JP6120040B2 - 混合正極材を含む二次電池の状態推定装置及びその方法 - Google Patents
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- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/3644—Constructional arrangements
- G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
-
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-
- G—PHYSICS
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-
- G—PHYSICS
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
-
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-
- G—PHYSICS
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-
- G—PHYSICS
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Description
まず、時間間隔を置いて前記二次電池の電圧及び電流を測定する段階が行われる。
−ukはシステムに対して測定可能な変数であって、拡張カルマンフィルタの入力
−wkはシステム状態に影響を及ぼす、測定できなかった入力をモデリングしたプロセスノイズ
−ykは外部から測定可能なシステムの出力
−vkはシステムの出力測定に影響を及ぼすセンサーの不正確性をモデリングしたセンサーノイズ
まず、正極側の回路モデルから誘導できる数式について説明する。
- Rc1=0.0013786 ohm
- Cc1=14507 farad
- Rc2=0.0046283 ohm
- Cc2=4321 farad
- R0,c2=0.001768 ohm
- Ra=0.0001 ohm
- Ca=10000 farad
- R0,a=0 ohm
- Qc1=44650 mAh
- Qc2=23500 mAh
- Qa=47000 mAh
- Qcell=47000 mAh
110:二次電池
120:センサーユニット
130:制御ユニット
140:負荷
150:表示ユニット
160:記憶ユニット
Claims (23)
- 相異なる作動電圧範囲を有する第1及び第2正極材を含む正極、負極材を含む負極、及びこれらの間に介在された分離膜を含む二次電池の状態を推定する装置であって、
時間間隔を置いて前記二次電池の電圧と電流を測定するセンサーユニット;並びに
前記センサーユニットと電気的に連結され、且つ、前記第1正極材及び前記第2正極材の少なくとも1つの充電状態を状態変数として含む状態方程式と、前記二次電池の電圧を出力変数として含む出力方程式を使用して拡張カルマンフィルタアルゴリズムを実行することで、前記第1正極材及び前記第2正極材の少なくとも1つの充電状態を含む二次電池の状態を推定する制御ユニット;を含み、
前記状態方程式と前記出力方程式は、第1及び第2正極材にそれぞれ対応し、互いに並列で連結された第1及び第2正極材回路ユニットと、選択的に、負極材に対応し、前記第1及び第2正極材回路ユニットと直列で連結された負極材回路ユニットを含む回路モデルから誘導されたものであり、
前記第1正極材回路ユニット、前記第2正極材回路ユニット及び前記負極材回路ユニットは、それぞれ、選択的な要素として、対応する電極物質の充電状態によって電圧が変化する開放電圧要素及び/またはインピーダンス要素を含むことを特徴とする、混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。 - 前記状態変数は、負極材の充電状態をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。
- 前記状態変数は、
前記第1正極材回路ユニットのインピーダンス要素によって形成される電圧;
前記第2正極材回路ユニットのインピーダンス要素によって形成される電圧;及び
前記負極材回路ユニットに含まれたインピーダンス要素によって形成される電圧を含む群から選択された少なくとも1つの電圧を含むことを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。 - 前記状態方程式は、入力変数として、前記第1正極材回路ユニットに流れる第1電流、及び前記第2正極材回路ユニットに流れる第2電流を含み、
前記制御ユニットは、前記回路モデルから誘導された電流分配方程式及び前記センサーユニットによって測定された電流を用いて、前記第1電流及び前記第2電流を決定することを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。 - 前記出力方程式は、前記回路モデルの電圧解析によって誘導されたものであって、複数の入力変数を含み、
