KR20200010369A

KR20200010369A - 축전지 잔량 추정 장치, 축전지 잔량 추정 방법, 및 프로그램

Info

Publication number: KR20200010369A
Application number: KR1020197037416A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 도하라; 마사코 기우치; 슌스케 가와치; ?스케 가와치; 마미 미즈타니; 다케노리 고바야시
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2020-01-30
Also published as: EP3647802A1; JPWO2019003377A1; JP6801101B2; EP3647802B1; AU2017421176A1; EP3647802A4; KR102347014B1; US11221370B2; WO2019003377A1; US20200124676A1

Abstract

실시 형태의 축전지 잔량 추정 장치는, 전류 보정부와, SOC 계산부와, 전압 추정부와, SOC 보정량 결정부와, 전류 오차 추정부를 갖는다. 전류 보정부는, 축전지의 전류값 및 전류 보정량에 기초하여, 보정 완료 전류값을 결정한다. SOC 계산부는, 상기 보정 완료 전류값 및 SOC 보정량에 기초하여, 상기 축전지의 SOC 추정값을 계산한다. 전압 추정부는, 상기 축전지의 온도값, 상기 보정 완료 전류값 및 상기 SOC 추정값에 기초하여, 상기 축전지의 전압 추정값을 결정한다. SOC 보정량 결정부는, 상기 축전지의 전압값과, 상기 전압 추정값의 비교에 기초하여, 상기 SOC 보정량을 결정한다. 전류 오차 추정부는, 상기 SOC 보정량에 기초하여, 상기 전류 보정량을 결정한다.

Description

축전지 잔량 추정 장치, 축전지 잔량 추정 방법, 및 프로그램

본 발명의 실시 형태는, 축전지 잔량 추정 장치, 축전지 잔량 추정 방법, 및 프로그램에 관한 것이다.

전기 자동차 등의 이동체용 에너지원으로서, 태양광이나 풍력 등의 자연 에너지를 이용한 발전의 변동 억제의 용도로서, 혹은 전력 수요의 변동 억제나 피크 시프트 등의 용도로서, 축전지 시스템의 이용이 확산되어 가고 있다. 축전지 시스템을 적절하게 운용하기 위해서는, 감시 대상으로 되는 단위의 축전지 잔량(또는 충전율)의 지표인 SOC(State of Charge)를 가능한 한 실시간으로 정확하게 파악하는 것이 중요하다.

축전지의 SOC를 추정하는 방식으로서 다양한 것이 알려져 있다(비특허문헌 1 참조). 예를 들어, 실제로 방전시켜 완전 방전에 이르기까지의 전류값을 적산하는 실측 방식, 전류 휴지 기간의 개방 회로 전압(OCV: Open Circuit Voltage)으로부터 SOC와 OCV의 관계에 기초하여 SOC를 구하는 OCV 방식, 전류값을 적산하여, 일정 기간의 SOC 변화분(ΔSOC)을 구하는 전류 적산 방식, 축전지의 등가 회로 모델을 사용하여 충방전 중의 전압, 전류, 온도 등의 정보로부터 SOC를 추정하는 CCV(Closed Circuit Voltage) 방식 등을 들 수 있다.

상기 각 방식에는, 각각 결점이 존재한다. 실측 방식은, 실측함으로써 SOC 자체를 변화시켜 버리기 때문에, 운용 중에 사용하기 어려워, 실용적인 가치가 낮다. OCV 방식은, 휴지 기간이 없는(혹은 휴지 기간의 존재를 보증할 수 없는) 시스템에 적용하기가 곤란하다. 전류 적산 방식을 장기간 실행한 경우, 전류 측정값의 정상적인 오차가 누적되어 큰 추정 오차로 되는 경우가 있다. CCV 방식은 다른 방식에 비하여, 비교적 실용성이 높은 것이지만, 축전지의 등가 회로 모델과 실제의 축전지의 특성 차가 있는 한, 그 차이에 따른 SOC 추정 오차가 생겨 버린다. 이 오차는, 특히 전류나 SOC가 크게 변화하였을 때의 과도 응답 시에 나타난다.

특허문헌 1에 기재된 기술은, 전류 측정값의 정상적인 오차를 보정하는 기능을 갖는다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에는, 미처 보정하지 못하는 전류 오프셋의 잔존 오차를 수정할 수 없다는 문제가 있다.

특허문헌 2에 기재된 기술은, 전류 측정값의 정상적인 오차를, 추정 전압과 실측 전압의 오차(전압차)에 기초하여 추정하여, 전류 보정에 사용한다. 그러나, 특허문헌 2에 기재된 기술에는, 칼만 필터에 의해 전류 보정을 행하고 있기 때문에, 처리 부하가 크다는 문제가 있다.

특허문헌 3에 기재된 기술은, 전류 측정값의 정상적인 오차와 만충전 용량 오차를 아울러, 정주기 처리로 추정한다. 그러나, 특허문헌 3에 기재된 기술에는, 처리 부하가 크다는 문제가 있다.

특허문헌 4에 기재된 기술은, 축전지의 등가 회로 파라미터를 추정하는 것이지만, 처리 부하가 크다는 문제가 있다. 또한, 전류 측정값의 정상적인 오차의 추정을 행하지 않음으로써, SOC가 크게 변화하는 장면에 있어서의 과도 응답의 오차가 생겨 버린다.

