JP2010203935A - Device of estimating inputtable/outputtable power of secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池の入出力可能電力推定装置に関するものである。 The present invention relates to an input / output possible power estimation device for a secondary battery.
二次電池の制御装置として、所定の電池モデル式を用いた適応デジタルフィルタ演算により、二次電池の定常状態における内部抵抗および時定数を含むパラメータを一括推定し、推定したパラメータと、二次電池の電流および端子電圧の計測値とから、二次電池の開路電圧を推定して、推定した定常状態における内部抵抗および開路電圧と、予め定められた上下限電圧とに基づいて、二次電池の定常状態における入出力可能電力を推定する制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。 As a secondary battery control device, parameters including the internal resistance and time constant in the steady state of the secondary battery are collectively estimated by adaptive digital filter calculation using a predetermined battery model formula. The open circuit voltage of the secondary battery is estimated from the measured values of the current and the terminal voltage, and based on the estimated internal resistance and open circuit voltage in the steady state and the predetermined upper and lower limit voltages, A control device that estimates input / output possible power in a steady state is known (see, for example, Patent Document 1).
一方で、リチウムイオン電池などの二次電池においては、充放電電流と端子電圧との間には動特性があり、上記従来技術においては、二次電池の定常状態における入出力可能電を推定するものであって、このような動特性を考慮したものでないため、上記従来技術においては、二次電池の充放電電流が変化した直後における入出力可能電力の推定精度が必ずしも十分でないという問題があった。 On the other hand, in a secondary battery such as a lithium ion battery, there is a dynamic characteristic between the charge / discharge current and the terminal voltage, and in the above-described conventional technology, the input / output possible power in the steady state of the secondary battery is estimated. However, since such dynamic characteristics are not taken into consideration, there is a problem in the above prior art that the estimation accuracy of the input / output possible power immediately after the change of the charge / discharge current of the secondary battery is not sufficient. It was.
本発明が解決しようとする課題は、二次電池の入出力可能電力を、高い精度で逐次推定することのできる二次電池の入出力可能電力推定装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a secondary battery input / output possible power estimation device capable of sequentially estimating the input / output possible power of a secondary battery with high accuracy.
本発明は、二次電池の端子電圧の計測値と、予め定められた二次電池の上限電圧および下限電圧のそれぞれとの差分、および二次電池の内部抵抗の推定値から、二次電池の端子電圧が上限電圧および下限電圧のそれぞれに一致するまでに必要となる電流の増減量を推定し、推定した増減量に基づいて、二次電池の入力可能電力および出力可能電力を推定することにより、上記課題を解決する。 The present invention is based on the difference between the measured value of the terminal voltage of the secondary battery and each of the predetermined upper limit voltage and lower limit voltage of the secondary battery and the estimated value of the internal resistance of the secondary battery. By estimating the amount of increase / decrease in current required until the terminal voltage matches the upper limit voltage and the lower limit voltage, respectively, and estimating the input possible power and output possible power of the secondary battery based on the estimated increase / decrease amount Solve the above problems.
本発明によれば、二次電池の端子電圧が上限電圧および下限電圧のそれぞれに一致するまでに必要となる電流の増減量を推定し、推定した電流の増減量に基づいて、二次電池の入力可能電力および出力可能電力を推定するため、二次電池の入出力可能電力を逐次、高い精度で推定することができる。 According to the present invention, the amount of increase / decrease in current required until the terminal voltage of the secondary battery matches the upper limit voltage and the lower limit voltage is estimated, and based on the estimated increase / decrease amount of current, Since the input possible power and the output possible power are estimated, the input / output possible power of the secondary battery can be sequentially estimated with high accuracy.
図１は、本実施形態に係る二次電池の制御システムの構成を示す図である。図１に示す制御システムは、二次電池でモータ等の負荷を駆動したり、モータの回生による電力やエンジンを動力源としてオルタネータで発電した電力で二次電池を充電するシステムに、本発明に係る入出力可能電力推定装置を適用した例である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a control system for a secondary battery according to the present embodiment. The control system shown in FIG. 1 is applied to the present invention in a system that drives a load such as a motor with a secondary battery or charges a secondary battery with electric power generated by motor regeneration or power generated by an alternator using an engine as a power source. This is an example in which the input / output possible power estimation apparatus is applied.
二次電池１０は、複数の単位電池を直列に接続してなるものであり、二次電池１０を構成する単位電池としては、たとえば、リチウムイオン二次電池などのリチウム系二次電池などが挙げられる。負荷２０としては、たとえば、モータなどが挙げられる。
The
電流計４０は、二次電池１０に流れる充放電電流を検出するセンサであり、電流計４０により検出された信号は、電子制御ユニット３０へ送出される。また、電圧計５０は、二次電池１０の端子電圧を検出するセンサであり、電圧計５０により検出された信号は、電子制御ユニット３０へ送出される。
The
電子制御ユニット３０は、二次電池１０の入出力可能電力を推定するための制御ユニットであり、プログラムを演算するＣＰＵ、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成される。図２に、電子制御ユニット３０の機能ブロック図を示す。
