DE112016001065T5

DE112016001065T5 - Batteriezustandsschätzvorrichtung

Info

Publication number: DE112016001065T5
Application number: DE112016001065.6T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Kawai; Keiichi Kato; Yuuji Koike
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2036-03-08
Also published as: WO2016143728A1; DE112016001065B4

Abstract

Eine Batteriezustandsschätzvorrichtung umfasst eine Aktualisierungseinheit. Die Aktualisierungseinheit aktualisiert ein Ladungsübertragungsimpedanzmodell in einem Batteriemodell einer Sekundärbatterie, welches eine Reihenverbindung eines DC-Widerstandsmodells, eines Ladungsübertragungsimpedanzmodells und eines Diffusionsimpedanzmodells ist, unter Verwendung des Änderungsbetrags in einem Messwert eines Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, so dass sich eine erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und einer Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand einer zweiten Beziehung zwischen einem tatsächlichen Wert des Stroms und einem tatsächlichen Wert der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand annähert. Die erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand wird basierend auf der Butler-Volmer-Gleichung definiert. Ein Zustandsschätzer schätzt einen Zustand der Sekundärbatterie basierend auf dem Batteriemodell, das das aktualisierte Ladungsübertragungsimpedanzmodell umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Schätzen des Zustandes einer Sekundärbatterie basierend auf einem Ersatzschaltungsmodell der Sekundärbatterie.
Hintergrund
Es gibt eine Vorrichtung zum Schätzen des Zustandes einer Sekundärbatterie, die in Patentdokument 1 offenbart ist. Die Vorrichtung, die in Patentdokument 1 offenbart ist, schätzt Werte von Parametern, die ein Modell einer Sekundärbatterie darstellen, unter Verwendung eines adaptiven digitalen Filters; das Modell wird als eine Ersatzschaltung ausgedrückt, die aus einem einzelnen Widerstand und einer einzelnen RC-Parallelschaltung besteht, die mit dem Widerstand in Reihe verbunden ist.
Dann schätzt die Vorrichtung den Ladungszustand der Sekundärbatterie basierend auf den geschätzten Werten der Parameter.
Liste des Standes der Technik
Patentdokument

[Patentdokument 1] Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-75518

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Übliche Sekundärbatterien besitzen Strom-Spannungs-Charakteristika, die sich in einem Niedrigtemperaturbereich der Sekundärbatterien nicht-linear ändern.
Unglücklicherweise könnte die vorstehende Struktur des Batteriemodells, das in Patentdokument 1 offenbart ist, beim Ausdrücken der Strom-Spannungs-Charakteristika der Sekundärbatterie Schwierigkeiten haben, wenn sich die Strom-Spannungs-Charakteristika nicht-linear ändern, weil die Zeitkonstante der RC-Parallelschaltung klein ist.
Insbesondere könnte das Level der nicht-linearen Änderung der Strom-Spannungs-Charakteristika bei Temperaturen der Sekundärbatterie unter 0 Grad zu groß werden, um diese zu ignorieren. Das Batteriemodell, das in Patentdokument 1 offenbart ist, könnte deshalb die Genauigkeit des Schätzens des Zustandes der Sekundärbatterie in den Niedrigtemperaturbereichen reduzieren.
Die vorliegende Erfindung zielt hauptsächlich darauf ab, Batteriezustandsschätzvorrichtungen bereitzustellen, die jeweils dazu in der Lage sind, eine Reduzierung der Schätzgenauigkeit des Zustandes einer Sekundärbatterie auch in einem Niedrigtemperaturbereich der Sekundärbatterie zu verhindern.
Mittel zum Lösen des Problems
Eine Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Aktualisierungseinheit. Die Aktualisierungseinheit ist dazu konfiguriert, eine Aufgabe des Aktualisierens eines Ladungsübertragungsimpedanzmodells, das in einem Batteriemodell einer Sekundärbatterie (20a) umfasst ist, gemäß einem Änderungsbetrag in einem Messwert eines Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, durchzuführen. Das Batteriemodell umfasst ein DC-Widerstandsmodell, das einen DC-Widerstand der Sekundärbatterie darstellt, und das Ladungsübertragungsimpedanzmodell, das eine Ladungsübertragungsimpedanz der Sekundärbatterie darstellt und einen Ladungsübertragungswiderstandsparameter (β) umfasst, der mit einer Austauschstromdichte korreliert ist. Das Ladungsübertragungsimpedanzmodell wird von der Butler-Volmer-Gleichung hergeleitet. Das Batteriemodell umfasst ein Diffusionsimpedanzmodell, das ein RC-Ersatzschaltungsmodell ist, das eine parallele Schaltung aufweist, die einen Widerstand und eine Kapazität aufweist, die parallel miteinander verbunden sind. Das Diffusionsimpedanzmodell stellt eine Diffusionsimpedanz der Sekundärbatterie dar. Das DC-Widerstandsmodell, das Ladungsübertragungsimpedanzmodell und das Diffusionsimpedanzmodell sind in Reihe miteinander verbunden. Die Aufgabe des Aktualisierens des Übertragungsimpedanzmodells ist dazu konfiguriert, zu veranlassen, dass sich eine erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und einer Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand einer zweiten Beziehung zwischen einem tatsächlichen Wert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, und einem tatsächlichen Wert der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand annähert. Die erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand ist basierend auf der Butler-Volmer-Gleichung definiert. Die Batteriezustandsschätzvorrichtung umfasst einen Zustandsschätzer (30), der dazu konfiguriert ist, einen Zustand der Sekundärbatterie basierend auf dem Batteriemodell, das das aktualisierte Ladungsübertragungsimpedanzmodell umfasst, zu schätzen.
Die interne Impedanz einer Sekundärbatterie umfasst grundsätzlich einen DC-Widerstand, eine Ladungsübertragungsimpedanz und eine Diffusionsimpedanz. Aus diesem Grund ist das Batteriemodell gemäß dem beispielhaften Aspekt als ein Modell mit einem DC-Widerstandsmodell, einem Ladungsübertragungsimpedanzmodell und einem Diffusionsimpedanzmodell, die in Reihe miteinander verbunden sind, definiert.
Bei niedrigen Temperaturen sind die nicht-linearen Strom-Spannungs-Charakteristika einer Sekundärbatterie aufgrund der Ladungsübertragungsimpedanz dominant. Aus diesem Grund verwendet der beispielhafte Aspekt der vorliegenden Erfindung, als das Ladungsübertragungsimpedanzmodell, das Modell, das von der Butler-Volmer-Gleichung hergeleitet wird und die nicht-linearen Charakteristika der Sekundärbatterie ausdrückt. Speziell umfasst dieses Modell den Ladungsübertragungswiderstandsparameter, der der Austauschstromdichte in der Butler-Volmer-Gleichung entspricht, und eine Korrelation mit der Temperatur der Sekundärbatterie aufweist. Weil der Ladungsübertragungswiderstandsparameter von der Temperatur der Sekundärbatterie abhängt, ermöglicht der beispielhafte Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass die nicht-linearen Strom-Spannungs-Charakteristika der Sekundärbatterie, die nicht durch die Technologie, die zum Beispiel in dem vorstehenden Patentdokument 1 offenbart ist, ausgedrückt werden können, mit hoher Genauigkeit ausgedrückt werden.
Der Ladungsübertragungswiderstandsparameter kann aufgrund der Verschlechterung der entsprechenden Sekundärbatterie ändern oder kann aufgrund eines Fehlers in dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell oder eines Temperaturmessfehlers von dessen geeignetem Wert verschoben werden. Zusätzlich gibt es Schwankungen in den Ladungsübertragungswiderstandsparametern aufgrund individueller Unterschiede der entsprechenden Sekundärbatterien. Dies kann eine Reduzierung der Schätzgenauigkeit des Zustandes der Sekundärbatterie basierend auf dem vorstehenden Batteriemodell ergeben.
Um sich mit diesem Anliegen zu befassen, aktualisiert die Aktualisierungseinheit der Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung das Ladungsübertragungsimpedanzmodell gemäß dem Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, um zu veranlassen, dass sich die erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand der zweiten Beziehung annähert, das heißt einer tatsächlichen Beziehung, zwischen dem tatsächlichen Wert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, und dem tatsächlichen Wert der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand. Die erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand wird basierend auf der Butler-Volmer-Gleichung definiert.
Die Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand hängt von dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter ab. Aus diesem Grund ermöglicht ein Aktualisieren des Ladungsübertragungsimpedanzmodells, dass die Abweichung des Ladungsübertragungswiderstandsparameters, der verwendet wird, um den Zustand der Sekundärbatterie zu schätzen, von dessen tatsächlichem Wert verringert wird. Der beispielhafte Aspekt der vorliegenden Erfindung schätzt den Zustand der Sekundärbatterie basierend auf dem Batteriemodell inklusive des aktualisierten Ladungsübertragungsimpedanzmodells. Dies verhindert eine Reduzierung der Schätzgenauigkeit des Zustandes der Sekundärbatterie basierend auf dem Batteriemodell.
Speziell ist die Aktualisierungseinheit der Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung dazu konfiguriert, das Ladungsübertragungsimpedanzmodell zu einer vorbestimmten Berechnungsperiode zu schätzen, und ist der Zustandsschätzer der Batteriezustandsschätzvorrichtung dazu konfiguriert, den Zustand der Sekundärbatterie zu der vorbestimmten Berechnungsperiode zu schätzen.
Die Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die folgende spezifische Struktur umfassen. Speziell umfasst die spezifische Struktur einen ersten Abweichungsberechner (30), der dazu konfiguriert ist, als eine erste Abweichung, eine Abweichung zwischen einem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie in einer momentanen Berechnungsperiode fließt, und einem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie in einer unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode fließt, zu berechnen, und einen zweiten Abweichungsberechner (30). Der zweite Abweichungsberechner ist dazu konfiguriert, als eine zweite Abweichung, irgendeines der Folgenden zu berechnen

1. eine Schätzstromabweichung zwischen einem Schätzstrom, der durch die Sekundärbatterie fließt und von dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell in der momentanen Berechnungsperiode geschätzt wird, und einem Schätzstrom, der durch die Sekundärbatterie fließt und von dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode geschätzt wird
2. einen Wert in Abhängigkeit der Schätzstromabweichung.

Die spezifische Struktur umfasst ebenso einen Parameterschätzer (30), der dazu konfiguriert ist, basierend auf der ersten und zweiten Abweichung einen Korrekturkoeffizienten (β_k) zu schätzen, um zu veranlassen, dass sich die zweite Abweichung der ersten Abweichung nähert, gemäß einer iterativen Methode der kleinsten Quadrate.
Gleichzeitig ist die Aktualisierungseinheit dazu konfiguriert, als die Aufgabe des Aktualisierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters, eine Aufgabe des Aktualisierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters basierend auf dem Korrekturkoeffizienten, der durch den Parameterschätzer geschätzt wird, durchzuführen.
Die Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dazu in der Lage, die erste Abweichung zwischen dem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie in der momentanen Berechnungsperiode fließt, und dem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode fließt, zu berechnen. Die Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ebenso dazu in der Lage, als die zweite Abweichung, irgendeines der Folgenden zu berechnen

1. die Schätzstromabweichung zwischen einem Schätzstrom, der durch die Sekundärbatterie fließt und von dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell in der momentanen Berechnungsperiode geschätzt wird, und dem Schätzstrom, der durch die Sekundärbatterie fließt und von dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode geschätzt wird
2. den Wert in Abhängigkeit der Schätzstromabweichung.

