JP2018151176A - Estimation device, estimation method, and estimation program - Google Patents
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Abstract
Description
開示の実施形態は、推定装置、推定方法、および推定プログラムに関する。 Embodiments disclosed herein relate to an estimation apparatus, an estimation method, and an estimation program.
従来、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両には、動力源たるモータに対して電力を供給する電源が搭載されており、かかる電源として、放電によりモータに電力を供給すると共にモータで発生した回生電力を蓄積する充放電可能な二次電池が用いられる。 Conventionally, for example, an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle has been equipped with a power source that supplies electric power to a motor that is a power source. A chargeable / dischargeable secondary battery that stores regenerative power is used.
二次電池からの電力をモータに安定して供給することができるように、電動車両には、一般に、SOC(State Of Charge)値を推定する推定装置が搭載されている。SOC値は、二次電池の充電状態を示す値であり、例えば、二次電池の充電率である。 In general, an electric vehicle is equipped with an estimation device that estimates an SOC (State Of Charge) value so that electric power from the secondary battery can be stably supplied to the motor. The SOC value is a value indicating a charging state of the secondary battery, and is, for example, a charging rate of the secondary battery.
そして、二次電池のSOC値を推定する方法の一つとして、二次電池を電気回路としてとらえた等価回路モデルに対して、カルマンフィルタを適用することでSOC値を推定する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a method for estimating the SOC value of the secondary battery, a method for estimating the SOC value by applying a Kalman filter to an equivalent circuit model in which the secondary battery is regarded as an electric circuit is known. (For example, refer to Patent Document 1).
上述した推定方法では、二次電池の開回路電圧を示すOCV(Open Circuit Voltage)の推定値から、二次電池のSOC−OCV特性を用いてSOC値の推定演算を行うが、大電流が流れたような場合、OCV値からのSOC値の推定誤差が大きくなる。すなわち、大電流が流れた場合のようにSOC値の推定演算に対するOCVの影響が相対的に大きい状態である場合、SOC値の推定誤差が大きく、SOC値の推定精度が低下してしまう。 In the estimation method described above, the SOC value is estimated using the SOC-OCV characteristic of the secondary battery from the OCV (Open Circuit Voltage) estimated value indicating the open circuit voltage of the secondary battery, but a large current flows. In such a case, the estimation error of the SOC value from the OCV value becomes large. That is, when the influence of the OCV on the estimation calculation of the SOC value is relatively large as in the case where a large current flows, the estimation error of the SOC value is large and the estimation accuracy of the SOC value is lowered.
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、SOC値の推定精度を向上させることができる推定装置、推定方法、および推定プログラムを提供することを目的とする。 One aspect of the embodiments has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an estimation device, an estimation method, and an estimation program that can improve the estimation accuracy of the SOC value.
実施形態の一態様に係る推定装置は、観測値取得部と、演算部と、切替部とを備える。前記観測値取得部は、二次電池の電圧および電流の観測値を取得する。前記演算部は、前記観測値取得部で取得される前記観測値に基づき、前記二次電池の等価回路モデルに対してカルマンフィルタを適用した推定演算によって、前記二次電池の充電状態を示すSOC値を推定する。前記切替部は、前記SOC値の前記推定演算に対する前記二次電池の開回路電圧の影響が相対的に大きい状態である場合に、前記推定演算の最大誤差の抑制を優先する最大誤差優先パラメータを前記カルマンフィルタのパラメータとした前記推定演算によって算出される前記SOC値である第1のSOC値を前記演算部から出力させ、前記開回路電圧の影響が相対的に小さい状態である場合に、前記推定演算の平均誤差の抑制を優先する平均誤差優先パラメータを前記カルマンフィルタのパラメータとした前記推定演算によって算出される前記SOC値である第2のSOC値を前記演算部から出力させる。 An estimation apparatus according to an aspect of the embodiment includes an observation value acquisition unit, a calculation unit, and a switching unit. The observed value acquisition unit acquires observed values of the voltage and current of the secondary battery. The arithmetic unit is based on the observation value acquired by the observation value acquisition unit, and an SOC value indicating the state of charge of the secondary battery by an estimation calculation applying a Kalman filter to the equivalent circuit model of the secondary battery Is estimated. When the influence of the open circuit voltage of the secondary battery on the estimation calculation of the SOC value is relatively large, the switching unit sets a maximum error priority parameter that prioritizes suppression of the maximum error of the estimation calculation. When the first SOC value, which is the SOC value calculated by the estimation calculation as a parameter of the Kalman filter, is output from the calculation unit and the influence of the open circuit voltage is relatively small, the estimation is performed. A second SOC value that is the SOC value calculated by the estimation calculation using an average error priority parameter giving priority to suppression of an average error of the calculation as a parameter of the Kalman filter is output from the calculation unit.
実施形態の一態様によれば、SOC値の推定精度を向上させることができる推定装置、推定方法、および推定プログラムを提供することができる。 According to one aspect of the embodiment, it is possible to provide an estimation device, an estimation method, and an estimation program that can improve the estimation accuracy of the SOC value.
以下、添付図面を参照して、本願の開示する推定装置、推定方法、および推定プログラムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下においては、推定装置を含む電源システムの適用例として車両搭載用システムについて説明するが、かかる例に限定されない。例えば、太陽光や風力などの自然エネルギーを電力へ変換する発電システムなどのように車両搭載用システム以外に推定装置を含む電源システムを適用することもできる。 Hereinafter, embodiments of an estimation device, an estimation method, and an estimation program disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below. In the following, a vehicle-mounted system will be described as an application example of a power supply system including an estimation device, but the present invention is not limited to this example. For example, a power supply system including an estimation device can be applied in addition to the on-vehicle system, such as a power generation system that converts natural energy such as sunlight or wind power into electric power.
[1.車両搭載用システムの構成]
図1は、実施形態に係る推定装置を含む車両搭載用システムの構成例を示す図である。図1示す車両搭載用システム100は、例えば、図示しないハイブリッド自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)、および電気自動車(EV:Electric Vehicle)等の車両に搭載される。
[1. Configuration of on-board system]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a vehicle-mounted system including an estimation device according to an embodiment. The
かかる車両搭載用システム100は、電源システム1と、車両制御装置2と、モータ3と、電力変換部4とを備える。車両制御装置2は、電源システム1を起動して電源システム1と電力変換部4とを接続し、電力変換部4を駆動することで、モータ3を制御する。
The on-
電力変換部4は、電源システム1からの直流電力を交流電力へ変換してモータ3へ出力することができ、また、モータ3の回生電力である交流電力を直流電力へ変換して電源システム1へ供給することができる。
The
車両制御装置2は、電源システム1から通知される後述の二次電池5の状態を示すSOC(State Of Charge)値に基づいて、二次電池5の充放電を制御することができる。例えば、車両制御装置2は、SOC値が低下した場合に、モータ3の回生電力を電源システム1へ供給することで、SOC値を上昇させることができる。SOC値は、二次電池5の充電率(%)であるが、二次電池5の残留容量(Ah)であってもよい。 The vehicle control device 2 can control charging / discharging of the secondary battery 5 based on an SOC (State Of Charge) value indicating a state of a secondary battery 5 described later notified from the power supply system 1. For example, the vehicle control device 2 can increase the SOC value by supplying regenerative power of the motor 3 to the power supply system 1 when the SOC value decreases. The SOC value is the charging rate (%) of the secondary battery 5, but may be the remaining capacity (Ah) of the secondary battery 5.
