DE112016000834T5

DE112016000834T5 - Vorrichtung zum einschätzen eines batteriestatus

Info

Publication number: DE112016000834T5
Application number: DE112016000834.1T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Takegami; Toshihiro Wada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-11-30
Also published as: JP2017067788A; US10386418B2; WO2016132813A1; JP6403746B2; CN107250825A; JP6055960B1; US20180017628A1; JPWO2016132813A1; CN107250825B

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Einschätzen eines Batteriestatus angegeben, die dazu konfiguriert ist: einen ersten Ladezustand und eine erste Ladespannung, die dem ersten Ladezustand entspricht, zu berechnen, indem ein detektierter Strom, der von einer Strom-Detektionseinheit ausgegeben wird, und Ladezustands-Schätzparameter verwendet werden; eine zweite Leerlaufspannung und einen zweiten Ladezustand, der der zweiten Leerlaufspannung entspricht, zu berechnen, indem eine detektierte Spannung, die von einer Spannungs-Detektionseinheit ausgegeben wird, und Ersatzschaltungs-Parameter verwendet werden; rekursiv die Ladezustands-Schätzparameter zu schätzen und zu aktualisieren, indem ein Leerlaufspannungsfehler verwendet wird, der ein Wert ist, der durch Subtrahieren der ersten Leerlaufspannung von der zweiten Leerlaufspannung ermittelt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einschätzen eines Batteriestatus, die konfiguriert ist, einen internen Status der Batterie zu schätzen, und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus, die konfiguriert ist, einen internen Status einer Sekundärbatterie, wie etwa den Ladezustand und den Gesundheitszustand zu schätzen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Eine Technologie zur akkuraten Einschätzung eines internen Status einer Sekundärbatterie, wie etwa einen Ladezustand (engl. state of charge, SOC) und einen Gesundheitszustand (SOH) ist wichtig für elektrische Fahrzeuge, Eisenbahnfahrzeuge, installierte Leistungsspeichersysteme und andere Systeme, die eine Sekundärbatterie effizient verwenden.
Ein bekanntes Beispiel aus dem Stand der Technik zur Schätzung des SOC ist ein Stromintegrationsverfahren zur Schätzung eines aktuellen SOC unter Verwendung eines Initialwertes des SOC und eines integrierten Wertes des gemessenen Stroms. Ein weiteres bekanntes Beispiel ist ein Leerlaufspannungs-(engl. open circuit voltage, OCV-)Schätzungsverfahren zur Schätzung des aktuellen SOC durch Schätzung eines OCV der Batterie basierend auf einem der Batterie äquivalenten Schaltungsmodell und unter Verwendung einer OCV-SOC-Kurve.
Das Stromintegrationsverfahren und das OCV-Schätzungsverfahren weisen unterschiedliche Charakteristika auf. Im Einzelnen kann das Stromintegrationsverfahren kurzfristigen Änderungen des SOC akkurat folgen, ist jedoch empfindlich gegenüber Einflüssen durch Fehler von Parametern, die die initiale Elektrizitätsmenge, der SOH und der Offsetstrom sind. Insbesondere wird der Fehler des Stromoffsets integriert, woraus sich ergibt, dass sich die Genauigkeit der SOC-Schätzung im Laufe der Zeit verschlechtert.
Das OCV-Schätzungsverfahren verwendet auf der anderen Seite hauptsächlich eine gemessene Spannung, um den SOC zu schätzen. Daher wird der Fehler jedes Parameters im Gegensatz zum Stromintegrationsverfahren nicht akkumuliert. Es ist dennoch bekannt, dass das OCV-Schätzungsverfahren hochempfindlich ist gegenüber Einflüssen durch Fehler der Ersatzschaltungs-Parameter und der gemessenen Spannung. Daher ist die Genauigkeit der Kurzzeitschätzung zum Beispiel wegen dem Auftreten eines Ausreißers bei dem SOC-Schätzwerte mangelhaft.
Unter diesen Umständen wurden bereits zahlreiche SOC-Schätzungsverfahren vorgeschlagen, die eine geeignete Verwendung des Stromintegrationsverfahrens in Kombination mit dem OCV-Schätzungsverfahren aufweisen, um die Vorteile beider Verfahren zu erreichen, während deren Nachteile kompensiert werden sollen.
Ein spezifisches Beispiel für ein SOC-Schätzungsverfahren ist eine Technologie zur Berechnung eines finalen SOC-Schätzwertes durch Gewichtung und Kombination eines SOC-Schätzwertes, der mittels des Stromintegrationsverfahrens geschätzt wird, und eines SOC-Schätzwertes, der mittels des OCV-Schätzungsverfahrens geschätzt wird, in Abhängigkeit von dem Batterieverbrauch (siehe zum Beispiel die Patentliteratur 1).
Weiterhin ist, wie oben beschrieben, auch eine Technologie zur akkuraten Schätzung des SOH wichtig. Eine akkurate Schätzung des SOH ermöglicht es, einen Zeitpunkt für den Ersatz der Sekundärbatterie angemessen zu erfassen und führt zu einer Verbesserung der Genauigkeit der Schätzung des SOC.
Ein spezifisches Beispiel für ein SOH-Schätzungsverfahren stellt eine Technologie zur Berechnung eines SOH-Schätzungswertes dar (also eines Batteriekapazität-Schätzungswerts), die dadurch nicht empfindlich gegenüber dem Stromintegrationsfehler ist, dass SOC-Abweichungsbeträge des Stromintegrationsverfahrens und des OCV-Schätzungsverfahrens in einem Zeitraum verwendet werden, in dem ein Lade-/Entladestrom einen vorher festgelegten Schwellenwert überschreitet (siehe zum Beispiel Patentliteratur 2).
STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR

PTL 1: JP 4 583 765 B2
PTL 2: JP 5 419 832 B2

NICHT-PATENTLITERATUR

NPL 1: Shuichi Adachi, „Basics of system identification”, Tokyo, Denki University Press, September 2009, S. 170–177.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG TECHNISCHES PROBLEM
Dennoch treten beim Stand der Technik folgende Probleme auf. In dem Stand der Technik, der in der Patentliteratur 1 offenbart wird, wird die Gewichtung bei der Kombination der zwei SOCs basierend auf dem Betrag eines gleitenden Durchschnittswertes des Stroms bestimmt. Das führt dazu, dass der Fehler des Stromoffsets den finalen SOC-Schätzwert signifikant beeinflusst, wenn der Strom in einem Zeitraum stark variiert.
Außerdem können, selbst wenn der gleitende Durchschnittswert angemessen variiert, die Fehler aufgrund des SOC und des Stromoffsets für den SOC-Schätzwert, der mit dem Stromintegrationsverfahren gemessen wird, nicht gänzlich beseitigt werden, solange ein Ansatz der Gewichtung und Kombination zweier SOC-Schätzwerte angewendet wird.
In dem Stand der Technik, der in der Patentliteratur 2 offenbart wird, ist der SOH-Schätzwert sehr empfindlich gegenüber den Einflüssen von Fehlern der Stromintegration und der Ersatzschaltungs-Parameter, wenn der Stromwert den Schwellenwert in dem Integrationszeitraum nicht lange genug überschreitet. Daher kann der Einfluss eines Stromintegrationsfehlers nicht gänzlich beseitigt werden, solange ein Vorgehen zur Verbesserung der Schätzgenauigkeit des SOH mittels der Reduktion des Stromintegrationsfehlers gewählt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben erwähnten Probleme zu lösen und hat die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus anzugeben, die fähig ist, den internen Status einer Batterie akkurater als im Stand der Technik zu schätzen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Einschätzen eines Batteriestatus angegeben, die konfiguriert ist, einen Ladezustand einer Sekundärbatterie als einen geschätzten Ladezustand zu schätzen, wobei die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus Folgendes aufweist: eine Strom-Detektionseinheit, die konfiguriert ist, entweder einen Ladestrom oder einen Entladestrom der Sekundärbatterie als einen detektierten Strom zu detektieren, um den detektierten Strom auszugeben; eine Spannungs-Detektionseinheit, die konfiguriert ist, eine Spannung zwischen Anschlüssen der Sekundärbatterie als eine detektierte Spannung zu detektieren, um die detektierte Spannung auszugeben; eine erste rekursive Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, Ladezustands-Schätzparameter für die Ausgabe der Ladezustands-Schätzparameter zu schätzen, wobei die Ladezustands-Schätzparameter folgende Parameter beinhalten: einen Gesundheitszustand der Sekundärbatterie oder eine volle Ladekapazität der Sekundärbatterie; und einen Offsetstrom der Strom-Detektionseinheit; eine SOC-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, die seit Beginn der Schätzung des Ladezustands der Sekundärbatterie verstrichene Zeit, eine integrierte Elektrizitätsmenge, die seit Beginn der Schätzung des Ladezustands der Sekundärbatterie gemessen wird, und einen ersten Ladezustand basierend auf dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit ausgegeben wird, und auf den Ladezustands-Schätzparametern, die von der ersten rekursiven Schätzungseinheit ausgegeben werden, zu berechnen, um die verstrichene Zeit, die integrierte Elektrizitätsmenge und den ersten Ladezustand auszugeben; eine Offsetstrom-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, als einen korrigierten Strom einen Wert auszugeben, der ermittelt wird, indem der Offsetstrom, der von der ersten rekursiven Schätzungseinheit ausgegeben wird, von dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit ausgegeben wird, subtrahiert wird; eine SOC-OCV-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, den ersten Ladezustand, der von der SOC-Schätzungseinheit ausgegeben wird, in eine erste Leerlaufspannung umzuwandeln, um die erste Leerlaufspannung auszugeben; eine zweite rekursive Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, Ersatzschaltungs-Parameter zu schätzen, um die Ersatzschaltungs-Parameter auszugeben; eine OCV-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, basierend auf dem korrigierten Strom, der von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, auf der detektierten Spannung, die von der Spannungs-Detektionseinheit ausgegeben wird, und auf den Ersatzschaltungs-Parametern, die von der zweiten rekursiven Schätzungseinheit ausgegeben werden, eine zweite Leerlaufspannung und eine Zustandsgröße einer Ersatzschaltung zu berechnen, die den Ersatzschaltungs-Parametern entspricht, um die zweite Leerlaufspannung und die Zustandsgröße auszugeben; eine OCV-SOC-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, die zweite Leerlaufspannung, die von der OCV-Schätzungseinheit ausgegeben wird, in einen zweiten Ladezustand umzuwandeln, um den zweiten Ladezustand auszugeben; eine OCV-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als Leerlaufspannungsfehler auszugeben, der ermittelt wird, indem die erste Leerlaufspannung, die von der SOC-OCV-Umwandlungseinheit ausgegeben wird, von der zweiten Leerlaufspannung, die von der OCV-Schätzungseinheit ausgegeben wird, subtrahiert wird; und eine SOC-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als Ladezustands-Fehler auszugeben, der ermittelt wird, indem der erste Ladezustand, der von der SOC-Schätzungseinheit ausgegeben wird, von dem zweiten Ladezustand subtrahiert wird, der von der OCV-SOC-Umwandlungseinheit ausgegeben wird, wobei die erste rekursive Schätzungseinheit konfiguriert ist, die Ladezustands-Schätzparameter basierend auf dem Ladezustands-Fehler, der von der SOC-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, und auf der verstrichenen Zeit und der integrierten Elektrizitätsmenge, die von der SOC-Schätzungseinheit ausgegeben werden, rekursiv zu schätzen und zu aktualisieren, wobei die zweite rekursive Schätzungseinheit konfiguriert ist, die Ersatzschaltungs-Parameter basierend auf dem korrigierten Strom, der von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, auf der Zustandsgröße, die von der OCV-Schätzungseinheit ausgegeben wird, und auf dem Leerlaufspannungsfehler, der von der OCV-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, rekursiv zu schätzen und zu aktualisieren, und wobei die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus konfiguriert ist, den ersten Ladezustand als den geschätzten Ladezustand zu bestimmen.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Vorrichtung zum Einschätzen eines Batteriestatus anzugeben, die fähig ist, den internen Status einer Batterie akkurater als im Stand der Technik zu schätzen. Dazu ist die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus konfiguriert, in einer Basiskonfiguration, in der das Stromintegrationsverfahren und das OCV-Schätzungsverfahren kombiniert verwendet werden, den SOC der Sekundärbatterie mit dem neuen SOC-Schätzungsverfahren zu schätzen, das die Verwendung von Feedback-Information einschließt, die auf dem Schätzergebnis basiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Konfigurationszeichnung einer Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Konfigurationszeichnung einer SOC-Schätzungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung eines Konfigurationsbeispiels eines Ersatzschaltungs-Modells einer Sekundärbatterie für die Verwendung mit einer OCV-Schätzungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Konfigurationszeichnung einer OCV-Schätzungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Abläufen, die von der Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen ist.
6 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Abläufen, die von der SOC-Schätzungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen ist.
7 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Abläufen, die von der OCV-Schätzungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen ist.
8 ist eine Konfigurationszeichnung zur Veranschaulichung einer Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Abläufen, die von der Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen sind.
10 ist eine Konfigurationszeichnung einer Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Konfigurationszeichnung einer Feedback-SOC-Schätzungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Abläufen, die von der Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen sind.
