JP7003844B2 - Battery system - Google Patents
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Description
本開示は、ニッケル水素電池を備える電池システムに関する。 The present disclosure relates to a battery system comprising a nickel metal hydride battery.
特開2018-14210号公報(特許文献1)には、ニッケル水素電池を備える電池システムが開示されている。この電池システムは、電流センサおよび電圧センサを用いて所定期間における電流変化量および電圧変化量を用いてニッケル水素電池の内部抵抗を推定する(特許文献1参照)。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-14210 (Patent Document 1) discloses a battery system including a nickel hydrogen battery. In this battery system, the internal resistance of the nickel-metal hydride battery is estimated using the current change amount and the voltage change amount in a predetermined period by using a current sensor and a voltage sensor (see Patent Document 1).
一般に、制御システムなどにおいて、算出値の精度を向上させるために学習制御が用いられることがある。ニッケル水素電池の内部抵抗の算出においても、算出精度向上のために、たとえば、特許文献1のように、推定されたニッケル水素電池の内部抵抗を用いた学習制御を行なうことが考えられる。
Generally, in a control system or the like, learning control may be used to improve the accuracy of calculated values. Also in the calculation of the internal resistance of the nickel-metal hydride battery, in order to improve the calculation accuracy, for example, as in
ここで、学習制御においては、一定回数以上の学習を継続して行なうことによって、その学習値が内部抵抗の真値(理論値)に収束する。学習制御においては、早期に学習値を真値に近づけることが望ましい。 Here, in the learning control, the learning value converges to the true value (theoretical value) of the internal resistance by continuously performing the learning more than a certain number of times. In learning control, it is desirable to bring the learning value closer to the true value at an early stage.
しかしながら、学習制御においては、ロバスト性と応答性とが背反の関係にある。早期に学習値を真値に近づけるために応答性を向上させると、ロバスト性が低下してしまうため、推定誤差の大きい内部抵抗値が学習に用いられた場合に、学習値が真値から乖離してしまう可能性がある。一方で、ロバスト性を向上させると、応答性が低下してしまうため、学習値が真値に収束するまでに時間を要する可能性がある。そこで、学習制御において、応答性を向上させつつも、ロバスト性を低下させないようにすることが望まれている。 However, in learning control, robustness and responsiveness are in a trade-off relationship. If the responsiveness is improved in order to bring the learning value closer to the true value at an early stage, the robustness will decrease. Therefore, when the internal resistance value with a large estimation error is used for learning, the learning value deviates from the true value. There is a possibility that it will be done. On the other hand, if the robustness is improved, the responsiveness is lowered, so that it may take time for the learning value to converge to the true value. Therefore, in learning control, it is desired not to decrease the robustness while improving the responsiveness.
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ニッケル水素電池を備える電池システムにおいて、内部抵抗の算出精度を向上させることである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to improve the calculation accuracy of internal resistance in a battery system including a nickel hydrogen battery.
この開示に係る電池システムは、ニッケル水素電池と、所定期間におけるニッケル水素電池の電流変化量および電圧変化量を用いてニッケル水素電池の内部抵抗を推定し、推定した内部抵抗を用いて学習することによってニッケル水素電池の内部抵抗を算出する制御装置とを備える。制御装置は、電流変化量が大きい場合には、電流変化量が小さい場合よりも推定した内部抵抗を学習に反映させる比率を大きくする。 In the battery system according to this disclosure, the internal resistance of the nickel hydrogen battery is estimated using the current change amount and the voltage change amount of the nickel hydrogen battery and the nickel hydrogen battery in a predetermined period, and learning is performed using the estimated internal resistance. It is equipped with a control device that calculates the internal resistance of the nickel-hydrogen battery. When the amount of change in current is large, the control device increases the ratio of reflecting the estimated internal resistance in learning as compared with the case where the amount of change in current is small.
たとえば、I-Vプロット法により所定期間におけるニッケル水素電池の電流変化量および電圧変化量から内部抵抗が推定される場合、電流変化量が大きいほど内部抵抗の推定精度が向上し得る。上記構成によれば、電流変化量が大きい場合には、電流変化量が小さい場合よりも推定した内部抵抗を学習に反映させる比率が大きくなる。これによって、推定精度が高い(電流変化量が大きい)内部抵抗ほど、学習値に反映される比率が大きくなる。ゆえに、学習値を早期に真値に収束させることができるので、内部抵抗の算出精度を向上させることができる。 For example, when the internal resistance is estimated from the current change amount and the voltage change amount of the nickel-metal hydride battery in a predetermined period by the IV plot method, the larger the current change amount, the better the estimation accuracy of the internal resistance. According to the above configuration, when the amount of change in current is large, the ratio of reflecting the estimated internal resistance in learning is larger than in the case where the amount of change in current is small. As a result, the higher the estimation accuracy (the larger the amount of current change), the larger the ratio reflected in the learning value. Therefore, since the learning value can be converged to the true value at an early stage, the calculation accuracy of the internal resistance can be improved.
本開示によれば、ニッケル水素電池を備える電池システムにおいて、内部抵抗の算出精度を向上させることができる。 According to the present disclosure, it is possible to improve the calculation accuracy of the internal resistance in a battery system including a nickel hydrogen battery.
