JPH11346444A - 電池充電状態の推定方法 - Google Patents
電池充電状態の推定方法Info
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- JPH11346444A JPH11346444A JP10153312A JP15331298A JPH11346444A JP H11346444 A JPH11346444 A JP H11346444A JP 10153312 A JP10153312 A JP 10153312A JP 15331298 A JP15331298 A JP 15331298A JP H11346444 A JPH11346444 A JP H11346444A
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Abstract
ても正確にSOCを推定することができる電池充電状態
の推定方法を提供する。 【解決手段】 疑似SOC推定手段14、起電力推定手
段16、電圧変動推定手段18、動的電圧変動推定手段
20、加算器22によって構成される電池モデルで、電
池の推定電圧Vestを推定する場合に使用される初期
値を、電池の充放電履歴や自己放電履歴の動作履歴を考
慮して初期SOC推定モデル30で推定する。
Description
方法、特に推定誤差を小さくするために電池モデルを使
用した電池充電状態の推定方法の改良に関する。
推定する方法として、電池の初期のSOCに対して、充
放電電流値の積分値を加えていく方法が知られている。
しかし、この方法では、充放電電流値の積分誤差が蓄積
されるとともに、電池の未使用状態での自己放電による
SOCの初期値の変化等もあり、電池のSOCを正確に
推定することが困難であった。
充放電電流値の積分により得られたSOCの推定結果を
補正して推定精度を向上させる方法も行われていた。例
えば、特開平9−96665号公報にも、このような推
定方法の改良技術が開示されている。
ように、電池電圧からSOCを推定し、これにより充放
電電流値の積算誤差を補正する方法によっても、必ずし
も高い推定精度を得ることは困難であった。これは、電
池電圧からSOCを推定すること自体が困難であるため
である。
ける電池電流と電池電圧の変化の関係が示される。図8
に示されるように、電池の電流−電圧の関係は線形では
なく、大きなヒステリシスを有している。従って、この
電流−電圧の関係からSOCを推定した場合には、電池
電流と電池電圧とがどのように変化した時点でSOCを
判定したかにより大きな誤差が生じることになる。図8
に示された例では、実際のSOCが68%であるにもか
かわらず、充電電流が増加していく段階ではSOCが8
0%と判定され、放電電流が増加していく段階ではSO
Cが20%と判定されている。
充放電電流の状態を反映して電池電圧が大きく変化する
ので、電池電圧からSOCを推定すると大きな誤差が生
じることになる。従って、従来の方法では正確にSOC
を推定することができなかった。特に、充放電が短い周
期で切り替わり、繰り返されるハイブリッド車において
は、SOCの推定値の誤差が大きくなるという問題があ
った。
値としては、通常前回使用終了時のSOCを使用する
が、SOCは前回使用時の充放電履歴や前回使用終了時
から今回使用開始時までの自己放電により変動する。従
って、正確なSOCの推定には、これらのことも考慮し
てSOCの初期値を決定する必要がある。
ものであり、その目的は、充放電が短い周期で切り替わ
り、繰り返されても正確にSOCを推定することができ
る電池充電状態の推定方法を提供することにある。
に、本発明は、電池充電状態の推定方法であって、電池
の開放電圧を求め、電池の動作履歴から開放電圧の修正
量を算出し、開放電圧を修正量により修正して修正電圧
を求め、修正電圧から電池の充電状態(SOC)を推定
することを特徴とする。
て、動作履歴は、使用時の電池の充放電履歴及び前回使
用終了時から今回使用開始時までの自己放電履歴である
ことを特徴とする。
て、開放電圧の修正量は、充放電履歴から状態方程式に
基づき求めた値と自己放電履歴から求めた自己放電量と
の和であることを特徴とする。
上記推定されたSOCを初期値とし、SOCの初期値と
充放電電流値の積算とからSOCの一応の値として疑似
SOCを求めるとともに、この疑似SOCと電池の状態
