JP2003197272A - 二次電池の残存容量推定方法および装置、並びに電池パックシステム - Google Patents
二次電池の残存容量推定方法および装置、並びに電池パックシステムInfo
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Abstract
る。 【解決手段】 電流積算係数補正部109が、起電力算
出部105からの電池起電力Veqに応じて電流積算係
数kに対する補正量αを算出し、充電効率算出部110
により、現在推定している残存容量に基づく充電効率η
と補正量αとから算出された電流積算係数kに基づい
て、残存容量算出部112が、電流積算により残存容量
SOCを推定する。
Description
V)やハイブリッド車両(HEV)等に、モータの動力
源および各種負荷の駆動源として搭載されるニッケル−
水素(Ni−MH)バッテリなどの二次電池の残存容量
(SOC:State of Charge)を推定する方法に関す
る。
力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰
の動力で発電機を駆動して二次電池の充電が行われる。
逆に、エンジンからの出力が小さい場合には、二次電池
の電力を用いてモータを駆動して不足の動力を出力す
る。この場合、二次電池の放電が行われる。かかる充放
電等を制御して適正な動作状態に維持することが、二次
電池をHEV等に搭載する場合に要求される。
検出して二次電池の残存容量(以下、SOCと略称す
る)を演算により推定し、車両の燃料消費効率が最も良
くなるようにSOC制御を行っている。また、その時の
SOCレベルは、加速時のモータ駆動によるパワーアシ
ストおよび減速時のエネルギー回収(回生制動)をバラ
ンス良く動作させるため、一般的には、例えばSOCが
50%から70%の範囲内になるように、SOCが低下
して例えば50%になった場合には充電過多の制御を行
い、逆に、SOCが上昇して例えば70%になった場合
には放電過多の制御を行って、SOCを制御中心に近づ
けようとするものである。
は、充放電を行っている二次電池のSOCを正確に推定
することが必要になる。かかる従来のSOC推定方法と
しては、以下の2種類の方法がある。
値(充電の場合はマイナス、放電の場合はプラスの符号
を有する)に充電効率を乗算し、その乗算値をある時間
期間にわたって積算することにより、積算容量を計算
し、この積算容量に基づいてSOCを推定する。
二次電池の端子電圧とのペアデータを複数個測定して記
憶し、そのペアデータから、最小二乗法により1次の近
似直線(電圧V−電流I近似直線)を求め、電流値0
(ゼロ)に対応する電圧値(V−I近似直線のV切片)
を無負荷電圧(V0)として算出し、この無負荷電圧V
0に基づいてSOCを推定する。
力に対して分極電圧が発生する。すなわち、充電時には
電圧が高くなり、放電時には電圧が低くなり、この変化
分が分極電圧と呼ばれる。上記の方法のようにSOC
を電圧により推定する場合や、また、所定時間内におけ
る電圧の上昇および降下を推定する場合、所定時間内に
おける入出力可能電力を求める場合には、分極電圧を正
確に把握する必要がある。
数の電流、電圧データから一次の回帰直線を求め、その
直線の傾きを分極抵抗(部品抵抗、反応抵抗、および拡
散抵抗)として、その分極抵抗に電流を乗算することで
分極電圧としている。
種類の従来のSOC推定方法では、以下のような問題点
がある。
方法の場合、電流値を積算する際に必要な充電効率はS
OC値、電流値、温度などに依存するため、それら各種
の条件に適応した充電効率を見つけ出すことは困難であ
る。また、バッテリが放置状態にある場合、その間の自
己放電量を計算することができない。これら等の理由に
より、時間の経過とともにSOCの真の値と推定値との
誤差が大きくなるので、それを解消するために、完全放
電や満充電を行い、SOCの初期化を行うことが必要に
なる。
する場合、完全放電を行うと、二次電池からの電力供給
ができなくなり、エンジンに負担がかかることになる。
そのため、充電サイト等で車両を停止させ、二次電池の
完全放電を行った後に、満充電になるまで二次電池を所
定時間かけて充電する必要がある。このように、HEV
用途の場合、車両走行中に完全充放電を行い、SOCの
初期化を行うことは不可能である。また、定期的に、H
EVに搭載された二次電池の完全充放電を行うことは、
ユーザにとって利便性に欠け、負担にもなる。
定方法の場合、まず、大きな放電を行った後におけるV
−I近似直線のV切片は低めになり、大きな充電を行っ
た後におけるV−I近似直線のV切片は高めになるとい
うように、過去の充放電電流の履歴によって、同一のS
OCにおいても無負荷電圧が変化する。この変化分は分
極電圧によるものである。このように、V−I近似直線
のV切片である無負荷電圧は、分極電圧の要因により、
充電方向と放電方向とで異なってしまう。それにより、
この電圧差がSOCの推定誤差となる。また、メモリー
効果や放置による電圧低下、電池劣化等もSOC推定の
誤差要因となる。
は、分極抵抗により分極電圧を求めると、分極抵抗に含
まれる、電池の活物質と電解液界面の反応による反応抵
抗や、活物質内、活物質間、および電解液内の反応によ
る拡散抵抗の推定が十分に行えないため、推定された分
極電圧の精度が悪く、SOC推定のための電池起電力を
求めるために、上記の無負荷電圧を補正に用いるのは
実用的ではない。
ものであり、その目的は、定期的に二次電池の完全充放
電を行ってSOCを初期化することなく、SOCを高精
度に推定できる方法および装置、かかる方法における処
理を実行するコンピュータシステム(電池用の電子制御
ユニット(電池ECU))を塔載した電池パックシステ
ムを提供することにある。
め、本発明に係る第1の二次電池の残存容量推定方法
は、二次電池に流れる電流と、電流に対応した二次電池
の端子電圧との組データを測定し、組データを複数個取
得する工程と、取得した複数個の組データに基づいて、
二次電池の起電力を算出する工程と、算出した起電力に
