JP5278957B2 - Battery state estimation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池の状態を推定する電池状態推定装置に関する。 The present invention relates to a battery state estimation device that estimates a state of a battery.
EV(Electric Vehicle:電気自動車)やHEV(Hybrid Electrical Vehicle:ハイブリッド電気自動車)等の車両には、モータ等に電力を供給する蓄電器が搭載される。車両に搭載される蓄電器には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの蓄電池が搭載される。 A vehicle such as an EV (Electric Vehicle) or a HEV (Hybrid Electric Vehicle) is equipped with a capacitor that supplies electric power to a motor or the like. A storage battery mounted on a vehicle is mounted with a storage battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery.
蓄電器の状態を正確に検知するためには、蓄電器の充電状態(SOC:State of charge、満充電時と完全放電時をそれぞれ100(%)と0(%)とし、蓄電器の残容量を規格化した値である。ここでは充電率ともいう)や蓄電器の内部抵抗値を正確に推定することが必要である。 In order to accurately detect the state of the battery, the state of charge of the battery (SOC: State of charge, 100% and 0% when fully charged and fully discharged, respectively), and standardize the remaining capacity of the battery It is necessary to accurately estimate the internal resistance value of the battery and the charge rate).
例えば、充電率を推定する充電率推定装置として、二次電池(蓄電器)の電流Iと端子電圧Vとを計測し、適応デジタルフィルタを用いて、電流Iと端子電圧Vの計測値から開路電圧Voを推定し、予め求めた開路電圧Voと充電率SOCとの関係に基づいて充電率を推定する充電率推定装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この充電率推定装置では、一括推定するパラメータの成分の1つとして、内部抵抗値Kを推定することができる。 For example, as a charging rate estimation device for estimating a charging rate, a current I and a terminal voltage V of a secondary battery (capacitor) are measured, and an open circuit voltage is obtained from the measured values of the current I and the terminal voltage V using an adaptive digital filter. There is known a charging rate estimation device that estimates Vo and estimates the charging rate based on the relationship between the open circuit voltage Vo and the charging rate SOC determined in advance (see, for example, Patent Document 1). In this charging rate estimation apparatus, the internal resistance value K can be estimated as one of the parameter components to be collectively estimated.
また、一定電流放電時や大電流放電時のように、適用デジタルフィルタによる推定演算が困難な場合であっても、内部抵抗を精度良く推定できる二次電池の内部抵抗推定装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Also, there is known a secondary battery internal resistance estimation device that can accurately estimate internal resistance even when estimation calculation using an applied digital filter is difficult, such as during constant current discharge or large current discharge. (For example, refer to Patent Document 2).
ところで、蓄電器の電圧及び電流の計測値から内部抵抗とSOCを求める場合には、以下の関係式(式1)が成り立つことを前提としている。
V(電圧計測値)=OCV(開路電圧)−K(内部抵抗)×I(電流計測値)・・・(式1)
従来、内部抵抗Kを求めるために、(式1)の一次式を蓄電器の簡易モデルとして内部抵抗のパラメータを含むパラメータ推定を行っている。しかしながら、一次式の近似手法としては逐次最小二乗法が知られているが、この手法のみでは蓄電器の内部抵抗推定を正確に行うことはできない。
By the way, when the internal resistance and the SOC are obtained from the measured values of the voltage and current of the battery, it is assumed that the following relational expression (Formula 1) holds.
V (measured voltage value) = OCV (open circuit voltage) −K (internal resistance) × I (current measured value) (Equation 1)
Conventionally, in order to obtain the internal resistance K, parameter estimation including parameters of internal resistance is performed using a linear expression of (Equation 1) as a simple model of a battery. However, although the successive least square method is known as an approximation method of the linear equation, the internal resistance of the battery cannot be accurately estimated only by this method.
蓄電器の特性は、完全に線形性を有するものではなく、図22に示すように、非線形性を有する部分を含む。図22は、蓄電器に電流を入力したときの蓄電器の充放電電流の計測値と蓄電器の電圧の計測値である。図22では、時刻t1において電流の入力が開始された後、電圧は電流に遅れて徐々に上昇している。そして、時刻t2において電流の入力が終了された後、電圧は電流に遅れて徐々に下降している。このように電圧が電流に遅れて変動するのは、図23に示すように、蓄電器にはコンデンサ成分(C成分、図23ではC1の成分)が含まれているためである。図23は、蓄電器の等価回路モデルの一例を示す図である。 The characteristics of the battery are not completely linear, and include a portion having nonlinearity as shown in FIG. FIG. 22 shows the measured value of the charge / discharge current of the battery and the measured value of the voltage of the battery when current is input to the battery. In FIG. 22, after the input of the current is started at time t1, the voltage gradually rises behind the current. Then, after the input of current is terminated at time t2, the voltage gradually decreases behind the current. The reason why the voltage fluctuates behind the current as described above is because the capacitor includes a capacitor component (C component, component C1 in FIG. 23) as shown in FIG. FIG. 23 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit model of a capacitor.
さらに、実際には、図24に示すように、蓄電器への電流の入力停止後には、電圧の遅れとして一次的な遅れと二次的な遅れが発生している。一次的な遅れのみであれば、電圧の計測値はOCVに早期に収束可能であるが、二次的な遅れが発生することで、OCVに収束するまでに長時間を要する。図24及び図25は、蓄電器への電流の入力停止後の蓄電器の電圧収束性を示す図である。図24は電流の入力停止後20秒の様子を示しており、図25は電流の入力停止後6000秒の様子を示している。このように二次的な遅れにより蓄電器の電圧がOCVに収束するまでに長時間要することは、図22において時刻t3になっても電圧計測値がOCVと同値にならないことによっても理解される。
Furthermore, actually, as shown in FIG. 24, after the input of current to the battery is stopped, a primary delay and a secondary delay occur as voltage delays. If there is only a primary delay, the measured value of the voltage can converge to the OCV early, but it takes a long time to converge to the OCV due to the occurrence of the secondary delay. 24 and 25 are diagrams illustrating the voltage convergence of the battery after the input of current to the battery is stopped. FIG. 24 shows a
このように、一次的な遅れだけでなく二次的な遅れも発生するのは、図26に示すように、蓄電器のコンデンサ成分が一次成分のみで示せるものではなく、二次成分、三次成分、・・・のようにコンデンサ成分が多段に連なっているためである。図26は蓄電器の等価回路モデルの一例を示す図であり、コンデンサ成分として三次成分まで示している。なお、図24及び図25では、簡単に説明するため、二次成分までを示したが、二次成分以降のコンデンサ成分も含まれるものとする。 In this way, not only the primary delay but also the secondary delay occurs, as shown in FIG. 26, the capacitor component of the capacitor is not only indicated by the primary component, but the secondary component, the tertiary component, This is because the capacitor components are connected in multiple stages. FIG. 26 is a diagram showing an example of an equivalent circuit model of a capacitor, showing up to a third order component as a capacitor component. 24 and 25 show only the secondary component for the sake of simplicity, it is assumed that the capacitor components after the secondary component are also included.
