JP2017122622A - 状態推定装置、状態推定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、電流積算法で推定したSOCを、バッテリモデルと適応デジタルフィルタで補正する場合も同様の問題があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、蓄電素子がSOCの変化量に対するOCVの変化量が小さい領域を有する場合でも、SOCを高精度に推定することを目的とする。
初めに、本実施形態にて開示する状態推定装置の概要について説明する。状態推定装置は、SOCの変化量に対するOCVの変化量が相対的に低い低変化領域と相対的に高い高変化領域を有する蓄電素子の状態を推定する状態推定装置であって、前記蓄電素子が前記高変化領域に属しているか判定する領域判定部と、前記蓄電素子の内部状態の一つであるSOCを推定するSOC推定部と、を備え、前記SOC推定部は、前記蓄電素子の電流を積算する電流積算法により前記蓄電素子のSOCを推定し、前記蓄電素子が高変化領域に属している場合、前記電流積算法により推定されるSOCを、前記蓄電素子の端子電圧の観測値と前記蓄電素子の内部状態を推定する推定モデルにより予測される端子電圧に基づいて補正する補正処理を行う。
前記低変化領域は、SOCの変化量に対するOCVの変化量が所定値より小さいプラトー領域であり、前記プラトー領域では、前記補正処理をしない。この構成では、プラトー領域では補正処理を行わないため、SOCの推定精度が補正前に比べて低下することを抑制できる。
実施形態1について図1から図9を参照して説明する。
1.電池パック20の構成
図1は、本実施形態における電池パック20の構成を示す図である。本実施形態の電池パック20は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、電気エネルギーで作動する動力源に電力を供給するものである。
二次電池31は、正極活物質にリン酸鉄リチウム(LiFePO4)、負極活物質にグラファイトを用いたリン酸鉄系のリチウムイオン電池である。
<カルマンフィルタの説明>
図3は入力をu(k)、出力をy(k)としたシステムの状態空間モデルを示している。下記の数式1は、図3に示す状態空間モデルの状態方程式を示し、下記の数式2は空間状態モデルの出力方程式を示している。
二次電池31は入力を電流Iとし、出力を端子電圧ULとするシステムと考えることが出来、数式1や数式2の状態方程式と出力方程式により記述出来る。本実施形態では、図4に示す二次電池31の等価回路モデルを利用して、二次電池31をシステム化している。具体的には、二次電池31を、起電力(直流電圧源)を表すOCVと、集電体や電解液等での抵抗を表す導体抵抗R0と、第1インピーダンスZ1と、第2インピーダンスZ2とにより表している。
そこで、BM50では、カルマンフィルタによる補正を、二次電池31のSOCが高変化領域H1、H2、H3のいずれかに属している場合に制限して行い、二次電池31のSOCが高変化領域H1、H2、H3に属していない場合、すなわち低変化領域L1、L2に属している場合には、カルマンフィルタによる補正を行わない。
実施形態2を図10〜図15を参照して説明する。実施形態2の電池パック20は、実施形態1の電池パック20と同様に、組電池30と、電流センサ40と、組電池30を管理するバッテリ−マネージャー50を有している。
実施形態3を図16〜図17を参照して説明する。実施形態3の電池パック20は、実施形態1の電池パック20と同様に、組電池30と、電流センサ40と、組電池30を管理するバッテリ−マネージャー50を有している。
(b)二次電池が無電流であること。
実施形態4を図18〜図23を参照して説明する。実施形態4の電池パック20は、実施形態1の電池パック20と同様に、組電池30と、電流センサ40と、組電池30を管理するバッテリ−マネージャー50を有している。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
30...組電池
31...二次電池(本発明の「蓄電素子」に相当)
40...電流センサ
50...バッテリマネージャ(本発明の「状態推定装置」に相当)
60...制御部(本発明の「領域判定部」、「SOC推定部」に相当)
61...CPU
63...メモリ
80...電圧検出回路
Claims (10)
- SOCの変化量に対するOCVの変化量が相対的に低い低変化領域と相対的に高い高変化領域を有する蓄電素子の状態を推定する状態推定装置であって、
前記蓄電素子が前記高変化領域に属しているか判定する領域判定部と、
前記蓄電素子の内部状態の一つであるSOCを推定するSOC推定部と、を備え、
前記SOC推定部は、
前記蓄電素子の電流を積算する電流積算法により前記蓄電素子のSOCを推定し、
前記蓄電素子が高変化領域に属している場合、前記電流積算法により推定されるSOCを、前記蓄電素子の端子電圧の観測値と前記蓄電素子の内部状態を推定する推定モデルにより予測される端子電圧とに基づいて補正する補正処理を行う、状態推定装置。 - 請求項1に記載の状態推定装置であって、
前記低変化領域は、SOCの変化量に対するOCVの変化量が所定値より小さいプラトー領域であり、前記プラトー領域では、前記補正処理をしない、状態推定装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の状態推定装置であって、
前記補正は、前記蓄電素子の端子電圧の観測値と前記推定モデルにより予測される端子電圧とに基づいて、前記推定モデルにより推定される前記蓄電素子の内部状態の推定誤差を小さくするカルマンフィルタである状態推定装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の状態推定装置であって、
前記推定モデルはOCVと、導体抵抗と、前記蓄電素子の短期分極を模擬した第1インピーダンスと、前記蓄電素子の長期分極を模擬した第2インピーダンスとを含む、前記蓄電素子の等価回路モデルである、状態推定装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の状態推定装置であって、
前記SOC推定部は、前記蓄電素子が高変化領域に含まれ、かつ前記蓄電素子が無電流の場合に、前記補正処理を実行する状態推定装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の状態推定装置であって、
前記蓄電素子の温度を検出する温度検出部を備え、
前記SOC推定部は、前記蓄電素子の温度が第1温度以上の高い場合、前記補正処理を実行する状態推定装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の状態推定装置であって、
前記蓄電素子の温度を検出する温度検出部を備え、
前記SOC推定部は、前記蓄電素子の温度が第2温度以下の場合、前記補正処理を実行しない状態推定装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の状態推定装置であって、
前記領域判定部は、前記SOC推定部にて推定されるSOCの値に基づいて、前記蓄電素子が前記高変化領域に属しているか判定する状態推定装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の状態推定装置であって、
前記領域判定部は、前記蓄電素子の充放電容量変化に対する電圧変化を閾値と比較することにより、前記蓄電素子が前記高変化領域に属しているか判定する状態推定装置。 - SOCの変化に対するOCVの変化が相対的に低い低変化領域と相対的に高い高変化領域を有する蓄電素子の状態を推定する状態推定方法であって、
前記蓄電素子が前記高変化領域に属しているか判定する領域判定ステップと、
前記蓄電素子の内部状態の一つであるSOCを推定するSOC推定ステップと、を含み、
前記SOC推定ステップでは、
前記蓄電素子の電流を積算する電流積算法により前記蓄電素子のSOCを推定し、
前記蓄電素子が高変化領域に属している場合、前記電流積算法により推定されるSOCを、前記蓄電素子の端子電圧の観測値と前記蓄電素子の内部状態を推定する推定モデルにより予測される端子電圧とに基づいて補正する状態推定方法。
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