JP4570916B2 - Remaining capacity calculation device for power storage device - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池や電気化学キャパシタ等の蓄電デバイスの残存容量を演算する蓄電デバイスの残存容量演算装置に関する。 The present invention relates to a remaining capacity calculation device for a power storage device that calculates the remaining capacity of a power storage device such as a secondary battery or an electrochemical capacitor.
近年、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池、電気二重層キャパシタ等の電気化学キャパシタといった蓄電デバイスの小型軽量化・高エネルギー密度化が進み、携帯型の情報通信機器から電気自動車やハイブリッド自動車等の電源として活発に利用されている。 In recent years, energy storage devices such as secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries, and electrochemical capacitors such as electric double layer capacitors have been reduced in size and weight, and energy density has increased. It is actively used as a power source for automobiles.
このような蓄電デバイスを有効に活用するには、その残存容量を正確に把握することが重要であり、従来から、蓄電デバイスの充放電電流を積算して残存容量を求める技術や、開放電圧に基づいて残存容量を求める技術が知られている。 In order to effectively use such an electricity storage device, it is important to accurately grasp its remaining capacity. Conventionally, a technique for calculating the remaining capacity by accumulating the charge / discharge current of the electricity storage device and an open circuit voltage are used. A technique for obtaining the remaining capacity based on this is known.
例えば、特許文献1には、電気自動車の車両停止時の電池電圧から求めた開放電圧により停止時残存容量を求めると共に、電池の放電電流の積算値に基づいて放電電気容量を検出し、この放電電気容量と停止時残存容量とから満充電容量を算出し、この満充電容量と放電電気容量とから残存容量を求める技術が開示されている。
For example, in
また、特許文献2には、リチウムイオン電池のような電池容量と電池電圧とに直線的な比例関係があるものにおいて、任意の時間のあいだ放電または充電したときの電流積算量と、放電または充電前の電圧、放電または充電後の電圧より、残存容量を求める技術が開示されている。
Further, in
更に、特許文献3には、電池の充放電電流を積分して求めた残存容量と、電池の開放端子電圧に基づいて推定した残存容量との差の変化率に基づいて、残存容量の演算方法を補正する技術が開示されている。
しかしながら、充放電電流を積算して残存容量を求める技術と開放電圧の推定値に基づいて残存容量を求める技術とは、それぞれに一長一短があり、前者は、突入電流等の負荷変動に強く、安定した残存容量が得られる反面、誤差が累積し易い(特に、高負荷継続時には誤差が大きくなる)という欠点があり、また、後者は、通常の使用時において、正確な値を求めることができる反面、短時間で負荷が大きく変動した場合に演算値が変動しやすいという欠点がある。 However, the technology for calculating the remaining capacity by integrating the charge / discharge current and the technology for determining the remaining capacity based on the estimated open circuit voltage have advantages and disadvantages. The former is resistant to load fluctuations such as inrush current and is stable. Although the remaining capacity can be obtained, there is a drawback that errors are likely to accumulate (especially, the error increases when the load is high), and the latter can obtain an accurate value during normal use. There is a drawback that the calculated value tends to fluctuate when the load fluctuates greatly in a short time.
従って、特許文献1,2,3のように、単に、両者の技術を組合わせただけでは、電流積算による誤差の累積を排除することは困難である。特に、ハイブリッド車等のように充放電が連続する状態では、残存容量の演算精度が低下したり、残存容量の演算値が急激に変化するといった事態が生じる虞があり、安定した精度を確保することは困難である。
Therefore, as in
しかも、充放電電流を積算して残存容量を求める場合には、特許文献3に開示されているように、所定の時間間隔で充放電電流をサンプリングして電流時間積を求め、この電流時間積を、前回の残存容量演算値を初期値として加算するのが一般的であり、このため、前回の残存容量の演算値が外乱等によって異常となった場合、誤差が拡大し、制御系に悪影響を及ぼす虞がある。
In addition, when integrating the charge / discharge current to obtain the remaining capacity, as disclosed in
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電流積算による残存容量と開放電圧に基づく残存容量との双方の利点を生かして精度高く残存容量を求めつつ、残存容量の演算結果が異常となった場合にも速やかに真値への収束を図ることのできる蓄電デバイスの残存容量演算装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the calculation result of the remaining capacity becomes abnormal while obtaining the remaining capacity with high accuracy by taking advantage of both the remaining capacity based on the current integration and the remaining capacity based on the open circuit voltage. It is an object of the present invention to provide a remaining capacity calculation device for an electricity storage device that can quickly converge to a true value even in the case of a failure.
上記目的を達成するため、本発明による蓄電デバイスの残存容量演算装置は、蓄電デバイスの充放電電流の積算値に基づいて第1の残存容量を算出する第1の演算手段と、上記蓄電デバイスの内部インピーダンスから推定した開放電圧に基づいて第2の残存容量を算出する第2の演算手段と、上記第1の残存容量と上記第2の残存容量とを上記蓄電デバイスの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成した第3の残存容量を、上記蓄電デバイスの最終的な残存容量として算出する第3の演算手段と、上記第3の残存容量が異常のとき、上記蓄電デバイスの端子電圧に基づいて上記第3の残存容量の近似値を算出し、この近似値を上記第1の残存容量を算出する際の電流積算の初期値とする電流積算初期値算出手段とを備え、上記電流積算初期値算出手段は、上記蓄電デバイスの端子電圧と開放電圧との差に基づいて上記第3の残存容量が異常か否かを判断することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an apparatus for calculating a remaining capacity of a power storage device according to the present invention comprises: Second computing means for calculating the second remaining capacity based on the open circuit voltage estimated from the internal impedance, and the first remaining capacity and the second remaining capacity are set in accordance with the usage status of the power storage device. A third computing unit that calculates a third remaining capacity weighted and synthesized using the weights as a final remaining capacity of the power storage device, and a terminal of the power storage device when the third remaining capacity is abnormal calculating an approximate value of the third remaining capacity based on the voltage, this approximation a current integrated initial value calculating means to an initial value of the current integration in calculating the first remaining capacity, on Accumulated current initial value calculating means is characterized by determining whether the third remaining capacity of abnormality based on the difference between the terminal voltage and the open-circuit voltage of the storage device.
その際、第1の残存容量と第2の残存容量との差に基づいて外乱による異常と故障による異常とを識別することが望ましい。また、第3の残存容量が外乱による異常と識別された状態で近似値を算出不可のときには、第3の残存容量の中間値を初期値として算出することが望ましい。 At this time , it is desirable to distinguish between an abnormality due to a disturbance and an abnormality due to a failure based on the difference between the first remaining capacity and the second remaining capacity. In addition, when the approximate value cannot be calculated in a state where the third remaining capacity is identified as abnormal due to disturbance, it is desirable to calculate an intermediate value of the third remaining capacity as an initial value.