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
<実施の形態> <Embodiment>
図1は、本実施の形態に係る電池システム5が搭載された車両1の全体構成を概略的に示す図である。車両1は、たとえば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車および燃料電池自動車などの電動車両である。本実施の形態においては、車両1は電気自動車である例について説明する。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a
車両1は、組電池10と、システムメインリレー(System Main Relay)20と、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」ともいう)40と、モータジェネレータ(Motor Generator:MG)50と、駆動輪60と、ECU(Electronic Control Unit)100と、監視ユニット200とを備える。電池システム5は、組電池10、ECU100および監視ユニット200を含んで構成される。
The
組電池10は、複数の電池が積層された構成を有する。電池は、充放電可能なニッケル水素電池である。監視ユニット200は、たとえば、電圧センサ210、電流センサ220および温度センサ230などを含む。電圧センサ210は、組電池10の電圧を検出し、その検出結果を示す信号VBをECU100に出力する。電流センサ220は、組電池10に入出力される電流を検出し、その検出結果を示す信号IBをECU100に出力する。なお、電池電流IBが正の値である場合は電池の放電を示し、負の値である場合は電池の充電を示す。温度センサ230は、組電池10の温度を検出し、その検出結果を示す信号TBをECU100に出力する。なお、必ずしも組電池単位で電圧および温度が監視される必要はなく、たとえば、電池単位で電圧および温度が監視されてもよい。この場合には、電圧センサ210は、組電池10に含まれる各電池の電圧を検出し、その検出結果を示す信号VBをECU100に出力する。温度センサ230は、組電池10に含まれる各電池の温度を検出し、その検出結果を示す信号TBをECU100に出力する。
The assembled
システムメインリレー20は、一端が組電池10と電気的に接続され、他端がPCU40と電気的に接続される。システムメインリレー20は、ECU100からの制御信号に従って開閉状態が切り替えられる。システムメインリレー20が開状態であると組電池10からPCU40への電力の供給が遮断される。システムメインリレー20が閉状態であると組電池10からPCU40への電力の供給が可能となる。
One end of the system
PCU40は、組電池10から電力を受けてモータジェネレータ50を駆動するための電力変換装置を総括して示したものである。たとえば、PCU40は、モータジェネレータ50を駆動するためのインバータ、および、組電池10から出力される電力を昇圧してインバータへ供給するコンバータなどを含む。
The PCU 40 collectively shows a power conversion device for driving a
モータジェネレータ50は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータ50のロータは、動力伝達ギア(図示せず)を介して駆動輪60に機械的に接続される。モータジェネレータ50は、車両1の回生制動動作時には、駆動輪60の回転力によって発電することができ、その発電された電力をPCU40へ出力する。
The
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)100aと、メモリ(より具体的にはROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory))100bと、各種信号を入出力するための入出力ポート(図示せず)とを含んで構成される。ECU100は、各センサおよび機器からの信号、並びにメモリ100bに格納されたプログラムなどに基づいて、各機器の制御を行なう。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)により処理することも可能である。
The
ECU100は、さらにタイマ回路100cを含む。タイマ回路100cは、予め設定された所定期間(後述)を計測可能に構成される。
The ECU 100 further includes a
(内部抵抗の推定) (Estimation of internal resistance)
ECU100は、監視ユニット200から取得した電池情報(電池電圧VB,電池電流IB,電池温度TB)を用いて組電池10の内部抵抗を推定する。内部抵抗の推定には、たとえば、いわゆるI-Vプロット法が用いられる。具体的には、ECU100は、ある単位時間毎に電池電流IBと電池電圧VBとの組(IB,VB)を監視ユニット200から取得して、横軸に電流IB、縦軸に電圧VBを取った二次元座標にプロットする。そして、プロットされた複数の点を近似する直線の傾きを算出し、算出された直線の傾きを組電池10の内部抵抗とすることができる。なお、概略的には、本実施の形態においては、2つの時刻における電池電流IBおよび電池電圧VBから求まる直線の傾きから組電池10の内部抵抗を推定する。図2を用いて、本実施の形態における組電池10の内部抵抗の推定について具体的に説明する。
The
図2は、本実施の形態に係る電池システム5における内部抵抗の推定方法を説明するための図である。図2の横軸には時刻tが示され、縦軸には電池電流IBが示されている。図2には、所定期間において単位時間毎に取得した電池電流IBの時間変化が示されている。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method of estimating the internal resistance in the
所定期間とは、たとえば、数百ミリ秒あるいは数秒などに設定される。所定期間は、たとえば、電池温度TBに応じて設定されてもよい。本実施の形態においては、一例として所定期間が1秒に設定される例について説明する。図2に示される時刻t1から時刻t11までが1秒に相当する。本実施の形態においては、時刻t1に取得された電池電流を第1電流として定義する。そして、時刻t1から単位時間(たとえば、0.1秒)後の時刻t2に取得された電池電流を第2電流i2、時刻t2から単位時間後の時刻t3に取得された電池電流を第3電流i3、同様にして第4電流i4~第11電流i11を定義する。第1電流i1は所定期間の開始時刻(時刻t1)における電池電流であり、第11電流i11は所定期間の終了時刻(時刻t11)における電池電流である。なお、第1電流i1に対応した電圧を「第1電圧v1」、同様に第2電流i2~第11電流i11に対応した電圧をそれぞれ第2電圧v2~第11電圧v11と定義する。 The predetermined period is set to, for example, several hundred milliseconds or several seconds. The predetermined period may be set according to, for example, the battery temperature TB. In the present embodiment, an example in which the predetermined period is set to 1 second will be described as an example. The time from time t1 to time t11 shown in FIG. 2 corresponds to 1 second. In the present embodiment, the battery current acquired at time t1 is defined as the first current. Then, the battery current acquired at the time t2 after a unit time (for example, 0.1 second) from the time t1 is the second current i2, and the battery current acquired at the time t3 after the unit time from the time t2 is the third current. i3, the fourth current i4 to the eleventh current i11 are defined in the same manner. The first current i1 is the battery current at the start time (time t1) of the predetermined period, and the eleventh current i11 is the battery current at the end time (time t11) of the predetermined period. The voltage corresponding to the first current i1 is defined as "first voltage v1", and similarly, the voltage corresponding to the second current i2 to the eleventh current i11 is defined as the second voltage v2 to the eleventh voltage v11, respectively.