Weil das DC-Widerstandsmodell, das Ladungsübertragungsmodell und das Diffusionsimpedanzmodell in Reihe miteinander verbunden sind, ist die zweite Abweichung nahe zu der ersten Abweichung, wenn es keine Verschlechterung in der Sekundärbatterie gibt, oder es keinen Fehler in dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell gibt. Im Gegensatz gibt es eine große Abweichung zwischen der ersten und zweiten Abweichung, wenn die Sekundärbatterie abgewichen ist, oder wenn es einen Fehler in dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell gibt.
Um sich mit solch einem Anliegen zu befassen, ist die Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung dazu in der Lage, basierend auf der ersten und zweiten Abweichung den Korrekturkoeffizienten zu schätzen, um zu veranlassen, dass sich die zweite Abweichung der ersten Abweichung annähert, gemäß der iterativen Methode der kleinsten Quadrate. Dies ermöglicht der Batteriezustandsschätzvorrichtung, den Ladungsübertragungswiderstandsparameter basierend auf dem geschätzten Korrekturkoeffizienten zu korrigieren.
Dies ergibt, dass sich der Fehler in dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell verringert, auch wenn es einen Lesefehler des Ladungsübertragungswiderstandsparameters aufgrund der Verschlechterung der Sekundärbatterie oder des Temperaturmessfehlers gibt. Dies verhindert deshalb eine Reduzierung der Schätzgenauigkeit des Zustandes der Sekundärbatterie basierend auf dem Batteriemodell.
In der Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung drückt das Ladungsübertragungsimpedanzmodell die nicht-linearen Strom-Spannungs-Charakteristika mit einer hohen Genauigkeit aus. Aus diesem Grund wird die Gelegenheit zum Schätzen des Korrekturkoeffizienten nicht auf die Situation beschränkt, in der die Größenordnung des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, in etwa 0 A ist. Das heißt, es ist möglich, den Korrekturkoeffizienten unabhängig von der Größenordnung des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, zu schätzen.
In der Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Butler-Volmer-Gleichung einen ersten Koeffizienten (γ_v) zum Definieren eines Vergrößerns bzw. Hochskalierens („scaling-up”) oder Verkleinerns bzw. Runterskalierens („scaling-down”) in die Richtung der Ladungsübertragungswiderstandsspannung in der Butler-Volmer-Gleichung, und einen zweiten Koeffizienten (γ_i) zum Definieren eines Vergrößerns oder Verkleinerns in die Richtung des Stroms, der durch die Batteriezelle fließt, in der Butler-Volmer-Gleichung. Die Batteriezustandsschätzvorrichtung umfasst einen ersten Identifizierer (30), der dazu konfiguriert ist, basierend auf dem Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, und dem Änderungsbetrag in einer Spannung über der Sekundärbatterie, den Ladungsübertragungswiderstandsparameter als einen Korrelationswert des Gradienten eines Hauptausdrucks gemäß der iterativen Methode der kleinsten Quadrate zu identifizieren, unter der Bedingung, dass der Absolutwert des Messwerts des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, niedriger als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Der Hauptausdruck definiert die erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand. Die Batteriezustandsschätzvorrichtung umfasst einen zweiten Identifizierer (30), der dazu konfiguriert ist, basierend auf dem Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, und dem Änderungsbetrag in der Spannung über der Sekundärbatterie, den ersten Identifizierer in einer Berechnungsperiode gemäß der iterativen Methode der kleinsten Quadrate zu identifizieren. Der zweite Identifizierer ist dazu konfiguriert, den identifizierten ersten Koeffizienten in der nächsten Berechnungsperiode unmittelbar nach der Berechnungsperiode, in der der erste Identifizierer identifiziert wurde, auf den zweiten Koeffizienten anzuwenden. Zu dieser Zeit ist die Aktualisierungseinheit dazu konfiguriert, als die Aufgabe des Aktualisierens, die Aufgabe des Aktualisierens des Ladungsübertragungsimpedanzmodells als eine Funktion von sowohl dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter, der durch den ersten Identifizierer identifiziert ist, und dem ersten und zweiten Koeffizienten, die durch den zweiten Identifizierer identifiziert sind, durchzuführen.
Die Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand kann durch einen Hauptausdruck, der einen des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand als eine unabhängige Variable aufweist und die andere als eine abhängige Variable aufweist, angenähert werden. In diesem Fall besitzt der Gradient des Hauptausdrucks eine Korrelation mit dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter. Der Gradient des Hauptausdrucks kann basierend auf dem Änderungsbetrag in dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und dem Änderungsbetrag in der Spannung über der Sekundärbatterie berechnet werden.
In dieser Hinsicht identifiziert die Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung basierend auf dem Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt und dem Änderungsbetrag in der Spannung über der Sekundärbatterie den Ladungsübertragungswiderstandsparameter als den Korrelationswert des Gradienten des Hauptausdrucks gemäß der iterativen Methode der kleinsten Quadrate unter der Bedingung, dass der Absolutwert des Messwerts des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert ist. Der Hauptausdruck definiert die erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand.
Andererseits umfasst die Butler-Volmer-Gleichung den ersten Koeffizienten zum Definieren des Vergrößerns oder Verkleinerns in die Richtung der Ladungsübertragungswiderstandsspannung in der Butler-Volmer-Gleichung und den zweiten Koeffizienten zum Definieren des Vergrößerns oder Verkleinerns in die Richtung des Stroms, der durch die Batteriezelle fließt, in der Butler-Volmer-Gleichung. Jeder des ersten und zweiten Koeffizienten kann sich ebenso aufgrund einer Verschlechterung der entsprechenden Sekundärbatterie ändern oder kann aufgrund eines Fehlers in dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell oder eines Temperaturmessfehlers von dessen geeignetem Wert verschoben werden. Zusätzlich gibt es Schwankungen in jedem des ersten und zweiten Koeffizienten aufgrund der individuellen Unterschiede der entsprechenden Sekundärbatterien.
In dieser Hinsicht identifiziert die Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß dem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung basierend auf dem Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, und dem Änderungsbetrag in der Spannung über der Sekundärbatterie den ersten Identifizierer in einer Berechnungsperiode gemäß der iterativen Methode der kleinsten Quadrate. Dann wendet die Batteriezustandsschätzvorrichtung den identifizierten ersten Koeffizienten in der nächsten Berechnungsperiode unmittelbar nach der Berechnungsperiode, in der der erste Identifizierer identifiziert wurde, auf den zweiten Koeffizienten an. Dies verhindert deshalb eine Reduzierung der Schätzgenauigkeit des Zustands der Sekundärbatterie basierend auf dem Batteriemodell.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines Batteriesystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine SOC-Berechnungsroutine in dem in 1 dargestellten Batteriesystem darstellt;
3 ist ein Diagramm, das ein Batteriemodell gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter und einer Batterietemperatur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist ein Graph, der die Temperaturabhängigkeit der Strom-Spannungs-Charakteristika in Abhängigkeit des Ladungsübertragungswiderstands gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Lernroutine und eine zweite Lernroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das schematisch darstellt, wie sich eine DC-Widerstandsspannung, eine Ladungsübertragungswiderstandsspannung und eine Polarisationsspannung ändern, wenn der Strom unmittelbar geändert wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das schematisch darstellt, wie sich die Spannung über die Batteriezelle und der Strom, der durch die Batteriezelle fließt, die in 1 gezeigt ist, ändern, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Graph, der schematisch eine Beziehung zwischen einer Schätzstromabweichung und einer Messstromabweichung darstellt, wenn der Ladungsübertragungswiderstandsparameter geeignet ist, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Graph, der schematisch eine Beziehung zwischen einer Schätzstromabweichung und einer Messstromabweichung darstellt, wenn der Ladungsübertragungswiderstandsparameter ungeeignet ist, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11 ist ein Graph, der schematisch eine Beziehung zwischen der Messstromabweichung und dem Änderungsbetrag der Ladungsübertragungswiderstandsspannung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
12 ist ein Zeitablaufdiagramm, das einen vorteilhaften Effekt darstellt, der durch die erste Lernroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erreicht wird;
13 ist ein Diagramm, das ein Batteriemodell darstellt, das durch eine zweite Lernroutine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
14 ist ein Blockdiagramm, das eine Identifizierungsroutine des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β und der adaptiven Koeffizienten γv und γi gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
15 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Anfangsparameter βmap und einem Korrekturkoeffizienten β_k gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
16 ist ein Graph, der die Butler-Volmer-Gleichung und einen angenäherten Ausdruck in der Umgebung von 0 A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
17 ist ein Zeitablaufdiagramm, das darstellt, wie sich die Anschlussspannung über die Sekundärbatterie ändert, wenn der Strom, der durch die Batteriezelle fließt, schnell geändert wird, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
18 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Butler-Volmer-Gleichung und den adaptiven Koeffizienten gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
19 ist ein Ablaufdiagramm, das schematisch die Prozedur einer Routine, die durch einen Auswähler ausgeführt wird, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
20 ist ein Graph, der schematisch einen Messwert der Spannung über der Batteriezelle, einen geschätzten Wert der Spannung über der Batteriezelle und eine Abweichung zwischen dem Messwert der Spannung über der Batteriezelle und dem geschätzten Wert der Spannung über der Batteriezelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
21 ist ein Graph, der schematisch eine Korrelation zwischen dem Messwert der Spannung über der Batteriezelle mit Bezug auf den Messstrom und dem geschätzten Wert der Spannung über der Batteriezelle mit Bezug auf den Messstrom gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Erstes Ausführungsbeispiel
Das Folgende beschreibt das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die anhängigen Zeichnungen. In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um entsprechend gleiche Teile zu identifizieren.
1 stellt ein Batteriesystem 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das Batteriesystem 10 umfasst eine Vorrichtung zum Schätzen von Parametern, die den Zustand einer Sekundärbatterie, das heißt eines Batteriepacks 20, angeben. Es sei angemerkt, dass das Batteriesystem 10 dazu in der Lage ist, Leistung von dem Batteriepack 20 an externe Einrichtungen zuzuführen; wobei die externen Einrichtungen zum Beispiel ein Fahrzeug umfassen, das mit einer elektrischen Drehmaschine, das heißt einem Motorgenerator, der als eine Hauptmaschine des Fahrzeugs dient, ausgestattet ist. Das Batteriesystem 10 dient ebenso als ein Hilfsbatteriesystem, das in einem Fahrzeug installiert ist, das mit einem Leerlaufreduzierungssystem ausgestattet ist, das eine Hilfsbatterie verwendet.
Bezug nehmend auf 1 umfasst das Batteriesystem 10 den Batteriepack 20 und eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 30 der Batterie. Der Batteriepack 20 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 20a, die in Reihe miteinander verbunden sind. Der Batteriepack 20 ist mit elektrischen Lasten inklusive eines Leistungsgenerators, wie etwa eines Motorgenerators, verbunden. Der Batteriepack 20 ist dazu in der Lage, Leistung an die elektrischen Lasten zuzuführen, und Leistung, die von diesen zugeführt wird, zu empfangen. Das erste Ausführungsbeispiel verwendet eine wiederaufladbare Batteriezelle, wie etwa eine Lithium-Ionen-Sekundärbatteriezelle, als jede Batteriezelle 20a.
Wie dem Fachmann bekannt ist, umfasst jede der Batteriezellen 20a schematisch eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen Elektrolyt und ein Trennelement, das die positive Elektrode und die negative Elektrode in dem Elektrolyt trennt. Elektrochemische Reaktionen finden in dem Elektrolyt der entsprechenden Batteriezelle statt, was einen Strom ergibt, der durch die elektrischen Lasten fließt, die mit dem Batteriepack 20 verbunden sind.
Die vorstehend konfigurierte Batteriezelle 20a besitzt von Natur aus eine interne Impedanz.
Die interne Impedanz umfasst zum Beispiel eine Gleichstrom(DC-)-Impedanz, eine Ladungsübertragungsimpedanz und eine Diffusionsimpedanz.
Die DC-Impedanz umfasst die Widerstände der positiven und negativen Elektroden und den Widerstand des Elektrolyts der Batteriezelle 20a.
Die Ladungsübertragungsimpedanz umfasst ein Paar eines Ladungsübertragungswiderstandes und einer elektrischen Doppelschichtkapazität, die parallel mit dem Ladungsübertragungswiderstand verbunden ist. Der Ladungsübertragungswiderstand und die elektrische Doppelschichtkapazität basieren auf zum Beispiel Ionen, das heißt Lithiumionen, in dem Elektrolyt und elektrischen Ladungen in der positiven Elektrode an deren Schnittstelle und Reaktionen zwischen Ionen in dem Elektrolyt und elektrischen Ladungen in der negativen Elektrode an deren Schnittstelle.
Die Diffusionsimpedanz umfasst einen Diffusionswiderstand und eine Diffusionskapazität, die parallel mit dem Diffusionswiderstand verbunden ist. Der Diffusionswiderstand und die Diffusionskapazität basieren auf zum Beispiel einer Diffusion von Ionen in dem Elektrolyt und den Diffusionen von Ionen in dem aktiven Material von jeder der positiven und negativen Elektrode. Die Diffusionskapazität drückt die Änderung des Diffusionswiderstandes über die Zeit aus.
Das Batteriesystem 10 umfasst eine Vielzahl von Spannungssensoren 21, einen Temperatursensor 22 und einen Stromsensor 23, die Beispiele von verschiedenen Sensoren sind, die dazu in der Lage sind, verschiedene physikalische Charakteristika des Batteriepacks 20 zu messen.
Jeder der Spannungssensoren 21 ist dazu konfiguriert, eine Spannung CCV über einer Entsprechenden der Batteriezellen 20a zu messen und ein Messsignal, das die Spannung CCV über einer Entsprechenden der Batteriezellen 20a angibt, an die Batterie-ECU 30 auszugeben. Die Spannung CCV über einer Batteriezelle 20a wird als eine Anschlussspannung CCV über der Batteriezelle 20a bezeichnet. Der Temperatursensor 22 ist dazu konfiguriert, eine Temperatur Ts des Batteriepacks 20 zu erfassen, das heißt eine Temperatur Ts von jeder Batteriezelle 20a, und ein Messsignal, das die Temperatur Ts angibt, welche als eine Zellentemperatur Ts bezeichnet wird, von jeder Batteriezelle 20a an die Batterie-ECU 30 auszugeben. Der Stromsensor 23 ist dazu konfiguriert, einen Strom Is, der durch den Batteriepack 20 (jede Batteriezelle 20a) fließt, zu messen und ein Messsignal, das den gemessenen Strom Is angibt, an die Batterie-ECU 30 auszugeben.
Es sei angemerkt, dass die Polarität des gemessenen Stroms Is auf negativ eingestellt ist, wenn der gemessene Strom Is aus dem Batteriepack 20 herausfließt, so dass die Batteriezelle 20a entladen wird, und auf positiv eingestellt ist, wenn der gemessene Strom Is in den Batteriepack 20 fließt, so dass die Batteriezelle 20a geladen wird.
Die Batterie-ECU 30 umfasst zum Beispiel einen bekannten Mikrocomputer, der zum Beispiel aus einer CPU 30a, einem Speicher, das heißt einem Speicher 31, nicht dargestellten I/O-Schnittstellen und anderen peripheren Einrichtungen besteht. Der Speicher 31 speichert Informationen VTI, die mit verschiedenen charakteristischen Parametern des Batteriepacks 20 korreliert sind.
Die CPU 30a umfasst eine Vielzahl von Berechnern 32, die jeweils der Batteriezelle 20a entsprechen. In die Batterie-ECU 30 werden Messsignale, die von den Spannungssensoren 20, dem Temperatursensor 21 und dem Stromsensor 22 gesendet werden, eingegeben.
Jeder Berechner 32 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel führt durch

1. eine Ladungszustandsberechnungsroutine, die den Ladungszustand der entsprechenden Batteriezelle 20a berechnet
2. erste und zweite Lernroutinen, die charakteristische Strukturen des ersten Ausführungsbeispiels sind.

