DE112013005699T5

DE112013005699T5 - Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie

Info

Publication number: DE112013005699T5
Application number: DE112013005699.2T
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Wada; Keita Hatanaka; Hidetoshi Kitanaka; Yuruki Okada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: JP5936708B2; JPWO2014084117A1; DE112013005699B4; US10180461B2; WO2014084117A1; US20150285869A1

Abstract

Bereitgestellt wird eine Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie, Folgendes umfassend: eine Schätzeinheit (102) für einen internen Zustand, die mindestens einen von durch eine Batteriemesseinheit (105) in voreingestellten Abtastabständen erhaltenen Messwerten, die einen durch die Batterie (104) fließenden Strom, eine Zwischenanschlussspannung, eine Temperatur der Batterie und eine Umgebungslufttemperatur umfassen, eingibt, um auf Grundlage der Messwerte einen Ladezustand, eine Innentemperatur, eine Kapazität und/oder einen Innenwiderstand der Batterie (104) als einen internen Zustand der Batterie (104) zu schätzen; und eine Korrektureinheit (103) für einen internen Zustand, um durch die Schätzeinheit (102) für einen internen Zustand erhaltene Schätzwerte des internen Zustands so zu korrigieren, dass die Schätzwerte zumindest zu qualitativen Eigenschaften der Batterie (104) nicht im Widerspruch stehen, und um die korrigierten Werte an eine Ausgabeeinheit (106) auszugeben.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie und im Spezielleren auf eine Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie, um bei einer Sekundärbatterie einen internen Zustand einer Batterie wie etwa den Ladezustand zu schätzen.
Stand der Technik
Wenn eine Sekundärbatterie verwendet wird, ist es notwendig, einen internen Zustand der Batterie wie etwa den Ladezustand zu kennen. Der interne Zustand der Batterie kann jedoch nicht direkt gemessen werden, kann aber auf Grundlage einer Zwischenanschlussspannung, eines Stroms oder dergleichen der Batterie geschätzt werden. Im Falle des Ladezustands sind beispielsweise ein Stromintegrationsverfahren, bei dem der Ladezustand durch Integrieren des Stroms berechnet wird, und ein Leerlaufspannungsverfahren bekannt, bei dem der Ladezustand auf Grundlage der Zwischenanschlussspannung geschätzt wird, die in einem Zustand ermittelt wird, in dem kein Strom durch die Batterie fließt (siehe z. B. Patentschrift 1 und Patentschrift 2).
Jedoch benötigt das Stromintegrationsverfahren den Ladezustand in einer Anfangszeit, wohingegen das Leerlaufspannungsverfahren in einem Zustand nicht eingesetzt werden kann, in dem der Strom fließt. Dementsprechend ist ein Verfahren erforderlich, das diese Verfahren in Kombination einsetzt. In Patentschrift 2 ist beispielsweise ein Verfahren offenbart, in dem das Leerlaufspannungsverfahren in dem Zustand, in dem kein Strom fließt, verwendet wird, und das Stromintegrationsverfahren während der Strom fließt verwendet wird.
Sowohl beim Stromintegrationsverfahren als auch beim Leerlaufspannungsverfahren wird der Ladezustand auf Grundlage von batteriecharakteristischen Parametern berechnet, die Batterieeigenschaften darstellen, aber die batteriecharakteristischen Parameter können aufgrund von Temperatur, einem Herstellungsfehler, Verschlechterung der Batterie und dergleichen Fehler enthalten. Diese Fehler verursachen einen Fehler bei der Schätzung des Ladezustands. Wenn mehrere Verfahren in Kombination eingesetzt werden, besteht insofern ein Problem, als, weil die jeweiligen Verfahren ihre eigenen Fehler haben, der Schätzwert des internen Zustands sich sprunghaft ändern kann, wenn eines der mehreren Verfahren zu einem anderen wechselt.
Darüber hinaus ist in Patentschrift 1 ein Verfahren offenbart, bei dem ein adaptives Filter verwendet wird, wenn mehrere Verfahren in Kombination eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren werden beide der zwei Verfahren konstant eingesetzt, und die Ergebnisse der zwei Verfahren werden jeweils kontinuierlich korrigiert, um dadurch die zuvor erwähnte sprunghafte Veränderung zu verhindern. Allerdings verursacht dieses Verfahren im Gegenzug dazu, wenn die batteriecharakteristischen Parameter Fehler enthalten, eine zu qualitativen Eigenschaften der Batterie widersprüchliche Wirkung. Konkret wird beispielsweise der Ladezustand angezeigt, als würde der Ladezustand während des Ladens der Batterie abnehmen, oder der Ladezustand verändert sich sogar in dem Zustand, in dem kein Strom fließt. Eine solche Wirkung führt zu einem Problem, wenn ein die Batterie verwendendes übergeordnetes System auf der Grundvoraussetzung der qualitativen Eigenschaften der Batterie konzipiert ist.
Diese Probleme sind den Fehlern der batteriecharakteristischen Parameter zuzuschreiben. Somit ist beispielsweise in Patentschrift 3 ein Verfahren zum Schätzen der Fehler der batteriecharakteristischen Parameter offenbart. Bei diesem Verfahren umfasst jedoch das Verfahren zum Schätzen der Fehler der Parameter selbst Parameter, die Veränderungscharakteristika der batteriecharakteristischen Parameter darstellen, und von daher treten ähnliche Probleme auf, wenn die veränderungscharakteristischen Parameter der Batteriecharakteristika Fehler enthalten.
Anführungsliste
Patentliteratur

Patentschrift 1: JP 2006-105821 A
Patentschrift 2: JP 8-140270 A
Patentschrift 3: WO 2012/011472 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wie vorstehend beschrieben besteht bei den in den Patentschriften 1 bis 3 offenbarten Verfahren insofern ein Problem, als, weil diese Verfahren die zu den qualitativen Eigenschaften der Batterie widersprüchliche Wirkung verursachen, wenn die batteriecharakteristischen Parameter Fehler enthalten, eine solche Wirkung in dem Fall zu einem Problem führt, in dem das die Batterie verwendende übergeordnete System auf der Grundvoraussetzung der qualitativen Eigenschaften der Batterie konzipiert ist.
Zudem besteht bei dem in Patentschrift 2 offenbarten Verfahren insofern ein Problem, als, weil das Stromintegrationsverfahren und das Leerlaufspannungsverfahren in Kombination eingesetzt werden, und weil die jeweiligen Verfahren ihre eigenen Fehler enthalten, der Schätzwert des internen Zustands sich sprunghaft ändert, wenn eines der mehreren Verfahren zu einem anderen wechselt.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, und sie hat zum Ziel, eine Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie bereitzustellen, die in der Lage ist, einen internen Zustand einer Batterie so zu schätzen, dass der geschätzte interne Zustand nicht im Widerspruch zu qualitativen Eigenschaften der Batterie steht.
