WO2019097938A1 - 電池状態推定装置 - Google Patents

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WO2019097938A1
WO2019097938A1 PCT/JP2018/038599 JP2018038599W WO2019097938A1 WO 2019097938 A1 WO2019097938 A1 WO 2019097938A1 JP 2018038599 W JP2018038599 W JP 2018038599W WO 2019097938 A1 WO2019097938 A1 WO 2019097938A1
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WO
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weight
battery
socw
estimation device
state estimation
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/038599
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English (en)
French (fr)
Inventor
憲一朗 水流
大川 圭一朗
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery state estimation device.
  • a state detection device for detecting the state of the storage means is used.
  • the state of the storage means indicates the state of charge (SOC: State of Charge) indicating how much the battery is charged, or how much the amount of charge that can be discharged remains, and how much the battery is deteriorated.
  • SOC State of Charge
  • SOH state of health
  • the SOC in battery systems for portable devices and electric vehicles integrates the discharge current from full charge, and the amount of charge remaining in the storage means (remaining capacity) with respect to the maximum charge (total capacity) This can be detected by calculating the ratio of.
  • SOC can be determined by combining these methods.
  • an SOC is a combination of both methods by weighting and adding an SOC (SOCv) calculated based on the battery voltage and an SOC (SOCi) calculated by integrating the battery current using a weight W.
  • SOCv SOC
  • SOCi SOC
  • the battery state estimation apparatus is an apparatus for estimating a charge state of a chargeable / dischargeable battery, and includes an SOCv calculation unit that calculates an SOCv that is a charge state of the battery using a voltage across the battery; An SOCi calculating unit that calculates an SOCi that is a state of charge of the battery by integrating the current flowing to the battery, a weight calculating unit that calculates a weight W for weighted addition of the SOCv and the SOCi, and the weight W And a weight adjustment unit for adjusting a change in the weight W when a contradiction occurs in a calculation result of the SOCw calculated by the SOCw calculation unit, and an SOCw calculation unit that calculates an SOCw based on weighted addition of the SOCv and the SOCi. And.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a battery system 500 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery system 500 is a system for supplying the charge stored in the battery 400 to an external device as electric power, and includes a battery control device 100, a measuring unit 200, and an output unit 300.
  • a target to which the battery system 500 supplies power for example, an electric car, a hybrid car, a train, etc. can be considered.
  • the battery 400 is, for example, a chargeable / dischargeable battery such as a lithium ion secondary battery.
  • the present invention can be applied to devices having a power storage function such as a nickel hydrogen battery, a lead battery, and an electric double layer capacitor.
  • the battery 400 may be a single battery cell, or may be a module structure in which a plurality of single battery cells are combined.
  • the measuring unit 200 is a functional unit that measures physical characteristics of the battery 400, for example, voltage V across the battery 400, current (battery current) I flowing to the battery 400, temperature T of the battery 400, etc. , And necessary electrical circuits.
  • internal resistance R of the battery 400 is also required for estimation of a battery state so that it may mention later, in this Embodiment, in the battery state estimation apparatus 110, it calculates using another measurement parameter.
  • the output unit 300 is a functional unit that outputs the output of the battery control device 100 to an external device (for example, a host device such as a vehicle control device provided in an electric vehicle).
  • an external device for example, a host device such as a vehicle control device provided in an electric vehicle.
  • the battery control device 100 is a device that controls the operation of the battery 400, and includes a battery state estimation device 110 and a storage unit 120.
  • the battery state estimation device 110 calculates the SOC of the battery 400 based on the voltage V across both ends measured by the measurement unit 200, the battery current I, the battery temperature T, and the characteristic information of the battery 400 stored in the storage unit 120. calculate. Details of the SOC calculation method will be described later.
  • the storage unit 120 stores characteristic information of the battery 400 that can be known in advance, such as the internal resistance R of the battery 400, the polarization voltage Vp, the charging efficiency, the allowable current, and the total capacity.
  • characteristics information values may be stored separately for each operation of charge and discharge, or values may be stored separately for each state of the battery 400, such as charge state and temperature, or the battery One value common to all 400 states may be stored.
  • the battery control device 100 and the battery state estimation device 110 can be configured using hardware such as a circuit device that realizes the functions.
  • software that implements the function can be configured by execution by an arithmetic device such as a central processing unit (CPU).
  • the software is stored, for example, in the storage unit 120.
  • the storage unit 120 is configured using a storage device such as a flash memory, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), a magnetic disk, or the like.
  • the storage unit 120 may be provided outside the battery state estimation device 110, or may be realized as a memory device provided inside the battery state estimation device 110.
  • the storage unit 120 may be removable. If removable, replacing the storage unit 120 can easily change the characteristic information and the software. Further, the characteristic information and the software can be updated for each small unit by distributing and storing the characteristic information and the software in the replaceable storage unit 120 having a plurality of the storage units 120.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing details of the battery state estimation device 110 according to the first embodiment of the present invention.
  • Battery state estimation device 110 has functional blocks of SOCv calculation unit 111, SOCi calculation unit 112, IR calculation unit 113, weight calculation unit 114, weight adjustment unit 115, and is a result of estimating the charge state of battery 400. Output the state of charge SOCw.
  • Each of these functional blocks is realized, for example, as hardware configuring the battery state estimation device 110 or software executed by the CPU. The other computing units will be described later.
  • the SOCv computing unit 111 calculates the SOC of the battery 400 using the voltage V across the battery 400 measured by the measuring unit 200.
  • SOCv The SOCi calculation unit 112 calculates the SOC of the battery 400 by integrating the battery current I of the battery 400 measured by the measurement unit 200.
  • SOCi The calculation method of SOCv and SOCi will be described later.
  • the IR calculation unit 113 multiplies the battery current I by the internal resistance R. Although a method of determining the internal resistance R will be described later, the internal resistance R is acquired from the resistance table based on the battery temperature T.
  • the weight calculator 114 calculates a weight W for weighted addition of the SOCv and the SOCi based on the battery temperature T.
  • the weight adjustment unit 115 adjusts the weight W calculated by the weight calculation unit 114 when a predetermined condition is satisfied. The calculation method and adjustment method of W will be described later.
  • the multiplier MP1 multiplies SOCv by the weight W to obtain W ⁇ SOCv.
  • the subtractor DF obtains (1-W).
  • the multiplier MP2 multiplies SOCi by (1-W) to obtain (1-W) ⁇ SOCl.
  • the adder AD adds these to obtain SOCw. That is, each arithmetic operation unit of the multiplier MP1, the subtractor DF, the multiplier MP2 and the adder AD acts as an SOCw calculation unit that calculates an SOCw obtained by weighting and adding the SOCv and the SOCi based on the weight W.
  • SOCw is expressed by the following equation (1).
  • the weight W is a value of 0 or more and 1 or less.
  • SOCw W ⁇ SOCv + (1-W) ⁇ SOCi (1)
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the battery 400.
  • the battery 400 can be represented by a series connection of an impedance Z and a capacitance component C in parallel, an internal resistance R, and an open circuit voltage OCV.
  • a closed circuit voltage CCV which is a voltage between terminals of the battery 400 is expressed by the following equation (2).
  • Vp is a polarization voltage, which corresponds to the voltage across the parallel-connected pair of impedance Z and capacitance component C.
  • CCV OCV + I ⁇ R + Vp (2)
  • SOCv computing unit 111 obtains open circuit voltage OCV by subtracting IR drop and polarization voltage Vp from closed circuit voltage CCV as in the following equation (3).