Das Folgende beschreibt die Ladungszustandsberechnungsroutine, die erste Lernroutine und die zweite Lernroutine in dieser Reihenfolge.
1. Ladungszustandsberechnungsroutine
Das Folgende beschreibt die Ladungszustandsberechnungsroutine, die durch jeden Berechner 32 für die entsprechende Batteriezelle 20a ausgeführt wird, gemäß 2.
Jeder Berechner 32 umfasst, als einen Zustandsschätzer 60 zum Durchführen der Ladungszustandsberechnungsroutine, einen OCV-Wandler 33, einen Spannungsabweichungsberechner 34, einen Stromschätzer 35 und einen SOC-Berechner 36.
Der OCV-Wandler 33 berechnet eine Leerlaufspannung OCV über der Batteriezelle 20a gemäß dem Ladungszustand (SOC) der Batteriezelle 20a, die durch den SOC-Berechner 36, der später beschrieben wird, in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode berechnet wurde. Der OCV-Wandler 33 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet eine OCV-Übersicht, in der der SOC und die Leerlaufspannung OCV im Voraus miteinander korreliert sind, um entsprechend einen Wert der Leerlaufspannung OCV der entsprechenden Batteriezelle 20a zu berechnen. Die OCV-Übersicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird in dem Speicher 31 als ein Teil der Informationen VTI gespeichert.
Der Spannungsabweichungsberechner 34 subtrahiert, von der Anschlussspannung CCV über der Batteriezelle 20a, die durch den Spannungssensor 21 gemessen wird, die Leerlaufspannung OCV, die durch den OCV-Wandler 33 berechnet wird, womit ein Wert basierend auf der Subtraktion ausgegeben wird. Der Stromschätzer 35 schätzt basierend auf dem Ausgabewert des Spannungsabweichungsberechners 34 und der Temperatur der Batteriezelle 20a, die durch den Temperatursensor 22 gemessen wird, welche als eine Zellentemperatur Ts bezeichnet wird, einen Strom, der durch die Batteriezelle 20a fließt.
Das Folgende beschreibt ein Stromschätzverfahren durch den Stromschätzer 35.
Zuerst beschreibt das Folgende ein Ersatzschaltungsmodell, das heißt ein Batteriemodell, 38, das das elektrochemische Verhalten der Batteriezelle 20a äquivalent simuliert, das durch den Stromschätzer 35 zum Schätzen eines Stroms, der durch die Batteriezelle 20a fließt, verwendet wird. Das heißt, das Batteriemodell 38 drückt zum Beispiel die interne Impedanz der Batteriezelle 20a aus.
Bezug nehmend auf 3 umfasst das Batteriemodell 38 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel grundsätzlich eine Leistungsquelle 38a, ein DC-Widerstandsmodell 38b, ein Ladungsübertragungsimpedanzmodell 38c und ein Diffusionsimpedanzmodell 38d. Die Leistungsquelle 38a, das DC-Widerstandsmodell 38b, das Ladungsübertragungsimpedanzmodell 38c und das Diffusionsimpedanzmodell 38d sind in Reihe miteinander verbunden.
In 3 stellt das DC-Widerstandsmodell 38b den DC-Widerstand Rs der vorstehend beschriebenen Batteriezelle 20a dar. Die Potentialdifferenz über dem DC-Widerstand Rs wird nachstehend als eine DC-Widerstandsspannung Vs bezeichnet.
Das Ladungsübertragungsimpedanzmodell 38c stellt einen Ladungsübertragungswiderstand Rr dar, der die Ladungsübertragungsimpedanz der Batteriezelle 20a modelliert. Die Spannungsdifferenz über dem Ladungsübertragungswiderstand Rr wird als eine Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbr bezeichnet. Es sei angemerkt, dass in dem ersten Ausführungsbeispiel das Ladungsübertragungsimpedanzmodell, das in 3 dargestellt ist, zweckmäßig nur durch den Ladungsübertragungswiderstand Rr, der ein DC-Widerstand ist, dargestellt ist, und deshalb die elektrische Doppelschichtkapazität ignoriert wird. Dies liegt daran, dass die Berechnungsperiode einer Ladungszustandsberechnungsroutine des Berechners 32, das heißt der CPU 30a, derart eingestellt ist, dass sie ausreichend länger ist, als die Zeitkonstante der RC-Parallelschaltung der Ladungsübertragungsimpedanz.
Das Diffusionsimpedanzmodell 45d stellt die Diffusionsimpedanz der Batteriezelle 20a dar. Speziell umfasst das Diffusionsimpedanzmodell 45d eine RC-Parallelschaltung, die aus einem Diffusionswiderstand mit einem Widerstandswert Rw und einer Diffusionskapazität mit einem Kapazitätswert Cw besteht. Die Potentialdifferenz über der RC-Parallelschaltung 38d wird als eine Polarisationsspannung Vw bezeichnet.
Das Folgende beschreibt das DC-Widerstandsmodell 38b. Das erste Ausführungsbeispiel stellt die DC-Widerstandsspannung Vs gemäß der folgenden Gleichung [1] dar: Vs = Rs·I [1]
In der Gleichung [1] stellt der Buchstabe I einen Strom dar, der durch die Batteriezelle 20a fließt. Der DC-Widerstand Rs hängt von der Temperatur der Batteriezelle 20a ab. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Rs-Übersicht, in der der DC-Widerstand Rs und die Zellentemperatur Ts im Voraus miteinander korreliert sind, in dem Speicher 31 als ein Teil der Informationen VTI gespeichert. Die Rs-Übersicht ist derart entworfen, dass je höher die Zellentemperatur Ts ist, desto niedriger der DC-Widerstand Rs ist. Der Stromschätzer 35 besitzt eine Funktion des Berechnens des Stromwiderstands Rs gemäß der Zellentemperatur Ts und der Rs-Übersicht.
Als Nächstes beschreibt das Folgende das Ladungsübertragungsimpedanzmodell 38c. Insbesondere beschreibt das Folgende ein Verfahren des Entwickelns der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv in dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell 38c gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Butler-Volmer-Gleichung für jede Batteriezelle 20a in dem elektrochemischen Feld ist durch die folgende Gleichung [2] gegeben:
wobei

(1) i eine Elektrodenstromdichte darstellt
(2) i_o eine Austauschstromdichte darstellt
(3) α_s einen Elektrodenreaktionsübertragungskoeffizienten, das heißt einen Oxi dationsreaktionsübertragungskoeffizienten, darstellt
(4) n die Anzahl von Elektronen darstellt
(5) F die Faraday-Konstante darstellt
(6) η ein Überpotential bzw. eine Überspannung darstellt
(7) R eine Gaskonstante darstellt
(8) T die absolute Temperatur der Batteriezelle 20a darstellt.

Zur Vereinfachung wird angenommen, dass die positive Elektrode und die negative Elektrode äquivalent zueinander sind, das heißt, dass eine Ladungs-Entladungs-Effizienz der positiven Elektrode äquivalent zu der der negativen Elektrode ist, wobei die folgende Gleichung a = α_s = 1 – α_s erfüllt ist, so dass die folgende Gleichung [3] von der Gleichung [2] hergeleitet wird: i = i_o{exp( anFη / RT) – exp(– anFη / RT) [3]
Ein Transformieren der Gleichung [3] basierend auf der Beziehung zwischen einer hyperbolischen Sinusfunktion und einer Exponentialfunktion leitet die folgende Gleichung [4] her: i = 2·i_o·sinh( anFη / RT) [4]
Ein Lösen der Gleichung [4] hinsichtlich des Überpotentials η leitet die folgende Gleichung [5] her: η = RT / anFsinh^–1( 1 / 2·ioi) [5]
Zusätzlich wird die Beziehung zwischen dem Überpotential η und der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv unter Verwendung einer proportionalen Konstante γ als die folgende Gleichung [6] ausgedrückt: η = γ·Vbv [6]
Die Beziehung zwischen der Stromdichte i und dem Strom I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, unter Verwendung der proportionalen Konstanten, das heißt dem adaptiven Koeffizienten, γ, wird als die folgende Gleichung [7] ausgedrückt: i = γ·I [7]
Ein Einsetzen der Gleichungen [6] und [7] in Gleichung [5] leitet die folgende Gleichung [8] her: γ·Vbν = RT / anFsinh^–1( 1 / 2·ioγ·I) [8]
Ein Anordnen der Gleichung [8] leitet die folgende Gleichung [9] her: Vbν = α / γT·sinh^–1(β·γ·I) [9] wobei α = R / anF , und β = 1 / 2·io
In der Gleichung [9] stellt β einen Ladungsübertragungsparameter dar, der mit dem Ladungsübertragungswiderstand Rr verknüpft ist, stellt α einen konstanten Wert dar und stellt γ den adaptiven Koeffizienten dar. Die Gleichung [9] zeigt, dass der Ladungsübertragungsparameter β es ermöglicht, dass der Ladungs- oder Entladungsstrom I mit der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv korreliert. Es sei angemerkt, dass das erste Ausführungsbeispiel ermöglicht, dass der gemessene Strom Is als der Strom I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, betrachtet wird.
Speziell ergibt Gleichung [9], dass der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β, der aus der Butler-Volmer-Gleichung hergeleitet wird, als ein Koeffizient dient, der die Beziehung zwischen einer inversen hyperbolischen Sinusfunktion und der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv definiert. In der Gleichung [9] weist die inverse hyperbolische Sinusfunktion den Strom I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, als eine unabhängige Variable und die Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv als eine abhängige Variable auf.
Dem Fachmann ist bekannt, dass die Austauschstromdichte io in der folgenden Gleichung [10] ausgedrückt werden kann:
Wobei i_a·C und K_t entsprechend vorbestimmte Konstanten darstellen.
Weil der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β proportional zu dem Kehrwert der Austauschstromdichte io ist, können die Temperaturcharakteristika des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β als die folgende Gleichung [11] ausgedrückt werden:
Wobei β0 eine vorbestimmte Konstante darstellt.
Das heißt, der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β hängt von der absoluten Temperatur T ab.
Nimmt man den natürlichen Logarithmus von beiden Seiten der Gleichung [11], ergibt es die folgende Gleichung [12a]: ln(β) = ln(β0) + K_t × ( 1 / T) [12a]
Diese Gleichung [12a] besitzt die gleiche Form wie die folgende Gleichung [12b] als eine lineare Funktion: Y = AX + B [12b]
Wobei A gleich K ist und B gleich In(β0) ist.
Basierend auf den Beziehungen werden gemessene Werte des natürlichen Logarithmus In(β0) des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β gegen entsprechende Werte des Kehrwerts der absoluten Temperatur T der Batteriezelle 20a in den Graphen mit In(β0) als Y-Achsenabschnitt und 1/T als X-Achsenabschnitt gezeichnet, wie in 4 dargestellt ist. Das erste Ausführungsbeispiel erhält eine lineare Funktion LF, die an die gezeichneten Messwerte des natürlichen Logarithmus In(β0) des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β mit Bezug auf den Kehrwert der absoluten Temperatur T der Batteriezelle 20a angepasst ist (siehe 4). Dies ermöglicht, dass ein Wert von In(β0) als der Y-Achsenabschnitt der linearen Funktion LF erhalten wird und ein Wert von K_t als der Gradient der linearen Funktion LF erhalten wird.
Somit speichert der Speicher 31 die lineare Funktion LF des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β mit den Bezug auf den Kehrwert der absoluten Temperatur T der Batteriezelle 20a, das heißt den Satz des y-Achsenabschnitts In(β0) und des Gradienten K_t, als β-Übersichtsinformationen, die ein Teil der Informationen VTI sind.
Speziell nimmt der Stromschätzer 35 Bezug auf die β-Übersichtsinformationen unter Verwendung des Werts der absoluten Temperatur T basierend auf der Zellentemperatur Ts, die durch den Temperatursensor 22 gemessen wird. Dann extrahiert der Stromschätzer 35 von den β-Übersichtsinformationen einen Wert des natürlichen Logarithmus In(β0) des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β, der mit dem Kehrwert des Werts der absoluten Temperatur T übereinstimmt. Der Stromschätzer 35 nimmt das Exponential des extrahierten Werts des natürlichen Logarithmus In(β0) des Ladungsübertragungsparameters β, womit ein Wert des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β erhalten wird.
5 ist ein Graph, der schematisch darstellt

(1) die Beziehung zwischen dem Strom I und der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv für den Parameter der Zellentemperatur von 25°C
(2) die Beziehung zwischen dem Strom I und der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv für den Parameter der Zellentemperatur von 10°C
(3) die Beziehung zwischen dem Strom I und der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv für den Parameter der Zellentemperatur von 0°C
(4) die Beziehung zwischen dem Strom I und der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv für den Parameter der Zellentemperatur von –10°C
(5) die Beziehung zwischen dem Strom I und der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv für den Parameter der Zellentemperatur von –20°C

5 zeigt, dass die Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv, die gemäß Gleichung [5] berechnet wird, sich mit einer Änderung des Stroms I nicht-linear ändert, insbesondere wenn die Zellentemperatur Ts der Batteriezelle 20a in einem Niedrigtemperaturbereich liegt, zum Beispiel einem Temperaturbereich unter 0 Grad.
Das heißt, ein Berechnen der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv gemäß Gleichung [5], mit anderen Worten, der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β ermöglicht, dass die berechnete Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv nicht-lineare Strom-Spannungs-Charakteristika aufweist, die mit den nicht-linearen Charakteristika zwischen dem tatsächlichen Strom I und der tatsächlichen Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv der Batteriezelle 20a, deren Zellentemperatur Ts innerhalb des Niedrigtemperaturbereichs liegt, der zum Beispiel unter 0 Grad ist, übereinstimmt.
Als Nächstes beschreibt das Folgende das Diffusionsimpedanzmodell 38d. Das erste Ausführungsbeispiel drückt die Polarisationsspannung Vw als die folgende Gleichung [13] aus: Vw(t) = –A·Vw(t – 1) + B·Is(t) + B·Is(t – 1) [13]
Wobei A als der folgende Ausdruck [13A] ausgedrückt wird und B als der folgende Ausdruck [13B] ausgedrückt wird. A = ΔT – 2·Rw·Cw / ΔT + 2·Rw·Cw [13A] B = ΔT·Rw / ΔT + 2·Rw·Cw [13B]
Ein Diskretisieren der Übertragungsfunktion der RC-Parallelschaltung 38d unter Verwendung einer bilinearen Transformation ermöglicht es, die Gleichung [13] zu erhalten. In den Gleichungen [13A] und [13B] stellt ΔT die Länge von jeder Berechnungsperiode des Berechners 32 dar. Das Bezugszeichen (t), das jeder Polarisationsspannung Vw und dem Parameter B·Is zugeordnet ist, stellt dar, dass diese Polarisationsspannung Vw und der Parameter B·Is in der Gleichung [13] Werte zu der vorliegenden Berechnungsperiode des Berechners 32 sind.
Ähnlich stellt das Bezugszeichen (t – 1), das jedem des Parameters (–A·Vw) und des Parameters B·Is zugeordnet ist, dar, dass diese Parameter Werte zu der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode des Berechners 32 sind.
In dem ersten Ausführungsbeispiel sind Informationen, d. h. Diffusionsimpedanzinformationen, über jeden des Widerstandswerts Rw der Widerstandskomponente und der Kapazität Cw der Kapazitätskomponente in der RC-Parallelschaltung 38d mit der absoluten Temperatur T basierend auf der Zellentemperatur Ts, die durch den Temperatursensor 22 gemessen wird, korreliert und werden in dem Speicher 31 als ein Teil der Informationen VTI gespeichert.
Der Grund, warum die Informationen über jeden des Widerstandswerts Rw der Widerstandskomponente und der Kapazität Cw der Kapazitätskomponente in der RC-Parallelschaltung 38d mit der absoluten Temperatur T basierend auf der Zellentemperatur Ts, die durch den Temperatursensor 22 gemessen wird, korreliert sind, ist, dass beide des Widerstandswerts Rw der Widerstandskomponente und der Kapazität Cw von der Zellentemperatur T abhängen.
Das heißt, der Stromschätzer 35 besitzt eine Funktion des Berechnens des Widerstandswerts Rw der Widerstandskomponente und der Kapazität Cw der Kapazitätskomponente in der Diffusionsimpedanz gemäß den Diffusionsimpedanzinformationen, die in dem Speicher 31 gespeichert sind, und der absoluten Temperatur T basierend auf der Zellentemperatur Ts, die durch den Temperatursensor 22 gemessen wird.
In 2 stellt der Ausgabewert des Spannungsabweichungsberechners 34 die Summe der DC-Widerstandsspannung Vs, der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv und der Polarisationsspannung Vw dar. Das heißt, die Aufgabe, die durch den Stromschätzer 35 durchgeführt wird, ist die Aufgabe zum Berechnen, als ein Schätzstrom Ie, eines Stroms, der verursacht, dass die Summe (Vs + Vbv + Vw) erzeugt wird.
Speziell berechnet der Stromschätzer 35 den DC-Widerstand Rs, den Ladungsübertragungswiderstandsparameter β und den Widerstandswert Rw der Widerstandskomponente und die Kapazität Cw der Kapazitätskomponente in der RC-Parallelschaltung 38d gemäß der Zellentemperatur T. Dann berechnet der Stromschätzer 35 als einen Schätzstrom Ie, einen Strom, der ermöglicht, dass die Summe der Elemente auf der rechten Seite der entsprechenden Gleichungen [1], [9] und [13] mit dem Ausgabewert des Spannungsabweichungsberechners 34 übereinstimmt. Diese Berechnungsoperation kann als den Wert Is(t – 1) auf der rechten Seite der Gleichung [13] den Wert des Schätzstroms Ie, der in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode berechnet wurde, verwenden.
Der SOC-Berechner 36 berechnet den SOC der Batteriezelle 20a basierend auf dem Schätzstrom Ie, der durch den Stromschätzer 35 berechnet wird. Das erste Ausführungsbeispiel berechnet, als ein Beispiel eines Parameters, der den Zustand der Batteriezelle 20a angibt, den SOC [%] als eine Funktion

