JP2012057964A - Charging rate estimation apparatus for battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charging rate estimation apparatus for a battery capable of suppressing reduction in estimation precision of a charging rate of the battery even if a current sensor has an offset error of current detection.SOLUTION: A charging rate estimation apparatus for a battery includes: charging/discharging current detection means 2 for a battery 1; terminal voltage detection means 3; state estimation means 4 for estimating an open circuit voltage that is a state quantity, from a charging/discharging current and a terminal voltage detected by the charging/discharging current detection means 2 and the terminal voltage detection means 3 on the basis of at least a detection error caused by an offset of the charging/discharging current detection means 2 and a current detection means/battery/model MSB having the open circuit voltage of the battery 1 as the state quantity; and charging rate estimation means 5 for determining a charging rate SOC of the battery 1 from the open circuit voltage OCV estimated by the state estimation means 4.

Description

本発明は、電気自動車等に用いるバッテリの充電率を推定するバッテリの充電率推定装置に関する。   The present invention relates to a battery charge rate estimation apparatus for estimating a charge rate of a battery used in an electric vehicle or the like.

たとえば、電気自動車やハイブリッド電気自動車などでは、これらの車両を駆動するのに用いられる電気モータへ電力を供給(放電)したり、制動時のエネルギを発電機として機能させる電気モータから、あるいは地上に設置した電源から充電して電気エネルギを蓄積したりするため、リチャージャブル・バッテリ(二次電池)が用いられる。   For example, in an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, electric power is supplied (discharged) to an electric motor used to drive these vehicles, or an electric motor that causes braking energy to function as a generator or on the ground. A rechargeable battery (secondary battery) is used to store electric energy by charging from an installed power source.

この場合、長期にわたってバッテリを最適な状態に保つためには、バッテリの状態、とりわけ充電率(SOC: State of Charge)を常にモニタしてバッテリ・マネージメントを行う必要がある。ところが、バッテリを用いる場合、その充放電・蓄電が化学的作用によるので、間接的にバッテリの状態を推定せざるを得ない。この場合、温度変化の影響等も大きく、バッテリの状態は使用環境や使用履歴で絶えず変化するので、SOCの推定は大変である。
これに対し、バッテリと同様の作用を得る別の手段としてキャパシタが知られているが、キャパシタでは物理的作用により充放電・蓄電を行うため、充放電電流や端子電圧等を測定していればバッテリの状態をほぼ確実に検出できる。しかしながら、キャパシタでは、その容量がバッテリに比べて小さいことから、一部のキャパシタ・トロリー・バス等を除き、圧倒的にバッテリが主電源として用いられている。
そこで、従来から種々のバッテリの充電率を推定する方法が提案されてきている。
In this case, in order to keep the battery in an optimum state for a long period of time, it is necessary to perform battery management by constantly monitoring the state of the battery, particularly the state of charge (SOC). However, when a battery is used, the charge / discharge / storage is due to chemical action, so the state of the battery must be estimated indirectly. In this case, the influence of the temperature change is large, and the state of the battery constantly changes depending on the usage environment and usage history, so it is difficult to estimate the SOC.
On the other hand, a capacitor is known as another means for obtaining the same effect as a battery. However, since a capacitor performs charge / discharge / storage by physical action, if a charge / discharge current, terminal voltage, etc. are measured. The state of the battery can be detected almost certainly. However, since the capacity of the capacitor is smaller than that of the battery, the battery is overwhelmingly used as the main power supply except for some capacitor trolley buses and the like.
Therefore, various methods for estimating the charging rate of various batteries have been proposed.

従来のバッテリの充電率検出方法としては、バッテリの電圧や電流などの出入りを時系列データですべて記録し、これらのデータを用いて電流を時間積分して現時点での電荷を求め、バッテリに充電された電荷の初期値と満充電容量を用いてSOCを求める、逐次状態記録(ブックキーピング)法(電流積分法あるいはクーロン・カウント法ともいう)が知られている。
しかしながら、この方法では、バッテリの状態を常時モニタする必要があること、一度SOCの推定がずれると、以後、誤差が集積して行くので元へ戻るのが難しいこと、また事前に多数の実験データを取得しておく必要があること、などから、別の方法が提案されている。
As a conventional method for detecting the charging rate of a battery, the battery voltage and current are all recorded in time-series data, and the current is time-integrated using these data to determine the current charge, and the battery is charged. A sequential state recording (bookkeeping) method (also referred to as a current integration method or a Coulomb count method) is known in which the SOC is calculated using the initial value of the generated charge and the full charge capacity.
However, with this method, it is necessary to constantly monitor the state of the battery, and once the SOC estimate deviates, it is difficult to return to the original state because errors accumulate thereafter. Another method has been proposed from the fact that it is necessary to obtain.

別の方法としては、バッテリ・モデルを作成しカルマン・フィルタを用いてモデルのパラメータや状態量としての開放電圧等を逐次更新してその都度開放電圧を推定することで、これから充電率を推定し、バッテリの状態を常時モニタすることを不要とし、一端、充電率の推定がずれてもその後の充電率の推定精度に悪影響が及ばないようにしてバッテリの状態を推測できるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Another method is to create a battery model and use the Kalman filter to update the model parameters and the open circuit voltage as the state quantity one by one and estimate the open circuit voltage each time. In other words, it is unnecessary to constantly monitor the battery status, and even if the estimation of the charging rate is deviated, the estimation of the battery status can be estimated without adversely affecting the estimation accuracy of the subsequent charging rate. (For example, refer to Patent Document 1).

特公表2004−514249号公報Japanese Patent Publication No. 2004-514249

しかしながら、上記従来のバッテリの充電率推定方法には以下に説明するような問題がある。
すなわち、上記従来技術では、カルマン・フィルタのカルマン・ゲインによるフィードバックを行うモデルをバッテリ・モデルのみで構成している。
一方、上記バッテリ・モデルと実バッテリに対する入力信号としてのバッテリの電流を検出するには、電流センサを用いるが、電流センサには電流検出誤差(とりわけオフセット誤差)の発生を避けることができない場合が多々あり、この場合、せっかくカルマン・フィルタを利用しても、カルマン・フィルタに入力される検出電流に電流センサでのオフセット誤差があると、カルマン・フィルタを利用したバッテリの充電率の推定精度が低下してしまい、この結果、バッテリ・マネージメントに悪影響を与えてしまうことになる。
However, the conventional battery charge rate estimation method has the following problems.
That is, in the above-described prior art, a model that performs feedback based on the Kalman gain of the Kalman filter is configured only by the battery model.
On the other hand, a current sensor is used to detect the battery current as an input signal to the battery model and the actual battery. However, in some cases, current detection errors (particularly offset errors) cannot be avoided in the current sensor. In this case, even if the Kalman filter is used, if there is an offset error in the current sensor in the detected current input to the Kalman filter, the estimation accuracy of the battery charge rate using the Kalman filter is increased. Resulting in a negative impact on battery management.

