WO2007080802A1

WO2007080802A1 - バッテリ放電能力判定方法、バッテリ放電能力判定装置、及び電源システム

Info

Publication number: WO2007080802A1
Application number: PCT/JP2006/326188
Authority: WO
Inventors: Noriyasu Iwane; Koji Fujimura; Takezo Sugimura
Original assignee: The Furukawa Electric Co., Ltd.
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2007-07-19
Also published as: US7764049B2; CN101351720A; JP4532416B2; EP1972956A4; EP1972956A1; US20090027007A1; JP2007187534A; CN101351720B; EP1972956B1

Abstract

　本発明のバッテリ放電能力判定方法では、拡張カルマンフィルタ演算により最適な状態ベクトルＸを推定し、推定された状態ベクトルＸから等価回路２１の素子定数を最適なものに更新している（ステップＳ７）。そして、更新された素子定数を用いた等価回路２１に基づき、所定の電流パターンでバッテリ１２から放電させたときの電圧降下ΔＶを推定し（ステップＳ８）、バッテリ１２の放電能力を判定している（ステップＳ９）。

Description

明細書

ノッテリ放電能力判定方法、バッテリ放電能力判定装置、及び電源システム

技術分野

[0001] 本発明は、負荷に電力を供給するバッテリの放電能力を判定するバッテリ放電能力判定方法、バッテリ放電能力判定装置、及び電源システムの技術分野に関するものである。

背景技術

[0002] 近年、自動車の安全性能や乗り心地等の一層の向上のために、車両に搭載される電子機器がますます増大している。また、環境への負荷を低減するために、燃費の向上だけでなくアイドルストップなどの普及が進められている。

[0003] このような電子機器の増大やアイドルストップの普及などに伴い、ノッテリの状態を監視して異常や充電不足等を早期に検知する必要性が急速に高まりつつある。これに対応して、バッテリの劣化状態（SOH)あるいは充電率 (SOC)を推定する方法が様々に提案されている。

[0004] 特許文献 1では、所定のモデル計算によりバッテリ電圧を計算し、該バッテリ電圧を用いて所定の算出式に基づヽてバッテリの SOCを計算するようにして、る。上記のモデル計算では、少ない素子定数による簡単なノッテリモデルを用いており、ノッテリ電圧の計算結果と測定されたバッテリ電圧とをフィードバックすることで、前記の素子定数を補正させるようにしてヽる。

[0005] また、特許文献 2では、ノッテリの SOCと電圧を状態変数とするノッテリの挙動モデルを用いて、カルマンフィルターに基づく状態推定を行うことで、バッテリの SOCを求めるようにしている。

[0006] すなわち、上記のバッテリの挙動モデルを用いて測定された電流に対する電圧の変化を予測し、予測された電圧と測定された電圧との差に基づ!ヽて状態変数を補正するようにしている。これにより、状態変数の一つである SOCが補正された結果として得られる。特許文献 1：特表 2004— 514249号公報

特許文献 2：特開 2002— 319438号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] バッテリの実際の動作環境を考えた場合、起動要求された負荷に電流が流れたときの応答電圧 (SOF)が、負荷の安定動作範囲内にあるかどうかが最も重要な情報となる。また上記の応答電圧は、起動要求時のバッテリの状態、例えば他の負荷に供給されて、る負荷電流の大きさ等によって様々に変動する。

[0008] し力しながら、上記の応答電圧についての情報を提供できる技術は、これまで提案されてはいない。これを実現するための技術としては、例えば、ノッテリを電気的な等価回路としてモデルィ匕し、この等価回路に基づ、て要求される負荷電流パターンが流れたときの応答電圧を推定し、推定した応答電圧が負荷の安定動作範囲内にある力どうかを判定させる方法が一般的に考えられる。

[0009] 上記の等価回路を用いる方法では、広範の周波数領域にわたってバッテリのインピ一ダンス測定を行い、測定されたインピーダンスと前記の等価回路力算出されるィンピーダンスとが広範の周波数領域で一致するように等価回路の各素子定数を決定しておく必要がある。

[0010] し力しながら、バッテリの実際の使用環境を考えた場合、各素子定数の決定に必要な広範の周波数領域にわたるインピーダンス測定は、測定に要する時間や計算負荷等の観点からも極めて困難である。また、各素子定数を予め決定して記憶させておく場合でも、ノッテリの経年変化等に伴って各素子定数を調整する必要があるが、これを行うのが極めて困難という問題があった。

[0011] 特許文献 1及び特許文献 2では、所定のバッテリモデルに基づいてバッテリの SOC を推定するようにしているだけであり、新たに負荷を起動したときの負荷電流に対する応答電圧を予測することはできな、。

