CN107923951A

CN107923951A - 电池充电状态推断装置

Info

Publication number: CN107923951A
Application number: CN201680046432.3A
Authority: CN
Inventors: 渡边裕介
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2018-04-17
Anticipated expiration: 2036-08-08
Also published as: CN107923951B; JP6354700B2; DE112016003620T5; JP2017036950A; WO2017026451A1

Abstract

本发明的充电状态推断装置具备：设定部，该设定部将值会随着电池的温度而发生变化的该电池的等效电路模型的参数作为电路参数，从分割所述电池的使用温度范围而设定为多个的各温度范围中，选择包含了所述温度获取部所获取的温度的温度范围，并设定与所选择的温度范围的边界相应的所述电路参数的上下限值；以及增益计算部，该增益计算部基于所述设定部所设定的所述电路参数的上下限值，计算出所述观测器所用的观测器增益。

Description

电池充电状态推断装置

技术领域

本发明涉及电池充电状态推断装置。

背景技术

作为这种充电状态推断装置，例如有下述专利文献1所公开的充电状态推断装置。已知该充电状态推断装置具备如下的观测器：对根据电池温度发生变化的电池等效电路模型的电阻分量等电路参数依次进行辨识，并基于辨识得到的电路参数，来对电池的充电状态依次进行推断。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2015－81800号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

观测器中设计有观测器增益用于推断电池的充电状态。该观测器增益设计成满足以下条件：在设计时假定的电池使用温度范围所对应的电路参数的变动范围内，推断出的充电状态收敛至实际充电状态为止的时间在规定时间以下，并且能够保证观测器的稳定性。换言之，观测器增益被设计成满足包括上述收敛时间的减少和确保观测器的稳定性在内的观测器所要求的鲁棒性。

这里，当设计观测器增益时假定的电池使用温度范围较大时，电路参数的变动范围也变大。当电路参数的变动范围较大时，即使在利用观测器对等效电路模型的电路参数依次进行辨识的情况下，在整个电池使用温度范围内也有可能无法满足观测器所要求的鲁棒性。

因此，例如考虑将观测器增益设计成使得在电池使用温度范围的一部分温度范围内满足观测器所要求的鲁棒性。然而在此情况下，若电池温度偏离上述的一部分温度范围，则推断出的充电状态收敛至实际充电状态为止的时间就可能无法达到规定时间以下，或者无法保证观测器的稳定性。此时，有可能导致利用观测器推断充电状态的精度下降。

本发明的主要目的在于提供一种即使在电池使用温度范围较大的情况下也能提高电池充电状态的推断精度的电池充电状态推断装置。

解决技术问题所采用的技术方案

下面，对用于解决上述问题的技术手段及其作用效果进行说明。

本发明的第一个方式所涉及的电池充电状态推断装置包括：电流获取部(30b)，该电流获取部(30b)获取电池(21)中流过的电流值；温度获取部(30c)，该温度获取部(30c)获取所述电池的温度；观测器(31)，该观测器(31)基于所述电流获取部所获取的电流值，对由所述电池的等效电路模型导出的状态方程式中的充电参数依次进行推断，其中，所述等效电路模型的输入变量包括所述电池中流过的电流值，所述等效电路模型的状态变量包括与所述电池的充电状态相关的所述充电参数；设定部(32)，该设定部(32)将值会随着所述电池的温度而变化的所述等效电路模型的参数作为电路参数，从分割所述电池的使用温度范围而设定为多个的各温度范围中，选择包含了所述温度获取部所获取的温度的温度范围，并设定与所选择的温度范围的边界相应的所述电路参数的上下限值；以及增益计算部(31d)，该增益计算部(31d)基于所述设定部所设定的所述电路参数的上下限值，计算出所述观测器所用的观测器增益。

上述第一个方式中，利用观测器，基于电流获取部所获取的电流值，对从电池的等效电路模型导出的状态方程式中的充电参数依次进行推断。此处，等效电路模型的电路参数的值会随着电池的温度而发生变化。因此，当电池使用温度范围较大时，电路参数的变动范围变大，在整个电池使用温度范围内有可能无法满足观测器所要求的鲁棒性。

因此，在上述第一个方式中，从分割电池使用温度范围而设定为多个的各温度范围中，选择包括了温度获取部所获取的电池温度的温度范围，并设定与所选择的温度范围的边界相应的电路参数的上下限值。而且，基于所设定的电路参数的上下限值，计算出观测器所用的观测器增益。

根据上述第一个方式，能够在分割使用温度范围而设定为多个的各温度范围中分别计算出观测器增益，以在该温度范围所对应的电路参数的变动范围内满足观测器所要求的鲁棒性。因此，即使在电池使用温度范围较大的情况下，也能够避免与电池的充电状态相关的充电参数的推断值离散等，能够提高充电参数的推断精度。

