JP5803053B2 - Power storage device state estimation method and state estimation device - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電デバイスの状態推定方法及び状態推定装置に関し、詳しくは、蓄電デバイスの等価モデルの回路定数を同定してエネルギー残量(SOC)等の状態推定を行なう技術に関するものである。 The present invention relates to a state estimation method and a state estimation device for a power storage device such as a secondary battery or an electric double layer capacitor, and more specifically, identifies a circuit constant of an equivalent model of the power storage device and a state such as a remaining energy (SOC). The present invention relates to a technique for performing estimation.
近年、二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電デバイスは、小型軽量化・高エネルギー密度化が進み、電力変換装置等の電源として広く利用されている。
このような蓄電デバイスを有効に活用するためには、蓄電デバイスのSOCや劣化状態(SOH)等を正確に把握することが必要となる。
2. Description of the Related Art In recent years, power storage devices such as secondary batteries and electric double layer capacitors have been widely used as power sources for power converters and the like due to progress in size and weight reduction and high energy density.
In order to effectively use such an electricity storage device, it is necessary to accurately grasp the SOC, deterioration state (SOH), and the like of the electricity storage device.
蓄電デバイスの状態推定に関する第1の従来技術としては、電池の等価モデルの回路定数(抵抗やコンデンサからなる内部インピーダンス)をシステム同定して電池の劣化予測、性能評価、良否判定を行なうものが知られている。
図11は、この第1の従来技術を示す構成図である。同図において、10は診断対象である電池(二次電池)であり、内部インピーダンス11及び電圧源12(その起電力は開放電圧にほぼ等しい)からなる等価モデルとして示してある。また、13は状態推定を行うための矩形波信号を生成する電流源、14,15は切替スイッチ、16は負荷を示す。
As a first conventional technique for estimating the state of an electric storage device, there is a system that performs system identification on the circuit constants (internal impedance composed of resistors and capacitors) of an equivalent model of a battery to perform battery deterioration prediction, performance evaluation, and pass / fail judgment. It has been.
FIG. 11 is a block diagram showing the first prior art. In the figure,
また、20は電圧/電流計測手段であり、電池10を流れる電流を検出する電流検出手段21と、電池10の端子電圧を検出する電圧検出手段22とを備え、各検出手段21,22による電流,電圧検出値を計測データ23として保持可能である。24は、前記計測データ23を用いて電池10の回路定数を同定する等価モデル定数同定手段、25は同定結果に基づいて電池10の状態を推定する状態推定演算手段である。
次に、この従来技術の動作を略述する。
図11において、電池の状態推定を行なう場合には、まず、電池10を電源とする装置の運転を停止して切替スイッチ15をオフし、電池10と負荷16とを切り離す(すなわち、オフラインにする)。次に、切替スイッチ14をオンし、電流源13により入力信号(矩形波電流)を電池10に供給する。この状態で電圧/電流計測手段20を動作させ、電流検出手段21、電圧検出手段22により電池10に流れる電流ib(入力)と電池10の端子電圧vb(出力)とを計測する。
Next, the operation of this prior art will be outlined.
In FIG. 11, when estimating the state of the battery, first, the operation of the apparatus using the
電流ib及び電圧vbの計測データ23は等価モデル定数同定手段24に取り込まれ、電池10の回路定数が同定される。状態推定演算手段25は、こうして同定された回路定数を用いて、電池10のSOCや劣化状態等を推定することができる。
この種の従来技術としては、例えば特許文献1に開示された電池状態診断装置及び電池状態診断方法が知られている。
The
As this type of prior art, for example, a battery state diagnosis device and a battery state diagnosis method disclosed in
次に、図12は、蓄電デバイスの状態推定に関する第2の従来技術を示す構成図である。この従来技術は、電池を電源とした装置の運転中、すなわちオンライン状態において、電池の回路定数を同定して電池の開放電圧を推測することにより状態推定を行う第1の推定方法と、電池の電流積算値から状態推定を行う第2の推定方法とを併用し、第1,第2の推定方法による推定結果を重み付けして合成することにより、最終的に電池の劣化度等を推定するものである。 Next, FIG. 12 is a configuration diagram showing a second conventional technique related to state estimation of the power storage device. This prior art includes a first estimation method for estimating a state by identifying a circuit constant of a battery and estimating an open-circuit voltage of the battery during operation of a battery-powered device, that is, in an online state, Combined with the second estimation method for estimating the state from the integrated current value and weighting and combining the estimation results obtained by the first and second estimation methods, the battery degradation level is finally estimated. It is.