電源システム1は、二次電池5と、電池監視システム6と、リレー7とを備える。二次電池5は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などである。二次電池5は、例えば、組電池であり、複数の電池ブロックが直列に接続されて構成される。各電池ブロックは、直列に接続された複数の電池セルを備える。なお、二次電池5は、複数の電池ブロックが並列に接続されて構成されてもよい。
The power supply system 1 includes a secondary battery 5, a
電池監視システム6は、車両に設けられた不図示のイグニッションスイッチがONになった場合に、電源システム1を動作状態にする。電源システム1が動作状態にある場合、二次電池5が電力変換部4に接続されており、かつ、二次電池5のSOC値の推定処理が繰り返し行われる。電池監視システム6は、SOC値を推定する毎に推定したSOC値を車両制御装置2へ通知する。
The
また、電池監視システム6は、イグニッションスイッチがOFFになった場合に、電源システム1を停止状態にする。電源システム1が停止状態にある場合、二次電池5は電力変換部4から切り離されており、かつ、二次電池5のSOC値の推定処理が停止している。
Further, the
なお、電池監視システム6は、二次電池5を構成する複数の電池ブロックにそれぞれに設けられた不図示のブロック監視部を有しており、各ブロック監視部は、対応する電池ブロックの異常などを検出することができる。
The
電池監視システム6は、電池状態監視部10と、二次電池5の両端電圧uの瞬時値(以下、電圧観測値uと記載する)を検出する電圧センサ11と、二次電池5に流れる電流iの瞬時値(以下、電流観測値iと記載する)を検出する電流センサ12とを備える。
The
電池状態監視部10は、スイッチ制御部20と、充電状態推定部21(推定装置の一例)とを備える。スイッチ制御部20は、イグニッションスイッチの状態を示すイグニッション信号SIGNに基づいて、リレー7のON/OFFを制御する。
The battery
例えば、スイッチ制御部20は、イグニッション信号SIGNがイグニッションスイッチのONを示す場合、リレー7をONにして二次電池5を電力変換部4に接続し、車両搭載用システム100で二次電池5の利用が可能な状態にする。また、スイッチ制御部20は、イグニッション信号SIGNがイグニッションスイッチのOFFを示す場合、リレー7をOFFにして二次電池5を電力変換部4から切り離し、車両搭載用システム100で二次電池5の利用を停止させる。
For example, when the ignition signal SIGN indicates ON of the ignition switch, the
なお、スイッチ制御部20は、車両制御装置2の要求に応じてリレー7のON/OFFを制御することもできる。また、スイッチ制御部20は、リレー7がONである状態で二次電池5の異常を検出した場合、リレー7をOFFにして電源システム1を停止状態にすることもできる。
The
充電状態推定部21は、電源システム1が動作状態にある場合、二次電池5のSOC値を推定する推定演算を行い、電源システム1が停止状態にある場合、SOC値の推定演算を停止する。 When the power supply system 1 is in an operating state, the charging state estimation unit 21 performs an estimation calculation for estimating the SOC value of the secondary battery 5, and stops the SOC value estimation calculation when the power supply system 1 is in a stopped state. .
具体的には、充電状態推定部21は、電圧センサ11および電流センサ12から電圧観測値uおよび電流観測値iを取得する。充電状態推定部21は、電圧観測値uおよび電流観測値iに基づき、二次電池5の等価回路モデルに対してカルマンフィルタを適用した推定演算によって、二次電池5の充電状態を示すSOC値を推定する。充電状態推定部21は、推定演算を行う毎に、推定演算の結果であるSOC値を車両制御装置2へ出力する。
Specifically, the charging state estimation unit 21 acquires the voltage observation value u and the current observation value i from the voltage sensor 11 and the
二次電池5に流れる電流iが大きい場合、二次電池5の開回路電圧であるOCV(Open Circuit Voltage)値に対するSOC値への影響が大きくなって、SOC値の推定誤差が大きくなるおそれがある。また、二次電池5に大きい電流iが流れた後の一定時間内は、OCV値に対するSOC値への影響が大きく、SOC値の推定誤差が大きくなるおそれがある。 When the current i flowing through the secondary battery 5 is large, the influence of the SOC value on the OCV (Open Circuit Voltage) value, which is the open circuit voltage of the secondary battery 5, increases, and the estimation error of the SOC value may increase. is there. In addition, during a certain period of time after a large current i flows through the secondary battery 5, the SOC value is greatly affected by the SOC value, and the SOC value estimation error may increase.
そこで、本実施形態に係る充電状態推定部21は、SOC値の推定演算に対するOCV値の影響(以下、OCV影響と記載する)の状態に応じてカルマンフィルタのパラメータ変更することで、SOC値の推定誤差が大きくなることを抑制する。なお、OCV値は、二次電池5の開回路電圧の値であって、換言すれば無負荷状態の二次電池5の電圧値である。かかるOCV値は、電流観測値iおよび電圧観測値uなどから推定される値である。 Therefore, the charging state estimation unit 21 according to the present embodiment estimates the SOC value by changing the parameter of the Kalman filter according to the state of the influence of the OCV value on the SOC value estimation calculation (hereinafter referred to as the OCV influence). Suppresses an increase in error. The OCV value is the value of the open circuit voltage of the secondary battery 5, in other words, the voltage value of the secondary battery 5 in the no-load state. The OCV value is a value estimated from the current observation value i and the voltage observation value u.
図2は、充電状態推定部21におけるカルマンフィルタのパラメータの設定の流れを示すフローチャートである。図2に示すように、充電状態推定部21は、OCV影響が相対的に大きい状態であるか否かを判定する(ステップS10)。充電状態推定部21は、例えば、電流観測値iが閾値ith以上である場合、および、電流観測値iが閾値ith以上から閾値ith未満になってから一定時間が経過するまでの間である場合を、OCV影響が相対的に大きい状態であるとすることができる。 FIG. 2 is a flowchart showing a flow of setting the parameters of the Kalman filter in the charge state estimation unit 21. As shown in FIG. 2, the charge state estimation unit 21 determines whether or not the OCV influence is relatively large (step S10). The charging state estimation unit 21 is, for example, when the current observation value i is greater than or equal to the threshold value ith and when the current observation value i is greater than or equal to the threshold value ith and less than the threshold value ith until a certain time elapses. Can be assumed to be a state in which the OCV influence is relatively large.
充電状態推定部21は、OCV影響が相対的に大きい状態であると判定した場合(ステップS10:Yes)、カルマンフィルタのパラメータを最大誤差優先パラメータに設定する(ステップS11)。最大誤差優先パラメータは、SOC値の推定演算の最大誤差の抑制を優先するパラメータである。かかる最大誤差優先パラメータを推定演算に用いることで、例えば、二次電池5に流れる電流iが大きい場合において、SOC値の誤差を抑え、収束性を高めることができ、SOC値の推定精度を向上させることができる。 When it is determined that the OCV influence is relatively large (step S10: Yes), the charging state estimation unit 21 sets the Kalman filter parameter as the maximum error priority parameter (step S11). The maximum error priority parameter is a parameter that prioritizes suppression of the maximum error in the SOC value estimation calculation. By using the maximum error priority parameter for the estimation calculation, for example, when the current i flowing through the secondary battery 5 is large, the error of the SOC value can be suppressed, the convergence can be improved, and the estimation accuracy of the SOC value is improved. Can be made.
一方、充電状態推定部21は、OCV影響が相対的に大きい状態ではないと判定した場合(ステップS10:No)、カルマンフィルタのパラメータを平均誤差優先パラメータに設定する(ステップS12)。平均誤差優先パラメータは、SOC値の推定演算の平均誤差の抑制を優先するパラメータである。かかる平均誤差優先パラメータを推定演算に用いることで、例えば、二次電池5に流れる電流iが小さい場合において、平均誤差を抑えることができる。 On the other hand, when it is determined that the OCV influence is not relatively large (step S10: No), the charging state estimation unit 21 sets the Kalman filter parameter as an average error priority parameter (step S12). The average error priority parameter is a parameter that prioritizes suppression of the average error in the SOC value estimation calculation. By using the average error priority parameter for the estimation calculation, for example, when the current i flowing through the secondary battery 5 is small, the average error can be suppressed.