図2に示されるように、所定期間において(第1電流i1,第1電圧v1)~(第11電流i11,第11電圧v11)の11点の電池情報が取得される。ECU100は、内部抵抗の推定精度を向上させるために、上記11点の電池情報が以下に説明する2つの条件(第1条件,第2条件)を満たした場合に、時刻t1に取得された電池情報(i1,v1)と時刻t11に取得された電池情報(i11,v11)とを用いて、時刻t1から時刻t11までの間における電流変化量および電圧変化量から組電池10の内部抵抗を推定する。
As shown in FIG. 2, battery information of 11 points (first current i1, first voltage v1) to (11th current i11, 11th voltage v11) is acquired in a predetermined period. In order to improve the estimation accuracy of the internal resistance, the
第1条件は、I-Vプロット法を用いて、組電池10の内部抵抗を推定するにあたり、ある一定以上の電流変化があったことを保証するために設定される条件である。具体的には、第1条件は、第1電流i1と第2電流i2との電流変化量(以下「第1変化量」ともいう)di1が第1所定量TH1以上であることである。第1所定量TH1は、電池の特性および使用環境などに応じて適切に設定される値であり、たとえば、数十アンペア程度に設定される。なお、本実施の形態における第1条件は、第1電流i1と第2電流i2との電流変化量di1が第1所定量TH1以上であることとしているが、これに限られるものではなく、所定期間において第1電流i1から第1所定量TH1以上の電流変化があればよい。たとえば、第1電流i1と第3電流i3との電流変化量が第1所定量TH1以上であった場合には、第1条件を満たすとものとしてもよい。
The first condition is a condition set to guarantee that there is a current change of a certain value or more when estimating the internal resistance of the assembled
図3は、第1条件を説明するための図である。図3-1は、電流変化量(di)が小さい場合における内部抵抗の推定を概略的に示す図である。たとえば、図3-1の下図に示されるように、電流i1と電流i11との電流変化量diが小さかった場合には、近接した2点で近似直線が引かれることになる。この場合、たとえば、電流センサまたは/および電圧センサの検出精度などに起因した誤差が小さなものであっても、当該誤差が近似直線の傾きに与える影響が大きくなる。そのため、近似直線の傾きから推定される組電池10の内部抵抗の推定精度が低下してしまうことが懸念される。
FIG. 3 is a diagram for explaining the first condition. FIG. 3-1 is a diagram schematically showing the estimation of the internal resistance when the amount of change in current (di) is small. For example, as shown in the lower figure of FIG. 3-1 when the current change amount di between the current i1 and the current i11 is small, an approximate straight line is drawn at two adjacent points. In this case, for example, even if the error caused by the detection accuracy of the current sensor and / or the voltage sensor is small, the influence of the error on the slope of the approximate straight line becomes large. Therefore, there is a concern that the estimation accuracy of the internal resistance of the assembled
図3-2は、電流変化量(di)が大きい場合における内部抵抗の推定を概略的に示す図である。たとえば、図3-2の下図に示されるように、電流i1と電流i11との電流変化量diが大きかった場合には、2点間の距離が大きくなるので、上記の誤差が近似直線の傾きに与える影響は、2点間の距離が小さい場合よりも小さくなる。そのため、2点間の距離を一定以上にすることによって、I-Vプロット法による近似直線の傾きから推定される組電池10の内部抵抗の推定精度を確保することができる。
FIG. 3-2 is a diagram schematically showing the estimation of the internal resistance when the amount of change in current (di) is large. For example, as shown in the lower figure of FIG. 3-2, when the current change amount di between the current i1 and the current i11 is large, the distance between the two points becomes large, so that the above error is the slope of the approximate straight line. The effect on is smaller than when the distance between two points is small. Therefore, by setting the distance between the two points to a certain value or more, it is possible to secure the estimation accuracy of the internal resistance of the assembled
図2に戻り、第2条件は、時刻t11において取得された電池情報が、組電池10に入出力される電流が安定した状態で取得された値であることを保証するために設定される条件である。電池は、電池の充放電履歴の影響を受けることが知られている(ヒステリシス)。電池の充放電を行なうと電池では分極が生じるが、分極が生成される速度と解消される速度とが異なることによってヒステリシスが生じる。ヒステリシスが生じると、ある時間に取得した電流に対応した電圧を正確に取得できない可能性がある。そのため、組電池10の内部抵抗を精度よく推定するためには、ヒステリシスの影響が緩和されている状態で取得された電池情報を用いることが望ましい。
Returning to FIG. 2, the second condition is a condition set to guarantee that the battery information acquired at time t11 is a value acquired in a stable state of the current input / output to / from the assembled
そこで、ECU100は、第2条件を満たすか否かを判定することによって、ヒステリシスの影響が緩和されているかを判定する。第2条件は、第1電流i1から第1変化量di1以上の電流変化があった後の電池電流の変動幅di2が第2所定量TH2以下となっていることである。本実施の形態においては、第2電流i2から第11電流i11までの電池電流の変動幅が変動幅di2に相当する。時刻t2から時刻t11における電池電流の変動幅di2が第2所定量TH2以下に収まっていれば、電流の変動幅が小さい状態であるので、ヒステリシスの影響が内部抵抗の推定精度に与える影響は少ない(緩和されている)といえる。つまり、第2条件が満たされることによって、組電池10の内部抵抗の推定に用いられる時刻t11(終了時刻)に取得された電池情報が、組電池10が安定した状態で取得された情報であることが保証される。第2所定量TH2は、第1所定量TH1よりも小さい値に設定される。第2所定量TH2は、たとえば、数アンペア程度に設定される。
Therefore, the
なお、本実施の形態においては、第1条件および第2条件が満たされることによって、第1電流i1と第11電流i11との電流変化量diが一定以上となることを保証している。 In the present embodiment, it is guaranteed that the current change amount di between the first current i1 and the eleventh current i11 becomes a certain value or more by satisfying the first condition and the second condition.