Lösung für das Problem
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie zum Schätzen eines internen Zustands einer Batterie bereitgestellt, Folgendes umfassend: eine Schätzeinheit für einen internen Zustand, um auf Grundlage eines Stromwerts I(t) von Strom, der zu einer Abtastzeit t durch die Batterie fließt, und einer Zwischenanschlussspannung V(t) der Batterie, die in voreingestellten Abtastabständen h gemessen werden, einen Ladezustand der Batterie oder zusätzlich zum Ladezustand eine Innentemperatur der Batterie und/oder einen Innenwiderstand der Batterie zu schätzen und als internen Zustandsvektor x(t) der Batterie den geschätzten Ladezustand der Batterie oder die geschätzte Innentemperatur der Batterie und/oder den Innenwiderstand der Batterie zusätzlich zum Ladezustand auszugeben; und eine Korrektureinheit für einen internen Zustand, um einen Wert von jedem von Elementen des internen Zustandsvektors x(t), der durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhalten wird, zu korrigieren und die korrigierten Werte als einen korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors auszugeben. Die Korrektureinheit für einen internen Zustand ist dazu konfiguriert: einen Differenzvektor Δx zu berechnen, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhaltenen internen Zustandsvektor x(t) und einem korrigierten Wert x'(t – h) des internen Zustandsvektors bei einer letzten Abtastung handelt; zu bestimmen, ob ein Absolutwert |ΔS| eines den Ladezustand darstellenden Elements ΔS von Elementen des Differenzvektors Δx gleich einem oder größer als ein Absolutwert |ΔS_I(t)| einer Veränderung ΔS_I(t) beim Ladezustand ist oder nicht, der auf Grundlage des Stromwerts I(t) erhalten wird; wenn der Absolutwert |ΔS| gleich dem oder größer als der Absolutwert |ΔS_I(t)| ist, einen Wert einzustellen, der erhalten wird, indem der korrigierte Wert x'(t – h) des internen Zustandsvektors bei der letzten Abtastung zu einem Wert, der erhalten wird, indem der Differenzvektor Δx so skaliert wird, dass das den Ladezustand darstellende Element ΔS gleich der Veränderung ΔS_I(t) beim Ladezustand wird, als der korrigierte Wert x'(t) des internen Zustandsvektors hinzuaddiert wird; und wenn der Absolutwert |ΔS| kleiner ist als der Absolutwert |ΔS_I(t)|: wenn der Stromwert I(t) und das den Ladezustand darstellende Element ΔS dasselbe Vorzeichen haben, den internen Zustandsvektor x(t), der durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhalten wird, als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors einzustellen; und, wenn der Stromwert I(t) und das den Ladezustand darstellende Element ΔS verschiedene Vorzeichen haben, den korrigierten Wert x'(t – h) bei der letzten Abtastung als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors unverändert einzustellen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Nach der einen Ausführungsform der Erfindung wird die Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie bereitgestellt, um den internen Zustand der Batterie zu schätzen, Folgendes umfassend: die Schätzeinheit für einen internen Zustand, um auf Grundlage des Stromwerts I(t) des Stroms, der zur Abtastzeit t durch die Batterie fließt, und der Zwischenanschlussspannung V(t) der Batterie, die in den voreingestellten Abtastabständen h gemessen werden, den Ladezustand der Batterie oder zusätzlich zum Ladezustand die Innentemperatur der Batterie und/oder den Innenwiderstand der Batterie zu schätzen und als den internen Zustandsvektor x(t) der Batterie den geschätzten Ladezustand der Batterie oder die geschätzte Innentemperatur der Batterie und/oder den Innenwiderstand der Batterie zusätzlich zum Ladezustand auszugeben; und die Korrektureinheit für einen internen Zustand, um den Wert jedes der Elemente des internen Zustandsvektors x(t), der durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhalten wird, zu korrigieren und die korrigierten Werte als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors auszugeben. Die Korrektureinheit für einen internen Zustand ist dazu konfiguriert: den Differenzvektor Δx zu berechnen, bei dem es sich um die Differenz zwischen dem durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhaltenen internen Zustandsvektor x(t) und dem korrigierten Wert x'(t – h) des internen Zustandsvektors bei der letzten Abtastung handelt; zu bestimmen, ob der Absolutwert |ΔS| des den Ladezustand darstellenden Elements ΔS von den Elementen des Differenzvektors Δx gleich dem oder größer als der Absolutwert |ΔS_I(t)| der Veränderung ΔS_I(t) beim Ladezustand ist oder nicht, der auf Grundlage des Stromwerts I(t) erhalten wird; wenn der Absolutwert |ΔS| gleich dem oder größer als der Absolutwert |ΔS_I(t)| ist, den Wert einzustellen, der erhalten wird, indem der korrigierte Wert x'(t – h) des internen Zustandsvektors bei der letzten Abtastung zu dem Wert, der erhalten wird, indem der Differenzvektor Δx so skaliert wird, dass das den Ladezustand darstellende Element ΔS gleich der Veränderung ΔS_I(t) beim Ladezustand wird, als der korrigierte Wert x'(t) des internen Zustandsvektors hinzuaddiert wird; und wenn der Absolutwert |ΔS| kleiner ist als der Absolutwert |ΔS_I(t)|: wenn der Stromwert I(t) und das den Ladezustand darstellende Element ΔS dasselbe Vorzeichen haben, den internen Zustandsvektor x(t), der durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhalten wird, als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors einzustellen; und, wenn der Stromwert I(t) und das den Ladezustand darstellende Element ΔS verschiedene Vorzeichen haben, den korrigierten Wert x'(t – h) bei der letzten Abtastung als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors unverändert einzustellen. Somit kann die Schätzeinheit für einen internen Zustand einer Batterie den internen Zustand der Batterie so schätzen, dass der geschätzte interne Zustand nicht im Widerspruch zu den qualitativen Eigenschaften der Batterie steht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Aufbauschema, das einen Aufbau einer Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Schema, das ein Wassertankmodell darstellt, das erhalten wird, indem eine Batterie als Schätzziel der Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung modellhaft nachgebildet wird.
3 ist ein Ablaufschema, das einen Verarbeitungsablauf darstellt, der durch die Korrektureinheit für einen internen Zustand der Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
4 ist ein Ablaufschema, das einen Verarbeitungsablauf darstellt, der durch eine Korrektureinheit für einen internen Zustand einer Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
5 ist ein Ablaufschema, das einen Verarbeitungsablauf eines Vergleichsbeispiels darstellt, um eine Korrektureinheit für einen internen Zustand einer Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darzustellen.
6 ist ein Ablaufschema, das einen Verarbeitungsablauf eines anderen Vergleichsbeispiels darstellt, um die Korrektureinheit für einen internen Zustand der Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darzustellen.
7 ist ein Ablaufschema, das einen Verarbeitungsablauf darstellt, der durch die Korrektureinheit für einen internen Zustand der Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
8 ist ein Aufbauschema, das einen Aufbau einer Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
9 ist ein Aufbauschema, das einen anderen Aufbau der Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
10 ist ein Schema, das eine Ersatzschaltung zeigt, die erhalten wird, indem eine Batterie als ein Schätzziel der Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung modellhaft nachgebildet wird.
11 ist ein Ablaufschema, das einen Verarbeitungsablauf darstellt, der durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand der Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
12 ist ein Ablaufschema, das einen Verarbeitungsablauf darstellt, der durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand und die Korrektureinheit für einen internen Zustand der Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
Beschreibung der Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Mit Bezug auf 1 erfolgt eine Beschreibung der Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie umfasst nach der ersten Ausführungsform eine Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand und eine Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand. In der Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie schätzt die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand zuerst einen internen Zustand einer Batterie und gibt einen Schätzwert des internen Zustands aus. Als Nächstes korrigiert die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Schätzwert, und der korrigierte Wert wird als ein Wert des internen Zustands der Batterie ausgegeben. Die Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie gibt Messwerte ein, die durch eine Batteriemesseinheit 105 zum Messen einer Batterie 104 erhalten werden, und gibt an eine Ausgabeeinheit 106 den Wert des internen Zustands der Batterie 104 aus, der durch die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand erhalten wurde. Die Ausgabeeinheit 106 besteht aus einer Anzeigevorrichtung wie etwa einer Flüssigkristallanzeige, und die Ausgabeeinheit 106 zeigt den Wert des internen Zustands an.
Die Batteriemesseinheit 105 führt eine Messung an der Batterie 104 in voreingestellten Abtastabständen h durch. Bei den durch die Batteriemesseinheit 105 erhaltenen Messwerten der Batterie 104 handelt es sich um eine Zwischenanschlussspannung der Batterie 104 und einen Stromwert eines durch die Batterie 104 fließenden Stroms. Die durch die Batteriemesseinheit 105 erhaltenen Messwerte können darüber hinaus eine Oberflächentemperatur der Batterie 104, eine Klemmentemperatur (Elektrodentemperatur) der Batterie 104 und eine Umgebungslufttemperatur (Umfeldtemperatur) der Batterie 104 enthalten. Die Batteriemesseinheit 105 misst somit als die Messwerte der Batterie 104 die Zwischenanschlussspannung der Batterie 104, den durch die Batterie 104 fließenden Strom, die Oberflächentemperatur der Batterie 104, die Klemmentemperatur der Batterie 104 und/oder die Umgebungslufttemperatur der Batterie 104 und gibt die erhaltenen Messwerte in die Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie ein. Die Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie schätzt den internen Zustand der Batterie 104 auf Grundlage der eingegebenen Messwerte. Beispiel des durch die Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie zu schätzenden internen Zustands umfassen einen Ladezustand (SOC) der Batterie 104, eine Innentemperatur der Batterie 104, eine Kapazität der Batterie 104, einen Innenwiderstand der Batterie 104 und eine Quantität, die einen temporären Zustand eines Erholungsprozesses anzeigt, bei dem die Batterie 104 durch einen Potentialgradienten, einen Stoffkonzentrationsgradienten, Temperaturgradienten oder dergleichen im Inneren der Batterie 104 betrieben wird.
Die Batterie 104 ist beispielsweise durch einen Lithiumakku oder einen Lithiumionenakku gebildet. Die Batterie 104 wird elektrisch an eine Ladevorrichtung oder eine Last angeschlossen und als Teil eines übergeordneten Systems verwendet, das die Batterie 104, die Ladevorrichtung und/oder die Last umfasst. Die Batterie 104 nutzt als ihr Betriebsprinzip physikalische Phänomene wie etwa eine chemische Reaktion und Stoffdiffusion. Bei der Steuerung und Konzeption des Systems werden in normalen Fällen jedoch Details dieser physikalischen Phänomene nicht berücksichtigt, und es erfolgt eine relativ vereinfachte Annahme, dass die Batterie 104 zum Speichern von Elektrizität da ist.
Das einfachste Modell (Ersatzschaltungsmodell) der Batterie 104 ist solch ein wie in 2 dargestelltes Wassertankmodell. In der Batterie 104 gespeicherte Elektrizität entspricht Wasser 202, das in einem Wassertank 201 gespeichert ist, und ein Strom I(t) [A], der in einer Zeit t durch die Batterie 104 fließt, entspricht einem Durchsatz des Wassers, das in der Zeit t durch ein an den Wassertank 201 angeschlossenes Rohr 203 fließt. Ein Verhältnis einer Menge des im Wassertank 201 gespeicherten Wassers 202 zu einem Fassungsvermögen/einer Kapazität des Wassertanks 201 entspricht somit einem Ladezustand S(t), und dieses Verhältnis wird in Prozenten ausgedrückt, wobei 100 die Kapazität des Wassertanks 201 darstellt. In diesem Modell gilt, wenn die Kapazität der Batterie durch Qmax [Ah] dargestellt wird, der Vergleichsausdruck (1).
Der Ladezustand S(t) kann nicht direkt gemessen werden, und von daher wird der Ladezustand S(t) auf Grundlage des Vergleichsausdrucks (1) berechnet. Dieses Verfahren wird „Stromintegrationsverfahren” genannt.