二次電池5に流れる電流iが小さい場合、二次電池5に流れる電流iが大きい場合に比べてSOC値の推定演算の最大誤差が小さいため、最大誤差よりも平均誤差を抑えることが望ましく、平均誤差優先パラメータを用いることで平均誤差を抑える。これにより、二次電池5に流れる電流iが小さい場合において、SOC値の推定精度を向上させることができる。 When the current i flowing through the secondary battery 5 is small, the maximum error in the estimation calculation of the SOC value is smaller than when the current i flowing through the secondary battery 5 is large. Therefore, it is desirable to suppress the average error rather than the maximum error. The average error is suppressed by using the average error priority parameter. Thereby, when the current i flowing through the secondary battery 5 is small, the estimation accuracy of the SOC value can be improved.
なお、上述においては、電流観測値iの大きさに応じてカルマンフィルタのパラメータを変更したが、かかる例に限定されない。例えば、充電状態推定部21は、OCV影響の状態が予め分かっている場合、OCV影響が相対的に大きい状態と想定される期間に最大誤差優先パラメータを用い、OCV影響が相対的に小さい状態と想定される期間に平均誤差優先パラメータを用いることもできる。すなわち、充電状態推定部21は、電流ではなく、時間をトリガとしてパラメータを切り替えることができる。 In the above description, the parameters of the Kalman filter are changed according to the magnitude of the current observation value i, but the present invention is not limited to this example. For example, when the state of the OCV influence is known in advance, the charging state estimation unit 21 uses the maximum error priority parameter during a period in which the OCV influence is assumed to be relatively large, and the state where the OCV influence is relatively small. An average error priority parameter can also be used in the assumed period. That is, the charging state estimation unit 21 can switch parameters using time instead of current as a trigger.
また、充電状態推定部21は、最大誤差優先パラメータを用いたSOC値の推定演算と、平均誤差優先パラメータを用いたSOC値の推定演算とを並行して行うことができる。この場合、充電状態推定部21は、OCV影響が相対的に大きい状態である場合に、最大誤差優先パラメータを用いた推定演算によるSOC値を出力する。また、充電状態推定部21は、OCV影響が相対的に小さい状態である場合に、平均誤差優先パラメータを用いた推定演算によるSOC値を出力することができる。 In addition, the charging state estimation unit 21 can perform the SOC value estimation calculation using the maximum error priority parameter and the SOC value estimation calculation using the average error priority parameter in parallel. In this case, the charging state estimation unit 21 outputs the SOC value obtained by the estimation calculation using the maximum error priority parameter when the OCV influence is relatively large. Further, when the OCV influence is relatively small, the charging state estimation unit 21 can output the SOC value obtained by the estimation calculation using the average error priority parameter.
[2.充電状態推定部21]
充電状態推定部21は、二次電池5をモデル化した等価回路モデルに対して、カルマンフィルタを適用することでSOC値を推定する推定演算を行う。
[2. Charge state estimation unit 21]
The charge state estimation unit 21 performs an estimation calculation for estimating the SOC value by applying a Kalman filter to an equivalent circuit model obtained by modeling the secondary battery 5.
図3は、二次電池5の等価回路モデルの一例を示す説明図である。図3に示すように、二次電池5の等価回路モデル30は、電源31と、抵抗素子32と、第1のRC回路33と、第2のRC回路34とを有して構成される。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of an equivalent circuit model of the secondary battery 5. As shown in FIG. 3, the
電源31は、内部インピーダンスが存在しない理想電源であり、かかる電源31の電圧の値は、無負荷状態の二次電池5の電圧の値であり、上述したOCV値である。なお、図3に示す例では、充電時のOCV値をOCVaとし、放電時のOCV値をOCVbとして表している。
The
抵抗素子32は、抵抗値R0を有する抵抗素子であり、抵抗素子32の電圧u0は、二次電池5に流れる電流iの変化に正比例して大きくなる。第1のRC回路33は、抵抗値R1の抵抗素子と静電容量C1のコンデンサとの並列回路であり、第1のRC回路33の電圧u1は、二次電池5に流れる電流iの変化に対して過渡的に変化する。
The
第2のRC回路34は、抵抗値R2の抵抗素子と静電容量C2のコンデンサとの並列回路であり、第2のRC回路34の電圧u2は、二次電池5に流れる電流iの変化に対して過渡的に変化する。
The
図3に示す等価回路モデル30の両端電圧uは、下記式(1)に示すように、OCV値と、電圧u0と、電圧u1と、電圧u2との和で表現することができる。
電圧u0は、二次電池5に流れる電流iと抵抗値R0とから下記式(2)に示すように表すことができる。また、第1のRC回路33の電圧u1と第2のRC回路34の電圧u2の微分方程式は、下記式(3),(4)に示すように表すことができる。
充電状態推定部21は、上述した等価回路モデル30を用いた推定演算によってSOC値を推定する。下記式(5),(6)は、二次電池5の状態を表すシステムモデルを示している。式(5)は、二次電池5の状態を示す状態方程式であり、式(6)は、二次電池5の観測値に係る観測方程式である。下記式(5),(6)において、「k」は、離散化した時間のインデックス(k番目の時間。以下、時刻kと記載する場合がある)を示す。
上記式(5),(6)において、「xk」は、時刻kにおける二次電池5の状態を示す状態ベクトルであり、上記式(7)に示すように、時刻kにおけるSOC値,電圧u1,電圧u2である。また、「ik」は外部からの制御入力である上述した電流観測値iであり、「yk」は、上記式(8)に示すように、時刻kにおける二次電池5の両端電圧uである。なお、「A」,「B」,「C」,「D」は、例えば、上記(1)〜(4)から求められる行列である。 In the above formulas (5) and (6), “x k ” is a state vector indicating the state of the secondary battery 5 at time k, and as shown in the above formula (7), the SOC value and voltage at time k. u1 and voltage u2. Further, “i k ” is the above-described current observation value i that is a control input from the outside, and “y k ” is the voltage u across the secondary battery 5 at time k as shown in the above equation (8). It is. “A”, “B”, “C”, and “D” are, for example, matrices obtained from (1) to (4) above.
また、「vk」はシステムノイズであり、「wk」は観測ノイズである。システムノイズvkおよび観測ノイズwkは、多次元正規分布に従うノイズである。システムノイズは、プロセスノイズとも呼ばれる。 “V k ” is system noise, and “w k ” is observation noise. The system noise v k and the observation noise w k are noises that follow a multidimensional normal distribution. System noise is also called process noise.
図4は、二次電池5のSOC−OCV特性の一例を示す図である。図4において、横軸は、SOC(%)であり、縦軸は、OCV(V)である。充電状態推定部21は、上記システムモデルを用いて推定したOCV値と、図4に示すSOC−OCV特性とに基づいて、SOC値を仮推定する。充電状態推定部21は、上記システムモデルを用いて推定される両端電圧uの推定値と電圧観測値uとの差である観測誤差に基づき、仮推定したSOC値をカルマンフィルタで補正し、補正したSOC値をSOCの推定値とすることで、SOC値を本推定する。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the SOC-OCV characteristic of the secondary battery 5. In FIG. 4, the horizontal axis represents SOC (%), and the vertical axis represents OCV (V). The charging state estimation unit 21 temporarily estimates the SOC value based on the OCV value estimated using the system model and the SOC-OCV characteristic shown in FIG. The charging state estimation unit 21 corrects the provisionally estimated SOC value with a Kalman filter based on an observation error that is a difference between the estimated value of the both-end voltage u estimated using the system model and the voltage observation value u, and corrects it. The SOC value is actually estimated by using the SOC value as the estimated value of the SOC.
以下、充電状態推定部21によるSOCの推定演算について、二次電池5の利用が停止されてから二次電池5の利用が再開された場合の処理を含め、さらに具体的に説明する。なお、以下において、離散化した時間のインデックス「k」を下付文字に代えて、括弧書きで記載するものとする。 Hereinafter, the SOC estimation calculation performed by the charge state estimation unit 21 will be described in more detail, including processing when the use of the secondary battery 5 is resumed after the use of the secondary battery 5 is stopped. In the following description, the discretized time index “k” is written in parentheses instead of subscripts.
