本發(fā)明涉及用于推測(cè)電池的內(nèi)部狀態(tài)的電池狀態(tài)推測(cè)裝置,特別涉及在二次電池中用于推測(cè)充電率以及健康度等電池的內(nèi)部狀態(tài)的電池狀態(tài)推測(cè)裝置。
背景技術(shù):
在電動(dòng)汽車(chē)、鐵路或者定置型蓄電系統(tǒng)等中,為了高效地利用二次電池,精度良好地推測(cè)充電率(soc:stateofcharge)以及健康度(soh:stateofhealth)等電池的內(nèi)部狀態(tài)的技術(shù)變得重要。
作為推測(cè)soc的以往技術(shù),作為一個(gè)例子,已知利用soc的初始值和測(cè)定電流的積分值推測(cè)當(dāng)前的soc的電流累計(jì)法。另外,作為另一例子,已知根據(jù)電池等價(jià)電路模型推測(cè)電池的開(kāi)路電壓(ocv:opencircuitvoltage),利用ocv-soc曲線推測(cè)當(dāng)前的soc的ocv推測(cè)法。
在上述的電流累計(jì)法以及ocv推測(cè)法的各手法中有不同的特征。具體而言,電流累計(jì)法能夠精度良好地追蹤短時(shí)間的soc的變化,而另一方面,受到初始電量、soh以及電流偏移的各參數(shù)的誤差的影響。特別是電流偏移的誤差被累計(jì),所以隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò),soc的推測(cè)精度惡化。
另一方面,ocv推測(cè)法主要使用測(cè)定電壓來(lái)推測(cè)soc,所以不會(huì)如電流累計(jì)法那樣各參數(shù)的誤差積蓄。然而,強(qiáng)烈受到等價(jià)電路參數(shù)的誤差以及電壓測(cè)定的誤差的影響,所以已知在soc推測(cè)值中產(chǎn)生跳變等,在短時(shí)間內(nèi)觀察時(shí)的推測(cè)精度不佳。
因此,大量地提出了以通過(guò)巧妙地組合電流累計(jì)法以及ocv推測(cè)法來(lái)在彌補(bǔ)雙方的缺點(diǎn)的同時(shí)發(fā)揮優(yōu)點(diǎn)為目的的soc推測(cè)手法。
作為soc推測(cè)手法的具體例,有如下技術(shù):根據(jù)電池的利用狀況對(duì)利用電流累計(jì)法推測(cè)出的soc推測(cè)值和利用ocv推測(cè)法推測(cè)出的soc推測(cè)值進(jìn)行加權(quán)合成,從而計(jì)算最終的soc推測(cè)值(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
另外,如上所述,精度良好地推測(cè)soh的技術(shù)也重要,如果能夠精度良好地推測(cè)soh,則能夠恰當(dāng)?shù)卣莆斩坞姵氐母鼡Q時(shí)期,并且能夠提高soc的推測(cè)精度。
作為soh推測(cè)手法的具體例,有如下技術(shù):通過(guò)利用充放電電流超過(guò)預(yù)定的閾值的期間中的、電流累計(jì)法充電率變化量和ocv推測(cè)法充電率變化量,計(jì)算電流累計(jì)誤差的影響少的soh推測(cè)值(換言之電池容量推測(cè)值)(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利第4583765號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本專(zhuān)利第5419832號(hào)公報(bào)
非專(zhuān)利文獻(xiàn)
非專(zhuān)利文獻(xiàn)1:足立修一著、“系統(tǒng)辨識(shí)的基礎(chǔ)(システム同定の基礎(chǔ))”、東京電機(jī)大學(xué)出版局、20009年9月、p.170-177
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
然而,在以往技術(shù)中有如以下的課題。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)1記載的以往技術(shù)中,根據(jù)電流的移動(dòng)平均值的大小,決定合成兩個(gè)soc時(shí)的權(quán)重。因此,如果電流的變化劇烈的時(shí)間持續(xù),則在最終的soc推測(cè)值中也大幅出現(xiàn)電流偏移的誤差的影響。
