DE112016006166T5 - State estimator and state estimator - Google Patents
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Abstract
Um einen SOC einer Energiespeicher-Vorrichtung mit einem Bereich genau zu schätzen, in dem eine OCV-Änderungsbetrag relativ zu einer SOC-Änderungsbetrag klein ist. Eine Zustandsschätz-Vorrichtung schätzt einen Zustand einer Energiespeicher-Vorrichtung, die einen Bereich kleiner Änderungen und einen Bereich großer Änderungen aufweist, wobei ein OCV-Änderungsbetrag relativ zu einem SOC-Änderungsbetrag in dem Bereich kleiner Änderungen relativ klein ist und der in dem Bereich großer Änderungen relativ groß ist. Die Zustandsschätz-Vorrichtung umfasst: eine Bereichsbestimmungs-Einheit, die bestimmt, ob die Energiespeicher-Vorrichtung in dem Bereich großer Änderungen ist; und eine SOC-Schätz-Einheit, die einen SOC schätzt, der einen von internen Zuständen der Energiespeicher-Vorrichtung darstellt, wobei die SOC-Schätz-Einheit ausführt: ein Schätzen des SOC der Energiespeicher-Vorrichtung durch ein Stromintegrationsverfahren, das einen Strom zu/von der Energiespeicher-Vorrichtung integriert; und eine Einstellungsverarbeitung, die den durch das Stromintegrationsverfahren geschätzten SOC basierend auf einem gemessenen Anschlussspannungswert der Energiespeicher-Vorrichtung und einer vorhergesagten Anschlussspannung durch ein Schätzmodell einstellt, wenn die Energiespeicher-Vorrichtung in dem Bereich großer Änderungen ist, wobei das Schätzmodell den internen Zustand der Energiespeicher-Vorrichtung schätzt.To accurately estimate an SOC of an energy storage device with a range in which an OCV change amount is small relative to an SOC change amount. A state estimator estimates a state of an energy storage device having a range of small changes and a range of large changes, wherein an OCV change amount relative to an SOC change amount in the range of small changes is relatively small and that in the range of large changes is relatively large. The state estimating device includes: a region determining unit that determines whether the energy storage device is in the range of large changes; and an SOC estimation unit that estimates an SOC representing one of internal states of the energy storage device, wherein the SOC estimation unit executes: estimating the SOC of the energy storage device by a current integration method that generates a current to / integrated by the energy storage device; and an adjustment processing that sets the SOC estimated by the current integration method based on a measured terminal voltage value of the energy storage device and a predicted terminal voltage by an estimation model when the energy storage device is in the range of large changes, wherein the estimation model determines the internal state of the energy storage device. Device estimates.
Description
TECHNISCHER BEREICHTECHNICAL PART
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Schätzen eines Ladezustands (state of charge SOC).The present invention relates to a technique of estimating a state of charge (SOC).
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Eines der herkömmlichen Verfahren zum Schätzen eines SOC einer Sekundärbatterie stellt ein Stromintegrationsverfahren dar. Wenn ein SOC durch ein Stromintegrationsverfahren geschätzt wird, werden jedoch Messfehler, die durch einen Stromsensor verursacht werden, akkumuliert, was die Genauigkeit bei der Schätzung eines SOC über die Zeit reduziert. Das folgende Patentdokument 1 beschreibt die Verbesserung der SOC-Schätzgenauigkeit durch Einstellen eines SOC, der durch ein Stromintegrationsverfahren unter Verwendung eines Batteriemodells und eines Kalman-Filters geschätzt wird.One of the conventional methods of estimating a SOC of a secondary battery is a current integration method. However, when an SOC is estimated by a current integration method, measurement errors caused by a current sensor are accumulated, which reduces the accuracy in estimating an SOC over time. The following
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIKDOCUMENTS OF THE PRIOR ART
PATENT DOKUMENTEPATENT DOCUMENTS
Patentdokument 1:
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLENPROBLEMS TO BE SOLVED BY THE INVENTION
Einige Energiespeicher-Vorrichtungen, wie etwa Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, weisen Plateaubereiche auf, in denen ein Änderungsbetrag einer Leerlaufspannung (open circuit voltage OCV) relativ zu einen SOC-Änderungsbetrag klein ist und eine OCV im Allgemeinen konstant ist. Wenn die Einstellung unter Verwendung eines Batteriemodells und eines Kalman-Filters auf diese Energiespeicher-Vorrichtungen angewendet wird, die Bereiche aufweist, in denen ein OCV-Änderungsbetrag relativ zu einen SOC-Änderungsbetrag klein ist, kann die SOC-Schätzgenauigkeit verringert werden.Some energy storage devices, such as lithium-ion secondary batteries, have plateau regions in which an amount of change of open circuit voltage (OCV) relative to an SOC change amount is small and OCV is generally constant. When the adjustment using a battery model and a Kalman filter is applied to these energy storage devices having regions in which an OCV change amount is small relative to an SOC change amount, the SOC estimation accuracy can be reduced.
Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn ein durch ein Stromintegrationsverfahren geschätzter SOC unter Verwendung eines Batteriemodells und eines adaptiven digitalen Filters eingestellt wird. Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Umstände gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen SOC einer Energiespeicher-Vorrichtung, die einen Bereich aufweist, in dem ein OCV-Änderungsbetrag relativ zu einen SOC-Änderungsbetrag klein ist, genau zu schätzen.A similar problem occurs when an SOC estimated by a current integration method is set using a battery model and an adaptive digital filter. The present invention has been made in consideration of the above circumstances. An object of the present invention is to accurately estimate an SOC of an energy storage device having a range in which an OCV change amount is small relative to an SOC change amount.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEMEMEANS OF SOLVING THE PROBLEMS
Eine in dieser Beschreibung offenbarte Zustandsschätz-Vorrichtung schätzt einen Zustand einer Energiespeicher-Vorrichtung, die einen Bereich kleiner Änderungen und einen Bereich großer Änderungen aufweist, wobei ein OCV-Änderungsbetrag relativ zu einem SOC-Änderungsbetrag in dem Bereich kleiner Änderungen relativ klein ist und der in dem Bereich großer Änderungen relativ groß ist. Die Zustandsschätz-Vorrichtung umfasst: eine Bereichsbestimmungs-Einheit, die bestimmt, ob die Energiespeicher-Vorrichtung in dem Bereich großer Änderungen ist; und eine SOC-Schätz-Einheit, die einen SOC schätzt, der einen von internen Zuständen der Energiespeicher-Vorrichtung darstellt, wobei die SOC-Schätz-Einheit ausführt: ein Schätzen des SOC der Energiespeicher-Vorrichtung durch ein Stromintegrationsverfahren, das einen Strom zu/von der Energiespeicher-Vorrichtung integriert; und eine Einstellungsverarbeitung, die den durch das Stromintegrationsverfahren geschätzten SOC basierend auf einem gemessenen Anschlussspannungswert der Energiespeicher-Vorrichtung und einer durch ein Schätzmodell vorhergesagten Anschlussspannung eingestellt, wenn die Energiespeicher-Vorrichtung in dem Bereich großer Änderungen ist, wobei das Schätzmodell, das den internen Zustand des Energiespeicher-Vorrichtung schätzt.A state estimating device disclosed in this specification estimates a state of an energy storage device having a range of small changes and a range of large changes, wherein an OCV change amount relative to an SOC change amount in the range of small changes is relatively small and that in The range of large changes is relatively large. The state estimating device includes: a region determining unit that determines whether the energy storage device is in the range of large changes; and an SOC estimation unit that estimates an SOC representing one of internal states of the energy storage device, wherein the SOC estimation unit executes: estimating the SOC of the energy storage device by a current integration method that generates a current to / integrated by the energy storage device; and an adjustment processing that sets the SOC estimated by the current integration method based on a measured terminal voltage value of the energy storage device and a terminal voltage predicted by an estimation model when the energy storage device is in the range of large changes, wherein the estimation model indicating the internal state of the Energy storage device estimates.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION
Die in dieser Beschreibung offenbarten Zustandsschätz-Vorrichtungen können einen SOC einer Energiespeicher-Vorrichtung, die einen Bereich aufweist, in dem ein OCV-Änderungsbetrag relativ zu einem SOC-Änderungsbetrag klein ist, genau schätzen.The state estimators disclosed in this specification can accurately estimate an SOC of an energy storage device having a range in which an OCV change amount is small relative to an SOC change amount.