  • OCV CCV-IR-Vp (3)
  • the internal resistance R and the polarization voltage Vp are stored in advance in the storage unit 120 as characteristic information. Since the internal resistance R and the polarization voltage Vp differ depending on the charge state or the temperature of the battery 400, individual values are stored in the storage unit 120 for each combination of these.
  • characteristic information defining the correspondence between the internal resistance R and the battery temperature T is stored as a resistance table. As shown in FIG. 2, SOCv computing unit 111 obtains internal resistance R from the resistance table based on battery temperature T.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the open circuit voltage OCV of the battery 400 and the SOC.
  • the correspondence relationship is determined by the characteristics of the battery 400, and the storage unit 120 stores data defining the correspondence relationship in advance as an SOC table.
  • the SOCv calculation unit 111 can calculate the open circuit voltage OCV using the above equation (3), and can calculate the SOCv of the battery 400 by referring to the SOC table using this as a key.
  • the SOCi calculation unit 112 obtains the SOCi of the battery 400 by integrating the battery current I that the battery 400 charges and discharges according to the following equation (4).
  • Qmax is the full charge capacity of the battery 400, and is stored in advance in the storage unit 120.
  • SOCold is the value of SOCw calculated by equation (1) in the previous calculation cycle.
  • SOCi SOCold + 100 ⁇ ⁇ I / Qmax (4)
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the internal resistance R of the battery 400 and the battery temperature T.
  • the battery 400 has a high internal resistance R in the low SOC state and a large value of the internal resistance R in the low temperature state. Therefore, in such a case, it is considered desirable to use SOCi instead of SOCv which is susceptible to the error of the internal resistance R.
  • SOCi instead of SOCv which is susceptible to the error of the internal resistance R.
  • the absolute value of the battery current I is small, it is affected by a slight measurement error of the current sensor, so it is considered preferable to use SOCv instead of SOCi.
  • weight operation unit 114 mainly uses SOCv when the absolute value of battery current I is small to calculate SOCw, and when the absolute value of battery current I is large, SOCw is mainly used to calculate SOCw.
  • the weight W is set as follows. Similarly, when internal resistance R is small, SOCw is mainly used to calculate SOCw, and when internal resistance R is large, weight W is set so that SOCw is mainly used to calculate SOCw.
  • the weight adjustment unit 115 determines whether a contradiction has occurred in the calculation result of the SOCw based on the battery current I and the SOCw output from the adder AD. Specifically, the charge / discharge direction of the battery 400 is determined from the positive / negative of the battery current I. Then, when the weight W exceeds the predetermined threshold and the charge / discharge direction of the battery 400 is different from the increase / decrease direction of the SOCw, it is determined that a contradiction has occurred in the calculation result of the SOCw. As a result, when it is determined that a contradiction has occurred, the change of the weight W set by the weight calculation unit 114 is adjusted so as to improve the contradiction.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the contradiction of SOCw that occurs when SOCi> SOCv.
  • a graph 610 shows the change of the battery current I
  • a graph 611 shows the change of the weight W.
  • Graphs 612, 613, and 614 show changes in SOCi, SOCv, and SOCw, respectively.
  • the horizontal axes of these graphs represent time, and the positions on the horizontal axes of the respective graphs correspond to each other. That is, in FIG.
  • the values of the battery current I, the weights W, the SOCi, the SOCv, and the SOCw at the same time are respectively shown at the same positions on the horizontal axis in the graphs 610 to 614. Further, the portions indicated by reference numerals 620 and 621 in the graph 614 indicate the contradiction occurrence places of the SOCw.
  • the weight W is set in accordance with the magnitude of the absolute value of the battery current I. That is, the weight W increases as the absolute value of the battery current I decreases, and the weight W decreases as the absolute value of the battery current I increases. Therefore, in FIG. 6, when battery current I changes as shown in graph 610, weight W changes as shown in graph 611 during the transition period from the charge side to the discharge side, and when battery current I is 0, that is, charging is completed. Maximum at switching of discharge direction. As a result, before and after the switching of the charge / discharge direction, as shown in contradiction occurrence portions 620 and 621 of the graph 614, a contradiction that the SOCw increases / decreases in a direction different from the charge / discharge direction may occur.
  • the contradiction occurrence point 620 indicates that when SOCi> SOCv, a contradiction that the SOCw decreases is generated although the battery current I is on the charge side (plus side). Further, the contradiction occurrence point 621 indicates that when SOCi> SOCv, a contradiction that the SOCw increases despite the battery current I being on the discharge side (minus side) occurs.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the contradiction of SOCw that occurs when SOCi ⁇ SOCv.
  • the graph 610 shows the change of the battery current I
  • the graph 611 shows the change of the weight W.
  • Graphs 612, 613, and 614 show changes in SOCi, SOCv, and SOCw, respectively.
  • the horizontal axes of these graphs represent time, and the positions on the horizontal axes of the respective graphs correspond to each other. Further, portions shown by reference numerals 622 and 623 in the graph 614 indicate the contradiction occurrence places of the SOCw.
  • a contradiction occurrence point 622 indicates that when SOCi ⁇ SOCv, a contradiction that the SOCw increases despite the battery current I being on the discharge side (minus side) occurs. Further, the contradiction occurrence position 623 indicates that, when SOCi ⁇ SOCv, a contradiction that the SOCw is reduced occurs even though the battery current I is on the charging side (plus side).
  • the weight adjusting unit 115 improves the contradiction by adjusting the change of the weight W when a contradiction occurs in the calculation result of the SOCw as described above. Specifically, when it is determined that a contradiction has occurred, the proportion of SOCv used to calculate the SOCw is increased and the proportion of SOCi is decreased to suppress the contradiction by suppressing the increase of the weight W.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing performed by the weight adjustment unit 115 in the first embodiment of the present invention.
  • the execution subject of the process illustrated in the flowchart of FIG. 8 is, for example, a CPU that configures the battery state estimation device 110.
  • step S10 the weight adjustment unit 115 obtains calculation results of the battery current I, the weight W, and the SOCw from the measurement unit 200, the weight calculation unit 114, and the adder AD.
  • step S20 the weight adjustment unit 115 determines whether the weight W acquired in step S10 is larger than a predetermined threshold Th. As a result, if W> Th, the process proceeds to step S30. On the other hand, if W ⁇ Th, the process returns to step S10, and the acquisition of the battery current I, the weight W, and the SOCw is continued. That is, when the weight W is equal to or less than the threshold value Th, the weight adjusting unit 115 determines that no contradiction occurs in the calculation result of the SOCw, and does not adjust the weight W.
  • step S30 the weight adjusting unit 115 compares the battery current I obtained in step S10 with the SOCw, and determines whether the charge / discharge direction of the battery 400 matches the increase / decrease direction of the SOCw. As a result, if they do not match, that is, as described with reference to FIGS. 6 and 7, the SOCw decreases although the battery current I is on the charge side (plus side), or the battery current I If the SOCw is increased despite the fact that the discharge side (minus side) is, it is determined that a contradiction has occurred in the calculation result of the SOCw, and the process proceeds to step S40.
  • the process returns to step S10, and the acquisition of the battery current I, the weight W, and the SOCw is continued. That is, when the two match, the weight adjusting unit 115 determines that no contradiction occurs in the calculation result of the SOCw, and does not adjust the weight W.
  • step S40 the weight adjusting unit 115 suppresses an increase in the weight W set by the weight calculating unit 114.
  • the value of the weight W acquired immediately before it is determined that the calculation result of SOCw has a contradiction in step S30 that is, the value of the weight W determined last to have no contradiction
  • the increase of the weight W is suppressed.