另外,即使移動(dòng)平均值適當(dāng)?shù)刈儎?dòng),只要采取加權(quán)合成兩個(gè)soc推測(cè)值這樣的做法,就無(wú)法根本地關(guān)于通過(guò)電流累計(jì)法推測(cè)出的soc推測(cè)值去除soh以及電流偏移分別所引起的誤差。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)2記載的以往技術(shù)中,如果電流值超過(guò)閾值的時(shí)間的累計(jì)時(shí)間不足夠地長(zhǎng),則soh推測(cè)值強(qiáng)烈受到電流累計(jì)的誤差以及等價(jià)電路參數(shù)的誤差的影響。因此,只要采取通過(guò)降低電流累計(jì)的誤差來(lái)提高soh的推測(cè)精度這樣的做法,就無(wú)法根本地去除電流累計(jì)的誤差的影響。
本發(fā)明是為了解決如上述的課題而完成的,其目的在于得到一種能夠與以往相比精度良好地推測(cè)電池的內(nèi)部狀態(tài)的電池狀態(tài)推測(cè)裝置。
本發(fā)明中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置是推測(cè)二次電池的充電率作為推測(cè)充電率的電池狀態(tài)推測(cè)裝置,所述電池狀態(tài)推測(cè)裝置具備:電流檢測(cè)部,檢測(cè)二次電池的充放電電流作為檢測(cè)電流,輸出檢測(cè)電流;電壓檢測(cè)部,檢測(cè)二次電池的端子間電壓作為檢測(cè)電壓,輸出檢測(cè)電壓;第一逐次推測(cè)部,推測(cè)構(gòu)成為包括二次電池的健康度或者二次電池的滿(mǎn)充電容量和電流檢測(cè)部的偏移電流的充電率推測(cè)用參數(shù),輸出充電率推測(cè)用參數(shù);soc推測(cè)部,根據(jù)電流檢測(cè)部輸出的檢測(cè)電流和第一逐次推測(cè)部輸出的充電率推測(cè)用參數(shù),計(jì)算從開(kāi)始推測(cè)二次電池的充電率起的經(jīng)過(guò)時(shí)間、從開(kāi)始推測(cè)二次電池的充電率起的累計(jì)電量及第一充電率,輸出經(jīng)過(guò)時(shí)間、累計(jì)電量及第一充電率;偏移電流減法部,將從電流檢測(cè)部輸出的檢測(cè)電流減去第一逐次推測(cè)部輸出的偏移電流而得到的值作為校正電流輸出;soc-ocv變換部,將soc推測(cè)部輸出的第一充電率變換為第一開(kāi)路電壓,輸出第一開(kāi)路電壓;第二逐次推測(cè)部,推測(cè)等價(jià)電路參數(shù),輸出等價(jià)電路參數(shù);ocv推測(cè)部,根據(jù)偏移電流減法部輸出的校正電流、電壓檢測(cè)部輸出的檢測(cè)電壓及第二逐次推測(cè)部輸出的等價(jià)電路參數(shù),計(jì)算第二開(kāi)路電壓和與等價(jià)電路參數(shù)對(duì)應(yīng)的等價(jià)電路的狀態(tài)變量,輸出第二開(kāi)路電壓及狀態(tài)變量;ocv-soc變換部,將ocv推測(cè)部輸出的第二開(kāi)路電壓變換為第二充電率,輸出第二充電率;ocv減法部,將從ocv推測(cè)部輸出的第二開(kāi)路電壓減去soc-ocv變換部輸出的第一開(kāi)路電壓而得到的值作為開(kāi)路電壓誤差輸出;soc減法部,將從ocv-soc變換部輸出的第二充電率減去soc推測(cè)部輸出的第一充電率而得到的值作為充電率誤差輸出,第一逐次推測(cè)部根據(jù)soc減法部輸出的充電率誤差和soc推測(cè)部輸出的經(jīng)過(guò)時(shí)間及累計(jì)電量,逐次推測(cè)并更新充電率推測(cè)用參數(shù),第二逐次推測(cè)部根據(jù)偏移電流減法部輸出的校正電流、ocv推測(cè)部輸出的狀態(tài)變量及ocv減法部輸出的開(kāi)路電壓誤差,逐次推測(cè)并更新等價(jià)電路參數(shù),將第一充電率作為推測(cè)充電率。