の変動とを考慮して電池電圧を推定する電池モデルによ
り電池電圧を推定し、実際の電池電圧を測定し、推定さ
れた電池電圧と実際に測定された電池電圧とが等しくな
るように疑似SOCを修正して実際のSOCを推定する
ことを特徴とする。
実施形態という)を、図面に従って説明する。
充電状態の推定方法の実施形態1を実施するための構成
のブロック図が示される。図1において、電池の充放電
電流は電流検出手段10により検出される。また、その
ときの電池電圧は電圧検出手段12により検出される。
電流値は、疑似SOC推定手段14で積分され、あらか
じめ初期SOC推定モデル30で求められていた電池の
SOCの初期値に加算されてSOCの一応の値である疑
似SOCが推定される。このようにして求めた疑似SO
Cに基づき、起電力推定手段16により、その疑似SO
Cに対応する電池電圧を推定する。この起電力推定手段
16によって推定される電池電圧は、電池の開放電圧の
推定値Vocである。このような開放電圧Vocは、例
えば、あらかじめSOCと開放電圧とのマップを電池毎
に求めておき、疑似SOC推定手段14から与えられる
疑似SOCに対応する開放電圧Vocとして推定するこ
とができる。
た電池の充放電電流値から、電池の内部抵抗による電圧
変動が電圧変動推定手段18により推定される。この電
圧変動推定手段18では、下に示す式により内部抵抗に
よる電池電圧の変動を推定する。
内部抵抗による電圧変動である。なお、電池の内部抵抗
rは、あらかじめ電池毎に決定しておく。また、電流値
Ibは、電流検出手段10によって検出された充放電電
流値である。
り、電池の充放電電流の変化に基づいた電池電圧の変動
が推定される。動的電圧変動推定手段20では、下に示
す式により電池の動的な電圧変動分Vdynを推定す
る。
づいて、電池の過渡的な電圧の変動Vdynを推定す
る。この場合、係数マトリックスA,B,Cは各電池毎
にその特性の測定からあらかじめ決定しておく。
変動推定手段18、動的電圧変動推定手段20の出力値
を加算器22で加算し、電池電圧の推定値である推定電
圧Vestを求める。すなわち、
4、起電力推定手段16、電圧変動推定手段18、動的
電圧変動推定手段20、加算器22により、実際の電池
をモデル化した電池モデルが構成される。
の推定電圧Vestは、比較器24で、電圧検出手段1
2によって検出された実際の電池の測定電圧Vmesと
比較され、その差がSOC修正量算出手段26に入力さ
れる。SOC修正量算出手段26では、測定電圧Vme
sと推定電圧Vestとが等しくなるように電池のSO
Cの修正量を算出する。この修正量を使用して、下に示
す式により電池のSOCの推定値が算出される。
定手段14の出力値である。また、SOC修正量算出手
段26では、上式の第2項及び第3項すなわち比較器2
4によって求められた推定電圧Vestと測定電圧Vm
esとの差(Vmes−Vest)に比例する成分と、
この差の積分値に比例する成分とを算出する。ここで、
係数Kp,Kiはそれぞれあらかじめ電池特性から決定
しておく。SOC修正量算出手段26によって算出され
た上記各成分は、上式に示されるように、加算器28に
より疑似SOC推定手段14の出力値SOCpに加算さ
れる。これにより電池のSOCの推定値を得ることがで
きる。
デルを使用し、疑似SOCから電池の起電力を推定する
とともに、電池電圧の内部抵抗による変動分と、充放電
電流の変化による動的な電圧変動分とを推定し、これら
の合計として電池の電圧を推定する。すなわち、電池モ
デルにより、疑似SOCとともに電池の状態の変動を考
慮して電池電圧Vestを推定する。次に、この推定電
圧Vestが実際に測定された電池の電圧Vmesと等
しくなるように疑似SOCを修正して電池のSOCを推
定している。したがって、単に充放電電流の積算のみな
らず、内部抵抗や電池の状態の変動を考慮したSOCの
修正が行われるので、電池のSOCの推定精度を著しく
向上することができる。
したように初期SOC推定モデル30でSOCの初期値
を求め、これを疑似SOC推定手段14に供給してい
る。SOCの推定精度を上げるためには、このSOCの
初期値を正確な値とする必要がある。
検出手段12により使用開始前の電池の開放電圧を測定
し、予め求めておいた開放電圧とSOCとの関係のマッ
プによりSOCの初期値を決定する方法がある。この場
