JP5073601B2 - バッテリの状態推定方法及び電源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第1発明では、時間的変動を考慮したバッテリの特性を知ることができるバッテリの状態推定方法を提供することを目的とする。
第2発明では、時間的変動を考慮したバッテリの特性を知ることができる電源装置を提供することを目的とする。
図1は、本発明に係るバッテリの状態推定方法及び電源装置の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。
この電源装置が内部抵抗値を推定する対象は車両用のバッテリ2である。バッテリ2及びオルタネータ(車載発電機、交流発電機)3は、電気負荷であるエアコン(エアコンディショナ)/ヒータ10、ヘッドライト11、フォグランプ12及びデフォガ13等に、イグニッションスイッチ7(ここでは、アクセサリスイッチも含むものとする)を通じて電力を供給する。
バッテリ状態推定部1は、マイクロコンピュータで構成されており、電圧検出部6が検出したバッテリ2の両極間の電圧値V、及び電流検出部5が検出したバッテリ2を流れる電流値Iが与えられ、時系列的にサンプリングする。
バッテリ状態推定部1が推定した内部抵抗値は、バッテリ2の残容量の指標として表示部9に表示される。
Vt =aVt-1 +bIt +cIt-1+d (1)
尚、2回のサンプリングは、時系列的に隣合う必要はなく、例えば、3サンプリング周期離れた状態で、1サンプリング周期ずつ移動して行くような形態も含むものとする。
動的内部抵抗値=b (電流通流時)
静的内部抵抗値=−c/a (電流非通流時)
式(1)に示す関数は、式(2)に示す行列Ht と式(3)に示す行列xt との乗算により、式(4)に示すように表現することができる。
Ht =(Vt-1 ,It ,It-1,1) (2)
xt =(a,b,c,d)T (3)
(T;転置行列)
yt =Ht xt +vt (5)
式(5)に示すvt は、共分散行列R及び0平均のガウス分布に従う雑音である。Rは、時間により変化する行列を示す。
xt =Fxt-1 +Gwt (6)
式(6)に示すwt は、共分散行列Q及び0平均のガウス分布に従う雑音であり、F,G,Qは、時間により変化する行列を示す。
バッテリ状態推定部1は、先ず、所定時間(例えば数百ミリ秒間)待機した(S1)後、電圧検出部6で検出したバッテリ2の電圧値V(=観測値yt )と、電流検出部5で検出したバッテリ2を流れる電流値I(It)とを読込む(S3)。次いで、このサンプリング(S3)が初回であるなら(S4)、再度、所定時間待機した(S1)後、バッテリ2の電圧値V(=観測値yt)と電流値I(It )とを読込む(S3)。
尚、式(3)のxt が収束するとき、式(14)において、F=FT =1,G=GT=0である。
先ず、バッテリ状態推定部1は、次式により、動的内部抵抗値bを−18℃のときの動的内部抵抗値に換算する。
r(−18)=b+f(T) (Tは現状の測定温度)
CCAnow =(aVnow +cInow+d−7.2)/r(−18)
バッテリ状態推定部1は、算出した現状のバッテリ2のCCAnow 値と基準のCCA値との割合CCAnow /CCAを算出し、算出した割合がCCAnow/CCA>0.7を満たすか否かを判定する。バッテリ状態推定部1は、判定した結果がCCAnow /CCA>0.7を満たしていれば、バッテリ2の健全度は良好とし、満たしていなければ、バッテリ2への充電を促進する充電制御、使用する負荷を制限する負荷制御等を実行する。
Vn =aVm +b(Im +△I)+cIm+d
で算出でき、大電流作動時に負荷を制限する負荷制御に使用することができる。
また、バッテリ2の内部抵抗値を推定できれば、既知であるハーネス抵抗等を使用して、バッテリの現状でエンジンを始動させることができるか否かを推定することができる。
図4(a)(b)(c)(d)は、車両の走行パターン2の場合にカルマンフィルタを特性式(1)に適用したときの、係数a,b,c,dの各推移を示すグラフである。図3のa,b,c,dの各値は、係数a,b,c,dの各推移後の収束値を示す。
図3,4によれば、例えば18秒付近の電圧値及び電流値の急変に対応して係数a,b,c,dが推移しており、カルマンフィルタを適用することにより、特性式(1)による電圧値がバッテリ2の電圧値を精度良く再現できていることが分かる。