1. eines anfänglichen SOC0 als ein Anfangswert des SOC
2. eines integrierten Werts des Schätzstroms Ie, der von dem anfänglichen SOC0 integriert wird
3. einer Nennkapazität Ah0 der Batteriezelle 20a

Speziell berechnet der SOC-Berechner 36 den SOC gemäß der folgenden Gleichung [14]: SOC = SOC0 + ΣIe·dt / Ah0 × 100 [14]
Es sei angemerkt, dass der SOC-Berechner 36 den anfänglichen SOC0 in der folgenden Prozedur berechnen kann. Speziell erhält der SOC-Berechner 36 die Anschlussspannung über der Batteriezelle 20a, die durch den Spannungssensor 21 gemessen wird, als die Leerlaufspannung OCV unter der Bedingung, dass ein Laden oder Entladen in oder von dem Batteriepack 20 gestoppt ist. Dann berechnet der SOC-Berechner 36 den anfänglichen SOC0 gemäß der OCV-Übersicht unter Verwendung der Leerlaufspannung OCV als einen Eingabewert in die OCV-Übersicht.
2. Erste Lernroutine
Das Folgende beschreibt die erste Lernroutine von jedem Berechner 32 für die entsprechende Batteriezelle 20a mit Bezug auf 6.
Die erste Lernroutine befasst sich mit einer Möglichkeit, dass der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β von einem geeigneten Wert, das heißt einem geschätzten Wert zu dessen Entwurfszeit, abweicht, zum Beispiel aufgrund einer Verschlechterung der Batteriezelle 20a. Speziell dient die erste Lernroutine zum Lernen des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β, der durch den Stromschätzer 35 verwendet wird. Dies ermöglicht, dass eine Reduzierung der Schätzgenauigkeit des SOC basierend auf den in 2 dargestellten Operationen vermieden wird, auch wenn es zum Beispiel eine Verschlechterung in der Batteriezelle 20a gibt.
Das Folgende beschreibt die erste Lernroutine mit Bezug auf 6. Jeder Berechner 32 umfasst einen Vs-Berechner 40, einen Vbv-Berechner 41 und eine erste Lerneinheit 42 als ein Verarbeitungsmodul zum Durchführen der ersten Lernroutine.
Der Vs-Berechner 40 berechnet die DC-Widerstandsspannung Vs, die durch die Gleichung [1] ausgedrückt ist, gemäß dem DC-Widerstand Rs, der von der Zellentemperatur Ts berechnet wird, und einem Strom, das heißt einem Messstrom Is.
Der Vbv-Berechner 41 berechnet die Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv, die durch die Gleichung [9] ausgedrückt ist, gemäß dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter β, der von der Zellentemperatur Ts berechnet wird, dem Messstrom Is und einem Korrekturkoeffizienten β_k, der in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode berechnet wird.
Der Korrekturkoeffizient β_k ist ein Parameter, der durch die erste Lerneinheit 42 gelernt wird, zum Korrigieren des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β, dessen Wert von einem geeigneten Wert abweicht, zum Beispiel aufgrund einer Verschlechterung der Batteriezelle 20a. Das heißt, der Korrekturkoeffizient β_k kann durch die folgende Gleichung [15] ausgedrückt werden: ln(β) = ln(β0) + ln(β_k) + K_t × ( 1 / T) [15]
Speziell stellt In(β_k) den Betrag einer Änderung des Y-Achsenabschnitts der in 4 dargestellten Arrhenius-Zeichnung dar.
Die erste Lerneinheit 42 lernt den Korrekturkoeffizienten β_k gemäß der DC-Widerstandsspannung Vs, die durch den Vs-Berechner 40 berechnet wird, der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv, die durch den Vbv-Berechner 41 berechnet wird, dem Messstrom Is und der Anschlussspannung CCV. In dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Lerneinheit 42 einen ersten Abweichungsberechner 42a, einen zweiten Abweichungsberechner 42b und einen ersten Parameterschätzer 42c.
Das Folgende beschreibt ein Lernverfahren, das heißt eine Lernaufgabe, das bzw. die durch die erste Lerneinheit 42 ausgeführt wird. Es sei angemerkt, dass die erste Lerneinheit 42 als eine Funktion einer ersten Aktualisierungseinheit 32a oder eine Funktion einer anderen als der ersten Aktualisierungseinheit 32a implementiert werden kann.
Die Lernaufgabe transformiert die Gleichung [9] zu der folgenden Gleichung [16] hinsichtlich des Korrekturkoeffizienten β_k:
In Gleichung [16] wird der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β durch ”β = β₀ × β_k” ausgedrückt. Die Gleichung [16] stellt eine hyperbolische Sinusfunktion dar, die den Kehrwert der absoluten Temperatur T der Batteriezelle 20a als eine unabhängige Variable, die Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv als eine unabhängige Variable und den Strom I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, als eine abhängige Variable aufweist. In Gleichung [16] wird die Abweichung des Messstroms Is(t), der in der vorliegenden Berechnungsperiode (t) berechnet wird, von dem Messstrom Is(t – 1), der in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode (t – 1) berechnet wird, durch die folgende Gleichung [17] ausgedrückt:
Die linke Seite der Gleichung [17] stellt eine Messstromabweichung ΔIs(t) als die Abweichung des Messstroms Is(t) in der momentanen Berechnungsperiode von dem Messstrom Is(t – 1) in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode dar; die Messstromabweichung ΔIs(t) entspricht einer ersten Abweichung. Die rechte Seite der Gleichung [17] stellt eine Schätzstromabweichung ΔF(t) dar, die einer zweiten Abweichung entspricht. Die Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv in der momentanen Berechnungsperiode (t), die in der Gleichung [17] ausgedrückt ist, wird durch die folgende Gleichung [18] ausgedrückt: Vbv(t) = CCV(t) – Vs(t) – Vw(t) – OVC(t) [18]
Wobei CCV(t) die Anschlussspannung CCV in der momentanen Berechnungsperiode (t) darstellt, Vs(t) die DC-Widerstandsspannung Vs in der momentanen Berechnungsperiode (t) darstellt, Vw(t) die Polarisationsspannung Vw in der momentanen Berechnungsperiode (t) darstellt und OCV(t) die Leerlaufspannung OCV in der momentanen Berechnungsperiode (t) darstellt.
Wenn der Absolutwert der Messstromabweichung ΔIs während einer Beschleunigung des entsprechenden Fahrzeugs groß ist, ist es möglich, die Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv mit einem geringen Einfluss von der Polarisationsspannung Vw oder der Leerlaufspannung OCV zu erhalten. Dies liegt daran, dass jede der DC-Widerstandsspannung Vs und der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv einen Wert in Abhängigkeit des Messstroms ΔIs ändert, aber der Änderungsbetrag der Polarisationsspannung Vw während einer Berechnungsperiode aufgrund dessen Zeitkonstante sehr klein ist, sodass der Änderungsbetrag der Polarisationsspannung Vw während einer Berechnungsperiode ignoriert werden kann.
Speziell, mit Bezug auf 7, wenn der Absolutwert der Messstromabweichung ΔIs groß ist, ändert sich jede der DC-Widerstandsspannung Vs und der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv unmittelbar zur Zeit t2, bei der die Polarisationsspannung Vw beginnt, sich zu ändern, aufgrund der unmittelbaren Änderung des Stroms I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, obwohl ein bestimmter Zeitbetrag erforderlich ist, bis die Polarisationsspannung Vw konvergiert hat.
Ähnlich ist der Änderungsbetrag der Leerlaufspannung OCV während einer Berechnungsperiode so klein, dass der Änderungsbetrag der Leerlaufspannung OCV während einer Berechnungsperiode ignoriert werden kann. Es sei angemerkt, dass 7 eine Berechnungsperiode als ein Zeitintervall von der Zeit t1 zur Zeit t3 darstellt.
Eine effiziente Korrektur des Korrekturkoeffizienten β_k in der Gleichung [17] erfordert, dass der Absolutwert der Messstromabweichung ΔIs gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert Ith ist, der größer als Null ist, unter der Annahme, dass die Berechnungsperiode der Ladungsübertragungswiderstandsspannungen Vbv(t) und Vbv(t – 1) auf der rechten Seite der Gleichung [17] kurz ist.
8 stellt gemessene Ergebnisse des Messstroms Is und der Anschlussspannung CVV bei einer niedrigen Temperatur, wie etwa –15°C dar, wenn der Anfangswert des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β ein geeigneter Wert ohne Verschlechterung der Batteriezelle 20a ist. Zusätzlich ist 9 ein Graph, der jede der Schätzstromabweichung ΔF und der Messstromabweichung ΔIs, die basierend auf den gemessenen Ergebnissen gezeichnet sind, darstellt. Die Schätzstromabweichung ΔF stellt einen Wert dar, der durch Berechnen der rechten Seite von Gleichung [17] basierend auf der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv, die gemäß der Gleichung [18] berechnet wird, erhalten wird.
Bezug nehmend auf 9, wenn der Anfangswert des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β ein geeigneter Wert ohne Verschlechterung der Batteriezelle 20a ist, ist die Linearität der Schätzstromabweichung ΔF mit Bezug auf die Messstromabweichung ΔIs sichergestellt, und die gezeichnete Abweichung ΔF und die gezeichnete Abweichung ΔIs weisen eine Korrelation mit dem Gradienten von 1 auf, das heißt der Korrekturkoeffizient β_k ist gleich 1.
Im Gegensatz dazu, wenn sich die Batteriezelle 20a in einem fortgeschrittenen Zustand der Verschlechterung befindet und/oder der Anfangswert des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β von einem geeigneten Wert abweicht, obwohl die Linearität der Schätzstromabweichung ΔF mit Bezug auf die Messstromabweichung ΔIs sichergestellt ist, weisen die gezeichnete Abweichung ΔF und die gezeichnete Abweichung ΔIs eine Korrelation auf, dessen Gradient von dem Gradienten von 1 stark abweicht.
Wie vorstehend beschrieben ermöglicht eine Verwendung der Schätzstromabweichung ΔF mit Bezug auf die Messstromabweichung ΔIs,

1. die Linearität der Schätzstromabweichung ΔF mit Bezug auf die Messstromabweichung ΔIs sicherzustellen
2. zu erhalten, um wieviel der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β, der in der β-Übersicht definiert ist, von einem Wert, der einen tatsächlichen Ladungsübertragungswiderstand angibt, abweicht

