JP2014102111A - State estimation device for battery - Google Patents
State estimation device for battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014102111A JP2014102111A JP2012253007A JP2012253007A JP2014102111A JP 2014102111 A JP2014102111 A JP 2014102111A JP 2012253007 A JP2012253007 A JP 2012253007A JP 2012253007 A JP2012253007 A JP 2012253007A JP 2014102111 A JP2014102111 A JP 2014102111A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- impedance
- function
- curve
- state
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Description
本発明は、複数の周波数成分を含む信号をバッテリに出力可能な信号発生部と、バッテリの交流インピーダンスの周波数特性を算出する周波数特性算出部と、周波数特性算出部により算出された交流インピーダンスの周波数特性に基づきバッテリに関する所定の状態量を推定する推定処理部とを備えたバッテリの状態推定装置に関する。 The present invention includes a signal generation unit capable of outputting a signal including a plurality of frequency components to a battery, a frequency characteristic calculation unit that calculates frequency characteristics of the AC impedance of the battery, and the frequency of the AC impedance calculated by the frequency characteristic calculation unit. The present invention relates to a battery state estimation device including an estimation processing unit that estimates a predetermined state amount related to a battery based on characteristics.
近年、エンジン(内燃機関)と電気モータとを併用して走行するハイブリッド自動車や、電気モータのみで走行する電気自動車が広く普及しつつある。これに伴い、大容量の電力を充電可能なバッテリ(例えばリチウムイオンバッテリ等)の重要性が高まっており、これに関する研究が種々なされている。 In recent years, hybrid vehicles that travel using both an engine (internal combustion engine) and an electric motor, and electric vehicles that travel using only an electric motor are becoming widespread. Along with this, the importance of a battery (for example, a lithium ion battery) that can be charged with a large amount of electric power has been increasing, and various studies on this have been made.
例えば、下記特許文献1では、バッテリの劣化状態の指標である容量維持率(現在のバッテリの容量と基準容量との比)を精度よく判定するための技術が提案されている。具体的に、特許文献1では、複数の周波数成分を有する交流信号が信号発生部からバッテリに与えられ、その交流信号に対するバッテリの応答信号に基づいて、交流インピーダンスの周波数特性が求められる。そして、算出された周波数特性から特徴周波数が決定され、その特徴周波数に基づいて(予め記憶された特徴周波数と容量維持率との関係に基づいて)、容量維持率が算出される。
For example,
ここで、上記特許文献1において、バッテリの交流インピーダンスの周波数特性を得るには、各周波数におけるインピーダンスの実測値を複素平面上にプロットし、それによって得られる離散データを補間した曲線を設定する必要がある。上記特許文献1では、離散データを補間する方法(カーブフィッティング)について具体的な開示はないが、一般的に、カーブフィッティングにおいては、所定の関数により規定される曲線上の値(理論値)と実測値との誤差が最小になるように、上記関数に含まれる各種パラメータを調整する処理が繰り返し行われる。
Here, in
しかしながら、上記カーブフィッティングでは、誤差が収束するまでに膨大な回数のパラメータ調整を行わなければないないケースが多い。特に、バッテリが車載用バッテリである場合は、計算能力が限られるので、誤差が収束するまでパラメータ調整をしようとすると、多大な計算時間を要することになる。このため、より効率的なカーブフィッティングと、その結果に基づく精度のよいバッテリの状態推定とを行うことが求められていた。 However, in the curve fitting described above, there are many cases in which a large number of parameter adjustments must be performed before the error converges. In particular, when the battery is an in-vehicle battery, the calculation capability is limited. Therefore, if parameter adjustment is attempted until the error converges, a large amount of calculation time is required. For this reason, there has been a demand for more efficient curve fitting and accurate battery state estimation based on the result.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリの状態を短時間でかつ精度よく推定することが可能なバッテリの状態推定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a battery state estimation device capable of accurately estimating the state of a battery in a short time.
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の周波数成分を含む信号をバッテリに出力可能な信号発生部と、バッテリの交流インピーダンスの周波数特性を算出する周波数特性算出部と、周波数特性算出部により算出された交流インピーダンスの周波数特性に基づきバッテリに関する所定の状態量を推定する推定処理部とを備えたバッテリの状態推定装置であって、上記周波数特性算出部は、上記交流インピーダンスの周波数特性を規定するインピーダンス関数を記憶する記憶手段と、上記信号発生部からの信号に対しバッテリから出力される応答信号に基づいて上記交流インピーダンスの実測値データを得る計測手段と、計測手段が計測した実測値データに対する誤差が小さくなるように上記インピーダンス関数を調整し、調整後のインピーダンス関数を上記記憶手段に記憶させるフィッティング処理を行う演算手段とを有し、上記記憶手段は、上記インピーダンス関数として、バッテリの等価回路に含まれる複数の機能ブロックにそれぞれ対応した複数の項を含む多項式関数を記憶しており、上記インピーダンス関数には、上記等価回路の各機能ブロックに対応して複数のグループに分類される各種パラメータが含まれており、上記演算手段は、上記フィッティング処理に際して、上記グループごとに独立して上記パラメータを調整する機能を有している、ことを特徴とするものである(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention provides a signal generation unit capable of outputting a signal including a plurality of frequency components to a battery, a frequency characteristic calculation unit that calculates a frequency characteristic of an AC impedance of the battery, and a frequency characteristic A battery state estimation device comprising: an estimation processing unit configured to estimate a predetermined state quantity relating to the battery based on the frequency characteristic of the AC impedance calculated by the calculation unit, wherein the frequency characteristic calculation unit includes the frequency of the AC impedance A storage unit that stores an impedance function that defines characteristics, a measurement unit that obtains actual measurement data of the AC impedance based on a response signal output from a battery with respect to a signal from the signal generation unit, and a measurement unit Adjust the impedance function so that the error with respect to the actual measurement data is small, and adjust Computing means for performing a fitting process for storing the impedance function in the storage means, and the storage means has, as the impedance function, a plurality of terms respectively corresponding to a plurality of functional blocks included in an equivalent circuit of the battery. The impedance function includes various parameters classified into a plurality of groups corresponding to each functional block of the equivalent circuit, and the computing means performs the fitting process. A function of adjusting the parameter independently for each of the groups is provided (claim 1).
本発明によれば、バッテリのインピーダンス関数に含まれるパラメータが、バッテリの機能ブロックに対応して複数のグループに分類されており、上記パラメータを実測値データに合わせて調整するフィッティング処理の際には、上記グループごとに独立してパラメータが調整されるので、例えば調整前のインピーダンス曲線(インピーダンス関数に基づき描かれる複素平面上での曲線)のフィッティング精度が場所によって大きくばらついているような場合でも、パラメータの調整量(変更量)をグループごとに比較的自由に設定することができ、より効率よく最適なパラメータを求めることができる。このため、全てのパラメータを常に同時進行でしか調整できない場合と異なり、短時間で高いフィッティング精度を得ることができる。そして、このような手順により精度よくフィッティングされたインピーダンス曲線(インピーダンス関数)に基づいて、バッテリの状態を効率的かつ適正に推定することができる。 According to the present invention, the parameters included in the battery impedance function are classified into a plurality of groups corresponding to the functional blocks of the battery, and the fitting process for adjusting the parameters according to the actual measurement data is performed. Since the parameters are adjusted independently for each group, for example, even when the fitting accuracy of the impedance curve before adjustment (curve on the complex plane drawn based on the impedance function) varies greatly depending on the location, The parameter adjustment amount (change amount) can be set relatively freely for each group, and the optimum parameter can be obtained more efficiently. For this reason, unlike the case where all parameters can always be adjusted only simultaneously, high fitting accuracy can be obtained in a short time. And based on the impedance curve (impedance function) accurately fitted by such a procedure, the state of a battery can be estimated efficiently and appropriately.
