(57)【要約】【課題】  バッテリの各時間での電流値と電圧値をペアとしてデータを圧縮保存する場合であっても、そのデータの圧縮率を上げることができるバッテリデータの圧縮・伸長方法を提供する。【解決手段】バッテリデータの圧縮・伸長方法は、バッテリの各時間での電流値と電圧値をペアとしてデータ保存を行うもので、データの圧縮時には、前回と今回の電圧値の変化量を用いて今回の電流変化量予測値を算出し、今回の電流変化量予測値と実際の今回の電流値の変化量との差分を算出し、この差分をデータとして保存する。データの伸長時には、前回と今回の電圧値の変化量を用いて今回の電流変化量予測値を算出し、今回の電流変化量予測値に、今回の電流変化量予測値と実際の今回の電流値との差分を加えて、今回の電流値の変化量を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの各時間での電流値と電圧値をペアとしてデータ保存を行うバッテリデータの圧縮・伸長方法において、
前記データの圧縮時には、前回と今回の電圧値の変化量を用いて今回の電流変化量予測値を算出し、該今回の電流変化量予測値と実際の今回の電流値の変化量との差分を算出し、この差分をデータとして保存し、
前記データの伸長時には、前回と今回の電圧値の変化量を用いて今回の電流変化量予測値を算出し、該今回の電流変化量予測値に、前記今回の電流変化量予測値と前記実際の今回の電流値との差分を加えて、今回の電流値の変化量を算出する、
ことを特徴とするバッテリデータの圧縮・伸長方法。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリデータの圧縮・伸長方法において、
前記電流変化量予測値を、電圧変化量に比例させる、
ことを特徴とするバッテリデータの圧縮・伸長方法。
【請求項３】
請求項１に記載のバッテリデータの圧縮・伸長方法において、
前記電流変化量予測値を、電圧変化量をバッテリの内部抵抗値で除算した値とする、
ことを特徴とするバッテリデータの圧縮・伸長方法。
【請求項４】
請求項３に記載のバッテリデータの圧縮・伸長方法において、
前記バッテリの内部抵抗値として、予め測定または計算された値を用いる、
ことを特徴とするバッテリデータの圧縮・伸長方法。
【請求項５】
請求項４に記載のバッテリデータの圧縮・伸長方法において、
前記バッテリの内部抵抗値を、前記バッテリの温度で補正する、
ことを特徴とするバッテリデータの圧縮・伸長方法。
【請求項６】
請求項３に記載のバッテリデータの圧縮・伸長方法において、
前記バッテリの内部抵抗値を、前記電圧値の変化量と前記電流値の変化量とから求める、
ことを特徴とするバッテリデータの圧縮・伸長方法。
【請求項７】
請求項３に記載のバッテリデータの圧縮・伸長方法において、
前記バッテリの内部抵抗値を、バッテリ等価回路モデルを用いたバッテリ状態推定手段で推定した値とする、
ことを特徴とするバッテリデータの圧縮・伸長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば電気自動車に搭載したバッテリの状態を表すデータを圧縮して保存し、伸長して読み出すことができるようにしたバッテリデータの圧縮・伸長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のデータの圧縮・伸長方法としては、特許文献１に記載のものが知られている。
この従来のデータの圧縮・伸長方法は、音声データの圧縮・伸長方法に関するものであって、その圧縮時にあっては、音声信号を標本化し、各時点の標本値をそれ以前の標本値に基づき予測するとともに、この予測した値と実際の標本値との差分を量子化および符号化して音声圧縮データを生成する。
その場合、一続きの音声信号を微小区間ごとに分け、この微小区間の符号化誤差の平均値が所定の範囲内に収まるように各微小区間の量子化を行うとともに、符号化誤差の平均値が所定の範囲を越えてしまう場合に量子化ビット数を変動させるように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０８１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のデータの圧縮・伸長方法には以下に説明するような問題がある。
上記データの圧縮・伸長方法のうちその圧縮方法を、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載したバッテリの状態を表すデータ（バッテリの電流値と電圧値の関係データなど）の圧縮方法に適用しようとすると、バッテリの電流値の変化が急峻であるため、過去のデータ値からその先のデータ値を予測しても、この予測値とそのときの実際のデータとの差分が大きくなってしまう。この結果、データの圧縮率を上げることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、バッテリの各時間での電流値と電圧値をペアとするデータを圧縮保存する場合であっても、そのデータの圧縮率を上げることができるようにしたバッテリデータの圧縮・伸長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のため本発明によるバッテリデータの圧縮・伸長方法は、