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、電流センサに電流検出のオフセット誤差がある場合でも、そのオフセット誤差に起因してバッテリの充電率の推定精度が低下するのを抑制することができるバッテリの充電率推定装置を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problem, and the object of the present invention is to estimate the battery charge rate accuracy due to the offset error even if the current sensor has an offset error of current detection. An object of the present invention is to provide a battery charging rate estimation device capable of suppressing the decrease.

本発明のバッテリの充電率推定装置は、
バッテリの充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、
バッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
少なくとも充放電電流検出手段のオフセットによる電流検出誤差とバッテリの開放電圧とを状態量として有する充放電電流検出手段・バッテリ・モデルに基づき充放電電流検出手段で検出した充放電電流と端子電圧検出手段で検出した端子電圧から状態量である開放電圧を推定する状態推定手段と、
状態推定手段で推定した開放電圧からバッテリの充電率を求める充電率推定手段と、
を備えたことを特徴とする。
The battery charging rate estimation device of the present invention is
Charge / discharge current detecting means for detecting the charge / discharge current of the battery;
Terminal voltage detecting means for detecting the terminal voltage of the battery;
Charge / discharge current detection means and terminal voltage detection means detected by charge / discharge current detection means based on charge / discharge current detection means / battery model having at least current detection error due to offset of charge / discharge current detection means and battery open voltage as state quantities State estimation means for estimating an open circuit voltage, which is a state quantity, from the terminal voltage detected at
Charging rate estimating means for obtaining the charging rate of the battery from the open circuit voltage estimated by the state estimating means;
It is provided with.

本発明のバッテリの充電率推定装置にあっては、少なくとも開放電圧を状態量とする従来技術のバッテリ・モデルに加えて、充放電電流検出手段のオフセットによる検出誤差を状態量とする充放電電流検出手段モデルを設けた充放電電流検出手段・バッテリ・モデルを有する状態推定手段を構築し、その充放電電流検出手段・バッテリ・モデルに基づき、入力としての充放電電流と出力としての端子電圧から、状態推定手段が少なくとも開放電圧を含む状態量を推定するようにした。そして、状態推定手段で推定した開放電圧から充電率推定手段にてバッテリの充電率を求めるようにした。   In the battery charge rate estimation device of the present invention, in addition to the battery model of the prior art having at least an open-circuit voltage as a state quantity, the charge / discharge current having a detection error due to an offset of the charge / discharge current detection means as a state quantity A state estimation means having a charge / discharge current detection means / battery model provided with a detection means model is constructed, and based on the charge / discharge current detection means / battery model, from the charge / discharge current as an input and the terminal voltage as an output The state estimation means estimates the state quantity including at least the open circuit voltage. Then, the charging rate of the battery is obtained by the charging rate estimating unit from the open circuit voltage estimated by the state estimating unit.

したがって、本発明のバッテリの充電率推定装置では、電流センサに電流検出のオフセット誤差がある場合にも、状態推定手段がオフセット誤差を有する充放電電流検出手段の充放電電流検出手段モデルとバッテリのバッテリ・モデルとを含む充放電電流検出手段・バッテリ・モデルを用いて状態量である開放電圧を推定するように構成したので、充放電電流検出手段のオフセット誤差に起因してバッテリの充電率の推定精度が低下するといった不具合を抑えることができる。   Therefore, in the battery charge rate estimation device of the present invention, even when the current sensor has an offset error of current detection, the state estimation unit has a charge / discharge current detection unit model of the charge / discharge current detection unit having the offset error and the battery The charge / discharge current detection means including the battery model is configured to estimate the open-circuit voltage, which is a state quantity, using the battery model, so the charge rate of the battery is caused by the offset error of the charge / discharge current detection means. It is possible to suppress problems such as a decrease in estimation accuracy.

本発明の実施例1のバッテリの充電率推定装置およびこの装置が接続されるバッテリの構成関係を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural relationship of the battery charge rate estimation apparatus of Example 1 of this invention, and the battery to which this apparatus is connected. 実施例1のバッテリの充電率推定装置とバッテリと間の信号の流れを示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the flow of the signal between the charge rate estimation apparatus of the battery of Example 1, and a battery. 図2のバッテリの充電率推定装置で用いられるバッテリ・モデルを状態方程式で表わした場合のバッテリ等価回路モデルを示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a battery equivalent circuit model in a case where a battery model used in the battery charging rate estimation apparatus of FIG. 2 is represented by a state equation. 図1、2のバッテリの充電率推定装置で用いられる状態推定部を構成する状態量算出部やカルマン・ゲイン算出部の関係を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the relationship of the state quantity calculation part and Kalman gain calculation part which comprise the state estimation part used with the charging rate estimation apparatus of the battery of FIGS. 図1、図4のバッテリの充電率推定装置で用いられるカルマン・ゲイン算出部の構成を示すブロック線図である。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a Kalman gain calculation unit used in the battery charge rate estimation device of FIGS. 1 and 4. 図1のバッテリの充電率推定装置で用いられる状態量算出部の構成を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the structure of the state quantity calculation part used with the charging rate estimation apparatus of the battery of FIG. 従来技術であるバッテリ・モデルのみを用いたバッテリの充電率推定装置と、電流センサ・モデルおよびバッテリ・モデルを用いた実施例1のバッテリの充電率推定装置と、の充電率推定結果を比較した図であり、同図中、(a)は充放電電流真値と充放電電流検出値との比較結果を示す図、(b)は充電率真値と充電率推定値との比較結果を示す図、(c)は推定誤差の大きさを示す図である。The charge rate estimation results of the battery charge rate estimation device using only the battery model of the prior art and the battery charge rate estimation device of Example 1 using the current sensor model and the battery model were compared. It is a figure, (a) is a figure which shows the comparison result of charging / discharging electric current value, and charging / discharging electric current detection value in the same figure, (b) is a figure which shows the comparison result of charging rate true value and charging rate estimated value (C) is a figure which shows the magnitude | size of an estimation error.

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。     Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.

図1、図2に、実施例1のバッテリ1の充電率推定装置およびこの装置が接続されるバッテリ1の構成関係およびそれらの信号の流れを示す。
実施例1のバッテリ1の充電率推定装置は、電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両に用いられる。このような車両には、車両を駆動する図示しない電気モータ、バッテリ1、これらのコントローラ(図示せず)が搭載され、車両駆動時にはバッテリ1から電気モータへ電力を供給(放電)したり、制動時には電気モータを発電機として機能させそのとき得た制動エネルギを電気エネルギとしてバッテリ1へ回収(充電)したり、あるいは地上に設置した電源からバッテリ1に充電したりする。充電率推定装置は、このような充放電電流のバッテリ1への出入りをバッテリ1の充電率推定装置でモニタし、バッテリ1の状態の一つである充電率を推定するものである。
FIG. 1 and FIG. 2 show the structural relationship of the charging rate estimation device for the battery 1 and the battery 1 to which this device is connected, and the flow of those signals, according to the first embodiment.
The charging rate estimation device for the battery 1 according to the first embodiment is used for vehicles such as electric vehicles and hybrid electric vehicles. Such a vehicle is equipped with an electric motor (not shown) that drives the vehicle, a battery 1, and a controller (not shown), and when the vehicle is driven, power is supplied (discharged) from the battery 1 to the electric motor, or braking is performed. Sometimes, the electric motor functions as a generator, and the braking energy obtained at that time is collected (charged) into the battery 1 as electric energy, or the battery 1 is charged from a power supply installed on the ground. The charging rate estimation device monitors the charging / discharging current in and out of the battery 1 with the charging rate estimation device of the battery 1 and estimates the charging rate which is one of the states of the battery 1.