Von diesen Gesichtspunkten aus lernt die erste Lerneinheit 42 den Korrekturkoeffizienten β_k, um die Schätzstromabweichung ΔF mit der Messstromabweichung ΔIs in Übereinstimmung entsprechend abzugleichen.
Es sei angemerkt, dass 11 ein Graph ist, der die Messstromabweichung ΔIs, die auf die horizontale Achse gezeichnet ist, und den Änderungsbetrag ΔVbv der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv, der auf die vertikale Achse gezeichnet ist, für eine Berechnungsperiode basierend auf Gleichung [18] ohne Verwendung von Gleichung [17] darstellt. Wie vorstehend beschrieben besitzt die Batteriezelle 20a Strom-Spannungs-Charakteristika, die sich in einem Niedrigtemperaturbereich stark nicht-linear ändern. Aus diesem Grund, wie in 14 dargestellt ist, ist die Linearität des Änderungsbetrags ΔVbv der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv mit Bezug auf die Messstromabweichung ΔIs nicht sichergestellt. Die Gelegenheit zum Durchführen des Lernens basierend auf dem Änderungsbetrag ΔVbv der Ladungsübertragungswiderstandsspannung und der Messstromabweichung ΔIs ist auf einen Strombereich nahe Null sehr beschränkt, in dem die Linearität des Änderungsbetrags ΔVbv der Ladungsübertragungswiderstandsspannung mit Bezug auf die Messstromabweichung ΔIs sichergestellt ist.
Jeder Parameter, der in Gleichung [17] enthalten ist, wird durch folgenden Gleichungen [19] ausgedrückt:
Dies ermöglicht der ersten Lerneinheit 42, basierend auf der folgenden Gleichung [20], die von der iterativen Methode der kleinsten Quadrate hergeleitet ist, eine erste Parameterschätzung θ1(t) für jede Berechnungsperiode zu berechnen:
Wobei
In der Gleichung [20] stellt P1 eine Kovarianzmatrix dar, stellt ε1 einen Schätzfehler dar und stellt λ1 einen Vergessensfaktor dar.
Speziell berechnet die erste Lerneinheit 42 den Kehrwert des Korrekturkoeffizienten β_k als die erste Parameterschätzung θ1(t). Dann multipliziert der Berechner 32, der den Vbv-Berechner 41 umfasst, den Korrekturkoeffizienten β_k, das heißt den Korrekturkoeffizienten β_k(t), der durch die erste Parameterschätzung θ1(t) berechnet wird, mit dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter β in der β-Übersicht entsprechend der Zellentemperatur Ts, um den Ladungsübertragungswiderstandsparameter β entsprechend zu aktualisieren. Dies ergibt, dass der aktualisierte Ladungsübertragungswiderstandsparameter β durch den Vbv-Berechner 41 und den Stromschätzer 35 verwendet wird.
Speziell umfasst der Berechner 32 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die erste Aktualisierungseinheit 32a, die eine Aktualisierungsaufgabe des Aktualisierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β durchführt. Mit anderen Worten dient der Berechner 32 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als die erste Aktualisierungseinheit 32a, um die Aktualisierungsaufgabe des Aktualisierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β durchzuführen.
Das Folgende beschreibt einen vorteilhaften Effekt, der durch die erste Lernroutine erreicht wird, mit Bezug auf 12. 12 stellt dar, wie sich jeder eines tatsächlichen Werts und eines geschätzten Werts der Anschlussspannung über der Batteriezelle 20a bei einer niedrigen Temperatur von zum Beispiel -15°C mit der Zeit ändert. Der geschätzte Wert entspricht der Summe der Leerlaufspannung OCV, die durch den OCV-Berechner 33 berechnet wird, der DC-Widerstandsspannung Vs, die durch den Vs-Berechner 40 berechnet wird, der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv, die durch den Vbv-Berechner 41 berechnet wird, und der Polarisationsspannung Vw, die gemäß Gleichung [13] berechnet wird.
Das in 12 dargestellte Beispiel zeigt, dass der Anfangswert des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β von einem geeigneten Wert, der das Ladungsübertragungsimpedanzmodell darstellt, abweicht. Dies ergibt, dass der geschätzte Wert der Anschlussspannung CCV von dem tatsächlichen Wert der Anschlussspannung CCV für eine begrenzte Zeit stark abweicht. Danach jedoch aktualisiert die erste Lernroutine sukzessive den Ladungsübertragungswiderstandsparameter β, womit ermöglicht wird, dass der geschätzte Wert der Anschlussspannung CCV mit dem tatsächlichen Wert der Anschlussspannung CCV übereinstimmt.
3. Zweite Lernroutine
Das Folgende beschreibt die zweite Lernroutine von jedem Berechner 32 der entsprechenden Batteriezelle 20a mit Bezug auf 6.
Die zweite Lernroutine dient zum Lernen des Widerstandswerts Rw der Widerstandskomponente und der Kapazität Cw der Kapazitätskomponente in der RC-Parallelschaltung 38d.
Jeder Berechner 32 umfasst eine zweite Lerneinheit 43 als ein Verarbeitungsmodul zum Durchführen der zweiten Lernroutine zusätzlich zu dem Vs-Berechner 40 und dem Vbv-Berechner 41.
Die zweite Lerneinheit 43 lernt den Widerstandswert Rw der Widerstandskomponente und die Kapazität Cw gemäß der DC-Widerstandsspannung Vs, der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv, dem Messstrom Is und der Anschlussspannung CCV. In dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die zweite Lerneinheit 43 einen zweiten Parameterschätzer 43a.
Das Folgende beschreibt ein Lernmodell, das heißt eine Lernaufgabe, das bzw. die durch die zweite Lerneinheit 43 durchgeführt wird.
13 stellt ein Schaltungsmodell LM dar, das durch die zweite Lerneinheit 43 zum Lernen des Widerstandswerts Rw der Widerstandskomponente und der Kapazität Cw der Kapazitätskomponente gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Das Schaltungsmodell LM umfasst zusätzlich einen Fehlerwiderstand, der in Reihe mit der Parallelschaltung des Widerstandswerts Rw der Widerstandskomponente und der Kapazität Cw der Kapazitätskomponente verbunden ist. In 13 wird der Fehlerwiderstand durch R_E dargestellt. Der Fehlerwiderstand wird basierend auf der Wahrscheinlichkeit, dass jede der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv und der DC-Widerstandsspannung Vs einen Fehler umfasst, bereitgestellt.
Eine angelegte Spannung Vin an das Schaltungsmodell LM, das in 13 dargestellt ist, wird durch die folgende Gleichung [21] ausgedrückt: Vin(t) = CCV(t) – OCV(t) – Vs(t) – Vbv(t) [21]
Der Änderungsbetrag der angelegten Spannung Vin, welcher als Spannungsänderungsbetrag ΔVin bezeichnet wird, für eine Berechnungsperiode wird durch die folgende Gleichung [22] ausgedrückt: ΔVin(t) = Vin(t) – Vin(t – 1) [22]
Zusätzlich kann der Spannungsänderungsbetrag ΔVin ebenso durch die folgende Gleichung [23] ausgedrückt werden: ΔVin(t) = –a1·ΔVin(t – 1) + b0·ΔIs(t) + b1·ΔIs(t – 1)
Wobei
Eine Verwendung des Verfahrens, das in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-122951 offenbart ist, ermöglicht es, die vorstehende Gleichung [23] herzuleiten. Speziell ermöglichen ein Ausdrücken einer Impedanz über Anschlüssen des Schaltungsmodells, das in 13 dargestellt ist, unter Verwendung eines Laplace-Operators s und ein Diskretiesieren und Transformieren der Impedanz über den Anschlüssen, die vorstehende Gleichung [23] zu erhalten.
Die Parameter, die in der Gleichung [23] enthalten sind, werden durch die folgenden Gleichungen [24] ausgedrückt:
Dies ermöglicht der zweiten Lerneinheit 43, basierend auf der folgenden Gleichung [25], die von der iterativen Methode der kleinsten Quadrate hergeleitet wird, eine zweite Parameterschätzung θ2(t) zu berechnen:
Wobei
In der Gleichung [25] stellt P2 eine Kovarianzmatrix dar, stellt ε2 einen Schätzfehler dar und stellt λ2 einen Vergessensfaktor dar.
Speziell berechnet die zweite Lerneinheit 43 den Widerstandswert Rw der Widerstandskomponente, die Kapazität Cw der Kapazitätskomponente und einen Wert des Fehlerwiderstandes R_E gemäß der berechneten zweiten Parameterschätzung θ2(t) und den folgenden Gleichungen [26]:
Der Wert des Fehlerwiderstandes R_E zum Absorbieren eines Fehlers der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv und eines Fehlers der DC-Widerstandsspannung Vs wird nahe Null oder könnte ein negativer Wert werden.
Speziell aktualisiert der Berechner 32 basierend auf dem berechneten (gelernten) Widerstandswert Rw und der Kapazität Cw durch die zweite Lerneinheit 43 die Diffusionsimpedanzinformationen; wobei die Diffusionsimpedanzinformationen mit dem Widerstandswert Rw der Widerstandskomponente, der Kapazität Cw der Kapazitätskomponente verknüpft sind, in dem Speicher 31 gespeichert sind, und mit der Zellentemperatur Ts, das heißt der absoluten Temperatur T, korreliert sind. Der Stromschätzer 35 verwendet deshalb die aktualisierten Diffusionsimpedanzinformationen.
Speziell dient der Berechner 32 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als die zweite Aktualisierungseinheit 32b, um die Aktualisierungsaufgabe des Aktualisierens der Diffusionsimpedanzinformationen durchzuführen.
Es sei angemerkt, dass die zweite Lerneinheit 43 konfiguriert sein kann, um jeden von allen der Parametern Vs, Vbv, Is und CCV, die darin eingegeben werden, durch einen Tiefpassfilter zu schicken, der eine Zeitkonstante aufweist, die mit der Zeitkonstante der RC-Parallelschaltung, die gelernt werden sollte, übereinstimmt. Dies ermöglicht, dass der gelernte Widerstandswert Rw und die Kapazität Cw stabilere Werte werden.
Es sei angemerkt, dass der SOC-Berechner 36 des Berechners 32 von der Anschlussspannung OCV der Batteriezelle 20a, die durch den Spannungssensor 21 gemessen wird, zum Beispiel die Summen von

1. der DC-Widerstandsspannung Vs,
2. der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv,
3. der Polarisationsspannung Vw
4. des Produkts des Werts des Fehlerwiderstandes R_E und des Messstroms Is

Dann kann der SOC-Berechner 36 die Leerlaufspannung OCV als das Ergebnis der Subtraktion berechnen. Der SOC-Berechner 36 kann den SOC der Batteriezelle 20a gemäß der berechneten Leerlaufspannung OCV und der OCV-Übersicht berechnen.
Das vorstehende erste Ausführungsbeispiel erreicht die folgenden vorteilhaften Effekte.
Die Batterie-ECU 30 umfasst, als das Ladungsübertragungsimpedanzmodell, ein Modell inklusive des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β, der

(1) der Austauschstromdichte der Butler-Volmer-Gleichung entspricht
(2) mit der Zellentemperatur Ts, das heißt der absoluten Temperatur T, korreliert ist.

Dies ermöglicht die nicht-linearen Strom-Spannungs-Charakteristika von jeder Batteriezelle 20a bei niedrigen Temperaturen mit hoher Genauigkeit.
Zusätzlich führt die Batterie-ECU 30 die erste Lernroutine basierend auf der iterativen Methode der kleinsten Quadrate durch, um den Ladungsübertagungswiderstandsparameter β entsprechend iterativ zu aktualisieren. Dies vermeidet eine Verschlechterung der Schätzgenauigkeit des SOC von jeder Batteriezelle 20a, auch wenn es eine Verschlechterung in der entsprechenden Batteriezelle 20a gibt und/oder der Anfangswert des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β von einem geeigneten Wert abweicht.
Die Batterie-ECU 30 führt die erste Lernroutine durch, nachdem der Absolutwert des Messstroms Is gleich oder größer als der vorbestimmte Wert Ith ist. Dies ermöglicht,

1. zu bestimmen, ob das Verhalten der Spannungsschwankungen über der Batteriezelle 20a hauptsächlich von dem nicht-linearen Ladungsübertragungswiderstand abhängt
2. dass der Korrekturkoeffizient β_k zum Korrigieren des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β berechnet wird, wenn bestimmt ist, dass das Verhalten der Batterieschwankungen über der Batteriezelle 20a hauptsächlich von dem nicht-linearen Ladungsübertragungswiderstand abhängt.

