JP2013511703A - 蓄電池の誤差補償電流測定を行うための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電流測定の誤差補償方法に関し、とりわけ、自動車の牽引エネルギーを蓄積するための蓄積器として使用される蓄電池の充電状態を求めるための電流測定の誤差補償方法に関する。
本発明では、大きな測定誤差を生じさせることなく、たとえば製造公差が大きい低コストの部品を使用することができる。とりわけ本発明では、たとえば製造公差を補償するために個々の回路を個別に較正する必要なく高い測定精度を実現することができ、とりわけ、本発明の電流測定により、蓄電池に関する充電状態推定の精度を格段に上昇させることができる。この蓄電池に関する充電状態推定は、(とりわけ)分流器を用いた次のような電流測定、すなわち、電流値の積分を行うことにより誤差が積算される電流測定を基礎とする。SOC推定(SOC‐State of Charge)とも称されるこのような充電状態推定はとりわけ、蓄電池(の少なくとも一部)が牽引エネルギーを供給する自動車の残りの一充電走行距離を求めるのに必要である。
本発明の実施例を図面に示し、以下の記述において詳細に説明する。
Claims (10)
- 蓄電池の誤差補償される電流測定を行う方法であって、
モデルベースの推定器によって前記蓄電池の動作パラメータから、時間窓に関する推定電荷量(Qr)であって、該時間窓内に該蓄電池から流れ出て該蓄電池へ供給される該推定電荷量を表す推定電荷量(Qr)を求めるステップと、
前記時間窓中に前記蓄電池へ供給され該蓄電池から流れ出る蓄電池電流(Im)を電流検出センサによって検出するステップと、
前記推定電荷量(Qr)または前記蓄電池電流(Im)の大きさが最大値より小さいゼロ交差時点を検出するステップと、
前記推定電荷量(Qr)または前記蓄電池電流(Im)の大きさが実質的に相対的最大値となる最大値時点、または、該推定電荷量(Qr)または該蓄電池電流(Im)の大きさが最小値を超える最大値時点を検出するステップと、
前記推定電荷量(Qr)と前記検出された蓄電池電流(Im)とを比較することにより、前記ゼロ交差時点における電流測定オフセット誤差を求め、該電流測定オフセット誤差に応じて該蓄電池電流(Im)を補償するステップと、
前記推定電荷量(Qr)と前記検出された蓄電池電流(Im)とを比較することにより、前記最大値時点における電流測定スケーリング誤差を求め、該比較で得られた比較結果から、求められた前記電流測定オフセット誤差を差し引き、該電流測定スケーリング誤差に基づいて該蓄電池電流(Im)を補償するステップと
を有することを特徴とする方法。 - 前記推定電荷量(Qr)を求めるステップにおいて、前記蓄電池の物理的モデルを有する推定器によって前記推定電荷量(Qr)を求め、
前記蓄電池の動作パラメータは、
前記蓄電池電流(Im)と、
検出された前記蓄電池電流(Im)に直接依存せず前記推定電荷量(Qr)に影響する、前記蓄電池の少なくとも1つの別の動作パラメータと
を含み、
前記少なくとも1つの別のパラメータは、
前記蓄電池の蓄電池端子電圧、または、
前記蓄電池の蓄電池温度、または、
前記蓄電池電流(Im)と異なる、前記蓄電池の少なくとも1つの別の動作パラメータ、または、
前記パラメータの組み合わせ
を含む、請求項1記載の方法。 - 前記電流測定スケーリング誤差を補償するステップ、または前記電流測定オフセット誤差を補償するステップ、または両ステップにおいて、
前記電流検出センサの温度または該電流検出センサに接続された蓄電池電流測定装置の温度を検出し、
前記電流検出センサを含み前記蓄電池電流(Im)を検出する前記蓄電池電流測定装置の少なくとも1つの構成要素の温度特性によって予め決定される、前記温度との線形の依存関係で、前記電流測定オフセット誤差および前記電流測定スケーリング誤差の温度誤差成分を求め、
前記温度誤差成分を前記電流測定オフセット誤差と前記電流スケーリング誤差とに加える、
請求項1または2記載の方法。 - 前記補償は、
前記蓄電池電流(Im)から前記電流測定オフセット誤差を差し引くか、若しくは前記電流測定スケーリング誤差を差し引くか、若しくは両誤差を差し引くこと、または、