合、電池は使用開始前であるので、充放電電流の変化に
基づいた電池電圧の動的な変動の影響を受けずSOCの
初期値を求めることができる。
同じSOCの場合でも前回使用時の充放電履歴及び電池
の前回使用終了時から今回使用開始時までの自己放電履
歴により変化する。従って、本実施形態では、初期SO
Cの推定値の精度を向上させるため、電池の前回使用時
における充放電履歴及び電池の前回使用終了時から今回
使用開始時までの自己放電履歴を電池の動作履歴として
考慮して初期SOCを推定している。
モデル30の構成のブロック図が示される。図2に示さ
れるように、電流検出手段10によって検出される電池
の充放電電流Ibから、予め電池の充放電履歴を計算し
ておき、次回使用時の充放電履歴として使用する。ま
た、上述したような自己放電に基づく自己放電履歴も計
算して、充放電履歴と加算することにより今回使用時の
電池の動作履歴を算出する。次に、この動作履歴に基づ
いて電池の使用開始時の履歴電圧すなわち動作履歴によ
る電池の開放電圧の修正値を求める。電池の開放電圧
は、電池の使用開始時において、ハイブリッド車のイグ
ニッションがONとなったときすなわち充放電電流が0
であるときの電池電圧として電圧検出手段12により求
める。この開放電圧に、上述した履歴電圧を加算器32
によって加算し、開放電圧を履歴電圧で修正した修正電
圧を求める。このような修正電圧により、所定の電圧と
SOCとのマップから初期SOCを算出する。なお、電
流検出手段10からの電流値は、電池の使用中も常時初
期SOC推定モデル30に入力されており、充放電履歴
については常に更新されている。
履歴を考慮してSOCの初期値を算出するので、動作履
歴に基づく誤差をなくすことができ、より正確なSOC
の初期値の算出を行うことができる。
を行うモデルの例が示される。図3において、まず電流
検出手段10によって検出された充放電電流に基づき、
充放電履歴の動的モデルを使用して充放電履歴に基づく
電池の開放電圧の修正量を算出する。この充放電履歴の
動的モデルは、図4に示されるような充電動作時及び放
電動作時における電池電圧の変動データから決定される
状態方程式として与えられる。図4では、図1に示され
た電圧検出手段12による測定電圧Vmesと、電池モ
デルによって推定された推定電圧Vestとの差を求
め、この結果から充放電履歴の動的モデルとしての状態
方程式を得るための同定モデル電圧をフィッティングの
手法により決定している。このようにして得られた同定
モデル電圧に基づき、図3の充放電履歴の動的モデルと
して示される状態方程式の各係数を決定していく。した
がって、図3に示された状態方程式は、このような充放
電履歴に基づく電池のSOCの変動を、電池電圧のかた
ちで表現したものとなっている。
れている。この状態方程式は、図1に示された動的電圧
変動推定手段20における充放電電流の変化に基づいた
電池電圧の変動を推定する際の状態方程式に比べて、時
定数の長いモデルとなっている。したがって、長時間に
わたるゆっくりとした変化に対応できる状態方程式とな
っている。
修了後から今回の使用開始時までの間に自己放電が起こ
る。そこで、電圧検出手段12により使用終了時すなわ
ちイグニッションスイッチがOFFとなった後の電池の
開放電圧を定期的に測定し、これらのデータを関数近似
計算することにより得られる修正電圧、あるいは電池温
度やタイマにより得られる経過時間より計算される修正
電圧として自己放電履歴が電圧のかたちで得られる。
を記憶しておき、これを前回履歴として使用する。動作
履歴を計算する場合には、まずこの前回履歴に自己放電
履歴を加算器34で加え、この加算器34の出力に充放
電履歴の動的モデルによって算出した充放電履歴に基づ
く修正電圧を加算器36で加える。これにより履歴電圧
を得ることができる。
態に係る電池充電状態の推定方法の工程のフローが示さ
れる。図5において、イグニッションスイッチがONと
なった場合(S1)、電流検出手段10により充放電電
流Ib=0であることを確認し(S2)、電圧検出手段
12により電池の開放電圧が測定される(S3)。次に
不揮発性メモリから前回履歴が読み出され、さらに充放
電履歴の動的モデルにより充放電履歴に基づく電圧の修
正量と自己放電履歴に基づく電圧の修正量が算出され
(S4)、これらから履歴電圧が算出される。この履歴
電圧により電圧検出手段12で検出された開放電圧を修