本发明的第二个方式中，在分割所述使用温度范围而设定为多个的各温度范围中，分别单独地设定使所述观测器所推断的所述充电参数收敛至实际的所述充电参数的收敛率。

上述第二个方式中，能够在各温度范围中分别计算出收敛率最优化的观测器增益，从而能够缩短推断出的充电参数收敛至实际的充电参数的时间。因此，即使在充电参数的初始推断值与实际的充电参数之间存在推断误差的情况下，也能够迅速地消除该推断误差。

本发明的第三个方式中，所述电池的温度越低，所述电路参数的值越大。

在电池的温度越低，电路参数的值越大的情况下，当电池使用温度范围较大时，电路参数的变动范围容易变大。因此，在上述第三个方式中，在分割使用温度范围而设定的各温度范围内，分别基于和该温度范围的边界相应的电路参数的上下限值来计算观测器增益有很大的好处。

本发明的第四个方式中，所述电池的温度越低，所述电池的每单位温度下降量对应的所述电路参数的增加量越大，所述电池的温度越低，分割所述使用温度范围而设定为多个的各温度范围分别设定得越窄。

上述第四个方式中，电池的温度越低，电池的每单位温度下降量对应的电路参数的增加量越大。因此，例如在将使用温度范围分割成温度范围彼此相同的多个温度范围时，电池温度越低的温度范围，该温度范围的边界相应的电路参数的上下限值之差越大。其结果是，电池温度越低的温度范围，越有可能无法计算出能够满足观测器所要求的鲁棒性的观测器增益。

因此，上述第四个方式中，电池的温度越低，分割使用温度范围而设定为多个的各温度范围分别设定得越窄。因此，电池温度越低的温度范围，越能够抑制该温度范围的边界相应的电路参数的上下限值之差变大。从而，能够在各温度范围中分别计算出能够满足观测器所要求的鲁棒性的观测器增益。

本发明的第五个方式中，所述增益计算部计算出使所述观测器的闭环相对于分割所述使用温度范围而设定为多个的各温度范围各自的所述电路参数的变动稳定的所述观测器增益。

上述第五个方式中，即使在电路参数随着电池的温度而发生变动的情况下，也能够保证各温度范围内各自的观测器的闭环的稳定性。从而，能够避免充电参数的推断值离散等，能够进一步提高充电参数的推断精度。

本发明的第六个方式中，所述增益计算部计算出使所述观测器的闭环相对于成为控制对象的所述等效电路模型中混入信号的过程噪声和观测噪声稳定的所述观测器增益。

上述第五个方式中，即使在信号中混入了过程噪声和观测噪声的情况下，也能够保证包括观测器在内的闭环的稳定性。从而，能够进一步提高充电参数的推断精度。

本发明的第七个方式中，所述充电参数是所述电池的开放端电压。

上述第七个方式中，能够提高电池的开放端电压的推断精度。

本发明的第八个方式中，具备充电率推断部，该充电率推断部基于所述观测器推断出的所述开放端电压，对所述电池的充电率依次进行推断。

电池的充电率从根本上取决于电池的开放端电压。因此，在上述第八个方式中，能够基于观测器推断出的开放端电压，对电池的充电率依次进行推断。

本发明的第九个方式中，将所述充电率推断部作为第一充电率推断部，并且具备第二充电率推断部，该第二充电率推断部以小于所述第一充电率推断部推断充电率所需要的处理负荷，且采用不同于所述第一充电率推断部推断充电率的推断方法，来推断所述电池的充电率，所述第一充电率推断部的充电率推断精度高于所述第二充电率推断部的充电率推断精度，预先设定与所述电池的可靠性相关联的彼此邻接的第一充电率范围和第二充电率范围，第二充电率范围是所述电池的可靠性低于所述第一充电率范围的充电率范围，还具备切换部，该切换部在包含了所述第二充电率推断部推断出的充电率的充电率范围为所述第一充电率范围的情况下，持续由所述第二充电率推断部推断充电率，在包含了所述第二充电率推断部推断出的充电率的充电率范围从所述第一充电率范围变为所述第二充电率范围的情况下，切换为由所述第一充电率推断部推断充电率。

上述第九个方式中，第一充电率推断部的充电率推断精度高于第二充电率推断部的充电率推断精度，且第二充电率推断部推断充电率所需要的处理负荷小于第一充电率推断部推断充电率所需要的处理负荷。因此，在上述第九个方式中，在包含了第二充电率推断部推断出的充电率的充电率范围为第一充电率范围的情况下，持续由第二充电率推断部推断充电率。因此，在包含了第二充电率推断部所推断的充电率的充电率范围从第一充电率范围变为第二充电率范围之前，能够减轻充电状态推断装置的处理负荷。