図12において、図11と同一機能の構成要素には同一の番号を付して詳述を省略し、以下では図11と異なる部分を中心に説明する。
図12における26は第1の状態推定演算手段であり、等価モデル定数同定手段24により同定した回路定数に基づいて電池10の開放電圧を推測して状態推定を行う。また、27は第2の状態推定演算手段であり、電池10に流れる電流ibの積算値に基づいて状態推定を行う。
12, components having the same functions as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals and will not be described in detail. The following description will focus on portions that are different from those in FIG.
また、28は、第1,第2の状態推定演算手段26,27による演算結果に重み付けを行うための計算ウェイトwを算出する計算ウェイト算出手段であり、電池10の電流変化率(dib/dt)と補正係数テーブル29内の温度補正係数とを用いて計算ウェイトwを算出する。
更に、30は第3の状態推定演算手段であり、上記計算ウェイトwを用いて、第1,第2の状態推定演算手段26,27による演算結果にそれぞれ(1−w),wを乗算して合成し、最終的な推定結果を出力するように構成されている。
Further, 30 is a third state estimation calculation means, and the calculation results by the first and second state estimation calculation means 26 and 27 are multiplied by (1-w) and w, respectively, using the calculation weight w. And the final estimation result is output.
この従来技術の動作を略述すると、装置の運転中に、電圧/電流計測手段20内の計測データ23が等価モデル定数同定手段24に取り込まれ、この等価モデル定数同定手段24では、計算ウェイト算出手段28により電流変化率(dib/dt)から演算した周波数情報を考慮して、電池10の回路定数を同定する。
この回路定数に基づき、第1の状態推定演算手段26が電池10の開放電圧を推測して状態推定演算を行なう。これと同時に、第2の状態推定演算手段27が計測データ23から電流積算値を算出し、状態推定演算を行なう。
Briefly describing the operation of this prior art, the
Based on this circuit constant, the first state estimation calculation means 26 estimates the open circuit voltage of the
計算ウェイトwは、例えば、電流変化率(dib/dt)が小さいときは第1の状態推定演算手段26による演算結果に大きなウェイトを持たせ、電流変化率(dib/dt)が大きいときは第2の状態推定演算手段27による演算結果に大きなウェイトを持たせるように作用しており、第3の状態推定演算手段30では、上記のように重み付けされた第1,第2の状態推定演算手段26,27による演算結果を合成し、最終的に、電池10の劣化度等の状態を推定して出力する。これにより、オンライン状態で電池10の状態を推定することが可能である。
この種の従来技術としては、例えば特許文献2に開示されたバッテリの劣化度推定装置が知られている。
For example, when the current change rate (di b / dt) is small, the calculation weight w gives a large weight to the calculation result by the first state
As this type of prior art, for example, a battery deterioration degree estimation device disclosed in
更に、図示しないが、第3の従来技術として、例えば特許文献3に開示されたバッテリ管理システムが知られている。
この従来技術は、データベースに格納されたバッテリ情報を用い、任意の時刻間でのバッテリ電圧から求めた残存容量(SOC)の変化量とバッテリ電流の積算値から求めた残存容量の変化量とに基づいてバッテリの電流容量を算出し、算出した電流容量の初期値に対する変化割合を、バッテリの劣化状態を表す電流容量変化率として算出することによりバッテリの劣化状態を算出するようにしたものである。この従来技術では、上記電流容量変化率に加えて、バッテリのインピーダンスの初期値に対する変化割合としてのインピーダンス変化率を電流容量変化率との相関関係に基づいて算出し、このインピーダンス変化率を電流容量変化率と共に用いて劣化状態を算出することも可能にしている。
Further, although not shown, as a third conventional technique, for example, a battery management system disclosed in
This prior art uses the battery information stored in the database to change the remaining capacity (SOC) obtained from the battery voltage between arbitrary times and the remaining capacity obtained from the integrated value of the battery current. The battery current capacity is calculated on the basis of this, and the battery deterioration state is calculated by calculating the rate of change of the calculated current capacity with respect to the initial value as the current capacity change rate representing the battery deterioration state. . In this prior art, in addition to the current capacity change rate, the impedance change rate as a change rate with respect to the initial value of the battery impedance is calculated based on the correlation with the current capacity change rate, and this impedance change rate is calculated as the current capacity change rate. It is also possible to calculate the deterioration state by using it together with the change rate.