応じて、電流積算係数に対する補正量を決定する工程
と、補正量と充電効率とから、電流積算係数を算出する
工程と、算出した電流積算係数を測定した電流に乗算し
て、電流積算により、二次電池の残存容量を推定する工
程とを含むことを特徴とする。
第2の二次電池の残存容量推定方法は、二次電池である
複数個の単電池を組み合わせて成り、中間的充電状態で
使用される電池パックに流れる電流と、電流に対応した
二次電池の端子電圧との組データを測定し、組データを
複数個取得する工程と、取得した複数個の組データに基
づいて、二次電池の起電力を算出する工程と、算出した
前記起電力に応じて、電流積算係数に対する補正量を決
定する工程と、補正量と充電効率とから、電流積算係数
を算出する工程と、算出した電流積算係数を測定した電
流に乗算して、電流積算により、二次電池の残存容量を
推定する工程とを含むことを特徴とする。
電流積算係数に補正を加え、電流積算によりSOCを推
定することで、SOC中間領域において電流積算による
誤差が蓄積されなくなり、高い精度でSOCを推定する
ことが可能になる。
Cも容易に推定でき、定期的に完全放電や完全充電を行
って、SOCを初期化する必要もなくなる。
方法はさらに、二次電池の温度を測定する工程と、測定
した温度、電流および推定した残存容量に基づいて、充
電中における充電効率を算出する工程とを含むことが好
ましい。
変化および残存容量推定値を充電効率にフィードバック
することで、積算容量の算出精度を向上させることがで
きる。
方法において、補正量の決定工程は、あらかじめ残存容
量に対する起電力の特性を求め、この特性を記憶した参
照テーブルまたは式に基づいて、推定した残存容量から
推定起電力を算出する工程と、起電力の算出工程で求め
た起電力と推定起電力との差分値に基づいて、補正量を
決定する工程とを含むことが好ましい。
起電力としてフィードバックし、算出した起電力と推定
起電力の差分値がゼロになるように制御することで、積
算容量の算出精度をさらに向上させることができる。
量推定方法において、起電力の算出工程は、複数個の組
データに対して、最小二乗法を用いた統計処理により求
めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である
無負荷電圧を求め、無負荷電圧を起電力として算出する
工程を含むことが好ましい。
に応じた電流積算係数の補正を行うことができる。
容量推定方法において、起電力の算出工程は、測定した
電流から過去の所定期間における積算容量の変化量を算
出する工程と、積算容量の変化量に基づいて、分極電圧
を算出する工程と、複数個の組データに対して、最小二
乗法を用いた統計処理により求めた近似直線における電
流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧を算出する工
程と、無負荷電圧から分極電圧を減算して、起電力を算
出する工程とを含むことが好ましい。
づいて分極電圧を算出するため、分極電圧の算出精度が
よくなり、無負荷電圧から分極電圧を減算した電池起電
力(平衡電位)の算出精度も良くなって、精度の高いS
OCの推定が可能になる。
方法において、起電力の算出工程は、積算容量の変化量
に対して時間遅延処理を施す工程を含むことが好まし
い。
して遅延時間を有する分極電圧を、積算容量の変化量に
リアルタイムに追従させて算出することができる。
量推定方法において、積算容量の変化量に対する時間遅
延処理と共に、フィルタリングにより平均化処理を施す
ことが好ましい。
な積算容量の変動成分を低減することができる。
量推定方法において、起電力の算出工程は、分極電圧に
対して時間遅延処理を施す工程を含むことが好ましい。
との時間合わせを行い、適切な起電力の算出を行うこと
ができる。
と共に、フィルタリングにより平均化処理を施すことが
好ましい。
分極電圧の変動成分を低減することができる。
方法はさらに、取得した複数個の組データを所定の選別
条件に基づき選別する工程を含み、所定の選別条件とし
て、電流の値が充電側および放電側で所定の範囲内にあ
り、複数の組データ数が充電側と放電側で所定数以上で
あり、複数個の組データの取得中における積算容量の変
化量が所定の範囲内にある場合に、複数個の組データを
選択することが好ましい。
放電側および充電側で均一に、かつ積算容量の変化量の
影響を受けることなく取得することができる。
方法はさらに、算出した無負荷電圧が有効であるか否か
を所定の判定条件に基づき判定する工程を含み、所定の
判定条件として、最小二乗法を用いて統計処理を行って
求めた近似直線に対する複数個の組データの分散値が所
定の範囲内にあるか、または近似直線と複数個の組デー
タとの相関係数が所定値以上である場合に、算出した無
負荷電圧を有効とすることが好ましい。
を向上させることができる。
方法において、二次電池は、ニッケル−水素二次電池で
ある。
第1の電池パックシステムは、第2の二次電池の残存容
量推定方法を実行するコンピュータシステムと、電池パ
ックとを備えたことを特徴とする。
システムとして、例えば電池ECUを塔載した電池パッ
クシステムが、例えばHEV等に塔載された場合、高精
度に推定したSOCに基づいて、正確なSOC制御を行
うことができる。すなわち、演算により推定しているS
OC(SOC推定値)が真のSOC(SOC真値)より
も高いと判定された場合、電流積算係数の補正量だけ充
電効率が減算されることにより、その後の積算時に、S
OC推定値は以前の積算よりも低下するので、SOC真
値に近づくことになる。一方、SOC推定値がSOC真
値よりも低いと判定された場合、電流積算係数の補正量
だけ充電効率が加算されることにより、その後の積算時
に、SOC推定値は以前の積算よりも上昇するので、や
はりSOC真値に近づくことになる。したがって、この
制御を継続することにより、SOC推定値とSOC真値
は常に一致する方向に管理され、かつSOC真値に対す
るSOC推定値の偏差が少なくなるので、システム全体
のエネルギー管理の精度を大幅に向上させることができ
る。