13 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Abläufen, die von der Feedback-SOC-Schätzungseinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen sind.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Redundante Beschreibungen werden dann ausgelassen. Die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der vorliegenden Erfindung ist konfiguriert, einen internen Status einer Sekundärbatterie einzuschätzen; insbesondere, um den internen Status der Sekundärbatterie im Betrieb in beispielsweise elektrischen Fahrzeugen, Schienenverkehrsfahrzeugen, installierten Energiespeichersystemen und anderen Systemen einzuschätzen.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Konfigurationszeichnung einer Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 ist weiterhin eine Sekundärbatterie 101 abgebildet, die an die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus anschließbar ist. Basierend auf der Annahme, dass die Sekundärbatterie 101 eine Lithium-Ionen-Batterie ist, wird im Folgenden die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus beschrieben. Die Konfiguration der Sekundärbatterie 101 beinhaltet im Allgemeinen ladbare/entladbare Batterien. Die Sekundärbatterie 101 kann außerdem beispielsweise ein Bleiakkumulator, eine Nickel-Hydrogen-Batterie oder ein elektrochemischer Doppelschichtkondensator sein.
In 1 weist die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus eine Strom-Detektionseinheit 102, eine Spannungs-Detektionseinheit 103, eine Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104, eine SOC-Schätzungseinheit 105, eine OCV-Schätzungseinheit 106, eine SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107, eine OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108, eine SOC-Subtraktionseinheit 109, eine OCV-Subtraktionseinheit 110, eine erste rekursive Schätzungseinheit 111 und eine zweite rekursive Schätzungseinheit 112 auf.
Die Strom-Detektionseinheit 102 ist zur Durchführung von Stromdetektions-Verarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen detektiert die Strom-Detektionseinheit 102 einen Lade-/Entladestrom der Sekundärbatterie 101 als einen detektierten Strom I und gibt den detektierten Strom I an die Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104 und die SOC-Schätzungseinheit 105 aus.
Die Spannungs-Detektionseinheit 103 ist zur Durchführung von Spannungsdetektor-Verarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen detektiert die Spannungs-Detektionseinheit 103 während des Ladens/Entladens der Sekundärbatterie 101 eine Spannung zwischen Anschlüssen als eine detektierte Spannung V und gibt die detektierte Spannung V an die OCV-Schätzungseinheit 106 aus.
Die Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104 ist zur Durchführung von Offsetstrom-Subtraktionsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen subtrahiert die Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104 einen Offsetstrom I_off, der von der ersten rekursiven Schätzungseinheit 111 eingegeben wird, von dem detektierten Strom I, der von der Strom-Detektionseinheit 102 eingegeben wird, und gibt den ermittelten Wert als einen korrigierten Strom I' an die OCV-Schätzungseinheit 106 und die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 aus.
Die SOC-Schätzungseinheit 105 ist zur SOC-Schätzungsverarbeitung mittels eines Stromintegrationsverfahrens konfiguriert. Im Einzelnen verwendet die SOC-Schätzungseinheit 105 das Stromintegrationsverfahren, um einen ersten Ladezustand SOC₁ zu schätzen. Genauer gesagt, es berechnet die SOC-Schätzungseinheit 105 den ersten Ladezustand SOC₁, eine verstrichene Zeit t_k und eine integrierte Elektrizitätsmenge Q_C basierend auf dem detektierten Strom I, der von der Strom-Detektionseinheit 102 eingegeben wird, einem Gesundheitszustand SOH der Sekundärbatterie 101, dem Offsetstrom I_off und einem initialen Elektrizitätsmengen-Fehler ΔQ_C0 der Sekundärbatterie 101, die von der ersten rekursiven Schätzungseinheit 111 eingegeben werden.
Die für das Errechnen des SOC mittels Stromintegrationsverfahren notwendigen Parameter werden als „SOC-Schätzparameter” bezeichnet. In dieser Beschreibung ist ein Beispiel gegeben, in dem die SOC-Schätzparameter der Gesundheitszustand SOH, der Offsetstrom I_off und der initiale Elektrizitätsmengen-Fehler ΔQ_C0 sind.
Die SOC-Schätzungseinheit 105 gibt den berechneten ersten Ladezustand SOC₁ an die SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107 und die SOC-Subtraktionseinheit 109 aus und gibt die berechnete verstrichene Zeit und die integrierte Elektrizitätsmenge Q_C an die erste rekursive Schätzungseinheit 111 aus.
Weiterhin ist der durch die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus geschätzte SOC der Sekundärbatterie 101 der erste Ladezustand SOC₁, der von der SOC-Schätzungseinheit 105 ausgegeben wird. Mit anderen Worten: Der erste Ladezustand SOC₁ wird von der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus als ein Endergebnis der Schätzung des SOC der Sekundärbatterie 101 ausgegeben.
Im Folgenden werden Regeln zur Berechnung des ersten Ladezustands SOC₁ durch die SOC-Schätzungseinheit anhand von Formeln beschrieben.
Wenn der SOC der Sekundärbatterie 101 mithilfe des Stromintegrationsverfahrens geschätzt wird, was die herkömmliche Weise darstellt, kann ein SOC-Schätzwert SOC_C durch den Ausdruck (1) oder (2) dargestellt werden, wobei SOC_C den Schätzwert des SOC repräsentiert und Q_C den Schätzwert der integrierten Elektrizitätsmenge.
In den obigen Ausdrücken stellt t_S einen Abtastzeitraum dar, k stellt eine Abtastzeit dar und FCC stellt eine volle Ladekapazität (engl. full charge capacity, FCC) dar. Die FCC kann durch Ausdruck (3) dargestellt werden, indem eine initiale volle Ladekapazität FCC₀ und der Gesundheitszustand SOH verwendet werden. FCC = FCC₀ × SOH (3),
Im Folgenden wird der tatsächliche Wert der Elektrizitätsmenge der Sekundärbatterie 101 durch Q* repräsentiert. Es wird die Darstellung von Q* anhand der integrierten Elektrizitätsmenge Q_C diskutiert.
Der detektierte Strom I beinhaltet den Offsetstrom I_off, der eine Konstante ist, als Detektierfehler der Strom-Detektionseinheit 102. Weiterhin beinhaltet der Initialwert der integrierten Elektrizitätsmenge Q_C den initialen Elektrizitätsmengen-Fehler ΔQ_C0 (= Qc(0) – Q*(0)), gemessen in Abhängigkeit von Q*. Daher kann davon ausgegangen werden, dass Q* ermittelt werden kann, indem die dem Offsetstrom I_off entsprechende Elektrizitätsmenge und der initiale Elektrizitätsmengen-Fehler ΔQ_C0 von der integrierten Elektrizitätsmenge Q_C subtrahiert werden. Das heißt, der Ausdruck (4) ist erfüllt. Q*(k) = Q_C(k) – t_kI_off – ΔQ_C0 (4).
In Ausdruck (4) ist t_k = kt_s erfüllt, wobei t_k die verstrichene Zeit ab einer initialen Zeit darstellt, die k = 0 entspricht. Speziell repräsentiert die verstrichene Zeit t_k eine Zeit, die seit dem Beginn der Schätzung des SOC der Sekundärbatterie 101 vergangen ist; genauer: sie repräsentiert eine Zeit, die seit dem Beginn der Ausführung eines Funktionsablaufs von einem später beschriebenen, in 5 gezeigten Ablaufdiagramm, vergangen ist.
Um die zweite Gleichung gemäß Ausdruck (2) unter Verwendung der Ausdrücke (3) und (4) zu korrigieren, wird weiterhin der erste Ladezustand SOC₁ durch folgenden Ausdruck repräsentiert.
Die SOC-Schätzungseinheit 105 berechnet anhand von dem Ausdruck (5) den ersten Ladezustand SOC₁. Wie aus dem Ausdruck (5) hervorgeht, kann die SOC-Schätzungseinheit 105 einen akkuraten SOC berechnen, dessen Fehler unmittelbar beseitigt wird, wenn die SOC-Schätzungseinheit 105 die präzise geschätzten SOC-Schätzparameter verwendet (und zwar den Gesundheitszustand SOH, den Offsetstrom I_off und den initialen Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0).
Als Nächstes wird ein spezifisches Konfigurationsbeispiel der SOC-Schätzungseinheit 105 unter Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist eine Konfigurationszeichnung der SOC-Schätzungseinheit 105 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2 weist die SOC-Schätzungseinheit 105 Folgendes auf: einen Koeffizienten-Multiplizierer 201, einen Integrator 202, eine Werte-Speichereinheit 203, einen Integrator 204, eine Werte-Speichereinheit 205, einen Multiplikator 206, einen Subtrahierer 207, eine Werte-Speichereinheit 208, einen Subtrahierer 209, einen Koeffizienten-Multiplizierer 210 und einen Koeffizienten-Multiplizierer 211.
Der Koeffizienten-Multiplizierer 201 ist zur Abtastzeitraum-Multiplikationsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen multipliziert der Koeffizienten-Multiplizierer 201 den durch die Strom-Detektionseinheit 102 eingegebenen detektierten Strom I mit dem Abtastzeitraum t_S und gibt den ermittelten Wert an den Integrator 202 aus.
Der Integrator 202 ist zur integrierten Elektrizitätsmengen-Berechnungsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen addiert der Integrator 202 einen Ausgabewert des Integrators 202 einer vorangegangenen Zeit zu einem Ausgabewert des Koeffizienten-Multiplizierers 201, um die integrierte Elektrizitätsmenge Q_C zu berechnen und gibt die berechnete integrierte Elektrizitätsmenge Q_C aus. Kurz gesagt, es berechnet der Integrator 202 die erste Gleichung aus dem Ausdruck (2). Wenn die SOC-Schätzung gestartet wird, kann der erste Ladezustand SOC₁, der am Ende der vorangegangenen SOC-Schätzung erhalten worden ist, mit der vollen Ladekapazität FCC multipliziert werden, um als Wert für Q_C(0) verwendet zu werden.
Wenn in anderen Fällen eine lange Zeit seit dem Ende der vorangegangenen SOC-Schätzung vergangen ist, wird die Überspannung der Sekundärbatterie 101 als ausreichend gering angenommen. Insofern kann die durch die Spannungs-Detektionseinheit 103 detektierte Spannung V als Leerlaufspannung der Sekundärbatterie 101 angenommen werden. Daher ist es möglich, die weiter unten beschriebene OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108 zu verwenden, um die Leerlaufspannung in den SOC umzuwandeln und den durch Multiplizieren der umgewandelten SOC mit der vollen Ladekapazität FCC ermittelten Wert als den Wert für Q_C(0) zu verwenden.
Die Werte-Speichereinheit 203 ist zur Verarbeitung der gespeicherten Abtastzeitraum-Ausgabe konfiguriert. Im Einzelnen speichert die Werte-Speichereinheit 203 den Abtastzeitraum t_s und gibt den gespeicherten Abtastzeitraum t_s an den Integrator 204 aus.
Der Integrator 204 ist zur Verarbeitung der Berechnung der verstrichenen Zeit konfiguriert. Im Einzelnen integriert der Integrator den Ausgabewert der Werte-Speichereinheit 203 (und zwar den Abtastzeitraum t_s), um die verstrichene Zeit t_k zu berechnen, und gibt die berechnete verstrichene Zeit t_k aus. Der Integrator 204 setzt den Anfangswert von t_k auf 0, bevor begonnen wird, den Ausgabewert der Werte-Speichereinheit 203 zu integrieren.
Die Werte-Speichereinheit 205 ist zur Verarbeitung der gespeicherten Stromoffset-Ausgabe konfiguriert. Im Einzelnen speichert die Werte-Speichereinheit 205 den Offsetstrom I_off und gibt den gespeicherten Offsetstrom I_off an den Multiplikator 206 aus.
Der Multiplikator 206 ist zur Verarbeitung der Multiplikation verstrichener Zeit konfiguriert. Im Einzelnen multipliziert der Multiplikator 206 den Ausgabewert des Integrators 204 (und zwar die verstrichene Zeit t_k) mit dem Ausgabewert der Werte-Speichereinheit 205 (und zwar dem Offsetstrom I_off) und gibt den ermittelten Wert an den Subtrahierer 207 aus.
Der Subtrahierer 207 ist zur Offset-Subtraktionsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen subtrahiert der Subtrahierer 207 den Ausgabewert des Multiplikators 206 von dem Ausgabewert des Integrators 202 und gibt den ermittelten Wert an den Subtrahierer 209 aus.
Die Werte-Speichereinheit 208 ist zur Verarbeitung der gespeicherten initialen Elektrizitätsmengen-Fehlerausgabe konfiguriert. Im Einzelnen speichert die Werte-Speichereinheit 208 den initialen Elektrizitätsmengen-Fehler ΔQ_C0 und gibt den gespeicherten initialen Elektrizitätsmengen-Fehler ΔQ_C0 an den Subtrahierer 209 aus.
Der Subtrahierer 209 ist zur initialen Elektrizitätsmengen-Fehler-Subtraktionsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen subtrahiert der Subtrahierer 209 den Ausgabewert der Werte-Speichereinheit 208 von dem Ausgabewert des Subtrahierers 207 und gibt den ermittelten Wert an den Koeffizienten-Multiplizierer 210 aus.
