JP5616464B2 - 二次電池の充電状態推定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池の充電状態推定装置に関し、特に拡張カルマンフィルタを用いた充電状態の推定に関する。
ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池等の二次電池の充電状態(SOC:State of Charge)を推定し、推定したSOCに基づいて二次電池の充放電を制御する技術が知られている。
下記の特許文献には、バッテリに流れる充放電電流、バッテリの温度及び端子電圧を測定するセンシング部と、充放電電流を積算してバッテリのSOCを推定する予測部と、バッテリ温度、充放電電流、SOC、及び充放電電流の時間変化率のうちの少なくともいずれか1つに従って、測定モデルにより発生する誤差に対応する情報を生成するデータリジェクション部と、測定モデル及び誤差に対応する情報を利用して推定されたバッテリのSOCを修正する測定部とを含むバッテリ管理システムが開示されている。データリジェクション部は、具体的にはモデル化されたバッテリの等価回路を測定モデルに設定し、測定モデルにより発生する誤差の分散に対応するゲインを生成する。そして、測定モデル誤差の分散ゲインを利用してカルマンゲインを生成し、生成されたカルマンゲインを利用して、推定されたSOCを修正する。
具体的には、予測部は、状態方程式を利用して、状態変数(x)であるバッテリのSOC及び拡散インピーダンスに印加される電圧Vdiffを予測する。予測部は、予測した状態変数及び状態変数の推定誤差に対する共分散を生成して測定部に供給する。測定部は、予測部で予測されたSOCと電圧Vdiffを利用して測定できる値、すなわちバッテリの端子電圧を予測する。測定部は、SOCとOCVとの間の非線形性を解決し、カルマンフィルタを使用するために微分形式の方程式を使用する。そして、測定部は、予測されたSOC及び電圧Vdiffを修正するためのカルマンゲインを生成する。カルマンゲインは、共分散を最小化する値に定められる。
特開2008−10420号公報
上記の従来技術では、温度、SOC、電流の時間変化率及び電流の大きさに対して各々信頼できる期間と信頼できない期間とを設定し、区間により誤差の分散を調整している。すなわち、信頼できる期間では誤差の分散は予め設定された一定の値に固定されるが、信頼できない区間ではデータリジェクション部により変更される。例えば、電流の大きさが所定の基準値を超えて信頼できない区間では誤差の分散の値が増加し、カルマンゲインは減少し、予測部で予測したSOCが測定部で測定モデルにより修正される範囲が減少する。
しかしながら、上記従来技術では、電流センサに含まれ得る電流オフセット(電流が流れていないときの電流センサの値)については考慮されていない。従って、電流値自体が所定の基準値を超えず信頼できる期間であっても、電流オフセットが含まれている場合には、この電流オフセット分を迅速に修正してSOCの精度を向上させることが必要であるところ、従来技術ではこのような修正が困難である。
本発明の目的は、電流センサに含まれる電流オフセットを考慮することで、SOCの推定精度を向上させることができる二次電池の充電状態推定装置を提供することにある。
本発明は、二次電池の充電状態推定装置であって、前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段に含まれる電流オフセットを推定し、該電流オフセットにより前記電流検出手段で検出された充放電電流を補正して前記二次電池の充電状態を推定する充電状態推定手段と、所定の測定モデルにより前記二次電池の端子電圧を推定する端子電圧推定手段と、推定された端子電圧と、前記電圧検出手段で検出された端子電圧との誤差を用いて、推定された前記電流オフセットの第1補正値を算出する補正値算出手段と、前記補正値算出手段で算出された第1補正値を用いて、推定された前記電流オフセットを補正するオフセット補正手段とを備えることを特徴とする。
本発明の1つの実施形態では、前記補正値算出手段は、推定された端子電圧と、前記電圧検出手段で検出された端子電圧との誤差を用いて、推定された前記充電状態の第2補正値を算出し、前記第2補正値を用いて、推定された前記充電状態を補正する充電状態補正手段をさらに備える。また、本発明の他の実施形態では、前記所定の測定モデルは、前記二次電池の分極電圧の等価回路モデルに基づく。
また、本発明の他の実施形態では、前記端子電圧推定手段は、前記等価回路モデルにおける長期分極電圧、短期分極電圧、内部抵抗による電圧降下分、及び前記充電状態推定手段により推定された前記充電状態に対応する起電力を用いて端子電圧を推定する。
また、本発明の他の実施形態では、前記補正値算出手段は、拡張カルマンフィルタである。
また、本発明の他の実施形態では、前記補正値算出手段は、拡張カルマンフィルタであり、前記拡張カルマンフィルタは、前記第1補正値、前記第2補正値に加え、前記長期分極電圧の第3補正値及び前記短期分極の第4補正値を算出し、さらに、前記補正値算出手段で算出された第3補正値を用いて、前記長期分極電圧を補正する長期分極電圧補正手段と、前記補正値算出手段で算出された第4補正値を用いて、前記短期分極電圧を補正する短期分極電圧補正手段とを備える。
本発明によれば、電流検出手段(電流センサ)に含まれる電流オフセットを考慮することで、SOCの推定精度を向上させることができる。
実施形態のシステム構成図である。 実施形態の二次電池及び電池ECUの構成図である。 実施形態の制御部の機能ブロック図である。 分極電圧の等価回路図である。 起電力と充電状態SOCとの関係を示すグラフ図である。 実施形態の処理フローチャートである。 2つのモデルを用いた電流オフセットシミュレーション結果を示すグラフ図である。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、ハイブリッド電気自動車を例にとり説明する。なお、本実施形態では電気自動車の1つであるハイブリッド電気自動車を例示するが、駆動源としてモータを備える他の電気自動車にも適用可能である。
1.基本構成
図1に、ハイブリッド電気自動車の概略構成を示す。車両ECU10は、インバータ50、エンジンECU40を制御する。エンジンECU40は、エンジン60を制御する。電池ECU20は、充電状態推定装置として機能し、二次電池30から電池電圧V,充放電電流I、電池温度T等の情報を受信して二次電池30の充電状態(SOC)を推定する。また、電池ECU20は、二次電池30のSOCや電池温度等の電池情報を車両ECU10に送信する。車両ECU10は、各種電池情報に基づいてエンジンECU40やインバータ50等を制御することで、二次電池30の充放電を制御する。
二次電池30は、モータ52に電力を供給する。インバータ50は、二次電池30の放電時に、二次電池30から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ52に供給する。
エンジン60は、動力分割機構42、減速機44及びドライブシャフト46を介して車輪に動力を伝達する。モータ52は、減速機44及びドライシャフト46を介して車輪に動力を伝達する。二次電池30に充電が必要な場合、エンジン60の動力の一部が動力分割機構42を介して発電機54に供給され、充電に利用される。
車両ECU10は、エンジンECU40からのエンジン60の運転状態の情報やアクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、シフトレバーで設定されるシフトレンジ等の運転情報や電池ECU20からのSOC等の電池情報に基づいて、エンジンECU40やインバータ50に制御命令を出力し、エンジン60やモータ52を駆動させる。
図2に、二次電池30及び電池ECU20の構成を示す。二次電池30は、例えば電池ブロックB1〜B20を直列に接続して構成される。電池ブロックB1〜B20は、電池ケース32に収容される。電池ブロックB1〜B20は、それぞれ複数の電池モジュールを電気的に直列接続して構成され、各電池モジュールは、複数の単電池(セル)を電気的に直列接続して構成される。電池ケース32内には、複数の温度センサ34が設けられる。
次に、電池ECU20の構成について説明する。
電圧測定部22は、二次電池30の端子電圧を測定する。電圧測定部22は、電池ブロックB1〜B20それぞれの端子電圧を測定し、制御部26に出力する。制御部26は、電圧計測値を記憶部28に格納する。制御部26への電圧データの出力は、予め設定された周期、例えば100msecで行われる。制御部26は、各電池ブロックB1〜B20の端子電圧を合計することで電池電圧Vを算出する。
電流測定部23は、二次電池30の充放電時における充放電電流Iを測定し、制御部26に出力する。制御部26は、電流計測値を記憶部28に格納する。電流測定部23は、例えば充電時をマイナス、放電時をプラスとして電流計測値を生成する。
温度測定部24は、二次電池30の電池温度を測定し、制御部26に出力する。制御部26は、温度データを記憶部26に格納する。
制御部26は、DCIR(内部抵抗)部261,分極電圧算出部262,起電力算出部263,充電状態推定部264,拡張カルマンフィルタ(EKF)265,及び補正部266を備える。制御部26は、充放電電流Iに基づいて二次電池30の充電状態(SOC)を推定する。具体的には、充放電電流Iを積算して二次電池30のSOCを推定し、測定モデルにより発生する誤差に対応する情報を生成する。そして、測定モデル誤差の分散ゲインを利用してカルマンゲインを生成し、生成されたカルマンゲインを利用して、推定されたSOCを補正あるいは更新する。
図3に、制御部26の詳細な機能ブロック図を示す。制御部26は、所定の測定モデルに基づき、DCIR部261で算出される内部抵抗電圧降下分と、分極電圧算出部262で算出される長期分極電圧及び短期分極電圧と、起電力算出部263で算出される起電力を用いて二次電池30の端子電圧を推定する推定部267と、電圧測定部22で測定された電圧と推定端子電圧との誤差を算出する誤差算出部268と、誤差を用いてカルマンゲインを生成し、各種の補正値を算出する拡張カルマンフィルタ(EKF)265と、算出された補正値を用いて補正する補正部266とを備える。起電力算出部263は、充電状態推定部264で充電電流を積算して得られる推定SOCを、所定の起電力マップを用いて起電力に換算して算出する。拡張カルマンフィルタ(EKF)265は、補正値として、電流センサオフセット補正値(第1補正値)及びSOC補正値(第2補正値)を算出するとともに、長期分極電圧補正値(第3補正値)、短期分極補正値(第4補正値)を算出する。補正部266は、電流センサオフセット補正値を用いて電流測定部23に含まれる電流センサオフセット推定値を補正するとともに、SOC補正値を用いて充電状態推定部264で算出された推定SOCを補正する。また、補正部266は、長期分極電圧補正値及び短期分極補正値を用いてそれぞれ長期分極電圧及び短期分極電圧を補正する。
本実施形態においては、拡張カルマンフィルタ(EKF)265を用いてSOCを補正しているだけでなく、電流測定部23で計測された充放電電流に計測誤差、すなわち電流センサオフセットが含まれていると想定し、この電流センサオフセット値を推定してSOCを推定するとともに、拡張カルマンフィルタ(EKF)265を用いて電流センサオフセットの推定値を補正することで電流センサオフセット推定の精度を向上させ、ひいてはSOC推定の精度を向上させる点に大きな特徴がある。
以下、制御部26における電流センサオフセット推定値の補正方法、及びこの補正方法を用いたSOCの推定方法について説明する。
2.SOCの推定方法
制御部26は、電流測定部23からの電流計測値には電流センサオフセットが含まれているとみなし、電流センサオフセット推定値δIを設定し、電流計測値Iと電流センサオフセット推定値δIとの差分演算を行う。すなわち、I−δIを演算する。差分値は、DCIR(内部抵抗)部261、分極電圧算出部262、及び充電状態推定部264に供給される。
DCIR(内部抵抗)部261は、予め電流計測値と電圧計測値の組をプロットし、その一次近似直線の傾きから二次電池30のDCIR(内部抵抗)を算出し、このDCIRを用いた電圧降下(電圧ドロップ)分を演算する。すなわち、DCIR・(I−δI)を演算する。DCIR部は、演算結果を端子電圧推定部267に出力する。
分極電圧算出部262は、分極電圧の等価回路モデルに基づいて分極電圧を演算する。分極電圧は、所定期間における積算容量の変化量に基づいて演算される。分極電圧には、短期分極電圧と長期分極電圧があり、分極電圧算出部262は、短期分極推定値及び長期分極推定値を演算する。分極電圧算出部262は、それぞれの演算結果を端子電圧推定部267に出力する。
充電状態推定部264は、電流計測値から電流センサオフセットを差し引いた分(I−δI)を積算してSOC推定値を演算する。充電状態推定部264は、電流を積算して得られたSOC推定値を起電力算出部263に出力する。
起電力算出部263は、予めSOCと起電力との関係を規定した起電力マップをメモリに記憶しており、起電力マップを参照してSOC推定値に対応する起電力を求める。起電力算出部は、求めた起電力を端子電圧推定部267に出力する。
端子電圧推定部267は、予め定めた測定モデルに基づいて二次電池30の電圧を推定する。測定モデルは、放電の場合と充電の場合で異なり、放電の場合には、
Figure 0005616464
であり、このモデルから電圧は
Figure 0005616464
となる。
一方、充電の場合には、
Figure 0005616464
であり、このモデルから電圧は
Figure 0005616464
となる。
但し、
x:状態推定値
Vpl:長期分極
Vps:短期分極
δI:電流センサオフセット推定値
u=I:計測電流値
y=Vb:計測電圧値
Cpl:分極電圧の等価回路モデルにおける長期分極キャパシタ
Cps:分極電圧の等価回路モデルにおける短期分極キャパシタ
Rpl:分極電圧の等価回路モデルにおける長期分極抵抗
Rps:分極回路の等価回路モデルにおける短期分極抵抗
DCIR:内部抵抗
ηc:充電効率
τδI:電流センサオフセットの相関時間
Vemf(SOC):SOC推定値から算出された起電力
である。また、本実施形態では、電流センサオフセットを、時間変化量が現在の値によって決まる、いわゆるECRP(Exponentially correlated Random Process)でモデル化して、δI(・)=−δI/τδI+σ(2/τδI0.5ωとしている。ここで、(・)は時間微分を表し、ωはランダムノイズを表す。
図4に、分極電圧の等価モデルを示す。分極電圧の時間変化は、
Figure 0005616464
である。
また、図5に、起電力マップ、すなわちSOC推定値と起電力との関係を規定するマップの一例を示す。
端子電圧推定部267は、上記の(2)式あるいは(4)式に従って、長期分極電圧Vpl、短期分極電圧Vps、SOC推定値から算出された起電力Vemf(SOC)、及び内部抵抗降下分DCIR(I−δI)を用いて計測電圧Vbを算出する。
誤差算出部268は、電圧測定部22で実測された電圧計測値と、端子電圧推定部267で算出された計測電圧Vbとの差分、すなわち測定モデルにより発生する誤差を算出する。算出された誤差は、拡張カルマンフィルタ(EKF)265に供給される。
拡張カルマンフィルタ(EKF)265は、測定モデル誤差の分散ゲインを利用してカルマンゲインを生成し、生成されたカルマンゲインを利用して、SOC補正値を算出するとともに、電流センサオフセット補正値、長期分極補正値、短期分極補正値を算出する。これらの補正値は、補正部266に供給される。
SOC補正値は、SOCを補正する補正部266に供給される。補正部266は、SOC補正値を用いて充電状態推定部264で得られたSOC推定値を補正する。補正後のSOCは、車両ECU10に送信される。
電流センサオフセット補正値は、電流センサオフセットを補正する補正部266に供給される。補正部266は、電流センサオフセット補正値を用いて電流センサオフセット推定値を補正する。
長期分極補正値及び短期分極補正値は、それぞれの補正部266に供給され、長期分極推定値及び短期分極推定値の補正に用いられる。
図6に、本実施形態における処理フローチャートを示す。まず、測定モデルを線形化する(S101)。非線形システムは、
Figure 0005616464
であり、xは状態ベクトル、uは入力ベクトル、関数fはxとuについて非線形な関数である。これを、xの微分がxに依存しないゲインとなるように近似する。すなわち、連続時間では、
Figure 0005616464
であり、離散時間では、
Figure 0005616464
である。ここで、Aは状態行列、Bは入力行列である。Aは、具体的には、(1)式、(3)式を微分して得られ、放電の場合には、
Figure 0005616464
であり、充電の場合には、
Figure 0005616464
である。
離散化されたAの(k−1)成分Adk−1は、
Figure 0005616464
で与えられる。ここで、Eは、
Figure 0005616464
である。ΔTは、離散時間における最小の時間単位(サンプリング時間)である。ソフトウェアによる処理では、動作周期(例えば100msec)が最小の時間単位として用いられる。
線形化した後、次に、時間更新処理を行う(S102)。時間更新処理は、
Figure 0005616464
である。なお、ハット( ^ )は推定値を表す。また、
Figure 0005616464
は時間更新状態推定値であり、
Figure 0005616464
は観測更新状態推定値である。
また、誤差共分散推定値は、
Figure 0005616464
である。Pは、真の状態と推定値の誤差の共分散値であり、状態数×状態数の行列で本実施形態では4×4である。xkを真の状態とすると、誤差は
Figure 0005616464
であり、誤差共分散推定値は、
Figure 0005616464
である。対角成分が状態推定値の誤差共分散値である。具体的には、
Figure 0005616464
Figure 0005616464
Figure 0005616464
Figure 0005616464
である。
また、(16)式におけるQは、状態推定誤差の重み行列であり、
Figure 0005616464
で定義される。例えば、分極モデルによる長期分極の推定誤差が0.1Vと推定できるならば、Q1=0.01となる。
時間更新処理を行った後、線形化を行う(S103)。すなわち、
Figure 0005616464
である。
最後に、観測更新処理を行う(S104)。観測更新処理は、
Figure 0005616464
Figure 0005616464
Figure 0005616464
である。xkにおける(−)は補正値で補正される前の値であり、(+)は補正値で補正された後の更新値である。ここで、(27)式の右辺第2項が補正値であり、カルマンゲイン、すなわち観測更新ゲインを
Figure 0005616464
として算出される。具体的に示すと、長期分極電圧推定値、短期分極電圧推定値、SOC推定値、電流センサオフセット推定値は、それぞれ
Figure 0005616464
Figure 0005616464
Figure 0005616464
Figure 0005616464
によって更新処理される。
なお、(25)式におけるRは、計測誤差の重み行列であり、
Figure 0005616464
として定義される。
状態推定誤差の重み行列Qと計測誤差の重み行列Rのバランスを調整することで、測定モデルに基づく推定と観測値のいずれをより用いるかを設定することができる。例えば、測定モデルの推定精度が高く信頼性が高い場合にはQ<Rとすることで測定モデルによるSOC推定を重視する。一方、測定モデルと実際のずれが大きいことが想定される場合には、Q>Rとすることで計測電圧に基づくSOC推定を行うようにできる。
以上のようにして、拡張カルマンフィルタ(EKF)により長期分極電圧推定値、短期分極電圧推定値、電流センサオフセット推定値、SOC推定値をそれぞれ補正するための補正値を算出して補正することができるので、SOC推定の精度を向上させることができる。特に、本実施形態では、電流センサオフセットの推定値を補正するための補正値を算出し、算出した補正値を用いて(32)式により電流センサオフセット推定値を補正しているので、電流センサオフセットを高精度に推定し、結果としてSOC推定精度を向上させることができる。また、本実施形態では、通常停車時に行われる電流センサオフセット推定値の補正を、走行時にも行うことができるため、長時間停車しない長距離走行の場合等でも、SOC推定精度を向上させることができる。
なお、本実施形態では、電流センサオフセットを、時間変化量が現在の値によって決まる、いわゆるECRPでモデル化して、δI(・)=−δI/τδI+σ(2/τδI0.5ωとしているが、本発明には、電流センサオフセットを、ω(ランダムノイズ)で時間変化するようモデル化して、δI(・)=ωとする場合も含まれる。この場合、数(1)、(3)、(9)、(10)において、−1/τδIは「0」となる。但し、ECRPを使用したモデルの方が、真の誤差に早く到達し、ばらつきも少ないため好ましい。図7に、ECRPを使用したモデルと、ωで時間変化するモデルのシミュレーション結果を示す。図において、横軸は時間、縦軸は電流センサオフセットδIである。符号100はECRPを使用したモデル、符号102はωで時間変化するモデルを示す。ωで時間変化するモデルでは、真値付近で推定値がばらつくという現象が生じる。これに対し、ECRPを使用したモデルでは推定値が真値に迅速に近づき、ばらつきが生じない。このシミュレーション結果より、ECRPを使用したモデルの方が望ましいことが理解される。
また、本実施形態では、推定された端子電圧と、電圧検出手段で検出された端子電圧との誤差から、拡張カルマンフィルタを用いて補正を算出したが、この誤差を用いて補正値、特に電流センサオフセット補正値を算出するものであれば、拡張カルマンフィルタに限られず、Unscentedカルマンフィルタや粒子フィルタ等、他の適応フィルタも用いることができる。
10 車両ECU、20 電池ECU、22 電圧測定部、23 電流測定部、26 制御部。

Claims (6)

  1. 二次電池の充電状態推定装置であって、
    前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
    前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記電流検出手段に含まれる電流オフセットを推定し、該電流オフセットにより前記電流検出手段で検出された充放電電流を補正して前記二次電池の充電状態を推定する充電状態推定手段と、
    所定の測定モデルにより前記二次電池の端子電圧を推定する端子電圧推定手段と、
    推定された端子電圧と、前記電圧検出手段で検出された端子電圧との誤差を用いて、推定された前記電流オフセットの第1補正値を算出する補正値算出手段と、
    前記補正値算出手段で算出された第1補正値を用いて、推定された前記電流オフセットを補正するオフセット補正手段と、
    を備えることを特徴とする二次電池の充電状態推定装置。
  2. 請求項1記載の二次電池の充電状態推定装置において、
    前記補正値算出手段は、推定された端子電圧と、前記電圧検出手段で検出された端子電圧との誤差を用いて、推定された前記充電状態の第2補正値を算出し、
    前記第2補正値を用いて、推定された前記充電状態を補正する充電状態補正手段
    をさらに備えることを特徴とする二次電池の充電状態推定装置。
  3. 請求項1記載の二次電池の充電状態推定装置において、
    前記所定の測定モデルは、前記二次電池の分極電圧の等価回路モデルに基づくことを特徴とする二次電池の充電状態推定装置。
  4. 請求項3記載の二次電池の充電状態推定装置において、
    前記端子電圧推定手段は、前記等価回路モデルにおける長期分極電圧、短期分極電圧、内部抵抗による電圧降下分、及び前記充電状態推定手段により推定された前記充電状態に対応する起電力を用いて端子電圧を推定することを特徴とする二次電池の充電状態推定装置。
  5. 請求項1記載の二次電池の充電状態推定装置において、
    前記補正値算出手段は、拡張カルマンフィルタであることを特徴とする二次電池の充電状態推定装置。
  6. 請求項4記載の二次電池の充電状態推定装置において、
    前記補正値算出手段は、拡張カルマンフィルタであり、
    前記拡張カルマンフィルタは、前記第1補正値に加え、推定された端子電圧と、前記電圧検出手段で検出された端子電圧との誤差を用いて、推定された前記充電状態の第2補正値を算出し、かつ、前記長期分極電圧の第3補正値及び前記短期分極の第4補正値を算出し、
    さらに、
    前記補正値算出手段で算出された第3補正値を用いて、前記長期分極電圧を補正する長期分極電圧補正手段と、
    前記補正値算出手段で算出された第4補正値を用いて、前記短期分極電圧を補正する短期分極電圧補正手段と、
    を備えることを特徴とする二次電池の充電状態推定装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016224022A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 三菱電機株式会社 蓄電池パラメータ推定装置および蓄電池パラメータ推定方法
WO2019003377A1 (ja) * 2017-06-29 2019-01-03 株式会社東芝 蓄電池残量推定装置、蓄電池残量推定方法、およびプログラム

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6111275B2 (ja) * 2013-02-05 2017-04-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池制御装置
JP5886225B2 (ja) * 2013-03-08 2016-03-16 プライムアースEvエナジー株式会社 電池制御装置及び電池制御方法
US9575128B2 (en) * 2013-03-12 2017-02-21 GM Global Technology Operations LLC Battery state-of-charge estimation for hybrid and electric vehicles using extended kalman filter techniques
JP5997081B2 (ja) * 2013-03-21 2016-09-21 プライムアースEvエナジー株式会社 二次電池の状態推定装置及び二次電池の状態推定方法
US9625533B2 (en) * 2013-04-16 2017-04-18 Johnson Controls Technology Company Lead acid state of charge estimation for auto-stop applications
JP6130275B2 (ja) * 2013-09-05 2017-05-17 カルソニックカンセイ株式会社 推定装置及び推定方法
US10345386B2 (en) * 2014-03-03 2019-07-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Battery state estimation device and method of estimating battery state
JP6455914B2 (ja) * 2014-05-27 2019-01-23 学校法人立命館 蓄電残量推定装置、蓄電池の蓄電残量を推定する方法、及びコンピュータプログラム
CN106501724B (zh) * 2016-10-28 2018-11-06 合肥工业大学 一种基于rls和ekf算法的全钒液流电池soc估计方法
EP3435101A1 (de) * 2017-07-26 2019-01-30 INVENOX GmbH Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines stabilen konvergenzverhaltens eines kalman-filters
JP7004204B2 (ja) 2017-12-04 2022-01-21 株式会社Gsユアサ 計測装置、蓄電装置、計測システム、オフセット誤差の計測方法
CN108287316B (zh) * 2018-01-15 2020-04-03 厦门大学 基于阈值扩展卡尔曼算法的蓄电池剩余电量估计方法
JP7036605B2 (ja) * 2018-01-30 2022-03-15 プライムアースEvエナジー株式会社 組電池の状態推定装置及び組電池の状態推定方法
CN108375381B (zh) * 2018-02-08 2021-12-21 北方工业大学 一种基于扩展卡尔曼滤波的仿生偏振传感器多源误差标定方法
DE102018217625A1 (de) 2018-10-15 2020-04-16 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Batteriesensors und Batteriesensor
CN109633470B (zh) * 2019-01-04 2021-04-16 深圳市计量质量检测研究院 基于ekf-gpr和日常片段数据的电池实时全充时间的估算方法
KR102465373B1 (ko) * 2019-01-23 2022-11-08 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치, 배터리 관리 방법 및 배터리팩
GB2582346A (en) * 2019-03-20 2020-09-23 Dyson Technology Ltd Estimating an amount of charge of a battery
CN110502778B (zh) * 2019-07-02 2021-06-22 江苏大学 一种基于卡尔曼滤波框架估算电池soc的自适应优化方法
WO2021009852A1 (ja) * 2019-07-16 2021-01-21 日本電気株式会社 推定装置、制御システム、推定方法及びプログラム
KR20210141211A (ko) * 2020-05-15 2021-11-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리를 진단하기 위한 장치 및 그 방법
CN115840148B (zh) * 2022-01-07 2024-01-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 确定电池荷电状态的方法、装置、电子设备及存储介质
KR102412606B1 (ko) * 2022-02-10 2022-06-22 이중휘 배터리의 soh 추정 장치 및 방법
KR102416009B1 (ko) * 2022-02-10 2022-06-30 이중휘 배터리의 soc 추정 장치 및 방법
KR102424671B1 (ko) * 2022-02-10 2022-07-25 주식회사 크레스트 리튬인산철 배터리의 soc 추정 장치 및 방법
CN115327385A (zh) * 2022-07-29 2022-11-11 武汉理工大学 一种动力电池soc值估算方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006105821A (ja) * 2004-10-06 2006-04-20 Toyota Motor Corp 二次電池の充電容量推定装置およびその方法
JP2008010420A (ja) * 2006-06-26 2008-01-17 Samsung Sdi Co Ltd バッテリー管理システム、バッテリーsocの推定方法及びバッテリー管理システムの駆動方法
JP2009042091A (ja) * 2007-08-09 2009-02-26 Nissan Motor Co Ltd 電動車両システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006105821A (ja) * 2004-10-06 2006-04-20 Toyota Motor Corp 二次電池の充電容量推定装置およびその方法
JP2008010420A (ja) * 2006-06-26 2008-01-17 Samsung Sdi Co Ltd バッテリー管理システム、バッテリーsocの推定方法及びバッテリー管理システムの駆動方法
JP2009042091A (ja) * 2007-08-09 2009-02-26 Nissan Motor Co Ltd 電動車両システム

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016224022A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 三菱電機株式会社 蓄電池パラメータ推定装置および蓄電池パラメータ推定方法
WO2019003377A1 (ja) * 2017-06-29 2019-01-03 株式会社東芝 蓄電池残量推定装置、蓄電池残量推定方法、およびプログラム
KR20200010369A (ko) 2017-06-29 2020-01-30 가부시끼가이샤 도시바 축전지 잔량 추정 장치, 축전지 잔량 추정 방법, 및 프로그램
JPWO2019003377A1 (ja) * 2017-06-29 2020-03-19 株式会社東芝 蓄電池残量推定装置、蓄電池残量推定方法、およびプログラム
US11221370B2 (en) 2017-06-29 2022-01-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Remaining battery energy estimation device, remaining battery energy estimation method, and storage medium

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