JP2011127973A - State of charge estimation method and device for secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately estimate the state of charge (SOC) of a secondary battery, prevent overcharge or overdischarge of the secondary battery, and prevent a battery life reduction by preventing damage to the battery. <P>SOLUTION: An estimated value of the SOC is calculated in a consequent part by a simple inference method by calculating a current grade and a voltage grade from a membership function relating to a battery current and a cell voltage in an antecedent part. The minimum value and maximum value are determined among a plurality of battery modules connected in series and displayed and output. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、二次電池のSOC(State of Charge;充電状態)を推定する技術に関し、具体的には二次電池の残存電気量を推定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for estimating the SOC (State of Charge) of a secondary battery, and more specifically, to a technique for estimating the remaining amount of electricity of the secondary battery.

充放電可能な二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等がある。このような充放電可能な二次電池の用途として、電車や建設機械等の移動体に搭載される二次電池、変電所や風力発電所などの地上蓄電設備に用いられる二次電池がみられるようになってきている。   Examples of the rechargeable secondary battery include a lead storage battery, a nickel metal hydride battery, and a lithium ion battery. Applications of such chargeable / dischargeable secondary batteries include secondary batteries mounted on moving bodies such as trains and construction machines, and secondary batteries used in ground storage facilities such as substations and wind power plants. It has become like this.

自動車や、建設機械などの作業機などにおいては、エンジンを駆動源とする発電機と、この発電機による発電電力を蓄電する二次電池と、この二次電池から供給される電力で駆動される電動機とを備えた、いわゆるハイブリッドシステムが採用されている。このようなハイブリッドシステムにおいては、エンジンの負荷状態に応じて二次電池の充放電に対応するため、二次電池の残存容量(充電状態:SOC)は50%程度に維持されることが好ましく、そのため、SOCを検出する必要がある。   In a working machine such as an automobile or a construction machine, it is driven by a generator using an engine as a drive source, a secondary battery that stores electric power generated by the generator, and electric power supplied from the secondary battery. A so-called hybrid system including an electric motor is employed. In such a hybrid system, the remaining capacity of the secondary battery (charged state: SOC) is preferably maintained at about 50% in order to cope with the charge / discharge of the secondary battery according to the load state of the engine. Therefore, it is necessary to detect the SOC.

電車などにおいては、環境への配慮から、ブレーキ時に生じる回生電力を変電所に設置した地上蓄電設備に蓄えておき、電車の動力源として使用することにより省エネが図られている。風力発電所においては電力の平準化を図るために二次電池が利用されている。このような地上蓄電設備を有効に運用するためには、地上蓄電設備に用いられる二次電池のSOCが適切な範囲に維持されていることが望ましい。   In the case of trains and the like, in consideration of the environment, energy is saved by storing regenerative power generated during braking in a ground power storage facility installed at a substation and using it as a power source for the train. In wind power plants, secondary batteries are used to level the power. In order to effectively operate such a ground power storage facility, it is desirable that the SOC of the secondary battery used for the ground power storage facility is maintained within an appropriate range.

また最近、LRV等にみられる交通システムの調和の観点から、架線レス区間を有する路線を走行する電車に二次電池を搭載して、架線区間において充電した電気を用いて架線レス区間を運行するシステムが提案されている。このような用途に使用される二次電池は架線レス区間を走行できるに十分な充電状態でなければならず、SOCの維持・管理が必要である。   Also, recently, from the viewpoint of harmony of the traffic system seen in LRV, etc., a secondary battery is mounted on a train traveling on a route having an overhead line-less section, and the overhead line-less section is operated using electricity charged in the overhead line section. A system has been proposed. The secondary battery used for such an application must be in a sufficiently charged state so that it can travel in an overhead line-free section, and requires maintenance and management of the SOC.

つまり二次電池においては、充電時期あるいは電池状態を使用者に認識させること等を目的として、何らかの手法によって現在の残存容量を推定して、エネルギー源となる二次電池の充電状態を適切な範囲内に維持することが要求される。   In other words, for secondary batteries, the current remaining capacity is estimated by some method for the purpose of making the user recognize the charging time or battery state, etc., and the state of charge of the secondary battery as an energy source is within an appropriate range. Is required to be maintained within.

このための二次電池のSOCを推定する技術に関しては、従来、二次電池の充放電電流を積算して、この積算値に基づいてSOCを推定する技術が提案されている(特許文献1)。また、所定時間に渡って電流と電圧と温度とをサンプリングして、電流の分布が適正か否かを検定し、温度の分布が適正か否かを検定し、電流値を積算して得られた蓄電量の変動幅が適正化か否かを検定し、それらすべてが適正なときにサンプリングした電流と電圧とを直線近似して、その切片から起電力を、その傾きから内部抵抗を算出することにより二次電池のSOC推定する技術が提案されている(特許文献2)。   As a technique for estimating the SOC of the secondary battery for this purpose, a technique has been proposed in which the charge / discharge current of the secondary battery is integrated and the SOC is estimated based on the integrated value (Patent Document 1). . It is also obtained by sampling current, voltage, and temperature over a predetermined period of time to verify whether the current distribution is appropriate, verifying whether the temperature distribution is appropriate, and integrating the current values. Test whether or not the fluctuation range of the amount of stored electricity is appropriate, linearly approximate the current and voltage sampled when all of them are appropriate, and calculate the electromotive force from the intercept and the internal resistance from the slope Thus, a technique for estimating the SOC of a secondary battery has been proposed (Patent Document 2).

また、水素吸蔵合金を負極とするニッケル水素電池の残存容量を、負極に歪みゲージや圧力センサを設けることにより、充放電に伴う負極の体積変化とから推定する方法が提案されている(たとえば特許文献3)。   In addition, a method has been proposed in which the remaining capacity of a nickel metal hydride battery using a hydrogen storage alloy as a negative electrode is estimated from the volume change of the negative electrode accompanying charge / discharge by providing a strain gauge or a pressure sensor on the negative electrode (for example, a patent) Reference 3).

ところで、二次電池はその使用過程において入出力可能電力や満充電容量に代表される電池性能の劣化が進行するので、その性能は時系列的に変化する。特に、電池の蓄電能力を超えた電力の入出力(充放電)を行なうと、劣化が急激に促進され、著しく寿命の低下を招く。このため、常に二次電池の充電状態を正確に把握して、二次電池の充放電能力の限界量を検知することが重要なことである。   By the way, since the secondary battery deteriorates in battery performance represented by input / output power and full charge capacity in the process of use, the performance changes in time series. In particular, when input / output (charging / discharging) of electric power exceeding the storage capacity of the battery is performed, the deterioration is rapidly accelerated and the life is significantly reduced. For this reason, it is important to always grasp the state of charge of the secondary battery accurately and detect the limit amount of the charge / discharge capacity of the secondary battery.

電池寿命の予測手段にファジィ推論を用いた技術が提案されている。たとえば特許文献4においては、UPSにファジィ推論を用いて電池寿命の判定を行う装置が開示されている。ファジィ推論はそのロジックにおいて厳密な数学モデルを必要とせず、専門家のノウハウを推論に用いることにより、専門家の感覚に近い推論結果を得ることができる。このため推論を用いた制御もしくは推定はロバスト性が高く、現代制御理論に基づく制御では得ることができない推論に対する安心感、信頼感が期待できる。   A technique using fuzzy reasoning as a means for predicting battery life has been proposed. For example, Patent Document 4 discloses an apparatus for determining battery life using fuzzy reasoning for UPS. Fuzzy reasoning does not require a strict mathematical model in its logic, and by using expert know-how for reasoning, it is possible to obtain reasoning results that are close to those of experts. For this reason, control or estimation using inference has high robustness, and a sense of security and reliability for inference that cannot be obtained by control based on modern control theory can be expected.

特開2005−269824号公報JP 2005-269824 A 特開2000−323183号公報JP 2000-323183 A 特開平8−194037号公報JP-A-8-194037 特開平6−242192号公報JP-A-6-242192

充放電時の電流値を積算し、この積算値に基づいて推定する方法(特許文献1)は
、長期間運用すると電流値に基づく検出誤差が蓄積されて、かつ、充電過程と放電過程とではSOCの履歴が異なるという特性上、SOCの推定精度が次第に低下していくという問題がある。
The method of integrating current values during charging / discharging and estimating based on this integrated value (Patent Document 1) accumulates detection errors based on current values when operated for a long period of time. Due to the characteristic that the SOC history is different, there is a problem that the estimation accuracy of the SOC gradually decreases.