The
図２に示すように、電子制御ユニット３０は、電流検出部３０１、電圧検出部３０２、適応デジタルフィルタ演算部３０３、電流増減量推定部３０４、および、入出力可能電力推定部３０５を備える。
As shown in FIG. 2, the
電流検出部３０１は、電流計４０からの信号を所定周期で取得し、電流計４０からの信号に基づき、二次電池１０に流れる充放電電流を検出することにより、電流計測値Ｉ（ｋ）を取得する。電流検出部３０１は、取得した電流計測値Ｉ（ｋ）を適応デジタルフィルタ演算部３０３および入出力可能電力推定部３０５に送出する。
The
電圧検出部３０２は、電圧計５０からの信号を所定周期で取得し、電圧計５０からの信号に基づき、二次電池１０の端子電圧を検出することにより、電圧計測値Ｖ（ｋ）を取得する。電圧検出部３０２は、取得した電流計測値Ｖ（ｋ）を適応デジタルフィルタ演算部３０３、電流増減量推定部３０４および入出力可能電力推定部３０５に送出する。
The
適応デジタルフィルタ演算部３０３は、二次電池１０の電池モデルを定義し、電流検出部３０１により検出された電流計測値Ｉ（ｋ）および電圧検出部３０２により検出された電圧計測値Ｖ（ｋ）から、適応デジタルフィルタ演算により、二次電池１０の電池モデルのパラメータを一括推定することで、二次電池１０の内部抵抗を推定し、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）を算出する。なお、図２中では、推定値である「＾」を、それぞれ、Ｒ（ｋ）の「Ｒ」の真上に示しているが、下記式（１）に示すように、これはＲ＾（ｋ）と同義である。以下、θ＾（ｋ）、Ｉ＋＾（ｋ）、Ｉ−＾（ｋ）、Ｐｉｎ＾（ｋ）、Ｐｏｕｔ＾（ｋ）においても同様である。
以下、適応デジタルフィルタ演算部３０３により、二次電池１０の内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）を算出する方法について、説明する。
まず、本実施形態で用いる「電池モデル」について、説明する。図３は、二次電池１０の電池モデルを示す等価回路モデルであり、図３に示す等価回路モデルは、下記式（２）で表される。
First, the “battery model” used in the present embodiment will be described. FIG. 3 is an equivalent circuit model showing a battery model of the
ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｃ１を下記式（３）のように表すと、上記式（２）は、下記式（４）で表されることとなる。
次いで、上記式（４）に示される電池モデルから、適応デジタルフィルタを用いた電池パラメータ（Ｋ，Ｔ１，Ｔ２）の推定方法について、説明する。開路電圧Ｖ０（ｔ）は、電流Ｉ（ｔ）に可変なパラメータｈを乗じたものをある初期状態から積分したものと考えれば、開路電圧Ｖ０（ｔ）は、下記式（５）で表すことができる。
そして、上記式（４）に、上記式（５）を代入すると、下記式（６）となり、これを整理すると下記式（７）となる。
さらに、上記式（７）の両辺に安定なローパスフィルタ１／Ｇｌｐ（ｓ）を乗じて、整理すると下記式（８）となる。
なお、本実施形態においては、ローパスフィルタ１／Ｇｌｐ（ｓ）として、下記式（９）に示すものを用いたが、下記式（９）に示すものに限定はされない。下記式（９）において、τはフィルタの時定数である。
ここで、電流検出部３０１で検出した電流計測値Ｉ（ｔ）、および電圧検出部３０２で検出した電圧計測値Ｖ（ｔ）に、ローパスフィルタを施した値を下記式（１０）で定義する。
上記式（８）を上記式（１０）で書き直し、これをＶ２（ｔ）について整理すると、下記式（１１）となる。
そして、上記式（１１）は、計測可能な値（Ｉ１(ｔ）、Ｉ２(ｔ）、Ｉ３(ｔ）、Ｖ２(ｔ）、Ｖ３(ｔ））と未知パラメータ（Ｔ１，Ｔ２，Ｋ，ｈ）との積和式になっているため、適応デジタルフィルタの標準形である下記式（１２）と一致する。
したがって、電流検出部３０１で検出した電流計測値Ｉ（ｔ）、および電圧検出部３０２で検出した電圧計測値Ｖ（ｔ）にフィルタ処理した信号を、適応デジタルフィルタ演算に用いることで、内部抵抗Ｋ、時定数Ｔ１およびＴ２、パラメータｈから構成される未知パラメータベクトルθを一括推定することができる。
Therefore, the internal resistance is obtained by using the signal obtained by filtering the current measurement value I (t) detected by the
本実施形態では、単純な「最小二乗法による適応デジタルフィルタ」の論理的な欠点（一度推定値が収束すると、その後パラメータが変化しても再度正確な推定ができないこと）を改善した「両限トレースゲイン方式」を用いる。すなわち、上記式（１２）を前提にすると、適応デジタルフィルタにより未知パラメータベクトルθを推定するためのアルゴリズムは、下記式（１３）となる。ここで、ｋ時点の電池パラメータ推定値をθ＾（ｋ）とする。
上記式（１３）において、ｔｒａｃｅ｛Ｑ(ｋ）｝は行列Ｑ(ｋ）のトレース（対角要素の和）を意味する。また、λ１、λ３、γＵ、γＬは設計パラメータであり、０＜λ１＜１、０＜λ３＜∞とする。λ３は適応デジタルフィルタの推定速度を設定する定数（調整ゲイン）であり、値を大きくすることにより推定速度は速くなるが、その反面ノイズの影響を受けやすくなる。γＵおよびγＬはそれぞれ行列Ｑ(ｋ）のトレースの上下限を規定するパラメータであり、０＜γＬ＜γＵとなるように設定する。また、Ｐ(０）は十分大きな値を初期値とし、θ＾（０）は非ゼロな十分小さな値を初期値とする。このようにして、適応デジタルフィルタ演算部３０３により、適応デジタルフィルタを用いた電池パラメータ（Ｔ１，Ｔ２，Ｋ，ｈ）の推定が行われる。
In the above equation (13), trace {Q (k)} means a trace (sum of diagonal elements) of the matrix Q (k). Also, λ 1 , λ 3 , γ U , γ L are design parameters, and 0 <λ 1 <1, 0 <λ 3 <∞. lambda 3 is a constant (adjustment gain) for setting the estimated speed of the adaptive digital filter, but the estimated speed is faster by increasing the value becomes susceptible to the contrary noise. γ U and γ L are parameters that define the upper and lower limits of the trace of the matrix Q (k), and are set such that 0 <γ L <γ U. Also, P (0) has a sufficiently large value as an initial value, and θ ^ (0) has a non-zero and sufficiently small value as an initial value. In this way, the adaptive digital
また、二次電池１０の電流の瞬間的な変化量をΔＩとし、電流の変化量ΔＩに応じた二次電池１０の電圧の瞬間的な変化量をΔＶとした場合に、上記式（４）を変形して得られる下記式（１４）において、変化量ΔＩに対する直達項だけの変化量ΔＶに着目すると、下記式（１５）を得ることができる。ここで、本実施形態では、二次電池１０の電流の変化量ΔＩを、二次電池１０の電圧計測値Ｖ（ｋ）が、予め定められた二次電池１０の上限電圧ＶＭＡＸあるいは予め定められた二次電池１０の下限電圧ＶＭＩＮに到達するまでに必要な電流量とすることができるが、特にこれに限定されない。なお、予め定められた二次電池１０の上限電圧ＶＭＡＸおよび下限電圧ＶＭＩＮは、たとえば、電子制御ユニット３０に備えられたＲＯＭに記憶させておき、これを読み出すような構成とすればよい。
そして、適応デジタルフィルタ演算部３０３は、二次電池１０の端子電圧が、予め定められた上限電圧ＶＭＡＸまたは予め定められた下限電圧ＶＭＩＮと一致し、かつ、二次電池１０が定常状態にある場合には、上記式（１）〜（１３）により得られるパラメータ「Ｋ」を、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）として採用し、一方、二次電池１０の端子電圧が、予め定められた上限電圧ＶＭＡＸまたは予め定められた下限電圧ＶＭＩＮと一致しない場合や、二次電池１０の端子電圧が、上限電圧ＶＭＡＸまたは下限電圧ＶＭＩＮと一致していても、二次電池１０の内部状態が過渡状態にある場合には、上記式（１）〜（１３）に加えて、上記式（１４）、（１５）を用いて得られるパラメータ「Ｋ・Ｔ２／Ｔ１」を内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）とし、これを電流増減量推定部３０４に送出する。
Then, the adaptive digital
図２に戻り、電流増減量推定部３０４は、電圧検出部３０２により検出された電圧計測値Ｖ（ｋ）、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）、および予め設定された二次電池１０の上限電圧ＶＭＡＸに基づいて、二次電池１０の端子電圧が上限電圧ＶＭＡＸに一致するために必要となる電流量を推定し、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）を算出する。具体的には、電流増減量推定部３０４は、電圧計測値Ｖ（ｋ）、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）、および上限電圧ＶＭＡＸに基づいて、下記式（１６）にしたがって、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）を算出する。