비특허문헌 2에 기재된 기술은, OCV 방식에 의한 SOC 추정값과 전류 적산법에 의한 SOC 추정값의 오차가 작아지도록 칼만 필터를 구성한 것이지만, 전류 파형에 따라서는 오차가 커지는 경우가 있다.

일본 특허 제5393619호 공보 일본 특허 제5616464호 공보 일본 특허 공개 제2016-224022호 공보 일본 특허 제6055960호 공보

V Pop, H J Bergveld, P H L Notten, P P L Regtien, "State-of-the-art of battery state-of-charge determination", Meas. Sci. Technol. 16(2005) R93-R110 CALSONIC KANSEI TECHNICAL REVIEW vol.10 2013 「HEV/EV 대상 전지의 충전율 추정」

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 처리 부하를 억제하면서 축전지의 SOC를 고정밀도로 추정할 수 있는 축전지 잔량 추정 장치, 축전지 잔량 추정 방법, 및 프로그램을 제공하는 것이다.

여기서, 「기초하여 ∼하는」이라 함은, 어떤 정보에만 기초하여 직접적으로 처리를 행하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 어떤 정보에 다른 정보를 가미하여 처리를 행하는 것, 어떤 정보를 간접적으로 사용하여 처리를 행하는 것을 의미해도 된다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 축전지 잔량 추정 장치(100)의 기능 구성도.
도 2는 SOC 계산부(120)의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 전류 오차 추정부(150)의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 전류 적산 방식을 채용한 경우의, 실제의 SOC의 값(SOC 참값)과, 전류 적산 방식에 의한 SOC 추정값을 비교한 도면.
도 5는 CCV 방식을 채용한 경우의, 실제의 SOC의 값(SOC 참값)과, CCV 방식에 의한 SOC 추정값을 비교한 도면.
도 6은 실시 형태의 방식을 채용한 경우의, 실제의 SOC의 값(SOC 참값)과, 실시 형태의 방식에 의한 SOC 추정값을 비교한 도면.
도 7은 축전지 잔량 추정 장치(100)에 의해 실행되는 처리 흐름의 일례를 도시하는 흐름도.
도 8은 SOC 보정량 결정부(140A)의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 9는 제2 실시 형태에 관한 축전지 잔량 추정 장치(100B)의 기능 구성도.
도 10은 회귀 분석부(160)에 의한 처리의 내용을 설명하기 위한 도면.
도 11은 각 실시 형태의 축전지 잔량 추정 장치가 적용되는 시스템의 일례인, 축전 시스템(1)의 구성도.

이하, 실시 형태의 축전지 잔량 추정 장치, 축전지 잔량 추정 방법, 및 프로그램을, 도면을 참조하여 설명한다. 축전지 잔량 추정 장치는, 축전지(이차 전지)의 잔량(혹은 충전율)인 SOC를, 축전지를 운용하면서 고정밀도로 추정하기 위한 장치이다. 추정 대상으로 되는 축전지는, 최소 단위인 전지 셀이어도 되고, 전지 셀이 직렬, 병렬 또는 직병렬로 조합된 조전지여도 되고, 조전지가 직렬, 병렬 또는 직병렬로 조합된 조전지 유닛이어도 된다. 이하에서는, 추정 대상으로 되는 축전지가 전지 셀인 것을 전제로 하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

[구성]

도 1은, 제1 실시 형태에 관한 축전지 잔량 추정 장치(100)의 기능 구성도다. 축전지 잔량 추정 장치(100)는, 예를 들어 전류 보정부(110)와, SOC 계산부(120)와, 전압 추정부(130)와, SOC 보정량 결정부(140)와, 전류 오차 추정부(150)를 구비한다. 이들 구성 요소는, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서가, 프로그램(소프트웨어)을 실행함으로써 실현된다. 또한, 이들 구성 요소 중 일부 또는 전부는, LSI(Large Scale Integration)와 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field-Progra㎜able Gate Array) 등의 하드웨어(회로부; circuitry)에 의해 실현되어도 되고, 소프트웨어와 하드웨어의 협동에 의해 실현되어도 된다. 축전지 잔량 추정 장치(100)에는, 잔량 추정 대상인 전지의 근방에 장착된 센서에 의해 측정된 전압값 Vin, 온도값 Tin, 전류값 Iin 등의 측정값(검출값)이 입력된다. 축전지 잔량 추정 장치(100)에는, 초기 보정량 ΔIdf, 만충전 용량 C, SOC 초기값 SOCdf 등의 값이 부여된다. 이들 값은, ROM(Read Only Memory)과 RAM(Random Access Memory), 레지스터, 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등의 기억 장치에 저장되어 있어도 되고, 필요에 따라 외부 장치(예를 들어 상위의 제어 장치)로부터 부여되어도 된다. 또한 도 1에서는, 측정값이 입력되는 입력 단자 등의 하드웨어의 도시를 생략하였다.

전류 보정부(110)는, 측정값인 전류값 Iin과 전류 보정량 ΔI에 기초하여, 보정 완료 전류값 I*를 결정한다. 예를 들어, 전류 보정부(110)는, 전류값 Iin에 전류 보정량 ΔI를 가산(또는 감산)함으로써 보정 완료 전류값 I*를 결정한다. 또한, 전류 보정부(110)는, 축전지 잔량 추정 장치(1)의 작동 개시 시 등, 전류 보정량 ΔI가 얻어지지 않는 경우, 전류 보정량 ΔI 대신에 초기 보정량 ΔIdf를 사용하여 보정 완료 전류값 I*를 결정한다. 보정 완료 전류값 I*는, SOC 계산부(120)와 전압 추정부(130)에 출력된다. 또한, 「출력된다」라 함은 편의적인 표현이며, 예를 들어 입력자와 출력자 양쪽이 참조 가능한 메모리 영역에, 대상으로 되는 데이터를 기입하는 동작을 가리키는 경우가 있다.