Jedoch drückt der Vergleichsausdruck (1) lediglich ein Verhältnis zwischen einer Zu- oder Abnahme des Ladezustands zwischen zwei verschiedenen Zeiten und dem Strom aus, und von daher ist es notwendig, um einen absoluten Ladezustand zu berechnen, einen Ladezustand S(t₀) zu einer bestimmten Referenzzeit t₀ zu berechnen. Als Verfahren für diese Bestimmung wurde ein Leerlaufspannungsverfahren bekannt, das sich eines Verhältnisses zwischen einer Zwischenanschlussspannung der Batterie 104 in der Zeit, in der kein Strom durch die Batterie 104 fließt, und dem Ladezustand bedient. Und zwar wird unter der Annahme, dass kein Strom zur Referenzzeit t₀ durch die Batterie 104 fließt, ein Verhältnis zwischen einer Spannung V(t₀) und dem Ladezustand S(t₀) verwendet, um den Ladezustand S(t₀) zu bestimmen.
Hier wird davon ausgegangen, dass der durch die Batteriemesseinheit 105 erhaltene Messwert des Stroms einen Fehler enthält und der Strom messtechnisch als etwas höher als ein wirklicher Stromwert erfasst wird. Wenn eine Größenordnung dieses Fehlers durch E [A] dargestellt wird, wird der Ladezustand S(t₀) zu einer Zeit t₁ durch Ausdruck (2) berechnet.
Dies bedeutet, dass selbst wenn E ein extrem kleiner Fehler des Strom ist, dieser Fehler E zu einem erheblichen Fehlermaß des Ladezustands S führt, wenn die Batterie 104 über einen langen Zeitraum in Einsatz ist. Obwohl das Leerlaufspannungsverfahren als ein Verfahren zum Korrigieren dieses Fehlers verwendet wird, kann das Leerlaufspannungsverfahren nicht eingesetzt werden, während der Strom durch die Batterie 104 fließt. Deshalb wird in einem Fall, in dem die Batterie 104 über einen langen Zeitraum in Einsatz ist, der Ladezustand S nach dem Einsatz in einem erheblichen Maß korrigiert. Andererseits wird, auch wenn der durch die Batteriemesseinheit (wie etwa ein Amperemeter) 105 erhaltene Messwert korrekt ist, falls Fehler in der Batteriekapazität Qmax und dem Verhältnis zwischen dem Ladezustand und der Zwischenanschlussspannung der Batterie bestehen, eine ähnliche Korrektur ausgeführt.
Im Übrigen sprechen in dem vereinfachten Modell des Wassertanks die folgenden „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” für sich selbst, zum Beispiel: (a) verändert sich der Ladezustand S nicht, wenn der Strom I 0 beträgt; (b) nimmt der Ladezustand S zu, wenn Batterie 104 geladen wird; und (c) nimmt der Ladezustand S ab, wenn die Batterie 104 entladen wird.
Deshalb liegt, wenn der Ladezustand S als sich signifikant verändernd (zunehmend oder abnehmend) ungeachtet der Tatsache, dass kein Strom fließt, geschätzt wird, eine solche Schätzung außerhalb der Voraussetzung des übergeordneten Systems.
Die Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie nach der ersten Ausführungsform wurde angesichts des vorstehend erwähnten Problems entwickelt, und sie hat ein Merkmal, dass sie den internen Zustand der Batterie 104 so schätzt, dass der Schätzwert nicht im Widerspruch zu den „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” nach (a) bis (c) steht, die vom übergeordneten System vorausgesetzt werden.
In der ersten Ausführungsform schätzt die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand den Ladezustand, indem sie sich des durch die Batterie 104 fließenden Stroms oder einer Leerlaufspannung von dieser bedient, und gibt den Schätzwert als den Ladezustand S(t) aus. In dieser Ausführungsform ist das Schätzverfahren nicht besonders auf ein spezifisches Verfahren beschränkt und beispielsweise kann auch das in Patentschrift 1 offenbarte Verfahren verwendet werden.
Die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand gibt den durch die Batteriemesseinheit 105 erhaltenen Messwert wie etwa den durch die Batterie 104 fließenden Strom I(t) und dem durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand geschätzten Ladezustand S(t) ein und einen Ladezustand S'(t) aus, der durch die Korrektur des Ladezustands S(t) erhalten wurde. 3 stellt ein Ablaufschema der Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand nach der ersten Ausführungsform dar.
Wie in 3 dargestellt ist, verwendet im Schritt S1 die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand zuerst einen Ausdruck (3), um eine Differenz ΔS zwischen einem korrigierten Wert S'(t – h) des Ladezustands zu einer letzten Abtastzeit (t – h) und dem durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand zu einer aktuellen Abtastzeit t geschätzten Ladezustand S(t) zu berechnen. In diesem Ausdruck stellt h den Abtastabstand dar. ΔS = S(t) – S'(t – h) (3)
Als Nächstes bestimmt im Schritt S2 die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, ob Ausdruck (4) in Bezug auf eine voreingestellte Konstante κ gilt oder nicht. Und zwar berechnet die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand eine Wert, der erhalten wird, indem ein Absolutwert |I(t)| des durch die Batterie 104 fließenden Stroms mit einem voreingestellten Koeffizienten (100 × κ/Qmax) als Absolutwert |Δ_I(t)| (= |I(t)| × 100 × κ/Qmax) einer Veränderung ΔS_I(t) im Ladezustand, die auf Grundlage des Stromwerts I(t) erhalten wird, multipliziert wird, und vergleicht einen im Schritt S1 berechneten Absolutwert |ΔS| von ΔS mit dem Absolutwert |ΔS_I(t)| In diesem Ausdruck stellt die Konstante κ einen Wert dar, der größer eingestellt ist als der Abtastabstand h.
Wenn Ausdruck (4) gilt, geht der Ablauf zum Schritt S3 über. Gilt Ausdruck (4) nicht, geht der Ablauf zum Schritt S8 über. Im Schritt S3 bestimmt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, ob der Strom I(t) negativ ist oder nicht. Wenn der Strom I(t) negativ ist, geht der Ablauf zum Schritt S4 über, und im Schritt S4 bestimmt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, ob ΔS negativ ist oder nicht. Ist hingegen im Schritt S3 der Strom I(t) nicht negativ, geht der Ablauf zum Schritt S5 über und die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand bestimmt, ob ΔS positiv ist oder nicht.
Wenn in der Bestimmung der Schritte S3 bis S5 der Strom I(t) negativ ist und auch ΔS negativ ist, oder wenn der Strom I(t) positiv ist und auch ΔS positiv ist, d. h. der Strom I(t) und ΔS dasselbe Vorzeichen haben, geht der Ablauf zum Schritt S6 über. Im Schritt S6 verwendet die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand einen Ausdruck (5), um den korrigierten Wert S'(t) des Ladezustands zu bestimmen. Und zwar bestimmt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Schätzwert S(t) des Ladezustands als den korrigierten Wert S'(t) des Ladezustands unverändert. Anzumerken ist, dass, um eine zusätzliche Beschreibung zu geben, wenn der Strom I(t) 0 beträgt, der Ausdruck (4) in der Bestimmung des Schritts S2 nicht gilt und der Ablauf somit zum Schritt S8 übergeht, und von daher im Schritt S3 nur die Bestimmung erfolgt, ob der Strom I(t) positiv oder negativ ist. Nach dem Ende der Verarbeitung des Schritts S6 geht der Ablauf zum Schritt S9 über. S'(t) = S(t) (5)
Wenn hingegen in der Bestimmung der Schritte S3 bis S5 der Strom I(t) und ΔS keine der Bedingungen erfüllen, dass „der Strom I(t) negativ ist und auch ΔS negativ ist” und „der Strom I(t) positiv ist und auch ΔS positiv ist”, d. h. der Strom I(t) und ΔS verschiedene Vorzeichen haben, verwendet im Schritt S7 die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand einen Ausdruck (6), um den korrigierten Wert S'(t) des Ladezustands zu bestimmen. Und zwar behält die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, ohne den korrigierten Wert S' des Ladezustands im praktischen Sinne zu aktualisieren, den korrigierten Wert S'(t – h) des Ladezustands zur letzten Abtastzeit (t – h) unverändert bei. Nach dem Ende der Verarbeitung des Schritts S7 geht der Ablauf zum Schritt S9 über. S'(t) = S'(t – h) (6)
Dabei verwendet im Schritt S8 die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand als den korrigierten Wert S'(t) des Ladezustands zur Abtastzeit t einen Ausdruck (7), um den korrigierten Wert S'(t) des Ladezustands zu berechnen, und der Ablauf geht zum Schritt S9 über. Und zwar multipliziert im Schritt S8 die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand zunächst den Strom I(t) mit dem voreingestellten Koeffizienten (100 × κ/Qmax), um die Veränderung ΔS_I(t) im Ladezustand auf Grundlage des Stroms I(t) zu berechnen. Die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand addiert als Nächstes die Veränderung ΔS_I(t) im Ladezustand zum korrigierten Wert S'(t – h) des Ladezustands bei der letzten Abtastung hinzu, um dadurch den korrigierten Wert S'(t) des Ladezustands zur Abtastzeit t zu berechnen.
Im Schritt S9 inkrementiert die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand die Abtastzeit t um den auf h eingestellten Abtastabstand (t = t + h) und der Ablauf kehrt zu Schritt S1 zurück. Die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand wiederholt dann die Verarbeitung der Schritte S1 bis S9 für jeden Abtastzeitraum. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Stromwert positiv ist, während die Batterie geladen wird, und negativ, während die Batterie entladen wird, und beispielsweise |ΔS| und |I(t)| die Absolutwerte von ΔS bzw. I(t) darstellen.