まず、バッテリ1の充電率推定装置の全体構成につき説明する。
実施例1のバッテリ1の充電率推定装置は、図1、2に示すように、電流センサ2、電圧センサ3、状態推定部4および充電率算出部5を有し、電流センサ2および電圧センサ3を介してバッテリ1に接続される。なお、状態推定部4および充電率算出部5は、本実施例では、車載のマイクロコンピュータにて構成される。
First, the overall configuration of the charging rate estimation device for the battery 1 will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the battery 1 charging rate estimation apparatus according to the first embodiment includes a current sensor 2, a voltage sensor 3, a state estimation unit 4, and a charging rate calculation unit 5. 3 is connected to the battery 1 through 3. In addition, the state estimation part 4 and the charge rate calculation part 5 are comprised by the vehicle-mounted microcomputer in a present Example.

バッテリ1は、本実施例にあっては、リチャージャブル・バッテリ、たとえばリチウム・イオン・バッテリを用いるが、これに限られることはなく、ニッケル・水素バッテリ等、他の種類のバッテリを用いてもよいことは言うまでもない。   In this embodiment, the battery 1 uses a rechargeable battery, for example, a lithium ion battery, but is not limited to this, and other types of batteries such as a nickel-hydrogen battery may be used. Needless to say.

電流センサ2は、バッテリ1から電気モータ等へ電力を供給する場合の放電電流の大きさ、および制動時に電気モータを発電機として機能させて制動エネルギの一部を回収したり地上の電源設備から充電したりする場合の充電電流の大きさを検出するもので、そこで検出した充放電電流値ISは入力信号として状態検出部4へ入力される。
電圧センサ3は、バッテリ1の端子間の電圧を検出するもので、そこで検出した端子電圧値Vは状態推定部4へ入力され、状態推定部4でカルマン・ゲイン算出のためのバッテリ1の出力信号として利用される。
なお、電流センサ2、電圧センサ3は、種々の構造・形式のものを適宜採用でき、またそれぞれ本発明の充放電電流検出手段、端子電圧検出手段に相当する。
The current sensor 2 collects a part of the braking energy by supplying the electric motor from the battery 1 to the electric motor or the like, and makes the electric motor function as a generator at the time of braking. The charging / discharging current value I S detected there is input to the state detection unit 4 as an input signal.
The voltage sensor 3 detects the voltage between the terminals of the battery 1, and the detected terminal voltage value V is input to the state estimation unit 4, and the state estimation unit 4 outputs the battery 1 for calculating Kalman gain. Used as a signal.
The current sensor 2 and the voltage sensor 3 can be appropriately employed in various structures and types, and correspond to the charge / discharge current detection means and the terminal voltage detection means of the present invention, respectively.

状態推定部4は、観察器としてのカルマン・フィルタKFで構成する。すなわち、状態推定部4は、電流センサ2のオフセット検出誤差とバッテリ1の開放電圧と端子電圧を状態量として有する電流センサ・バッテリ・モデルMSBからなる状態量算出部4Aを有し、この状態量算出部4Aで用いる入力の重みを修正するカルマン・ゲインLの大きさを決めるためのカルマン・ゲイン算出部4Bが設けられている。   The state estimation unit 4 includes a Kalman filter KF as an observer. That is, the state estimation unit 4 includes a state quantity calculation unit 4A including a current sensor battery model MSB having the offset detection error of the current sensor 2, the open-circuit voltage of the battery 1, and the terminal voltage as state quantities. A Kalman gain calculation unit 4B for determining the magnitude of the Kalman gain L for correcting the input weight used in the calculation unit 4A is provided.

状態推定部4は、電流センサ2と電圧センサ3とでそれぞれ検出した充放電電流値Iと端子電圧値Vとから上記電流センサ・バッテリ・モデルMSBに基づき状態量である開放電圧値OCV^と端子電圧値V^を推定するよう構成されている。この状態推定部4の詳細構成については、後で説明する。
状態推定部4で推定した状態量の一つであるバッテリ1の開放電圧値OCV^は、充電率算出部5へと出力される。
なお、状態推定部4、電流センサ・バッテリ・モデルは、それぞれ本発明の状態推定手段、充放電電流・バッテリ・モデルに相当する。
The state estimation unit 4 calculates an open-circuit voltage value OCV ^ that is a state quantity based on the current sensor battery model MSB from the charge / discharge current value I and the terminal voltage value V detected by the current sensor 2 and the voltage sensor 3 respectively. The terminal voltage value V ^ is configured to be estimated. The detailed configuration of the state estimation unit 4 will be described later.
The open-circuit voltage value OCV ^ of the battery 1 that is one of the state quantities estimated by the state estimation unit 4 is output to the charge rate calculation unit 5.
The state estimation unit 4 and the current sensor / battery model correspond to the state estimation unit and the charge / discharge current / battery model of the present invention, respectively.

充電率算出部5は、開放電圧値(OCV)と充電率(SOC)との関係が温度や電池の劣化に影響されにくいことから、これらの関係を予め実験等で求めて得た結果を、たとえばテーブル表として記憶している。そして、このテーブル表に基づき、状態推定部4で推定した開放電圧推定値OCV^からバッテリ1の充電率SOCを推定する。   Since the charge rate calculation unit 5 is less susceptible to temperature and battery deterioration because the relationship between the open circuit voltage value (OCV) and the charge rate (SOC), the results obtained by obtaining these relationships in advance through experiments, etc. For example, it is stored as a table. Based on this table, the charging rate SOC of the battery 1 is estimated from the open-circuit voltage estimated value OCV ^ estimated by the state estimating unit 4.

次に、上記状態推定部4の詳しい構成につき、以下に説明する。
状態推定部4は、カルマン・フィルタKFで構成する。
カルマン・フィルタでは、対象となるシステムのモデルを設計し、このモデルと実システムに同一の入力信号を入力し、その場合の両者の出力を比較してそれらに誤差があれば、この誤差にカルマン・ゲインLをかけてモデルへフィードバックすることで、両者の誤差が最小になるようにモデルを修正する。これを繰り返すことで、真の内部状態量を推定する。
なお、カルマン・フィルタにあっては、観測雑音が正規性白色雑音であるとの仮定を置く。したがって、この場合、システム・パラメータが確率変数となるため、真のシステムは確率システムとなる。そこで、観測値が線形回帰モデルで記述され、逐次パラメータ推定問題は状態空間表現を用いて定式化でき、逐次状態を記録せずとも、時変パラメータを推定することができる。このようにして、対象とする動的システムの入出力データの測定値から、所定の目的のもとで、対象と同一であるということを説明できるような数学モデルが作成可能、すなわち、システム同定が可能となる。
Next, a detailed configuration of the state estimation unit 4 will be described below.
The state estimation unit 4 includes a Kalman filter KF.
In the Kalman filter, a model of the target system is designed, and the same input signal is input to this model and the actual system. -Applying the gain L and feeding back to the model corrects the model so that the error between them is minimized. By repeating this, the true internal state quantity is estimated.
In the Kalman filter, it is assumed that the observed noise is normal white noise. Therefore, in this case, since the system parameter is a random variable, the true system is a stochastic system. Therefore, the observed values are described in a linear regression model, the sequential parameter estimation problem can be formulated using state space representation, and the time-varying parameter can be estimated without recording the sequential state. In this way, a mathematical model can be created from the measured values of the input / output data of the target dynamic system to explain that it is the same as the target for a predetermined purpose, that is, system identification Is possible.