[0012] そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、要求負荷電流に対する応答電圧を推定してバッテリの放電能力を判定することが可能なバッテリ放電能力判定方法等を提供することを目的として、る。課題を解決するための手段

[0013] この発明のバッテリ放電能力判定方法の第 1の態様は、バッテリの等価回路に基づ V、て該バッテリの放電能力を判定するバッテリ放電能力判定方法であって、少なくとも前記等価回路の素子定数及び該素子定数の所定の関数を要素とする状態べタトルを設定し、前記バッテリの電流及び電圧を測定して求め、前記測定された電流値及び電圧値と所定の SOC算出方法で算出された SOCとを観測値とし、この観測値から前記状態ベクトルを推定し、推定された前記状態ベクトルの要素である前記素子定数を前記等価回路に適用して所定の電流パターンで放電したときの前記バッテリの電圧値を推定し、推定された前記電圧値を所定の電圧許容値と比較することにより前記バッテリの放電能力を判定することを特徴とするバッテリ放電能力判定方法である。

[0014] この発明のバッテリ放電能力判定方法の第 2の態様は、電流、電圧及び充電率 (S OC)力算出される二次的な観測値力前記状態べ外ルを推定することを特徴とするバッテリ放電能力判定方法である。

[0015] この発明のバッテリ放電能力判定方法の第 3の態様は、 1以上の周波数におけるィンピーダンスを前記観測値の要素に追加し、前記測定された電流値及び電圧値と前記 SOC算出方法で算出された SOCと所定のインピーダンス算出方法で算出された前記 1以上の周波数におけるインピーダンスとから前記状態ベクトルを推定することを特徴とするバッテリ放電能力判定方法である。

[0016] この発明のバッテリ放電能力判定方法の第 4の態様は、前記インピーダンス算出方法力前記バッテリにパルス電流を放電または充電させたときの電流及び電圧を測定し、前記測定された電流値及び電圧値をそれぞれフーリエ展開して前記 1以上の周波数に対応するそれぞれの振幅成分を求め、前記振幅成分から前記 1以上の周波数におけるインピーダンスを算出することを特徴とするバッテリ放電能力判定方法である。

[0017] この発明のバッテリ放電能力判定方法の第 5の態様は、前記インピーダンス算出方法力前記バッテリから電装機器に電力供給しているときの電流及び電圧を測定し、前記測定された電流値及び電圧値をそれぞれフーリエ変換して前記 1以上の周波数に対応するそれぞれの振幅成分を求め、前記振幅成分から前記 1以上の周波数におけるインピーダンスを算出することを特徴とするバッテリ放電能力判定方法である。

[0018] この発明のバッテリ放電能力判定方法の第 6の態様は、前記インピーダンス算出方法力前記フーリエ展開あるいはフーリエ変換して求めた前記インピーダンス (Zmes とする）に対し、さらに前記バッテリと並列接続された電装機器のインピーダンス (Zxとする）の影響を除去するために、

1 ZZmes = 1 /Zx + 1 /Zbat

なる関係式より前記バッテリのインピーダンス Zbatを算出することを特徴とするバッテリ放電能力判定方法である。

[0019] この発明のバッテリ放電能力判定方法の第 7の態様は、前記素子定数が、少なくと

、て所定の補正計算が行われることを特徴とするバッテリ放電能力判定方法である。

[0020] この発明のバッテリ放電能力判定方法の第 8の態様は、前記 SOC算出方法が、前記バッテリの安定 OCV測定値、電流積算値、 IZV特性の少なくともいずれか 1つを用いることを特徴とするバッテリ放電能力判定方法である。

[0021] この発明のバッテリ放電能力判定装置の第 1の態様は、バッテリの等価回路に基づ V、て該バッテリの放電能力を判定するバッテリ放電能力判定装置であって、前記バッテリの電流を測定する電流センサと、前記バッテリの電圧を測定する電圧センサと、前記電流センサから入力した電流値と、前記電圧センサ力入力した電圧値と、所定の算出方法で算出された SOCとから、前記等価回路の素子定数及び該素子定数の所定の関数を要素とする状態べ外ルを推定し、推定された前記状態べ外ルの要素である前記素子定数を前記等価回路に適用して所定の電流パターンで放電したときの前記バッテリの電圧値を推定し、推定された前記電圧値を所定の電圧許容値と比較することにより前記バッテリの放電能力を判定する制御手段とを備えることを特徴とするバッテリ放電能力判定装置である。

[0022] この発明のバッテリ放電能力判定装置の第 2の態様は、前記制御手段が、 1以上の周波数におけるインピーダンスを前記観測値の要素に追加し、前記電流センサ及び電圧センサ力入力した電流値及び電圧値と前記 soc算出方法で算出された SO