另一方面，在上述第九个方式中，在包含了第二充电率推断部所推断的充电率的充电率范围从第一充电率范围变为第二充电率范围的情况下，从由第二充电率推断部推断充电率切换为由第一充电率推断部推断充电率。因此，在推断出的充电率包含在低可靠范围内的情况下，能够提高充电率的推断精度。由此，能够避免电池过充电或过放电。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的电池单元的整体结构的图。

图2是表示图1所示的单元电池的等效电路模型的图。

图3是表示图1所示的观测器的结构的图。

图4是表示图1所示的各单元电池的等效电路模型的电路参数与电池单元的温度之间的关系的图。

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的充电率推断处理的步骤的流程图。

具体实施方式

(实施方式1)

下面，对于将本发明所涉及的电池充电状态推断装置适用于车载电池单元的实施方式1，参照附图进行说明。

如图1所示，电池单元10具备电池组20和电池ECU30。电池组20由多个单元电池21的串联连接体构成，对未图示的旋转电机等电负载进行供电。各单元电池21是充电电池，本实施方式中使用锂离子充电电池。

电池单元10具备多个电压传感器40、电流传感器41和温度传感器42。各电压传感器40是检测多个单元电池21中对应的单元电池21的端子间电压的电压检测部。电流传感器41是分别检测输入到各单元电池21的充电电流和从各单元电池21输出的放电电流的电流检测部。温度传感器42是检测各单元电池21的温度的温度检测部。本实施方式中，电压传感器40、电流传感器41、温度传感器42、电池组20和电池ECU30被收纳在一个壳体内，从而构成电池单元10。

电池ECU30由具备CPU、存储器和未图示的I/O等的计算机构成。电压传感器40、电流传感器41和温度传感器42的检测值被输入到电池ECU30。电池ECU30具备：获取电压传感器40检测出的各单元电池21的电压检测值的电压获取部30a、获取电流传感器41检测出的各单元电池21的充电电流和放电电流各自的检测值的电流获取部30b、以及获取温度传感器42检测出的各单元电池21的温度检测值的温度获取部30c。

电池ECU30具备基于电压传感器40检测出的单元电池21的电压值即端子间电压(以下称为“检测电压CCV”)、电流传感器41检测出的充电电流或放电电流(以下称为“检测电流Is”)、以及温度传感器42检测出的温度(以下称为“检测温度Ts”)，推断各单元电池21的充电率(State of Charge：SOC)的功能。检测电流Is的极性在各单元电池21放电出该检测电流Is为负，在该检测电流Is向单元电池21充电时为正。

为了实现上述推断功能，本实施方式所涉及的电池ECU30具备由观测器构成的OCV推断部31、设定部32和SOC推断部33。

OCV推断部31对各单元电池21的开放端电压OCV依次进行推断。SOC推断部33基于推断出的各单元电池21的开放端电压OCV，依次推断对应的单元电池21的充电率SOC。SOC推断部33使用例如规定了与各单元电池21的开放端电压OCV相关联的充电率SOC的映射，获取与对应的单元电池21的开放端电压OCV的值相应的充电率SOC的值。下面，对OCV推断部31的设计方式和电池ECU30进行的开放端电压OCV推断处理依次进行说明。

<1.OCV推断部31的设计方式>

图2中示出本实施方式所涉及的各单元电池21的等效电路模型。本实施方式中，等效电路模型由用于表示各单元电池21的开放端电压的电容器21a、直流电阻21b和多个(2个)RC并联电路(第一RC并联电路21c、第二RC并联电路21d)来表现。图2中，电容器21a的电容值用“Cocv”表示，直流电阻21b的电阻值用“R0”表示，第一RC并联电路21c的电阻器21c1的第一电阻值用“R1”表示，第一RC并联电路21c的电容器21c2的第一电容值用“C1”表示。第二RC并联电路21d的电阻器21d1的第二电阻值用“R2”表示，第二RC并联电路21d的电容器21d2的第二电容值用“C2”表示。本实施方式中，这些参数R1、R2、C1、C2相当于电路参数。

图2中，将电容值为Cocv的电容器21a的端子间电压记为各单元电池21的开放端电压OCV(t)，将各RC并联电路21c、21d的端子间电压记为V1(t)、V2(t)，将整个等效电路模型的端子间电压记为输出变量y(t)。还将等效电路模型中流过的电流记为u(t)。