Damit gilt beispielsweise in dem Fall, in dem kein Strom durch die Batterie 104 fließt, auch wenn sich der durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand geschätzte Ladezustand S(t) kontinuierlich verändert (zunimmt oder abnimmt), der Ausdruck (4) nicht, weil der Strom I(t) 0 beträgt. Dementsprechend wird S'(t) im Schritt S8 durch den Ausdruck (7) berechnet, und der Ladezustand S'(t) verändert sich nicht, weil I(t) 0 beträgt.
Darüber hinaus ist der Strom I(t) positiv, wenn die Batterie 104 geladen wird, und selbst wenn der Ladezustand S(t) während des Ladens abnimmt, wird S'(t) durch den Ausdruck (6) im Schritt S7 berechnet. Deshalb nimmt zumindest S'(t) nicht ab.
Darüber hinaus ist der Strom I(t) negativ, wenn die Batterie 104 entladen wird, und selbst wenn S(t) während des Ladens zunimmt, wird S'(t) durch den Ausdruck (6) im Schritt S7 berechnet. Deshalb nimmt zumindest S'(t) nicht zu.
Wenn keiner der vorstehend erwähnten Fälle zutrifft, wird der korrigierte Ladezustand S'(t) durch den Ausdruck (5) im Schritt S6 berechnet, und der durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand geschätzte Ladezustand wird unverändert verwendet.
Damit gibt, wenn der durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltene Schätzwert des Ladezustands der Batterie 104 nicht im Widerspruch zu den durch (a) bis (c) dargestellten Bedingungen der „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” steht, die Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie den durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltenen Schätzwert des Ladezustands der Batterie 104 unverändert an die Ausgabeeinheit 106 aus. Wenn hingegen der durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltene Schätzwert des Ladezustands der Batterie 104 im Widerspruch zu den Bedingungen der „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” steht, steuert die Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand an, den Schätzwert so zu korrigieren, dass der Schätzwert zu den „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” nicht im Widerspruch steht, und gibt den korrigierten Schätzwert an die Ausgabeeinheit 106 aus.
Wie vorstehend beschrieben, wird die folgende Wirkung in der ersten Ausführungsform erzielt. Und zwar ist es, selbst wenn das die Batteriemesseinheit 105 bildende Amperemeter, die Batteriekapazität, der Vergleichsausdruck zwischen dem Ladezustand und der Zwischenanschlussspannung oder dergleichen einen Fehler enthält, dank der Funktion der Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand möglich, den Ladezustand zu schätzen, der nicht im Widerspruch zu den durch (a) bis (c) dargestellten „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” steht.
Anzumerken ist, dass in der vorstehenden Beschreibung der ersten Ausführungsform die Verhältnisse zwischen dem durch die Batterie 104 fließenden Strom und dem Ladezustand als ein Beispiel für die qualitativen Eigenschaften der Batterie 104 herangezogen wurden, aber in der ersten Ausführungsform die qualitativen Eigenschaften der Batterie 104 nicht darauf beschränkt sind. Eine ähnliche Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand kann auch im Hinblick auf ein Verhältnis zwischen einem beliebigen internen Zustand der Batterie 104 und einem beliebigen Messwert der Batterie 104 oder ein Verhältnis zwischen zwei beliebigen internen Zuständen der Batterie 104 aufgebaut sein.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst nach der ersten Ausführungsform die Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie: die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand, die den durch die Batteriemesseinheit 105 in den voreingestellten Abtastabständen erhaltenen Messwert, d. h. den durch die Batterie 104 fließenden Strom, die Zwischenanschlussspannung, die Batterietemperatur und/oder die Umgebungslufttemperatur eingibt, um auf Grundlage des eingegebenen Messwerts den Ladezustand der Batterie 104, die Innentemperatur der Batterie 104, die Kapazität der Batterie 104 und/oder den Innenwiderstand der Batterie 104 als den internen Zustand der Batterie 104 zu schätzen; und die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, um den durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltenen Schätzwert des internen Zustands so zu korrigieren, dass der Schätzwert zumindest zu den durch (a) bis (c) dargestellten Bedingungen der „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” nicht im Widerspruch steht. Dementsprechend korrigiert, selbst wenn der durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltene Schätzwert des internen Zustands der Batterie 104 die durch (a) bis (c) dargestellten Bedingungen der „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” nicht erfüllt, die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Schätzwert so, dass der Schätzwert zumindest zu diesen Bedingungen nicht im Widerspruch steht, und von daher ist es möglich, den internen Zustand der Batterie 104 so zu schätzen, dass der geschätzte interne Zustand nicht im Widerspruch zu den qualitativen Eigenschaften der Batterie 104 steht, die vom übergeordneten System vorausgesetzt werden.
Darüber hinaus bestimmt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, ob der durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltene Schätzwert des internen Zustands der Batterie 104 die Bedingungen der „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” erfüllt. Wenn der Schätzwert die Bedingungen erfüllt, gibt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Schätzwert unverändert aus. Wenn der Schätzwert die Bedingungen nicht erfüllt, gibt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Schätzwert bei der letzten Abtastung aus. Es ist somit möglich, den Schätzwert des internen Zustands auszugeben, der zumindest zu den Bedingungen nicht im Widerspruch steht.
Darüber hinaus ist die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand dazu ausgelegt, den Ladezustand der Batterie 104 als deren internen Zustand zu schätzen, und bei den durch die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand zu verwendenden Bedingungen handelt es sich um die folgenden Bedingungen, die eine solche Veränderung des Ladezustands auf Grundlage des durch die Batterie 104 fließenden Stroms darstellen: der Ladezustand verändert sich nicht, wenn kein Strom durch die Batterie 104 fließt; der Ladezustand nimmt zu, während die Batterie 104 geladen wird; und der Ladezustand nimmt ab, während die Batterie 104 entladen wird. Damit ist es möglich, den aus dem durch die Batterie 104 fließenden Strom angenommenen Schätzwert des Ladezustands zu erhalten, der nicht im Widerspruch zu den „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” steht.
Darüber hinaus vergleicht die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Absolutwert der Differenz (ΔS) zwischen dem aus der Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand ausgegebenen Schätzwert des Ladezustands der Stromabtastung und dem aus der Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand ausgegebenen korrigierten Schätzwert des Ladezustands der letzten Stromabtastung mit dem Wert, der erhalten wird, indem der Messwert des Stroms der aktuellen Abtastung mit dem voreingestellten Koeffizienten (κ × (100/Qmax) × |I(t)|) multipliziert wird, und korrigiert auf Grundlage des Vergleichsergebnisses und des Vorzeichens des Stroms den Schätzwert des Ladezustands der aktuellen Abtastung. Damit ist es möglich, den Schätzwert des Ladezustands zu erhalten, der zu den „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” nicht im Widerspruch steht.
Darüber hinaus liegt ein weiteres Merkmal der ersten Ausführungsform darin, dass die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand ein Ersatzschaltungsmodell der Batterie 104 hat, das durch das in 2 dargestellte Wassertankmodell dargestellt ist, und auf Grundlage des Ersatzschaltungsmodells den Ladezustand entsprechend dem Wert des durch die Batterie 104 fließenden Stroms und der Zwischenanschlussspannung der Batterie 104 schätzt, und dass die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand geschätzten Ladezustand als einen internen Zustandsvektor ansetzt, um den korrigierten Wert des internen Zustandsvektors zu berechnen.
Zweite Ausführungsform
Es erfolgt eine Beschreibung einer Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der vorstehenden Beschreibung der ersten Ausführungsform korrigiert die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand nur den durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand geschätzten Ladezustand der Batterie 104. In der Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung korrigiert die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand auch andere durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand geschätzte interne Batteriezustände, d. h. den Ladezustand der Batterie 104, die Innentemperatur der Batterie 104, die Kapazität der Batterie 104, den Innenwiderstand der Batterie 104 und dergleichen.
4 ist ein Ablaufschema, das einen Verarbeitungsablauf darstellt, der durch die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand nach dieser Ausführungsform ausgeführt wird. Anzumerken ist, dass ein Aufbau der Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie nach dieser Ausführungsform derselbe wie der in 1 dargestellte ist und von daher eine Beschreibung von diesem hier unterbleibt.
In 4 wird davon ausgegangen, dass ein Vektor x den durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltenen Schätzwert des internen Batteriezustands darstellt. Bei dem Vektor x handelt es sich um einen Vektor mit n Elementen (n ≥ 1). Und zwar umfasst der Vektor x als seine n Elemente den Schätzwert des Ladezustands der Batterie 104, den Schätzwert der Innentemperatur der Batterie 104, den Schätzwert der Kapazität der Batterie 104 und/oder den Schätzwert des Innenwiderstands der Batterie 104 und dergleichen, die durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhalten werden. Deshalb kann die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform in dieser Ausführungsform als eine Ausführungsform im Falle von n = 1 erachtet werden. In 4 wird ferner davon ausgegangen, dass ein Vektor x' einen korrigierten Wert des durch die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand erhaltenen Vektors x darstellt.