バッテリの各時間での電流値と電圧値をペアとしてデータ保存を行うバッテリデータの圧縮・伸長方法において、
データの圧縮時には、前回と今回の電圧値の変化量を用いて今回の電流変化量予測値を算出し、この今回の電流変化量予測値と実際の今回の電流値の変化量との差分を算出し、この差分をデータとして保存し、
データの伸長時には、前回と今回の電圧値の変化量を用いて今回の電流変化量予測値を算出し、この今回の電流変化量予測値に、今回の電流変化量予測値と実際の今回の電流値との差分を加えて、今回の電流値の変化量を算出する、
ことを特徴とする。
【０００７】
また、好ましくは、電流変化量予測値を、電圧変化量に比例させることを特徴とする。
【０００８】
また、好ましくは、電流変化量予測値を、電圧変化量をバッテリの内部抵抗値で除算した値とすることを特徴とする。
【０００９】
また、好ましくは、上記バッテリの内部抵抗値として、予め測定または計算された値を用いることを特徴とする。
【００１０】
また、好ましくは、上記バッテリの内部抵抗値を、バッテリの温度で補正することを特徴とする。
【００１１】
また、好ましくは、上記バッテリの内部抵抗値を、電圧値の変化量と電流値の変化量とから求めることを特徴とする。
【００１２】
また、好ましくは、上記バッテリの内部抵抗値を、バッテリ等価回路モデルを用いたバッテリ状態推定手段で推定した値とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のバッテリデータの圧縮・伸長方法にあっては、バッテリのデータ（各時間における電流値と電圧値をペアとしてのデータ）の圧縮率を上げて保存することができるようになる。したがって、データ記憶量も少なくすることができる。
【００１４】
また、電流変化量予測値を、電圧変化量に比例させるようにしたので、簡単な演算で電流変化量予測値を予測することができる。
【００１５】
また、電流変化量予測値を、電圧変化量をバッテリの内部抵抗値で除算した値とするようにしたので、電流変化量予測値の予測精度を上げることができる。
【００１６】
また、バッテリの内部抵抗値として、予め測定または計算された値を用いるようにしたので、電流変化量予測値の予測精度を上げることができる。
【００１７】
また、バッテリの内部抵抗値を、バッテリの温度で補正するようにしたので、電流変化量予測値の予測精度を上げることができる。
【００１８】
また、バッテリの内部抵抗値を、電圧値の変化量と電流値の変化量とから求めるようにしたので、内部抵抗値を予め計測したり保存したりする必要がない。
【００１９】
また、バッテリの内部抵抗値を、バッテリ等価回路モデルを用いたバッテリ状態推定手段で推定した値とするようにしたので、電流変化量予測値の予測精度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係るバッテリデータ保存方法が実行されるバッテリデータ保存装置の構成を示す図である。
【図２】(図１のバッテリデータ保存装置を構成する内部抵抗値算出部であって、(a)は抵抗の固定値を温度で補正するものの図、（ｂ）はバッテリの等価モデルを用いたバッテリ状態推定手段で推定するものの図である。
【図３】データサンプリングルーチンを実行するためのフローチャートを示す図である。
【図４】データ読み出しルーチンを実行するためのフローチャートを示す図である。
【図５】計測したバッテリの電圧値と電流値の例を示す図である。
【図６】データ圧縮の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
この実施例１のバッテリデータの圧縮・伸長方法は、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されたバッテリの状態を知るため、バッテリの電流値と電圧値の関係をペアとしたデータで保存し、たとえデータ取得後にそれらの内容に基づいた解析を行う研究や設計などに利用するために用いられる。
まず、実施例１のバッテリデータの圧縮・伸長方法を実行するバッテリデータ保存装置およびオフライン処理装置の全体構成を説明する。
【００２３】
図１に示すように、バッテリデータ保存装置は、この入力側が、図示しない電圧センサ、電流センサ、温度センサに接続されてこれらからバッテリの電圧値V、電流値I、温度Tに関する情報が入力される。
また、バッテリデータ保存装置は、この出力側がオフライン処理装置4に接続可能であり、ここで記憶したデータをオフライン処理装置4へ出力可能である。