从图2所示的等效电路模型，可以导出下式(eq1)所示的状态方程式和下式(eq2)所示的输出方程式。

数学式1

数学式2

这里，对状态变量xr、系统矩阵A、控制矩阵B、输出矩阵C和传递矩阵D按照下式(eq3)进行定义。

数学式3

根据上式(eq3)，上式(eq1)可如下式(eq4)来表示。另外，根据上式(eq3)，上式(eq2)可如下式(eq5)来表示。

数学式4

数学式5

y(t)＝Cx，(t)+Du(t)...(eq5)

上式(eq5)中，输出变量y(t)为单元电池21的端子间电压。使上式(eq4)、(eq5)分别反映出观测噪声v(t)和过程噪声w(t)的影响后，如下式(eq6)、(eq7)所示。

数学式6

数学式7

y(t)＝Cx_r(t)+Du(t)+Hw(t)+v(i)...(eq7)

上式(eq6)、(eq7)中，矩阵G、H是用于分别将过程噪声w(t)分为控制对象的输入中混入的噪声和控制对象的输出中混入的噪声时进行加权的加权矩阵。上式(eq6)、(eq7)中，观测噪声v(t)和过程噪声w(t)为白噪声。因此，观测噪声v(t)和过程噪声w(t)有下式(eq8)成立。

数学式8

E[v(t)]＝E[w(t)]＝0...(eq8)

另外，观测噪声v(t)和过程噪声w(t)还有下式(eq9)成立。

数学式9

E[v(t)v^T(t)]＝R_r，E[w(t)w^T(t)]＝Q_r，E[w(t)v^T(t)]＝N_r...(eq9)

上式(eq9)中，Rr、Qr表示各噪声v(t)、w(t)的协方差矩阵，N表示观测噪声v(t)和过程噪声w(t)的相关性的矩阵。上式(eq9)中，上标T表示转置矩阵。图3中示出基于上式(eq6)、(eq7)的控制对象50的状态变量图。图3中，输入变量u(t)为检测电流Is(t)，输出变量y(t)为检测电压CCV(t)。

对于上式(eq6)、(eq7)所表示的控制对象50，观测器方程式由下式(eq10)来表示。

数学式10

上式(eq10)中，xh(t)表示状态变量xr(t)的推断值，L表示观测器增益，也称为增益矩阵。本实施方式中，观测器增益L用下式(eq11)表示。

数学式11

上式(eq11)中，矩阵P表示代数黎卡提方程式的解，是正定对称矩阵。观测器增益L基于矩阵P、输出矩阵C、加权矩阵G、H、各噪声v(t)、w(t)的协方差矩阵Rr、Qr和各噪声v(t)、w(t)的相关性所涉及的矩阵Nr计算得到。

这里，构成系统矩阵A的电路参数R1、R2、C1、C2会根据对应的单元电池21的温度发生变化。因此，为了满足观测器所要求的鲁棒性，OCV推断部31所具备的观测器计算出相对于电路参数R1、R2、C1、C2的变动满足二次稳定性的观测器增益L。OCV推断部31所具备的观测器还计算出相对于各噪声v(t)、w(t)也满足二次稳定性的观测器增益L。

详细而言，首先，为了简化，忽视观测器的状态方程中观测噪声v(t)和过程噪声w(t)的影响。将构成系统矩阵A和控制矩阵B的电路参数R1、R2、C1、C2的变动用多面体的形式来表示。这里，将第一电阻值R1的上限值、下限值记为R1U、R1L，将第二电阻值R2的上限值、下限值记为R2U、R2L，将第一电容值C1的上限值、下限值记为C1U、C1L、第二电容值C2的上限值、下限值记为C2U、C2L。

电路参数R1、R2、C1、C2的组合为2的4次方(即16组)，因此参数框(parameter box)的顶点有16个。使用参数框的顶点即电路参数R1、R2、C1、C2各自的上下限值，上式(eq10)所示的各矩阵A、B、C、D以矩阵An、Bn、Cn、Dn(n＝1，2，……，16)来表示。这里，各矩阵An、Bn、Cn、Dn用下式(eq12)来表示。

数学式12

ただし、k_n≥0，

A₁＝A(R1L，R2L，C1L，C2L)，A₂＝A(R1U，R2L，C1L，C2L)，A₃＝A(R1L，R2U，C1L，C2L)

A₄＝A(R1U，R2U，C1L，C2L)，A₅＝A(R1L，R2L，C1U.C2L)，A₆＝A(R1U，R2L，C1U.C2L)

A₇＝A(R1L，R2U，C1U，C2L)，A₈＝A(R1U，R2U，C1U，C2L)，A₉＝A(R1L，R2U，C1L，C2U)