Der Koeffizienten-Multiplizierer 210 ist zur Verarbeitung der initialen FCC-Kehrwert-Multiplikation konfiguriert. Im Einzelnen multipliziert der Koeffizienten-Multiplizierer 210 den Ausgabewert des Subtrahierers 209 mit dem Kehrwert der initialen vollen Lagekapazität FCC₀ und gibt den ermittelten Wert an den Koeffizienten-Multiplizierer 211 aus. Der Kehrwert der initialen vollen Ladekapazität FCC₀ wird nachfolgend als ”reziproke FCC₀ ^–1” bezeichnet.
Der Koeffizienten-Multiplizierer 211 ist zur SOH-Kehrwert-Multiplikationsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen multipliziert der Koeffizienten-Multiplizierer 211 den Ausgabewert des Koeffizienten-Multiplizierers 210 mit dem Kehrwert des Gesundheitszustandes SOH und gibt den ermittelten Wert als den ersten Ladezustand SOC₁ aus. Der Kehrwert des Gesundheitszustandes SOH wird nachfolgend als ”reziproker SOH^–1” bezeichnet.
Jeweilige in der Werte-Speichereinheit 205 und der Werte-Speichereinheit 208 gespeicherte Werte, sowie der Gesundheitszustand SOH, der von dem Koeffizienten-Multiplizierer 211 verwendet wird, um den ersten Ladezustand SOC₁ zu berechnen, werden wiederholt durch Verwendung der Ausgabe durch die später beschriebene erste rekursive Schätzungseinheit 111 aktualisiert.
Wie unter Bezugnahme auf die Beschreibung gemäß 1 ersichtlich, ist die OCV-Schätzungseinheit 106 konfiguriert, die OCV-Schätzungsverarbeitung mit einem OVV-Schätzungsverfahren auszuführen. Im Einzelnen verwendet die OCV-Schätzungseinheit 106 das OCV-Schätzungsverfahren, um die zweite Leerlaufspannung OCV₂ der Sekundärbatterie 101 zu schätzen. Genauer gesagt, es berechnet die OCV-Schätzungseinheit 106 die zweite Leerlaufspannung OCV₂ und einen Spannungsabfallbetrag v der Sekundärbatterie 101 basierend auf dem von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104 eingegebenen korrigierten Strom I', der von der Spannungs-Detektionseinheit 103 eingegebenen detektierten Spannung V und Ersatzschaltungs-Parametern, die von der zweiten rekursiven Schätzungseinheit 112 eigegeben werden.
Die OCV-Schätzungseinheit 106 gibt die berechnete zweite Leerlaufspannung OCV₂ an die OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108 und die OCV-Subtraktionseinheit 110 aus und gibt den berechneten Spannungsabfallbetrag v an die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 aus.
Im Folgenden werden Regeln zur Berechnung der zweiten Leerlaufspannung OCV₂ durch die OCV-Schätzungseinheit 106 mittels der Verwendung von Formeln mit Bezug auf 3. beschrieben. 3 ist ein Schaltplan zur Veranschaulichung einer Beispielkonfiguration eines Ersatzschaltungs-Modells der Sekundärbatterie 101, der auf die OCV-Schätzungseinheit 106 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
Die zweite Leerlaufspannung OCV₂ wird durch Subtraktion einer Überspannung η der Sekundärbatterie 101 von der mit der Spannung zwischen den Anschlüssen der Sekundärbatterie 101 korrespondierenden detektierten Spannung V ermittelt. Das heißt, der Ausdruck (6) ist erfüllt. OCV₂(k) = V(k) – η(k) (6).
Es ist weiterhin möglich, die Überspannung η näherungsweise zu berechnen, indem das Ersatzschaltungs-Modell der Sekundärbatterie 101 verwendet wird.
In 3 stellt R₀ einen Gleichstromwiderstand dar, der einen Lösungswiderstand und einen Ladungstransferwiderstand mit einer geringen Zeitkonstante berücksichtigt. Weiterhin stellt R₁ einen Diffusionswiderstand dar und C₁ repräsentiert eine elektrochemische Doppelschicht-Kapazität. In diesem Fall sind R₀, R₁ und C₁ die Ersatzschaltungs-Parameter. Weiterhin ist der Spannungsabfallbetrag v ein Spannungsabfallbetrag, der für den Parallelschaltungs-Bereich von R₁ und C₁ gemessen wird.
Ausgehend von dem in 3 abgebildeten Ersatzschaltungs-Modell wird weiter die Überspannung η der Sekundärbatterie 101 mit dem Spannungsabfallbetrag v als Zustandsgröße der Ersatzschaltung gemäß Ausdruck (7) berechnet.
Bei der ersten Ausführungsform wird das in 3 abgebildete Ersatzschaltungs-Modell angenommen. Die Konfiguration des Ersatzschaltungs-Modells ist nicht auf die aus 3 eingeschränkt. So kann beispielsweise Diffusion durch einen mehrstufigen RC-Schaltkreis repräsentiert werden oder der Ladungstransferwiderstand kann von dem Gleichstromwiderstand getrennt sein, wenn der Abtastzeitraum t_s kurz genug ist. In dieser Weise ist es möglich, verschiedene Formen der Konfiguration des Ersatzschaltungs-Modells der Sekundärbatterie 101 anzuwenden.
In dieser Beschreibung ist weiterhin ein Fall veranschaulicht, in dem die Zustandsgröße der Ersatzschaltung der Spannungsabfallbetrag v ist, aber ein Ladebetrag q von einem Kondensator C₁ statt dem Spannungsabfallbetrag v als Zustandsgröße der Ersatzschaltung angenommen werden kann.
Im Folgenden wird ein spezifisches Konfigurationsbeispiel einer OCV-Schätzungseinheit 106 unter Bezug auf 4 beschrieben. 4 ist eine Konfigurationszeichnung der OCV-Schätzungseinheit 106 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 4 beinhaltet die OCV-Schätzungseinheit 106 eine Überspannungs-Berechnungseinheit 401 und einen Subtrahierer 402.
Die Überspannungs-Berechnungseinheit 401 ist zur Überspannungs-Berechnungsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen berechnet die Überspannungs-Berechnungseinheit 401 den Spannungsabfallbetrag v und die Überspannung η gemäß Ausdruck (7), basierend auf dem durch die Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104 eingegebenen korrigierten Strom I'. Außerdem gibt die Überspannungs-Berechnungseinheit 401 den berechneten Spannungsabfallbetrag v an die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 aus und gibt die berechnete Überspannung η an den Subtrahierer 402 aus.
Der Subtrahierer 402 ist zur Überspannungs-Subtraktionsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen subtrahiert der Subtrahierer 402 die Überspannung η von der durch die Spannungs-Detektionseinheit 103 eingegebenen detektierten Spannung V und gibt den ermittelten Wert als zweite Leerlaufspannung OCV₂ aus.
Die Ersatzschaltungs-Parameter, die von der Überspannungs-Berechnungseinheit 401 verwendet werden, um den Spannngsabfallbetrag v und die Überspannung η gemäß Ausdruck (7) zu berechnen, werden rekursiv unter Verwendung der Ausgabe der später beschriebenen zweiten rekursiven Schätzungseinheit 112 aktualisiert.
Wie unter Bezugnahme auf die Beschreibung der 1 ersichtlich, ist die SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107 konfiguriert, SOC-OCV-Umwandlungsverarbeitung auszuführen. Im Einzelnen wandelt die SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107 den durch die SOC-Schätzungseinheit 105 eingegebenen ersten Ladezustand SOC₁ in eine erste Leerlaufspannung OCV₁ der Sekundärbatterie 101 um und gibt die durch die Umwandlung erhaltene erste Leerlaufspannung OCV₁ an die OCV-Subtraktionseinheit 110 aus.
Das Verhältnis zwischen dem SOC und der Leerlaufspannung hängt kaum von der Temperatur und dem Grad der Degeneration der Sekundärbatterie 101 ab. Daher wandelt die SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107 die Leerlaufspannung basierend auf den zuvor ermittelten Messdaten in den SOC um. Im Einzelnen erzeugt die SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107 beispielsweise eine lineare Interpolationsfunktion oder eine Näherungskurve basierend auf einer limitierten Anzahl von Messdaten und verwendet die Funktion oder Kurve, um die Leerlaufspannung in den SOC umzuwandeln.
Die OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108 ist zur OCV-SOC-Umwandlungsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen wandelt die OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108 die von der OCV-Schätzungseinheit 106 eingegebene zweite Leerlaufspannung OCV₂ in einen zweiten Ladezustand SOC₂ der Sekundärbatterie 101 um, und gibt den durch Umwandlung erhaltenen zweiten Ladezustand SOC₂ an die SOC-Subtraktionseinheit 109 aus.
Weiterhin kann die OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108 eine ähnliche Funktion, wie etwa die der SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107 verwenden, um die von der OCV-Schätzungseinheit 106 eingegebene zweite Leerlaufspannung OCV₂ in den zweiten Ladezustand SOC₂ umzuwandeln.
Die SOC-Subtraktionseinheit 109 ist zur SOC-Fehlerberechnungsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen subtrahiert die SOC-Subtraktionseinheit 109 den von der SOC-Schätzungseinheit 105 eingegebenen ersten Ladezustand SOC₁ von dem durch die OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108 eingegebenen zweiten Ladezustand SOC₂, und gibt den ermittelten Wert an die erste rekursive Schätzungseinheit 111 als einen SOC-Fehler ε₁ aus.
Die OCV-Subtraktionseinheit 110 ist zur OCV-Fehlerberechnungsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen subtrahiert die OCV-Subtraktionseinheit 110 die von der SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107 eingegebene erste Leerlaufspannung OCV₁ von der durch die OCV-Schätzungseinheit 106 eingegebenen zweiten Leerlaufspannung OCV₂, und gibt den ermittelten Wert an die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 als einen Leerlaufspannungsfehler ε₂ aus.
Die erste rekursive Schätzungseinheit 111 ist zur rekursiven Schätzungsverarbeitung für die Stromintegrations-Korrektur konfiguriert, rekursiv Schätzwerte der SOC-Schätzparameter zu aktualisieren. Im Einzelnen verwendet die erste rekursive Schätzungseinheit 111 ein rekursives Schätzungsverfahren, auf der Basis von der verstrichenen Zeit t_k und der integrierten Elektrizitätsmenge Q_C, die von der SOC-Schätzungseinheit 105 und dem durch die SOC-Subtraktionseinheit 109 eingegeben werden, sowie den SOC-Fehler ε₁, um damit die Schätzwerte der SOC-Schätzparameter zu berechnen.
Außerdem gibt die erste rekursive Schätzungseinheit 111 die berechneten SOC-Schätzparameter an die SOC-Schätzungseinheit 105 aus und gibt neben den berechneten SOC-Schätzparametern allein den Offsetstrom I_off an die Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104 aus.
Das von der ersten rekursiven Schätzungseinheit 111 verwendete rekursive Schätzungsverfahren kann zum Beispiel ein rekursives Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate sein (engl. rekursive least squares (RLS), siehe Nicht-Patentliteratur 1).
Das rekursive Schätzungsverfahren ist nicht auf RLS limitiert und kann beispielsweise ein rekursives Verfahren der gesamten kleinsten Fehlerquadrate (engl. recursive total least squares (RTLS)), ein rekursives Verfahren der partiellen kleinsten Fehlerquadrate (engl. recursive partial least squares (RPLS)), oder ein Kalman-Filter sein.
Die Aktualisierungsformel für RLS ist entsprechend dem nachstehenden Ausdruck (8) gebildet.
Wenn in dem Ausdruck (8) N die Anzahl unabhängiger Variablen repräsentiert, repräsentieren θ₁, φ₁, P₁, ε₁, und λ₁ jeweils einen Vektor unabhängiger Variablen der Dimension N × 1, einen N×1-Vektor, eine N×N-Kovarianzmatrix, ein Fehlersignal und einen Vergessenskoeffizienten.
φ₁ und θ₁ können beispielsweise durch den nachstehenden Ausdruck (9) festgelegt werden.
Auf der Basis von dem Ausdruck (5) wird die Repräsentation von SOC₁(k) = φ₁ ^T(k)θ₁(k – 1) erhalten. Daher ist nachvollziehbar, dass der SOC-Fehler ε₁, der ein Ausgabewert der SOC-Subtraktionseinheit 109 ist, einen zweiten Ladezustand SOC₂ als sein Lernsignal (engl. teaching signal) hat, und als Vorhersagefehler (engl. predication error) von RLS dient.
θ₁(k), ermittelt anhand der ersten Gleichung von Ausdruck (8), wird verwendet, um die zweite Gleichung gemäß Ausdruck (9) zu lösen. Dadurch werden die Schätzwerte der SOC-Schätzparameter, und zwar SOH(k), I_off(k) und ΔQ_C0(k), ermittelt.
Der Anfangswert θ₁(0) des unabhängigen variablen Vektors kann durch die Verwendung von vorläufiger Information über SOH(0), I_off(0) und ΔQ_C0(0) bestimmt werden. Wenn keine vorläufige Information bekannt ist, können zum Beispiel SOH(0) = 1, I_off(0) = 0 und ΔQ_C0(0) = 0 festgelegt werden.