正し、この修正電圧から初期のSOCが算出される(S
5)。
れ(S6)、図1に示された疑似SOC推定手段14に
より疑似SOCが算出される。この後は図1で説明した
とおり、電池モデルにより推定電圧Vestを算出し、
これと測定電圧Vmesとが一致するようにSOC修正
量算出手段26によりSOC修正量を算出し、これによ
って疑似SOCを修正してSOCの推定値を算出する
(S7)。
歴の動的モデルにより電池の充放電履歴の算出は続行さ
れる(S8)。
なったか否かが確認され(S9)、OFFとなっていな
い場合にはS7、S8のステップが繰り返される。ま
た、イグニッションスイッチがOFFとなった場合には
(S9)、その時点での電池履歴が不揮発性メモリに書
き込まれ(S10)、次回の使用時に前回履歴として使
用される。
充電状態の推定方法の実施形態2を実施するための構成
のブロック図が示され、図1と同一要素には同一符号を
付してその説明を省略する。図6において特徴的な点
は、初期SOC推定モデル30において、SOCの初期
値を設定するだけでなく、使用中に電流検出手段10か
ら入力される充放電電流値Ibにより使用中でも電池の
充放電履歴を計算し、これに基づいて履歴電圧を求め、
この履歴電圧により電池モデルで推定した推定電圧を補
正することにある。これにより、電池モデルで推定され
る推定電圧Vestの値が電池の充放電履歴によって補
正されることになり、電池のSOCの推定精度を更に向
上させることができる。この履歴電圧は、加算器38に
より電池モデルの推定電圧Vestに加算される。
モデル30の構成のブロック図が示される。図7におい
ては、図2と同じ構成であるが、電池の使用中にも電池
電流Ibにより充放電履歴の計算が続行され、算出され
た履歴電圧が電池モデルの推定電圧Vestに加算され
る構成となっている。
電池のSOCを推定する際の初期値として、前回使用時
の充放電履歴や前回使用終了後から今回使用開始時まで
の自己放電履歴などを考慮して初期SOCを推定するの
で、初期SOCとして正確な値が得られ、更に電池の充
放電電流の変化等の動的な電池状態の変動を考慮して電
池のSOCの推定を行うので、ハイブリッド車のように
充放電が短い周期で切り替わり、繰り返されるような使
用条件下でも、高い精度でSOCの推定を行うことが可
能となる。
形態1を実施するための構成のブロック図である。
のブロック図である。
構成のブロック図である。
定するための充放電履歴と電圧との関係を示す図であ
る。
のフロー図である。
形態2を実施するための構成のブロック図である。
のブロック図である。
ある。
SOC推定手段、16起電力推定手段、18 電圧変動
推定手段、20 動的電圧変動推定手段、22,28,
32,34,36,38 加算器、24 比較器、26
SOC修正量算出手段、30 初期SOC推定モデ
ル。
Claims (4)
- 【請求項1】 電池の開放電圧を求め、 電池の動作履歴から前記開放電圧の修正量を算出し、 前記開放電圧を前記修正量により修正して修正電圧を求
め、 前記修正電圧から電池の充電状態(SOC)を推定する
ことを特徴とする電池充電状態の推定方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の電池充電状態の推定方法
において、前記動作履歴は、前回使用時の電池の充放電
履歴及び前回使用終了時から今回使用開始時までの自己
放電履歴であることを特徴とする電池充電状態の推定方
法。 - 【請求項3】 請求項2記載の電池充電状態の推定方法
において、前記修正量は、前記充放電履歴から状態方程
式に基づき求めた値と前記自己放電履歴から求めた自己
放電量との和であることを特徴とする電池充電状態の推
定方法。 - 【請求項4】 請求項1において推定されたSOCを初
期値とし、 前記SOCの初期値と充放電電流値の積算とからSOC
の一応の値として疑似SOCを求めるとともに、前記疑
似SOCと電池の状態の変動とを考慮して電池電圧を推
定する電池モデルにより電池電圧を推定し、 実際の電池電圧を測定し、 前記推定された電池電圧と実際に測定された電池電圧と
が等しくなるように前記疑似SOCを修正して実際のS
OCを推定することを特徴とする電池充電状態の推定方
法。
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