また、SOCを推定する別の方法として、電池電圧とSOCの相関関係に基づいて推定
する方法も提案されているが、この推定方法では、ニッケル水素二次電池のようにSOCに対する電圧変化が小さい領域が存在する場合は、SOCを精度よく推定することが困難である。この傾向は、地上蓄電設備に用いられる二次電池で一般に使用されるSOCの中間領域(たとえば20〜80%程度)において特に顕著である。
As another method for estimating the SOC, a method for estimating the SOC based on the correlation between the battery voltage and the SOC has also been proposed. However, in this estimation method, the voltage change with respect to the SOC is small as in the nickel-hydrogen secondary battery. When the region exists, it is difficult to accurately estimate the SOC. This tendency is particularly remarkable in the intermediate region (for example, about 20 to 80%) of the SOC generally used in the secondary battery used in the ground power storage facility.

更には、放電時の電流−電圧特性から算出した電池の内部抵抗値と予め用意したSOCとの相関関係から、電池使用時のSOCを推定する方法(特許文献2)は、実際の電池の使用条件によって内部抵抗値は充放電履歴に大きく影響される。これは、電池の内部抵抗測定値には抵抗成分として反応過電圧、拡散過電圧、およびオーム損などが含まれるが、電池充放電履歴によって反応律速過程が変化すること、また、電池反応とは関係のないキャパシタ成分も含まれていることによるものと考えられる。したがって、通常、実際の使用における多様な充放電パターンに対して精度の高いSOC推定を行おうとすれば、予め用意すべき相関特性のデータ量が膨大になり、推定するためのシステムも複雑化するという課題がある。   Furthermore, the method of estimating the SOC when using the battery from the correlation between the internal resistance value of the battery calculated from the current-voltage characteristics during discharge and the SOC prepared in advance (Patent Document 2) The internal resistance value is greatly affected by the charge / discharge history depending on the conditions. This is because the measured values of internal resistance of the battery include reaction overvoltage, diffusion overvoltage, and ohmic loss as resistance components, but the reaction rate-determining process changes depending on the battery charge / discharge history, and is not related to the battery reaction. This is considered to be due to the fact that no capacitor component is included. Therefore, normally, if accurate SOC estimation is performed for various charge / discharge patterns in actual use, the amount of correlation characteristic data to be prepared in advance becomes enormous, and the estimation system becomes complicated. There is a problem.

特許文献3に開示されたSOCの推定手法では、水素吸蔵合金の収縮・膨張は温度の影響を受けるので、負極の体積変化とSOCの関係も温度に応じて変化する。負極を構成する水素吸蔵合金の体積変化のみに基づいてSOCを推定しているので、高精度のSOC推定が困難である。   In the SOC estimation method disclosed in Patent Document 3, since the shrinkage / expansion of the hydrogen storage alloy is affected by temperature, the relationship between the volume change of the negative electrode and the SOC also changes according to the temperature. Since the SOC is estimated based only on the volume change of the hydrogen storage alloy constituting the negative electrode, it is difficult to estimate the SOC with high accuracy.

ここで、ハイブリッドシステムや地上蓄電設備において二次電池のSOCを適切に管理するために、更には架線レス区間を走行する電車に搭載された二次電池の充電状態を確認するためにもSOCを正確に把握することが必要なことは前述したとおりである。   Here, in order to appropriately manage the SOC of the secondary battery in the hybrid system and the ground storage facility, and further to check the state of charge of the secondary battery mounted on the train traveling in the section without an overhead wire, the SOC is used. As described above, it is necessary to accurately grasp.

そして、二次電池が満充電状態付近及び完全放電状態付近にある場合は、更に充電ないしは放電を行うと、二次電池は過充電ないしは過放電となり、二次電池の寿命を著しく損ねるので、かかる過充電過放電を防止するため、二次電池のSOCを高い信頼性をもって把握することが要求される。   If the secondary battery is near the fully charged state or the fully discharged state, further charging or discharging will cause the secondary battery to be overcharged or overdischarged, and this will significantly reduce the life of the secondary battery. In order to prevent overcharge and overdischarge, it is required to grasp the SOC of the secondary battery with high reliability.

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、ファジィ推論を用いることにより高い信頼性と精度で電池の充電状態を推定する方法及び装置を提供し、二次電池の過充電過放電を防止して二次電池の著しい寿命の低下を防止することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for estimating the state of charge of a battery with high reliability and accuracy by using fuzzy reasoning in order to solve the above-described problem, and to overcharge the secondary battery. The purpose is to prevent discharge and prevent a significant decrease in the life of the secondary battery.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

(請求項1)
前記した目的を達成するために本発明に係る二次電池充電状態推定方法は、
二次電池を有する蓄電設備における前記二次電池の充電状態を推定する方法であって、前記二次電池の電流値を計測するステップと、前記二次電池の電圧値を計測するステップと、前件部としての、前記電流値から電流グレードを計算する電流メンバーシップ計算ステップと、前記電圧値から電圧グレードを計算する電圧メンバーシップ計算ステップと、後件部としての、前記電流グレードおよび前記電流グレードからファジィ推論則によりSOCメンバーシップを計算するSOCメンバーシップ計算ステップとを備えるとともに、前記前件部の計算結果と前記後件部の計算結果を合成する合成演算ステップを有している。
(Claim 1)
In order to achieve the above-described object, the secondary battery state of charge estimation method according to the present invention includes:
A method for estimating a state of charge of the secondary battery in a power storage facility having a secondary battery, the step of measuring the current value of the secondary battery, the step of measuring the voltage value of the secondary battery, A current membership calculation step for calculating a current grade from the current value as a condition part, a voltage membership calculation step for calculating a voltage grade from the voltage value, and the current grade and the current grade as a consequent part And a SOC membership calculation step for calculating SOC membership according to fuzzy inference rules, and a synthesis operation step for combining the calculation result of the antecedent part and the calculation result of the consequent part.

この手順によれば、二次電池を流れる電流と二次電池の端子電圧を計測して、別途用意した電流メンバーシップ関数から電流グレードを計算し、電圧メンバーシップ関数から電圧グレードを計算する前件部を有している。   According to this procedure, the current flowing through the secondary battery and the terminal voltage of the secondary battery are measured, the current grade is calculated from the separately prepared current membership function, and the voltage grade is calculated from the voltage membership function. Has a part.

そして、別途用意したファジィ推論則を用いて電流グレードと電圧グレードからSOCメンバーシップ関数からSOCの推定値を計算する後件部を有している。ファジィ推論則はif〜then〜形式定義されてもよく、好ましくは表形式で定義されてもよい。ファジィ推論則は複数のルールから成り立つのでSOCの推定値は複数となり得る。   And it has the consequent part which calculates the estimated value of SOC from SOC membership function from current grade and voltage grade using the fuzzy reasoning rule prepared separately. A fuzzy inference rule may be defined in the form of if-then-, preferably in the form of a table. Since the fuzzy inference rule is composed of a plurality of rules, the estimated value of SOC can be plural.

そして、後件部で計算された複数のSOCの推定値を合成してメンバーシップ関数上のプロファイル図形として表現して二次電池の充放電状態推定値を計算する。   Then, the estimated values of the secondary batteries are calculated by combining the estimated values of the plurality of SOCs calculated in the consequent part and expressing them as profile figures on the membership function.

(請求項2)
本発明にかかる二次電池充電状態推定方法において、前記前件部において前記電流グレードと前記電圧グレードの最も小さい値をその計算結果とするステップを備え、前記後件部において前記SOCメンバーシップ計算ステップが最も大きな値をその計算結果とするステップを備え、前記合成演算ステップが前記SOCメンバーシップの重心を求めるステップを有していてもよい。
(Claim 2)
In the secondary battery state of charge estimation method according to the present invention, the antecedent part includes a step of calculating the smallest value of the current grade and the voltage grade as the calculation result, and the SOC membership calculating step in the consequent part. May include the step of using the largest value as the calculation result, and the combining step may include a step of obtaining a center of gravity of the SOC membership.