特許文献1及び2の装置を用いた場合には、上述した電圧の一次的な遅れを考慮して内部抵抗推定を行うことができる。しかしながら、上述した電圧の二次的な遅れを考慮して内部抵抗推定を行うことはできない。そのため、二次的な遅れに起因する内部抵抗推定の誤差が発生することになる。
When the devices of
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、電池の非線形な特性を考慮して電池状態の推定を高精度に行うことができる電池状態推定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a battery state estimation device capable of estimating the battery state with high accuracy in consideration of the non-linear characteristics of the battery.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項1に記載の発明の電池状態推定装置は、電池(例えば、実施形態での蓄電器2)の端子間電圧を検出する電圧検出部(例えば、実施形態での電圧検出部102)と、前記電池の充放電電流を検出する電流検出部(例えば、実施形態での電流検出部101)と、前記電圧検出部により検出された前記電池の実電圧の所定時間当たりの変化量である実電圧変化量(例えば、実施形態での実電圧の微分値dV)と、前記電流検出部により検出された前記電池の実電流の所定時間当たりの変化量である実電流変化量(例えば、実施形態での実電流の微分値dI)と、に基づいて、逐次最小二乗法により、前記電池の内部抵抗の仮値である仮内部抵抗(例えば、実施形態での仮内部抵抗r)を推定する仮内部抵抗推定部(例えば、実施形態での同定部105)と、前記仮内部抵抗推定部により推定された前記電池の仮内部抵抗を、前記実電圧変化量及び前記実電流変化量に基づいて一次補正することにより、前記電池の一次内部抵抗(例えば、実施形態での一次内部抵抗R)を推定する一次内部抵抗推定部(例えば、実施形態での同定部105)と、前記一次内部抵抗推定部により推定された前記電池の一次内部抵抗を二次補正することにより、前記電池の二次内部抵抗(例えば、実施形態での二次内部抵抗R2)を推定する二次内部抵抗推定部(例えば、実施形態での抵抗補正部106)と、前記電池の実電圧及び前記二次内部抵抗推定部により推定された前記電池の二次内部抵抗に基づいて、前記電池の充放電電流の推定値である推定電流を算出する推定電流算出部(例えば、実施形態での電流推定演算部110)と、前記推定電流算出部により算出された推定電流及び前記電池の実電流に基づいて、逐次最小二乗法により、前記電池の一次内部抵抗を補正するための補正係数を推定する補正係数推定部(例えば、実施形態での抵抗補正係数演算部111)と、を備え、前記二次内部抵抗推定部が、前記一次内部抵抗推定部により推定された一次内部抵抗及び前記補正係数推定部により推定された補正係数に基づいて、前記電池の二次内部抵抗を推定することを特徴としている。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a battery state estimation device according to a first aspect of the present invention includes a voltage detection unit that detects a voltage between terminals of a battery (for example, the
さらに、請求項2に記載の発明の電池状態推定装置は、前記電池の実電流が第1の所定値未満である場合には、前記実電流よりも大きい電流値を有し、前記実電流が前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値以上である場合には、前記実電流よりも小さく、かつ、前記実電流が増大するほど前記実電流との差が増大する電流値を有する仮想電流(例えば、実施形態でのOCV推定用電流)を生成する仮想電流生成部(例えば、実施形態での第1フィルタ処理部107及び第2フィルタ処理部108)と、前記仮想電流生成部により生成された仮想電流及び前記二次内部抵抗推定部により推定された二次内部抵抗に基づいて、前記電池の開路電圧(例えば、実施形態でのOCV)を推定する開路電圧推定部(例えば、実施形態でのOCV推定部109)と、を備えることを特徴としている。
Furthermore, the battery state estimation device according to
さらに、請求項3に記載の発明の電池状態推定装置は、前記電池の充電率(例えば、実施形態でのSOC)と開路電圧との特性情報(例えば、実施形態でのSOC−OCVマップ)を記憶する特性情報記憶部と、前記推定電流算出部により算出された推定電流と前記実電流との差が所定値未満である場合、前記開路電圧推定部により推定された前記電池の開路電圧及び前記特性情報記憶部により記憶された前記特性情報に基づいて、前記電池の充電率を推定する充電率推定部(例えば、実施形態でのSOC変換処理部112)と、を備えることを特徴としている。
Furthermore, the battery state estimation device according to the third aspect of the invention is configured to obtain characteristic information (for example, SOC-OCV map in the embodiment) between the charging rate of the battery (for example, SOC in the embodiment) and the open circuit voltage. When the difference between the characteristic information storage unit to be stored and the estimated current calculated by the estimated current calculating unit and the actual current is less than a predetermined value, the open circuit voltage of the battery estimated by the open circuit voltage estimating unit and the And a charging rate estimation unit (for example, the SOC
さらに、請求項4に記載の発明の電池状態推定装置は、前記電池の充放電電流を積算して電流量を算出する電流積算部(例えば、実施形態での電流積算処理部113)と、前記推定電流算出部により算出された推定電流と前記実電流との差が所定値以上である場合、前記電流積算部により算出された電流量に基づいて、前記電池の充電率を推定する充電率推定部(例えば、実施形態での演算処理部114)と、を備えることを特徴としている。
Furthermore, the battery state estimation device according to a fourth aspect of the present invention includes a current integration unit (for example, a current
さらに、請求項5に記載の発明の電池状態推定装置は、前記電池の充放電電流を積算して電流量を算出する電流積算部(例えば、実施形態での電流積算処理部113)と、前記電流積算部により算出された電流量の所定時間当たりの変化量である電流量変化量(例えば、実施形態での電流量の微分値(ΔAh))と、前記充電率推定部により推定された前記電池の充電率の所定時間当たりの変化量である充電率変化量(例えば、実施形態での推定SOCの微分値(Δ推定SOC))と、に基づいて、前記電池の全容量(例えば、実施形態での蓄電器2の全容量(CAPA))を推定する全容量推定部(例えば、実施形態での演算処理部114)と、を備えることを特徴としている。
Furthermore, the battery state estimation device of the invention described in
さらに、請求項6に記載の発明の電池状態推定装置は、前記電池の温度を検出する温度検出部(例えば、実施形態での温度検出部115)と、前記電池の温度毎に劣化判断閾値(例えば、実施形態での温度−抵抗劣化判断閾値マップ)を記憶する劣化判断閾値記憶部と、前記温度検出部により検出された前記電池の温度に基づいて前記劣化判断閾値記憶部から前記劣化判断閾値を取得し、前記二次内部抵抗推定部により推定された前記電池の二次内部抵抗が前記劣化判断閾値以上である場合、前記電池が劣化していると判定する劣化判定部(例えば、実施形態での劣化判定部116)と、を備えることを特徴としている。
Furthermore, the battery state estimation device according to claim 6 includes a temperature detection unit (for example,
さらに、請求項7に記載の発明の電池状態推定装置は、前記電池の温度を検出する温度検出部(例えば、実施形態での温度検出部115)と、前記電池の温度毎に劣化判断閾値(例えば、実施形態での温度−容量劣化判断閾値マップ)を記憶する劣化判断閾値記憶部と、前記温度検出部により検出された前記電池の温度に基づいて前記劣化判断閾値記憶部から前記劣化判断閾値を取得し、前記全容量推定部により推定された前記電池の全容量が前記劣化判断閾値未満である場合、前記電池が劣化していると判定する劣化判定部(例えば、実施形態での劣化判定部116)と、を備えることを特徴としている。
Furthermore, a battery state estimation device according to a seventh aspect of the present invention includes a temperature detection unit that detects the temperature of the battery (for example, the
請求項1に記載の発明の電池状態推定装置によれば、電池の非線形な特性を考慮して電池状態の推定を高精度に行うことができる。特に、多段に連なる電池のコンデンサ成分を考慮することができるため、短期的な電圧の遅れ(一次的な遅れ)だけでなく、長期的な電圧の遅れ(二次的な遅れ)による影響を回避することができ、内部抵抗を高精度に推定することができる。 According to the battery state estimation device of the first aspect of the present invention, the battery state can be estimated with high accuracy in consideration of the non-linear characteristics of the battery. In particular, it is possible to consider the capacitor components of batteries connected in multiple stages, thus avoiding the effects of not only short-term voltage delays (primary delays) but also long-term voltage delays (secondary delays). The internal resistance can be estimated with high accuracy.
請求項2に記載の発明の電池状態推定装置によれば、電池の充放電電流が大電流のときに発生する急激な内部抵抗の変化や、0A付近のときに発生する長期的な電圧の反応遅れを考慮し、OCV推定誤差を低減させるべく実電流とは異なる仮想電流に基づいて推定するため、蓄電器2の非線形な特性を考慮することができ、精度良くOCVを推定することができる。
According to the battery state estimation device of the invention described in
請求項3に記載の発明の電池状態推定装置によれば、推定電流と実電流との差が所定値未満である場合には、実内部抵抗と推定内部抵抗との差も小さいと判定可能であり、この場合にはSOC−OCVマップを用いてSOC推定を行うことで、SOCを高精度に推定可能である。 According to the battery state estimation device of the third aspect of the present invention, when the difference between the estimated current and the actual current is less than a predetermined value, it can be determined that the difference between the actual internal resistance and the estimated internal resistance is also small. In this case, the SOC can be estimated with high accuracy by performing the SOC estimation using the SOC-OCV map.