そして、カルマン・フィルタの設計にあたっては、推定対象となるシステムを以下の状態方程式で表現しなければならない。
dx/dt = Ax + Bu (式1)
y = Cx + Du (式2)
ここで、xはシステムの状態ベクトル(パラメータである状態量を表わす)、uはシステムへの入力ベクトル、yは出力ベクトル、A、B,C,Dはシステムのダイナミックスを記述する行列であり、それぞれシステム行列、入力行列、出力行列、伝達行列であり、d/dtは時間微分である。
In designing the Kalman filter, the system to be estimated must be expressed by the following equation of state.
dx / dt = Ax + Bu (Formula 1)
y = Cx + Du (Formula 2)
Here, x is a system state vector (representing a state quantity as a parameter), u is an input vector to the system, y is an output vector, and A, B, C, and D are matrices describing system dynamics. Are a system matrix, an input matrix, an output matrix, and a transfer matrix, respectively, and d / dt is a time derivative.

本実施例では、状態推定部4で用いるモデルを以下のように設定する。
すなわち、従来のカルマン・フィルタ6にあっては、図2に示すように、対象とするシステムのモデルをバッテリ・モデルMBだけで構成していたのに対し、実施例1のカルマン・フィルタKFを用いるモデルでは、従来のバッテリ・モデルMBに加え、このモデルMBに、オフセット誤差を含む電流センサ2の電流センサ・モデルMSを追加して、電流センサ・バッテリ・モデルMSBを構成している。
In this embodiment, the model used in the state estimation unit 4 is set as follows.
That is, in the conventional Kalman filter 6, as shown in FIG. 2, the model of the target system is configured only by the battery model MB, whereas the Kalman filter KF of Example 1 is used. In the model to be used, in addition to the conventional battery model MB, the current sensor model MSB of the current sensor 2 including the offset error is added to the model MB to configure the current sensor battery model MSB.

バッテリ・モデルMBは、バッテリ等価回路モデルで表わすことができる。この等価回路モデルとしては、本実施例では図3に示すフォスタ型RC梯子回路(ただし1次の並列回路のみ)を用いる。すなわち、この回路は、バッテリ1の電解液抵抗と結線によるオーム抵抗等の直流成分を設定するバスク抵抗(R)に、抵抗(R:ファラデー・インピーダンスでありバッテリ1中の電荷移動過程における動的振る舞いを表す反応抵抗として設定)とコンデンサ(C:非ファラデー・インピーダンスであり電気二重層を表わすものとして設定)の並列回路を接続したものである。また、同図中には、開放電圧を表わすコンデンサCOCVの開放電圧値をOCV、端子電圧値をVで、また上記並列回路で発生する過電圧値をVでそれぞれ表示してある。端子電圧値Vは、開放電圧値OCVと過電圧V値との合計に等しくなる。 The battery model MB can be represented by a battery equivalent circuit model. As this equivalent circuit model, a Foster-type RC ladder circuit shown in FIG. 3 (only a primary parallel circuit) is used in this embodiment. That is, in this circuit, a resistance (R 1 : Faraday impedance) is set in a basque resistance (R 0 ) for setting a direct current component such as an ohmic resistance due to the electrolyte resistance and connection of the battery 1. A parallel circuit of a capacitor (set as a reaction resistance representing dynamic behavior) and a capacitor (C 1 : set as a non-Faraday impedance and representing an electric double layer) is connected. Further, in the figure, OCV open circuit voltage value of the capacitor C OCV representing the open circuit voltage, a terminal voltage value at V, also are respectively displayed overvoltage value generated in the parallel circuit V 1. The terminal voltage value V is equal to the sum of the open-circuit voltage value OCV and the overvoltage V value 1 .

このバッテリ・モデルMBでは、上記(式1)、(式2)における行列A,B,C,Dの値は次のようになる。

Figure 2012057964
ただし、状態ベクトルx=[過電圧値 開放電圧値]、入力は充放電電流検出値I(充電をプラス、放電をマイナスにとる)、出力は端子電圧値Vである。なお、上記式中、行列の右上の添え字Tは、その行列の転置を意味する。 In this battery model MB, the values of the matrices A, B, C, and D in (Equation 1) and (Equation 2) are as follows.
Figure 2012057964
However, the state vector x = [overvoltage value, open-circuit voltage value] T , the input is the charge / discharge current detection value I (plus charge and minus minus discharge), and the output is the terminal voltage value V. In the above formula, the subscript T on the upper right of the matrix means transposition of the matrix.

ここで、本実施例では、バッテリ・モデルMBの前に、オフセット誤差を有する電流センサ・モデルMSを追加しているため、状態ベクトルxは、従来の[過電圧値 開放電圧値]とIOS(オフセットによる検出誤差)で構成されるものとする。また、本実施例ではオフセットによる検出誤差IOSは一定であるとする。また、入力、出力は上記と同一である。 Here, in the present embodiment, since the current sensor model MS having an offset error is added before the battery model MB, the state vector x is the conventional [overvoltage value open voltage value] T and I OS. (Detection error due to offset). In this embodiment, it is assumed that the detection error I OS due to the offset is constant. The input and output are the same as described above.

図2のブロック線図に戻ると、電流センサ・モデルMSでは、電流センサ2からの充放電電流検出値I(バッテリ1の実充放電電流値Iに電流センサ2でのオフセットによる検出誤差iOSが入っている)と、電流センサ・モデルMSで設定するオフセット誤差IOSとが減算器40に入力されて、前者から後者を減算するように構成している。本実施例ではオフセット誤差IOSが一定であるとしているので、オフセット誤差IOSは、初期値0で始まり、1/s(sはラブラス演算子)で積分するステップ関数で得ている。この積分にあっては積分定数を掛けてもよいことは言うまでもない。 Returning to the block diagram of FIG. 2, in the current sensor model MS, the charge / discharge current detection value I S from the current sensor 2 (the detection error i due to the offset in the current sensor 2 to the actual charge / discharge current value I of the battery 1). And the offset error I OS set by the current sensor model MS is input to the subtractor 40, and the latter is subtracted from the former. Since the offset error I OS is assumed to be constant in this embodiment, the offset error I OS is obtained by a step function that starts with an initial value 0 and integrates with 1 / s (s is a Labruss operator). Needless to say, this integration may be multiplied by an integral constant.