この手順によれば、前件部において電流グレードと電圧グレード小さい方の値が前件部のグレードとして選択され(いわゆるMin法)、前記後件部において前記SOCメンバーシップ計算ステップで求めたSOCの値が同一である場合、そのSOCの値のグレードとして大きい方の値が後件部のグレードとして選択される(いわゆるMax法)。そして、後件部で計算されたSOCのプロファイル図形の図形重心を二次電池の充放電状態推定値として計算する(いわゆる重心法)。   According to this procedure, the smaller value of the current grade and the voltage grade in the antecedent part is selected as the grade of the antecedent part (so-called Min method), and the SOC value obtained in the SOC membership calculation step in the antecedent part is selected. When the values are the same, the larger value is selected as the grade of the SOC value (so-called Max method). The figure centroid of the SOC profile figure calculated in the consequent part is calculated as a charge / discharge state estimation value of the secondary battery (so-called centroid method).

(請求項3)
本発明にかかる二次電池充電状態推定方法において、前述の方法により計算されたSOCの推定値に対して、フィルタ演算を施すステップを設けてもよい。
(Claim 3)
In the secondary battery charge state estimation method according to the present invention, a step of performing a filter operation on the estimated value of the SOC calculated by the above-described method may be provided.

この手順によれば、二次電池の充放電状態を示すSOCの値は、デジタルフィルタで処理されるので、不要なノイズ成分を除去することができる。フィルタ演算は好ましくはFIRにて計算されるが、IIRフィルタであってもよい。一般にフィルタ演算は時間遅れを伴うので、SOCの急激な変化は緩和される。   According to this procedure, the SOC value indicating the charge / discharge state of the secondary battery is processed by the digital filter, so that unnecessary noise components can be removed. The filter operation is preferably calculated by FIR, but may be an IIR filter. In general, since the filter operation is accompanied by a time delay, a rapid change in SOC is mitigated.

(請求項4)
本発明にかかる二次電池充電状態推定方法において、SOCの推定値に対して行うフィルタ演算が一次遅れであってもよい。
(Claim 4)
In the secondary battery charge state estimation method according to the present invention, the filter calculation performed on the estimated value of the SOC may be a primary delay.

この手順によれば、フィルタ演算として一次遅れ演算を行えば、計算式が比較的簡単であるため処理時間が短くて済むという特徴がある。そして時間遅れの程度は一次遅れ時定数によって定めることができるので、調整可能となる。   According to this procedure, if the first-order lag calculation is performed as the filter calculation, the calculation formula is relatively simple, so that the processing time is short. Since the degree of time delay can be determined by the first-order delay time constant, it can be adjusted.

(請求項5)(請求項6)
本発明にかかる二次電池充電状態推定方法において、後件部として、あらかじめ用意された複数の前記二次電池の前記充放電特性に基づき、前記電流値と前記電圧値から前記充放電特性毎に前記二次電池の暫定SOC値を計算するステップと、前記暫定SOC値と前記電流グレード値または前記電圧グレード値とから前記SOCメンバーシップを計算するステップを有していてもよく、簡略型ファジィ推論前記SOCメンバーシップが単一の数値であってもよい。
(Claim 5) (Claim 6)
In the secondary battery charge state estimation method according to the present invention, as a consequent part, based on the charge / discharge characteristics of a plurality of secondary batteries prepared in advance, the current value and the voltage value for each charge / discharge characteristic. The method may include a step of calculating a provisional SOC value of the secondary battery and a step of calculating the SOC membership from the provisional SOC value and the current grade value or the voltage grade value. The SOC membership may be a single numerical value.

この手順によれば、簡略型推論法によるSOCのシングルトンを求めることとなるので、計算が簡略化されて、計算処理時間の短縮が図られるとともに、プログラム開発時間の短縮が期待できる。   According to this procedure, since a singleton of SOC is obtained by the simplified inference method, the calculation is simplified, the calculation processing time can be shortened, and the program development time can be expected to be shortened.

ここにいう充放電特性は電池電圧を縦軸に取りSOCを横軸に取るいわゆるSOCマップであってもよく、充電状態のマップと放電状態のマップと充放電低状態の3つのマップであってもよい。二次電池が充電状態にあるか放電状態にあるかによって暫定SOC値を計算するマップを切り替えて、より適切なSOCを求めることが可能となる。ここで求められたSOCの値は最終的なSOC推定値でなく、計算処理の都合上暫定的に求めるものである。   The charge / discharge characteristics mentioned here may be a so-called SOC map in which the battery voltage is taken on the vertical axis and the SOC is taken on the horizontal axis, and is a map of the charge state, the map of the discharge state, and the low state of charge / discharge. Also good. A more appropriate SOC can be obtained by switching the map for calculating the provisional SOC value depending on whether the secondary battery is in a charged state or in a discharged state. The SOC value obtained here is not a final SOC estimated value, but is provisionally obtained for convenience of calculation processing.

(請求項7)
本発明にかかる二次電池充電状態推定方法において、前記暫定SOC値の計算ステップが、前記電流値の線形補間により前記暫定SOC値を計算してもよい。
(Claim 7)
In the secondary battery charge state estimation method according to the present invention, the provisional SOC value calculation step may calculate the provisional SOC value by linear interpolation of the current value.

この手順によれば、一般にSOC特性をもとめるときは、一定電流で充電するなり、一定電流で放電して、その時の経過時間、したがって電流の積分値から求めることとなる。このためSOCマップは充電電流もしくは放電電流をパラメータにして表現されている。あらかじめ用意されたSOCマップから、計測した電流値について線形補間を行うことによりSOCマップを作成して、そのマップから暫定SOCを求める。   According to this procedure, generally, when obtaining the SOC characteristics, charging is performed at a constant current, discharging is performed at a constant current, and the time elapsed at that time, and therefore, the integral value of the current is obtained. Therefore, the SOC map is expressed using the charging current or discharging current as a parameter. From the SOC map prepared in advance, an SOC map is created by performing linear interpolation on the measured current value, and the provisional SOC is obtained from the map.

(請求項8)
本発明にかかる二次電池充電状態推定方法において、二次電池を構成する複数の電池モジュール毎に二次電池の充電状態を推定する二次電池充電状態推定ステップを備えており、前記二次電池が充電状態にあるときは前記二次電池充電状態推定ステップの最小値を選択し、前記二次電池が放電状態にあるときは前記二次電池充電状態推定ステップの最大値を選択する選択ステップが備えており、前記選択ステップの計算結果に遅れ演算を施す遅れ演算ステップを有してもよい。
(Claim 8)
The secondary battery charge state estimation method according to the present invention includes a secondary battery charge state estimation step for estimating a charge state of a secondary battery for each of a plurality of battery modules constituting the secondary battery, and the secondary battery Selecting a minimum value of the secondary battery charge state estimation step when the battery is in a charged state, and selecting a maximum value of the secondary battery charge state estimation step when the secondary battery is in a discharged state. A delay calculation step of performing a delay calculation on the calculation result of the selection step.

この手順によれば、二次電池が複数の電池モジュールで構成される電池システムを構成する場合において、電池システムの充放電状態を推定することが可能となる。すなわち、電池モジュールが充電状態にあるときは、充放電状態を示す値(すなわちSOC推定値)のうち最小値を、電池システムのSOC推定値とし、放電状態にあるときはSOC推定値の最大値を、電池システムのSOC推定値とする。このようにすることにより、過充電もしくは過放電のおそれのある電池モジュールを早期に発見することが可能となる。   According to this procedure, when the secondary battery constitutes a battery system composed of a plurality of battery modules, the charge / discharge state of the battery system can be estimated. That is, when the battery module is in the charged state, the minimum value among the values indicating the charge / discharge state (that is, the estimated SOC value) is set as the estimated SOC value of the battery system, and when the battery module is in the discharged state, the maximum value of the estimated SOC value. Is the estimated SOC of the battery system. By doing in this way, it becomes possible to discover the battery module which may be overcharged or overdischarged at an early stage.

電池モジュールを構成する単位電池についてSOC推定値を計算して、充放電状態に応じて、最大もしくは最小のSOC推定値を選択可能とすれば、単位電池単位で電池システムの充放電状態が推定可能となる。   If the estimated SOC value is calculated for the unit battery constituting the battery module, and the maximum or minimum SOC estimated value can be selected according to the charge / discharge state, the charge / discharge state of the battery system can be estimated for each unit battery. It becomes.