また、電流増減量推定部３０４は、電圧計測値Ｖ（ｋ）、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）、および予め設定された二次電池１０の下限電圧ＶＭＩＮに基づいて、二次電池１０の端子電圧が下限電圧ＶＭＩＮに一致するために必要となる電流量を推定し、下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）を算出する。具体的には、電圧計測値Ｖ（ｋ）、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）、および下限電圧ＶＭＩＮに基づいて、下記式（１７）にしたがって、下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）を算出する。
なお、本実施形態においては、二次電池１０に対して充電が行われる方向に電流値を変化させることを、「電流量を増加させる」と定義し、二次電池１０により放電が行われる方向に電流値を変化させることを、「電流量を減少させる」と定義することとする。
In the present embodiment, changing the current value in the direction in which the
ここで、本実施形態においては、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）を算出する際に、予め設定された二次電池１０の上限電圧ＶＭＡＸの代わりに、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分に基づいて設定される第１電圧Ｖ’ＭＡＸを用いて、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）を算出することが好ましい。すなわち、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）は、下記式（１８）にしたがって、算出されることが好ましい。
第１電圧Ｖ’ＭＡＸは、電圧計測値Ｖ（ｋ）より高く、かつ、上限電圧ＶＭＡＸ以下の範囲で設定される電圧であり、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさに応じて設定される電圧である。具体的には、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が小さいほど、第１電圧Ｖ’ＭＡＸは上限電圧ＶＭＡＸに近い値に設定され、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が大きいほど、第１電圧Ｖ’ＭＡＸは上限電圧ＶＭＡＸから離れた値に設定される。なお、第１電圧Ｖ’ＭＡＸの設定方法としては、たとえば、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさに応じた変数（０より大きく１以下）を、電子制御ユニット３０に備えられたＲＯＭに記憶させておき、これを読み出して、読み出した変数を上限電圧ＶＭＡＸに乗算することにより、設定する方法などが挙げられる。
The first voltage V 'MAX is higher than the voltage measured value V (k), and a voltage set by the range upper limit voltage V MAX, the difference between the upper limit voltage V MAX and the voltage measurement values V (k) Is a voltage set according to the magnitude of the absolute value of. Specifically, as the absolute value of the difference between the upper limit voltage V MAX and the voltage measurement values V (k) is small, the first voltage V 'MAX is set to a value close to the upper limit voltage V MAX, and the upper limit voltage V MAX As the absolute value of the difference from the voltage measurement value V (k) is larger, the first voltage V ′ MAX is set to a value farther from the upper limit voltage V MAX . As a setting method of the first voltage V ′ MAX , for example, a variable (greater than 0 and less than or equal to 1) according to the absolute value of the difference between the upper limit voltage V MAX and the voltage measurement value V (k) is used. For example, a method may be used in which the value is stored in a ROM provided in the
ここで、上記式（１６）において、たとえば、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）に推定誤差が存在する場合には、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が大きい場合には、左辺の分子の絶対値が大きな値となるため、算出される上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）は、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定誤差の影響を受け易くなる傾向にある。これに対して、上限電圧ＶＭＡＸの代わりに、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の大きさの絶対値に基づいて設定される第１電圧Ｖ’ＭＡＸを用い、上記式（１８）にしたがって、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）を算出することで、上記式（１６）を用いる場合と比較して、左辺の分子の絶対値を相対的に小さな値とすることができ、結果として、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定誤差の影響を少なくすることができ、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）の推定精度を向上させることができる。
Here, in the above equation (16), for example, when there is an estimation error in the internal resistance estimation value R ^ (k) calculated by the adaptive digital
一方で、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が小さい場合には、左辺の分子の絶対値は小さな値となるため、この場合には、算出される上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）は、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定誤差の影響を受け難くなる傾向にある。そのため、本実施形態では、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が小さいほど、第１電圧Ｖ’ＭＡＸを上限電圧ＶＭＡＸに近い値に設定することで、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が小さい場合においても、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）の推定精度を良好なものとすることができる。 On the other hand, when the absolute value of the difference between the upper limit voltage V MAX and the voltage measurement value V (k) is small, the absolute value of the numerator on the left side is a small value. In this case, the calculated upper limit side The current increase / decrease amount estimated value I + ^ (k) tends to be less susceptible to the estimation error of the internal resistance estimated value R ^ (k). Therefore, in the present embodiment, the smaller the absolute value of the difference between the upper limit voltage V MAX and the voltage measurement value V (k) is, the smaller the absolute value of the first voltage V ′ MAX is set to a value closer to the upper limit voltage V MAX. Even when the absolute value of the difference between the voltage V MAX and the voltage measurement value V (k) is small, the estimation accuracy of the upper limit side current increase / decrease estimation value I + ^ (k) can be improved.