本発明の蓄電デバイスの残存容量演算装置は、電流積算による残存容量と開放電圧に基づく残存容量との双方の利点を生かして精度高く残存容量を求めつつ、残存容量の演算結果が異常となった場合にも速やかに真値への収束を図ることができる。 The remaining capacity calculation device for an electricity storage device according to the present invention obtains the remaining capacity with high accuracy by taking advantage of both the remaining capacity based on the current integration and the remaining capacity based on the open circuit voltage, and the calculation result of the remaining capacity becomes abnormal. Even in this case, it is possible to quickly converge to the true value.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1〜図11は本発明の実施の一形態に係わり、図1はハイブリッド車への適用例を示すシステム構成図、図2はバッテリ残存容量の推定アルゴリズムを示すブロック図、図3は等価回路モデルを示す回路図、図4は電流の移動平均処理無しの場合の残存容量を示す説明図、図5は電流の移動平均処理有りの場合の残存容量を示す説明図、図6は実車走行時の残存容量演算結果を示す説明図、図7はバッテリ残存容量推定処理のフローチャート、図8は電流容量テーブルの説明図、図9はインピーダンステーブルの説明図、図10は残存容量テーブルの説明図、図11はウェイトテーブルの説明図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 11 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a system configuration diagram showing an application example to a hybrid vehicle, FIG. 2 is a block diagram showing an estimation algorithm of a remaining battery capacity, and FIG. 3 is an equivalent circuit. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the remaining capacity without current moving average processing, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the remaining capacity with current moving average processing, and FIG. FIG. 7 is a flowchart of battery remaining capacity estimation processing, FIG. 8 is an explanatory diagram of a current capacity table, FIG. 9 is an explanatory diagram of an impedance table, and FIG. 10 is an explanatory diagram of a remaining capacity table. FIG. 11 is an explanatory diagram of the weight table.
図1は、本発明をエンジンとモータとを併用して走行するハイブリッド車両(HEV)に適用した例を示し、同図において、符号1は、HEVの電源ユニットである。この電源ユニット1には、蓄電デバイスとして例えば複数のセルを封止した電池パックを複数個直列に接続して構成されるバッテリ2と、バッテリ2の残存容量の演算、バッテリ2の冷却や充電の制御、異常検出及び異常検出時の保護動作等のエネルギーマネージメントを行う演算ユニット(演算ECU)3とが1つの筐体内にパッケージされている。
FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to a hybrid vehicle (HEV) that travels using both an engine and a motor. In the figure,
尚、本形態においては、蓄電デバイスとしてリチウムイオン二次電池を例に取って説明するが、本発明による残存容量の演算手法は、電気化学キャパシタやその他の二次電池にも適用可能である。 In this embodiment, a lithium ion secondary battery will be described as an example of an electricity storage device. However, the remaining capacity calculation method according to the present invention can also be applied to an electrochemical capacitor and other secondary batteries.
演算ECU3は、マイクロコンピュータ等から構成され、電圧センサ4で測定したバッテリ2の端子電圧V、電流センサ5で測定したバッテリ2の充放電電流I、温度センサ6で測定したバッテリ2の温度(セル温度)Tに基いて、所定時間t毎に充電状態(State of charge;SOC)すなわち残存容量SOC(t)を演算する。この残存容量SOC(t)は、電源ユニット1の演算ECU3から、例えばCAN(Controller Area Network)通信等を介してHEV制御用電子制御ユニット(HEV制御用ECU)10に出力され、車両制御用の基本データ、バッテリ残量や警告用の表示用データ等として使用される。尚、残存容量SOC(t)は、周期的な演算における1演算周期前のデータ(後述する電流積算による残存容量演算の際のベース値)SOC(t-1)としても使用される。
The
また、演算ECU3は、残存容量SOCの周期的な演算において、常時、残存容量SOCの推定値(演算値)が正常であるか否かを判断するようにしており、センサの故障等によって残存容量SOCの値が異常となったときには、フェール信号をHEV制御用ECU10へ出力し、迅速にフェールセーフ制御に移行させる。また、一時的な外乱によって残存容量SOCの推定値が真値から大きくずれた場合には、演算ECU3は、バッテリ2の端子電圧を用いて近似的な残存容量を求め、この近似的な残存容量をベース値(初期値)として周期的な演算を続行することにより真値への収束を図る自己復帰を行うようにしており、これによりHEV制御系への影響を最小限に抑えることができる。
Further, the
HEV制御用ECU10は、同様にマイクロコンピュータ等から構成され、運転者からの指令に基づいて、HEVの運転、その他、必要な制御を行う。すなわち、HEV制御用ECU10は、電源ユニット1からの信号や図示しないセンサ・スイッチ類からの信号により、車両の状態を検出し、バッテリ2の直流電力を交流電力に変換してモータ15を駆動するインバータ20を初めとして、図示しないエンジンや自動変速機等を、専用の制御ユニットを介して或いは直接的に制御する。
The
演算ECU3における残存容量SOCの演算は、図2に示す推定アルゴリズムに従って実行される。このSOC推定アルゴリズムでは、バッテリ2で測定可能なパラメータ、すなわち、端子電圧V、電流I、温度Tを用い、第1〜3の演算手段としての機能により、電流積算に基づく第1の残存容量としての残存容量SOCcと、バッテリ開放電圧の推定値に基づく第2の残存容量としての残存容量SOCvとを並行して演算し、それぞれを重み付けして合成した第3の残存容量としての残存容量SOCを、バッテリ2の最終的な残存容量として算出する。
The calculation of the remaining capacity SOC in the
更に、演算ECU3には、残存容量SOCの推定値(演算値)が異常となった場合に対処すべく、バッテリ2の端子電圧に基づいて残存容量SOCの近似値を算出し、この近似値を電流積算の残存容量SOCcを算出する際の初期値とする初期値算出手段としての機能が備えられている。この初期値算出手段としての機能については、後述する。
Further, the
一般的に、バッテリの残存容量を算出する技術としては、バッテリ電流の積算値に基づいて残存容量を求める技術と、バッテリの開放電圧に基づいて残存容量を求める技術とがあり、それぞれに一長一短がある。前者は、突入電流等の負荷変動に強く、安定した残存容量が得られる反面、電流誤差が累積し易い(特に、高負荷継続時には誤差が大きくなる)という欠点がある。また、後者は、電流が安定している領域では、正確な値を求めることができる反面、短時間で負荷が大きく変動した場合には、開放電圧を推定する際のインピーダンスを正確に求めることができず、残存容量の算出値が振動し易いという欠点がある。 In general, as a technique for calculating the remaining capacity of a battery, there are a technique for obtaining a remaining capacity based on an integrated value of the battery current and a technique for obtaining a remaining capacity based on an open voltage of the battery. is there. The former is resistant to load fluctuations such as an inrush current and provides a stable remaining capacity, but has a drawback that current errors are likely to accumulate (particularly, the errors increase when a high load is continued). In the latter case, an accurate value can be obtained in a region where the current is stable. On the other hand, when the load fluctuates greatly in a short time, the impedance for estimating the open-circuit voltage can be obtained accurately. There is a drawback that the calculated value of the remaining capacity cannot be vibrated easily.