In diesem Fall berechnet, wie in 4 dargestellt, im Schritt S11 die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand zuerst eine Differenz zwischen einem Schätzwert x(t) des internen Batteriezustands der aktuellen Abtastung zur Zeit t und einen korrigierten Wert x'(t – h) des internen Batteriezustands bei der letzten Abtastung und setzt die Differenz als einen Differenzvektor Δx an. Mit anderen Worten berechnet die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand eine Differenz zwischen jedem Element des internen Zustandsvektors x(t) der aktuellen Abtastung und jedem entsprechenden Element des korrigierten Werts x'(t – h) des internen Zustandsvektors bei der letzten Abtastung.
Im Schritt S12 stellt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand als Nächstes von den Elementen des im Schritt S11 berechneten Differenzvektors Δx ein Element, das den Ladezustand darstellt, als ΔS ein. Wenn der interne Zustandsvektor x(t) die n Elemente umfasst und ein erstes Element von diesen den Ladezustand darstellt, ist ΔS das erste Element des Differenzvektors Δx. Dabei berechnet die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Wert, der erhalten wird, indem der Absolutwert |I(t)| des durch die Batterie 104 fließenden Stroms mit dem voreingestellten Koeffizienten (100 × κ/Qmax) als dem Absolutwert |ΔS_I(t)| (= |I(t)| × 100 × κ/Qmax) der Veränderung ΔS_I(t) im Ladezustand multipliziert wird, die auf Grundlage des Stromwerts I(t) erhalten wird. Die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand vergleicht als Nächstes den Absolutwert |ΔS| von ΔS mit dem Absolutwert |ΔS_I(t)|, und wenn |ΔS| gleich oder größer als |ΔS_I(t)| ist, geht der Ablauf zum Schritt S13 über. Im Schritt S13 verwendet die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand einen Ausdruck (8), um einen korrigierten Wert x'(t) des Ladezustands zu berechnen. Und zwar multipliziert die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand zuerst den Strom I(t) mit dem voreingestellten Koeffizienten (100 × κ/Qmax), um die Veränderung ΔS_I(t) (= I(t) × 100 × κ/Qmax) im Ladezustand auf Grundlage des Stroms I(t) zu berechnen. Die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand multipliziert als Nächstes Δx mit (ΔS_I(t)/|ΔS|), um dadurch einen Wert zu berechnen, der erhalten wird, indem Δx so skaliert wird, dass ΔS gleich ΔS_I(t) wird. Die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand addiert als Nächstes den durch Skalieren von Δx erhaltenen Wert zum korrigierten Wert x'(t – h) des internen Zustands bei der letzten Abtastung hinzu, um dadurch den korrigierten Wert x'(t) des Ladezustands zu berechnen.
Wird hingegen im Schritt S12 bestimmt, dass |ΔS| kleiner als der Absolutwert |ΔS_I(t)| (= |I(t)| × 100 × κ/Qmax) der Veränderung ΔS_I(t) im Ladezustand ist, der auf Grundlage des Stromwerts I(t) erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt S14 über. Im Schritt S14 bestimmt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, ob der Strom I(t) negativ ist oder nicht. Wenn der Strom I(t) negativ ist, geht der Ablauf zum Schritt S17 über, und im Schritt S17 bestimmt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, ob ΔS negativ ist oder nicht. Ist hingegen im Schritt S14 der Strom I(t) nicht negativ, schreitet der Ablauf zum Schritt S15 fort und die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand bestimmt, ob ΔS positiv ist oder nicht.
Wenn in den Schritten S14, S15 und S17 bestimmt wird, dass der Strom I(t) negativ und auch ΔS negativ ist, oder der Strom I(t) positiv und auch ΔS positiv ist, d. h. ΔS und der Strom I(t) dasselbe Vorzeichen haben, geht der Ablauf zum Schritt S16 über. Im Schritt S16 bestimmt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Schätzwert x(t) des internen Batteriezustands als den korrigierten Wert x'(t) des internen Batteriezustands ohne Änderung (x'(t) = x(t)). Anzumerken ist, dass, um eine zusätzliche Beschreibung zu geben, wenn der Strom I(t) 0 beträgt, der Ablauf nach der Bestimmung des Schritts S12 zum Schritt S13 übergeht, und von daher im Schritt S14 nur die Bestimmung dahingehend erfolgt, ob der Strom I(t) positiv oder negativ ist.
Wenn hingegen in den Schritten S14, S15 und S17 bestimmt wird, dass der Strom I(t) und ΔS keine der Bedingungen erfüllen, dass „der Strom I(t) negativ ist und auch ΔS negativ ist” und „der Strom I(t) positiv ist und auch ΔS positiv ist”, d. h. ΔS und der Strom I(t) verschiedene Vorzeichen haben, bestimmt im Schritt S18 die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den korrigierten Wert x'(t – h) des internen Batteriezustands bei der letzten Abtastung als x'(t) (x'(t) = x'(t – h). Und zwar behält die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, ohne den korrigierten Wert x'(t) des internen Batteriezustands zu aktualisieren, den korrigierten Wert x'(t – h) des internen Batteriezustands bei der letzten Abtastzeit (t – h) unverändert bei.
Mit dieser Auslegung kann die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand auch im Falle, dass ein anderer interner Batteriezustand als der Ladezustand geschätzt wird, den vom Ladezustand abweichenden, anderen internen Zustand der Batterie 104 so schätzen, dass der geschätzte interne Zustand nicht im Widerspruch zu den „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” steht, die vom übergeordneten System vorausgesetzt werden.
Obwohl im Gegensatz zu dieser Auslegung nur der Ladezustand ein Korrekturziel in der ersten Ausführungsform ist, besteht eine solche Wirkung, dass eine Berechnungsmenge in der ersten Ausführungsform reduziert werden kann, weil die Skalierungsoperation dieser Ausführungsform entfallen kann.
Wie vorstehend beschrieben, misst in dieser Ausführungsform die Batteriemesseinheit 105 in den voreingestellten Abtastabständen h den durch die Batterie 104 fließenden Strom I(t) und die Zwischenanschlussspannung V(t) der Batterie 104. Die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand schätzt auf Grundlage des Strom I(t) und der Zwischenanschlussspannung V(t) den Ladezustand der Batterie. Alternativ kann die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand den Ladezustand und die Innentemperatur der Batterie und/oder den Innenwiderstand der Batterie schätzen. Die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand gibt somit den geschätzten internen Zustand als den internen Zustandsvektor x(t) der Batterie aus. Die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand korrigiert den durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltenen internen Zustandsvektor x(t) und gibt den korrigierten internen Zustandsvektor als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors aus. Bei dieser Korrektur berechnet die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Differenzvektor Δx, bei dem es sich um die Differenz zwischen dem durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltenen internen Zustandsvektor x(t) der Batterie und dem korrigierten Wert x'(t – h) des internen Zustandsvektors bei der letzten Abtastung handelt. Dann addiert, wenn der den Ladezustand darstellende Absolutwert |ΔS| des Elements ΔS von den Elementen des Differenzvektors Δx größer ist als der Absolutwert |ΔS_I(t)| (= |I(t)| × 100 κ/Qmax) der Veränderung ΔS_I(t) im Ladezustand, der auf Grundlage des Stromwerts I(t) erhalten wird, die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den korrigierten Wert x'(t – h) des internen Zustandsvektors bei der letzten Abtastung zu dem Wert hinzu, er erhalten wird, indem der Differenzvektor Δx so skaliert wird, dass das den Ladezustand darstellende Element ΔS gleich der Veränderung ΔS_I(t) (= |I(t)| × 100 κ/Qmax) im Ladezustand wird, und bestimmt den sich ergebenden Wert als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors. Andernfalls bestimmt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, wenn der Stromwert I(t) und das den Ladzustand darstellende Element ΔS dasselbe Vorzeichen haben, den durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltenen internen Zustandsvektor x(t) als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors. Haben hingegen der Stromwert I(t) und das den Ladezustand darstellende Element ΔS verschiedene Vorzeichen, bestimmt die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den korrigierten Wert x'(t – h) bei der letzten Abtastung unverändert als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors. Mit dieser Auslegung kann die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand auch im Falle, dass ein anderer interner Batteriezustand als der Ladezustand geschätzt wird, den anderen, vom Ladezustand verschiedenen internen Zustand der Batterie 104 so schätzen, dass der geschätzte interne Zustand nicht im Widerspruch zu den „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” steht, die vom übergeordneten System vorausgesetzt werden.
Dritte Ausführungsform
Es erfolgt eine Beschreibung einer Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand eine Speichereinheit (siehe eine Speichereinheit 107 von 8) zum Speichern des internen Batteriezustands bei der letzten Abtastung. Die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand schätzt den internen Zustand der Batterie 104 auf Grundlage des internen Batteriezustands zur letzten Abtastzeit und der Messwerte der Batterie 104 wie etwa der Zwischenanschlussspannung der Batterie 104 und des durch die Batterie 104 fließenden Stroms. Die weiteren Auslegungen und Funktionsabläufe sind dieselben wie diejenigen der ersten oder zweiten Ausführungsform, und von daher unterbleibt hier deren ausführliche Beschreibung.
Mit Bezug auf die Ablaufschemata von 5 bis 7 erfolgt eine Beschreibung der Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie nach dieser Ausführungsform. Es wäre anzumerken, dass 5 und 6 mit dieser Ausführungsform zu vergleichende Vergleichsbeispiele darstellen und 7 diese Ausführungsform darstellt.