A₁₀＝A(R1U，R2L，C1L，C2U)，A₁₁＝A(R1L，R2U，C1L，C2U)，A₁₂＝A(R1U，R2U，C1L，C2U)

A₁₃＝A(R1L，R2L，C1U，C2U)，A₁₄＝A(R1U，R2L，C1U，C2U)，A₁₅＝A(R1L，R2U，C1U，C2U)

A₁₆＝A(R1U，R2U，C1U，C2U)

B₁＝B₂＝B₃＝B₄＝B(C1L，C2L)，B₅＝B₆＝B₇＝B₈＝B(C1U，C2L)

B₉＝B₁₀＝B₁₁＝B₁₂＝B(C1L，C2U)，B₁₃＝B₁₄＝B₁₅＝B₁₆＝B(C1U，C2U)

C₁＝...＝C₁₆＝C，D₁＝...＝D₁₆＝D

上式(eq6)中的状态变量xr(t)和上式(eq10)中的推断值xh(t)之间的推断误差e(t)用下式(eq13)表示。

数学式13

e(t)＝x_h(t)-x_r(t)...(eq13)

上式(eq4)、(eq10)用多面体(polytope)的形式来表现，并且基于上式(eq13)，可以导出下式(eq14)作为误差动态范围。

数学式14

为了使上式(eq14)所示的误差动态范围呈现出二次稳定性，使用下式(eq15)所示的李雅普诺夫函数。

数学式15

V(e)＝e^T(t)Pe(t)...(eq15)

为了呈现出二次稳定性，上式(eq15)的微分值为负定即可。对上式(eq15)进行微分，可导出下式(eq16)。

数学式16

上式(eq16)中，若“S＝P²”，则可导出下式(eq17)所表示的线性矩阵不等式(LMI)。

数学式17

这里，将推断误差e(t)的收敛率记为α。若考虑收敛率α，则可从上式(eq17)导出下式(eq18)。

数学式18

本实施方式中，收敛率α如下式(eq19)所示，定义为推断误差e(t)的振幅的衰减特性。

数学式19

||x_h(t)||＜ρ·exp(-α·t)||x_h(0)||...(eq19)

其中，ρ＞0，|| ||为欧几里得范数

通过在参数框的各顶点求解上式(eq18)所示的LMI，能够计算出矩阵P。通过将计算出的矩阵P输入上式(eq11)，可以计算出相对于电路参数R1、R2、C1、C2的变动及各噪声v(t)、w(t)满足二次稳定性的观测器增益L。

<2.OCV推断处理>

接下来，对电池ECU30进行的各单元电池21的开放端电压OCV的推断处理进行说明。图3中示出OCV推断部31所具备的观测器。

OCV推断部31所具备的观测器具有偏差计算部31a、输出乘法部31b、传递乘法部31c、增益处理部31d、加法部31e、控制乘法部31f和系统乘法部31g。

偏差计算部31a从输出变量y(t)减去将输出乘法部31b输出的矩阵Cxh(t)与传递乘法部31c输出的矩阵Du(t)相加后的矩阵。如上所述，输入变量u(t)为检测电流Is(t)，输出变量y(t)为检测电压CCV(t)。

增益处理部31d计算出观测器增益L，并将计算出的观测器增益L与偏差计算部31a输出的矩阵“y(t)-Cxh(t)-Du(t)”相乘。加法部31e将增益处理部31d输出的矩阵“L(y(t)-Cxh(t)-Du(t))”与控制乘法部31f输出的矩阵Bnu(t)、系统乘法部31g输出的矩阵Anxh(t)相加。

积分器31h对加法部31e输出的矩阵“Anxh(t)+Bnu(t)+L(y(t)-Cxh(t)-Du(t))”进行积分，从而计算出状态变量的推断值xh(t)。计算出的推断值xh(t)中的开放端电压OCV(t)被输入至SOC推断部33。

另外，系统乘法部31g的系统矩阵An和控制乘法部31f的控制矩阵Bn中包含的电路参数R1、R2、C1、C2例如基于检测电流Is(t)、检测电压CCV(t)和检测温度Ts(t)依次进行辨识。但电路参数的辨识并不是本实施方式的主要部分，因此省略辨识方法的详细说明。

增益处理部31d相当于基于上式(eq11)计算观测器增益L的增益计算部。详细而言，增益处理部31d首先求解上式(eq18)所表示的LMI，从而计算出矩阵P。这里，求解LMI时的输出矩阵C使用依次辨识得到的矩阵。增益处理部31d将计算出的矩阵P和依次辨识得到的输出矩阵C作为输入，基于上式(eq11)，计算观测器增益L。