Figurenliste list of figures
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1 stellt ein schematisches Diagramm dar, das die Struktur eines Batteriepacks gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.1 FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure of a battery pack according to a first embodiment. FIG. -
2 stellt ein Graph dar, der die SOC-OCV-Korrelationscharakteristiken einer Sekundärbatterie zeigt.2 Fig. 12 is a graph showing the SOC-OCV correlation characteristics of a secondary battery. -
3 stellt ein Blockdiagramm eines Zustandsraummodells dar.3 FIG. 12 is a block diagram of a state space model. FIG. -
4 stellt ein Schaltungsdiagramm dar, das ein Schaltungsmodell zeigt, das die Sekundärbatterie simuliert.4 FIG. 12 is a circuit diagram showing a circuit model that simulates the secondary battery. -
5 stellt ein Flussdiagramm dar, das kurz ein SOC-Schätzverfahren unter Verwendung eines Kalman-Filters zeigt.5 FIG. 10 is a flowchart briefly showing an SOC estimation method using a Kalman filter. FIG. -
6 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen Ablauf eines SOC-Schätzprozesses zeigt.6 FIG. 10 is a flowchart showing a flow of an SOC estimation process. FIG. -
7A stellt ein Graph dar, der SOC-Änderungen mit der Zeit zeigt, wenn die Batterie bei einer Batterietemperatur von 25°C geladen und entladen wird.7A FIG. 12 is a graph showing SOC changes over time when the battery is charged and discharged at a battery temperature of 25 ° C. -
7B stellt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs großer Änderungen A3 in7A dar.7B provides an enlarged view of a range of large changes A3 in FIG7A represents. -
8 stellt ein Graph dar, der SOC-Änderungen mit der Zeit zeigt, wenn die Batterie bei einer Batterietemperatur von 25°C geladen und entladen wird.8th FIG. 12 is a graph showing SOC changes over time when the battery is charged and discharged at a battery temperature of 25 ° C. -
9 stellt eine Tabelle dar, die die quadratischen Mittelwerte der SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte in verschiedenen Schätzverfahren zeigt.9 represents a table showing the root-mean-squared values of the SOC values with respect to the true values in different estimation methods. -
10 stellt ein Graph dar, der SOC-Änderungen mit der Zeit zeigt, wenn die Sekundärbatterie bei einer Batterietemperatur von 25°C in einer zweiten Ausführungsform geladen und entladen wird.10 Fig. 12 is a graph showing SOC changes with time when the secondary battery is charged and discharged at a battery temperature of 25 ° C in a second embodiment. -
11 stellt ein Graph dar, der SOC-Änderungen mit der Zeit zeigt, wenn die Batterie bei einer Batterietemperatur von 10°C geladen und entladen wird.11 FIG. 12 is a graph showing SOC changes with time when the battery is charged and discharged at a battery temperature of 10 ° C. FIG. -
12 stellt ein Graph dar, der SOC-Änderungen mit der Zeit zeigt, wenn die Batterie bei einer Batterietemperatur von 0°C geladen und entladen wird.12 FIG. 12 is a graph showing SOC changes over time when the battery is charged and discharged at a battery temperature of 0 ° C. FIG. -
13 stellt eine Tabelle dar, die die quadratischen Mittelwerte der eingestellten SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte bei verschiedenen Batterietemperaturen zeigt.13 Fig. 12 is a table showing the root mean square values of the set SOC values with respect to the true values at different battery temperatures. -
14 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen Ablauf eines SOC-Schätzprozesses zeigt.14 FIG. 10 is a flowchart showing a flow of an SOC estimation process. FIG. -
15 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen Ablauf eines SOC-Schätzprozesses zeigt.15 FIG. 10 is a flowchart showing a flow of an SOC estimation process. FIG. -
16 stellt ein Graph dar, der SOC-Änderungen mit der Zeit zeigt, wenn die Sekundärbatterie bei einer Batterietemperatur von 25°C in einer dritten Ausführungsform geladen und entladen wird.16 Fig. 12 is a graph showing SOC changes with time when the secondary battery is charged and discharged at a battery temperature of 25 ° C in a third embodiment. -
17 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen Ablauf eines SOC-Schätzverfahrens zeigt.17 FIG. 10 is a flowchart showing a flow of an SOC estimation method. FIG. -
18 stellt ein Graph dar, der SOC-Änderungen mit der Zeit zeigt, wenn die Sekundärbatterie bei einer Batterietemperatur von 25°C in einer vierten Ausführungsform geladen und entladen wird.18 FIG. 12 is a graph showing SOC changes with time when the secondary battery is charged and discharged at a battery temperature of 25.degree. C. in a fourth embodiment. -
19 stellt ein Graph dar, der SOC-Änderungen mit der Zeit zeigt, wenn die Batterie bei einer Batterietemperatur von 10°C geladen und entladen wird.19 FIG. 12 is a graph showing SOC changes with time when the battery is charged and discharged at a battery temperature of 10 ° C. FIG. -
20 stellt ein Graph dar, der SOC-Änderungen mit der Zeit zeigt, wenn die Batterie bei einer Batterietemperatur von 0°C geladen und entladen wird.20 FIG. 12 is a graph showing SOC changes over time when the battery is charged and discharged at a battery temperature of 0 ° C. FIG. -
21 stellt eine Tabelle dar, die die quadratischen Mittelwerte der eingestellten SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte bei verschiedenen Batterietemperaturen zeigt.21 Fig. 12 is a table showing the root mean square values of the set SOC values with respect to the true values at different battery temperatures. -
22 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen Ablauf eines SOC-Schätzprozesses zeigt.22 FIG. 10 is a flowchart showing a flow of an SOC estimation process. FIG. -
23 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen Ablauf eines SOC-Schätzprozesses zeigt.23 FIG. 10 is a flowchart showing a flow of an SOC estimation process. FIG.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Überblick über die Ausführungsform)(Overview of the embodiment)
Zuerst wird ein Überblick über eine in dieser Ausführungsform offenbarte Zustandsschätz-Vorrichtung beschrieben. Eine Zustandsschätz-Vorrichtung schätzt einen Zustand einer Energiespeicher-Vorrichtung, die einen Bereich kleiner Änderungen und einen Bereich großer Änderungen aufweist, wobei ein OCV-Änderungsbetrag relativ zu einem SOC-Änderungsbetrag in dem Bereich kleiner Änderungen relativ klein ist und der in dem Bereich großer Änderungen relativ groß ist. Die Zustandsschätz-Vorrichtung umfasst: eine Bereichsbestimmungs-Einheit, die bestimmt, ob die Energiespeicher-Vorrichtung in dem Bereich großer Änderungen ist; und eine SOC-Schätz-Einheit, die einen SOC schätzt, der einen von internen Zuständen der Energiespeichervorrichtung darstellt, wobei die SOC-Schätz-Einheit ausführt: ein Schätzen des SOC der Energiespeicher-Vorrichtung durch ein Stromintegrationsverfahren, das einen Strom zu/von der Energiespeicher-Vorrichtung integriert; und eine Einstellungsverarbeitung, die den durch das Stromintegrationsverfahren geschätzten SOC basierend auf einem gemessenen Anschlussspannungswert der Energiespeicher-Vorrichtung und einer durch ein Schätzmodell vorhergesagten Anschlussspannung einstellt, wenn die Energiespeicher-Vorrichtung in dem Bereich großer Änderungen ist, wobei das Schätzmodell den internen Zustand der Energiespeicher-Vorrichtung schätzt.First, an outline of a state estimator disclosed in this embodiment will be described. A state estimator estimates a state of an energy storage device having a range of small changes and a range of large changes wherein an OCV Amount of change relative to an SOC change amount in the range of small changes is relatively small and is relatively large in the range of large changes. The state estimating device includes: a region determining unit that determines whether the energy storage device is in the range of large changes; and an SOC estimating unit that estimates an SOC representing one of internal states of the energy storage device, wherein the SOC estimating unit executes: estimating the SOC of the energy storage device by a current integration method that supplies a current to / from the Energy storage device integrated; and an adjustment processing that sets the SOC estimated by the current integration method based on a measured terminal voltage value of the energy storage device and a terminal voltage predicted by an estimation model when the energy storage device is in the range of large changes, wherein the estimation model determines the internal state of the energy storage device. Device estimates.