本発明において、好ましくは、上記インピーダンス関数のパラメータをグループごとに独立して調整する処理として、上記インピーダンス関数に基づくインピーダンス曲線の全体の誤差が小さくなるように上記各グループのパラメータを順次調整する第1の処理と、上記インピーダンス曲線を上記等価回路の各機能ブロックに応じて分割したときの各分割部分の誤差が個別に小さくなるように上記各グループのパラメータを順次調整する第2の処理とが含まれ、上記演算手段は、前回行われたパラメータ調整時の変化量のばらつきに応じて、上記第1および第2の処理のいずれかを選択的に実行する(請求項2)。 In the present invention, preferably, as a process of independently adjusting the parameters of the impedance function for each group, the parameters of the groups are sequentially adjusted so that the entire error of the impedance curve based on the impedance function is reduced. And a second process for sequentially adjusting the parameters of each group so that the error of each divided portion is individually reduced when the impedance curve is divided according to each functional block of the equivalent circuit. In addition, the calculation means selectively executes one of the first and second processes according to the variation in the amount of change during the previous parameter adjustment.
この構成によれば、各グループのパラメータを、インピーダンス曲線全体の誤差を考慮して調整することもできるし、関係する曲線部分の誤差のみを考慮して調整することもできる。そして、これらいずれかの手順による調整を前回のパラメータ調整量のばらつきに応じて選択することにより、状況に応じた適切なパラメータ調整を行うことができ、フィッティング処理のさらなる効率化を図ることができる。 According to this configuration, the parameters of each group can be adjusted in consideration of the error of the entire impedance curve, or can be adjusted in consideration of only the error of the related curve portion. Then, by selecting the adjustment according to any of these procedures according to the variation in the previous parameter adjustment amount, it is possible to perform an appropriate parameter adjustment according to the situation, and further improve the efficiency of the fitting process. .
本発明において、好ましくは、上記推定処理部は、上記フィッティング処理が完了した後のインピーダンス関数に基づくインピーダンス曲線から、予め定められた幾何学的特徴量を抽出し、その幾何学的特徴量を用いた所定の予測式に基づいて、バッテリの充電状態および劣化状態の少なくとも一方を上記状態量として推定する(請求項3)。 In the present invention, preferably, the estimation processing unit extracts a predetermined geometric feature amount from an impedance curve based on an impedance function after the fitting process is completed, and uses the geometric feature amount. Based on the predetermined prediction formula, at least one of the charged state and the deteriorated state of the battery is estimated as the state quantity.
この構成によれば、上記のようなフィッティング処理によって高い精度で調整されたインピーダンス曲線の幾何学的特徴量に基づいて、精度よくバッテリの充電状態または劣化状態を推定することができる。しかも、インピーダンス曲線の幾何学的特徴量を用いた予測式を演算するだけで済むので、簡単かつ短時間で充電状態または劣化状態を求めることができる。 According to this configuration, the state of charge or deterioration of the battery can be accurately estimated based on the geometric characteristic amount of the impedance curve adjusted with high accuracy by the fitting process as described above. In addition, since it is only necessary to calculate a prediction formula using the geometric characteristic amount of the impedance curve, the state of charge or the deterioration state can be obtained easily and in a short time.
上記バッテリの等価回路に含まれる複数の機能ブロックとしては、例えば、バッテリのセル構造に由来するインダクタンス部、正極での反応に由来する正極部、負極での反応に由来する負極部、正極および負極のイオンの移動に由来する拡散部を想定することができる。この場合、上記インピーダンス関数には、上記各機能ブロックに対応したインダクタンス項、正極項、負極項、拡散項が含まれる(請求項4)。 The plurality of functional blocks included in the equivalent circuit of the battery include, for example, an inductance part derived from the battery cell structure, a positive electrode part derived from a reaction at the positive electrode, a negative electrode part derived from a reaction at the negative electrode, a positive electrode and a negative electrode A diffusion portion derived from the movement of ions can be assumed. In this case, the impedance function includes an inductance term, a positive term, a negative term, and a diffusion term corresponding to each functional block.
以上説明したように、本発明のバッテリの状態推定装置によれば、バッテリの状態を短時間でかつ精度よく推定することができる。 As described above, according to the battery state estimation device of the present invention, the state of the battery can be estimated in a short time and with high accuracy.
(1)全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかるバッテリの状態推定装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。本図に示される状態推定装置が対象とするバッテリ1は、繰り返し充放電が可能なリチイムイオンバッテリであり、ハイブリッド自動車または電気自動車の走行のために用いられる車載用のバッテリである。このバッテリ1は、車両の駆動輪4を駆動する走行用モータ3とインバータ2を介して接続されている。そして、走行用モータ3により駆動輪4が駆動される車両の力行運転時には、バッテリ1に蓄えられていた直流電力がインバータ2で交流電力に変換された後に走行用モータ3に供給される。一方、駆動輪4を駆動する必要のない車両の減速時には、走行用モータ3で発電された交流電力(回生電力)がインバータ2で直流電力に変換された後にバッテリ1に供給される。
(1) Overall Configuration FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vehicle equipped with a battery state estimation device according to an embodiment of the present invention. The
なお、詳細な図示を省略するが、車両がハイブリッド自動車である場合には、エンジンの駆動力を得て発電する発電機が車両に設けられ、この発電機で発電された電力がバッテリ1に充電される。また、車両がいわゆるプラグインハイブリッド型の車両、もしくは純粋な電気自動車(走行用モータ3のみで走行する車両)である場合には、充電器からの供給電力を受け付けるプラグが車両に設けられ、このプラグを通じて充電器から供給される電力がバッテリ1に充電される。
Although detailed illustration is omitted, when the vehicle is a hybrid vehicle, a generator that generates power by obtaining the driving force of the engine is provided in the vehicle, and the electric power generated by the generator is charged in the
車両には、走行用モータ3の動作やバッテリ1の充放電動作等を統括的に制御するコントロールユニット10と、バッテリ1の状態を推定するときに必要な信号をバッテリ1に出力可能な信号発生部13と、バッテリ1の出力電圧を検出するための電圧センサ15とが設けられている。
In the vehicle, a
コントロールユニット10は、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサであり、上述した走行用モータ3等を制御する機能の他、バッテリ1の状態を推定する機能をも有している。具体的に、コントロールユニット10は、バッテリ1の状態を推定するための機能要素として、信号発生部13から入力される信号に対しバッテリ1から出力される応答信号を電圧センサ15から取得するとともに、その取得したデータに基づいてバッテリ1の交流インピーダンスの周波数特性を算出する周波数特性算出部11と、周波数特性算出部11により算出された交流インピーダンスの周波数特性に基づきバッテリ1に関する所定の状態量を推定する推定処理部12とを有している。詳細は後述するが、当実施形態では、バッテリ1に関する状態量として、充電状態SOC(State of Charge)と、劣化状態SOH(State of Health)とが推定される。なお、充電状態SOCとは、「(残容量)/(満充電容量)×100」で表される値(%)である。また、劣化状態SOHとは、「(現在の満充電容量)/(初期の満充電容量)×100」で表される値(%)であり、容量維持率とも呼ばれる値である。
The
当実施形態では、上述した周波数特性算出部11および推定処理部12を含むコントロールユニット10と、信号発生部13と、電圧センサ15とにより、バッテリ1の状態を推定する状態推定装置が構成されている。
In the present embodiment, the
周波数特性算出部11は、バッテリ1の交流インピーダンスの周波数特性を規定するインピーダンス関数Z(jω)(次の式(1))を記憶する記憶手段11aと、信号発生部13からの入力信号に対するバッテリ1の応答信号に基づき上記交流インピーダンスの実測値データを得る計測手段11bと、計測手段11bが計測した実測値データに対する誤差が小さくなるようにインピーダンス関数Z(jω)を調整し、調整後のインピーダンス関数Z(jω)を記憶手段11aに記憶させるフィッティング処理(後で詳しく述べる、いわゆるカーブフィッティング)を行う演算手段11cとを有している。
The frequency
ここで、記憶手段11aに記憶されるインピーダンス関数Z(jω)は、次の式(1)で表されるような多項式関数である。 Here, the impedance function Z (jω) stored in the storage unit 11a is a polynomial function represented by the following equation (1).