In einem in 5 dargestellten Vergleichsbeispiel wird im Schritt S20 zuerst die Zwischenanschlussspannung der Batterie, der durch die Batterie fließende Strom oder dergleichen gemessen. Als Nächstes wird im Schritt S21 auf Grundlage dieser Messwerte der Batterie und des internen Batteriezustands x(t – h) bei der letzten Abtastung eine voreingestellte Funktion „Schätzung (x(t – h))” verwendet, um den Schätzwert x(t) des internen Batteriezustands zu berechnen. Im Schritt S22 wird die Abtastzeit t um den auf h eingestellten Abtastabstand inkrementiert (t = t + h), und der Ablauf kehrt zum Schritt S20 zurück.
In dem in 6 dargestellten anderen Vergleichsbeispiel wird im Schritt S30 zuerst die Zwischenanschlussspannung der Batterie, der durch die Batterie fließende Strom oder dergleichen gemessen. Als Nächstes wird im Schritt S31 auf Grundlage dieser Messwerte der Batterie und des internen Batteriezustands x(t – h) bei der letzten Abtastung die voreingestellte Funktion „Schätzung (x(t – h))” verwendet, um den Schätzwert x(t) des internen Batteriezustands zu berechnen. Im Schritt S32 wird als Nächstes eine voreingestellte Funktion „Kompensation (x(t))” verwendet, um den korrigierten Wert x'(t) des Schätzwerts x(t) des internen Batteriezustands zu berechnen. Im Schritt S33 wird als Nächstes die Abtastzeit t um den auf h eingestellten Abtastabstand inkrementiert (t = t + h), und der Ablauf kehrt zum Schritt S30 zurück.
7 ist ein Ablaufschema der Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie nach dieser Ausführungsform. Wie in 7 dargestellt ist, misst die Batteriemesseinheit 105 im Schritt S40 die Zwischenanschlussspannung der Batterie 104, den durch die Batterie 104 fließenden Strom, die Oberflächentemperatur der Batterie 104, die Klemmentemperatur der Batterie 104 und/oder die Umgebungslufttemperatur der Batterie 104 und dergleichen. Im Schritt S41 verwendet die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand als Nächstes auf Grundlage dieser Messwerte der Batterie und des korrigierten Werts x'(t – h) des internen Zustandvektors bei der letzten Abtastung eine voreingestellte Funktion „Schätzung (x'(t – h))”, um den internen Zustandsvektor x(t) zu berechnen, bei dem es sich um den Schätzwert des internen Zustands bei der aktuellen Abtastung handelt. Im Schritt S42 verwendet die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand als Nächstes eine voreingestellte Funktion „Kompensation (x(t))”, um den korrigierten Wert x'(t) des Schätzwerts x(t) des internen Batteriezustands zu berechnen. Im Schritt S43 inkrementiert die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand als Nächstes die Abtastzeit t um den auf h eingestellten Abtastabstand (t = t + h) und der Ablauf kehrt zum Schritt S40 zurück.
Wie vorstehend beschrieben, berechnet in dieser Ausführungsform die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand den Schätzwert des internen Batteriezustands auf Grundlage des Messwerts der Batterie 104 und des korrigierten Werts x'(t – h) des internen Batteriezustands bei der letzten Abtastung. Durch die Verwendung des korrigierten Werts x'(t – h) des internen Batteriezustands bei der letzten Abtastung, der die „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” erfüllt, ist es möglich, den internen Zustand der Batterie 104 mit mehr Genauigkeit zu schätzen.
Anzumerken ist, dass das in den anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschriebene Berechnungsverfahren oder ein in einem Dokument aus dem Stand der Technik offenbartes, bekanntes Berechnungsverfahren sich als die Funktion „Schätzung” anwenden lässt. Ferner ist es als die Funktion „Kompensation” nur notwendig, die Korrekturverarbeitung einzusetzen, die durch die in den anderen Ausführungsformen beschriebene Korrektureinheit 102 für einen internen Zustand ausgeführt wird.
Vierte Ausführungsform
Es erfolgt eine Beschreibung einer Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 8 oder 9 dargestellt ist, umfasst in der Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand die Speichereinheit 107. In 8 sind die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand und die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand separat vorgesehen, und die Speichereinheit 107 ist in der Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand vorgesehen. In 9 sind die Speichereinheit 107 und die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand in der Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand vorgesehen. In diese Ausführungsform kann jede der Auslegungen von 8 und 9 übernommen werden.
Die Speichereinheit 107 speichert den internen Zustandsvektor x(t – h) der Batterie 104 bei der letzten Abtastung. Die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand aktualisiert den in der Speichereinheit 107 bei der letzten Antastung gespeicherten Schätzwert x(t – h) durch Verwendung des Messwerts bei der aktuellen Abtastung, um dadurch den Schätzwert x(t) bei der aktuellen Abtastung zu berechnen. Anzumerken ist, dass zumindest nur der Schätzwert x(t – h) bei der letzten Abtastung in der Speichereinheit 107 als der Schätzwert des internen Zustands der Batterie 104 gespeichert zu werden braucht, aber auch Schätzwerte bei Abtastprozessen vor der letzten Abtastung (Verlaufsdaten), (und zwar x(t – h), x(t – 2h), ..., x(t – mh)) (worin m ≥ 2 ist) gespeichert werden können. In diesem Fall kann auch ein Mittelwert von Differenzen unter diesen Verlaufsdatenelementen verwendet werden, um den Schätzwert x(t) bei der aktuellen Abtastung zu schätzen.
Darüber hinaus kann die Speichereinheit 107 auch den korrigierten Wert x'(t – h) des internen Zustandsvektors der Batterie 104 bei der letzten Abtastung speichern. In diesem Fall aktualisiert die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand den in der Speichereinheit 107 bei der letzten Abtastung gespeicherten korrigierten Wert x'(t – h) durch Verwendung des Messwerts bei der aktuellen Abtastung, um dadurch den Schätzwert x(t) bei der aktuellen Abtastung zu berechnen. Anzumerken ist, dass zumindest nur der korrigierte Wert x'(t – h) bei der letzten Abtastung in der Speichereinheit 107 als der korrigierte Wert des internen Zustands der Batterie 104 gespeichert zu werden braucht, aber auch korrigierte Werte bei den Abtastprozessen vor der letzten Abtastung (Verlaufsdaten), (und zwar x'(t – h), x'(t – 2h), ..., x'(t – mh)) (worin m ≥ 1 ist) gespeichert werden können.
Anzumerken ist, dass, um den korrigierten Wert x'(t – h) in der Speichereinheit 107 zu speichern, im Falle der Auslegung von 8 die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand und die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand separat vorgesehen sind, und von daher, nachdem der durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltene Schätzwert des internen Zustands durch die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand korrigiert wurde, der korrigierte Wert zur Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand rückgeführt wird, um in der Speichereinheit 107 gespeichert zu werden. Im Falle der Auslegung von 9 umfasst die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand hingegen die Speichereinheit 107 und die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, und von daher berechnet die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand den Schätzwert des internen Zustands, korrigiert den Schätzwert durch Verwendung der Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand und speichert den korrigierten Wert in der Speichereinheit 107.
Anzumerken ist, dass in der folgenden Beschreibung nur das beschrieben wird, was sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform unterscheidet, und eine Beschreibung derselben Auslegung und desselben Funktionsablaufs wie in der ersten Ausführungsform unterbleibt. Somit wird auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform für dieselbe Auslegung und denselben Funktionsablauf Bezug genommen.
Zuerst wird die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand nach der vierten Ausführungsform beschrieben. Zuerst erfolgt eine Beschreibung eines Falls nach der in 8 dargestellten vierten Ausführungsform, worin die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand und die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand separat vorgesehen sind. Ein Aufbaubeispiel der Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand ist mit einem auf dem Modell der Batterie 104 beruhenden Kalman-Filter implementiert. Und zwar aktualisiert in der vierten Ausführungsform die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand den Schätzwert x(t – h) des internen Zustands der Batterie 104 bei der letzten Abtastung oder den korrigierten Wert x'(t – h) des internen Zustands der Batterie 104 bei der letzten Abtastung, der in der Speichereinheit 107 (im Folgenden kollektiv als „gespeicherter Vektor x” bezeichnet) gespeichert ist, mittels Kalman-Filterung durch Verwendung des Messwerts bei der aktuellen Abtastung, und setzt den sich ergebenden Wert als den Schätzwert x(t) des internen Zustands bei der aktuellen Abtastung an.
Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass die Batterie 104 wie dargestellt in einer Ersatzschaltung von 10 modellhaft nachgebildet ist. Und zwar umfasst die Batterie 104 eine Spannungsquelle E (Bezugszahl 401), einen Widerstand R₀ (Bezugszahl 402) und n CR-Schaltungen (Bezugszahlen 403-1, ... 403-n). In 10 ist die Spannungsquelle E [V] (Bezugszahl 401) eine Funktion einer elektrischen Größe Q [C], die in der Batterie 104 gespeichert ist, und einer Elektrodentemperatur Te [K], und beispielsweise wird ein Ausdruck (9) verwendet, der sich aus der Nernst-Gleichung ergibt. In diesem Ausdruck stellt R die Gaskonstante, F die Faraday-Konstante dar, und γ₊ und γ_– stellen jeweils voreingestellte Konstanten dar. E(Q, T_e) = RT / F ln γ+ + Q / γ– – Q (9)
Ferner handelt es sich bei den Widerständen R₀ bis R_n um Widerstandswerte, die von der Temperatur Te abhängen, und beispielsweise wird für jeden Widerstand R_i (i = 0, ..., n) ein Ausdruck (10) verwendet, der sich aus dem Arrhenius-Gesetz ergibt. In diesem Ausdruck stellen η_i und β_i voreingestellte Konstanten dar.