(請求項9)
前記目的を達成するために本発明に係る二次電池の充電状態推定装置は、二次電池を有する蓄電設備における前記二次電池の充電状態を推定する装置であって、前記二次電池の電流値を検出する電流センサと、前記二次電池の電圧値を検出する電圧センサと、前件部としての、前記電流値から電流グレードを計算する電流メンバーシップ計算部および、前記電圧値から電圧グレードを計算する電圧メンバーシップ計算部と、後件部としての、前記電流グレードおよび前記電流グレードからファジィ推論則によりSOCメンバーシップを計算するSOCメンバーシップ計算部とを備え、前記前件部の出力と前記後件部の出力を合成演算するファジィ推論演算部を設けている。
(Claim 9)
In order to achieve the above object, a state of charge estimation device for a secondary battery according to the present invention is a device for estimating a state of charge of the secondary battery in a power storage facility having a secondary battery, the current of the secondary battery A current sensor for detecting a value, a voltage sensor for detecting a voltage value of the secondary battery, a current membership calculation unit for calculating a current grade from the current value, and a voltage grade from the voltage value as an antecedent part A voltage membership calculation unit that calculates the SOC, and an SOC membership calculation unit that calculates an SOC membership from the current grade and a fuzzy inference rule from the current grade as a consequent part, and an output of the antecedent part A fuzzy inference operation unit is provided for performing a composition operation on the output of the consequent unit.

具体的に一例を挙げると、本発明に係る二次電池充電状態推定装置は、電流センサと電圧センサとコンピュータ並びに一連のデータ処理を行うソフトウエアよりなるコンピュータシステムにより構成される。   As a specific example, the secondary battery charge state estimation device according to the present invention is configured by a computer system including a current sensor, a voltage sensor, a computer, and software for performing a series of data processing.

この構成によれば、電流メンバーシップ関数および電圧メンバーシップ関数は、例えば、コンピュータに接続された記憶装置に格納された制御データであってもよく、同様にファジィ推論則やSOCメンバーシップ関数も記憶装置に格納された制御データであってもよい。制御データをプログラムに保持せず記憶装置に保管しておけばファジィ推論におけるチューニング時に便利である。   According to this configuration, the current membership function and the voltage membership function may be, for example, control data stored in a storage device connected to a computer, and similarly store fuzzy inference rules and SOC membership functions. Control data stored in the apparatus may be used. If control data is not stored in a program but stored in a storage device, it is convenient for tuning in fuzzy inference.

また、各計算部等はプログラムモジュールにより構成され、SOC推定値は外部表示装置に表示出力される。   Each calculation unit is configured by a program module, and the estimated SOC value is displayed and output on an external display device.

(請求項10)
本発明にかかる二次電池充電状態推定装置において、前記前件部において前記電流グレードと前記電圧グレードの最も小さい値を選択する最小値選択回路を備えており、前記後件部において前記SOCメンバーシップ計算部が最大値選択回路を備えており、前記合成演算部が前記SOCメンバーシップの重心を算出する重心計算部を有していてもよい。
この構成によれば、最大値選択回路および最小値選択回路は電子回路で構成してもよいし、好ましくはプログラムモジュールで構成してもよい。
(Claim 10)
The secondary battery state of charge estimation device according to the present invention comprises a minimum value selection circuit for selecting the smallest value of the current grade and the voltage grade in the antecedent part, and the SOC membership in the consequent part. The calculation unit may include a maximum value selection circuit, and the synthesis calculation unit may include a centroid calculation unit that calculates the centroid of the SOC membership.
According to this configuration, the maximum value selection circuit and the minimum value selection circuit may be configured by an electronic circuit, and preferably by a program module.

(請求項11)
本発明にかかる二次電池充電状態推定装置において、前記ファジィ推論演算部の出力に遅れフィルタ演算部が接続されてもよい。
(Claim 11)
In the secondary battery charge state estimation device according to the present invention, a delay filter calculation unit may be connected to an output of the fuzzy inference calculation unit.

(請求項12)
本発明にかかる二次電池充電状態推定装置において、後件部として、予め用意された複数の前記二次電池の前記充放電特性に基づき、前記電流値と前記電圧値から前記充放電特性毎に前記二次電池のSOCを計算する暫定SOC計算部と、前記暫定SOC計算部の出力と前記電流グレード値または前記電圧グレード値とから単一の前記SOCメンバーシップを計算するSOC推定値計算部を有していてもよい。
(Claim 12)
In the secondary battery charge state estimation device according to the present invention, as a consequent part, based on the charge / discharge characteristics of a plurality of secondary batteries prepared in advance, the current value and the voltage value for each charge / discharge characteristic. A provisional SOC calculation unit for calculating the SOC of the secondary battery; and a SOC estimation value calculation unit for calculating a single SOC membership from the output of the provisional SOC calculation unit and the current grade value or the voltage grade value. You may have.

この構成によれば、予め用意された充放電特性を表わすSOCマップはコンピュータに接続された記憶装置にファイルとして格納されていてもよい。暫定SOC値を計算するためのSOCマップは、記憶装置にファイルとして保存されたSOCマップから電流値について線形補間で求めたものであってよく、この場合線形補間で求めたSOCマップはコンピュータ内の一時メモリであってもよい。   According to this configuration, the SOC map representing the charge / discharge characteristics prepared in advance may be stored as a file in the storage device connected to the computer. The SOC map for calculating the provisional SOC value may be obtained by linear interpolation with respect to the current value from the SOC map stored as a file in the storage device. In this case, the SOC map obtained by linear interpolation is stored in the computer. It may be a temporary memory.

(請求項13)
本発明にかかる二次電池充電状態推定装置において、前記二次電池が複数の電池モジュールで構成され、前記電池モジュール毎に設けた前記二次電池充電状態推定装置が最大値選択回路と最小値選択回路に接続され、前記二次電池が充電状態にあるときは最小値選択回路の値が選択され、前記二次電池が放電状態にあるときは最大値選択回路が選択され、前記選択回路の出力に遅れ演算部が接続されてもよい。
(Claim 13)
In the secondary battery charge state estimation device according to the present invention, the secondary battery is composed of a plurality of battery modules, and the secondary battery charge state estimation device provided for each battery module includes a maximum value selection circuit and a minimum value selection. A value of a minimum value selection circuit is selected when the secondary battery is in a charged state, and a maximum value selection circuit is selected when the secondary battery is in a discharged state. A delay calculation unit may be connected to the delay unit.

本発明は、以上に説明した手順を有し、専門家の知識データベースを反映したファジィ推論を行うことにより、信頼性の高いSOCの推定を可能とし、これにより過充電過放電の防止が可能となり、これにより電池寿命の低下を防止できる。
加えて、正確なSOCの推定を行うことにより、二次電池の充電状態を正確に把握して、適切なSOCを保つことができ、電池の適切な運用を図ることを可能とする。
The present invention has the above-described procedure and makes it possible to estimate the SOC with high reliability by performing fuzzy inference reflecting the expert's knowledge database, thereby preventing overcharge and overdischarge. This can prevent a decrease in battery life.
In addition, by accurately estimating the SOC, the state of charge of the secondary battery can be accurately grasped, and an appropriate SOC can be maintained, and the battery can be appropriately operated.

本発明の一実施形態に係る二次電池の充電状態推定装置の概略を示すシステム構成図である。It is a system configuration figure showing the outline of the charge condition estimating device of a rechargeable battery concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る電池モジュール計測部の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of the battery module measurement part which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る電池モジュールを示す部分破断側面図である。It is a partially broken side view which shows the battery module which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る二次電池の充電状態推定方法をブロック図を用いて表したシステムブロック図である。It is the system block diagram showing the charge condition estimation method of the secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention using the block diagram. 前件部で電流グレードを求めるメンバーシップ関数である。This is a membership function for obtaining the current grade in the antecedent part. 前件部で電圧グレードを求めるメンバーシップ関数である。This is a membership function for obtaining a voltage grade in the antecedent part. ファジィ推論則を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a fuzzy inference rule. 他の実施形態に係る後件部でSOCを求めるメンバーシップ関数である。It is a membership function which calculates | requires SOC in the consequent part which concerns on other embodiment. 電池電圧に対するSOCを示す充放電特性図のうち充電マップを示す。A charge map is shown among the charge-discharge characteristic diagrams which show SOC with respect to battery voltage. 電池電圧に対するSOCを示す充放電特性図のうち放電マップを示す。A discharge map is shown among the charge-discharge characteristic diagrams which show SOC with respect to battery voltage. 本発明の一実施形態に係る充電状態推定方法をフローチャートで表したものである。The charging condition estimation method which concerns on one Embodiment of this invention is represented with the flowchart. 本発明の一実施形態に係る充電状態推定方法に係る試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result which concerns on the charge condition estimation method which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定
されるものではない。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.