なお、上記式(1)中、R0、RS、R1、R2、R3は抵抗、LPE0はインダクタンス、CPES、CPE1、CPE2、CPE3はキャパシタンス、Zw0、ZwS、Zw3はワールブルグインピーダンスである。 In the above formula (1), R 0 , R S , R 1 , R 2 , R 3 are resistors, LPE 0 is an inductance, CPE S , CPE 1 , CPE 2 , CPE 3 are capacitances, Zw 0 , Zw S , Zw 3 is the Warburg impedance.
上記式(1)のインピーダンス関数Z(jω)は、図2に示すバッテリ1の等価回路1Eに基づき設定されたものである。具体的に、図2の等価回路1Eは、バッテリ1のセル構造に由来するインダクタンス部(i)、正極での反応に由来する正極部(ii)、負極での反応に由来する負極部(iii)、正極および負極のイオンの移動に由来する拡散部(iv)という4つの機能ブロックに分割される。そして、これら4つの機能ブロックがそれぞれ有する交流インピーダンスが、インピーダンス関数Z(jω)中の(I)〜(IV)項に表現されている。すなわち、インピーダンス関数Z(jω)のインダクタンス項(I)、正極項(II)、負極項(III)、拡散項(IV)は、それぞれ、等価回路1Eのインダクタンス部(i)、正極部(ii)、負極部(iii)、拡散部(iv)に対応している。
The impedance function Z (jω) in the above equation (1) is set based on the
次の表1は、上記インピーダンス関数Z(jω)に含まれる各種パラメータを、上記インダクタンス項(I)に含まれるパラメータ群Iと、正極項(II)に含まれるパラメータ群IIと、負極項(III)に含まれるパラメータ群IIIと、拡散項(IV)に含まれるパラメータ群IVという4つのグループに分類したものである。記憶手段11aは、インピーダンス関数Z(jω)およびこれに含まれる全てのパラメータの値だけでなく、各パラメータがI〜IVのどのグループに属するかという属性についても記憶している。 The following Table 1 shows various parameters included in the impedance function Z (jω) as parameter group I included in the inductance term (I), parameter group II included in the positive term (II), and negative term ( They are classified into four groups: parameter group III included in III) and parameter group IV included in the diffusion term (IV). The storage unit 11a stores not only the impedance function Z (jω) and the values of all the parameters included therein, but also the attribute that each parameter belongs to which group of I to IV.
図3は、上記各種パラメータを含む多項式関数からなるインピーダンス関数Z(jω)を複素平面上で表現したグラフである。本図に示すように、インピーダンス関数Z(jω)が規定するインピーダンス曲線Yは、低周波側(左側)から高周波側(右側)にかけて、インダクタンス項(I)を主に反映した第1曲線部y1と、正極項(II)を主に反映した第2曲線部y2と、負極項(III)を主に反映した第3曲線部y3と、インピーダンス関数Z(jω)の拡散項(IV)を主に反映した第4曲線部y4とに分割することができる。第4曲線部y4と第3曲線部y3とは、下に凸の谷部(曲率が最大の部分)を境に分けることができ、第3曲線部y3と第2曲線部y2とは、同じく下に凸の谷部を境に分けることができ、第2曲線部y2と第1曲線部y1とは、横軸(実軸成分)が最も小さい点を境に分けることができる。 FIG. 3 is a graph representing an impedance function Z (jω) composed of a polynomial function including the various parameters on a complex plane. As shown in the figure, the impedance curve Y defined by the impedance function Z (jω) is a first curve portion y1 mainly reflecting the inductance term (I) from the low frequency side (left side) to the high frequency side (right side). The second curve portion y2 mainly reflecting the positive electrode term (II), the third curve portion y3 mainly reflecting the negative electrode term (III), and the diffusion term (IV) of the impedance function Z (jω). Can be divided into the fourth curved line portion y4 reflected in FIG. The fourth curved line portion y4 and the third curved line portion y3 can be divided by a downwardly convex valley portion (a portion having the maximum curvature), and the third curved portion y3 and the second curved portion y2 are the same. The downward convex valley can be divided into boundaries, and the second curved line y2 and the first curved line y1 can be separated from the point where the horizontal axis (real axis component) is the smallest.
(2)バッテリの状態推定の具体的処理
次に、バッテリ1の状態(SOC、SOH)がどのような手順で推定されるかを具体的に説明する。図4は、状態推定の全体的な流れを示すメインフローチャートであり、図5は、図4のステップS3の処理を詳細に示すサブルーチンである。
(2) Specific Processing for Estimating Battery State Next, a specific procedure for estimating the state (SOC, SOH) of the
図4のフローチャートに示す処理がスタートすると、コントロールユニット10は、バッテリ1のインピーダンスを計測することを許可する計測条件が成立しているか否かを判定する処理を実行する(ステップS1)。具体的に、ここでは、イグニッションがOFFである(車両が非使用である)とき、または、イグニッションがON(車両が使用中)であってもバッテリ1の電流がほぼゼロで安定しているときに、計測条件が成立していると判定する。なお、後者のようにイグニッションONでかつバッテリ電流がほぼゼロという状態は、車両が信号待ちなどで停止していて、エアコンなどの電気負荷が作動していないときに実現される。
When the process shown in the flowchart of FIG. 4 starts, the
上記ステップS1で計測条件が成立していることが確認された場合、コントロールユニット10、より詳しくは周波数特性算出部11の計測手段11bは、バッテリ1の交流インピーダンスを計測する処理を実行する(ステップS2)。
When it is confirmed in step S1 that the measurement condition is satisfied, the
具体的に、上記ステップS2において、計測手段11bは、信号発生部13からバッテリ1に対し、周波数の異なる複数の交流信号(正弦波)を順次発生させる。そして、その入力信号に対するバッテリ1の出力電圧を電圧センサ15から取得することにより、バッテリ1の交流インピーダンスを周波数ごとに特定する。これによって得られるデータは、信号発生部13からバッテリ1への入力信号の周波数に対応した、飛び飛びの周波数のインピーダンスであり、インピーダンスの周波数特性の離散データである。
Specifically, in step S <b> 2, the measuring
なお、上記ステップS2の計測処理では、後述するカーブフィッティング(S4)の精度を確保するために、ある程度の量の実測値データを得る必要がある。このため、車両の停止中の計測である場合には、車両が発進するまでの間に充分な量のデータが得られないことがある。このような場合は、そのデータが破棄され、次に計測条件(S1)が成立するまで待機される。 In the measurement process in step S2, it is necessary to obtain a certain amount of actually measured value data in order to ensure the accuracy of curve fitting (S4) described later. For this reason, when the measurement is performed while the vehicle is stopped, a sufficient amount of data may not be obtained until the vehicle starts. In such a case, the data is discarded and the process waits until the next measurement condition (S1) is satisfied.