請求項4に記載の発明の電池状態推定装置によれば、推定電流と実電流との差が所定値以上である場合には、実内部抵抗と推定内部抵抗との差も大きいと判定可能であり、SOC−OCVマップを用いるとSOC推定誤差が大きくなる可能性があるが、電流積算によりSOC推定を行うことで、SOCを高精度に推定可能である。
According to the battery state estimation apparatus of the invention described in
請求項5に記載の発明の電池状態推定装置によれば、高速かつ安定的に電池の全容量を把握することができ、温度変化などにより実際に使用可能な電池の容量が増大もしくは減少した場合であっても、電池の全容量を高精度に推定することができる。
According to the battery state estimation apparatus of the invention described in
請求項6に記載の発明の電池状態推定装置によれば、内部抵抗の推定を高精度に行うことができるため、内部抵抗に基づく電池の劣化判定を高精度に行うことができる。 According to the battery state estimation apparatus of the sixth aspect of the invention, since the internal resistance can be estimated with high accuracy, the deterioration determination of the battery based on the internal resistance can be performed with high accuracy.
請求項7に記載の発明の電池状態推定装置によれば、電池の全容量推定を高精度に行うことができるため、電池の全容量に基づく電池の劣化判定を高精度に行うことができる。 According to the battery state estimation device of the invention described in claim 7, since the total capacity of the battery can be estimated with high accuracy, it is possible to determine the deterioration of the battery based on the total capacity of the battery with high accuracy.
本発明の実施形態における電池状態推定装置について、図面を参照しながら以下に説明する。 A battery state estimation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態の電池状態推定装置は、例えば、当該電池状態推定装置が電池状態を推定する蓄電器とともに、EV(Electric Vehicle:電気自動車)やHEV(Hybrid Electrical Vehicle:ハイブリッド電気自動車)等の車両に搭載される。このように車両に搭載された場合には、電池状態推定装置はバッテリECUとして機能する。 The battery state estimation device according to the present embodiment is mounted on a vehicle such as an EV (Electric Vehicle) or HEV (Hybrid Electric Vehicle), for example, together with a battery that estimates the battery state. Is done. When mounted on a vehicle in this way, the battery state estimation device functions as a battery ECU.
図1は本発明の実施形態における電池状態推定装置の構成の一例を示すブロック図である。図1に示す電池状態推定装置1は、電流検出部101、電圧検出部102、dV/dI算出部103、dv/dI選択処理部104、同定部105、抵抗補正部106、第1フィルタ処理部107、第2フィルタ処理部108、OCV推定部109、電流推定演算部110、抵抗補正係数演算部111、SOC変換処理部112、電流積算処理部113、容量演算部114、温度検出部115、劣化判定部116を備える。電池状態推定装置1は、蓄電器2の電池状態(内部抵抗、SOC、その他のパラメータなど)を推定する。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a battery state estimation device according to an embodiment of the present invention. 1 includes a
電流検出部101は、蓄電器2への充電電流及び蓄電器2からの放電電流の少なくとも一方(以下、充放電電流ともいう)を検出する。
The
電圧検出部102は、蓄電器2の端子間電圧を検出する。
The
dV/dI算出部103は、電流検出部101により検出された電流(以下、実電流ともいう)の微分値dIを算出する。また、電圧検出部102により検出された電圧(以下、実電圧ともいう)の微分値dVを算出する。また、このような微分値は、所定時間当たりの変化量に相当する。
The dV /
dV/dI選択処理部104は、dV/dI算出部103により算出された実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが、蓄電器2が充電を行う充電領域に存在するか、充電器2が放電を行う放電領域に存在するか、を判定する。また、dV/dI選択処理部104は、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが、棄却領域に存在するか否かを判定する。ここで、図2は、棄却領域の一例を示す図である。充電領域は、図2では第2象限の領域である。また、放電領域は、図2では第4象限の領域である。また、棄却領域は、図2では斜線で示されており、あらかじめ設定されている。図2に示す例では、第1象限の領域及び第3象限の領域が、棄却領域に設定されている。
The dV / dI
同定部105は、dV/dI算出部103により算出された実電流の微分値dI及びdVに基づいて、dVとdIの傾きすなわち内部抵抗(仮内部抵抗r)を推定する。
The
ここで、同定部105が行う仮内部抵抗rの同定方法について説明する。
図23に示した等価回路モデルの合成インピーダンスは(式2)のようになる。(式2)において、ω→0となるような領域を考えると、合成インピーダンスは、抵抗成分であるR0及びR1により表現することができる。つまり、ω>0の場合にのみC成分を補正させることで、内部抵抗を高精度に推定する。
The combined impedance of the equivalent circuit model shown in FIG. Considering a region where ω → 0 in (Equation 2), the combined impedance can be expressed by R0 and R1 which are resistance components. That is, the internal resistance is estimated with high accuracy by correcting the C component only when ω> 0.
同定部105は、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVから、逐次最小二乗法を用いて一次式の傾き、すなわち仮内部抵抗rを推定する。実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが一次直線に近似されるとすると、(式3)のように表される。
y(t)=a・x(t)+b・・・(式3)
なお、x:実電流の微分値dI、y(t):時刻tにおける実電圧の微分値dV、a:一次直線の傾き、b:一次直線の切片、である。
また、tや後述するt−1は、時刻を示す値であり、以下の説明でも同様である。
そして、推定されるパラメータにより同定される近似直線の式は、(式4)のように表される。
y’(t)=a’・x(t)+b’・・・(式4)
なお、y’(t):(式4)の右辺の演算により算出される実電圧の微分値dVの値(モデル値)、である。
The
y (t) = a · x (t) + b (Formula 3)
X: differential value dI of the actual current, y (t): differential value dV of the actual voltage at time t, a: slope of the primary line, b: intercept of the primary line.
Further, t and t-1 described later are values indicating time, and the same applies to the following description.
The approximate straight line identified by the estimated parameter is expressed as (Expression 4).
y ′ (t) = a ′ · x (t) + b ′ (Formula 4)
Here, y ′ (t) is the value (model value) of the differential value dV of the actual voltage calculated by the calculation of the right side of (Expression 4).
(式3)、(式4)から誤差の方程式を導くと(式5)になり、同定部105は、この誤差を最小にするようにパラメータを同定する。
そして、同定部105は、(式6)のような逐次最小二乗法によりパラメータの同定を行う。
このような演算を入力データ(実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dV)に対して逐次行うことで、パラメータの1つである仮内部抵抗r(式5におけるθ’のa’)の同定を行う。 Such an operation is sequentially performed on the input data (the actual current differential value dI and the actual voltage differential value dV), so that the temporary internal resistance r (a ′ of θ ′ in Equation 5), which is one of the parameters, is obtained. Identification.