Dies vermeidet ein fehlerhaftes Lernen des Korrekturkoeffizienten β_k aufgrund des Einflusses von der Polarisationsspannung Vw.
Die Batterie-ECU 30 führt die zweite Lernroutine basierend auf dem Fehlerwiderstand, der mit dem äquivalenten RC-Parallelmodell 38d in Reihe verbunden ist, durch, um dadurch den Widerstandswert Rw der Widerstandskomponente und die Kapazität Cw der Kapazitätskomponente in der RC-Parallelersatzschaltung 38d zu aktualisieren. Dies ermöglicht, dass die Berechnung der Polarisationsspannung Vw einen beschränkteren Einfluss von den Fehlern, die in der entsprechenden DC-Widerstandsspannung Vs und der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv enthalten sind, aufweist bzw. dass der Einfluss der Fehler auf die Berechnung beschränkt ist. Im Gegensatz dazu, wenn kein Fehlerwiderstand verwendet wurde, könnte der geschätzte Widerstandswert Rw der Widerstandskomponente einen Einfluss von diesen Fehlern aufweisen. Dies könnte die Schätzgenauigkeit des Widerstandswerts Rw reduzieren.
Zweites Ausführungsbeispiel
Das Folgende beschreibt das zweite Ausführungsbeispiel mit einem Hauptaugenmerk auf die Punkte des zweiten Ausführungsbeispiels, die von dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden sind, mit Bezug auf die entsprechenden Zeichnungen.
Jeder Berechner 32 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel identifiziert und aktualisiert sequentiell adaptive Koeffizienten γ zusätzlich zu dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter β in der vorstehenden Gleichung [9], die zum Schätzen des Zustandes der entsprechenden Batteriezelle 20a verwendet wurde, unter Verwendung eines adaptiven digitalen Filters. Dies basiert auf der Wahrscheinlichkeit, dass jeder adaptive Koeffizient γ von einem geeigneten Wert, wie etwa einem Wert, der zu dessen Entwurfszeit angepasst wurde, aufgrund zum Beispiel einer Verschlechterung der entsprechenden Batteriezelle 20a, abweicht.
Das Folgende beschreibt eine Aufgabe zum Identifizieren des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β und der adaptiven Koeffizienten γ mit Bezug auf 14. 14 stellt einen Prozessor 61 dar, der in jedem Berechner 32 bereitgestellt ist, zum Identifizieren des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β und der adaptiven Koeffizienten γ. Der Prozessor 61 entspricht der ersten Lerneinheit 42, die in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Speziell werden der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β und die adaptiven Koeffizienten γ, die durch den Prozessor 61 identifiziert werden, durch den Stromschätzer 35, der den Zustandsschätzer 60 bildet, zum Berechnen des Schätzstroms Is verwendet. Insbesondere aktualisiert der Stromschätzer 35 die Parameter β und γ, die auf der rechten Seite der Gleichung [9], die zum Schätzen des Schätzstroms Is unter Verwendung der Eingabeparameter β und γ verwendet wird, umfasst sind.
Bezug nehmend auf 14 umfasst der Prozessor 61 einen Parameteridentifizierer 50. Der Parameteridentifizierer 50 umfasst einen ersten Identifizierer 51 zum Identifizieren des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β und einen zweiten Identifizierer 62 zum Identifizieren der adaptiven Koeffizienten γ.
Zuerst beschreibt das Folgende ein Verfahren des Identifizierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ein Anfangswert des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β, der als ein Anfangsparameter βmap bezeichnet wird, wird durch die folgende Gleichung [27] ausgedrückt:
In dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie durch die durchgezogene Linie in 15 und die folgende Gleichung [28] dargestellt ist, wird der Anfangsparameter βmap derart mathematisiert, dass der natürliche Logarithmus des Anfangsparameters βmap ein linearer Ausdruck des Kehrwerts der Zellentemperatur Ts ist, und der mathematisierte Anfangsparameter βmap wird in dem Speicher 31 als Teil der Informationen VTI gespeichert. Aus diesem Grund ermöglicht ein Erhalten der Zellentemperatur Ts, dass der Anfangsparameter βmap identifiziert wird. Dies ermöglicht, dass der Anfangswert des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β, das heißt der Anfangsparameter βmap, genau bestimmt wird.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β durch die folgende Gleichung [29] definiert:
Wobei β_k einen Korrekturkoeffizienten darstellt, der durch den ersten Identifizierer 51 zu identifizieren ist, und ein Anfangswert des Korrekturkoeffizienten β_k gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auf 1 eingestellt ist. Nimmt man den Logarithmus von beiden Seiten der Gleichung [29], leitet dies die folgende Gleichung [30] her:
Wenn der Korrekturkoeffizient β_k gleich 1 wird, wird der Wert In(β_k) in der Gleichung [30] Null, das heißt die durchgezogene Linie und eine strichpunktierte Linie werden einander angeglichen.
Jeder Berechner 32 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel berechnet basierend auf der mathematischen Formel in Form der Gleichung [28], die in dem Speicher 31 gespeichert ist, einen natürlichen Logarithmuswert des Anfangsparameters βmap entsprechend der Zellentemperatur Ts, die als ein Eingabewert verwendet wird. Diese Berechnungsfunktion ist zum Beispiel in dem Stromschätzer 35, der in 14 dargestellt ist, installiert. Speziell dient der Stromschätzer 35 als ein Berechner. Der Stromschätzer 35 transformiert den berechneten natürlichen Logarithmuswert In(βmap) in eine Exponentialfunktion, um den Anfangsparameter βmap entsprechend zu erhalten. Dann multipliziert der Stromschätzer den Korrekturkoeffizienten β_k mit dem Anfangsparameter βmap, womit der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β berechnet wird.
Wie in der Gleichung [28] dargestellt ist, ist der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β ein Parameter, der sich mit Bezug auf die Temperatur der Batteriezelle 20a exponentiell ändert. Speziell kann sich der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β innerhalb eines vorbestimmten verwendbaren Temperaturbereichs der Batteriezelle 20a in Größenordnungen bzw. in Zehnerpotenzen ändern, wie in 4 dargestellt ist. Aus diesem Grund, zur Verwendung des adaptiven digitalen Filters, ist es wünschenswert, den Ladungsübertragungswiderstandsparameter β nicht als ein zu identifizierendes Ziel zu verwenden, sondern den Korrekturkoeffizienten β_k, der ein Wert ist, der durch Normalisieren des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β erhalten wird, als ein zu identifizierendes Ziel zu verwenden. Dies zielt darauf ab, eine Verschlechterung der Genauigkeit des Identifizierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β aufgrund einer minimalen Einheit einer Verarbeitung, das heißt eines am wenigsten signifikanten Bits (LSB), durch jeden Berechner 32 zu vermeiden.
Im Detail wird eine Struktur betrachtet, die den Ladungsübertragungswiderstandsparameter β als ein zu identifizierendes Ziel verwendet. In dieser Struktur kann sich der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β in Abhängigkeit der Verwendungstemperatur der Batteriezelle 20a stark ändern. Aus diesem Grund kann eine Änderung in der Temperatur der Batteriezelle 20a, während sich das entsprechende Fahrzeug bewegt, eine Reduzierung der Genauigkeit des Identifizierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β ergeben. Zusätzlich kann eine Änderung in der Zeit, die zum Berechnen des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β erforderlich ist, eine Reduzierung der Genauigkeit des Identifizierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β ergeben.
Im Gegensatz dazu, weil der Korrekturkoeffizient β_k normalisiert ist, ist es möglich, einen stabilen Wert des Korrekturkoeffizienten β_k zu berechnen. Ein Verwenden des normalisierten Korrekturkoeffizienten β_k ermöglicht es, dass Bedenken, wie etwa eine Löschung von Stellen, vermieden werden können, wodurch eine Reduzierung der Genauigkeit des Identifizierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β vermieden wird.
Zusätzlich ist das zweite Ausführungsbeispiel derart konfiguriert, dass der Anfangsparameter βmap, der durch Gleichung [28] ausgedrückt ist, in dem Speicher 31 gespeichert wird. Dies ermöglicht, dass der Schwankungsbereich des Werts In(β_map) innerhalb des verwendbaren Temperaturbereichs der Batteriezelle 20a reduziert wird, was ermöglicht, die Genauigkeit des Anfangsparameters βmap zu verbessern.
Wie durch eine strichpunktierte in 15 dargestellt ist, können Werte des Anfangsparameters βmap von den angepassten Werten des Anfangsparameters βmap zu dessen Entwurfszeit, die in dem Speicher 31 gespeichert ist, abweichen. Der Korrekturkoeffizient β_k ermöglicht, dass diese Abweichung korrigiert wird. Speziell, wie in 15 dargestellt ist, weil der Y-Achsenabschnitt der Arrhenius-Zeichnung sich aufgrund von zum Beispiel der Verschlechterung der Batteriezelle 20a ändert, ist das zweite Ausführungsbeispiel dazu konfiguriert, diese Änderung unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten β_k zu korrigieren. Es sei angemerkt, dass in der Gleichung [28] K_t einen konstanten Wert darstellt, der von einer physikalischen Konstante definiert wird. Aus diesem Grund bleibt der Gradient von jeder der durchgezogenen Linie und der strichpunktierten Linie, die in 15 dargestellt ist, vor und nach einer Verschlechterung der Batteriezelle 20a unverändert.
Das zweite Ausführungsbeispiel ist dazu konfiguriert, von der Gleichung [9] selbst die Gleichung [16] nicht herzuleiten, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, sondern eine Maclaurin-Erweiterung auf die Gleichung [9] anzuwenden. Speziell ermöglicht ein Anwenden der Maclaurin-Erweiterung auf die rechte Seite der Gleichung [9] mit Bezug auf den Strom I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, bis zu einem Hauptausdruck des Stroms I, dass die folgende Gleichung [31] hergeleitet wird: Vbv = (α·T·β) × I [31]
Ein Einsetzen der Gleichung [29] in Gleichung [31] ermöglicht, dass die folgende Gleichung [32] hergeleitet wird: Vbv = (α·T·β_map·β_k) × I [32]
Bezug nehmend auf 16 ist die Gleichung [32] ein Annäherungsausdruck der Gleichung [9] bei ungefähr 0 A des Stroms I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, und die Gleichung [32] stellt dar, dass die Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv als eine lineare Gleichung des Stroms I definiert ist. In der Gleichung [32] hat der Ausdruck (α·T·β_map·β_k) Dimensionen eines elektrischen Widerstandes, stellt Bezugszeichen α eine physikalische Konstante dar und ist die absolute Temperatur T der Batteriezelle 20a ein bekannter Wert. Aus diesem Grund ermöglicht der Ladungsübertragungswiderstandsparameter β, dass der Gradient bei ungefähr 0 A des Stroms I angepasst wird.
Andererseits ist die Differenz zwischen der Anschlussspannung CCV(t), die durch den Spannungssensor 21 in der momentanen Berechnungsperiode gemessen wird, und der Anschlussspannung CCV(t – 1), die durch den Spannungssensor 21 in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode gemessen wird, als eine Messspannungsabweichung ΔV(t) definiert. Ein Bezugnehmen auf Gleichung [18] ermöglicht, dass die Messspannungsabweichung ΔV(t) durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird: ΔV(t) = {OCV(t) – OCV(t – 1)} + {Vs(t) – Vs(t – 1)} + {Vbv(t) – Vbv(t – 1)} + {Vw(t) – Vw(t – 1)} = ΔOCV(t) + ΔVs(t) + ΔVbv(t) + ΔVw(t) [33]
Zum Entfernen von Versatzfehlern, die in den Messwerten durch den entsprechenden Stromsensor 23 und Spannungssensor 21 enthalten sind, und eines Einflusses von einem Fehler, der in der Leerlaufspannung OCV enthalten ist, identifiziert jeder Berechner 32 nacheinander für das Intervall von der Zeit (t – 1) der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode zu der Zeit (t) der momentanen Berechnungsperiode einen Wert des Korrekturkoeffizienten β_k gemäß der Messspannungsabweichung ΔV(t) und der Messstromabweichung ΔI(t), wenn sich der Messstrom Is stark ändert.
Bezugszeichen (a) von 17 stellt dar, wie sich die Anschlussspannung über der Batteriezelle 20a ändert, und Bezugszeichen (b) von 17 stellt dar, wie sich der Strom I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, ändert. Wie in 17 dargestellt ist, nachdem sich die Batteriezelle 20a in einem unbelasteten Zustand zur Zeit t1 befindet, wird eine konstante Last auf die Batteriezelle 20a auferlegt. In diesem Fall, wie vorstehend beschrieben, ist ein Spannungsabfall ΔVw mit einer langen Zeitkonstante ausreichend kleiner als ein Spannungsabfall ”ΔVs + ΔVbv” mit keiner Zeitkonstante. Zusätzlich ist der Änderungsbetrag ΔOCV(t) ebenso ausreichend kleiner als der Spannungsabfall ”ΔVs + ΔVbv”. Aus diesem Grund ist es möglich, jeden des Änderungsbetrags ΔOCV(t) und ΔVw(t) während einer ausreichend kurzen Berechnungsperiode zu ignorieren. Dadurch wird ermöglicht, die Gleichung [30] durch die folgende Gleichung [34] auszudrücken: ΔV(t) = ΔVs(t) + ΔVbv(t) [34]
Dies ermöglicht jedem Berechner 32, von der Messspannungsabweichung ΔV die DC-Widerstandsspannung Vs und die Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv zu extrahieren. Zusätzlich ermöglicht ein Ignorieren von jedem des Änderungsbetrags ΔOCV(t) und ΔVw(t), dass die Berechnungslast von jedem Berechner 32 vermieden wird.
Die Gleichungen [34] und [32] ermöglichen, dass die folgenden Gleichungen [35a] und [35b] hergeleitet werden: ΔVbv(t) = ΔV(t) – Rs·ΔI(t) [35a] → ΔV(t) – Rs·ΔI(t) = (α·T·βmap·β_k) × ΔI(t) [35b]
In der Gleichung [35b] werden die Parameter durch die folgenden entsprechenden Gleichungen [36] ausgedrückt: y_a(t) = ΔV(t) – R_s·ΔI(t) φ T / a(t) = (α·T·β_map·β_k) × ΔI(t) θ_a(t) = β_k [36]
Wobei y_a einen beobachteten Wert darstellt. Ein Modellschätzwert y_aes und ein Schätzfehler ε_a werden durch die folgende Gleichung [37] ausgedrückt: y_aest(t) = φ T / a(t)θ_a(t – 1) ε_a(t) = y_a(t) – y_aest(t) [37]
Jeder Berechner 32 identifiziert nacheinander einen Wert der Parameterschätzung θa gemäß der Methode der kleinsten Quadrate basierend auf der folgenden Gleichung [38], um entsprechend den Schätzfehler ε_a zu minimieren: θ_a(t) = θ_a(t – 1) + G_a(t)ε_a(t) [38] Wobei
In der Gleichung [38] stellt Ga eine adaptive Verstärkung dar, stellt P_a eine Kovarianzmatrix dar und stellt λ_a einen Vergessensfaktor dar.
Speziell ist der Parameteridentifizierer 50 dazu konfiguriert,

1. sequentiell die Parameterschätzung θa gemäß der Methode der kleinsten Quadrate basierend auf den Gleichungen [37] und [38] unter Verwendung, als Eingabewerte, des beobachteten Werts y_a(t), der basierend auf der Messspannungsabweichung ΔV(t), der Messstromabweichung ΔI(t) und dem DC-Widerstand Rs definiert ist, zu identifizieren
2. den Korrekturkoeffizienten β_k basierend auf der identifizierten Parameterschätzung θ_a zu berechnen.