Wenn ein durch ein Stromintegrationsverfahren geschätzter SOC basierend auf einer beobachteten Anschlussspannung einer Energiespeicher-Vorrichtung und einer Anschlussspannung, die durch ein Schätzmodell vorhergesagt wird, das einen internen Zustand der Energiespeicher-Vorrichtung schätzt, eingestellt wird, hängt die SOC-Schätzgenauigkeit von einem OCV-Änderungsbetrag relativ zu einem SOC-Änderungsbetrag ab. Insbesondere ist die SOC-Schätzgenauigkeit in einem Bereich großer Änderungen, in dem ein OCV-Änderungsbetrag relativ zu einem SOC-Änderungsbetrag relativ groß ist, höher als in einem Bereich kleiner Änderungen, in dem ein OCV-Änderungsbetrag relativ zu einem SOC-Änderungsbetrag relativ klein ist.When an SOC estimated by a current integration method is set based on an observed terminal voltage of an energy storage device and a terminal voltage predicted by an estimation model estimating an internal state of the energy storage device, the SOC estimation accuracy depends on an OCV change amount relative to a SOC change amount. In particular, in a range of large changes in which an OCV change amount is relatively large relative to an SOC change amount, the SOC estimation accuracy is higher than in a range of small changes in which an OCV change amount relative to an SOC change amount is relatively small is.
In dieser Struktur wird ein durch ein Stromintegrationsverfahren geschätzter SOC basierend auf einer beobachteten Anschlussspannung einer Energiespeicher-Vorrichtung und einer Anschlussspannung, die durch ein Schätzmodell vorhergesagt wird, das einen internen Zustand der Energiespeicher-Vorrichtung nur dann schätzt, wenn die Energiespeicher-Vorrichtung in dem Bereich großer Änderungen ist, eingestellt. Mit anderen Worten, die Einstellungsverarbeitung wird nur in dem Bereich großer Änderungen durchgeführt, in dem erwartet wird, dass die SOC-Schätzgenauigkeit durch die Einstellung verbessert wird. Dies ermöglicht es, einen SOC einer Energiespeicher-Vorrichtung, die einen Bereich kleiner Änderungen aufweist, in dem ein OCV-Änderungsbetrag relativ zu einem SOC-Änderungsbetrag klein ist, genau zu schätzen.In this structure, an SOC estimated by a current integration method based on an observed terminal voltage of an energy storage device and a terminal voltage predicted by an estimation model estimates an internal state of the energy storage device only when the energy storage device is in the range great changes is set. In other words, the setting processing is performed only in the area of large changes in which the SOC estimation accuracy is expected to be improved by the setting. This makes it possible to accurately estimate an SOC of an energy storage device having a range of small changes in which an OCV change amount is small relative to an SOC change amount.
Eine Ausführungsform der Zustandsschätz-Vorrichtung sollte vorzugsweise die folgende Struktur aufweisen.An embodiment of the state estimator should preferably have the following structure.
Der Bereich kleiner Änderungen umfasst einen Plateaubereich, in dem ein OCV-Änderungsbetrag relativ zu einem SOC-Änderungsbetrag kleiner ist als ein vorbestimmter Wert. In dem Plateaubereich wird die Einstellungsverarbeitung nicht durchgeführt. Da die Einstellungsverarbeitung in dem Plateaubereich in dieser Struktur nicht durchgeführt wird, kann eine Verringerung der SOC-Schätzgenauigkeit durch die Einstellung verhindert werden.The range of small changes includes a plateau range in which an OCV change amount relative to an SOC change amount is smaller than a predetermined value. In the plateau area, the setting processing is not performed. Since the adjustment processing in the plateau region is not performed in this structure, reduction of the SOC estimation accuracy by the adjustment can be prevented.
Die Einstellung ist eine Kalman-Filterung, die einen geschätzten Fehler eines internen Zustands der Energiespeicher-Vorrichtung, der durch das Schätzmodell geschätzt wird, basierend auf einer beobachteten Anschlussspannung der Energiespeicher-Vorrichtung und einer durch das Schätzmodell vorhergesagten Anschlussspannung reduziert. Der Kalman-Filter, der einen geschätzten Fehler eines internen Zustands der Energiespeicher-Vorrichtung reduziert, kann einen SOC, der durch ein Stromintegrationsverfahren geschätzt wird, genau einstellen.The adjustment is a Kalman filtering that reduces an estimated internal state error of the energy storage device estimated by the estimation model based on an observed terminal voltage of the energy storage device and a terminal voltage predicted by the estimation model. The Kalman filter, which reduces an estimated internal state error of the energy storage device, can accurately adjust an SOC estimated by a current integration method.
Das Messmodell umfasst ein Ersatzschaltungsmodell der Energiespeicher-Vorrichtung. Das Ersatzschaltungsmodell umfasst eine OCV, einen Leiterwiderstand, eine erste Impedanz, die eine kurzperiodische Polarisation der Energiespeicher-Vorrichtung simuliert, und eine zweite Impedanz, die eine langperiodische Polarisation der Energiespeicher-Vorrichtung simuliert. Dieses Modell kann die Polarisationscharakteristiken der Energiespeicher-Vorrichtung genau modellieren. Daher kann ein geschätzter Fehler eines internen Zustands der Energiespeicher-Vorrichtung effektiv reduziert werden, und ein SOC, der durch ein Stromintegrationsverfahren geschätzt wird, kann genau eingestellt werden.The measurement model includes an equivalent circuit model of the energy storage device. The equivalent circuit model includes an OCV, a conductor resistance, a first impedance that simulates a short period polarization of the energy storage device, and a second impedance that simulates a long period polarization of the energy storage device. This model can accurately model the polarization characteristics of the energy storage device. Therefore, an estimated internal state error of the energy storage device can be effectively reduced, and an SOC estimated by a current integration method can be accurately set.
Die SOC-Schätz-Einheit führt die Einstellungsverarbeitung nur dann aus, wenn die Energiespeicher-Vorrichtung in dem Bereich großer Änderungen ist und die Energiespeicher-Vorrichtung minimal stromfließend ist. Da die Einstellungsverarbeitung in dieser Struktur nur in dem minimalen Stromflusszustand ausgeführt wird, kann ein durch ein Stromintegrationsverfahren geschätzter SOC genau eingestellt werden.The SOC estimating unit executes the setting processing only when the energy storage device is in the range of large changes and the energy storage device is minimally current-flowing. Since the setting processing in this structure is performed only in the minimum current flow state, an SOC estimated by a current integration method can be accurately set.