図1に示すように、本実施形態に係る二次電池用充電状態推定装置1は二次電池に接続され、二次電池は複数の電池モジュールBにより構成されているが、単一の電池モジュールで構成してもよい。電池モジュールと本発明に係る二次電池を区別するために、以降電池モジュールで構成される本発明に係る二次電池を電池システムAと称する。   As shown in FIG. 1, the secondary battery charge state estimation device 1 according to this embodiment is connected to a secondary battery, and the secondary battery is composed of a plurality of battery modules B. You may comprise. In order to distinguish between the battery module and the secondary battery according to the present invention, the secondary battery according to the present invention constituted by the battery module is hereinafter referred to as a battery system A.

本実施形態では二次電池がニッケル水素電池からなるが、鉛蓄電池やリチウムイオン電池等他のタイプの二次電池であってもよい。電池モジュールは複数の単位電池を積層して構成されている。図3には、電池モジュールBの主要部分であるモジュール本体2を部分的に破断して示している。   In the present embodiment, the secondary battery is a nickel hydrogen battery, but may be another type of secondary battery such as a lead storage battery or a lithium ion battery. The battery module is configured by stacking a plurality of unit batteries. In FIG. 3, the module main body 2 which is a main part of the battery module B is shown partially broken.

電池モジュールBは、密閉式の角形電池である単位電池Cを、単位電池Cの厚み方向に複数個積層した電池積層体3と、電池積層体3を積層方向Xに締め付け固定するための側面板3、圧縮板5とを主要な構成要素として備えている。   The battery module B includes a battery stack 3 in which a plurality of unit batteries C, which are sealed rectangular batteries, are stacked in the thickness direction of the unit battery C, and a side plate for fastening and fixing the battery stack 3 in the stacking direction X. 3 and the compression plate 5 are provided as main components.

ここに、電池モジュールBの電池積層体3は、図4に示すように、単位電池Cと放熱板6とを積層したものであって、単位電池Cは、隣接する単位電池Cの一方の面と、他方の面とが互いに対向する方向に積層されていて、それぞれの面が、単位電池Cの正極側端子および負極側端子を兼ねている。   Here, as shown in FIG. 4, the battery stack 3 of the battery module B is obtained by stacking the unit batteries C and the heat radiating plates 6, and the unit battery C is one surface of the adjacent unit battery C. And the other surface are laminated in a direction opposite to each other, and each surface serves also as a positive electrode side terminal and a negative electrode side terminal of the unit battery C.

単位電池Cの正極側端子と負極側端子にはそれぞれ配線(図示せず)が接続されていて、この図示しない配線を介して電圧計13に接続されている。   A wiring (not shown) is connected to each of the positive electrode side terminal and the negative electrode side terminal of the unit battery C, and is connected to the voltmeter 13 via the wiring (not shown).

電池モジュールBの電力は、圧縮板5の前方および後方に配された電池端子7から外部に取り出し可能となっている。   The power of the battery module B can be taken out from the battery terminals 7 arranged in front of and behind the compression plate 5.

図1において、複数の電池モジュールBが直列に接続されて、その出力は図示しない負荷に接続されている。電池モジュールBと負荷を接続する電力配線11には電流センサ12が取り付けられていて、電池システムAから図示しない負荷に流れる電流値を計測可能にしている。直列接続される電池モジュールBの数は、負荷側から要求される電圧仕様によって定まり、本実施形態においては18直列することにより、定格1.2V×10×18=216Vの電圧を負荷に供給する。   In FIG. 1, a plurality of battery modules B are connected in series, and their outputs are connected to a load (not shown). A current sensor 12 is attached to the power wiring 11 that connects the battery module B and the load, and the current value flowing from the battery system A to the load (not shown) can be measured. The number of battery modules B connected in series is determined by the voltage specifications required from the load side. In this embodiment, 18 series batteries are connected to supply a voltage with a rating of 1.2 V × 10 × 18 = 216 V to the load. .

また、電池システムAの負荷に接続される電力配線11の途中には、電池システム全体の電圧を計測するためのシステム電圧センサ10が取り付けられている。   A system voltage sensor 10 for measuring the voltage of the entire battery system is attached in the middle of the power wiring 11 connected to the load of the battery system A.

これら電流センサ12、システム電圧センサ10は配線12a、10aを介して推定演算処理装置21に接続されていて、電池システムAの電流値と電圧値が推定演算処理装置21に内蔵された計測部22において計測可能となっている。   The current sensor 12 and the system voltage sensor 10 are connected to the estimation calculation processing device 21 via the wirings 12a and 10a, and the current value and the voltage value of the battery system A are incorporated in the estimation calculation processing device 21. It is possible to measure.

一方、図1の電池モジュール部の詳細を示す図2において、電池モジュールBに取り付けられた圧力センサ15や温度センサ14は、それぞれ配線15a、14aを介してモジュール計測器18に接続されていて、電池モジュールBの圧力と温度が計測可能になっている。単位電池Cに取り付けられた電圧センサ13は配線13aを介してモジュール計測器18に接続されていて、単位電池Cの電圧がモジュール計測器18で計測可能となっている。なお、電圧センサ13は単位電池の数だけ用意されているので、本実施態様においては30個の電圧センサ13が1台の電池モジュールBに取り付けられている。   On the other hand, in FIG. 2 showing the details of the battery module part of FIG. 1, the pressure sensor 15 and the temperature sensor 14 attached to the battery module B are connected to the module measuring instrument 18 via the wirings 15a and 14a, respectively. The pressure and temperature of the battery module B can be measured. The voltage sensor 13 attached to the unit battery C is connected to the module measuring instrument 18 via the wiring 13a, and the voltage of the unit battery C can be measured by the module measuring instrument 18. In addition, since the voltage sensor 13 is prepared by the number of unit batteries, in this embodiment, 30 voltage sensors 13 are attached to one battery module B.

各電池モジュールBに付属するモジュール計測器18は、通信回線18aを介して芋づる式に推定演算処理装置21に内蔵された計測部22の通信制御部24に接続されていて、各モジュール計測器18から送られてくる電池モジュールBの圧力、温度と単位電池Cごとの電圧信号を受信して、計測部に送られてプロセスデータ(数値)に変換される。   The module measuring instrument 18 attached to each battery module B is connected to the communication control unit 24 of the measuring unit 22 built in the estimation calculation processing device 21 in accordance with an equation based on the communication line 18a. The pressure and temperature of the battery module B and the voltage signal for each unit battery C sent from the are received, sent to the measuring unit and converted into process data (numerical values).

本実施形態において、通信回線方式としてCAN(Control Area Network)を採用している。CANはシリアル通信回線の一方式であるが、他の方式の通信回線であってもよいし、パラレル通信やプロセスインタフェースであってもよい。   In the present embodiment, CAN (Control Area Network) is adopted as a communication line system. CAN is a method of serial communication line, but it may be a communication line of another method, or may be parallel communication or process interface.

計測部22において計測されたプロセスデータは内部バス(図示せず)を経由して推定演算処理装置21に内蔵された演算部23に送られて、ここで電池モジュールB毎のSOCの推定計算が実行される。   The process data measured by the measurement unit 22 is sent to the calculation unit 23 built in the estimation calculation processing device 21 via an internal bus (not shown), where the estimation calculation of the SOC for each battery module B is performed. Executed.

演算部23は、計測部22からのプロセスデータを受けてファジィ推論の前件部の処理を行う前件部処理部25と、前件部処理部の計算結果とファジィ推論則からSOCメンバーシップを計算する後件部処理部26と、後件部処理部26の計算結果からSOCメンバーシップの重心を計算する合成演算部27とを備えている。   The calculation unit 23 receives the process data from the measurement unit 22 and processes the antecedent part of the fuzzy inference, and calculates the SOC membership from the calculation result of the antecedent part processing part and the fuzzy inference rule. A consequent part processing unit 26 for calculating, and a composition operation part 27 for calculating the center of gravity of the SOC membership from the calculation result of the consequent part processing unit 26 are provided.