[2.1.充電状態推定部21の構成]
図5は、充電状態推定部21の機能ブロック図である。図5に示すように、充電状態推定部21は、記憶部40と、A/D変換部41(観測値取得部の一例)と、演算部42と、切替部43とを備える。演算部42は、電池状態推定部50と、ゲイン設定部51と、フィルタ部52とを備える。ゲイン設定部51およびフィルタ部52は、カルマンフィルタとして機能する。
[2.1. Configuration of charge state estimation unit 21]
FIG. 5 is a functional block diagram of the charge state estimation unit 21. As illustrated in FIG. 5, the charging state estimation unit 21 includes a
充電状態推定部21は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ、A/D変換部、入出力ポート等を含むマイクロコンピュータである。かかるマイクロコンピュータのCPUがROMまたはフラッシュメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、演算部42、および切替部43として機能する。また、記憶部40は、RAMなどによって構成される。
The charge state estimation unit 21 is a microcomputer including, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a flash memory, an A / D conversion unit, an input / output port, and the like. The CPU of the microcomputer functions as the calculation unit 42 and the switching
なお、演算部42および切替部43は全部または一部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアで構成することもできる。また、記録ディスク(例えば、CDやDVD)から不図示の読取部により上述したプログラムを読み出し、ROMまたはフラッシュメモリに記憶することができる。
Note that all or part of the calculation unit 42 and the switching
記憶部40は、充電状態推定部21が用いる等価回路モデル30の各種パラメータ、カルマンフィルタの各種パラメータ、およびSOC−OCV特性を示す情報などを記憶している。また、記憶部40は、充電状態推定部21による推定演算の最新の結果であるSOC値を記憶する。
The
A/D変換部41は、電圧センサ11から出力される電圧観測値uを所定時間毎に繰り返しデジタル変換して、電圧観測値u(k)として出力する。また、A/D変換部41は、電流センサ12から出力される電流観測値iを所定時間毎に繰り返しデジタル変換して、電流観測値i(k)として出力する。
The A / D converter 41 repeatedly digitally converts the voltage observation value u output from the voltage sensor 11 every predetermined time, and outputs the result as the voltage observation value u (k). The A / D conversion unit 41 repeatedly digitally converts the current observation value i output from the
電池状態推定部50は、A/D変換部41から電圧観測値u(k)および電流観測値i(k)を取得する。また、電池状態推定部50は、事後状態推定値x^(k−1)や等価回路モデル30の各種パラメータを記憶部40から取得する。
The battery
事後状態推定値x^(k−1)は、時刻k1−1において、充電状態推定部21によって本推定された二次電池5の状態ベクトルである。ここで、時刻kにおける二次電池5の状態ベクトルである状態推定値x(k)は、下記式(9)で表され、SOC値SOC(k)、電圧u1(k)、および電圧u2(k)を含む。
電池状態推定部50は、事後状態推定値x^(k−1)と、電圧観測値u(k)と、電流観測値i(k)とに基づき、事前状態推定値x^-(k)を演算する。例えば、電池状態推定部50は、上記式(5)に対応する下記式(10)の演算を行うことによって、事前状態推定値x^-(k)を求めることができる。また、電流観測値i(k)は、下記式(11)に示すように、所定期間に二次電池5に流れる電流iの積算値であり、所定期間は例えば1秒である。
なお、上記式(10)において、f(x^(k−1),i(k))は、事後状態推定値x^(k−1)および電流観測値i(k)と事前状態推定値x^-(k)との関係を示す関数である。なお、上記式(10)では、電流観測値i(k)を用いているが、電流観測値i(k−1)を用いてもよい。 In the above equation (10), f (x ^ (k-1), i (k)) is the post-state state estimated value x ^ (k-1), the current observation value i (k), and the prior state estimated value. It is a function indicating the relationship with x ^-(k). In the above formula (10), the current observation value i (k) is used, but the current observation value i (k−1) may be used.
また、電池状態推定部50は、電流観測値i(k)と、事前状態推定値x^-(k)とに基づいて、二次電池5の両端電圧uの推定値である電圧推定値u^(k)を演算する。例えば、電池状態推定部50は、上記式(6)に対応する下記式(12)の演算を行うことによって、電圧推定値u^(k)を求めることができる。電池状態推定部50は、事前状態推定値x^-(k)をフィルタ部52へ出力する。
さらに、電池状態推定部50は、電圧観測値u(k)と電圧推定値u^(k)との差分u~(k)を演算する。例えば、電池状態推定部50は、下記式(13)の演算を行うことによって、差分u~(k)を求めることができる。電池状態推定部50は、差分u~(k)をゲイン設定部51へ出力する。
ゲイン設定部51は、電池状態推定部50から差分u~(k)を取得する。ゲイン設定部51は、差分u~(k)と、事後誤差共分散行列P(k−1)と、観測ノイズΣwと、システムノイズΣvとに基づいて、カルマンゲインG(k)を演算する。なお、観測ノイズΣwは、上述した観測ノイズwkの共分散であり、システムノイズΣvは、上述したシステムノイズvkの共分散である。
The
ゲイン設定部51は、例えば、下記式(14)の演算によって、時刻kにおける事前誤差共分散行列P-(k)を求める。下記式(14)において、「A」は、例えば、上記式(10)におけるf(x^(k−1),i(k))のヤコビアンとすることができる。ゲイン設定部51は、例えば、時刻k−1の事後状態推定値x^(k−1)に基づいて、下記式(15)の演算によってヤコビアン「A」を求めることができる。
次に、ゲイン設定部51は、時刻kにおける事前誤差共分散行列P-(k)およびシステムノイズΣvに基づいて、カルマンゲインG(k)を演算する。例えば、ゲイン設定部51は、例えば、下記式(16)の演算によって、カルマンゲインG(k)を求めることができる。
また、ゲイン設定部51は、事前状態推定値x^-(k)とカルマンゲインG(k)と差分u~(k)とに基づいて、時刻kにおける事後誤差共分散行列P(k)を演算する。例えば、ゲイン設定部51は、下記式(17)の演算によって、事後誤差共分散行列P(k)を求めることができる。
フィルタ部52は、事前状態推定値x^-(k)とカルマンゲインG(k)とに基づいて、事後状態推定値x^(k)を演算する。具体的には、フィルタ部52は、カルマンゲインG(k)と、差分u~(k)とに基づいて、事前状態推定値x^-(k)を修正するための修正値x~(k)を演算する。例えば、フィルタ部52は、下記式(18)の演算によって、修正値x~(k)を求めることができる。
フィルタ部52は、事前状態推定値x^-(k)と修正値x~(k)とに基づいて、事後状態推定値x^(k)を演算する。例えば、フィルタ部52は、下記式(19)の演算によって、事後状態推定値x^(k)を求めることができる。
そして、フィルタ部52は、事後状態推定値x^(k)に含まれるSOCの事後状態推定値SOC^(k)を抽出する。例えば、フィルタ部52は、下記式(20)の演算によって、事後状態推定値SOC^(k)を求めることができる。
フィルタ部52は、抽出した事後状態推定値x^(k)を記憶部40に記憶すると共に、算出した事後状態推定値SOC^(k)を車両制御装置2へ出力する。なお、事後状態推定値SOC^(k)の演算方法は、上述した例に限定されない。事後状態推定値SOC^(k)の演算方法は、等価回路モデルに対してカルマンフィルタを適用した推定演算によって事後状態推定値SOC^(k)を演算することができればよい。例えば、充電状態推定部21は、公知の推定処理で事後状態推定値SOC^(k)の演算を行うこともできる。
The filter unit 52 stores the extracted posterior state estimated value x ^ (k) in the
[2.2.パラメータの設定処理]
上述したように、充電状態推定部21は、記憶部40と、切替部43とを備える。切替部43は、判定部44と、パラメータ設定部45とを備える。
[2.2. Parameter setting process]
As described above, the charging state estimation unit 21 includes the
記憶部40は、上述した最大誤差優先パラメータおよび平均誤差優先パラメータを記憶している。最大誤差優先パラメータには、パラメータとして、第1のシステムノイズΣv1および第1の観測ノイズΣw1が含まれる。同様に、平均誤差優先パラメータには、パラメータとして、第2のシステムノイズΣv2および第2の観測ノイズΣw2が含まれる。
The
また、記憶部40は、SOC値の推定演算に対するOCV値の影響であるOCV影響が相対的に大きい期間T1(以下、第1の期間T1と記載する)の情報と、OCV影響が相対的に小さい期間T2(以下、第2の期間T2と記載する)の情報とを記憶する。
In addition, the
第1の期間T1の情報は、時刻t1〜時刻t2、時刻t4〜時刻t5といった情報を含み、第2の期間T2の情報は、時刻t2〜時刻t3、時刻t5〜時刻t6といった情報を含む。時刻t1〜t6等は、イグニッション信号SIGNがイグニッションスイッチのOFFを示す状態からONを示す状態になってSOC値の推定演算を開始してからの経過時間であり、二次電池5を利用可能になるように電力変換部4に接続してからの経過時間である。期間T1,T2、および時刻t1〜t6等の情報は、二次電池5の種類、特性等によって定めることができる。例えば、推定演算の開始時から所定時間の間が誤差の大きい期間であることがわかっているのであれば、その期間を第1の期間T1として予め設定し、その期間以降を第2の期間T2として予め設定しておくことができる。