  • the increase of the weight W may be suppressed by gradually reducing the value of the weight W until it is determined that no contradiction occurs in the calculation result of the SOCw. Besides this, if it is possible to make the calculation result of the SOCw not contradictory, it is possible to suppress the increase of the weight W and adjust the change of the weight W by any method.
  • step S50 the weight adjusting unit 115 determines whether a predetermined time has elapsed since the adjustment of the change in the weight W is started in step S40. As a result, if the predetermined time has not elapsed, the process returns to step S10, and the acquisition of the battery current I, the weight W, and the SOCw is continued. On the other hand, when the predetermined time has elapsed, the weight adjustment unit 115 ends the process shown in the flowchart of FIG. 8 and stops the adjustment to the change of the weight W. This prevents the accuracy of the SOCw from being lowered by continuously adjusting the weight W for a long time.
  • the weight adjusting unit 115 can perform the above-described operation to improve the contradiction that has occurred in the calculation result of the SOCw.
  • the improvement of the contradiction of the SOCw illustrated in FIGS. 6 and 7 will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the improvement of the contradiction of SOCw generated when SOCi> SOCv illustrated in FIG.
  • a portion indicated by reference numeral 640 in the graph 611 indicates a weight adjustment location where the change of the weight W has been adjusted by the weight adjustment unit 115.
  • portions indicated by reference numerals 630 and 631 indicate contradiction-eliminated parts where the contradiction of the SOCw is eliminated, and correspond to contradiction-occurred parts 620 and 621 in FIG. 6, respectively.
  • the change in the weight W is adjusted by suppressing the increase in the weight W as compared with FIG.
  • the contradiction resolved portions 630 and 631 the contradictions of the SOCw at the contradiction occurring portions 620 and 621 in FIG. 6 are resolved respectively. That is, it can be seen that, at the contradiction elimination point 630, the SOCw is increased when the battery current I is on the charge side (plus side), and the contradiction indicated by the contradiction occurrence point 620 is eliminated. Further, it can be seen that, at the contradiction elimination point 631, the SOCw decreases when the battery current I is on the discharge side (minus side), and the contradiction indicated by the contradiction occurrence point 621 is eliminated.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the improvement of the contradiction of SOCw generated when SOCi ⁇ SOCv illustrated in FIG. 7.
  • a portion indicated by reference numeral 641 in the graph 611 indicates a weight adjustment location where the change of the weight W has been adjusted by the weight adjustment unit 115.
  • portions indicated by reference numerals 632, 633 indicate contradiction-eliminated portions where the contradiction of the SOCw is eliminated, and correspond to the contradiction-occurred portions 622, 623 of FIG. 7, respectively.
  • the change of the weight W is adjusted by suppressing the increase of the weight W as compared with FIG.
  • the contradiction resolved portions 632, 633 the contradictions of the SOCw at the contradiction occurrence portions 622, 623 of FIG. That is, it can be seen that, at the contradiction elimination point 632, the SOCw decreases when the battery current I is on the discharge side (minus side), and the contradiction indicated by the contradiction occurrence point 622 is eliminated. Further, it can be seen that, at the contradiction elimination point 633, the SOCw is increased when the battery current I is on the charge side (plus side), and the contradiction indicated by the contradiction occurrence point 623 is eliminated.
  • the battery state estimation device 110 is a device for estimating the charge state of the chargeable / dischargeable battery 400, and the SOCv calculation unit 111, the SOCi calculation unit 112, the weight calculation unit 114, the multiplier MP1, the subtraction
  • the arithmetic unit includes a unit DF, a multiplier MP2, and an adder AD, and a weight adjustment unit 115.
  • SOCv calculation unit 111 calculates SOCv, which is a state of charge of battery 400, using voltage V across battery 400.
  • the SOCi calculation unit 112 integrates the current I flowing through the battery 400 to calculate the SOCi, which is the state of charge of the battery 400.
  • the weight calculation unit 114 calculates a weight W for weighted addition of SOCv and SOCi.
  • Each arithmetic operation unit acts as an SOCw calculation unit that calculates SOCw obtained by weighted addition of SOCv and SOCi based on the weight W.
  • the weight adjustment unit 115 adjusts the change of the weight W when a contradiction occurs in the calculation result of the SOCw by the SOCw calculation unit. Since this is done, it is possible to improve the contradiction in the calculation result of SOCw.
  • the weight W is a value of 0 or more and 1 or less.
  • the SOCw computing unit sums the value obtained by multiplying the weight W by SOCv by the multiplier MP1 and the value obtained by subtracting the weight W from 1 by the subtracter DF by the multiplier MP2 by the adder AD. To calculate SOCw.
  • the weight adjustment unit 115 It judges and adjusts the change of the weight W (step S40). Specifically, the change of the weight W is adjusted by suppressing the increase of the weight W exceeding the threshold value Th. Since this is done, whether or not a contradiction has occurred in the calculation result of SOCw can be reliably determined, and when a contradiction occurs, this can be appropriately improved.
  • the weight adjusting unit 115 stops the adjustment after a predetermined time has elapsed since the adjustment of the change in the weight W is started (step S50: Yes). Since this is done, it is possible to prevent the accuracy of the SOCw from being lowered by continuously adjusting the weight W for a long time.
  • the weight adjusting unit 115 may adjust the predetermined time used for the determination of step S50 in FIG. For example, the accuracy of the battery current I measured by the measurement unit 200 can be acquired, and based on this, the predetermined time can be adjusted. In this way, when the accuracy of the battery current I decreases, the period for adjusting the change of the weight W can be set short. Therefore, it is possible to prevent in advance the increase in the error of SOCw due to the decrease in accuracy of the battery current I.
  • the weight adjusting unit 115 of the battery state estimation device 110 performs an operation different from that of the first embodiment when it is determined that a contradiction has occurred in the calculation result of SOCw.
  • the configurations of the battery system and the battery control device in the present embodiment are the same as the battery system 500 and the battery control device 100 of FIG. 1 described in the first embodiment, respectively.
  • FIG. 11 is a functional block diagram showing the details of the battery state estimation device 110 according to the second embodiment of the present invention.
  • the functional configuration of the battery state estimation device 110 of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the weight adjustment unit 115 outputs a warning signal to the outside of the battery state estimation device 110, for example, the output unit 300. It is the same as
  • FIG. 12 is a flowchart showing the flow of processing performed by the weight adjustment unit 115 in the second embodiment of the present invention.
  • the execution subject of the process illustrated in the flowchart of FIG. 12 is, for example, a CPU that configures the battery state estimation device 110.
  • step S10 to S40 the weight adjusting unit 115 performs the same processing as that of the first embodiment described in FIG. After executing step S40, the weight adjustment unit 115 proceeds with the process to step S110.
  • step S110 the weight adjustment unit 115 acquires the value of SOCw calculated using the weight W adjusted in step S40 as the SOCw after weight adjustment.
  • step S120 the weight adjusting unit 115 calculates a deviation value of SOCw before and after weight adjustment.
  • the difference value between SOCw before and after weight adjustment is calculated by calculating the difference between the SOCw value before weight adjustment obtained at step S10 and the SOCw value after weight adjustment obtained at step S110.
  • step S130 the weight adjustment unit 115 determines whether the divergence value calculated in step S120 exceeds a predetermined reference value. As a result, if the deviation value exceeds the predetermined reference value, the process proceeds to step S140. On the other hand, when the difference value is equal to or less than the reference value, the process returns to step S10, and the acquisition of the battery current I, the weight W, and the SOCw is continued.
  • step S140 the weight adjustment unit 115 outputs a warning signal indicating that the deviation value exceeds the reference value.
  • the deviation value calculated in step S120 may be output together with the warning signal, or may be output instead of the warning signal.