従って、本SOC推定アルゴリズムでは、電流Iを積算して求めた残存容量SOCc(t)と、バッテリ開放電圧の推定値から求めた残存容量SOCv(t)とを、バッテリ2の使用状況に応じて随時変化させるウェイト(重み係数)wにより重み付けして合成することにより、残存容量SOCc,SOCv双方の欠点を打消して互いの利点を最大限に引き出すようにしている。ウェイトwは、w=0〜1の間で変化させ、合成後の最終的な残存容量SOC(t)は、以下の(1)式で与えられる。
SOC(t)=w・SOCc(t)+(1−w)・SOCv(t)…(1)
Therefore, in the present SOC estimation algorithm, the remaining capacity SOCc (t) obtained by integrating the current I and the remaining capacity SOCv (t) obtained from the estimated value of the battery open voltage are determined according to the usage state of the
SOC (t) = w.SOCc (t) + (1-w) .SOCv (t) (1)
ウェイトwは、現在のバッテリの使用状況を的確に表すことのできるパラメータを用いて決定する必要があり、そのパラメータとしては、単位時間当たりの電流の変化率や残存容量SOCc,SOCvの間の偏差等を用いることが可能である。単位時間当たりの電流変化率は、バッテリの負荷変動を直接的に反映しているが、単なる電流変化率では、スパイク的に発生する電流の急激な変化の影響を受けてしまう。 The weight w needs to be determined using a parameter that can accurately represent the current battery usage. The parameters include the current change rate per unit time and the deviation between the remaining capacities SOCc and SOCv. Etc. can be used. The current change rate per unit time directly reflects the load fluctuation of the battery, but the mere current change rate is affected by a sudden change in current that occurs in a spike manner.
従って、本形態においては、スパイク的な電流の変化の影響を防止するため、所定のサンプリング数の単純平均、移動平均、加重平均等の処理を施した電流変化率を用いるようにしており、特に、電流の遅れを考慮した場合、バッテリの充放電状態の変化に対して、過去の履歴を過剰となることなく適切に反映することのできる移動平均を用いてウェイトwを決定するようにしている。 Therefore, in this embodiment, in order to prevent the influence of the spike-like current change, the current change rate subjected to processing such as a simple average, a moving average, a weighted average, etc. of a predetermined sampling number is used. In consideration of the current delay, the weight w is determined using a moving average that can appropriately reflect the past history without excessively changing the charge / discharge state of the battery. .
この電流Iの移動平均値に基づいてウェイトwを決定することにより、電流Iの移動平均値が大きいときには、電流積算に基づく残存容量SOCcのウェイトを高くして開放電圧の推定値に基づく残存容量SOCvのウェイトを下げ、負荷変動の影響を電流積算によって正確に反映すると共に、開放電圧推定時の振動を防止することができる。逆に、電流Iの移動平均値が小さいときには、電流積算に基づく残存容量SOCcのウェイトを下げ、開放電圧の推定値に基づく残存容量SOCvのウェイトを高くすることにより、電流積算時の誤差の累積による影響を回避し、開放電圧の推定により正確な残存容量を算出することができる。 By determining the weight w based on the moving average value of the current I, when the moving average value of the current I is large, the weight of the remaining capacity SOCc based on the current integration is increased, and the remaining capacity based on the estimated value of the open circuit voltage. It is possible to reduce the weight of the SOCv, accurately reflect the influence of load fluctuation by current integration, and prevent vibration during open circuit voltage estimation. Conversely, when the moving average value of the current I is small, the weight of the remaining capacity SOCc based on the current integration is lowered and the weight of the remaining capacity SOCv based on the estimated open circuit voltage is increased, thereby accumulating errors during current integration. Thus, the remaining capacity can be accurately calculated by estimating the open circuit voltage.
すなわち、電流Iの移動平均は、電流の高周波成分に対するローパスフィルタとなり、この移動平均のフィルタリングにより、走行中の負荷変動で発生する電流のスパイク成分を、遅れ成分を助長することなく除去することができる。これにより、バッテリ状態をより的確に把握することができ、残存容量SOCc,SOCv双方の欠点を打消して互いの利点を最大限に引き出し、残存容量の推定精度を大幅に向上することができる。 That is, the moving average of the current I becomes a low-pass filter with respect to the high frequency component of the current, and the moving average filtering can remove the spike component of the current generated by the load fluctuation during traveling without promoting the delay component. it can. As a result, the battery state can be grasped more accurately, the disadvantages of both the remaining capacities SOCc and SOCv can be canceled, the mutual advantages can be maximized, and the estimation accuracy of the remaining capacities can be greatly improved.
更に、本SOC推定アルゴリズムの特徴として、電池理論に基づいてバッテリ内部状況を電気化学的に把握し、バッテリ開放電圧に基づく残存容量SOCvの演算精度の向上を図っている。以下、本推定アルゴリズムによる残存容量SOCc,SOCvの演算について詳述する。 Further, as a feature of the present SOC estimation algorithm, the internal state of the battery is electrochemically grasped based on the battery theory, and the calculation accuracy of the remaining capacity SOCv based on the battery open voltage is improved. Hereinafter, the calculation of the remaining capacities SOCc and SOCv by this estimation algorithm will be described in detail.
先ず、電流積算による残存容量SOCcは、以下の(2)式に示すように、ウェイトwを用いて合成した残存容量SOCをベース値として、所定時間毎に電流Iを積算して求められる。尚、(2)式による残存容量SOCc(t)の演算は、具体的には演算ECU3における離散時間処理によって実行され、1演算周期前の合成残存容量SOC(t-1)を、電流積算のベース値として入力している(図2のブロック図における遅延演算子Z-1)。
SOCc(t)=SOC(t-1)−∫[(100ηI/Ah)+SD]dt/3600…(2)
但し、η :電流効率
Ah:電流容量(温度による変数)
SD :自己放電率
First, as shown in the following equation (2), the remaining capacity SOCc by current integration is obtained by integrating the current I every predetermined time with the remaining capacity SOC synthesized using the weight w as a base value. Note that the calculation of the remaining capacity SOCc (t) by the equation (2) is specifically executed by discrete time processing in the
SOCc (t) = SOC (t−1) −∫ [(100ηI / Ah) + SD] dt / 3600 (2)
Where η: current efficiency
Ah: Current capacity (variable depending on temperature)
SD: Self-discharge rate
また、(2)式における電流効率η及び自己放電率SDは、それぞれ定数と見なすことができるが(例えば、η=1、SD=0)、電流容量Ahは、温度に依存して変化する。従って、この電流積算による残存容量SOCcの算出に際しては、温度によるセル容量の変動を関数化して算出した電流容量Ahを用いている。 Further, the current efficiency η and the self-discharge rate SD in the formula (2) can be regarded as constants (for example, η = 1, SD = 0), but the current capacity Ah changes depending on the temperature. Therefore, when calculating the remaining capacity SOCc by this current integration, the current capacity Ah calculated by functionalizing the variation of the cell capacity with temperature is used.