根據(jù)本發(fā)明,通過(guò)構(gòu)成為在將電流累計(jì)法以及ocv推測(cè)法的組合作為基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上,使用活用了基于推測(cè)結(jié)果的反饋信息的新的soc推測(cè)手法來(lái)推測(cè)二次電池的充電率,從而能夠得到能夠與以往相比精度良好地推測(cè)電池的內(nèi)部狀態(tài)的電池狀態(tài)推測(cè)裝置。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的soc推測(cè)部的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是示出在本發(fā)明的實(shí)施方式1中的ocv推測(cè)部中應(yīng)用的、二次電池的等價(jià)電路模型的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的ocv推測(cè)部的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。
圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的soc推測(cè)部執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。
圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的ocv推測(cè)部執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。
圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。
圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的反饋soc推測(cè)部的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。
圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3中的反饋soc推測(cè)部執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下,依照優(yōu)選的實(shí)施方式,使用附圖說(shuō)明本發(fā)明所涉及的電池狀態(tài)推測(cè)裝置。此外,在附圖的說(shuō)明中,對(duì)相同部分或者相當(dāng)部分附加同一符號(hào),省略重復(fù)的說(shuō)明。在此,本發(fā)明所涉及的電池狀態(tài)推測(cè)裝置推測(cè)二次電池的內(nèi)部狀態(tài),更具體而言,推測(cè)在電動(dòng)汽車(chē)、鐵路車(chē)輛或者定置型蓄電系統(tǒng)等中運(yùn)用中的二次電池的內(nèi)部狀態(tài)。
實(shí)施方式1.
圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的結(jié)構(gòu)圖。此外,在圖1中還一并圖示與電池狀態(tài)推測(cè)裝置100連接的二次電池101。
在此,在說(shuō)明電池狀態(tài)推測(cè)裝置100時(shí),作為二次電池101考慮鋰離子電池。但是,二次電池101一般包括可充放電的蓄電池,例如也可以是鉛蓄電池、鎳氫電池或者電雙層電容器等。
在圖1中,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100構(gòu)成為具備電流檢測(cè)部102、電壓檢測(cè)部103、偏移電流減法部104、soc推測(cè)部105、ocv推測(cè)部106、soc-ocv變換部107、ocv-soc變換部108、soc減法部109、ocv減法部110、第一逐次推測(cè)部111以及第二逐次推測(cè)部112。
電流檢測(cè)部102執(zhí)行電流檢測(cè)處理。即,電流檢測(cè)部102檢測(cè)二次電池101的充放電電流而作為檢測(cè)電流i,將檢測(cè)電流i輸出到偏移電流減法部104以及soc推測(cè)部105。