SOC 계산부(120)는, 보정 완료 전류값 I* 및 SOC 보정량 ΔSOC에 기초하여, 축전지의 SOC 추정값인 SOC#을 계산한다. 예를 들어, SOC 계산부(120)는, 보정 완료 전류값 I* 및 SOC 보정량 ΔSOC 이외에도, 축전지의 만충전 용량 Cmax와, SOC 초기값 SOCdf에 기초하여, SOC 추정값 SOC#을 계산한다.

도 2는, SOC 계산부(120)의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면이다. SOC 계산부(120)는, 예를 들어 적산 처리부(122)와, 가산부(124)를 구비한다. 적산 처리부(122)는, 보정 완료 전류값 I*를 적산한 값을 만충전 용량 C로 제산하고, 또한, 전회 SOC 추정값 SOC#(첫회라면 초기값 SOCdf)을 가산한 값을 가산부(124)로 출력한다. 가산부(124)는, 적산 처리부(122)로부터 입력된 값과 SOC 보정량 ΔSOC를 가산하여, 금회의 SOC 추정값 SOC#을 계산한다. SOC 초기값 SOCdf는, 예를 들어 OCV 방식에 의해 추정된 값이다. SOC 초기값 SOCdf는, 축전지 잔량 추정 장치(100)가 처리 대상으로 하는 축전지 시스템(후술)의 동작 개시 시 등에 도출된다. 만충전 용량 C에는, 축전지 시스템의 공장 출하 시에는 초기 용량이 설정되어, 그 후, 정기 검사에서의 실측값이나 운용 중인 추정값 등에 기초하여, 수시로 갱신된다.

SOC 계산부(120)에 의한 처리 내용은, 식 (1)로 나타내어진다. 식 중, (n)은, 축전지 잔량 추정 장치(100)가 반복하여 처리를 행하는 가운데, n회째 사이클에 있어서 계산된 값임을 나타내고 있다. SOC#(0)=SOCdf다. 또한, Ts는, 반복 처리의 처리 주기다.

전압 추정부(130)는, 온도값 Tin, 보정 완료 전류값 I*, 및 SOC 추정값 SOC#에 기초하여, 축전지의 전압 추정값 V#을 출력한다. 전압 추정부(130)는, 상기 데이터를 축전지의 등가 회로 모델에 적용함으로써, 축전지의 전압 추정값 V#을 도출한다. 전압 추정부(130)는, 예를 들어 온도값 Tin에 의존하는 SOC 추정값 SOC#과 전압의 관계, 및 보정 완료 전류값 I*와 내부 저항에 기초하는 전압 변동량에 기초하여, 축전지의 전압 추정값 V#을 도출한다.

SOC 보정량 결정부(140)는, 전압값 Vin과, 전압 추정값 V#의 비교에 기초하여, SOC 보정량 ΔSOC를 결정한다. 예를 들어, SOC 보정량 결정부(140)는, 전압값 Vin과 전압 추정값 V#과 차분에 게인 Gk를 승산함으로써, SOC 보정량 ΔSOC를 도출한다. SOC 보정량 결정부(140)의 처리 내용은, 식 (2)로 나타내어진다. Vin-V#을, 전압 오차 ΔV라고 칭하는 경우가 있다.

도 3은, 전류 오차 추정부(150)의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 전류 오차 추정부(150)는, SOC 보정량 ΔSOC에 기초하여, 전류 보정량 ΔI를 결정한다. 전류 오차 추정부(150)는, 예를 들어 시간 적분부(152)와, 계시부(154)와, 제산부(156)를 구비한다. 시간 적분부(152)는, 입력된 SOC 보정량 ΔSOC가 나타내는 값을 적분한다. 계시부(154)는, 시간 적분부(152)에 의한 적분이 행해지고 있는 시간을 계시한다. 제산부(156)는, 시간 적분부(152)에 의한 적분 결과를, 계시부(154)에 의해 계시된 시간으로 제산하여, 전류 보정량 ΔI를 도출한다.

여기서, SOC 계산부(120), 전압 추정부(130) 및 SOC 보정량 결정부(140)는, 전체적으로 칼만 필터와 유사한 동작을 행하고, 전압 추정부(130)의 출력인 전압 추정값 V#이 전압값 Vin과 일치하도록 SOC를 보정한다. 전압 추정값 V#이 전압값 Vin과 거의 일치하는 시점에서, SOC 계산부(120)의 출력인 SOC 추정값 SOC#은, 실제의 SOC와 일치할 것으로 기대된다.

단, 본 실시 형태에 있어서 SOC 보정량 결정부(140)의 게인 Gk는 후술하는 바와 같이 작은 고정값이다. 이것은, 전압 추정값 V#의 오차 요인으로서, 기본적으로 전류 오프셋 오차를 상정하고 있으며, 제1 실시 형태에서, 전류 오프셋 오차는 작아지도록 보정되어 있기 때문이다. 전류 오프셋 오차란, 전류값 Iin을 측정하는 센서에서 생기는 정상적인 오차이다. 그 밖에, 전압 추정값 V#의 오차 요인으로서, 축전지의 자기 방전이나 셀 밸런스 회로에 의한 방전 등도 들 수 있지만, SOC의 추정에 미치는 영향은 전류 오프셋 오차보다 작다.

