JP3550160B2 - The remaining capacity meter battery - Google Patents

The remaining capacity meter battery

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JP3550160B2
JP3550160B2 JP32148292A JP32148292A JP3550160B2 JP 3550160 B2 JP3550160 B2 JP 3550160B2 JP 32148292 A JP32148292 A JP 32148292A JP 32148292 A JP32148292 A JP 32148292A JP 3550160 B2 JP3550160 B2 JP 3550160B2
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高明 武末
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株式会社キューキ
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    • Y02E60/10Energy storage
    • Y02E60/12Battery technologies with an indirect contribution to GHG emissions mitigation

Description

【0001】 [0001]
【産業上の利用分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は電池の残存容量計に関し、特に負荷を遮断することなくリアルタイムで、しかも温度補償や経時変化補正も容易な電池の残存容量計に関する。 The present invention relates to a remaining capacity meter of the battery, especially in real time without interrupting the load, yet related capacity meter of easy battery temperature compensation and aging compensation.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
最近エネルギ問題や環境保護に関連して電気自動車が注目を浴びている。 Electric vehicles are drawing attention recently in relation to the energy problem and environmental protection. また電力系統の有効運用や自然エネルギ利用のための電力貯蔵用電池、または各種制御装置の非常用電源としての電池も注目されている。 Even battery as an emergency power source of active operation and power storage batteries for natural energy utilization or various control devices, the electric power system has been attracting attention. その他の分野でも、電池を利用した分散電源が実用されるようになっており、これらの場合の電池の効率的な運用のためには、電池の充放電制御を的確に行なう必要がある。 In other areas, being adapted to distributed power using a battery is practically, for the efficient operation of the battery in these cases, it is necessary to accurately charge and discharge control of the battery. これに伴なって、電池の残存容量をなるべく高い精度で、しかも運転状態に影響を与えることなしに常時測定することが望まれている。 This is accompanied, in the remaining capacity as high as possible accuracy of the battery, yet it is desirable to constantly measure without affecting the operation state.
【0003】 [0003]
電池の残存容量計としては、従来より、(1)電解液の比重が鉛蓄電池の残存容量と比例関係にあることを利用する比重計方式、(2)放電電流の積算値を使用開始時の電池容量から減算して残存容量を求める電流積算方式、(3)無負荷時の電池の端子電圧すなわち開路電圧が鉛蓄電池の残存容量と比例関係にあることに基づいて残存容量を推定する開路電圧方式、(4)放電(負荷)電流とその時の電池端子電圧との関係を利用する電圧電流方式などが知られている。 The capacity meter of a battery, conventionally, (1) hydrometer method specific gravity of the electrolytic solution is utilized that is proportional to the residual capacity of the lead-acid battery, at the start of using the integrated value of (2) discharge current current integration method to determine the residual capacity by subtracting from the battery capacity, (3) open-circuit voltage terminal voltage, that is the open circuit voltage of the battery at the time of no load to estimate the remaining capacity based on a proportional relationship between the residual capacity of the lead storage battery method, (4) a discharge (load) current and the voltage-current method using the relationship between the battery terminal voltage at that time is known.
【0004】 [0004]
比重計方式は鉛電池にしか使えず、また振動に弱いので、特に自動車用などには不適である。 Hydrometer method is not used only in a lead-acid battery, and since weak to vibration, is particularly unsuitable for such as automotive. 電流積算方式は、使用開始時の電池容量を正確に測定するのが難しく、また経年変化などの影響が大きいという難点がある。 Current integration method, there is a disadvantage that exactly difficult to measure battery capacity at the start of use and the effect of such aging large. 開路電圧方式は、無負荷時の電池の端子電圧すなわち開路電圧が残存容量の関数になるという電池特性を利用したもので、負荷電流を遮断した後ある程度の時間をおいてから開路電圧を測定しなければならない点で、実用上の難点がある。 Open circuit voltage method, in which the terminal voltage, that is the open circuit voltage of the battery at the time of no load using the battery characteristic that is a function of the remaining capacity, the open circuit voltage was measured from at some time after interrupting the load current in that there must be, there are practical difficulties.
【0005】 [0005]
これを解決するために、時間的に変動するパラメ−タを持ったモデルで鉛電池を代表させ、その負荷電流および端子電圧の計測値と電池の電流電圧特性とから、そのときの開路電圧を推定し、このように推定した開路電圧を開路電圧対残存容量の関係特性に当てはめて残存容量を推定することが提案されている(平成4年4月発行の電気学会誌、第112巻第4号、第259〜267頁)。 To solve this, parameter varies temporally - a representative lead battery model with data from the current-voltage characteristic measurements and battery of the load current and the terminal voltage, the open circuit voltage at that time estimated, thus the estimated open-circuit voltage to estimate the remaining capacity by applying the relationship characteristic of the open circuit voltage vs. state of charge has been proposed (April 1992 issue of electrical Engineers Journal, No. 112 Vol. 4 Nos., pp. 259-267).
【0006】 [0006]
電圧電流方式は、電池の残存容量がその電圧電流特性に関係するという電池特性を利用するものである。 Voltage-current method is to use the battery characteristics that the remaining capacity of the battery is related to the voltage-current characteristics. 具体的には、測定対象の電池の標準温度(摂氏30度)における電圧対電流特性曲線またはテ−ブルを、電池残存容量をパラメ−タとして準備しておく。 Specifically, the voltage-current characteristic curve or Te in the standard temperature of the battery to be measured (30 ° C) - Bull, the remaining battery capacity parameter - you prepare as data. 測定時の温度における電流および電圧のサンプル値を、標準温度における値に補正した後、前記電圧対電流特性曲線またはテ−ブルに当てはめて測定時の温度における残存容量を求める。 The sample values ​​of the current and voltage at a temperature at the time of measurement, after correcting the value in the standard temperature, the voltage-current characteristic curve or tape - obtaining the remaining capacity in the temperature at the time of measurement by applying the table. なお必要に応じて、補間演算を行なうこともできる。 Note If necessary, it is possible to perform interpolation calculation.
【0007】 [0007]
このように電圧電流方式は、回路電圧の推定値を用いたり負荷電流を遮断したりすることなしに、しかも連続的かつリアルタイムに残存容量を検知できるので、多くの用途に対して実用的であり、特に電気自動車のように振動の多い対象に用いるものとしては好ましいと考えられる。 Voltage-current method in this way, without or block the load current or using an estimated value of the circuit voltage, and since it detects the remaining capacity continuously and in real time, is practical for many applications It is preferred as those used in particular large target vibration as an electric vehicle. なお電圧電流方式の詳細については、例えば実願平3−18430号の明細書に記載されている。 Note that although the details of the voltage-current method is described in the specification of e.g. Jitsugantaira No. 3-18430.
【0008】 [0008]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
上述の開路電圧方式では、負荷時の実測端子電圧から電池モデルを用いて開路電圧を推定し、このように推定した開路電圧を用いてさらに残存容量を推定するので、推定が多重になり、また前記モデルが電池の物理的特性と関連付けられていないので、経年変化や温度変化などに対する補正が容易でなく、高い測定精度が期待できないという問題が予想される。 In the above open-circuit voltage system, the open circuit voltage is estimated from the measured terminal voltage under load using a battery model, since estimating the further residual capacity by using thus estimated open circuit voltage, the estimated becomes multiple and since the model is not associated with the physical characteristics of the battery, is not easy to correct for such aging and temperature changes, high measurement accuracy can be expected can not be expected.
【0009】 [0009]
また従来の電圧電流方式では、標準として使用される電圧対電流特性曲線またはテ−ブル自体がある特定の動作条件下で得られた電圧、電流から作られたものであるから、これと異なる条件下で得た電圧、電流をこの特性曲線またはテ−ブルに適用した場合、必ずしも残存容量の真値が得られず、大きな誤差を生ずる恐れがあり、また電池特性の経年変化や温度変化に対する補正が十分できないと言う問題がある。 In the conventional voltage-current scheme, the voltage-current characteristic curve or Te is used as a standard - voltage obtained at a particular operating conditions there is a table itself, since it is those made from the current, and different conditions voltage obtained under a current of the characteristic curve or tape - when applied to Bull, not the true value of the necessarily remaining capacity is obtained, there is a risk of causing a large error, also correction for aging and temperature changes in the battery characteristics there is a problem that can not be enough. さらに、測定電流、電圧に重畳する雑音が大きく、したがって求める残存容量の変動も大きい時に、移動平均フィルタで平均化しようとすると、位相遅れによる誤差を避けるのが困難になる。 Furthermore, the measurement current, noise superposed on the voltage increases, therefore when the greater variation in the remaining capacity obtaining, when you try averaged by the moving average filter, it becomes difficult to avoid errors due to phase delay.