Die Struktur umfasst eine Temperaturerfassungs-Einheit, die eine Temperatur der Energiespeicher-Vorrichtung erfasst, und die SOC-Schätz-Einheit führt die Einstellungsverarbeitung nur dann aus, wenn die Temperatur der Energiespeicher-Vorrichtung eine erste Temperatur oder mehr beträgt. In dieser Struktur wird die Einstellungsverarbeitung nur ausgeführt, wenn die Temperatur der Energiespeicher-Vorrichtung eine erste Temperatur oder mehr beträgt. Daher kann ein SOC, der durch ein Stromintegrationsverfahren geschätzt wird, genau eingestellt werden.The structure includes a temperature detecting unit that detects a temperature of the energy storage device, and the SOC estimating unit executes the setting processing only when the Temperature of the energy storage device is a first temperature or more. In this structure, the setting processing is executed only when the temperature of the energy storage device is a first temperature or more. Therefore, an SOC estimated by a current integration method can be accurately set.
Die Struktur umfasst eine Temperaturerfassungs-Einheit, die eine Temperatur der Energiespeicher-Vorrichtung erfasst, und die SOC-Schätz-Einheit führt die Einstellungsverarbeitung nicht aus, wenn die Temperatur der Energiespeicher-Vorrichtung eine zweite Temperatur oder weniger beträgt. In dieser Struktur wird die Einstellungsverarbeitung nicht ausgeführt, wenn die Temperatur der Energiespeicher-Vorrichtung eine zweite Temperatur oder weniger beträgt. Daher wird eine Verringerung der SOC-Schätzgenauigkeit durch die Einstellung verhindert.The structure includes a temperature detection unit that detects a temperature of the energy storage device, and the SOC estimation unit does not execute the adjustment processing when the temperature of the energy storage device is a second temperature or less. In this structure, the setting processing is not performed when the temperature of the energy storage device is a second temperature or less. Therefore, a reduction of the SOC estimation accuracy is prevented by the adjustment.
Die Bereichsbestimmungs-Einheit bestimmt basierend auf einem von der SOC-Schätz-Einheit geschätzten SOC-Wert, ob die Energiespeicher-Vorrichtung in dem Bereich großer Änderungen ist. So lässt sich leicht bestimmen, in welchem Bereich die Energiespeicher-Vorrichtung ist.The range determining unit determines whether the energy storage device is in the range of large changes based on an SOC value estimated by the SOC estimating unit. This makes it easy to determine in which area the energy storage device is.
Alternativ bestimmt die Bereichsbestimmungs-Einheit durch Vergleich von einer Spannungsschwankung relativ zu einer Lade-Entlade-Kapazitätsänderung der Energiespeicher-Vorrichtung mit einer Schwelle in welchem Bereich der kleinen Änderungen und der großen Änderungen die Energiespeicher-Vorrichtung ist.Alternatively, by comparing voltage fluctuation relative to charge-discharge capacity change of the energy storage device, the area determination unit determines with a threshold in which range of small changes and large changes the energy storage device is.
<Erste Ausführungsform><First Embodiment>
Eine erste Ausführungsform wird nun unter Bezug auf die
Aufbau des Batteriepacks 20Structure of the
Wie in
Die Sekundärbatterien
Das Batterieladegerät 10 lädt die Batteriegruppe
Der Batteriemanager (BM)
Die Spannungserfassungsschaltung
Die Steuerung
Der Speicher
Die Kommunikations-Einheit 67 ist mit einer elektronischen SteuerEinheit (ECU) 100 verbunden, um mit der ECU 100 in einem Fahrzeug zu kommunizieren. Das Batteriepack
SOC-OCV-Korrelationscharakteristiken von Sekundärbatterien 31SOC-OCV Correlation Characteristics of
Die Sekundärbatterien
Wie in
Insbesondere weisen die Sekundärbatterien
Der erste Bereich großer Änderungen H1 liegt in dem Bereich von SOC-Werten von mehr als 62 [%] und weniger als 68 [%] und zwischen den zwei Bereichen kleiner Änderungen L1 und L2. Der zweite Bereich großer Änderungen H2 liegt in dem Bereich von SOC-Werten von weniger als 31 [%] und in dem Bereich von SOC-Werten, die niedriger als die SOC-Werte in dem Bereich kleiner Änderungen L1 sind. Der dritte Bereich großer Änderungen H3 liegt in dem Bereich von SOC-Werten von mehr als 97 [%] und in dem Bereich von SOC-Werten, die höher als die SOC-Werte in dem Bereich kleiner Änderungen L2 sind. In den ersten bis dritten Bereichen großer Änderungen H1 bis H3 sind die OCV-Änderungsbeträge relativ zu den SOC-Änderungsbeträgen größer (die Neigung des Graphen in
SOC-Schätzprozess unter Verwendung des Kalman-FiltersSOC estimation process using the Kalman filter
<Beschreibung des Kalman-Filters><Description of the Kalman Filter>
Ein Kalman-Filter stellt ein Algorithmus zum Bestimmen eines geschätzten Wertes eines internen Zustands x(k) eines Systems basierend auf einer Zeitfolge beobachteter Werte {y (i) = 1, 2, 3, k} dar. Insbesondere stellt ein Kalman-Filter ein Algorithmus zum Bestimmen eines optimalen Schätzwerts des internen Zustands x(k) durch Minimieren einer Bewertungsfunktion J(k) dar. Die Bewertungsfunktion J(k) stellt einen mittleren quadratischer Fehler dar, der zum Auswerten eines geschätzten Fehlers eines Zustands oder einer Differenz zwischen dem wahren internen Zustand x(k) und einem geschätzten Wert verwendet wird (Siehe die folgenden Ausdrücke 3 bis 5). Das Symbol (^) in einem internen Zustand x(k) zeigt, dass der Wert einen geschätzten Wert darstellt und das Symbol (∼) in einem internen Zustand x(k) zeigt, dass der Wert einen geschätzten Fehler eines Zustands darstellt.
Ein geschätzter Wert eines internen Zustands x(k), der unter Verwendung des Kalman-Filters bestimmt wird, kann durch eine Vorabschätzung des internen Zustands x(k) (der erste Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 6) und eines Korrekturterms (der zweite Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 6) ausgedrückt werden.An estimated value of an internal state x (k) determined using the Kalman filter may be obtained by a preliminary estimation of the internal state x (k) (the first term on the right side of Expression 6) and a correction term (the second one Term on the right side of expression 6).
Die Vorabschätzung eines internen Zustands x(k) stellt eine vorhergesagte Schätzung des internen Zustands x(k) zu einer Zeit k basierend auf den Daten, die bis zu einer Zeit k-1 verfügbar sind, dar. Der Korrekturterm wird zum Einstellen des vorhergesagten geschätzten Werts des ersten Terms verwendet und kann durch das Produkt einer Kalman-Verstärkung g(k) und eines vorhergesagten Fehlers einer Ausgabe y(k) ausgedrückt werden. Die Kalman-Verstärkung g(k) stellt ein Wert zum Minimieren der Kovarianz eines geschätzten Fehlers eines internen Zustands x(k) (ein Fehler zwischen dem wahren Wert und dem geschätzten Wert) dar und kann zum Beispiel basierend auf dem Orthogonalitäts-Prinzip berechnet werden (Siehe den folgenden Ausdruck 7).
<Systematisierung von Sekundärbatterien><Systematization of secondary batteries>
Die Sekundärbatterien
Da sich eine OCV mit einer SOC-Änderung ändert, kann eine OCV als eine Funktion eines SOC ausgedrückt werden. Die erste Impedanz Z1 stellt eine Parallelschaltung aus einem ersten Widerstand R1 und einer ersten Kapazität C1 dar. Die zweite Impedanz Z2 stellt eine Parallelschaltung aus einem zweiten Widerstand R2 und einer zweiten Kapazität C2 dar.Since an OCV changes with an SOC change, an OCV can be expressed as a function of an SOC. The first impedance Z1 represents a parallel connection of a first resistor R1 and a first capacitor C1. The second impedance Z2 represents a parallel connection of a second resistor R2 and a second capacitor C2.