上記ステップS2の計測処理が終了すると、コントロールユニット10、より詳しくは周波数特性算出部11の演算手段11cは、インピーダンス関数Z(jω)を実測値データに合わせて調整するいわゆるカーブフィッティングを実行する(ステップS3)。すなわち、演算手段11cは、インピーダンス関数Z(jω)により規定されるインピーダンス曲線Y(図3)と、計測手段11bにより計測された上記交流インピーダンスの実測データとの間に生じる誤差が小さくなるように、記憶手段11aに記憶されているインピーダンス関数Z(jω)の値(より具体的にはインピーダンス関数Z(jω)に含まれている各種パラメータ)変更する処理を実行する。
When the measurement process in step S2 is completed, the
上記ステップS3で行われるカーブフィッティングの詳細を、図5のサブルーチンを用いて具体的に説明する。カーブフィッティングの処理が始まると、演算手段11cは、図5のサブルーチンのループ回数(つまりパラメータの調整回数)が所定回数に達したか否かを判定する処理を実行する(ステップS11)。カーブフィッティングの開始時は、当然ループ回数がゼロであり、ステップS11での判定はNOとなる。すると、演算手段11cは、インピーダンス関数Z(jω)に含まれる全てのパラメータ、つまり表3に示したパラメータ群I〜IVを、インピーダンス関数Z(jω)に基づくインピーダンス曲線Y全体の重み付き誤差が小さくなるように調整する処理を実行する(ステップS12)。
Details of the curve fitting performed in step S3 will be specifically described using the subroutine of FIG. When the curve fitting process is started, the
なお、ここでいう「誤差が小さくなるように」とは、上記ステップS2で計測された複数の周波数における交流インピーダンスの実測値(離散データ)と、各周波数における計算上の交流インピーダンス(図3のインピーダンス曲線Y上の値)との誤差の2乗和が小さくなるように、という意味である。また、重み付き誤差とは、インピーダンス関数Z(jω)に含まれる誤差を、図3に示した第1曲線部y1の誤差と、第2曲線部y2の誤差と、第3曲線部y3の誤差と、第4曲線部y4の誤差とに分けて、それぞれの部分における誤差の2乗和に、誤差の影響度を決める重み係数(後述するw1〜w4)を乗じたものである。 Here, “to reduce the error” means that the AC impedance measured values (discrete data) at a plurality of frequencies measured in step S2 and the calculated AC impedance at each frequency (in FIG. 3). It means that the sum of squares of errors with respect to the value on the impedance curve Y is small. Further, the weighted error is an error included in the impedance function Z (jω), that is, the error of the first curve portion y1, the error of the second curve portion y2, and the error of the third curve portion y3 shown in FIG. And the error of the fourth curve portion y4, and the sum of squares of the error in each portion is multiplied by a weighting factor (w 1 to w 4 to be described later) that determines the degree of influence of the error.
上記ステップS12では、インピーダンス曲線Y全体の重み付き誤差、つまり、全ての第1曲線部y1〜y4の重み付き誤差の合計が小さくなるように、インピーダンス関数Z(jω)に含まれる全てのパラメータ群I〜IVを調整する。パラメータ群I〜IVの初期値としては、過去にパラメータの調整(カーブフィッティング)が済んでいる場合には、直近の過去に設定された値が設定されるし、過去に1度もカーブフィッティングが行われていない場合(つまり車両の販売後初めてのフィッティングである場合)には、車両の製造時に設定されたデフォルト値が設定される。 In step S12, all parameter groups included in the impedance function Z (jω) are set so that the weighted error of the entire impedance curve Y, that is, the sum of the weighted errors of all the first curve portions y1 to y4 is reduced. Adjust I-IV. As the initial values of the parameter groups I to IV, when parameter adjustment (curve fitting) has been completed in the past, values set in the latest past are set, and curve fitting has been performed once in the past. If not performed (that is, the first fitting after the vehicle is sold), a default value set at the time of manufacture of the vehicle is set.
上記ステップS12の処理が終了すると、演算手段11cは、インピーダンス曲線Y全体の重み付き誤差が、パラメータを調整する前の重み付き誤差と比べて減少したか否かを判定する処理を実行する(ステップS13)。
When the process of step S12 is completed, the
上記ステップS13でYESと判定されて曲線全体の重み付き誤差が減少していることが確認された場合、演算手段11cは、上記ステップS12で調整されたパラメータを記憶手段11aに記憶させる、つまり、インピーダンス関数Z(jω)のパラメータを調整後の値に更新する処理を実行する(ステップS14)。
When it is determined as YES in Step S13 and it is confirmed that the weighted error of the entire curve is reduced, the
続いて、演算手段11cは、誤差の重み係数w1〜w4を更新する処理を実行する(ステップS15)。例えば、パラメータ調整後のインピーダンス曲線Yにおける曲線部yi(i=1〜4)の誤差の2乗平均をeiとすると、新たな重み係数は、wi×(ei)1/2によって決定される。これにより、重み係数wiは、第1〜第4曲線部y1〜y4の中で誤差の大きい曲線部ほど大きく設定されることになる。
Subsequently, the operating
一方、上記ステップS13でNOと判定された場合、つまり曲線全体の重み付き誤差が減少しなかったことが確認された場合、演算手段11cは、上記ステップS14,S15の処理を飛ばし、パラメータおよび重み係数の更新をしない。
On the other hand, if it is determined NO in step S13, that is, if it is confirmed that the weighted error of the entire curve has not been reduced, the
次いで、演算手段11cは、交流インピーダンスの計算値と実測値との相関係数が、0.999より小さいか否かを判定する処理を実行する(ステップS16)。ここで、相関係数とは、インピーダンス関数Z(jω)を用いて求められる計算上の周波数特性(図3のインピーダンス曲線Y)が、実測データとどの程度相関をもっているかを表す指標であり、相関係数=1となることが、両者が完全に正の相関関係にあることに対応する。
Next, the
上記ステップS16でNOと判定されて相関係数≧0.999であること(つまり実測値との相関性がかなり高いこと)が確認された場合、演算手段11cは、上述したステップS11に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
When it is determined as NO in step S16 and it is confirmed that the correlation coefficient is equal to or greater than 0.999 (that is, the correlation with the actually measured value is quite high), the
一方、上記ステップS16でYESと判定されて相関係数<0.999であることが確認された場合、演算手段11cは、インピーダンス関数Z(jω)の全パラメータ(パラメータ群I〜IV)の変化量が所定の閾値以下であるか否かを判定する処理を実行する(ステップS17)。すなわち、上記ステップS12でパラメータ群I〜IVをそれぞれ調整した前と後とで、各パラメータ郡I〜IVに属する全てのパラメータの変化量を特定し、それぞれのパラメータの変化量を、パラメータごとに設定された所定の閾値と比較する。全パラメータの変化量が閾値以下ということは、インピーダンス曲線Y(図3)のフィッティング精度がどの曲線部y1〜y4でもほぼ均等ということであり、全パラメータの変化量が閾値よりも大きいということは、フィッティング精度が曲線部y1〜y4によって異なっている(精度にばらつきがある)ということである。
On the other hand, if it is determined as YES in step S16 and it is confirmed that the correlation coefficient is <0.999, the
上記ステップS17でNOと判定されて全パラメータの変化量が閾値より大きい(フィッティング精度がばらついている)ことが確認された場合、演算手段11cは、インピーダンス関数Z(jω)に含まれる全パラメータのうちパラメータ群Iに属するパラメータ(L0,q0,R0,‥‥σs)のみを、インピーダンス曲線Yの第1曲線部y1の重み付き誤差が小さくなるように調整する処理を実行する(ステップS18)。
When it is determined as NO in step S17 and it is confirmed that the amount of change of all parameters is larger than the threshold value (fitting accuracy varies), the
同様に、演算手段11cは、パラメータ群IIに属するパラメータ(C1,p1,R1)のみを第2曲線部y2の重み付き誤差が小さくなるように調整する処理(ステップS19)と、パラメータ群IIIに属するパラメータ(C2,p2)のみを第3曲線部y3の重み付き誤差が小さくなるように調整する処理(ステップS20)と、パラメータ群IVに属するパラメータ(R2,C3,p3,R3,σ3)のみを第4曲線部y4の重み付き誤差が小さくなるように調整する処理(ステップS21)とを実行する。 Similarly, the calculation means 11c adjusts only the parameters (C 1 , p 1 , R 1 ) belonging to the parameter group II so that the weighted error of the second curve portion y2 is reduced (step S19), the parameter A process (step S20) for adjusting only the parameters (C 2 , p 2 ) belonging to the group III so that the weighted error of the third curve portion y3 is reduced, and the parameters (R 2 , C 3 , p 3, R 3, executes the sigma 3) only the process of adjusting to the weighted error of the fourth curved portion y4 is reduced (step S21).