更に、演算処理装置21には、計測部22からのプロセスデータ(電流値、電圧値)と基本特性データ格納部30に格納されている各種SOCマップとから暫定的なSOCを計算するSOC計算部28を備えており、SOC計算処理部で計算される暫定SOC値は後件処理部26に送られてSOCメンバーシップの計算に使用される。   Further, the arithmetic processing unit 21 includes an SOC calculation unit that calculates a provisional SOC from process data (current value, voltage value) from the measurement unit 22 and various SOC maps stored in the basic characteristic data storage unit 30. 28, the provisional SOC value calculated by the SOC calculation processing unit is sent to the consequent processing unit 26 and used for the calculation of the SOC membership.

合成演算部27で計算された電池モジュールB毎のSOCの推定値は、推定結果表示器31に、電池モジュールBの識別番号とともに表示出力される。また、参考値として電池システムAのSOCの推定値が表示出力される。   The estimated value of the SOC for each battery module B calculated by the combining calculation unit 27 is displayed and output on the estimation result display 31 together with the identification number of the battery module B. Moreover, the estimated value of SOC of the battery system A is displayed and output as a reference value.

本発明の実施形態に係る二次電池の充電状態推定方法を機能ブロック図に表した図4の機能ブロック図は、1のシステム構成図と対応がとれているが、必ずしも1対1に対応したものではない。   The functional block diagram of FIG. 4 showing the charging state estimation method of the secondary battery according to the embodiment of the present invention in the functional block diagram corresponds to the system configuration diagram of 1, but does not necessarily correspond to the one-to-one. It is not a thing.

図4のファジィルール前件部41において、電池電圧Eと電池電流Jとから前件部メンバーシップ計算が実行される。   In the fuzzy rule antecedent section 41 of FIG. 4, the antecedent section membership calculation is executed from the battery voltage E and the battery current J.

電池電流Jは、電流センサ12で計測された電流値を一定時間ごとにサンプリングした後、アンチエリアシングフィルタリング処理して得られた値である。単位電池Cの電圧を、電池モジュールBの電圧と区別するためにセル電圧と称し、電池電圧Eは30個のセル電圧を一定時間ごとにサンプリングした後、アンチエリアシングフィルタリング処理して得られた値を合計して30で除した数値であり、単位電池(セル)電圧の平均値を表す。   The battery current J is a value obtained by sampling the current value measured by the current sensor 12 at regular intervals and then performing anti-aliasing filtering. The voltage of the unit battery C is referred to as a cell voltage in order to distinguish it from the voltage of the battery module B. The battery voltage E is obtained by sampling 30 cell voltages at regular intervals and then anti-aliasing filtering. It is a numerical value obtained by adding up the values and dividing by 30 and represents the average value of the unit battery (cell) voltage.

このため、電池電流Jは18台の電池モジュールBに共通の値となるが、電池電圧Eは電池モジュール毎に異なった値を取り得る。なお、電流値はアンペアでなく電池の特性値であるCの倍数で示してある。   For this reason, the battery current J is a value common to the 18 battery modules B, but the battery voltage E can take different values for each battery module. The current value is not expressed in amperes but in a multiple of C, which is a characteristic value of the battery.

図5および図6にそれぞれ電池電流Jとセル電圧Eのファジィ関数を示す。図5および図6ともに横軸にプロセスデータである電流Jとセル電圧Eが目盛られており、縦軸に電流グレードと電圧グレードとが0と1の間で正規化して目盛られている。   5 and 6 show fuzzy functions of the battery current J and the cell voltage E, respectively. In both FIGS. 5 and 6, the current J and cell voltage E, which are process data, are scaled on the horizontal axis, and the current grade and voltage grade are normalized and scaled between 0 and 1 on the vertical axis.

ファジィ関数の計算において、電池電流Jが−1と1の間にあるときは2つの電流グレードが、セル電圧Eが1.21Vと1.37Vの間にあるときは2つの電圧グレードがそれぞれ算出され、それ以外の範囲にあるときは1つの電流グレード又は電圧グレードが算出されることとなる。そして、電流グレードと電圧グレードの小さい方の値(最小値)が前件部のグレード値として採用される(Min法)。この一連の計算処理を前件部メンバーシップ計算処理と称する。これらの処理は図1に示す推定演算処理装置21に内蔵された演算部23内の前件部処理部25において計算処理される。   When calculating the fuzzy function, two current grades are calculated when the battery current J is between -1 and 1, and two voltage grades are calculated when the cell voltage E is between 1.21V and 1.37V. If it is in the other range, one current grade or voltage grade is calculated. Then, the smaller value (minimum value) of the current grade and voltage grade is adopted as the grade value of the antecedent part (Min method). This series of calculation processing is referred to as antecedent part membership calculation processing. These processes are calculated by the antecedent part processing unit 25 in the calculation unit 23 built in the estimation calculation processing device 21 shown in FIG.

ファジィルール後件部42のブロックは、ファジィルール前件部41の処理結果と別途計算される暫定SOC値とにファジィ推論則を適用してSOCメンバーシップを算出する。このとき同一のSOCで異なるグレードを有する場合は、最も大きなグレードをそのSOCのグレードとする(Max法)。この一連の計算処理を後件部メンバーシップ計算処理と称し、図1に示す後件部処理部26において計算処理される。   The block of the fuzzy rule consequent part 42 calculates the SOC membership by applying a fuzzy inference rule to the processing result of the fuzzy rule antecedent part 41 and the provisional SOC value calculated separately. At this time, when the same SOC has different grades, the largest grade is set as the grade of the SOC (Max method). This series of calculation processing is referred to as consequent part membership calculation processing, and is calculated in the consequent part processing unit 26 shown in FIG.

図7に本実施形態に係るファジィ推論則を一例として示す。   FIG. 7 shows a fuzzy inference rule according to this embodiment as an example.

そして暫定SOC値は、電池モジュールBが充電状態にある場合は充電マップ51を用いて、放電状態にある場合は放電マップ52を用いて、電池電流Jがゼロかほとんどゼロの場合は充放電停止マップ53を用いて、電池電流Jとセル電圧EからSOC計算ブロック56、57、58で求められる。   The provisional SOC value is determined by using the charge map 51 when the battery module B is in a charged state, using the discharge map 52 when the battery module B is in a discharged state, and stopping charging / discharging when the battery current J is zero or almost zero. Using the map 53, the SOC calculation blocks 56, 57 and 58 calculate the battery current J and the cell voltage E.

図10に充電マップと充放電停止マップの一例を、図9に放電マップの一例を、それぞれ縦軸にセル電圧E(V)をとり横軸にSOC(%)をとり、電池電流Jをパラメータに示す。これらのマップ51,52,53は図1の基本特性データ格納部30に格納されている。   FIG. 10 shows an example of the charge map and charge / discharge stop map, FIG. 9 shows an example of the discharge map, the vertical axis indicates the cell voltage E (V), the horizontal axis indicates SOC (%), and the battery current J is a parameter. Shown in These maps 51, 52 and 53 are stored in the basic characteristic data storage unit 30 of FIG.

充電マップ51と放電マップ52において、複数ある電流曲線から電池電流Jによる線形補間を行って求めた特性を使用して暫定SOC値を計算する。   In the charge map 51 and the discharge map 52, the provisional SOC value is calculated using characteristics obtained by performing linear interpolation using the battery current J from a plurality of current curves.

本実施形態において、後件部処理はいわゆる簡略型推論法によるシングルトンを計算することにより実行されている。したがって、ここで計算されるSOCメンバーシップは単一の数値を持つシングルトンとなる。   In the present embodiment, the consequent processing is executed by calculating a singleton by a so-called simplified inference method. Accordingly, the SOC membership calculated here is a singleton having a single numerical value.

SOC推定ブロック43は、ファジィルール後件部42の処理を受けて、SOCメンバーシップの合成演算を行い、その結果をSOC推定値として出力する。本実施形態においては、好ましくは重心法により合成演算を実行している(重心法)。この処理は図1に示す合成演算部27において計算処理される。メンバーシップがシングルトンである場合の重心は数式1により求められる。   The SOC estimation block 43 receives the processing of the fuzzy rule consequent unit 42, performs the SOC membership synthesis operation, and outputs the result as the SOC estimated value. In the present embodiment, the synthesis operation is preferably executed by the centroid method (centroid method). This processing is performed by the synthesis operation unit 27 shown in FIG. The center of gravity when the membership is a singleton is obtained by Equation 1.