The information of the first period T1 includes information such as time t1 to time t2 and time t4 to time t5, and the information of the second period T2 includes information such as time t2 to time t3 and time t5 to time t6. Time etc. t1 to t6, the elapsed time from the start of the estimation calculation of the SOC value in the state indicating an ON from the state where the ignition signal S IGN indicates OFF of the ignition switch, available rechargeable battery 5 It is the elapsed time after connecting to the
判定部44は、第1のモードおよび第2のモードのうち選択されているモードでOCV影響の状態を判定し、OCV影響が相対的に大きい状態かOCV影響が相対的に小さい状態かのいずれであるかを判定する。第1のモードは、電流観測値i(t)に基づいてOCV影響の状態を判定するモードであり、第2のモードは、記憶部40に記憶された第1の期間T1および第2の期間T2の情報に基づいてOCV影響の状態を判定するモードである。
The determination unit 44 determines the state of the OCV influence in the mode selected from the first mode and the second mode, and the OCV influence is relatively large or the OCV influence is relatively small. It is determined whether it is. The first mode is a mode for determining the state of the OCV influence based on the current observation value i (t), and the second mode is the first period T1 and the second period stored in the
まず、第1のモードについて説明する。OCV影響は、上述したように、電流観測値i(t)が大きいほど、大きくなるため、判定部44は、電流観測値i(t)に基づいてOCV影響の状態を判定する。 First, the first mode will be described. As described above, since the OCV influence increases as the current observation value i (t) increases, the determination unit 44 determines the state of the OCV influence based on the current observation value i (t).
例えば、判定部44は、電流観測値i(t)が閾値ith以上である場合、および、電流観測値i(t)が閾値ith以上から閾値ith未満になってから一定時間Tth内である場合は、OCV影響が相対的に大きい状態であると判定する。一方、電流観測値i(t)が閾値ith未満になってから一定時間Tth内である場合を除き、電流観測値i(t)が閾値ith未満である場合、OCV影響が相対的に小さい状態であると判定する。 For example, when the current observation value i (t) is greater than or equal to the threshold value ith and the current observation value i (t) is greater than or equal to the threshold value ith and less than the threshold value ith, the determination unit 44 determines that the current observation value i (t) is within the predetermined time Tth. Determines that the OCV influence is relatively large. On the other hand, when the current observation value i (t) is less than the threshold value ith except for the case where the current observation value i (t) is less than the threshold value ith and within the predetermined time Tth, the OCV influence is relatively small. It is determined that
次に、第2のモードについて説明する。判定部44は、記憶部40に記憶された第1の期間T1の情報と第2の期間T2の情報とに基づいて、現時刻tが第1の期間T1に含まれるのか第2の期間T2に含まれるのかを判定する。例えば、時刻t1〜時刻t2の期間が第1の期間T1であり、時刻t2〜時刻t3の期間が第2の期間T2であるとする。
Next, the second mode will be described. The determination unit 44 determines whether the current time t is included in the first period T1 based on the information of the first period T1 and the information of the second period T2 stored in the
この場合、判定部44は、現時刻tが時刻t1〜時刻t2の期間内(t1≦t<t2)であれば、現時刻tが第1の期間T1に含まれると判定する。また、判定部44は、現時刻tが時刻t2〜時刻t3の期間内(t2≦t<t3)であれば、現時刻tが第2の期間T2に含まれると判定する。現時刻tが第1の期間T1に含まれる場合、OCV影響が相対的に大きい状態であり、現時刻tが第2の期間T2に含まれる場合、OCV影響が相対的に小さい状態である。 In this case, the determination unit 44 determines that the current time t is included in the first period T1 if the current time t is within the period from time t1 to time t2 (t1 ≦ t <t2). Further, the determination unit 44 determines that the current time t is included in the second period T2 if the current time t is within the period from time t2 to time t3 (t2 ≦ t <t3). When the current time t is included in the first period T1, the OCV influence is relatively large. When the current time t is included in the second period T2, the OCV influence is relatively small.
なお、記憶部40には第1の期間T1の情報のみを記憶しておくこともできる。この場合、判定部44は、現時刻tが第1の期間T1内であれば、現時刻tが第1の期間T1に含まれると判定し、現時刻tが第1の期間T1内でなければ、現時刻tが第2の期間T2に含まれると判定する。
Note that only the information of the first period T1 can be stored in the
パラメータ設定部45は、判定部44の判定結果に応じたカルマンフィルタのパラメータによる推定演算で算出されたSOCの推定値を演算部42から出力させる。演算部42は、最大誤差優先パラメータを用いたSOC値の推定演算(以下、第1の推定演算と記載する)と、平均誤差優先パラメータを用いたSOC値の推定演算(以下、第2の推定演算と記載する)とを切り替えてまたは並行して行うことができる。
The
まず、第1の推定演算と第2の推定演算との切り替え処理について説明する。パラメータ設定部45は、判定部44によってOCV影響が相対的に大きいと判定された場合、カルマンフィルタのパラメータを最大誤差優先パラメータに設定する。また、パラメータ設定部45は、判定部44によってOCV影響が相対的に小さいと判定された場合、カルマンフィルタのパラメータを平均誤差優先パラメータに設定する。
First, switching processing between the first estimation calculation and the second estimation calculation will be described. When the determination unit 44 determines that the OCV influence is relatively large, the
例えば、パラメータ設定部45は、判定部44によってOCV影響が相対的に大きいと判定された場合、第1のシステムノイズΣv1および第1の観測ノイズΣw1を演算部42に設定する。演算部42は、第1の観測ノイズΣw1を観測ノイズΣwとして上記式(14)の演算を行い、第1のシステムノイズΣv1をシステムノイズΣvとして上記式(16)の演算を行う。これにより、SOC値の誤差を抑えて収束性を高めることができ、SOC値の推定精度を向上させることができる。
For example, when the determination unit 44 determines that the OCV influence is relatively large, the
また、パラメータ設定部45は、判定部44によってOCV影響が相対的に小さいと判定された場合、第2のシステムノイズΣv2および第2の観測ノイズΣw2を演算部42に設定する。演算部42は、第2の観測ノイズΣw2を観測ノイズΣwとして上記式(14)の演算を行い、第2のシステムノイズΣv2をシステムノイズΣvとして上記式(16)の演算を行う。これにより、SOC値の平均誤差を抑えることができ、SOC値の推定精度を向上させることができる。
The
図6は、SOC値の推定誤差の時間的推移を示す図である。図6において、横軸は、推定演算を開始してからの時間を示し、縦軸は、SOC値の推定誤差を示す。図6に示すように、最大誤差優先パラメータを用いた場合、SOC値の推定誤差のばらつき範囲が小さくなり、また、平均誤差優先パラメータを用いた場合、SOC値の推定誤差の平均値が小さくなる。 FIG. 6 is a diagram showing a temporal transition of the estimation error of the SOC value. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the time since the start of the estimation calculation, and the vertical axis indicates the SOC value estimation error. As shown in FIG. 6, when the maximum error priority parameter is used, the variation range of the SOC value estimation error becomes small, and when the average error priority parameter is used, the average value of the SOC value estimation error becomes small. .