전류 오프셋 오차를 작게 하기 위해, 제1 실시 형태에서는, SOC 보정량 ΔSOC에 기초하여 전류 오차 추정부(150)에 의해 추정된 전류 오차 ΔI를 피드백시켜 전류값 Iin에 가산(또는 감산)함으로써, 보정 완료 전류값 I*를 도출하고, 보정 완료 전류값 I*를 사용하여 SOC 계산부(120), 전압 추정부(130) 및 SOC 보정량 결정부(140)가 상기 동작을 행한다.

SOC 보정량 ΔSOC는, 단기적으로는 전류 오프셋 오차와 일치하지 않는 경우도 있지만, 장기간(예를 들어 월간 등)의 평균값을 구함으로써, 안정적으로 전류 오프셋 오차에 가까워질 것으로 기대된다. 식 (3)은, 전류 오프셋 오차 Ioffset가 SOC 보정량 ΔSOC의 적분에 기초하여 점근적으로 구해지는 것을 나타내는 식이다.

[게인 Gk에 대해]

이하, 게인 Gk[％/mVㆍs]의 채용할 수 있는 범위에 대해 설명한다. 게인 Gk에 대해서는, 장기적 오차(잔존 오차)에 기초하여 하한이 정해지고, 단기적 오차에 기초하여 상한이 정해진다. 또한, 전류 오프셋 오차 Ioffset는 장기적 오차이기 때문에, 이것에 착안하는 경우, 게인 Gk는 하한을 기준으로 하여 정해지는 범위 내의 값으로 해도 된다. 예를 들어, 게인 Gk를 하한으로부터, 하한의 2배 내지 3배 정도의 범위 내의 값으로 하면 적합하다.

[장기적 오차와 게인 Gk의 하한값]

장기적 오차를 결정하는 요인에는, 오차 요인의 합계 전류값 Ie(전류 오프셋 오차 Ioffset를 포함함)[mA], OCV/SOC 특성(OCV의 변화에 대한 DOC의 변화의 특성)의 기울기 SL[mV/％], 축전지의 용량 Ch[Ah]가 있다. 이들 오차 요인에 기초하는 1초당 SOC 변화량은, 식 (4)로 나타내어진다.

(SOC 변화량)=Ie/(1000×3600×100/Ch) …(4)

한편, 실시 형태에 따른 1초당 SOC 보정량은, 식 (5)로 나타내어진다.

(SOC 보정량)=Gk×ΔV

=Gk×SL×ΔSOC …(5)

정상 상태에서는, SOC 변화량과 SOC 보정량 ΔSOC가 균형이 잡히기 때문에, 게인 Gk는 식 (6)으로 나타내어진다.

정상 상태에 있어서의 SOC 보정량 ΔSOC는, SOC의 정상 오차이기도 하다. 이 때문에, SOC 보정량 ΔSOC의 상한을 ΔSOCmax라 하면, 게인 Gk의 하한값은, 식 (7)의 오른쪽 항으로 나타내어진다.

[단기적 오차와 게인 Gk의 상한값]

단기적 오차를 결정하는 요인에는, 전압 오차 ΔV와 처리 주기 Ts가 있다. SOC 보정량 ΔSOC는, 식 (8)로 나타내어진다.

허용되는 SOC 보정량 ΔSOC의 상한을 ΔSOCmax라 하면, 게인 Gk의 상한값은, 식 (9)의 오른쪽 항으로 나타내어진다.

전압 오차 ΔV는, 시스템의 설계에 따라 변동하는 값이다. 따라서, 일률적으로는 말할 수 없지만, 전술한 「게인 Gk를 하한으로부터, 하한의 2배 내지 3배 정도의 범위 내의 값으로 하면 바람직하다.」에 있어서의 「하한의 2배 내지 3배 정도의 값」 부근, 혹은 그것보다 큰 값이 될 것으로 상정된다. 따라서, 게인 Gk를 하한의 2배 내지 3배 정도의 값 이하로 함으로써, 게인 Gk의 상한값을 초과하지 않게 할 수 있을 확률이 높은 것이다.

[비교]

여기서, 종래 방식의 비교에 대해 설명한다. 도 4는, 전류 적산 방식을 채용한 경우의, 실제의 SOC의 값(SOC 참값)과, 전류 적산 방식에 의한 SOC 추정값을 비교한 도면이다. 전술한 바와 같이, 전류 적산 방식에서는, 전류 측정값의 정상적인 오차가 누적되어 큰 추정 오차가 되는 경우가 있다.

도 5는, CCV 방식을 채용한 경우의, 실제의 SOC의 값(SOC 참값)과, CCV 방식에 의한 SOC 추정값을 비교한 도면이다. 전술한 바와 같이, CCV 방식에서는, 축전지의 등가 회로 모델과 실제의 축전지의 특성 차가 있는 한, 그 차이에 따른 SOC 추정 오차가 생겨 버린다. 이 오차는, 특히 전류나 SOC가 크게 변화하였을 때의 과도 응답시에 나타난다.

이에 비하여, 도 6은, 실시 형태의 방식을 채용한 경우의, 실제의 SOC의 값(SOC 참값)과, 실시 형태의 방식에 의한 SOC 추정값을 비교한 도면이다. 도시하는 바와 같이, 실시 형태의 방식은, 전류 적산 방식과 CCV 방식의 결점을 서로 보완하는 특성을 나타내며, 정상적인 오차와, 과도 응답 시의 오차의 양쪽을 저감할 수 있다.