逐次最小二乗法による仮内部抵抗rの推定のイメージを図3に示す。図3は、実電流の微分値dIと実電圧の微分値dVとの関係の一例を示す図である。同定部105は、逐次求められた実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVをサンプルとして複数取得する。そして、実電流の微分値dIと実電圧の微分値dVとの関係を示した複数のサンプルから、逐次最小二乗法により、仮内部抵抗rを求める。図3において、一次直線の傾きが仮内部抵抗rに相当する。
FIG. 3 shows an image of estimating the temporary internal resistance r by the successive least square method. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the relationship between the differential value dI of the actual current and the differential value dV of the actual voltage. The
なお、仮内部抵抗rを推定する際には、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが放電領域に存在するか、充電領域に存在するか、つまり、蓄電器2が放電状態であるか充電状態であるかに基づいて、放電領域における(放電側の)仮内部抵抗rと充電領域における(充電側の)仮内部抵抗rとして、個別に求めてもよい。この場合、複数のサンプルを放電領域と充電領域とで別に用意し、逐次最小二乗法により仮内部抵抗rを推定する。
When estimating the temporary internal resistance r, whether the differential value dI of the actual current and the differential value dV of the actual voltage are present in the discharge region or in the charge region, that is, the
また、同定部105は、推定した仮内部抵抗rに対して一次補正を行い、一次内部抵抗Rを推定する。一次補正では、同定部105は、同定された仮内部抵抗rと実電流の微分値dIの積により電圧の微分値の推定値dV’を算出する。そして、(式7)において、実電圧の微分値dVと電圧の微分値の推定値dV’との差分が収束するように一次内部抵抗Rを算出する。
R(t)=r(t)+Ga1・[dv(t−1)−r(t−1)・di(t−1)]・・・(式7)
なお、dv:実電圧微分値、di:実電流微分値、r:仮内部抵抗、R:周波数応答補正された内部抵抗推定値(一次内部抵抗)、Ga1:抵抗補正ゲイン、である。
The identifying
R (t) = r (t) + Ga1. [Dv (t-1) -r (t-1) .di (t-1)] (Expression 7)
In addition, dv: actual voltage differential value, di: actual current differential value, r: temporary internal resistance, R: internal resistance estimated value (primary internal resistance) corrected for frequency response, Ga1: resistance correction gain.
抵抗補正部106は、同定器105により推定された一次内部抵抗Rに対して二次補正を行い、二次内部抵抗R2を推定する。具体的には、同定器105により推定された一次内部抵抗Rに抵抗補正係数演算部111からの抵抗補正係数(RHOSEI)を乗じることで二次補正を行い、二次内部抵抗R2を算出する。つまり、
R2=R×RHOSEI
の演算を行う。
なお、初期状態としては、抵抗補正係数は「1」である。
The
R2 = R × RHOSEI
Perform the operation.
In the initial state, the resistance correction coefficient is “1”.
第1フィルタ処理部107は、実電流に対して基本フィルタによるフィルタ処理を行う。基本フィルタは、移動平均処理を行うLPF(Low Pass Filter)であり、IIRフィルタである。基本フィルタの特性は、(式8)により表される。
y(t)=α×u(t)+(1―α)×y(t−1)・・・(式8)
なお、y(t):フィルタ処理値、y(t−1):フィルタ処理前回値、u(t):フィルタへの入力電流、α:時定数、である。
また、基本フィルタでは、α=dt/5(sec)に設定されている。このような時定数が設定されることで、基本フィルタは、入力電流が大電流である場合や入力電流の変動が大きい場合を考慮したフィルタとして機能する。
The first
y (t) = α × u (t) + (1−α) × y (t−1) (Equation 8)
Here, y (t): filter processing value, y (t-1): previous filter processing value, u (t): input current to the filter, α: time constant.
In the basic filter, α = dt / 5 (sec) is set. By setting such a time constant, the basic filter functions as a filter in consideration of a case where the input current is a large current or a case where the fluctuation of the input current is large.
第2フィルタ処理部108は、実電流に対して仮想電流フィルタによるフィルタ処理を行う。仮想電流フィルタは、(式8)におけるαの値以外は、基本フィルタと同様である。
ただし、仮想電流フィルタでは、α=dt/400に設定されている。このような時定数が設定されることで、仮想電流フィルタは、図24に示した一次的な遅れを考慮した残留電流発生用のフィルタとして機能する。仮想電流フィルタによりフィルタ処理されたフィルタ処理値は、仮想残留電流値としてOCV推定部109へ送られる。
The second
However, in the virtual current filter, α = dt / 400 is set. By setting such a time constant, the virtual current filter functions as a filter for generating a residual current in consideration of the primary delay shown in FIG. The filtered value processed by the virtual current filter is sent to the
OCV推定部109は、基本フィルタによりフィルタ処理されたフィルタ処理値と、仮想電流フィルタによりフィルタ処理されたフィルタ処理値と、に基づいて、OCV推定用電流を算出する。
The
また、図4は、実電流とOCV推定用電流との関係の一例を示す図である。実電流及びOCV推定用電流は、両者の値が等しいときには、図4において点線で示す一次直線で示される関係になる。図4において特徴的な部分は、実電流が小さい領域(小電流領域)の部分と、実電流が大きい領域(大電流領域)の部分である。
実電流が小さい領域の部分では、図22において示した0A付近の電圧の遅れを考慮し、実際にはほぼ0Aの状態であるが、実際よりも電流が残留していると想定して、OCV推定用電流が実電流よりも大きく設定されている。
実電流が大きい領域の部分は、図5に示すように、この領域では実際の内部抵抗(以下、実内部抵抗ともいう)が急激に増大する。図5は実電流と実内部抵抗との関係の一例を示す図である。このように実内部抵抗が急激に増大すると、周波数応答補正(一次補正)では所望の値に補正することができないことがあるため、内部抵抗を推定する際の精度低下を防ぐために、OCV推定用電流が実際の実電流よりも小さく設定されている。また、実電流が増大するほど、OCV推定用電流と実電流との差が増大するように設定されている。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the actual current and the OCV estimation current. When both values are equal, the actual current and the OCV estimation current have a relationship indicated by a linear line indicated by a dotted line in FIG. Characteristic parts in FIG. 4 are a part of a region where the actual current is small (small current region) and a part of a region where the actual current is large (large current region).
In the region where the actual current is small, the delay of the voltage near 0 A shown in FIG. 22 is considered, and the actual state is almost 0 A. The estimation current is set larger than the actual current.
As shown in FIG. 5, in the region where the actual current is large, the actual internal resistance (hereinafter also referred to as actual internal resistance) increases rapidly in this region. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the relationship between the actual current and the actual internal resistance. If the actual internal resistance rapidly increases in this way, the frequency response correction (primary correction) may not be able to be corrected to a desired value. Therefore, in order to prevent a decrease in accuracy when estimating the internal resistance, the OCV estimation The current is set smaller than the actual actual current. Further, the difference between the OCV estimation current and the actual current is set so as to increase as the actual current increases.
また、OCV推定部109は、抵抗補正部106により算出された二次内部抵抗R2に基づいて、(式9)を用いてOCVを推定する。
Vo(t)=Vo(t−1)+Ga2・[R2・I(t−1)−V(t−1)]・・・(式9)
なお、Ga2:開路電圧推定ゲイン、I:OCV推定用電流(IOCV)、V:実電圧、Vo:開路電圧(OCV)、である。
The
Vo (t) = Vo (t−1) +
Note that Ga2: open circuit voltage estimation gain, I: current for OCV estimation (IOCV), V: actual voltage, Vo: open circuit voltage (OCV).
また、OCV推定部109は、他のOCV推定方法として、(式10)を用いても良い。
OCV=V+IOCV×R2・・・(式10)
なお、OCV:開路電圧、Vは実電圧、IOCV:OCV推定用電流、R2:二次内部抵抗、である。
Further, the
OCV = V + IOCV × R2 (Equation 10)
In addition, OCV: open circuit voltage, V is an actual voltage, IOCV: OCV estimation current, R2: secondary internal resistance.
電流推定演算部110は、第2内部抵抗R2に基づいて、蓄電器2の充放電電流の推定値である推定電流を算出する。具体的には、OCV推定部109により推定されたOCV(以下、推定OCVともいう)から電圧検出部102により検出された電圧を減じた値を、抵抗補正部106により算出された二次内部抵抗R2により除した値を、推定電流として算出する。つまり、
推定電流=(推定OCV−実電圧)/二次内部抵抗R2
の演算を行う。
The current
Estimated current = (estimated OCV−actual voltage) / secondary internal resistance R2
Perform the operation.