次に、第1の推定演算と第2の推定演算との並行処理で算出されたSOC値の出力の選択について説明する。パラメータ設定部45は、まず、最大誤差優先パラメータと平均誤差優先パラメータとを共に演算部42に設定する。そして、パラメータ設定部45は、判定部44によるOCV影響の状態の判定結果に基づいて、第1の推定演算によって算出されたSOC値と第2の推定演算によって算出されたSOC値とのいずれを出力するかを示す出力設定値を演算部42に設定する。
Next, selection of the output of the SOC value calculated by the parallel processing of the first estimation calculation and the second estimation calculation will be described. First, the
パラメータ設定部45は、判定部44によってOCV影響が相対的に大きいと判定された場合、第1の推定演算によって算出されたSOC値を出力することを示す出力設定値を演算部42に設定する。また、パラメータ設定部45は、判定部44によってOCV影響が相対的に小さいと判定された場合、第2の推定演算によって算出されたSOC値を出力することを示す出力設定値を演算部42に設定する。
The
演算部42は、第1の推定演算と第2の推定演算とを並行して繰り返し行い、出力設定値に基づいて、第1の推定演算によって算出されたSOC値および第2の推定演算によって算出されたSOC値のうちいずか一方を車両制御装置2へ出力する。 The calculation unit 42 repeatedly performs the first estimation calculation and the second estimation calculation in parallel, and calculates the SOC value calculated by the first estimation calculation and the second estimation calculation based on the output set value. One of the set SOC values is output to the vehicle control device 2.
例えば、演算部42は、出力設定値が第1の推定演算によって算出されたSOC値を出力することを示す場合、第1の推定演算によって算出されたSOC値を車両制御装置2へ出力する。また、演算部42は、出力設定値が第2の推定演算によって算出されたSOC値を出力することを示す場合、第2の推定演算によって算出されたSOC値を車両制御装置2へ出力する。 For example, when the output setting value indicates that the SOC value calculated by the first estimation calculation is output, the calculation unit 42 outputs the SOC value calculated by the first estimation calculation to the vehicle control device 2. Further, when the output setting value indicates that the SOC value calculated by the second estimation calculation is output, the calculation unit 42 outputs the SOC value calculated by the second estimation calculation to the vehicle control device 2.
このように、充電状態推定部21は、第1の推定演算と第2の推定演算との並行処理で算出し、算出された複数のSOC値のうち1つを選択して出力することができる。そのため、カルマンフィルタのパラメータを切り替える場合に比べ、OCV影響の状態に応じたパラメータを用いた推定演算によって推定されるSOC値の出力を迅速に行うことができる。 As described above, the charging state estimation unit 21 can calculate by parallel processing of the first estimation calculation and the second estimation calculation, and can select and output one of the calculated SOC values. . Therefore, compared with the case where the parameter of the Kalman filter is switched, the SOC value estimated by the estimation calculation using the parameter corresponding to the state of the OCV influence can be output quickly.
なお、パラメータ設定部45によって設定されるカルマンフィルタのパラメータは、固定値または初期値である。パラメータ設定部45によって設定されるカルマンフィルタのパラメータが固定値である場合、演算部42は、パラメータ設定部45によって設定されたパラメータをカルマンフィルタのパラメータとして継続的に使用してSOC値の推定演算を行う。
The parameters of the Kalman filter set by the
また、パラメータ設定部45によって設定されるカルマンフィルタのパラメータが初期値である場合、演算部42は、推定演算を開始した場合に、パラメータ設定部45によって設定されたパラメータを初期値として、初回のSOC値の推定演算を行う。その後、演算部42は、パラメータの更新を繰り返しながら、2回目以降のSOC値の推定演算を行うことができる。
When the parameter of the Kalman filter set by the
演算部42は、例えば、修正値x~(k)などの演算値または観測値に基づいて、2回目以降のSOC値の推定演算に用いるシステムノイズΣvを更新することができる。また、演算部42は、電圧観測値u(t)や状態推定値x^などの演算値または観測値に基づいて、観測ノイズΣwを更新することができる。 Calculation unit 42, for example, can be based on the calculated values or observed values such as correction values x ~ (k), and updates the system noise sigma v used for estimating calculation of the second and subsequent SOC value. The arithmetic unit 42 can be based on the calculated values or observed values, such as voltage observations u (t) and state estimate x ^, and updates the observation noise sigma w.
なお、演算部42は、観測ノイズΣwおよびシステムノイズΣvのうち一方を固定値とし他方を初期値として、SOC値の推定演算を行うこともできる。また、上述した例では、切替部43によって演算部42に設定されるパラメータとして観測ノイズΣwおよびシステムノイズΣvを例に挙げて説明したが、演算部42に設定されるパラメータは、観測ノイズΣwおよびシステムノイズΣvに限定されない。切替部43によって演算部42に設定されるパラメータは、観測ノイズΣwおよびシステムノイズΣv以外のパラメータであってもよい。
The arithmetic unit 42, the other to a fixed value one of the observation noise sigma w and system noise sigma v as an initial value, it is also possible to perform estimation calculation of the SOC value. In the above-described example, the observation noise Σ w and the system noise Σ v are described as examples of the parameters set in the calculation unit 42 by the switching
[3.充電状態推定部21による処理]
次に、フローチャートを用いて、推定装置の一例である充電状態推定部21が実行する処理の流れを説明する。
[3. Processing by the charge state estimation unit 21]
Next, a flow of processing executed by the charging state estimation unit 21 which is an example of an estimation device will be described using a flowchart.
まず、第1の推定演算と第2の推定演算との切り替え処理について説明する。図7は、充電状態推定部21が実行する処理手順の一例を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。 First, switching processing between the first estimation calculation and the second estimation calculation will be described. FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure executed by the charge state estimation unit 21, and is a process that is repeatedly executed.
図7に示すように、充電状態推定部21の切替部43は、充電状態推定部21が第1のモードに設定されているか否かを判定する(ステップS20)。切替部43は、第1のモードに設定されていると判定した場合(ステップS20:Yes)、電流観測値i(k)が閾値ith以上であるか否かを判定する(ステップS21)。切替部43は、電流観測値i(k)が閾値ith以上であると判定した場合(ステップS21:Yes)、最大誤差優先パラメータを演算部42に設定する(ステップS23)。
As illustrated in FIG. 7, the switching
切替部43は、電流観測値i(k)が閾値ith以上ではないと判定した場合(ステップS21:No)、電流観測値i(k)が閾値ith以上から閾値ith未満になったタイミングから一定時間Tth経過したか否かを判定する(ステップS22)。
When the switching
切替部43は、ステップS22において、閾値ith未満になったタイミングから一定時間Tth経過したと判定した場合(ステップS22:Yes)、平均誤差優先パラメータを演算部42に設定する(ステップS25)。また、切替部43は、電流観測値i(k)が閾値ith以上から閾値ith未満になったタイミングから一定時間Tth経過していないと判定した場合(ステップS22:No)、最大誤差優先パラメータを演算部42に設定する(ステップS23)。
When the switching
また、切替部43は、ステップS20において、充電状態推定部21が第1のモードに設定されていないと判定した場合(ステップS20:No)、現時刻tが第1の期間T1であるか否かを判定する(ステップS24)。
Further, when the switching
切替部43は、現時刻tが第1の期間T1ではないと判定した場合(ステップS24:No)、平均誤差優先パラメータを演算部42に設定する(ステップS25)。また、切替部43は、時刻tが第1の期間T1であると判定した場合(ステップS24:Yes)、最大誤差優先パラメータを演算部42に設定する(ステップS26)。
If the switching
切替部43によるステップS23,S25,およびS26の処理が終了した場合、充電状態推定部21の演算部42は、切替部43によって設定されたパラメータを用いて、SOC値の推定演算を実行する(ステップS27)。演算部42は、ステップS27における推定演算の結果であるSOC値を車両制御装置2へ出力する(ステップS28)。
When the processing of steps S23, S25, and S26 by the switching
次に、第1の推定演算と第2の推定演算との並行処理で算出されたSOC値の出力の選択について説明する。図8は、充電状態推定部21が実行する処理手順の他の例を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。 Next, selection of the output of the SOC value calculated by the parallel processing of the first estimation calculation and the second estimation calculation will be described. FIG. 8 is a flowchart showing another example of a processing procedure executed by the charge state estimation unit 21, and is a process that is repeatedly executed.