Die Zeitkonstante (τ = R × C) der ersten Impedanz Z1 unterscheidet sich von der Zeitkonstante (τ = R × C) der zweiten Impedanz Z2. Insbesondere ist die Zeitkonstante τ1 der ersten Impedanz Z1 kleiner als die Zeitkonstante τ2 der zweiten Impedanz Z2. Die erste Impedanz Z1 simuliert eine schnelle Antwort der Sekundärbatterien 31, das heißt eine kurzperiodische Polarisationsspannung der Sekundärbatterien 31. Die zweite Impedanz Z2 simuliert eine langsame Antwort der Sekundärbatterien
Das obige Ersatzschaltungsmodell M wird mathematisch durch den folgenden Ausdruck 9 ausgedrückt.
Wenn der Ausdruck 9 diskretisiert wird, werden die folgende Zustandsgleichung (Ausdruck 11) und die folgende Ausgangsgleichung (Ausdruck 12) in Bezug auf einen internen Zustand x(k) der Sekundärbatterien
Ein geschätzter SOC-Wert kann durch Verwendung eines Kalman-Filters, insbesondere eines erweiterten Kalman-Filters, auf das System, das durch die Zustandsgleichung des Ausdrucks 11 und die Ausgangsgleichung des Ausdrucks 12 ausgedrückt wird, bestimmt werden. Mit anderen Worten, wie in dem folgenden Ausdruck 13 gezeigt, kann eine Vorabschätzung eines SOC-Werts durch Addieren des Produkts einer Kalman-Verstärkung g(k) und eines vorhergesagten Fehlers einer Anschlussspannung UL(k) zu dem vorausgeschätzten SOC-Wert eingestellt werden.
Wie in dem folgenden Ausdruck 14 gezeigt, wird eine Vorabschätzung eines SOC-Werts (der erste Term auf der rechten Seite des Ausdrucks 13) durch Addieren einer durch ein Stromintegrationsverfahren (der zweite Term auf der rechten Seite des Ausdrucks) verursachten Änderung auf einen zuvor geschätzten SOC-Wert (der erste Ausdruck auf der rechten Seite des Ausdrucks 14) bestimmt. Daher stellt der Kalman-Filter den durch ein Stromintegrationsverfahren geschätzten SOC durch Reduzieren des geschätzten Fehlers ein.
Der SOC-Schätzprozess unter Verwendung eines Kalman-Filters kann schematisch in einem Flussdiagramm mit drei Schritten S1 bis S3 gezeigt werden, wie in
In Schritt S1 wird der neueste interne Zustand (SOC, U1, U2, R0) basierend auf dem zuvor geschätzten internen Zustand (SOC, U1, U2, R0) und dem gegenwärtigen Strom I, der durch den Stromsensor
In Schritt S2 wird eine Anschlussspannung UL der Sekundärbatterien
Basierend auf dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der vorhergesagten Anschlussspannung UL und einer beobachteten Anschlussspannung UL, die durch die Spannungserfassungsschaltung
In Schritt S3 wird der neuste interne Zustand (SOC, U1, U2, R0), der in Schritt S1 geschätzt wurde, und die Fehlerinformation des internen Zustands (SOC, U1, U2, R0) unter Verwendung der Kalman-Verstärkung g(k) eingestellt. Die Kalman-Verstärkung g(k) wird zum Einstellen des SOC verwendet, der durch ein Stromintegrationsverfahren in Schritt S1 geschätzt wurde.In step S3, the latest internal state (SOC, U1, U2, R0) estimated in step S1 and the internal state error information (SOC, U1, U2, R0) are determined using the Kalman G (k) gain. set. The Kalman gain g (k) is used to set the SOC estimated by a current integration method in step S1.
Wie oben beschrieben, wird der Kalman-Filter zum Schätzen eines internen Zustands (SOC, U1, U2, R0) der Sekundärbatterien
Die Sekundärbatterien
Einschränkung der Einstellung unter Verwendung eines Kalman Filters Limitation of the setting using a Kalman filter
Angesichts der obigen Umstände wird die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters in dem BM
Wenn der Prozess beginnt, greift die Steuerung
Die Steuerung
Die Steuerung
Die Steuerung
Insbesondere erzeugt die Steuerung
Die Steuerung
Wenn jedoch der gegenwärtige SOC-Wert nicht in einem der Bereiche großer Änderungen H1, H2 und H3 ist, das heißt, wenn der gegenwärtige SOC-Wert in einem der Bereiche kleiner Änderungen L1 und L2 ist, führt die Steuerung 60 die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters nicht durch und nimmt den durch das Stromintegrationsverfahren geschätzten SOC als den SOC zu dem nächsten Zeitpunkt, das heißt dem neuesten SOC-Wert, an.However, if the current SOC value is not in one of the regions of large changes H1, H2, and H3, that is, if the current SOC value is in one of the regions of small changes L1 and L2, the
Immer wenn die Steuerung
Nach dem Schritt S40 oder S50 bestimmt die Steuerung
Wenn die Überwachung der Sekundärbatterien
Die Steuerung
Wenn der durch das Stromintegrationsverfahren geschätzte SOC jedoch nicht in einem Bereich großer Änderungen H1, H2 und H3 ist, nimmt die Steuerung 60 den durch das Stromintegrationsverfahren geschätzten SOC als den SOC zum nächsten Zeitpunkt an (Schritt S50).However, when the SOC estimated by the current integration method is not in a range of large changes H1, H2 and H3, the
Wenn die Überwachung der Sekundärbatterien
Wie oben beschrieben, führt die Steuerung
Wenn die Sekundärbatterien
Solange der geschätzte SOC mehr als 62% und weniger als 68% beträgt (der SOC ist in dem Bereich großer Änderungen H1), führt die Steuerung
Solange der geschätzte SOC in dem Bereich von 68% bis 97% ist (der SOC ist in dem Bereich kleiner Änderungen L2), führt die Steuerung
Wie oben beschrieben, wird in dieser Ausführungsform die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters nur in den Bereichen großer Änderungen H1 bis H3 durchgeführt, in denen erwartet wird, dass die SOC-Schätzgenauigkeit durch die Einstellung verbessert wird. Dies kann die SOC-Schätzgenauigkeit verbessern.As described above, in this embodiment, the adjustment using the Kalman filter is performed only in the regions of large changes H1 to H3 in which the SOC estimation accuracy is expected to be improved by the adjustment. This can improve the SOC estimation accuracy.
Mit anderen Worten, die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters wird nicht in den Bereichen kleiner Änderungen L1 und L2 durchgeführt, in denen die SOC-Schätzgenauigkeit durch die Einstellung verringert werden kann. Dies kann die SOC-Schätzgenauigkeit verbessern.In other words, the adjustment using the Kalman filter is not performed in the areas of small changes L1 and L2 in which the SOC estimation accuracy can be reduced by the adjustment. This can improve the SOC estimation accuracy.
Zusätzlich wurde die Batteriegruppe
In den
In
Wie durch die durchgezogene Linie in
In den Bereichen B1 bis B4 (Bereiche kleiner Änderung) sind jedoch die SOC-Werte, die unter Verwendung des Kalman-Filters eingestellt werden, von den wahren Werten entfernter als die SOC-Werte, die durch das Stromintegrationsverfahren geschätzt werden. Dies zeigt, dass die SOC-Schätzgenauigkeit verringert wird, wenn die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters an den SOC-Werten durchgeführt wird, die durch das Stromintegrationsverfahren in den Bereichen kleiner Änderung L1 und L2 geschätzt werden.However, in the areas B1 to B4 (small change area), the SOC values set using the Kalman filter are more remote from the true values than the SOC values estimated by the current integration method. This shows that the SOC estimation accuracy is lowered when the adjustment using the Kalman filter is performed on the SOC values estimated by the current integration method in the regions of small change L1 and L2.