Cと所定のインピーダンス算出方法で算出された前記 1以上の周波数におけるインピ一ダンスとから前記状態ベクトルを推定することを特徴とするバッテリ放電能力判定装置である。

[0023] この発明のバッテリ放電能力判定装置の第 3の態様は、前記バッテリにパルス電流を放電又は充電させる放電回路又は充電回路を備え、前記制御手段が、前記放電回路又は充電回路により前記パルス電流を放電又は充電させたときの電流値及び電圧値をそれぞれ前記電流センサ及び電圧センサから入力し、前記電流値及び電圧値をそれぞれフーリエ展開して前記 1以上の周波数に対応するそれぞれの振幅成分を求め、前記それぞれの振幅成分力前記 1以上の周波数におけるインピーダンスを算出することを特徴とするバッテリ放電能力判定装置である。

[0024] この発明の電源システムの第 1の態様は、第 9の態様力第 11の態様のいずれか 1 つのノッテリ放電能力判定装置を備えた電源システムである。

発明の効果

[0025] 本発明によれば、要求負荷電流に対する応答電圧を推定してバッテリの放電能力を判定することが可能なバッテリ放電能力判定方法等を提供することが可能となる。本発明によれば、要求負荷電流に対する応答電圧を、最適に学習させた等価回路を用いて予測させるようにしたことにより、ノッテリが負荷に給電を行っている負荷動作環境においても、バッテリの放電能力を高精度で評価することが可能となる。

[0026] また、所定の周波数のインピーダンス測定を併用することで、バッテリ放電能力の予測精度を一層向上させることができる。さらに、等価回路の素子定数の値を、バッテリ

、て決定し、これを用いた前記等価回路により応答電圧を予測させるようにすることにより、より一層高い精度でバッテリ放電能力を判定することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1]図 1は、本発明のバッテリ放電能力判定方法の一実施形態を示すブロック図である。

[図 2]図 2は、本発明のバッテリ放電能力判定装置及び電源システムの一実施形態を示すブロック図である。

[図 3]図 3は、ノッテリ 12の等価回路モデルの一実施例を示す回路図である。

[図 4]図 4は、横軸を電流 Iとしたときの素子定数 Raの変化を示すグラフである。

[図 5]図 5は、横軸を電流 Iとしたときの素子定数 Rbの変化を示すグラフである。

[図 6]図 6は、横軸を電流 Iとしたときの素子定数 Caの変化を示すグラフである。

[図 7]図 7は、横軸を電流 Iとしたときの素子定数 Cbの変化を示すグラフである。

[図 8]図 8は、目標電流パターンの 1実施例を示す図である。

[図 9]図 9は、図 8の目標電流パターンで放電したときの電圧降下の予測結果を示す図である。

符号の説明

[0028] 11· ··電源システム

12· • ·ノ、ソアジ

13· • .才ノレタネータ

14· • ·電流十

is"電圧計

le- ··バッテリ放電能力判定装置

17· ··放電回路

18· ··線路

19· ··負荷

21· ··等価回路

22、 23···回路部

発明を実施するための最良の形態

[0029] 図面を参照して本発明の好ましい実施の形態におけるバッテリ放電能力判定方法、バッテリ放電能力判定装置、及び電源システムの構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略ィ匕のため、同一符号を付して示す。

[0030] 本発明のバッテリ放電能力判定装置及び電源システムの一実施形態を図 2に示す。電源システム 11は、電源としてバッテリ 12とオルタネータ 13を備えており、バッテリ放電能力判定装置 16にはバッテリ 12の電流及び電圧を測定するための電流計 14 及び電圧計 15が設けられている。バッテリ放電能力判定装置 16に備えられた制御手段 20は、所定の時間間隔で前記電流計 14及び電圧計 15からそれぞれ電流及び電圧を入力し、本発明のバッテリ放電能力判定方法に基づいてバッテリ 12の放電能力を判定している。

[0031] 制御手段 20によるバッテリ 12の放電能力判定方法は、バッテリ 12を所定の等価回路モデルで模擬し、所定の電流パターンで放電したときの電圧又は電圧降下を該等価回路を用いて推定し、推定した電圧又は電圧降下を所定の許容値と比較することで、バッテリ 12の放電能力を判定している。上記の放電能力判定方法によりバッテリ 12の放電能力を正確に判定できるためには、前記等価回路による電圧又は電圧降下を精度よく推定できるようにする必要がある。

[0032] 本発明の放電能力判定方法では、バッテリの所定の等価回路を用いて、少なくとも前記等価回路の素子定数及び該素子定数の所定の関数を要素とする状態ベクトルを設定し、測定した前記バッテリの電流及び電圧と所定の算出方法で算出した SOC とを観測値とし、これ力前記状態べ外ルを推定し、推定した前記状態べ外ルの要素である前記素子定数を前記等価回路に適用し、これを用いて所定の電流パターンで放電したときの前記バッテリの電圧値を推定するようにして、る。