なお、後述するステップS31,S33の処理は、繰り返し行われるSOC値の推定演算における初回のみに実行されるものであり、例えば、イグニッションがONになった場合の最初の推定演算の際に実行される。また、ステップS35〜S37,S40の処理は、図7に示すステップS20〜S22,S24の処理と同様であり、説明を省略する。 Note that the processing of steps S31 and S33, which will be described later, is executed only for the first time in the SOC value estimation calculation that is repeatedly performed, for example, at the time of the first estimation calculation when the ignition is turned on. The Further, the processes of steps S35 to S37 and S40 are the same as the processes of steps S20 to S22 and S24 shown in FIG.
図8に示すように、充電状態推定部21の切替部43は、演算部42に対して初期パラメータとして最大誤差優先パラメータを設定し(ステップS31)、演算部42は、最大誤差優先パラメータを用いてSOC値の推定演算を実行する(ステップS32)。また、切替部43は、演算部42に対して初期パラメータとして平均誤差優先パラメータを設定し(ステップS33)、演算部42は、平均誤差優先パラメータを用いてSOC値の推定演算を実行する(ステップS34)。
As shown in FIG. 8, the switching
切替部43は、電流観測値i(k)が閾値ith以上であると判定した場合(ステップS35:Yes)、または、電流観測値i(k)が閾値ith以上から閾値ith未満になったタイミングから一定時間Tth経過していないと判定した場合(ステップS37:No)、最大誤差優先パラメータで演算部42によって推定演算されたSOC値を演算部42から出力させる(ステップS38)。また、切替部43は、現時刻tが第1の期間T1であると判定した場合(ステップS40:Yes)、最大誤差優先パラメータで演算部42によって推定演算されたSOC値を演算部42から出力させる(ステップS38)。
When the switching
また、切替部43は、電流観測値i(k)が閾値ith以上から閾値ith未満になったタイミングから一定時間Tth経過したと判定した場合(ステップS37:Yes)、または、現時刻tが第1の期間T1ではないと判定した場合(ステップS40:No)、平均誤差優先パラメータで演算部42によって推定演算されたSOC値を演算部42から出力させる(ステップS39)。
In addition, the switching
以上のように、本実施形態に係る充電状態推定部(推定装置の一例)は、A/D変換部41(観測値取得部の一例)と、演算部42と、切替部43とを備える。A/D変換部41は、電圧観測値u(k)および電流観測値i(k)(二次電池の電圧および電流の観測値の一例)を取得する。演算部42は、電圧観測値u(k)および電流観測値i(k)に基づき、二次電池5の等価回路モデル30に対してカルマンフィルタを適用した推定演算によって、二次電池5の充電状態を示すSOC値を推定する。切替部43は、OCV影響(SOC値の推定演算に対する二次電池5の開回路電圧の影響の一例)が相対的に大きい状態である場合に、推定演算の最大誤差の抑制を優先する最大誤差優先パラメータをカルマンフィルタのパラメータとした推定演算によって算出される第1のSOC値を演算部42から出力させ、OCV影響が相対的に小さい状態である場合に、推定演算の平均誤差の抑制を優先する平均誤差優先パラメータをカルマンフィルタのパラメータとした推定演算によって算出される第2のSOC値を演算部42から出力させる。これにより、OCV影響の状態に応じたパラメータでSOC値の推定演算を行うことができるため、SOC値の推定精度を向上させることができる。
As described above, the charging state estimation unit (an example of the estimation device) according to the present embodiment includes the A / D conversion unit 41 (an example of the observation value acquisition unit), the calculation unit 42, and the switching
また、電流観測値i(k)が閾値ithである場合、または、電流観測値i(k)が閾値ith以上から閾値ith未満になったタイミングから一定時間Tth(設定時間の一例)が経過していない場合、OCV影響が相対的に大きい状態である。切替部43は、電流観測値i(k)が閾値ith以上であるか、電流観測値i(k)が閾値ith以上から閾値ith未満になったタイミングから一定時間Tthが経過していないかのいずれかであるか否かに基づいて、第1のSOC値および第2のSOC値のいずれか一つを演算部42から出力させる。これにより、二次電池5に流れる電流iが大きい場合において、SOC値の誤差を抑え、収束性を高めることができ、SOC値の推定精度を向上させることができる。また、二次電池5に流れる電流iが小さい場合、二次電池5に流れる電流iが大きい場合に比べてSOC値の推定演算の最大誤差が小さく、平均誤差優先パラメータを用いることで平均誤差を抑えることができるため、SOC値の推定精度を向上させることができる。
In addition, when the current observation value i (k) is the threshold value ith, or when the current observation value i (k) is greater than or equal to the threshold value ith and less than the threshold value ith, a certain time Tth (an example of a set time) has elapsed. If not, the OCV influence is relatively large. The switching
また、切替部43は、二次電池5を電力変換部4およびモータ3(他装置の一例)で利用可能になるように二次電池5を電力変換部4に接続してからの経過時間に基づいて、第1のSOC値および第2のSOC値のいずれか一つを演算部42から出力させる。これにより、電流観測値i(k)を用いることなく、SOC値の推定精度を向上させることができる。
In addition, the switching
また、切替部43は、最大誤差優先パラメータおよび平均誤差優先パラメータのうちOCV影響の状態に応じたパラメータをカルマンフィルタのパラメータとして演算部42に設定し、演算部42は、切替部43によって設定されたパラメータで推定演算を行う。これにより、最大誤差優先パラメータと平均誤差優先パラメータとでそれぞれ推定演算を行う場合に比べ、処理負荷を軽減しつつ、SOC値の推定精度を向上させることができる。
Further, the switching
また、演算部42は、カルマンフィルタのパラメータを最大誤差優先パラメータとした推定演算と、カルマンフィルタのパラメータを平均誤差優先パラメータとした推定演算とを並行して行い、OCV影響の状態に応じて、第1のSOC値および第2のSOC値の一方を出力する。これにより、カルマンフィルタのパラメータを切り替える場合に比べ、OCV影響の状態に応じたパラメータを用いた推定演算によって推定されるSOC値の出力を迅速に行うことができる。 In addition, the calculation unit 42 performs in parallel an estimation calculation using the Kalman filter parameter as the maximum error priority parameter and an estimation calculation using the Kalman filter parameter as the average error priority parameter, and performs the first calculation according to the state of the OCV influence. One of the SOC value and the second SOC value is output. Thereby, compared with the case where the parameter of a Kalman filter is switched, the SOC value estimated by the estimation calculation using the parameter according to the state of the influence of OCV can be output rapidly.
また、カルマンフィルタのパラメータは、観測ノイズΣw(観測値のノイズに関するパラメータの一例)およびシステムノイズΣv(等価回路モデルのノイズに関するパラメータの一例)を含む。これにより、SOC値の推定精度を向上させることができる。 The parameters of the Kalman filter include observation noise Σ w (an example of a parameter related to noise of an observation value) and system noise Σ v (an example of a parameter related to noise of an equivalent circuit model). Thereby, the estimation accuracy of the SOC value can be improved.
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.