一方、バッテリ・モデルMBでは、電流センサ・モデルMSの減算器から出力された電流値(I−IOS)に行列Bが掛けられて、加算器41に入力される。
これとは別に、電流センサ・モデルMSの減算器から出力された電流値(I−IOS)には、行列Dが掛けられて加算器42に入力される。
この加算器42からの出力yは、電流センサ・バッテリ・モデルMSBで推定した推定端子電圧値V^であり、減算器43に入力され、ここで、電圧センサ3で検出した端子電圧値Vから推定端子電圧値V^が減算される。これにより、バッテリ1の端子電圧値Vとモデルでの推測端子電圧値V^と誤差εが得られ、この誤差εにカルマン・ゲインLが掛け算されて加算器42に入力される。なお、記号^は推定を表し、本明細書中では便宜上、図中での表記と異なり、右にずらして記載する。
On the other hand, in the battery model MB, the current value (I S −I OS ) output from the subtracter of the current sensor model MS is multiplied by the matrix B and input to the adder 41.
Separately, the current value (I S −I OS ) output from the subtracter of the current sensor model MS is multiplied by the matrix D and input to the adder 42.
The output y from the adder 42 is an estimated terminal voltage value V ^ estimated by the current sensor / battery model MSB, and is input to the subtractor 43, where the output voltage y is detected from the terminal voltage value V detected by the voltage sensor 3. The estimated terminal voltage value V ^ is subtracted. As a result, the terminal voltage value V of the battery 1, the estimated terminal voltage value V ^ in the model, and the error ε are obtained, and this error ε is multiplied by the Kalman gain L and input to the adder 42. Note that the symbol ^ represents estimation, and in the present specification, for the sake of convenience, it is shifted to the right, unlike the notation in the figure.

加算器41には、さらに後述する第3の信号が入力されて、これら3つの入力が加算されて出力される。この出力は積分されて状態量x(=推定開放電圧値OCV^)となり、この値にはさらに行列Aが掛けられて第3の信号となる。これとは別に、状態量xには行列Cが掛けられて得た値に、電流値(I−IOS)に行列Dを掛けた値が、加算器43にて加算され、出力yを得るようにしてある。 The adder 41 further receives a third signal, which will be described later, and adds and outputs these three inputs. This output is integrated into a state quantity x (= estimated open-circuit voltage value OCV ^), and this value is further multiplied by a matrix A to become a third signal. Separately, the value obtained by multiplying the state quantity x by the matrix C and the value obtained by multiplying the current value (I S −I OS ) by the matrix D are added by the adder 43, and the output y is obtained. To get.

したがって、電流検出値Iを電流センサ・バッテリ・モデルMSBに入力した場合、バッテリの状態方程式は、A,B,Cの各行列が(式1)、(式2)から変わって(行列Dは同一)以下のように表わせる。

Figure 2012057964
ここで、このモデルでの状態ベクトルxは、従来のx(=[過電圧値 開放電圧値])とIOS(オフセット誤差)で構成されるとしている。 Therefore, if you enter the current detection value I S to the current sensor Battery model MSB, the equation of state of the battery, A, B, each matrix of C is (Formula 1), changes from (equation 2) (matrix D Can be expressed as follows:
Figure 2012057964
Here, the state vector x in this model is assumed to be composed of conventional x (= [overvoltage value, open voltage value] T ) and I OS (offset error).

これにより、本実施例では、以下の式では、A,B,C,Dは、下記に示す、(式7)中の新しい行列のA,B,C,Dを用いてカルマン・フィルタKFを設計することになる。
すなわち、

Figure 2012057964
を用いることになる。 Thus, in this embodiment, in the following equation, A, B, C, and D are expressed as follows, using the new matrix A, B, C, and D in (Equation 7), and the Kalman filter KF: To design.
That is,
Figure 2012057964
Will be used.

以上で説明したカルマン・フィルタKFの上記状態方程式を説明してきたが、(式1)、(式2)は連続系で記述してあるので、これらを、以下のように、サンプリング時間をTとして0次ホールドで離散化する。
なお、下記式において、添え字kはサンプリングの順番となる番号、uはk番目における入力データ(本実施例では検出電流値I)、yはk番目における出力データ(本実施例では端子電圧推測値V^)、Σx,kはk番目における時前推定誤差共分散値、Σx,kはk番目における時後推定誤差共分散値、Lはk番目におけるカルマン・ゲイン、Σはプロセス・ノイズ、Σは観測ノイズ、^は推定値、は時前推定、+は時後推定、εはk番目における検出出力と推定出力の誤差(すなわち、本実施例では端子電圧検出値と端子電圧予測値の誤差)を、それぞれ表す。ただし、カルマン・フィルタKFを用いるにあたって、εは平均値0、正規性白色雑音であり、またプロセス・ノイズと観測ノイズは互いに独立であると仮定してある。なお、上記記号中、^、 、 + の各記号については、記載上、明細書では図中での使用とは異なり、右側へずらした位置に記載する。
The above equation of state of the Kalman filter KF explained above has been explained. Since (Equation 1) and (Equation 2) are described in a continuous system, the sampling time is T as follows. Discretizes with 0th-order hold.
In the equation below, the subscript k is the order of the sampling number, u k is the input data in the k-th (detected current value I S in this embodiment), y k is the output data (the example in the k-th terminal voltage estimated value V ^), Σ - x ~ , k is pre-estimated error covariance value when the k-th, sigma + x ~, k is the estimated error covariance value after a time in the k-th, in L k is the k-th Kalman gain, Σ V is process noise, Σ W is observation noise, ^ is an estimated value, is an estimation before time, + is an estimation after time, ε k is an error between the detection output and the estimation output at the k th (ie, In this embodiment, an error between the terminal voltage detection value and the terminal voltage prediction value is expressed respectively. However, when using the Kalman filter KF, ε k is an average value of 0, normal white noise, and process noise and observation noise are assumed to be independent from each other. In addition, in the above symbols, the symbols ^, ˜ , , + are described at the positions shifted to the right in the specification, unlike the use in the drawings.

離散化したカルマン・フィルタKFの状態方程式は、以下のように表わすことができる。

Figure 2012057964
The state equation of the discrete Kalman filter KF can be expressed as follows.
Figure 2012057964

上記(式8)、(式9)中のA,B,C,Dは、それぞれ以下のようになる。

Figure 2012057964
なお、上記(式10)、(式11)中におけるeATは、状態遷移マトリクスである。ここで、eは自然数、Tは入出力信号のサンプリング周期(行列やベクトルの転置を表す上付き添え字Tとは異なる)である。 A k , B k , C k , and D k in the above (formula 8) and (formula 9) are as follows.
Figure 2012057964
The above equation (10), e AT in the equation (11) is a state transition matrix. Here, e is a natural number, and T is a sampling period of the input / output signal (different from the superscript T representing the transposition of a matrix or a vector).

したがって、カルマン・フィルタKFの状態方程式は、以下のように表される。

Figure 2012057964
これらの式(式14)〜(式17)は状態量を推定するための式である。
これらの式により、状態推定部4は、図4のブロック線図にて表わすことができる。また、状態推定部4の状態量算出部4Aは、図6のブロック線図にて表すことができる。これらのブロック線図については後で説明する。 Therefore, the state equation of the Kalman filter KF is expressed as follows.
Figure 2012057964
These formulas (formula 14) to (formula 17) are formulas for estimating the state quantity.
From these equations, the state estimation unit 4 can be represented by the block diagram of FIG. Further, the state quantity calculation unit 4A of the state estimation unit 4 can be represented by the block diagram of FIG. These block diagrams will be described later.