図11に示した第1の従来技術では、電池10と負荷16とを切り離すことによりオフライン状態にして、予め設定した電流負荷(例えば矩形波電流)を電池10に与えるため、電池10の状態を正確に推定できる反面、電池10を電源とする装置の運転中にオンラインにて状態推定を行なうことができないという問題がある。
これに対し、図12に示した第2の従来技術では、オンライン状態で電池10の状態推定を行なうことが可能である。しかし、状態推定の精度を向上させるために、電池10の等価モデルの回路定数を同定して推測した開放電圧に基づき状態推定する第1の推定方法と、電池10の電流積算値から状態推定する第2の推定方法とを併用して同時に演算を行ない、その演算結果を合成する方法を採っているため、演算処理が複雑化し、処理時間や使用メモリ容量が増大するおそれがある。
In the first prior art shown in FIG. 11, the
On the other hand, in the second prior art shown in FIG. 12, it is possible to estimate the state of the
更に、第3の従来技術は、バッテリの電流容量変化率を求めて劣化状態を推定するものであるが、バッテリの残存容量の推定方法として第2の従来技術と基本的に同一の方法を用いているため、やはり演算処理が複雑になるという問題があった。 Further, the third conventional technique estimates the deterioration state by obtaining the current capacity change rate of the battery, and basically uses the same method as the second conventional technique as an estimation method of the remaining capacity of the battery. Therefore, there is still a problem that the arithmetic processing becomes complicated.
そこで本発明の解決課題は、比較的簡単な演算により、蓄電デバイスのSOC等を高精度に推定可能とした状態推定方法及び状態推定装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a state estimation method and a state estimation apparatus that can estimate the SOC and the like of a power storage device with high accuracy by a relatively simple calculation.
上記課題を解決するため、請求項1に係る蓄電デバイスの状態推定方法は、蓄電デバイスを電源とする装置の運転中に前記蓄電デバイスの状態を推定する状態推定方法において、
前記蓄電デバイスの電流及び端子電圧を計測する工程と、
前記電流の変化率が所定の変化率設定値を超え、かつ、前記電流の変化量が所定の変化量設定値を超える任意の時間的範囲の電流データと当該電流データに対応する電圧データとを有効データとして抽出し、その他の計測データを無効データとする工程と、
抽出した前記有効データを用いて前記蓄電デバイスの等価モデルの回路定数をシステム同定により同定する工程と、
同定した前記回路定数を少なくとも用いて前記蓄電デバイスの状態を推定する工程と、を有するものである。
In order to solve the above problem, a state estimation method for an electricity storage device according to
Measuring the current and terminal voltage of the electricity storage device;
Current data in an arbitrary time range in which the current change rate exceeds a predetermined change rate set value and the current change amount exceeds a predetermined change amount set value, and voltage data corresponding to the current data Extracting as valid data and making other measurement data invalid data;
Identifying a circuit constant of an equivalent model of the electricity storage device by system identification using the extracted effective data; and
And estimating the state of the electricity storage device using at least the identified circuit constant.
また、請求項2に係る状態推定方法は、請求項1に記載した蓄電デバイスの状態推定方法において、同定した前記回路定数と、抽出した前記有効データを用いて前記蓄電デバイスの開放電圧を推定し、この開放電圧に基づいて前記蓄電デバイスのエネルギー残量を推定するを有するものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a state estimation method according to the first aspect, wherein the open circuit voltage of the power storage device is estimated using the identified circuit constant and the extracted valid data. those having you estimate energy remaining amount of the electric storage device based on the open circuit voltage.
請求項3に係る蓄電デバイスの状態推定装置は、蓄電デバイスを電源とする装置の運転中に前記蓄電デバイスの状態を推定する状態推定装置において、
前記蓄電デバイスの電流及び端子電圧を計測する電圧/電流計測手段と、
前記電流の変化率が所定の変化率設定値を超え、かつ、前記電流の変化量が所定の変化量設定値を超える任意の時間的範囲の電流データと当該電流データに対応する電圧データとを有効データとして抽出し、その他の計測データを無効データとするデータ抽出手段と、
抽出した前記有効データを用いて前記蓄電デバイスの等価モデルの回路定数をシステム同定により同定する等価モデル定数同定手段と、
前記等価モデル定数同定手段により同定した前記回路定数を少なくとも用いて前記蓄電デバイスの状態を推定する状態推定演算手段と、を備えたものである。
The state estimation device for an electricity storage device according to
Voltage / current measuring means for measuring the current and terminal voltage of the electricity storage device;
Current data in an arbitrary time range in which the current change rate exceeds a predetermined change rate set value and the current change amount exceeds a predetermined change amount set value, and voltage data corresponding to the current data Data extraction means for extracting as valid data and other measurement data as invalid data;
An equivalent model constant identifying means for identifying a circuit constant of an equivalent model of the electricity storage device by system identification using the extracted effective data;
State estimation calculation means for estimating the state of the electricity storage device using at least the circuit constant identified by the equivalent model constant identification means.