(内部抵抗の学習) (Learning of internal resistance)
以上のようにして、内部抵抗の推定精度が向上されている。しかしながら、一度の推定処理で推定された内部抵抗は、たとえば、各センサの信号線がノイズの影響などを受けることによって推定誤差を生じる可能性がある。そこで、一度の推定処理で推定された内部抵抗を、現時点における内部抵抗として用いるのではなく、推定された内部抵抗を用いて学習することによって現在の内部抵抗を算出することが考えられる。これによって、内部抵抗の算出精度を向上させることができる。学習には、たとえば、学習係数τを用いた以下に示す式(1)が用いられる。 As described above, the estimation accuracy of the internal resistance is improved. However, the internal resistance estimated by one estimation process may cause an estimation error due to, for example, the signal line of each sensor being affected by noise. Therefore, it is conceivable to calculate the current internal resistance by learning using the estimated internal resistance instead of using the internal resistance estimated by one estimation process as the current internal resistance. This makes it possible to improve the accuracy of calculating the internal resistance. For learning, for example, the following equation (1) using the learning coefficient τ is used.
今回学習値=前回学習値×((τ-1)/τ)+今回推定値×(1/τ)…(1) This time learning value = last learning value × ((τ-1) / τ) + this time estimated value × (1 / τ)… (1)
ECU100は、前回までに学習された学習値(前回学習値)をメモリ100bから読み出す。ECU100は、推定された内部抵抗(今回推定値)を定められた一定の比率(1/τ)を掛け合わせて前回学習値に加算する。ECU100は、式(1)により算出した今回学習値を現時点における内部抵抗として用いる。そして、ECU100は、算出した今回学習値をメモリ100bに記憶する。学習係数τは、推定した内部抵抗を今回学習値に反映させる比率を表わすための係数であり、学習制御が適用されるシステムに対して適切な値に設定される。学習係数τが小さいほど、推定した内部抵抗を今回学習値に反映させる比率が高くなる。なお、以下においては、今回推定値に乗算される「1/τ」を「ゲイン」ともいう。
The
このように、一度の推定処理で推定された内部抵抗を、その時点における電池の内部抵抗とするのではなく、推定された内部抵抗を学習することで内部抵抗を算出する。これによって、内部抵抗の推定誤差が生じた場合であっても、電池制御に用いられる内部抵抗の値が大きく変動することがなく、いわゆる、ロバスト性が向上される。 In this way, the internal resistance estimated by one estimation process is not used as the internal resistance of the battery at that time, but the internal resistance is calculated by learning the estimated internal resistance. As a result, even if an error in estimating the internal resistance occurs, the value of the internal resistance used for battery control does not fluctuate significantly, and so-called robustness is improved.
ここで、学習制御においては、ロバスト性の向上と応答性の向上とが背反の関係にあることは周知の事実である。ロバスト性は、式(1)におけるゲイン(1/τ)を小さくすること、すなわち、学習係数τを大きくすることで向上される。一方、応答性は、ゲイン(1/τ)を大きくすること、すなわち、学習係数τを小さくすることで向上される。学習制御においては、ロバスト性の向上と応答性の向上とのバランスを適切に調整することが望まれる。 Here, in learning control, it is a well-known fact that the improvement of robustness and the improvement of responsiveness have a contradictory relationship. Robustness is improved by reducing the gain (1 / τ) in the equation (1), that is, increasing the learning coefficient τ. On the other hand, the responsiveness is improved by increasing the gain (1 / τ), that is, decreasing the learning coefficient τ. In learning control, it is desirable to appropriately adjust the balance between the improvement of robustness and the improvement of responsiveness.
具体的には、ロバスト性が向上されると、推定された内部抵抗が学習値に反映される比率が小さくなるため、たとえば、内部抵抗の推定誤差が生じた場合であっても学習値に与える影響を小さくできる。応答性が向上されると、推定された内部抵抗が学習値に反映される比率が大きくなるため、たとえば、内部抵抗の変化があった場合に、学習値が早期に変化後の内部抵抗(真値)に収束する。学習制御においては、応答性を向上させつつも、ロバスト性を低下させないようにすることが望まれている。 Specifically, when the robustness is improved, the ratio of the estimated internal resistance reflected in the learning value becomes small. Therefore, for example, even if an internal resistance estimation error occurs, it is given to the learning value. The impact can be reduced. When the responsiveness is improved, the ratio of the estimated internal resistance reflected in the learning value increases. Therefore, for example, when there is a change in the internal resistance, the internal resistance after the learning value changes early (true). Value) converges. In learning control, it is desired not to reduce robustness while improving responsiveness.
(学習係数の補正について) (About correction of learning coefficient)
そこで、本実施の形態に係るECU100は、推定された内部抵抗の推定精度によって、学習係数を異ならせる。具体的には、推定された内部抵抗の電流変化量diの大きさが大きいほど、学習係数τが小さくなるように学習係数を補正する。これによって、推定精度の高い内部抵抗ほど、学習値に大きく反映される。なお、以下においては、補正後の学習係数τaを「補正学習係数τa」ともいう。なお、電流変化量diの大きさが大きいほど、内部抵抗の推定精度が向上することは図3において説明したとおりである。
Therefore, the
図4は、電流変化量diと推定された内部抵抗との関係の実験結果を示す図である。図4においては、横軸に電流変化量di、縦軸に内部抵抗が示されている。図4においては、ある電池に対して、電流変化量diを様々に変化させたときに推定された内部抵抗がプロットされている。より具体的には、電流変化量diを様々に変化さたときの内部抵抗をI-Vプロット法によりそれぞれ推定し、当該推定された内部抵抗がプロットされている。 FIG. 4 is a diagram showing the experimental results of the relationship between the current change amount di and the estimated internal resistance. In FIG. 4, the horizontal axis shows the current change amount di, and the vertical axis shows the internal resistance. In FIG. 4, the internal resistance estimated when the current change amount di is variously changed is plotted for a certain battery. More specifically, the internal resistance when the current change amount di is variously changed is estimated by the IV plot method, and the estimated internal resistance is plotted.