抵抗補正係数演算部111は、推定電流及び実電流に基づいて、抵抗補正係数を推定する。具体的には、逐次求められた推定電流及び実電流をサンプルとして複数取得する。そして、推定電流と実電流との関係を示した複数のサンプルから、逐次最小二乗法により、抵抗補正係数を求める。図6は、実電流と推定電流との関係の一例を示す図である。図6において、一次直線の傾きが抵抗補正係数に相当する。 The resistance correction coefficient calculation unit 111 estimates a resistance correction coefficient based on the estimated current and the actual current. Specifically, a plurality of estimated currents and actual currents obtained sequentially are acquired as samples. Then, a resistance correction coefficient is obtained from a plurality of samples showing the relationship between the estimated current and the actual current by the successive least square method. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the relationship between the actual current and the estimated current. In FIG. 6, the slope of the linear line corresponds to the resistance correction coefficient.
なお、抵抗補正係数を推定する際には、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが放電領域に存在するか、充電領域に存在するか、つまり、蓄電器2が放電状態であるか充電状態であるかに基づいて、放電側の抵抗補正係数と充電側の抵抗補正係数として、個別に求めてもよい。この場合、複数のサンプルを放電領域と充電領域とで別に用意し、逐次最小二乗法により抵抗補正係数を推定する。
When the resistance correction coefficient is estimated, whether the differential value dI of the actual current and the differential value dV of the actual voltage are present in the discharge region or the charge region, that is, whether the
電池状態推定装置1は、抵抗補正部106、OCV推定部109、電流推定演算部110、抵抗補正係数演算部111による処理を順次繰り返して行う。これにより、推定される二次内部抵抗R2と実内部抵抗との差が小さくなり、収束する。図7は、実電流と推定電流との差の一例を示す図である。図7に示す例では、実電流と推定電流とが不一致であるが、これは二次内部抵抗R2と実内部抵抗とが一致していないことに起因する。抵抗補正部106、OCV推定部109、電流推定演算部110、抵抗補正係数演算部111による処理が順次繰り返して行われることで、実電流及び推定電流の差が小さくなり、二次内部抵抗R2と実内部抵抗とがほぼ一致するようになる。
The battery
SOC変換処理部112は、電流推定演算部110により算出された推定電流と実電流との差が所定値未満であるか否かを判定する。推定電流と実電流との差が所定値未満である場合には、SOC変換処理部112は、図示しない記憶部に記憶された図8に示すSOC−OCVマップを参照し、OCV推定部109により推定されたOCVに応じて、SOCを推定する。図8は、SOC−OCVマップの一例を示す図である。一方、推定電流と実電流との差が所定値以上である場合には、SOC変換処理部112は、容量演算部114に対して電流積算によりSOCを推定するよう指示する。
The SOC
電流積算処理部113は、実電流を所定期間積算して、蓄電器2への充電量及び蓄電器2からの放電量の少なくとも一方(以下、電流量ともいう)を算出する。この算出方法は、電流積算法と呼ばれるものである。
The current
容量演算部114は、SOC変換処理部112から電流積算によりSOCを推定するよう指示された場合、電流積算処理部113により算出された電流量に基づいて、SOCを推定する。例えば、蓄電器2の全SOCを電流積算により推定してもよいし、電流積算処理部113により電流積算を開始するまでのSOCを把握し、このSOCと電流量との和により全SOCを推定してもよい。
When the SOC
また、容量演算部114は、電流積算処理部113により算出された電流量と、SOC変換処理部112により推定されたSOC又は電流積算により推定されたSOC(以下、推定SOCともいう)に基づいて、蓄電器2の全容量を推定する。具体的には、逐次求められた電流量の微分値(ΔAh)及び推定SOCの微分値(Δ推定SOC)をサンプルとして複数取得する。そして、電流の微分値と推定SOCの微分値との関係を示した複数のサンプルから、逐次最小二乗法により、蓄電器2の全容量を求める。図9は、推定SOCの微分値と電流量の微分値との関係の一例を示す図である。図9において、一次直線の傾きに100を乗じた値が、蓄電器2の全容量に相当する。つまり、
蓄電器2の全容量(CAPA)=(ΔAh/Δ推定SOC)×100
の関係式が成立する。
また、推定SOCが所定範囲内にある場合に信頼性があるものとみなし、この所定範囲内にあるときにのみ、電流量の微分値及び推定SOCの微分値から逐次最小二乗法を用いて蓄電器2の全容量を推定するようにしてもよい。
Further, the
Total capacity of capacitor 2 (CAPA) = (ΔAh / Δestimated SOC) × 100
The following relational expression holds.
Further, when the estimated SOC is within a predetermined range, it is considered to be reliable, and only when the estimated SOC is within the predetermined range, a capacitor is obtained using a sequential method of least squares from the differential value of the current amount and the differential value of the estimated SOC. The total capacity of 2 may be estimated.
容量演算部114による蓄電器2の全容量推定によれば、電流量の微分値及び推定SOCの微分値はともに微小区間の値であるため、全容量推定に要する時間を短縮化することができる。したがって、電池状態推定装置1が車両に搭載される場合には、車両の走行開始から即時に蓄電器2の全容量を把握することができる。
According to the total capacity estimation of the
また、図10に示すように、蓄電器2の温度により蓄電器2の放電電流量と電圧との関係が変化するが、容量演算部114では電流量を直接用いているため、正確に全容量を推定することができる。なお、図10は電流レート及び温度による有効電流量(Ah)の違いの一例を示す図である。ここでは、放電電流量を例に説明したが、充電電流量についても同様である。
Further, as shown in FIG. 10, the relationship between the discharge current amount and the voltage of the
温度検出部115は、蓄電器2の温度を検出する。
The
劣化判定部116は、図示しない記憶部に記憶された温度−抵抗劣化判断閾値マップを参照し、温度検出部115により検出された蓄電器2の温度に基づいて、蓄電器2が劣化しているか否かを判定する。抵抗劣化判断閾値は、蓄電器2が劣化していると判断する内部抵抗の下限値を示すものである。蓄電器2は劣化すると内部抵抗が増大する。そこで、二次内部抵抗R2が抵抗劣化判断閾値を上回る場合には、劣化が進行しているものと判定する。
The
また、劣化判定部116は、図示しない記憶部に温度−容量劣化判断閾値マップを参照し、温度検出部115により検出された蓄電器2の温度に基づいて、蓄電器2が劣化しているか否かを判定する。容量劣化判断閾値は、蓄電器2が劣化していると判断する容量の上限値を示すものである。蓄電器2は劣化すると全容量が減少する。そこで、蓄電器2の全容量が容量劣化判断閾値を下回る場合には、劣化が進行しているものと判定する。
In addition, the
次に、電池状態推定装置1の動作について説明する。
Next, the operation of the battery
まず、電池状態推定装置1が行うOCV推定用電流の算出方法について説明する。
図11は、OCV推定用電流の算出方法の一例を示すフローチャートである。
まず、電流検出部101が、蓄電器2の充放電電流Iを検出する(ステップS101)。続いて、第1フィルタ処理部107が、基本フィルタによるフィルタ処理を行い、フィルタ処理値IFを得る(ステップS102)。続いて、第2フィルタ処理部108が、仮想電流フィルタによるフィルタ処理を行い、フィルタ処理値IFVを得る(ステップS103)。続いて、OCV推定部109が、基本フィルタによるフィルタ処理値IFと仮想電流フィルタによるフィルタ処理値IFVとの和を、OCV推定用電流IOCVとして算出する(ステップS104)。
First, a method for calculating the OCV estimation current performed by the battery
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a method for calculating the OCV estimation current.
First, the
このようなOCV推定用電流の算出方法によれば、蓄電器2の充放電電流が大電流のときに発生する急激な内部抵抗の変化や、0A付近のときに発生する長期的な電圧の反応遅れを考慮し、OCV推定誤差が低減するべく実電流とは異なる仮想残留電流に基づいて推定するため、蓄電器2の非線形な特性を考慮することができ、精度良くOCVを推定することが可能である。
According to such an OCV estimation current calculation method, a sudden change in internal resistance that occurs when the charge / discharge current of the
次に、電池状態推定装置1が行うSOC推定方法について説明する。
図12及び図13は、SOC推定方法の一例を示すフローチャートである。
Next, the SOC estimation method performed by the battery
12 and 13 are flowcharts showing an example of the SOC estimation method.