前記複数の入力変数は、
前記センサーユニットによって測定された成分;
前記第1正極材回路ユニットの開放電圧成分;
前記第2正極材回路ユニットの開放電圧成分;
選択的に、前記負極材の開放電圧成分;
選択的に、前記第1正極材回路ユニットのインピーダンス電圧成分;
選択的に、前記第2正極材回路ユニットのインピーダンス電圧成分;及び
選択的に、前記負極材回路ユニットのインピーダンス電圧成分;を含むことを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。 - 前記状態方程式は、前記第1正極材回路ユニット及び第2正極材回路ユニットに流れる電流をそれぞれ時間毎に積算して前記第1正極材及び前記第2正極材の充電状態を決定するように定義され、
前記制御ユニットは、前記状態方程式を用いて前記拡張カルマンフィルタアルゴリズムの[状態推定時間アップデート段階]を行って前記第1正極材及び前記第2正極材の充電状態を時間アップデートすることを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。 - 前記状態方程式は、前記第1正極材回路ユニット、前記第2正極材回路ユニット、及び前記負極材回路ユニットに流れる電流をそれぞれ時間毎に積算して前記第1正極材、前記第2正極材及び前記負極材の充電状態を決定するように定義され、
前記制御ユニットは、前記状態方程式を用いて前記拡張カルマンフィルタアルゴリズムの[状態推定時間アップデート段階]を行って前記第1正極材、前記第2正極材及び前記負極材の充電状態を時間アップデートすることを特徴とする請求項2に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。 - 前記状態方程式は、前記第1正極材回路ユニット、前記第2正極材回路ユニット、及び前記負極材回路ユニットに含まれているインピーダンス要素の回路解析によって誘導されたインピーダンス電圧計算式によって、インピーダンス要素によって形成される電圧が経時的に変化するように定義され、
前記制御ユニットは、前記状態方程式を用いて前記拡張カルマンフィルタアルゴリズムの[状態推定時間アップデート段階]を行い、各インピーダンス要素によって形成された電圧を時間アップデートすることを特徴とする請求項3に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。 - 前記制御ユニットは、前記状態方程式から誘導されるヤコビ行列を用いて前記拡張カルマンフィルタアルゴリズムの[誤差共分散時間アップデート段階]を行うことを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。
- 前記制御ユニットは、前記出力方程式を用いて前記拡張カルマンフィルタアルゴリズムの[出力推定段階]を行って二次電池の電圧を推定することを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。
- 前記制御ユニットは、前記出力方程式から誘導されるヤコビ行列と前記時間アップデートされた誤差共分散を用いて前記拡張カルマンフィルタアルゴリズムの[カルマンゲイン決定段階]を行うことを特徴とする請求項9に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。
- 前記制御ユニットは、前記測定された二次電池電圧と前記推定された二次電池電圧との差に前記決定されたカルマンゲインを反映して、前記拡張カルマンフィルタアルゴリズムの[状態推定測定アップデート段階]を行うことを特徴とする請求項11に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。
- 前記制御ユニットは、前記時間アップデートされた誤差共分散と前記決定されたカルマンゲインを用いて前記拡張カルマンフィルタアルゴリズムの[誤差共分散測定アップデート段階]を行うことを特徴とする請求項11に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。
- 前記状態方程式はプロセスノイズを含み、
前記出力方程式はセンサーノイズを含むことを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。 - 前記制御ユニットは、前記第1正極材の充電状態、前記第2正極材の充電状態、前記第1正極材の容量及び前記第2正極材の容量を用いて二次電池の充電状態を推定することを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。