このように、上記ステップS18〜S21では、バッテリ1の等価回路1Eに含まれる機能ブロック(インダクタンス部(i)、正極部(ii)、負極部(iii)、拡散部(iv))に対応してグループ分けされたパラメータ群I〜IVが、各パラメータ群I〜IVに対応した曲線部y1〜y4の個別の誤差が小さくなるように、それぞれ独立して調整される。
As described above, steps S18 to S21 correspond to the functional blocks (inductance part (i), positive electrode part (ii), negative electrode part (iii), diffusion part (iv)) included in the
一方、上記ステップS17でYESと判定されて全パラメータの変化量が閾値以下である(フィッティング精度がほぼ均等である)ことが確認された場合、演算手段11cは、インピーダンス関数Z(jω)に含まれる全パラメータのうちパラメータ群Iに属するパラメータ(L0,q0,R0,‥‥σs)のみを、インピーダンス曲線Yの全体の重み付き誤差が小さくなるように調整する処理を実行する(ステップS22)。
On the other hand, when it is determined as YES in step S17 and it is confirmed that the amount of change of all parameters is equal to or less than the threshold value (fitting accuracy is almost equal), the
同様に、演算手段11cは、パラメータ群IIに属するパラメータ(C1,p1,R1)のみを曲線全体の重み付き誤差が小さくなるように調整する処理(ステップS23)と、パラメータ群IIIに属するパラメータ(C2,p2)のみを曲線全体の重み付き誤差が小さくなるように調整する処理(ステップS24)と、パラメータ群IVに属するパラメータ(R2,C3,p3,R3,σ3)のみを曲線全体の重み付き誤差が小さくなるように調整する処理(ステップS25)とを実行する。
Similarly, the
このように、上記ステップS22〜S25でも、パラメータ群I〜IVがそれぞれ独立して調整されるが、その調整は、上記ステップS18〜21のときと異なり、インピーダンス曲線Y全体の誤差が小さくなるように行われる。 As described above, the parameter groups I to IV are adjusted independently in the steps S22 to S25 as well, but the adjustment is different from the steps S18 to 21 so that the error of the entire impedance curve Y is reduced. To be done.
上記ステップS18〜21の処理、またはステップS22〜S25の処理によりパラメータが調整された後、演算手段11cは、調整後のパラメータを記憶手段11aに記憶させる処理を実行するとともに(ステップS26)、調整後の曲線の誤差に基づき重み係数w1〜w4を更新する処理を実行する(ステップS27)。
After the parameter is adjusted by the process of steps S18 to S21 or the process of steps S22 to S25, the
その後、演算手段11cは、ステップS11に戻ってそれ以降の処理を繰り返し、ループ回数(パラメータの調整回数)が所定回数に達したところで、図5のサブルーチン(カーブフィッティング)を終了する。 Thereafter, the computing means 11c returns to step S11 and repeats the subsequent processing. When the loop count (parameter adjustment count) reaches a predetermined count, the subroutine (curve fitting) in FIG. 5 is terminated.
以上のような処理によりカーブフィッティングが終了すると、コントロールユニット10の推定処理部12は、図4のステップS4に移行して、フィッティングされたインピーダンス曲線Y、つまり、実測値に沿うようにパラメータが調整された後のインピーダンス関数Z(jω)により規定されるインピーダンス曲線Yから、予め定められた幾何学的特徴量を抽出する処理を実行する。
When the curve fitting is completed by the processing as described above, the
インピーダンス曲線Yから抽出すべき幾何学的特徴量としては、推定したいバッテリ1の状態量(ここでは充電状態SOCおよび劣化状態SOH)と相関関係のあるものであればその種類を問わないが、例えば図6に示すような値が候補として考えられる。すなわち、インピーダンス曲線Yにおける区間(1)〜(16)の長さ、傾斜部(17)、(18)の角度、点(19)〜(23)の周波数といった値のうちのいずれか1つ以上である。さらに、これら(1)〜(23)の値のいずれか1つ以上を変数に用いた所定の関数(例えばn乗数、三角関数、和や差など)を幾何学的特徴量として抽出してもよい。図6に例示される各種の特徴量のうち、どの値がバッテリの充電状態SOCおよび劣化状態SOHと密接な相関関係があるかについては、実験等によって予め調べられており、上記ステップS4では、相関があることが分かっている特定の特徴量のみが抽出される。
The geometric feature amount to be extracted from the impedance curve Y is not limited as long as it has a correlation with the state amount of the
以上のようにしてインピーダンス曲線Yにおける所定の幾何学特徴量が抽出されると、推定処理部12は、抽出された幾何学的特徴量を用いた所定の予測式に基づいて、バッテリ1の充電状態SOCおよび劣化状態SOHをそれぞれ推定する処理を実行する(ステップS5)。なお、ここでいう予測式は、幾何学的特徴量(説明変数)を用いて充電状態SOCおよび劣化状態SOH(目的変数)を計算するために、統計的手法によって特定されたいわゆる重回帰式である。このような予測式(重回帰式)は、実験等によって予め調べられてコントロールユニット10内に記憶されている。上記ステップS5では、その記憶された予測式に幾何学的特徴量を代入することにより、バッテリ1の充電状態SOCおよび劣化状態SOHが求められる。当然であるが、SOCを求める予測式とSOHを求める予測式とは異なるものであり、それぞれの予測式に用いられる特徴量も相互に異なり得る。
When a predetermined geometric feature amount in the impedance curve Y is extracted as described above, the
(3)作用等
以上説明したように、当実施形態の車両には、バッテリ1の状態を推定する状態推定装置が搭載されている。この状態推定装置は、周波数の異なる複数の交流信号をバッテリに出力可能な信号発生部13と、バッテリ1の交流インピーダンスの周波数特性を算出する周波数特性算出部11と、算出された交流インピーダンスの周波数特性に基づきバッテリ1の充電状態SOCおよび劣化状態SOHを推定する推定処理部12とを備える。周波数特性算出部11は、上記交流インピーダンスの周波数特性を規定するインピーダンス関数Z(jω)を記憶する記憶手段11aと、信号発生部13からの信号に対しバッテリ1から出力される応答信号(電圧センサ15で検出される交流電圧)に基づいて上記交流インピーダンスの実測値データを得る計測手段11bと、計測された実測値データに対する誤差が小さくなるようにインピーダンス関数Z(jω)を調整し、調整後の関数を記憶手段11aに記憶させるフィッティング処理を行う演算手段11cとを有する。記憶手段11aは、インピーダンス関数Z(jω)として、バッテリ1の等価回路1Eに含まれる複数の機能ブロック(図2のインダクタンス部(i)、正極部(ii)、負極部(iii)、拡散部(iv))にそれぞれ対応した複数の項(式(1)のインダクタンス項(I)、正極項(II)、負極項(III)、拡散項(IV))を含む多項式関数を記憶している。このインピーダンス関数Z(jω)には、等価回路1Eの各機能ブロックに対応して複数のグループに分類される各種パラメータ(パラメータ群I〜IV)が含まれており、演算手段11cは、上記フィッティング処理に際して、上記グループごとに独立してパラメータを調整する機能を有している(図5のステップS18〜S21またはS22〜S25参照)。このような構成によれば、バッテリ1の状態を短時間でかつ精度よく推定できるという利点がある。
(3) Operation, etc. As described above, the vehicle of this embodiment is equipped with a state estimation device that estimates the state of the
すなわち、上記実施形態では、バッテリ1のインピーダンス関数Z(jω)に含まれるパラメータが、バッテリ1の機能ブロックに対応して複数のグループに分類されており、上記パラメータを実測値データに合わせて調整するフィッティング処理(カーブフィッティング)の際には、上記グループごとに独立してパラメータが調整されるので、例えば調整前のインピーダンス曲線Yのフィッティング精度が場所によって大きくばらついているような場合でも、パラメータの調整量(変更量)をグループごとに比較的自由に設定することができ、より効率よく最適なパラメータを求めることができる。このため、全てのパラメータを常に同時進行でしか調整できない場合と異なり、短時間で高いフィッティング精度を得ることができる。
That is, in the above embodiment, the parameters included in the impedance function Z (jω) of the
例えば、調整前のインピーダンス曲線Yのフィッティング精度が場所によって大きくばらついているにもかかわらず全パラメータを同時進行的に調整しようとした場合には、フィッティング精度の悪い部分の誤差による影響で、フィッティング精度が良好な部分に対応するパラメータまでもが大きく変更されてしまうことがあり、調整回数を重ねてもなかなかフィッティングの精度が安定せず、良好な結果を得るまでに多大な時間を要する可能性がある。 For example, if all parameters are to be adjusted at the same time even though the fitting accuracy of the impedance curve Y before adjustment varies greatly depending on the location, the fitting accuracy is affected by the error of the poor fitting accuracy. Even the parameters corresponding to good parts may be changed greatly, and even if the number of adjustments is repeated, the accuracy of fitting is not stable, and it may take a long time to obtain good results. is there.