また、同様に、下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）を算出する際においても、予め設定された二次電池１０の下限電圧ＶＭＩＮの代わりに、下限電圧ＶＭＩＮと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分に基づいて設定される第２電圧Ｖ’ＭＩＮを用いて、下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）を算出することが好ましい。すなわち、下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）は、下記式（１９）にしたがって、算出されることが好ましい。
第２電圧Ｖ’ＭＩＮは、電圧計測値Ｖ（ｋ）より低く、かつ、下限電圧ＶＭＩＮ以上の範囲で設定される電圧であり、下限電圧ＶＭＩＮと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさに応じて設定される電圧である。具体的には、下限電圧ＶＭＩＮと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が小さいほど、第２電圧Ｖ’ＭＩＮは下限電圧ＶＭＩＮに近い値に設定され、下限電圧ＶＭＩＮと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が大きいほど、第２電圧Ｖ’ＭＩＮは下限電圧ＶＭＩＮから離れた値に設定される。そして、上記と同様に、下限電圧ＶＭＩＮの代わりに、第２電圧Ｖ’ＭＩＮを用い、下記式（１９）にしたがって、下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）を算出することで、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定誤差の影響を少なくすることができ、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）の推定精度を向上させることができる。なお、第２電圧Ｖ’ＭＩＮの設定方法としては、上述した第１電圧Ｖ’ＭＡＸと同様に、電子制御ユニット３０に備えられたＲＯＭに記憶された下限電圧ＶＭＩＮと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさに応じた変数（０より大きく１以下）を用い、これを下限電圧ＶＭＩＮに乗算することにより、設定する方法などが挙げられる。
The second voltage V 'MIN, voltage measurement values V (k) lower than, and a voltage set in a range equal to or more than the lower limit voltage V MIN, the difference between the lower limit voltage V MIN and the voltage measurement values V (k) Is a voltage set according to the magnitude of the absolute value of. Specifically, as the absolute value of the difference between the lower limit voltage V MIN and the voltage measurement values V (k) is small, the second voltage V 'MIN is set to a value close to the lower limit voltage V MIN, and the lower limit voltage V MIN The second voltage V ′ MIN is set to a value farther from the lower limit voltage V MIN as the absolute value of the difference from the voltage measurement value V (k) is larger. Then, similarly to the above, by using the second voltage V ′ MIN instead of the lower limit voltage V MIN , the lower limit side current increase / decrease estimated value I − ^ (k) is calculated according to the following equation (19). Thus, the influence of the estimation error of the internal resistance estimated value R ^ (k) can be reduced, and the estimation accuracy of the upper limit side current increase / decrease estimated value I + ^ (k) can be improved. As the setting method of the second voltage V ′ MIN , similarly to the first voltage V ′ MAX described above, the lower limit voltage V MIN stored in the ROM provided in the
入出力可能電力推定部３０５は、電流増減量推定部３０４により算出された上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）、電流検出部３０１により検出された電流計測値Ｉ（ｋ）、および予め設定された二次電池１０の上限電圧ＶＭＡＸに基づいて、二次電池１０に入力可能な最大電力を推定し、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）を算出する。具体的には、入出力可能電力推定部３０５は、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）、電流計測値Ｉ（ｋ）、および上限電圧ＶＭＡＸに基づいて、下記式（２０）にしたがって、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）を算出する。
また、入出力可能電力推定部３０５は、下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）、電流計測値Ｉ（ｋ）、電圧計測値Ｖ（ｋ）、および予め設定された二次電池１０の下限電圧ＶＭＩＮに基づいて、二次電池１０から出力可能な最大電力を推定し、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）を算出する。具体的には、入出力可能電力推定部３０５は、下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）、電流計測値Ｉ（ｋ）、および下限電圧ＶＭＩＮに基づいて、下記式（２１）にしたがって、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）を算出する。
ここで、本実施形態においては、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）を算出する際に、電流増減量推定部３０４により算出された上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）の代わりに、この上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）に、１より小さい正の値である補正値α１を乗算して得られる値を用いて、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）を算出することが好ましい。すなわち、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）は、下記式（２２）にしたがって、算出されることが好ましい。
補正値α１は、１より小さい正の値であり、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさに応じて設定される値である。具体的には、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が小さいほど、補正値α１は大きい値に設定され、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が大きいほど、小さい値に設定される。なお、補正値α１の設定方法としては、たとえば、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさに応じた補正値α１の値を、電子制御ユニット３０に備えられたＲＯＭに記憶させておき、これを読み出す方法などが挙げられる。
The correction value α 1 is a positive value smaller than 1, and is a value set according to the magnitude of the absolute value of the difference between the upper limit voltage V MAX and the voltage measurement value V (k). Specifically, the smaller the absolute value of the difference between the upper limit voltage V MAX and the voltage measurement value V (k), the larger the correction value α 1 is set, and the upper limit voltage V MAX and the voltage measurement value V (k). As the absolute value of the difference between is larger, it is set to a smaller value. As method of setting the correction value alpha 1, for example, the absolute value of the magnitude value of the correction value alpha 1 in accordance with of the difference between the upper limit voltage V MAX and the voltage measurement values V (k), the
上述したように、適応デジタルフィルタ演算部３０３により算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）に推定誤差が存在する場合には、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が大きい場合には、算出される上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）は、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定誤差の影響を受け易くなる傾向にある。また、同様に、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が小さい場合には、左辺の分子の絶対値は小さな値となるため、この場合には、算出される上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）は、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定誤差の影響を受け難くなる傾向にある。これに対して、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）に、１より小さい正の値である補正値α１を乗算して得られる値を用い、上記式（２２）にしたがって、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）を算出することで、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が大きい場合においても、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定誤差の影響を少なくすることができ、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）の推定精度を向上させることができる。さらに、補正値α１の値を上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさに応じて設定することにより、上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が小さい場合においても、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）の推定精度を良好なものとすることができる。
As described above, when there is an estimation error in the internal resistance estimation value R ^ (k) calculated by the adaptive digital