【0010】 [0010]
本発明の目的は、上述の諸問題を解決できる電圧電流方式による電池の残存容量計を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a remaining capacity meter of the battery by the voltage-current method which can solve the problems described above.
【0011】 [0011]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
電池の物理的特性に適合するような、その残存容量をパラメ−タとし、その放電電流および端子電圧の関係を代表する電池モデルを準備しておき、放電電流および端子電圧の一方の実測値を前記電池モデルに代入して放電電流および端子電圧の他方の推測値を演算し、前記推測値の実測値に対する偏差に基づいて、前記偏差が小さくなるようにパラメ−タを修正し、前記偏差が十分に小さくなったときのパラメ−タ値を、電池の残存容量として出力する。 To accommodate the physical characteristics of the battery, the remaining capacity parameters - the data in advance to prepare a battery model to represent the relationship between the discharge current and the terminal voltage, one of the measured values ​​of discharge current and the terminal voltage wherein substituted into the battery model calculates the other estimates of the discharge current and the terminal voltage, on the basis of the deviation of the measured value of the estimated value, parameter so that the deviation becomes smaller - Fixed data, the deviation parameters when it becomes sufficiently small - the data value is output as the remaining capacity of the battery.
温度変化に対する補正として、ある周囲温度での、残存容量をパラメ−タとする電圧電流特性と標準温度での電圧電流特性との間の座標変換式を記憶しておき、前記ある周囲温度で実測された放電電流および端子電圧を、前記座標変換式によって標準温度での値に変換した後、変換された標準温度での放電電流および端子電圧実測値に基づいて、電池の残存容量を演算する。 As a correction to the temperature change, at any ambient temperature, the remaining capacity parameters - stores the coordinate transformation equation between the voltage-current characteristic of the voltage-current characteristic and the standard temperature for the motor, the certain measured at ambient temperature the is discharge current and the terminal voltage, converts the value at standard temperature by the coordinate conversion formula, based on the discharge current and the terminal voltage measured value in the converted standard temperature, it calculates the remaining capacity of the battery. また電池モデルを表わす諸係数の、初回充放電時の値を基準としたn回目放電時の値の変化量または変化率が予定の閾値を超えた時は、前記諸係数を修正して電池モデルの経時変化を補正できる。 Also the various coefficients representing battery model, when a change amount or rate of change of the value at the n-th discharge with respect to the value at the time of initial charge-discharge exceeds a predetermined threshold, the battery model and correct the various coefficients It can be corrected over time change.
【0012】 [0012]
【作用】 [Action]
電池の残存容量をより正確にしかもリアルタイムで監視することができ、さらに温度変化や経年変化の影響を加味した残存容量の監視も可能となるのみならず、異常状態の検知も可能である。 Can monitor the remaining capacity of the battery more accurately addition in real time, not only the possible further monitoring of the remaining capacity in consideration of the influence of temperature change or aging, it is also possible the detection of the abnormal state. また、電池の残存容量がデジタル量として演算できるので、これを遠方の中央装置に伝送して集中管理することも容易になる。 Moreover, since the remaining capacity of the battery can be calculated as a digital value, it becomes easy to centrally manage which was transmitted to a remote central unit.
【0013】 [0013]
【実施例】 【Example】
以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings illustrating the present invention in detail. 図1は本発明の原理的構成を示すブロックである。 Figure 1 is a block diagram showing the basic configuration of the present invention. 測定対象の電池1には負荷2(例えば、電気自動車の駆動用モ−タなど)が接続され、負荷電流すなわち電池1の放電電流iは電流計3で検出される。 Load 2 to the battery 1 to be measured (e.g., an electric vehicle driving motor - such as motor) is connected, the load current, that the discharge current i of the battery 1 is detected by the ammeter 3. 負荷2の大きさが負荷制御部4(例えば、電気自動車のアクセルペダル)によって制御されると、放電電流iが変化し、これに応じて電池1の端子電圧vも変化する。 Load 2 of magnitude load control unit 4 (e.g., electric vehicle accelerator pedal) when controlled by the discharge current i is changed, and changes the terminal voltage v of the battery 1 in accordance with this. 電圧vは電圧計10で測定される。 Voltage v is measured by the voltmeter 10. 電池モデル5としては、後述する(1)式のような、電池1の推定端子電圧V esとそのときの放電電流iおよび電池1の残存容量θ(モデルのパラメ−タとなる)の間の関係式が用いられる。 The battery model 5, such as described below (1), the remaining capacity of the discharge current i and the battery 1 at that time and the estimated terminal voltage V es of the battery 1 theta - between (model parameters become data) relationship is used. 検出された放電電流iの値が前記モデルの式に代入されて推定端子電圧V esが演算される。 The value of the detected discharge current i is wherein the assignment has been estimated terminal voltage V es of the model is computed.
【0014】 [0014]
得られた推定端子電圧V esは比較器6に供給されて実測端子電圧vと比較される。 The resulting estimated terminal voltage V es is compared with the actually measured terminal voltage v is supplied to the comparator 6. 比較器6の出力すなわち、推定端子電圧V esと実測端子電圧vとの差は電池モデル5の電池1に対する近似度すなわち収束度合いを表わす。 The output of the comparator 6 that is, the difference between the estimated terminal voltage V es and measured terminal voltage v represents the degree of approximation i.e. degree of convergence with respect to cell 1 of the battery model 5. したがって、前記差を収束判定部7に供給してこれが閾値以下に十分収束しているか否かを判定し、収束していないときは、前記差を電池モデルにフィ−ドバックしてそのパラメ−タを修正する。 Therefore, it supplies the difference in the convergence determination unit 7 determines whether or not sufficient converged below a threshold, when not converged, Fi the difference in battery model - Dobakku to its parameters - data to correct. 図1の例では、残存容量修正部8で前記差が小さくなるように電池モデル5のパラメ−タすなわち残存容量θを修正する。 In the example of FIG. 1, parameters of the battery model 5 so that the difference becomes smaller remaining capacity correction unit 8 - Fixing data i.e. remaining capacity theta. 電池モデル5では、修正された残存容量θと実測電流値iを用いて推定端子電圧V esを演算し直す。 In the battery model 5, re-calculating an estimated terminal voltage V es using the modified residual capacity θ and the measured current value i.
【0015】 [0015]
上記のような電流、電圧の測定、推定端子電圧V esの演算およびパラメ−タθの修正を繰り返し、推定端子電圧V esと実測端子電圧vとの差が十分小さくなったときは、電池モデル5が電池1の実態を代表していると考えられるので、収束判定部7は出力制御部9を制御してそのときの電池モデル5のパラメ−タを残存容量θとして出力する。 Current as described above, measurement of the voltage, the estimated terminal voltage V es operations and parameters - repeating the correction of data theta, when the difference between the estimated terminal voltage V es and measured terminal voltage v is sufficiently small, battery model because 5 is considered to be representative of the actual condition of the battery 1, the convergence determination portion 7 controls the output control unit 9 parameters of the battery model 5 at that time - and outputs the data as a residual capacity theta. 以上のようにして、本発明によれば、電池1の負荷を遮断することなく、その放電電流と端子電圧を測定するだけで、電池モデル5を電池1の実態に整合するように修正して残存容量θを検知することができる。 As described above, according to the present invention, without interrupting the load cell 1, only measures the discharge current and the terminal voltage, and modified to match the battery model 5 to actual condition of the battery 1 it is possible to detect the remaining capacity theta.
【0016】 [0016]
つぎに電池モデル5について詳細に説明する。 Will be described in detail the battery model 5. 本発明では、上述のように、電池1の端子電圧vが、そのときの放電電流iと電池1の残存容量θとの関数であること、および電池の物理的諸性質を考慮し、この実施例では、ある時刻tにおける電池モデル5をつぎの2次式(1)で表わすこととした。 In the present invention, as described above, the terminal voltage v of the battery 1, it is a function of the remaining capacity θ of the discharge current i and the battery 1 at that time, and considering the physical properties of the battery, this embodiment in the example, it was decided to represent a cell model 5 at a certain time t by a quadratic expression of the following (1).