第1の二次電池の残存容量推定装置は、二次電池に流れ
る電流を電流データとして測定する電流測定部と、電流
に対応した二次電池の端子電圧を電圧データとして測定
する電圧測定部と、電流測定部からの電流データと電圧
測定部からの電圧データとの複数個の組データに基づい
て、二次電池の起電力を算出する起電力算出部と、起電
力算出部からの起電力に応じて、電流積算係数に対する
補正量を決定する電流積算係数補正部と、電流積算係数
補正部からの補正量と充電効率とから、電流積算係数を
出力する加算器と、加算器からの電流積算係数を電流デ
ータに乗算して、電流積算により、二次電池の残存容量
を推定する残存容量推定部とを備えたことを特徴とす
る。
第2の二次電池の残存容量推定装置は、二次電池である
複数個の単電池を組み合わせて成り、中間的充電状態で
使用される電池パックに流れる電流を電流データとして
測定する電流測定部と、電流に対応した二次電池の端子
電圧を電圧データとして測定する電圧測定部と、電流測
定部からの電流データと電圧測定部からの電圧データと
の複数個の組データに基づいて、二次電池の起電力を算
出する起電力算出部と、起電力算出部からの起電力に応
じて、電流積算係数に対する補正量を決定する電流積算
係数補正部と、電流積算係数補正部からの補正量と充電
効率とから、電流積算係数を出力する加算器と、加算器
からの電流積算係数を電流データに乗算して、電流積算
により、二次電池の残存容量を推定する残存容量推定部
とを備えたことを特徴とする。
電流積算係数に補正を加え、電流積算によりSOCを推
定することで、SOC中間領域において電流積算による
誤差が蓄積されなくなり、高い精度でSOCを推定する
ことが可能になる。
Cも容易に推定でき、定期的に完全放電や完全充電を行
って、SOCを初期化する必要もなくなる。
装置はさらに、二次電池の温度を温度データとして測定
する温度測定部と、温度測定部からの温度、電流測定部
からの電流および残存容量推定部からの残存容量推定値
に基づいて、充電中における充電効率を算出する充電効
率算出部とを備えることが好ましい。
残存容量推定値を充電効率にフィードバックすること
で、積算容量の算出精度を向上させることができる。
量推定装置はさらに、あらかじめ求められた、残存容量
に対する起電力の特性を記憶した参照テーブルまたは式
に基づいて、残存容量推定値から推定起電力を算出する
推定起電力算出部を備え、電流積算係数補正部は、起電
力算出部からの起電力と推定起電力との差分値に基づい
て、補正量を決定することが好ましい。
起電力としてフィードバックし、算出した起電力と推定
起電力の差分値がゼロになるように制御することで、積
算容量の算出精度をさらに向上させることができる。
装置において、起電力算出部は、複数個の組データに対
して、最小二乗法を用いた統計処理により求めた近似直
線における電流がゼロの時の電圧切片である無負荷電圧
を求め、無負荷電圧を起電力として算出することが好ま
しい。
力に応じた電流積算係数の補正を行うことができる。
装置において、起電力算出部は、電流データから過去の
所定期間における積算容量の変化量を算出する変化容量
算出部と、変化容量算出部からの積算容量の変化量に基
づいて、分極電圧を算出する分極電圧算出部と、複数個
の組データに対して、最小二乗法を用いた統計処理によ
り求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片で
ある無負荷電圧を算出する無負荷電圧算出部と、無負荷
電圧から前記分極電圧を減算して、起電力を出力する減
算器とを備えることが好ましい。
づいて分極電圧を算出するため、分極電圧の算出精度が
よくなり、無負荷電圧から分極電圧を減算した電池起電
力(平衡電位)の算出精度も良くなって、精度の高いS
OCの推定が可能になる。
装置はさらに、変化容量算出部からの積算容量の変化量
に対して時間遅延処理を施す第1の演算処理部を備える
ことが好ましい。
して遅延時間を有する分極電圧を、積算容量の変化量に
リアルタイムに追従させて算出することができる。
量推定装置において、第1の演算処理部は、積算容量の
変化量に対して、時間遅延処理と共に、フィルタリング
により平均化処理を施すことが好ましい。
な積算容量の変動成分を低減することができる。
装置はさらに、分極電圧に対して時間遅延処理を施す第
2の演算処理部を備えることが好ましい。
との時間合わせを行い、適切な起電力の算出を行うこと
ができる。
処理と共に、フィルタリングにより平均化処理を施すこ
とが好ましい。
分極電圧の変動成分を低減することができる。
量推定装置はさらに、複数個の組データを所定の選別条
件に基づき選別し、無負荷電圧算出部に出力する組デー
タ選別部を備え、組データ選別部は、所定の選別条件と
して、電流の値が充電側および放電側で所定の範囲内に
あり、複数個の組データ数が充電側と放電側で所定数以
上であり、複数個の組データの取得中における積算容量
の変化量が所定の範囲内にある場合に、複数個の組デー
タを選択することが好ましい。
放電側および充電側で均一に、かつ積算容量の変化量の
影響を受けることなく取得することができる。
量推定装置はさらに、無負荷電圧算出部により算出され
た無負荷電圧が有効であるか否かを所定の判定条件に基
づき判定する無負荷電圧判定部を備え、無負荷電圧判定
部は、所定の判定条件として、最小二乗法を用いて統計
処理を行って求めた近似直線に対する複数個の組データ
の分散値が所定の範囲内にあるか、または近似直線と複
数個の組データとの相関係数が所定値以上である場合
に、算出した無負荷電圧を有効とすることが好ましい。
を向上させることができる。
装置において、二次電池は、ニッケル−水素二次電池で
ある。
第2の電池パックシステムは、第2の二次電池の残存容
量推定装置と、電池パックとを備えたことを特徴とす
る。この場合、第2の二次電池の残存容量推定装置はコ
ンピュータシステムとして構成されることが好ましい。
システムとして、例えば電池ECUを塔載した電池パッ
クシステムが、例えばHEV等に塔載された場合、高精
度に推定したSOCに基づいて、正確なSOC制御を行