図6(a)(b)(c)(d)は、車両の走行パターン4の場合にカルマンフィルタを特性式(1)に適用したときの、係数a,b,c,dの各推移を示すグラフである。図5のa,b,c,dの各値は、係数a,b,c,dの各推移後の収束値を示す。
図5,6によれば、例えば58秒付近の電圧値及び電流値の急変に対応して係数a,b,c,dが推移しており、カルマンフィルタを適用することにより、特性式(1)による電圧値がバッテリ2の電圧値を精度良く再現できていることが分かる。
図8(a)(b)(c)(d)は、車両の走行パターン52の場合にカルマンフィルタを特性式(1)に適用したときの、係数a,b,c,dの各推移を示すグラフである。図7のa,b,c,dの各値は、係数a,b,c,dの各推移後の収束値を示す。
図7,8によれば、例えば18秒付近の電圧値の急変及び50秒付近の電流値の変化に対応して係数a,b,c,dが推移しており、カルマンフィルタを適用することにより、特性式(1)による電圧値がバッテリ2の電圧値を精度良く再現できていることが分かる。
図10(a)(b)(c)(d)は、車両の走行パターン53の場合にカルマンフィルタを特性式(1)に適用したときの、係数a,b,c,dの各推移を示すグラフである。図9のa,b,c,dの各値は、係数a,b,c,dの各推移後の収束値を示す。
図9,10によれば、例えば18秒付近の電圧値及び電流値の急変及び60秒付近の電流値の変化に対応して係数a,b,c,dが推移しており、カルマンフィルタを適用することにより、特性式(1)による電圧値がバッテリ2の電圧値を精度良く再現できていることが分かる。
図12(a)(b)(c)(d)は、車両の走行パターン63の場合にカルマンフィルタを特性式(1)に適用したときの、係数a,b,c,dの各推移を示すグラフである。図11のa,b,c,dの各値は、係数a,b,c,dの各推移後の収束値を示す。
図11,12によれば、例えば15秒付近の電圧値の急変及び28秒付近の電圧値及び電流値の変化に対応して係数a,b,c,dが推移しており、カルマンフィルタを適用することにより、特性式(1)による電圧値がバッテリ2の電圧値を精度良く再現できていることが分かる。
図14(a)(b)(c)(d)は、車両の走行パターン72の場合にカルマンフィルタを特性式(1)に適用したときの、係数a,b,c,dの各推移を示すグラフである。図13のa,b,c,dの各値は、係数a,b,c,dの各推移後の収束値を示す。
図13,14によれば、例えば5秒付近の電流値の急変、15秒付近の電圧値の急変及び32,3秒付近の電圧値及び電流値の変化に対応して係数a,b,c,dが推移しており、カルマンフィルタを適用することにより、特性式(1)による電圧値がバッテリ2の電圧値を精度良く再現できていることが分かる。
1a 記憶部
2 バッテリ
3 オルタネータ
5 電流検出部
6 電圧検出部
7 イグニッションスイッチ
9 表示部
Claims (2)
- バッテリの内部抵抗値を、前記バッテリの電流値及び電圧値を時系列的にサンプリングして推定するバッテリの状態推定方法において、
相前後する2回のサンプリングの内、前の電圧値及び電流値と後の電流値とをそれぞれ変数とし、後の電圧値を表す関数を作成し、作成した関数に基づくカルマンフィルタを作成しておき、サンプリングしたバッテリの電圧値及び電流値を前記カルマンフィルタに逐次適用させることにより、前記関数の各係数を逐次推定し、逐次推定された各係数に基づき、前記バッテリの内部抵抗値を逐次推定することを特徴とするバッテリの状態推定方法。 - バッテリの内部抵抗値を、前記バッテリの電流値及び電圧値を時系列的にサンプリングして推定する電源装置において、
相前後する2回のサンプリングの内、前の電圧値及び電流値と後の電流値とをそれぞれ変数とし、後の電圧値を表す関数を記憶する手段と、該手段が記憶する関数に基づき作成されたカルマンフィルタを記憶する手段と、サンプリングしたバッテリの電圧値及び電流値を前記カルマンフィルタに逐次適用して、前記関数の各係数を逐次推定する手段と、該手段が逐次推定した各係数により、前記バッテリの内部抵抗値を逐次推定する手段とを備えることを特徴とする電源装置。
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