請求項4に係る蓄電デバイスの状態推定装置は、請求項3に記載した蓄電デバイスの状態推定装置において、前記状態推定演算手段は、前記等価モデル定数同定手段により同定した前記回路定数と、前記有効データとを用いて前記蓄電デバイスの開放電圧を推定し、この開放電圧に基づいて前記蓄電デバイスのエネルギー残量を推定するものである。
The state estimation device for an electricity storage device according to claim 4 is the state estimation device for an electricity storage device according to
本発明によれば、蓄電デバイスを電源とする装置の運転中において、蓄電デバイスを流れる電流の変化率や変化量が所定の設定値を超える範囲の電流データ及び電圧データを抽出し、これらの抽出データを用いて蓄電デバイスの回路定数を同定することで、この回路定数に基づき蓄電デバイスのSOC等を高精度に推定することができる。 According to the present invention, during operation of an apparatus using a power storage device as a power source, current data and voltage data in a range where the rate of change or amount of change in the current flowing through the power storage device exceeds a predetermined set value are extracted, and these extractions are performed. By identifying the circuit constant of the power storage device using the data, the SOC of the power storage device can be estimated with high accuracy based on the circuit constant.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の基本形態に係る状態推定装置の構成図であり、図11,図12と同一機能の構成要素には同一の番号を付してある。
図1において、10は状態推定の対象となる蓄電デバイスとしての電池(二次電池)であり、前記同様に内部インピーダンス11及び電圧源12からなる等価モデルとして示してある。ここで、図2に示すように、内部インピーダンス11は、正負電極に相当する抵抗R1及びコンデンサC1の並列回路と、電解質に相当する抵抗R2との直列回路によって構成されるものとする(以後、R1,R2は抵抗値としても用い、C1は容量値としても用いることとする)。この電池10の両端には、図1に示す如く負荷16が接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a state estimation device according to the basic form of the present invention, and the same reference numerals are given to components having the same functions as those in FIGS.
In FIG. 1,
20は電圧/電流計測手段であり、前記同様に電池10を流れる電流ibを検出する電流検出手段21と、電池10の端子電圧vbを検出する電圧検出手段22とを備え、これらによる検出値は計測データ23として保持される。
40は、電流変化率演算手段41と必要データ判別手段42とからなるデータ抽出手段である。ここで、電流変化率演算手段41は電流検出手段21により検出した電流ibの変化率(dib/dt)を検出して必要データ判別手段42に送り、必要データ判別手段42は、電流ib及び電圧vbのすべての計測データ23の中から、上記電流変化率(dib/dt)が所定の設定値を超える範囲の電流データ、電圧データを必要データと判別し、これらのデータを抽出して出力するように構成されている。
20 is a voltage / current measuring means comprises a
43は、データ抽出手段40から出力される抽出データを用いて電池10の等価モデルの回路定数(以下、単に電池10の回路定数ともいう)を同定する等価モデル定数同定手段、44は、同定結果に基づいて電池10のSOCや劣化状態等の状態推定を行う状態推定演算手段である。
43 is an equivalent model constant identifying means for identifying the circuit constant of the equivalent model of the battery 10 (hereinafter also simply referred to as the circuit constant of the battery 10) using the extracted data output from the
次に、この基本形態の動作を、図3を参照しつつ説明する。図3は、電池10を電源とする装置を運転して負荷16に給電している時の電流ib及び端子電圧vbの波形図である。なお、これらの電流ib及び電圧vbは図1の電圧/電流計測手段20により計測されるものである。
ここで、電池10の回路定数を同定するために用いる電流、電圧のデータは、電流がある程度の傾きで変化しているときのデータでなくてはならない。これは、電流が常に一定値であると、回路定数としての抵抗値や容量値を推定することができず、特に、容量値については、電流の変化率がある程度大きくないと推定不可能なためであり、この条件を満たさないデータを使用して同定された回路定数は精度が低く、結果的にSOC等の推定精度も低いものとなる。
Next, the operation of this basic form will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a waveform diagram of the current i b and the terminal voltage v b when an apparatus using the
Here, the current and voltage data used to identify the circuit constant of the
そこで、本形態では、図1における必要データ判別手段42により、電流変化率演算手段41から送られた電流変化率(dib/dt)が変化率設定値(di0/dt)を超える範囲の電流ib及び電圧vbのデータをすべての計測データ23の中から判別、抽出し、これらの抽出データを回路定数の同定に用いることとした。
すなわち、電流ib及び電圧vbが図3のように変化している場合、dib/dt>di0/dtが成立している範囲の電流データとこれに対応する範囲の電圧データとを有効データとして同定に用い、それ以外を無効データとして同定には用いないこととする。
Therefore, in this form state, exceeding the required data discriminating means 42 in FIG. 1, the current change rate sent from the current change rate arithmetic unit 41 (di b / dt) is the rate of change set
That is, when the current i b and the voltage v b are changed as shown in FIG. 3, current data in a range where di b / dt> di 0 / dt is satisfied and voltage data in a range corresponding thereto are obtained. The valid data is used for identification, and the other data is not used as invalid data for identification.