【００２４】
バッテリデータ保存装置は、内部抵抗値算出部1と、データ圧縮部2と、メモリ3と、を備えている。
データ圧縮部2は、定数算出部2aと、電圧変化量算出部2bと、電流変化量算出部2cと、電流変化量予測値算出部2dと、減算部2eと、を有する。
また、メモリ3は、データ情報記録部3aと、差分データ記録部3bと、を有する。
なお、オフライン処理装置4は、デコード部4aと、データ処理部4bと、を有している。
【００２５】
以下に、上記各構成要素について、具体的に説明する。
内部抵抗値算出部1は、バッテリの内部抵抗値Rを定数算出部2aへ出力する。
ここで、バッテリの内部抵抗値Rの算出方法の例をいくつか説明する。
まず、１つ目の方法は、内部抵抗値Rを予め測定しておき、この抵抗値を用いるやり方である。この場合、図２(a)に示すように、バッテリ温度Tと内部抵抗値Rとの関係データを作成しておき、図示しない温度センサでバッテリの温度Tを測定し、この温度Tに対応する内部抵抗値Rを決定するようにすれば精度をより高めることができる。
【００２６】
２つ目の方法は、図２（ｂ）に示すようなバッテリの等価回路モデル1aを作成し、カルマンフィルタ1b等を用いる方法である。ここで、等価回路モデル1aは、たとえば直列接続した抵抗R0とコンデンサC0に、抵抗R1とコンデンサC1の並列回路を直列接続した、フォスタ型RC梯子回路を用いる。等価回路モデルの抵抗のうちの直流抵抗分R1の値をバッテリの内部抵抗Rとする。
なお、フォスタ型RC梯子回路に代えてカウエル型RC梯子回路を用いるようにしてもよい。
そして、カルマンフィルタ1b等を有するバッテリ状態推定部（本発明のバッテリ状態推定手段に相当）用いて、電圧値Iと電流値Vを入力して直流抵抗分R1の値、したがって内部抵抗値Rを算出する。
【００２７】
３番目の方法は、後述の電圧変化量算出部2bで算出した電圧変化量Vd[x]を、後述する電流変化量算出部2cで算出した電流変化量Id[x]で除算してバッテリの内部抵抗値R(=Vd[x]/Id[x])を求めるやり方である。
ここでXは、データ処理におけるカウント数であり、Nをサンプリング数とするとX＝N-1である。
【００２８】
定数算出部2aは、内部抵抗算出部1で算出したバッテリの内部抵抗Rが入力されてこの逆数をとって定数Dとする。すなわち、D=1/Rである。
この定数Dは、メモリ3のデータ情報記録部3aと電流変化量予測値算出部2dへ出力される。
なお、この定数Dは、電圧変化量Vdに乗算することで電流変化量Idや電流変化量の予測値Ieを求めるのに利用する。
【００２９】
電圧変化量算出部2bは、電圧センサからバッテリの端子間の電圧値V[x]が入力されて、今回の電値圧V[x]から前回の電圧値V[X-1]を減算して電圧変化量Vd[X]を算出する。この電圧変化量Vd[X]は、差分データ記録部4bと電流変化量予測値算出部2dへ出力される。
【００３０】
電流変化量算出部2cは、電流センサから電流値I[X]が入力されて、今回の電流値I[X]から前回の電流値I[X-1]を減算して電流変化量Id[X]を算出する。この電流変化量Id[X]は、減算部2eへ出力される。
【００３１】
電流変化量予測値算出部2dは、定数算出部2aで算出した定数Dと、電圧変化量算出部2bで算出した電圧変化量Vd[X]が入力されて、電流変化量予測値Ie[X]（＝Vd[X]×D）が算出される。この電流変化量予測値Ie[X]は、減算部2eへ出力される。
【００３２】
減算部2eは、電流変化量算出部2cで算出された電流変化量Id[X]と、電流変化量予測値算出部2dで算出された電流変化量予測値Ie[X]と、が入力されて、前者から後者を減算して差分Ied[X]（＝Id[X]- Ie[X]）を算出する。この差分Ied[X]は、差分データ記録部4bへ出力される。
【００３３】
一方、メモリ3のデータ情報記録部3aは、電圧センサから入力された電圧の初期値V[0]と、電流センサから入力された電流の初期値I[0]と、定数算出部2aで算出した定数Dと、を記憶する。
また、差分データ記録部3bは、電圧変化量算出部2bで算出した電圧変化量Vd[X]と、減算部2eで算出した電流値の差分Ied[X]とを、記憶する。
ここで、差分データ記録部3bで電圧値V[X]と電流値I[x]とを、直接記憶しないのは、電圧値に比べて電流値の幅が大きく、そのまま記憶するとデータ量が大きくなってしまうことによる。この詳細は、後で説明する。
【００３４】
また、オフライン処理装置4のデコード部4aは、データ保存装置のメモリ3に上記のように符号化（エンコード）されて記録されたデータを、メモリ3から読み出して復元（デコード）処理を行う。
また、データ処理部は、復元したデータをもとにデータ保存装置で行った処理とは逆の演算を行うことで電圧値V[X]と電流値I[x]とのデータを得ることができるようにする。
【００３５】