式(1)において、a 0 (θ)、a 1 (θ)、a 2 (θ)は電流iに対しては定数であるが、パラメ−タである残存容量θに対しては変化するものである。 In the formula (1), a 0 (θ ), a 1 (θ), a 2 (θ) is a constant for the current i, parameters - which varies with respect to remaining capacity theta is data it is. なお以下においては、定数に付けた(θ)は省略し、単にa 0 、a 1 、a 2と表記する。 In the following, the attached constant (theta) are omitted, simply referred to as a 0, a 1, a 2 .
【0017】 [0017]
定数a 0は、放電電流iが0のときの端子電圧であるから、いわゆる無負荷開路電圧に相当するもので、電池の残存容量や、経年変化、周囲温度などに関係する。 Constant a 0, since the discharge current i is the terminal voltage of 0, corresponds to a so-called no-load open circuit voltage, and remaining capacity of the battery, aging is related like to ambient temperature. 何故ならば、電池の反応が進むにつれて電解液の濃度が低下し、極板に反応物質が溜って実効的な極板面積が減少するので、残存容量は減少する傾向にあるからである。 Because reduces the concentration of the electrolyte solution as the reaction of the battery proceeds, so the effective plate area and accumulation of reactants to the electrode plate is reduced, the remaining capacity is because there is a tendency to decrease. 一方、周囲温度が上昇すれば、反応が活性化するので無負荷開路電圧は上昇する。 On the other hand, if increasing the ambient temperature, no-load open circuit voltage because the reaction is activated is increased. 本発明者らの考察によれば、定数a 0は残存容量の減少に伴なって減少する。 According to the study of the present inventors, the constant a 0 is decreased becomes accompanied a decrease in the remaining capacity.
【0018】 [0018]
定数a 1は、電流iとの積が電圧降下を示すので、電池の内部電気抵抗に相当すると考えられる。 Constant a 1 is the product of the current i exhibits a voltage drop is considered to correspond to the internal electrical resistance of the battery. 残存容量の低下や経年変化にともなう電解液の濃度低下、極板中の不活性物質の蓄積、および極板の充填物質の脱落などによって、電圧降下は増加するので、電池の内部電気抵抗は増大する。 Density reduction of the electrolytic solution due to degradation and aging of the remaining capacity, the accumulation of inert material in the electrode plate, and the like falling off of the electrode plate of the filling material, the voltage drop increases, the internal resistance of the battery increases to. したがって定数a 1の極性は負であり、絶対値は残存容量の減少に伴なって増大する。 Therefore the polarity of the constant a 1 is negative, the absolute value increases is accompanied to a decrease in the remaining capacity. また温度変化に対しては、定数a 0と同様に、周囲温度が上昇すれば反応が活性化するので、電圧降下を減少させる方向に作用する。 Also with respect to temperature changes, as well as the constant a 0, the reaction if elevated ambient temperature because activated, acts in a direction to reduce the voltage drop.
【0019】 [0019]
定数a 2は、電流iの2乗との積が電圧降下に影響するので、電池の分極作用に依存するものと解され、やはり残存容量に関係する。 Constant a 2 is, since the product of the square of the current i affects the voltage drop is understood to depend on the polarizing action of the battery, also related to the remaining capacity. 本発明者らの考察によれば、定数a 2は、放電の初期と末期で比較的大きく、その中間では小さい。 According to the study of the present inventors, the constant a 2 is relatively large in the discharge of the initial and end, in the middle is small. すなわち電池の残存容量が十分大きい時には定数a 2は幾分大きく、残存容量の減少に伴なって徐々に小さくなり、残存容量がさらに少なくなると再び徐々に増加する傾向が見られた。 That constant a 2 is somewhat larger when sufficiently large remaining capacity of the battery gradually decreases is accompanied to a decrease in the remaining capacity, it tended to increase again gradually the remaining capacity is further reduced.
【0020】 [0020]
以上のような各係数と電池の物理的特性との関連性、ならびに各係数の変化傾向に関する考察に基づき、この実施例では、各係数a 0 〜a 2を残存容量θに関する2次曲線で代表させ、それぞれつぎの(2)〜(4)式で表わすことにした。 Relationship between the physical properties of each coefficient and the battery as described above, and based on the study on the change trend of coefficients, in this embodiment, representative of each coefficient a 0 ~a 2 by a quadratic curve for the remaining capacity θ It was decided to respectively represented by (2) to (4) below.
0 =b 00 +b 01・θ+b 02・θ 2 … (2) a 0 = b 00 + b 01 · θ + b 02 · θ 2 ... (2)
1 =b 10 +b 11・θ+b 12・θ 2 … (3) a 1 = b 10 + b 11 · θ + b 12 · θ 2 ... (3)
2 =b 20 +b 21・θ+b 22・θ 2 … (4) a 2 = b 20 + b 21 · θ + b 22 · θ 2 ... (4)
そして、電池残存容量に対する各係数の具体的数値例を図2の(A)〜(C)に示したようにした。 Then, and as indicated a specific numerical example of the coefficient for the remaining battery capacity of FIG 2 (A) ~ (C). もっとも、これは単なる1例であって適宜に変更可能であり、また明らかなように、特に電池の種類が変われば当然に変わるものである。 However, this is arbitrary changed merely one example, and as is evident, in particular those changes of course if Kaware the type of battery. またこれらの係数a 0 〜a 2は、測定対象の電池について残存容量をパラメ−タとした電圧電流特性曲線が分かれば実験的に求め得るものである。 The coefficients a 0 ~a 2 of these, the remaining capacity for the battery to be measured parameter - in which data and a voltage-current characteristic curve may determined empirically knowing.
【0021】 [0021]
上述のような電池モデルを用いて、図1の構成によって電池1の残存容量を計測または推定する。 Using cell models, such as described above, to measure or estimate the remaining capacity of the battery 1 by the configuration of FIG. このために、ある時点(t−T)から時点tまでの離散的サンプリングデ−タを用い、推定理論によって時点tにおける残存容量を求める方法を以下に説明する。 For this, the discrete sampling data of from a certain point in time (t-T) to time t - using the data, a method of calculating the remaining capacity at time t by the estimation theory below.
【0022】 [0022]
まず時点(t−T)から時点tまでの間の時点τにおける電池1の実測端子電圧をv(τ)、この時の残存容量をθ、実測放電電流をi(τ)とし、これらを(1)式に代入して得られた端子電圧推定値をV es (τ,θ)とする。 First time (t-T) the measured terminal voltage of the battery 1 at the time tau of between time t from v (tau), the remaining capacity at this time theta, the measured discharge current and i (tau), these ( the terminal voltage estimation value obtained by substituting the 1) V es (τ, θ) to. さらに、前記時点(t−T)から時点tまでのサンプリングデ−タを用い、非線形の最適化の方法を適用すると、つぎの(5)式の評価関数を最小にするθを求めることに帰する。 Further, the sampling data of from the time point (t-T) to time t - using the data, when applying the method of optimization of nonlinear, returning to seek θ to minimize the evaluation function of the following equation (5) to. この式は、非線形の最適化の方法としてガウス・ニュ−トン法を適用した例である。 This equation, Gaussian New Methods for the optimization of nonlinear - an example of applying the tons method.
【0023】 [0023]
【数5】 [Number 5]
(5)式はθに関して非線形であるので、端子電圧推定値V es (τ,θ)をある基準値θ 0のまわりでテ−ラ−展開し、2次以上の項を省略して線形化すると(6)式になり、 (5) Since is nonlinear with respect to theta, Te around the reference value theta 0 with a terminal voltage estimation value V es (tau, theta) - la - linearization omit expanded, second or higher order terms Then will (6),
【0024】 [0024]
【数6】 [6]
(6)式を(5)式に代入すると(7)式の線形評価関数が得られる。 It is substituted into the expression (6) (5) (7) linear evaluation function is obtained.
【0025】 [0025]
【数7】 [Equation 7]
つぎに、θが変化したときに(7)式を最小にするようなδθ、すなわち(7)式のδθに関する偏微分係数を零にするδθを求める。 Next, theta is δθ that minimizes the expression (7) when the change, i.e., (7) determining the δθ to zero partial derivatives related δθ of Formula. このδθは、残存容量の基準値として先に仮定した初期値θ 0に対する修正量であり、推定値として得られるので、以下ではδθ esと表記する。 This .delta..theta is correction amount to the initial value theta 0 was assumed above as a reference value of the remaining capacity is obtained as the estimated value, is hereinafter referred to as .delta..theta es. 修正量δθ esは、つぎの(8)式で表わされる。 Correction amount .delta..theta es is expressed by equation (8) below.