うことができる。すなわち、演算により推定しているS
OC(SOC推定値)が真のSOC(SOC真値)より
も高いと判定された場合、電流積算係数の補正量だけ充
電効率が減算されることにより、その後の積算時に、S
OC推定値は以前の積算よりも低下するので、SOC真
値に近づくことになる。一方、SOC推定値がSOC真
値よりも低いと判定された場合、電流積算係数の補正量
だけ充電効率が加算されることにより、その後の積算時
に、SOC推定値は以前の積算よりも上昇するので、や
はりSOC真値に近づくことになる。したがって、この
制御を継続することにより、SOC推定値とSOC真値
は常に一致する方向に管理され、かつSOC真値に対す
るSOC推定値の偏差が少なくなるので、システム全体
のエネルギー管理の精度を大幅に向上させることができ
る。
について、図面を参照して説明する。
の実施形態に係る電池パックシステム1Aの一構成例を
示すブロック図である。図1において、電池パックシス
テム1Aは、電池パック100と、マイクロコンピュー
タシステムの一部として本発明に係る残存容量推定装置
が含まれる電池ECU101Aとで構成される。
た場合、通常、モータに対する所定の出力を得るため、
例えばニッケル−水素バッテリである複数の単電池が電
気的に直列接続された電池モジュール(セル)をさらに
複数個電気的に直列接続されて構成される。
圧センサ(不図示)により検出された二次電池100の
端子電圧を所定のサンプリング周期で電圧データV
(n)として測定する電圧測定部で、103は電流セン
サ(不図示)により検出された二次電池100の充放電
電流を所定のサンプリング周期で電流データI(n)
(その符号は充電方向か放電方向かを表す)として測定
する電流測定部で、104は温度センサ(不図示)によ
り検出された二次電池100の温度を温度データT
(n)として測定する温度測定部である。
別部106と、無負荷電圧算出部107と、無負荷電圧
判定部108とで構成される。
(n)と、電流測定部103からの電流データI(n)
は、組データとして、組データ選別部106に入力され
る。組データ選別部106では、選別条件として、充電
方向(−)と放電方向(+)における電流データI
(n)の値が所定の範囲内(例えば、±50A)にあ
り、充電方向と放電方向における電流データI(n)の
個数が所定数以上(例えば、60サンプル中の各10
個)あり、また組データ取得中の積算容量の変化量ΔQ
が所定の範囲内(例えば、0.3Ah)にある場合に、
電圧データV(n)と電流データI(n)の組データが
有効であると判断され、それらを選択して有効な組デー
タS(V(n),I(n))として出力される。
タS(V(n),I(n))は、無負荷電圧算出部10
7に入力される。無負荷電圧算出部107では、図2に
示すように、有効な組データS(V(n),I(n))
から、最小二乗法を用いた統計処理により、1次の電圧
−電流直線(近似直線)が求められ、電流がゼロの時の
電圧値(電圧(V)切片)である無負荷電圧V0が算出
される。
V0は、次に、無負荷電圧判定部108に入力される。
無負荷電圧判定部108では、判定条件として、近似直
線に対する組データS(V(n),I(n))の分散値
が求められ、この分散値が所定の範囲内にあるか、また
は近似直線と組データS(V(n),I(n))との相
関係数を求め、この相関係数が所定値以上である場合
に、算出された無負荷電圧V0が有効であると判断し、
電池の起電力Veqとして出力される。
は、電流積算係数補正部109に入力される。電流積算
係数補正部109では、起電力Veqに応じて、電流積
算係数kに対する補正量αが決定される。起電力Veq
に対する補正量αは1次式で表され、この1次式は系の
収束性を考慮して決定される。電流積算係数補正部10
9で求められた補正量αは、充電効率算出部110から
出力される充電効率ηと加算器111により加算または
減算あるいは乗算されて、電流積算係数kとなる。
存容量推定部112に入力される。残存容量推定部で
は、電流測定部103からの電流データI(n)に電流
積算係数kが乗算されて、所定期間における電流積算に
より、残存容量SOCが推定される。
率算出部110に入力され、充電効率算出110では、
予め記憶されている、温度をパラメータとしたSOC推
定値に対する充電効率ηの特性曲線から、温度測定部1
04で測定された温度データT(n)に基づいて、充電
効率ηが算出される。なお、電池パック100が放電状
態にある場合は、充電効率ηは1に固定され、電池パッ
ク100が充電状態にある場合に、充電効率算出部11
0により算出された充電効率ηが用いられる。
システムにおける残存容量推定の処理手順について、図
3を参照して説明する。
次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフロ
ーチャートである。図3において、まず、電圧データV
(n)と電流データI(n)を組データとして測定する
(S301)。次に、ステップS301で測定された電
圧データV(n)と電流データI(n)の組データが、
有効な組データであるか否かを調べるために、それらが
上記したような選別条件を満たすか否かを判断する(S
302)。ステップS302の判断で、選別条件を満た
さない場合(No)、ステップS301に戻って、電圧
データV(n)と電流データI(n)の組データを再度
測定する。一方、ステップS302の判断で、選別条件
を満たす場合(Yes)、ステップS303に進んで、
複数個(例えば、60サンプル中の充電および放電方向
で各10個)の有効な組データS(V(n),I
(n))を取得する(S303)。
(n))から、最小二乗法を用いた統計処理により、1
次の近似直線(V−I直線)を求め、その近似直線のV
切片を無負荷電圧V0として算出する(S304)。次
に、ステップS304で算出した無負荷電圧V0が有効
であるか否かを調べるために、それが上記したような判
定条件を満たすか否かを判断する(S305)。ステッ
プS305の判断で、判定条件を満たさない場合(N
o)、ステップS303に戻って、別の複数個(例え
ば、60サンプル中の別の各10個)の有効な組データ
S(V(n),I(n))を取得して、ステップS30
4、S305を繰り返す。一方、ステップS305の判
断で、算出した無負荷電圧V0が判定条件を満たす場合
(Yes)、それを起電力Veqとする。
数kに対する補正量αを算出する(S306)。また、
測定した温度データT(n)に基づいて、現在推定して
いる残存容量SOC(SOC推定値)から充電効率ηを
算出する(S307)。次に、ステップS306で求め
た補正量αとステップS307で求めた充電効率ηとを
加算して、電流積算効率kを算出する(S308)。最
後に、電流積算係数kを電流データI(n)に乗算し
て、所定期間における電流積算により、残存容量SOC
を推定する(S309)。
起電力Veqに応じて電流積算係数kに補正を加え、電
流積算によりSOCを推定することで、SOC中間領域
において電流積算による誤差が蓄積されなくなり、高い
精度でSOCを推定することが可能になる。
の実施形態に係る電池パックシステムの一構成例を示す
ブロック図である。なお、図4において、第1の実施形
態の構成を示す図1と同じ構成要素については、同一の
符号を付して説明を省略する。
電力算出部113と減算器114とを追加して、電池E
CU101Bを構成する。
いるSOCから推定起電力Vesを求める。減算器11
4は、起電力算出部105で算出された起電力Veqか
ら推定起電力算出部113で算出された推定起電力Ve
sを減算して、起電力偏差Vdを電流積算係数補正部1
09に出力する。
システムにおける残存容量推定の処理手順について、図
5を参照して説明する。
次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフロ
ーチャートである。なお、図5において、第1の実施形
態の処理手順を示す図3と同じ処理工程については、同
一の符号を付して説明を省略する。
(S305)までは、第1の実施形態と同じであるの
で、説明を省略する。ステップS305の判断で、算出
した無負荷電圧V0が判定条件を満たす場合(Ye
s)、あらかじめ求められた、残存容量に対する起電力
の特性を記憶した参照テーブルまたは式に基づいて、S
OC推定値から推定起電力Vesを算出する(S50
1)。次に、ステップS305で判定された起電力Ve
qから推定起電力Vesを減算して、起電力偏差Vdを
算出する(S502)。次に、起電力偏差Vdに応じ
て、電流積算係数kに対する補正量αを算出する(S5
03)。
であるので、説明を省略する。
C推定値を推定起電力Vesとしてフィードバックし、
算出した起電力Veqと推定起電力Vesの差分値がゼ
ロになるように制御することで、積算容量の算出精度を
さらに向上させることができる。
の実施形態に係る電池パックシステム1Cの一構成例を
示すブロック図である。なお、図6において、第2の実
施形態の構成を示す図4と同じ構成要素については、同
一の符号を付して説明を省略する。
出部105に、変化容量算出部115と、第1の演算処
理部116と、分極電圧算出部117と、減算器118
とを追加し、起電力算出部105’として、電池ECU
101Cを構成する。
(n)から過去の所定期間(例えば、1分間)における
積算容量の変化量ΔQを求める。
ルタ(LPF)として機能し、変化容量算出部115か
らの積算容量の変化量ΔQと、後続の分極電圧算出部1
17で求められる分極電圧Vpolとのタイミング合わ
せを行うための時間遅延処理と、積算容量の変化量ΔQ
における不要な高周波成分に相当する変動成分を除去す
るための平均化処理とを行い、LPF(ΔQ)として出
力する。ここで、図7に、一例として、過去1分間の積
算容量の変化量ΔQを実線で、分極電圧Vpolを破線
で示す。図7から、過去1分間の積算容量の変化量ΔQ
から数十秒遅れて分極電圧Vpolが変化している様子
が分かる。この時間遅れに対応して、第1の演算処理部
116を構成するLPFの時定数τ(なお、本実施形態
では、LPFを1次遅れ要素で構成している)が決定さ
れる。この時定数τは、ΔQに1次遅れ要素を演算し、
LPF(ΔQ)と分極電圧Vpolとの相関係数が最大
となるように決定される。
(LUT)1171に予め記憶されている、温度をパラ
メータとしたLPF(ΔQ)に対する分極電圧Vpol
の特性曲線または式から、温度測定部104で測定され
た温度データT(n)に基づいて、分極電圧Vpolを
算出する。
分極電圧Vpolを減算して、起電力Veqとして出力
する。
システムにおける残存容量推定の処理手順について、図
8を参照して説明する。
次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフロ
ーチャートである。なお、図8において、第2の実施形
態の処理手順を示す図5と同じ処理工程については、同
一の符号を付して説明を省略する。
(S305)までは、第1の実施形態と同じであるの
で、説明を省略する。本実施形態では、ステップS30
1で測定された電流データI(n)から過去の所定期間
(例えば、1分間)における積算容量の変化量ΔQを求
める(S1001)。次に、積算容量の変化量ΔQに対
してフィルタリング処理(時間遅延および平均化処理)
を施し、LPF(ΔQ)を演算する(S1002)。次
に、演算したLPF(ΔQ)から、温度データT(n)
をパラメータとした分極電圧Vpol−LPF(ΔQ)
特性データが予め記憶されている参照テーブルまたは式
に基づいて、分極電圧Vpolを算出する(S100
3)。
な無負荷電圧V0OKから、ステップS1003で算出さ
れた分極電圧Vpolを減算して、起電力Veqを算出
する(S1004)。
であるので、説明を省略する。
電流積算係数k、SOC真値(SOCt)、およびSO
C推定値(SOCes)の時間変化を示す図である。図
9において、無負荷電圧V0から分極電圧Vpolを減
算して起電力Veqを求め、起電力Veqに応じて補正
した電流積算係数kを用いて、SOCを推定すること
で、SOC推定値SOCesがSOC真値SOCtに追
随している様子が分かる。
せた場合におけるSOC推定値の収束性を示す図であ
る。図10において、P0は初期値が3.9Ah(SO
C真値)の場合、P1は初期値が6.5Ahの場合、P
2は初期値が5.2Ahの場合、P3は初期値が2.6
Ahの場合、P4は初期値が1.3Ahの場合における
SOC推定値の時間変化を示すプロットデータである。
図10から分かるように、初期値が真値(3.9Ah)
に対して±2.6Ah(約±67%の誤差)であって
も、約1時間(3600秒)後には、SOC推定値は真
値(1.3Ah)に対して±0.2Ah(約±15%の
誤差)にまで収束している。
容量の変化量ΔQに基づいて分極電圧Vpolを算出す
るため、分極電圧Vpolの算出精度が良くなり、無負
荷電圧V0から分極電圧Vpolを減算した電池起電力
Veqの算出精度も良くなって、精度の高いSOCの推
定が可能になる。
ルタリング処理(時間遅延および平均化処理)を施すこ
とで、積算容量の変化量ΔQに対して遅延時間を有する
分極電圧Vpolを、積算容量の変化量ΔQにリアルタ
イムに追従させて算出することができ、また分極電圧V
polの算出に不要な積算容量の変動成分を低減するこ
とができる。
4の実施形態に係る電池パックシステム1Dの一構成例
を示すブロック図である。なお、図11において、第3
の実施形態の構成を示す図6と同じ構成要素について
は、同一の符号を付して説明を省略する。
出部105’において、第1の演算処理部115を削除
し、その代わり、第2の演算処理部部119を設け、起
電力算出部105”として、電池ECU101Dを構成
する。
ルタ(LPF)として機能し、分極電圧算出部117か
らの分極電圧Vpolと、無負荷電圧判定部108から
の有効な無負荷電圧V0OKとのタイミング合わせを行う
ための時間遅延処理と、分極電圧Vpolにおける不要
な高周波成分に相当する変動成分を除去するための平均
化処理とを行い、LPF(Vpol)として出力する。
システムにおける残存容量推定の処理手順について、図
12を参照して説明する。
二次電池の残存容量推定方法における処理手順を示すフ
ローチャートである。なお、図12において、第3の実
施形態の処理手順を示す図8と同じ処理工程について
は、同一の符号を付して説明を省略する。
程(S305)まで、および積算容量の変化量算出工程
(S1001)までは、第3の実施形態と同じであるの
で、説明を省略する。
の変化量ΔQから、温度データT(n)をパラメータと
した分極電圧Vpol−ΔQ特性データが予め記憶され
ている参照テーブルまたは式に基づいて、分極電圧Vp
olを算出する(S1201)。次に、算出した分極電
圧Vpolに対してフィルタリング処理(時間遅延およ
び平均化処理)を施し、LPF(Vpol)を演算する
(S1202)。次に、ステップS305で判定された
有効な無負荷電圧V0OKから、ステップS1202で演
算されたフィルタリング処理後の分極電圧LPF(Vp
ol)を減算して、起電力Veqを算出する。
であるので、説明を省略する。
電圧Vpolに対してフィルタリング処理(時間遅延お
よび平均化処理)を施すことで、無負荷電圧V0と分極
電圧Vpolとの時間合わせを行い、適切な起電力Ve
qの算出を行うことができ、また起電力Veqの算出に
不要な分極電圧Vpolの変動成分を低減することがで
きる。
て、積算容量の変化量ΔQを算出するための所定期間
を、例えば1分間としたが、電池パックシステムがHE
V等に塔載される場合、車両の走行状態に応じて変更し
ても良い。すなわち、二次電池の充放電が頻繁に行われ
る場合には、上記所定期間を短く設定し、二次電池の充
放電が頻繁に行われない場合には、上記所定期間を長く
設定することで、実際の走行状態に応じて最適に分極電
圧の推定を行うことができる。
電池起電力に応じて電流積算係数に補正を加え、電流積
算によりSOCを推定することで、SOC中間領域にお
いて電流積算による誤差が蓄積されなくなり、高い精度
でSOCを推定することが可能になる。
Cも容易に推定でき、定期的に完全放電や完全充電を行
って、SOCを初期化する必要もなくなる。
EV等に塔載された場合、高精度に推定したSOCに基
づいて、正確なSOC制御を行うことができる。すなわ
ち、SOC推定値がSOC真値よりも高いと判定された
場合、電流積算係数の補正量だけ充電効率が減算される
ことにより、その後の積算時に、SOC推定値は以前の
積算よりも低下するので、SOC真値に近づくことにな
る。一方、SOC推定値がSOC真値よりも低いと判定
された場合、電流積算係数の補正量だけ充電効率が加算
されることにより、その後の積算時に、SOC推定値は
以前の積算よりも上昇するので、やはりSOC真値に近
づくことになる。したがって、この制御を継続すること
により、SOC推定値とSOC真値は常に一致する方向
に管理され、かつSOC真値に対するSOC推定値の偏
差が少なくなるので、システム全体のエネルギー管理の
精度を大幅に向上させることができる。
ステムの一構成例を示すブロック図
組データと、それから統計処理により無負荷電圧V0を
求めるための近似直線とを示す図
存容量推定方法における処理手順を示すフローチャート
ステムの一構成例を示すブロック図
存容量推定方法における処理手順を示すフローチャート
ステムの一構成例を示すブロック図
ΔQと分極電圧Vpolの時間変化の一例を示す図
存容量推定方法における処理手順を示すフローチャート
起電力Veq、電流積算係数k、SOC真値(SOC
t)、およびSOC推定値(SOCes)の時間変化を
示す図
初期値を変化させた場合におけるSOC推定値の収束性
を示す図
システムの一構成例を示すブロック図
残存容量推定方法における処理手順を示すフローチャー
ト
(残存容量推定装置) 102 電圧測定部 103 電流測定部 104 温度測定部 105、105’、105” 起電力算出部 106 組データ選別部 107 無負荷電圧算出部 108 無負荷電圧判定部 109 電流積算係数補正部 110 充電効率算出部 111 加算器 112 残存容量推定部 113 推定起電力算出部 114 減算器 115 変化容量算出部 116 第1の演算処理部(LPF) 117 分極電圧算出部 1171 参照テーブル(LUT) 118 減算器 119 第2の演算処理部(LPF)
Claims (35)
- 【請求項1】 二次電池に流れる電流と、前記電流に対
応した前記二次電池の端子電圧との組データを測定し、
前記組データを複数個取得する工程と、 取得した前記複数個の組データに基づいて、前記二次電
池の起電力を算出する工程と、 算出した前記起電力に応じて、電流積算係数に対する補
正量を決定する工程と、 前記補正量と充電効率とから、前記電流積算係数を算出
する工程と、 算出した前記電流積算係数を測定した前記電流に乗算し
て、電流積算により、前記二次電池の残存容量を推定す
る工程とを含むことを特徴とする二次電池の残存容量推
定方法。 - 【請求項2】 二次電池である複数個の単電池を組み合
わせて成り、中間的充電状態で使用される電池パックに
流れる電流と、前記電流に対応した前記二次電池の端子
電圧との組データを測定し、前記組データを複数個取得
する工程と、 取得した前記複数個の組データに基づいて、前記二次電
池の起電力を算出する工程と、 算出した前記起電力に応じて、電流積算係数に対する補
正量を決定する工程と、 前記補正量と充電効率とから、前記電流積算係数を算出
する工程と、 算出した前記電流積算係数を測定した前記電流に乗算し
て、電流積算により、前記二次電池の残存容量を推定す
る工程とを含むことを特徴とする二次電池の残存容量推
定方法。 - 【請求項3】 前記方法はさらに、 前記二次電池の温度を測定する工程と、 測定した前記温度、前記二次電池または前記電池パック
に流れる電流、および推定した前記残存容量に基づい
て、充電中における前記充電効率を算出する工程とを含
むことを特徴とする請求項1または2記載の二次電池の
残存容量推定方法。 - 【請求項4】 前記補正量の決定工程は、 あらかじめ残存容量に対する起電力の特性を求め、前記
特性を記憶した参照テーブルまたは式に基づいて、推定
した前記残存容量から推定起電力を算出する工程と、 前記起電力の算出工程で求めた起電力と前記推定起電力
との差分値に基づいて、前記補正量を決定する工程とを
含むことを特徴とする請求項1または2記載の二次電池
の残存容量推定方法。 - 【請求項5】 前記起電力の算出工程は、前記複数個の
組データに対して、最小二乗法を用いた統計処理により
求めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片であ
る無負荷電圧を求め、前記無負荷電圧を前記起電力とし
て算出する工程を含むことを特徴とする請求項1または
2記載の二次電池の残存容量推定方法。 - 【請求項6】 前記起電力の算出工程は、 測定した前記電流から過去の所定期間における積算容量
の変化量を算出する工程と、 前記積算容量の変化量に基づいて、分極電圧を算出する
工程と、 前記複数個の組データに対して、最小二乗法を用いた統
計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の
電圧切片である無負荷電圧を算出する工程と、 前記無負荷電圧から前記分極電圧を減算して、前記起電
力を算出する工程とを含むことを特徴とする請求項1ま
たは2記載の二次電池の残存容量推定方法。 - 【請求項7】 前記起電力の算出工程は、前記積算容量
の変化量に対して時間遅延処理を施す工程を含むことを
特徴とする請求項6記載の二次電池の残存容量推定方
法。 - 【請求項8】 前記時間遅延処理を施した前記積算容量
の変化量に、所定の係数を乗算して、前記分極電圧を求
めることを特徴とする請求項7記載の二次電池の残存容
量推定方法。 - 【請求項9】 前記時間遅延処理と共に、フィルタリン
グにより平均化処理を施すことを特徴とする請求項7記
載の二次電池の残存容量推定方法。 - 【請求項10】 前記起電力の算出工程は、前記分極電
圧に対して時間遅延処理を施す工程を含むことを特徴と
する請求項6記載の二次電池の残存容量推定方法。 - 【請求項11】 前記時間遅延処理と共に、フィルタリ
ングにより平均化処理を施すことを特徴とする請求項1
0記載の二次電池の残存容量推定方法。 - 【請求項12】 前記起電力の算出工程は、取得した前
記複数個の組データを所定の選別条件に基づき選別する
工程を含むことを特徴とする請求項1または2記載の二
次電池の残存容量推定方法。 - 【請求項13】 前記所定の選別条件として、前記電流
の値が充電側および放電側で所定の範囲内にあり、前記
複数個の組データ数が充電側と放電側で所定数以上であ
り、前記複数個の組データの取得中における前記積算容
量の変化量が所定の範囲内にある場合に、前記複数個の
組データを選択することを特徴とする請求項12記載の
二次電池の残存容量推定方法。 - 【請求項14】 前記起電力の算出工程は、算出した前
記無負荷電圧が有効であるか否かを所定の判定条件に基
づき判定する工程を含むことを特徴とする請求項5また
は6記載の二次電池の残存容量推定方法。 - 【請求項15】 前記所定の判定条件として、前記近似
直線に対する前記複数個の組データの分散値が所定の範
囲内にあるか、または前記近似直線と前記複数個の組デ
ータとの相関係数が所定値以上である場合に、算出した
前記無負荷電圧を有効とすることを特徴とする請求項1
4記載の二次電池の残存容量推定方法。 - 【請求項16】 前記二次電池は、ニッケル−水素二次
電池であることを特徴とする請求項1または2記載の二
次電池の残存容量推定方法。 - 【請求項17】 請求項2記載の二次電池の残存容量推
定方法を実行するコンピュータシステムと、 前記電池パックとを備えたことを特徴とする電池パック
システム。 - 【請求項18】 二次電池に流れる電流を電流データと
して測定する電流測定部と、 前記電流に対応した前記二次電池の端子電圧を電圧デー
タとして測定する電圧測定部と、 前記電流測定部からの電流データと前記電圧測定部から
の電圧データとの複数個の組データに基づいて、前記二