電壓檢測(cè)部103執(zhí)行電壓檢測(cè)處理。即,電壓檢測(cè)部103檢測(cè)二次電池101的充放電時(shí)的端子間電壓而作為檢測(cè)電壓v,將檢測(cè)電壓v輸出到ocv推測(cè)部106。
偏移電流減法部104執(zhí)行電流偏移減法處理。即,偏移電流減法部104將從由電流檢測(cè)部102輸入的檢測(cè)電流i減去從第一逐次推測(cè)部111輸入的偏移電流ioff而得到的值作為校正電流i’,輸出到ocv推測(cè)部106以及第二逐次推測(cè)部112。
soc推測(cè)部105通過(guò)電流累計(jì)法執(zhí)行soc推測(cè)處理。即,soc推測(cè)部105使用電流累計(jì)法,推測(cè)第一充電率soc1。具體而言,soc推測(cè)部105根據(jù)從電流檢測(cè)部102輸入的檢測(cè)電流i和從第一逐次推測(cè)部111輸入的二次電池101的健康度soh、偏移電流ioff以及二次電池101的初始電量誤差δqc0,計(jì)算第一充電率soc1、經(jīng)過(guò)時(shí)間tk以及累計(jì)電量qc。
此外,將為了用電流累計(jì)法計(jì)算soc而所需的參數(shù)記載為充電率推測(cè)用參數(shù)。另外,在此例示充電率推測(cè)用參數(shù)包括健康度soh、偏移電流ioff以及初始電量誤差δqc0的情況。
soc推測(cè)部105將計(jì)算出的第一充電率soc1輸出到soc-ocv變換部107以及soc減法部109,將計(jì)算出的經(jīng)過(guò)時(shí)間tk以及累計(jì)電量qc輸出到第一逐次推測(cè)部111。
另外,由電池狀態(tài)推測(cè)裝置100推測(cè)的二次電池101的充電率是soc推測(cè)部105輸出的第一充電率soc1。即,作為利用電池狀態(tài)推測(cè)裝置100推測(cè)的二次電池101的充電率的最終的推測(cè)結(jié)果,輸出第一充電率soc1。
接下來(lái),使用公式,說(shuō)明由soc推測(cè)部105計(jì)算第一充電率soc1的原理性的部分。
在使用作為公知技術(shù)的電流累計(jì)法來(lái)推測(cè)二次電池101的充電率的情況下,在將充電率的推測(cè)值設(shè)為socc、將累計(jì)電量設(shè)為qc時(shí),能夠如以下的式(1)或者式(2)表示充電率推測(cè)值socc。
[式1]
其中,ts是采樣周期,k是采樣時(shí)刻,fcc是滿(mǎn)充電容量(fcc:fullchargecapacity)。能夠使用初始滿(mǎn)充電容量fcc0以及健康度soh,如以下的式(3)表示fcc。
[式2]
fcc=fcc0×soh...(3)
接下來(lái),在將二次電池101的電量的真值設(shè)為q*時(shí),考慮使用累計(jì)電量qc來(lái)表示q*。
在此,檢測(cè)電流i被加上作為電流檢測(cè)部102的檢測(cè)誤差的常數(shù)的偏移電流ioff。另外,在累計(jì)電量qc的初始值中,有與q*的初始電量誤差δqc0(=qc(0)-q*(0))。因此,能夠認(rèn)為通過(guò)從累計(jì)電量qc減去與偏移電流ioff對(duì)應(yīng)的電量和初始電量誤差δqc0來(lái)得到q*。即,以下的式(4)的關(guān)系成立。
[式3]
q*(k)=qc(k)-tkioff-δqc0...(4)
其中,關(guān)于tk,tk=kts的關(guān)系成立,tk表示從與k=0對(duì)應(yīng)的初始時(shí)刻起的經(jīng)過(guò)時(shí)間。經(jīng)過(guò)時(shí)間tk具體地表示從開(kāi)始二次電池101的充電率的推測(cè)起的經(jīng)過(guò)時(shí)間,更具體地表示從開(kāi)始執(zhí)行后述圖5的流程圖的處理起的經(jīng)過(guò)時(shí)間。
另外,通過(guò)利用式(3)以及式(4)的關(guān)系,改正式(2)的第二式,如以下表示第一充電率soc1。
[式4]
soc推測(cè)部105依照式(5),計(jì)算第一充電率soc1。如從式(5)可知,soc推測(cè)部105如果使用精度良好地推測(cè)出的充電率推測(cè)用參數(shù)(即,健康度soh、偏移電流ioff以及初始電量誤差δqc0),則能夠計(jì)算直接去除誤差的高精度的充電率。