In dieser Beschreibung wird beispielhaft ein Fall gezeigt, in dem die SOC-Schätzparameter der Gesundheitszustand SOH, der Offsetstrom I_off und der initiale Elektrizitätsmengen-Fehler ΔQ_C0 sind. Trotzdem sind die SOC-Schätzparameter nicht auf diese Werte beschränkt.
Genauer gesagt, es wird in dieser Beschreibung ein Fall veranschaulicht, in dem der Gesundheitszustand SOH als ein gemäß Ausdruck (5) dargestellter Fehlerfaktor gegeben ist, um den Gesundheitszustand zu schätzen. Dennoch kann anstatt des Gesundheitszustandes SOH die volle Ladekapazität FCC als ein Fehlerfaktor gegeben sein, um die volle Ladekapazität FCC zu schätzen.
Darüber hinaus wird in dieser Beschreibung beispielhaft ein Fall beschrieben, in dem der initiale Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0 als ein Fehlerfaktor des Stromintegrationsverfahrens gegeben ist, um den initialen Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0 zu schätzen. Es kann jedoch anstelle eines anfänglichen Elektrizitätsmengenfehlers ΔQ_C0 auch eine initiale Elektrizitätsmenge Q_C0 als ein Fehlerfaktor des Stromintegrationsverfahrens gegeben sein, um die initiale Elektrizitätsmenge Q_C0 zu schätzen.
Darüber hinaus wird in dieser Beschreibung beispielhaft ein Fall beschrieben, in dem der initiale Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0 als Fehlerfaktor des Stromintegrationsverfahrens gegeben ist, um den initialen Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0 zu schätzen. Anstelle des initialen Elektrizitätsmengenfehlers ΔQ_C0 kann jedoch ein initialer Ladezustand SOC_ini als ein Fehlerfaktor des Stromintegrationsverfahrens gegeben sein, um den initialen Ladezustand SOC_ini zu schätzen.
In dieser Beschreibung ist außerdem beispielhaft ein Fall dargestellt, in dem der initiale Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0 als ein Fehlerfaktor des Stromintegrationsverfahrens gegeben ist, um den initialen Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0 zu schätzen. Ein initialer SOC-Fehler ΔSOC_ini kann dennoch als ein Fehlerfaktor des Stromintegrationsverfahrens anstelle des initialen Elektrizitätsmengenfehlers ΔQ_C0 gegeben sein, um den initialen SOC-Fehler ΔSOC_ini zu schätzen
Um hierzu ein spezifisches Beispiel zu geben: Wenn die volle Ladekapazität FCC anstelle des Gesundheitszustandes SOH geschätzt wird und der initiale Ladezustand SOC_ini anstelle des initialen Elektrizitätsmengenfehlers ΔQ_C0 geschätzt wird, wird der erste Ladezustand SOC₁ gemäß Ausdruck (10) berechnet, der Ausdruck (5) ersetzt.
Wenn weiterhin der initiale Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0 ausreichend klein ist, können nur der Gesundheitszustand SOH und der Offsetstrom I_off geschätzt werden, ohne den initialen Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0 zu schätzen.
Auf diese Weise ist es möglich, den ersten Ladezustand SOC₁ zu schätzen, solange die SOC-Schätzparameter zumindest den Gesundheitszustand SOH und den Offsetstrom I_off aus den Parametern Gesundheitszustand SOH, der vollen Ladekapazität FCC, dem Offsetstrom I_off, der initialen Elektrizitätsmenge Q_C0, dem initialen Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0, dem initialen Ladezustand SOC_ini und dem initialen SOC-Fehler ΔSOC_ini, beinhalten.
In anderen Fällen ist es außerdem möglich, den ersten Ladezustand SOC₁ zu schätzen, solange die SOC-Schätzparameter zumindest die volle Ladekapazität FCC und den Offsetstrom I_off unter den Parametern Gesundheitszustand SOH, der vollen Ladekapazität FCC, dem Offsetstrom I_off, der initialen Elektrizitätsmenge Q_C0, dem initialen Elektrizitätsmengenfehler ΔQ_C0, dem initialen Ladezustand SOC_ini und dem initialen SOC-Fehler ΔSOC_ini, beinhalten.
Die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 ist zur rekursiven Schätzungsverarbeitung für eine Korrektur der Ersatzschaltung konfiguriert, rekursiv Schätzwerte der Ersatzschaltungs-Parameter zu aktualisieren. Im Einzelnen verwendet die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 ein rekursives Schätzverfahren, auf der Basis von dem korrigierten Strom I', der von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104 eingegeben wird, auf dem Spannungsabfallbetrag v, der von der OCV-Schätzungseinheit 106 eingegeben wird und dem Leerlaufspannungsfehler ε₂, der von der OCV-Subtraktionseinheit 110 eingegeben wird, um dadurch die Schätzwerte der Ersatzschaltungs-Parameter zu berechnen. Weiterhin gibt die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 die berechneten Ersatzschaltungs-Parameter an die OCV-Schätzungseinheit 106 aus.
Das rekursive Schätzungsverfahren, das durch die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 zu verwenden ist, ist, ähnlich zu dem Fall der ersten rekursiven Schätzungseinheit 111, zum Beispiel RLS. In diesem Fall ist die Aktualisierungsformel für RLS wie in dem nachstehenden Ausdruck (11) aufgebaut.
Wenn in dem Ausdruck (11) N die Anzahl der unabhängigen Variablen repräsentiert, so repräsentieren θ₂, φ₂, P₂, ε₂ und λ₂ jeweils einen N×1-Vektor unabhängiger Variablen, einen N×1-Vektor, eine N×N-Kovarianzmatrix, ein Fehlersignal und einen Vergessenskoeffizienten.
Weiterhin können φ₂ und θ₂ beispielsweise durch den nachstehenden Ausdruck (12) festgelegt werden.
In diesem Fall ist, auf der Basis von den Ausdrücken (6) und (7), der Ausdruck (13) erfüllt.
Wie aus dem Ausdruck (13) hervorgeht, ist (V-OCV₁) das Lernsignal des Leerlaufspannungsfehlers ε₂, der ein Ausgabewert der OCV-Subtraktionseinheit 110 ist, und dient als ein Vorhersagefehler für RLS.
Das durch die erste Gleichung in dem Ausdruck (11) ermittelte θ₂(k) wird verwendet, um die zweite Gleichung in Ausdruck (12) zu lösen. Daraus werden die Schätzwerte der Ersatzschaltungs-Parameter, und zwar R₀(k), R₁(k) und C₁(k), ermittelt.
Der initiale Wert θ₂(0) des unabhängigen variablen Vektors kann bestimmt werden, indem beispielsweise Daten in Abhängigkeit von der Batterietemperatur für jeden Parameter als Vorinformation über R₀(0), R₁(0) und C₁(0) vorgehalten werden und die Batterietemperatur der Sekundärbatterie 101 eingegeben wird.
Wie aus dem Ausdruck (12) hervorgeht, ist die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 konfiguriert, alle Ersatzschaltungs-Parameter zu schätzen. Die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 kann aber auch konfiguriert sein, um von den Ersatzschaltungs-Parametern nur R₀ und R₁ zu schätzen, indem ein Teil der Parameter, zum Beispiel eine Zeitkonstante τ (= C₁R₁) der Ersatzschaltung fixiert wird.
In diesem Fall werden beispielsweise zugeordnete Daten für jede Temperatur oder jeden Grad der Degeneration der Sekundärbatterie 101 verwendet, um den Wert der Zeitkonstanten τ zu schätzen. Weiterhin wird der nachstehende Ausdruck (14) anstelle von Ausdruck (7) verwendet.
Wenn in dieser Weise Ausdruck (14) verwendet wird, wird der nachstehende Ausdruck (15) anstelle von Ausdruck (12) verwendet. In diesem Fall ist die Ladungsmenge q des Kondensators C₁ die Zustandsgröße der Ersatzschaltung anstelle des Spannungsabfallbetrags v.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die Flussdiagramme der 5 bis 7 eine Reihe von Abläufen zu Schätzung des SOC der Sekundärbatterie 101 beschrieben, die von der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt werden. 5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Reihe von Abläufen, die von der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen sind.
6 ist ein Flussdiagramm, das eine Reihe von Abläufen darstellt, die von der SOC-Schätzungseinheit 105 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen sind. 7 ist ein Flussdiagramm, das eine Reihe von Abläufen zeigt, die von der OCV-Schätzungseinheit 106 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen sind.
Eine Reihe von Schritten S102 bis S112 einer arithmetischen Verarbeitung, die in 5 dargestellt ist, entspricht der arithmetischen Verarbeitung einer Periode bzw. Zeitspanne, die durch die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus ausgeführt wird. Diese arithmetische Verarbeitung wird mit einer Periode entsprechend dem Abtastzeitraum t_s wiederholt.
Weiterhin entspricht eine Reihe von in 6 gezeigten Schritten S201 bis S211 einer arithmetischen Verarbeitung, die in dem in 5 dargestellten Schritt S105 auszuführen ist. Außerdem entspricht eine Reihe von in 7 gezeigten Schritten S401 und S402 arithmetischer Verarbeitung der arithmetischen Verarbeitung, die in dem in 5 dargestellten Schritt S106 ausgeführt wird.
In den Flussdiagrammen der 5 bis 7 entspricht die Nummer jedes Schritts der jeweiligen Komponente der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus. In anderen Worten: Wie oben beschrieben, führt in den Flussdiagrammen der 5 bis 7 jede Komponente der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus einen Schritt aus, der die gleiche Nummer wie die Komponente hat.
Wie in 5 gezeigt, führt die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus die Reihe der Schritte S102 bis S112 der arithmetischen Verarbeitung in dem Abtastzeitraum t_s aus.
Weiterhin führt die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus im Schritt S105 die Reihe der Schritte S201 bis S211 der arithmetischen Verarbeitung aus, die in 6 gezeigt ist. Außerdem führt die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus im Schritt S106 die Reihe der Schritte S401 und S402 der in 7 gezeigten arithmetischen Verarbeitung aus.
Im Hinblick auf die Schritte der Flussdiagramme der 5 bis 7 ist die Reihenfolge der Ausführung durch die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus nicht auf diejenige beschränkt, die in den 5 bis 7 dargestellt ist. Sie kann verändert werden, solange die Abhängigkeitsbeziehung unter den Schritten beibehalten wird.
Wie zuvor beschrieben, weist die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der ersten Ausführungsform bei der ersten Konfiguration Folgendes auf: die erste rekursive Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, die SOC-Schätzparameter zu schätzen und auszugeben; die SOC-Schätzeinheit, die konfiguriert ist, auf der Basis von dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit eingegeben wird, und den SOC-Schätzparametern, die von der ersten rekursiven Schätzungseinheit eingegeben werden, den ersten Ladezustand und die verstrichene Zeit und integrierte Elektrizitätsmenge zu berechnen und auszugeben, die seit Beginn der Schätzung des SOC der Sekundärbatterie gemessen werden; die Offsetstrom-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als korrigierten Strom auszugeben, der ermittelt wird, indem der Offsetstrom, der von der ersten rekursiven Schätzungseinheit eingegeben wird, von dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit eingegeben wird, subtrahiert wird; Die OCV-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, die zweite Leerlaufspannung auf der Basis von dem korrigierten Strom, der von Offsetstrom-Subtraktionseinheit eigegeben wird, und der detektierten Spannung, der von der Spannungs-Detektionseinheit eingegeben wird, zu berechnen und auszugeben; die OCV-SOC-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, die zweite Leerlaufspannung, die von der OCV Schätzungseinheit eingegeben wird, in den zweiten Ladezustand für die Ausgabe umzuwandeln; und die SOC-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als SOC-Fehler auszugeben, der ermittelt wird, indem der erste Ladezustand, der durch die SOC-Schätzungseinheit eingegeben wird, von dem zweiten Ladezustand, der von der OCV-SOC-Umwandlungseinheit eingegeben wird, zu subtrahieren.
Bei der ersten Konfiguration ist die erste rekursive Schätzungseinheit konfiguriert, rekursiv die SOC-Schätzparameter zu schätzen und zu aktualisieren, und zwar auf der Basis von der verstrichenen Zeit und der integrierten Elektrizitätsmenge, die von der SOC-Schätzungseinheit eingegeben werden, und dem SOC-Fehler, der von der SOC-Subtraktionseinheit eingegeben wird. Weiterhin ist die SOC-Schätzungseinheit konfiguriert, als den SOC der Sekundärbatterie den ersten Ladezustand auszugeben, der unter Verwendung der SOC-Schätzparameter berechnet wird, die durch die erste rekursive Schätzungseinheit aktualisiert werden.
Auf diese Weise wird das Problem der SOC-Schätzung auf das Problem der Schätzung von Parametern des Stromintegrationsverfahrens (und zwar Offsetstrom, SOH und initialer Elektrizitätsmengenfehler) reduziert. Jeder Parameter wird zuverlässig und akkurat geschätzt. Daraus ergibt sich, dass der SOC, der durch das Stromintegrationsverfahren geschätzt wird, ebenfalls zuverlässige und akkurate Werte annimmt.