また、このときk番目の事前推定、事後推定での推定誤差共分散値およびカルマン・ゲインは以下の式で表わされる。

Figure 2012057964
これらの式(式18)〜(式20)により、カルマン・ゲイン算出部4Bのブロック線図は、図5のように表すことができる。このブロック線図については後で説明する。 At this time, the estimation error covariance value and the Kalman gain in the k-th prior estimation and post-estimation are expressed by the following equations.
Figure 2012057964
From these equations (Equation 18) to (Equation 20), the block diagram of the Kalman gain calculation unit 4B can be expressed as shown in FIG. This block diagram will be described later.

以上のように、カルマン・フィルタKFを用いた状態量の推定は、(式14)〜(式20)と図3のバッテリ等価モデルの状態方程式(式7)により、状態推定部4(状態量算出部4Aとカルマン・ゲイン算出部4Bを有する)にて行うが、このブロック線図を図4に示す。   As described above, the estimation of the state quantity using the Kalman filter KF is performed by the state estimation unit 4 (state quantity) based on (Equation 14) to (Equation 20) and the state equation (Equation 7) of the battery equivalent model of FIG. The calculation unit 4A and the Kalman gain calculation unit 4B are provided), and this block diagram is shown in FIG.

図4に示すように、状態量算出部4にあっては、後述するカルマン・ゲイン算出部4Bからカルマン・ゲインLが算出されて乗算器8へ出力される。
乗算器8には、電圧センサ3で検出された端子電圧検出値Vから状態量算出部4Aで推定した端子電圧推定値V^が減算されて得た誤差εが入力され、カルマン・ゲインLとかけ合わされ、状態量算出部4Aに入力される。
このカルマン・ゲイン算出部4Bについては、後で図5を用いて説明する。
As shown in FIG. 4, in the state quantity calculation unit 4, a Kalman gain L k is calculated from a Kalman gain calculation unit 4 < / b> B, which will be described later, and is output to the multiplier 8.
An error ε k obtained by subtracting the terminal voltage estimated value V ^ estimated by the state quantity calculation unit 4A from the terminal voltage detected value V detected by the voltage sensor 3 is input to the multiplier 8, and the Kalman gain L k is multiplied and input to the state quantity calculation unit 4A.
The Kalman gain calculation unit 4B will be described later with reference to FIG.

一方、状態量算出部4Aには、電流センサ2で検出した充放電電流検出値Iと、乗算器8で得た端子電圧検出値と端子電圧推定値との誤差εにカルマン・ゲインLを掛けた積算値と、が入力され、後で図6を用いて説明する算出方法で開放電圧推定値OCV^と端子電圧推定値V^を推定する。 On the other hand, the state quantity calculation unit 4A, and the charge and discharge current detection value I S detected by the current sensor 2, the error epsilon k Kalman gain L between the terminal voltage detection value and the terminal voltage estimation value obtained in the multiplier 8 The integrated value multiplied by k is input, and the open circuit voltage estimated value OCV ^ and the terminal voltage estimated value V ^ are estimated by the calculation method described later with reference to FIG.

次に、カルマン・ゲイン算出部4Bにおけるカルマン・ゲインLの推定は、(式18)〜(式20)により行なわれ、そのブロック線図を図5に示す。
同図に示すように、加算器10には、プロセス・ノイズΣに、遅延器12の出力であるk番目の一つ前(k-1番目)の推定誤差共分散値Σ ,k−1 に係数倍器13、14にてA、A を掛けた値が加算され、k番目の時前推定としての推定誤差共分散値Σx ,k として出力される(式18)。
乗算器11では、減算器15で充放電電流検出値ISからカルマン・ゲインLに行列Cを掛けた積算値が減算されて得た減算値に、加算器10から出力された推定誤差共分散値Σx ,k が、掛け合わされ、k番目の時後推定としての推定誤差共分散値Σx ,k が得られる(式19)。この推定誤差共分散値xΣ ,k は、Z変換による遅延器12(Z−1を掛ける)でk番目の一つ前(k-1番目)の推定誤差共分散値Σx ,k−1 を得る。この推定誤差共分散値Σx ,k−1 は、上記のように係数倍器13、14で、それぞれ行列Aおよびこの転置行列A が掛けられた後、この乗算値が加算器10に入力される。
Next, the estimation of the Kalman gain L k in the Kalman gain calculation unit 4B is performed by (Equation 18) to (Equation 20), and its block diagram is shown in FIG.
As shown in the figure, the adder 10 includes the process noise Σ V and the kth previous (k−1) th estimated error covariance value Σ x ˜ , k, which is the output of the delay unit 12. A value obtained by multiplying −1 + by coefficient multipliers 13 and 14 by A k and A k T is added and output as estimated error covariance values Σ x to , k as the k-th previous estimation ( Equation 18).
In the multiplier 11, the estimated error output from the adder 10 is subtracted by the subtractor 15 obtained by subtracting the accumulated value obtained by multiplying the Kalman gain L k by the matrix C k from the charge / discharge current detection value I S. The covariance values Σ x ˜ , k are multiplied to obtain an estimation error covariance value Σ x ˜ , k + as the k-th post-estimation (Equation 19). The estimated error covariance value x sigma ~, k + is (multiplied by Z -1) delay unit 12 by Z conversion k-th previous (k-1 th) estimation error covariance value sigma x ~ a, k-1 is obtained. The estimated error covariance values Σ x ˜ , k−1 are multiplied by the matrix A k and the transposed matrix A k T respectively by the coefficient multipliers 13 and 14 as described above, and then the multiplied value is added. Input to the device 10.

一方、加算器10の出力であるk番目の時前推定としての推定誤差共分散値Σx ,k は、係数倍器16にて転置行列C が掛けられて除算器17に入力されるとともに、係数倍器18にて行列Cが掛けられて得た積算値が加算器19に入力される。この積算値は、加算器19で観測ノイズΣと加算された後、この加算値が除算器17に入力される。除算器17では、係数倍器16からの出力を加算器19からの出力で割算してカルマン・ゲインLとして出力する(式20)。なお、このカルマン・ゲインLは、上述したように、係数倍器20にて行列Cが掛けられて減算器15に入力される。 On the other hand, the estimation error covariance values Σ x ˜ , k as the k-th pre-estimation output from the adder 10 are multiplied by the transposed matrix C k T by the coefficient multiplier 16 and input to the divider 17. In addition, the integrated value obtained by multiplying the matrix C k by the coefficient multiplier 18 is input to the adder 19. The integrated value are summed and observation noise sigma W by the adder 19, the added value is inputted to the divider 17. The divider 17 divides the output from the coefficient multiplier 16 by the output from the adder 19 and outputs the result as a Kalman gain L k (Equation 20). The Kalman gain L k is multiplied by the matrix C k by the coefficient multiplier 20 and input to the subtractor 15 as described above.