In
Wie durch die durchgezogene Linie in
Gemäß der Tabelle ist klar, dass der RMS am Kleinsten ist, wenn die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters nur in den Bereichen großer Änderungen H1 bis H3 durchgeführt wird, und die SOC-Schätzgenauigkeit verbessert wird.According to the table, it is clear that the RMS is the smallest when the adjustment using the Kalman filter is performed only in the areas of large changes H1 to H3, and the SOC estimation accuracy is improved.
<Zweite Ausführungsform> <Second Embodiment>
Eine zweite Ausführungsform 2 wird nun unter Bezug auf die
In der zweiten Ausführungsform wurde die Batteriegruppe
Wenn ein Vergleich zwischen dem SOC-Übergang mit der Zeit bei der Batterietemperatur T von 40°C (die durchgezogene Linie in
In ähnlicher Weise, wenn ein Vergleich zwischen dem SOC-Übergang mit der Zeit bei der Batterietemperatur T von 25°C (die durchgezogene Linie in
Wenn ein Vergleich zwischen dem SOC-Übergang mit der Zeit bei der Batterietemperatur T von 10°C (die durchgezogene Linie in
Der RMS der eingestellten SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte beträgt 3,879 bei der Batterietemperatur T von 40°C und 4,406 bei der Batterietemperatur T von 25°C. Der RMS beträgt 9,804 bei der Batterietemperatur T von 10°C und 12,038 bei der Batterietemperatur T von 0°C.The RMS of the set SOC values with respect to the true values is 3, 879 at the battery temperature T of 40 ° C and 4.406 at the battery temperature T of 25 ° C. The RMS is 9.804 at the battery temperature T of 10 ° C and 12.038 at the battery temperature T of 0 ° C.
Wie in der Tabelle gezeigt, nimmt, wenn die Batterietemperatur T ansteigt, der RMS der eingestellten SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte ab. Wenn die Batterietemperatur T ansteigt, nimmt dementsprechend der Effekt der Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters zu. Insbesondere beträgt der RMS der eingestellten SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte 4,406 bei der Batterietemperatur T von 25°C und 3,879 bei der Batterietemperatur T von 40°C. Diese RMS-Werte sind kleiner als die jeweiligen RMS-Werte der SOC-Werte, die durch das Stromintegrationsverfahren geschätzt wurden, das heißt 4,738 und 4,515.As shown in the table, as the battery temperature T increases, the RMS of the set SOC values decreases with respect to the true values. Accordingly, as the battery temperature T increases, the effect of adjustment using the Kalman filter increases. Specifically, the RMS of the set SOC values with respect to the true values is 4.406 at the battery temperature T of 25 ° C and 3.879 at the battery temperature T of 40 ° C. These RMS values are smaller than the respective RMS values of the SOC values estimated by the current integration method, that is, 4,738 and 4,515.
Dies zeigt, dass die SOC-Schätzgenauigkeit verbessert werden kann, wenn die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters an den SOC-Werten durchgeführt wird, die durch das Stromintegrationsverfahren bei einer Batterietemperatur T von nur 25°C oder mehr geschätzt werden.This shows that the SOC estimation accuracy can be improved when the adjustment using the Kalman filter is performed on the SOC values estimated by the current integration method at a battery temperature T of only 25 ° C or more.
Die Zunahme der SOC-Schätzgenauigkeit mit dem Anstieg der Batterietemperatur T kann durch die folgenden Faktoren erklärt werden. Im Allgemeinen nimmt die Impedanz der Sekundärbatterien
In dem in
Wenn jedoch der gegenwärtige SOC-Wert nicht in einem der Bereiche großer Änderungen H1, H2 und H3 ist (Schritt S30: NEIN) oder die Batterietemperatur T kleiner als 25°C ist (Schritt S37A: NEIN), führt die Steuerung 60 die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters nicht durch und nimmt den durch das Stromintegrationsverfahren geschätzten SOC als den SOC zum nächsten Zeitpunkt, das heißt dem neuesten SOC-Wert, an.However, if the current SOC value is not in any of the regions of large changes H1, H2, and H3 (step S30: NO) or the battery temperature T is less than 25 ° C (step S37A: NO), the
Wie in
Dies zeigt, dass die SOC-Schätzgenauigkeit tendenziell reduziert wird, indem die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters bei der Batterietemperatur T von 10°C oder weniger durchgeführt wird. Daher kann die Verringerung der SOC-Schätzgenauigkeit verhindert werden, indem die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters an einen SOC, der durch das Stromintegrationsverfahren bei der Batterietemperatur T von 10°C oder weniger geschätzt wird, nicht durchgeführt wird.This shows that the SOC estimation accuracy tends to be reduced by making the adjustment using the Kalman filter at the battery temperature T of 10 ° C or less. Therefore, the reduction of the SOC estimation accuracy can be prevented by not performing the adjustment using the Kalman filter to an SOC estimated by the current integration method at the battery temperature T of 10 ° C. or less.
In dem in
Wenn jedoch der gegenwärtige SOC-Wert nicht in einem der Bereiche großer Änderungen H1, H2 und H3 ist (Schritt S30: NEIN) oder die Batterietemperatur T 10°C oder weniger beträgt (Schritt S37B: JA), führt die Steuerung 60 die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters nicht durch und nimmt den durch das Stromintegrationsverfahren geschätzten SOC als den SOC zum nächsten Zeitpunkt, das heißt dem neuesten SOC-Wert, an. However, if the current SOC value is not in one of the regions of large changes H1, H2, and H3 (step S30: NO) or the battery temperature T is 10 ° C or less (step S37B: YES), the
<Dritte Ausführungsform><Third Embodiment>
Eine dritte Ausführungsform wird nun unter Bezug auf die
In der dritten Ausführungsform wurde die Batteriegruppe
In
Die durchgezogene Linie zeigt die SOC-Werte in dem Fall, in dem die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters an SOC-Werten durchgeführt wird, die durch das Stromintegrationsverfahren geschätzt werden, wenn der SOC-Wert in einem der Bereiche großer Änderungen H1 bis H3 ist und die Batteriegruppe 30 in dem minimalen Stromflusszustand ist.The solid line shows the SOC values in the case where the adjustment is performed using the Kalman filter at SOC values estimated by the current integration method when the SOC value in one of the large change regions H1 to H3 and the
Die SOC-Werte sind näher an den wahren Werten in dem Fall, in dem der Prozess den zusätzlichen Term in Bezug auf den minimalen Stromflusszustand umfasst, um zu bestimmen, ob die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters (die durchgezogene Linie in
Wenn die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters nur in den Bereichen großer Änderungen H1 bis H3 und in dem minimalen Stromflusszustand durchgeführt wird, beträgt der quadratische Mittelwert (RMS) der eingestellten SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte 2,563. Dieser RMS ist kleiner als 4,406, was den RMS der eingestellten SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte in dem Fall entspricht, in dem die Einstellung auch in dem minimalen Stromflusszustand durchgeführt wird (der Fall in der ersten Ausführungsform). Die eingestellten SOC-Werte stellen die SOC-Werte dar, die unter Verwendung des Kalman-Filters eingestellt werden.When the adjustment using the Kalman filter is performed only in the regions of large changes H1 to H3 and in the minimum current flow state, the root mean square (RMS) of the set SOC values with respect to the true values is 2.563. This RMS is smaller than 4.406, which corresponds to the RMS of the set SOC values with respect to the true values in the case where the adjustment is made also in the minimum current flow state (the case in the first embodiment). The set SOC values represent the SOC values set using the Kalman filter.