这里，本实施方式中，增益处理部31d计算出的观测器增益L在单元电池21的整个使用温度范围内都满足观测器所要求的鲁棒性。这能够通过设定部32设定在计算矩阵P时应当考虑的电路参数的变动范围来实现。下面，对设定部32进行说明。

如图4所示，在温度T0～温度T7的对应的单元电池21的使用温度范围TB内，单元电池21的温度越低，电路参数R1、R2、C1、C2的值越大。设定部32从分割单元电池21的使用温度范围TB而设定为多个的各温度范围TA1～TA7中，选择包含检测温度Ts的温度范围。设定部32设定与所选择的温度范围的边界相应的电路参数R1、R2、C1、C2的上下限值R1L、R1U、R2L、R2U、C1L、C1U、C2L、C2U。图4中示出了检测温度Ts包含在温度范围TA4中的情况下的第一电阻值的上限值R1U设定为RU，第一电阻值的下限值R1L设定为RL的例子。

如图4所示，设定部32在分割使用温度范围TB后得到的各温度范围TA1～TA7中分别设定电路参数的上下限值，从而能够使求解LMI计算矩阵P时应当考虑的电路参数的变动范围变窄。尤其是本实施方式中，单元电池21的温度越低，单元电池21的每单位温度下降量对应的电路参数R1、R2、C1、C2的增加量越大，因此，检测温度Ts越低，各温度范围TA1～TA7分别设定得越窄。由此，能够使应当考虑的电路参数的变动范围进一步变窄。其结果是，能够计算出分别在分割后的各温度范围TA1～TA7中满足鲁棒性的观测器增益L，进而能够在整个使用温度范围TB内满足观测器的鲁棒性。

另外，本实施方式中，设定部32存储有分别对应于各温度范围TA1～TA7且预先设定的收敛率α。设定部32选择各温度范围TA1～TA7中包含检测温度Ts的温度范围所对应的收敛率α，并将其输出到增益处理部31d。从而，能够在各温度范围TA1～TA7中分别使用与单元电池21的温度相应的收敛率α，以缩短推断出的开放端电压OCV收敛至实际的开放端电压的时间。

另外，在各温度范围TA1～TA7中，收敛率α也可以使用相同的值，也可以使用不同的值。增益处理部31d计算出使得矩阵“An-LC”的固有值为负的观测器增益L。

由此，根据本实施方式，能够在单元电池21的整个使用温度范围TB内满足推断开放端电压OCV的观测器的鲁棒性。因此，在寒冷地区、温暖地区这样的各种车辆使用环境下，无需采用适应该使用环境的观测器，可以使用通用的观测器。

根据以上详细说明的本实施方式，能够得到以下效果。

电池ECU30在分割各单元电池21的使用温度范围TB而设定为多个的各温度范围TA1～TA7中，分别通过该温度范围所对应的电路参数R1、R2、C1、C2的上下限值来计算出满足鲁棒性的观测器增益L。

换言之，电池ECU30根据检测温度Ts来规划观测器增益L。因此，即使在电池组20的使用温度范围TB较大的情况下，也能够在各温度范围TA1～TA7中分别计算出满足鲁棒性的LMI的解P。从而，能够在各温度范围TA1～TA7中分别计算出满足鲁棒性的观测器增益L，能够提高各单元电池21的开放端电压OCV的推断精度。因而，能够提高从根本上取决于各单元电池21的开放端电压OCV的该单元电池21的充电率SOC的推断精度。

另外，电池ECU30在各温度范围TA1～TA7中分别单独地设定状态变量的推断值xh(t)的收敛率α。因此，在各温度范围TA1～TA7中能够分别使收敛率α最优化。从而，即使在由推断出的各单元电池21的开放端电压OCV计算得到的充电率SOC与实际的充电率SOC之间存在推断误差的情况下，也能够使该推断误差迅速收敛为0。

而且，电池ECU30将各温度范围TA1～TA7分别设定为对应的单元电池21的温度越低就越窄。因此，在对应的单元电池21的温度较低的温度范围内，能够抑制该温度范围的边界的电路参数的上下限值之差变大。由此，在各温度范围TA1～TA7中，能够分别计算出上式(eq18)所示的LMI的矩阵P，能够计算出满足鲁棒性的观测器增益L。

上式(eq18)所示的LMI构成为包含涉及噪声的矩阵Rb、Nb。从而，即使在存在观测噪声和过程噪声的情况下，也能够保证包含观测器的增益处理部31d在内的闭环的稳定性。因而，能够避免各单元电池21的开放端电压OCV的推断值离散等，能够进一步提高该单元电池21的开放端电压OCV的推断精度。

(实施方式2)