こうして必要データ判別手段42により抽出された有効データは、等価モデル定数同定手段43に取り込まれ、電池10の回路定数(図2に示した内部インピーダンス11内の抵抗値R1,R2及び容量値C1)を同定する。状態推定演算手段44では、同定された回路定数を用いて電池10の状態(SOCや劣化状態など)を推定し、出力する。
なお、状態推定演算手段44によるSOCの推定方法については後述する。また、電池10の劣化状態は、内部抵抗の増加率から推定することができる。
The effective data thus extracted by the necessary
The SOC estimation method by the state estimation calculation means 44 will be described later. Moreover, the deterioration state of the
次に、図4は本発明の実施形態に係る状態推定装置の構成図であり、図1と同一機能の構成要素には同一の番号を付してある。
この実施形態は、基本形態よりも同定精度を向上させることを目的として、電池10の回路定数を同定するために用いるデータの抽出条件を二つ設け、第1の条件としては、基本形態と同様に電流変化率(dib/dt)が変化率設定値(di0/dt)を超えることとし、新たな第2の条件としては、電流ibの所定の基準値からの変化量(Δib)が変化量設定値(Δi0)を超えることとしたものである。
Next, FIG. 4 is a block diagram of a state estimation device according to the implementation embodiments of the present invention, the components of FIG. 1 and the same function are denoted by the same numbers.
This embodiment, for the purpose of than the basic form to improve the identification accuracy, provided two of the extraction condition data used to identify a circuit constant of the
前述した基本形態により、電流変化率(dib/dt)が設定値を超える範囲の電流データ、電圧データを用いて回路定数を同定することができ、これによって電池10の状態推定を行うことができるが、同定精度を更に向上させるためには、電流ibの値自体もある程度大きい方が望ましい。本発明の実施形態はこのような観点に基づくものである。
With the basic form described above, it is possible to identify circuit constants using current data and voltage data in a range in which the current change rate (di b / dt) exceeds the set value, thereby estimating the state of the
すなわち、図4において、40Aは、電流変化率及び電流変化量演算手段41Aと必要データ判別手段42Aとからなるデータ抽出手段である。ここで、電流変化率及び電流変化量演算手段41Aは電流検出手段21により検出した電流ibの変化率(dib/dt)と変化量(Δib)を検出して必要データ判別手段42Aに送り、必要データ判別手段42Aは、電流ib及び端子電圧vbのすべての計測データ23の中から、上記電流変化率(dib/dt)が所定の変化率設定値を超え、かつ、電流変化量(Δib)が所定の変化量設定値を超える範囲の電流データとこれに対応する範囲の電圧データとを必要データと判別し、これらのデータを抽出して出力するように構成されている。
That is, in FIG. 4, 40A is a data extraction means comprising a current change rate and current change amount calculation means 41A and a necessary data discrimination means 42A. Here, the current change rate and the current change amount computing means 41A is the rate of change of current i b detected by the current detection means 21 (di b / dt) and the amount of change (.DELTA.i b) the necessary
この実施形態の動作を、図5を参照しつつ説明する。図5は、図3と同様に、装置を運転中で電池10から負荷16に給電している時の電池10の電流ib及び端子電圧vbの波形図である。
本実施形態では、基本形態における電流変化率(dib/dt)と変化率設定値(di0/dt)との比較に加えて、電流ibの変化量(Δib)を変化量設定値(Δi0)と比較するアルゴリズムを追加している。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a waveform diagram of the current i b and the terminal voltage v b of the
In the present embodiment, in addition to the comparison between the current change rate (di b / dt) and the change rate set value (di 0 / dt) in the basic mode, the change amount (Δi b ) of the current i b is set as the change set value. An algorithm for comparison with (Δi 0 ) is added.
つまり、図4における必要データ判別手段42Aにより、電流変化率演算手段41Aから送られた電流変化率(dib/dt)が変化率設定値(di0/dt)を超え、かつ、電流変化量(Δib)が変化量設定値(Δi0)を超える範囲の電流ibとこれに対応する範囲の端子電圧vbのデータをすべての計測データ23から判別、抽出し、これらの抽出データを回路定数の同定に用いる。
例えば、電流ib及び電圧vbが図5のように変化している場合、dib/dt>di0/dtが成立し、かつ、Δib>Δi0が成立している範囲の電流データとこれに対応する範囲の電圧データのみを有効データとして同定に用い、それ以外を無効データとして同定には用いないこととする。なお、図5において、変化量設定値(Δi0)は所定の基準値に対する電流ibの最大値等により設定される。
図4における等価モデル定数同定手段43及び状態推定演算手段44の動作は、基本形態と同様である。
That is, the required data discrimination means 42A in FIG. 4 causes the current change rate (di b / dt) sent from the current change rate calculation means 41A to exceed the change rate set value (di 0 / dt), and the current change amount The current i b in the range where (Δi b ) exceeds the change amount setting value (Δi 0 ) and the data of the terminal voltage v b in the range corresponding thereto are discriminated and extracted from all the
For example, when the current i b and the voltage v b are changed as shown in FIG. 5, current data in a range where di b / dt> di 0 / dt is satisfied and Δi b > Δi 0 is satisfied. And only voltage data in a range corresponding to this is used as identification for valid data, and other data is not used for identification as invalid data. In FIG. 5, the change amount setting value (.DELTA.i 0) is set by the maximum value or the like of the current i b with respect to a predetermined reference value.