Dies zeigt, dass die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters in dem minimalen Stromflusszustand effizienter durchgeführt wird. In der dritten Ausführungsform wird der Kalman-Filter verwendet, wenn die folgenden zwei Bedingungen (a) und (b) erfüllt sind.This shows that the adjustment using the Kalman filter is performed more efficiently in the minimum current flow state. In the third embodiment, the Kalman filter is used when the following two conditions (a) and (b) are satisfied.
- (a) Ein SOC ist in einem der Bereiche großer Änderungen H1, H2 und H3.(a) An SOC is in one of the regions of large changes H1, H2 and H3.
- (b) Die Sekundärbatterien sind im minimalen Stromflusszustand.(b) The secondary batteries are in the minimum current flow state.
In dem in
Wie oben beschrieben, wird in der dritten Ausführungsform die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters nur durchgeführt, wenn ein SOC in einem Bereich der großen Änderungen H1, H2 und H3 ist und die Batteriegruppe 30 in dem minimalen Stromflusszustand ist. Daher kann die SOC-Schätzgenauigkeit im Vergleich zu der ersten Ausführungsform verbessert werden.As described above, in the third embodiment, the adjustment using the Kalman filter is performed only when an SOC is in a range of large changes H1, H2 and H3 and the
<Vierte Ausführungsform><Fourth Embodiment>
Ein viertes Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezug auf die
In der vierten Ausführungsform wurde die Batteriegruppe
Wenn ein Vergleich zwischen dem SOC-Übergang mit der Zeit bei der Batterietemperatur T von 40°C (die durchgezogene Linie in
Auf ähnliche Weise, wenn ein Vergleich zwischen dem SOC-Übergang mit der Zeit bei der Batterietemperatur T von 25°C (die durchgezogene Linie in
Zusätzlich, wenn ein Vergleich zwischen dem SOC-Übergang mit der Zeit bei der Batterietemperatur T von 10°C (die durchgezogene Linie in
Der RMS der eingestellten SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte beträgt 2,598 bei der Batterietemperatur T von 40°C und 2,621 bei der Batterietemperatur T von 25°C. Der RMS beträgt 6,461 bei der Batterietemperatur T von 10°C und 8,522 bei der Batterietemperatur T von 0°C.The RMS of the set SOC values with respect to the true values is 2.598 at the battery temperature T of 40 ° C and 2.621 at the battery temperature T of 25 ° C. The RMS is 6.461 at the battery temperature T of 10 ° C and 8.522 at the battery temperature T of 0 ° C.
Wie in der Tabelle gezeigt, nimmt, wenn die Batterietemperatur T ansteigt, der RMS der eingestellten SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte ab. Wenn die Batterietemperatur T ansteigt, nimmt dementsprechend der Effekt der Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters zu. Insbesondere beträgt der RMS der eingestellten SOC-Werte in Bezug auf die wahren Werte 2,621 bei der Batterietemperatur T von 25°C und 2,598 bei der Batterietemperatur T von 40°C. Diese RMS-Werte sind kleiner als die jeweiligen RMS-Werte der SOC-Werte, die durch das Stromintegrationsverfahren geschätzt wurden, das heißt 4,738 und 4,515.As shown in the table, as the battery temperature T increases, the RMS of the set SOC values decreases with respect to the true values. Accordingly, as the battery temperature T increases, the effect of adjustment using the Kalman filter increases. Specifically, the RMS of the set SOC values with respect to the true values is 2.621 at the battery temperature T of 25 ° C and 2.598 at the battery temperature T of 40 ° C. These RMS values are smaller than the respective RMS values of the SOC values estimated by the current integration method, that is, 4,738 and 4,515.
Dies zeigt, dass die SOC-Schätzgenauigkeit verbessert werden kann, indem die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters an den SOC-Werten durchgeführt wird, die durch das Stromintegrationsverfahren bei einer Batterietemperatur T von nur 25°C oder mehr geschätzt werden.This shows that the SOC estimation accuracy can be improved by performing the adjustment using the Kalman filter on the SOC values estimated by the current integration method at a battery temperature T of only 25 ° C or more.
In dem in
Wenn der gegenwärtige SOC-Wert jedoch nicht in einem der Bereiche großer Änderungen H1, H2 und H3 ist (Schritt S30: NEIN) oder die Batteriegruppe 30 nicht in dem minimalen Stromflusszustand ist (S35: NEIN) oder die Batterietemperatur T kleiner als 25°C ist (Schritt S37A: NEIN), führt die Steuerung
Wie in
Dies zeigt, dass die SOC-Schätzgenauigkeit tendenziell reduziert wird, indem die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters bei der Batterietemperatur T von 10°C oder weniger durchgeführt wird. Daher kann die Verringerung der SOC-Schätzgenauigkeit verhindert werden, indem die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters an einen SOC, der durch das Stromintegrationsverfahren bei der Batterietemperatur T von 10°C oder weniger geschätzt wird, nicht durchgeführt wird.This shows that the SOC estimation accuracy tends to be reduced by making the adjustment using the Kalman filter at the battery temperature T of 10 ° C or less. Therefore, the reduction of the SOC estimation accuracy can be prevented by not performing the adjustment using the Kalman filter to an SOC estimated by the current integration method at the battery temperature T of 10 ° C. or less.