  • step S140 the weight adjustment unit 115 ends the process shown in the flowchart of FIG. 12 and stops adjustment of the change of the weight W. As a result, it is possible to prevent the SOCw accuracy from decreasing due to the progress of the SOCw deviation before and after weight adjustment.
  • the weight adjusting unit 115 determines that the difference between the SOCw calculated based on the weight W before adjustment and the SOCw calculated based on the weight W after adjustment exceeds a predetermined reference value (step In S130, the predetermined operation is performed.
  • the predetermined operation includes at least one of the output of the warning signal (step S140), the output of the difference value, and the stop of the adjustment for the change of the weight W. Since it did in this way, it can prevent that the deviation of SOCw before and behind weight adjustment progresses and the precision of SOCw falls.
  • the weight adjusting unit 115 of the battery state estimation device 110 performs an operation different from the first and second embodiments when it is determined that a contradiction has occurred in the calculation result of SOCw.
  • the configurations of the battery system and the battery control device in the present embodiment are the same as the battery system 500 and the battery control device 100 of FIG. 1 described in the first embodiment, respectively.
  • FIG. 13 is a functional block diagram showing details of the battery state estimation device 110 according to the third embodiment of the present invention.
  • the functional configuration of the battery state estimation device 110 of the present embodiment is that the weight adjustment unit 115 outputs a divergence value to the outside of the battery state estimation device 110, for example, to the output unit 300, and a calibration instruction is input from the outside. Except for the above, it is the same as that described in the first embodiment.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a flow of processing performed by the weight adjustment unit 115 in the third embodiment of the present invention.
  • the execution subject of the process illustrated in the flowchart of FIG. 14 is, for example, a CPU that configures the battery state estimation device 110.
  • step S10 to S40 the weight adjusting unit 115 performs the same processing as that of the first embodiment described in FIG.
  • steps S110 to S120 the weight adjusting unit 115 performs the same process as that of the second embodiment described in FIG.
  • step S120 the weight adjustment unit 115 proceeds with the process to step S210.
  • step S210 the weight adjustment unit 115 outputs the difference value of SOCw before and after the weight adjustment calculated in step S120. At this time, as in the second embodiment, when the deviation value exceeds the predetermined reference value, a warning signal may be output together.
  • step S220 the weight adjusting unit 115 determines whether or not the calibration instruction of SOCw is input from the outside according to the difference value output in step S210. As a result, if the calibration instruction is not input, the process returns to step S10, and the acquisition of the battery current I, the weight W, and the SOCw is continued. On the other hand, when the calibration instruction is input, the weight adjustment unit 115 ends the process shown in the flowchart of FIG. 14 and stops adjustment of the change of the weight W. This prevents the accuracy of the SOCw from being lowered by continuing the adjustment of the weight W in accordance with the calibration instruction from the outside.
  • the weight adjusting unit 115 stops adjusting the change of the weight W in response to an instruction from the outside (step S220: Yes). Since this is done, it is possible to prevent the accuracy of the SOCw from being lowered by continuing the adjustment of the weight W.
  • the adjustment to the change of the weight W may be stopped in response to a calibration instruction input from the outside.
  • the difference value of SOCw before and after weight adjustment is calculated, and when the difference value exceeds a predetermined reference value, the change with respect to the change in weight W is calculated.