[0033] バッテリ 12の等価回路モデルの一実施例を図 3に示す。図 3に示す等価回路 21には、抵抗を表す 6種類の素子定数、 Ral、 Ra2、 Ra3、 Rbl、 Rb2と、コンデンサを表す 5種類の素子定数 Cal、 Ca2、 Ca3、 Cbl、 Cb2が含まれている。これらの素子定数は、さらに以下のように置換することができる。

[0034] Ral = •Ra

Ra2 = β •Ra

Ra3 = Ύ •Ra

Cal = δ •Ca

Ca2 = ε •Ca

Ca3 = ζ •Ca

Ca4 = V •Ca Ca5 = Θ•Ca

Rbl = L •Rb

Rb2 = K •Rb

Cbl = λ •Cb

Cb2 = •Cb

Cb3 = V •Cb

[0035] ここで、定数 α、 |8、 γ、 δ、 _ε 、 ζ 、 7}、 0、 ί 、 κ、 λ、 /ζ、 ν «、事前に実験等で固定定数として決定しておくことができる。そこで、上式の R Q , Ra, Ca, Rb, Cbを素子定数として推定させるようにすることができる。

[0036] 図 3の等価回路 21において、素子定数 Ra, Caを含む回路部 22と素子定数 Rb, C bを含む回路部 23とによる電圧降下 Δνは、ノッテリ 12の電流及び電圧をそれぞれ I、 Vとしたとき、

AV=V— OCV (式 1)

と表すことができる。本実施形態の制御手段 20では、等価回路 21を用いて上式の電圧降下 Δνを二次的な観測値として前記素子定数を含む状態ベクトル推定し、また該等価回路に所定の電流パターンが流れたときの電圧降下の予測地 AVxを所定の許容値と比較することで、バッテリ 12の放電能力を判定するようにして、る。

[0037] 制御手段 20で実行されるバッテリ 12の放電能力判定方法について、図 1を用いて以下に詳細に説明する。図 1は、本発明のバッテリ放電能力判定方法の一実施形態を示すブロック図である。

[0038] ノッテリ 12の放電能力を正確に判定するためには、ノッテリ 12の等価回路 21が所定の電流パターンで放電したときの電圧降下 AVxを精度良く推定する必要がある。そこで、本実施形態のバッテリ放電能力判定方法では、所定の間隔の離散時間でバッテリを観測し、得られた観測データを基に等価回路 21の素子定数を学習していくことにより、ノッテリ 12の電圧降下 Δ Vxを高精度で推定できるようにして、る。

[0039] 等価回路 21に含まれる素子定数 R Ω、 Ra、 Ca、 Rb、 Cbを最適化させる方法として、例えば最小自乗演算、拡張カルマンフィルタ、適切に教育された-ユーラル'ネットワーク等を用いる方法が知られており、本発明のバッテリ放電能力判定方法ではいずれの方法を用いてもよい。図 1に示す本実施形態では、最も一般的でかつ好適な方法の一つである拡張カルマンフィルタを用いて、る。

[0040] 拡張カルマンフィルタ演算においては、上記素子定数あるいはそれらを含む所定の数式で与えられる値を状態ベクトルとして表し、所定の離散時間間隔で測定される電流 Inと電圧 Vn及び別に測定又は算出された充電率 SOCnとを要素とする観測値ベクトルを作成し、前記状態ベクトル力の前記観測値ベクトルの期待値誤差が最小となるように状態ベクトルを更新する。

[0041] 前記拡張カルマンフィルタ演算の一般的な方法は、ヤコビアン行列の更新→1期先予測→カルマンゲイン計算→フィルタリング演算を繰り返す。これにより、前記状態ベクトルを逐次的に推定していくことができ、前記状態ベクトルの推定結果として等価回路の定数 RQ、Ra, Ca, Rb, Cbを最適なものに更新することができる。

[0042] 図 1に示す本実施形態では、ノッテリ 12の状態ベクトルの更新ならびに観測値の取得は、時間間隔 ΔΤ毎に行われる。ステップ S1は、時刻が前回の実行時刻 Tn-1 カゝら前記時間間隔 ΔΤだけ経過して実行時刻 Τηに達したことを示している。実行時刻 Τηに到達すると、ステップ S2においてバッテリ 12の測定を行う。

[0043] ステップ S2では、電流計 14及び電圧計 15で η+1回目に測定されたバッテリ 12の電流 Ιη+1及び電圧 Vn+1を入力するとともに、所定の SOC算出方法で SOCn+1を算出している。前記 SOC算出方法として、例えばバッテリ 12の起動初期の安定 OCV測定値と電流積算値とを組み合わせて用いる方法、動作環境中の IZV特性を用いる方法等があり、いずれを用いてもよい。