まず、各種センサにより蓄電器2の各種情報を取得する(ステップS201)。具体的には、電流検出部101が、蓄電器2の充放電電流を検出する。また、電圧検出部102が、蓄電器2の端子間電圧を検出する。また、温度検出部115が、蓄電器2の温度を検出する。
First, various information of the
続いて、dV/dI算出部103が、実電流の微分値dIと実電圧の微分値dVを算出する(ステップS202)。続いて、dV/dI選択処理部104が、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが図2において棄却領域外に存在するか否かを判定する(ステップS203)。実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが棄却領域外に存在する場合、dV/dI選択処理部104が、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが放電領域に含まれるか否かを判定する(ステップS204)。
Subsequently, the dV /
実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが放電領域に含まれる場合、同定部105が、逐次最小二乗法により、放電側の仮内部抵抗rを推定する(ステップS205)。そして、同定部105が、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVに基づいて一次補正を行い、放電側の一次内部抵抗R(Rdischarge)を推定する(ステップS206)。
When the differential value dI of the actual current and the differential value dV of the actual voltage are included in the discharge region, the
一方、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが放電領域に含まれない場合、つまり充電領域に含まれる場合、同定部105が、逐次最小二乗法により、充電側の仮内部抵抗rを推定する(ステップS207)。そして、同定部105が、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVに基づいて一次補正を行い、充電側の一次内部抵抗R(Rcharge)を推定する(ステップS208)。
On the other hand, when the differential value dI of the actual current and the differential value dV of the actual voltage are not included in the discharge region, that is, included in the charge region, the
ステップS206又はS208の一次内部抵抗Rの推定後、電流推定演算部110が、推定電流を算出する(ステップS209)。続いて、抵抗補正係数演算部111が、実電流値及び推定電流を用いて、逐次最小二乗法により抵抗補正係数(RHOSEI)を算出する(ステップS210)。続いて、dV/dI選択処理部104が、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが図2において放電領域に含まれるか否かを判定する(ステップS211)。ステップS211の判定結果は、ステップS204の判定結果と同じである。
After estimating the primary internal resistance R in step S206 or S208, the current
実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが放電領域に含まれる場合、抵抗補正部106が、放電側の一次内部抵抗R(Rdischarge)及び抵抗補正係数(RHOSEI)に基づいて、放電側の二次内部抵抗R2(R2DIS)を算出する(ステップS212)。例えば、抵抗補正部106が、放電側の一次内部抵抗R(Rdischarge)に抵抗補正係数(RHOSEI)を乗じることで、放電側の二次内部抵抗R2(R2DIS)を算出する。
When the differential value dI of the actual current and the differential value dV of the actual voltage are included in the discharge region, the
そして、OCV推定部109が、放電側の二次内部抵抗R2(R2DIS)に基づいて、OCVを推定する(ステップS213)。例えば、OCV推定部109が、実電圧と、OCV推定用電流IOCVに放電側の二次内部抵抗R2(R2DIS)を乗じた値と、の和をOCVとして算出する。
Then, the
一方、実電流の微分値dI及び実電圧の微分値dVが放電領域に含まれない場合、つまり充電領域に含まれる場合、抵抗補正部106が、充電側の一次内部抵抗R(Rcharge)及び抵抗補正係数(RHOSEI)に基づいて、充電側の二次内部抵抗R2(R2CHA)を算出する(ステップS214)。例えば、抵抗補正部106が、充電側の一次内部抵抗R(Rcharge)に抵抗補正係数(RHOSEI)を乗じることで、充電側の二次内部抵抗R2(R2CHA)を算出する。
On the other hand, when the differential value dI of the actual current and the differential value dV of the actual voltage are not included in the discharge region, that is, included in the charge region, the
そして、OCV推定部109が、充電側の二次内部抵抗R2(R2CHA)に基づいて、OCVを推定する(ステップS215)。例えば、OCV推定部109が、実電圧と、OCV推定用電流IOCVに充電側の二次内部抵抗R2(R2CHA)を乗じた値と、の和をOCVとして算出する。
Then,
ステップS213又はS215のOCV推定後、SOC変換処理部112が、推定電流と実電流との差が規定値以内であるか否かを判定する(ステップS216)。推定電流と実電流との差が規定値以内である場合には、SOC変換処理部112が、SOC−OCVマップを参照し、推定OCVに基づいてSOCを推定する(ステップS217)。一方、推定電流と実電流との差が規定値以内でない、つまり規定値外である場合には、容量演算部114が、電流積算処理部113により算出された電流量に基づいてSOCを推定する(ステップS218)。
After the OCV estimation in step S213 or S215, the SOC
ステップS217又はS218のSOC推定後、劣化判定部116が、図示しない記憶部に記憶された温度−抵抗劣化判断閾値マップを参照し、温度検出部115により検出された蓄電器2の温度に基づいて、抵抗劣化判断閾値を取得する(ステップS219)。続いて、劣化判定部116が、二次内部抵抗R2(R2DIS及びR2CHA)が抵抗劣化判断閾値未満であるか否かを判定する(ステップS220)。二次内部抵抗R2(R2DIS及びR2CHA)が劣化判断閾値未満でない、つまり劣化判断閾値以上である場合には、劣化判定部116が、蓄電器2は劣化していると判定する(ステップS221)。
After the SOC estimation in step S217 or S218, the
このようなSOC推定方法によれば、より正確な内部抵抗の推定値である二次内部抵抗R2及びOCV推定用電流を用いてOCVを推定するため、OCVを高精度に推定することができる。また、推定電流と実電流との差、つまり二次内部抵抗R2と実内部抵抗の誤差の大小に応じてSOCの推定方法を変更することにより、SOCを高精度に推定することができる。また、充電時と放電時とで内部抵抗推定を個別に行うことで、特に充電時と放電時とで内部抵抗の特性が大きく異なる蓄電器であってもSOCの推定精度を向上させることが可能である。また、推定精度の高い二次内部抵抗を用いて蓄電器2の劣化判断を行うため、蓄電器2の状態を正確に判断することができる。
According to this SOC estimation method, the OCV can be estimated with high accuracy because the OCV is estimated using the secondary internal resistance R2 and the OCV estimation current which are more accurate estimation values of the internal resistance. Further, the SOC can be estimated with high accuracy by changing the SOC estimation method according to the difference between the estimated current and the actual current, that is, the error between the secondary internal resistance R2 and the actual internal resistance. In addition, by estimating the internal resistance separately at the time of charging and discharging, it is possible to improve the estimation accuracy of the SOC even in the case of a capacitor whose internal resistance characteristics differ greatly between charging and discharging. is there. Further, since the deterioration determination of the
次に、電池状態推定装置1が行う蓄電器2の全容量の推定方法について説明する。
図14は、蓄電器2の全容量の推定方法の一例を示すフローチャートである。
Next, a method for estimating the total capacity of the
FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a method for estimating the total capacity of the
まず、電流積算処理部113が、電流検出部101からの実電流の情報を取得する。また、演算処理部114は、SOC変換処理部112により推定されたSOCを取得する(ステップS301)。続いて、電流積算処理部113が、実電流を積算して電流量を算出する(ステップS302)。
First, the current
続いて、演算積算部114が、推定SOCが信頼区間に存在するか否かを判定する(ステップS303)。この信頼区間とは、推定電流と実電流との差が規定値以内である区間を示すものである。また、推定SOCとして、SOC変換処理部112から取得した推定SOCではなく、演算処理部114が電流積算により推定したSOCを用いてもよい。推定SOCが信頼区間に存在する場合、演算処理部114が、電流量の微分値(ΔAh)及び推定SOCの微分値(Δ推定SOC)に基づいて、逐次最小二乗法により、蓄電器2の全容量(CAPA)を推定する(ステップS304)。なお、ステップS303の判定は、省略してもよい。
Subsequently, the
続いて、劣化判定部116が、図示しない記憶部に記憶された温度−容量劣化判断閾値マップを参照し、温度検出部115により検出された蓄電器2の温度に基づいて、容量劣化判断閾値を取得する(ステップS305)。続いて、劣化判定部116が、演算処理部114により推定された蓄電器2の全容量の推定値が容量劣化判断閾値以上であるか否かを判定する(ステップS306)。蓄電器2の全容量の推定値が容量劣化判断閾値以上でない、つまり容量劣化判断閾値未満である場合には、劣化判定部116が、蓄電器2は劣化(容量劣化)していると判定する(ステップS307)。
Subsequently, the
このような蓄電器2の全容量の推定方法によれば、電流量の微分値ΔAhと所定のSOC通過時のSOCとに基づいて全容量を推定する方法と比較すると、高速かつ安定的に全容量を把握することができ、温度変化などにより実際に使用可能な蓄電器2の容量が増大もしくは減少した場合であっても、高精度に蓄電器2の全容量を推定することができる。
According to such a method for estimating the total capacity of the
次に、上述した電池状態推定装置1の動作により得られる各値のイメージについて説明する。
Next, an image of each value obtained by the operation of the battery
図15は、仮想電流フィルタによるフィルタ処理値(仮想電流フィルタ処理電流)、基本フィルタによるフィルタ処理値(基本フィルタ処理電流)、及び実電流の時間推移の一例を示す図である。図15を参照すると、基本フィルタ処理電流は実電流を振幅減少方向に所定倍されており、仮想電流フィルタ処理電流は0A近辺を推移していることが理解される。図15に示す例では、仮想電流フィルタ処理電流はおよそ−5(A)〜0(A)で推移し、基本フィルタ処理電流はおよそ−60(A)〜70(A)で推移し、実電流はおよそ−75(A)〜110(A)で推移している。 FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a time transition of a filter processing value (virtual current filter processing current) by a virtual current filter, a filter processing value (basic filter processing current) by a basic filter, and an actual current. Referring to FIG. 15, it can be understood that the basic filtering current is multiplied by the actual current by a predetermined amount in the direction of decreasing amplitude, and the virtual current filtering current changes in the vicinity of 0A. In the example shown in FIG. 15, the virtual current filtering current changes from approximately −5 (A) to 0 (A), the basic filtering current changes from approximately −60 (A) to 70 (A), and the actual current. Has changed from about -75 (A) to 110 (A).