Daher ist es möglich, auf der Basis des SOH und der Widerstandswerte der Ersatzschaltung den Grad der Degradierung der Sekundärbatterie in Echtzeit zu erfassen und außerdem eine akkurate SOC-Schätzung durchzuführen, indem explizit der Offsetstrom, der SOH und der initiale Elektrizitätsmengenfehler, die Fehlerfaktoren des Stromintegrationsverfahrens sind, in Betracht gezogen werden und deren Einfluss direkt beseitigt wird.
Zusätzlich zu den Komponenten der ersten Konfiguration weist die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus bei der zweiten Konfiguration weiterhin Folgendes auf: die SOC-OCV-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, den ersten Ladezustand, der von der SOC-Schätzungseinheit eingegeben wird, für die Ausgabe in die erste Leerlaufspannung umzuwandeln; die OCV-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als Leerlaufspannungsfehler auszugeben, der ermittelt wird, indem die erste Leerlaufspannung, die von der SOC-OCV-Umwandlungseinheit eingegeben wird, von der zweiten Leerlaufspannung, die von der OCV-Schätzungseinheit eigegeben wird, subtrahiert wird; sowie die zweite rekursive Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, die Ersatzschaltungs-Parameter zu schätzen und auszugeben.
Bei der zweiten Konfiguration ist die OCV-Schätzungseinheit konfiguriert, die zweite Leerlaufspannung und die Zustandsgröße der Ersatzschaltung auf der Basis von dem korrigierten Strom, der von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit eingegeben wird, der detektierten Spannung, die von der Spannungs-Detektionseinheit eingegeben wird sowie auf den Ersatzschaltungs-Parametern, die von der zweiten rekursiven Schätzungseinheit eingegeben werden, zu berechnen und auszugeben.
Weiterhin ist die zweite rekursive Schätzungseinheit konfiguriert, rekursiv die Ersatzschaltungs-Parameter, die auf dem korrigierten Strom basieren, der von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit eingegeben wird, der Zustandsgröße, die von der OCV-Schätzungseinheit eingegeben wird sowie dem Leerlaufspannungsfehler, der von der OCV-Subtraktionseinheit eingegeben wird, zu schätzen und zu aktualisieren. Außerdem ist die OCV-Schätzungseinheit konfiguriert, die zweite Leerlaufspannung und die Zustandsgröße zu berechnen, indem die Ersatzschaltungs-Parameter verwendet werden, die von der zweiten rekursiven Schätzungseinheit aktualisiert werden.
In dieser Weise werden nicht nur Parameter des Stromintegrationsverfahrens rekursiv geschätzt, sondern auch Parameter des OCV-Schätzungsverfahrens (und zwar Ersatzschaltungs-Parameter). Daher ist es möglich, durch Schätzung einen Wert zu ermittelt, der sich der Variation in einem Ersatzschaltungs-Parameter anpasst, die von der Temperatur und der Degradierung der Sekundärbatterie abhängen. Dadurch wird die Genauigkeit der Schätzung der Parameter des Stromintegrationsverfahrens weiter verbessert.
Zusammengefasst ist die erste Ausführungsform so konfiguriert, dass die SOC-Schätzparameter und die Ersatzschaltungs-Parameter auf der Basis von den Schätzergebnissen, die von der SOC-Schätzungseinheit und der OCV-Schätzungseinheit ermittelt werden, rekursiv geschätzt und aktualisiert werden. Jeder aktualisierte Parameter wird als Feedback-Information verwendet, um die Schätzergebnisse zu korrigieren. Dadurch ist es möglich, eine Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus zu implementieren, die in der Lage ist, den internen Status einer Batterie akkurater zu schätzen als im Stand der Technik.
Zweite Ausführungsform
Die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat eine von der ersten Ausführungsform verschiedene Konfiguration. Bei der zweiten Ausführungsform wird auf die Beschreibungen der gleichen Aspekte wie bei der ersten Ausführungsform verzichtet. Es werden hauptsächlich Aspekte beschrieben, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
8 ist eine Konfigurationszeichnung der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 8 weist die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus Folgendes auf: die Strom-Detektionseinheit 102, die Spannungs-Detektionseinheit 103, die Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104, die SOC-Schätzungseinheit 105, die OCV-Schätzungseinheit 106, die SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107, die OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108, die SOC-Subtraktionseinheit 109, die OCV-Subtraktionseinheit 110, eine Feedback-Additionseinheit 501, eine Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit 502, eine Koeffizienten-Multiplikationseinheit 503, eine erste rekursive Schätzungseinheit 504 und die zweite rekursive Schätzungseinheit 112.
Die SOC-Schätzungseinheit 105 ist konfiguriert, den ersten Ladezustand SOC₁, die verstrichene Zeit t_k und die integrierte Elektrizitätsmenge Q_C auf der Basis von dem detektierten Strom I, der von der Strom-Detektionseinheit 102 eingegeben wird, und den SOC-Schätzparametern, die von der ersten rekursiven Schätzungseinheit 504 eingegeben werden, zu berechnen. Weiterhin ist die SOC-Schätzungseinheit 105 konfiguriert, den berechneten ersten Ladezustand SOC₁ an die Feedback-Additionseinheit 501 auszugeben und die berechnete verstrichene Zeit t_k und die integrierte Elektrizitätsmenge Q_C an die erste rekursive Schätzungseinheit 504 auszugeben.
Die Feedback-Additionseinheit 501 ist zur Korrekturwert-Additionsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen addiert die Feedback-Additionseinheit 501 einen SOC-Korrekturwert L, der von der Koeffizienten-Multiplikationseinheit 503 eingegeben wird, zu dem ersten Ladezustand SOC₁, der von der SOC-Schätzungseinheit 105 eingegeben wird, und gibt den ermittelten Wert als dritten Ladezustand SOC₃ an die erste rekursive Schätzungseinheit 504, die SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107 sowie die SOC-Subtraktionseinheit 109 aus.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der SOC der Sekundärbatterie 101, der durch die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus geschätzt wird, der dritte Ladezustand SOC₃, der von der Feedback-Additionseinheit 501 ausgegeben wird. Mit anderen Worten: Der dritte Ladezustand SOC₃ wird als finales Ergebnis der Schätzung des SOC der Sekundärbatterie 101 durch die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus ausgegeben.
Die SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107 ist konfiguriert, den dritten Ladezustand SOC₃, der von der Feedback-Additionseinheit 501 eingegeben wird, in die erste Leerlaufspannung OCV₁ umzuwandeln und die umgewandelte erste Leerlaufspannung OCV₁ an die OCV-Subtraktions-Einheit 110 auszugeben.
Die SOC-Subtraktionseinheit 109 ist konfiguriert, den dritten Ladezustand SOC₃, der von der Feedback-Additionseinheit 501 eingegeben wird, von dem zweiten Ladezustand SOC₂, der von der OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108 eingegeben wird, zu subtrahieren und den ermittelten Wert als einen SOC-Fehler u an die Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit 502 auszugeben.
Die Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit 502 ist zur Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen beseitigt die Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit 502 Hochfrequenzkomponenten aus dem SOC-Fehler u, der von der SOC-Subtraktionseinheit 109 eingegeben wird, und gibt den SOC-Fehler y, der durch die Beseitigung ermittelt wird, an die Koeffizienten-Multiplikationseinheit 503 aus.
Als Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit 502 kann zum Beispiel ein an exponentiell gleitender Durchschnittsfilter oder ein Integrator mit einem Vergessenskoeffizienten (engl. forgetting coefficient) verwendet werden.
Als Tiefpassfilter kann beispielsweise ein Filter verwendet werden, der eine Filtercharakteristik aufweist, die in dem nachstehenden Ausdruck (16) gezeigt ist. y(k) = w₁y(k – 1) + w₂u(k) (16).
In dem Ausdruck (16) sind w₁ und w₂ Vergessenskoeffizienten, die im Voraus festgelegt werden. Die Bedingungen 0 < w₁ < 1 und w₂ = 1 – w₁ resultieren in einem exponentiell gleitenden Durchschnittsfilter. Die Bedingung 0 < w₁ = w₂ < 1 resultiert in einem Integrator mit einem Vergessenskoeffizienten. Die Bedingung w₁ = w₂ = 1 resultiert in einem allgemeinen Integrator. Der Vergessenskoeffizient ist so beschaffen, dass, wenn w₁ größer wird, es unwahrscheinlicher wird, dass u in der Vergangenheit vergessen wird.
Der SOC-Fehler u ist empfindlich gegenüber dem Einfluss eines Spannungs-Messfehlers des ersten Ladezustands SOC₁ und Einflüssen eines Ersatzschaltungs-Modell-Fehlers und eines Ersatzschaltungs-Parameter-Schätzungsfehlers. Der erste Fehler ist ein Fehler mit einem Durchschnitt von 0, während die letzteren Fehler von dem Stromwert und der Messgenauigkeit abhängen. Diese Fehler treten als Ausreißer besonders dann auf, wenn ein steil ansteigender Strom mit großer Amplitude fließt. Daher ist der Vergessenskoeffizient so festgelegt, dass der erste Einfluss geglättet wird und die letztgenannten Einflüsse entfernt werden.
Wenn beispielsweise T so festgelegt ist, dass w₁ = exp(– t_s/T) als Vergessenskoeffizienten ermittelt wird, ist es vorteilhaft, den Wert von T auf einen Wert von mindestens 10 × t_s oder mehr festzulegen (sprich: T beträgt das Zehnfache des Abtastzeitraums t_s oder mehr), so dass der Fehler des OCV-Schätzungsverfahrens ausreichend reduziert werden kann.
Die Koeffizienten-Multiplikationseinheit 503 ist zur Gain-Multiplikations-Verarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen multipliziert die Koeffizienten-Multiplikationseinheit 503 den SOC-Fehler y, der von der Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit 502 eingegeben wird, mit einem Gain K und gibt den ermittelten Wert an die Feedback-Additionseinheit 501 als den SOC-Korrekturwert L aus.
Die erste rekursive Schätzungseinheit 504 ist konfiguriert, rekursive Schätzungsverarbeitung zur Stromintegrations-Korrektur auszuführen. Im Einzelnen berechnet die erste rekursive Schätzungseinheit 504 die Schätzwerte der SOC-Schätzparameter auf der Basis von der verstrichenen Zeit t_k und der integrierten Elektrizitätsmenge Q_C, die von der SOC-Schätzungseinheit 105 eingegeben werden, sowie dem dritten Ladezustand SOC₃, der von der Feedback-Additionseinheit 501 eingegeben wird. Weiterhin gibt die erste rekursive Schätzungseinheit 504 die berechneten SOC-Schätzparameter an die SOC-Schätzungseinheit 105 aus und gibt von den berechneten SOC-Schätzparametern nur den Offsetstrom I_off an die Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104 aus.
Die Offsetstrom-Subtraktionseinheit 104 subtrahiert den Offsetstrom I_off, der von der ersten rekursiven Schätzungseinheit 504 eingegeben wird, von dem detektierten Strom I, der von der Strom-Detektionseinheit 102 eingegeben wird, und gibt den ermittelten Wert als korrigierten Strom I' an die OCV-Schätzungseinheit 106 und die zweite rekursive Schätzungseinheit 112 aus.
Die erste rekursive Schätzungseinheit 504 kann RLS mit dem dritten Ladezustand SOC₃ als Lernsignal konstruieren, indem ε₁(k) = SOC₃(k) – φ₁ ^T(k)θ₁(k – 1) gesetzt wird. Ähnlich der ersten Ausführungsform kann der zweite Ladezustand SOC₂ als Lernsignal verwendet werden, indem der zweite Ladezustand SOC₂ anstelle des dritten Ladezustands SOC₃ in die erste rekursive Schätzungseinheit 504 eingegeben wird.
Im Folgenden wird eine detailliertere Beschreibung des dritten Ladezustands SOC₃ gegeben, der von der Feedback-Additionseinheit 501 ausgegeben wird. Die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der zweiten Ausführungsform berechnet den dritten Ladezustand SOC₃ gemäß dem nachstehenden Ausdruck (17).
Mit dem Ausdruck (17) ist es möglich, den SOC akkurat zu bestimmen, solange die erste rekursive Schätzungseinheit 504 die SOC-Schätzparameter korrekt schätzt, selbst wenn der SOC-Korrekturwert L, der als Feedback-Korrekturterm dient, weggelassen wird.
In der Realität ermittelt die erste rekursive Schätzungseinheit 504 jedoch nicht immer korrekte Schätzwerte. Es ist zum Beispiel problematisch, dass, wenn ein Initialwert des Schätzungswertes sich von einem Realwert unterscheidet, und eine erhebliche Menge an Zeit notwendig ist, damit sich der Initialwert an den Realwert annähert, in diesem Zeitraum kein genauer Schätzwert des SOC ermittelt werden kann.
Der Vorteil von dem Ausdruck (17) liegt darin, dass selbst in solchen Fällen der erste Ladezustand SOC₁ durch den SOC-Korrekturwert L korrigiert wird. Dadurch kann erreicht werden, dass der dritte Ladezustand SOC₃ schnell auf einen Wert nahe dem realen SOC konvergiert.
Außerdem wird der Wert des SOC-Korrekturwerts L, der als Feedback-Signal verwendet wird, basierend auf dem Fehler zwischen dem dritten Ladezustand SOC₃ und dem zweiten Ladezustand SOC₂ bestimmt, der durch Verwendung des OCV-Schätzungsverfahrens berechnet wird, das kaum durch den Strom-Offsetfehler, den SOH-Fehler oder den initialen Elektrizitätsmengenfehler beeinflusst wird. Daher folgt der dritte Ladezustand SOC₃ dem zweiten Ladezustand SOC₂ mittel- und langfristig.
Weiterhin wird der Wert des SOC-Korrekturwerts L ermittelt, nachdem die Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit 502 passiert worden ist. Daher folgt der dritte Ladezustand SOC₃ auf kurzen Zeitskalen der Änderung im SOC des ersten Ladezustands SOC₁.
Der zweite Ladezustand SOC₂ ist ein Wert, der basierend auf dem OCV-Schätzungsverfahren berechnet wird, das keine Integration eines Fehlers einbezieht und daher mittel- und langfristig akkurat ist. Auf der anderen Seite wird der erste Ladezustand SOC₁ direkt durch die Verwendung des Stromintegrationsverfahrens berechnet und kann daher den kurzfristigen Änderungen des SOC akkurat folgen.
Schlussendlich kann der dritte Ladezustand SOC₃ als akkurater Messwert bezeichnet werden, der die beiden Vorteile des Stromintegrationsverfahrens und des OCV-Messverfahrens vereint.
Im Folgenden wird eine Reihe von Abläufen zur Bestimmung des SOC der Sekundärbatterie 101 beschrieben, die durch die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 9 ausgeführt wird. 9 ist ein Flussdiagramm, das eine Reihe von Abläufen zeigt, die von der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.
Eine Reihe von in 9 gezeigten Schritten S102 bis S112 sowie S501 bis S504 einer arithmetischen Verarbeitung entspricht einer arithmetischen Verarbeitung einer Periode, die von der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird. Diese arithmetische Verarbeitung wird mit einer Periode der Länge des Abtastzeitraums t_s wiederholt.
In dem Flussdiagramm gemäß 9 entspricht die Nummer jedes Schritts einer entsprechenden Komponente der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der zweiten Ausführungsform. In anderen Worten: Wie oben beschrieben, führt in dem Flussdiagramm gemäß 9 jede Komponente der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus einen Schritt aus, der die gleiche Nummer wie die Komponente aufweist.
Wie in 9 dargestellt, führt die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus die Reihe von Schritten S102 bis S112 sowie S501 bis S504 der arithmetischen Verarbeitung in dem Abtastzeitraum t_s aus.
Hinsichtlich jedes Schritts im Flussdiagramm gemäß 9 ist die Reihenfolge, in der die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus diese ausführt, nicht auf diejenige, die in 9 gezeigt ist, beschränkt. Sie kann verändert werden, solange die Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Schritten beibehalten wird.
Bei der zweiten Ausführungsform wird ein Beispiel veranschaulicht, in dem die erste rekursive Schätzungseinheit 504 den dritten Ladezustand SOC₃, der von der Feedback-Additionseinheit 501 eigegeben wird, verwendet, um rekursiv die SOC-Schätzparameter zu schätzen und zu aktualisieren. Dennoch kann, wie oben beschrieben, der zweite Ladezustand SOC2 als Lernsignal verwendet werden, indem der zweite Ladezustand SOC₂ anstelle des dritten Ladezustands in die erste rekursive Schätzungseinheit 504 eingegeben wird.
Mit anderen Worten: Als Modifikationsbeispiel kann die erste rekursive Schätzungseinheit 504 konfiguriert sein, um die Eingabe des zweiten Ladezustands SOC₂ von der OCV-SOC-Schätzungseinheit 108 zu ermitteln und den eingegebenen zweiten Ladezustand SOC₂ zu verwenden, um rekursiv die SOC-Schätzparameter zu schätzen und zu aktualisieren.
Weiterhin wird bei der zweiten Ausführungsform beispielhaft ein Fall gezeigt, in dem der SOC der Sekundärbatterie 101, der von der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus geschätzt wird, der dritte Ladezustand SOC₃ ist, der von der Feedback-Additionseinheit 501 ausgegeben wird. Der SOC der Sekundärbatterie 101 kann jedoch auch der erste Ladezustand SOC₁ sein, der von der ersten rekursiven Schätzungseinheit 504 ausgegeben wird.
Wie oben beschrieben, weist die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der zweiten Ausführungsform bei der ersten Konfiguration Folgendes auf: die erste rekursive Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, die SOC-Schätzparameter zu schätzen und auszugeben; die SOC-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, basierend auf dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit eingegeben wird, und auf den SOC-Schätzparametern, die von der ersten rekursiven Schätzungseinheit eingegeben werden, den ersten Ladezustand sowie die verstrichene Zeit und die integrierte Elektrizitätsmenge zu berechnen und auszugeben, die seit Beginn der Schätzung des SOC der Sekundärbatterie gemessen werden; die Offsetstrom-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als den korrigierten Strom auszugeben, der ermittelt wird, indem der Offsetstrom, der von der ersten rekursiven Schätzungseinheit eingegeben wird, von dem detektierten Strom zu subtrahieren, der von der Strom-Detektionseinheit eingegeben wird; die OCV-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, basierend auf dem korrigierten Strom, der von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit eingegeben wird, und auf der detektierten Spannung, die von der Spannungs-Detektionseinheit eingegeben wird, die zweite Leerlaufspannung zu berechnen und auszugeben; die OCV-SOC-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, die zweite Leerlaufspannung, die von der OCV-Schätzungseinheit eigegeben wird, für die Ausgabe in den zweiten Ladezustand umzuwandeln; die Feedback-Additionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als dritten Ladezustand auszugeben, der ermittelt wird, indem ein eingegebener SOC-Korrekturwert zu dem ersten Ladezustand, der von der SOC-Schätzungseinheit eingegeben wird, addiert wird; die SOC-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als SOC-Fehler auszugeben, der ermittelt wird, indem der dritte Ladezustand, der von der Feedback-Additionseinheit eingegeben wird, von dem zweiten Ladezustand, der von der OCV-SOC-Umwandlungseinheit eingegeben wird, subtrahiert wird; die Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert auszugeben, der ermittelt wird, indem Hochfrequenzkomponenten des SOC-Fehlers, der von der SOC-Subtraktionseinheit eingegeben wird, beseitigt werden; und die Koeffizienten-Multiplikationseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als SOC-Korrekturwert auszugeben, der ermittelt wird, indem der Ausgabewert der Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit mit einem Gain multipliziert wird.
Bei der ersten Konfiguration ist die erste rekursive Schätzungseinheit konfiguriert, rekursiv die SOC-Schätzparameter basierend auf der verstrichenen Zeit und der integrierten Elektrizitätsmenge, die von der SOC-Schätzungseinheit eingegeben werden, und auf dem dritten Ladezustand, der von der Feedback-Additionseinheit eingegeben wird, oder auf dem dritten Ladezustand, der von der SOC-Schätzungseinheit eigegeben wird, zu schätzen und zu aktualisieren. Außerdem ist die SOC-Schätzungseinheit konfiguriert, den ersten Ladezustand, die verstrichene Zeit sowie die integrierte Elektrizitätsmenge unter Verwendung der SOC-Schätzparameter, die von der ersten rekursiven Schätzungseinheit aktualisiert werden, zu berechnen.
Auf diese Weise weist die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus ein Feedbacksystem auf und kann daher durch Verwendung des dritten Ladezustands den SOC akkurat schätzen, ohne darauf zu warten, dass die SOC-Schätzparameter des Stromintegrationsverfahren auf einen Wert nahe dem Realwert konvergieren.
Im Ergebnis wird eine Differenz zwischen dem zweiten Ladezustand, der basierend auf dem OCV-Schätzungsverfahren geschätzt wird, und dem ersten Ladezustand, der basierend auf dem Stromintegrationsverfahren geschätzt wird, gewählt und durch die Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit geführt, um Ausreißer-Werte zu beseitigen, die durch Hochfrequenzkomponenten aufgrund des Spannungs-Messfehlers und des Ersatzschaltungs-Modell-Fehlers verursacht werden, die in dem zweiten Ladezustand enthalten sind.
Daraus folgt, dass mit dem OCV-Schätzungsverfahren ein verlässlicher Fehler zwischen dem ersten Ladezustand und dem zweiten Ladezustand im niedrigen und mittleren Frequenzbereich erhalten wird. Anschließend wird der Fehlerwert mit einem Gain multipliziert und rückgekoppelt, um den ersten Ladezustand zu korrigieren, um damit schließlich den dritten Ladezustand auszugeben. Der dritte Ladezustand kann der kurzfristigen Änderung des SOC des Stromintegrationsverfahrens folgen, die bei einer kurzen Laufzeit verlässlich ist, und kann gleichzeitig der mittel- und langfristigen Änderung des SOC des OCV-Schätzungsverfahrens folgen, die bei einer mittleren und langen Laufzeit verlässlich ist.
Daher ist es möglich, den SOC akkurat zu schätzen, indem durch das Feedback der Fehler der SOC-Schätzung beseitigt wird, die mit dem Stromintegrationsverfahren durchgeführt wird.
Ähnlich zu der ersten Ausführungsform werden außerdem Parameter des Stromintegrationsverfahrens rekursiv geschätzt. Daher wird, weil jeder Schätzparameter auf den realen Wert konvergiert, die Schätzgenauigkeit für den ersten Ladezustand derart verbessert, dass sie die Schätzgenauigkeit für den dritten Ladezustand übertrifft. Deshalb ist es möglich, den SOC äußerst präzise zu schätzen und einen akkuraten SOH-Schätzwert in Echtzeit zu erhalten, von dem der Einfluss des Stromoffsetfehlers beseitigt wird.
Zusätzlich zu den Komponenten der ersten Konfiguration weist die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus bei der zweiten Konfiguration weiterhin Folgendes auf: die SOC-OCV-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, den dritten Ladezustand, der von der Feedback-Additionseinheit eingegeben wird, für die Ausgabe in die erste Leerlaufspannung umzuwandeln; die OCV-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, als Leerlaufspannungsfehler einen Wert auszugeben, der ermittelt wird, indem die erste Leerlaufspannung, die von der SOC-OCV-Umwandlungseinheit eingegeben wird, von der zweiten Leerlaufspannung subtrahiert wird, die von der OCV-Schätzungseinheit eingegeben wird; und die zweite rekursive Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, die Ersatzschaltungs-Parameter zu schätzen und auszugeben.
Bei der zweiten Konfiguration ist die OCV-Schätzungseinheit konfiguriert, die zweite Leerlaufspannung und die Zustandsgröße der Ersatzschaltung basierend auf dem korrigierten Strom, der von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit eingegeben wird, auf der detektierten Spannung, die von der Spannungs-Detektionseinheit eingegeben wird, sowie auf den Ersatzschaltungs-Parametern, die von der zweiten rekursiven Schätzungseinheit eigegeben werden, zu berechnen und auszugeben.
Weiterhin ist die zweite rekursive Schätzungseinheit konfiguriert, rekursiv die Ersatzschaltungs-Parameter basierend auf dem korrigierten Strom, der von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit eingegeben wird, auf der Zustandsgröße, die von der OCV-Schätzungseinheit eingegeben wird, sowie auf dem Leerlaufspannungsfehler, der von der OCV-Subtraktionseinheit eingegeben wird, zu schätzen und zu aktualisieren. Außerdem ist die OCV-Schätzungseinheit konfiguriert, die zweite Leerlaufspannung und die Zustandsgröße zu berechnen, indem die Ersatzschaltungs-Parameter verwendet werden, die durch die zweite rekursive Schätzungseinheit aktualisiert werden.
Auf diese Weise werden nicht nur Parameter des Stromintegrationsverfahrens rekursiv geschätzt, sondern auch Parameter des OCV-Schätzungsverfahrens (und zwar Ersatzschaltungs-Parameter). Daher ist es möglich, mittels einer Schätzung einen Wert zu ermittelt, der sich Variationen in einem Ersatzschaltungs-Parameter anpasst, die von der Temperatur und der Degradierung der Sekundärbatterie abhängen. Deshalb wird die Genauigkeit der Schätzung der Parameter des Stromintegrationsverfahrens und der SOC weiter verbessert.
Zusammenfassend ist die zweite Ausführungsform so konfiguriert, dass der SOC-Korrekturwert basierend auf den Schätzergebnissen, die durch die SOC-Schätzungseinheit und die OCV-Schätzungseinheit ermittelt werden, rekursiv geschätzt und aktualisiert wird. Jeder aktualisierte SOC-Korrekturwert wird als Feedback-Information verwendet, um das Schätzergebnis zu korrigieren. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, eine Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus zu implementieren, die fähig ist, den internen Status einer Batterie akkurater zu schätzen als im Stand der Technik.
Darüber hinaus ist es ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform möglich, die Schätzgenauigkeit weiter zu verbessern, indem weiterhin die Konfiguration eingebunden wird, in der die SOC-Schätzparameter und die Ersatzschaltungs-Parameter basierend auf den Schätzergebnissen, die durch die SOC-Schätzungseinheit und die OCV-Schätzungseinheit ermittelt werden, rekursiv geschätzt und aktualisiert werden, und jeder aktualisierte Parameter als Feedback-Information verwendet wird, um die Schätzergebnisse zu korrigieren.