[0044] 本実施形態では、バッテリ 12の放電能力を基準電圧力もの電圧降下の大きさで判定するものとしている。すなわち、所定の電流パターンで放電したときの前記基準電圧からの電圧降下が、所定の許容値よりも大きくなつた場合を放電能力が不足と判定させるようにしている。ノッテリ 12の電圧降下として、例えば図 3に示す等価回路 2 1に記載された Δ Vで評価することができる。

[0045] ステップ S3では、ステップ S2で得られた観測データの In+1、 Vn+1及び SOCn+1をもとに、電圧降下 Δ Vn+1を算出している。電圧降下 Δ Vn+1は、次式で算出することができる。 Δ Vn+ 1 = Vn+ 1 - OC Vn+ 1 (式 2)

ここで、 OCVn+1はステップ S2で得られた SOCn+1から、次式で算出することができる。

OCV=a-SOC+b (式 3)

[0046] 上式は、時刻 Tn+1における安定 OCVを算出する式であり、実験等によって事前に作成したものを用いることができる。係数 a、 bは、温度等に依存して変化させるようテ一ブル形式ある、は関数式として設定してもよ、。

[0047] 一方ステップ S4では、 n回目の観測値と前回の状態ベクトル推定値力ヤコビアン行列 Fnの更新を行う。本実施例のヤコビアン行列 Fnは、

Fn=diag(l- AT/aRa:n- δ Ca:n, 1- AT/j8Ra:n- ε Cam,

1- AT/yRa:n- ζ Cam, 1- AT/j8Ra:n- η Ca:n,

1- AT/aRa:n- Θ Cam, 1— ΔΤ/ t Rb:n- lCb:n,

1— ΔΤ/KRa · μ Cam, 1— ΔΤ/ t Rb:n- v Cb:n, で与えられる。

[0048] ステップ S5では、ステップ S3で測定によって得た観測値力計算した Δ Vn+1を拡張力ルマンフィルタ計算上の観測値を Yn+1とする。

Yn+1= AVn+l (式 4)

[0049] 図 3において、例えば回路部 22内の第一の RC並列部の電圧降下 Δνΐηは、

Δνΐ:η+1= Δνΐη+ Δ T{ln/Cal - Vn/(Ral - Cal)} (式 5)

と表されるので、状態ベクトル ¾ を

Xn^T=(AValn, AVa2n, AVa3n, AVa4n, AVa5n,

AVbln, AVb2n, AVb3n, RQ:n, Ram, Cam,

Rb:n, Cb:n)

(式 6)

とし、入力ベクトル Un^Tを

Un^T=(At-In/ δ Ca:n, At -In/ ε Cam, Δί·Ιη/ζ Cam,

At-In/r? Ca:n, At -In/ Θ Ca:n, At'In/ λ Cb:n, At-In/^Cbm, At-In/vCb:n, 0, 0, 0, 0, 0)

(式 7)

と設定することによって、ステップ S6では Xnの一期先予測値 Xn+l|nを

Xn+l|n=Fn-Xn+Un (式 8)

として算出する。

[0050] さらに Hn^T=(l, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, In, 0, 0, 0, 0) (式 9)とすることにより

システム方程式： Xn+l=Fn' Xn (式 10)

観測方程式： Υη=Ηη^τ·Χη (式 11)

と表現可能である。

[0051] 上記状態ベクトルの一期先予測値 Xn+l|nと観測値 Υη+1とを用いて、ステップ S7では、カルマンゲイン計算とフルタリング計算による拡張カルマンフィルタ演算により最適な状態ベクトル Xnを逐次的に推定し、推定された状態ベクトル Xから前記素子定数を最適なものに更新して、る。

[0052] 上記の拡張カルマンフィルタ演算によって更新された前記素子定数を用いた等価回路 21に基づき、ステップ S8では所定の電流パターンでバッテリ 12から放電させたときの電圧降下 AVxを推定する。前記所定の電流パターンは、例えば現在の放電電流に新たに起動させる負荷の電流パターンを加算して決定することができる。

[0053] その具体的な計算方法としては（式 5)の関係と所定の電流パターン Ιχ:η+1の値を用いて

AVx:n+l= AVln+l+ AV2n+l+ AV3n+l+ AV4n+l+ AV5n+l + Δ V6n+1 + Δ V7n+1 + Δ V8n+1 +R Ω ·Ιχ:η+1 (式 12) として逐次的に算出可能である。

[0054] また計算負荷を低減する手段として、前記方法より若干精度は落ちるが、便宜的に

Δ Vx = (Ra + Rb) X Ιχあるいは Δ Vx = Ra X Ιχ、 Δ Vx = Rb X Ιχのような Δ Vx = G(Ra , Rb, Ix)の関係を実験よりもとめて算出しても全く問題ない。