次に、状態量算出部4Aにおける状態量算出は、状態量(式14)〜(式17)により行なわれ、そのブロック図を図6に示す。
同図において、入力u(=充放電電流検出値I)は、Z変換による遅延器22にてZ−1を掛けることでk番目の一つ前の(k−1)番目の入力uk−1が得られる。この入力uk−1は乗算器23に入力され、ここで、入力uk−1に行列Bが掛けられてBk−1が得られる。このBk−1は加算器24に入力される。
Next, the state quantity calculation in the state quantity calculation unit 4A is performed by the state quantities (Expression 14) to (Expression 17), and a block diagram thereof is shown in FIG.
In the figure, the input u k (= charge / discharge current detection value I S ) is multiplied by Z −1 by the delay unit 22 by Z conversion to obtain the (k−1) th previous input u of kth. k-1 is obtained. The input u k−1 is input to the multiplier 23, where B k u k−1 is obtained by multiplying the input u k−1 by the matrix B k . This B k u k−1 is input to the adder 24.

加算器24では、さらに、係数倍器26からの出力である推定値Ak−1^が入力されて加算され、k番目の時前推定の状態量x^が得られる(式14)。 なお、上記推定値Ak−1^は、加算器27から出力されたk番目の時後推定の状態量x^(=開放電圧推定値OCV^)に遅延器25でz−1が掛けられることで得られた一つ前の状態量xk−1^に、上記のように係数倍器26で、行列Aが掛けることで得られる。 The adder 24 further receives and adds the estimated value A k x k−1 ^ +, which is the output from the coefficient multiplier 26, and obtains the k- th pre-estimated state quantity x k ^ ( Equation 14). The estimated value A k x k−1 ^ + is converted into the k-th post-estimated state quantity x k ^ + (= open-circuit voltage estimated value OCV ^) output from the adder 27 by the delay unit 25. It is obtained by multiplying the previous state quantity x k-1 ^ + obtained by multiplying by −1 by the matrix A k by the coefficient multiplier 26 as described above.

加算器24での推定状態量x^は、加算器27で、カルマン・ゲイン算出部4Bと乗算器8とで得られた積算値L・εが加算されて、推定状態量x^(=開放電圧推定値OCV^)が得られる(式15)。 The estimated state quantity x k ^ in the adder 24 is added to the accumulated value L k · ε k obtained by the Kalman gain calculating unit 4B and the multiplier 8 in the adder 27 to obtain the estimated state quantity x k ^ + (= open-circuit voltage estimated value OCV ^) is obtained (Expression 15).

一方、加算器24からの出力x^は、係数倍器28にも入力されて行列Cが掛けられてC^が得られる。このC^は加算器30に入力される。この加算器30には、さらに、係数倍器29で入力u(=充放電電流検出値I)に行列Dが掛けられて得たDが入力されて加算され、状態量C^+D、すなわちy^(=端子電圧推定値V^)が得られる(式17)。 On the other hand, the output x k ^ from the adder 24 is also input to the coefficient multiplier 28 and multiplied by the matrix C k to obtain C k x k ^ . This C k x k ^ is input to the adder 30. Further, D k u k obtained by multiplying the input u k (= charge / discharge current detection value I S ) by the matrix D k by the coefficient multiplier 29 is input to the adder 30 and added, and the state quantity is added. C k x k ^ - + D k u k, namely y k ^ (= terminal voltage estimation value V ^) is obtained (equation 17).

以上のように構成したバッテリの充電率推定装置の効果を確認するため、以下の要領でシミュレーションを行った結果を図7に示す。ここで電流真値は、車載するには高価すぎるが、測定精度が非常に高い電流センサを用いて測定することで得ている。
本シミュレーションでは、電流センサ2がオフセット誤差電流0.2A[アンペア]を有するものとした。この結果、電流センサ2での検出電流値Iは電流真値+0.2Aとなる。図7では、左側に従来のカルマン・フィルタ(バッテリ・モデルMBのみを使用)で得られた結果を、右側に本実施例のカルマン・フィルタKF(バッテリ・モデルに電流センサ・モデルを追加したモデルMSBを使用)で得られた結果を示す。
In order to confirm the effect of the battery charge rate estimation apparatus configured as described above, the result of simulation performed in the following manner is shown in FIG. Here, the true current value is too expensive to be mounted on the vehicle, but is obtained by measuring using a current sensor with very high measurement accuracy.
In this simulation, the current sensor 2 has an offset error current of 0.2 A [ampere]. As a result, the detection current value I S at the current sensor 2 becomes the current true value + 0.2 A. In FIG. 7, the result obtained by the conventional Kalman filter (using only the battery model MB) is shown on the left side, and the Kalman filter KF of this embodiment is shown on the right side (a model obtained by adding a current sensor model to the battery model). The results obtained with MSB are shown.

同図(a)は、充放電電流の真値(点線で示す)と検出値(実線で示す)を比較した結果を示す。横軸は時間、縦軸は電流値を示す。従来の装置および本実施例の装置、いずれにも同じ入力(左右の図は等しい)を用いてシミュレーションを行っている。   The figure (a) shows the result of having compared the true value (shown with a dotted line) and detection value (shown with a continuous line) of charging / discharging electric current. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the current value. The simulation is performed using the same input (the left and right figures are the same) for both the conventional apparatus and the apparatus of the present embodiment.

同図(b)は、充電率の真値(点線で示す)と推定値(実線で示す)を比較したものである。横軸は時間、縦軸は充電率を示す。従来のカルマン・フィルタを用いるものでは、充電率推定値が真値より低くなっている。この場合、充電が完了しているにもかかわらず、不足と判定される結果、過充電となってバッテリ1を痛める虞がある。これに対し、本実施例の充電率推定装置では、推定値が真値より高くなっているので、充電不足と判断して過充電を行う心配はない。   FIG. 6B compares the true value (indicated by the dotted line) and the estimated value (indicated by the solid line) of the charging rate. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the charging rate. In the case of using the conventional Kalman filter, the estimated charging rate is lower than the true value. In this case, there is a possibility that the battery 1 may be damaged due to overcharging as a result of being determined to be insufficient even though the charging is completed. On the other hand, in the charging rate estimation apparatus of the present embodiment, the estimated value is higher than the true value, so there is no concern that overcharging will be performed by determining that charging is insufficient.

同図(c)は、充電率の推定誤差(実線で示す)を表したものである。横軸は時間、縦軸は推定誤差を示す。従来のカルマン・フィルタを用いるものでは、推定誤差がマイナスの値になっている。これは、同図(b)で示したように充電率の推定値が真値より小さくなっているからである。これに対し、本実施例のものでは、最初の数十秒はマイナスの値になっているものの、50秒より前の時間以降はプラスの値となっている。これは充電率の推定値が真値より上回っているからである。   FIG. 2C shows the charging rate estimation error (shown by a solid line). The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents estimation error. In the case of using the conventional Kalman filter, the estimation error is a negative value. This is because the estimated value of the charging rate is smaller than the true value as shown in FIG. On the other hand, in the present example, although the first several tens of seconds have a negative value, the time after 50 seconds is a positive value. This is because the estimated value of the charging rate exceeds the true value.