The operations of the equivalent model
次いで、この実施形態による作用効果について検証する。
まず、図6は、比較例として、電池10の電流、端子電圧のすべての計測データを用いて電池10のSOCを推定する場合のフローチャートである。例えば、T秒ごとにN個ずつ電圧vb及び電流ibを取得し(ステップS1)、これらすべての取得データを用いて電池10の内部インピーダンス(図2における抵抗値R1,R2及び容量値C1)を同定すると共に(ステップS2)、これらの値とvb,ibとを用いて開放電圧vocを計算し(ステップS3)、更にこの開放電圧vocから電池10の残存容量SOCを計算する(ステップS4)。
Next, the operational effects of this embodiment will be verified.
First, FIG. 6 is a flowchart in the case of estimating the SOC of the
なお、ステップS2における抵抗値R1,R2及び容量値C1の同定は、船渡寛人ほか3名による「システム同定を用いたニッケル水素およびニッケルカドミウム電池の残存容量診断」(電気学会論文誌D、126巻3号、2006年、p.285−p.291)の第2節「電池のモデリング」に記載されている方法を用いた。
また、ステップS3における開放電圧vocの計算には以下の数式1を用い(C1の影響は無視する)、ステップS4におけるSOCの計算には、予め実験的に求めた数式2の近似式を用いた。
[数1]
voc=vb+ib(R1+R2)
[数2]
SOC=5.03exp(0.25voc−10.8)−7.96
In addition, the resistance values R 1 and R 2 and the capacity value C 1 in step S2 are identified by “Residual capacity diagnosis of nickel-metal hydride and nickel-cadmium batteries using system identification” by Hiroto Funato and three others (The IEEJ Transaction D 126, No. 3, 2006, p.285-p.291), the method described in
Moreover, the open-circuit
[Equation 1]
v oc = v b + i b (R 1 + R 2 )
[Equation 2]
SOC = 5.03 exp (0.25 v oc -10.8) -7.96
これに対し、図7は、本発明の実施形態により電池10のSOCを推定する場合のフローチャートである。
この実施形態では、まず、ステップS1により得た電流ibのN個の取得データを用いて、変化量Δibを計算する(ステップS1A)。ここで、変化量Δibは、例えばN個の取得データの最大値から最小値を減算して求めることができる。
次に、変化量Δibが変化量設定値Δi0より大きいか否かを判断し(ステップS1B)、大きい場合にはステップS1Cに進み、小さい場合にはステップS3にジャンプする。なお、変化量Δibが変化量設定値Δi0より小さい場合(ステップS1B NO)には、内部インピーダンスを同定せずに、それ以前のサイクルで同定した内部インピーダンスを用いて開放電圧vocを計算する(ステップS3)。
In contrast, FIG. 7 is a flowchart for estimating the SOC of the
In this embodiment, first, using N data acquired current i b obtained in step S1, to calculate the amount of change .DELTA.i b (step S1A). Here, the variation .DELTA.i b can be obtained by subtracting the minimum value, for example, the maximum value of the N acquisition data.
Then, the amount of change .DELTA.i b is determined whether the change amount set value .DELTA.i 0 or greater than (Step S1B), the process proceeds to step S1C is greater, and if smaller jumps to step S3. When the change amount Δi b is smaller than the change amount set value Δi 0 (NO in step S1B), the open circuit voltage v oc is calculated using the internal impedance identified in the previous cycle without identifying the internal impedance. (Step S3).