[0055] ステップ S9では、上記で予測した電圧降下 Δ Vxを所定の許容値 Δ Vlimitと比較して、 AVxが Δ Vlimit以下の場合には放電能力が十分と判定する (ステップ S10)—方、 Δ Vxが Δ Vlimkより大きい場合には放電能力が不足していると判定する (ステップ S 11)。

[0056] 上記実施形態を用いて説明した通り、本発明によれば、所定の電流パターンで放電させたときのノッテリの電圧又は電圧降下を、最適に学習させた等価回路を用いて予測させるようにしたことにより、該バッテリが負荷に給電を行っている負荷動作環境においても、該バッテリの放電能力を高精度で評価することが可能となる。

[0057] 本発明のバッテリ放電能力判定方法の別の実施形態を以下に説明する。本実施形態では、観測値として 1以上の周波数におけるインピーダンスを追加しており、例えば素子定数の一つであるを、測定で得られる前記インピーダンス力も算出させるようにしている。

[0058] 本実施形態では、例えば素子定数の一つである R Ωを、実測で求め観測値とすることにより、状態ベクトル X^Tを次式のように表すことができる。

X^T=(AValn, AVa2n, AVa3n, AVa4n, AVa5n,

AVbln, AVb2n, AVb3n, Ram, Cam, Rb:n, Cb:n)

(式 13)

上式に示す通り、本実施形態では学習させる素子定数を Ra, Ca, Rb, Cbの 4つに限定することができ、計算負荷の低減と精度の向上を図ることができる。

[0059] この場合、各行列ならびにベクトルを

Fn=diag(l- AT/aRa:n- δ Ca:n, 1- AT/j8Ra:n- ε Cam,

1- AT/yRa:n- ζ Cam, 1- AT/j8Ra:n- η Cam, 1- AT/aRa:n- Θ Cam, 1— ΔΤ/ t Rb:n- lCb:n, 1 ΔΤ/KRa · μ Cam, 1— ΔΤ/ t Rb:n- v Cb:n, 1, 1, 1, 1) (式 14)

Un^T=(At-In/ δ Ca-n, At ·1η/ ε Ca-n, At-In/ C Ca-n,

At-In/r? Ca-n, At -In/ Θ Ca-n, At-In/lCb-n, At-In/^Cb-n, At-In/vCb-n, 0, 0, 0, 0)

(式 15)

H^T=(1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0) (式 16)

とすることにより前実施形態と同様に計算可能である。 [0060] 前記 1以上の周波数におけるインピーダンスを算出する方法として、ノッテリ 12にパルス電流を放電または充電させたときの電流とそのときの応答電圧を測定し、前記測定された電流値及び電圧値をそれぞれフーリエ展開して前記 1以上の周波数に対応するそれぞれの振幅成分を求め、前記それぞれの振幅成分から前記 1以上の周波数におけるインピーダンスを算出する方法がある。

[0061] 図 2に示す電源システム 11は、バッテリ 12からパルス電流を放電させるための放電回路 17を備えている。また、ノッテリ 12にパルス電流を充電させる場合には、オルタネータ 13から線路 18を経由して充電させるようにすることができる。

[0062] 前記 1以上の周波数におけるインピーダンスを算出する別の方法として、バッテリ 1 2の負荷動作環境において、すなわちノッテリ 12が負荷 19に電力供給している状態において、ノッテリ 12の電流及び電圧を測定し、測定された電流値及び電圧値をそれぞれフーリエ変換して前記 1以上の周波数に対応するそれぞれの振幅成分を求め、それぞれの振幅成分力前記 1以上の周波数におけるインピーダンスを算出することがでさる。

[0063] ノッテリ 12と負荷 19が並列に接続された並列回路となっているため、上記いずれのインピーダンス算出方法においても、実車環境においては前記並列回路の合計ィンピーダンスを測定していることとなる。すなわち、ノッテリ 12のインピーダンスを Zbat 、負荷 19のインピーダンスを Zxとしたとき、測定値力も算出されるインピーダンスは次式の Zmesである。

1 /Zmes = 1 /Zx + 1 /Zbat (式 17)

[0064] 負荷 19のインピーダンス Zxは、バッテリ 12のインピーダンス Zbatに比べて十分大きいことから、算出されたインピーダンス Zmesを近似的にバッテリ 12のインピーダンス Z batとしてもよ!/、ことが上式よりわ力る。

