JP6737490B2 - System identification method and system identification device - Google Patents

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Description

本開示は、システム同定方法及びシステム同定装置に関する。 The present disclosure relates to a system identification method and a system identification device.

バッテリのモデルを表すシステムのパラメータを同定する装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 An apparatus for identifying a system parameter representing a battery model is known (for example, refer to Patent Document 1).

特開2017−198542号公報JP, 2017-198542, A

バッテリは、自動車に搭載されている場合、自動車が動作のために必要とする電流を供給するために放電する。放電電流が増大する場合、バッテリの過電圧の増大によって、バッテリの端子電圧が低下する。バッテリの端子電圧が低下した場合、バッテリは、自動車が必要とする電流を供給できないことがある。バッテリが自動車から要求される電流を供給できるか判定するために、バッテリの放電開始時の過電圧を高精度で推定することが求められる。 When installed in a vehicle, the battery discharges to provide the current the vehicle needs to operate. When the discharge current increases, the overvoltage of the battery increases and the terminal voltage of the battery decreases. If the terminal voltage of the battery drops, the battery may not be able to supply the current required by the vehicle. In order to determine whether the battery can supply the current required by the vehicle, it is necessary to estimate the overvoltage at the start of discharging the battery with high accuracy.

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、バッテリの放電開始時の過電圧を高精度で推定できるシステム同定方法及びシステム同定装置を提供することにある。 An object of the present disclosure made in view of such circumstances is to provide a system identification method and a system identification device that can accurately estimate an overvoltage at the start of discharge of a battery.

上記課題を解決するために、第1の観点に係るシステム同定方法は、バッテリに流れる電流を入力とし、前記バッテリの過電圧を出力とするシステムの応答を推定するシステム同定装置によって実行される。前記システム同定方法は、前記バッテリに流れる電流、及び、前記バッテリの過電圧それぞれの、所定期間内における時系列データに基づいて、前記システムにFIRモデルとARXモデルとを含む前記バッテリのモデルを適用することによって前記システムを同定する第1ステップを含む。前記システム同定方法は、前記第1ステップで同定した前記システムに、入力開始時刻より前に電流が入力されず、且つ、前記入力開始時刻以降に電流が入力される場合における、前記入力開始時刻より後の推定対象時刻に前記システムが出力する前記バッテリの過電圧を、前記第1ステップで前記システムを同定するために適用された前記バッテリのモデルに基づいて推定する第2ステップを含む。前記時系列データのうち、前記FIRモデルに適用されるデータの数は、前記入力開始時刻から前記推定対象時刻までの時間をサンプリング周期で除した数に1を加えた数以上の数である。 In order to solve the above problems, the system identification method according to the first aspect is executed by a system identification device that estimates a response of a system that receives a current flowing in a battery as an input and outputs an overvoltage of the battery as an output. The system identification method applies a model of the battery including an FIR model and an ARX model to the system based on time series data of a current flowing through the battery and an overvoltage of the battery within a predetermined period. A first step of identifying the system by. In the system identification method, when no current is input to the system identified in the first step before the input start time and a current is input after the input start time, the system identification method is performed after the input start time. A second step of estimating an overvoltage of the battery output by the system at a later estimation target time based on the model of the battery applied to identify the system in the first step. Of the time series data, the number of data applied to the FIR model is equal to or more than a number obtained by adding 1 to the number obtained by dividing the time from the input start time to the estimation target time by the sampling period.

上記課題を解決するために、第2の観点に係るシステム同定装置は、バッテリに流れる電流を入力とし、前記バッテリの過電圧を出力とするシステムの応答を推定する応答推定部を備える。前記応答推定部は、前記バッテリに流れる電流、及び、前記バッテリの過電圧それぞれの、所定期間内における時系列データに基づいて、前記システムにFIRモデルとARXモデルとを含む前記バッテリのモデルを適用することによって前記システムを同定する。前記応答推定部は、同定した前記システムに入力開始時刻より前に電流が入力されず、且つ、前記入力開始時刻以降に電流が入力される場合に、前記入力開始時刻より後の推定対象時刻に前記システムが出力する前記バッテリの過電圧を、前記システムを同定するために適用された前記バッテリのモデルに基づいて推定する。前記時系列データのうち、前記FIRモデルに適用されるデータの数は、前記入力開始時刻から前記推定対象時刻までの時間をサンプリング周期で除した数に1を加えた数以上の数である。 In order to solve the above problems, a system identification device according to a second aspect includes a response estimation unit that estimates a response of a system in which a current flowing in a battery is input and an overvoltage of the battery is output. The response estimation unit applies a model of the battery including an FIR model and an ARX model to the system based on time series data of a current flowing in the battery and an overvoltage of the battery within a predetermined period. Thereby identifying the system. In the case where no current is input to the identified system before the input start time and a current is input after the input start time, the response estimation unit sets the estimated target time after the input start time. An overvoltage of the battery output by the system is estimated based on a model of the battery applied to identify the system. Of the time series data, the number of data applied to the FIR model is equal to or more than a number obtained by adding 1 to the number obtained by dividing the time from the input start time to the estimation target time by the sampling period.

第1の観点に係るシステム同定方法によれば、バッテリの放電開始時の過電圧が高精度で推定されうる。 According to the system identification method of the first aspect, the overvoltage at the start of discharging the battery can be estimated with high accuracy.

第2の観点に係るシステム同定装置によれば、バッテリの放電開始時の過電圧が高精度で推定されうる。 According to the system identification device of the second aspect, the overvoltage at the start of discharging the battery can be estimated with high accuracy.

一実施形態に係るシステム同定装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of a system identification device concerning one embodiment. バッテリ等価回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a battery equivalent circuit. 4次のフォスタ型のRC梯子回路を示す図である。It is a figure which shows a 4th order Foster type RC ladder circuit. SOC−OCV特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a SOC-OCV characteristic. システム同定装置を搭載する車両の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of a vehicle carrying a system identification device. μ−マルコフモデルの概念を説明する図である。It is a figure explaining the concept of a μ-Markov model. システム同定方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of a system identification method. μ−マルコフモデルに含まれるFIRモデルの項数を表すμを10にした場合に、過電圧を1秒後まで推定した結果の一例を示すグラフである。9 is a graph showing an example of the result of estimating the overvoltage for 1 second when μ representing the number of terms of the FIR model included in the μ-Markov model is set to 10. μ−マルコフモデルに含まれるFIRモデルの項数を表すμを100にした場合に、過電圧を10秒後まで推定した結果の一例を示すグラフである。9 is a graph showing an example of the result of estimating the overvoltage until 10 seconds after, when μ representing the number of terms of the FIR model included in the μ-Markov model is set to 100.

図1に示されるように、一実施形態に係るシステム同定装置1は、オブザーバ10と、応答推定部20と、演算器25とを備える。 As shown in FIG. 1, the system identification device 1 according to the embodiment includes an observer 10, a response estimation unit 20, and a calculator 25.

システム同定装置1は、例えばプロセッサ又はマイクロコンピュータ等で構成されてよい。システム同定装置1が備える各構成部の機能は、プログラムをプロセッサ等で実行することによって実現されてもよいし、特定の処理に特化した専用のプロセッサによって実現されてもよい。システム同定装置1は、記憶部を含んでよい。記憶部は、例えば半導体メモリ又は磁気記憶装置等で構成されてよい。システム同定装置1は、その処理において取り扱うデータ又は情報等を記憶部に格納してよい。 The system identification device 1 may be composed of, for example, a processor or a microcomputer. The function of each component provided in the system identification device 1 may be realized by executing a program by a processor or the like, or may be realized by a dedicated processor specialized for specific processing. The system identification device 1 may include a storage unit. The storage unit may be composed of, for example, a semiconductor memory or a magnetic storage device. The system identification device 1 may store data, information, or the like handled in the processing in the storage unit.

システム同定装置1は、電流センサ2及び電圧センサ3を介してバッテリ4に接続される。システム同定装置1は、電流センサ2又は電圧センサ3を含んでもよい。 The system identification device 1 is connected to a battery 4 via a current sensor 2 and a voltage sensor 3. The system identification device 1 may include a current sensor 2 or a voltage sensor 3.

バッテリ4は、例えば二次電池であってよい。二次電池は、リチャージャブル・バッテリともいう。バッテリ4は、本実施形態においてリチウム・イオン・バッテリであるとする。バッテリ4は、他の種類のバッテリであってよい。 The battery 4 may be a secondary battery, for example. The secondary battery is also called a rechargeable battery. The battery 4 is assumed to be a lithium ion battery in this embodiment. The battery 4 may be another type of battery.

電流センサ2は、バッテリ4に流れる充放電電流を測定する。本実施形態において、時刻はtで表されるとする。充放電電流は、時刻の関数としてu(t)で表されるとする。電流センサ2は、充放電電流の測定値をシステム同定装置1に対して出力する。 The current sensor 2 measures the charging/discharging current flowing in the battery 4. In the present embodiment, the time is represented by t. The charge/discharge current is represented by u(t) as a function of time. The current sensor 2 outputs the measured value of the charge/discharge current to the system identification device 1.

電圧センサ3は、バッテリ4の端子電圧を測定する。本実施形態において、端子電圧は、時刻の関数としてy(t)で表されるとする。電圧センサ3は、端子電圧の測定値をシステム同定装置1に対して出力する。 The voltage sensor 3 measures the terminal voltage of the battery 4. In this embodiment, the terminal voltage is represented by y(t) as a function of time. The voltage sensor 3 outputs the measured value of the terminal voltage to the system identification device 1.

バッテリ4の端子電圧は、バッテリ4の開回路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)と、バッテリ4の内部で発生する過電圧との和として表される。OCVは、バッテリ4の電気化学的平衡状態における電極間の電位差である。OCVは、バッテリ4に充放電電流が流れない場合のバッテリ4の端子電圧に対応する。過電圧は、内部インピーダンスで生じる電圧降下の大きさに対応する。内部インピーダンスは、バッテリ4の内部の電気化学反応の反応速度に応じて決定される。 The terminal voltage of the battery 4 is represented as the sum of the open circuit voltage (OCV: Open Circuit Voltage) of the battery 4 and the overvoltage generated inside the battery 4. OCV is the potential difference between the electrodes of the battery 4 in the electrochemical equilibrium state. OCV corresponds to the terminal voltage of the battery 4 when the charging/discharging current does not flow in the battery 4. Overvoltage corresponds to the magnitude of the voltage drop that occurs at the internal impedance. The internal impedance is determined according to the reaction rate of the electrochemical reaction inside the battery 4.

バッテリ4の端子電圧は、バッテリ4に充放電電流が流れることによって変化する。バッテリ4がシステムとして表される場合、バッテリ4に流れる充放電電流は、システムへの入力に対応する。バッテリ4の端子電圧は、システムの出力に対応する。システム同定装置1は、バッテリ4を表すシステムのパラメータを同定する。 The terminal voltage of the battery 4 changes as a charging/discharging current flows through the battery 4. When the battery 4 is represented as a system, the charge/discharge current flowing in the battery 4 corresponds to the input to the system. The terminal voltage of the battery 4 corresponds to the output of the system. The system identification device 1 identifies a system parameter representing the battery 4.

バッテリ4の状態は、バッテリ4のOCVと、バッテリ4の内部で発生する過電圧とをパラメータとして含むモデルによって表されうる。バッテリ4の状態を表すモデルは、図2に例示されるバッテリ等価回路4aで近似されるとする。バッテリ等価回路4aで近似されたモデルは、バッテリモデルともいう。バッテリ等価回路4aの入力は、バッテリ4に流れる充放電電流u(t)に対応する。充放電電流u(t)が矢印の向きに流れる場合に、バッテリ4が充電されるとする。つまり、矢印の向きは、バッテリ4を充電する電流の向きを表す。バッテリ4を充電する電流が流れる場合、u(t)は正の値であるとする。バッテリ4から放電電流が流れる場合、u(t)は負の値であるとする。バッテリ等価回路4aの出力は、バッテリ4の端子電圧y(t)に対応する。y(t)の符号は矢印の向きによって特定されるとする。図2において、矢印の先端側に位置する端子41aの電位が矢印の末端側に位置する端子41bの電位よりも高い場合に、y(t)は正の値であるとする。端子41a及び41bはそれぞれ、バッテリ4の正極端子及び負極端子に対応する。 The state of the battery 4 can be represented by a model including the OCV of the battery 4 and an overvoltage generated inside the battery 4 as parameters. It is assumed that the model representing the state of the battery 4 is approximated by the battery equivalent circuit 4a illustrated in FIG. The model approximated by the battery equivalent circuit 4a is also called a battery model. The input of the battery equivalent circuit 4a corresponds to the charging/discharging current u(t) flowing in the battery 4. It is assumed that the battery 4 is charged when the charge/discharge current u(t) flows in the direction of the arrow. That is, the direction of the arrow represents the direction of the current that charges the battery 4. When the current for charging the battery 4 flows, u(t) has a positive value. When the discharge current flows from the battery 4, u(t) has a negative value. The output of the battery equivalent circuit 4a corresponds to the terminal voltage y(t) of the battery 4. It is assumed that the sign of y(t) is specified by the direction of the arrow. In FIG. 2, y(t) is assumed to be a positive value when the potential of the terminal 41a located on the tip side of the arrow is higher than the potential of the terminal 41b located on the end side of the arrow. The terminals 41a and 41b correspond to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the battery 4, respectively.

バッテリ4のOCVは、バッテリ等価回路4aにおいて電圧源42が出力する電圧として表される。電圧源42が出力する電圧は、時刻の関数としてOCV(t)で表される。OCV(t)の符号は、矢印の向きで特定されるとする。図2において、矢印の先端側の電位が矢印の末端側の電位よりも高い場合にOCV(t)は正の値であるとする。OCV(t)は、バッテリ4に充放電電流が流れない場合のバッテリ4の端子電圧に対応する。バッテリ4に充放電電流が流れない場合は、u(t)=0である場合ともいえる。u(t)=0である場合、y(t)=OCV(t)が成立する。 The OCV of the battery 4 is represented as the voltage output by the voltage source 42 in the battery equivalent circuit 4a. The voltage output by the voltage source 42 is represented by OCV(t) as a function of time. The sign of OCV(t) is specified by the direction of the arrow. In FIG. 2, OCV(t) has a positive value when the potential on the tip side of the arrow is higher than the potential on the tip side of the arrow. OCV(t) corresponds to the terminal voltage of the battery 4 when the charging/discharging current does not flow in the battery 4. When the charging/discharging current does not flow in the battery 4, it can be said that u(t)=0. When u(t)=0, y(t)=OCV(t) holds.

バッテリ4の過電圧は、バッテリ等価回路4aにおいて内部インピーダンス44の両端の電圧として表される。バッテリ4の過電圧は、時刻の関数としてη(t)で表される。η(t)の符号は、矢印の向きで特定されるとする。図2において、矢印の先端側の電位が矢印の末端側の電位よりも高い場合にη(t)は正の値であるとする。u(t)が正の値である場合、η(t)は、正の値である。 The overvoltage of the battery 4 is represented as a voltage across the internal impedance 44 in the battery equivalent circuit 4a. The overvoltage of the battery 4 is represented by η(t) as a function of time. The sign of η(t) is specified by the direction of the arrow. In FIG. 2, η(t) is a positive value when the potential on the tip side of the arrow is higher than the potential on the tip side of the arrow. If u(t) is a positive value, then η(t) is a positive value.

バッテリ4の端子電圧は、バッテリ4のOCVと過電圧との和で表される。つまり、y(t)=OCV(t)+η(t)が成り立つ。バッテリ4を充電する電流が流れる場合、つまり、u(t)が正の値である場合、η(t)は正の値となる。この場合、y(t)>OCV(t)が成立する。バッテリ4から放電電流が流れる場合、つまり、u(t)が負の値である場合、η(t)は負の値となる。この場合、y(t)<OCV(t)が成立する。 The terminal voltage of the battery 4 is represented by the sum of the OCV of the battery 4 and the overvoltage. That is, y(t)=OCV(t)+η(t) holds. When a current for charging the battery 4 flows, that is, when u(t) has a positive value, η(t) has a positive value. In this case, y(t)>OCV(t) holds. When the discharge current flows from the battery 4, that is, when u(t) has a negative value, η(t) has a negative value. In this case, y(t)<OCV(t) holds.

内部インピーダンス44は、例えば、図3に示されているように、抵抗R1〜R4及び容量C1〜C4を含むワールブルグインピーダンスと、抵抗R0とを直列に接続した回路によって表されてよい。抵抗R0は、バッテリ4の電解液内での泳動過程等に起因する抵抗を表す。ワールブルグインピーダンスは、バッテリ4内のイオンの拡散過程等に起因するインピーダンスを表す。バッテリ4の過電圧は、バッテリ等価回路4aに流れる電流によってバッテリ4の内部インピーダンス44で発生する電圧降下として表される。図3において、端子41cと端子41dとの間の電位差が過電圧に相当する。 The internal impedance 44 may be represented by, for example, as shown in FIG. 3, a circuit in which a Warburg impedance including resistors R1 to R4 and capacitors C1 to C4 and a resistor R0 are connected in series. The resistance R0 represents resistance caused by a migration process or the like of the battery 4 in the electrolytic solution. The Warburg impedance represents the impedance caused by the diffusion process of ions in the battery 4. The overvoltage of the battery 4 is represented as a voltage drop generated in the internal impedance 44 of the battery 4 due to the current flowing in the battery equivalent circuit 4a. In FIG. 3, the potential difference between the terminals 41c and 41d corresponds to the overvoltage.

ワールブルグインピーダンスは、4次のフォスタ型回路として表されている。4次のフォスタ型回路は、抵抗とコンデンサとが並列に接続されている4個の並列回路を含む。各並列回路は、直列に接続されている。4次のフォスタ型回路に含まれる4個の抵抗及び4個のコンデンサはそれぞれ、R1〜R4、及び、C1〜C4として表されている。内部インピーダンス44を表すフォスタ型回路の次数は、4次に限られず、3次以下であってもよいし、5次以上であってもよい。内部インピーダンス44は、フォスタ型回路に限られず、カウエル型回路で表されてもよいし、他の線形伝達関数モデルで表されてもよい。 The Warburg impedance is represented as a fourth-order Foster-type circuit. The quartic Foster-type circuit includes four parallel circuits in which a resistor and a capacitor are connected in parallel. Each parallel circuit is connected in series. The four resistors and the four capacitors included in the fourth-order Foster-type circuit are represented as R1 to R4 and C1 to C4, respectively. The order of the Foster-type circuit that represents the internal impedance 44 is not limited to the fourth order, and may be the third order or lower or the fifth order or higher. The internal impedance 44 is not limited to the Foster type circuit, and may be represented by a Cowell type circuit or another linear transfer function model.

各並列回路における電圧降下は、時刻の関数としてv1(t)〜v4(t)で表されるとする。抵抗R0における電圧降下は、R0×u(t)として表される。この場合、η(t)=R0×u(t)+v1(t)+v2(t)+v3(t)+v4(t)が成り立つ。 The voltage drop in each parallel circuit is represented by v 1 (t) to v 4 (t) as a function of time. The voltage drop across the resistor R0 is represented as R0×u(t). In this case, η(t)=R0×u(t)+v 1 (t)+v 2 (t)+v 3 (t)+v 4 (t).

バッテリ4を近似するバッテリ等価回路4aのパラメータは、ワールブルグインピーダンスを構成している抵抗R1〜R4の抵抗値と、容量C1〜C4の容量値と、抵抗R0の抵抗値とを含む。本実施形態において、バッテリ等価回路4aのパラメータは、予め設定されているとする。バッテリ等価回路4aのパラメータは、カルマンフィルタ等によって逐次推定されてもよい。 The parameters of the battery equivalent circuit 4a approximating the battery 4 include the resistance values of the resistors R1 to R4 forming the Warburg impedance, the capacitance values of the capacitors C1 to C4, and the resistance value of the resistor R0. In the present embodiment, it is assumed that the parameters of the battery equivalent circuit 4a are preset. The parameters of the battery equivalent circuit 4a may be sequentially estimated by a Kalman filter or the like.

バッテリ4のOCVは、バッテリ4の充電率(SOC:State Of Charge)の関数として表される。つまり、バッテリ4の状態は、バッテリ4のSOCと過電圧とによって表される。SOCは、バッテリ4の充電容量に対する充電量の比として表される。SOCとOCVとの間の関係は、SOC−OCV特性といわれる。SOC−OCV特性は、例えば図4に示されるグラフで表されうる。図4の横軸及び縦軸はそれぞれ、SOC及びOCVを示す。SOC−OCV特性は、予め実験等によって求められうる。オブザーバ10は、バッテリ4のSOC推定値と、バッテリ4のSOC−OCV特性とに基づいてバッテリ4のOCVを推定できる。オブザーバ10によるOCVの推定結果は、OCV推定値と称される。 The OCV of the battery 4 is represented as a function of the state of charge (SOC) of the battery 4. That is, the state of the battery 4 is represented by the SOC of the battery 4 and the overvoltage. The SOC is represented as the ratio of the charge amount to the charge capacity of the battery 4. The relationship between SOC and OCV is called the SOC-OCV characteristic. The SOC-OCV characteristic can be represented by the graph shown in FIG. 4, for example. The horizontal axis and the vertical axis in FIG. 4 represent SOC and OCV, respectively. The SOC-OCV characteristic can be obtained in advance by experiments or the like. The observer 10 can estimate the OCV of the battery 4 based on the SOC estimated value of the battery 4 and the SOC-OCV characteristic of the battery 4. The OCV estimation result by the observer 10 is referred to as an OCV estimated value.

オブザーバ10は、バッテリ4のSOCと過電圧とを推定することによって、バッテリ4の状態を推定する。オブザーバ10によるSOC及び過電圧それぞれの推定結果は、SOC推定値及び過電圧推定値と称される。SOCは、時刻の関数としてSOC(t)で表されるとする。バッテリ4のモデルがバッテリ等価回路4aで近似される場合、システムの状態変数は、v1(t)〜v4(t)を含む。つまり、オブザーバ10は、SOC(t)と、v1(t)〜v4(t)とを推定する。 The observer 10 estimates the state of the battery 4 by estimating the SOC and overvoltage of the battery 4. The estimation results of the SOC and the overvoltage by the observer 10 are referred to as the SOC estimation value and the overvoltage estimation value, respectively. Let SOC be represented by SOC(t) as a function of time. When the model of the battery 4 is approximated by the battery equivalent circuit 4a, the system state variables include v 1 (t) to v 4 (t). That is, the observer 10 estimates the SOC (t), v 1 ( t) ~v 4 and (t).

バッテリ4のSOCと過電圧とは、バッテリ4のモデルを表すシステムの状態変数に含まれる。つまり、オブザーバ10は、システムの状態変数を推定することによって、バッテリ4の状態を推定する。オブザーバ10は、状態推定器ともいう。オブザーバ10は、状態変数の少なくとも一部を直接観測できない場合に、入力と出力とに基づいて、直接観測できない状態変数を推定する。 The SOC and overvoltage of the battery 4 are included in the state variables of the system that represent the model of the battery 4. That is, the observer 10 estimates the state of the battery 4 by estimating the state variable of the system. The observer 10 is also called a state estimator. When the observer 10 cannot directly observe at least a part of the state variables, the observer 10 estimates the state variables that cannot be directly observed based on the input and the output.

オブザーバ10は、バッテリ4の状態変数に含まれるSOC推定値に基づいて、バッテリ4のOCV推定値を算出できる。オブザーバ10は、バッテリ4のOCV推定値と、バッテリ4の過電圧推定値とに基づいて、バッテリ4の端子電圧を推定できる。オブザーバ10は、バッテリ4の端子電圧の測定値を取得し、端子電圧の測定値と端子電圧の推定値との差を推定誤差として算出する。オブザーバ10は、推定誤差に基づいて、バッテリ4を表すシステムの状態変数の推定値にフィードバックするパラメータを算出する。状態変数の推定値にフィードバックするパラメータは、状態変数補正値ともいう。オブザーバ10は、状態変数補正値として推定誤差と所定の係数行列との積を算出する。所定の係数行列は、オブザーバゲインともいう。オブザーバゲインの各要素は、バッテリに流れる充放電電流の関数であってもよいし、定数であってもよい。オブザーバゲインは、バッテリ4を表す等価回路のパラメータに基づいて、予め設定されている。 The observer 10 can calculate the OCV estimated value of the battery 4 based on the SOC estimated value included in the state variable of the battery 4. The observer 10 can estimate the terminal voltage of the battery 4 based on the OCV estimated value of the battery 4 and the overvoltage estimated value of the battery 4. The observer 10 acquires the measured value of the terminal voltage of the battery 4 and calculates the difference between the measured value of the terminal voltage and the estimated value of the terminal voltage as an estimation error. The observer 10 calculates a parameter to be fed back to the estimated value of the state variable of the system representing the battery 4 based on the estimation error. The parameter fed back to the estimated value of the state variable is also called the state variable correction value. The observer 10 calculates the product of the estimation error and a predetermined coefficient matrix as the state variable correction value. The predetermined coefficient matrix is also called an observer gain. Each element of the observer gain may be a function of the charging/discharging current flowing in the battery, or may be a constant. The observer gain is preset based on the parameters of the equivalent circuit representing the battery 4.

オブザーバ10は、状態変数推定部11と、OCV算出部12と、フィードバック部13とを備える。フィードバック部13は、端子電圧算出部14と、比較器15と、状態変数補正値算出部16とを備える。 The observer 10 includes a state variable estimation unit 11, an OCV calculation unit 12, and a feedback unit 13. The feedback unit 13 includes a terminal voltage calculation unit 14, a comparator 15, and a state variable correction value calculation unit 16.

状態変数推定部11は、電流センサ2から取得したバッテリ4に流れる充放電電流の測定値u(t)に基づいて、バッテリ4を表すシステムの状態変数としてバッテリ4のSOCと過電圧とを推定する。状態変数推定部11は、SOC推定値をOCV算出部12に出力し、過電圧推定値を端子電圧算出部14に出力する。SOC推定値は、SOC(t)の上に記号^を付した項として表されている。SOC(t)の上に記号^を付した項は、SOC^(t)と表されるとする。過電圧推定値は、過電圧を表すη(t)の上に記号^を付して表されている。η(t)の上に記号^を付した項は、η^(t)と表されるとする。 The state variable estimation unit 11 estimates the SOC and overvoltage of the battery 4 as the state variables of the system representing the battery 4, based on the measured value u(t) of the charging/discharging current flowing in the battery 4 acquired from the current sensor 2. .. The state variable estimation unit 11 outputs the SOC estimated value to the OCV calculation unit 12 and the overvoltage estimated value to the terminal voltage calculation unit 14. The SOC estimated value is represented as a term with a symbol ^ added to SOC(t). A term with a symbol ^ added to SOC(t) is represented as SOC^(t). The estimated overvoltage value is represented by adding a symbol ^ on η(t) representing the overvoltage. A term with a symbol ^ added to η(t) is represented as η^(t).

OCV算出部12は、状態変数推定部11から取得したSOCの推定値と、SOC−OCV特性とに基づいて、OCV推定値を算出する。OCV推定値は、OCV(t)の上に記号^を付した項として表されている。OCV(t)の上に記号^を付した項は、OCV^(t)と表されるとする。OCV算出部12は、OCV推定値を端子電圧算出部14に出力する。 The OCV calculation unit 12 calculates the OCV estimated value based on the SOC estimated value acquired from the state variable estimation unit 11 and the SOC-OCV characteristic. The OCV estimated value is expressed as a term with a symbol ^ added to the OCV(t). A term with a symbol ^ added to OCV(t) is represented as OCV^(t). The OCV calculator 12 outputs the OCV estimated value to the terminal voltage calculator 14.

端子電圧算出部14は、OCV推定値と、過電圧推定値とに基づいて、端子電圧推定値を算出する。端子電圧推定値は、y(t)の上に記号^を付した項として表されている。y(t)の上に記号^を付した項は、y^(t)と表されるとする。端子電圧算出部14は、端子電圧推定値を比較器15に出力する。 The terminal voltage calculation unit 14 calculates the terminal voltage estimated value based on the OCV estimated value and the overvoltage estimated value. The estimated terminal voltage value is represented as a term with y added to y(t). A term with a symbol ^ added to y(t) is represented as y^(t). The terminal voltage calculator 14 outputs the estimated terminal voltage value to the comparator 15.

比較器15は、電圧センサ3から取得したバッテリ4の端子電圧の測定値y(t)と、端子電圧算出部14から取得した端子電圧推定値y^(t)とに基づいて、推定誤差を算出する。推定誤差は、y(t)の上に記号~を付した項として表されている。y(t)の上に記号~を付した項は、y~(t)と表されるとする。この場合、y~(t)=y(t)−y^(t)が成り立つ。比較器15は、推定誤差を状態変数補正値算出部16に出力する。 The comparator 15 calculates an estimation error based on the measured value y(t) of the terminal voltage of the battery 4 acquired from the voltage sensor 3 and the estimated terminal voltage value y^(t) acquired from the terminal voltage calculation unit 14. calculate. The estimation error is represented as a term with y added to the symbol y(t). A term with a symbol ~ added to y(t) is represented as y~(t). In this case, y~(t)=y(t)-y^(t) holds. The comparator 15 outputs the estimation error to the state variable correction value calculation unit 16.

状態変数補正値算出部16は、推定誤差とオブザーバゲインとに基づいて、状態変数補正値を算出し、状態変数推定部11に出力する。状態変数推定部11は、状態変数補正値にさらに基づいて状態変数を推定することによって、状態変数の推定値に推定誤差をフィードバックし、状態変数の推定値を状態変数の真値に近づけることができる。 The state variable correction value calculation unit 16 calculates the state variable correction value based on the estimation error and the observer gain and outputs it to the state variable estimation unit 11. The state variable estimation unit 11 estimates the state variable further based on the state variable correction value, thereby feeding back the estimation error to the estimated value of the state variable and bringing the estimated value of the state variable close to the true value of the state variable. it can.

オブザーバ10は、推定誤差のフィードバックによって、バッテリ4のOCVの推定値OCV^(t)を真値に近づけることができる。オブザーバ10は、OCV^(t)を演算器25に出力する。演算器25は、バッテリ4の端子電圧の測定値y(t)と、OCV^(t)との差をバッテリ4の過電圧として算出する。演算器25が算出した過電圧は、過電圧算出値と称されるとする。過電圧算出値は、ηc(t)と表されるとする。演算器25は、過電圧算出値ηc(t)を応答推定部20に出力する。応答推定部20は、バッテリ4の充放電電流の測定値u(t)、及び、バッテリ4の過電圧算出値ηc(t)それぞれを時系列データとして取得する。時系列データは、所定周期でサンプリングされたデータを含んでよい。所定周期は、適宜設定されてよい。応答推定部20は、u(t)及びηc(t)の時系列データに基づいて、バッテリ4を表すシステムのパラメータを同定する。応答推定部20は、同定したパラメータに基づいて、バッテリ4に所定電流が入力された場合のシステムの応答として、バッテリ4が出力する端子電圧を推定する。 The observer 10 can bring the estimated value OCV^(t) of the OCV of the battery 4 closer to the true value by feeding back the estimation error. The observer 10 outputs OCV^(t) to the calculator 25. The calculator 25 calculates the difference between the measured value y(t) of the terminal voltage of the battery 4 and OCV^(t) as the overvoltage of the battery 4. The overvoltage calculated by the calculator 25 is referred to as an overvoltage calculated value. The calculated overvoltage value is represented by ηc(t). The calculator 25 outputs the calculated overvoltage ηc(t) to the response estimation unit 20. The response estimation unit 20 acquires the measured value u(t) of the charge/discharge current of the battery 4 and the calculated overvoltage ηc(t) of the battery 4 as time series data. The time series data may include data sampled at a predetermined cycle. The predetermined cycle may be set appropriately. The response estimation unit 20 identifies the system parameter representing the battery 4 based on the time series data of u(t) and ηc(t). The response estimation unit 20 estimates the terminal voltage output by the battery 4 as a response of the system when a predetermined current is input to the battery 4 based on the identified parameter.

図5に示されるように、一実施形態に係るシステム同定装置1は、車両100に搭載されるとする。車両100は、ガソリン又はディーゼル等を燃料として駆動するエンジンによって走行する自動車を含んでよいし、電気モータを動力として走行する自動車を含んでもよい。 As shown in FIG. 5, it is assumed that the system identification device 1 according to the embodiment is mounted on the vehicle 100. Vehicle 100 may include a vehicle that is driven by an engine that is driven by using gasoline, diesel, or the like, or may be a vehicle that is driven by an electric motor.

車両100は、バッテリ4をさらに搭載している。バッテリ4は、エンジンを始動させるセルモータ、又は、車両100の動力となる駆動モータ等のモータに、放電電流を供給する。バッテリ4は、車両100の制動時に電気モータが回生する電力、エンジンに取り付けられているオルタネータが発電する電力、又は、地上充電設備が供給する電力等を充電してよい。 The vehicle 100 is further equipped with the battery 4. The battery 4 supplies a discharge current to a starter motor that starts the engine or a motor such as a drive motor that becomes the power of the vehicle 100. The battery 4 may charge the electric power regenerated by the electric motor when the vehicle 100 is braked, the electric power generated by the alternator attached to the engine, the electric power supplied by the ground charging facility, or the like.

車両100は、ECU(Engine Control Unit)等のコントローラ110を備えてよい。コントローラ110は、車両100の走行状態に応じてエンジン又はモータを制御する。コントローラ110は、システム同定装置1と別個に構成されてよい。この場合、コントローラ110は、システム同定装置1からバッテリ4のモデルを表すシステムの同定結果等の種々の情報を取得してよい。コントローラ110は、その機能の一部として、システム同定装置1の機能を実現してもよい。本実施形態において、コントローラ110がシステム同定装置1の機能を実現すると仮定する。 The vehicle 100 may include a controller 110 such as an ECU (Engine Control Unit). The controller 110 controls the engine or the motor according to the traveling state of the vehicle 100. The controller 110 may be configured separately from the system identification device 1. In this case, the controller 110 may acquire various information such as the identification result of the system representing the model of the battery 4 from the system identification device 1. The controller 110 may implement the function of the system identification device 1 as part of its function. In the present embodiment, it is assumed that the controller 110 realizes the function of the system identification device 1.

車両100は、表示部70をさらに備えてよい。コントローラ110は、車両100に関する種々の情報を表示部70に表示させてよい。表示部70は、例えば、バッテリ4の状態に関する情報を表示してよい。このようにすることで、車両100は、運転者に種々の情報を知らせることができる。 The vehicle 100 may further include the display unit 70. The controller 110 may cause the display unit 70 to display various information regarding the vehicle 100. The display unit 70 may display information regarding the state of the battery 4, for example. By doing so, vehicle 100 can notify the driver of various information.

コントローラ110は、車両100の発進又は停止等の動作に応じて、バッテリ4に放電させたり、バッテリ4を充電したりする。つまり、バッテリ4の充放電電流は、車両100の動作に応じて変化する。バッテリ4の充放電電流が変化する場合、バッテリ4の内部インピーダンス44における電圧降下を表す過電圧が変化する。バッテリ4の内部インピーダンス44は、バッテリ4のモデルを表すシステムのパラメータに含まれる。つまり、バッテリ4の過電圧は、バッテリ4のモデルを表すシステムのパラメータと、バッテリ4の充放電電流とに基づいて決定される。 The controller 110 discharges the battery 4 or charges the battery 4 according to an operation such as starting or stopping of the vehicle 100. That is, the charging/discharging current of the battery 4 changes according to the operation of the vehicle 100. When the charging/discharging current of the battery 4 changes, the overvoltage which represents the voltage drop in the internal impedance 44 of the battery 4 changes. The internal impedance 44 of the battery 4 is included in the system parameters representing the model of the battery 4. That is, the overvoltage of the battery 4 is determined based on the system parameters representing the model of the battery 4 and the charge/discharge current of the battery 4.

バッテリ4は、例えばセルモータが自動車のエンジンを始動させることができるようにセルモータに対してその駆動に必要な電流を供給する。この場合、バッテリ4が放電する電流が急激に増大するとともに、バッテリ4の過電圧が高くなる。バッテリ4が放電する場合において、バッテリ4の端子電圧は、開回路電圧から過電圧を差し引いた電圧として表される。つまり、バッテリ4の端子電圧は、放電電流の増大によって低下する。バッテリ4の端子電圧の低下によって、バッテリ4は、セルモータの駆動のために必要とされる電流を供給できなくなることがある。 The battery 4 supplies, for example, the electric current necessary for driving the starter motor so that the starter motor can start the engine of the automobile. In this case, the current discharged by the battery 4 rapidly increases and the overvoltage of the battery 4 increases. When the battery 4 is discharged, the terminal voltage of the battery 4 is represented as a voltage obtained by subtracting the overvoltage from the open circuit voltage. That is, the terminal voltage of the battery 4 decreases as the discharge current increases. Due to the decrease in the terminal voltage of the battery 4, the battery 4 may not be able to supply the current required to drive the starter motor.

コントローラ110は、車両100の停止時にエンジンをアイドリングストップさせることがある。コントローラ110は、アイドリングストップ後にエンジンを再始動できるか判定し、エンジンを再始動できると判定した場合にエンジンをアイドリングストップさせてよい。コントローラ110は、バッテリ4の状態に基づいてエンジンを再始動できるか判定してよい。つまり、コントローラ110は、バッテリ4の状態に基づいて、エンジンをアイドリングストップさせるか判定してよい。 The controller 110 may stop the engine from idling when the vehicle 100 is stopped. The controller 110 may determine whether the engine can be restarted after the idling stop, and may stop the engine when it determines that the engine can be restarted. The controller 110 may determine whether the engine can be restarted based on the state of the battery 4. That is, the controller 110 may determine whether to stop the engine idling based on the state of the battery 4.

バッテリ4が放電し始めた時のバッテリ4の内部抵抗が大きい場合、バッテリ4は、エンジンを再始動させるために必要とされる電流を供給できないことがある。コントローラ110は、所定電流の入力に応じた過電圧の出力を推定してよい。コントローラ110は、バッテリ4がエンジンを再始動させるために供給する電流を所定電流としてシステムに入力し、システムの応答としての過電圧を推定し、推定結果に基づいて所定電流を供給できるか判定してよい。 If the internal resistance of battery 4 is high when battery 4 begins to discharge, battery 4 may not be able to supply the current required to restart the engine. The controller 110 may estimate the output of the overvoltage according to the input of the predetermined current. The controller 110 inputs the current supplied by the battery 4 to restart the engine as a predetermined current into the system, estimates the overvoltage as a response of the system, and determines whether the predetermined current can be supplied based on the estimation result. Good.

コントローラ110は、バッテリ4が放電し始めたときのバッテリ4の内部抵抗を推定することによって、エンジンを再始動できるか判定してよい。コントローラ110は、バッテリ4が放電し始めた時刻からt秒後の時刻におけるバッテリ4の内部抵抗に基づいて、エンジンを再始動できるか判定してよい。バッテリ4が放電し始めた時刻からt秒後の時刻におけるバッテリ4の内部抵抗は、t秒値抵抗と称される。コントローラ110は、t秒値抵抗が判定基準値未満である場合に、エンジンを再始動できると判定してもよい。判定基準値は、バッテリ4が供給できる電流の大きさに基づいて設定されてよい。判定基準値は、この例に限られず適宜設定されてよい。 The controller 110 may determine whether the engine can be restarted by estimating the internal resistance of the battery 4 when the battery 4 begins to discharge. The controller 110 may determine whether the engine can be restarted based on the internal resistance of the battery 4 at a time t seconds after the battery 4 starts to discharge. The internal resistance of the battery 4 at the time t seconds after the time when the battery 4 starts discharging is referred to as a t-second value resistance. The controller 110 may determine that the engine can be restarted when the t-second value resistance is less than the determination reference value. The determination reference value may be set based on the magnitude of the current that the battery 4 can supply. The determination reference value is not limited to this example and may be set as appropriate.

例えば、バッテリ4は、少なくとも、エンジンがアイドリングストップから再始動する際にクランキングを行うための時間分、モータを駆動するための電流を放電する必要がある。エンジンがクランキングを行うための時間は、クランキング時間とも称される。クランキング時間は、例えば0.1秒に設定される。この場合、コントローラ110は、クランキング時間をt秒として設定した場合のt秒値抵抗が判定基準値未満である場合にエンジンがアイドリングから再始動できると判定してもよい。 For example, the battery 4 needs to discharge at least the current for driving the motor for the time for cranking when the engine restarts from the idling stop. The time for the engine to perform cranking is also called the cranking time. The cranking time is set to 0.1 second, for example. In this case, the controller 110 may determine that the engine can be restarted from idling when the t-second value resistance when the cranking time is set as t seconds is less than the determination reference value.

例えば、エンジンとモータとを搭載する車両は、エンジン走行中に必要に応じてモータを駆動してエンジンをアシストすることがある。このような車両は、パラレル式ハイブリッド車両とも称される。パラレル式ハイブリッド車両において、加速走行時又は登坂走行時等のエンジン負荷が大きい場合に、バッテリ4は、モータがエンジンをアシストする時間分、モータを駆動するための電流を放電する必要がある。モータがエンジンをアシストする時間は、アシスト時間とも称される。アシスト時間は、例えば10秒に設定される。この場合、コントローラ110は、アシスト時間をt秒として設定した場合のt秒値抵抗が判定基準値未満である場合にモータがエンジンをアシストできると判定してもよい。コントローラ110は、t秒値抵抗が判定基準値未満となる条件を満たすようにtの値を算出することによって、モータがエンジンをアシストできる時間を算出してもよい。コントローラ110は、アシスト時間に対応するt秒値抵抗を逐次更新することによって、モータによるアシストが可能となる時間を継続的に推定できる。 For example, a vehicle equipped with an engine and a motor may drive the motor as needed while the engine is running to assist the engine. Such a vehicle is also called a parallel hybrid vehicle. In a parallel hybrid vehicle, when the engine load is large during acceleration traveling or uphill traveling, the battery 4 needs to discharge the current for driving the motor for the time the motor assists the engine. The time during which the motor assists the engine is also called the assist time. The assist time is set to 10 seconds, for example. In this case, the controller 110 may determine that the motor can assist the engine when the t-second value resistance when the assist time is set as t seconds is less than the determination reference value. The controller 110 may calculate the time during which the motor can assist the engine by calculating the value of t so that the condition that the t-second value resistance is less than the determination reference value is satisfied. The controller 110 can continuously estimate the time during which the motor assist is possible by sequentially updating the t-second value resistance corresponding to the assist time.

例えば、エンジンとモータとを搭載する車両は、モータによって走行しつつ、エンジンが発電してモータへの電力供給とバッテリ4の充電とを行うことがある。このような車両は、シリーズ式ハイブリッド車両とも称される。シリーズ式ハイブリッド車両は、バッテリ4の電力だけでモータを駆動して走行するEVモードと、バッテリ4の電力とエンジンが発電する電力とモータを駆動して走行するハイブリッドモードとを、走行モードとして有する。シリーズ式ハイブリッド車両において、エンジンが発電する電力をできるだけ減らすために、走行モードを優先的にEVモードにすることがある。バッテリ4は、車両がEVモードで走行する時間分、モータを駆動するための電流を放電する必要がある。車両がEVモードで走行する時間は、EV走行時間とも称される。EV走行時間は、例えば10秒に設定される。この場合、コントローラ110は、EV走行時間をt秒として設定した場合のt秒値抵抗が判定基準値未満である場合に車両がEVモードで走行できると判定してもよい。コントローラ110は、t秒値抵抗が判定基準値未満となる条件を満たすようにtの値を算出することによって、車両がEVモードで走行できる時間を算出してもよい。コントローラ110は、EV走行時間に対応するt秒値抵抗を逐次更新することによって、車両がEVモードで走行できる時間を継続的に推定できる。 For example, in a vehicle equipped with an engine and a motor, the engine may generate electric power to supply electric power to the motor and charge the battery 4 while traveling by the motor. Such a vehicle is also called a series hybrid vehicle. The series-type hybrid vehicle has, as traveling modes, an EV mode in which the motor is driven only by the electric power of the battery 4 to travel, and a hybrid mode in which the electric power of the battery 4 and the electric power generated by the engine and the motor is driven to travel. .. In a series hybrid vehicle, the running mode may be preferentially set to the EV mode in order to reduce the electric power generated by the engine as much as possible. The battery 4 needs to discharge the current for driving the motor for the time the vehicle travels in the EV mode. The time that the vehicle travels in the EV mode is also referred to as the EV travel time. The EV running time is set to, for example, 10 seconds. In this case, the controller 110 may determine that the vehicle can travel in the EV mode if the t-second value resistance when the EV travel time is set as t seconds is less than the determination reference value. The controller 110 may calculate the time during which the vehicle can travel in the EV mode by calculating the value of t such that the condition that the t-second value resistance is less than the determination reference value is satisfied. The controller 110 can continuously estimate the time during which the vehicle can travel in the EV mode by sequentially updating the t-second value resistance corresponding to the EV travel time.

コントローラ110は、バッテリ4のモデルを表すシステムに所定電流を入力した場合にシステムが出力するバッテリ4の端子電圧を取得してよい。コントローラ110は、システムに所定電流を入力し始めた時刻からt秒後の時刻におけるバッテリ4の端子電圧と所定電流との比を、t秒値抵抗として算出してよい。 The controller 110 may acquire the terminal voltage of the battery 4 output by the system when a predetermined current is input to the system representing the model of the battery 4. The controller 110 may calculate, as a t-second value resistance, a ratio of the terminal voltage of the battery 4 and the predetermined current at a time t seconds after the time when the predetermined current is started to be input to the system.

コントローラ110は、バッテリ4のt秒値抵抗を高精度で算出することによって、エンジンを再始動できるか否かを高精度で判定できる。その結果、コントローラ110は、エンジンをアイドリングストップさせるか否かを高精度で判定できる。コントローラ110は、エンジンをアイドリングストップさせるか否かの判定結果を、表示部70に表示させてもよい。 The controller 110 can highly accurately determine whether or not the engine can be restarted by calculating the t-second value resistance of the battery 4 with high accuracy. As a result, the controller 110 can highly accurately determine whether to stop the engine at idling. The controller 110 may cause the display unit 70 to display the determination result as to whether or not to stop the engine idling.

本実施形態において、コントローラ110は、バッテリ4にステップ電流を入力した場合に出力される過電圧を推定する。ステップ電流は、所定時刻より前に流れず、所定時刻以降に一定値で流れる電流として表される。ステップ電流の入力に対する応答として出力される過電圧は、ステップ応答と称される。仮に一定値が1アンペアである場合、t秒後のステップ応答は、t秒値抵抗を表す。 In the present embodiment, the controller 110 estimates the overvoltage output when a step current is input to the battery 4. The step current is expressed as a current that does not flow before the predetermined time and flows at a constant value after the predetermined time. The overvoltage output as a response to the input of the step current is called the step response. If the constant value is 1 amp, the step response after t seconds represents t seconds value resistance.

バッテリ4のt秒値抵抗を高精度で推定するために、バッテリモデルを表すシステムに電流を入力した場合にシステムが出力するバッテリ4の過電圧を高精度で推定することが求められる。システム同定装置1は、システムの入力と出力との関係を特定する入出力モデルをシステムに適用するとともに、適用する入出力モデルのパラメータを同定することによって、所定の入力に対するシステムの出力を高精度で推定できる。 In order to estimate the t-second value resistance of the battery 4 with high accuracy, it is required to estimate with accuracy the overvoltage of the battery 4 output by the system when a current is input to the system representing the battery model. The system identification device 1 applies an input/output model that specifies a relationship between an input and an output of the system to the system, and identifies parameters of the input/output model to be applied, thereby highly accurately determining the output of the system with respect to a predetermined input. Can be estimated by

本実施形態において、バッテリモデルを表すシステムは、離散時間システムとみなされるとする。離散時間システムにおけるサンプリング周期は、Tsで表されるとする。連続時間システムにおける入力及び出力はそれぞれ、時刻tを用いて、u(t)及びy(t)と表されている。離散時間システムにおける入力及び出力はそれぞれ、u[k]及びy[k]と表されるとする。この場合、kは、サンプリングのステップ数を表しているとする。また、t=kTsが成り立っているとする。このシステムに対して、k=0に対応する時刻(t=0)で電流の入力が開始するとする。t=0は、入力開始時刻とも称される。第kステップの出力y[k]が推定される場合、第kステップに対応する時刻(t=kTs)は、推定対象時刻と称される。推定対象時刻は、入力開始時刻より後の時刻である。 In the present embodiment, the system representing the battery model is considered to be a discrete time system. The sampling period in a discrete time system is represented by Ts. The inputs and outputs in the continuous time system are denoted u(t) and y(t), respectively, using time t. It is assumed that the input and the output in the discrete-time system are represented by u[k] and y[k], respectively. In this case, k represents the number of sampling steps. Further, it is assumed that t=kTs holds. It is assumed that the current starts to be input to the system at time (t=0) corresponding to k=0. t=0 is also referred to as an input start time. When the output y[k] of the kth step is estimated, the time (t=kTs) corresponding to the kth step is referred to as the estimation target time. The estimation target time is a time after the input start time.

本実施形態において、入出力モデルは、所定のモデルで近似されるとする。所定のモデルは、線形の伝達関数で表されるとする。システム同定装置1は、所定のモデルを表す伝達関数のパラメータを特定することによって、t秒後の応答を推定できる。 In this embodiment, the input/output model is assumed to be approximated by a predetermined model. It is assumed that the predetermined model is represented by a linear transfer function. The system identification device 1 can estimate the response after t seconds by specifying the parameters of the transfer function representing a predetermined model.

<ARXモデル>
入出力モデルを近似する所定のモデルとして、ARX(Auto Regressive eXogenous)モデルが適用されると仮定する。ARXモデルは、有限個のパラメータによってシステムを表現できる。
<ARX model>
It is assumed that an ARX (Auto Regressive eXogenous) model is applied as a predetermined model that approximates the input/output model. The ARX model can represent a system with a finite number of parameters.

ARXモデルは、以下の式(1)で表されている差分方程式によって記述される。

Figure 0006737490
式(1)において、a1〜ana、及び、b0〜bnbは、ARXモデルのパラメータである。na及びnbは、ARXモデルの次数を表している。w[k]は、その平均値が0となる白色雑音である。 The ARX model is described by the difference equation represented by the following equation (1).
Figure 0006737490
In Expression (1), a 1 to a na and b 0 to b nb are parameters of the ARX model. n a and n b represent the orders of the ARX model. w[k] is white noise whose average value is 0.

ARXモデルのパラメータベクトルθ及びデータベクトルψはそれぞれ、以下の式(2)及び式(3)で表されるとする。

Figure 0006737490
Figure 0006737490
Tは、転置行列を表している。 The parameter vector θ and the data vector ψ of the ARX model are represented by the following equations (2) and (3), respectively.
Figure 0006737490
Figure 0006737490
T represents a transposed matrix.

式(1)に式(2)及び式(3)を適用することによって、式(1)は、以下の式(4)のように変形される。

Figure 0006737490
By applying the expressions (2) and (3) to the expression (1), the expression (1) is transformed into the following expression (4).
Figure 0006737490

式(4)が表しているモデルは、線形回帰モデルと称される。システム同定装置1は、システムの入力データと出力データとを最小二乗法等の手法で解析することによって、線形回帰モデルのパラメータベクトルθを推定できる。システム同定装置1は、推定したパラメータを適用したARXモデルに基づくシステムの応答としてt秒値抵抗を算出できる。ARXモデルにおけるパラメータの推定は、伝達関数のパラメータの推定に対応する。 The model represented by equation (4) is called a linear regression model. The system identification device 1 can estimate the parameter vector θ of the linear regression model by analyzing the input data and the output data of the system by a method such as the least square method. The system identification device 1 can calculate the t-second value resistance as the response of the system based on the ARX model to which the estimated parameters are applied. The parameter estimation in the ARX model corresponds to the parameter estimation of the transfer function.

ARXモデルにおいて、パラメータの数は、ARXモデルの次数を表している。ARXモデルの次数が真のシステムの次数と異なっている場合、パラメータの推定誤差が大きくなる。その結果、システムの応答として算出されるt秒値抵抗の推定誤差が大きくなる。 In the ARX model, the number of parameters represents the order of the ARX model. If the order of the ARX model is different from the order of the true system, the parameter estimation error will be large. As a result, the estimation error of the t-second value resistance calculated as the response of the system becomes large.

<FIRモデル>
入出力モデルを近似する所定のモデルとして、FIR(Finite Impulse Response)モデルが適用されると仮定する。FIRモデルは、開始時刻からt秒後の時刻までの間のサンプリング時刻におけるインパルス応答の和として、t秒後の応答を表すことができる。t秒値抵抗は、抵抗値を推定する時刻からt秒前までさかのぼる間の各時刻における入力に対するインパルス応答の和として表される。システム同定装置1は、FIRモデルを適用することによって、t秒値抵抗を容易に算出できる。
<FIR model>
It is assumed that a FIR (Finite Impulse Response) model is applied as a predetermined model that approximates the input/output model. The FIR model can represent the response after t seconds as the sum of the impulse responses at the sampling time between the start time and the time after t seconds. The t-second value resistance is expressed as the sum of impulse responses to the input at each time during the time from the time when the resistance value is estimated to the time t seconds before. The system identification device 1 can easily calculate the t-second value resistance by applying the FIR model.

FIRモデルは、以下の式(5)で表されている差分方程式によって記述される。

Figure 0006737490
式(1)において、b0〜bnfは、FIRモデルのパラメータである。nfは、FIRモデルの項数を表している。つまり、式(5)で表されるFIRモデルは、(nf+1)個のインパルス応答で打ち切られている。w[k]は、u[k]と独立であり、且つ、その平均値が0となる白色雑音である。 The FIR model is described by the difference equation represented by the following equation (5).
Figure 0006737490
In Expression (1), b 0 to b nf are parameters of the FIR model. n f represents the number of terms in the FIR model. That is, the FIR model represented by the equation (5) is censored with (n f +1) impulse responses. w[k] is white noise that is independent of u[k] and has an average value of 0.

FIRモデルは、ARXモデルと同様に線形回帰モデルで表される。システム同定装置1は、システムの入力データと出力データとを最小二乗法等の手法で解析することによって、線形回帰モデルのパラメータを推定できる。システム同定装置1は、t≦Ts・nfが成立するようにFIRモデルの項数を表すnfを設定することによって、FIRモデルのパラメータとして算出されたインパルス応答に基づいてt秒値抵抗を算出できる。FIRモデルにおけるインパルス応答の推定は、伝達関数のパラメータの推定に対応する。 The FIR model is represented by a linear regression model like the ARX model. The system identification device 1 can estimate the parameters of the linear regression model by analyzing the input data and the output data of the system by a method such as the least square method. The system identification device 1 sets t f value resistance based on the impulse response calculated as a parameter of the FIR model by setting n f representing the number of terms of the FIR model so that t≦Ts·n f holds. Can be calculated. The impulse response estimation in the FIR model corresponds to the estimation of the transfer function parameters.

仮に雑音が存在しない場合、FIRモデルのインパルス応答g[k]は、以下の式(6)のように表される。

Figure 0006737490
If no noise is present, the impulse response g[k] of the FIR model is expressed by the following equation (6).
Figure 0006737490

つまり、FIRモデルのパラメータbiは、システムのインパルス応答g[k]のiステップ後の値を表すg[i]と等しい。式(5)に式(6)を適用することによって、式(5)は、以下の式(7)のように変形される。式(7)は、FIRモデルを適用した場合にシステムの出力として算出される値を表している。

Figure 0006737490
That is, the parameter b i of the FIR model is equal to g[i] representing the value of the impulse response g[k] of the system after i steps. By applying the equation (6) to the equation (5), the equation (5) is transformed into the following equation (7). Expression (7) represents the value calculated as the output of the system when the FIR model is applied.
Figure 0006737490

システム同定装置1は、システムの次数にかかわらず、FIRモデルのパラメータとしてインパルス応答を推定することによって、システムの出力を推定できる。 The system identification device 1 can estimate the output of the system by estimating the impulse response as a parameter of the FIR model regardless of the order of the system.

一方で、システムの真の出力は、以下の式(8)に示されている、システムのインパルス応答g[k]と入力u[k]との畳み込みによって表される。

Figure 0006737490
On the other hand, the true output of the system is represented by the convolution of the system's impulse response g[k] and the input u[k] as shown in equation (8) below.
Figure 0006737490

式(8)によれば、システムの真の出力は、無限個のインパルス応答の和として記述される。一方で式(7)によれば、FIRモデルによって表されているシステムの出力は、(nf+1)個の有限個のインパルス応答で打ち切られている。つまり、FIRモデルによって表されているシステムの出力は、システムの真の出力に対して、少なくとも打ち切られた項に起因する誤差を含む。システム同定装置1は、nfの数を大きくすることによって誤差を低減しうる。しかし、nfの数が大きくなるほど、システム同定装置1が同定すべきパラメータの数が多くなる。パラメータの数の増加は、システム同定装置1の負荷の増大を引き起こす。 According to equation (8), the true output of the system is described as the sum of an infinite number of impulse responses. On the other hand, according to equation (7), the output of the system represented by the FIR model is truncated with a finite number of (n f +1) impulse responses. That is, the output of the system represented by the FIR model contains at least the error due to the truncated terms with respect to the true output of the system. The system identification device 1 can reduce the error by increasing the number of n f . However, the larger the number of n f, the larger the number of parameters that the system identification device 1 should identify. The increase in the number of parameters causes an increase in the load on the system identification device 1.

<μ−マルコフモデル>
本実施形態において、入出力モデルを近似する所定のモデルとして、μ−マルコフモデルが適用される。μ−マルコフモデルは、ARXモデルと、FIRモデルとを組み合わせたモデルとして表される。
<μ-Markov model>
In the present embodiment, the μ-Markov model is applied as a predetermined model that approximates the input/output model. The μ-Markov model is represented as a model that combines the ARX model and the FIR model.

離散時間システムにおけるμ−マルコフモデルは、以下の式(9)に示される形式で記述される。

Figure 0006737490
u[k]及びy[k]はそれぞれ、システムの入力及び出力を表している。 The μ-Markov model in the discrete-time system is described in the form shown in the following Expression (9).
Figure 0006737490
u[k] and y[k] represent the input and output of the system, respectively.

式(9)の右辺第1項は、FIRモデルを表している。hi(i∈{0、・・・、μ})は、システムのインパルス応答を表している。この場合、インパルス応答で記述される項数は、(μ+1)である。仮にバッテリ4のモデルが直達項を有しない場合、h0=0が成立する。式(9)の右辺第2項及び第3項は、ARXモデルを表している。a’i及びb’i(i∈{(μ+1)、・・・、μ+p})は、ARXモデルのパラメータである。pは、ARXモデルの次数を表している。w[k]は、u[k]と独立であり、且つ、その平均値が0となる白色雑音である。 The first term on the right side of Expression (9) represents the FIR model. h i (iε{0,..., μ}) represents the impulse response of the system. In this case, the number of terms described in the impulse response is (μ+1). If the model of the battery 4 has no direct term, h 0 =0 holds. The second and third terms on the right side of Expression (9) represent the ARX model. a′ i and b′ i (iε{(μ+1),..., μ+p}) are parameters of the ARX model. p represents the order of the ARX model. w[k] is white noise that is independent of u[k] and has an average value of 0.

μ−マルコフモデルは、ARXモデル又はFIRモデルと同様に線形回帰モデルで表される。システム同定装置1は、システムの入力データと出力データとを最小二乗法等の手法で解析することによって、線形回帰モデルのパラメータを推定できる。 The μ-Markov model is represented by a linear regression model like the ARX model or FIR model. The system identification device 1 can estimate the parameters of the linear regression model by analyzing the input data and the output data of the system by a method such as the least square method.

μ−マルコフモデルは、第kステップから第(k−μ)ステップまでさかのぼる期間に含まれる(μ+1)個の入力と、第(k−μ−1)ステップから第(k−μ−p)ステップまでの期間に含まれるp個の入力及び出力とに基づいて、第kステップの出力y[k]を決定する。つまり、バッテリ4を表すシステムのパラメータは、入力及び出力の、所定期間内における時系列データに基づいて同定される。入力及び出力はそれぞれ、バッテリ4に流れる電流、及び、バッテリ4の過電圧に対応する。所定期間は、第kステップから第(k−μ−p)ステップまでの期間に対応する。 The μ-Markov model is composed of (μ+1) inputs and (k-μ-1) to (k-μ-p) steps included in a period starting from the k-th step to the (k-μ)-th step. The output y[k] of the k-th step is determined based on the p inputs and outputs included in the period up to. That is, the system parameter representing the battery 4 is identified based on the time series data of the input and the output within the predetermined period. The input and the output correspond to the current flowing in the battery 4 and the overvoltage of the battery 4, respectively. The predetermined period corresponds to the period from the k-th step to the (k-μ-p) step.

第kステップから第(k−μ)ステップまでの期間の(μ+1)個の入力は、μ−マルコフモデルに含まれるFIRモデルの項に基づいて出力y[k]に反映される。第kステップから第(k−μ)ステップまでの期間は、第1期間と称される。つまり、システム同定装置1は、推定対象時刻から過去にさかのぼる第1期間における入力をFIRモデルに適用することによって推定した値に基づいて、推定対象時刻における過電圧を推定する。 The (μ+1) inputs in the period from the k-th step to the (k-μ)-th step are reflected in the output y[k] based on the terms of the FIR model included in the μ-Markov model. The period from the k-th step to the (k-μ)-th step is referred to as the first period. That is, the system identification device 1 estimates the overvoltage at the estimation target time, based on the value estimated by applying the input in the first period that goes back to the past from the estimation target time to the FIR model.

第(k−μ−1)ステップから第(k−μ−p)ステップまでの期間のp個の入力及び出力は、μ−マルコフモデルに含まれるARXモデルの項に基づいて出力y[k]に反映される。第(k−μ−1)ステップから第(k−μ−p)ステップまでの期間は、第2期間と称される。つまり、システム同定装置1は、第1期間からさらに過去にさかのぼる第2期間における入力をARXモデルに適用することによって推定した値に基づいて、推定対象時刻における過電圧を推定する。μ−マルコフモデルにおいて、システムにFIRモデルの適用によって生じる出力の推定誤差は、ARXモデルの適用によって補正される。 The p inputs and outputs in the period from the (k−μ−1)th step to the (k−μ−p)th step are output y[k] based on the terms of the ARX model included in the μ-Markov model. Reflected in. The period from the (k-μ-1)th step to the (k-μ-p)th step is referred to as a second period. That is, the system identification device 1 estimates the overvoltage at the estimation target time, based on the value estimated by applying the input in the second period that goes back to the past from the first period to the ARX model. In the μ-Markov model, the output estimation error caused by the application of the FIR model to the system is corrected by the application of the ARX model.

ここで、図6を参照して、μ−マルコフモデルの概念を説明する。図6に示されているグラフは、推定対象時刻におけるシステムの出力の推定値を、過去の各時刻における入力に対するインパルス応答の成分を積分することによって算出する概念を表している。グラフの横軸は、離散時間システムにおけるステップを表している。ステップ数が大きいほど、推定対象時刻から過去に長い時間さかのぼったステップに対応している。グラフの縦軸は、インパルス応答の信号強度を表している。出力の推定値は、各ステップにおいてインパルス応答の信号強度とサンプリング周期Tsとの積を算出し、各ステップで算出した値を積算することによって算出される。 Here, the concept of the μ-Markov model will be described with reference to FIG. The graph shown in FIG. 6 represents the concept of calculating the estimated value of the output of the system at the estimation target time by integrating the components of the impulse response to the input at each past time. The horizontal axis of the graph represents steps in a discrete time system. A larger number of steps corresponds to a step that is traced back a long time in the past from the estimation target time. The vertical axis of the graph represents the signal strength of the impulse response. The estimated value of the output is calculated by calculating the product of the signal strength of the impulse response and the sampling period Ts in each step and integrating the values calculated in each step.

出力の推定値は、過去に無限にさかのぼったステップにおける入力に対するインパルス応答の成分まで積分することによって真値に近づけられる。図6のグラフにおいて、右上がり斜線のハッチングを付した部分の面積は、推定対象時刻における出力の真値を表している。しかし、FIRモデルは、積分するステップを有限個で打ち切っている。FIRモデルで積分される成分は、破線の矩形によって表されている。FIRモデルにおいて、推定対象時刻から4ステップさかのぼったインパルス応答が積分される。各ステップにおける入力に対するインパルス応答の信号強度は、b1〜b4で表されている。FIRモデルで積分される成分は、FIRモデルに基づく推定に寄与する成分ともいえる。 The estimated value of the output is approximated to the true value by integrating up to the component of the impulse response to the input at steps that were traced infinitely in the past. In the graph of FIG. 6, the area of the hatched portion with the diagonal line rising to the right represents the true value of the output at the estimation target time. However, the FIR model breaks the integration step into a finite number. The component integrated by the FIR model is represented by the dashed rectangle. In the FIR model, the impulse response that is four steps back from the estimation target time is integrated. The signal strength of the impulse response to the input at each step is represented by b 1 ~b 4. It can be said that the component integrated by the FIR model contributes to the estimation based on the FIR model.

積分するステップが有限個で打ち切られる場合、打ち切ったステップよりさらに過去にさかのぼるステップにおける入力に対するインパルス応答の成分は、FIRモデルで積分されず、出力の推定値に反映されない。図6において、FIRモデルで出力の推定値に反映されない成分は、二点鎖線の矩形によって表されている。二点鎖線の矩形で表されている成分は、FIRモデルで積分されるステップの数を増やした場合に出力の推定値に反映される。つまり、FIRモデルで積分されるステップの数を増やすほど、システムの出力は、真値により一層近い値として算出される。以上説明してきたように、システムの入力データと出力データとに基づいてμ−マルコフモデルのパラメータが推定される際にFIRモデルを表す項だけでパラメータを推定することによって、FIRモデルのパラメータの推定誤差が生じる。つまり、FIRモデルのパラメータの推定誤差は、FIRモデルが有限の項数で打ち切られていることに起因している。 When a finite number of integrating steps are cut off, the components of the impulse response to the input at the steps going back to the past before the cut-off step are not integrated by the FIR model and are not reflected in the estimated value of the output. In FIG. 6, the components that are not reflected in the estimated output value in the FIR model are represented by the two-dot chain rectangle. The component represented by the two-dot chain line rectangle is reflected in the estimated value of the output when the number of steps integrated in the FIR model is increased. That is, as the number of steps integrated in the FIR model is increased, the output of the system is calculated as a value closer to the true value. As described above, when the parameters of the μ-Markov model are estimated based on the input data and the output data of the system, the parameters of the FIR model are estimated only by estimating the parameters of the FIR model. There is an error. That is, the estimation error of the parameters of the FIR model is due to the FIR model being cut off with a finite number of terms.

ここで、ARXモデルを表す項が考慮されることによって、FIRモデルのパラメータの推定誤差が減少する。つまりFIRモデルのパラメータの推定値が真値に近づけられる。図6において、二点鎖線の矩形で表されている、FIRモデルで出力の推定値に反映されなかった成分は、ARXモデルを表す項として、出力の推定値に反映される。つまり、ARXモデルに基づく推定がFIRモデルで出力の推定値に反映されなかった成分を補完できる。このようにすることで、システム同定装置1は、FIRモデルのパラメータの推定値を、有限個の項で構成されているARXモデルに基づいて真値に近づけることができる。その結果、μ−マルコフモデルを適用して推定されたインパルス応答に基づくシステムの出力は、FIRモデルだけを適用して推定されたインパルス応答に基づくシステムの出力よりも、真値に近づけられる。言い換えれば、FIRモデルにおいて打ち切られた、無限に続くはずだった項が、ARXモデルを構成する有限個の項で代替される。これによって、FIRモデルの項数を無限に増やすことなく、パラメータの推定結果が真値に近づけられうる。言い換えれば、システム同定装置1は、FIRモデルとARXモデルとを適用してシステムを同定することによって、システムを高精度で同定できる。 Here, the estimation error of the parameters of the FIR model is reduced by considering the term representing the ARX model. That is, the estimated values of the parameters of the FIR model are brought close to the true values. In FIG. 6, components represented by a two-dot chain line rectangle that are not reflected in the output estimated value in the FIR model are reflected in the output estimated value as terms representing the ARX model. In other words, the estimation based on the ARX model can complement the components that are not reflected in the estimated value of the output by the FIR model. By doing so, the system identification device 1 can bring the estimated values of the parameters of the FIR model close to the true value based on the ARX model configured by a finite number of terms. As a result, the output of the system based on the impulse response estimated by applying the μ-Markov model is closer to the true value than the output of the system based on the impulse response estimated by applying only the FIR model. In other words, the censored term that was supposed to continue infinitely in the FIR model is replaced by a finite number of terms that compose the ARX model. This allows the parameter estimation result to approach the true value without infinitely increasing the number of terms in the FIR model. In other words, the system identification device 1 can identify the system with high accuracy by applying the FIR model and the ARX model to identify the system.

システム同定装置1は、システムにμ−マルコフモデルを適用することによって、システムの真の次数にかかわらず、有限時間のインパルス応答を高精度で推定できる。t秒値抵抗は、有限時間のインパルス応答の和に基づいて算出される。したがって、システム同定装置1は、バッテリ4のモデルを表すシステムにμ−マルコフモデルを適用することによって、バッテリ4のt秒値抵抗をシステムの応答として高精度で推定できる。システム同定装置1は、推定対象時刻における過電圧推定値と、推定対象時刻に入力される所定電流との比として、t秒値抵抗を算出できる。 By applying the μ-Markov model to the system, the system identification device 1 can accurately estimate the finite-time impulse response regardless of the true order of the system. The t-second value resistance is calculated based on the sum of finite time impulse responses. Therefore, the system identification device 1 can estimate the t-second value resistance of the battery 4 as the response of the system with high accuracy by applying the μ-Markov model to the system representing the model of the battery 4. The system identification device 1 can calculate the t-second value resistance as a ratio between the estimated overvoltage value at the estimation target time and the predetermined current input at the estimation target time.

<バッテリ推定の実施例>
本実施例において、システム同定装置1は、図2及び図3に示されているバッテリモデルを表すシステムにμ−マルコフモデルを適用することによって、システムのパラメータを同定する。
<Example of battery estimation>
In the present embodiment, the system identification device 1 identifies the system parameters by applying the μ-Markov model to the system representing the battery model shown in FIGS. 2 and 3.

式(9)は、インパルス応答を表す(μ+1)個のパラメータ(h0〜hμ)と、ARXモデルに含まれる2p個のパラメータ(aμ+1〜aμ+p、及び、bμ+1〜bμ+p)とを含む。システム同定装置1は、(μ+2p+1)個のパラメータを推定することによって、システムを同定できる。 Equation (9) represents the impulse response and (mu + 1) number of parameters (h 0 ~hμ), 2p number of parameters included in the ARX model (aμ +1 ~aμ + p, and, bμ +1 ~bμ + p ) and. The system identification device 1 can identify a system by estimating (μ+2p+1) parameters.

システム同定装置1は、u(t)とηc(t)とを対応づけたデータセットから導出される方程式に基づいて、システムのパラメータを推定できる。未知のパラメータがQ個存在する場合、各パラメータは、少なくともQ本の方程式を含む連立方程式に基づいて解析的に算出されうる。μ−マルコフモデルは、(μ+2p+1)個の未知のパラメータを有する。したがって、μ−マルコフモデルの各パラメータが解析的に算出されるために、少なくとも(μ+2p+1)本の方程式が必要とされる。1本の方程式は、u(t)とηc(t)とを対応づけた1つのデータセットに基づいて導出される。したがって、少なくとも(μ+2p+1)個のデータセットが必要とされる。 The system identification device 1 can estimate the system parameters based on an equation derived from a data set in which u(t) and ηc(t) are associated with each other. When there are Q unknown parameters, each parameter can be analytically calculated based on a simultaneous equation including at least Q equations. The μ-Markov model has (μ+2p+1) unknown parameters. Therefore, in order to analytically calculate each parameter of the μ-Markov model, at least (μ+2p+1) equations are required. One equation is derived based on one data set in which u(t) and ηc(t) are associated with each other. Therefore, at least (μ+2p+1) data sets are required.

システム同定装置1は、例えば、システムの入力と出力とが対応づけられているデータセットを(μ+2p+1)個以上取得してよい。システム同定装置1は、(μ+2p+1)個以上のデータセットを取得した場合、少なくとも(μ+2p+1)個のパラメータを未知数として含む方程式を設定できる。システム同定装置1は、その方程式を解くことによって(μ+2p+1)個のパラメータを解析的に算出できる。システム同定装置1は、(μ+2p+1)個以上のデータを取得することによって、システムのパラメータを高精度で算出できる。 The system identification device 1 may obtain, for example, (μ+2p+1) or more data sets in which the input and the output of the system are associated with each other. When the system identification device 1 acquires (μ+2p+1) or more data sets, it can set an equation including at least (μ+2p+1) parameters as unknowns. The system identification device 1 can analytically calculate (μ+2p+1) parameters by solving the equation. The system identification device 1 can calculate the system parameters with high accuracy by acquiring (μ+2p+1) or more data.

システム同定装置1は、T秒間にわたってシステムに入力される電流の測定値u(t)と、入力された電流に対応する過電圧算出値ηc(t)とを所定のタイミングでサンプリングすることによって取得してよい。仮に、システム同定装置1がサンプリング周期Tsでu(t)とηc(t)とを取得する場合、データを取得する期間を表すTは、Tsと、システム同定のために必要とされるデータ数である(μ+2p+1)個との積より大きい値に設定される。 The system identification device 1 acquires the measured value u(t) of the current input to the system for T seconds and the overvoltage calculated value ηc(t) corresponding to the input current by sampling at a predetermined timing. You can If the system identification device 1 acquires u(t) and ηc(t) at the sampling cycle Ts, T representing the period of acquiring data is Ts and the number of data required for system identification. Is set to a value larger than the product of (μ+2p+1).

システム同定装置1は、u(t)及びηc(t)を多く取得するほど、インパルス応答を表すμ個のパラメータの推定値を、真値に近づけることができる。つまり、FIRモデルのパラメータは、真値に対して漸近的に推定されうる。一方で、ARXモデルに含まれる2p個のパラメータの推定値は、u(t)及びηc(t)のデータ数にかかわらず、真値に近づかないことがある。つまり、ARXモデルのパラメータは、真値に対して所定値以上の誤差を有する可能性がある。 The more the u(t) and the ηc(t) are acquired, the system identification device 1 can bring the estimated values of the μ parameters representing the impulse response closer to the true value. That is, the parameters of the FIR model can be asymptotically estimated with respect to the true value. On the other hand, the estimated values of the 2p parameters included in the ARX model may not approach the true values regardless of the number of u(t) and ηc(t) data. That is, the parameters of the ARX model may have an error of a predetermined value or more with respect to the true value.

システム同定装置1は、所定電流が入力されたシステムが応答として出力する過電圧を、同定したμ−マルコフモデルのパラメータに基づいて算出する。本実施形態において、入力開始時刻より前に電流が入力されず、且つ、入力開始時刻以降に所定電流が入力されるとする。つまり、第1ステップより前にシステムに電流が入力されず、第1ステップ以降にシステムに所定電流が入力されるとする。この場合、システム同定装置1は、システムの応答として過電圧を算出できる。システム同定装置1は、μ−マルコフモデルのパラメータに基づいて過電圧を算出することによって、高精度で過電圧を算出できる。その結果、バッテリ4の放電開始時の過電圧が高精度で推定される。 The system identification device 1 calculates an overvoltage output as a response from a system to which a predetermined current is input, based on the identified parameter of the μ-Markov model. In the present embodiment, it is assumed that the current is not input before the input start time and the predetermined current is input after the input start time. That is, it is assumed that no current is input to the system before the first step and a predetermined current is input to the system after the first step. In this case, the system identification device 1 can calculate the overvoltage as the response of the system. The system identification device 1 can calculate the overvoltage with high accuracy by calculating the overvoltage based on the parameter of the μ-Markov model. As a result, the overvoltage at the start of discharging the battery 4 is estimated with high accuracy.

システム同定装置1は、入力開始時刻から推定対象時刻までのt秒間にわたって所定電流をシステムに入力した場合に、推定対象時刻における過電圧と、推定対象時刻においてバッテリ4に入力される所定電流とに基づいて、t秒値抵抗を算出できる。システム同定装置1は、過電圧と所定電流との比をt秒値抵抗として算出してよい。システム同定装置1は、過電圧を高精度で算出することによって、t秒値抵抗を高精度で算出できる。システム同定装置1が車両100に搭載されている場合、システム同定装置1がt秒値抵抗を高精度で算出することによって、コントローラ110は、エンジンをアイドリングストップさせるか否かを高精度で判定できる。 When a predetermined current is input to the system for t seconds from the input start time to the estimation target time, the system identification device 1 is based on the overvoltage at the estimation target time and the predetermined current input to the battery 4 at the estimation target time. Thus, the t-second value resistance can be calculated. The system identification device 1 may calculate the ratio of the overvoltage and the predetermined current as the t-second value resistance. The system identification device 1 can calculate the t-second value resistance with high accuracy by calculating the overvoltage with high accuracy. When the system identification device 1 is installed in the vehicle 100, the system identification device 1 calculates the t-second value resistance with high accuracy, so that the controller 110 can determine with high accuracy whether or not to stop the engine idling. ..

仮に、入力開始時刻以降に入力される所定電流が一定値の電流である場合、システム同定装置1は、システムのステップ応答として過電圧を算出できる。システム同定装置1は、t秒間にわたって一定値の電流をシステムに入力した場合の過電圧をt秒値抵抗として算出できる。つまり、t秒後のステップ応答として過電圧が算出される場合、算出された過電圧がt秒値抵抗とみなされる。このようにすることで、システム同定装置1は、t秒値抵抗を容易に算出できる。 If the predetermined current input after the input start time is a constant current, the system identification device 1 can calculate the overvoltage as the step response of the system. The system identification device 1 can calculate an overvoltage when a constant current is input to the system for t seconds as a t second value resistance. That is, when the overvoltage is calculated as the step response after t seconds, the calculated overvoltage is regarded as the t-second value resistance. By doing so, the system identification device 1 can easily calculate the t-second value resistance.

インパルス応答で記述される項数(μ+1)に関して、μ≧t/Tsが満たされている場合、システム同定装置1は、インパルス応答のパラメータだけに基づいてt秒値抵抗を算出できる。言い換えれば、時系列データのうちFIRモデルに適用されるデータの数が入力開始時刻から推定対象時刻までの時間をサンプリング周期で除した数(t/Tsに対応する)に1を加えた数(t/Ts+1に対応する)以上の数である場合、システム同定装置1は、インパルス応答のパラメータだけに基づいてt秒値抵抗を算出できる。さらに言い換えれば、第1期間の長さが入力開始時刻から推定対象時刻までの期間の長さ以上となるように設定される場合、システム同定装置1は、インパルス応答のパラメータだけに基づいてt秒値抵抗を算出できる。具体的には、システム同定装置1は、上述の式(9)でFIRモデルを表す右辺第1項の係数hiをi=0〜μの範囲で加算した値として、t秒値抵抗を算出してよい。言い換えれば、システム同定装置1は、推定対象時刻におけるバッテリ4の内部抵抗として、システムを同定するために適用されたFIRモデルの、入力開始時刻から推定対象時刻までの期間に含まれる各項の係数の和を算出してもよい。FIRモデルの各項の係数は、インパルス応答のパラメータに対応する。さらに言い換えれば、システム同定装置1は、推定対象時刻におけるバッテリ4の内部抵抗として、システムを同定するために適用されたバッテリ4のモデルのうち、推定対象時刻における入力に対応する項から、入力開始時刻における入力に対応する項までの各項の係数の和を算出してもよい。 When μ≧t/Ts is satisfied for the number of terms (μ+1) described in the impulse response, the system identification device 1 can calculate the t-second value resistance based on only the impulse response parameter. In other words, the number of data applied to the FIR model in the time series data is the number obtained by dividing the time from the input start time to the estimation target time by the sampling period (corresponding to t/Ts) plus 1 ( If the number is equal to or larger than (corresponding to t/Ts+1), the system identification device 1 can calculate the t-second value resistance based on only the impulse response parameter. Furthermore, in other words, when the length of the first period is set to be equal to or longer than the length of the period from the input start time to the estimation target time, the system identification device 1 determines the time t seconds based on only the impulse response parameter. Value resistance can be calculated. Specifically, the system identification device 1 calculates the t-second value resistance as a value obtained by adding the coefficient hi of the first term on the right side representing the FIR model in the above equation (9) in the range of i=0 to μ. You can In other words, the system identification device 1 uses the coefficient of each term included in the period from the input start time to the estimation target time of the FIR model applied for identifying the system as the internal resistance of the battery 4 at the estimation target time. May be calculated. The coefficient of each term of the FIR model corresponds to the parameter of the impulse response. In other words, the system identification device 1 starts the input from the term corresponding to the input at the estimation target time in the model of the battery 4 applied to identify the system as the internal resistance of the battery 4 at the estimation target time. You may calculate the sum of the coefficient of each term to the term corresponding to the input in time.

システム同定装置1は、インパルス応答のパラメータだけに基づいてt秒値抵抗を算出することによって、真値に対して所定値以上の誤差を有する可能性があるARXモデルのパラメータに基づかずにt秒値抵抗を算出できる。その結果、システム同定装置1は、ARXモデルのパラメータの推定精度にかかわらず、t秒値抵抗を高い精度で推定できる。 The system identification device 1 calculates the t-second value resistance based only on the impulse response parameter, so that the t-second value does not depend on the parameter of the ARX model that may have an error of a predetermined value or more with respect to the true value. Value resistance can be calculated. As a result, the system identification device 1 can estimate the t-second value resistance with high accuracy regardless of the estimation accuracy of the parameters of the ARX model.

時系列データのうちFIRモデルに適用されるデータの数は、入力開始時刻から推定対象時刻までの時間をサンプリング周期で除した数(μに対応する)に1を加えた数(μ+1に対応する)と同じ数であってよい。言い換えれば、システム同定装置1は、第1期間の長さが入力開始時刻から推定対象時刻までの期間の長さに一致するように、第1期間の長さを設定してよい。このようにすることで、t秒値抵抗がインパルス応答のパラメータだけに基づいて算出される範囲内において、FIRモデルのパラメータの数が減少する。パラメータ数の減少は、パラメータを推定する負荷を低減させる。 The number of data applied to the FIR model in the time series data corresponds to the number (μ+1) obtained by dividing the time from the input start time to the estimation target time by the sampling period (corresponding to μ) (μ+1). ) May be the same number. In other words, the system identification device 1 may set the length of the first period so that the length of the first period matches the length of the period from the input start time to the estimation target time. By doing so, the number of parameters of the FIR model is reduced within the range in which the t-second value resistance is calculated based only on the parameters of the impulse response. Reducing the number of parameters reduces the load of parameter estimation.

システム同定装置1、並びに、システム同定装置1に含まれるオブザーバ10及び応答推定部20は、例えば図7に示されるフローチャートの手順を含むシステム同定方法を実行してもよい。 The system identification device 1, and the observer 10 and the response estimation unit 20 included in the system identification device 1 may execute the system identification method including the procedure of the flowchart shown in FIG. 7, for example.

オブザーバ10は、バッテリ4に流れる電流の測定値u(t)と、バッテリ4の端子電圧の測定値y(t)とを取得する(ステップS1)。オブザーバ10は、電流センサ2からu(t)を取得する。バッテリ4に流れる電流は、バッテリ4が放電によって出力する電流、及び、バッテリ4を充電するために入力される電流の少なくとも一方を含む。オブザーバ10は、電圧センサ3からy(t)を取得する。 The observer 10 acquires the measured value u(t) of the current flowing in the battery 4 and the measured value y(t) of the terminal voltage of the battery 4 (step S1). The observer 10 acquires u(t) from the current sensor 2. The current flowing through the battery 4 includes at least one of a current output by the battery 4 by discharging and a current input for charging the battery 4. The observer 10 acquires y(t) from the voltage sensor 3.

オブザーバ10は、u(t)及びy(t)に基づいて、バッテリモデルを表すシステムの状態変数を推定する(ステップS2)。オブザーバ10は、状態変数推定部11でSOC推定値SOC^(t)を算出し、OCV算出部12でOCV推定値OCV^(t)を算出する。システム同定装置1は、演算器25で、OCV^(t)とy(t)との差を、過電圧算出値ηc(t)として算出する。システム同定装置1は、u(t)とηc(t)とを組み合わせたデータを保持する。システム同定装置1は、データを記憶部に格納してもよい。 The observer 10 estimates the state variable of the system representing the battery model based on u(t) and y(t) (step S2). In the observer 10, the state variable estimation unit 11 calculates the SOC estimated value SOC^(t), and the OCV calculation unit 12 calculates the OCV estimated value OCV^(t). In the system identification device 1, the calculator 25 calculates the difference between OCV^(t) and y(t) as the overvoltage calculation value ηc(t). The system identification device 1 holds data that combines u(t) and ηc(t). The system identification device 1 may store the data in the storage unit.

システム同定装置1は、T秒間にわたる期間のデータを取得したか判定する(ステップS3)。Tは、サンプリング周期Tsとシステム同定のために必要とされるデータ数との積より大きい値であるとする。 The system identification device 1 determines whether data for a period of T seconds has been acquired (step S3). Let T be a value larger than the product of the sampling period Ts and the number of data required for system identification.

システム同定装置1は、T秒間にわたる期間のデータを取得していない場合(ステップS3:NO)、ステップS1の手順に戻る。 When the system identification device 1 has not acquired the data for the period of T seconds (step S3: NO), the system identification device 1 returns to the procedure of step S1.

システム同定装置1は、T秒間にわたる期間のデータを取得した場合(ステップS3:YES)、応答推定部20で、バッテリモデルを表すシステムのパラメータを同定する(ステップS4)。応答推定部20は、取得したT秒間のデータに基づいてシステムを同定する。応答推定部20は、取得したT秒間のデータに基づいて、システムを表すμ−マルコフモデルのパラメータを同定する。 When the system identification device 1 acquires the data for the period of T seconds (step S3: YES), the response estimation unit 20 identifies the system parameter representing the battery model (step S4). The response estimation unit 20 identifies the system based on the acquired data for T seconds. The response estimation unit 20 identifies the parameter of the μ-Markov model representing the system based on the acquired data for T seconds.

応答推定部20は、同定したシステムに所定電流を入力した場合の応答を推定する(ステップS5)。応答推定部20は、システムの応答としてバッテリ4の過電圧を算出してよい。応答推定部20は、電流の入力開始時刻からt秒後の時刻までの間の各サンプリング時刻のインパルス応答と所定電流の瞬時値との積を積算した値を過電圧として算出できる。システムに入力される所定電流が一定値である場合、応答推定部20は、各サンプリング時刻のインパルス応答の和をt秒値抵抗として算出できる。 The response estimation unit 20 estimates the response when a predetermined current is input to the identified system (step S5). The response estimation unit 20 may calculate the overvoltage of the battery 4 as the response of the system. The response estimator 20 can calculate a value obtained by integrating the product of the impulse response at each sampling time and the instantaneous value of the predetermined current from the current input start time to the time t seconds later as the overvoltage. When the predetermined current input to the system has a constant value, the response estimation unit 20 can calculate the sum of impulse responses at each sampling time as the t-second value resistance.

システム同定装置1は、図2及び図3に例示されているバッテリ4のモデルを対象システムとして、バッテリ4のt秒値抵抗を推定できる。図2及び図3に例示されているモデルの次数は、4次である。よって、対象システムの次数は4次である。システム同定装置1は、例えばtを1に設定することによって、1秒値抵抗を算出できる。 The system identification device 1 can estimate the t-second value resistance of the battery 4 by using the model of the battery 4 illustrated in FIGS. 2 and 3 as a target system. The order of the model illustrated in FIGS. 2 and 3 is fourth order. Therefore, the order of the target system is the fourth order. The system identification device 1 can calculate the one-second value resistance by setting t to 1, for example.

一例として、図3に示されているバッテリ4の内部インピーダンス44の各パラメータが、以下に示されている値に設定されているとする。
R0=3.6mΩ
R1=2.19mΩ
R2=0.243mΩ
R3=8.75×10-2mΩ
R4=4.47×10-2mΩ
C1〜C4=6.72kF
また、サンプリング周期Tsは、0.1秒に設定されているとする。この場合、μが10以上に設定されることによって、1秒値抵抗がインパルス応答のパラメータだけに基づいて算出される。
As an example, it is assumed that the parameters of the internal impedance 44 of the battery 4 shown in FIG. 3 are set to the values shown below.
R0=3.6mΩ
R1=2.19mΩ
R2=0.243 mΩ
R3=8.75×10 -2
R4=4.47×10 -2
C1 to C4=6.72 kF
The sampling period Ts is set to 0.1 second. In this case, by setting μ to 10 or more, the one-second resistance is calculated based on only the impulse response parameter.

対象システムへの入力信号にゼロ次ホールドを仮定して対象システムを離散化した場合、離散時間伝達関数として、以下の式(10)が導出された。

Figure 0006737490
When the target system was discretized assuming a zero-order hold for the input signal to the target system, the following equation (10) was derived as a discrete-time transfer function.
Figure 0006737490

以上のように仮定された対象システムにμ−マルコフモデル、ARXモデル及びFIRモデルをそれぞれ適用することによって、各モデルにおける1秒値抵抗の推定結果が算出されうる。1秒値抵抗の真値は、3.9699mΩであるとする。 By applying the μ-Markov model, ARX model, and FIR model to the target system assumed as described above, the estimation result of the one-second resistance in each model can be calculated. The true value of the one-second value resistor is 3.9699 mΩ.

Case1として、ARXモデルの次数p、及び、μ−マルコフモデルに含まれるARXモデルの次数pは、真のシステムの次数である4次に設定されるとする。FIRモデルのインパルス応答の項数を表すnf、及び、μ−マルコフモデルに含まれるインパルス応答の項数を表すμはそれぞれ、10に設定されるとする。また、対象システムのパラメータを同定するために用いられるデータは、対象システムの出力を表すバッテリ4の端子電圧の測定値に、観測雑音として平均値0且つ分散1.0×10-7の正規性白色雑音が加えられるとする。 As Case 1, it is assumed that the order p of the ARX model and the order p of the ARX model included in the μ-Markov model are set to the fourth order which is the order of the true system. It is assumed that n f , which represents the number of impulse response terms in the FIR model, and μ, which represents the number of impulse response terms included in the μ-Markov model, are set to 10. The data used to identify the parameters of the target system is the normality of the measured value of the terminal voltage of the battery 4 representing the output of the target system, with the average value 0 as the observation noise and the variance of 1.0×10 −7 . Suppose white noise is added.

1000通りの異なる雑音が加えられる条件で、各モデルのパラメータが同定された。各モデルにおいて、同定されたパラメータに基づいて、1秒値抵抗が推定された。1000回分の1秒値抵抗の推定結果は、以下の通りであった。単位は、mΩであるとする。
μ−マルコフモデル:平均値3.9686、標準偏差±3.6892×10-3
ARXモデル:平均値4.0131、標準偏差±5.7713×10-3
FIRモデル:平均値3.9609、標準偏差±2.9357×10-3
The parameters of each model were identified under the condition that 1000 different noises were added. In each model, the one second resistance was estimated based on the identified parameters. The estimation result of the 1 second resistance for 1000 times was as follows. The unit is mΩ.
μ-Markov model: mean 3.9686, standard deviation ±3.6892×10 -3
ARX model: average value 4.0131, standard deviation ±5.7713×10 -3
FIR model: average value 3.9609, standard deviation ±2.9357×10 -3

また、Case2として、ARXモデルの次数p、及び、μ−マルコフモデルに含まれるARXモデルの次数pが、真のシステムの次数である4次とは異なる2次に設定されるとする。Case2における、1000回分の1秒値抵抗の推定結果は以下の通りであった。単位は、mΩであるとする。
μ−マルコフモデル:平均値3.9691、標準偏差±3.6603×10-3
ARXモデル:平均値3.9887、標準偏差±6.4469×10-3
FIRモデル:平均値3.9609、標準偏差±2.9357×10-3
Further, as Case 2, it is assumed that the order p of the ARX model and the order p of the ARX model included in the μ-Markov model are set to a quadratic order different from the quartic order of the true system. In Case 2, the estimation result of 1000 second 1 second value resistance was as follows. The unit is mΩ.
μ-Markov model: average value 3.9691, standard deviation ±3.6603×10 -3
ARX model: average value 3.9887, standard deviation ±6.4469×10 −3
FIR model: average value 3.9609, standard deviation ±2.9357×10 -3

以上の結果によれば、μ−マルコフモデルが適用された場合の1秒値抵抗の推定値は、ARXモデル及びFIRモデルが適用された場合の1秒値抵抗の推定値よりも真値に近い。つまり、μ−マルコフモデルが適用された場合の1秒値抵抗の推定精度は、ARXモデル及びFIRモデルが適用された場合の1秒値抵抗の推定精度よりも高い。 According to the above results, the estimated value of the 1-second value resistance when the μ-Markov model is applied is closer to the true value than the estimated value of the 1-second value resistance when the ARX model and the FIR model are applied. .. That is, the estimation accuracy of the one-second resistance when the μ-Markov model is applied is higher than the estimation accuracy of the one-second resistance when the ARX model and the FIR model are applied.

本例において、μ−マルコフモデルのインパルス応答の項数を表すμが10に設定されていることによって、μ−マルコフモデルに基づく1秒値抵抗は、0ステップから10ステップまでのインパルス応答の和として算出されている。つまり、1秒値抵抗は、ARXモデルのパラメータに基づかずに算出されている。これによって、μ−マルコフモデルに基づく1秒値抵抗の推定精度は、ARXモデルの次数が真のシステムの次数と一致する場合(Case1)又は一致しない場合(Case2)のいずれの場合であるかにかかわらず決定される。その結果、μ−マルコフモデルに基づく1秒値抵抗の推定精度は、ARXモデルに基づく1秒値抵抗の推定精度よりも高くなっている。 In this example, since μ representing the number of terms of the impulse response of the μ-Markov model is set to 10, the one-second resistance based on the μ-Markov model is the sum of the impulse responses from 0 step to 10 steps. Is calculated as That is, the one second resistance is calculated without being based on the parameters of the ARX model. As a result, whether the 1-second value resistance estimation accuracy based on the μ-Markov model is the case when the order of the ARX model matches the order of the true system (Case 1) or does not match (Case 2). Determined regardless. As a result, the estimation accuracy of the 1-second value resistance based on the μ-Markov model is higher than the estimation accuracy of the 1-second value resistance based on the ARX model.

上述のCase2において、観測雑音として平均値0且つ分散5.0×10-8の正規性白色雑音が加えられる場合(Case3)に、図8のグラフに例示されるように、過電圧のステップ応答が算出された。図8のグラフの横軸は、時間を表している。時間の単位は、秒である。図8のグラフの縦軸は、過電圧を表している。過電圧の単位はmVである。図8のグラフは、1秒後までの過電圧のステップ応答の算出結果を表す。サンプリング周期Tsが0.1秒に設定され、且つ、μ−マルコフモデルのインパルス応答の項数を表すμが10に設定されていることによって、図8のグラフで表されている1秒後の過電圧のステップ応答に対応する1秒値抵抗は、インパルス応答のパラメータだけに基づいて算出される。 In Case 2 described above, when normal white noise with an average value of 0 and a variance of 5.0×10 −8 is added as the observation noise (Case 3), the step response of the overvoltage is as illustrated in the graph of FIG. It was calculated. The horizontal axis of the graph in FIG. 8 represents time. The unit of time is seconds. The vertical axis of the graph in FIG. 8 represents overvoltage. The unit of overvoltage is mV. The graph of FIG. 8 shows the calculation result of the step response of the overvoltage until 1 second later. Since the sampling period Ts is set to 0.1 second and μ representing the number of terms of the impulse response of the μ-Markov model is set to 10, one second after the one second shown in the graph of FIG. The one second value resistance corresponding to the step response of the overvoltage is calculated based only on the parameters of the impulse response.

上述のCase3において、μ−マルコフモデルのインパルス応答の項数を表すμが100に設定される場合(Case4)に、図9のグラフに例示されるように、過電圧のステップ応答が算出された。図9のグラフの横軸は、時間を表している。時間の単位は、秒である。図9のグラフの縦軸は、過電圧を表している。過電圧の単位はmVである。図9のグラフは、10秒後までの過電圧のステップ応答の算出結果を表す。サンプリング周期Tsが0.1秒に設定され、且つ、μ−マルコフモデルのインパルス応答の項数を表すμが100に設定されていることによって、図9のグラフで表されている10秒後の過電圧のステップ応答に対応する10秒値抵抗は、インパルス応答のパラメータだけに基づいて算出される。 In Case 3 described above, when μ representing the number of terms in the impulse response of the μ-Markov model is set to 100 (Case 4), the overvoltage step response is calculated as illustrated in the graph of FIG. 9. The horizontal axis of the graph in FIG. 9 represents time. The unit of time is seconds. The vertical axis of the graph in FIG. 9 represents overvoltage. The unit of overvoltage is mV. The graph of FIG. 9 shows the calculation result of the step response of the overvoltage until after 10 seconds. The sampling period Ts is set to 0.1 second, and μ representing the number of terms of the impulse response of the μ-Markov model is set to 100, so that 10 seconds after 10 seconds shown in the graph of FIG. The 10-second value resistance corresponding to the overvoltage step response is calculated based only on the parameters of the impulse response.

図8及び図9のグラフにおいて、真値は、実線で表されている。Case3及びCase4においてμ−マルコフモデルに基づくステップ応答の算出結果は、破線で表される上限及び下限の範囲内に収まった。一方で、Case3及びCase4においてFIRモデルに基づくステップ応答の算出結果は、一点鎖線で表される上限及び下限の範囲内に収まった。ARXモデルに基づくステップ応答の算出結果は、二点鎖線で表される上限及び下限の範囲内に収まった。図8及び図9を参照して、μ−マルコフモデルに基づくステップ応答の算出結果は、FIRモデル及びARXモデルに基づくステップ応答の算出結果よりも真値に近づけられている。また、μ−マルコフモデルに基づくステップ応答の算出結果のばらつきは、FIRモデル及びARXモデルに基づくステップ応答の算出結果のばらつきよりも小さくなっている。つまり、システム同定装置1は、μ−マルコフモデルに基づいてシステムを同定することによって、ステップ応答の推定精度を高めることができる。また、入力開始時刻から時間が経過するほど、ステップ応答の推定誤差が大きくなっている。しかし、μ−マルコフモデルに基づくステップ応答の推定値は、例えば0.5秒が経過した以降においても真値から乖離しにくいといえる。 In the graphs of FIGS. 8 and 9, the true value is represented by a solid line. In Case 3 and Case 4, the calculation result of the step response based on the μ-Markov model was within the upper and lower limits represented by the broken line. On the other hand, the calculation results of the step response based on the FIR model in Case 3 and Case 4 were within the upper and lower limits represented by the one-dot chain line. The calculation result of the step response based on the ARX model was within the upper and lower limits represented by the chain double-dashed line. With reference to FIGS. 8 and 9, the calculation result of the step response based on the μ-Markov model is closer to the true value than the calculation result of the step response based on the FIR model and the ARX model. Further, the variation in the calculation result of the step response based on the μ-Markov model is smaller than the variation in the calculation result of the step response based on the FIR model and the ARX model. That is, the system identification device 1 can improve the estimation accuracy of the step response by identifying the system based on the μ-Markov model. Further, as the time elapses from the input start time, the step response estimation error increases. However, it can be said that the estimated value of the step response based on the μ-Markov model is unlikely to deviate from the true value even after 0.5 seconds elapses.

本開示に係る実施形態について諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部及びステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the embodiments according to the present disclosure have been described based on the drawings and the examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various variations or modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations or modifications are included in the scope of the present disclosure. For example, the functions included in each constituent unit or each step can be rearranged so as not to logically contradict, and a plurality of constituent units and steps can be combined or divided into one. Is.

1 システム同定装置
2 電流センサ
3 電圧センサ
4 バッテリ
4a バッテリ等価回路
41a〜41d 端子
42 電圧源
44 内部インピーダンス
10 オブザーバ
11 状態変数推定部
12 OCV算出部
13 フィードバック部
14 端子電圧推定部
15 比較器
16 状態変数補正値算出部
20 応答推定部
25 演算器
70 表示部
100 車両
110 コントローラ
1 System Identification Device 2 Current Sensor 3 Voltage Sensor 4 Battery 4a Battery Equivalent Circuit 41a to 41d Terminal 42 Voltage Source 44 Internal Impedance 10 Observer 11 State Variable Estimator 12 OCV Calculator 13 Feedback Unit 14 Terminal Voltage Estimator 15 Comparator 16 State Variable correction value calculation unit 20 Response estimation unit 25 Computing unit 70 Display unit 100 Vehicle 110 Controller

Claims (9)

バッテリに流れる電流を入力とし、前記バッテリの過電圧を出力とするシステムの応答を推定するシステム同定装置が実行するシステム同定方法であって、
前記バッテリに流れる電流、及び、前記バッテリの過電圧それぞれの、所定期間内における時系列データに基づいて、前記システムにFIRモデルとARXモデルとを含む前記バッテリのモデルを適用することによって前記システムを同定する第1ステップと、
前記第1ステップで同定した前記システムに、入力開始時刻より前に電流が入力されず、且つ、前記入力開始時刻以降に電流が入力される場合における、前記入力開始時刻より後の推定対象時刻に前記システムが出力する前記バッテリの過電圧を、前記第1ステップで前記システムを同定するために適用された前記バッテリのモデルに基づいて推定する第2ステップと
を含み、
前記時系列データのうち、前記FIRモデルに適用されるデータの数は、前記入力開始時刻から前記推定対象時刻までの時間をサンプリング周期で除した数に1を加えた数以上の数である、
システム同定方法。
A system identification method executed by a system identification device that estimates the response of a system that receives a current flowing in a battery as an input and outputs the overvoltage of the battery,
The system is identified by applying a model of the battery including an FIR model and an ARX model to the system based on time series data of a current flowing in the battery and an overvoltage of the battery within a predetermined period. The first step to do,
In the system identified in the first step, when the current is not input before the input start time and the current is input after the input start time, at the estimated target time after the input start time. A second step of estimating an overvoltage of the battery output by the system based on a model of the battery applied to identify the system in the first step,
Of the time series data, the number of data applied to the FIR model is a number equal to or larger than the number obtained by dividing the time from the input start time to the estimation target time by the sampling period by one,
System identification method.
前記入力開始時刻から前記推定対象時刻までの時間は、前記システム同定装置を搭載する車両がアイドリングストップ後にエンジンを再始動させる際のクランキング時間である、請求項1に記載のシステム同定方法。 The system identification method according to claim 1, wherein the time from the input start time to the estimation target time is a cranking time when the vehicle equipped with the system identification device restarts the engine after idling stop. 前記入力開始時刻から前記推定対象時刻までの時間は、エンジンとモータと前記システム同定装置とを搭載する車両が走行中に、前記モータが前記車両を駆動している時間である、請求項1に記載のシステム同定方法。 The time from the input start time to the estimation target time is a time during which the motor is driving the vehicle while a vehicle equipped with an engine, a motor, and the system identification device is running. The system identification method described. 前記推定対象時刻における前記バッテリの内部抵抗として、前記第1ステップで前記システムを同定するために適用された前記FIRモデルの、前記入力開始時刻から前記推定対象時刻までの期間に含まれる項の係数の和を算出する、請求項1から3までのいずれか一項に記載のシステム同定方法。 As an internal resistance of the battery at the estimation target time, a coefficient of a term included in a period from the input start time to the estimation target time of the FIR model applied to identify the system in the first step. The system identification method according to any one of claims 1 to 3, wherein the sum of the above is calculated. 前記第2ステップにおいて、前記システムに一定値の電流を入力した場合における、前記推定対象時刻での前記バッテリの過電圧を推定する、請求項1から4までにいずれか一項に記載のシステム同定方法。 The system identification method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the second step, an overvoltage of the battery at the estimation target time is estimated when a constant-value current is input to the system. .. 前記時系列データのうち、前記FIRモデルの項に適用されるデータの数は、前記入力開始時刻から前記推定対象時刻までの時間をサンプリング周期で除した数に1を加えた数と同じ数である、請求項1から5までのいずれか一項に記載のシステム同定方法。 Of the time series data, the number of data applied to the term of the FIR model is the same as the number obtained by adding 1 to the number obtained by dividing the time from the input start time to the estimation target time by the sampling period. The system identification method according to any one of claims 1 to 5. 前記第1ステップにおいて、前記FIRモデルのパラメータを、前記FIRモデルと前記ARXモデルとに基づいて同定する、請求項1から6までのいずれか一項に記載のシステム同定方法。 7. The system identification method according to claim 1, wherein in the first step, the parameters of the FIR model are identified based on the FIR model and the ARX model. 前記第2ステップにおいて、前記推定対象時刻における前記バッテリの過電圧と、前記推定対象時刻において前記バッテリに入力される電流とに基づき、前記推定対象時刻における前記バッテリの内部抵抗を算出する、請求項1から7までのいずれか一項に記載のシステム同定方法。 In the second step, the internal resistance of the battery at the estimation target time is calculated based on the overvoltage of the battery at the estimation target time and the current input to the battery at the estimation target time. The system identification method according to any one of 1 to 7. バッテリに流れる電流を入力とし、前記バッテリの過電圧を出力とするシステムの応答を推定する応答推定部を備え、
前記応答推定部は、
前記バッテリに流れる電流、及び、前記バッテリの過電圧それぞれの、所定期間内における時系列データに基づいて、前記システムにFIRモデルとARXモデルとを含む前記バッテリのモデルを適用することによって前記システムを同定し、
同定した前記システムに入力開始時刻より前に電流が入力されず、且つ、前記入力開始時刻以降に電流が入力される場合に、前記入力開始時刻より後の推定対象時刻に前記システムが出力する前記バッテリの過電圧を、前記システムを同定するために適用された前記バッテリのモデルのパラメータに基づいて推定し、
前記時系列データのうち、前記FIRモデルに適用されるデータの数は、前記入力開始時刻から前記推定対象時刻までの時間をサンプリング周期で除した数に1を加えた数以上の数である、
システム同定装置。
A response estimation unit that estimates the response of the system that receives the current flowing in the battery as an input and outputs the overvoltage of the battery,
The response estimation unit,
The system is identified by applying a model of the battery including an FIR model and an ARX model to the system based on time series data of a current flowing through the battery and an overvoltage of the battery within a predetermined period. Then
When no current is input to the identified system before the input start time, and when a current is input after the input start time, the system outputs the estimated target time after the input start time. Estimating the overvoltage of the battery based on the parameters of the model of the battery applied to identify the system,
Of the time series data, the number of data applied to the FIR model is a number equal to or larger than the number obtained by dividing the time from the input start time to the estimation target time by the sampling period by one,
System identification device.
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