  • the adjustment may be stopped, or the difference value of SOCw before and after weight adjustment may be calculated and output to the outside as in the third embodiment.
  • any combination is possible as long as the features of the present invention are not impaired.
  • the contradiction of SOCw determined in the present invention is these It is not limited to the example.
  • SOCw increases or decreases despite the fact that the charge / discharge current is zero, or even when SOCw does not change despite the fact that the charge / discharge current is not zero, it may be judged as a contradiction of SOCw.
  • the weight W exceeds the predetermined threshold and the charge / discharge direction of the battery 400 does not coincide with the increase / decrease direction of the SOCw, it can be determined that a contradiction has occurred in the calculation result of the SOCw.

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Abstract

SOCwの算出結果における矛盾を改善する。電池状態推定装置110は、SOCv演算部111と、SOCi演算部112と、重み演算部114と、乗算器MP1、減算器DF、乗算器MP2および加算器ADの各算術演算器と、重み調節部115とを備える。SOCv演算部111は、電池の両端電圧Vを用いて電池の充電状態であるSOCvを算出する。SOCi演算部112は、電池に流れる電流Iを積算して電池の充電状態であるSOCiを算出する。重み演算部114は、SOCvとSOCiとを重み付け加算するための重みWを算出する。各算術演算器は、重みWに基づいてSOCvとSOCiとを重み付け加算したSOCwを算出する。重み調節部115は、SOCwの算出結果において矛盾が生じた場合に、重みWの変化を調節する。

Description

電池状態推定装置
 本発明は、電池状態推定装置に関する。
 リチウムニ次電池、ニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電手段を用いた装置、例えば電池システム、分散型電力貯蔵装置、電気自動車においては、蓄電手段を安全かつ有効に使用するため、蓄電手段の状態を検知する状態検知装置が用いられている。蓄電手段の状態としては、どの程度まで充電されているか、あるいはどの程度放電可能な電荷量が残っているのかを示す充電状態(SOC:State of Charge)、どの程度まで劣化しているのかを示す健康状態(SOH:State of Health)などがある。
 携帯機器用や電気自動車等の電池システムにおけるSOCは、満充電からの放電電流を積算し、最大限充電可能な電荷量(全容量)に対し、蓄電手段に残っている電荷量(残存容量)の比を算出することにより検出することができる。その他、電池の両端電圧(開回路電圧)と電池の残存容量の関係をあらかじめデータテーブルなどに定義しておき、これを参照して現在の残存容量を算出することにより、SOCを検出することもできる。さらには、これら手法を組み合わせてSOCを求めることもできる。
 下記特許文献1には、電池電圧に基づき算出したSOC(SOCv)と電池電流を積算することによって算出したSOC(SOCi)を重みWにより重み付け加算することで、両手法を組み合わせたSOC(SOCw)を求める際に、電池温度が所定の温度閾値以下であり、かつ電池電流が所定の電流閾値以下である場合は、SOCiの比重を大きくする方法が記載されている。
特開2014-44074号公報
 上記特許文献1に記載されている技術では、充放電電流の変化によって重みWの値が大きく変化した場合に、SOCwの算出結果において、電池の充放電方向とSOCwの増減方向が不一致になるという矛盾が生じることがある。
 本発明による電池状態推定装置は、充放電可能な電池の充電状態を推定する装置であって、前記電池の両端電圧を用いて前記電池の充電状態であるSOCvを算出するSOCv演算部と、前記電池に流れる電流を積算して前記電池の充電状態であるSOCiを算出するSOCi演算部と、前記SOCvと前記SOCiとを重み付け加算するための重みWを算出する重み演算部と、前記重みWに基づいて前記SOCvと前記SOCiとを重み付け加算したSOCwを算出するSOCw演算部と、前記SOCw演算部による前記SOCwの算出結果において矛盾が生じた場合に、前記重みWの変化を調節する重み調節部と、を備える。
 本発明によれば、SOCwの算出結果における矛盾を改善することができる。
本発明の一実施形態に係る電池システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係る電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図である。 電池の等価回路を示す図である。 OCVとSOCとの関係を示す図である。 電池の内部抵抗と電池温度との関係を示す図である。 SOCi>SOCvのときに発生するSOCwの矛盾を説明する図である。 SOCi<SOCvのときに発生するSOCwの矛盾を説明する図である。 本発明の第1の実施形態において重み調節部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 SOCi>SOCvのときに発生したSOCwの矛盾の改善を説明する図である。 SOCi<SOCvのときに発生したSOCwの矛盾の改善を説明する図である。 本発明の第2の実施形態に係る電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図である。 本発明の第2の実施形態において重み調節部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第3の実施形態に係る電池状態推定装置の詳細を示す機能ブロック図である。 本発明の第3の実施形態において重み調節部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
-第1の実施の形態-
 図1は、本発明の一実施の形態に係る電池システム500の構成を示すブロック図である。電池システム500は、電池400が蓄積している電荷を外部装置に電力として供給するシステムであり、電池制御装置100、計測部200、出力部300を備えている。電池システム500が電力を供給する対象としては、例えば電気自動車やハイブリッド自動車、電車などが考えられる。
 電池400は、例えばリチウムイオン二次電池などの充放電可能な電池である。その他、ニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタなどの電力貯蔵機能を有するデバイスに対しても、本発明を適用することができる。電池400は、単電池セルであっても良いし、単電池セルを複数組み合わせたモジュール構造でも良い。
 計測部200は、電池400の物理特性、例えば電池400の両端電圧V、電池400に流れる電流(電池電流)I、電池400の温度Tなどを計測する機能部であり、各値を計測するセンサ、必要な電気回路などによって構成されている。なお、後述するように電池状態の推定には電池400の内部抵抗Rも必要であるが、本実施の形態では、電池状態推定装置110において、その他の計測パラメータを用いて算出する。
 出力部300は、電池制御装置100の出力を外部装置(例えば、電気自動車が備える車両制御装置などの上位装置)に対して出力する機能部である。
 電池制御装置100は、電池400の動作を制御する装置であり、電池状態推定装置110と記憶部120とを備える。
 電池状態推定装置110は、計測部200により計測された両端電圧V、電池電流I、電池温度Tと、記憶部120に格納されている電池400の特性情報とに基づいて、電池400のSOCを算出する。SOCの算出手法の詳細については後述する。
 記憶部120は、電池400の内部抵抗R、分極電圧Vp、充電効率、許容電流、全容量などの、あらかじめ知ることができる電池400の特性情報を記憶している。この特性情報は、充電・放電の動作別に値を個別に記憶するようにしてもよいし、充電状態や温度など、電池400の状態毎に値を個別に記憶するようにしてもよいし、電池400のあらゆる状態に共通した1つの値を記憶するようにしてもよい。
 電池制御装置100および電池状態推定装置110は、その機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することができる。また、その機能を実装したソフトウェアを、CPU(Central Processing Unit)などの演算装置が実行することによって構成することもできる。後者の場合は、当該ソフトウェアは例えば記憶部120に格納される。