ここに、y、y、・・yはシングルトン、h、h、・・hは横軸きざみ、yが求める重心である。 Here, y 1, y 2, the · · y n singleton, h 1, h 2, ·· h n is increment the horizontal axis, a center of gravity which is y 0 determined.

SOC推定ブロック43で計算されたSOC推定値は次段の遅れ処理ブロック44で時間遅れ処理されてSOC推定結果として出力される。本実施形態において時間遅れ処理はFIRフィルタによる一次時間遅れ処理されているが、これに限定するものではない。
以上一連のSOC推論処理は、電池モジュールB毎に実行されるので、18台の電池モジュールB毎にその識別番号とともにSOC推定値が外部に表示出力される。
The estimated SOC value calculated in the SOC estimation block 43 is time-delayed in the next-stage delay processing block 44 and output as the SOC estimation result. In the present embodiment, the time delay process is a primary time delay process using an FIR filter, but the present invention is not limited to this.
Since the series of SOC inference processes is executed for each battery module B, the estimated SOC value is displayed and output together with the identification number for each of the 18 battery modules B.

更に、電池システムAが充電状態にある場合、18台の電池モジュールBのうちSOC推定値が最小となる電池モジュールBの識別番号とそのSOC推定値が電池システムAの推定値として、外部に表示出力される。また、電池システムAが放電状態にある場合、SOC推定値が最大となる電池モジュールBの識別番号とそのSOC推定値が電池システムAの推定値として、外部に表示出力される。   Further, when the battery system A is in a charged state, the identification number of the battery module B that has the smallest SOC estimated value among the 18 battery modules B and the estimated SOC value are displayed outside as the estimated value of the battery system A. Is output. Further, when the battery system A is in a discharged state, the identification number of the battery module B having the maximum estimated SOC value and the estimated SOC value are displayed and output to the outside as the estimated value of the battery system A.

二次電池はその性質上、製品のバラツキを避けることが難しく、そのバラツキは製造段階で発見されず使用段階で発見されることがある。このような製品のバラツキにより、電池の充電状態は電池モジュール毎に異なったものとなることがある。蓄電設備のように電池システムとして二次電池を使用する場合、過充電もしくは過放電が最も進んだ電池モジ
ュールを検知することは、二次電池は過充電過放電により著しく損傷を受けて、電池寿命を縮めることとなる以上、重要なことであり、電池システムAにおける、最大もしくは最小のSOC推定値を示す電池モジュールを検知することは意義があることである。
Due to the nature of secondary batteries, it is difficult to avoid product variations, and such variations may be found at the use stage rather than at the manufacturing stage. Due to such product variations, the state of charge of the battery may vary from one battery module to another. When a secondary battery is used as a battery system, such as a power storage facility, detecting the battery module that has been most overcharged or overdischarged means that the secondary battery is significantly damaged by overcharge and overdischarge, and the battery life It is important to detect the battery module that exhibits the maximum or minimum SOC estimation value in the battery system A, and is significant.

本実施形態に係る処理のフローチャートを図11に示す。   FIG. 11 shows a flowchart of processing according to the present embodiment.

本実施形態に係るSOC推定に関する試験結果を図12に示す。図12は縦軸にSOCをパーセントで、横軸に時間(分:秒)を取り示してある。これは、ある電池モジュールについてSOCが0%のときからの充電状態における試験結果であり、SOC推定値を太線で示している。細線は従来方式の推定結果であり参考に示す。波線は電池電流を積算して求めたSOC計算値であり、製品初期における充電時には比較的正しい値を示すと言われている方法で計算したものである。   FIG. 12 shows a test result regarding the SOC estimation according to the present embodiment. In FIG. 12, the vertical axis shows the SOC in percent and the horizontal axis shows the time (minute: second). This is a test result in a charged state from when the SOC is 0% for a certain battery module, and the estimated SOC value is indicated by a bold line. The thin line is the estimation result of the conventional method and is shown for reference. The wavy line is the calculated SOC value obtained by integrating the battery current, and is calculated by a method that is said to show a relatively correct value during charging in the initial stage of the product.

図8に他の実施形態に係る後件部のSOCメンバーシップ関数を示す。ここに示す他の実施形態に係る後件部の計算処理においては、簡易型推論法の代わりに図8に示すメンバーシップ関数を用いて後件部の計算処理が行われる。この計算処理は図1の後件部処理部26にて実行される。   FIG. 8 shows the SOC membership function of the consequent part according to another embodiment. In the consequent part calculation process according to another embodiment shown here, the consequent part calculation process is performed using the membership function shown in FIG. 8 instead of the simplified inference method. This calculation process is executed by the consequent part processing unit 26 in FIG.

前件部の計算において電流グレードと電圧グレードの最小値が前件部のグレード値として採用され(Min法)、前件部の最小のグレード値に対応するSOCメンバーシップ関数のうち最大値(Max法)が、後件部処理部26の計算結果となる。
合成演算部27においては、数式1の代わりに下記の数式2が用いられる。
In the calculation of the antecedent part, the minimum value of the current grade and the voltage grade is adopted as the grade value of the antecedent part (Min method), and the maximum value (Max) among the SOC membership functions corresponding to the minimum grade value of the antecedent part. Law) is the calculation result of the consequent part processing unit 26.
In the composition calculation unit 27, the following formula 2 is used instead of the formula 1.

ここに、yは求める重心であり、M(y)は後件部処理部26で求めたSOCのメンバーシップ関数、yはSOCに相当する。 Here, y 0 is the center of gravity for obtaining, M (y) is the membership function of the SOC obtained by the consequent processing section 26, y corresponds to SOC.

本発明に係る二次電池の充放電状態推定方法は、二次電池を蓄電手段とする電力貯蔵供給装置に用いることができる。   The secondary battery charge / discharge state estimation method according to the present invention can be used in a power storage and supply device using a secondary battery as a power storage means.

A 電池システム
B 電池モジュール
C 単位電池
1 充電状態推定装置
2 モジュール本体
3 電池積層体
4 側面板
5 圧縮板
6 放熱板
7 電池端子
10 システム電圧センサ
11 電力配線
12 電流センサ
13 電圧センサ
14 温度センサ
15 圧力センサ
18 モジュール計測器
21 推定演算処理装置
22 計測部
23 演算部
24 通信制御部
25 前件部処理部
26 後件部処理部
27 合成演算部
28 SOC計算部
30 基本特性データ格納部
31 推定結果表示器
41 ファジィルール前件部ブロック
42 ファジィルール後件部ブロック
43 SOC推定ブロック
44 時間遅れ処理ブロック
45 SOC推定値ブロック
51 充電マップ
52 放電マップ
53 充放電停止マップ
56、57、58 SOC計算ブロック
A battery system
B Battery module
C unit battery
1 Charge state estimation device
2 Module body
3 Battery stack
4 Side plate
5 Compression plate
6 Heat sink
7 Battery terminal
10 System voltage sensor
11 Power wiring
12 Current sensor
13 Voltage sensor
14 Temperature sensor
15 Pressure sensor
18 module measuring instruments
21 Estimator
22 Measuring unit
23 Calculation unit
24 Communication control unit
25 Antecedent Processing Unit
26 Consecutive Department Processing Department
27 Composite operation section
28 SOC calculator
30 Basic characteristic data storage
31 Estimation result display
41 Fuzzy rule antecedent block
42 Fuzzy rule consequent block
43 SOC estimation block
44 time delay processing block
45 SOC estimated value block
51 Charging map
52 Discharge map
53 Charge / discharge stop map
56, 57, 58 SOC calculation block

Claims (13)