図4に示されるように、電流変化量diの大きさ(絶対値)が大きくなるほど、推定される内部抵抗のばらつきが小さくなっており、内部抵抗の推定精度が向上していることがわかる。具体的には、電流変化量diの大きさが大きくなるほど、推定される内部抵抗が抵抗Rt付近の値を示すようになっている。 As shown in FIG. 4, it can be seen that the larger the magnitude (absolute value) of the current change amount di, the smaller the variation in the estimated internal resistance, and the better the estimation accuracy of the internal resistance. Specifically, as the magnitude of the current change amount di becomes larger, the estimated internal resistance shows a value near the resistance Rt.
本実施の形態に係るECU100は、内部抵抗の推定精度(電流変化量diの大きさ)に応じて、ゲイン(1/τ)をデフォルトの値から、1倍から2倍の範囲において補正する。すなわち、ECU100は、内部抵抗の推定精度(電流変化量diの大きさ)に応じて、学習係数τをデフォルトの値から、1/2倍から1倍の範囲において補正する(τ/2≦τa≦τ)。なお、補正する程度は、上記に限られるものではなく、本開示が適用されるシステムに応じて適宜設定することが可能である。
The
図5は、電流変化量diの大きさと補正学習係数τaとの関係を示す図である。図5には、横軸に電流変化量diの大きさ|di|、縦軸に補正学習係数τaが表わされている。電流変化量diの大きさ|di|は、予め定めされている電流変化量diの大きさの最小値Adiminおよび最大値Adimaxの範囲で変化する。最小値Adiminおよび最大値Adimaxについての詳細は、後述する。補正学習係数τaは、電流変化量diの大きさ|di|に応じて、τ/2からτの範囲で変化する。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the current change amount di and the correction learning coefficient τa. In FIG. 5, the horizontal axis represents the magnitude of the current change amount di | di |, and the vertical axis represents the correction learning coefficient τa. The magnitude | di | of the current change amount di changes within the range of the minimum value Adimin and the maximum value Adimax of the predetermined current change amount di magnitude. Details of the minimum value Adimin and the maximum value Adimax will be described later. The correction learning coefficient τa changes in the range of τ / 2 to τ according to the magnitude | di | of the current change amount di.
図5に示されるように、本実施の形態に係る補正学習係数τaは、電流変化量diの大きさ|di|に比例して線形に変化するように設定される。電流変化量diの大きさ|di|が大きくなるにつれて、補正学習係数τaが小さくなり、推定した内部抵抗が学習に反映される比率が大きくなる。 As shown in FIG. 5, the correction learning coefficient τa according to the present embodiment is set so as to change linearly in proportion to the magnitude | di | of the current change amount di. As the magnitude | di | of the current change amount di increases, the correction learning coefficient τa decreases, and the ratio of the estimated internal resistance reflected in the learning increases.
図6は、図4における電流変化量diが正の部分を拡大した図である。図6に示されるAdiminおよびAdimaxは、予め定めされている電流変化量diの大きさ(絶対値)の最小値および最大値をそれぞれ示している。Adiminは、第1条件における第1所定量TH1の大きさと同値とすることができる。これによって、内部抵抗の推定に用いられる電流変化量diが一定以上となり、内部抵抗の推定精度が確保される。Adimaxは、電池の特性および使用環境などによって適切に設定される。Adimaxが設定されることによって、電流変化量diが想定される基準を超えて急激に大きくなっているような、たとえば、電流センサの明らかな誤検出が発生しているような場合の値が内部抵抗の推定から除外される。電流変化量diと、電流変化量の最小値Adiminおよび最大値Adimaxとの関係は、以下の式(2)で表わされる。 FIG. 6 is an enlarged view of a portion where the current change amount di in FIG. 4 is positive. Adimin and Adimax shown in FIG. 6 indicate the minimum value and the maximum value of the predetermined magnitude (absolute value) of the current change amount di, respectively. Adimin can be the same as the magnitude of the first predetermined amount TH1 under the first condition. As a result, the current change amount di used for estimating the internal resistance becomes equal to or higher than a certain level, and the estimation accuracy of the internal resistance is ensured. Adimax is appropriately set according to the characteristics of the battery, the usage environment, and the like. By setting Adimax, the value when the current change amount di suddenly increases beyond the expected standard, for example, when a clear false detection of the current sensor occurs is internal. Excluded from resistance estimation. The relationship between the current change amount di and the minimum value Adimin and the maximum value Adimax of the current change amount is expressed by the following equation (2).
Adimin≦|di|≦Adimax…(2) Adimin ≤ | di | ≤ Adimax ... (2)
式(2)を変形することによって、式(3)を得ることができる。 Equation (3) can be obtained by modifying equation (2).
0≦(|di|-Adimin)/(Adimax-Adimin)≦1…(3) 0 ≤ (| di | -Adimin) / (Adimax-Adimin) ≤ 1 ... (3)
そして、式(3)の各辺に変数kを加算することによって、式(4)を得ることができる。 Then, the equation (4) can be obtained by adding the variable k to each side of the equation (3).
k≦((|di|-Adimin)/(Adimax-Adimin))+k≦k+1…(4) k≤((| di | -Adimin) / (Adimax-Adimin)) + k≤k + 1 ... (4)
そして、式(4)を用いて、学習係数τと補正学習係数τaとの関係を示す式(5)が表わされる。 Then, using the equation (4), the equation (5) showing the relationship between the learning coefficient τ and the correction learning coefficient τa is expressed.