なお、同図(b)、(c)において推測開始の最初の数十秒間は、充電率の推定値や推定誤差が0で始まりその後急激に立ち上がるが、この短い区間は無視して充電率の推測には使用しない。もちろん、この程度の時間であれば実用上、なんら問題ないことは言うまでもない。このように充電率や推定値や推定誤差が0で始まるのは、バッテリ・モデルMBにおける検出誤差推定部分で初期値を0としてあることによる。   In addition, in the same figure (b) and (c), for the first tens of seconds after the start of estimation, the estimated value and estimation error of the charging rate start from 0 and then rise rapidly, but this short interval is ignored and the charging rate is ignored. Not used for guessing. Of course, it is needless to say that there is no problem in practical use at such a time. The reason why the charging rate, the estimated value, and the estimation error start from 0 in this way is that the initial value is set to 0 in the detection error estimation portion in the battery model MB.

以上、説明したように、実施例1のバッテリの充電率推定装置にあっては、以下の効果を得ることができる。
(1)本実施例のバッテリの充電率推定装置にあっては、カルマン・フィルタKFを用いるのに、バッテリ・モデルMBに加え、オフセット誤差を有する電流センサ2をモデル化した電流センサ・モデルMSを設けた電池センサ・バッテリ・モデルMSBを用いたので、電流センサ2に電流検出のオフセット誤差がある場合でも、そのオフセット誤差に起因してバッテリ1の充電率の推定精度が低下するのを抑えることができる。
As described above, in the battery charge rate estimation apparatus according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the battery charge rate estimation apparatus of this embodiment, a current sensor model MS that models the current sensor 2 having an offset error in addition to the battery model MB in order to use the Kalman filter KF. Since the battery sensor / battery model MSB provided with is used, even if the current sensor 2 has an offset error in current detection, the estimation accuracy of the charging rate of the battery 1 is prevented from being lowered due to the offset error. be able to.

(2)また、カルマン・フィルタKFを用いて充電率の推定を行うので、安価かつ容易に開放電圧の推定精度を上げ、この結果、充電率の推定精度をも良くすることができる。 (2) Further, since the charging rate is estimated using the Kalman filter KF, the estimation accuracy of the open circuit voltage can be easily increased at low cost, and as a result, the estimation accuracy of the charging rate can be improved.

以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。   The present invention has been described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and is included in the present invention even when there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention. .

たとえば、バッテリ・モデルとしては、実施例のモデルに限られず、フォスタ型RC梯子回路で拡散過程における動的振る舞いを表すものとして、抵抗とコンデンサの並列回路をさらに複数段直列接続したものを用いてもよい。あるいは、フォスタ型RC梯子回路とは異なるバッテリ・モデル、たとえばカウエル型梯子回路を用いてもよい。   For example, the battery model is not limited to the model of the embodiment, and uses a Foster-type RC ladder circuit that represents the dynamic behavior in the diffusion process, and uses a parallel connection of multiple stages of resistors and capacitors in series. Also good. Alternatively, a battery model different from the Foster type RC ladder circuit, such as a Cowell type ladder circuit, may be used.

本発明のバッテリの充電率推定装置は、リチウム・イオン・バッテリに限らず他の種類のバッテリを対象とすることもでき、また、バッテリも電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両のみならず、地上や構造物に使用するバッテリの充電率の推定にも利用できる。   The battery charging rate estimation device of the present invention is not limited to a lithium ion battery, and can be applied to other types of batteries. The battery is not limited to a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid electric vehicle. It can also be used to estimate the charging rate of batteries used in and structures.

KF カルマン・フィルタ
MSB 電流センサ・バッテリ・モデル(充放電電流検出手段・バッテリ・モデル)
MB バッテリ・モデル
MS 電流センサ・モデル
1 バッテリ
2 電流センサ(充放電電流検出手段)
3 電圧センサ(端子電圧検出手段)
4 状態検出部(状態検出手段)
4A 状態量算出部
4B カルマン・ゲイン算出部
5 充電率算出部(充電率算出手段)
8,11,23 乗算器
9,15 減算器
10,19,24,27,30 加算器
12,22,25 遅延器
17 除算器
13,14,16,18,20,26,28,29 係数倍器
KF Kalman Filter MSB Current Sensor Battery Model (Charge / Discharge Current Detection Means Battery Model)
MB battery model MS current sensor model 1 battery 2 current sensor (charge / discharge current detection means)
3 Voltage sensor (terminal voltage detection means)
4 State detection unit (state detection means)
4A state quantity calculation unit 4B Kalman gain calculation unit 5 charge rate calculation unit (charge rate calculation means)
8, 11, 23 Multiplier 9, 15 Subtractor 10, 19, 24, 27, 30 Adder 12, 22, 25 Delayer 17 Divider 13, 14, 16, 18, 20, 26, 28, 29 Coefficient multiplication vessel

Claims (3)

バッテリの充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、
前記バッテリの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
少なくとも前記充放電電流検出手段のオフセットによる検出誤差と前記バッテリの開放電圧を状態量として有する充放電電流検出手段・バッテリ・モデルに基づき前記充放電電流検出手段で検出した充放電電流と前記端子電圧検出手段で検出した端子電圧から前記状態量である開放電圧を推定する状態推定手段と、
該状態推定手段で推定した開放電圧からバッテリの充電率を求める充電率推定手段と、
を備えたことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
Charge / discharge current detecting means for detecting the charge / discharge current of the battery;
Terminal voltage detecting means for detecting the terminal voltage of the battery;
Charge / discharge current detected by the charge / discharge current detection means based on a charge / discharge current detection means / battery model having at least a detection error due to an offset of the charge / discharge current detection means and an open voltage of the battery as a state quantity and the terminal voltage State estimation means for estimating the open circuit voltage, which is the state quantity, from the terminal voltage detected by the detection means;
Charging rate estimating means for obtaining the charging rate of the battery from the open circuit voltage estimated by the state estimating means;
A battery charge rate estimation device comprising:
請求項1に記載のバッテリの充電率推定装置において、
前記状態推定手段は、カルマン・フィルタである、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
The battery charge rate estimation apparatus according to claim 1,
The state estimating means is a Kalman filter.
An apparatus for estimating a charging rate of a battery.
請求項2に記載のバッテリの充電率推定装置において、
前記カルマン・フィルタは、前記充放電電流検出手段で検出した充放電電流を入力とし、前記充放電電流検出手段で検出した端子電圧を出力として、該端子電圧と前記状態推定手段で推定した端子電圧との誤差とカルマン・ゲインとの積算値を前記状態量の算出にフィードバックする、
ことを特徴とするバッテリの充電率推定装置。
In the battery charging rate estimation device according to claim 2,
The Kalman filter has the charging / discharging current detected by the charging / discharging current detecting means as an input, the terminal voltage detected by the charging / discharging current detecting means as an output, the terminal voltage and the terminal voltage estimated by the state estimating means The integrated value of the error and the Kalman gain is fed back to the calculation of the state quantity.
An apparatus for estimating a charging rate of a battery.
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