- 前記インピーダンス要素は、少なくとも1つの抵抗、少なくとも1つのキャパシタ、少なくとも1つのインダクタ、またはこれらの組合せを含むことを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。
- 前記インピーダンス要素は、抵抗とキャパシタとが並列で連結されたRC回路、及び、選択的に、これと直列で連結された抵抗を含むことを特徴とする請求項16に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。
- 前記開放電圧要素と前記インピーダンス要素とは、直列で連結されたことを特徴とする請求項1に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。
- 相異なる作動電圧範囲を有する第1及び第2正極材を含む正極;負極材を含む負極;及びこれらの間に介在された分離膜を含む二次電池の状態を推定する装置であって、
時間間隔を置いて前記二次電池の電圧と電流を測定するセンサーユニット;並びに
前記センサーユニットと電気的に連結され、且つ、前記第1正極材、前記第2正極材及び前記負極材のうち少なくとも1つの充電状態を状態変数として含む状態方程式と、前記二次電池の電圧を出力変数として含む出力方程式を使用して拡張カルマンフィルタアルゴリズムを実行することで、前記第1正極材、前記第2正極材及び前記負極材のうち少なくとも1つの充電状態を含む二次電池の状態を推定する制御ユニット;を含み、
前記状態方程式と前記出力方程式は、第1及び第2正極材にそれぞれ対応し、互いに並列で連結された第1及び第2正極材回路ユニットと、選択的に、負極材に対応し、前記第1及び第2正極材回路ユニットと直列で連結された負極材回路ユニットを含む回路モデルから誘導されたものであり、
前記第1正極材回路ユニット、前記第2正極材回路ユニット、及び前記負極材回路ユニットは、それぞれ選択的な要素として、対応する電極物質の充電状態によって電圧が変化する開放電圧要素及び/またはインピーダンス要素を含むことを特徴とする、混合正極材を含む二次電池の状態推定装置。 - 相異なる作動電圧範囲を有する第1及び第2正極材を含む正極;負極材を含む負極;及びこれらの間に介在された分離膜を含む二次電池の状態を推定する方法であって、
時間間隔を置いて前記二次電池の電圧と電流を測定する段階;並びに
前記第1正極材及び前記第2正極材の少なくとも1つの充電状態を状態変数として含む状態方程式と、前記二次電池の電圧を出力変数として含む出力方程式を使用して拡張カルマンフィルタアルゴリズムを実行することで、前記第1正極材及び第2正極材の少なくとも1つの充電状態を含む二次電池の状態を推定する段階;を含み、
前記状態方程式と前記出力方程式は、回路モデルから誘導されたものであり、前記回路モデルは、前記第1正極材に対応する開放電圧要素及び選択的にインピーダンス要素を含む第1正極材回路ユニット;前記第2正極材に対応する開放電圧要素及び選択的にインピーダンス要素を含み、前記第1正極材回路ユニットと並列で連結された第2正極材回路ユニット;を含み、選択的に、前記負極材に対応する開放電圧要素及び選択的にインピーダンス要素を含み、前記第1及び第2正極材回路ユニットと直列で連結された負極材回路ユニット;を含むことを特徴とする、混合正極材を含む二次電池の状態推定方法。 - 相異なる作動電圧範囲を有する第1及び第2正極材を含む正極;負極材を含む負極;及びこれらの間に介在された分離膜を含む二次電池の状態を推定する方法であって、
時間間隔を置いて前記二次電池の電圧と電流を測定する段階;並びに
前記第1正極材、前記第2正極材及び前記負極材のうち少なくとも1つの充電状態を状態変数として含む状態方程式と、前記二次電池の電圧を出力変数として含む出力方程式を使用して拡張カルマンフィルタアルゴリズムを実行することで、前記第1正極材、前記第2正極材及び前記負極材のうち少なくとも1つの充電状態を含む二次電池の状態を推定する段階;を含み、
前記状態方程式と前記出力方程式は、回路モデルから誘導されたものであり、前記回路モデルは、前記第1正極材に対応する開放電圧要素及び選択的にインピーダンス要素を含む第1正極材回路ユニット;前記第2正極材に対応する開放電圧要素及び選択的にインピーダンス要素を含み、前記第1正極材回路ユニットと並列で連結された第2正極材回路ユニット;を含み、選択的に、前記負極材に対応する開放電圧要素及び選択的にインピーダンス要素を含み、前記第1及び第2正極材回路ユニットと直列で連結された負極材回路ユニット;を含むことを特徴とする、混合正極材を含む二次電池の状態推定方法。 - 請求項1または請求項19に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定装置を含む電気駆動装置。
- 請求項20または請求項21に記載の混合正極材を含む二次電池の状態推定方法をプログラム化して書き込んだコンピューター可読の記録媒体。
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