τa=τ/((|di|-Adimin)/(Adimax-Adimin)+k)…(5) τa = τ / ((| di | -Adimin) / (Adimax-Adimin) + k) ... (5)
なお、本実施の形態に係る補正学習係数τaは、τ/2≦τa≦τの範囲を取るため変数kは1に設定される(k=1)。k=1として式(5)を変形すると、式(6)として表わされる。 Since the correction learning coefficient τa according to the present embodiment takes the range of τ / 2 ≦ τa ≦ τ, the variable k is set to 1 (k = 1). When the equation (5) is modified with k = 1, it is expressed as the equation (6).
τa=τ/((|di|-Adimin)/(Adimax-Adimin)+1)…(6) τa = τ / ((| di | -Adimin) / (Adimax-Adimin) +1) ... (6)
式(6)は、電流変化量diによって、その値が定まる。補正学習係数τaは、電流変化量diに比例して定まり、τ/2≦τa≦τの範囲を線形に変化する。具体的には、電流変化量diの大きさが最大値Adimaxである場合(|di|=Adimax)、分母の値が2となるので、τa=τ/2となる。電流変化量diの大きさが最小値Adiminである場合(|di|=Adimin)、分母の値が1となるので、τa=τとなる。 The value of the equation (6) is determined by the current change amount di. The correction learning coefficient τa is determined in proportion to the current change amount di, and changes linearly in the range of τ / 2 ≦ τa ≦ τ. Specifically, when the magnitude of the current change amount di is the maximum value Adimax (| di | = Adimax), the value of the denominator is 2, so τa = τ / 2. When the magnitude of the current change amount di is the minimum value Adimin (| di | = Adimin), the value of the denominator is 1, so τa = τ.
このようにして算出される補正学習係数τaを用いた式(7)により、推定された内部抵抗を用いて学習されることによって内部抵抗が算出される。 The internal resistance is calculated by learning using the estimated internal resistance by the equation (7) using the correction learning coefficient τa calculated in this way.
今回学習値=前回学習値×((τa-1)/τa)+今回推定値×(1/τa)…(7) This time learning value = last learning value × ((τa-1) / τa) + this time estimated value × (1 / τa)… (7)
以上を概略的にまとめると、図7として示すことができる。図7は、学習係数τの補正について概略的に示した図である。図7の横軸には、電流変化量diの大きさ|di|が示され、縦軸には、補正学習係数τaの逆数であるτb(τb=1/τa)、つまりゲインが示されている。補正学習係数τaの逆数τbを用いて、式(7)を変形すると、式(8)で表わすことができる。 The above can be summarized as FIG. 7. FIG. 7 is a diagram schematically showing the correction of the learning coefficient τ. The horizontal axis of FIG. 7 shows the magnitude of the current change amount di | di |, and the vertical axis shows τb (τb = 1 / τa), which is the reciprocal of the correction learning coefficient τa, that is, the gain. There is. By transforming equation (7) using the reciprocal τb of the correction learning coefficient τa, it can be expressed by equation (8).
今回学習値=前回学習値×(1-τb)+今回推定値×τb…(8) This time learning value = last learning value × (1-τb) + this time estimated value × τb ... (8)
まず、電流変化量diの大きさ|di|が最小値Adimin未満である場合、本実施の形態においては、実質的に学習係数の補正が行なわれない(τa=τ)。すなわち、学習係数τが用いられることとなる。実際的には、第1条件を満たさないこととなるため、内部抵抗の推定自体が行なわれない。 First, when the magnitude | di | of the current change amount di is less than the minimum value Adimin, the learning coefficient is not substantially corrected in the present embodiment (τa = τ). That is, the learning coefficient τ will be used. In reality, the first condition is not satisfied, so the internal resistance is not estimated.
電流変化量diの大きさ|di|が最小値Adimin以上であり、かつ、最大値Adimax以下である場合には、電流変化量diの大きさに応じて補正学習係数τaの逆数τbが決定される。つまり、この場合には、電流変化量diの大きさ|di|に比例して、推定された内部抵抗が学習に反映される比率が大きくなる。 When the magnitude | di | of the current change amount di is not less than the minimum value Adimin and not more than the maximum value Adimax, the reciprocal τb of the correction learning coefficient τa is determined according to the magnitude of the current change amount di. To. That is, in this case, the ratio of the estimated internal resistance reflected in the learning increases in proportion to the magnitude | di | of the current change amount di.
図8は、学習係数τと補正学習係数τaとが適用された場合の学習値の収束速度を比較した図である。図8の横軸には、学習回数が示され、縦軸には、内部抵抗が示されている。点線L1が学習係数τが適用された場合の学習値を示し、実線L2が補正学習係数τaが適用された場合の学習値を示している。 FIG. 8 is a diagram comparing the convergence speeds of the learning values when the learning coefficient τ and the correction learning coefficient τa are applied. The horizontal axis of FIG. 8 shows the number of learnings, and the vertical axis shows the internal resistance. The dotted line L1 shows the learning value when the learning coefficient τ is applied, and the solid line L2 shows the learning value when the correction learning coefficient τa is applied.