実施例１で用いる圧縮アルゴリズムは、バッテリの電圧値、電流値の挙動を示すサンプリングデータに対するリアルタイムのエンコード・デコードを目的としており、差分符号化とランレングス(Run Length: データ内で同じ値が並んでいる場合はその値と個数で符号化する方法) による圧縮を基本としている。
以下に、その具体的方法を、フローチャートを用いながら説明する。
【００３６】
まず、データ保存装置にて実行されるデータの圧縮保存プロセスについて、図３のデータサンプリングルーチンのフローチャートに基づいて説明する。
ステップS1では、電流センサからバッテリの電流値Iを、また電圧センサからバッテリの電圧値Vをサンプリングする。続いて、ステップS2へ進む。
【００３７】
ステップS2では、このルーチンが初回の演算であるか否かを判定する。判定結果がYESであれば、ステップS3へ進み、判定結果がNOであればステップS7へ進む。
なお、上記判定を行うのは、初回演算では前回の値がないため、電流変動量Idおよび電圧変化量Vdを計算できないことによる。
【００３８】
ステップS3では、電池の内部抵抗値Rを算出する。ここでは、内部抵抗値Rは、内部抵抗値算出部1で推定した推定値か、あるいは予め測定しておいた固定値とする。続いて、ステップS4へ進む。
【００３９】
ステップS4では、入力された内部抵抗値Rに基づいて定数Dを算出する。すなわち、この定数Dは、D=1/Rの式から求める。続いて、ステップS5へ進む。
【００４０】
ステップS5では、定数Dと、電圧値Vおよび電流値Iの各初期値V[0]、I[0]とを、データ情報記録部3aに記憶する。続いて、ステップS6へ進む。
【００４１】
ステップS6では、カウントの初期化を行い、データ数NにつきN=１とする。続いて、ステップS1へと戻る。
【００４２】
一方、ステップS7では、今回の電流値と前回の電流値との差分をとって電流変化量Idを算出するとともに、今回の電圧値と前回の電圧値との差分をとって電圧変化量Vdを算出する。続いて、ステップS8へ進む。
【００４３】
ステップS8では、電圧変化量Vdと定数Dとから電流変化量の予測値Ieを算出する。この算出には、式Ie＝Vd×Dで算出する。続いて、ステップS9へ進む。
【００４４】
ステップS9では、電流変化量Idと電流変化量の予測値Ieとの差分Iedを算出する。続いて、ステップS10へ進む。
【００４５】
ステップS10では、上記差分Iedと電圧変化量Vdをペアのデータとして差分データ記録部3bに記憶する。続いて、ステップS11へ進む。
【００４６】
ステップS12では、データ数を１つ増やす。すなわち、N=N+1としてインクリメントする。
なお、ステップS12、またステップS6を終了したら、ステップS1へサンプリング周期ごとに戻る。
【００４７】
一方、オフライン処理装置で実行されて、メモリ3に記憶した符号化・圧縮したデータを伸長して復元する復元プロセスは、図４に示すフローチャートにしたがって実行される。
【００４８】
まず、ステップ21では、初回演算であるか否かを、判定する。この判定結果がYESの場合にはステップS22へ進み、判定結果がNOの場合にはステップS26へ進む。
【００４９】
ステップS22では、データ記録部3aから定数Dと、電圧値および電流値の初期値V[0]、I[0]を読み出す。続いて、ステップＳ２３へ進む。
【００５０】
ステップS23では、カウンタの初期化を行う。すなわちカウント数X＝１とする。続いて、ステップS24 へ進む。
【００５１】
ステップS24では、データ処理部4bで、必要なデータ処理を行う。続いて、ステップS25へ進む。
【００５２】
ステップS25では、カウンタ数XがNになったか否かを判定する。その判定結果がYESであれば処理を終了し、NOであればステップS26へ進む。
【００５３】
ステップS26では、差分データ記録部3bから差分データVd[X]、Ied[X]を読み出す。続いて、ステップS27へ進む。
【００５４】
ステップS27では、Id[X]＝Ied[X]＋（Vd[X]×D）を用いて、電流変化量を復元する。続いて、ステップS28へ進む。
【００５５】
ステップS28では、次式を用いてそれぞれ電圧値V[X]、電流値I[X]を復元する。
V[X]＝Vd[X]＋Vd[X-1]
I[X]＝Id[X]＋Id[X-1]
続いて、ステップS29へ進む。
【００５６】
ステップS29では、カウンタ数XをX=X+1としてインクリメントする。続いてステップS24へ進む。以後、上述したように、ステップS24、ステップS25へと進み、以上のルーチンをカウンタ数XがNになるまで繰り返す。
【００５７】
ここで、たとえば、内部抵抗（直流抵抗分）Rをおよそ0.35Ωとし、電流値Iを12bitA/Dで600A(すなわち、-300〜＋300A)F/Sでサンプリングし、電圧値Vを12bitA/Dで500V（すなわち0〜＋500V）F/Sでサンプリングした場合の測定した電圧値V（実線で示す）と電流値I（二点鎖線で示す）のデータは、図５のようになる。なお、F/Sはサンプリング周波数である。