図16は、実SOC及び推定SOCの時間推移の一例を示す図である。図16を参照すると、本グラフにおける初期段階では推定SOCよりも実SOCが若干大きくなっているが、時間経過とともに実SOCと推定SOCとの差異が小さくなっていることが理解される。なお、実SOCとは、電池状態推定装置1が、蓄電器2の特性を事前に把握して電流積算と誤差補正などを行い、算出したSOCである。図16に示す例では、実SOC及び推定SOCは、ともに、およそ40(%)〜60(%)で推移している。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a time transition of the actual SOC and the estimated SOC. Referring to FIG. 16, it is understood that the actual SOC is slightly larger than the estimated SOC at the initial stage in the graph, but the difference between the actual SOC and the estimated SOC decreases with time. The actual SOC is the SOC calculated by the battery
図17は、実電圧及び推定OCVの時間推移の一例を示す図である。図17を参照すると、実電圧の推移に伴って、推定OCVが滑らかに推移していることが理解される。図17に示す例では、実電圧はおよそ3.4(V)〜4(V)で推移し、推定OCVはおよそ3.6(V)〜3.9(V)で推移している。 FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a time transition of the actual voltage and the estimated OCV. Referring to FIG. 17, it can be understood that the estimated OCV smoothly changes as the actual voltage changes. In the example illustrated in FIG. 17, the actual voltage changes from about 3.4 (V) to 4 (V), and the estimated OCV changes from about 3.6 (V) to 3.9 (V).
図18は、実電流及びOCV推定用電流の時間推移の一例を示す図である。図18を参照すると、実電流の推移に伴って、OCV推定用電流が滑らかに推移していることが理解される。図18に示す例では、実電流はおよそ−75(A)〜100(A)で、OCV推定用電流はおよそ−25(A)〜25(A)で推移している。 FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a time transition of the actual current and the OCV estimation current. Referring to FIG. 18, it can be understood that the OCV estimation current smoothly changes as the actual current changes. In the example illustrated in FIG. 18, the actual current is approximately −75 (A) to 100 (A), and the OCV estimation current is approximately −25 (A) to 25 (A).
図19は、抵抗補正係数の時間推移の一例を示す図である。図19を参照すると、およそ450(sec)までは1.025でほぼ一定であり、その後およそ500(sec)ではおよそ1.07に上昇し、その後徐々に下降し、600(sec)ではおよそ1.05になっていることが理解される。 FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a time transition of the resistance correction coefficient. Referring to FIG. 19, it is substantially constant at 1.025 until approximately 450 (sec), then increases to approximately 1.07 at approximately 500 (sec), then gradually decreases, and approximately 1 at 600 (sec). .05 is understood.
図20は、新品時及び劣化時の二次内部抵抗R2の時間推移の一例を示す図である。ここでは、放電側二次内部抵抗、充電側二次内部抵抗について示している。図20を参照すると、放電側二次内部抵抗よりも充電側二次内部抵抗の方が抵抗値が大きく、新品時よりも劣化時の方が抵抗値が大きいことが理解される。図20に示す例では、新品時には、放電側二次内部抵抗はおよそ0.0021(mOHM)〜0.0026(mOHM)で推移し、充電側二次内部抵抗はおよそ0.0023(mOHM)〜0.0028(mOHM)で推移している。また、劣化時には、放電側二次内部抵抗はおよそ0.0027(mOHM)〜0.0035(mOHM)で推移し、充電側二次内部抵抗はおよそ0.0028(mOHM)〜0.0036(mOHM)で推移している。 FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a time transition of the secondary internal resistance R2 when new and deteriorated. Here, the discharge side secondary internal resistance and the charge side secondary internal resistance are shown. Referring to FIG. 20, it is understood that the charge-side secondary internal resistance has a larger resistance value than the discharge-side secondary internal resistance, and the resistance value at the time of deterioration is greater than that at the time of a new product. In the example shown in FIG. 20, when new, the discharge-side secondary internal resistance changes from about 0.0021 (mOHM) to 0.0026 (mOHM), and the charge-side secondary internal resistance is about 0.0023 (mOHM) to It has been moving at 0.0028 (mOHM). Further, at the time of deterioration, the discharge-side secondary internal resistance changes from approximately 0.0027 (mOHM) to 0.0035 (mOHM), and the charge-side secondary internal resistance ranges from approximately 0.0028 (mOHM) to 0.0036 (mOHM). ).
図21は、新品時及び劣化時の蓄電器2の全容量(推定値)の時間推移の一例を示す図である。図21を参照すると、新品時にはおよそ4.0(Ah)〜4.7(Ah)で推移し、劣化時にはおよそ3.3(Ah)〜4.0(Ah)で推移していることが理解される。
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a time transition of the total capacity (estimated value) of the
このような本実施形態の電池状態推定装置1によれば、電池の非線形な特性を考慮して電池状態の推定を高精度に行うことができ、図24に示した一次的な遅れだけでなく、多段に連なるC成分も考慮して正確な電池状態の推定を行うことができる。
According to the battery
本発明は、電池の非線形な特性を考慮して電池状態の推定を高精度に行うことができる電池状態推定装置等に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for a battery state estimation device or the like that can estimate the battery state with high accuracy in consideration of the non-linear characteristics of the battery.
