかもしれませんね。
でも、信号が無くて延々と走行するというのは良くある状況だと思います。充電中と放電中など場面ごとの電圧対ＳＯＣのテーブルを持っていて、電圧からSOCを推定するんではないでしょうか？
いい感じにマニアックになってきましたね･･･(^^;
Ni-MHバッテリのSOCの算出に関する資料はちょっとないんですね。
Li-ionバッテリだと、電池容量(SOC）が低下すると、
端子電圧が低下する割合が大きく、電圧からのSOC推定が容易らしいです。
（電気自動車ハンドブック p279より）
> プリではバランス制御はやっていないんでしょうか？
-------
一応、新型車解説書によると、各セル電圧をモニタしているようです。
セル間のばらつきを監視しているのは間違いないようですが、
充電制御については記述がありませんでした。
> 充電中と放電中など場面ごとの
> 電圧対ＳＯＣのテーブルを持っていて、
> 電圧からSOCを推定するんではないでしょうか？
-------
そういう手法も取っているかもしれませんね。
ちょっと、気になっているのが充電時と放電時の
電圧ばらつきの値で、どの値も定格電圧201.6Vをいずれも超えているんですね。
う〜ん、どうなんでしょうか。
パナソニックＥＶエナジーのサイトにスペックがありました。
http://www.peve.jp/hevjyusi.html
これによると、出力は、1300W/kgのようです。
180A以上の電流になるので、瞬間的な値でしょうね。
> 充電中と放電中など場面ごとの
> 電圧対ＳＯＣのテーブルを持っていて、
> 電圧からSOCを推定するんではないでしょうか？
あと温度も関係してくると思います。
わたしの想像では、それらのデータを元にしたテーブル値も参照しながら、入出力電流の推移監視データを加味して表示していると思います。
トヨタの特許を検索すると、何かが得られる気がするんですけど…
> プリではバランス制御はやっていないんでしょうか？
１０型では、たまに満充電と完全放電に近い制御をおこなうことがあるそうですね。
で、１１型以降では、それをやっていない…
とりあえず、バランス制御できるような仕組みにはなっていない感じですね。
これはまた面白いHPですね。
（環境温度に対する出力グラフ、サイクルに対する内部抵抗と電池容量
最近のデータとして参考になります
私が参照する『電気自動車ハンドブック』にも同様のグラフがありますが、
ちょっと古いだけあって、出力が３倍近く向上していることに驚きました）
> 出力は、1300W/kgのようです。
> 180A以上の電流になるので、瞬間的な値でしょうね。
-----------
20型が11型に対して、35％ほど出力が向上している情報もあり、
いろいろ調べると整合するようです。
この資料中の出力も何秒間出力の値かが気になります。
（文献によると、電池の出力というと、2秒間出力と10秒間出力という指標があるようです）
> あと温度も関係してくると思います。
> わたしの想像では、それらのデータを元にしたテーブル値も
> 参照しながら、入出力電流の推移監視データを加味して表示
> していると思います。
------------
私も温度を加味した制御をしていると思います。
自分はSOC算出のメインは電流積算だと思うのですが、
どこかで原点あわせのような処理をしていると思っています。
（充電時の過充電温度上昇率が鍵だと思っています）
> トヨタの特許を検索すると、何かが得られる気がするんですけど…
--------
これ、文献検索からすると、一番脈ありそうなのは、
自動車技術会（自動車関係の学会）の定期大会の論文集なんですね。
おそらく1997年と2003年の大会の論文 前刷集には
垂涎のデータ・資料があるはず･･･
（今思えば、その時、学会に参加して、発表を聞きたかったと思う･･･）
ＤＥＮＳＯの広報資料に、電圧・電流・温度からＳＯＣを算出する記述がありました。
http://www.denso.co.jp/motorshow/2003/ja/booth/pdf/pdf05_j.pdf
『電池ECUは、ハイブリッドカーの動力用電源となる主電池の
電圧、電流、温度から電池残存量（SOC）を算出し、
HV-ECU（ハイブリッドシステム制御をつかさどるコンピュータ）へ電池状態を通信します』
また、『ハイブリッド車等のバッテリー充電率管理用』
として、電流センサの資料がありました。
http://www.tdk.co.jp/tjbca01/auto2005/h26.pdf
とりあえず、ここまで･･･
＞電圧、電流、温度から電池残存量（SOC）を算出し、
このあたりは、我々の想定内（笑）の話ですね。
＞電流センサの資料がありました。
面白い資料をありがとうございます。
ただし、修理書によると、２０型の電流センサの電源電圧は５Ｖでこの資料のは１２Ｖですね。
> 修理書によると、２０型の電流センサの電源電圧は５Ｖで
> この資料のは１２Ｖですね。
---------
確認しました。そうですね。
（こちらのTDKの電流センサ、2005年の資料ですが、どの車のものだろう？）
プリウスのバッテリーの電流センサは
http://www.autoshop101.com/forms/Hybrid03.pdf
（Fig.3.4)
こちらの資料、ターゲットSOC(60%)、デルタSOC(20％）の記載はあるものの、SOC算出処理については具体的な記述はない模様。
現在、文献検索中ですが、まだ目ぼしいものは見つかっていません。
↓こちらは鉛蓄電池についてですが、SOC算出についての技報がありました。
http://www.furukawadenchi.co.jp/research/tech/pdf/fbtn57_03.pdf