一方、開放電圧の推定に基づく残存容量SOCvを求めるには、先ず、図3に示す等価回路モデルを用いてバッテリの内部インピーダンスZを求める。この等価回路は、抵抗分R1〜R3、容量分C1,CPE1,CPE2(但し、CPE1,CPE2は二重層容量分)の各パラメータを、直列及び並列に組合わせた等価回路モデルであり、交流インピーダンス法における周知のCole-Coleプロットをカーブフィッティングすることにより、各パラメータを決定する。 On the other hand, in order to obtain the remaining capacity SOCv based on the estimation of the open circuit voltage, first, the internal impedance Z of the battery is obtained using the equivalent circuit model shown in FIG. This equivalent circuit is an equivalent circuit model in which parameters of resistance components R1 to R3 and capacitance components C1, CPE1, and CPE2 (where CPE1 and CPE2 are double layer capacitance components) are combined in series and in parallel. Each parameter is determined by curve fitting a well-known Cole-Cole plot in the method.
これらのパラメータから求められるインピーダンスZは、バッテリの温度や電気化学的な反応速度、充放電電流の周波数成分によって大きく変化する。従って、インピーダンスZを決定するパラメータとして、前述の単位時間当たりの電流Iの移動平均値を周波数成分の置き換えとして採用し、電流Iの移動平均値と温度Tとを条件とするインピーダンス測定を行ってデータを蓄積した後、温度Tと単位時間当たりの電流Iの移動平均値とに基づいてインピーダンスZのテーブル(後述する図9のインピーダンステーブル)を作成する。そして、このテーブルを利用してインピーダンスZを求め、このインピーダンスZと、実測した端子電圧Vと電流Iとから、以下の(3)式を用いて開放電圧Voの推定値を求める。
V=Vo−I・Z…(3)
The impedance Z obtained from these parameters varies greatly depending on the temperature of the battery, the electrochemical reaction rate, and the frequency component of the charge / discharge current. Accordingly, the moving average value of the current I per unit time described above is used as a frequency component replacement as a parameter for determining the impedance Z, and impedance measurement is performed on the condition of the moving average value of the current I and the temperature T. After accumulating data, an impedance Z table (an impedance table in FIG. 9 described later) is created based on the temperature T and the moving average value of the current I per unit time. Then, the impedance Z is obtained using this table, and the estimated value of the open circuit voltage Vo is obtained from the impedance Z, the measured terminal voltage V, and the current I using the following equation (3).
V = Vo-I · Z (3)
尚、前述したように、電流Iの移動平均値は、ウェイトwを決定するパラメータとしても用いられ、ウェイトw、インピーダンスZの演算を容易としているが、詳細には、低温になる程、バッテリの内部インピーダンスが増加して電流変化率が小さくなるため、後述するように、ウェイトw、インピーダンスZは、直接的には、電流Iの移動平均値を温度補正した補正後電流変化率kΔI/Δtを用いて決定する。 As described above, the moving average value of the current I is also used as a parameter for determining the weight w, and the calculation of the weight w and the impedance Z is facilitated. Since the internal impedance increases and the current change rate decreases, as will be described later, the weight w and the impedance Z are directly set to the corrected current change rate kΔI / Δt obtained by temperature-correcting the moving average value of the current I. Use to determine.
開放電圧Voの推定後は、バッテリ内の電気化学的な関係に基づいて残存容量SOCvを演算する。具体的には、平衡状態での電極電位とイオンの活量との関係を記述した周知のネルンストの式を適用し、開放電圧Voと残存容量SOCvとの関係を表すと、以下の(4)式を得ることができる。
Vo=E+[(Rg・T/Ne・F)×lnSOCv/(100−SOCv)]+Y…(4)
但し、E :標準電極電位(本形態のリチウムイオン電池では、E=3.745)
Rg:気体定数(8.314J/mol−K)
T :温度(絶対温度K)
Ne:イオン価数(本形態のリチウムイオン電池では、Ne=1)
F :ファラデー定数(96485C/mol)
After the open circuit voltage Vo is estimated, the remaining capacity SOCv is calculated based on the electrochemical relationship in the battery. Specifically, a well-known Nernst equation describing the relationship between the electrode potential and the ion activity in an equilibrium state is applied, and the relationship between the open circuit voltage Vo and the remaining capacity SOCv is expressed by the following (4). The formula can be obtained.
Vo = E + [(Rg · T / Ne · F) × lnSOCv / (100−SOCv)] + Y (4)
However, E: Standard electrode potential (E = 3.745 in the lithium ion battery of this embodiment)
Rg: Gas constant (8.314 J / mol-K)
T: temperature (absolute temperature K)
Ne: Ion valence (Ne = 1 in the lithium ion battery of this embodiment)
F: Faraday constant (96485 C / mol)
尚、(4)式におけるYは補正項であり、常温における電圧−SOC特性をSOCの関数で表現したものである。SOCv=Xとすると、以下の(5)式に示すように、SOCの三次関数で表すことができる。
Y=−10-6X3+9・10-5X2+0.013X−0.7311…(5)
Note that Y in the equation (4) is a correction term and expresses the voltage-SOC characteristic at normal temperature as a function of SOC. If SOCv = X, it can be expressed by a cubic function of SOC as shown in the following equation (5).
Y = −10 −6 X 3 + 9 · 10 −5 X 2 + 0.013X−0.7311 (5)
以上の(4)式により、残存容量SOCvには、開放電圧Voのみならず温度Tとの間にも強い相関性があることがわかる。この場合、開放電圧Voと温度Tとをパラメータとして、直接、(4)式を用いて残存容量SOCvを算出することも可能であるが、実際には、使用する電池特有の充放電特性や使用条件等に対する考慮が必要となる。 From the above equation (4), it can be seen that the remaining capacity SOCv has a strong correlation not only with the open circuit voltage Vo but also with the temperature T. In this case, the remaining capacity SOCv can be calculated directly using the equation (4) using the open-circuit voltage Vo and the temperature T as parameters. Consideration of conditions is necessary.