1 電池状態推定装置
2 蓄電器
101 電流検出部
102 電圧検出部
103 dV/dI算出部
104 dV/dI選択処理部
105 同定部
106 抵抗補正部
107 第1フィルタ処理部
108 第2フィルタ処理部
109 OCV推定部
110 電流推定演算部
111 抵抗補正係数演算部
112 SOC変換処理部
113 電流積算処理部
114 演算処理部
115 温度検出部
116 劣化判定部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電池の充放電電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部により検出された前記電池の実電圧の所定時間当たりの変化量である実電圧変化量と、前記電流検出部により検出された前記電池の実電流の所定時間当たりの変化量である実電流変化量と、に基づいて、逐次最小二乗法により、前記電池の内部抵抗の仮値である仮内部抵抗を推定する仮内部抵抗推定部と、
前記仮内部抵抗推定部により推定された前記電池の仮内部抵抗を、前記実電圧変化量及び前記実電流変化量に基づいて一次補正することにより、前記電池の一次内部抵抗を推定する一次内部抵抗推定部と、
前記一次内部抵抗推定部により推定された前記電池の一次内部抵抗を二次補正することにより、前記電池の二次内部抵抗を推定する二次内部抵抗推定部と、
前記電池の実電圧及び前記二次内部抵抗推定部により推定された前記電池の二次内部抵抗に基づいて、前記電池の充放電電流の推定値である推定電流を算出する推定電流算出部と、
前記推定電流算出部により算出された推定電流及び前記電池の実電流に基づいて、逐次最小二乗法により、前記電池の一次内部抵抗を補正するための補正係数を推定する補正係数推定部と、
を備え、
前記二次内部抵抗推定部は、前記一次内部抵抗推定部により推定された一次内部抵抗及び前記補正係数推定部により推定された補正係数に基づいて、前記電池の二次内部抵抗を推定する電池状態推定装置。 A voltage detector for detecting the voltage across the battery terminals;
A current detector for detecting a charge / discharge current of the battery;
An actual voltage change amount which is a change amount per predetermined time of the actual voltage of the battery detected by the voltage detection unit, and a change amount per predetermined time of the actual battery current detected by the current detection unit. A temporary internal resistance estimator that estimates a temporary internal resistance that is a temporary value of the internal resistance of the battery by successive least squares based on the actual current change amount;
A primary internal resistance that estimates a primary internal resistance of the battery by first correcting the temporary internal resistance of the battery estimated by the temporary internal resistance estimation unit based on the actual voltage change amount and the actual current change amount. An estimation unit;
A secondary internal resistance estimator that estimates a secondary internal resistance of the battery by secondarily correcting the primary internal resistance of the battery estimated by the primary internal resistance estimator;
An estimated current calculation unit that calculates an estimated current that is an estimated value of the charge / discharge current of the battery, based on the actual voltage of the battery and the secondary internal resistance of the battery estimated by the secondary internal resistance estimation unit;
A correction coefficient estimator for estimating a correction coefficient for correcting the primary internal resistance of the battery by successive least squares based on the estimated current calculated by the estimated current calculator and the actual current of the battery;
With
The secondary internal resistance estimation unit is configured to estimate a secondary internal resistance of the battery based on the primary internal resistance estimated by the primary internal resistance estimation unit and the correction coefficient estimated by the correction coefficient estimation unit. Estimating device.
前記電池の実電流が第1の所定値未満である場合には、前記実電流よりも大きい電流値を有し、前記実電流が前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値以上である場合には、前記実電流よりも小さく、かつ、前記実電流が増大するほど前記実電流との差が増大する電流値を有する仮想電流を生成する仮想電流生成部と、
前記仮想電流生成部により生成された仮想電流及び前記二次内部抵抗推定部により推定された二次内部抵抗に基づいて、前記電池の開路電圧を推定する開路電圧推定部と、
を備える電池状態推定装置。 The battery state estimation device according to claim 1, further comprising:
When the actual current of the battery is less than a first predetermined value, the battery has a current value greater than the actual current, and the actual current is greater than or equal to a second predetermined value greater than the first predetermined value. In some cases, a virtual current generation unit that generates a virtual current having a current value that is smaller than the actual current and increases as the actual current increases,
An open circuit voltage estimation unit that estimates an open circuit voltage of the battery based on the virtual current generated by the virtual current generation unit and the secondary internal resistance estimated by the secondary internal resistance estimation unit;
A battery state estimation device comprising:
前記電池の充電率と開路電圧との特性情報を記憶する特性情報記憶部と、
前記推定電流算出部により算出された推定電流と前記実電流との差が所定値未満である場合、前記開路電圧推定部により推定された前記電池の開路電圧及び前記特性情報記憶部により記憶された前記特性情報に基づいて、前記電池の充電率を推定する充電率推定部と、
を備える電池状態推定装置。 The battery state estimation apparatus according to claim 2 , further comprising:
A characteristic information storage unit for storing characteristic information of the charging rate and open circuit voltage of the battery;
When the difference between the estimated current calculated by the estimated current calculation unit and the actual current is less than a predetermined value, the battery open circuit voltage estimated by the open circuit voltage estimation unit and the characteristic information storage unit are stored. A charge rate estimator for estimating a charge rate of the battery based on the characteristic information;
A battery state estimation device comprising:
前記電池の充放電電流を積算して電流量を算出する電流積算部と、
前記推定電流算出部により算出された推定電流と前記実電流との差が所定値以上である場合、前記電流積算部により算出された電流量に基づいて、前記電池の充電率を推定する充電率推定部と、
を備える電池状態推定装置。 The battery state estimation device according to claim 1 or 2, further comprising:
A current integrating unit that calculates the amount of current by integrating the charge / discharge current of the battery;
When the difference between the estimated current calculated by the estimated current calculating unit and the actual current is equal to or greater than a predetermined value, the charging rate for estimating the charging rate of the battery based on the amount of current calculated by the current integrating unit An estimation unit;
A battery state estimation device comprising:
前記電池の充放電電流を積算して電流量を算出する電流積算部と、
前記電流積算部により算出された電流量の所定時間当たりの変化量である電流量変化量と、前記充電率推定部により推定された前記電池の充電率の所定時間当たりの変化量である充電率変化量と、に基づいて、前記電池の全容量を推定する全容量推定部と、
を備える電池状態推定装置。 The battery state estimation device according to claim 3 or 4, further comprising:
A current integrating unit that calculates the amount of current by integrating the charge / discharge current of the battery;
A current amount change amount that is a change amount per predetermined time of the current amount calculated by the current integration unit, and a charge rate that is a change amount per predetermined time of the charge rate of the battery estimated by the charge rate estimation unit A total capacity estimating unit that estimates the total capacity of the battery based on the amount of change;
A battery state estimation device comprising:
前記電池の温度を検出する温度検出部と、
前記電池の温度毎に劣化判断閾値を記憶する劣化判断閾値記憶部と、
前記温度検出部により検出された前記電池の温度に基づいて前記劣化判断閾値記憶部から前記劣化判断閾値を取得し、前記二次内部抵抗推定部により推定された前記電池の二次内部抵抗が前記劣化判断閾値以上である場合、前記電池が劣化していると判定する劣化判定部と、
を備える電池状態推定装置。 The battery state estimation device according to claim 1, further comprising:
A temperature detector for detecting the temperature of the battery;
A deterioration determination threshold value storage unit that stores a deterioration determination threshold value for each battery temperature;
The deterioration determination threshold is acquired from the deterioration determination threshold storage unit based on the temperature of the battery detected by the temperature detection unit, and the secondary internal resistance of the battery estimated by the secondary internal resistance estimation unit is A deterioration determination unit that determines that the battery is deteriorated when the deterioration determination threshold is greater than or equal to,
A battery state estimation device comprising:
前記電池の温度を検出する温度検出部と、
前記電池の温度毎に劣化判断閾値を記憶する劣化判断閾値記憶部と、
前記温度検出部により検出された前記電池の温度に基づいて前記劣化判断閾値記憶部から前記劣化判断閾値を取得し、前記全容量推定部により推定された前記電池の全容量が前記劣化判断閾値未満である場合、前記電池が劣化していると判定する劣化判定部と、
を備える電池状態推定装置。 The battery state estimation device according to claim 5, further comprising:
A temperature detector for detecting the temperature of the battery;
A deterioration determination threshold value storage unit that stores a deterioration determination threshold value for each battery temperature;
The deterioration determination threshold is acquired from the deterioration determination threshold storage unit based on the temperature of the battery detected by the temperature detection unit, and the total capacity of the battery estimated by the total capacity estimation unit is less than the deterioration determination threshold If it is, a deterioration determination unit that determines that the battery is deteriorated,
A battery state estimation device comprising:
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