Speziell, zurück zu 14, berechnet der erste Identifizierer 51 den beobachteten Wert y_a(t) basierend auf der Messspannungsabweichung ΔV(t), der Messstromabweichung ΔI(t) und dem DC-Widerstand Rs, der von der Zellentemperatur Ts berechnet wird. Der erste Identifizierer 51 identifiziert sequentiell die Parameterschätzung θa gemäß der Methode der kleinsten Quadrate basierend auf den Gleichungen [37] und [38] unter Verwendung, als Eingabewerte, des beobachteten Werts y_a(t), der basierend auf der Messspannungsabweichung ΔV(t), der Messstromabweichung ΔI(t) und dem DC-Widerstand Rs definiert wird. Dann berechnet der erste Identifizierer 51 den Korrekturkoeffizienten β_k basierend auf der identifizierten Parameterschätzung θ_a.
Der Prozessor 61 umfasst einen Stromänderungsberechner 53, einen Spannungsänderungsberechner 54, einen Auswähler 55 zusätzlich zu dem Parameteridentifizierer 50. Der Stromänderungsberechner 53 berechnet die Messstromabweichung ΔI(t) und der Spannungsänderungsberechner 54 berechnet die Messspannungsabweichung ΔV(t). Der DC-Widerstand Rs kann basierend auf der vorstehend genannten Rs-Übersicht berechnet werden.
Als Nächstes beschreibt das Folgende ein Verfahren des Identifizierens der adaptiven Koeffizienten γ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die adaptiven Koeffizienten γ sind proportionale Koeffizienten, die die Funktion zwischen der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv und dem Strom I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, definieren. Ein variables Einstellen der adaptiven Koeffizienten γ ermöglicht die Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv in einem großen Bereich des Stroms I ohne Ändern des Gradienten der Funktion bei dem Strom I, der ungefähr Null ist (siehe 18). Es sei angemerkt, dass es möglich ist, einen adaptiven Koeffizienten γc einzustellen, wenn die Batteriezelle 20a geladen wird, und einen adaptiven Koeffizienten γd einzustellen, wenn die Batteriezelle 20a entladen wird. Zum Beispiel wird der adaptive Koeffizient γc auf 0,25 eingestellt, wenn die Batteriezelle 20 geladen wird, und wird der adaptive Koeffizient γd auf 0,14 eingestellt, wenn die Batteriezelle 20 entladen wird. Diese adaptiven Koeffizienten γc und γd sind im Voraus in dem Speicher 31 gespeichert.
Der Prozessor 61 identifiziert, für das Intervall von der Zeit (t – 1) der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode zu der Zeit (t) der momentanen Berechnungsperiode einen Wert des Korrekturkoeffizienten β_k basierend auf der Beziehung zwischen der Messspannungsabweichung ΔV(t) und der Messstromabweichung ΔI(t), wenn sich der Messstrom Is gemäß der folgenden Gleichung [39] stark ändert.
In der Gleichung [39] stellt γv einen ersten Koeffizienten dar, der ein adaptiver Koeffizient zum Definieren eines Vergrößerns oder Verkleinerns in die Richtung der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv in der Butler-Volmer-Gleichung ist. γi stellt ebenso einen zweiten Koeffizienten dar, der ein adaptiver Koeffizient zum Definieren eines Vergrößerns oder Verkleinerns in der Richtung des Stroms I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, in der Butler-Volmer-Gleichung ist. Der erste Koeffizient γ_v ist grundsätzlich gleich dem zweiten Koeffizienten γ_i. Da jedoch der zweite Koeffizient γ_i als die unabhängige Variable der inversen hyperbolischen Sinusfunktion in der Gleichung [39] umfasst ist, ist es schwierig, die Gleichung [39] in eine lineare Gleichung zu transformieren. Dies macht es schwierig, den ersten und zweiten Koeffizienten γ_v und γ_i gleichzeitig zu identifizieren. Aus diesem Grund ist der Prozessor 61 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dazu konfiguriert, den ersten Koeffizienten γv zu der Zeit t zu berechnen, und, nach einem Ablauf einer Berechnungsperiode von der Zeit t, den identifizierten ersten Koeffizienten γ_v auf den zweiten Koeffizienten γ_i anzuwenden.
In der Gleichung [39] werden die Parameter durch die folgenden Gleichungen [40] ausgedrückt:
Wobei y_b einen beobachteten Wert darstellt. Ein Modellschätzwert y_best und ein Schätzfehler εb werden durch die folgende Gleichung [41] ausgedrückt: y_best(t) = φ T / b(t)θ_b(t – 1) ε_b(t) = y_b(t) – y_best(t) [41]
Der Prozessor 61 identifiziert nacheinander einen Wert der Parameterschätzung θ_b gemäß der Methode der kleinsten Quadrate basierend auf der folgenden Gleichung [42], um den Schätzfehler ε_b entsprechend zu minimieren, und berechnet den Kehrwert der Parameterschätzung θ_b, um dadurch den ersten Koeffizienten γ_v zu berechnen: θ_b(t) = θ_b(t – 1) + G_b(t)ε_b(t) [42] Wobei
In der Gleichung [42] stellt Gb eine adaptive Verstärkung dar, stellt P_b eine Kovarianzmatrix dar und stellt λ_b einen Vergessensfaktor dar.
Wenn der erste Koeffizient γ_v(t) zu der Zeit t identifiziert wird, wendet der Prozessor 61 den identifizierten ersten Koeffizienten γ_v(t) auf den zweiten Koeffizienten γ_i(t + 1) zur Zeit (t + 1) nach einem Ablauf einer Berechnungsperiode seit der Zeit t in der folgenden Gleichung [43] an: γ_i(t + 1) = γ_v(t) [43]
Speziell berechnet der zweite Identifizierer 52 des Prozessors 61 den beobachteten Wert y_b(t) als eine Funktion der Messspannungsabweichung ΔV(t), der Messstromabweichung ΔI(t) und des DC-Widerstands Rs. Dann identifiziert der zweite Identifizierer 52 sequentiell die Parameterschätzung θ_b gemäß der Methode der kleinsten Quadrate basierend auf den Gleichungen [41] und [42] unter Verwendung, als ein Eingabewert, des beobachteten Werts y_b(t). Danach berechnet der zweite Identifizierer 52 den Kehrwert der Parameterschätzung θ_b, um dadurch den ersten Koeffizienten γ_v zu berechnen. Der zweite Identifizierer 52 wendet ebenso den identifizierten ersten Koeffizienten γ_v auf den zweiten Koeffizienten γ_i an.
Eine Identifizierung des Korrekturkoeffizienten β_k durch den ersten Identifizierer 51 wird ausgeführt, nachdem der Strom I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, klein, das heißt kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Im Gegensatz dazu wird eine Identifizierung des ersten und zweiten Koeffizienten γ_v und γ_i durch den zweiten Identifizierer 52 durchgeführt, nachdem der Strom I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, groß, das heißt größer als der vorbestimmte Wert ist.
Von diesem Gesichtspunkt aus umfasst der Berechner 32 den Auswähler 55 zum Auswählen, welcher des Ladungsübertragungswiderstandsparameters β und der adaptiven Koeffizienten γ identifiziert werden sollte.
Das Folgende beschreibt eine Auswahlroutine, die durch den Prozessor 61 unter Verwendung des Auswählers 55 durchgeführt wird, mit Bezug auf 19. Der Prozessor 61 führt die Auswahlroutine für zum Beispiel die vorbestimmte Berechnungsperiode wiederholt durch.
In Schritt S10 der Auswahlroutine bestimmt der Auswähler 55, ob der Absolutwert der Messstromabweichung ΔI(t) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert Id ist. Diese Operation dient zum Bestimmen, ob es eine Situation gibt, in der es möglich ist, dass jeder des Änderungsbetrags ΔOCV(t) und ΔVw(t) ignoriert wird.
Wenn die Bestimmung in Schritt S10 positiv ist, geht die Auswahlroutine über zu Schritt S11. In Schritt S11 bestimmt der Auswähler 55, ob ein logisches UND einer ersten Bedingung und einer zweiten Bedingung wahr ist; die erste Bedingung ist, dass der Absolutwert des Messstroms Is(t) in der momentanen Berechnungsperiode niedriger als ein Schwellenwert Ir ist, und die zweite Bedingung ist, dass der Absolutwert des Messstroms Is(t – 1) in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode niedriger als der Schwellenwert Ir ist. Mit anderen Worten bestimmt der Auswähler 55, ob die erste Bedingung und die zweite Bedingung beide erfüllt sind.
Wie in 16 dargestellt ist, weist der Schwellenwert Ir gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen Wert entsprechend der Hälfte eines Strombereichs SI auf, innerhalb dem die Butler-Volmer-Gleichung, die durch die Gleichung [9] ausgedrückt ist, durch Gleichung [31] angenähert werden kann. Insbesondere wird der Schwellenwert Ir eingestellt, so dass dieser größer ist, wenn die Zellentemperatur Ts höher ist. Der Grund, warum der Schwellenwert Ir eingestellt ist, um größer zu sein, wenn die Zellentemperatur Ts höher ist, ist, dass der Gradient der Butler-Volmer-Gleichung, die in 5 dargestellt ist, wenn der Strom I, der durch die Batteriezelle 20a fließt, ungefähr Null ist, kleiner ist, wenn die Temperatur der Batteriezelle 20a höher ist, so dass die Form der Butler-Volmer-Gleichung linearer wird.
Wenn die Bestimmung in Schritt S11 positiv ist, geht die Auswahlroutine über zu Schritt S12. In Schritt S12 identifiziert der erste Identifizierer 51 den Korrekturkoeffizienten β_k in Schritt S12. Ansonsten, wenn die Bestimmung in Schritt S11 negativ ist, geht die Auswahlroutine über zu Schritt S13. In Schritt S13 identifiziert der erste Identifizierer 51 den ersten und zweiten Koeffizienten γ_v und γ_i.
Die Auswahlroutine ermöglicht, dass die Gelegenheit zum Identifizieren des Korrekturkoeffizienten β_k und die Gelegenheit zum Identifizieren des ersten und zweiten Koeffizienten γv und γi sichergestellt werden.
Zurück zu 14 werden der Korrekturkoeffizient β_k und der erste und zweite Koeffizient γv und γi, die durch den Parameteridentifizierer 50 identifiziert sind, in den Stromschätzer 35 eingegeben. Der Stromschätzer 35 aktualisiert den Ladungsübertragungswiderstandsparameter β basierend auf dem Korrekturkoeffizienten β_k. Dann berechnet der Stromschätzer 35 den Schätzstrom Ie basierend auf dem Korrekturkoeffizienten β_k und den ersten und zweiten Koeffizienten γv und γi.
20 stellt dar, wie sich die Anschlussspannung CCV, ein geschätzter Wert Ve der Anschlussspannung und eine Abweichung ΔVrr zwischen der Anschlussspannung CCV und dem geschätzten Wert Ve ändern; diese Parameter CCV, Ve und ΔVrr werden in einer vorbestimmten Bewegungsbetriebsart des Fahrzeugs, in der das Batteriesystem 10 in dem Fahrzeug angewendet wird, gemessen. Der geschätzte Wert Ve entspricht der Summe von

1. der Leerlaufspannung OCV, die durch den OCV-Wandler 33 berechnet wird
2. der DC-Widerstandsspannung Vs, die durch den Vs-Berechner 40 berechnet wird
3. der Ladungsübertragungswiderstandsspannung Vbv, die basierend auf dem aktualisierten Ladungsübertragungswiderstandsparameter β berechnet wird
4. der Polarisationsspannung Vw, die gemäß der Gleichung [13] berechnet wird.

Es sei angemerkt, dass die vorbestimmte Fahrbetriebsart in 20 ein LA#4-Testzyklus ist, der einer von Fahrmustern zum Messen von Abgas ist.
Insbesondere stellt das in 20 dargestellte Beispiel dar, wie sich die Anschlussspannung CCV, der geschätzte Wert Ve der Anschlussspannung und die Abweichung ΔVrr zwischen der Anschlussspannung CCV und dem geschätzten Wert Ve bei niedrigen Temperaturen, wie etwa –20°C, bei denen es wahrscheinlich ist, dass sich die Abweichung ΔVrr erhöht, ändern. Dies ermöglicht, dass die Abweichung ΔVrr bei einem sehr kleinen Level auch bei niedrigen Temperaturen beibehalten wird. Aus diesem Grund sind der Übergang der Anschlussspannung CCV und der Übergang des geschätzten Werts Ve im Wesentlichen zueinander überlappend, wie in 20 dargestellt ist.
Es sei angemerkt, dass 21 einen Graphen einer Korrelation unter dem Messstrom Is, dem geschätzten Wert Ve der Anschlussspannung CCV und der Anschlussspannung CCV während der Datenperiode, die in 20 dargestellt ist, darstellt. Wie in 21 dargestellt ist, ermöglicht das zweite Ausführungsbeispiel, dass die nicht-linearen Charakteristika zwischen dem Messstrom Is und dem geschätzten Wert Ve der Anschlussspannung CCV mit einer höheren Genauigkeit ausgedrückt werden, was es möglich macht, die Anschlussspannung CCV über der Batteriezelle 20a mit hoher Genauigkeit zu schätzen. Im Gegensatz dazu macht es das herkömmliche Batteriemodell, das einfach aus einem Widerstand und einem Kondensator besteht, schwierig, die nicht-linearen Charakteristika auszudrücken.
Das zweite Ausführungsbeispiel aktualisiert daher angemessen das Ladungsübertragungsimpedanzmodell, was eine Verbesserung der Berechnungsgenauigkeit der geschätzten Spannung Ve der Anschlussspannung CCV ergibt.
Modifikationen
Jedes der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kann wie folgt modifiziert werden.
Das erste Ausführungsbeispiel kann den Ladungsübertragungswiderstandsparameter β direkt gemäß der folgenden Gleichung [44] anstelle der Gleichung [17] ohne Verwendung des Korrekturkoeffizienten β_k identifizieren: Is(t) – Is(t – 1) = | 1 / γsinh( γ / α· 1 / TVbv(t)) – 1 / γsinh( γ / α· 1 / TVbv(t – 1)] × 1 / β [44] Wobei θ1(t) = 1 / β
Das RC-Ersatzschaltungsmodell, das aus einer Parallelschaltung inklusive eines Widerstands und eines Kondensators, der parallel zu dem Widerstand verbunden ist, besteht, wird als das Diffusionsimpedanzmodell 38d verwendet, aber ein RC-Ersatzschaltungsmodell, das aus solchen parallelen Schaltungen besteht, die jeweils einen Widerstand und einen Kondensator, der parallel zu dem Widerstand verbunden ist, aufweisen, kann als die RC-Ersatzschaltung verwendet werden.
Das erste Ausführungsbeispiel schätzt den SOC der Batteriezelle 20a als den Zustand der Batteriezelle 20a, aber ein Schätzen des Zustands der Batteriezelle 20a ist nicht auf das Schätzen des SOC der Batteriezelle 20a beschränkt. Zum Beispiel kann eine maximale Leistung, die durch die Batteriezelle 20a für eine vorbestimmte Zeit entladen werden kann, geschätzt werden, oder kann der Grad einer Verschlechterung der Batteriezelle 20a geschätzt werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die zweite Lernroutine nicht essentiell.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel kann der Anfangsparameter βmap in dem Speicher 31 als Teil der Informationen VTI in der Form der Gleichung [27] gespeichert werden.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der natürliche Logarithmus des Anfangsparameters βmap in der Form des Hauptausdrucks des Kehrwerts der Zellentemperatur Ts mathematisiert und in dem Speicher 31 als Teil der Informationen VTI gespeichert, aber das zweite Ausführungsbeispiel ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der natürliche Logarithmus des Anfangsparameters βmap in der Form des Hauptausdrucks des Kehrwerts der Zellentemperatur Ts abgebildet werden und in dem Speicher 31 als Teil der Informationen VTI gespeichert werden. In diesem Fall kann jeder Berechner 32 von natürlichen logarithmischen Werten des gespeicherten Anfangsparameters βmap einen natürlichen logarithmischen Wert entsprechend der Batterietemperatur Ts auswählen. Dann kann jeder Berechner 32 den ausgewählten logarithmischen Wert zu dem Anfangsparameter βmap transformieren und basierend auf dem Anfangsparameter βmap und der Beziehung von ”β = β_k × β_map” in der Gleichung [29] den Ladungsübertragungswiderstandsparameter β berechnen.
Es sei angemerkt, dass, wenn die Struktur, dass der natürliche Logarithmus des Anfangsparameters βmap in der Form des Hauptausdrucks des Kehrwerts der Zellentemperatur Ts abgebildet ist, verwendet wird, ein Messen von zumindest drei Punkten der Zellentemperatur Ts ermöglicht, dass die Abbildung bzw. Übersicht basierend auf den gemessenen Werten der Zellentemperatur Ts erzeugt wird. Aus diesem Grund ist es möglich, die Abbildung einfach zu identifizieren.
Ein Wert des Schwellenwerts Ir, wenn die Batteriezelle 20a geladen wird, kann von dem Wert des Schwellenwerts Ir, wenn die Batteriezelle 20a entladen wird, verschieden sein, unter der Bedingung, dass die vorstehende Linearität in dem Strombereich von ungefähr 0 A beibehalten wird. Wenn die Größenordnung des Entladungsstroms und die Größenordnung des Ladungsstroms für die Batteriezelle 20a voneinander verschieden sind, können das erste Ausführungsbeispiel, das in dem Strombereich um ungefähr 0 A erfüllt ist, und der zweite Identifizierer 52 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel miteinander kombiniert werden. Weil der adaptive Koeffizient γc, wenn die Batteriezelle 20a geladen wird, üblicherweise von dem adaptiven Koeffizienten γd, wenn die Batteriezelle 20a entladen wird, verschieden ist, ermöglicht ein separates Identifizieren des adaptiven Koeffizienten γc, wenn die Batteriezelle 20a geladen wird, und des adaptiven Koeffizienten γd, wenn die Batteriezelle 20a entladen wird, dass die Identifikationsgenauigkeit verbessert wird.
Das zweite Ausführungsbeispiel kann derart konfiguriert sein, zu ermöglichen, dass die Gelegenheit zum Identifizieren des ersten und zweiten Koeffizienten γv und γi sichergestellt ist, auch wenn die Operation in Schritt S11, der in 19 dargestellt ist, positiv ist.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die zweite Lerneinheit 43, die in 6 des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben ist, den Widerstand Rw der Widerstandskomponente und die Kapazität Cw der Kapazitätskomponente lernen, die durch den Stromschätzer 35 verwendet werden.
Andere Sekundärbatteriezellen, wie etwa Nickel-Hydrid-Batteriezellen, können als die Batteriezellen 20a anstelle der Lithium-Ionen-Batteriezellen verwendet werden.
Als die Zellentemperaturen, die durch jede Routine, die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben sind, verwendet werden, können Zellentemperaturen, die basierend auf irgendeinem von bekannten Batterietemperaturschätzverfahren geschätzt werden, anstelle der Werte, die durch die Temperatursensoren 22 gemessen werden, verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Fahrzeuge beschränkt und kann auf eine andere Vorrichtung angewendet werden.
Bezugszeichenliste