また、同様に、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）を算出する際においても、電流増減量推定部３０４により算出された下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）の代わりに、この下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）に、１より小さい正の値である補正値α２を乗算して得られる値を用いて、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）を算出することが好ましい。すなわち、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）は、下記式（２３）にしたがって、算出されることが好ましい。
補正値α２は、１より小さい正の値であり、下限電圧ＶＭＩＮと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさに応じて設定される値である。具体的には、下限電圧ＶＭＩＮと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が小さいほど、補正値α２は大きい値に設定され、下限電圧ＶＭＩＮと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値が大きいほど、小さい値に設定される。そして、上記と同様に、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）に、１より小さい正の値である補正値α１を乗算して得られる値を用い、上記式（２３）にしたがって、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）を算出することで、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定誤差の影響を少なくすることができ、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）の推定精度を向上させることができる。なお、補正値α２の設定方法としては、補正値α１と同様に、たとえば、下限電圧ＶＭＩＮと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさに応じた補正値α２の値を、電子制御ユニット３０に備えられたＲＯＭに記憶させておき、これを読み出す方法などが挙げられる。
Correction value alpha 2 is less than one positive value is a value set according to the magnitude of the absolute value of the difference between the lower limit voltage V MIN and the voltage measurement values V (k). Specifically, the smaller the absolute value of the difference between the lower limit voltage V MIN and the voltage measurement value V (k) is, the smaller the correction value α 2 is set, and the lower limit voltage V MIN and the voltage measurement value V (k) are set. As the absolute value of the difference between is larger, it is set to a smaller value. Similarly to the above, using the value obtained by multiplying the upper limit side current increase / decrease amount estimated value I + ^ (k) by the correction value α 1 which is a positive value smaller than 1 , the above equation (23) is used. Therefore, by calculating the maximum output possible power estimated value P out ^ (k), the influence of the estimation error of the internal resistance estimated value R ^ (k) can be reduced, and the maximum output possible power estimated value P out ^ The estimation accuracy of (k) can be improved. As a method for setting the correction value α 2 , as with the correction value α 1 , for example, the correction value α 2 according to the magnitude of the absolute value of the difference between the lower limit voltage V MIN and the voltage measurement value V (k). The method of memorizing | storing this value in ROM provided in the
なお、上述の式（１８）および式（２２）をまとめると、下記式（２４）となり、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）は、下記式（２４）で算出できることとなる。
なお、同様に、上述の式（１９）および式（２３）をまとめると、下記式（２５）となり、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）は、下記式（２５）で算出できることとなる。
次いで、本実施形態における、入出力可能電力の推定処理を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図４に示す処理は一定周期毎（本実施形態では、１００ｍｓｅｃ毎）に実施される。以下の説明においては、Ｉ(ｋ）は今回の実行周期の電流値（今回の計測値）、Ｉ(ｋ−１）は１回前の実行周期での電流値（前回の計測値）とし、電流以外の値に関しても同様に表記する。なお、以下に説明する処理は、電子制御ユニット３０により行われる。
Next, the input / output possible power estimation process in the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Note that the processing shown in FIG. 4 is performed at regular intervals (in this embodiment, every 100 msec). In the following description, I (k) is a current value (current measurement value) of the current execution cycle, I (k−1) is a current value (previous measurement value) of the previous execution cycle, The same applies to values other than current. Note that the processing described below is performed by the
まず、ステップＳ１では、電流検出部３０１、および電圧検出部３０２により、電流計測値Ｉ（ｋ）、および電圧計測値Ｖ（ｋ）の取得が行われる。電流計測値Ｉ（ｋ）は適応デジタルフィルタ演算部３０３および入出力可能電力推定部３０５に、電圧計測値Ｖ（ｋ）は適応デジタルフィルタ演算部３０３、電流増減量推定部３０４および入出力可能電力推定部３０５に、それぞれ送出される。
First, in step S1, the current measurement value I (k) and the voltage measurement value V (k) are acquired by the
ステップＳ２では、適応デジタルフィルタ演算部３０３により、ステップＳ１で取得した電流計測値Ｉ（ｋ）、および電圧計測値Ｖ（ｋ）に基づき、上述した方法にしたがい、適応デジタルフィルタ演算により、二次電池１０の内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の算出が行われる。算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）は電流増減量推定部３０４に送出される。
In step S2, the adaptive digital
なお、適応デジタルフィルタ演算部３０３は、算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定精度を判断し、算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定精度が十分でないと判断できる場合には、算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の代わりに、予め設定された内部抵抗初期値を用い、これを内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）とするような構成とすることが好ましい。なお、予め設定された内部抵抗初期値としては、たとえば、二次電池１０が使用される温度範囲や、二次電池１０の経時劣化により特定の変化から想定される内部抵抗の最大値を採用すればよい。また、内部抵抗初期値は、電子制御ユニット３０に備えられたＲＯＭに予め記憶させておき、これを読み出すような構成とすることができる。このように、算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の推定精度が十分でない場合に、予め設定された内部抵抗初期値を用いるような構成とすることにより、後述するステップＳ６で算出される最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）またはステップＳ１０で算出される最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）で、充電または放電した場合に、二次電池１０の上限電圧ＶＭＡＸまたは下限電圧ＶＭＩＮを超えてしまうことを有効に防止することができる。
The adaptive digital
上記に加えて、適応デジタルフィルタ演算部３０３は、算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）が予め設定された所定の下限値未満であるか否かを判断し、算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）が所定の下限値未満である場合には、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）の代わりに、所定の下限値を用い、これを内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）とするような構成とすることが好ましい。なお、所定の下限値としては、たとえば、二次電池１０の経時劣化により特定の変化から想定される内部抵抗の最小値や、二次電池１０が経時劣化していない状態（新品の状態）における常温時の内部抵抗とすることができる。また、内部抵抗初期値と同様に、所定の下限値は、電子制御ユニット３０に備えられたＲＯＭに予め記憶させておき、これを読み出すような構成とすることができる。このように、算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）が所定の下限値未満である場合に、予め設定された所定の下限値を用いるような構成とすることにより、予め設定された内部抵抗初期値を用いた場合と同様に、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）または最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）で、充電または放電した場合に、二次電池１０の上限電圧ＶＭＡＸまたは下限電圧ＶＭＩＮを超えてしまうことを有効に防止することができる。
In addition to the above, the adaptive digital
そして、ステップＳ１で取得した電流計測値Ｉ（ｋ）、電圧計測値Ｖ（ｋ）、およびステップＳ２で算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）に基づいて、以下に説明するように、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）の算出処理（ステップＳ３〜Ｓ６）、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）の算出処理（ステップＳ７〜Ｓ１０）が、それぞれ行われる。 Then, based on the measured current value I (k), the measured voltage value V (k) obtained in step S1, and the estimated internal resistance R ^ (k) calculated in step S2, as described below, The calculation process (steps S3 to S6) of the maximum input possible power estimation value P in ^ (k) and the calculation process (steps S7 to S10) of the maximum output possible power estimation value P out ^ (k) are performed.
すなわち、ステップＳ３では、電流増減量推定部３０４により、ステップＳ１で取得した電圧計測値Ｖ（ｋ）と予め定められた二次電池１０の上限電圧ＶＭＡＸとの差分の絶対値（｜ＶＭＡＸ−Ｖ（ｋ）｜）に基づいて、第１電圧Ｖ’ＭＡＸの設定が行われる。
That is, in step S3, the current increase / decrease
ステップＳ４では、ステップＳ３で設定された第１電圧Ｖ’ＭＡＸ、ステップＳ１で取得した電圧計測値Ｖ（ｋ）およびステップＳ２で算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）に基づいて、上記式（１８）にしたがって、上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）の算出が行われる。算出された上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）は、入出力可能電力推定部３０５に送出される。
In step S4, based on the first voltage V ′ MAX set in step S3, the voltage measurement value V (k) acquired in step S1, and the internal resistance estimation value R ^ (k) calculated in step S2, the above-mentioned The upper limit side current increase / decrease amount estimated value I + ^ (k) is calculated according to the equation (18). The calculated upper limit current increase / decrease estimation value I + ^ (k) is sent to the input / output possible
ステップＳ５では、入出力可能電力推定部３０５により、ステップＳ１で取得した電圧計測値Ｖ（ｋ）と予め定められた二次電池１０の上限電圧ＶＭＡＸとの差分の絶対値（｜ＶＭＡＸ−Ｖ（ｋ）｜）に基づいて、補正値α１の設定が行われる。
In step S5, the absolute value (| V MAX −) of the difference between the voltage measurement value V (k) acquired in step S1 and the predetermined upper limit voltage V MAX of the
ステップＳ６では、入出力可能電力推定部３０５により、ステップＳ５で算出された補正値α１、ステップＳ１で取得した電流計測値Ｉ（ｋ）、ステップＳ４で算出された上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）、および予め設定された二次電池１０の上限電圧ＶＭＡＸに基づいて、上記式（２２）にしたがって、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）の算出が行われる。
In step S6, the input / output possible
一方、ステップＳ７では、電流増減量推定部３０４により、ステップＳ１で取得した電圧計測値Ｖ（ｋ）と予め定められた二次電池１０の下限電圧ＶＭＩＮとの差分の絶対値（｜ＶＭＩＮ−Ｖ（ｋ）｜）に基づいて、第２電圧Ｖ’ＭＩＮの設定が行われる。
On the other hand, in step S7, the current increase /
ステップＳ８では、ステップＳ７で設定された第２電圧Ｖ’ＭＩＮ、ステップＳ１で取得した電圧計測値Ｖ（ｋ）およびステップＳ２で算出された内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）に基づいて、上記式（１９）にしたがって、下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）の算出が行われる。算出された下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）は、入出力可能電力推定部３０５に送出される。
In step S8, based on the second voltage V ′ MIN set in step S7, the voltage measurement value V (k) acquired in step S1, and the internal resistance estimated value R ^ (k) calculated in step S2, the above-mentioned according to equation (19), the lower limit decrease amount estimated value I - ^ calculation of (k) is performed. The calculated lower limit side current increase / decrease amount estimated value I − ^ (k) is sent to the input / output possible
ステップＳ９では、入出力可能電力推定部３０５により、ステップＳ１で取得した電圧計測値Ｖ（ｋ）と予め定められた二次電池１０の下限電圧ＶＭＩＮとの差分の絶対値（｜ＶＭＩＮ−Ｖ（ｋ）｜）に基づいて、補正値α２の設定が行われる。
In step S9, the absolute value (| V MIN −) of the difference between the voltage measurement value V (k) acquired in step S1 and the predetermined lower limit voltage V MIN of the
ステップＳ１０では、入出力可能電力推定部３０５により、ステップＳ９で算出された補正値α１、ステップＳ１で取得した電流計測値Ｉ（ｋ）、ステップＳ８で算出された下限側電流増減量推定値Ｉ−＾（ｋ）、および予め設定された二次電池１０の下限電圧ＶＭＩＮに基づいて、上記式（２３）にしたがって、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）の算出が行われる。
そして、本実施形態では、上述したステップＳ１〜Ｓ１０を一定周期毎（本実施形態では、１００ｍｓｅｃ毎）に繰り返し行うことにより、二次電池１０の入出力可能電力の推定を逐次行うものである。なお、本実施形態の入出力可能電力推定処理においては、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）の算出処理（ステップＳ７〜Ｓ１０）に次いで、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）の算出処理（ステップＳ３〜Ｓ６）を行う構成としてもよいし、あるいはこれらを同時に行うような構成としてもよい。
In step S10, the correction value α 1 calculated in step S9 by the input / output possible
In this embodiment, the above-described steps S1 to S10 are repeatedly performed at regular intervals (in this embodiment, every 100 msec), thereby sequentially estimating the input / output possible power of the
本実施形態によれば、二次電池１０の電圧計測値Ｖ（ｋ）、および上限電圧ＶＭＡＸ（第１電圧Ｖ’ＭＡＸ）を用いて、端子電圧計測値Ｖ（ｋ）を、上限電圧ＶＭＡＸ（第１電圧Ｖ’ＭＡＸ）に一致させるために必要な電流量である上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）を算出する。そして、算出された上限側電流増減量推定値Ｉ＋＾（ｋ）と、実際に二次電池１０に流れている電流の計測値である電流計測値Ｉ（ｋ）との合計に、上限電圧ＶＭＡＸを乗算することにより、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）を算出するものであり、さらにはこのような最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）の算出処理を逐次繰り返すものである。そのため、本実施形態によれば、二次電池１０に充電または放電される充放電電流の変化に関係なく（すなわち、二次電池１０が過渡状態にある場合でも、定常状態にある場合でも）、二次電池１０に入力可能な最大入力可能電力を高い精度で、しかも逐次推定することが可能となる。しかも、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）の算出処理を逐次繰り返すことにより、二次電池１０の内部抵抗の推定値に誤差があった場合でも、内部抵抗の推定誤差に基づく、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）の誤差を短時間で収束させることができる。
According to this embodiment, the terminal voltage measurement value V (k) is converted to the upper limit voltage V using the voltage measurement value V (k) of the
また、本実施形態によれば、最大入力可能電力推定値Ｐｉｎ＾（ｋ）と同様にして、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）を算出するものであり、さらにはこのような最最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）の算出処理を逐次繰り返すものであため、同様に、二次電池１０に充電または放電される充放電電流の変化に関係なく、二次電池１０から出力可能な最大出力可能電力を高い精度で、しかも逐次推定することが可能となる。また、同様に、二次電池１０の内部抵抗の推定値に誤差があった場合でも、内部抵抗の推定誤差に基づく、最大出力可能電力推定値Ｐｏｕｔ＾（ｋ）の誤差を短時間で収束させることができる。
Further, according to the present embodiment, the maximum output possible power estimation value P out ^ (k) is calculated in the same manner as the maximum input possible power estimation value P in ^ (k). Since the calculation process of the maximum maximum output possible power estimated value P out ^ (k) is sequentially repeated, similarly, regardless of the change in the charge / discharge current charged or discharged in the
なお、一般的に、リチウムイオン二次電池などの二次電池は、図５に示すように、時間ｔ１において、電流値ゼロから、一定電流値Ｉ１で充電を開始した場合には、端子電圧が徐々に上昇していき、時間ｔ１から所定時間経過後の時間ｔ２において、定常状態となる性質を有する。これに対して、たとえば、従来のように、電池モデルを用いた適応デジタルフィルタ演算により、定常状態における二次電池の内部状態（すなわち、時間ｔ２における二次電池１０の内部状態）を推定し、これに基づいて二次電池の入力可能電力を推定した場合においては、図６に示すように、図６中の斜線部分に示す領域に相当する電力については、二次電池に入力可能であるにも係らず、入力されないこととなってしまい、エネルギーロスが発生するという問題があった。また、図７に示すように、従来においては、内部抵抗の推定誤差があった場合に、二次電池の上限電圧を超えて充電が行われてしまい、二次電池の劣化を招いたり（図７中の一点鎖線）、あるいは、二次電池の上限電圧よりも低い電圧で充電が行われてしまい、エネルギーロスが発生してしまう（図７中の点線）という問題もあった。なお、これらの問題は、充電側（入力側）だけでなく、放電側（出力側）でも同様である。
In general, a secondary battery such as a lithium ion secondary battery has a terminal when charging starts at a constant current value I 1 from a current value zero at time t 1 as shown in FIG. voltage gradually rises, at time t 2 after a predetermined time has elapsed from the time t 1, it has the property of the steady state. On the other hand, for example, as in the prior art, the internal state of the secondary battery in the steady state (that is, the internal state of the
これに対して、本実施形態によれば、これら従来技術の問題を有効に解決するものであり、これにより、二次電池１０の入出力可能電力を高い精度で、しかも逐次推定することを可能とするものである。そして、この結果として、本実施形態に係る入出力可能電力推定装置を、電動車両システムに搭載される二次電池に適応することにより、従来と比較して、より多くの運度エネルギーを二次電池に回生して燃費効率の向上を可能とすることができる。さらには、従来と比較して、より多くの動力を二次電池から出力することのより動力性能の向上も可能となる。
On the other hand, according to the present embodiment, these problems of the prior art are effectively solved, whereby the input / output power of the
図８〜図１１に、車両システムに搭載された電池モデルを用いたシミュレーションにより、本実施形態の効果を検証した結果を示す。図８〜図１１においては、上から電流の変化を示すプロファイル、電圧の変化を示すプロファイル、電力の変化を示すプロファイルを示しており、これらのうち、電力については、最大入力可能電力推定値（点線）、要求電力（一点鎖線）おおよび実電力（実線）を示した。また、電圧の変化を示すプロファイルにおいては、二次電池の上限電圧も併せて示した。そして、図８〜図１１においては、所定時間(図８〜図１１に示すように、要求電力（一点鎖線）の値が大きく変化し、その後一定となる前までの時間)までの間は、車両システムからの要求電力（一点鎖線）は、二次電池に実際に入出力可能な電力の範囲内となっており、そのため、要求電力（一点鎖線）と実電力（実線）とが同じ電力となり、一方で、所定時間以降においては、車両システムからの要求電力（一点鎖線）が、二次電池に実際に入出力可能な電力の範囲を超える値となった場合のシミュレーション結果を示している。 8 to 11 show results of verifying the effect of the present embodiment by simulation using a battery model mounted on the vehicle system. 8 to 11 show a profile showing a change in current, a profile showing a change in voltage, and a profile showing a change in power from the top. Among these, for power, the maximum input power estimation value ( Dotted line), required power (dashed line) and actual power (solid line) are shown. In the profile showing the change in voltage, the upper limit voltage of the secondary battery is also shown. In FIGS. 8 to 11, until a predetermined time (the time until the value of the required power (dashed line) greatly changes and thereafter becomes constant as shown in FIGS. 8 to 11), The required power from the vehicle system (one-dot chain line) is within the range of power that can actually be input and output to the secondary battery. Therefore, the required power (one-dot chain line) and the actual power (solid line) are the same power. On the other hand, after the predetermined time, the simulation result is shown in the case where the required power from the vehicle system (one-dot chain line) exceeds the range of power that can actually be input / output to / from the secondary battery.
そして、図８、図９は、上記条件において、二次電池の内部抵抗の推定値に推定誤差が無い場合のシミュレーション結果を示しており、図８は本実施形態に係るシミュレーション結果であり、図９は、従来例に係るシミュレーション結果である。なお、図９に示す従来例においては、電池モデルを用いた適応デジタルフィルタ演算により、定常状態における二次電池の内部状態（過渡状態を考慮しない内部状態）を推定し、定常状態における二次電池の内部状態に基づいて二次電池の入力可能電力を推定した例である（図１１においても同様。）。 8 and 9 show simulation results when there is no estimation error in the estimated value of the internal resistance of the secondary battery under the above conditions. FIG. 8 shows the simulation results according to the present embodiment. 9 is a simulation result according to the conventional example. In the conventional example shown in FIG. 9, the internal state of the secondary battery in the steady state (internal state not considering the transient state) is estimated by adaptive digital filter calculation using the battery model, and the secondary battery in the steady state is estimated. This is an example in which the input power of the secondary battery is estimated based on the internal state (the same applies to FIG. 11).
図８に示すように、本実施形態によれば、要求電力（一点鎖線）が、二次電池に実際に入出力可能な電力の範囲を超える値となった場合でも、要求電力が入出力可能な電力の範囲を超える値となった直後から、二次電池の端子電圧を、二次電池の上限電圧と一致させることができることが確認できる。すなわち、本実施形態によれば、要求電力が入出力可能な電力の範囲を超える値となった直後から、最大入力可能電力での入力が可能となることが確認できる。一方、図９に示すように、従来例においては、要求電力（一点鎖線）が、二次電池に実際に入出力可能な電力の範囲を超える入出力可能な電力の範囲を超える値となった場合に、定常的には二次電池１０の端子電圧が、二次電池１０の上限電圧と一致する結果となるが、過渡的には（たとえば、要求電力が入出力可能な電力の範囲を超える値となった直後からしばらくの間）、二次電池の端子電圧が二次電池の上限電圧を下回る結果となった。すなわち、従来例においては、この間において回生可能であった電力のうち一部が回生できないという結果となった。
As shown in FIG. 8, according to the present embodiment, even when the required power (one-dot chain line) exceeds the range of power that can actually be input / output to / from the secondary battery, the required power can be input / output. It can be confirmed that the terminal voltage of the secondary battery can be matched with the upper limit voltage of the secondary battery immediately after reaching a value exceeding the range of the power. That is, according to the present embodiment, it can be confirmed that the input with the maximum input power is possible immediately after the required power becomes a value exceeding the range of power that can be input and output. On the other hand, as shown in FIG. 9, in the conventional example, the required power (one-dot chain line) exceeds the range of power that can be input / output exceeding the range of power that can actually be input / output to / from the secondary battery. In some cases, the terminal voltage of the
また、図１０、図１１は、上記条件において、二次電池の内部抵抗の推定値を真値の１．４倍として算出されてしまった場合のシミュレーション結果を示しており、図１０は本実施形態に係るシミュレーション結果であり、図１１は、従来例に係るシミュレーション結果である。なお、図１１に示す従来例においては、上述した図９と同じ従来例である。 10 and 11 show the simulation results when the estimated value of the internal resistance of the secondary battery is calculated as 1.4 times the true value under the above conditions. FIG. 10 shows the present embodiment. FIG. 11 is a simulation result according to a conventional example. The conventional example shown in FIG. 11 is the same as the conventional example shown in FIG.
図１０に示すように、本実施形態によれば、二次電池の内部抵抗の推定値に誤差がある場合においては、図１０に示すように微小時間Δｔだけ、二次電池の端子電圧と、二次電池の上限電圧とが一致するのに時間を要する以外は、図８に示す場合と同様に、良好に最大入力可能電力での入力が可能となることが確認できる。一方、図１１に示すように、従来例においては、二次電池の内部抵抗の推定値に誤差がある場合においては、その誤差は修正されずに、過渡的にも、また、定常的にも、二次電池の端子電圧が二次電池の上限電圧を下回る結果となった。すなわち、従来例においては、所定時間に二次電池に実際に入出力可能な電力の範囲を超える値となって以降、回生可能であった電力のうち一部が回生できないという結果となった。 As shown in FIG. 10, according to the present embodiment, when there is an error in the estimated value of the internal resistance of the secondary battery, as shown in FIG. Except that it takes time to match the upper limit voltage of the secondary battery, it can be confirmed that the input with the maximum input power can be satisfactorily performed as in the case shown in FIG. On the other hand, as shown in FIG. 11, in the conventional example, when there is an error in the estimated value of the internal resistance of the secondary battery, the error is not corrected, and it is transient or steady. The terminal voltage of the secondary battery was lower than the upper limit voltage of the secondary battery. That is, in the conventional example, after reaching a value exceeding the range of power that can actually be input / output to / from the secondary battery at a predetermined time, a part of the power that can be regenerated cannot be regenerated.
なお、上述した実施形態において、電流検出部３０１および電圧検出部３０２は本発明の検出手段に、適応デジタルフィルタ演算部３０３は本発明の内部抵抗推定手段に、電流増減量推定部３０４は本発明の電流増減量推定手段に、入出力可能電力推定３０５は本発明の入出力可能電力推定手段に、それぞれ相当する。
In the embodiment described above, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment was described in order to make an understanding of this invention easy, and was not described in order to limit this invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
たとえば、上述の実施形態においては、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）を、電池モデルを用いた適応デジタルフィルタ演算により算出するような構成としたが、内部抵抗推定値Ｒ＾（ｋ）を算出する方法は、特に限定されず、たとえば、電流計測値Ｉ（ｋ）および電圧計測値Ｖ（ｋ）との関係を直線回帰し、その傾きから算出する方法を採用してもよい。 For example, in the above-described embodiment, the internal resistance estimated value R ^ (k) is calculated by the adaptive digital filter calculation using the battery model. However, the internal resistance estimated value R ^ (k) is calculated. The method of performing is not particularly limited, and for example, a method may be employed in which the relationship between the current measurement value I (k) and the voltage measurement value V (k) is linearly regressed and calculated from the slope.
また、上述の実施形態においては、第１電圧Ｖ’ＭＡＸおよび第２電圧Ｖ’ＭＩＮを、それぞれ上限電圧ＶＭＡＸと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさ、および下限電圧ＶＭＩＮと電圧計測値Ｖ（ｋ）との差分の絶対値の大きさに応じて設定するような構成としたが、これら第１電圧Ｖ’ＭＡＸおよび第２電圧Ｖ’ＭＩＮを予め定められた所定値としてもよい。さらに、第１電圧Ｖ’ＭＡＸを、上限電圧ＶＭＡＸから電圧計測値Ｖ（ｋ）を減算して得られる差分が正の値である場合には、予め設定した０より大きく、１未満の定数を差分に乗算した値とし、差分が負の値である場合には、予め設定した１より大きな値を乗算した値とし、同様に、第２電圧Ｖ’ＭＩＮを、電圧計測値Ｖ（ｋ）から下限電圧ＶＭＩＮを減算して得られる差分が正の値である場合には、予め設定した０より大きく、１未満の定数を差分に乗算した値とし、差分が負の値である場合には、予め設定した１より大きな値を乗算した値とするような構成としてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the first voltage V ′ MAX and the second voltage V ′ MIN are set to the absolute value of the difference between the upper limit voltage V MAX and the voltage measurement value V (k), respectively, and the lower limit voltage. Although the configuration is such that the absolute value of the difference between V MIN and the voltage measurement value V (k) is set, the first voltage V ′ MAX and the second voltage V ′ MIN are determined in advance. It may be a predetermined value. Furthermore, when the difference obtained by subtracting the voltage measurement value V (k) from the upper limit voltage V MAX is a positive value for the first voltage V ′ MAX , a constant greater than 0 and less than 1 set in advance. If the difference is a negative value, the difference is a value greater than a preset value of 1. Similarly, the second voltage V ′ MIN is measured as a voltage measurement value V (k). When the difference obtained by subtracting the lower limit voltage V MIN from is a positive value, the difference is multiplied by a constant greater than 0 and less than 1, and the difference is a negative value. May be a value obtained by multiplying a preset value larger than 1.
１０…二次電池
２０…負荷
３０…電子制御ユニット
３０１…電流検出部
３０２…電圧検出部
３０３…適応デジタルフィルタ演算部
３０４…増減電流量推定部
３０５…入出力可能電力推定部
４０…電流計
５０…電圧計
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記二次電池の内部抵抗を推定する内部抵抗推定手段と、
前記検出手段により検出された端子電圧の計測値と、予め定められた前記二次電池の上限電圧および下限電圧のそれぞれとの差分、および前記内部抵抗推定手段により推定した内部抵抗から、前記二次電池の端子電圧が前記上限電圧および下限電圧のそれぞれに一致するまでに必要となる電流の増減量を推定する電流増減量推定手段と、
前記電流増減量推定手段により推定された電流増減量と、前記検出手段により検出された電流の計測値と、前記上限電圧および下限電圧から、前記二次電池の入力可能電力および出力可能電力を推定する入出力可能電力推定手段と、
を備えることを特徴とする二次電池の入出力可能電力推定装置。 Detection means for detecting the current and terminal voltage of the secondary battery;
An internal resistance estimating means for estimating an internal resistance of the secondary battery;
From the difference between the measured value of the terminal voltage detected by the detection means and each of the predetermined upper limit voltage and lower limit voltage of the secondary battery, and the internal resistance estimated by the internal resistance estimation means, the secondary voltage Current increase / decrease estimation means for estimating an increase / decrease in current required until the terminal voltage of the battery matches each of the upper limit voltage and the lower limit voltage;
From the current increase / decrease amount estimated by the current increase / decrease amount estimation unit, the measured current value detected by the detection unit, and the upper limit voltage and the lower limit voltage, the input possible power and the output possible power of the secondary battery are estimated. Input / output possible power estimation means to
An input / output possible power estimation device for a secondary battery, comprising:
前記電流増減量推定手段は、前記内部抵抗推定手段により推定された内部抵抗の代わりに、前記所定の閾値を用いて、前記電流増減量を推定することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の二次電池の入出力可能電力推定装置。 When the internal resistance estimated by the internal resistance estimation means is less than a predetermined threshold value,
10. The current increase / decrease estimation unit estimates the current increase / decrease amount using the predetermined threshold instead of the internal resistance estimated by the internal resistance estimation unit. An input / output possible power estimation device for a secondary battery according to claim 1.
前記判定手段により、前記内部抵抗推定手段により推定された内部抵抗の信頼性が所定の閾値以下であると判断された場合には、前記電流増減量推定手段は、前記内部抵抗推定手段により推定された内部抵抗の代わりに、予め設定された内部抵抗初期値を用いて、前記電流増減量を推定することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の二次電池の入出力可能電力推定装置。 A determination unit for determining reliability of the internal resistance estimated by the internal resistance estimation unit;
When it is determined by the determination means that the reliability of the internal resistance estimated by the internal resistance estimation means is not more than a predetermined threshold, the current increase / decrease estimation means is estimated by the internal resistance estimation means. The input / output possible power of the secondary battery according to claim 1, wherein the current increase / decrease amount is estimated using a preset internal resistance initial value instead of the internal resistance. Estimating device.
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