Dritte Ausführungsform
Die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Konfiguration auf, die sich von denen der ersten und zweiten Ausführungsformen unterscheidet. Bei der dritten Ausführungsform wird die Beschreibung der Aspekte, die gleich der ersten und zweiten Ausführungsformen sind, ausgelassen. Es werden hauptsächlich Aspekte beschrieben, die sich von denen der ersten und zweiten Ausführungsformen unterscheiden.
10 ist eine Konfigurationszeichnung der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß 10 weist die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus Folgendes auf: die Strom-Detektionseinheit 102, die Spannungs-Detektionseinheit 103, eine Feedback-SOC-Schätzungseinheit 601, die OCV-Schätzungseinheit 106, die SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107, die OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108, die SOC-Subtraktionseinheit 109, die OCV-Subtraktionseinheit 110, die Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit 502, die Koeffizienten-Multiplikationseinheit 503 und die zweite rekursive Schätzungseinheit 112.
Die Feedback-SOC-Schätzungseinheit 601 ist konfiguriert, den ersten Ladezustand SOC₁ basierend auf dem detektierten Strom I, der von der Strom-Detektionseinheit 102 eingegeben wird, und auf dem SOC-Korrekturwert L, der von der Koeffizienten-Multiplikationseinheit 503 eingegeben wird, zu berechnen und den ersten Ladezustand SOC₁ an die SOC-OCV-Umwandlungseinheit 107 und die SOC-Subtraktionseinheit 109 auszugeben.
Die Feedback-SOC-Schätzungseinheit 601 addiert den SOC-Korrekturwert L zu dem Wert, der mit dem durch Ausdruck (1) dargestellten, allgemeinen Stromintegrationsverfahren erhalten wird, um den SOC zu schätzen. Mit anderen Worten: die Feedback-SOC-Schätzungseinheit 601 berechnet den ersten Ladezustand SOC₁ gemäß dem nachstehenden Ausdruck (18).
Wie aus dem oben angegebenen Ausdruck hervorgeht, wird bei der dritten Ausführungsform das Fehlermodell des Stromintegrationsverfahrens, wie es in dem Ausdruck (5) repräsentiert, ist nicht angenommen. Der SOC, der mit dem Stromintegrationsverfahren berechnet wird, wird nur mit dem SOC-Korrekturwert L korrigiert. Die volle Ladekapazität FCC, der Offsetstrom I_off und der initiale SOC-Fehler ΔSOC_ini, die allesamt wesentliche Fehlerfaktoren des Stromintegrationsverfahrens sind, sind alle Fehler mit geringer Häufigkeit. Daher ist es möglich, den SOC nur mit Feedback-Korrektur akkurat zu schätzen, ohne diese Fehler mit geringer Häufigkeit direkt zu schätzen.
Im Folgenden wird eine spezifische Konfiguration der Feedback-SOC-Schätzungseinheit mit Bezug auf 11 beschrieben. 11 ist eine Konfigurationszeichnung der Feedback-SOC-Schätzungseinheit 601 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 11 weist die Feedback-SOC-Schätzungseinheit 601 einen Koeffizienten-Multiplizierer 701, einen Koeffizienten-Multiplizierer 702 und eine Summenstation 703 auf.
Der Koeffizienten-Multiplizierer 701 ist zur Ausführung von Abtastzeitraum-Multiplikationsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen multipliziert der Koeffizienten-Multiplizierer 701 den detektierten Strom I, der von der Spannungs-Detektionseinheit 102 eingegeben wird, mit dem Abtastzeitraum t_s und gibt den ermittelten Wert an den Koeffizienten-Multiplizierer 702 aus.
Der Koeffizienten-Multiplizierer 702 ist konfiguriert, eine reziproke FCC-Multiplikationsverarbeitung auszuführen. Im Einzelnen multipliziert der Koeffizienten-Multiplizierer 702 den von dem Koeffizienten-Multiplizierer 701 ausgegebenen Wert mit dem Kehrwert der vollen Ladekapazität FCC und gibt den ermittelten Wert an die Summenstation 703 aus. Wenn ein akkurater Wert der vollen Ladekapazität FCC nicht bekannt ist, können zum Beispiel der Wert der initialen vollen Ladekapazität FCC₀ oder andere Werte verwendet werden.
Die Summenstation 703 ist zur Ausführung von Summenberechnungsverarbeitung konfiguriert. Im Einzelnen addiert die Summenstation 703 die Ausgabe des Koeffizienten-Multiplizierers 702 mit dem SOC-Korrekturwert L und der Ausgabe der Summenstation 703, die in dem vorangegangenen Abtastzeitraum ermittelt worden ist, und gibt den so ermittelten Wert als den ersten Ladezustand SOC₁ aus. Der erste Ladezustand SOC₁, der am Ende der vorangegangenen SOC-Schätzung ermittelt worden ist, kann als Wert für SOC₁(0) verwendet werden.
Wenn in anderen Fällen ein langer Zeitraum seit dem Ende der letzten SOC-Schätzung verstrichen ist, kann die detektierte Spannung V, die durch die Spannungs-Detektionseinheit 103 detektiert wird, als Leerlaufspannung der Sekundärbatterie 101 berücksichtigt werden. Der Wert, der ermittelt wird, indem die Leerlaufspannung durch die OCV-SOC-Umwandlungseinheit 108 in den SOC umgewandelt wird, kann als der Wert für SOC₁(0) verwendet werden.
Mit einer derart konfigurierten Feedback-SOC-Schätzungseinheit 601 kann die Feedback-SOC-Schätzungseinheit 601 die Berechnung gemäß Ausdruck (18) ausführen.
Im Folgenden wird mit Bezug auf die Flussdiagramme in 12 und 13 eine Reihe von Abläufen zur Schätzung des SOC der Sekundärbatterie 101 beschrieben, die durch die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird. 12 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Reihe von Abläufen, die durch die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. 13 ist ein Flussdiagramm, das eine Reihe von Abläufen zeigt, die durch die Feedback-SOC-Schätzungseinheit 601 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Eine Reihe von Schritten S102 und S103, Schritt 601, Schritte S106 bis S110, Schritt S112 sowie die Schritte S502 und S503 einer in 12 dargestellten arithmetischen Verarbeitung entsprechen einer arithmetischen Verarbeitung in einer Periode bzw. Zeitspanne, die durch die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus ausgeführt wird. Diese arithmetische Verarbeitung wird mit einer Periode gleich dem Abtastzeitraum t_s wiederholt.
Weiterhin entspricht die Folge von Schritten S701 bis S703 einer in 13 gezeigten arithmetischen Verarbeitung einer arithmetischen Verarbeitung, die in dem in 12 dargestellten Schritt S601 ausgeführt wird.
In den Flussdiagrammen gemäß 12 und 13 entspricht die Nummer jedes Schrittes einer entsprechenden Komponente der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der dritten Ausführungsform. Mit anderen Worten: Wie oben beschrieben, führt in den Flussdiagrammen gemäß 12 und 13 jede Komponente der Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus einen Schritt mit der gleichen Nummer wie die der Komponente aus.
Wie in 12 gezeigt, führt die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus eine Reihe von Schritten S102 und S103, Schritt 601, Schritte S106 bis S110, Schritt S112 und die Schritte S502 und S503 der arithmetischen Verarbeitung in dem Abtastzeitraum t_s aus.
Im Schritt S601 führt die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus außerdem eine Reihe von Schritten S701 bis S703 der in 13 dargestellten arithmetischen Verarbeitung aus.
Hinsichtlich jedes Schrittes der Flussdiagramme der 12 und 13 ist die Reihenfolge der Ausführung durch die Vorrichtung 100 zum Einschätzen des Batteriestatus nicht auf die in 12 und 13 gezeigte Reihenfolge eingeschränkt und kann verändert werden, solange die Abhängigkeitsbeziehung unter den Schritten beibehalten wird.
Wie oben beschrieben, weist die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus gemäß der dritten Ausführungsform bei der ersten Konfiguration Folgendes auf: die Feedback-SOC-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, den ersten Ladezustand basierend auf dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit eingegeben wird, und dem SOC-Korrekturwert zur Korrektur des SOC der Sekundärbatterie für die Ausgabe zu berechnen; die OCV-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, die zweite Leerlaufspannung auf Basis des detektierten Stroms, der von der Strom-Detektionseinheit eingegeben wird, und der detektierten Spannung, die von der Spannungs-Detektionseinheit eingegeben wird, für die Ausgabe zu berechnen; die OCV-SOC-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, die zweite Leerlaufspannung, die von der OCV-Schätzungseinheit eingegeben wird, in den zweiten Ladezustand für die Ausgabe umzuwandeln; die SOC-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als SOC-Fehler auszugeben, der ermittelt wird, indem der erste Ladezustand, der von der Feedback-SOC-Schätzungseinheit eingegeben wird, von dem zweiten Ladezustand subtrahiert wird, der von der OCV-SOC-Umwandlungseinheit eigegeben wird; die Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert auszugeben, der ermittelt wird, indem Hochfrequenzkomponenten des SOC-Fehlers, der von der SOC-Subtraktionseinheit eingegeben wird, beseitigt werden; und die Koeffizienten-Multiplikationseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als SOC-Korrekturwert auszugeben, der ermittelt wird, indem der Ausgabewert der Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit mit dem Gain multipliziert wird.
Die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus weist in dieser Weise ein Feedbacksystem auf und kann so den SOC akkurat schätzen, indem Einflüsse von Fehlern der FCC, des Offsetstroms und des initialen SOC, die Fehlerfaktoren des Stromintegrationsverfahrens sind, korrigiert werden.
Im Ergebnis werden die Niedrig- und Mittelfrequenz-Komponenten des Fehlers zwischen dem ersten Ladezustand, der auf dem Stromintegrationsverfahren basiert, und dem zweiten Ladezustand, der basierend auf dem OCV-Schätzungsverfahren geschätzt wird, rückgekoppelt, um den ersten Ladezustand zu berechnen, so dass der ermittelte SOC-Schätzwert dem Ladezustand SOC₂ des OCV-Schätzungsverfahrens folgt, das in dem Niedrig- und Mittelfrequenzbereich verlässlich ist, und dem SOC-Schätzwert des Stromintegrationsverfahrens folgt, das im Hochfrequenzbereich verlässlich ist.
Durch die Verwendung der Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit in dem Feedbacksystem ist es möglich, aus dem Fehler zwischen SOC₂ and SOC₁ Hochfrequenzkomponenten zu entfernen, die aufgrund des Spannungs-Messfehlers und der Ersatzschaltungs-Modell-Fehler des OCV-Schätzungsverfahrens auftreten.
Trotz des einfachen Systems, in dem die rekursive Schätzungseinheit nicht vorgesehen ist, um das Stromintegrationsverfahren zu implementieren, ermöglicht es der Feedback-Korrektureffekt, dass der SOC in kurzer Zeit auf einen Wert nahe dem Realwert konvergiert, selbst wenn das Stromintegrationsverfahren den initialen SOC-Fehler aufweist. Außerdem werden Einflüsse des Stromoffset-Fehlers und des FCC-Fehlers reduziert, um damit eine verlässliche und akkurate Berechnung des SOC-Schätzwertes zu erreichen.
Weiter wird im Gegensatz zu der zweiten Ausführungsform bei der dritten Ausführungsform der SOC-Korrekturwert L nicht verwendet, um den ersten Ladezustand SOC₁ zu korrigieren und den dritten Ladezustand SOC₃ zu berechnen, sondern, um direkt den ersten Ladezustand SOC₁, wie in dem Ausdruck (18) dargestellt, zu berechnen. Damit ist es möglich, einem Phänomen vorzubeugen, bei dem der SOC₁, der Fehler zwischen dem SOC₂ und dem SOC₁ sowie der SOC-Korrekturwert L uneingeschränkt wegen des Einflusses des Stromoffset-Fehlers zu- oder abnehmen.
Zusätzlich zu den Komponenten der ersten Konfiguration weist die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus bei der zweiten Konfiguration weiterhin Folgendes auf: die OCV-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, als Leerlaufspannungsfehler einen Wert auszugeben, der ermittelt wird, indem die erste Leerlaufspannung, die von der SOC-OCV-Schätzungseinheit eingegeben wird, von der zweiten Leerlaufspannung subtrahiert wird, die von der OCV-Schätzungseinheit eingegeben wird; und die zweite rekursive Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, die Ersatzschaltungs-Parameter zu schätzen und auszugeben.
Bei der zweiten Konfiguration ist die OCV-Schätzungseinheit konfiguriert, die zweite Leerlaufspannung und die Zustandsgröße der Ersatzschaltung basierend auf dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit eingegeben wird, auf der detektierten Spannung, die von der Spannungs-Detektionseinheit eingegeben wird, und auf den Ersatzschaltungs-Parametern, die von der zweiten rekursiven Schätzungseinheit eingegeben werden, zu zu berechnen und auszugeben.