二次電池を有する蓄電設備における前記二次電池の充電状態を推定する方法であって、
前記二次電池の電流値を計測するステップと、
前記二次電池の電圧値を計測するステップと、
前件部としての、前記電流値から電流グレードを計算する電流メンバーシップ計算ステップおよび、前記電圧値から電圧グレードを計算する電圧メンバーシップ計算ステップと、
後件部としての、前記電流グレードおよび前記電流グレードからファジィ推論則によりSOCメンバーシップを計算するSOCメンバーシップ計算ステップとを備え、
前記前件部の計算結果と前記後件部の計算結果を合成する合成演算ステップを設けた二次電池充電状態推定方法。
A method for estimating a charging state of the secondary battery in a power storage facility having a secondary battery,
Measuring a current value of the secondary battery;
Measuring a voltage value of the secondary battery;
As an antecedent part, a current membership calculation step for calculating a current grade from the current value, and a voltage membership calculation step for calculating a voltage grade from the voltage value;
And a SOC membership calculation step of calculating an SOC membership from the current grade and a fuzzy inference rule from the current grade as a consequent part,
A method for estimating a charged state of a secondary battery, comprising a synthesis operation step for combining the calculation result of the antecedent part and the calculation result of the consequent part.
前記前件部において前記電流グレードと前記電圧グレードの最も小さい値をその計算結果とするステップを備えるとともに、
前記後件部において前記SOCメンバーシップ計算ステップが最も大きな値をその計算結果とするステップを備え、
前記合成演算ステップが前記SOCメンバーシップの重心を求めるステップを含む請求項1に記載の二次電池充電状態推定方法。
In the antecedent part, including the step of setting the smallest value of the current grade and the voltage grade as the calculation result,
In the consequent part, the SOC membership calculation step comprises the step of setting the largest value as the calculation result,
The secondary battery charged state estimation method according to claim 1, wherein the combining calculation step includes a step of obtaining a center of gravity of the SOC membership.
請求項1において計算されたSOCの推定値に対して、フィルタ演算を施すステップを設けた請求項1または請求項2に記載の二次電池充電状態推定方法。   The secondary battery charged state estimation method according to claim 1, further comprising a step of performing a filter operation on the estimated SOC value calculated in claim 1. 請求項2におけるフィルタ演算が一次遅れである請求項2または請求項3に記載の二次電池充電状態推定方法。   The secondary battery charge state estimation method according to claim 2 or claim 3, wherein the filter operation in claim 2 is a first-order lag. 前記後件部として、
あらかじめ用意された複数の前記二次電池の前記充放電特性に基づき、前記電流値と前記電圧値から前記充放電特性毎に前記二次電池の暫定SOC値を計算するステップと、
前記暫定SOC値と前記電流グレード値または前記電圧グレード値とから前記SOCメンバーシップを計算するステップとを備えた請求項に請求項1〜4のいずれか1項に記載の二次電池充電状態推定方法。
As the consequent part,
Calculating a provisional SOC value of the secondary battery for each charge / discharge characteristic from the current value and the voltage value based on the charge / discharge characteristics of the plurality of secondary batteries prepared in advance;
The secondary battery charged state estimation according to any one of claims 1 to 4, further comprising: calculating the SOC membership from the provisional SOC value and the current grade value or the voltage grade value. Method.
前記SOCメンバーシップが単一の数値である請求項5に記載の二次電池充電状態推定方法。   The secondary battery charge state estimation method according to claim 5, wherein the SOC membership is a single numerical value. 前記暫定SOC値の計算ステップにおいて、前記電流値の線形補間により前記暫定SOC値を計算する請求項5または請求項6に記載の二次電池充電状態推定方法。   The secondary battery charge state estimation method according to claim 5 or 6, wherein, in the temporary SOC value calculation step, the temporary SOC value is calculated by linear interpolation of the current value. 前記二次電池を構成する複数の電池モジュール毎に二次電池の充電状態を推定する請求項1から請求項7に記載の二次電池充電状態推定ステップを備えるとともに、
前記二次電池が充電状態にあるときは前記二次電池充電状態推定ステップの最小値を選択し、前記二次電池が放電状態にあるときは前記二次電池充電状態推定ステップの最大値を選択する選択ステップを備え、
前記選択ステップの計算結果に遅れ演算を施す遅れ演算ステップを有する請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の二次電池充電状態推定方法。
The secondary battery charging state estimation step according to claim 1 to 7, wherein the charging state of the secondary battery is estimated for each of a plurality of battery modules constituting the secondary battery.
When the secondary battery is in a charged state, the minimum value of the secondary battery charged state estimating step is selected, and when the secondary battery is in a discharged state, the maximum value of the secondary battery charged state estimating step is selected. With a selection step to
The secondary battery charged state estimation method according to any one of claims 1 to 7, further comprising a delay calculation step of performing a delay calculation on the calculation result of the selection step.
二次電池を有する蓄電設備における前記二次電池の充電状態を推定する装置であって、
前記二次電池の電流値を検出する電流センサと、
前記二次電池の電圧値を検出する電圧センサと、
前件部としての、前記電流値から電流グレードを計算する電流メンバーシップ計算部と、前記電圧値から電圧グレードを計算する電圧メンバーシップ計算部と、
後件部としての、前記電流グレードおよび前記電流グレードからファジィ推論則によりSOCメンバーシップを計算するSOCメンバーシップ計算部とを備え、
前記前件部の出力と前記後件部の出力を合成演算するファジィ推論演算部を設けた二次電池充電状態推定装置。
An apparatus for estimating a charge state of the secondary battery in a power storage facility having a secondary battery,
A current sensor for detecting a current value of the secondary battery;
A voltage sensor for detecting a voltage value of the secondary battery;
As the antecedent part, a current membership calculation unit for calculating a current grade from the current value, a voltage membership calculation unit for calculating a voltage grade from the voltage value,
An SOC membership calculation unit for calculating an SOC membership from the current grade and the current grade by fuzzy inference rules as a consequent part;
A secondary battery charged state estimation device provided with a fuzzy inference calculation unit for combining and calculating the output of the antecedent part and the output of the consequent part.
前記前件部において前記電流グレードと前記電圧グレードの最も小さい値を選択する最小値選択回路を備えるとともに
前記後件部において前記SOCメンバーシップ計算部が最大値選択回路を備え、
前記合成演算部が前記SOCメンバーシップの重心を算出する重心計算部を含む請求項9に記載の二次電池充電状態推定装置。
A minimum value selection circuit for selecting the smallest value of the current grade and the voltage grade in the antecedent part and the SOC membership calculation part in the antecedent part comprises a maximum value selection circuit;
The secondary battery charged state estimation device according to claim 9, wherein the composite calculation unit includes a centroid calculation unit that calculates a centroid of the SOC membership.
前記ファジィ推論演算部の出力に遅れフィルタ演算部が接続されてなる請求項9または請求項10に記載の二次電池充電状態推定装置。   The secondary battery charge state estimation device according to claim 9 or 10, wherein a delay filter calculation unit is connected to an output of the fuzzy inference calculation unit. 前記後件部として、
あらかじめ用意された複数の前記二次電池の前記充放電特性に基づき、前記電流値と前記電圧値から前記充放電特性毎に前記二次電池のSOCを計算する暫定SOC計算部と、
前記暫定SOC計算部の出力と前記電流グレード値または前記電圧グレード値とから単一の前記SOCメンバーシップを計算するSOC推定値計算部とを備えた請求項9〜11のいずれか1項に記載の二次電池充電状態推定装置。
As the consequent part,
Based on the charge / discharge characteristics of the plurality of secondary batteries prepared in advance, a provisional SOC calculation unit that calculates the SOC of the secondary battery for each charge / discharge characteristic from the current value and the voltage value;
The SOC estimated value calculation part which calculates the said single SOC membership from the output of the said provisional SOC calculation part, and the said current grade value or the said voltage grade value, The any one of Claims 9-11 provided with. Secondary battery charge state estimation device.
前記二次電池が複数の電池モジュールから構成され、
前記電池モジュール毎に設けた前記二次電池充電状態推定装置が最大値選択回路と最小値選択回路に接続され、
前記二次電池が充電状態にあるときは最小値選択回路の値が選択され、前記二次電池が放電状態にあるときは最大値選択回路が選択され、
前記選択回路の出力に遅れ演算部が接続されてなる請求項9〜12のいずれか1項に記載の二次電池充電状態推定装置。
The secondary battery is composed of a plurality of battery modules,
The secondary battery charge state estimation device provided for each battery module is connected to a maximum value selection circuit and a minimum value selection circuit,
When the secondary battery is in a charged state, a value of a minimum value selection circuit is selected, and when the secondary battery is in a discharged state, a maximum value selection circuit is selected,
The secondary battery charge state estimation apparatus according to any one of claims 9 to 12, wherein a delay calculation unit is connected to an output of the selection circuit.
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