従って、以上の(4)式の関係から実際の電池の状態を把握する場合には、常温でのSOC−Vo特性を基準として、各温度域での充放電試験或いはシミュレーションを行い、実測データを蓄積する。そして、蓄積した実測データから開放電圧Voと温度Tとをパラメータとする残存容量SOCvのテーブル(後述する図10の残存容量テーブル)を作成しておき、このテーブルを利用して残存容量SOCvを求める。そして、前述の(1)式に示したように、電流積算に基づく残存容量SOCcと開放電圧Voの推定値に基づく残存容量SOCvとがウェイトwを用いて重み付け合成され、最終的な残存容量SOCが算出される。 Therefore, when grasping the actual state of the battery from the relationship of the above equation (4), a charge / discharge test or simulation in each temperature range is performed based on the SOC-Vo characteristics at room temperature, and the measured data is obtained. accumulate. Then, a table of remaining capacity SOCv (remaining capacity table of FIG. 10 described later) using open circuit voltage Vo and temperature T as parameters is created from the accumulated measured data, and the remaining capacity SOCv is obtained using this table. . Then, as shown in the above equation (1), the remaining capacity SOCc based on the current integration and the remaining capacity SOCv based on the estimated value of the open circuit voltage Vo are weighted and synthesized using the weight w, and the final remaining capacity SOC is obtained. Is calculated.
ここで、残存容量の演算における電流の移動平均処理の有無の影響を比較すると、電流の移動平均処理を行うことなく残存容量SOCvを算出した場合には、図4に示すように、電流のスパイク成分の影響を受けて局所的な残存容量SOCvの急激な変化が発生し、最終的な合成残存容量SOCの精度を低下させる原因となる。これに対し、電流の移動平均処理を行って残存容量SOCvを算出した場合には、図5に示すように、残存容量SOCvから電流のスパイク成分の影響が除去され、比較的負荷変動が小さい条件下での残存容量を正確に把握することが可能となる。 Here, when the influence of the presence or absence of the current moving average process in the calculation of the remaining capacity is compared, when the remaining capacity SOCv is calculated without performing the current moving average process, as shown in FIG. Under the influence of the components, a rapid change in the local remaining capacity SOCv occurs, which causes a decrease in the accuracy of the final combined remaining capacity SOC. On the other hand, when the remaining capacity SOCv is calculated by performing the current moving average process, the influence of the spike component of the current is removed from the remaining capacity SOCv, as shown in FIG. It is possible to accurately grasp the remaining capacity below.
実走行時の残存容量の演算結果は、図6に示され、比較的アップダウンの多い走行条件でセル温度が略45°Cの状態において、電流積算による残存容量SOCcと合成後の残存容量SOCの変化が示されている。図6に示される経過時間1500sec付近までのバッテリの充放電が繰返される状態においては、電流積算による残存容量SOCcの演算結果が合成後の残存容量SOCに良好に反映されている。また、経過時間1500sec以後、バッテリへの充電量が増加傾向にある状態において、電流積算による残存容量SOCcの上昇が鈍化して誤差が拡大する傾向にあるが、開放電圧の推定による残存容量SOCv(図示せず)が合成後の残存容量SOCに重みを増して反映され、充電量の増加に応じて合成後の残存容量SOCが上昇し、精度良く残存容量の変化を捉えている。 The calculation result of the remaining capacity during actual traveling is shown in FIG. 6, and the remaining capacity SOCc obtained by current integration and the remaining capacity SOC after synthesis in the state where the cell temperature is approximately 45 ° C. under relatively up-and-down traveling conditions. Changes are shown. In the state in which the battery is repeatedly charged and discharged until the elapsed time of about 1500 seconds shown in FIG. 6, the calculation result of the remaining capacity SOCc by current integration is reflected well in the combined remaining capacity SOC. Further, after the elapsed time of 1500 seconds, in a state where the charge amount of the battery tends to increase, the increase in the remaining capacity SOCc due to current integration tends to slow down and the error tends to increase, but the remaining capacity SOCv ( (Not shown) is reflected on the combined remaining capacity SOC with an increased weight, and the combined remaining capacity SOC rises as the amount of charge increases, and the change in the remaining capacity is accurately captured.
以上のように、残存容量SOCは、電流積算に基づく残存容量SOCcと開放電圧Voの推定値に基づく残存容量SOCvとを、バッテリの使用状況に応じて随時変化させるウェイトwを用いて合成することにより、演算精度の向上が図られている。このとき、前述したように、現在の制御周期における電流積算の残存容量SOCc(t)は、1演算周期前の合成残存容量SOC(t-1)をベース値として用いているため、発散することがなく、また、誤差の累積も少なく、残存容量SOC(t-1)が真値からずれても、所定の時間経過後(例えば、数分後)には真値に収束させることができる。 As described above, the remaining capacity SOC is synthesized by combining the remaining capacity SOCc based on the current integration and the remaining capacity SOCv based on the estimated value of the open circuit voltage Vo using the weight w that is changed as needed according to the battery usage status. Thus, the calculation accuracy is improved. At this time, as described above, the remaining capacity SOCc (t) of the current integration in the current control cycle is divergent because the combined remaining capacity SOC (t−1) one calculation cycle before is used as the base value. In addition, even if the remaining capacity SOC (t-1) deviates from the true value, it can be converged to the true value after a predetermined time has elapsed (for example, after several minutes).
しかしながら、万一、何らかの理由で外乱が発生した場合、例えば、電源ユニット1とHEV制御用ECU10との間のデータ通信ラインに強力なノイズが乗る等して残存容量SOC(t-1)が真値から大きくずれた場合には、真値から大きくずれた残存容量SOC(t-1)がそのまま電流積算のベース値として用いられるため、真値への収束に大幅な時間を要し、HEV制御系への悪影響が懸念される。
However, if a disturbance occurs for some reason, for example, the remaining capacity SOC (t−1) is true due to strong noise on the data communication line between the
従って、演算ECU3は、残存容量SOCが外乱等により真値から大きくずれて異常になったと判断される場合、初期値算出手段としての機能により、バッテリの開放電圧Voと温度Tとをパラメータとして作成された残存容量SOCvのテーブル(後述する図10の残存容量テーブル)を、開放電圧Voに代えて端子電圧Vを用いて参照し、テーブルから得られる残存容量SOCvを、合成後の残存容量SOCとして近似的に用いる。そして、以後、この近似的な残存容量SOCをベース値(初期値)として電流積算の残存容量SOCcを算出し、開放電圧Voに基づく残存容量SOCvと合成する処理を続行することにより、HEV制御に悪影響を与えない程度の時間で真値へ収束させることが可能となる。
Accordingly, when it is determined that the remaining capacity SOC is significantly different from the true value due to disturbance or the like, the
次に、以上のSOC推定アルゴリズムに従った残存容量SOCc,SOCvの演算及び合成処理、外乱に対する自己復帰及び異常時処理について、図7のフローチャートを用いて説明する。 Next, calculation and synthesis processing of the remaining capacities SOCc and SOCv according to the above SOC estimation algorithm, self-recovery with respect to disturbance, and processing at the time of abnormality will be described using the flowchart of FIG.