前記蓄電池電流(Im)に前記電流測定オフセット誤差の逆数を乗算するか、若しくは前記電流測定スケーリング誤差の逆数を乗算するか、若しくは両誤差の逆数を乗算すること、または、
検出された前記蓄電池電流(Im)を補正するための補正誤差を求め、前記電流測定オフセット誤差若しくは前記電流測定スケーリング誤差若しくは該電流測定オフセット誤差と該電流測定スケーリング誤差との和を目標値とするPI制御器の制御量として該補正誤差を制御し、該補正誤差を該PI制御器の制御特性にしたがって、該電流測定オフセット誤差若しくは該電流測定スケーリング誤差若しくは該電流測定オフセット誤差と該電流測定スケーリング誤差との組み合わせに連続的に近づけ、該PI制御器によって決定された補正誤差に応じて前記蓄電池電流(Im)を補正すること
を含む、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。 - 前記推定電荷量(Qr)を求めるステップは、複数の相互に連続する時間窓または複数の相互に隣接する時間窓のうちいずれかの時間窓として前記時間窓を設定することを含み、
前記時間窓はすべて、対応する長さを有し、前記推定電荷量(Qr)は該対応する長さで正規化されるかまたは正規化されず、
または、
前記複数の時間窓の時間窓は異なる長さであり、前記推定電荷量(Qr)は各対応する時間窓の長さの各長さで正規化され、
さらに、
前記時間窓全体にわたって、前記推定電荷量(Qr)若しくは測定された前記蓄電池電流(Im)は実質的に0であるか、
または、
前記推定電荷量(Qr)若しくは測定された前記蓄電池電流(Im)の大きさは実質的に相対的最大値を有するか、または、該推定電荷量(Qr)若しくは該蓄電池電流(Im)の大きさは最小値を超えるか、
または、
前記電流測定オフセット誤差を求めるために、前記時間窓に関連する前記推定電荷量(Qr)を使用せず、かつ、前記電流測定スケーリング誤差を求めるためにも使用しない、
請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。 - 蓄電池(110)の誤差補償される電流測定を行うための装置であって、
前記装置は、
時間窓に関する推定電荷量を求めるために構成され、前記動作パラメータ入力端に接続された、モデルベースの推定器(130)と、
前記時間窓中に前記蓄電池(110)へ供給され該蓄電池(110)から流れ出る蓄電池電流(Im)を表す電流信号を出力する蓄電池電流測定装置(114,120)に接続するために設けられた電流信号入力端と、
前記蓄電池の少なくとも1つの動作パラメータを入力するための動作パラメータ入力端と、
前記推定器(130)に接続されており、ゼロ交差時点を求めるために前記推定電荷量(Qr)または前記蓄電池電流(Im)と最大値とを比較するゼロ交差比較器(140)と、
前記推定器に接続された最大値比較器(142)と、
前記推定器によって求められた前記推定電荷量(Qr)を、前記ゼロ交差比較器(140)によって求められた前記ゼロ交差時点における前記蓄電池電流(Im)から減算し、該減算の結果として前記電流測定オフセット誤差を求めるように設けられたオフセット減算装置を含む、オフセット誤差決定装置(150)と、
前記オフセット誤差決定装置によって求められた前記電流測定オフセット誤差を前記蓄電池電流(Im)または該蓄電池電流(Im)の時間積分から差し引くことにより、該蓄電池電流(Im)のオフセット誤差を補償するように設けられたオフセット誤差減算装置と、補償された該蓄電池電流(m)と該推定電荷量(Qr)との比をスケーリング誤差として求めるように設けられた比装置とを含む、スケーリング誤差決定装置(152)と、
前記蓄電池電流(Im)の求められたオフセット誤差を補償し、該オフセット誤差が補償された該蓄電池電流(Im)のスケーリング誤差を補償するように設けられた、補償装置(160)と
を有し、
前記最大値比較器(142)は、前記推定電荷量(Qr)若しくは前記蓄電池電流(Im)の大きさと最小値とを比較するか、または、2つ若しくは3つ以上の相互に連続する複数の時間窓の前記推定電荷量(Qr)若しくは検出された前記蓄電池電流(Im)の大きさを相互に比較することにより、その差に基づいて、スケーリング誤差を検出する時点を求める
ことを特徴とする、装置。 - 前記推定器(130)は、前記蓄電池(110)の物理的モデルを有し、