[흐름도]

도 7은, 축전지 잔량 추정 장치(100)에 의해 실행되는 처리 흐름의 일례를 도시하는 흐름도이다. 본 흐름도의 처리는, 예를 들어 소정 주기로 반복하여 실행된다. 또한, 여기서는 처리 주기 Ts 등을 고려하지 않고 간략적으로 처리 내용을 나타내고 있다.

우선, 축전지 잔량 추정 장치(100)에는, 전압값 Vin, 온도값 Tin, 전류값 Iin 등의 측정값이 입력된다(스텝 S100). 다음으로, 전류 보정부(110)가, 이 흐름도의 전회 루틴에 있어서 계산된 전류 보정량 ΔI(첫회라면 ΔIdf)와 전류값 Iin에 기초하여, 보정 완료 전류값 I*를 계산한다(스텝 S102).

이어서, SOC 계산부(120)가, 이 흐름도의 전회 루틴에 있어서 계산된 SOC 추정값 SOC#과, 보정 완료 전류값 I*와, 이 흐름도의 전회 루틴에 있어서 계산된 SOC 보정량 ΔSOC에 기초하여, 금회의 SOC 추정값 SOC#을 계산한다(스텝 S104). 그리고, 축전지 잔량 추정 장치(100)는, 스텝 S104에서 계산된 SOC 추정값 SOC#을 출력한다(스텝 S106).

한편, 전압 추정부(130)는, 온도값 Tin, 보정 완료 전류값 I*, 및 SOC 추정값 SOC#을 축전지의 등가 회로 모델(도면 중 함수 f라고 표시함)에 적용함으로써, 축전지의 전압 추정값 V#을 도출한다(스텝 S108).

다음으로, SOC 보정량 결정부(140)가, 전압값 Vin과 전압 추정값 V# 사이의 차분에 게인 Gk를 승산하여 SOC 보정량 ΔSOC를 계산하고(스텝 S110), 전류 오차 추정부(150)가, SOC 보정량 ΔSOC를 적산하여 전류 보정량 ΔI를 계산한다(스텝 S112). 스텝 S110에서 계산된 SOC 보정량 ΔSOC와, 스텝 S112에서 계산된 전류 보정량 ΔI는, 이 흐름도의 차회 루틴에서 사용된다.

이상 설명한 제1 실시 형태에 따르면, 축전지의 전류값 및 전류 보정량에 기초하여, 보정 완료 전류값을 결정하는 전류 보정부(110)와, 보정 완료 전류값 및 SOC 보정량에 기초하여, 축전지의 SOC 추정값을 계산하는 SOC 계산부(120)와, 축전지의 온도값, 보정 완료 전류값 및 SOC 추정값에 기초하여, 축전지의 전압 추정값을 출력하는 전압 추정부(130)와, 축전지의 전압값과, 전압 추정값의 비교에 기초하여, SOC 보정량을 결정하는 SOC 보정량 결정부(140)와, SOC 보정량에 기초하여, 전류 보정량을 결정하는 전류 오차 추정부(150)를 구비함으로써, 처리 부하를 억제하면서 축전지의 SOC를 고정밀도로 추정할 수 있다.

(제1 실시 형태의 변형예)

제1 실시 형태에 있어서, 전류 보정부(110)와 전류 오차 추정부(150)를 생략하고, SOC 보정량 결정부(140)를, 이하에 설명하는 SOC 보정량 결정부(140A)로 치환해도 된다. 이 경우, SOC 계산부(120) 및 전압 추정부(130)에는, 보정 완료 전류값 I* 대신에, 전류값 Iin이 입력된다. SOC 계산부(120) 및 전압 추정부(130)는, 보정 완료 전류값 I*를 전류값 Iin으로 치환하여 상기 실시 형태와 마찬가지의 처리를 행한다. 도 8은, SOC 보정량 결정부(140A)의 기능 구성의 일례를 나타내는 도면이다. SOC 보정량 결정부(140A)는, 예를 들어 차분 연산부(142)와, 게인 승산부(144)와, 적분 연산부(146)와, 가산부(148)를 구비한다.

차분 연산부(142)는, 전압값 Vin과 전압 추정값 V# 사이의 차분을 연산한다. 이 차분을 e(t)로 나타내어진다. 게인 승산부(144)는, 차분 e(t)에 대해 게인 Gk를 승산하여 출력한다. 적분 연산부(146)는, 차분 e(t)의 시간 적분에 대해 계수 Gi를 승산한 값을 출력한다. 가산부(148)는, 게인 승산부(144)의 출력과 적분 연산부(146)의 출력을 가산하여, SOC 보정량 ΔSOC로서 출력한다.