図7のフローチャートは、電源ユニット1の演算ECU3におけるバッテリ残存容量推定の基本的な処理を示すものであり、同図においては、説明の都合上、電流積算による残存容量SOCcの演算に続いて開放電圧Voの推定による残存容量SOCvの演算を行うようにしているが、実際には、残存容量SOCc,SOCvの演算は、並行して実行される。
The flowchart of FIG. 7 shows basic processing for estimating the remaining battery capacity in the
図7のバッテリ残存容量推定処理は、所定時間毎(例えば、0.1sec毎)に実行され、先ず、ステップS1において、バッテリ2の端子電圧V、電流I、温度T、及び、前回の演算処理時に推定・合成した残存容量SOC(t-1)のデータ入力の有無を調べる。尚、端子電圧Vは複数の電池パックの平均値、電流Iは複数の電池パックの電流の総和を取り、それぞれ、例えば0.1sec毎にデータを取得するものとする。また、温度Tは、例えば10sec毎に取得するものとする。
The battery remaining capacity estimation process in FIG. 7 is executed every predetermined time (for example, every 0.1 sec). First, in step S1, the terminal voltage V, current I, temperature T of the
その結果、ステップS1において新たなデータ入力がない場合には、そのまま本処理を抜け、新たなデータ入力がある場合、ステップS1からステップS2へ進んで、1演算周期前に推定した残存容量SOC(t-1)は正常であるか否かを判定する。残存容量SOC(t-1)が正常であるか否かは、例えば、通常の残存容量SOCの範囲が40〜80%の範囲内であるのに対し、15%といったように極端に外れた値である場合、本SOC推定アルゴリズムによる本来の収束性を満足しない場合、バッテリの端子電圧Vと開放電圧Voとが大きく異なる場合等、残存容量SOC(t-1)の値が整合性を有する否かによって判定することができる。 As a result, if there is no new data input in step S1, this process is left as it is. If there is new data input, the process proceeds from step S1 to step S2, and the remaining capacity SOC (estimated one calculation cycle before) Whether t-1) is normal or not is determined. Whether the remaining capacity SOC (t-1) is normal is, for example, a value that is extremely deviated, such as 15%, while the normal remaining capacity SOC is in the range of 40 to 80%. If the value of the remaining capacity SOC (t−1) is consistent, such as when the original convergence of the SOC estimation algorithm is not satisfied, the battery terminal voltage V and the open-circuit voltage Vo are significantly different, etc. It can be determined by.
本形態においては、バッテリ2の端子電圧Vと、バッテリの開放電圧Voと温度Tとをパラメータとして作成された残存容量SOCvのテーブルに残存容量SOC(t-1)を適用して得られる電圧(開放電圧Vo)との差によって判定し、この電圧の差が一定時間内に設定値以下に縮まらない場合や、予め規定した上限値をオーバーする状態が設定時間以上継続した場合には、残存容量SOC(t-1)は正常でないと判定する。
In the present embodiment, the voltage obtained by applying the remaining capacity SOC (t−1) to the table of the remaining capacity SOCv created using the terminal voltage V of the
そして、ステップS2における判定の結果、残存容量SOC(t-1)が正常である場合には、ステップS2からステップS3以降の演算処理を実行し、残存容量SOC(t-1)が異常である場合には、ステップS2からステップS10以降の自己復帰・異常時処理を実行する。 If the result of determination in step S2 is that the remaining capacity SOC (t-1) is normal, the arithmetic processing from step S2 to step S3 is executed, and the remaining capacity SOC (t-1) is abnormal. In this case, the self-recovery / abnormal process from step S2 to step S10 and thereafter is executed.
先ず、残存容量SOC(t-1)が正常である場合のステップS3以降の処理について説明する。ステップS3では、バッテリ電流容量を、図8に示す電流容量テーブルを参照して演算する。この電流容量テーブルは、温度Tをパラメータとして、所定の基準とする定格容量(例えば、1つの電池パック内の所定セル数を基準単位とした場合の定格電流容量)に対する容量比Ah’を格納したものであり、常温(25°C)における容量比Ah’(=1.00)に対し、低温になる程、電流容量が減少するため、容量比Ah’の値が大きくなる。この電流容量テーブルから参照した容量比Ah’を用い、計測対象毎の温度Tにおける電流容量Ahを算出する。 First, the processing after step S3 when the remaining capacity SOC (t-1) is normal will be described. In step S3, the battery current capacity is calculated with reference to the current capacity table shown in FIG. This current capacity table stores a capacity ratio Ah ′ with respect to a rated capacity (for example, a rated current capacity when a predetermined number of cells in one battery pack is used as a reference unit) with the temperature T as a parameter. However, the current capacity decreases as the temperature becomes lower than the capacity ratio Ah ′ (= 1.00) at room temperature (25 ° C.), and therefore the value of the capacity ratio Ah ′ increases. Using the capacity ratio Ah ′ referred to from the current capacity table, the current capacity Ah at the temperature T for each measurement target is calculated.
次に、ステップS4へ進み、電流容量テーブルから求めた電流容量Ah、電流Iの入力値、1演算周期前の合成残存容量SOC(t-1)を用い、前述の(2)式に従って、電流積算による残存容量SOCc(t)を算出する。更に、ステップS5において、電流Iを移動平均して単位時間当りの電流変化率ΔI/Δtを取得する。この移動平均は、例えば、電流Iのサンプリングを0.1sec毎、電流積算の演算周期を0.5sec毎とした場合、5個のデータを移動平均する。 Next, the process proceeds to step S4, where the current capacity Ah obtained from the current capacity table, the input value of the current I, and the composite remaining capacity SOC (t-1) before one calculation cycle are used, and the current is The remaining capacity SOCc (t) is calculated by integration. Furthermore, in step S5, the current I is subjected to a moving average to obtain a current change rate ΔI / Δt per unit time. For example, when the current I is sampled every 0.1 sec and the current integration calculation cycle is every 0.5 sec, the moving average is a moving average of five data.