前記動作パラメータ入力端は、前記蓄電池の蓄電池端子電圧、または蓄電池温度、または前記蓄電池電流(Im)と異なる少なくとも1つの別の動作パラメータ、またはこれらの組み合わせを受け取るように設けられており、
前記動作パラメータは、検出された前記蓄電池電流(Im)に直接依存せず前記推定電荷量(Qr)に影響するパラメータである、
請求項6記載の装置。 - 前記装置はさらに、補間器と、前記電流検出センサの温度または該電流検出センサに接続された蓄電池電流測定装置(114,120)の温度を入力するための温度入力端とを有し、
前記温度入力端は前記補間器に接続されており、
前記補間器は、前記電流検出センサを含む前記蓄電池電流測定装置の少なくとも1つの構成要素の、該補間器によって決定された所定の線形の温度特性に応じて、求められた前記オフセット誤差または求められた前記スケーリング誤差または両誤差の温度誤差成分を補間し、
前記補間器はさらに温度補償を行うために、前記温度誤差成分を前記電流測定オフセット誤差または前記電流測定スケーリング誤差または両誤差に加えるように設けられている、
請求項6または7記載の装置。 - 前記補償装置(160)は、
前記電流測定オフセット誤差若しくは前記電流測定スケーリング誤差若しくは両誤差を前記蓄電池電流(Im)から差し引くために設けられた減算装置、または、
前記電流測定オフセット誤差の逆数若しくは前記電流測定スケーリング誤差の逆数若しくは両誤差の逆数を前記蓄電池電流(Im)に乗算するように設けられた乗算装置、または、
補正誤差を生成し、該補正誤差に基づいて、検出された前記蓄電池電流(Im)を補正するために設けられた補正誤差ジェネレータ
を有し、
前記補正誤差ジェネレータはPI制御器を有し、
前記PI制御器は前記補正誤差を制御量として使用し、
前記PI制御器は目標値として、前記電流測定オフセット誤差または前記電流測定スケーリング誤差または該電流測定オフセット誤差と該電流測定スケーリング誤差との和を受け取り、
前記PI制御器は、前記補正誤差を前記電流測定オフセット誤差または前記電流測定スケーリング誤差または両誤差の組み合わせに連続的に近づける制御特性を有し、
前記補償装置はさらに、前記補正誤差ジェネレータによって求められた前記補正誤差に応じて前記蓄電池電流(Im)を補正するように構成されている、
請求項6から8までのいずれか1項記載の装置。 - 前記装置はさらに、
後続の時間窓の開始時点と先行の期間の終了時点とが一致するか、または、該開始時点が該終了時点の後に続き、すべての前記時間窓が等しい長さであるかまたは異なる長さであるように、該時間窓の開始時点と終了時点とを決定する時間窓発生器
を有し、
前記装置はさらに正規化器を有し、
前記正規化器は、
前記時間窓の長さが相互に等しい場合、前記推定電荷量(Qr)を該時間窓の長さで正規化するかまたは1で正規化し、
前記時間窓の長さが相互に異なる場合、前記推定電荷量(Qr)を該時間窓の長さで正規化する
ように構成されており、
前記オフセット誤差決定装置若しくは前記スケーリング決定装置若しくは前記補償装置若しくはこれらの組み合わせが、前記時間窓発生器に接続されており、前記ゼロ交差比較器(140)が前記時間窓の全時間にわたって、前記推定電荷量(Qr)若しくは前記蓄電池電流(Im)の大きさが最大値を下回ることを判定した場合にのみ、該オフセット誤差決定装置若しくは該スケーリング決定装置若しくは該補償装置若しくはこれらの組み合わせが前記オフセット誤差を求めるか若しくは差し引くか若しくは補償するか、
または、
前記スケーリング誤差決定装置(152)若しくは前記補償装置(160)若しくは双方が前記時間窓発生器に接続されており、前記最大値比較器(142)が前記時間窓の全時間にわたって、前記推定電荷量(Qr)若しくは前記蓄電池電流(Im)の大きさが前記設定された最小値を上回ることを判定した場合にのみ、または、前記スケーリング誤差の検出時点が該時間窓内にある場合にのみ、該スケーリング誤差決定装置(152)若しくは該補償装置(160)若しくは双方が前記スケーリング誤差を求めるか若しくは補償する、
請求項6から9までのいずれか1項記載の装置。
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