【0026】 [0026]
【数8】 [Equation 8]
修正量δθ esが求められたならば、そのときのθ 0をδθ esだけ修正(加減算)して新たな残存容量を仮定し、(1)式によって再度推定端子電圧V esを演算する。 If the correction amount .delta..theta es is determined, and .delta..theta es only modification (addition and subtraction) the theta 0 at that time assumed a new remaining capacity, calculates the estimated again terminal voltage V es by (1). そして前記推定端子電圧V es (τ、θ)と実測端子電圧v(τ)との差が十分小さくなるまで、換言すれば、仮定残存容量θ 0が収束するまで(8)式の演算を繰り返す。 And the estimated terminal voltage V es (tau, theta) until the difference between the measured terminal voltage v (tau) is sufficiently small, in other words, the assumption remaining capacity theta 0 repeated operations until the equation (8) converges . このとき(k+1)番目の仮定残存容量θ 0 (k+1)は、残存容量修正部8において、k番目の仮定残存容量θ 0 (k)をδθ es (k)だけ修正することによって得られるので、つぎの(9)式で表わすことができる。 At this time (k + 1) -th assumed residual capacity theta 0 (k + 1) is the residual capacity correcting section 8, so obtained by modifying k-th hypothesis remaining capacity theta 0 to (k) .delta..theta es only (k), can be expressed by the following equation (9).
θ 0 (k+1)=θ 0 (k)+δθ es (k) … (9) θ 0 (k + 1) = θ 0 (k) + δθ es (k) ... (9)
(9)式のθ 0 (k+1)が収束したこと(例えば、比|δθ es (k)/θ 0 (k+1)|の値が予め決めた閾値εよりも小さくなったこと)が収束判定部7で判定されると、出力制御部9が付勢され、そのときの仮定残存容量θ 0 (k+1)またはθ 0 (k)が電池の残存容量を示す信号として出力される。 (9) of θ 0 (k + 1) that has converged (e.g., the ratio | δθ es (k) / θ 0 (k + 1) | of the value is smaller than the threshold value ε with predetermined) convergence determination unit If it is determined at 7, it is energized the output control unit 9, assuming the remaining capacity theta 0 at that time (k + 1) or theta 0 (k) is output as a signal indicating the remaining capacity of the battery.
【0027】 [0027]
図3は、図1の電池モデルのハ−ド構成および上述した演算における信号の流れを示すブロック図である。 3, Ha battery model in Figure 1 - is a block diagram showing signal flow in operation was de construction and above. その内容は上述の説明から自明であり、容易に理解できるので重複した説明は省略する。 Its contents will be apparent from the foregoing description, easily duplicated description will be understood omitted.
【0028】 [0028]
図4の(A)は、上記実施例の電池モデルを用いて推定した端子電圧V es (点線)と実測した端子電圧v(実線)との比較を示す図であり、両曲線の対比の便宜上、同図の(B)にその一部を拡大して示している。 Figure 4 (A) is a diagram showing a comparison between the terminal voltage and estimated using a battery model of Example V es (dotted line) and the actually measured terminal voltage v (solid line), for convenience of comparison of the two curves shows an enlarged view of a part thereof in FIG (B). これらの図から、本発明によれば、電池の物理的特性に基づいたモデルを用いたので、良好な精度で電池の残存容量を推定できること、および実測値には観測ノイズが重畳しているが推定値はこのようなノイズの影響を受けていないことが分かる。 From these figures, according to the present invention, since using a model based on the physical characteristics of a battery, it can estimate the remaining capacity of the battery in good precision, and the measured value observation noise is superimposed estimates can be seen that not affected by such noise. また、(5)式の評価関数は常に単峰性となり、初期値θ 0をどのような値に設定しても、必ず真値に収束することが、本発明者らのシミュレ−ションによっても確認された。 Also, (5) evaluation function equation always unimodal, setting an initial value theta 0 to any value, always to converge to the true value, the present inventors Simulation - by Deployment confirmed.
【0029】 [0029]
残存容量の温度補正電池モデルに関して前述したように、電池の残存容量をパラメ−タとする放電電流対端子電圧の特性曲線は周囲温度に応じて変化する。 As described above with respect to temperature correction battery model remaining capacity, the remaining capacity of the battery parameters - characteristic curve of the discharge current versus terminal voltage of the capacitor varies according to the ambient temperature. すなわち、周囲温度が高いと電池反応が活性化するので、発生電圧が高くなり、曲線は全体として電圧軸の正方向に上昇する。 That is, since the cell reaction and the ambient temperature is high is activated, the higher the generated voltage, the curve rises in the positive direction of the voltage axis as a whole. また電池内部抵抗は温度が高いほど小さくなるので、内部抵抗に相当する曲線の傾斜は、温度が高いほど緩く、反対に温度が下がると急峻になり、したがって曲線は全体として立ってくる。 Since the battery internal resistance decreases as the temperature increases, the slope of the curve corresponding to the internal resistance, the higher the temperature loose, becomes steep when the temperature in the opposite decreases, hence the curve comes to stand as a whole.
【0030】 [0030]
以上の考察から、ある電池の摂氏0度おける放電電流対端子電圧特性曲線が、例えば図5(A)に示すようなものであると仮定すると、この特性曲線を電圧軸(縦軸)および電流軸(横軸)の方向に平行移動し、かつ反時計方向に回転すれば、より高い温度、例えば摂氏30度における同電池の放電電流対端子電圧特性曲線に近似できることが分る。 From the above consideration, the discharge current versus terminal voltage characteristic curve definitive zero degrees Celsius of a battery, be assumed to be for example, as shown in FIG. 5 (A), voltage axis the characteristic curve (vertical axis) and the current translated in the direction of the axis (horizontal axis), and if rotated counterclockwise, higher temperatures, for example, it can be seen that approximated the discharge current versus terminal voltage characteristic curve of the battery at 30 degrees Celsius. 図5(B)は、図5(A)の曲線を平行移動および反時計方向回転して得られたものであり、実質上摂氏30度における同電池の放電電流対端子電圧特性曲線と見做すことができる。 FIG. 5 (B) has been obtained by curves move and rotate counterclockwise parallel of FIG. 5 (A), regarded as a discharge current versus terminal voltage characteristic curve of the battery in substantially Celsius 30 degrees Succoth can.
【0031】 [0031]
明らかなように、上記のような特性曲線の平行移動および回転は座標軸変換操作に他ならないから、ある電池の標準温度(例えば、30℃)における放電電流対端子電圧特性曲線(以下、標準曲線という)と、他の任意の温度での放電電流対端子電圧特性曲線を標準曲線に合致させるための座標変換の式とが知られてさえおれば、これと異なる周囲温度T℃での残存容量を上述した本発明の手法で容易に求めることができる。 Obviously, translation and rotation of the characteristic curve as described above because nothing but the coordinate transformation operation, a standard temperature of a battery (e.g., 30 ° C.) discharge current versus terminal voltage characteristic curve (hereinafter in referred standard curve a), if I even been known and expressions coordinate transformation for matching the discharge current versus terminal voltage characteristic curve at any other temperature to a standard curve, and different residual capacity at ambient temperature T ° C. it can be easily obtained by the method of the present invention described above.
【0032】 [0032]
すなわち、周囲温度T℃での実測によって得られた放電電流および端子電圧を、予め準備された座標変換の式またはテ−ブルに代入して標準温度での座標系の値に変換し、変換後の放電電流および端子電圧値を標準曲線に適用して残存容量θを求めれば、この値が周囲温度T℃での残存容量になる。 That is, the discharge current and the terminal voltage obtained by actual measurement of the ambient temperature T ° C., prepared in advance coordinate conversion formula or tape - is converted into coordinate values ​​at standard temperature by substituting the Table, after conversion by obtaining the discharge current and the remaining capacity θ is applied to the standard curve to the terminal voltage value, this value is the residual capacity at ambient temperature T ° C..
【0033】 [0033]
このための座標変換の式は、周知のように、周囲温度T℃で実測された放電電流値をI(T℃)、端子電圧値をV(T℃)とし、温度T℃での放電電流対端子電圧特性曲線を標準曲線に合致させるために必要な座標軸の回転角をα(ラジアン)、横軸(電流軸)および縦軸(電圧軸)方向の平行移動量をそれぞれx、yとし、さらに標準曲線の座標上での放電電流および端子電圧の実測値をそれぞれI(30℃)、V(30℃)とすれば、これらはつぎの(10)および(11)式で表わされる。 Wherein the coordinate transformation for this, as is well known, the discharge current value measured at ambient temperature T ℃ I (T ℃), the terminal voltage value and V (T ° C.), the discharge current at a temperature T ° C. and x, and y the angle of rotation of the coordinate axes need to match pairs terminal voltage characteristic curve to a standard curve alpha (rad), the horizontal axis (current axis) and the vertical axis (voltage axis) direction of the parallel movement amount, respectively, further measured values ​​of discharge current and the terminal voltage on the coordinates of the standard curve, respectively I (30 ° C.), if V (30 ° C.), which are represented by the following (10) and (11).