 記憶部120は、フラッシュメモリ、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁気ディスクなどの記憶装置を用いて構成される。記憶部120は、電池状態推定装置110の外部に設けてもよいし、電池状態推定装置110の内部に備えるメモリ装置として実現してもよい。記憶部120は、取り外し可能にしてもよい。取り外し可能にした場合、記憶部120を取り替えることによって、特性情報とソフトウェアを簡単に変更することができる。また、記憶部120を複数有し、特性情報とソフトウェアを取り替え可能な記憶部120に分散させて格納することにより、特性情報とソフトウェアを小単位毎に更新することができる。
 図2は、本発明の第1の実施形態に係る電池状態推定装置110の詳細を示す機能ブロック図である。電池状態推定装置110は、SOCv演算部111、SOCi演算部112、IR演算部113、重み演算部114、重み調節部115の各機能ブロックを有し、電池400の充電状態を推定した結果である充電状態SOCwを出力する。これらの各機能ブロックは、例えば電池状態推定装置110を構成するハードウェアや、CPUが実行するソフトウェアとして実現される。なお、その他の演算器については後述する。
 SOCv演算部111は、計測部200が計測した電池400の両端電圧Vを用いて、電池400のSOCを算出する。以下ではこれをSOCvと称する。SOCi演算部112は、計測部200が計測した電池400の電池電流Iを積算することにより、電池400のSOCを算出する。以下ではこれをSOCiと称する。SOCvとSOCiの算出方法については後述する。IR演算部113は、電池電流Iと内部抵抗Rを乗算する。内部抵抗Rを求める方法については後述するが、電池温度Tに基づいて、抵抗テーブルから内部抵抗Rを取得する。
 重み演算部114は、電池温度Tに基づいて、SOCvとSOCiを重み付け加算するための重みWを算出する。重み調節部115は、所定の条件が満たされたときに、重み演算部114が算出した重みWの調節を行う。Wの算出方法および調節方法については後述する。
 乗算器MP1は、SOCvと重みWを乗算してW×SOCvを求める。減算器DFは、(1-W)を求める。乗算器MP2は、SOCiと(1-W)を乗算して(1-W)×SOCiを求める。加算器ADは、これらを足し合わせてSOCwを求める。すなわち、乗算器MP1、減算器DF、乗算器MP2および加算器ADの各算術演算器は、重みWに基づいてSOCvとSOCiとを重み付け加算したSOCwを算出するSOCw演算部として作用する。ここで、SOCwは次式(1)によって表される。なお、式(1)において重みWは0以上1以下の値である。
  SOCw=W×SOCv+(1-W)×SOCi ・・・(1)
[SOCv演算部111の動作]
 次に、SOCv演算部111の動作について説明する。図3は、電池400の等価回路図である。電池400は、インピーダンスZとキャパシタンス成分Cの並列接続対、内部抵抗R、開回路電圧OCVの直列接続によって表すことができる。電池400に電池電流Iを印加すると、電池400の端子間電圧である閉回路電圧CCVは次式(2)で表される。式(2)において、Vpは分極電圧であり、インピーダンスZとキャパシタンス成分Cの並列接続対の両端電圧に相当する。
  CCV=OCV+I・R+Vp ・・・(2)
 SOCvの算出には開回路電圧OCVが用いられるが、電池400が充放電している間は直接測定することができない。そこで、SOCv演算部111は、次式(3)のように閉回路電圧CCVからIRドロップと分極電圧Vpを差し引くことにより、開回路電圧OCVを求める。
  OCV=CCV-IR-Vp ・・・(3)
 内部抵抗Rと分極電圧Vpは、記憶部120にあらかじめ特性情報として格納されている。内部抵抗Rと分極電圧Vpは、電池400の充電状態や温度などに応じて異なるので、これらの組合せ毎に個別の値が記憶部120に格納されている。本実施の形態では、内部抵抗Rと電池温度Tとの対応関係を定義する特性情報が抵抗テーブルとして格納されている。図2に示すように、SOCv演算部111は、電池温度Tに基づいて、抵抗テーブルから内部抵抗Rを取得する。
 図4は、電池400の開回路電圧OCVとSOCとの関係を示す図である。この対応関係は電池400の特性によって定まるものであり、記憶部120には、その対応関係を定義するデータがSOCテーブルとして予め格納されている。SOCv演算部111は、上述の式(3)を用いて開回路電圧OCVを算出し、これをキーにしてSOCテーブルを参照することにより、電池400のSOCvを算出することができる。
[SOCi演算部112の動作]
 次いで、SOCi演算部112の動作について説明する。SOCi演算部112は、電池400が充放電する電池電流Iを次式(4)にしたがって積算することにより、電池400のSOCiを求める。式(4)において、Qmaxは電池400の満充電容量であり、予め記憶部120に格納されている。SOColdは、前回演算周期において式(1)により算出されたSOCwの値である。
  SOCi=SOCold+100×∫I/Qmax ・・・(4)
[重み演算部114の動作]
 図5は、電池400の内部抵抗Rと電池温度Tとの関係を示す図である。一般的に、電池400は、図5に示すように低SOC状態では内部抵抗Rが高く、低温状態のときに内部抵抗Rの値が大きい。したがって、そのような場合には、内部抵抗Rの誤差の影響を受け易いSOCvではなくSOCiを用いることが望ましいと考えられる。また、電池電流Iの絶対値が小さいときは電流センサの僅かな計測誤差によって影響を受けるので、SOCiではなくSOCvを用いることが望ましいと考えられる。
 以上に基づき、重み演算部114は、電池電流Iの絶対値が小さいときはSOCvを主に用いてSOCwを算出し、電池電流Iの絶対値が大きいときはSOCiを主に用いてSOCwを算出するように、重みWを設定する。同様に、内部抵抗Rが小さいときはSOCvを主に用いてSOCwを算出し、内部抵抗Rが大きいときはSOCiを主に用いてSOCwを算出するように、重みWを設定する。
[重み調節部115の動作]
 重み調節部115は、電池電流Iと加算器ADから出力されたSOCwとに基づき、SOCwの算出結果において矛盾が発生したか否かを判断する。具体的には、電池電流Iの正負から電池400の充放電方向を判断する。そして、重みWが所定の閾値を超えており、かつ電池400の充放電方向とSOCwの増減方向とが異なる場合に、SOCwの算出結果において矛盾が生じたと判断する。その結果、矛盾が発生したと判断した場合は、その矛盾を改善するように、重み演算部114が設定した重みWの変化を調節する。
 SOCwの算出結果における矛盾の発生について、以下に図6、7を参照して説明する。図6は、SOCi>SOCvのときに発生するSOCwの矛盾を説明する図である。図6において、グラフ610は電池電流Iの変化を示し、グラフ611は重みWの変化を示している。また、グラフ612、613、614はSOCi、SOCv、SOCwの変化をそれぞれ示している。これらのグラフの横軸は時間をそれぞれ表しており、各グラフの横軸上の位置同士は互いに対応している。すなわち、図6では、同一時刻における電池電流I、重みW、SOCi、SOCv、SOCwの値を、グラフ610~614において横軸上の同じ位置にそれぞれ示している。また、グラフ614のうち符号620、621に示した部分は、SOCwの矛盾発生箇所をそれぞれ示している。
 図6では、グラフ610の左側に示すように、電池電流Iが充電側(プラス側)にあるときには、グラフ612、613に示すように、時間の経過に従ってSOCiとSOCvがそれぞれ増加する。一方、グラフ610の右側に示すように、電池電流Iが放電側(マイナス側)にあるときには、グラフ612、613に示すように、時間の経過に従ってSOCiとSOCvがそれぞれ減少する。
 前述のように重みWは、電池電流Iの絶対値の大きさに応じて設定される。すなわち、電池電流Iの絶対値が小さくなるに従って重みWが増加し、反対に電池電流Iの絶対値が大きくなるに従って重みWが減少する。そのため、図6では電池電流Iがグラフ610のように変化すると、充電側から放電側への移行期間において、グラフ611に示すように重みWが変化し、電池電流Iが0のとき、すなわち充放電方向の切り替え時に最大となる。その結果、充放電方向の切り替え前後において、グラフ614の矛盾発生箇所620、621に示すように、充放電方向とは異なる方向にSOCwが増減するという矛盾が発生することがある。
 図6において、矛盾発生箇所620は、SOCi>SOCvのときに、電池電流Iが充電側(プラス側)であるにも関わらず、SOCwが減少するという矛盾が発生することを示している。また、矛盾発生箇所621は、SOCi>SOCvのときに、電池電流Iが放電側(マイナス側)であるにも関わらず、SOCwが増加するという矛盾が発生することを示している。
 図7は、SOCi<SOCvのときに発生するSOCwの矛盾を説明する図である。図7においても図6と同様に、グラフ610は電池電流Iの変化を示し、グラフ611は重みWの変化を示している。また、グラフ612、613、614はSOCi、SOCv、SOCwの変化をそれぞれ示している。これらのグラフの横軸は時間をそれぞれ表しており、各グラフの横軸上の位置同士は互いに対応している。また、グラフ614のうち符号622、623に示した部分は、SOCwの矛盾発生箇所をそれぞれ示している。
 図7では、グラフ610の左側に示すように、電池電流Iが放電側(マイナス側)にあるときには、グラフ612、613に示すように、時間の経過に従ってSOCiとSOCvがそれぞれ減少する。一方、グラフ610の右側に示すように、電池電流Iが充電側(プラス側)にあるときには、グラフ612、613に示すように、時間の経過に従ってSOCiとSOCvがそれぞれ増加する。
 図7では電池電流Iがグラフ610のように変化すると、放電側から充電側への移行期間において、グラフ611に示すように重みWが変化し、電池電流Iが0のとき、すなわち充放電方向の切り替え時に最大となる。その結果、図6の場合と同様に、充放電方向の切り替え前後において、グラフ614の矛盾発生箇所622、623に示すように、充放電方向とは異なる方向にSOCwが増減するという矛盾が発生することがある。