1 電源システム
2 車両制御装置
3 モータ(他装置の一例)
4 電力変換部(他装置の一例)
5 二次電池
6 電池監視システム
7 リレー
10 電池状態監視部
11 電圧センサ
12 電流センサ
20 スイッチ制御部
21 充電状態推定部(推定装置の一例)
30 等価回路モデル
40 記憶部
41 A/D変換部(観測値取得部の一例)
42 演算部
43 切替部
44 判定部
45 パラメータ設定部
50 電池状態推定部
51 ゲイン設定部
52 フィルタ部
100 車両搭載用システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply system 2 Vehicle control apparatus 3 Motor (an example of another apparatus)
4 Power converter (an example of another device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5
30
42
Claims (8)
前記観測値取得部で取得される前記観測値に基づき、前記二次電池の等価回路モデルに対してカルマンフィルタを適用した推定演算によって、前記二次電池の充電状態を示すSOC値を推定する演算部と、
前記SOC値の前記推定演算に対する前記二次電池の開回路電圧の影響が相対的に大きい状態である場合に、前記推定演算の最大誤差の抑制を優先する最大誤差優先パラメータを前記カルマンフィルタのパラメータとした前記推定演算によって算出される前記SOC値である第1のSOC値を前記演算部から出力させ、前記開回路電圧の影響が相対的に小さい状態である場合に、前記推定演算の平均誤差の抑制を優先する平均誤差優先パラメータを前記カルマンフィルタのパラメータとした前記推定演算によって算出される前記SOC値である第2のSOC値を前記演算部から出力させる切替部と、を備える
ことを特徴とする推定装置。 An observation value acquisition unit for acquiring observation values of the voltage and current of the secondary battery;
An arithmetic unit that estimates an SOC value indicating a state of charge of the secondary battery based on the observation value acquired by the observation value acquisition unit, by an estimation calculation in which a Kalman filter is applied to the equivalent circuit model of the secondary battery. When,
When the influence of the open circuit voltage of the secondary battery on the estimation calculation of the SOC value is relatively large, a maximum error priority parameter giving priority to suppression of the maximum error of the estimation calculation is a parameter of the Kalman filter. When the first SOC value, which is the SOC value calculated by the estimation calculation, is output from the calculation unit and the influence of the open circuit voltage is relatively small, the average error of the estimation calculation is A switching unit that outputs a second SOC value, which is the SOC value calculated by the estimation calculation using an average error priority parameter that prioritizes suppression as a parameter of the Kalman filter, from the calculation unit. Estimating device.
前記切替部は、
前記電流の観測値が前記閾値以上であるか、前記電流の観測値が前記閾値以上から前記閾値未満になったタイミングから設定時間が経過していないかのいずれかであるか否かに基づいて、前記第1のSOC値および前記第2のSOC値のいずれか一つを前記演算部から出力させる
ことを特徴とする請求項1に記載の推定装置。 When the observed value of the current is greater than or equal to a threshold value, or when the set time has not elapsed since the timing when the observed value of the current has decreased from the threshold value to less than the threshold value, the influence is relatively large. Yes,
The switching unit is
Based on whether the observed value of the current is greater than or equal to the threshold or whether a set time has not elapsed since the time when the observed value of the current is greater than or equal to the threshold and less than the threshold. The estimation apparatus according to claim 1, wherein any one of the first SOC value and the second SOC value is output from the calculation unit.
前記二次電池を他装置で利用可能になるように前記他装置に接続してからの経過時間に基づいて、前記第1のSOC値および前記第2のSOC値のいずれか一つを前記演算部から出力させる
ことを特徴とする請求項1に記載の推定装置。 The switching unit is
One of the first SOC value and the second SOC value is calculated based on an elapsed time since the secondary battery is connected to the other device so that the secondary battery can be used by the other device. The estimation apparatus according to claim 1, wherein the estimation device outputs the signal from a unit.
前記最大誤差優先パラメータおよび前記平均誤差優先パラメータのうち前記影響の状態に応じたパラメータを前記カルマンフィルタのパラメータとして前記演算部に設定し、
前記演算部は、
前記切替部によって設定されたパラメータで前記推定演算を行う
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の推定装置。 The switching unit is
Of the maximum error priority parameter and the average error priority parameter, a parameter according to the state of influence is set as the Kalman filter parameter in the arithmetic unit,
The computing unit is
The estimation apparatus according to claim 1, wherein the estimation calculation is performed using a parameter set by the switching unit.
前記カルマンフィルタのパラメータを前記最大誤差優先パラメータとした前記推定演算と、前記カルマンフィルタのパラメータを前記平均誤差優先パラメータとした前記推定演算とを並行して行い、
前記影響の状態に応じて、前記第1のSOC値および前記第2のSOC値の一方を出力する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の推定装置。 The computing unit is
The estimation calculation with the Kalman filter parameter as the maximum error priority parameter and the estimation calculation with the Kalman filter parameter as the average error priority parameter are performed in parallel.
The estimation apparatus according to claim 1, wherein one of the first SOC value and the second SOC value is output according to the state of influence.
前記観測値のノイズに関するパラメータおよび前記等価回路モデルのノイズに関するパラメータを含む
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の推定装置。 The Kalman filter parameters are:
The estimation apparatus according to claim 1, further comprising a parameter related to noise of the observed value and a parameter related to noise of the equivalent circuit model.
前記観測値に基づき、前記二次電池の等価回路モデルに対してカルマンフィルタを適用した推定演算によって、前記二次電池の充電状態を示すSOC値を推定する工程と、
前記SOC値の前記推定演算に対する前記二次電池の開回路電圧の影響が相対的に大きい状態である場合に、前記推定演算の最大誤差の抑制を優先する最大誤差優先パラメータを前記カルマンフィルタのパラメータとした前記推定演算によって算出される前記SOC値を出力し、前記開回路電圧の影響が相対的に小さい状態である場合に、前記推定演算の平均誤差の抑制を優先する平均誤差優先パラメータを前記カルマンフィルタのパラメータとした前記推定演算によって算出される前記SOC値を出力する工程と、を含む
ことを特徴とする推定方法。 Obtaining observation values of voltage and current of the secondary battery;
Estimating an SOC value indicating a state of charge of the secondary battery by an estimation calculation in which a Kalman filter is applied to the equivalent circuit model of the secondary battery based on the observed value;
When the influence of the open circuit voltage of the secondary battery on the estimation calculation of the SOC value is relatively large, a maximum error priority parameter giving priority to suppression of the maximum error of the estimation calculation is a parameter of the Kalman filter. When the SOC value calculated by the estimation calculation is output and the influence of the open circuit voltage is relatively small, an average error priority parameter giving priority to suppression of the average error of the estimation calculation is set as the Kalman filter. A step of outputting the SOC value calculated by the estimation calculation as a parameter of the estimation method.
前記観測値に基づき、前記二次電池の等価回路モデルに対してカルマンフィルタを適用した推定演算によって、前記二次電池の充電状態を示すSOC値を推定する手順と、
前記SOC値の前記推定演算に対する前記二次電池の開回路電圧の影響が相対的に大きい状態である場合に、前記推定演算の最大誤差の抑制を優先する最大誤差優先パラメータを前記カルマンフィルタのパラメータとした前記推定演算によって算出される前記SOC値を出力し、前記開回路電圧の影響が相対的に小さい状態である場合に、前記推定演算の平均誤差の抑制を優先する平均誤差優先パラメータを前記カルマンフィルタのパラメータとした前記推定演算によって算出される前記SOC値を出力する手順と、をコンピュータに実行させる
ことを特徴とする推定プログラム。
A procedure for obtaining observations of voltage and current of the secondary battery;
A procedure for estimating an SOC value indicating a state of charge of the secondary battery by an estimation calculation in which a Kalman filter is applied to the equivalent circuit model of the secondary battery based on the observed value;
When the influence of the open circuit voltage of the secondary battery on the estimation calculation of the SOC value is relatively large, a maximum error priority parameter giving priority to suppression of the maximum error of the estimation calculation is a parameter of the Kalman filter. When the SOC value calculated by the estimation calculation is output and the influence of the open circuit voltage is relatively small, an average error priority parameter giving priority to suppression of the average error of the estimation calculation is set as the Kalman filter. And a procedure for outputting the SOC value calculated by the estimation calculation using the parameter as a parameter.
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