In dem in
Wenn jedoch der gegenwärtige SOC-Wert nicht in einem der Bereiche großer Änderungen H1, H2 und H3 ist (Schritt S30: NEIN) oder die Sekundärbatterien 31 in dem minimalen Stromflusszustand sind (Schritt S35: JA) oder die Batterietemperatur T 10°C oder weniger beträgt (Schritt S37B: JA), führt die Steuerung
<Andere Ausführungsformen>Other Embodiments
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben mit Bezug auf die Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel sind die folgenden Ausführungsformen ebenfalls im technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
- (1) In der ersten bis vierten Ausführungsform werden die
Lithiumionensekundärbatterien 31 als ein Beispiel der Energiespeicher-Vorrichtung genommen. Alternativ kann die Energiespeicher-Vorrichtung eine andere elektrochemische Zelle als eine Lithiumionenbatterie darstellen, solange die alternative elektrochemische Zelle einen Bereich kleiner Änderungen, in dem das Verhältnis einer OCV-Änderung zu einer SOC-Änderung relativ klein ist und einen Bereich großer Änderungen, in dem das Verhältnis einer OCV-Änderung zu einer SOC-Änderung relativ groß ist, aufweist. - (2) In der ersten bis vierten Ausführungsform bestimmt die
Steuerung 60 basierend auf einem geschätzten SOC-Wert, ob dieSekundärbatterien 31 in einem der Bereiche großer Änderungen H1 bis H3 sind. Alternativ kann dieSteuerung 60 den Bereich durch Vergleichen des Verhältnisses einer Spannungsschwankung mit einer Ladungs-Entladungs-Kapazitätsschwankung der Sekundärbatterien31 (ΔV/ΔAh) mit einem Schwellenwert bestimmen. Mit anderen Worten, dieSteuerung 60 kann den Bereich durch Berechnen einer Lade-Entlade-Kapazitätsänderung ΔAh in einer Zeiteinheit und einer Spannungsänderung ΔV in der Zeiteinheit basierend auf der Ausgabevon dem Stromsensor 40 und der Ausgabevon der Spannungserfassungsschaltung 80 bestimmen und ihr Verhältniss (ΔV/ΔAh) mit einem Schwellenwert vergleichen. - (3) Wenn die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters durchgeführt wird, hängt die SOC-Schätzgenauigkeit von der Genauigkeit der Schätzung des internen Zustands des Ersatzschaltungsmodells M der Sekundärbatterien 31 ab. Wenn die Stromwerte groß sind, neigt zum Beispiel die Genauigkeit der Schätzung des internen Zustands des Ersatzschaltungsmodells M dazu, reduziert zu werden. Die erste Ausführungsform zeigt das Beispiel, in dem die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters an einen SOC durchgeführt wird, der durch das Stromintegrationsverfahren geschätzt wird,
wenn die Sekundärbatterien 31 nur in einem der Bereiche großer Änderungen H1 bis H3 sind. Wenn die Genauigkeit der Schätzung des internen Zustands zum Beispiel durch große Stromwerte verringert wird, kann die Einstellung unter Verwendung des Kalman-Filters selbst dann nicht durchgeführt werden,wenn die Sekundärbatterien 31 in einem der Bereiche großer Änderungen H1 bis H3 sind. - 4) In der ersten Ausführungsform wird das Ersatzschaltungsmodell M als ein Beispiel des Schätzmodells genommen, das einen internen Zustand (SOC, U1, U2, R0) der Sekundärbatterien
31 schätzt. Alternativ kann das Ersatzschaltungsmodell M ein anderes Modell als ein Ersatzschaltungsmodell darstellen, solange das alternative Modell ein Modell zum Schätzen eines internen Zustands (SOC, U1, U2, R0) der Sekundärbatterien31 darstellt. Selbst wenn ein Ersatzschaltungsmodell verwendet wird, kann ein anderes Modell verwendet werden, das sich von dem in1 gezeigten Ersatzschaltungsmodell M unterscheidet. Zum Beispiel kann ein solches Modell eine unterschiedliche Term-Anzahl (nicht zwei) von Impedanzen Z zum Simulieren vonPolarisationsspannungen der Sekundärbatterien 31 aufweisen. - (5) Die erste Ausführungsform zeigt das Beispiel, in dem ein durch das Stromintegrationsverfahren geschätzter SOC unter Verwendung des Kalman-Filters eingestellt wird. Alternativ kann ein geschätzter SOC unter Verwendung eines adaptiven digitalen Filters eingestellt werden. Mit anderen Worten, ein anderer Filter als ein Kalman-Filter, wie etwa ein adaptives digitales Filter, kann für die Einstellung verwendet werden, solange ein durch das Stromintegrationsverfahren geschätzter SOC auf der Grundlage eines beobachteten Werts einer Anschlussspannung einer Energiespeicher-Vorrichtung und einer Anschlussspannung, die von einem Schätzmodell vorhergesagt wird, das einen internen Zustand der Energiespeichervorrichtung schätzt, eingestellt wird.
- (6) In der ersten Ausführungsform wird der Kalman-Filter auf die SOC-Schätzung einer in einem Fahrzeug montierten Energiespeicher-Vorrichtung angewendet. Alternativ kann die vorliegende Erfindung auf die SOC-Schätzung einer Energiespeicher-Vorrichtung angewendet werden, die in einem Zweiradfahrzeug, einem Schienenfahrzeug, einem unterbrechungsfreien Stromversorgungssystem, einer regenerierten Energieempfangs-Vorrichtung, einer Energiespeicher-Vorrichtung zum Erzeugen natürlicher Energie, und dergleichen montiert ist. Ein Teil oder alle Funktionen der Zustandsschätz-Vorrichtung können entfernt installiert und über ein Netzwerk mit der Energiespeicher-Vorrichtung oder dem Batteriepack (Energiespeicher-Vorrichtung) verbunden sein. Die Zustandsschätz-Vorrichtung kann als ein Server in einem Netzwerk installiert sein.
- (1) In the first to fourth embodiments, the lithium-ion
secondary batteries 31 are taken as an example of the energy storage device. Alternatively, the energy storage device may constitute another electrochemical cell than a lithium ion battery as long as the alternative electrochemical cell has a range of small changes in which the ratio of OCV change to SOC change is relatively small and a range of large changes in which Ratio of an OCV change to a SOC change is relatively large. - (2) In the first to fourth embodiments, the controller determines
60 based on an estimated SOC value, whether thesecondary batteries 31 in one of the areas of large changes H1 to H3. Alternatively, thecontroller 60 may determine the range by comparing the ratio of a voltage fluctuation with a charge-discharge capacity fluctuation of the secondary batteries31 (ΔV / ΔAh) with a threshold. In other words, thecontroller 60 may determine the range by calculating a charge-discharge capacity change ΔAh in a unit time and a voltage change ΔV in the unit time based on the output from thecurrent sensor 40 and the output from thevoltage detection circuit 80 and compare their ratio (ΔV / ΔAh) with a threshold. - (3) When the adjustment is performed using the Kalman filter, the SOC estimation accuracy depends on the accuracy of the estimation of the internal state of the equivalent circuit model M of the
secondary batteries 31. For example, when the current values are large, the accuracy of estimating the internal state of the equivalent circuit model M tends to be reduced. The first embodiment shows the example in which the adjustment is performed using the Kalman filter to an SOC estimated by the current integration method when thesecondary batteries 31 only in one of the areas of major changes are H1 to H3. For example, when the accuracy of the estimation of the internal state is lowered by large current values, the adjustment using the Kalman filter can not be performed even if thesecondary batteries 31 in one of the areas of large changes H1 to H3. - 4) In the first embodiment, the equivalent circuit model M is taken as an example of the estimation model having an internal state (SOC, U1, U2, R0) of the
secondary batteries 31 underestimated. Alternatively, the spare circuit model M may represent a model other than an equivalent circuit model as long as the alternative model is a model for estimating an internal state (SOC, U1, U2, R0) of thesecondary batteries 31 represents. Even if an equivalent circuit model is used, another model different from the one in FIG1 shown equivalent circuit model M differentiates. For example, such a model may have a different term number (not two) of impedances Z for simulating polarization voltages of thesecondary batteries 31 exhibit. - (5) The first embodiment shows the example in which an SOC estimated by the current integration method is adjusted by using the Kalman filter. Alternatively, an estimated SOC may be adjusted using an adaptive digital filter. In other words, a filter other than a Kalman filter such as an adaptive digital filter may be used for the adjustment as long as an SOC estimated by the current integration method based on an observed value of a terminal voltage of an energy storage device and a terminal voltage, which is predicted by an estimation model estimating an internal state of the energy storage device.
- (6) In the first embodiment, the Kalman filter is applied to the SOC estimation of a vehicle-mounted energy storage device. Alternatively, the present invention may be applied to the SOC estimate of an energy storage device that is included in a A two-wheeled vehicle, a rail vehicle, an uninterruptible power supply system, a regenerated power receiving device, an energy storage device for generating natural energy, and the like is mounted. Some or all functions of the state estimator may be remotely installed and connected via a network to the energy storage device or the battery pack (energy storage device). The state estimator may be installed as a server in a network.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 20:20:
- Batteriepackbattery Pack
- 30:30:
- Batteriegruppebattery group
- 31:31:
- Sekundärbatterie (Energiespeicher-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung)Secondary Battery (Energy Storage Device of the Present Invention)
- 40:40:
- Stromsensorcurrent sensor
- 50:50:
- Batteriemanager (Zustandsschätz-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung)Battery Manager (State Estimator of the Present Invention)
- 60:60:
- Steuerung (Bereichsbestimmungs-Einheit und SOC-Schätz-Einheit der vorliegenden Erfindung)Control (Range Determination Unit and SOC Estimation Unit of the Present Invention)
- 61:61:
- CPUCPU
- 63:63:
- SpeicherStorage
- 80:80:
- SpannungserfassungsschaltungVoltage detection circuit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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