[0065] さらに、インピーダンス Zmesから（式 17)に基づいて負荷 19のインピーダンス Zxの影響を除去することで、ノッテリ 12のインピーダンス Zbatを算出させるようにすることも可能である。負荷 19のインピーダンス Zxは、車両種毎に予め実測によって定められた値を記憶してぉ、て用いても良、し、負荷動作環境中に学習取得するようにしても構わない。 [0066] 本発明のバッテリ放電能力判定方法のさらに別の実施形態を以下に説明する。上記の実施形態では、図 1のステップ S 7で更新された前記素子定数をそのまま用いて、等価回路 21に基づ、て所定の電流パターンで放電したときの電圧降下 Δ Vを予測していた。

[0067] 一般に、等価回路 21の回路定数は、放電した電流値に依存して非線形に変化することが知られている。そのため、この回路定数を決定する前記素子定数を更新したときの放電電流が、前記所定の電流パターンの電流値と大きく異なる場合には、等価回路 21による電圧降下の予測値が無視できない誤差を含む可能性がある。

[0068] そこで本実施形態では、前記所定の電流パターンの電流値に依存して前記素子定数を決定するようにしている。素子定数 Ra, Ca, Rb, Cbは、下記に示すような電流 Iに依存する関数として!/、る。

[0069] Ra(l) = f 1 (a) X exp { -l/f2(a) } + f 3(a) X exp { -l/f4(a) } + a

(式 18)

Ca(l) = f 5(b) X exp { - i/f 6(b) } + f 7(b) X exp { - i/f 8(b) } + b

(式 19)

Rb(l) = f 9(c) X exp {— I/f 10(c) } +fl 1(c) X exp {— I/f 12(c) } +f 13(c) X exp {—1/ f 14(c)} +c (式 20)

Cb(I) = d (式 21)

[0070] 上記（式 18)〜（式 21)における a, b, c, dは定数であり、 fl〜fl4は前記定数の関数としている。最も簡単な関数式の例として、例えば

fl(a)= φ - a+ ω (式 22)

のような一次式とすることができる。ここで、 φ、 ω等の各関数の係数は事前に実験等によって決定しておくことができる。

[0071] (式 18)〜（式 21)の関数の 1実施例を図 4〜7に示す。図 4〜7は、横軸を電流 Iとしたときの各素子定数 Ra, Ca, Rb, Cbの変化を示すグラフである。各グラフ力、（式 18)〜（式 21)の関数に含まれる定数 a, b, c, d及び fl〜f 14を決定することができる

[0072] 上記の通り決定された（式 18)〜（式 21)の関数に、目標の電流パターンの電流を代入することにより、素子定数 Ra, Ca, Rb, Cbの値を決定し、これを用いて等価回路 21により前記目標の電流パターンで放電した時の電圧降下 Δ Vを高い精度で予測することが可能となる。

[0073] 上記の通り、（式 18)〜（式 21)から目標電流パターンの電流値における素子定数 Ra, Ca, Rb, Cbの値（以下では、それぞれを Ra- x, Ca-χ, Rb- x, Cb- xとする）を求め、これを用いてバッテリ 12の放電能力を評価した 1実施例を図 8及び図 9に示す。図 8は目標電流パターンの 1実施例であり、図 9は図 8の目標電流パターンで放電したときの電圧降下の予測結果を示す図である。

[0074] 図 9において、グラフ 31は等価回路 21を用いて予測した電圧降下を示しており、グラフ 32は図 8の電流パターンで実際に放電したときの測定結果を示して、る。電流 In で放電したときの応答電圧は、（式 2)より

Vn= OCVn+R Q X In+ A Vn

で求められる。ここで、 A Vnは素子定数の値 Ra-x, Ca-x, Rb-χ, Cb-xと、電流 In及び前回の Δνη-はり、次式で算出される。

A Vn=F(Ra-x, Ca-χ, Rb- x, Cb- x, In, A Vn- 1)

[0075] 図 9より、予測結果の電圧降下 31と実際の電圧降下とは良い一致を示しており、本実施形態のバッテリ放電能力判定方法は、極めて精度良くバッテリ 12の放電能力を判定することが可能なことがわかる。

[0076] なお、上記素子定数に加えて、 SOC等のその他のパラメータつ、ても同様の補正を行うようにすることによって、さらに精度を向上させることができるのは、うまでもな!/ヽ。また、前記素子定数を電流 Iに依存する関数とする代わりに、バッテリ 12の温度又は SOCの関数として上記と同様の補正を行わせるようにすることも可能である。あるいは、電流、温度、 SOCのいずれ力 2つ以上の関数とすることも可能である。