続くステップS6では、バッテリ等価回路のインピーダンスZを、図9に示すインピーダンステーブルを参照して演算し、得られたインピーダンスZからバッテリ2の開放電圧Voを推定する。このインピーダンステーブルは、電流変化率ΔI/Δt(単位時間当たりの電流Iの移動平均値)を温度補正した補正後電流変化率kΔI/Δtと温度Tとをパラメータとして、等価回路のインピーダンスZを格納したものであり、概略的には、補正後電流変化率kΔI/Δtが同じ場合には、温度Tが低くなる程、インピーダンスZが増加し、同じ温度では、補正後電流変化率kΔI/Δtが小さくなる程、インピーダンスZが増加する傾向を有している。
In subsequent step S6, the impedance Z of the battery equivalent circuit is calculated with reference to the impedance table shown in FIG. 9, and the open circuit voltage Vo of the
その後、ステップS7へ進み、電圧−SOC特性の演算を行い、残存容量SOCvを算出する。すなわち、温度Tと推定した開放電圧Voとをパラメータとして、図10に示す残存容量テーブルを参照し、残存容量SOCvを算出する。この残存容量テーブルは、前述したように、ネルンストの式に基づいてバッテリ内の電気化学的な状態を把握して作成したテーブルであり、概略的には、温度T及び開放電圧Voが低くなる程、残存容量SOCvが小さくなり、温度T及び開放電圧Voが高くなる程、残存容量SOCvが大きくなる傾向を有している。 Thereafter, the process proceeds to step S7, the voltage-SOC characteristic is calculated, and the remaining capacity SOCv is calculated. That is, the remaining capacity SOCv is calculated with reference to the remaining capacity table shown in FIG. 10 using the temperature T and the estimated open circuit voltage Vo as parameters. As described above, this remaining capacity table is a table created by grasping the electrochemical state in the battery based on the Nernst equation. In general, the lower the temperature T and the open circuit voltage Vo, the lower the capacity T. The remaining capacity SOCv tends to increase as the temperature T and the open circuit voltage Vo increase.
尚、図9,10においては、通常の条件下で使用される範囲のデータを示し、他の範囲のデータは記載を省略してある。 In FIGS. 9 and 10, data in a range used under normal conditions is shown, and data in other ranges is omitted.
その後、ステップS8へ進み、図11に示すウェイトテーブルを参照してウェイトwを算出する。ウェイトテーブルは、補正後電流変化率kΔI/Δtをパラメータとする一次元テーブルであり、概略的には、補正後電流変化率kΔI/Δtが小さくなる程、すなわち、バッテリ負荷変動が小さい程、ウェイトwの値を小さくして電流積算による残存容量SOCcの重みを小さくする傾向を有している。そして、ステップS9において、前述の(1)式に従って、電流積算による残存容量SOCcと開放電圧Voの推定による残存容量SOCvとをウェイトwを用いて重み付けして最終的な残存容量SOC(t)を合成して算出し、1サイクルの本演算処理を終了する。 Thereafter, the process proceeds to step S8, and the weight w is calculated with reference to the weight table shown in FIG. The weight table is a one-dimensional table using the corrected current change rate kΔI / Δt as a parameter. In general, the smaller the corrected current change rate kΔI / Δt, that is, the smaller the battery load fluctuation, There is a tendency that the value of w is decreased to reduce the weight of the remaining capacity SOCc by current integration. In step S9, according to the above-described equation (1), the remaining capacity SOCc obtained by current integration and the remaining capacity SOCv estimated by the open circuit voltage Vo are weighted using the weight w to obtain the final remaining capacity SOC (t). The combined calculation is performed, and one cycle of the calculation process is completed.
一方、1演算周期前の残存容量SOC(t-1)が正常でないと判定され、ステップS2からステップS10へ進んだ場合の自己復帰・異常時処理では、ステップS10において、電流積算に基づく残存容量SOCcと開放電圧Voに基づく残存容量SOCvとの差が基準値以内(例えば、残存容量SOCc,SOCvの差が瞬時で10%程度以内)にあるか否かを判定する。これは、外乱による一時的な異常と、電圧センサ4,電流センサ5,温度センサ6等の故障による回復不能な異常とを識別するための判定であり、残存容量の差が一定時間内に基準値以下に縮まらない場合や、基準値をオーバーする状態が設定時間以上継続した場合には、センサ故障等による異常と判定し、それ以外の場合には、外乱による異常と判定する。
On the other hand, in the self-recovery / abnormal process when it is determined that the remaining capacity SOC (t−1) before one calculation cycle is not normal and the process proceeds from step S2 to step S10, the remaining capacity based on the current integration is determined in step S10. It is determined whether or not the difference between the SOCc and the remaining capacity SOCv based on the open circuit voltage Vo is within a reference value (for example, the difference between the remaining capacities SOCc and SOCv is instantaneously within about 10%). This is a determination for discriminating between a temporary abnormality caused by a disturbance and an irrecoverable abnormality caused by a failure of the
センサ故障等による異常であると判定された場合には、ステップS10からステップS11へ進み、演算ECU3からのフェール出力をHEV制御用ECU10に送信する。センサ故障時には、演算ECU3は、ある程度の精度で可能な限り残存容量SOCの演算を継続し、修理工場に入庫する等の走行、リンプホームを可能として安全を確保する。
If it is determined that there is an abnormality due to a sensor failure or the like, the process proceeds from step S10 to step S11, and the fail output from the
例えば、電圧センサ4と電流センサ5との何れか一方が故障し、温度センサ6が正常の場合には、開放電圧の推定に基づく残存容量SOCvと電流積算に基づく残存容量SOCcとのうち、センサ故障により正常にデータを得られない方の演算を停止すると共に、ウェイトwを“0”或いは“1”に固定して正常なデータに基づいて演算した残存容量を合成後の残存容量SOCとすることにより、ある程度の精度を確保することができる。
For example, when either one of the
また、温度センサ6が故障し、電圧センサ4及び電流センサ5の双方が正常である場合には、バッテリの内部インピーダンスZが温度に依存して変化することから、電圧Vと電流Iとに基づいて簡易的に内部インピーダンスZを算出し、インピーダンステーブル(図9参照)を用いて温度Tを推定する。そして、推定した温度を、残存容量SOCv,SOCcの各演算における温度の演算パラメータ−として用いることで、正常時と同様の演算を行なうことにより、ある程度の精度を確保することができる。
Further, when the temperature sensor 6 fails and both the
また、ステップS10において、外乱による異常と判定された場合には、ステップS10からステップS12へ進み、バッテリ2の端子電圧Vによって残存容量SOCの近似値を算出可能か否かを、電流変化率ΔI/Δtや運転状態を表すHEV制御情報等から判断する。すなわち、モータ15の突入電流が発生するといったようなバッテリ2の負荷変動が激しい状態では、端子電圧Vによってバッテリ状態を正確に把握することが困難であるため、このような負荷変動の激しい状態を電流変化率ΔI/ΔtやHEV制御情報等から判断して避け、残存容量SOCの近似値を算出するようにする。
If it is determined in step S10 that there is an abnormality due to disturbance, the process proceeds from step S10 to step S12, and whether or not the approximate value of the remaining capacity SOC can be calculated by the terminal voltage V of the
その結果、端子電圧Vによる近似的な残存容量SOCの算出が可能と判定された場合には、ステップS12からステップS13へ進み、図10の残存容量テーブルを、バッテリ温度Tと開放電圧Voとに代えてバッテリ温度Tと端子電圧Vとを用いて参照し、テーブルから得られる残存容量SOCvを近似的な残存容量SOCとして求める。そして、ステップS13から上述したステップS3以後の演算処理へ進み、近似的な残存容量SOCをベース値(初期値)として算出した電流積算の残存容量SOCcと開放電圧Voに基づく残存容量SOCvとをウェイトwを用いて合成することにより、外乱に対する自己復帰を行う。 As a result, when it is determined that the approximate remaining capacity SOC can be calculated based on the terminal voltage V, the process proceeds from step S12 to step S13, and the remaining capacity table of FIG. 10 is changed to the battery temperature T and the open circuit voltage Vo. Instead, referring to the battery temperature T and the terminal voltage V, the remaining capacity SOCv obtained from the table is obtained as an approximate remaining capacity SOC. Then, the process proceeds from step S13 to the calculation process after step S3 described above, and the weight of the remaining capacity SOCc calculated based on the approximate remaining capacity SOC as the base value (initial value) and the remaining capacity SOCv based on the open circuit voltage Vo is weighted. By performing synthesis using w, self-recovery with respect to disturbance is performed.