変化量Δibが変化量設定値Δi0より大きい場合(ステップS1B YES)には、電流変化率の最大値max(dib/dt)を計算し(ステップS1C)、このmax(dib/dt)が変化率設定値(di0/dt)より大きいか否かを判定する(ステップS1D)。
そして、max(dib/dt)が変化率設定値(di0/dt)より小さい場合(ステップS1D NO)には、内部インピーダンスを同定せずにステップS3にジャンプし、それ以前のサイクルで同定した内部インピーダンスを用いて開放電圧vocを計算する。
max(dib/dt)が変化率設定値(di0/dt)より大きい場合(ステップS1D YES)には、図6の場合と同様の方法によって抵抗値R1,R2及び容量値C1を同定する(ステップS2)。以下のステップS3,S4は、図6と同様である。
なお、図7において、ステップS1A,S1BはステップS1C,S1Dの後に設けても良い。つまり、電流変化率によるデータ抽出処理を電流変化量によるデータ抽出処理よりも先に行っても良い。
When the change amount Δi b is larger than the change amount set value Δi 0 (step S1B YES), the maximum value max (di b / dt) of the current change rate is calculated (step S1C), and this max (di b / dt ) Is greater than the change rate setting value (di 0 / dt) (step S1D).
If max (di b / dt) is smaller than the change rate setting value (di 0 / dt) (step S1D NO), the process jumps to step S3 without identifying the internal impedance, and is identified in the previous cycle. The open circuit voltage v oc is calculated using the internal impedance.
When max (di b / dt) is larger than the change rate set value (di 0 / dt) (step S1D YES), the resistance values R 1 and R 2 and the capacitance value C 1 are determined by the same method as in FIG. Is identified (step S2). The following steps S3 and S4 are the same as those in FIG.
In FIG. 7, steps S1A and S1B may be provided after steps S1C and S1D. That is, the data extraction process based on the current change rate may be performed before the data extraction process based on the current change amount.
上記のように、図7では、電流の変化量及び変化率が設定値を超えない場合に内部インピーダンスの同定を実施せず、それ以前に同定した内部インピーダンスを用いることにより、精度が低いと思われるデータに基づいて開放電圧vocひいてはSOCを計算することを防止している。すなわち、精度低下の原因となるような電流データ、電圧データを事前に排除することにより、SOCの推定精度を向上させることができる。 As described above, in FIG. 7, when the amount of change and rate of change of current do not exceed the set values, the internal impedance is not identified, and it seems that the accuracy is low by using the previously identified internal impedance. It is possible to prevent the open circuit voltage v oc and thus the SOC from being calculated based on the data to be recorded . That is, it is possible to improve the SOC estimation accuracy by eliminating in advance current data and voltage data that cause a decrease in accuracy.
次いで、本発明の実施形態及び比較例によるSOCの推定結果を評価する。図8は、この評価に用いた測定システムの主要部を示す構成図であり、電気自動車の駆動用電動機54の電源である電池50の電圧及び電流を、電池50が満充電から放電終始電圧(使用を停止するべき最低電圧)になるまでノートパソコン56からなるデータレコーダにより測定した。図8において、51は電圧センサ、52は電流センサ、53はコントローラ、55はPCカードである。
Then, to evaluate the estimation results of SOC due to implementation embodiments of the present invention and comparative examples. FIG. 8 is a block diagram showing the main part of the measurement system used for this evaluation. The voltage and current of the
各センサ51,52による電圧、電流の測定データに基づき、前述した図6、図7のそれぞれの方法を用いて電池50の開放電圧voc(数式1)を計算し、SOC(数式2)を推定した。なお、数式2により求めたSOCの推定値に対し、その時点の実際の残存容量である真値を、それ以降の放電電流測定値から求め、推定値と真値との誤差を測定した。
図6の比較例による推定方法を用いた場合の誤差を図9に示し、図7の実施形態による推定方法を用いた場合の誤差を図10に示す。
図9及び図10の比較から明らかなように、精度低下の原因となるようなデータを事前に排除した実施形態(図10)の方が比較例(図9)より誤差が少なく、SOCを高精度に推定できていることがわかる。
Based on the measurement data of the voltage and current by the
The error in the case of using the estimation method according to a comparative example of FIG. 6 shown in FIG. 9, shown in Figure 10 the error when using the estimation method according to the implementation embodiments of FIG.
As is apparent from a comparison of FIGS. 9 and 10, less errors than the comparative example towards the implementation form which eliminated the data which cause the inaccuracy in advance (FIG. 10) (FIG. 9), SOC It can be seen that can be estimated with high accuracy.
更に、図9及び図10のそれぞれについて、誤差の分散S2を下記の数式3により求めた。この数式3において、SOCestimateは推定値を、SOCrealは真値を示す。
結果として、図9の比較例では分散S2が4.11であるのに対し、図10の実施形態では0.759と1/5以下に減少しており、明らかに誤差が小さくなっている。
Further, for each of FIG. 9 and FIG. 10, the error variance S 2 was obtained by the following
As a result, whereas in the comparative example of FIG. 9 is a variance S 2 is 4.11, which decreased to 0.759 1/5 or less the implementation form of FIG. 10, taken apparently error is small Yes.