接下來(lái),參照?qǐng)D2,說(shuō)明soc推測(cè)部105的具體的結(jié)構(gòu)例。圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的soc推測(cè)部105的結(jié)構(gòu)圖。
在圖2中,soc推測(cè)部105具有系數(shù)乘法器201、積分器202、值保存部203、積分器204、值保存部205、乘法器206、減法器207、值保存部208、減法器209、系數(shù)乘法器210以及系數(shù)乘法器211。
系數(shù)乘法器201執(zhí)行采樣周期乘法處理。即,系數(shù)乘法器201將對(duì)從電流檢測(cè)部102輸入的檢測(cè)電流i乘以采樣周期ts而得到的值輸出到積分器202。
積分器202執(zhí)行累計(jì)電量計(jì)算處理。即,積分器202對(duì)系數(shù)乘法器201的輸出值加上前一時(shí)刻下的積分器202的輸出值來(lái)計(jì)算累計(jì)電量qc,輸出計(jì)算出的累計(jì)電量qc。即,積分器202進(jìn)行式(2)中的第一式的計(jì)算。此外,在開(kāi)始本次的充電率推測(cè)時(shí),作為qc(0)的值,使用對(duì)在上次的充電率推測(cè)結(jié)束時(shí)得到的第一充電率soc1乘以滿(mǎn)充電容量fcc而得到的值即可。
其中,如果從上次的充電率推測(cè)結(jié)束時(shí)起經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間,則認(rèn)為二次電池101的過(guò)電壓足夠小,所以能夠?qū)⒂呻妷簷z測(cè)部103檢測(cè)出的檢測(cè)電壓v視為二次電池101的開(kāi)路電壓。因此,還能夠利用后述ocv-soc變換部108,將該開(kāi)路電壓變換為充電率,將對(duì)變換后的充電率乘以滿(mǎn)充電容量fcc而得到的值作為qc(0)的值。
值保存部203執(zhí)行保存采樣周期輸出處理。即,值保存部203預(yù)先保存采樣周期ts,將保存的采樣周期ts輸出到積分器204。
積分器204執(zhí)行經(jīng)過(guò)時(shí)間計(jì)算處理。即,積分器204通過(guò)累計(jì)值保存部203的輸出值(即,采樣周期ts),計(jì)算經(jīng)過(guò)時(shí)間tk,輸出計(jì)算出的經(jīng)過(guò)時(shí)間tk。此外,在積分器204中,開(kāi)始累計(jì)值保存部203的輸出值之前的初始值設(shè)為0。
值保存部205執(zhí)行保存電流偏移輸出處理。即,值保存部205保存偏移電流ioff,將保存的偏移電流ioff輸出到乘法器206。
乘法器206執(zhí)行經(jīng)過(guò)時(shí)刻乘法處理。即,乘法器206將對(duì)積分器204的輸出值(即,經(jīng)過(guò)時(shí)間tk)乘以值保存部205的輸出值(即,偏移電流ioff)而得到的值輸出到減法器207。
減法器207執(zhí)行偏移量減法處理。即,減法器207將從積分器202的輸出值減去乘法器206的輸出值而得到的值輸出到減法器209。
值保存部208執(zhí)行保存初始電量誤差輸出處理。即,值保存部208保存初始電量誤差δqc0,將保存的初始電量誤差δqc0輸出到減法器209。
減法器209執(zhí)行初始電量誤差量減法處理。即,減法器209將從減法器207的輸出值減去值保存部208的輸出值而得到的值輸出到系數(shù)乘法器210。
系數(shù)乘法器210執(zhí)行初始fcc倒數(shù)乘法處理。即,系數(shù)乘法器210將對(duì)減法器209的輸出值乘以初始滿(mǎn)充電容量fcc0的倒數(shù)而得到的值輸出到系數(shù)乘法器211。此外,以下將初始滿(mǎn)充電容量fcc0的倒數(shù)記載為倒數(shù)fcc0-1。
系數(shù)乘法器211執(zhí)行soh倒數(shù)乘法處理。即,系數(shù)乘法器211將對(duì)系數(shù)乘法器210的輸出值乘以健康度soh的倒數(shù)而得到的值作為第一充電率soc1輸出。此外,以下將soh的倒數(shù)記載為倒數(shù)soh-1。