Als Nächstes gilt eine Differentialgleichung eines Ausdrucks (11) für jede der CR-Schaltungen.
Ferner gilt für die Elektrodentemperatur Te unter Berücksichtigung der ohmschen Erwärmung, der chemischen Reaktionserwärmung und des Newtonschen Gesetzes zur Kühlung der Widerstände R₀ bis R_n eine Gleichung (12). In diesem Ausdruck stellen ν, ζ und λ voreingestellte positive Konstanten dar, und To stellt die Umgebungstemperatur [K] dar.
Außerdem gilt für die elektrischen Größe Q eine Differentialgleichung eines Ausdrucks (13). dQ / dt = I (13)
Der gespeicherte Vektor x und der eingegebene Vektor u werden hier durch einen Ausdruck (14) bzw. einen Ausdruck (15) dargestellt. x^T = [Q T_e q₁ ... q_n] (14} u^T = [I T_o] (15)
Ferner wird eine Funktion f(x, u) durch einen Ausdruck (16) dargestellt.
In diesem Fall können die vorstehend erwähnten Differentialgleichungen in einen Ausdruck (17) eingegliedert werden. dx / dt = f(x, u) (17)
Wird die Zwischenanschlussspannung der Batterie 104 nun durch V [V] dargestellt, kann die Zwischenanschlussspannung V schriftlich als ein Ausdruck (18) ausgedrückt werden.
Dieser Ausdruck wird anhand des gespeicherten Vektors x schriftlich als ein Ausdruck (19) ausgedrückt. V = h(x, u) (19)
In diesem Fall kann der Ladezustand S durch einen Ausdruck (20) berechnet werden.
Nun ist eine erweiterte Kalman-Filterung zum Schätzen des Ladezustands S im Hinblick auf das zuvor erwähnte Modell der Batterie 104 wie in einem Ablaufschema von 11 dargestellt aufgebaut. Wie in 11 dargestellt ist, wird im Schritt S50, wenn ein gespeicherter Vektor und eine gespeicherte Kovarianzmatrix zu einer Zeit t' = h(k – 1) bei der letzten Abtastung durch x_k-1 bzw. P_k-1 dargestellt werden, zuerst die Differentialgleichung (17) in/um die Zeit t' gelöst, um einen Vorhersagezustandsvektor x ^ zur Zeit t = hk bei der aktuellen Abtastung zu berechnen. In 11 ist diese Operation mit einer Funktion f ^ (x ^ = f ^ (x_k-1, u_k-1)) ausgedrückt. Als Nächstes wird, wenn eine partielle Ableitung von f ^ im Hinblick auf x durch eine Matrix F ausgedrückt wird, eine Vorhersagekovarianzmatrix P ^ in Übereinstimmung mit einem Ausdruck (21) berechnet. In diesem Ausdruck stellt U eine voreingestellte, positive, definite, symmetrische Matrix dar. P ^ = F T / kP_k-1F T / k + U (21)
Als Nächstes wird im Schritt S51 eine Kalman-Verstärkung K_k in Übereinstimmung mit einem Ausdruck (22) berechnet. In diesem Ausdruck stellt V eine voreingestellte, positive, definite, symmetrische Matrix dar. K_k = P ^H T / k(H_kP ^H T / k + V)^–1 (22)
Im anschließenden Schritt S52 wird ein gespeicherter Vektor x_k und eine gespeicherte Kovarianzmatrix P_k in der Zeit t in Übereinstimmung mit einem Ausdruck (23) und einem Ausdruck (24) berechnet. In diesem Ausdruck stellt û einen Vorhersagewert von u bei der Zeit t dar, und beispielsweise kann ein Wert von u zur Zeit t' unverändert verwendet werden. Zusätzlich stellt H_k eine partielle Ableitungsmatrix im Hinblick auf den gespeicherten Vektor x im Abtastabstand h dar. x_k = x ^ + K_k(V – h(x ^, u ^)) (23) P_k = (I – K_kH_kP (24)
Im anschließenden Schritt S53 wird die Abtastzeit um Eins inkrementiert, und auf Grundlage der im gespeicherten Vektor x enthaltenen elektrischen Größe Q wird der auszugebende Ladezustand S durch den Ausdruck (20) berechnet. Dieser Ladezustand S wird in die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand eingegeben. Die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand führt dieselbe Verarbeitung wie in der in 3 dargestellten ersten Ausführungsform durch, um den durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltenen Schätzwert des internen Zustands so zu korrigieren, dass er zumindest zu den durch (a) bis (c) dargestellten Bedingungen der „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” nicht im Widerspruch steht. Der Schätzwert des internen Zustands wird nach der Korrektur in die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand eingegeben, und die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand speichert den korrigierten Wert in der Speichereinheit 107.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Beispiels nach der in 9 dargestellten vierten Ausführungsform, in der die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand zusätzlich zur Speichereinheit 107 umfasst, um den Schätzwert direkt zu korrigieren. Die Auslegung wird in diesem Fall so angewendet, dass der Schritt S52 von 11 durch andere Schritte in der zuvor erwähnten Auslegung ersetzt wird. 12 stellt ein Ablaufschema der Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand dar, auf die die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand nach der in 9 dargestellten vierten Ausführungsform angewendet ist.
Der Unterschied zwischen 11 und 12 liegt darin, dass in 12 die Schritte S60 bis S62 anstelle des Schritts S52 von 11 vorgesehen sind. Die Schritte S50, S51 und S53 sind dieselben wie diejenigen von 11, und von daher unterbleibt deren Beschreibung hier.
Wie in 12 dargestellt ist, führt in den Schritten S50 und S51 die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand zuerst dieselbe Verarbeitung aus wie diejenige der Schritte S50 und S51 von 11. Im Schritt S60 berechnet die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand als Nächstes ΔS und S(t) in Übereinstimmung mit einem Ausdruck (25).
Im anschließenden Schritt S61 verwendet die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand diese Werte, um S'(t) in Übereinstimmung mit dem in 3 dargestellten Ablaufschema wie in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform zu berechnen. Die durch die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand ausgeführte Verarbeitung ist dieselbe wie diejenige der ersten Ausführungsform, und von daher unterbleibt hier eine Beschreibung von dieser.
Im Schritt S62 berechnet die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand als Nächstes b und n durch einen Ausdruck (26), und verwendet b und n, um den gespeicherten Vektor x_k und die gespeicherte Kovarianzmatrix P_k in Übereinstimmung mit einem Ausdruck (27) zu berechnen, und rückt die Verarbeitung zum Schritt S53 vor. Im Schritt S53 führt die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand dieselbe Verarbeitung durch wie im Schritt D53 von 11.
x_k = x ^ + ΠΔx P_k = (I – ΠK_kH_k)P ^ (27)
Mit der Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand nach der vierten Ausführungsform ist es in dem Fall der Auslegung, in der die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand die Speichereinehit 107 umfasst und ein gewünschter interner Zustand geschätzt wird, indem Speicherdaten aktualisiert werden, die in der Speichereinheit 107 gespeichert sind, möglich, die Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie aufzubauen, die die Speicherdaten direkt korrigieren und dieselbe Wirkung wie die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform erzielen kann.
Anzumerken ist, dass in der vorstehenden Beschreibung der vierten Ausführungsform die Verhältnisse zwischen dem durch die Batterie 104 fließenden Strom und dem Ladezustand als ein Beispiel der „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” herangezogen wurden. Jedoch sind in der vierten Ausführungsform die „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” nicht darauf beschränkt. Eine ähnliche Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand kann auch im Hinblick auf ein Verhältnis zwischen einem beliebigen internen Zustand der Batterie 104 und einem beliebigen Messwert der Batterie 104 oder ein Verhältnis zwischen zwei beliebigen internen Zuständen der Batterie 104 aufgebaut sein. Selbiges lässt sich für die vorstehend beschriebene erste bis dritte Ausführungsform sagen.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst nach der vierten Ausführungsform die Schätzvorrichtung 101 für einen internen Zustand einer Batterie: die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand, die mindestens einen der durch die Batteriemesseinheit 105 in den voreingestellten Abtastabständen erhaltenen Messwerte, d. h. den durch die Batterie 104 fließenden Strom, die Zwischenanschlussspannung, die Batterietemperatur und/oder die Umgebungslufttemperatur eingibt, um auf Grundlage des eingegebenen Messwerts den Ladezustand der Batterie 104, die Innentemperatur der Batterie 104, die Kapazität der Batterie 104 und/oder den Innenwiderstand der Batterie 104 als den internen Zustand der Batterie 104 zu schätzen; und die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand, um den durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltenen Schätzwert des internen Zustands so zu korrigieren, dass der Schätzwert zumindest zu den Bedingungen der „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” nicht im Widerspruch steht. Dementsprechend korrigiert, selbst wenn der durch die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand erhaltene Schätzwert des internen Zustands der Batterie 104 die Bedingungen der „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” nicht erfüllt, die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Schätzwert so, dass der Schätzwert zumindest zu diesen Bedingungen nicht im Widerspruch steht, und von daher ist es möglich, den internen Zustand der Batterie 104 so zu schätzen, dass der geschätzte interne Zustand nicht im Widerspruch zu den „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104” steht, die vom übergeordneten System vorausgesetzt werden.