【0034】 [0034]
ここで、回転角α、横軸(電流軸)および縦軸(電圧軸)方向の平行移動量x、yは、もちろん予め種々の温度について実測して求めることもできる。 Here, the rotation angle alpha, the horizontal axis (current axis) and the vertical axis translation amount (voltage axis) x, y can also be determined by actually measuring the course in advance various temperatures.
【0035】 [0035]
またはその代わりに、これらα、xおよびyが実質上温度に比例することに基づき、例えば2つの相異なる温度0℃および30℃における2種の特性曲線が既知であり、かつこれら両曲線がΔαの座標軸回転、Δx(30・0)およびΔy(30・0)の軸平行移動で重なると仮定すると、つぎの内挿式(12)〜(14)によって、T℃に対するα、xおよびyの値を予め求めておいたり、その都度計算で求めたりすることができる。 Or alternatively, these alpha, based on the x and y proportional to the substantially temperature, for example, two characteristic curves at two different temperatures 0 ℃ and 30 ° C. is known and these two curves Δα axis rotation, assuming overlap in the axial translation of Δx (30 · 0) and Δy (30 · 0), the next inner interpolation equation (12) ~ (14), α against T ° C., the x and y or determined in advance values ​​or can be obtained by calculation each time.
回転角α={Δα(30・0)/30}(30−T) … (12) Rotation angle α = {Δα (30 · 0) / 30} (30-T) ... (12)
平行移動量x={Δx(30・0)/30}(30−T) … (13) Translation amount x = {Δx (30 · 0) / 30} (30-T) ... (13)
平行移動量y={Δy(30・0)/30}(30−T) … (14) Translation amount y = {Δy (30 · 0) / 30} (30-T) ... (14)
以上のようにして、標準温度での放電電流対端子電圧特性曲線および座標変換の式を準備しておくだけで、任意の周囲温度における残存容量を容易に求めることができる。 As described above, simply by preparing the discharge current versus terminal voltage characteristic curve and the coordinate transformation formula at standard temperature, it can be easily obtained remaining capacity at any ambient temperature.
【0036】 [0036]
残存容量の経時変化補正以上においては、電池モデル5を代表する(1)式の各係数a 0 (θ)、a 1 (θ)、a 2 (θ)、したがって係数b 00 〜b 22は電池の残存容量のみに依存し、電流iに対しては変化しないものと仮定した。 In the above aging correction of the remaining capacity is representative of the battery model 5 (1) the coefficients a 0 in formula (θ), a 1 (θ ), a 2 (θ), hence the coefficient b 00 ~b 22 battery depending only on the remaining capacity was assumed to not change with respect to the current i. しかし厳密には、これら係数は電池の充放電回数に応じて経時的にも変化するので、残存容量をより厳密に監視するためには、前記各係数a 0 〜a 2 、b 00 〜b 22を経時的に(充放電回数に応じて)補正することが望ましい。 But strictly, since changes over time in accordance with the number of times of charge and discharge of these coefficients batteries, in order to monitor the remaining capacity more strictly, the coefficients a 0 ~a 2, b 00 ~b 22 over time (depending on the charge and discharge count) it is desirable to correct.
【0037】 [0037]
一般に知られているように、電池の残存容量は充電を完了して使用を開始した時の容量から、放電電流の時間積分値に大きく依存して減少する。 As is generally known, the remaining capacity of the battery from capacity at the start of use to complete the charging, decreases greatly depend to the time-integrated value of the discharge current. 既知の電流積算方式の残存容量計は、このことを利用したものである。 Capacity meter of known current integration method is obtained by utilizing this.
【0038】 [0038]
しかし厳密には、残存容量は放電電流のあり方によっても影響され、大電流による急放電の場合の方が小電流による緩放電の場合に較べて小さくなる。 But strictly, the remaining capacity is also influenced by the nature of the discharge current becomes smaller towards the case of rapid discharge due to a large current as compared with the case of slow discharge due to small current. その主な原因は、放電電流によるジュ−ル熱損失Ri 2に相当するエネルギ損失を生じるためと考えられる。 Its main cause is Ju by the discharge current - believed to produce the energy loss corresponding to Le heat loss Ri 2. したがって、残存容量θの減少速度は放電電流iに比例すると共に、その比例係数もまた放電電流に比例すると推測でき、 Therefore, the rate of decrease in the remaining capacity θ is thereby proportional to the discharge current i, can assume the proportionality factor is also proportional to the discharge current,
dθ/dt=f(i)・i dθ / dt = f (i) · i
と表わすことができる。 It can be expressed as.
【0039】 [0039]
ここで上記f(i)は、厳密には、一般的な多項式f(i)=C 1 +C 2・i+……+C n・i n +… Wherein said f (i) is strictly general polynomial f (i) = C 1 + C 2 · i + ...... + C n · i n + ...
ただし、C 1 、C 2 …C nは定数であるから、これを上式に代入すると、 However, since the C 1, C 2 ... C n is a constant, and substituting this into the above equation,
dθ/dt=C 1・i+C 2・i 2 +……+C n n+1 +… dθ / dt = C 1 · i + C 2 · i 2 + ...... + C n · i n + 1 + ...
となる。 To become.
【0040】 [0040]
しかし、電池の物理的性質に対応させ易い最初の2項、すなわち電流積分値(アンペア時間)に対応するC 1・iの項および、電流の放電時の電流二乗損失に相当するエネルギ積分値(ワット時間)に対応するC 2・i 2を用いれば、実用上十分な精度で残存容量を把握できると考えられる。 However, the first two terms likely to correspond to the physical properties of the battery, i.e., current integral term C 1 · i corresponding to (ampere hours), and, the energy integration value corresponding to the current square loss during discharge current ( the use of C 2 · i 2 corresponding to watt-hours), it is believed that the remaining capacity can be grasped with a practically sufficient accuracy. すなわち、 That is,
dθ/dt=C 1・i+C 2・i 2 dθ / dt = C 1 · i + C 2 · i 2
とすれば、実用上は十分である。 If, in practice it is sufficient. 上記の関係式を積分すると次の(15)式が得られる。 Integrating the above equation the following equation (15) is obtained.
【0041】 [0041]
【数9】 [Equation 9]
(15)式において、定数項C 0は使用(放電)開始時の残存容量であり、積分項はそれからの電池消費容量と見ることができる。 (15) In the equation, the constant term C 0 is a remaining capacity at the start of use (discharge), the integral term may be viewed as the battery capacity consumed therefrom. (15)式のθを前掲の(2)〜(4)式に代入し、得られた係数a 0 〜a 2をさらに(1)式に代入して離散形で表わすと、時点jでの推定端子電圧V djを表わす式として下記の(16)式が得られる。 (15) substituted into supra (2) to (4) below the θ of formula, expressed in discrete by substituting the obtained coefficients a 0 ~a 2 further (1), at the time j below (16) is obtained as an expression representing the estimated terminal voltage V dj. (16)式による推定端子電圧V djは、前掲(1)式で定義された電池モデルの各係数a 0 〜a 2が(2)〜(4)式で残存容量θの関数として定義されたのに対し、電流iのみの関数として定義される点で相違する。 (16) the estimated terminal voltage V dj by equation was defined as a function of the remaining capacity θ supra (1) the coefficients a 0 ~a 2 battery model defined by equation (2) to (4) whereas, with the difference being defined as a function of only the current i. (1)式のθは、前述のように残存容量そのものであったが、(15)式のθは、明らかなように、これと幾分その定義を異にするので、以下の説明ではこれを別の記号φで表わし、またその係数も(2)〜(4)式のb 00 〜b 22と区別してd 00 〜d 22で表わすことにする。 (1) θ in formula, was the remaining capacity itself as described above, the θ of the equation (15), Obviously, since this somewhat differing in their definitions, which in the following description the expressed in a different symbol phi, also the coefficient (2) to (4) to be represented by d 00 to d 22 and distinguished from the b 00 ~b 22 of formula.
【0042】 [0042]
【数10】 [Number 10]
ここで、i kは時点k(ただし、0≦k≦j)での実測電流値、またi jは時点jでの実測電流値である。 Here, i k is the time k (however, 0 ≦ k ≦ j) the measured current value at, also i j is the measured current value at the time j.
【0043】 [0043]
前記(16)式中の係数d 00 〜d 22およびC 0 〜C 2は、前述の(1)式において係数a 0 〜a 2を既知として残存容量θを求めたときと同様に、時点jまでの実測電流値i j 、および時点jでの電圧値v jを用いて、上記(16)式のV djに推定理論を適用して求めることができる。 Coefficient d 00 to d 22 and C 0 -C 2 in the equation (16), as in the case of obtaining the remaining capacity θ coefficients a 0 ~a 2 as known in the foregoing (1), point j by using the voltage value v j in the measured current value i j, and the time j up, it can be determined by applying the estimated theory to V dj of equation (16). 具体的には、電圧の推定値V djと実測値v jの差の二乗和をn個のデ−タ組について求め、これを評価関数I(d 00 〜d 22 、C 0 〜C 2 )とする。 Specifically, the square sum of the difference between the estimated value V dj and measured values v j of the voltage the n de - calculated for data sets, this evaluation function I (d 00 ~d 22, C 0 ~C 2) to. 評価関数Iはつぎの(17)式で表わされる。 Evaluation function I Hatsugi (17) represented by the formula.
【0044】 [0044]
【数11】 [Number 11]
(17)式にv j (j時点での実測電圧値)および前記(16)式の電圧推定値V djを代入して得られる評価関数Iが最小になるような係数d 00 〜d 22 、C 0 〜C 2を求める。 (17) to v j (actual measurement voltage value at time j) and the (16) of the voltage estimation value V dj obtained by substituting the evaluation function I coefficients as is minimum d 00 to d 22, determine the C 0 ~C 2. このためには、上記評価関数を各パラメ−タd 00 〜d 22 、C 0 〜C 2について偏微分して得られる各式を0と置くと、パラメ−タ数と同数の連立方程式が得られるので、これを解いて各パラメ−タを求める。 For this purpose, the evaluation function each parameter - Placing each expression obtained by partially differentiating the data d 00 ~d 22, C 0 ~C 2 0, parameters - data as many simultaneous equations obtained because it is, each parameter by solving this - ask the data.
【0045】 [0045]
具体的には、先に(1)ないし(8)式に関して行なったのと同じ手法を適用して各パラメ−タ(係数)の初期値からの修正量を求める。 Specifically, each by applying the same method as that performed with respect to the first (1) to (8) parameters - obtaining a correction amount from the initial value of the data (coefficient). 修正量が十分小さくなったとき、各パラメ−タが収束したと判断してそれぞれのパラメ−タすなわち係数d 00 〜d 22 、C 0 〜C 2を推定することができる。 When the correction amount is sufficiently small, the parameters - data is each determined to have converged parameter - it is possible to estimate the data or coefficients d 00 ~d 22, C 0 ~C 2. このようにして求めた係数C 0 〜C 2を(15)式に代入すると、残存容量を表わす指標φを求めることもできる。 Substituting this way the coefficients C 0 -C 2 obtained in (15) can also be obtained an indication φ representing the remaining capacity.
【0046】 [0046]
以下に、上述の係数d 00 〜d 22 、C 0 〜C 2を用いて前記定数a 0 〜a 2 、b 00 〜b 22の経年変化を補正するための具体的手法を説明する。 Hereinafter, a specific method for correcting the secular change of the constant a 0 ~a 2, b 00 ~b 22 by using the coefficient d 00 ~d 22, C 0 ~C 2 above. 電池の使用に際し、充放電の各サイクルごとに、前述の方法で係数d 00 〜d 22 、C 0 〜C 2を求め、第i回目(ただし、1≦i≦n)の充放電サイクルで得られた係数の推定値をd 00 (i) 〜d 22 (i) 、C 0 (i) 〜C 2 (i)で表わす。 In use of the cell, for each cycle of charge and discharge, obtains a coefficient d 00 ~d 22, C 0 ~C 2 in the manner described above, the i-th (where, 1 ≦ i ≦ n) obtained in the charge-discharge cycle It was coefficients estimates a d 00 (i) ~d 22 ( i), represented by C 0 (i) ~C 2 ( i). 1回目の充放電サイクルで得られた各係数d 00 (1) 〜d 22 (1) 、C 0 (1) 〜C 2 (1)に対する、n回目の充放電サイクルでの各係数d 00 (n) 〜d 22 (n) 、C 0 (n) 〜C 2 (n)の比α 00 (n) 〜α 22 (n) 、α c0 (n) 〜α c2 (n) 、またはこれらの差、一般的には、n回目と(n−r)回目との差または比などを演算して監視すれば、これらの値の変化状態(例えば、前記差あるいは比が予め定めた閾値を超えたこと)からパラメ−タすなわち電池モデルの経年変化を知ることができる。 Each coefficient obtained by the first charge-discharge cycle d 00 (1) ~d 22 ( 1), C 0 (1) ~C for 2 (1), each coefficient in the n-th charge-discharge cycle d 00 ( n) ~d 22 (n), C 0 (n) ~C 2 ( the ratio of n) α 00 (n) ~α 22 (n), α c0 (n) ~α c2 (n), or the difference between these in general, if n-th and (n-r) th difference or monitored by calculating the ratios and the like of the state of change of these values ​​(e.g., exceeds a threshold value the difference or ratio is predetermined parameter since it) - it is possible to know the aging of the capacitor that is, battery model. また変化状態が著しいとき(異常に早いか、大幅であるなどのとき)は、電池の異常と判定することもできる。 Also when the change state is significant (or unusually fast, when such a substantial) may also be determined that the abnormality of the battery.
【0047】 [0047]
前記のような複数の係数の変化状態の判定のためには、例えば、株式会社日科技連出版社1989年4月10日発行、奥野忠一他著『多変量解析法』第278頁(多変数による判別)、東京図書株式会社1989年11月30日発行,蓑谷千凰彦著『統計的仮説検定』145頁(推定と検定のはなし)、株式会社培風館昭和36年9月30日発行、浅井/村上訳『初等統計学』158頁(仮説の検定)などに詳述されている手法を利用することができる。 For the determination of the state of change in the plurality of coefficients, such as described above, for example, issued April 10, Ltd. JUSE publisher 1989, Tadakazu Okuno et al., "Multivariate analysis," the first 278 pages (multivariable discrimination) by, issuing Tokyo Tosho Co., Ltd. November 30, 1989, Minotani thousand 凰彦 al., "statistical hypothesis testing" 145 pages (story of estimation and test), issued Baifukan 1961 September 30, Ltd., Asai / Murakami translation "elementary statistics" 158 pages (hypothesis test) it is possible to use the techniques that are described in detail in such.
【0048】 [0048]
このような手法によって、n回目の放電で電池モデルに修正を要するような経年変化が生じたと判定されたときは、前記(2)式のパラメ−タすなわち係数b 00 〜b 22を修正し、電池モデル5を代表する(1)式の各係数a 0 (θ)、a 1 (θ)、a 2 (θ)を修正する。 Such an approach, when the aging that takes corrected battery model with the n-th discharge is determined to have occurred, the (2) equation parameters - Fixed data or coefficients b 00 ~b 22, representing battery model 5 (1) the coefficients of a 0 (θ), a 1 (θ), to correct a 2 (theta). そのための具体的手法の1例は次の通りである。 An example of a specific method therefor is as follows.
【0049】 [0049]
新規に使用を開始する初期状態での電池モデルのパラメ−タは既知であるので、これらをb 00 (1) 〜b 22 (1)で表わす。 The battery model in the initial state to start a new use parameter - because data is known, represents them in b 00 (1) ~b 22 ( 1). 一方、i回目(ただし、1≦i≦n)の充放電サイクルにおけるパラメ−タd 00 (i) 〜d 22 (i)は上述のようにして求められる。 On the other hand, i-th (where, 1 ≦ i ≦ n) parameters in the charge-discharge cycle - data d 00 (i) ~d 22 ( i) is determined as described above. まず初期状態でのパラメ−タbに対する1回目の放電サイクルでのパラメ−タdの比kを下記の(18)式のように求めておくと共に、1回目とn回目の放電サイクルでの各パラメ−タdの比αをつぎの(19)式のように求める。 Parameter in first discharge cycle for data b - - parameters at first initial state with previously obtained the ratio k of data d as (18) below, each of in the first and n-th discharge cycle parameter - determining the ratio of the data d alpha as follows (19).
00 =d 00 (1) /b 00 (1) 〜k 22 =d 22 (1) /b 22 (1) … (18) k 00 = d 00 (1) / b 00 (1) ~k 22 = d 22 (1) / b 22 (1) ... (18)
α 00 (n) =d 00 (n) /d 00 (1) 〜α 22 =d 22 (n) /d 22 (1) …(19) α 00 (n) = d 00 (n) / d 00 (1) ~α 22 = d 22 (n) / d 22 (1) ... (19)
(n+1)回目以降の放電サイクルの残存容量計測に用いるパラメ−タb 00 (n ) 〜b 22 (n)は次の(20)式で得られる。 (N + 1) parameters used in the remaining capacity measurement and subsequent discharge cycle - data b 00 (n) ~b 22 ( n) is obtained by the following equation (20).
【0050】 [0050]
【数12】 [Number 12]
このようにして得られたパラメ−タb 00 (n) 〜b 22 (n)を用いて電池モデルを修正し、これに基づいてその後の残存容量を演算すれば経年変化の影響のない、より正確な残存容量の監視が可能となる。 The thus obtained parameters - Fixed battery model using the data b 00 (n) ~b 22 ( n), with no aging effects when calculating the subsequent remaining capacity based on this, more it is possible to monitor the correct remaining capacity.
【0051】 [0051]
以上では、測定対象の電池の残存容量をパラメ−タとして、その放電電流および端子電圧の関係を数式化した電池モデルを用いる際に、前記放電電流の実測値を前記電池モデルの数式に代入してその端子電圧の推測値を演算し、前記推測端子電圧値の実測電圧に対する偏差に基づいて、前記偏差が小さくなるようにパラメ−タである残存容量を修正し、前記偏差が十分に小さくなってパラメ−タが収束した時、これを求める残存容量として出力するようにした。 In the above, the remaining capacity of the battery to be measured parameter - as data, the relationship between the discharge current and the terminal voltage when using the battery model equations of substitutes the measured value of the discharge current in the formula of the battery model calculates the estimated value of the terminal voltage Te, based on the deviation of the measured voltage of the presumed terminal voltage value, parameter so that the deviation becomes smaller - fix the remaining capacity is data, the deviation becomes sufficiently small parameter Te - when data has converged and output as a remaining capacity obtaining this.
【0052】 [0052]
しかし明らかなように、前記電池モデルの数式に、実測電流ではなくて、実測端子電圧の値を代入して放電電流の推測値を求め、推測放電電流値の実測値に対する偏差を0に近付けるようにして残存容量を求めることもできる。 However Obviously, the formulas of the battery model, rather than a measured current, by substituting the value of the measured terminal voltage obtains a guess value of the discharge current, so as to approximate a deviation of the measured values ​​of the estimated discharge current value to 0 it is also possible to determine the remaining capacity in the. このために用いる数式は、前述の(1),(5)〜(8)式において、電圧と電流とを入れ替えれば良いことは自明であるので、その詳細説明は省略し、電流推定値I esおよびパラメ−タ修正量δθ esがそれぞれ次の(21)、(22)式で求められることを示すに止める。 Formula used for this purpose, the above-mentioned (1), (5) to (8), since it may be replaced with each other and a voltage and current is obvious, and detailed description thereof will be omitted, the current estimated value I es and parameters - data correction amount .delta..theta es of following each (21), stopping to show that sought (22).
es (t,θ)=p 0 (θ)+p 1 (θ)・v(t) +p 2 (θ)・v 2 (t) … (21) I es (t, θ) = p 0 (θ) + p 1 (θ) · v (t) + p 2 (θ) · v 2 (t) ... (21)
ここで、p 0 〜p 2はθの関数である。 Here, p 0 ~p 2 is a function of θ.
【0053】 [0053]
【数13】 [Number 13]
さらに、温度変化や経時変化の影響を考慮した場合も、同様に類推して前述の補正手法を適用できることは明らかであろう。 Furthermore, even when considering the influence of temperature change or aging, it should be apparent that similar analogized to apply the above-described correction method. また以上では、電池モデルを数式化した例に付いて説明したが、その代りにテ−ブル(グラフ)化したモデルを用いても同様の残存容量計を構成できることは、容易に理解されるであろう。 In the above has been described with the example in which formulas the battery model, Te instead - the ability to configure the same capacity meter even with a model turned into Bull (graph) is readily understood It will allo.
【0054】 [0054]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
本発明によれば、電池モデルをその物理的特性と関連付けたので、電池の残存容量をより正確にしかもリアルタイムで監視することができ、さらに温度変化や経年変化の影響を加味した残存容量の監視も可能となるのみならず、異常状態の検知も可能である。 According to the present invention, since the associate cell model and its physical properties, it is possible to monitor the remaining capacity of the battery more accurately addition in real time, further monitoring of the remaining capacity in consideration of the influence of temperature change and aging not possible to become only, it is also possible to detect the abnormal state. また、電池の残存容量がデジタル量として演算できるので、これを遠方の中央装置に伝送して集中管理することも容易になる。 Moreover, since the remaining capacity of the battery can be calculated as a digital value, it becomes easy to centrally manage which was transmitted to a remote central unit.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の原理的構成を示すブロックである。 1 is a block diagram showing the basic configuration of the present invention.
【図2】本発明の1実施例におけるモデルの電池残存容量に対する各係数の具体的数値例を示す図である。 2 is a diagram showing a specific numerical example of the coefficient for the remaining battery capacity of the model in one embodiment of the present invention.
【図3】図1の電池モデルのハ−ド構成および信号の流れを示すブロック図である。 [Figure 3] of the battery model in Figure 1 C - is a block diagram showing a flow of de-configuration and signal.
【図4】上記実施例の電池モデルを用いて推定した端子電圧端子電圧と実測した端子電圧との比較を示す図である。 Figure 4 shows a comparison between the estimated terminal voltage terminal voltage and the actually measured terminal voltage using a battery model of the embodiment.
【図5】電池の電圧電流特性の周囲温度による変化と、温度変化による座標軸変換の関係を示す図である。 [5] and the changes due to the ambient temperature of the voltage-current characteristic of the battery is a diagram showing the relationship between coordinate axis conversion due to the temperature change.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1…電池 2…負荷 4…負荷制御部 5…電池モデル 7…収束判定部 8…残存容量修正部 9…出力制御部 1 ... battery 2 ... load 4 ... load controller 5 ... battery model 7 ... convergence determining unit 8 ... residual capacity correcting section 9 ... output control unit

Claims (8)

  1. 電池の充放電電流およびそのときの端子電圧を測定する手段と、 Means for measuring the charge and discharge current and the terminal voltage at that time of the battery,
    電池の残存容量をパラメ−タとして、その充放電電流および端子電圧の関係を代表する電池モデルと、 The remaining capacity of the battery parameters - as data, a battery model to represent the relationship between the charge and discharge current and the terminal voltage,
    前記充放電電流および端子電圧の一方の実測値を前記電池モデルに代入して充放電電流および端子電圧の他方の推測値を演算する演算手段と、 Calculating means for calculating the other estimates of the charge and discharge current and the terminal voltage by substituting one of the measured values ​​of the charge and discharge current and the terminal voltage to the battery model,
    前記推測値の実測値に対する偏差に基づいて、前記偏差が小さくなるようにパラメ−タを修正する手段と、 And means for modifying the data, - on the basis of the deviation of the measured value of the estimated value, parameter so that the deviation becomes smaller
    前記偏差が十分に小さくなってパラメ−タが収束したことを判定する収束判定手段と、 And determining convergence judgment unit that data has converged, - parameters and the deviation becomes sufficiently small
    収束したときのパラメ−タ値を、電池の残存容量として出力する手段とを具備し、 Parameters when the convergence - a data value, and means for outputting a remaining capacity of the battery,
    前記充放電電流は電流実測値であり、ある時刻tにおける電流実測値をi(t)、そのときの電池の残存容量をθ、推測端子電圧をV es (t,θ)としたときの電池モデルは次の2次式で表わされることを特徴とする電池の残存容量計。 The charging and discharging current is a current measured value, i (t) the current actual measurement value at a certain time t, the remaining capacity of the battery at that time theta, batteries when the presumed terminal voltage is V es (t, θ) model is characterized by represented by the following quadratic expression capacity meter of a battery.
    es (t,θ)=a 0 V es (t, θ) = a 0 (θ)+a 1 (Θ) + a 1 (θ)・i(t)+a 2 (Θ) · i (t) + a 2 (θ)・i (t) (Θ) · i 2 (t )
    ここで、a 0 Here, a 0 〜a 2 ~a 2 はθの関数である。 It is a function of θ.
  2. 前記a 0 〜a 2が次の式で表わされることを特徴とする請求項記載の電池の残存容量計。 Capacity meter of a battery of claim 1, wherein said a 0 ~a 2, characterized in that the formula below.
    0 =b 00 +b 01・θ+b 02・θ a 0 = b 00 + b 01 · θ + b 02 · θ 2
    1 =b 10 +b 11・θ+b 12・θ a 1 = b 10 + b 11 · θ + b 12 · θ 2
    2 =b 20 +b 21・θ+b 22・θ a 2 = b 20 + b 21 · θ + b 22 · θ 2
    ここで、b 00 〜b 22は定数である。 Here, b 00 ~b 22 it is a constant.
  3. (t−T)とtとの間のある時刻τにおける電圧実測値をv(τ)、電流実測値i(τ)に基づいて演算された推測端子電圧をV es (τ,θ 0 )としたときのパラメ−タθの修正量δθ esが、 A voltage measured value at time tau with between (t-T) and t v and (tau), the computed presumed terminal voltage based on the current measured value i (τ) V es (τ , θ 0) parameters at the time of the - correction amount δθ es of data θ is,
    で演算されることを特徴とする請求項1 または2に記載の電池の残存容量計。 Capacity meter of a battery according to claim 1 or 2, characterized in that it is computed in.
  4. ある時点jでの実測電流値をi j 、時点k(ただし、0≦k≦j)での実測電流値をi k 、またC 1 、C 2を定数とし、時点jでの推定端子電圧をV djとしたとき、次の式で表わされる第2の電池モデルと、 Measured current value i j at a certain point j, point k (however, 0 ≦ k ≦ j) the measured current value at the i k, also C 1, C 2 constant, the estimated terminal voltage at the time j when a V dj, a second battery model represented by the following formula,
    電池の各充放電サイクルごとに上記式中の係数d 00 〜d 22を求める手段と、 It means for determining the coefficient d 00 to d 22 in the above formula for each charge and discharge cycle of the battery,
    i回目(ただし、1≦i≦n)の充放電サイクルで求められた各係数をd 00 (i) 〜d 22 (i)としたとき、少なくとも一部の係数の(n−r)回目からn回目までの変化状態を監視する手段と、 i-th (where, 1 ≦ i ≦ n) the coefficients obtained in the charge-discharge cycles when the d 00 (i) ~d 22 ( i), at least a portion of the coefficients from (n-r) th and means for monitoring the state of change of up to n-th,
    前記係数の変化状態が予定量を超えた時、前記係数d 00 (i) 〜d 22 (i)に基づいて前記係数b 00 〜b 22を修正する手段とをさらに具備したことを特徴とする請求項または記載の電池の残存容量計。 When a change state of the coefficient exceeds a predetermined amount, characterized by comprising the coefficient d 00 (i) ~d 22 ( i) further and means for modifying the coefficient b 00 ~b 22 based claim 2 or 3 capacity meter of a battery according.
  5. 使用開始初期状態での前記係数b 00 〜b 22をb 00 (1) 〜b 22 (1) 、i回目(ただし、1≦i≦n)の充放電サイクルにおける係数をd 00 (i) 〜d 22 (i) 、初期状態での前記係数bに対する1回目の放電サイクルでの係数dの比kおよび1回目とn回目の放電サイクルでの各パラメ−タdの比αをそれぞれ、 Wherein in the use initial period condition coefficient b 00 ~b 22 a b 00 (1) ~b 22 ( 1), i -th (where, 1 ≦ i ≦ n) the coefficients in the charge-discharge cycle d 00 (i) ~ d 22 (i), the parameters of the ratio k and the first and n-th discharge cycle of the coefficients in the first discharge cycle for the coefficients b in the initial state d - the ratio of the data d alpha respectively,
    00 =d 00 (1) /b 00 (1) 〜k 22 =d 22 (1) /b 22 (1) k 00 = d 00 (1) / b 00 (1) ~k 22 = d 22 (1) / b 22 (1)
    α 00 (n) =d 00 n) /d 00 (1) 〜α 22 =d 22 n) /d 22 (1) α 00 (n) = d 00 n) / d 00 (1) ~α 22 = d 22 n) / d 22 (1)
    とするとき、経時変化補正後のパラメ−タb 00 (n) 〜b 22 (n)が次の式で演算されることを特徴とする請求項記載の電池の残存容量計。 When the, parameters after aging correction - data b 00 (n) ~b 22 ( n) is the residual capacity meter of a battery according to claim 4, characterized in that it is calculated by the following equation.
  6. 電池の充放電電流およびそのときの端子電圧を測定する手段と、 Means for measuring the charge and discharge current and the terminal voltage at that time of the battery,
    電池の残存容量をパラメ−タとして、その充放電電流および端子電圧の関係を代表する電池モデルと、 The remaining capacity of the battery parameters - as data, a battery model to represent the relationship between the charge and discharge current and the terminal voltage,
    前記充放電電流および端子電圧の一方の実測値を前記電池モデルに代入して充放電電流および端子電圧の他方の推測値を演算する演算手段と、 Calculating means for calculating the other estimates of the charge and discharge current and the terminal voltage by substituting one of the measured values of the charge and discharge current and the terminal voltage to the battery model,
    前記推測値の実測値に対する偏差に基づいて、前記偏差が小さくなるようにパラメ−タ を修正する手段と、 And means for modifying the data, - on the basis of the deviation of the measured value of the estimated value, parameter so that the deviation becomes smaller
    前記偏差が十分に小さくなってパラメ−タが収束したことを判定する収束判定手段と、 And determining convergence judgment unit that data has converged, - parameters and the deviation becomes sufficiently small
    収束したときのパラメ−タ値を、電池の残存容量として出力する手段とを具備し、 Parameters when the convergence - a data value, and means for outputting a remaining capacity of the battery,
    前記端子電圧は電圧実測値であり、ある時刻tにおける電圧実測値をv(t) The terminal voltage is a voltage measured value, the measured voltage value at a certain time t v (t)
    、そのときの電池の残存容量をθ、推測充放電電流をI es (t,θ)としたときの電池モデルは次の2次式で表わされることを特徴とする電池の残存容量計。 , The remaining capacity of the battery at that time theta, a guess discharge current I es (t, θ) and the battery model when the remaining capacity meter of a battery, characterized in that represented by the following quadratic equation.
    es (t,θ)=p 0 (θ)+p 1 (θ)・v(t)+p 2 (θ)・v 2 (t) I es (t, θ) = p 0 (θ) + p 1 (θ) · v (t) + p 2 (θ) · v 2 (t)
    ここで、p 0 〜p 2はθの関数である。 Here, p 0 ~p 2 is a function of θ.
  7. (t−T)とtとの間のある時刻τにおける電流実測値をi(τ)、電圧実測値v(τ)に基づいて演算された推測電流値をI es (τ,θ 0 )としたときのパラメ−タθの修正量δθ esが、 (T-T) and the current actual measurement value at time tau with between t i (τ), the computed inferred current value based on the measured voltage value v (τ) I es (τ , θ 0) and parameters at the time of the - correction amount δθ es of data θ is,
    で演算されることを特徴とする請求項記載の電池の残存容量計。 In capacity meter of a battery according to claim 6, characterized in that it is computed.
  8. 電池の残存容量をパラメ−タとして、その充放電電流および端子電圧の関係を代表する電池モデルは、標準温度における電池特性に基づくものであり、 The remaining capacity of the battery parameters - as data, battery model representing the relationship between the charge and discharge current and the terminal voltage is based on the battery characteristics at standard temperature,
    さらに、ある周囲温度での、残存容量をパラメ−タとする電圧電流特性と標準温度での電圧電流特性との間の座標変換式を記憶する手段と、 Furthermore, there is at ambient temperature, the remaining capacity parameters - means for storing the coordinate conversion formula between the voltage-current characteristic of the voltage-current characteristic and the standard temperature to data,
    前記ある周囲温度で実測された充放電電流および端子電圧を、前記座標変換式によって標準温度での値に変換する手段と、 It means for converting the value at standard temperature and charge and discharge current and the terminal voltage is measured at ambient temperature, by the coordinate conversion formula in the,
    変換された標準温度での充放電電流および端子電圧実測値に基づいて、電池の残存容量を演算することを特徴とする請求項1〜 のいずれかに記載の電池の残存容量計。 Based on the charge and discharge current and the terminal voltage measured value in the converted standard temperature, the remaining capacity meter of a battery according to any one of claims 1 to 7, characterized in that for calculating the remaining capacity of the battery.
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