此外,利用后述第一逐次推測(cè)部111的輸出,逐次更新在值保存部205以及值保存部208中分別保存的值和系數(shù)乘法器211計(jì)算第一充電率soc1時(shí)所使用的健康度soh。
返回到圖1的說(shuō)明,ocv推測(cè)部106通過(guò)ocv推測(cè)法執(zhí)行ocv推測(cè)處理。即,ocv推測(cè)部106使用ocv推測(cè)法,推測(cè)二次電池101的第二開(kāi)路電壓ocv2。具體而言,ocv推測(cè)部106根據(jù)從偏移電流減法部104輸入的校正電流i’、從電壓檢測(cè)部103輸入的檢測(cè)電壓v以及從第二逐次推測(cè)部112輸入的等價(jià)電路參數(shù),計(jì)算第二開(kāi)路電壓ocv2以及二次電池101的電壓下降量ν。
ocv推測(cè)部106將計(jì)算出的第二開(kāi)路電壓ocv2輸出到ocv-soc變換部108以及ocv減法部110,將計(jì)算出的電壓下降量ν輸出到第二逐次推測(cè)部112。
接下來(lái),使用公式,并且參照?qǐng)D3,說(shuō)明由ocv推測(cè)部106計(jì)算第二開(kāi)路電壓ocv2的原理性的部分。圖3是示出在本發(fā)明的實(shí)施方式1中的ocv推測(cè)部106中應(yīng)用的、二次電池101的等價(jià)電路模型的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
在此,通過(guò)從與二次電池101的端子間電壓相當(dāng)?shù)臋z測(cè)電壓v減去二次電池101的過(guò)電壓η,求出第二開(kāi)路電壓ocv2。即,以下的式(6)的關(guān)系成立。
[式5]
ocv2(k)=v(k)-η(k)...(60
另外,如果使用二次電池101的等價(jià)電路模型,則能夠近似地計(jì)算過(guò)電壓η。
在圖3中,r0是將溶液電阻和時(shí)間常數(shù)小的電荷移動(dòng)電阻集中起來(lái)的直流電阻。另外,r1是擴(kuò)散電阻,c1是電雙層電容。在該情況下,r0、r1以及c1是等價(jià)電路參數(shù)。另外,電壓下降量ν是r1和c1的并聯(lián)部分處的電壓下降量。
另外,在考慮圖3所示的等價(jià)電路模型的情況下,將電壓下降量ν作為等價(jià)電路的狀態(tài)變量,依照以下的式(7)計(jì)算二次電池101的過(guò)電壓η。
[式6]
此外,在本實(shí)施方式1中,考慮圖3所示的等價(jià)電路模型,但等價(jià)電路模型的結(jié)構(gòu)不限于圖3。例如,既能夠用多級(jí)的rc電路表現(xiàn)擴(kuò)散,如果采樣周期ts短,則也能夠從直流電阻分離電荷移動(dòng)電阻。這樣,關(guān)于二次電池101的等價(jià)電路模型,能夠考慮各種結(jié)構(gòu)。
另外,在此例示等價(jià)電路的狀態(tài)變量是電壓下降量ν的情況,但還能夠代替電壓下降量ν而將電容器c1的電荷量q作為等價(jià)電路的狀態(tài)變量。
接下來(lái),參照?qǐng)D4說(shuō)明ocv推測(cè)部106的具體的結(jié)構(gòu)例。圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的ocv推測(cè)部106的結(jié)構(gòu)圖。在圖4中,ocv推測(cè)部106具有過(guò)電壓計(jì)算部401以及減法器402。
過(guò)電壓計(jì)算部401執(zhí)行過(guò)電壓計(jì)算處理。即,過(guò)電壓計(jì)算部401根據(jù)從偏移電流減法部104輸入的校正電流i’,依照式(7)計(jì)算電壓下降量ν以及過(guò)電壓η。另外,過(guò)電壓計(jì)算部401將計(jì)算出的電壓下降量ν輸出到第二逐次推測(cè)部112,將計(jì)算出的過(guò)電壓η輸出到減法器402。
減法器402執(zhí)行過(guò)電壓減法處理。即,減法器402將從由電壓檢測(cè)部103輸入的檢測(cè)電壓v減去過(guò)電壓η而得到的值作為第二開(kāi)路電壓ocv2輸出。