 図7において、矛盾発生箇所622は、SOCi<SOCvのときに、電池電流Iが放電側(マイナス側)であるにも関わらず、SOCwが増加するという矛盾が発生することを示している。また、矛盾発生箇所623は、SOCi<SOCvのときに、電池電流Iが充電側(プラス側)であるにも関わらず、SOCwが減少するという矛盾が発生することを示している。
 そこで、本実施形態の重み調節部115は、以上説明したようなSOCwの計算結果における矛盾が生じた場合に、重みWの変化を調節することで矛盾を改善する。具体的には、矛盾が生じたと判断したときには重みWの増加を抑制することで、SOCwの算出に用いるSOCvの割合を増加させると共にSOCiの割合を減少させ、矛盾が解消されるようにする。
 図8は、本発明の第1の実施形態において重み調節部115が実行する処理の流れを示すフローチャートである。なお、図8のフローチャートに示す処理の実行主体は、例えば電池状態推定装置110を構成するCPUである。
 ステップS10において、重み調節部115は、計測部200、重み演算部114、加算器ADから、電池電流I、重みW、SOCwの算出結果をそれぞれ取得する。
 ステップS20において、重み調節部115は、ステップS10で取得した重みWが所定の閾値Thよりも大きいか否かを判定する。その結果、W>Thであれば処理をステップS30に進める。一方、W≦ThであればステップS10に戻り、電池電流I、重みW、SOCwの取得を続ける。すなわち、重みWが閾値Th以下の場合、重み調節部115はSOCwの算出結果において矛盾が生じていないと判断し、重みWの調節を行わないようにする。
 ステップS30において、重み調節部115は、ステップS10で取得した電池電流IとSOCwを比較し、電池400の充放電方向とSOCwの増減方向が一致しているか否かを判定する。その結果、これらが一致していない場合、すなわち図6、7で説明したように、電池電流Iが充電側(プラス側)であるにも関わらずSOCwが減少している場合や、電池電流Iが放電側(マイナス側)であるにも関わらずSOCwが増加している場合には、SOCwの算出結果において矛盾が生じていると判断し、処理をステップS40に進める。一方、電池400の充放電方向とSOCwの増減方向が一致している場合はステップS10に戻り、電池電流I、重みW、SOCwの取得を続ける。すなわち、これらが一致している場合、重み調節部115はSOCwの算出結果において矛盾が生じていないと判断し、重みWの調節を行わないようにする。
 ステップS40において、重み調節部115は、重み演算部114が設定した重みWの増加を抑制する。具体的には、例えば、ステップS30でSOCwの算出結果に矛盾が生じていると判断された直前に取得した重みWの値、すなわち最後に矛盾が生じていないと判断された重みWの値を調節後の重みWの値として設定することで、重みWの増加を抑制する。また、SOCwの算出結果に矛盾が生じていないと判断されるまで重みWの値を徐々に減少させることで、重みWの増加を抑制してもよい。これ以外にも、SOCwの算出結果に矛盾が生じないようにできれば、任意の方法で重みWの増加を抑制し、重みWの変化を調節することが可能である。
 ステップS50において、重み調節部115は、ステップS40で重みWの変化に対する調節を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する。その結果、所定時間が経過していなければステップS10に戻り、電池電流I、重みW、SOCwの取得を続ける。一方、所定時間が経過している場合、重み調節部115は図8のフローチャートに示す処理を終了し、重みWの変化に対する調節を停止する。これにより、重みWの調節を長期間続けることでSOCwの精度が低下してしまうのを防止する。
 本実施形態の電池状態推定装置110は、以上説明した動作を重み調節部115が行うことにより、SOCwの算出結果において発生した矛盾を改善することができる。以下では、図6、7に例示したSOCwの矛盾の改善について、図9、10を参照してそれぞれ説明する。
 図9は、図6に例示したSOCi>SOCvのときに発生したSOCwの矛盾の改善を説明する図である。図9において、グラフ611のうち符号640に示した部分は、重み調節部115により重みWの変化が調節された重み調節箇所を示している。また、グラフ614のうち符号630、631に示した部分は、SOCwの矛盾が解消された矛盾解消箇所を示しており、図6の矛盾発生箇所620、621にそれぞれ対応している。
 重み調節箇所640では、図6と比べて重みWの増加が抑制されることで、重みWの変化が調節されている。この調節後の重みWの値を用いてSOCwを算出し直すことで、矛盾解消箇所630、631に示すように、図6の矛盾発生箇所620、621におけるSOCwの矛盾がそれぞれ解消される。すなわち、矛盾解消箇所630では、電池電流Iが充電側(プラス側)であるときにSOCwが増加しており、矛盾発生箇所620で示した矛盾が解消されていることが分かる。また、矛盾解消箇所631では、電池電流Iが放電側(マイナス側)であるときにSOCwが減少しており、矛盾発生箇所621で示した矛盾が解消されていることが分かる。
 図10は、図7に例示したSOCi<SOCvのときに発生したSOCwの矛盾の改善を説明する図である。図10において、グラフ611のうち符号641に示した部分は、重み調節部115により重みWの変化が調節された重み調節箇所を示している。また、グラフ614のうち符号632、633に示した部分は、SOCwの矛盾が解消された矛盾解消箇所を示しており、図7の矛盾発生箇所622、623にそれぞれ対応している。
 重み調節箇所641では、図9の重み調節箇所640と同様に、図7と比べて重みWの増加が抑制されることで、重みWの変化が調節されている。この調節後の重みWの値を用いてSOCwを算出し直すことで、矛盾解消箇所632、633に示すように、図7の矛盾発生箇所622、623におけるSOCwの矛盾がそれぞれ解消される。すなわち、矛盾解消箇所632では、電池電流Iが放電側(マイナス側)であるときにSOCwが減少しており、矛盾発生箇所622で示した矛盾が解消されていることが分かる。また、矛盾解消箇所633では、電池電流Iが充電側(プラス側)であるときにSOCwが増加しており、矛盾発生箇所623で示した矛盾が解消されていることが分かる。
 以上説明した本発明の第1の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
(1)電池状態推定装置110は、充放電可能な電池400の充電状態を推定する装置であって、SOCv演算部111と、SOCi演算部112と、重み演算部114と、乗算器MP1、減算器DF、乗算器MP2および加算器ADの各算術演算器と、重み調節部115とを備える。SOCv演算部111は、電池400の両端電圧Vを用いて電池400の充電状態であるSOCvを算出する。SOCi演算部112は、電池400に流れる電流Iを積算して電池400の充電状態であるSOCiを算出する。重み演算部114は、SOCvとSOCiとを重み付け加算するための重みWを算出する。各算術演算器は、重みWに基づいてSOCvとSOCiとを重み付け加算したSOCwを算出するSOCw演算部として作用する。重み調節部115は、SOCw演算部によるSOCwの算出結果において矛盾が生じた場合に、重みWの変化を調節する。このようにしたので、SOCwの算出結果における矛盾を改善することができる。
(2)重みWは、0以上1以下の値である。SOCw演算部は、乗算器MP1によりSOCvに重みWを乗じた値と、乗算器MP2によりSOCiに減算器DFで1から重みWを減じた値を乗じた値とを、加算器ADにより合計することで、SOCwを算出する。重み調節部115は、重みWが所定の閾値Thを超え(ステップS20:Yes)、かつ電池400の充放電方向とSOCwの増減方向とが異なる場合(ステップS30:No)に、矛盾が生じたと判断して重みWの変化を調節する(ステップS40)。具体的には、閾値Thを超えた重みWの増加を抑制することで、重みWの変化を調節する。このようにしたので、SOCwの算出結果において矛盾が生じたか否かを確実に判断し、矛盾が生じたときにはこれを適切に改善することができる。
(3)重み調節部115は、重みWの変化に対する調節を開始してから所定時間経過後に(ステップS50:Yes)、調節を停止する。このようにしたので、重みWの調節を長期間続けることでSOCwの精度が低下してしまうのを防止することができる。
 なお、以上説明した本発明の第1の実施形態において、重み調節部115は、図8のステップS50の判定に用いる所定時間を調節してもよい。例えば、計測部200により計測された電池電流Iの精度を取得し、これに基づいて所定時間を調節することができる。このようにすれば、電池電流Iの精度が低下したときには、重みWの変化に対する調節を行う期間を短く設定することができる。したがって、電池電流Iの精度低下によってSOCwの誤差が増大してしまうのを未然に防ぐことが可能となる。
-第2の実施の形態-
 本実施形態では、SOCwの算出結果において矛盾が生じたと判断した場合に、電池状態推定装置110の重み調節部115が第1の実施形態とは異なる動作を行う例について説明する。なお、本実施形態における電池システムおよび電池制御装置の構成は、第1の実施形態で説明した図1の電池システム500、電池制御装置100とそれぞれ同じである。
 図11は、本発明の第2の実施形態に係る電池状態推定装置110の詳細を示す機能ブロック図である。本実施形態の電池状態推定装置110の機能構成は、重み調節部115が電池状態推定装置110の外部、例えば出力部300に対して警告信号を出力する点以外は、第1の実施形態で説明したのと同様である。