20a: Batteriezelle
30: Batterie-ECU

Claims

Batteriezustandsschätzvorrichtung, mit: einer Aktualisierungseinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Aufgabe des Aktualisierens eines Ladungsübertragungsimpedanzmodells, das in einem Batteriemodell einer Sekundärbatterie (20a) umfasst ist, gemäß einem Änderungsbetrag in einem Messwert eines Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, durchzuführen, wobei das Batteriemodell aufweist: ein DC-Widerstandsmodell, das einen DC-Widerstand der Sekundärbatterie darstellt; das Ladungsübertragungsimpedanzmodell, das eine Ladungsübertragungsimpedanz der Sekundärbatterie darstellt und einen Ladungsübertragungswiderstandsparameter (β) aufweist, der mit einer Austauschstromdichte korreliert ist, wobei das Ladungsübertragungsimpedanzmodell von der Butler-Volmer-Gleichung hergeleitet wird; und ein Diffusionsimpedanzmodell, das ein RC-Ersatzschaltungsmodell ist, das eine Parallelschaltung aufweist, die einen Widerstand und eine Kapazität, die parallel miteinander verbunden sind, umfasst, wobei das Diffusionsimpedanzmodell eine Diffusionsimpedanz der Sekundärbatterie darstellt, wobei das DC-Widerstandsmodell, das Ladungsübertragungsimpedanzmodell und das Diffusionsimpedanzmodell in Reihe miteinander verbunden sind, wobei die Aufgabe des Aktualisierens des Übertragungsimpedanzmodells dazu konfiguriert ist, zu veranlassen, dass sich eine erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und einer Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand einer zweiten Beziehung zwischen einem tatsächlichen Wert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, und einem tatsächlichen Wert der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand annähert, wobei die erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand basierend auf der Butler-Volmer-Gleichung definiert ist; und einem Zustandsschätzer (30), der dazu konfiguriert ist, einen Zustand der Sekundärbatterie basierend auf dem Batteriemodell, das das aktualisierte Ladungsübertragungsimpedanzmodell umfasst, zu schätzen.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Aktualisierungseinheit dazu konfiguriert ist, das Ladungsübertragungsimpedanzmodell in einer vorbestimmten Berechnungsperiode zu schätzen, und der Zustandsschätzer dazu konfiguriert ist, den Zustand der Sekundärbatterie in der vorbestimmten Berechnungsperiode zu schätzen, wobei die Batteriezustandsschätzvorrichtung weiterhin aufweist: einen ersten Abweichungsberechner (30), der dazu konfiguriert ist, als eine erste Abweichung, eine Abweichung zwischen einem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie in einer momentanen Berechnungsperiode fließt, und einem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie in einer unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode fließt, zu berechnen; einen zweiten Abweichungsberechner (30), der dazu konfiguriert ist, als eine zweite Abweichung, irgendeines der Folgenden zu berechnen eine Schätzstromabweichung zwischen einem Schätzstrom, der durch die Sekundärbatterie fließt und von dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell in der momentanen Berechnungsperiode geschätzt wird, und einem Schätzstrom, der durch die Sekundärbatterie fließt und von dem Ladungsübertragungsimpedanzmodell in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode geschätzt wird; und einen Wert in Abhängigkeit der Schätzstromabweichung; und einen Parameterschätzer (30), der dazu konfiguriert ist, basierend auf der ersten und zweiten Abweichung einen Korrekturkoeffizienten (β_k) zu schätzen, um zu veranlassen, dass sich die zweite Abweichung der ersten Abweichung annähert, gemäß einer iterativen Methode der kleinsten Quadrate, wobei die Aktualisierungseinheit dazu konfiguriert ist, als die Aufgabe des Aktualisierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters (β), eine Aufgabe des Aktualisierens des Ladungsübertragungswiderstandsparameters (β) basierend auf dem Korrekturkoeffizienten, der durch den Parameterschätzer geschätzt wird, durchzuführen.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Ladungsübertragungswiderstandsparameter (β) ein Parameter ist, der die folgende erste Gleichung erfüllt:
wobei: α eine Konstante ist; γ eine Konstante ist; I der Strom ist, der durch die Sekundärbatterie fließt; T eine Temperatur der Sekundärbatterie ist; und Vbv die Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand ist.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei: der zweite Abweichungsberechner die zweite Abweichung in der momentanen Berechnungsperiode gemäß der folgenden zweiten Gleichung berechnet: AF(t) = [ 1 / γ· 1 / βsinh( γ / α· 1 / TVbv(t)) – 1 / γ· 1 / βsinh( γ / α· 1 / TVbv(t – 1)) [zweite Gleichung] wobei: ΔF(t) die zweite Abweichung in der momentanen Berechnungsperiode darstellt; Vbv(t) die Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand in der momentanen Berechnungsperiode ist; und Vbv(t – 1) die Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand in der unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode ist; der Parameterschätzer dazu konfiguriert ist, den Korrekturkoeffizienten (β_k) zu schätzen, um zu veranlassen, dass sich die erste Abweichung der zweiten Abweichung annähert, gemäß der iterativen Methode der kleinsten Quadrate, wobei die zweite Abweichung gemäß der folgenden dritten Gleichung definiert ist:
wobei: β₀ eine Konstante ist; und β_k der Korrekturkoeffizient ist.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der zweite Abweichungsberechner dazu konfiguriert ist, von einem Messwert einer Spannung über der Sekundärbatterie eine Spannung über dem DC-Widerstand zu subtrahieren, um die Spannung über der Ladungsübertragungsimpedanz zu berechnen, unter der Bedingung, dass der Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms, der während einer Berechnungsperiode durch die Sekundärbatterie fließt, gleich oder mehr als ein vorbestimmter Wert ist.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei: der Parameterschätzer ein erster Parameterschätzer ist; und die Aktualisierungseinheit eine erste Aktualisierungseinheit ist, wobei die Batteriezustandsschätzvorrichtung weiterhin aufweist: einen zweiten Parameterschätzer, der dazu konfiguriert ist, einen Widerstandswert des Widerstands der RC-Ersatzschaltung und eine Kapazität des Kondensators der RC-Ersatzschaltung gemäß einem Modell zu schätzen, wobei das Modell die Parallelschaltung, die das RC-Ersatzschaltungsmodell bildet, und einen Fehlerwiderstand, der in Reihe mit der Parallelschaltung verbunden ist, aufweist; und eine zweite Aktualisierungseinheit, die dazu konfiguriert ist, einen tatsächlichen Widerstandswert des Widerstands der RC-Ersatzschaltung und eine tatsächliche Kapazität des Kondensators der RC-Ersatzschaltung entsprechend basierend auf dem geschätzten Widerstandswert des Widerstands der RC-Ersatzschaltung und der geschätzten Kapazität des Kondensators der RC-Ersatzschaltung zu aktualisieren.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die Butler-Volmer-Gleichung einen ersten Koeffizienten (γ_v) zum Definieren eines Vergrößerns oder Verkleinerns in eine Richtung der Ladungsübertragungswiderstandsspannung in der Butler-Volmer-Gleichung, und einen zweiten Koeffizienten (γ_i) zum Definieren eines Vergrößerns oder Verkleinerns in eine Richtung des Stroms, der durch die Batteriezelle fließt, in der Butler-Volmer-Gleichung umfasst, wobei die Batteriezustandsschätzvorrichtung weiterhin aufweist: einen ersten Identifizierer (30), der dazu konfiguriert ist, basierend auf dem Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, und einem Änderungsbetrag in einer Spannung über der Sekundärbatterie den Ladungsübertragungswiderstandsparameter als einen Korrelationswert eines Gradienten eines Hauptausdrucks gemäß einer iterativen Methode der kleinsten Quadrate zu identifizieren, unter einer Bedingung, dass ein Absolutwert des Messwerts des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, wobei der Hauptausdruck die erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand definiert; und einen zweiten Identifizierer (30), der dazu konfiguriert ist: basierend auf dem Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, und dem Änderungsbetrag der Spannung über der Sekundärbatterie den ersten Identifizierer in einer Berechnungsperiode gemäß der iterativen Methode der kleinsten Quadrate zu identifizieren; und den identifizierten ersten Koeffizienten auf den zweiten Koeffizienten in einer nächsten Berechnungsperiode unmittelbar nach der Berechnungsperiode, in der der erste Identifizierer identifiziert wurde, anzuwenden, wobei die Aktualisierungseinheit dazu konfiguriert ist, als die Aufgabe des Aktualisierens, eine Aufgabe des Aktualisierens des Ladungsübertragungsimpedanzmodells als eine Funktion von beiden: des Ladungsübertragungswiderstandsparameters, der durch den ersten Identifizierer identifiziert ist; und des ersten und zweiten Koeffizienten, die durch den zweiten Identifizierer identifiziert sind, durchzuführen.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der Ladungsübertragungswiderstandsparameter ein Parameter ist, der die erste Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, und der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand in einer inversen hyperbolischen Sinusfunktion definiert, wobei die inverse hyperbolische Sinusfunktion den Strom, der durch die Batteriezelle fließt, als eine unabhängige Variable und die Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand als eine abhängige Variable aufweist, wobei der Ladungsübertragungswiderstandsparameter basierend auf einer Exponentialfunktion definiert ist, die einen Kehrwert der Temperatur der Sekundärbatterie als eine unabhängige Variable aufweist.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der Ladungsübertragungsparameter, der erste Koeffizient und der zweite Koeffizient Parameter sind, die die folgende vierte Gleichung erfüllen:
wobei: β den Ladungsübertragungsparameter darstellt; γ_v den ersten Koeffizienten darstellt; γ_i den zweiten Koeffizienten darstellt; α eine Konstante darstellt; I den Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, darstellt; T die Temperatur der Sekundärbatterie darstellt; und Vbv die Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand darstellt.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei: ein linearer Annäherungsausdruck durch Anwenden einer Maclaurin-Erweiterung auf die vierte Gleichung mit Bezug auf den Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, definiert ist, wobei der lineare Annäherungsausdruck den Strom, der durch die Sekundärbatterie fließt, als eine unabhängige Variable und die Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand als eine abhängige Variable aufweist; und der Schwellenwert basierend auf einem Bereich des Stroms, innerhalb dem die Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand, der durch die vierte Gleichung ausgedrückt ist, durch die Gleichung über dem Ladungsübertragungswiderstand, der durch den Annäherungsausdruck definiert ist, angenähert werden kann, wobei die Batteriezustandsschätzvorrichtung weiterhin aufweist: eine Speichereinheit (31), die Informationen speichert, die mit dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter verknüpft sind, der mit der Temperatur der Sekundärbatterie korreliert ist; und einen Berechner (35a), der dazu konfiguriert ist, basierend auf einem Messwert der Temperatur der Sekundärbatterie und den Informationen, die mit dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter verknüpft sind, die in der Speichereinheit gespeichert sind, Informationen entsprechend dem Messwert der Temperatur des Sekundärbatterie, die in den Informationen enthalten sind, die mit dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter verknüpft sind, zu berechnen, wobei der erste Identifizierer weiterhin aufweist: einen Korrekturkoeffizientenidentifizierer, der dazu konfiguriert ist, basierend auf dem Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms und dem Änderungsbetrag in der Spannung über der Sekundärbatterie einen Korrekturkoeffizienten gemäß der iterativen Methode der kleinsten Quadrate zu identifizieren, wobei der Korrekturkoeffizient die folgende fünfte Gleichung erfüllt: ΔVbν = (α·T·β_map·ΔI) × β_k [fünfte Gleichung] wobei: β_map die Informationen darstellt, die mit dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter verknüpft sind; ΔVbv einen Änderungsbetrag in der Spannung über dem Ladungsübertragungswiderstand darstellt; ΔI den Änderungsbetrag des Messwerts des Stroms darstellt; und β_k den Korrekturkoeffizienten darstellt; und eine Korrektureinheit (35c), die dazu konfiguriert ist, basierend auf dem identifizierten Korrekturkoeffizienten die Informationen entsprechend dem Messwert der Temperatur der Sekundärbatterie, die in den Informationen enthalten sind, die mit dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter verknüpft sind, zu korrigieren.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei: die Information β_map, die mit dem Ladungsübertragungswiderstandsparameter verknüpft ist, der Ladungsübertragungswiderstandsparameter ist, der identifiziert wurde, und ein Anfangsparameter ist, der durch die folgende sechste Gleichung ausgedrückt wird: β = β_k × β_map [sechste Gleichung] die Speichereinheit dazu konfiguriert ist, den Anfangsparameter, der mit dem Kehrwert der Temperatur der Sekundärbatterie korreliert ist, gemäß der folgenden siebten Gleichung, zu speichern:
wobei K_t eine Konstante ist und β0 eine Konstante ist.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei: der zweite Identifizierer dazu konfiguriert ist, den ersten Koeffizienten (γ_v) unter Verwendung der iterativen Methode der kleinsten Quadrate zu identifizieren, wobei der Koeffizient (γ_v) die folgende achte Gleichung erfüllt:
wobei: I(t) den Messwert des Stroms in einer momentanen Berechnungsperiode darstellt; und I(t – 1) den Messwert des Stroms in einer unmittelbar vorhergehenden Berechnungsperiode darstellt.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei: der erste Identifizierer dazu konfiguriert ist, den Korrekturkoeffizienten unter der Bedingung zu identifizieren, dass der Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms während einer Berechnungsperiode gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist; und der zweite Identifizierer dazu konfiguriert ist, den ersten Koeffizienten unter der Bedingung zu identifizieren, dass der Änderungsbetrag in dem Messwert des Stroms während einer Berechnungsperiode gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei: der erste Identifizierer dazu konfiguriert ist, den Korrekturkoeffizienten gemäß der iterativen Methode der kleinsten Quadrate unter Verwendung eines beobachteten Werts, der durch die folgende neunte Gleichung ausgedrückt wird, zu identifizieren: y(t) = Δv(t) – Rs·ΔI(t) [neunte Gleichung] wobei: y(t) den beobachteten Wert darstellt; und Rs den DC-Widerstand darstellt; und der zweite Identifizierer dazu konfiguriert ist, den ersten Koeffizienten gemäß der iterativen Methode der kleinsten Quadrate unter Verwendung des beobachteten Werts, der durch die vorstehende neue Gleichung ausgedrückt wird, zu identifizieren.
Batteriezustandsschätzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei: der zweite Identifizierer dazu konfiguriert ist, den ersten Koeffizienten unter der Bedingung zu identifizieren, dass der Absolutwert des Messwerts des Stroms, der durch die Sekundärbatterie fließt, gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist.