JP2007292666A - Device for estimating charged state of secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、二次電池の充電状態推定装置に関し、より特定的には、二次電池内部の分極起電圧を考慮した開放電圧の推定に基づいて、二次電池の充電状態(以下、SOC:State of Chargeとも称する)を推定する二次電池の充電状態推定装置に関する。 The present invention relates to a state-of-charge estimation device for a secondary battery, and more specifically, based on an estimation of an open-circuit voltage in consideration of a polarization electromotive voltage inside the secondary battery, the state of charge of the secondary battery (hereinafter referred to as SOC: The present invention also relates to a secondary battery charge state estimation device that estimates a state of charge).
従来より、二次電池(以下、単にバッテリとも称する)の充電状態(SOC)を推定する充電状態推定装置が知られている。この装置は、満充電からの放電電流を積算してSOCを検出する方式が一般的であるが、たとえばエンジン出力による発電機を搭載するハイブリッド車両においては、バッテリのSOCが50%程度に維持されるように充放電を制御するため、長期間バッテリが満充電とならない。その結果、バッテリの充放電電流を長期間積算することにより、積算誤差が大きくなってしまう可能性がある。このため、電流積算のみに基づくSOC推定は、上述のような充放電制御が行なわれるハイブリッド車両へ搭載されるバッテリへの適用が困難である。 2. Description of the Related Art Conventionally, a charging state estimation device that estimates a charging state (SOC) of a secondary battery (hereinafter also simply referred to as a battery) is known. This device generally employs a method of detecting SOC by integrating discharge currents from full charge. For example, in a hybrid vehicle equipped with a generator based on engine output, the SOC of the battery is maintained at about 50%. Therefore, the battery is not fully charged for a long period of time. As a result, the integration error may increase by integrating the charging / discharging current of the battery for a long period of time. For this reason, it is difficult to apply SOC estimation based only on current integration to a battery mounted on a hybrid vehicle in which charge / discharge control as described above is performed.
一方、バッテリの充放電電流および内部抵抗を乗算することによりバッテリ内部における電圧降下が算出でき、この電圧降下分をバッテリ電圧から減算することでバッテリの起電圧が検出できる。このため、センサによって検知されるバッテリの状態量(代表的には、電圧、電流、温度)に基づき、バッテリの開路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)を正確に推定し、推定した開路電圧を用いてバッテリの充電状態(SOC)を検出する方法が用いられている。 On the other hand, the voltage drop inside the battery can be calculated by multiplying the charge / discharge current of the battery and the internal resistance, and the battery electromotive voltage can be detected by subtracting this voltage drop from the battery voltage. For this reason, the open circuit voltage (OCV) of the battery is accurately estimated based on the state quantity (typically, voltage, current, temperature) of the battery detected by the sensor, and the estimated open circuit voltage is used. A method of detecting the state of charge (SOC) of the battery is used.
ここで、バッテリは、各バッテリセルにおける電極活物質の各部変化によって起電力を発生しているところ、電極活物質の化学反応はその表面付近で起こりやすい一方で、電極内部における反応には拡散のための遅延時間が生じる。そこで、この電極内部と表面部における不均衡(分極)に起因して、同じSOCであっても起電力に差が生じることが知られている。そして、この分極に起因する電圧変化は、時間が経過することで解消すると考えられる動的なものである。そこで、このような分極起電圧を考慮に入れてバッテリの開路電圧を推定することにより、SOC推定精度を向上させる構成が提案されている(たとえば特許文献1〜4)。 Here, in the battery, an electromotive force is generated by a change in each part of the electrode active material in each battery cell. However, the chemical reaction of the electrode active material is likely to occur near the surface, but the reaction inside the electrode is not diffused. Delay time occurs. Therefore, it is known that due to the imbalance (polarization) between the inside of the electrode and the surface portion, a difference in electromotive force occurs even with the same SOC. And the voltage change resulting from this polarization is a dynamic thing considered to be eliminated as time passes. Therefore, a configuration has been proposed in which the SOC estimation accuracy is improved by estimating the open circuit voltage of the battery in consideration of such a polarization electromotive voltage (for example, Patent Documents 1 to 4).
特に、特許文献1(特開2000−258514号公報)に開示された充電状態検出装置では、予め求められた分極起電圧の電流依存性に基づき、現時点でのバッテリ電流に対応した分極値f{i(t)}を各時点で逐次求め、かつ、この逐次求めた分極値を時間軸方向に減衰させた上で時間積分していくことによって、過去の充放電履歴を反映した分極起電圧Vdynを算出する。そして、算出された分極起電圧Vdynは、開路電圧およびSOCの推定に用いられる。 In particular, in the charge state detection device disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-258514), the polarization value f {corresponding to the current battery current is based on the current dependency of the polarization electromotive voltage obtained in advance. i (t)} is sequentially obtained at each time point, and the polarization value Vdyn reflecting the past charge / discharge history is obtained by temporally integrating the sequentially obtained polarization value after attenuation in the time axis direction. Is calculated. The calculated polarization electromotive voltage Vdyn is used to estimate the open circuit voltage and the SOC.
また、特許文献2(特開2003−68370号公報)に開示された充電状態検出装置では、上記特許文献1における各時点での分極値の算出を、バッテリ電流およびバッテリ温度に基づいて行なうことが開示されている。
上記のように、特許文献1および2に開示されたバッテリの充電状態検出装置では、現時点のバッテリ状態量(電流,温度)に対応する分極値を逐次算出し、各時点で算出された分極値を一定の時定数により減衰させた上で時間軸積分することによって、過去の充放電履歴を反映した分極起電圧を推定している。一般にこの時定数は、平均的な電流状態時における分極起電圧の変化速度に対応するように実験的に求められる。特に、特許文献2(特開2003−68370号)には、バッテリ低温時における分極起電圧の推定精度を向上するために、各時点で算出した上記分極値を時間積分する際における減衰の時定数をバッテリの構成部材毎に複数個設定して、これら複数の時定数に従ってそれぞれ算出された分極起電圧の平均値を用いることにより、分極起電圧の推定精度を向上させることが開示されている。
As described above, in the battery charge state detection devices disclosed in
しかしながら、特許文献1および2に開示された分極起電圧推定では、電流状態に関わらず一定の時定数が時間積分による推定演算に用いられる。このため、電流急変時における急激な分極起電圧の変化を推定演算に反映することが困難となる。
However, in the polarization electromotive force estimation disclosed in
特に、大電流放電終了直後の小電流状態では、分極起電圧の変化が通常の電流状態時よりも急速になる一方で、推定演算では、大電流放電時に推定された分極起電圧が、上述した一定の時定数に従って以降の分極起電圧推定に影響を与えることとなる。したがって、このようなケースでは、時間積分による推定演算により、かえって分極起電圧の推定誤差が発生し、開路電圧(OCV)ひいては充電状態(SOC)の推定精度を低下させるおそれがある。 In particular, in the small current state immediately after the end of the large current discharge, the change in the polarization electromotive voltage becomes more rapid than in the normal current state, whereas in the estimation calculation, the polarization electromotive voltage estimated during the large current discharge is the above-described value. It will affect the subsequent estimation of the polarization voltage according to a certain time constant. Therefore, in such a case, an estimation error due to time integration may cause an estimation error of the polarization electromotive voltage, which may reduce the accuracy of estimation of the open circuit voltage (OCV) and thus the state of charge (SOC).
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、検出された二次電池(バッテリ)の状態量(電流、電圧、温度等)に基づく充電状態(SOC)推定について、大電流の発生直後における分極起電圧の推定誤差に起因したSOC推定誤差の発生を防止することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to charge based on the detected state quantity (current, voltage, temperature, etc.) of the secondary battery (battery). The state (SOC) estimation is to prevent the occurrence of an SOC estimation error due to an estimation error of the polarization electromotive voltage immediately after the generation of a large current.
この発明による二次電池の充電状態推定装置は、状態量取得手段と、大電流状態検知手段と、小電流状態検知手段と、分極起電圧推定手段と、内部抵抗推定手段と、開路電圧検出手段と、充電状態推定手段とを備える。状態量取得手段は、現時点での二次電池の電圧、電流および温度を取得するように構成される。大電流状態検知手段は、二次電池の電流が所定電流以上である大電流状態を検知するように構成される。小電流状態検知は、大電流状態の直後に、電流が所定以下である小電流状態となったことを検出するように構成される。分極起電圧推定手段は、現時点までの二次電池の充放電の履歴に基づき、二次電池の分極起電圧を推定するように構成される。内部抵抗推定手段は、少なくとも状態量取得手段により取得された温度に基づいて、二次電池の内部抵抗を推定するように構成される。開路電圧検出手段は、状態量取得手段により取得された電圧および電流、内部抵抗推定手段により推定された内部抵抗、ならびに、分極起電圧推定手段により推定された分極起電圧に基づき、二次電池の開路電圧を検出するためように構成される。充電状態推定手段は、開路電圧検出手段により検出された開路電圧を用いて、二次電池の充電状態を推定するように構成される。分極起電圧推定手段は、第1の推定手段と、禁止手段と、第2の推定手段とを含む。第1の推定手段は、現時点までの分極起電圧の推定値と、状態量取得手段により取得された状態量のうちの少なくとも電流とに基づいて、現時点での分極起電圧を逐次推定するように構成される。禁止手段は、大電流状態の直後での小電流状態時において、第1の推定手段による分極起電圧の推定を禁止するように構成される。第2の推定手段は、第1の推定手段による推定の禁止時に、現時点までの分極起電圧の推定値を用いることなく、大電流状態における電流に基づき現時点での分極起電圧を推定するように構成される。 The secondary battery state of charge estimation device according to the present invention comprises a state quantity acquisition means, a large current state detection means, a small current state detection means, a polarization induced voltage estimation means, an internal resistance estimation means, and an open circuit voltage detection means. And charging state estimation means. The state quantity acquisition unit is configured to acquire the current voltage, current, and temperature of the secondary battery. The large current state detection means is configured to detect a large current state where the current of the secondary battery is equal to or greater than a predetermined current. The small current state detection is configured to detect that a small current state in which the current is equal to or less than a predetermined value is detected immediately after the large current state. The polarization electromotive force estimation means is configured to estimate the polarization electromotive voltage of the secondary battery based on the charge / discharge history of the secondary battery up to the present time. The internal resistance estimation means is configured to estimate the internal resistance of the secondary battery based on at least the temperature acquired by the state quantity acquisition means. The open circuit voltage detection means is based on the voltage and current acquired by the state quantity acquisition means, the internal resistance estimated by the internal resistance estimation means, and the polarization induced voltage estimated by the polarization induced voltage estimation means. Configured to detect an open circuit voltage. The charge state estimation means is configured to estimate the charge state of the secondary battery using the open circuit voltage detected by the open circuit voltage detection means. The polarization electromotive force estimation means includes first estimation means, prohibition means, and second estimation means. The first estimating means sequentially estimates the current polarization electromotive voltage based on the estimated value of the polarization electromotive voltage up to the present time and at least the current of the state quantity obtained by the state quantity obtaining means. Composed. The prohibiting means is configured to prohibit the estimation of the polarization electromotive force by the first estimating means in the small current state immediately after the large current state. The second estimating means estimates the current polarization electromotive force based on the current in the large current state without using the estimated value of the polarization electromotive voltage up to the present time when the estimation by the first estimating means is prohibited. Composed.
上記二次電池の充電状態推定装置によれば、通常時には、現時点までの分極起電圧推定値を逐次用いることにより充放電履歴を反映した分極起電圧を推定する一方で、大電流状態直後での小電流状態では、大電流によって大きく変化した、直前での分極起電圧推定値から独立して分極起電圧を推定する。これにより、分極起電圧の変化が通常よりも急激なものとなる、上記大電流状態直後での小電流状態において、これまでの分極起電圧推定値を用いることにより分極起電圧の推定誤差が増大することを防止できる。この結果、上記のようなケースにおける、分極起電圧の推定誤差に起因した充電状態(SOC)の推定誤差発生を防止することができる。 According to the state of charge estimation device for a secondary battery described above, in normal times, the polarization electromotive force reflecting the charge / discharge history is estimated by sequentially using the estimated value of polarization electromotive voltage up to the present time, while immediately after the large current state. In the small current state, the polarization electromotive force is estimated independently of the immediately preceding estimated value of the polarization electromotive voltage, which has changed greatly due to the large current. As a result, in the small current state immediately after the large current state, the change in the polarization induced voltage becomes abrupt than usual. By using the estimated value of the polarization induced voltage thus far, the estimation error of the polarization induced voltage increases. Can be prevented. As a result, it is possible to prevent the occurrence of an estimation error of the state of charge (SOC) due to the estimation error of the polarization electromotive voltage in the above case.
好ましくは、禁止手段は、大電流状態の直後での小電流状態時において、小電流状態の終了または小電流状態の開始時点からの所定時間の経過に応答して、第1の推定手段による推定の禁止を解除するように構成される。 Preferably, the prohibiting means performs the estimation by the first estimating means in response to the lapse of a predetermined time from the end of the small current state or the start of the small current state in the small current state immediately after the large current state. Configured to lift the prohibition.
このような構成によれば、上記大電流状態直後での小電流状態が終了して、あるいは、このような小電流状態が所定時間以上継続した場合には、分極起電圧の急激な変化が収まったと判断して、第1の推定手段による、過去の分極起電圧推定値を逐次用いることによる分極起電圧の推定を再開できる。したがって、上記大電流状態直後での小電流状態での分極起電圧の急激な変化が収まった以降において、分極起電圧を再び精度良く推定することができる。 According to such a configuration, when the small current state immediately after the large current state ends or when such a small current state continues for a predetermined time or more, the rapid change of the polarization electromotive voltage is suppressed. Therefore, it is possible to resume the estimation of the polarization electromotive force by successively using the past estimated value of the polarization electromotive force by the first estimating means. Therefore, after the rapid change of the polarization electromotive voltage in the small current state immediately after the large current state is subsided, the polarization electromotive voltage can be estimated again with high accuracy.
さらに好ましくは、第1の推定手段は、禁止手段による推定の禁止が解除されたときに、直前における第2の推定手段による分極起電圧の推定値と、状態量取得手段により取得された状態量のうちの少なくとも電流とに基づいて、現時点での分極起電圧を推定するように構成される。 More preferably, the first estimating means, when the prohibition of the estimation by the prohibiting means is canceled, the estimated value of the polarization electromotive voltage by the second estimating means immediately before and the state quantity acquired by the state quantity acquiring means Is configured to estimate a current polarization electromotive voltage based on at least the current.
このような構成によれば、第1の推定手段による推定が再開された際における、分極起電圧推定値の初期値を適切に設定することができるので、以降の分極起電圧を精度良く推定することができる。 According to such a configuration, since the initial value of the polarization electromotive voltage estimated value when the estimation by the first estimating means is resumed can be appropriately set, the subsequent polarization electromotive voltage is accurately estimated. be able to.
また好ましくは、第2の推定手段は、大電流状態における電流に加えて、状態量取得手段により取得された電流および温度さらに基づき、現時点での分極起電圧を推定するように構成される。 Further preferably, the second estimating means is configured to estimate the current polarization electromotive voltage based on the current and temperature acquired by the state quantity acquiring means in addition to the current in the large current state.
このような構成によれば、大電流状態における電流ならびに、現時点の電流および温度に基づき、大電流状態直後の小電流状態における分極起電圧を高精度に推定できる。 According to such a configuration, the polarization electromotive voltage in the small current state immediately after the large current state can be estimated with high accuracy based on the current in the large current state and the current current and temperature.
また好ましくは、大電流状態検知手段が大電流状態の検知に用いる所定電流は、二次電池の低温時において相対的に小さく設定されるように、二次電池の温度に応じて可変設定される。 Preferably, the predetermined current used by the high current state detecting means for detecting the large current state is variably set according to the temperature of the secondary battery so that the predetermined current is set to be relatively small at a low temperature of the secondary battery. .
このような構成によれば、大電流状態直後での小電流状態における分極起電圧の急激な変化が、二次電池の低温時に相対的に発生し易い点、すなわち、二次電池の低温時には、常温時よりも相対的に低い電流領域を上記大電流状態とみなす必要があることを考慮して、二次電池の低温時において、大電流状態直後での小電流状態に分極起電圧の推定誤差が増大することを防止できる。 According to such a configuration, a rapid change in the polarization electromotive voltage in the small current state immediately after the large current state is relatively likely to occur at the low temperature of the secondary battery, that is, at the low temperature of the secondary battery, Considering that it is necessary to consider the current region relatively lower than that at room temperature as the above-mentioned large current state, the estimation error of the polarization electromotive voltage is reduced to the small current state immediately after the large current state at the low temperature of the secondary battery. Can be prevented from increasing.
また好ましくは、上記二次電池の充電状態推定装置では、二次電池は、リチウムイオンバッテリにより構成される。 Preferably, in the secondary battery state of charge estimation apparatus, the secondary battery is constituted by a lithium ion battery.
このような構成によれば、二次電池が充電状態(SOC)と開路電圧との相関性が高いリチウムイオン電池により構成されるので、分極起電圧の推定精度向上による回路電圧の推定精度向上による、充電状態(SOC)の推定精度向上の効果が高い。すなわち、本発明による二次電池の充電状態推定装置は、リチウムイオン電池への適用に好適である。 According to such a configuration, since the secondary battery is composed of a lithium ion battery having a high correlation between the state of charge (SOC) and the open circuit voltage, it is possible to improve the estimation accuracy of the circuit voltage by improving the estimation accuracy of the polarization electromotive voltage. The effect of improving the estimation accuracy of the state of charge (SOC) is high. That is, the state of charge estimation device for a secondary battery according to the present invention is suitable for application to a lithium ion battery.
この発明による二次電池の充電状態推定装置によれば、検出された二次電池(バッテリ)の状態量(電流、電圧、温度等)に基づく充電状態(SOC)推定において、大電流の発生直後における分極起電圧の推定誤差に起因したSOC推定誤差の発生を防止することができる。 According to the state of charge estimation device for a secondary battery according to the present invention, in the state of charge (SOC) estimation based on the detected state quantity (current, voltage, temperature, etc.) of the secondary battery (battery), immediately after the occurrence of a large current It is possible to prevent the occurrence of an SOC estimation error due to the estimation error of the polarization electromotive voltage at.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則として繰返さないものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
(全体システム構成例の説明)
図1は、本発明の実施の形態によるバッテリ充電状態推定装置をハイブリッド車両に適用したシステムの構成を示すブロック図である。
(Description of overall system configuration example)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a system in which a battery charge state estimation device according to an embodiment of the present invention is applied to a hybrid vehicle.
バッテリ10は、多数のバッテリセルからなっている。代表的には、このバッテリ10は、リチウムイオンバッテリから構成される。リチウムイオンバッテリは、周知のように、SOCと開路電圧(OCV)との相関が高い。したがって、図2に示すように、SOCに対する開路電圧Vocvを予め測定しておくことにより、バッテリ10の状態量(電流、電圧、温度等)に基づき推定された開路電圧Vocvに基づき、充電状態としてのSOCを推定することができる。このように、本発明の実施の形態によるバッテリ充電状態推定装置は、SOCおよび開路電圧の相関性が高いリチウムイオンバッテリの充電状態推定に好適である。ただし、SOCおよび開路電圧の相関性がリチウムイオンバッテリ程高くない、ニッケル水素バッテリ等の他の形式のバッテリに対しても、分極起電圧推定を含む開路電圧(OCV)推定に基づくSOC推定を、充放電電流積算によるSOC推定等の他のSOC推定手法と組み合わせることにより、本発明の実施の形態によるバッテリ充電状態推定装置を適用することが可能である。 The battery 10 includes a large number of battery cells. Typically, the battery 10 is composed of a lithium ion battery. As is well known, a lithium ion battery has a high correlation between the SOC and the open circuit voltage (OCV). Therefore, as shown in FIG. 2, by measuring the open circuit voltage Vocv with respect to the SOC in advance, based on the open circuit voltage Vocv estimated based on the state quantity (current, voltage, temperature, etc.) of the battery 10, Can be estimated. Thus, the battery state-of-charge estimation device according to the embodiment of the present invention is suitable for estimating the state of charge of a lithium ion battery having a high correlation between the SOC and the open circuit voltage. However, SOC estimation based on open circuit voltage (OCV) estimation including polarization electromotive voltage estimation is also applied to other types of batteries, such as nickel metal hydride batteries, where the correlation between SOC and open circuit voltage is not as high as that of a lithium ion battery. By combining with other SOC estimation methods such as SOC estimation based on charge / discharge current integration, it is possible to apply the battery charge state estimation device according to the embodiment of the present invention.
バッテリ10の各ブロック毎の電圧および全体の電圧は、電圧検出器12で計測され、電池ECU(Electronic Control Unit)14に供給される。以下では、この全体の電圧Vbをバッテリ電圧Vbと称する。なお、ブロック毎の電圧は、各バッテリセルにおける過放電の検出等にも用いることができる。
The voltage for each block of the battery 10 and the overall voltage are measured by the
電池ECU14には、バッテリ温度Tbを検出する温度センサ16、およびバッテリ電流Ibを検出する電流検出器18が、さらに接続される。バッテリ温度Tbおよびバッテリ電流Ibについても電池ECU14に入力される。なお、バッテリ温度Tbについては複数箇所(たとえば、ブロック毎に1個または複数個配置)に温度センサ16を配置してもよい。また、バッテリ電流Ibについては、放電時にIb>0であり、放電時にIb<0であると定義する。
The
電池ECU14は、各検出器およびセンサから入力されるバッテリ状態量である、バッテリ電圧Vb、バッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tbに基づいて、バッテリ10の充電状態(SOC)を検出し、これをHVECU20へ供給する。
The
HVECU20は、アクセル開度、ブレーキ踏込み量および車速等の情報に基づいて決定されたトルク指令に従って、負荷22を制御する。負荷22は、たとえば、図示しないインバータおよびモータを含んで構成される。このような構成では、バッテリ10からの直流電力は、インバータにより交流電力に変換されてモータを駆動する。HVECU20からの制御信号によりインバータの動作が制御されることで、モータよりトルク指令に合致したトルクを出力することができる。特に、HVECU20からの制御信号により、モータが現在の回転方向と反対方向のトルクを出力するようにインバータのスイッチングを制御することにより、モータによる回生制動も行なわれる。モータの回生制動による発電電力は、インバータにより直流電力に変換して、バッテリ10の充電に用いることができる。
The
なお、本実施の形態によるバッテリ充電状態推定装置が搭載されるハイブリッド車両では、エンジン(図示せず)およびエンジン駆動のジェネレータ(図示せず)を搭載しており、ジェネレータの発電電力によりバッテリ10の充電ができるとともに、エンジンによりモータ出力軸を回転できるように構成されてもよい。また、モータおよびジェネレータは、モータジェネレータとして構成してもよい。 Note that the hybrid vehicle equipped with the battery state of charge estimation device according to the present embodiment is equipped with an engine (not shown) and an engine-driven generator (not shown). While being able to charge, you may be comprised so that a motor output shaft can be rotated with an engine. Further, the motor and the generator may be configured as a motor generator.
そして、HVECU20は、電池ECU14から供給されるバッテリ10のSOCの値に従って、モータ出力、エンジン出力などを制御して、バッテリ10のSOCが目標値付近になるように制御している。なお、バッテリセルの過放電(または、SOCの下限範囲外れ)が検出された際には、バッテリ10からの放電が禁止され、バッテリセルの過充電(または、SOCの上限範囲外れ)が検出された場合には、バッテリ10への放電が禁止される。たとえば、図2に例示されるように、SOC=50%を目標値とし、かつ、SOC=20%および80%をそれぞれ下限および上限として、SOCは制御される。
The
(SOC推定手法の説明)
以下に、電池ECU14によるバッテリ10のSOC推定について説明する。
(Description of SOC estimation method)
Below, SOC estimation of the battery 10 by battery ECU14 is demonstrated.
ここで、バッテリ10の電流・電圧特性は、バッテリ10の内部抵抗Rを用いて、下記(1)式で示される。 Here, the current / voltage characteristics of the battery 10 are expressed by the following equation (1) using the internal resistance R of the battery 10.
Vb=Vo−Ib・R …(1)
(1)式中において、Voはバッテリにおける起電圧を示す。起電圧Voは、バッテリ電流Ib=0のときのバッテリ電圧Vbに相当する。
Vb = Vo−Ib · R (1)
In the formula (1), Vo represents an electromotive voltage in the battery. The electromotive voltage Vo corresponds to the battery voltage Vb when the battery current Ib = 0.
ここで、内部抵抗Rは、温度依存性を有するので、バッテリ温度Tbの変化に応じて補正する必要がある。たとえば、バッテリ温度Tbに対する内部抵抗Rの変化を予め実験的に測定し、この測定結果に基づく内部抵抗Rのマップが、電池ECU14に予め格納される。これにより、電池ECU14は、温度センサ16によって検出されたバッテリ温度Tbに基づいて、上記マップの参照により現時点での内部抵抗Rを求めることができる。なお、以下では、バッテリ10の全体についてのSOC推定を説明するので、温度センサ16が複数箇所に配置された場合には、これら複数のセンサによる検出温度の平均値等により、バッテリ温度Tbが定義される。
Here, since the internal resistance R has temperature dependence, it is necessary to correct according to the change of the battery temperature Tb. For example, a change in the internal resistance R with respect to the battery temperature Tb is experimentally measured in advance, and a map of the internal resistance R based on the measurement result is stored in the
SOCおよび開路電圧Vocvとの間には、図2に示すような関係がある。ここで、開路電圧Vocvは、上記起電圧Voと分極起電圧Vdynとを用いて、下記(2)式のように表わされる。 There is a relationship as shown in FIG. 2 between the SOC and the open circuit voltage Vocv. Here, the open circuit voltage Vocv is expressed by the following equation (2) using the electromotive voltage Vo and the polarization electromotive voltage Vdyn.
Vo=Vocv+Vdyn …(2)
したがって、(1)および(2)式より、下記(3)式が得られる。
Vo = Vocv + Vdyn (2)
Therefore, the following expression (3) is obtained from the expressions (1) and (2).
Vocv=Vb+Ib・R−Vdyn …(3)
上述のように、リチウムイオンバッテリでは、VocvはSOCの関数として示される。また、ニッケル水素バッテリ等では、Vocvは、SOCおよびバッテリ温度Tbに依存する電圧となる。したがって、開路電圧Vocvの推定により、SOCを推定できる。
Vocv = Vb + Ib · R−Vdyn (3)
As described above, in a lithium ion battery, Vocv is shown as a function of SOC. In a nickel metal hydride battery or the like, Vocv is a voltage that depends on the SOC and the battery temperature Tb. Therefore, the SOC can be estimated by estimating the open circuit voltage Vocv.
(2),(3)式中の分極起電圧Vdynは、充放電履歴により動的な電圧変動である。上述のように、バッテリ10は、各バッテリセルにおける電極活物質の化学変化によって起電力を発生しているが、電極活物質の化学反応はその表面付近で起こりやすく、電極内部における反応には拡散のための遅延時間が生じる。そこで、この電極内部と表面部との間における不均衡(分極)に起因して、同じSOCであっても起電力に差が生じる。そしてこの分極に起因する電圧変化は、時間経過に伴い解消すると考えられる動的なものである。 The polarization electromotive voltage Vdyn in the equations (2) and (3) is a dynamic voltage fluctuation due to the charge / discharge history. As described above, the battery 10 generates an electromotive force due to the chemical change of the electrode active material in each battery cell. However, the chemical reaction of the electrode active material is likely to occur near the surface and diffuses in the reaction inside the electrode. Due to the delay time. Therefore, due to the imbalance (polarization) between the inside of the electrode and the surface portion, there is a difference in electromotive force even with the same SOC. And the voltage change resulting from this polarization is dynamic which is considered to be resolved with time.
たとえば、図3(a)に示すようにバッテリ電流Ibが変化した場合、図3(b)に示すように、分極による起電圧Vdynは、放電の継続により負電圧方向に変化し、充電の継続により正電圧方向に変化する。すなわち、バッテリ電流Ib>0のとき(放電時)には、その時点での分極起電圧Vdynの変化量は基本的に負となり、バッテリ電流Ib<0のとき(充電時)には、その時点での分極起電圧Vdynの変化量は基本的に正となる。また、バッテリ電流Ibが一定のまま十分な時間が経過すれば、分極起電圧Vdynは、バッテリ電流Ibに依存した一定値に収束する。また、バッテリ電流Ibの変化時には、分極起電圧Vdynは大きく変化する。 For example, when the battery current Ib changes as shown in FIG. 3A, as shown in FIG. 3B, the electromotive voltage Vdyn due to polarization changes in the negative voltage direction due to the continuation of discharge, and the charging continues. Changes in the positive voltage direction. That is, when the battery current Ib> 0 (during discharging), the change amount of the polarization electromotive voltage Vdyn at that time is basically negative, and when the battery current Ib <0 (during charging), The amount of change in the polarization electromotive voltage Vdyn at is basically positive. Further, if a sufficient time has passed while the battery current Ib is constant, the polarization electromotive voltage Vdyn converges to a constant value that depends on the battery current Ib. Further, when the battery current Ib changes, the polarization electromotive voltage Vdyn changes greatly.
このように、分極起電圧Vdynの大きさは過去の充放電の履歴に応じて決定されると考えられる。また、その時点に近いほど影響は大きく、充電または放電の電流量が大きいほど影響は大きいと考えられる。そこで、本実施の形態では、分極起電圧Vdynを、次の(4)式によって求める。 Thus, the magnitude of the polarization electromotive voltage Vdyn is considered to be determined according to the past charge / discharge history. Further, the closer the time is, the greater the influence, and the larger the charge or discharge current amount, the greater the influence. Therefore, in this embodiment, the polarization electromotive voltage Vdyn is obtained by the following equation (4).
(4)式において、Vdyn(to)は、時間t=toでの分極起電圧を示し、τは時定数を示す。上述のように、時定数τは、平均的な電流状態時における分極起電圧の変化速度に対応するように実験的に求められる。さらに、fdyn{st(t)}は、予め求められた、バッテリ状態量に対する分極起電圧の依存性を示す。以下に説明するように、ここでのバッテリ状態量は、少なくともバッテリ電流Ibを含み、好ましくは、バッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tbの両方を含む。図3ならびに特許文献1および2にも示されるように、バッテリ電流Ibが一定のまま時間が十分に経過すれば、分極起電圧Vdynは、バッテリ電流Ibに依存した一定値に収束する。すなわち、fdyn{st(t)}は、現時点でのバッテリ状態量(少なくともバッテリ電流Ib)が一定のまま時間が十分に経過した場合における分極起電圧Vdynの収束値に対応する。以下では、このfdynを分極値とも称する。
In the equation (4), Vdyn (to) represents a polarization electromotive voltage at time t = to, and τ represents a time constant. As described above, the time constant τ is experimentally determined so as to correspond to the rate of change of the polarization electromotive voltage in the average current state. Further, fdyn {st (t)} indicates the dependence of the polarization electromotive voltage on the battery state quantity obtained in advance. As will be described below, the battery state quantity here includes at least the battery current Ib, and preferably includes both the battery current Ib and the battery temperature Tb. As shown in FIG. 3 and
(4)式によれば、特許文献1および2と同様に、現時点でのバッテリ状態量に基づいて分極値fdyn(特許文献1および2におけるf{i(t)}に相当)を逐次推定し、推定された分極値fdynを、時間軸方向に沿って時定数τによる減衰を伴って積分することにより、任意の時点toにおける分極起電圧Vdyn(t0)を求めることができる。
According to the equation (4), similarly to
さらに、特許文献1および2と同様に、コンピュータにより所定周期Δt毎の離散的データ処理によって分極起電圧Vdynを逐次推定するために、式(4)を離散化することによって、下記(5)式が得られる。
Further, similarly to
式(5)によれば、分極起電圧Vdynの初期値を設定しておけば、その後は、現時点での分極値fdyn{st(t0)}および、分極起電圧Vdynの前回推定値を用いて、現時点での分極起電圧Vdyn(t0)を逐次推定することができる。 According to equation (5), if the initial value of the polarization electromotive voltage Vdyn is set, then the current polarization value fdyn {st (t0)} and the previous estimated value of the polarization electromotive voltage Vdyn are used. The current polarization electromotive voltage Vdyn (t0) can be estimated sequentially.
なお、式(4),(5)中の分極値fdynについては、バッテリ電流Ibを一定にして分極起電圧を測定する実験を予め実施することにより、バッテリ電流Ibに基づき分極値fdynを求めるマップを予め作成することができる。また、同一のバッテリ電流Ibであっても、分極の発生度合いにはバッテリ温度Tbが影響を与えることから、バッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tbに基づいて分極値fdynを推定することが好ましい。この場合には、バッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tbを変数とする分極値fdyn(Ib,Tb)について、実験結果に基づくマップを予め作成しておくことが可能である。 For the polarization value fdyn in the equations (4) and (5), a map for obtaining the polarization value fdyn based on the battery current Ib by performing in advance an experiment for measuring the polarization electromotive voltage with the battery current Ib kept constant. Can be created in advance. Moreover, even if the battery current Ib is the same, the battery temperature Tb affects the degree of occurrence of polarization. Therefore, it is preferable to estimate the polarization value fdyn based on the battery current Ib and the battery temperature Tb. In this case, a map based on the experimental result can be created in advance for the polarization value fdyn (Ib, Tb) with the battery current Ib and the battery temperature Tb as variables.
図4には、分極値fdyn(Ib,Tb)のマップイメージが示されている。基本的に、放電時(Ib>0)にはfdyn(Ib,Tb)<0に設定され、充電時(Ib<0)にはfdyn(Ib,Tb)>0に設定される。なお、放電、充電時の電流が大きいほど分極値の絶対値|fdyn(Ib,Tb)|は相対的に大きく設定される。また、温度に関しては、バッテリ温度Tbが低いほど分極値の絶対値|fdyn(Ib,Tb)|は相対的に大きく設定される。そして、SOC推定が実行される各時点において、その時点でのバッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tbに基づき、上記マップを参照して、式(5)中でのfdyn{st(t0)}に相当する、分極値fdyn(Ib,Tb)が読出される。 FIG. 4 shows a map image of the polarization value fdyn (Ib, Tb). Basically, fdyn (Ib, Tb) <0 is set during discharging (Ib> 0), and fdyn (Ib, Tb)> 0 is set during charging (Ib <0). Note that the absolute value of the polarization value | fdyn (Ib, Tb) | is set to be relatively large as the current during discharging and charging increases. Regarding the temperature, as the battery temperature Tb is lower, the absolute value | fdyn (Ib, Tb) | of the polarization value is set to be relatively large. Then, at each time point when the SOC estimation is performed, based on the battery current Ib and the battery temperature Tb at that time point, the map is referred to and corresponds to fdyn {st (t0)} in the equation (5). The polarization value fdyn (Ib, Tb) is read out.
このように、本発明の実施の形態によるSOC推定は、分極起電圧の推定を伴う。そして、分極起電圧の推定は、上記のように、基本的には、現時点までの分極起電圧推定値を逐次用いることによって充放電履歴を反映するように行なわれる。 As described above, the SOC estimation according to the embodiment of the present invention involves the estimation of the polarization electromotive voltage. As described above, the estimation of the polarization electromotive voltage is basically performed so as to reflect the charge / discharge history by sequentially using the estimated value of the polarization electromotive voltage up to the present time.
図5には、電流急変時、特に、大電流状態直後の小電流状態におけるバッテリ電圧挙動が示される。 FIG. 5 shows the battery voltage behavior at the time of sudden current change, particularly in the small current state immediately after the large current state.
図5を参照して、バッテリ電流Ibが予め設定した所定電流Ilg以上である大電流状態での放電が一定時間継続され、かつ、時刻taで放電が終了される。そして、時刻ta以降では、バッテリ電流Ibが予め設定した所定電流Ism以下である小電流状態となる。 Referring to FIG. 5, discharging in a large current state in which battery current Ib is equal to or greater than a predetermined current Ilg is continued for a certain period of time, and discharging is terminated at time ta. After time ta, the battery current Ib is in a small current state that is equal to or less than a preset predetermined current Ism.
このような、大電流状態直後の小電流状態では、大電流放電により負方向に大きく変化した分極起電圧が、放電終了に伴って急速に変化する。この際に、上記式(4),(5)に従った演算処理により、現時点までの分極起電圧推定値を用いて分極起電圧を推定すると、時定数に従って大電流放電時での分極起電圧の影響が残るため、電流の急変に伴う実際の分極起電圧の急激な変化に追従することが困難である。なお、このような分極起電圧の急激な変化は、相対的にバッテリ低温時に発生し易いことが、発明者により確認されている。 In such a small current state immediately after the large current state, the polarization electromotive voltage that has greatly changed in the negative direction due to the large current discharge changes rapidly with the end of the discharge. At this time, when the polarization electromotive force is estimated using the estimated value of the polarization electromotive voltage up to the present time by the arithmetic processing according to the above formulas (4) and (5), the polarization electromotive voltage at the time of large current discharge according to the time constant. Therefore, it is difficult to follow a sudden change in the actual polarization voltage due to a sudden change in current. In addition, it has been confirmed by the inventor that such a rapid change in the polarization electromotive voltage is relatively likely to occur when the battery temperature is low.
その一方、大電流状態直後の小電流状態における分極起電圧の挙動は、実験により把握することが可能であり、一定の収束時間Tstの経過により分極起電圧の変化は収束する。この収束時での分極起電圧は、少なくとも大電流状態時のバッテリ電流Ib(以下、バッテリ電流Iblgとも称する)に依存し、さらに、バッテリ温度Tb、および現在(小電流状態)のバッテリ電流にも依存する。また、分極起電圧の変化が収束するまでに要する収束時間Tstについても、バッテリ電流Iblg、バッテリ温度Tb、および現在(小電流状態)のバッテリ電流に依存する。 On the other hand, the behavior of the polarization electromotive voltage in the small current state immediately after the large current state can be ascertained through experiments, and the change in the polarization electromotive voltage converges as the fixed convergence time Tst elapses. The polarization induced voltage at the time of convergence depends on at least the battery current Ib in the large current state (hereinafter also referred to as the battery current Iblg), and further depends on the battery temperature Tb and the current (small current state) battery current. Dependent. Further, the convergence time Tst required for the polarization electromotive voltage change to converge also depends on the battery current Iblg, the battery temperature Tb, and the current (small current state) battery current.
そして、大電流状態直後の小電流状態に分極起電圧の変化が収束するまでの期間(時刻ta〜tb)では、上述の式(4),(5)に従った分極起電圧推定では、過去の分極起電圧推定値を演算に用いることにより、かえって分極起電圧の推定誤差を発生させてしまう。特に、この期間での分極起電圧の変化が、電流の急変に伴う急激なものである点を考慮すれば、式(4),(5)に従った分極起電圧推定を実行するよりも、予想される収束時の分極起電圧Vdyn♯をそのまま用いる方が推定誤差を抑制できる可能性が高い。 In the period (time ta to tb) until the change of the polarization electromotive force converges to the small current state immediately after the large current state, the estimation of the polarization electromotive voltage according to the above equations (4) and (5) If the estimated value of the polarization electromotive force is used for the calculation, an estimation error of the polarization electromotive voltage is generated instead. In particular, in consideration of the fact that the change in the polarization electromotive voltage during this period is abrupt due to a sudden change in current, rather than executing the polarization electromotive force estimation according to the equations (4) and (5), It is more likely that the estimation error can be suppressed by using the expected polarization electromotive voltage Vdyn # at the time of convergence as it is.
したがって、本発明の実施の形態によるバッテリ充電状態推定装置では、大電流状態直後の小電流状態での分極起電圧の推定誤差を抑制するために、図6および図7に示すフローチャートに従ってSOC推定を実行する。 Therefore, in the battery charge state estimation device according to the embodiment of the present invention, in order to suppress the estimation error of the polarization electromotive voltage in the small current state immediately after the large current state, the SOC estimation is performed according to the flowcharts shown in FIGS. Execute.
図6を参照して、電池ECU14は、ステップS110により、電圧検出器12、温度センサ16および電流検出器18より、バッテリ状態量としてのバッテリ電圧Vb、バッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tbを取得する。さらに、電池ECU14は、ステップS120により、バッテリ電流Ibの絶対値|Ib|が所定電流Ilg以上であるかどうかを判定する。
Referring to FIG. 6,
電池ECU14は、|Ib|≧Ilgの場合(ステップS120のYES判定時)には、「大電流状態」であると判定して、ステップS130により大電流状態フラグFGlを“オン”するとともに、ステップS135によりこのときのバッテリ電流Ibを、大電流状態時のバッテリ電流Iblgとして記憶する。なお、上述のように、バッテリ低温時には、このような分極起電圧の急激な変化を引き起こす電流レベルが低下するので、大電流状態の検知範囲を相対的に広げる必要がある。このため、大電流状態を検出するための閾値である所定電流Ilgについては、バッテリ低温時には相対的に小さい値に設定されるように、バッテリ温度Tbに応じて可変設定することが好ましい。
If | Ib | ≧ Ilg (when YES is determined in step S120),
一方、電池ECU14は、|Ib|<Ilgの場合(ステップS120のNO判定時)には、ステップS140により、バッテリ電流Ibの絶対値|Ib|が所定電流Ism以下である「小電流状態」であるかどうかを判定する。ステップS140のYES判定時、すなわち小電流状態の検知時には、電池ECU14は、ステップS150により、大電流状態フラグFGlが“オン”されているかどうかを判定する。
On the other hand, when | Ib | <Ilg (when NO is determined in step S120),
そして、ステップS150のYES判定時、すなわち、大電流状態フラグFGlが“オン”されているときに小電流状態が検知されたときには、電池ECU14は、「大電流状態直後に小電流状態が発生した」と判定して、フラグFGlsを“オン”する。さらに、電池ECU14は、ステップS170により、大電流状態直後での小電流状態の開始時点(図5の時刻ta)からの経過時間を計測するためのタイマ(図示せず)を起動するとともに、図5に示した収束時間Tstに対応する所定時間Tthを設定する。所定時間Tthは、一定の固定値としてもよいが、上述した収束時間Tstの特性に従って、バッテリ電流Iblg、バッテリ温度Tb、および現在(小電流状態)のバッテリ電流Ibのうちの少なくとも1つに基づいて可変設定することができる。すなわち、図5の時刻taにおいて、ステップS160〜S180が実行される。
When YES is determined in step S150, that is, when the small current state is detected when the large current state flag FGl is “ON”, the
一方、ステップS150のNO判定時、すなわち、大電流状態フラグFGlが“オフ”であるときに小電流状態が検知されたときに、電池ECU14は、ステップS190によりフラグFGlsが“オン”されているかどうかを判定する。ステップS190のYES判定時、すなわち、フラグFGlsが“オン”されているときには、電池ECUは、大電流状態直後での小電流状態が継続していると判定して、ステップS200により、ステップS170により起動したタイマのタイマ値をカウントアップする。さらに、電池ECU14は、ステップS210により、タイマ値がステップS170で設定した所定時間Tthに達したかどうかを判定する。すなわち、ステップS190〜S210は、図5の時刻ta〜tbにおいて実行される。
On the other hand, when NO is determined in step S150, that is, when the small current state is detected when the large current state flag FGl is “off”, the
ステップS210のYES判定時、すなわち、大電流状態直後での小電流状態の継続時間が所定時間Tthに達した場合には、電池ECU14は、ステップS220により、フラグFGlsを“オフ”する。この処理は、図5の時刻tbにおいて実行される。
When the determination in step S210 is YES, that is, when the duration of the small current state immediately after the large current state has reached the predetermined time Tth, the
なお、電池ECU14は、フラグFGlおよびFGlsを“オフ”にクリアするためのステップS220を、ステップS140のNO判定時およびステップS190のNO判定時にも実行する。
上述したステップS120〜S220の処理により、電池ECU14は、大電流状態の直後に小電流状態が発生した場合に、フラグFGlsを“オン”するとともに、一旦“オン”された大電流状態フラグFGlを“オフ”して次回の大電流状態検出に備えることができる。一方、大電流発生直後での小電流状態時以外(すなわち、通常時)では、フラグFGlsは“オフ”される。そして、一旦“オン”されたフラグFGlsは、小電流状態の終了まで(S140のNO判定時)、または、大電流状態直後での小電流状態継続時間が所定時間Tthに達するまで(S190のNO判定時)“オン”に維持され、これらの条件成立に応答して、“オフ”される。
As a result of the processing in steps S120 to S220 described above, the
図7を参照して、電池ECU14は、ステップS250では、フラグFGlsが“オン”であるかどうかを判定する。電池ECU14は、フラグFGlsが“オフ”のとき(S250のNO判定時)、すなわち通常時(図5の時刻ta〜tb以外の期間)には、ステップS260およびS270により、上述の式(4),(5)に従い、過去の分極起電圧推定値を演算に用いて分極起電圧を推定する。具体的には、電池ECUは、ステップS260では、図4に示したマップ等を参照することにより、現時点のバッテリ状態量(バッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tb)に基づき分極値fdyn(Ib,Tb)=fdyn(t0)を推定する。さらに、電池ECU14は、ステップS270により、ステップS260で求めた現時点での分極値fdyn(t0)を、式(5)のfdyn{st(t0)}として代入することにより、現時点での分極起電圧Vdyn(t0)=Vdynを算出する。
Referring to FIG. 7, in step S250,
一方、フラグFGlsが“オン”のとき(S250のYES判定時)、すなわち、大電流状態直後での小電流状態であり、かつ、その継続時間が所定時間Tthより短いとき(すなわち、図5の時刻ta〜tb間)には、電池値ECU14は、ステップS280により、図8に示したマップ等を参照することによって、大電流状態直後での小電流状態における予測収束値に相当する分極起電圧Vdyn♯を求める。
On the other hand, when the flag FGls is “ON” (YES in S250), that is, a small current state immediately after the large current state and the duration is shorter than the predetermined time Tth (that is, in FIG. 5). In the period between time ta and tb, the
図8には、分極起電圧Vdyn♯推定マップの構成イメージが示される。
図8を参照して、上記のように、分極起電圧Vdyn♯は、大電流状態直後の小電流状態における収束時間Tstの経過時における収束値であり、予め実験により求めておくことができる。分極起電圧Vdyn♯は、少なくとも大電流状態時のバッテリ電流Iblgに基づいて推定される。基本的には、大電流放電後(Iblg>0)にはVdyn♯<0に設定され、大電流充電後(Ib<0)にはVdyn♯>0に設定される。
FIG. 8 shows a configuration image of the polarization electromotive voltage Vdyn # estimation map.
Referring to FIG. 8, as described above, polarization electromotive voltage Vdyn # is a convergence value when convergence time Tst has elapsed in a small current state immediately after a large current state, and can be obtained in advance by experiments. Polarization electromotive voltage Vdyn # is estimated based on at least battery current Iblg in a large current state. Basically, Vdyn # <0 is set after large current discharge (Iblg> 0), and Vdyn #> 0 is set after large current charge (Ib <0).
さらに好ましくは、分極起電圧Vdyn♯は、バッテリ温度Tb、および現在(小電流状態)のバッテリ電流Ibにさらに基づいて推定される。なお、バッテリ温度Tbに関しては、低温時ほど分極起電圧の絶対値|Vdyn♯|は相対的に大きく設定される。また、バッテリ電流Ibに関しては、絶対値|Ib|が大きいほど分極起電圧の絶対値|Vdyn♯|は相対的に大きく設定される。 More preferably, polarization electromotive voltage Vdyn # is further estimated based on battery temperature Tb and current (small current state) battery current Ib. Regarding the battery temperature Tb, the absolute value | Vdyn # | of the polarization electromotive voltage is set to be relatively higher as the temperature is lower. Regarding the battery current Ib, as the absolute value | Ib | increases, the absolute value | Vdyn # | of the polarization electromotive voltage is set to be relatively large.
このように、電池ECU14は、ステップS280では、現時点までに推定した分極起電圧から切り離して、過去の分極起電圧推定値を演算に用いることなく、上記マップを参照して直接分極起電圧Vdynを推定する(Vdyn=Vdyn♯)。
In this manner, in step S280, the
このように、電池ECU14は、フラグFGlsに従って、通常時と大電流状態直後の小電流状態時とで、分極起電圧Vdynの推定手法を切換える。なお、分極起電圧は、ある程度以上大きくはならないので、ステップS270またはS280によって推定された分極起電圧の絶対値|Vdyn|が過大とならないように、予め設定した最大値および最小値の範囲内で分極起電圧Vdynが推定されるようなガードを設けておくことが好ましい。
Thus, the
なお、フラグFGlsが“オン”から“オフ”に変化した際には、フラグFGlsが“オン”のときに推定した分極起電圧のVdyn、すなわち、図8のマップに基づき推定される分極起電圧Vdyn♯を式(5)中の前回値Vdyn(t0−Δt)として、その時点での分極値fdyn(t0)を反映した式(5)に従う分極起電圧の推定が再開される。 When the flag FGls changes from “on” to “off”, the polarization electromotive voltage Vdyn estimated when the flag FGls is “on”, that is, the polarization electromotive voltage estimated based on the map of FIG. With Vdyn # as the previous value Vdyn (t0−Δt) in the equation (5), the estimation of the polarization electromotive voltage according to the equation (5) reflecting the polarization value fdyn (t0) at that time is resumed.
さらに、電池ECU14は、ステップS290では、少なくともバッテリ温度Tbに基づき、バッテリ10の内部抵抗Rを推定する。さらに、電池ECU14は、ステップS300により、ステップS100で取得されたバッテリ電圧Vbおよびバッテリ電流Ib、ステップS210により推定された内部抵抗R、ならびにステップS270またはS280で求められた分極起電圧Vdynにより、上記(3)式に従って開路電圧Vocvを算出する。
Further, in step S290,
電池ECU14は、さらにステップS310により、開路電圧Vocvを用いてバッテリ10のSOCを推定する。
ステップS310において、上述のように、SOCおよび開路電圧の相関性が高いリチウムイオンバッテリでは、図2に示した特性に基づきバッテリ10のSOC推定値を算出できる。また、SOCおよび開路電圧の相関性がリチウムイオンバッテリ程高くない、ニッケル水素バッテリ等の他の形式のバッテリでは、バッテリ電流Ibの積算によるSOC変化量を積算したSOC推定と、開路電圧に基づくSOC推定とを組み合せて、ステップS310での処理を実行してもよい。なお、S310によるSOCの推定処理は、上記のように推定された分極起電圧を反映したものであれば、バッテリ10の特性を考慮して、任意の推定手法に基づいて実行できる。 In step S310, as described above, in the lithium ion battery having a high correlation between the SOC and the open circuit voltage, the estimated SOC value of the battery 10 can be calculated based on the characteristics shown in FIG. Also, in other types of batteries, such as nickel metal hydride batteries, where the correlation between the SOC and the open circuit voltage is not as high as that of the lithium ion battery, the SOC estimation obtained by integrating the SOC change amount by integrating the battery current Ib and the SOC based on the open circuit voltage The process in step S310 may be executed in combination with estimation. The SOC estimation process in S310 can be executed based on an arbitrary estimation method in consideration of the characteristics of the battery 10 as long as it reflects the polarization electromotive voltage estimated as described above.
以上説明したように、この実施の形態によるバッテリ充電状態推定装置によれば、大電流発生直後の小電流状態時に分極起電圧の推定誤差が増大して、開路電圧(OCV)および充電状態(SOC)の推定精度を低下させることを防止できる。この結果、検出されたバッテリの状態量(電流、電圧、温度等)に基づく充電状態(SOC)の推定精度を向上することができる。 As described above, according to the battery state-of-charge estimation device according to this embodiment, the estimation error of the polarization electromotive voltage increases in the small current state immediately after the generation of the large current, and the open circuit voltage (OCV) and the state of charge (SOC) are increased. ) Can be prevented from being degraded. As a result, it is possible to improve the estimation accuracy of the state of charge (SOC) based on the detected state quantity (current, voltage, temperature, etc.) of the battery.
また、本実施の形態では、バッテリ10全体でのSOC推定を行なったが、各バッテリセルに共通であるバッテリ電流Ibと、バッテリセル毎に検知したバッテリ電圧およびバッテリ温度を用いて、分極起電圧推定ならびに、開路電圧およびSOCの推定をバッテリセル毎に実行する制御構成とすることも可能である。 Further, in the present embodiment, the SOC estimation is performed for the entire battery 10, but the polarization electromotive force is generated using the battery current Ib common to each battery cell, the battery voltage and the battery temperature detected for each battery cell. It is also possible to adopt a control configuration in which estimation and open circuit voltage and SOC estimation are executed for each battery cell.
ここで図6,7に示したフローチャートと、本発明の構成との対応関係について説明すると、ステップS110が本発明での「状態量取得手段」に対応し、ステップS120は「大電流状態検知手段」に対応し、ステップS140,S150は本発明での「小電流状態検知手段」に対応する。さらに、ステップS250〜S280の処理は、本発明での「分極起電圧推定手段」に対応し、特に、ステップS250が「禁止手段」に対応し、ステップS260,270が「第1の推定手段」に対応し、ステップS280が「第2の推定手段」に対応する。また、ステップS290が本発明での「内部抵抗推定手段」に対応し、ステップS300は本発明における「開路電圧検知手段」に対応し、ステップS310は本発明での「充電状態推定手段」に対応する。 Here, the correspondence relationship between the flowcharts shown in FIGS. 6 and 7 and the configuration of the present invention will be described. Step S110 corresponds to the “state quantity acquisition unit” in the present invention, and step S120 includes “large current state detection unit”. Steps S140 and S150 correspond to “small current state detection means” in the present invention. Further, the processing of steps S250 to S280 corresponds to “polarization electromotive voltage estimation means” in the present invention, and in particular, step S250 corresponds to “prohibition means”, and steps S260 and 270 correspond to “first estimation means”. Step S280 corresponds to “second estimation means”. Step S290 corresponds to “internal resistance estimation means” in the present invention, step S300 corresponds to “open circuit voltage detection means” in the present invention, and step S310 corresponds to “charge state estimation means” in the present invention. To do.
上述のように、本実施の形態においては、ハイブリッド車両に搭載されたバッテリの充電状態(SOC)を推定する充電状態推定装置について説明したが、本発明の適用はこのような場合に限られるものではない。すなわち、本発明は、分極起電圧の推定を伴って充電状態(SOC)が推定されるバッテリについて、バッテリの使用形態すなわち負荷の形態を特に限定することなく適用することが可能である。 As described above, in the present embodiment, the state of charge estimation device for estimating the state of charge (SOC) of the battery mounted on the hybrid vehicle has been described. However, the application of the present invention is limited to such a case. is not. That is, the present invention can be applied to a battery whose state of charge (SOC) is estimated with estimation of the polarization electromotive voltage without particularly limiting the use form of the battery, that is, the form of the load.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 バッテリ、14 電池ECU、12 電圧検出器、16 温度センサ、18 電流検出器、22 負荷、fdyn 分極値、FLG 電流継続フラグ、Ib バッテリ電流、Iblg バッテリ電流(大電流状態時)、Ilg 所定電流(大電流状態検知用)、Ism 所定電流(大電流状態検知用)、R バッテリ内部抵抗、Tb バッテリ温度、Tst 分極起電圧収束時間(大電流直後の小電流時)、Vb バッテリ電圧、Vdyn 分極起電圧、Vdyn♯ 分極起電圧収束値(大電流直後の小電流時)、Vocv 開路電圧、Δt SOC推定周期、τ 時定数。 10 battery, 14 battery ECU, 12 voltage detector, 16 temperature sensor, 18 current detector, 22 load, fdyn polarization value, FLG current continuation flag, Ib battery current, Iblg battery current (in high current state), Ilg predetermined current (For detecting a large current state), Ism predetermined current (for detecting a large current state), R battery internal resistance, Tb battery temperature, Tst polarization electromotive voltage convergence time (at a small current immediately after a large current), Vb battery voltage, Vdyn polarization Electromotive voltage, Vdyn # Polarization electromotive voltage convergence value (at a small current immediately after a large current), Vocv open circuit voltage, Δt SOC estimation period, τ time constant.
Claims (6)
前記二次電池の電流が所定電流以上である大電流状態を検知するための大電流状態検知手段と、
前記大電流状態の直後に、前記電流が所定以下である小電流状態となったことを検出する小電流状態検知手段と、
現時点までの前記二次電池の充放電の履歴に基づき、前記二次電池の分極起電圧を推定するための分極起電圧推定手段と、
少なくとも前記状態量取得手段により取得された前記温度に基づいて、前記二次電池の内部抵抗を推定するための内部抵抗推定手段と、
前記状態量取得手段により取得された前記電圧および前記電流、前記内部抵抗推定手段により推定された前記内部抵抗、ならびに、前記分極起電圧推定手段により推定された前記分極起電圧に基づき、前記二次電池の開路電圧を検出するための開路電圧検出手段と、
前記開路電圧検出手段により検出された前記開路電圧を用いて、前記二次電池の充電状態を推定するための充電状態推定手段とを備え、
前記分極起電圧推定手段は、
現時点までの前記分極起電圧の推定値と、前記状態量取得手段により取得された状態量のうちの少なくとも前記電流とに基づいて、前記現時点での前記分極起電圧を逐次推定するための第1の推定手段と、
前記大電流状態の直後での前記小電流状態時において、前記第1の推定手段による前記分極起電圧の推定を禁止するための禁止手段と、
前記第1の推定手段による推定の禁止時に、前記大電流状態における電流に基づき前記現時点での前記分極起電圧を推定するための第2の推定手段とを含む、二次電池の充電状態推定装置。 State quantity acquisition means for acquiring the voltage, current and temperature of the secondary battery at the current time;
A large current state detection means for detecting a large current state in which the current of the secondary battery is equal to or greater than a predetermined current;
Immediately after the large current state, a small current state detection means for detecting that the current is in a small current state that is equal to or less than a predetermined value;
A polarization electromotive force estimation means for estimating a polarization electromotive force of the secondary battery based on a charge / discharge history of the secondary battery up to the present time;
Internal resistance estimation means for estimating internal resistance of the secondary battery based on at least the temperature acquired by the state quantity acquisition means;
Based on the voltage and current acquired by the state quantity acquisition unit, the internal resistance estimated by the internal resistance estimation unit, and the polarization induced voltage estimated by the polarization induced voltage estimation unit, the secondary An open circuit voltage detecting means for detecting an open circuit voltage of the battery;
Using the open circuit voltage detected by the open circuit voltage detection means, comprising a charge state estimation means for estimating the charge state of the secondary battery,
The polarization electromotive force estimation means includes
A first for sequentially estimating the current polarization electromotive voltage based on the estimated value of the polarization electromotive voltage up to the present time and at least the current of the state quantities acquired by the state quantity acquisition means. Means for estimating
A prohibiting means for prohibiting the estimation of the polarization electromotive force by the first estimating means in the small current state immediately after the large current state;
And a second estimation unit for estimating the current polarization electromotive voltage based on the current in the large current state when the estimation by the first estimation unit is prohibited. .
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2942882A1 (en) * | 2009-03-09 | 2010-09-10 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | METHOD FOR DETERMINING THE CHARGE STATE OF AN ELECTROCHEMICAL SOURCE FOR THE ELECTRICAL TRACTION OF VEHICLES |
JP2010223612A (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Autonetworks Technologies Ltd | Battery voltage value prediction method and vehicle power supply control apparatus |
JP2010243447A (en) * | 2009-04-09 | 2010-10-28 | Toyota Motor Corp | Apparatus and method for estimating electric storage capacity |
CN102540083A (en) * | 2010-10-13 | 2012-07-04 | 三星Sdi株式会社 | Battery management system and method of estimating battery state of charge |
JP2013193620A (en) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Apparatus and method for detecting secondary battery state |
EP2685269A1 (en) * | 2011-03-07 | 2014-01-15 | Hitachi, Ltd. | Battery state estimating method and battery management system |
CN106030893A (en) * | 2013-12-20 | 2016-10-12 | 丰田自动车株式会社 | Electrical storage system |
CN108445422A (en) * | 2018-06-08 | 2018-08-24 | 江苏大学 | Battery charge state evaluation method based on polarizing voltage recovery characteristics |
US10090686B2 (en) | 2013-12-06 | 2018-10-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electrical storage system |
CN109004288A (en) * | 2018-08-16 | 2018-12-14 | 皖西学院 | A kind of high SOC of lithium battery low current disturbance nearby circulation chemical synthesizing method |
CN109407005A (en) * | 2018-09-14 | 2019-03-01 | 昆兰新能源技术常州有限公司 | A kind of dynamic static calibration method of energy-storage battery remaining capacity |
JP2019203745A (en) * | 2018-05-22 | 2019-11-28 | トヨタ自動車株式会社 | Battery system |
-
2006
- 2006-04-26 JP JP2006122407A patent/JP2007292666A/en not_active Withdrawn
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010103216A1 (en) * | 2009-03-09 | 2010-09-16 | Peugeot Citroën Automobiles SA | Method for determining the state of charge of an electrochemical source for electric vehicle traction |
FR2942882A1 (en) * | 2009-03-09 | 2010-09-10 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | METHOD FOR DETERMINING THE CHARGE STATE OF AN ELECTROCHEMICAL SOURCE FOR THE ELECTRICAL TRACTION OF VEHICLES |
JP2010223612A (en) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Autonetworks Technologies Ltd | Battery voltage value prediction method and vehicle power supply control apparatus |
JP2010243447A (en) * | 2009-04-09 | 2010-10-28 | Toyota Motor Corp | Apparatus and method for estimating electric storage capacity |
US8963506B2 (en) | 2010-10-13 | 2015-02-24 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery management system and method of estimating battery state of charge |
CN102540083A (en) * | 2010-10-13 | 2012-07-04 | 三星Sdi株式会社 | Battery management system and method of estimating battery state of charge |
KR101191624B1 (en) | 2010-10-13 | 2012-10-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD OF ESTIMATING BATTERY SOCstate of charge USING THE SAME |
EP2685269A1 (en) * | 2011-03-07 | 2014-01-15 | Hitachi, Ltd. | Battery state estimating method and battery management system |
EP2685269A4 (en) * | 2011-03-07 | 2014-09-03 | Hitachi Ltd | Battery state estimating method and battery management system |
US9116213B2 (en) | 2012-03-21 | 2015-08-25 | Honda Motor Co., Ltd. | Secondary battery state detecting device and secondary battery state detecting method |
JP2013193620A (en) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Apparatus and method for detecting secondary battery state |
US10090686B2 (en) | 2013-12-06 | 2018-10-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electrical storage system |
CN106030893A (en) * | 2013-12-20 | 2016-10-12 | 丰田自动车株式会社 | Electrical storage system |
US10286806B2 (en) | 2013-12-20 | 2019-05-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electrical storage system |
DE112014005924B4 (en) | 2013-12-20 | 2024-03-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electrical storage system |
JP2019203745A (en) * | 2018-05-22 | 2019-11-28 | トヨタ自動車株式会社 | Battery system |
JP7040282B2 (en) | 2018-05-22 | 2022-03-23 | トヨタ自動車株式会社 | Battery system |
CN108445422A (en) * | 2018-06-08 | 2018-08-24 | 江苏大学 | Battery charge state evaluation method based on polarizing voltage recovery characteristics |
CN109004288A (en) * | 2018-08-16 | 2018-12-14 | 皖西学院 | A kind of high SOC of lithium battery low current disturbance nearby circulation chemical synthesizing method |
CN109004288B (en) * | 2018-08-16 | 2020-08-18 | 皖西学院 | Low-current disturbance circulation formation method near high SOC of lithium battery |
CN109407005A (en) * | 2018-09-14 | 2019-03-01 | 昆兰新能源技术常州有限公司 | A kind of dynamic static calibration method of energy-storage battery remaining capacity |
CN109407005B (en) * | 2018-09-14 | 2020-11-10 | 昆兰新能源技术常州有限公司 | Dynamic and static correction method for residual electric quantity of energy storage battery |
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