これに対し、上記実施形態のように、等価回路1Eの各機能ブロックに対応するグループごとに独立してパラメータを調整することが可能な場合には、上記のような事態が回避されるので、相対的に少ない調整回数であっても高いフィッティング精度を得ることができる。
On the other hand, when the parameters can be adjusted independently for each group corresponding to each functional block of the
図7は、上記のような作用効果を確認するために本願発明者が行った実験の結果を示している。本図では、ある特定の型式のリチイムイオンバッテリについて、複数の条件下でカーブフィッティングを行い、その結果を比較した。具体的には、(a)新品のバッテリがSOC=0%のとき、(b)新品のバッテリがSOC=100%のとき、(c)25℃環境下で200サイクル使用後のバッテリがSOC=0%のとき、(d)25℃環境下で200サイクル使用後のバッテリがSOC=100%のとき、(e)60℃環境下で200サイクル使用後のバッテリがSOC=0%のとき、(f)60℃環境下で200サイクル使用後のバッテリがSOC=100%のとき、のそれぞれの条件下でカーブフィッティングを行った。カーブフィッティングの方法としては、上記実施形態で説明した方法による場合、つまり、等価回路1Eの機能ブロックに応じたパラメータのグループ分けを行った場合(パラメータ群I〜IVごとに独立してパラメータを調整した場合)と、パラメータのグループ分けを行わなかった場合との2種類を試した。なお、これらいずれのフィッティング方法においても、パラメータの調整回数は同一とした。
FIG. 7 shows the results of an experiment conducted by the inventor of the present application in order to confirm the effects as described above. In this figure, curve fitting was performed under a plurality of conditions for a specific type of lithium ion battery, and the results were compared. Specifically, (a) when a new battery is SOC = 0%, (b) when a new battery is SOC = 100%, (c) a battery after 200 cycles in a 25 ° C. environment is SOC = When 0%, (d) When the battery after 200 cycles in a 25 ° C. environment is SOC = 100%, (e) When the battery after 200 cycles in a 60 ° C. environment is SOC = 0%, f) Curve fitting was performed under the respective conditions when the battery after use of 200 cycles in a 60 ° C. environment had SOC = 100%. As a method of curve fitting, when the method described in the above embodiment is used, that is, when parameters are grouped according to the functional blocks of the
図7から明らかなように、パラメータのグループ分けを行わなかった場合(図中左側の列に示す)には、破線で示す実測データと、実線で示す計算上のインピーダンス曲線との間に有意な誤差が生じており、充分なフィッティング精度が得られていないことが分かる。これに対し、パラメータをグループ別に調整する上記実施形態の方法(図中右側の列に示す)によれば、計算上のインピーダンス曲線が実測データとよく一致していることから、同じパラメータの調整回数であるにもかかわらず良好なフィッティング精度が得られていることが分かる。 As is clear from FIG. 7, when the parameter grouping is not performed (shown in the left column in the figure), there is a significant difference between the actually measured data indicated by the broken line and the calculated impedance curve indicated by the solid line. It can be seen that an error has occurred and sufficient fitting accuracy has not been obtained. On the other hand, according to the method of the above embodiment for adjusting the parameters for each group (shown in the right column in the figure), the calculated impedance curve is in good agreement with the actual measurement data, so the number of adjustments of the same parameter It can be seen that good fitting accuracy is obtained despite this.