点線L1および実線L2の双方とも、学習回数の増加とともに学習値が抵抗Rt(真値)に収束している。具体的には、学習回数がN3の時点においては、点線L1および実線L2の双方とも学習値が抵抗Rtに収束している。一方、学習回数がN1,N2、あるいはN1以下においては、いずれにおいても実線L2の方が、抵抗Rtに近い値を示している。このように、補正学習係数τaが適用された時の方が、学習係数τが適用された時よりも早期に学習値を抵抗Rtに収束させることができる。また、学習値が抵抗Rtに収束した後においても、推定精度が高い内部抵抗が学習値に反映される比率が大きくなるため、内部抵抗が変化した場合における学習値の応答性を向上させることができる。以上のように、学習係数τを補正することによって、学習制御において、応答性を向上させつつも、ロバスト性を低下させないようにすることができる。これによって、推定された内部抵抗を用いて学習することによって内部抵抗を算出する場合において、内部抵抗の算出精度を向上させることができる。 In both the dotted line L1 and the solid line L2, the learning value converges to the resistance Rt (true value) as the number of learning times increases. Specifically, when the number of learnings is N3, the learning values of both the dotted line L1 and the solid line L2 converge to the resistance Rt. On the other hand, when the number of learnings is N1, N2, or N1 or less, the solid line L2 shows a value closer to the resistance Rt in any case. In this way, when the correction learning coefficient τa is applied, the learning value can be converged to the resistance Rt earlier than when the learning coefficient τ is applied. Further, even after the learning value converges to the resistance Rt, the ratio of the internal resistance having high estimation accuracy reflected in the learning value increases, so that the responsiveness of the learning value when the internal resistance changes can be improved. can. As described above, by correcting the learning coefficient τ, it is possible to improve the responsiveness in the learning control but not to reduce the robustness. Thereby, when the internal resistance is calculated by learning using the estimated internal resistance, the calculation accuracy of the internal resistance can be improved.
(内部抵抗の算出の手順) (Procedure for calculating internal resistance)
図9は、電池システム5における組電池10の内部抵抗の算出処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される各ステップは、車両1が作動中である場合においてECU100により繰り返し実行される。図9に示すフローチャートの各ステップは、ECU100によるソフトウェア処理によって実現される場合について説明するが、その一部あるいは全部がECU100内に作製されたハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for calculating the internal resistance of the assembled
ECU100は、インデックスである変数nに1を代入して初期化する(ステップ100、以下ステップを「S」と略す)。nは自然数であり、たとえば、所定期間において、時刻t1~t11のそれぞれにおいて電池情報が取得される場合には、1~11の値をとる。ECU100は、変数nに代入されている値を判定する(S105)。
The
ECU100は、変数nが1である場合(S105においてn=1)、所定期間の開始時刻t1における電池電流および電池電圧を監視ユニット200から第1電流i1および第1電圧v1としてそれぞれ取得し、メモリ100bに記憶する(S110)。
When the variable n is 1 (n = 1 in S105), the
ECU100は、変数nがNであるか否かを判定する(S130)。なお、図2で示した本実施の形態の例においては、Nの値は11である。ECU100は、変数nの値が1であるため(n≠N)、S130においてNOを選択し、処理をS135に進める。S135において、ECU100は、変数nを2として、処理をS105に戻す。
The
ECU100は、nが2である場合(S105においてn=2)、時刻t2における電池電流および電池電圧を監視ユニット200から第2電流i2および第2電圧v2としてそれぞれ取得し、メモリ100bに記憶する(S115)。
When n is 2 (n = 2 in S105), the
ECU100は、S120において第1条件を満たすか否かを判定する。具体的には、ECU100は、第1電流i1と第2電流i2との差分の大きさである第1変化量di1が第1所定量TH1以上となっているか否かを判定する。ECU100は、第1変化量di1が第1所定量TH1より小さい(di1<TH1)場合(S120においてNO)、I-Vプロット法による組電池10の内部抵抗の推定において一定以上の精度を確保できる程度に電流が変化していないと判定し、組電池10の内部抵抗の推定を行なわずに、処理を終了させる。
The
一方、ECU100は、第1変化量di1が第1所定量TH1以上(di1≧TH1)である場合(S120においてYES)、処理をS130に進める。そして、ECU100は、変数nの値が2であるので(n≠N)、処理をS135に進めて変数nを3として、処理をS105に戻す。
On the other hand, when the first change amount di1 is the first predetermined amount TH1 or more (di1 ≧ TH1) (YES in S120), the
ECU100は、変数nが3以上である場合(S105においてn≧3)、時刻tnにおける電池電流および電池電圧を監視ユニット200から第n電流inおよび第n電圧vnとしてそれぞれ取得し、メモリ100bに記憶する(S125)。ECU100は、この処理を変数nがNとなるまで繰り返し実行する。
When the variable n is 3 or more (n ≧ 3 in S105), the
ECU100は、S130において変数nがNに達すると(S130においてYES)、第2条件を満たすか否かを判定する(S140)。具体的には、ECU100は、第2電流i2から第11電流i11までの電池電流の変動幅di2が第2所定量TH2以下(di2≦TH2)であるか否かを判定する。
When the variable n reaches N in S130 (YES in S130), the
ECU100は、変動幅di2が第2所定量TH2より大きい(di2>TH2)場合(S140においてNO)、時刻t11において取得された電池情報(第11電流i11,第11電圧v11)が、組電池10に入出力される電流が安定した状態で取得されたものではないと判定し、組電池10の内部抵抗の推定を行なわずに、処理を終了させる。
In the
一方、ECU100は、変動幅di2が第2所定量TH2以下(di2≦TH2)である場合(S140においてYES)、所定期間における電流変化量の大きさ|di|を算出するとともに(|di|=|i1-i11|)、組電池10の内部抵抗を推定する(S145)。なお、ECU100は、時刻t1において取得された電池情報(第1電流i1,第1電圧v1)および時刻t11において取得された電池情報(第11電流i11,第11電圧v11)を用いて、時刻t1から時刻t11までの電流変化量および電圧変化量から組電池10の内部抵抗を推定する。
On the other hand, when the fluctuation width di2 is the second predetermined amount TH2 or less (di2≤TH2) (YES in S140), the