Außerdem ist die zweite rekursive Schätzungseinheit konfiguriert, rekursiv die Ersatzschaltungs-Parameter, basierend auf dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit eingegeben wird, auf der Zustandsgröße, die von der OCV-Schätzungseinheit eingegeben wird, und auf dem Leerlaufspannungsfehler, der von der OCV-Subtraktionseinheit eingegeben wird, zu schätzen und zu aktualisieren. Weiterhin ist die OCV-Schätzungseinheit konfiguriert, die zweite Leerlaufspannung und die Zustandsgröße zu berechnen, indem die Ersatzschaltungs-Parameter verwendet werden, die von der zweiten rekursiven Schätzungseinheit aktualisiert werden.
In dieser Weise werden Parameter des OCV-Schätzungsverfahrens (und zwar Ersatzschaltungs-Parameter) rekursiv geschätzt. Daher ist es möglich, einen Wert durch Schätzung zu erhalten, der sich der Variation eines Ersatzschaltungs-Parameters anpasst, der von der Temperatur und der Degradierung der Sekundärbatterie abhängt. Daraus ergibt sich, dass sich die Genauigkeit der Schätzung des SOC durch das OCV-Schätzungsverfahren verbessert wird, und die Genauigkeit der Schätzung des SOC, der durch die Feedback-SOC-Schätzungseinheit berechnet wird, mit Bezug auf den SOC ebenfalls verbessert wird.
Zusammenfassend werden bei der dritten Ausführungsform die Charakteristiken des OCV-Schätzungsverfahrens, in dem das OCV-Schätzungsverfahren keine Akkumulation von Fehlern einbezieht und einen relativ kleinen Fehler im Hinblick auf den Realwert des SOC auf Basis einer Durchschnittszeit aufweist, als Feedback-Informationen verwendet, um den Fehler des Stromintegrationsverfahrens zu korrigieren.
Damit ist es möglich, eine Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus zu implementieren, die fähig ist, den internen Status der Batterie akkurater zu schätzen als im Stand der Technik, obwohl die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus ein einfaches System aufweist, das keine Komponenten zur Schätzung des Fehlerfaktors des Stromintegrationsverfahrens, wie etwa die erste rekursive Schätzungseinheit bei der ersten und zweiten Ausführungsform aufweist.
Weiterhin ist es ähnlich wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform möglich, die Schätzgenauigkeit weiter zu verbessern, indem weiterhin die Konfiguration verwendet wird, in der die Ersatzschaltungs-Parameter basierend auf den Schätzergebnissen, die von der Feedback-SOC-Schätzungseinheit ermittelt werden, rekursiv geschätzt und aktualisiert werden und jeder aktualisierte Parameter als Feedback-Information verwendet wird, um das Schätzergebnis zu korrigieren.

Claims

Vorrichtung zum Einschätzen eines Batteriestatus, die konfiguriert ist, einen Ladezustand einer Sekundärbatterie als einen geschätzten Ladezustand zu schätzen, wobei die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus Folgendes aufweist: eine Strom-Detektionseinheit, die konfiguriert ist, entweder einen Ladestrom oder einen Entladestrom der Sekundärbatterie als einen detektierten Strom zu detektieren, um den detektierten Strom auszugeben; eine Spannungs-Detektionseinheit, die konfiguriert ist, eine Spannung zwischen Anschlüssen der Sekundärbatterie als eine detektierte Spannung zu detektieren, um die detektierte Spannung auszugeben; eine erste rekursive Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, Ladezustands-Schätzparameter für die Ausgabe der Ladezustands-Schätzparameter zu schätzen, wobei die Ladezustands-Schätzparameter folgende Parameter beinhalten: einen Gesundheitszustand der Sekundärbatterie oder eine volle Ladekapazität der Sekundärbatterie; und einen Offsetstrom der Strom-Detektionseinheit; eine SOC-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, die seit Beginn der Schätzung des Ladezustands der Sekundärbatterie verstrichene Zeit, eine integrierte Elektrizitätsmenge, die seit Beginn der Schätzung des Ladezustands der Sekundärbatterie gemessen wird, und einen ersten Ladezustand basierend auf dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit ausgegeben wird, und auf den Ladezustands-Schätzparametern, die von der ersten rekursiven Schätzungseinheit ausgegeben werden, zu berechnen, um die verstrichene Zeit, die integrierte Elektrizitätsmenge und den ersten Ladezustand auszugeben; eine Offsetstrom-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, als einen korrigierten Strom einen Wert auszugeben, der ermittelt wird, indem der Offsetstrom, der von der ersten rekursiven Schätzungseinheit ausgegeben wird, von dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit ausgegeben wird, subtrahiert wird; eine SOC-OCV-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, den ersten Ladezustand, der von der SOC-Schätzungseinheit ausgegeben wird, in eine erste Leerlaufspannung umzuwandeln, um die erste Leerlaufspannung auszugeben; eine zweite rekursive Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, Ersatzschaltungs-Parameter zu schätzen, um die Ersatzschaltungs-Parameter auszugeben; eine OCV-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, basierend auf dem korrigierten Strom, der von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, auf der detektierten Spannung, die von der Spannungs-Detektionseinheit ausgegeben wird, und auf den Ersatzschaltungs-Parametern, die von der zweiten rekursiven Schätzungseinheit ausgegeben werden, eine zweite Leerlaufspannung und eine Zustandsgröße einer Ersatzschaltung zu berechnen, die den Ersatzschaltungs-Parametern entspricht, um die zweite Leerlaufspannung und die Zustandsgröße auszugeben; eine OCV-SOC-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, die zweite Leerlaufspannung, die von der OCV-Schätzungseinheit ausgegeben wird, in einen zweiten Ladezustand umzuwandeln, um den zweiten Ladezustand auszugeben; eine OCV-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als Leerlaufspannungsfehler auszugeben, der ermittelt wird, indem die erste Leerlaufspannung, die von der SOC-OCV-Umwandlungseinheit ausgegeben wird, von der zweiten Leerlaufspannung, die von der OCV-Schätzungseinheit ausgegeben wird, subtrahiert wird; und eine SOC-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als Ladezustands-Fehler auszugeben, der ermittelt wird, indem der erste Ladezustand, der von der SOC-Schätzungseinheit ausgegeben wird, von dem zweiten Ladezustand subtrahiert wird, der von der OCV-SOC-Umwandlungseinheit ausgegeben wird, wobei die erste rekursive Schätzungseinheit konfiguriert ist, die Ladezustands-Schätzparameter basierend auf dem Ladezustands-Fehler, der von der SOC-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, und auf der verstrichenen Zeit und der integrierten Elektrizitätsmenge, die von der SOC-Schätzungseinheit ausgegeben werden, rekursiv zu schätzen und zu aktualisieren, wobei die zweite rekursive Schätzungseinheit konfiguriert ist, die Ersatzschaltungs-Parameter basierend auf dem korrigierten Strom, der von der Offsetstrom-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, auf der Zustandsgröße, die von der OCV-Schätzungseinheit ausgegeben wird, und auf dem Leerlaufspannungsfehler, der von der OCV-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, rekursiv zu schätzen und zu aktualisieren, und wobei die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus konfiguriert ist, den ersten Ladezustand als den geschätzten Ladezustand zu bestimmen.
Vorrichtung zum Einschätzen eines Batteriestatus gemäß Anspruch 1, die ferner Folgendes aufweist: eine Feedback-Additionseinheit, die konfiguriert ist, den ersten Ladezustand, der von der SOC-Schätzungseinheit ausgegeben wird, zu korrigieren, um den korrigierten ersten Ladezustand als einen dritten Ladezustand auszugeben; eine Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert auszugeben, der erhalten wird, indem Hochfrequenzkomponenten aus dem Ladezustands-Fehler, der von der SOC-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, beseitigt werden; und eine Koeffizienten-Multiplikationseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als einen Ladezustands-Korrekturwert auszugeben, der ermittelt wird, indem ein Ausgabewert der Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit mit einem Gain multipliziert wird, wobei die Feedback-Additionseinheit konfiguriert ist, als den dritten Ladezustand einen Wert auszugeben, der ermittelt wird, indem der erste Ladezustand, der von der SOC-Schätzungseinheit ausgegeben wird, und der Ladezustands-Korrekturwert, der von der Koeffizienten-Multiplikationseinheit ausgegeben wird, addiert werden; wobei die SOC-OCV-Umwandlungseinheit konfiguriert ist, anstelle des ersten Ladezustands den dritten Ladezustand in die erste Leerlaufspannung umzuwandeln, um die erste Leerlaufspannung auszugeben, wobei die SOC-Subtraktionseinheit konfiguriert ist, als den Ladezustands-Fehler einen Wert auszugeben, der erhalten wird, indem anstelle des ersten Ladezustands der dritte Ladezustand von dem zweiten Ladezustand subtrahiert wird, wobei die erste rekursive Schätzungseinheit konfiguriert ist, die Ladezustands-Schätzparameter basierend auf dem dritten Ladezustand oder dem zweiten Ladezustand, der als Ersatz für den Ladezustands-Fehler dient, der von der SOC-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, und auf der verstrichenen Zeit und der integrierten Elektrizitätsmenge, die von der SOC-Schätzungseinheit ausgegeben werden, rekursiv zu schätzen und zu aktualisieren, und wobei die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus konfiguriert ist, den ersten Ladezustand oder den dritten Ladezustand als den geschätzten Ladezustand zu bestimmen.
Vorrichtung zum Einschätzen eines Batteriestatus, die konfiguriert ist, einen Ladezustand einer Sekundärbatterie als einen geschätzten Ladezustand zu schätzen, wobei die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus Folgendes aufweist: eine Strom-Detektionseinheit, die konfiguriert ist, entweder einen Ladestrom oder einen Entladestrom der Sekundärbatterie als einen detektierten Strom zu detektieren, um den detektierten Strom auszugeben; eine Spannungs-Detektionseinheit, die konfiguriert ist, eine Spannung zwischen Anschlüssen der Sekundärbatterie als eine detektierte Spannung zu detektieren, um die detektierte Spannung auszugeben; eine Koeffizienten-Multiplikationseinheit, die konfiguriert ist, einen Ladezustands-Korrekturwert zu berechnen, um den Ladezustands-Korrekturwert auszugeben; eine Feedback-SOC-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, einen ersten Ladezustand basierend auf dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit ausgegeben wird, und auf dem Ladezustands-Korrekturwert, der von der Koeffizienten-Multiplikationseinheit ausgegeben wird, zu berechnen, um den ersten Ladezustand auszugeben; eine SOC-OCV-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, den ersten Ladezustand, der von der Feedback-SOC-Schätzungseinheit ausgegeben wird, in eine erste Leerlaufspannung umzuwandeln, um die erste Leerlaufspannung auszugeben; eine zweite rekursive Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, Ersatzschaltungs-Parameter zu schätzen, um die Ersatzschaltungs-Parameter auszugeben; eine OCV-Schätzungseinheit, die konfiguriert ist, basierend auf dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit ausgegeben wird, auf der detektierten Spannung, die von der Spannungs-Detektionseinheit ausgegeben wird, und auf den Ersatzschaltungs-Parametern, die von der zweiten rekursiven Schätzungseinheit ausgegeben werden, eine zweite Leerlaufspannung und eine Zustandsgröße einer Ersatzschaltung zu berechnen, die den Ersatzschaltungs-Parametern entspricht, um die zweite Leerlaufspannung und die Zustandsgröße auszugeben; eine OCV-SOC-Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist, die zweite Leerlaufspannung, die von der OCV-Schätzungseinheit ausgegeben wird, in einen zweiten Ladezustand umzuwandeln, um den zweiten Ladezustand auszugeben; eine OCV-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als Leerlaufspannungsfehler auszugeben, der ermittelt wird, indem die erste Leerlaufspannung, die von der SOC-OCV-Umwandlungseinheit ausgegeben wird, von der zweiten Leerlaufspannung, die von der OCV-Schätzungseinheit ausgegeben wird, subtrahiert wird; eine SOC-Subtraktionseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert als Ladezustands-Fehler auszugeben, der ermittelt wird, indem der erste Ladezustand, der von der Feedback-SOC-Schätzungseinheit ausgegeben wird, von dem zweiten Ladezustand subtrahiert wird, der von der OCV-SOC-Umwandlungseinheit ausgegeben wird; und eine Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit, die konfiguriert ist, einen Wert auszugeben, der erhalten wird, indem Hochfrequenzkomponenten aus dem Ladezustands-Fehler, der von der SOC-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, beseitigt werden; wobei die Koeffizienten-Multiplikationseinheit konfiguriert ist, als den Ladezustands-Korrekturwert einen Wert auszugeben, der ermittelt wird, indem ein Ausgabewert der Hochfrequenzkomponenten-Beseitigungseinheit mit einem Gain multipliziert wird, wobei die zweite rekursive Schätzungseinheit konfiguriert ist, die Ersatzschaltungs-Parameter basierend auf dem detektierten Strom, der von der Strom-Detektionseinheit ausgegeben wird, auf der Zustandsgröße, die von der OCV-Schätzungseinheit ausgegeben wird, und auf dem Leerlaufspannungsfehler, der von der OCV-Subtraktionseinheit ausgegeben wird, rekursiv zu schätzen und zu aktualisieren, und wobei die Vorrichtung zum Einschätzen des Batteriestatus konfiguriert ist, den ersten Ladezustand als den geschätzten Ladezustand zu bestimmen.