また、上記実施形態では、インピーダンス関数Z(jω)のパラメータをグループごとに独立して調整する処理として、インピーダンス曲線Yの全体の誤差が小さくなるように上記各グループのパラメータ(パラメータ群I〜IV)を順次調整する処理(ステップS22〜S25)と、等価回路1Eの各機能ブロックに応じてインピーダンス曲線Yを分割したときの各分割部分(曲線部y1〜y4)の誤差が個別に小さくなるように上記各グループのパラメータを順次調整する処理(ステップS18〜S21)とが含まれ、前回行われたパラメータ調整時の変化量のばらつきに応じて(より具体的には全てのパラメータの調整前後の変化量が一定範囲に収まるか否かに応じて)、上記2つの処理のいずれかが選択的に実行されるようになっている。このような構成によれば、各グループのパラメータ(パラメータ群I〜IV)を、インピーダンス曲線Y全体の誤差を考慮して調整することもできるし、関係する曲線部分(y1〜y4のいずれか)の誤差のみを考慮して調整することもできる。そして、これらいずれかの手順による調整を前回のパラメータ調整量のばらつきに応じて選択することにより、状況に応じた適切なパラメータ調整を行うことができ、フィッティング処理のさらなる効率化を図ることができる。
In the above embodiment, as a process of independently adjusting the parameters of the impedance function Z (jω) for each group, the parameters (parameter groups I to IV) of each group are set so that the overall error of the impedance curve Y is reduced. ) Sequentially (steps S22 to S25) and the error of each divided portion (curve portions y1 to y4) when the impedance curve Y is divided according to each functional block of the
また、上記実施形態では、パラメータ調整後のインピーダンス関数Z(jω)により規定されるインピーダンス曲線Yから、予め定められた幾何学的特徴量(例えば図6参照)が抽出され、その幾何学的特徴量を用いた所定の予測式に基づいて、バッテリ1の充電状態SOCおよび劣化状態SOHが推定される。このような構成によれば、上記のようなフィッティング処理(カーブフィッティング)によって高い精度で調整されたインピーダンス曲線Yの幾何学的特徴量に基づいて、精度よくバッテリ1の充電状態SOCおよび劣化状態SOHを推定することができる。しかも、インピーダンス曲線Yの幾何学的特徴量を用いた予測式を演算するだけで済むので、簡単かつ短時間でSOCおよびSOHを求めることができる。
In the above embodiment, a predetermined geometric feature amount (see, for example, FIG. 6) is extracted from the impedance curve Y defined by the impedance function Z (jω) after parameter adjustment, and the geometric feature is extracted. Based on a predetermined prediction formula using the quantity, the state of charge SOC and the deterioration state SOH of the
なお、上記実施形態では、周波数の異なる複数の交流信号(正弦波)を信号発生部13からバッテリ1に入力し、その入力信号に対するバッテリ1の出力電圧に基づいて、バッテリ1の交流インピーダンスを計測するようにしたが、インピーダンス計測のために信号発生部13から発せられる入力信号は、複数の周波数成分を含む信号であればよく、交流信号(正弦波)に限られない。
In the above embodiment, a plurality of AC signals (sine waves) having different frequencies are input from the
例えば、ディラックのデルタ関数に近似させたインパルス波を信号発生部13からの入力信号として用いてもよい。そのようなインパルス波は、理論上、あらゆる周波数成分を含んでいることになるので、このインパルス波を受けたバッテリ1からの出力信号(電圧)を所定時間にわたって計測すれば、複数の周波数に対するバッテリ1の交流インピーダンスを特定することができる。このように、インパルス波をバッテリ1に入力する方法(以下、FFT法という)では、上記実施形態のように周波数の異なる複数の正弦波を順次入力する方法(以下、交流法という)と比べて、ごく短時間で複数の周波数成分の信号をバッテリ1に入力できるので、計測時間を短縮する上で有利である。ただし、FFT法の場合は、入出力の信号波形をフーリエ変換する機能をコンピュータ(上記実施形態ではコントロールユニット10)に備える必要がある。
For example, an impulse wave approximated to a Dirac delta function may be used as an input signal from the
一方、上記実施形態に示したような交流法による場合には、周波数の異なる複数の正弦波を順次バッテリ1に入力する必要があるので、FFT法に比べれば計測に時間がかかるものの、フーリエ変換が不要であるので、コンピュータの構成を簡素化することができる。
On the other hand, in the case of the AC method as shown in the above embodiment, since it is necessary to sequentially input a plurality of sine waves having different frequencies to the
また、上記実施形態では、ハイブリッド自動車または電気自動車からなる車両に搭載されるリチイムイオンバッテリを推定の対象としたが、当然ながら、推定の対象となり得るのは車両用のリチイムイオンバッテリに限られず、産業用の各種バッテリに本発明を適用可能である。 In the above-described embodiment, the rechargeable ion battery mounted on the vehicle including the hybrid vehicle or the electric vehicle is the target of estimation. However, the target of estimation can be limited to the rechargeable ion battery for vehicles. However, the present invention can be applied to various industrial batteries.
1 バッテリ
1E 等価回路
11 周波数特性算出部
11a 記憶手段
11b 計測手段
11c 演算手段
12 推定処理部
13 信号発生部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記周波数特性算出部は、上記交流インピーダンスの周波数特性を規定するインピーダンス関数を記憶する記憶手段と、上記信号発生部からの信号に対しバッテリから出力される応答信号に基づいて上記交流インピーダンスの実測値データを得る計測手段と、計測手段が計測した実測値データに対する誤差が小さくなるように上記インピーダンス関数を調整し、調整後のインピーダンス関数を上記記憶手段に記憶させるフィッティング処理を行う演算手段とを有し、
上記記憶手段は、上記インピーダンス関数として、バッテリの等価回路に含まれる複数の機能ブロックにそれぞれ対応した複数の項を含む多項式関数を記憶しており、
上記インピーダンス関数には、上記等価回路の各機能ブロックに対応して複数のグループに分類される各種パラメータが含まれており、
上記演算手段は、上記フィッティング処理に際して、上記グループごとに独立して上記パラメータを調整する機能を有している、ことを特徴とするバッテリの状態推定装置。 A signal generator capable of outputting a signal including a plurality of frequency components to the battery, a frequency characteristic calculator for calculating the frequency characteristics of the AC impedance of the battery, and the battery based on the frequency characteristics of the AC impedance calculated by the frequency characteristics calculator A state estimation device for a battery comprising an estimation processing unit for estimating a predetermined amount of state regarding
The frequency characteristic calculation unit includes a storage unit that stores an impedance function that defines the frequency characteristic of the AC impedance, and an actual measurement value of the AC impedance based on a response signal output from a battery with respect to a signal from the signal generation unit. Measuring means for obtaining data, and arithmetic means for performing fitting processing for adjusting the impedance function so as to reduce an error with respect to the actual measurement data measured by the measuring means, and storing the adjusted impedance function in the storage means. And
The storage means stores, as the impedance function, a polynomial function including a plurality of terms respectively corresponding to a plurality of functional blocks included in an equivalent circuit of the battery,
The impedance function includes various parameters classified into a plurality of groups corresponding to the functional blocks of the equivalent circuit.
The battery state estimation device, wherein the calculation means has a function of adjusting the parameter independently for each of the groups in the fitting process.
上記インピーダンス関数のパラメータをグループごとに独立して調整する処理として、上記インピーダンス関数に基づくインピーダンス曲線の全体の誤差が小さくなるように上記各グループのパラメータを順次調整する第1の処理と、上記インピーダンス曲線を上記等価回路の各機能ブロックに応じて分割したときの各分割部分の誤差が個別に小さくなるように上記各グループのパラメータを順次調整する第2の処理とが含まれ、
上記演算手段は、前回行われたパラメータ調整時の変化量のばらつきに応じて、上記第1および第2の処理のいずれかを選択的に実行する、ことを特徴とするバッテリの状態推定装置。 The battery state estimation device according to claim 1,
As a process of independently adjusting the parameters of the impedance function for each group, a first process of sequentially adjusting the parameters of each group so as to reduce the overall error of the impedance curve based on the impedance function, and the impedance A second process for sequentially adjusting the parameters of each group so that the error of each divided portion when the curve is divided according to each functional block of the equivalent circuit is individually reduced;
The battery state estimation device according to claim 1, wherein the arithmetic means selectively executes one of the first and second processes in accordance with variation in the amount of change during parameter adjustment performed last time.
上記推定処理部は、上記フィッティング処理が完了した後のインピーダンス関数に基づくインピーダンス曲線から、予め定められた幾何学的特徴量を抽出し、その幾何学的特徴量を用いた所定の予測式に基づいて、バッテリの充電状態および劣化状態の少なくとも一方を上記状態量として推定する、ことを特徴とするバッテリの状態推定装置。 The battery state estimation device according to claim 1 or 2,
The estimation processing unit extracts a predetermined geometric feature amount from an impedance curve based on an impedance function after the fitting process is completed, and based on a predetermined prediction formula using the geometric feature amount. Thus, at least one of a charged state and a deteriorated state of the battery is estimated as the state quantity.