下面，参照附图，以与上述实施方式1的不同点为中心，对实施方式2进行说明。本实施方式中，将上述实施方式1所说明的充电率SOC推断处理记为第一充电率推断处理。本实施方式中，电池ECU30不仅进行第一充电率推断处理，还进行第二充电率推断处理。第二充电率推断处理如下式(eq20)所示，是基于各单元电池21的检测电流Is的累计值来推断该单元电池21的充电率SOC的处理。

数学式20

上式(eq20)中，S0表示充电率SOC的初始值，Ahf表示单元电池21的充满电容量。充电率的初始值S0例如按照如下方式计算即可。即，电池ECU30以电池组20停止充放电为条件，检测各单元电池21的检测电压CCV作为该单元电池21的k开放端电压OCV。然后，电池ECU30基于检测出的各单元电池21的开放端电压OCV来计算初始值S0。

图5中示出本实施方式所涉及的充电率推断处理的步骤。该处理由电池ECU30例如每隔规定周期反复执行。本实施方式在图5所示的处理中，初次的步骤S10或初次的步骤S10、S11所用的充电率SOC使用由第一、第二充电率推断处理中预先设定的一方推断得到的值。具体而言，例如使用由推断精度较高的第一充电率推断处理推断得到的充电率SOC。

这一系列的处理中，首先在步骤S10，电池ECU30判断第一、第二充电率推断处理中当前正在执行的推断处理所推断出的成为对象的单元电池21的充电率SOC是否超过了上限充电率Smax。上限充电率Smax设定为比能够维持对象单元电池21的可靠性的充电率上限值(以下称为“容许上限值SUlimit”)要小的值。

在步骤S10中判断为否的情况下，步骤S11中，电池ECU30判断第一、第二充电率推断处理中当前正在执行的推断处理所推断出的对象单元电池21的充电率SOC是否小于下限充电率Smin。下限充电率Smin设定为小于上限充电率Smax的值，且是比能够维持对象单元电池21的可靠性的充电率下限值(以下称为“容许下限值SLlimit”)要大的值。

在步骤S11中判断为否的情况下，步骤S12中，电池ECU30通过第二充电率推断处理来推断对象单元电池21的充电率SOC。另一方面，在步骤S10、S11中判断为是的情况下，步骤S13中，电池ECU30进行第一充电率推断处理。

也就是说，本实施方式中，下限充电率Smin～上限充电率Smax的充电率范围相当于第一充电率范围。下限充电率Smin～容许下限值Sllimit的充电率范围和上限充电率Smax～容许上限值Sulimit的充电率范围相当于第二充电率范围。

本实施方式中，根据推断出的充电率SOC在两种推断处理之间进行切换是基于以下说明的理由。

本实施方式中，第一充电率推断处理的充电率SOC推断精度高于第二充电率推断处理的充电率SOC的推断精度。第二充电率推断处理推断充电率SOC所需要的处理负荷小于第一充电率推断处理推断充电率SOC所需要的处理负荷。因此，在第二充电率推断处理推断出的充电率SOC超过上限充电率Smax或低于下限充电率Smin之前，通过第二充电率推断处理推断充电率SOC。从而，在第二充电率推断处理推断出的充电率SOC超过上限充电率Smax或低于下限充电率Smin之前，能够减轻电池ECU30的处理负荷。

另一方面，当第二充电率推断处理推断出的充电率SOC超过上限充电率Smax或低于下限充电率Smin时，从第二充电率推断处理切换到第一充电率推断处理。因此，在充电率SOC上升并接近容许上限值SUlimit、或者充电率SOC下降并接近容许下限值SLlimit的情况下，能够提高充电率SOC的推断精度。由此，能够避免各单元电池21过充电或过放电。

(其它实施方式)

上述各实施方式也可以按照如下的方式变更来实施。

电池ECU30也可以基于例如与各单元电池21的温度的变化成正比的变化的参数的值，使用公知的温度推断方法，而不是利用温度传感器42直接检测，从而推断出计算观测器增益L等所用的各单元电池21的温度。

上述实施方式1中，也可以设定各温度范围TA1～TA7各自的温度范围，以使各温度范围TA1～TA7中与温度范围的边界对应的电路参数的上下限值之差彼此相等。

上述实施方式2中，也可以仅在第二充电率推断处理推断出的充电率SOC超过上限充电率Smax时，切换到第一充电率推断处理。也可以仅在第二充电率推断处理推断出的充电率SOC小于下限充电率Smin时，切换到第一充电率推断处理。

上述实施方式2中，第二充电率推断处理不仅限于上式(eq20)所示的基于检测电流的累计值进行的处理。只要处理负荷低于第一充电率推断处理，也可以是与基于检测电流的累计值进行的处理不同的处理。