また、ステップS12において、バッテリの負荷変動が激しく、バッテリの端子電圧Vを用いた演算は不可と判定された場合には、ステップS12からステップS14へ進み、残存容量SOCの値を、中間値である50%に強制的に設定して出力する。そして、ステップS14から上述したステップS3以後の演算処理へ進み、強制的に中間値(50%)とした残存容量SOCをベース値(初期値)として電流積算の残存容量SOCcを算出し、この残存容量SOCcと開放電圧Voに基づく残存容量SOCvとをウェイトwを用いて合成することにより、合成の際の発散を確実に防止しつつ自己復帰を行う。 If it is determined in step S12 that the battery load fluctuation is severe and calculation using the terminal voltage V of the battery is not possible, the process proceeds from step S12 to step S14, and the value of the remaining capacity SOC is set to an intermediate value. Forcibly set to 50% and output. Then, the process proceeds from step S14 to the calculation process after step S3 described above, and the remaining capacity SOCc of current integration is calculated using the remaining capacity SOC that is forcibly set to the intermediate value (50%) as the base value (initial value). By combining the capacity SOCc and the remaining capacity SOCv based on the open-circuit voltage Vo using the weight w, self-recovery is performed while reliably preventing divergence during the synthesis.
以上のように、電流積算による残存容量SOCcと開放電圧の推定値に基づく残存容量SOCvとを用いて残存容量を演算する際に、バッテリの使用状況に応じて設定したウェイトwを用いて互いの重み付けを最適化して演算精度を均一化することができる。しかも、演算結果が異常となった場合にも速やかに真値への収束を図ることができ、常時、正確にバッテリ(蓄電デバイス)の残存容量を求めることができる。 As described above, when calculating the remaining capacity using the remaining capacity SOCc based on the current integration and the remaining capacity SOCv based on the estimated value of the open-circuit voltage, the weight w set according to the battery usage state is used to determine the mutual capacity. The calculation accuracy can be made uniform by optimizing the weighting. In addition, even when the calculation result becomes abnormal, it is possible to quickly converge to the true value, and the remaining capacity of the battery (power storage device) can be obtained accurately at all times.
1 電源ユニット
2 バッテリ
3 演算ユニット(第1,第2,第3の演算手段、電流積算初期値算出手段)
SOCc 残存容量(第1の残存容量)
SOCv 残存容量(第2の残存容量)
SOC 残存容量(第3の残存容量)
I 充放電電流
V 端子電圧
Vo 開放電圧
Z インピーダンス
w ウェイト
代理人 弁理士 伊 藤 進
DESCRIPTION OF
SOCc remaining capacity (first remaining capacity)
SOCv remaining capacity (second remaining capacity)
SOC remaining capacity (third remaining capacity)
I Charge / discharge current V Terminal voltage Vo Open voltage Z Impedance w Weight
Agent Patent Attorney Susumu Ito
Claims (3)
上記蓄電デバイスの内部インピーダンスから推定した開放電圧に基づいて第2の残存容量を算出する第2の演算手段と、
上記第1の残存容量と上記第2の残存容量とを上記蓄電デバイスの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成した第3の残存容量を、上記蓄電デバイスの最終的な残存容量として算出する第3の演算手段と、
上記第3の残存容量が異常のとき、上記蓄電デバイスの端子電圧に基づいて上記第3の残存容量の近似値を算出し、この近似値を上記第1の残存容量を算出する際の電流積算の初期値とする電流積算初期値算出手段とを備え、
上記電流積算初期値算出手段は、
上記蓄電デバイスの端子電圧と開放電圧との差に基づいて上記第3の残存容量が異常か否かを判断することを特徴とする蓄電デバイスの残存容量演算装置。 First calculating means for calculating a first remaining capacity based on an integrated value of the charge / discharge current of the electricity storage device;
Second computing means for calculating a second remaining capacity based on an open circuit voltage estimated from the internal impedance of the electricity storage device;
A third remaining capacity obtained by weighting and combining the first remaining capacity and the second remaining capacity using a weight set according to the usage state of the power storage device is used as a final remaining capacity of the power storage device. A third calculating means for calculating;
When the third remaining capacity is abnormal, an approximate value of the third remaining capacity is calculated based on the terminal voltage of the power storage device, and this approximate value is used for current integration when calculating the first remaining capacity. Current integrated initial value calculation means as an initial value of
The current integrated initial value calculating means includes:
An apparatus for calculating a remaining capacity of a power storage device, comprising: determining whether the third remaining capacity is abnormal based on a difference between a terminal voltage of the power storage device and an open circuit voltage .
更に、上記第1の残存容量と上記第2の残存容量との差に基づいて外乱による異常と故障による異常とを識別することを特徴とする請求項1記載の蓄電デバイスの残存容量演算装置。 The current integrated initial value calculating means includes:
Further, the remaining capacity calculation unit of the electric storage device according to claim 1, wherein identifying an abnormality by abnormality failure due to disturbance on the basis of the difference between the first residual capacity and the second remaining capacity.
上記第3の残存容量が外乱による異常と識別された状態で上記近似値を算出不可のとき、上記第3の残存容量の中間値を上記初期値として算出することを特徴とする請求項2記載の蓄電デバイスの残存容量演算装置。 The current integrated initial value calculating means includes:
When not calculating the approximate value in a state where the third remaining capacity is identified as abnormal by the disturbance, according to claim 2, wherein calculating a median value of the third remaining capacity as the initial value Device for remaining capacity of electricity storage device.
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