이와 같은 구성에 있어서, 게인 Gk와 계수 Gi를 적절하게 정함으로써, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

(제2 실시 형태)

이하, 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 도 9는, 제2 실시 형태에 관한 축전지 잔량 추정 장치(100B)의 기능 구성도다. 축전지 잔량 추정 장치(100B)는, 예를 들어 전류 보정부(110), SOC 계산부(120), 전압 추정부(130), 및 SOC 보정량 결정부(140), SOC 계산부(120B), 전압 추정부(130B), 및 SOC 보정량 결정부(140B)와, 회귀 분석부(160)를 구비한다. 이들 구성 요소는, CPU 등의 프로세서가, 프로그램(소프트웨어)을 실행함으로써 실현된다. 또한, 이들 구성 요소 중 일부 또는 전부는, LSI나 ASIC, FPGA 등의 하드웨어(회로부; circuitry)에 의해 실현되어도 되고, 소프트웨어와 하드웨어의 협동에 의해 실현되어도 된다. 축전지 잔량 추정 장치(100B)에는, 잔량 추정 대상인 전지의 근방에 장착된 센서에 의해 측정된 전압값 Vin, 온도값 Tin, 전류값 Iin 등의 측정값이 입력된다. 축전지 잔량 추정 장치(100B)에는, 초기 보정량 ΔIdf, 만충전 용량 C, SOC 초기값 SOCdf 등의 값이 부여된다. 이들 값은, ROM이나 RAM, 레지스터, 플래시 메모리, HDD 등의 기억 장치에 저장되어 있어도 되고, 필요에 따라 외부 장치(예를 들어 상위의 제어 장치)로부터 부여되어도 된다. 또한 도 9에서는, 측정값이 입력되는 입력 단자 등의 하드웨어의 도시를 생략하였다.

전류 보정부(110), SOC 계산부(120), 전압 추정부(130), 및 SOC 보정량 결정부(140)의 기능은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 이하, SOC 계산부(120B), 전압 추정부(130B), 및 SOC 보정량 결정부(140B), 회귀 분석부(160)의 기능에 대해 설명한다. SOC 계산부(120B), 전압 추정부(130B), 및 SOC 보정량 결정부(140B)는, 주로, 보정 완료 전류값 I*를 전류값 Iin으로 치환하고, SOC 계산부(120), 전압 추정부(130), 및 SOC 보정량 결정부(140)와 마찬가지의 처리를 행하는 것이다. 단, SOC 보정량 결정부(140B)의 게인 Ga는, SOC 보정량 결정부(140)의 게인 Gk보다 크다. 예를 들어, 게인 Ga는, 게인 Gk보다 복수 자릿수 만큼, 크다.

SOC 계산부(120B)는, 전류값 Iin 및 SOC 보정량 ΔSOC에 기초하여, 축전지의 SOC 추정값인 SOC#B를 계산한다. 예를 들어, SOC 계산부(120B)는, 전류값 Iin 및 SOC 보정량 ΔSOC 이외에도, 축전지의 만충전 용량 C와, SOC 초기값 SOCdf에 기초하여, SOC 추정값 SOC#B를 계산한다. SOC 계산부(120B)의 기능 구성은, 예를 들어 도 2에 있어서의 보정 완료 전류값 I*를 전류값 Iin으로 치환한 것이다. 또한, SOC 계산부(120B)에 의한 처리의 내용은, 식 (1)에 있어서의 I*(n)를 Iin(n)으로 치환한 식으로 나타내어진다.

전압 추정부(130B)는, 온도값 Tin, 전류값 Iin, 및 SOC 추정값 SOC#B에 기초하여, 축전지의 전압 추정값 V#을 출력한다. 전압 추정부(130)는, 상기 데이터를 축전지의 등가 회로 모델에 적용함으로써, 축전지의 전압 추정값 V#을 도출한다. 전압 추정부(130)는, 예를 들어 온도값 Tin에 의존하는 SOC 추정값 SOC#B와 전압의 관계 및 전류값 Iin*와 내부 저항에 기초하는 전압 변동량에 기초하여, 축전지의 전압 추정값 V#을 도출한다.

SOC 보정량 결정부(140B)는, 전압값 Vin과, 전압 추정값 V#의 비교에 기초하여, SOC 보정량 ΔSOC를 결정한다. 예를 들어, SOC 보정량 결정부(140B)는, 전압값 Vin과 전압 추정값 V# 사이의 차분에 게인 Ga를 승산함으로써, SOC 보정량 ΔSOC를 도출한다. SOC 보정량 결정부(140B)의 처리 내용은, 식 (2)에 있어서 Gk를 Ga로 치환한 식으로 나타내어진다.

이와 같이 하여, SOC 계산부(120B), 전압 추정부(130B), 및 SOC 보정량 결정부(140B)는, 입력값으로서의 전류값 및 게인은 다르지만, SOC 계산부(120), 전압 추정부(130) 및 SOC 보정량 결정부(140)와 마찬가지로 SOC 추정값 SOC#B를 계산한다.

회귀 분석부(160)는, 전류값 Iin과, SOC 추정값 SOC#B에 기초하여, 전류 보정량 ΔI를 도출한다. 예를 들어, 회귀 분석부(160)는, 관측 기간 중의 복수 타이밍에 있어서, 전류값 Iin에 소정의 오프셋 보정을 행한 보정 완료 전류값 I*B의 적산값을 축전지의 용량으로 제산하여 SOC의 변화량을 구하고, SOC 추정값 SOC#B의 변화량과 합치하는지 여부를 판정한다. 회귀 분석부(160)는, 이와 같은 처리를, 오프셋 보정의 양을 약간씩 바꾸면서 행하고, 가장 SOC 추정값 SOC#B의 변화량과 합치하였을 때의 오프셋 보정의 양을, 전류 보정값ΔI로서 결정한다.