此外,過(guò)電壓計(jì)算部401依照式(7),利用后述第二逐次推測(cè)部112的輸出,逐次更新為了計(jì)算電壓下降量ν以及過(guò)電壓η而使用的等價(jià)電路參數(shù)。
返回到圖1的說(shuō)明,soc-ocv變換部107執(zhí)行soc-ocv變換處理。即,soc-ocv變換部107將從soc推測(cè)部105輸入的第一充電率soc1變換為二次電池101的第一開(kāi)路電壓ocv1,將變換后的第一開(kāi)路電壓ocv1輸出到ocv減法部110。
此外,充電率和開(kāi)路電壓的關(guān)系幾乎不依賴(lài)于二次電池101的溫度以及劣化程度,所以soc-ocv變換部107根據(jù)預(yù)先取得的測(cè)量數(shù)據(jù),將開(kāi)路電壓變換為充電率。具體而言,例如,根據(jù)有限個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)制作線形插值函數(shù)或者近似曲線,并利用此來(lái)將開(kāi)路電壓變換為充電率。
ocv-soc變換部108執(zhí)行ocv-soc變換處理。即,ocv-soc變換部108將從ocv推測(cè)部106輸入的第二開(kāi)路電壓ocv2變換為二次電池101的第二充電率soc2,將變換后的第二充電率soc2輸出到soc減法部109。
另外,ocv-soc變換部108通過(guò)利用與soc-ocv變換部107同樣的函數(shù),能夠?qū)膐cv推測(cè)部106輸入的第二開(kāi)路電壓ocv2變換為第二充電率soc2。
soc減法部109執(zhí)行soc誤差計(jì)算處理。即,soc減法部109將從由ocv-soc變換部108輸入的第二充電率soc2減去從soc推測(cè)部105輸入的第一充電率soc1而得到的值作為充電率誤差ε1輸出到第一逐次推測(cè)部111。
ocv減法部110執(zhí)行ocv誤差計(jì)算處理。即,ocv減法部110將從由ocv推測(cè)部106輸入的第二開(kāi)路電壓ocv2減去從soc-ocv變換部107輸入的第一開(kāi)路電壓ocv1而得到的值作為開(kāi)路電壓誤差ε2輸出到第二逐次推測(cè)部112。
第一逐次推測(cè)部111執(zhí)行用于逐次更新充電率推測(cè)用參數(shù)的推測(cè)值的電流累計(jì)校正用逐次推測(cè)處理。即,第一逐次推測(cè)部111根據(jù)從soc推測(cè)部105輸入的經(jīng)過(guò)時(shí)間tk以及累計(jì)電量qc和從soc減法部109輸入的充電率誤差ε1,使用逐次推測(cè)法計(jì)算充電率推測(cè)用參數(shù)的推測(cè)值。另外,第一逐次推測(cè)部111將計(jì)算出的充電率推測(cè)用參數(shù)輸出到soc推測(cè)部105,僅將計(jì)算出的充電率推測(cè)用參數(shù)中的偏移電流ioff輸出到偏移電流減法部104。
此外,作為第一逐次推測(cè)部111使用的逐次推測(cè)法,例如能夠使用逐次最小二乘法(rls:recursiveleastsquares)(例如參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
其中,作為逐次推測(cè)法,不限于rls,也可以使用逐次整體最小二乘法(rtls:recursivetotalleastsquares)、逐次部分最小二乘法(rpls:recursivepartialleastsquares)或者卡爾曼濾波器(kalmanfilter)等。
在此,rls的更新式如以下的式(8)構(gòu)成。
[式7]
其中,在式(8)中,在將說(shuō)明變量的數(shù)量設(shè)為n時(shí),θ1是n×1說(shuō)明變量矢量,φ1是n×1矢量,p1是n×n協(xié)方差矩陣,ε1是誤差信號(hào),λ1是遺忘系數(shù)。
另外,例如,如以下的式(9)分別設(shè)定φ1以及θ1即可。
[式8]
φ1(k)=[qc(k)/fcc0-tk/fcc0-1]t
θ1(k)=[1/soh(k)ioff(k)/soh(k)δqc0(k)/fcc0·soh(k))]t
...(9)
此時(shí),根據(jù)式(5),能夠表示為
soc1(k)=φ1t(k)θ1(k-1)