以上述べたように、本発明の実施形態によれば、比較的簡単な演算により、蓄電デバイスとしての電池10のSOC等を高精度に推定することが可能である。
As described above, according to the implementation embodiments of the present invention, a relatively simple calculation, it is possible to estimate the SOC of the
10:電池
11:内部インピーダンス
12:電圧源
16:負荷
20:電圧/電流計測手段
21:電流検出手段
22:電圧検出手段
23:計測データ
40,40A:データ抽出手段
41:電流変化率演算手段
41A:電流変化率及び電流変化量演算手段
42,42A:必要データ判別手段
43:等価モデル定数同定手段
44:状態推定演算手段
50:電池
51:電圧センサ
52:電流センサ
53:コントローラ
54:電動機
55:PCカード
56:ノートパソコン
10: Battery 11: Internal impedance 12: Voltage source 16: Load 20: Voltage / current measurement means 21: Current detection means 22: Voltage detection means 23:
Claims (4)
前記蓄電デバイスの電流及び端子電圧を計測する工程と、
前記電流の変化率が所定の変化率設定値を超え、かつ、前記電流の変化量が所定の変化量設定値を超える任意の時間的範囲の電流データと当該電流データに対応する電圧データとを有効データとして抽出し、その他の計測データを無効データとする工程と、
抽出した前記有効データを用いて前記蓄電デバイスの等価モデルの回路定数をシステム同定により同定する工程と、
同定した前記回路定数を少なくとも用いて前記蓄電デバイスの状態を推定する工程と、
を有することを特徴とする蓄電デバイスの状態推定方法。 In the state estimation method for estimating the state of the electricity storage device during operation of the device using the electricity storage device as a power source,
Measuring the current and terminal voltage of the electricity storage device;
Current data in an arbitrary time range in which the current change rate exceeds a predetermined change rate set value and the current change amount exceeds a predetermined change amount set value, and voltage data corresponding to the current data Extracting as valid data and making other measurement data invalid data;
Identifying a circuit constant of an equivalent model of the electricity storage device by system identification using the extracted effective data; and
Estimating the state of the electricity storage device using at least the identified circuit constant;
The state estimation method of the electrical storage device characterized by having.
同定した前記回路定数と、抽出した前記有効データを用いて前記蓄電デバイスの開放電圧を推定し、この開放電圧に基づいて前記蓄電デバイスのエネルギー残量を推定することを特徴とする蓄電デバイスの状態推定方法。 In the electrical storage device state estimation method according to claim 1,
The state of the electricity storage device, wherein the open circuit voltage of the electricity storage device is estimated using the identified circuit constant and the extracted effective data, and the remaining energy of the electricity storage device is estimated based on the open circuit voltage Estimation method.
前記蓄電デバイスの電流及び端子電圧を計測する電圧/電流計測手段と、
前記電流の変化率が所定の変化率設定値を超え、かつ、前記電流の変化量が所定の変化量設定値を超える任意の時間的範囲の電流データと当該電流データに対応する電圧データとを有効データとして抽出し、その他の計測データを無効データとするデータ抽出手段と、
抽出した前記有効データを用いて前記蓄電デバイスの等価モデルの回路定数をシステム同定により同定する等価モデル定数同定手段と、
前記等価モデル定数同定手段により同定した前記回路定数を少なくとも用いて前記蓄電デバイスの状態を推定する状態推定演算手段と、
を備えたことを特徴とする状態推定装置。 In the state estimation device that estimates the state of the electricity storage device during operation of the device using the electricity storage device as a power source,
Voltage / current measuring means for measuring the current and terminal voltage of the electricity storage device;
Current data in an arbitrary time range in which the current change rate exceeds a predetermined change rate set value and the current change amount exceeds a predetermined change amount set value, and voltage data corresponding to the current data Data extraction means for extracting as valid data and other measurement data as invalid data;
An equivalent model constant identifying means for identifying a circuit constant of an equivalent model of the electricity storage device by system identification using the extracted effective data;
State estimation calculation means for estimating the state of the electricity storage device using at least the circuit constant identified by the equivalent model constant identification means;
A state estimation device comprising:
前記状態推定演算手段は、前記等価モデル定数同定手段により同定した前記回路定数と、前記有効データとを用いて前記蓄電デバイスの開放電圧を推定し、この開放電圧に基づいて前記蓄電デバイスのエネルギー残量を推定することを特徴とする状態推定装置。 In the state estimation apparatus of the electrical storage device according to claim 3,
The state estimation calculation means estimates the open circuit voltage of the electricity storage device using the circuit constant identified by the equivalent model constant identification means and the effective data, and based on the open voltage, the energy residual of the electricity storage device. A state estimation apparatus characterized by estimating a quantity.
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