도 10은, 회귀 분석부(160)에 의한 처리의 내용을 설명하기 위한 도면이다. 도시하는 바와 같이, 회귀 분석부(160)는, 예를 들어 관측 기간 중의 복수 타이밍에 있어서, 전류값 Iin에 소정의 오프셋 보정을 행한 보정 완료 전류값 I*B의 적산값의 패턴을 복수 구한다. 도 10의 예에서는, ΔI=1i, 2i, 3i의 각각에 대해 보정 완료 전류값 I*B의 적산값 ΣI*B의 패턴을 구하고 있다. 회귀 분석부(160)는, 이들 패턴 가운데 SOC 추정값 SOC#B의 변화량과 가장 합치하고 있는 것을 선택하여, 선택한 패턴의 원래가 된 오프셋 보정에 대응하는 값을 전류 보정량 ΔI로 한다. 또한, 회귀 분석부(160)에 의한 처리는, 수동 조작을 필요로 해도 된다. 예를 들어, 회귀 분석부(160)는, 도 9에 나타내는 바와 같은 적산값 ΣI*B의 패턴을 표시부에 표시시켜, 조작자에 의해 선택된 값을 전류 보정량 ΔI로 해도 된다. 또한, 회귀 분석부(160)는, 시스템 동작 외에서 기계 또는 사람에 의해 계산된 고정값 또는 패턴을 회귀 분석 결과로서 설정하고, 설정한 고정값 또는 패턴에 대응하는 값을 전류 보정량 ΔI로 해도 된다.

이와 같은 처리에 의해, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 처리 부하를 억제하면서 축전지의 SOC를 고정밀도로 추정할 수 있다.

(적용예)

도 11은, 각 실시 형태의 축전지 잔량 추정 장치가 적용되는 시스템의 일례인, 축전 시스템(1)의 구성도다. 축전 시스템(1)은, 예를 들어 PCS(Power Conditioning System; 전력 변환 장치)(2)와, 컨트롤러(3)와, 복수의 전지반(주회로)(4)을 구비한다. 전지반(4)은, 예를 들어 복수의 전지 모듈(5)과, 전류계(6)와, CMU(Cell Monitoring Unit)(7)와, BMU(Battery Management Unit)(8)와, 컨택터(9)를 구비한다.

PCS(2)는, 예를 들어 변압기(12)를 통해 전력 계통에 접속된다. PCS(2)는, 전력 계통으로부터의 교류를 직류로 변환하여 전지반(4)에 공급하거나, 전지반(4)으로부터의 직류를 교류로 변환하여 전력 계통에 공급하거나 한다.

컨트롤러(3)는, PCS(2) 및 전지반(4)에 있어서의 각 부를 제어한다. 컨트롤러(3)와 전지반(4)의 BMU(8)는, 데이지 체인형 네트워크를 형성하는 제1 통신선(10)에 의해 통신 가능하게 접속되어 있다.

복수의 전지반(4)은, PCS(2)에 대해 병렬로 접속되어 있다. 전지반(4)의 전지 모듈(5)은, 리튬 이온 전지, 납 축전지, 나트륨 황 전지, 레독스 플로우 전지, 니켈 수소 전지 등의 충방전 가능한 이차 전지를 포함한다. 리튬 이온 전지인 경우, 전지 모듈(5)은, 티타늄산 리튬을 부극 재료로서 사용한 전지여도 된다. 복수의 전지 모듈(5)은, 전지반(4) 내에 있어서, 예를 들어 직렬로 접속되어 있다.

전류계(6)는, 전지반(4)에 있어서의 전류(각 전지 모듈(5)을 흐르는 전류)를 검출(측정)하여, CMU(7)로 출력한다.

CMU(7)에는, 전류계(6)으로부터 입력되는 전류값 외에도, 도시되지 않은 전압계나 온도계에 의해 검출(측정)된 전지 모듈(5)의 전압값이나 온도값이 입력된다. CMU(7)는, 이들 정보를, 데이지 체인형 네트워크를 형성하는 제2 통신선(11)을 통해 BMU(8)에 송신한다.

BMU(8)는, CMU(7)로부터 수신된 정보에 기초하여, 각 전지 모듈(5)의 SOC를 계산한다. 또한, 이 기능은, CMU(7)가 구비하고 있어도 된다. 또한, BMU(8)는, 예를 들어 컨트롤러(3)로부터의 지시에 따라 컨택터(9)의 개폐 제어를 행한다.

이와 같은 구성에 있어서, 축전지 잔량 추정 장치는, 예를 들어 컨트롤러(3), CMU(7), BMU(8)의 어느 것에 적용 가능하다. CMU(7)에 적용된 경우, CMU(7)는, 대응하는 전지 모듈(5)의 SOC를 추정한다. 또한, BMU(8)에 적용된 경우, 각 전지 모듈(5)의 SOC를 추정해도 되고, 전지반(4) 내의 전지 모듈(5)을 포함하는 조전지의 SOC를 추정해도 된다.

이상 설명한 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 축전지의 전류값 및 전류 보정량에 기초하여, 보정 완료 전류값을 결정하는 전류 보정부(110)와, 보정 완료 전류값 및 SOC 보정량에 기초하여, 축전지의 SOC 추정값을 계산하는 SOC 계산부(120)와, 축전지의 온도값, 보정 완료 전류값, 및 SOC 추정값에 기초하여, 축전지의 전압 추정값을 출력하는 전압 추정부(130)와, 축전지의 전압값과, 전압 추정값의 비교에 기초하여, SOC 보정량을 결정하는 SOC 보정량 결정부(140)와, SOC 보정량에 기초하여, 전류 보정량을 결정하는 전류 오차 추정부(150)를 가짐으로써, 처리 부하를 억제하면서 축전지의 SOC를 고정밀도로 추정할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시된 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 할 수 있다. 이들 실시 형태나 그의 변형은, 발명의 범위와 요지에 포함되는 것과 마찬가지로, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함되는 것이다.