図５では横軸はサンプリング番号を、また縦軸は電圧値Vと電流値Iのそれぞれの大きさを示す。
また、図５のデータから、電圧値Vと電流値Iのデータの幅を縦軸に表すと、図６のようになる。
【００５８】
図５、図６から分かるように、電流値Iの幅は、電圧値Vの幅よりはるかに大きなゲインを有している。
すなわち、電圧変化分が-41(A/D値)のときの電流変化の予測値は、-41/（0.35Ω×4096/500V）×4096/600A＝-114(A/D値)となり、電流値Iは電圧値Vの約３倍のゲインを有していることが分かる。
このことから、電流値Iの方が電圧値Vよりも圧縮効率が高くなることが分かる。
【００５９】
端子電圧値Vの波形の挙動は、入力電流値Iの波形と同様の動きをする。
したがって、幅が大きい電流値Iについては、電圧量変化量Vd[X]を用いて今回の電流値変化量予測値Ied[X]を算出し、この値と前回の電流値I[X]とから今回の電流値予測値Ie[X]を算出して、これと今回の電流値I[X]との差分をとることにより、電流値のデータをより小さな値に置き換えて記録することが可能となる。
また、内部抵抗値Rを考慮した定数Dを用いれば、電圧変化量Vdを数倍して差分をとることができるため、さらに小さな値で記録することが可能となる。
【００６０】
すなわち、図６に示すように、電圧変化分は-41(A/D値)であるのに対し、電流変化分は-157(A/D値)と-128〜127(A/D値)の範囲を越えているので、電流値Iをそのまま圧縮したのでは圧縮効率が悪化してしまうことになる。
そこで、上記のように差分で置き換えると、ゲインを3として、電流変化分Id−3×電圧変化分Vd＝-157-3×（-41）＝-34(A/D値)の記録分に圧縮することが可能となる。
【００６１】
以上に説明したように、実施例１のバッテリデータの圧縮・伸長方法にあっては、バッテリのデータ（各時間における電流値Iと電圧値Vをペアとしてのデータ）の圧縮率を上げて保存することができ、またこのデータを容易に復元することができる。したがって、データ記憶量も少なくすることができる。
【００６２】
また、電流変化量予測値Iedを、電圧変化量Vdに比例させるようにしたので、簡単な演算で電流変化量予測値Iedを予測することができる。
また、電流変化量予測値Iedを、電圧変化量Vdをバッテリの内部抵抗値Rで除算した値とするようにしたので、電流変化量予測値Iedの予測精度を上げることができる。
また、バッテリの内部抵抗値Rとして、予め測定または計算された値を用いるようにしたので、電流変化量予測値Iedの予測精度を上げることができる。この場合、バッテリの内部抵抗値Rを、バッテリの温度Tで補正するようにしたので、電流変化量予測値Iedの予測精度を上げることができる。
また、バッテリの内部抵抗値Rを、電圧値の変化量Vdと電流値の変化量Idとから求めるようにしたので、内部抵抗値Rを予め計測したり保存したりする必要がない。
また、バッテリの内部抵抗値Rを、バッテリ等価回路モデルを用いたバッテリ状態推定部で推定した値とするようにしたので、電流変化量予測値Iedの予測精度を上げることができる。
【００６３】
以上、本発明を上記実施例に基づき説明してきたが、本発明は上記実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。
【００６４】
たとえば、実施例１のバッテリは、電気自動車等に搭載したバッテリであるが、これに限られない。
また、バッテリの内部抵抗値Rは、実施例の方法以外の方法で算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
1              内部抵抗値算出部
2              データ圧縮部
2a             定数算出部
2b             電圧変化量算出部
2c             電流変化量算出部
2d             電流変化量予測値算出部
2e             減算部
3              メモリ
3a             データ情報記録部
3b             差分データ記録部
4              メモリ
4a             データ情報記録部
4b             差分データ記録部
5              オフライン処理装置
5a             デコード部
5b             データ処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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