ECU100は、電流変化量の大きさ|di|が最小値Adimin以上であり、かつ、最大値Adimax以下であるか否かを判定する(S147)。ECU100は、電流変化量の大きさ|di|が最小値Adminより小さい、または、最大値Adimaxより大きい場合には(S147においてNO)、学習係数τを補正することなく、処理をS155へ進める。なお、ECU100は、電流変化量の大きさ|di|が最小値Adminより小さい、または、最大値Adimaxより大きい場合には、推定した内部抵抗を学習に反映させることなく、処理を終了するようにしてもよい。
The
ECU100は、電流変化量の大きさ|di|が最小値Adimin以上であり、かつ、最大値Adimax以下である場合には(S147においてYES)、電流変化量の大きさ|di|に応じた補正学習係数τaを算出する(S150)。具体的には、ECU100は、S145で算出した電流変化量の大きさ|di|と式(6)を用いることによって、補正学習係数τaを算出する。
When the magnitude | di | of the current change amount is equal to or greater than the minimum value Adimin and is equal to or less than the maximum value Adimax (YES in S147), the
ECU100は、S150で算出した補正学習係数τaおよびS145で推定した内部抵抗を用いて学習することによって内部抵抗を算出する(S155)。具体的には、ECU100は、S145で推定した内部抵抗および式(7)を用いることによって、今回学習値を算出し、算出した今回学習値を現在の内部抵抗とする。
The
そして、ECU100は、S155で算出した今回学習値をECU100のメモリ100bに記憶す(S160)。メモリ100bに記憶された今回学習値は、当該フローチャートが次回実施される際に前回学習値として用いられる。
Then, the
以上のように、本実施の形態に係る電池システム5は、所定期間における電流変化量diおよび電圧変化量から推定された内部抵抗を用いて学習することによって内部抵抗を算出する。そして、電流変化量diが大きい状態で推定された内部抵抗は、電流変化量diが小さい状態で推定された内部抵抗よりも、大きな比率で学習値に反映される。これによって、推定精度が高い(電流変化量diが大きい)内部抵抗ほど、学習値に反映される比率が大きくなる。ゆえに、学習値を早期に真値に収束させることができる。また、学習値が真値に収束した後においても、推定精度が高い内部抵抗が学習値に反映される比率が大きくなるため、内部抵抗が変化した場合における学習値の応答性を向上させることができる。学習係数τを補正することによって、学習制御において、応答性を向上させつつも、ロバスト性を低下させないようにすることができる。これによって、推定された内部抵抗を用いて学習することによって内部抵抗を算出する場合において、内部抵抗の算出精度を向上させることができる。
As described above, the
<変形例> <Modification example>
実施の形態においては、式(6)を用いることによって、補正学習係数τaを算出した。しかしながら、補正学習係数τaの算出方法は、式(6)を用いることに限られるものではない。たとえば、電流変化量の大きさ|di|に応じて、補正学習係数τaを算出するための補正係数Yを予め定めておいてもよい。具体的には、以下の式(9)によって、補正学習係数τaが算出される。 In the embodiment, the correction learning coefficient τa was calculated by using the equation (6). However, the method for calculating the correction learning coefficient τa is not limited to using the equation (6). For example, the correction coefficient Y for calculating the correction learning coefficient τa may be predetermined according to the magnitude | di | of the amount of change in the current. Specifically, the correction learning coefficient τa is calculated by the following equation (9).
τa=Y×τ…(9) τa = Y × τ… (9)
補正係数Yは、電流変化量の大きさ|di|と補正係数Yとの関係を定めた補正係数マップを用いて算出される。補正係数マップは予め実験などによって求められてECU100のメモリ100bに記憶される。
The correction coefficient Y is calculated using a correction coefficient map that defines the relationship between the magnitude | di | of the amount of change in current and the correction coefficient Y. The correction coefficient map is obtained in advance by an experiment or the like and stored in the
式(6)に代えて補正係数マップを用いても、実施の形態と同様の効果を奏することができる。 Even if a correction coefficient map is used instead of the equation (6), the same effect as that of the embodiment can be obtained.
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is set forth by the claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 車両、5 電池システム、10 組電池、20 システムメインリレー、50 モータジェネレータ、60 駆動輪、100 ECU、100a CPU、100b メモリ、100c タイマ回路、200 監視ユニット、210 電圧センサ、220 電流センサ、230 温度センサ、VB 電池電圧、di1 第1変化量、di2 変動幅、IB 電池電流、TB 電池温度。 1 vehicle, 5 battery system, 10 sets of batteries, 20 system main relay, 50 motor generator, 60 drive wheels, 100 ECU, 100a CPU, 100b memory, 100c timer circuit, 200 monitoring unit, 210 voltage sensor, 220 current sensor, 230 Temperature sensor, VB battery voltage, di1 first change amount, di2 fluctuation range, IB battery current, TB battery temperature.
Claims (1)
所定期間における前記ニッケル水素電池の電流変化量および電圧変化量を用いて前記ニッケル水素電池の内部抵抗を推定し、前記推定した内部抵抗を用いて学習することによって前記ニッケル水素電池の内部抵抗を算出する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電流変化量が大きい場合には、前記電流変化量が小さい場合よりも前記推定した内部抵抗を学習に反映させる比率を大きくする、電池システム。 Nickel-metal hydride batteries and
The internal resistance of the nickel-metal hydride battery is estimated using the current change amount and the voltage change amount of the nickel-metal hydride battery in a predetermined period, and the internal resistance of the nickel-metal hydride battery is calculated by learning using the estimated internal resistance. Equipped with a control device to
The control device is a battery system in which when the amount of change in current is large, the ratio of reflecting the estimated internal resistance in learning is larger than in the case where the amount of change in current is small.
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