上記バッテリの等価回路には、上記機能ブロックとして、バッテリのセル構造に由来するインダクタンス部、正極での反応に由来する正極部、負極での反応に由来する負極部、正極および負極のイオンの移動に由来する拡散部が含まれ、
上記インピーダンス関数には、上記各機能ブロックに対応したインダクタンス項、正極項、負極項、拡散項が含まれている、ことを特徴とするバッテリの状態推定装置。 In the battery state estimation device according to any one of claims 1 to 3,
In the equivalent circuit of the battery, as the functional block, an inductance part derived from the battery cell structure, a positive electrode part derived from a reaction at the positive electrode, a negative electrode part derived from a reaction at the negative electrode, and movement of ions of the positive electrode and the negative electrode Includes a diffusion part derived from
The battery state estimation device according to claim 1, wherein the impedance function includes an inductance term, a positive term, a negative term, and a diffusion term corresponding to each functional block.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012253007A JP2014102111A (en) | 2012-11-19 | 2012-11-19 | State estimation device for battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012253007A JP2014102111A (en) | 2012-11-19 | 2012-11-19 | State estimation device for battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014102111A true JP2014102111A (en) | 2014-06-05 |
Family
ID=51024746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012253007A Pending JP2014102111A (en) | 2012-11-19 | 2012-11-19 | State estimation device for battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014102111A (en) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016049917A (en) * | 2014-09-01 | 2016-04-11 | 株式会社デンソー | Control device of secondary battery |
JP2016065832A (en) * | 2014-09-25 | 2016-04-28 | プライムアースEvエナジー株式会社 | Battery state determination method and battery state determination device |
JP2016065831A (en) * | 2014-09-25 | 2016-04-28 | プライムアースEvエナジー株式会社 | Battery temperature estimating method and battery temperature estimating device |
JP2018128383A (en) * | 2017-02-09 | 2018-08-16 | トヨタ自動車株式会社 | Battery state estimation device |
JP2018151194A (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | トヨタ自動車株式会社 | Battery state estimation device |
WO2018186423A1 (en) * | 2017-04-07 | 2018-10-11 | 学校法人早稲田大学 | Battery pack, battery module, and method for evaluating battery module |
JP2019158448A (en) * | 2018-03-09 | 2019-09-19 | プライムアースEvエナジー株式会社 | Electrode plate inspection apparatus and electrode plate inspection method |
JP2020524264A (en) * | 2018-02-01 | 2020-08-13 | エルジー・ケム・リミテッド | Equivalent circuit model parameter estimation method for battery and battery management system |
JP2020524267A (en) * | 2018-02-07 | 2020-08-13 | エルジー・ケム・リミテッド | Method and battery management system for estimating parameters of equivalent circuit model for battery |
CN113466723A (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-01 | 比亚迪股份有限公司 | Method and device for determining state of charge of battery and battery management system |
JP2022068657A (en) * | 2020-10-22 | 2022-05-10 | 本田技研工業株式会社 | Battery type determination device and battery type determination method |
JP2023515529A (en) * | 2020-02-28 | 2023-04-13 | トゥワイス テクノロジーズ ゲーエムベーハー | Method and battery management system for monitoring battery system by impedance determination |
WO2023189179A1 (en) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | 株式会社デンソー | Impedance measurement device for secondary battery |
-
2012
- 2012-11-19 JP JP2012253007A patent/JP2014102111A/en active Pending
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016049917A (en) * | 2014-09-01 | 2016-04-11 | 株式会社デンソー | Control device of secondary battery |
JP2016065832A (en) * | 2014-09-25 | 2016-04-28 | プライムアースEvエナジー株式会社 | Battery state determination method and battery state determination device |
JP2016065831A (en) * | 2014-09-25 | 2016-04-28 | プライムアースEvエナジー株式会社 | Battery temperature estimating method and battery temperature estimating device |
JP2018128383A (en) * | 2017-02-09 | 2018-08-16 | トヨタ自動車株式会社 | Battery state estimation device |
JP2018151194A (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | トヨタ自動車株式会社 | Battery state estimation device |
US11215673B2 (en) | 2017-04-07 | 2022-01-04 | Waseda University | Group battery, battery module, and method for evaluating battery module |
JP2018179652A (en) * | 2017-04-07 | 2018-11-15 | 学校法人早稲田大学 | Battery pack, battery module, and estimation method of battery module |
CN109716153A (en) * | 2017-04-07 | 2019-05-03 | 学校法人早稻田大学 | The evaluation method of battery pack, battery module and battery module |
WO2018186423A1 (en) * | 2017-04-07 | 2018-10-11 | 学校法人早稲田大学 | Battery pack, battery module, and method for evaluating battery module |
JP2020524264A (en) * | 2018-02-01 | 2020-08-13 | エルジー・ケム・リミテッド | Equivalent circuit model parameter estimation method for battery and battery management system |
US11269013B2 (en) | 2018-02-01 | 2022-03-08 | Lg Energy Solution, Ltd. | Method for estimating parameter of equivalent circuit model for battery, and battery management system |
JP2020524267A (en) * | 2018-02-07 | 2020-08-13 | エルジー・ケム・リミテッド | Method and battery management system for estimating parameters of equivalent circuit model for battery |
JP2019158448A (en) * | 2018-03-09 | 2019-09-19 | プライムアースEvエナジー株式会社 | Electrode plate inspection apparatus and electrode plate inspection method |
JP7025250B2 (en) | 2018-03-09 | 2022-02-24 | プライムアースEvエナジー株式会社 | Electrode plate inspection device and electrode plate inspection method |
JP2023515529A (en) * | 2020-02-28 | 2023-04-13 | トゥワイス テクノロジーズ ゲーエムベーハー | Method and battery management system for monitoring battery system by impedance determination |
JP7467649B2 (en) | 2020-02-28 | 2024-04-15 | トゥワイス テクノロジーズ ゲーエムベーハー | METHOD FOR MONITORING A BATTERY SYSTEM BY IMPEDANCE DETERMINATION AND BATTERY MANAGEMENT SYSTEM - Patent application |
CN113466723A (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-01 | 比亚迪股份有限公司 | Method and device for determining state of charge of battery and battery management system |
JP2022068657A (en) * | 2020-10-22 | 2022-05-10 | 本田技研工業株式会社 | Battery type determination device and battery type determination method |
WO2023189179A1 (en) * | 2022-03-30 | 2023-10-05 | 株式会社デンソー | Impedance measurement device for secondary battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2014102111A (en) | State estimation device for battery | |
JP6973334B2 (en) | Secondary battery deterioration state estimation method and secondary battery system | |
JP4692246B2 (en) | Secondary battery input / output possible power estimation device | |
US10228425B2 (en) | Method and apparatus for learning and estimating battery state information | |
JP5765375B2 (en) | Control apparatus and control method | |
EP3021127A1 (en) | Method for estimating state of electricity storage device | |
US11163010B2 (en) | Secondary battery deterioration estimation device and secondary battery deterioration estimation method | |
JP2020515859A (en) | Apparatus and method for calculating remaining capacity of battery reflecting noise | |
JP2010019595A (en) | Residual capacity calculating apparatus of storage device | |
JP6227309B2 (en) | Battery state detection device | |
CN110133515B (en) | Method and device for determining remaining energy of battery | |
US11143710B2 (en) | Device for estimating degradation of secondary cell, and method for estimating degradation of secondary cell | |
US20230029810A1 (en) | Battery model construction method and battery degradation prediction device | |
CN108128168B (en) | Average power consumption calculation method and device for electric automobile | |
JPWO2012137456A1 (en) | Remaining life judgment method | |
JP2018151175A (en) | Estimation device, estimation method, and estimation program | |
JP6513528B2 (en) | Battery state measuring method and battery state measuring device | |
JP2016195495A (en) | Secondary battery charging control device and secondary battery charging control method | |
JP5845998B2 (en) | Secondary battery charge equivalent amount calculation device | |
JP2016045149A (en) | Deterioration factor estimation method and remaining life estimation method | |
JP2019016528A (en) | Evaluation device for storage battery equivalent circuit model | |
EP3457151B1 (en) | Impedance estimating apparatus | |
JP7070251B2 (en) | Rechargeable battery system | |
JP2006105821A (en) | Apparatus for estimating charge capacity of secondary cell and its method | |
JP2018084548A (en) | State estimating device of secondary battery and vehicle |