Ferner umfasst in der vierten Ausführungsform die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand die Speichereinheit zum Speichern des Schätzwerts des internen Zustands der Batterie 104, und aktualisiert den gespeicherten Schätzwert des internen Zustands durch die Kalman-Filterung, um dadurch den internen Zustand der Batterie 104 zu schätzen. Auf diese Weise ist es auch in dem Fall, in dem die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand über einen Speicher des internen Zustands der Batterie 104 verfügt und den internen Zustand durch Aktualisieren dieses Speichers schätzt, ähnlich der ersten Ausführungsform möglich, den internen Zustand der Batterie 104 so zu schätzen, dass der interne Zustand zu den „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104”, die vom übergeordneten System vorausgesetzt werden, nicht im Widerspruch steht.
Ferner gibt in der vierten Ausführungsform die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand die Messwerte der Zwischenanschlussspannung der Batterie 104 und des durch die Batterie 104 fließenden Stroms ein und schätzt den Ladezustand der Batterie 104 auf Grundlage der eingegebenen Werte. Dementsprechend ist es bei der Schätzung des Ladezustands wie in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform möglich, den internen Zustand der Batterie 104 so zu schätzen, dass er zu den „qualitativen Eigenschaften der Batterie 104”, die vom übergeordneten System vorausgesetzt werden, nicht im Widerspruch steht.
Anzumerken ist, dass in dieser Ausführungsform, wenn die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand über das Ersatzschaltungsmodell der Batterie 104 verfügt und den Ladezustand und den Batterieinnenwiderstand, die im Ersatzschaltungsmodell enthalten sind, aus dem durch die Batterie 104 fließenden Strom und der Zwischenanschlussspannung der Batterie 104 schätzt, die Korrektureinheit 103 für einen internen Zustand den Ladezustand und den Batterieinnenwiderstand als den internen Zustandsvektor ansetzt.
Wenn ferner in dieser Ausführungsform die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand über ein anderes Ersatzschaltungsmodell der Batterie 104 verfügt, ein Parameter des Ersatzschaltungsmodells von der Elektrodentemperatur abhängt und die Schätzeinheit 102 für einen internen Zustand der Batterie den durch die Batterie 104 fließenden Strom und die Zwischenanschlussspannung der Batterie 104 und die Elektrodentemperatur oder die Umgebungslufttemperatur der Batterie 104 schätzt, setzt die Korrektureinheit 103 für einen internen Widerstand den Ladezustand und die Batterietemperatur als den internen Zustandsvektor an, um den Schätzwert des internen Zustandsvektors zu berechnen.
Bezugszeichenliste

101: Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie
102: Schätzeinheit für einen internen Zustand
103: Korrektureinheit für einen internen Zustand
104: Batterie
105: Batteriemesseinheit
106: Ausgabeeinheit
107: Speichereinheit
201: Wassertank
202: Wasser
203: Rohr
401: Spannungsquelle E
402: Widerstand R₀
403-1, 403-n: CR-Schaltkreis

Claims

Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie zum Schätzen eines internen Zustands einer Batterie, Folgendes umfassend: eine Schätzeinheit für einen internen Zustand, um auf Grundlage eines Stromwerts I(t) von Strom, der zu einer Abtastzeit t durch die Batterie fließt, und einer Zwischenanschlussspannung V(t) der Batterie, die in voreingestellten Abtastabständen h gemessen werden, einen Ladezustand der Batterie oder zusätzlich zum Ladezustand eine Innentemperatur der Batterie und/oder einen Innenwiderstand der Batterie zu schätzen und als internen Zustandsvektor x(t) der Batterie den geschätzten Ladezustand der Batterie oder die geschätzte Innentemperatur der Batterie und/oder den Innenwiderstand der Batterie zusätzlich zum Ladezustand auszugeben; und eine Korrektureinheit für einen internen Zustand, um einen Wert von jedem von Elementen des internen Zustandsvektors x(t), der durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhalten wird, zu korrigieren und die korrigierten Werte als einen korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors auszugeben, wobei die Korrektureinheit für einen internen Zustand dazu konfiguriert ist: einen Differenzvektor Δx zu berechnen, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhaltenen internen Zustandsvektor x(t) und einem korrigierten Wert x'(t – h) des internen Zustandsvektors bei einer letzten Abtastung handelt; zu bestimmen, ob ein Absolutwert |ΔS| eines den Ladezustand darstellenden Elements ΔS von Elementen des Differenzvektors Δx gleich einem oder größer als ein Absolutwert |ΔS_I(t)| einer Veränderung ΔS_I(t) beim Ladezustand ist oder nicht, der auf Grundlage des Stromwerts I(t) erhalten wird; wenn der Absolutwert |ΔS| gleich dem oder größer als der Absolutwert |ΔS_I(t)| ist, einen Wert einzustellen, der erhalten wird, indem der korrigierte Wert x'(t – h) des internen Zustandsvektors bei der letzten Abtastung zu einem Wert, der erhalten wird, indem der Differenzvektor Δx so skaliert wird, dass das den Ladezustand darstellende Element ΔS gleich der Veränderung ΔS_I(t) beim Ladezustand wird, als der korrigierte Wert x'(t) des internen Zustandsvektors hinzuaddiert wird; und wenn der Absolutwert |ΔS| kleiner ist als der Absolutwert |ΔS_I(t)|: wenn der Stromwert I(t) und das den Ladezustand darstellende Element ΔS dasselbe Vorzeichen haben, den internen Zustandsvektor x(t), der durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhalten wird, als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors einzustellen; und, wenn der Stromwert I(t) und das den Ladezustand darstellende Element ΔS verschiedene Vorzeichen haben, den korrigierten Wert x'(t – h) bei der letzten Abtastung als den korrigierten Wert x'(t) des internen Zustandsvektors unverändert einzustellen.
Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie zum Schätzen eines internen Zustands einer Batterie, Folgendes umfassend: eine Schätzeinheit für einen internen Zustand, um auf Grundlage eines Stromwerts von durch die Batterie fließendem Strom und einer Zwischenanschlussspannung der Batterie, die in voreingestellten Abtastabständen gemessen werden, einen Ladezustand der Batterie zu schätzen und den geschätzten Ladezustand als einen internen Zustandsvektor der Batterie auszugeben; und eine Korrektureinheit für einen internen Zustand, um den durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhaltenen Ladezustand zu korrigieren und den korrigierten Ladezustand als einen korrigierten Wert des internen Zustandsvektors der Batterie auszugeben, wobei die Korrektureinheit für einen internen Zustand dazu konfiguriert ist: eine Differenz zwischen dem durch die Schätzeinheit für einen internen Zustand erhaltenen Ladezustand und einem korrigierten Wert des Ladezustands bei einer letzten Abtastung zu berechnen; und zu bestimmen, ob ein Absolutwert der Differenz gleich einem oder größer als ein Absolutwert einer Veränderung beim Ladezustand ist oder nicht, der auf Grundlage des Stromwerts erhalten wird, und, wenn der Absolutwert der Differenz gleich dem oder größer als der Absolutwert der Veränderung beim Ladezustand ist, einen Wert, der erhalten wird, indem der korrigierte Wert des Ladezustands bei der letzten Abtastung zu einem Wert der Veränderung beim Ladezustand hinzuaddiert wird, der auf Grundlage des Stromwerts erhalten wird, als den korrigierten Wert des Ladezustands anzusetzen.
Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schätzeinheit für einen internen Zustand den Stromwert I(t) und die Zwischenanschlussspannung V(t) zusammen mit dem internen Zustandsvektor bei der letzten Abtastung oder dem korrigierten Wert des internen Zustandsvektors bei der letzten Abtastung, der durch die Korrektureinheit für einen internen Zustand erhalten wird, verwendet, um den internen Zustandsvektor zu berechnen.
Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn die Schätzeinheit für einen internen Zustand über ein Ersatzschaltungsmodell der Batterie verfügt und den Ladezustand aus dem Stromwert und der Zwischenanschlussspannung auf Grundlage des Ersatzschaltungsmodells schätzt, die Korrektureinheit für einen internen Zustand den Ladezustand als den internen Zustandsvektor ansetzt, um den korrigierten Wert des internen Zustandsvektors zu berechnen.
Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn die Schätzeinheit für einen internen Zustand über ein Ersatzschaltungsmodell der Batterie verfügt und den Ladezustand und einen Batterieinnenwiderstand, die im Ersatzschaltungsmodell enthalten sind, aus dem Stromwert und der Zwischenanschlussspannung schätzt, die Korrektureinheit für einen internen Zustand den Ladezustand und den Batterieinnenwiderstand als den internen Zustandsvektor ansetzt, um den korrigierten Wert des internen Zustandsvektors zu berechnen.
Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn die Schätzeinheit für einen internen Zustand über ein Ersatzschaltungsmodell der Batterie verfügt, ein Parameter des Ersatzschaltungsmodells von einer Elektrodentemperatur abhängt, und die Schätzeinheit für einen internen Zustand den Ladezustand und die Batterietemperatur auf Grundlage des Stromwerts und der Zwischenanschlussspannung zusammen mit der Elektrodentemperatur und/oder der Umgebungslufttemperatur schätzt, die Korrektureinheit für einen internen Zustand den Ladezustand und die Batterietemperatur als den internen Zustandsvektor ansetzt, um den Schätzwert des internen Zustandsvektors zu berechnen.
Schätzvorrichtung für einen internen Zustand einer Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Batterie eine Lithiumionen-Sekundärbatterie umfasst.