 図12は、本発明の第2の実施形態において重み調節部115が実行する処理の流れを示すフローチャートである。なお、図12のフローチャートに示す処理の実行主体は、例えば電池状態推定装置110を構成するCPUである。
 ステップS10~S40において、重み調節部115は、図8で説明した第1の実施形態とそれぞれ同様の処理を行う。ステップS40を実行したら、重み調節部115は処理をステップS110に進める。
 ステップS110において、重み調節部115は、ステップS40で調節した重みWを用いて算出されたSOCwの値を、重み調節後のSOCwとして取得する。
 ステップS120において、重み調節部115は、重み調節前後でのSOCwの乖離値を算出する。ここでは、ステップS10で取得した重み調節前のSOCwの値と、ステップS110で取得した重み調節後のSOCwの値との差分を求めることにより、重み調節前後でのSOCwの乖離値を算出する。
 ステップS130において、重み調節部115は、ステップS120で算出した乖離値が所定の基準値を超えたか否かを判定する。その結果、乖離値が所定の基準値を超えている場合は処理をステップS140に進める。一方、乖離値が基準値以下である場合はステップS10に戻り、電池電流I、重みW、SOCwの取得を続ける。
 ステップS140において、重み調節部115は、乖離値が基準値を超えたことを示す警告信号を出力する。なお、このときステップS120で算出した乖離値を警告信号と共に出力してもよいし、警告信号の代わりに乖離値を出力してもよい。ステップS140を実行したら、重み調節部115は図12のフローチャートに示す処理を終了し、重みWの変化に対する調節を停止する。これにより、重み調節前後でのSOCwの乖離が進行してSOCwの精度が低下してしまうのを防止する。
 以上説明した本発明の第2の実施形態によれば、第1の実施形態で説明した(1)、(2)に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。
(4)重み調節部115は、調節前の重みWに基づいて算出されたSOCwと、調節後の重みWに基づいて算出されたSOCwとの乖離値が所定の基準値を超えた場合(ステップS130:Yes)に、所定の動作を実行する。この所定の動作は、警告信号の出力(ステップS140)、乖離値の出力、重みWの変化に対する調節の停止の少なくともいずれか一つを含む。このようにしたので、重み調節前後でのSOCwの乖離が進行してSOCwの精度が低下してしまうのを防止することができる。
-第3の実施の形態-
 本実施形態では、SOCwの算出結果において矛盾が生じたと判断した場合に、電池状態推定装置110の重み調節部115が第1、第2の実施形態とは異なる動作を行う例について説明する。なお、本実施形態における電池システムおよび電池制御装置の構成は、第1の実施形態で説明した図1の電池システム500、電池制御装置100とそれぞれ同じである。
 図13は、本発明の第3の実施形態に係る電池状態推定装置110の詳細を示す機能ブロック図である。本実施形態の電池状態推定装置110の機能構成は、重み調節部115が電池状態推定装置110の外部、例えば出力部300に対して乖離値を出力すると共に、外部から校正指示が入力される点以外は、第1の実施形態で説明したのと同様である。
 図14は、本発明の第3の実施形態において重み調節部115が実行する処理の流れを示すフローチャートである。なお、図14のフローチャートに示す処理の実行主体は、例えば電池状態推定装置110を構成するCPUである。
 ステップS10~S40において、重み調節部115は、図8で説明した第1の実施形態とそれぞれ同様の処理を行う。また、ステップS110~S120において、重み調節部115は、図12で説明した第2の実施形態とそれぞれ同様の処理を行う。ステップS120を実行したら、重み調節部115は処理をステップS210に進める。
 ステップS210において、重み調節部115は、ステップS120で算出した重み調節前後でのSOCwの乖離値を出力する。なお、このとき第2の実施形態と同様に、乖離値が所定の基準値を超えている場合には、警告信号を併せて出力してもよい。
 ステップS220において、重み調節部115は、ステップS210で出力した乖離値に応じて外部からSOCwの校正指示が入力されたか否かを判定する。その結果、校正指示が入力されていなければステップS10に戻り、電池電流I、重みW、SOCwの取得を続ける。一方、校正指示が入力された場合、重み調節部115は図14のフローチャートに示す処理を終了し、重みWの変化に対する調節を停止する。これにより、外部からの校正指示に応じて、重みWの調節を続けることでSOCwの精度が低下してしまうのを防止する。
 以上説明した本発明の第3の実施形態によれば、第1の実施形態で説明した(1)、(2)および第2の実施形態で説明した(4)に加えて、さらに以下の作用効果を奏する。
(5)重み調節部115は、外部からの指示に応じて(ステップS220:Yes)重みWの変化に対する調節を停止する。このようにしたので、重みWの調節を続けることでSOCwの精度が低下してしまうのを防止することができる。
 なお、以上説明した第1~第3の各実施形態は、それぞれ任意に組み合わせることも可能である。例えば、第1、第2の実施形態においても、第3の実施形態と同様に、外部から入力される校正指示に応じて重みWの変化に対する調節を停止してもよい。また、第1の実施形態においても、第2の実施形態と同様に、重み調節前後でのSOCwの乖離値を算出し、その乖離値が所定の基準値を超えたときに重みWの変化に対する調節を停止してもよいし、第3の実施形態と同様に、重み調節前後でのSOCwの乖離値を算出して外部に出力してもよい。これ以外にも、本発明の特徴を損なわない限り、任意の組み合わせが可能である。
 上記実施形態では、図6、図7に例示したような状況が発生したときに、SOCwの算出結果において矛盾が生じたと判断する例を説明したが、本発明で判断するSOCwの矛盾はこれらの例に限定されない。例えば、充放電電流が0であるにも関わらずSOCwが増加または減少する場合や、充放電電流が0ではないにも関わらずSOCwが変化しない場合なども、SOCwの矛盾として判断してよい。要するに、重みWが所定の閾値を超えており、かつ電池400の充放電方向とSOCwの増減方向とが一致していなければ、SOCwの算出結果において矛盾が生じたと判断することが可能である。
 以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
 100…電池制御装置、
 110…電池状態推定装置、
 111…SOCv演算部、
 112…SOCi演算部、
 113…IR演算部、
 114…重み演算部、
 115…重み調節部、
 120…記憶部、
 200…計測部、
 300…出力部、
 400…電池、
 500…電池システム

Claims (8)

  1.  充放電可能な電池の充電状態を推定する装置であって、
     前記電池の両端電圧を用いて前記電池の充電状態であるSOCvを算出するSOCv演算部と、
     前記電池に流れる電流を積算して前記電池の充電状態であるSOCiを算出するSOCi演算部と、
     前記SOCvと前記SOCiとを重み付け加算するための重みWを算出する重み演算部と、
     前記重みWに基づいて前記SOCvと前記SOCiとを重み付け加算したSOCwを算出するSOCw演算部と、
     前記SOCw演算部による前記SOCwの算出結果において矛盾が生じた場合に、前記重みWの変化を調節する重み調節部と、を備える電池状態推定装置。
  2.  請求項1に記載の電池状態推定装置において、
     前記重みWは、0以上1以下の値であり、
     前記SOCw演算部は、前記SOCvに前記重みWを乗じた値と、前記SOCiに1から前記重みWを減じた値を乗じた値とを合計することで、前記SOCwを算出し、
     前記重み調節部は、前記重みWが所定の閾値を超え、かつ前記電池の充放電方向と前記SOCwの増減方向とが異なる場合に、前記矛盾が生じたと判断して前記重みWの変化を調節する、電池状態推定装置。
  3.  請求項2に記載の電池状態推定装置において、
     前記重み調節部は、前記閾値を超えた前記重みWの増加を抑制することで前記重みWの変化を調節する、電池状態推定装置。
  4.  請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の電池状態推定装置において、
     前記重み調節部は、前記重みWの変化に対する調節を開始してから所定時間経過後に、前記調節を停止する電池状態推定装置。
  5.  請求項4に記載の電池状態推定装置において、
     前記重み調節部は、前記電流の精度に基づいて前記所定時間を調節する電池状態推定装置。
  6.  請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の電池状態推定装置において、
     前記重み調節部は、調節前の前記重みWに基づいて算出された前記SOCwと、調節後の前記重みWに基づいて算出された前記SOCwとの乖離値が所定の基準値を超えた場合に、所定の動作を実行する、電池状態推定装置。
  7.  請求項6に記載の電池状態推定装置において、
     前記所定の動作は、警告信号の出力、前記乖離値の出力、前記重みWの変化に対する調節の停止の少なくともいずれか一つを含む、電池状態推定装置。
  8.  請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の電池状態推定装置において、
     前記重み調節部は、外部からの指示に応じて前記重みWの変化に対する調節を停止する、電池状態推定装置。
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