次電池の起電力を算出する起電力算出部と、 前記起電力算出部からの起電力に応じて、電流積算係数
に対する補正量を決定する電流積算係数補正部と、 前記電流積算係数補正部からの補正量と充電効率とか
ら、前記電流積算係数を出力する加算器と、 前記加算器からの電流積算係数を前記電流データに乗算
して、電流積算により、前記二次電池の残存容量を推定
する残存容量推定部とを備えたことを特徴とする二次電
池の残存容量推定装置。 - 【請求項19】 二次電池である複数個の単電池を組み
合わせて成り、中間的充電状態で使用される電池パック
に流れる電流を電流データとして測定する電流測定部
と、 前記電流に対応した前記二次電池の端子電圧を電圧デー
タとして測定する電圧測定部と、 前記電流測定部からの電流データと前記電圧測定部から
の電圧データとの複数個の組データに基づいて、前記二
次電池の起電力を算出する起電力算出部と、 前記起電力算出部からの前記起電力に応じて、電流積算
係数に対する補正量を決定する電流積算係数補正部と、 前記電流積算係数補正部からの補正量と充電効率とか
ら、前記電流積算係数を出力する加算器と、 前記加算器からの電流積算係数を前記電流データに乗算
して、電流積算により、前記二次電池の残存容量を推定
する残存容量推定部とを備えたことを特徴とする二次電
池の残存容量推定装置。 - 【請求項20】 前記装置はさらに、 前記二次電池の温度を温度データとして測定する温度測
定部と、 前記温度測定部からの温度、前記電流測定部からの電
流、および前記残存容量推定部からの残存容量推定値に
基づいて、充電中における前記充電効率を算出する充電
効率算出部とを備えたことを特徴とする請求項18また
は19記載の二次電池の残存容量推定装置。 - 【請求項21】 前記装置はさらに、あらかじめ求めら
れた、残存容量に対する起電力の特性を記憶した参照テ
ーブルまたは式に基づいて、前記残存容量推定値から推
定起電力を算出する推定起電力算出部を備え、前記電流
積算係数補正部は、前記起電力算出部からの起電力と前
記推定起電力との差分値に基づいて、前記補正量を決定
することを特徴とする請求項18または19記載の二次
電池の残存容量推定装置。 - 【請求項22】 前記起電力算出部は、前記複数個の組
データに対して、最小二乗法を用いた統計処理により求
めた近似直線における電流がゼロの時の電圧切片である
無負荷電圧を求め、前記無負荷電圧を前記起電力として
算出することを特徴とする請求項18または19記載の
二次電池の残存容量推定装置。 - 【請求項23】 前記起電力算出部は、 前記電流データから過去の所定期間における積算容量の
変化量を算出する変化容量算出部と、 前記変化容量算出部からの積算容量の変化量に基づい
て、分極電圧を算出する分極電圧算出部と、 前記複数個の組データに対して、最小二乗法を用いた統
計処理により求めた近似直線における電流がゼロの時の
電圧切片である無負荷電圧を算出する無負荷電圧算出部
と、 前記無負荷電圧から前記分極電圧を減算して、前記起電
力を出力する減算器とを備えたことを特徴とする請求項
18または19記載の二次電池の残存容量推定装置。 - 【請求項24】 前記装置はさらに、前記変化容量算出
部からの積算容量の変化量に対して時間遅延処理を施す
第1の演算処理部を備えたことを特徴とする請求項23
記載の二次電池の残存容量推定装置。 - 【請求項25】 前記分極電圧算出部は、前記第1の演
算処理部により時間遅延処理を施した前記積算容量の変
化量に、所定の係数を乗算して、前記分極電圧を求める
ことを特徴とする請求項24記載の二次電池の残存容量
推定装置。 - 【請求項26】 前記第1の演算処理部は、時間遅延処
理と共に、フィルタリングにより平均化処理を施すこと
を特徴とする請求項24記載の二次電池の残存容量推定
装置。 - 【請求項27】 前記装置はさらに、前記分極電圧に対
して時間遅延処理を施す第2の演算処理部を備えたこと
を特徴とする請求項23記載の二次電池の残存容量推定
装置。 - 【請求項28】 前記第2の演算処理部は、時間遅延処
理と共に、フィルタリングにより平均化処理を施すこと
を特徴とする請求項27記載の二次電池の残存容量推定
装置。 - 【請求項29】 前記装置はさらに、前記複数個の組デ
ータを所定の選別条件に基づき選別し、前記無負荷電圧
算出部に出力する組データ選別部を備えたことを特徴と
する請求項23記載の二次電池の残存容量推定装置。 - 【請求項30】 前記組データ選別部は、前記所定の選
別条件として、前記電流の値が充電側および放電側で所
定の範囲内にあり、前記複数個の組データ数が充電側と
放電側で所定数以上であり、前記複数個の組データの取
得中における前記積算容量の変化量が所定の範囲内にあ
る場合に、前記複数個の組データを選択することを特徴
とする請求項29記載の二次電池の残存容量推定装置。 - 【請求項31】 前記装置はさらに、前記無負荷電圧算
出部により算出された無負荷電圧が有効であるか否かを
所定の判定条件に基づき判定する無負荷電圧判定部を備
えたことを特徴とする請求項23記載の二次電池の残存
容量推定装置。 - 【請求項32】 前記無負荷電圧判定部は、前記所定の
判定条件として、最小二乗法を用いて前記統計処理を行
って求めた近似直線に対する前記複数個の組データの分
散値が所定の範囲内にあるか、または前記近似直線と前
記複数個の組データとの相関係数が所定値以上である場
合に、算出した前記無負荷電圧を有効とすることを特徴
とする請求項31記載の二次電池の残存容量推定装置。 - 【請求項33】 前記二次電池は、ニッケル−水素二次
電池であることを特徴とする請求項18または19記載
の二次電池の残存容量推定装置。 - 【請求項34】 請求項19記載の二次電池の残存容量
推定装置と、 前記電池パックとを備えたことを特徴とする電池パック
システム。 - 【請求項35】 前記二次電池の残存容量推定装置はコ
ンピュータシステムとして構成されることを特徴とする
請求項34記載の電池パックシステム。
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