Claims

축전지의 전류값 및 전류 보정량에 기초하여, 보정 완료 전류값을 결정하는 전류 보정부와,
상기 보정 완료 전류값 및 SOC 보정량에 기초하여, 상기 축전지의 SOC 추정값을 계산하는 SOC 계산부와,
상기 축전지의 온도값, 상기 보정 완료 전류값, 및 상기 SOC 추정값에 기초하여, 상기 축전지의 전압 추정값을 결정하는 전압 추정부와,
상기 축전지의 전압값과, 상기 전압 추정값의 비교에 기초하여, 상기 SOC 보정량을 결정하는 SOC 보정량 결정부와,
상기 SOC 보정량에 기초하여, 상기 전류 보정량을 결정하는 전류 오차 추정부
를 구비하는, 축전지 잔량 추정 장치.
제1항에 있어서, 상기 SOC 보정량 결정부는, 상기 축전지의 전압값과, 상기 전압 추정값 사이의 차분에 게인을 승산함으로써, 상기 SOC 보정량을 결정하는,
축전지 잔량 추정 장치.
제2항에 있어서, 상기 게인은, 오차 요인의 합계 전류값을, OCV의 변화에 대한 SOC 변화의 특성의 기울기와 상기 축전지의 용량과 상기 SOC 보정량의 상한의 곱으로 제산함으로써 구해지는 하한값 이상으로 설정되어 있는,
축전지 잔량 추정 장치.
축전지의 전류값 및 SOC 보정량에 기초하여, 상기 축전지의 SOC 추정값을 계산하는 SOC 계산부와,
상기 축전지의 온도값, 상기 축전지의 전류값, 및 상기 SOC 추정값에 기초하여, 상기 축전지의 전압 추정값을 결정하는 전압 추정부와,
상기 축전지의 전압값과, 상기 전압 추정값 사이의 차분에 대해, 게인을 승산한 값과, 시간 적분을 구하여 계수를 승산한 값을 각각 계산하고, 상기 게인을 승산한 값과, 상기 시간 적분을 구하여 계수를 승산한 값을 가산함으로써, 상기 SOC 보정량을 결정하는 SOC 보정량 결정부
를 구비하는, 축전지 잔량 추정 장치.
축전지의 전류값 및 전류 보정량에 기초하여, 보정 완료 전류값을 결정하는 전류 보정부와,
상기 보정 완료 전류값 및 SOC 보정량에 기초하여, 상기 축전지의 SOC 추정값을 계산하는 제1 SOC 계산부와,
상기 축전지의 온도값, 상기 보정 완료 전류값, 및 상기 SOC 추정값에 기초하여, 상기 축전지의 전압 추정값을 결정하는 제1 전압 추정부와,
상기 축전지의 전압값과, 상기 전압 추정값의 비교에 기초하여, 상기 SOC 보정량을 결정하는 제1 SOC 보정량 결정부와,
상기 축전지의 전류값 및 SOC 보정량에 기초하여, 상기 축전지의 SOC 추정값을 계산하는 제2 SOC 계산부와,
상기 축전지의 온도값, 상기 축전지의 전류값, 및 상기 SOC 추정값에 기초하여, 상기 축전지의 전압 추정값을 결정하는 제2 전압 추정부와,
상기 축전지의 전압값과, 상기 전압 추정값의 비교에 기초하여, 상기 SOC 보정량을 결정하는 제2 SOC 보정량 결정부와,
상기 축전지의 전류값에 대해 보정량을 바꾸면서 전류 적산값을 계산하고, 상기 제2 SOC 계산부에 의해 계산된 상기 축전지의 SOC 추정값의 변화량과 상기 전류 적산값이 합치하는 보정량을 탐색하고, 탐색 결과에 기초하여 상기 전류 보정량을 결정하는 회귀 분석부,
를 구비하는, 축전지 잔량 추정 장치.
컴퓨터가,
축전지의 전류값 및 전류 보정량에 기초하여, 보정 완료 전류값을 결정하고,
상기 보정 완료 전류값 및 SOC 보정량에 기초하여, 상기 축전지의 SOC 추정값을 계산하고,
상기 축전지의 온도값, 상기 보정 완료 전류값, 및 상기 SOC 추정값에 기초하여, 상기 축전지의 전압 추정값을 결정하고,
상기 축전지의 전압값과, 상기 전압 추정값의 비교에 기초하여, 상기 SOC 보정량을 결정하고,
상기 SOC 보정량에 기초하여, 상기 전류 보정량을 결정하는,
축전지 잔량 추정 방법.
컴퓨터에,
축전지의 전류값 및 전류 보정량에 기초하여, 보정 완료 전류값을 결정시키고,
상기 보정 완료 전류값 및 SOC 보정량에 기초하여, 상기 축전지의 SOC 추정값을 계산시키고,
상기 축전지의 온도값, 상기 보정 완료 전류값, 및 상기 SOC 추정값에 기초하여, 상기 축전지의 전압 추정값을 결정시키고,
상기 축전지의 전압값과, 상기 전압 추정값의 비교에 기초하여, 상기 SOC 보정량을 결정시키고,
상기 SOC 보정량에 기초하여, 상기 전류 보정량을 결정시키는,
프로그램.