作为电路参数，不仅限于对应的单元电池21的温度越低值就越大的情况，也可以是例如对应的单元电池21的温度越低值就越小的情况。只要在使用温度范围TB内，对应的单元电池21的温度越低，每单位温度下降量所对应的斜率的符号相同即可。

单元电池21的等效电路模型不仅限于之前图2所示的情况。例如，等效电路模型也可以具备用于表示开放端电压的电容器、直流电阻和一个RC并联电路。这种情况下，RC并联电路的电路参数R1、C1的组合为2的2次方个(4个)，因此参数框的顶点有4个。

与各单元电池21的充电状态相关的充电参数不仅限于开放端电压OCV，也可以是对应的单元电池21的充电率SOC。

本申请以日本专利申请2015-157034为基础要求优先权，作为该优先权基础的日本专利申请所公开的内容以参考资料的形式包括在本申请内。

标号说明

21单元电池；30电池ECU；31OCV推断部；32设定部；33SOC推断部。

Claims

1.一种电池充电状态推断装置，其特征在于，包括：

电流获取部(30b)，该电流获取部(30b)获取电池(21)中流过的电流值；

温度获取部(30c)，该温度获取部(30c)获取所述电池的温度；

观测器(31)，该观测器(31)基于所述电流获取部所获取的电流值，对由所述电池的等效电路模型导出的状态方程式中的充电参数依次进行推断，其中，所述等效电路模型的输入变量包括所述电池中流过的电流值，所述等效电路模型的状态变量包括与所述电池的充电状态相关的所述充电参数；

设定部(32)，该设定部(32)将值会随着所述电池的温度而变化的所述等效电路模型的参数作为电路参数，从分割所述电池的使用温度范围而设定为多个的各温度范围中，选择包含了所述温度获取部所获取的温度的温度范围，并设定与所选择的温度范围的边界相应的所述电路参数的上下限值；以及

增益计算部(31d)，该增益计算部(31d)基于所述设定部所设定的所述电路参数的上下限值，计算出所述观测器所用的观测器增益。

2.如权利要求1所述的电池充电状态推断装置，其特征在于，

在分割所述使用温度范围而设定为多个的各温度范围中，分别单独地设定使所述观测器所推断的所述充电参数收敛至实际的所述充电参数的收敛率。

3.如权利要求1所述的电池充电状态推断装置，其特征在于，

所述电池的温度越低，所述电路参数的值越大。

4.如权利要求3所述的电池充电状态推断装置，其特征在于，

所述电池的温度越低，所述电池的每单位温度下降量所对应的所述电路参数的增加量越大，

所述电池的温度越低，分割所述使用温度范围而设定为多个的各温度范围分别设定得越窄。

5.如权利要求1至4的任一项所述的电池充电状态推断装置，其特征在于，

所述增益计算部计算出使所述观测器的闭环相对于分割所述使用温度范围而设定为多个的各温度范围中各自的所述电路参数的变动稳定的所述观测器增益。

6.如权利要求1至5的任一项所述的电池充电状态推断装置，其特征在于，

所述增益计算部计算出使所述观测器的闭环相对于成为控制对象的所述等效电路模型中混入到信号中的过程噪声和观测噪声稳定的所述观测器增益。

7.如权利要求1至6的任一项所述的电池充电状态推断装置，其特征在于，

所述充电参数是所述电池的开放端电压。

8.如权利要求7所述的电池充电状态推断装置，其特征在于，

还具备充电率推断部，该充电率推断部基于所述观测器推断出的所述开放端电压，对所述电池的充电率依次进行推断。

9.如权利要求8所述的电池充电状态推断装置，其特征在于，

将所述充电率推断部作为第一充电率推断部，

并且具备第二充电率推断部，该第二充电率推断部以小于所述第一充电率推断部推断充电率所需要的处理负荷，且采用不同于所述第一充电率推断部推断充电率的方法，来推断所述电池的充电率，

所述第一充电率推断部的充电率推断精度高于所述第二充电率推断部的充电率推断精度，

预先设定与所述电池的可靠性相关联的彼此邻接的第一充电率范围和第二充电率范围，第二充电率范围是所述电池的可靠性低于所述第一充电率范围的充电率范围，

所述电池充电状态推断装置还具备切换部，该切换部在包含了所述第二充电率推断部推断出的充电率的充电率范围为所述第一充电率范围的情况下，持续由所述第二充电率推断部推断充电率，在包含了所述第二充电率推断部推断出的充电率的充电率范围从所述第一充电率范围变为所述第二充电率范围的情况下，切换为由所述第一充电率推断部推断充电率。