Claims

請求の範囲

[1] バッテリの等価回路に基づいて該バッテリの放電能力を判定するバッテリ放電能力判定方法であって、

少なくとも前記等価回路の素子定数及び該素子定数の所定の関数を要素とする状態ベクトルを設定し、

前記バッテリの電流及び電圧を測定して求め、

前記測定された電流値及び電圧値と所定の SOC算出方法で算出された SOCとを観測値とし、これ力前記状態べ外ルを推定し、

推定された前記状態ベクトルの要素である前記素子定数を前記等価回路に適用して所定の電流パターンで放電したときの前記バッテリの電圧値を推定し、推定された前記電圧値を所定の電圧許容値と比較することにより前記バッテリの放電能力を判定する

ことを特徴とするバッテリ放電能力判定方法。

[2] 前記バッテリの電流、電圧及び充電率 (SOC)から算出される二次観測値から前記状態ベクトルを推定することを特徴とする請求項 1に記載のバッテリ放電能力判定方法。

[3] 1以上の周波数におけるインピーダンスを前記観測値の要素に追加し、

前記測定された電流値及び電圧値と前記 SOC算出方法で算出された SOCと所定のインピーダンス算出方法で算出された前記 1以上の周波数におけるインピーダンスとから前記状態ベクトルを推定する

ことを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載のバッテリ放電能力判定方法。

[4] 前記インピーダンス算出方法は、前記バッテリにパルス電流を放電または充電させたときの電流及び電圧を測定し、前記測定された電流値及び電圧値をそれぞれフーリェ展開して前記 1以上の周波数に対応するそれぞれの振幅成分を求め、前記振幅成分力前記 1以上の周波数におけるインピーダンスを算出する

ことを特徴とする請求項 3に記載のバッテリ放電能力判定方法。

[5] 前記インピーダンス算出方法は、前記バッテリが電装機器に電力供給しているときの電流及び電圧を測定し、前記測定された電流値及び電圧値をそれぞれフーリエ変換して前記 1以上の周波数に対応するそれぞれの振幅成分を求め、前記振幅成分力も前記 1以上の周波数におけるインピーダンスを算出する

[6] 前記インピーダンス算出方法は、前記フーリエ展開あるいはフーリエ変換して求めた前記インピーダンス (Zmesとする）に対し、さらに前記バッテリと並列接続された電装機器のインピーダンス (Zxとする）の影響を除去するために、

1 /Zmes = 1 /Zx + 1 /Zbat

なる関係式より前記バッテリのインピーダンス Zbatを算出する

ことを特徴とする請求項 4または請求項 5に記載のノッテリ放電能力判定方法。

[7] 前記素子定数は、少なくとも前記バッテリの電流値 Z温度 ZSOCのいずれかについて所定の補正計算が行われることを特徴とする請求項 1から請求項 6のいずれか 1項に記載のバッテリ放電能力判定方法。

[8] 前記 SOC算出方法は、前記バッテリの安定 OCV測定値、電流積算値、 IZV特性の少なくともいずれ力 1つを用いることを特徴とする請求項 1から請求項 7のいずれか 1 項に記載のバッテリ放電能力判定方法。

[9] バッテリの等価回路に基づいて該バッテリの放電能力を判定するバッテリ放電能力判定装置であって、

前記バッテリの電流を測定する電流センサと、

前記バッテリの電圧を測定する電圧センサと、

前記電流センサから入力した電流値と、前記電圧センサ力入力した電圧値と、所定の算出方法で算出された SOCとから、前記等価回路の素子定数及び該素子定数の所定の関数を要素とする状態べ外ルを推定し、推定された前記状態べ外ルの要素である前記素子定数を前記等価回路に適用して所定の電流パターンで放電したときの前記バッテリの電圧値を推定し、推定された前記電圧値を所定の電圧許容値と比較することにより前記バッテリの放電能力を判定する制御手段と

を備えることを特徴とするバッテリ放電能力判定装置。

[10] 前記制御手段は、 1以上の周波数におけるインピーダンスを前記観測値の要素に追加し、前記電流センサ及び電圧センサから入力した電流値及び電圧値と前記 SOC 算出方法で算出された SOCと所定のインピーダンス算出方法で算出された前記 1以上の周波数におけるインピーダンスとから前記状態ベクトルを推定する

ことを特徴とする請求項 9に記載のバッテリ放電能力判定装置。

[11] 前記バッテリにパルス電流を放電又は充電させる放電回路又は充電回路を備え、前記制御手段は、前記放電回路又は充電回路により前記パルス電流を放電又は充電させたときの電流値及び電圧値をそれぞれ前記電流センサ及び電圧センサから入力し、前記電流値及び電圧値をそれぞれフーリエ展開あるいはフーリエ変換して前記 1以上の周波数に対応するそれぞれの振幅成分を求め、前記それぞれの振幅成分力前記 1以上の周波数におけるインピーダンスを算出する

ことを特徴とする請求項 10に記載のバッテリ放電能力判定装置。

[12] 請求項 9から請求項 11のいずれか 1項に記載のバッテリ放電能力判定装置を備えた電源システム。