所以,可知作為soc減法部109的輸出值的充電率誤差ε1將第二充電率soc2作為教師信號(hào)而構(gòu)成rls的預(yù)測(cè)誤差。
通過(guò)使用用式(8)的第一式得到的θ1(k)來(lái)求解式(9)的第二式,得到充電率推測(cè)用參數(shù)的推測(cè)值,即soh(k)、ioff(k)以及δqc0(k)。
關(guān)于說(shuō)明變量矢量的初始值θ1(0),在沒(méi)有是否利用與soh(0)、ioff(0)、δqc0(0)有關(guān)的事先信息來(lái)決定這樣的事先信息的情況下,例如設(shè)為soh(0)=1、ioff(0)=0、δqc0(0)=0即可。
此外,在此例示了充電率推測(cè)用參數(shù)包括健康度soh、偏移電流ioff以及初始電量誤差δqc0的情況,但充電率推測(cè)用參數(shù)的結(jié)構(gòu)不限于此。
即,在此例示了如式(5)將健康度soh表示為誤差因素之一,推測(cè)健康度soh的情況,但也可以構(gòu)成為代替健康度soh而將滿(mǎn)充電容量fcc表示為誤差因素之一,推測(cè)滿(mǎn)充電容量fcc。
另外,在此例示了將初始電量誤差δqc0表示為電流累計(jì)法的誤差因素之一,推測(cè)初始電量誤差δqc0的情況,但也可以構(gòu)成為代替初始電量誤差δqc0而將初始電量qc0表示為電流累計(jì)法的誤差因素之一,推測(cè)初始電量qc0。
另外,在此例示了將初始電量誤差δqc0表示為電流累計(jì)法的誤差因素之一,推測(cè)初始電量誤差δqc0的情況,但也可以構(gòu)成為代替初始電量誤差δqc0而將初始充電率socini表示為電流累計(jì)法的誤差因素之一,推測(cè)初始充電率socini。
另外,在此例示了將初始電量誤差δqc0表示為電流累計(jì)法的誤差因素之一,推測(cè)初始電量誤差δqc0的情況,但也可以構(gòu)成為代替初始電量誤差δqc0而將初始充電率誤差δsocini表示為電流累計(jì)法的誤差因素之一,推測(cè)初始充電率誤差δsocini。
作為具體例,在構(gòu)成為代替健康度soh而推測(cè)滿(mǎn)充電容量fcc,代替初始電量誤差δqc0而推測(cè)初始充電率socini的情況下,代替式(5)而依照以下的式(10),計(jì)算第一充電率soc1。
[式9]
另外,如果初始電量誤差δqc0足夠小,則也可以構(gòu)成為不推測(cè)初始電量誤差δqc0,而僅推測(cè)健康度soh以及偏移電流ioff。
這樣,充電率推測(cè)用參數(shù)如果構(gòu)成為包括健康度soh、滿(mǎn)充電容量fcc、偏移電流ioff、初始電量qc0、初始電量誤差δqc0、初始充電率socini以及初始充電率誤差δsocini中的、至少健康度soh以及偏移電流ioff,則能夠推測(cè)第一充電率soc1。
另外,充電率推測(cè)用參數(shù)即使構(gòu)成為包括健康度soh、滿(mǎn)充電容量fcc、偏移電流ioff、初始電量qc0、初始電量誤差δqc0、初始充電率socini以及初始充電率誤差δsocini中的、至少滿(mǎn)充電容量fcc以及偏移電流ioff,也能夠同樣地推測(cè)第一充電率soc1。
第二逐次推測(cè)部112執(zhí)行用于逐次更新等價(jià)電路參數(shù)的推測(cè)值的等價(jià)電路校正用逐次推測(cè)處理。即,第二逐次推測(cè)部112根據(jù)從偏移電流減法部104輸入的校正電流i’、從ocv推測(cè)部106輸入的電壓下降量ν以及從ocv減法部110輸入的開(kāi)路電壓誤差ε2,使用逐次推測(cè)法計(jì)算等價(jià)電路參數(shù)的推測(cè)值。另外,第二逐次推測(cè)部112將計(jì)算出的等價(jià)電路參數(shù)輸出到ocv推測(cè)部106。
在此,作為第二逐次推測(cè)部112使用的逐次推測(cè)法,例如與第一逐次推測(cè)部111同樣地使用rls。在該情況下,如以下的式(11)構(gòu)成rls的更新式。
[式10]
其中,在式(11)中,在將說(shuō)明變量的數(shù)量設(shè)為n時(shí),θ2是n×1說(shuō)明變量矢量,φ2是n×1矢量,p2是n×n協(xié)方差矩陣,ε2是誤差信號(hào),λ2是遺忘系數(shù)。
另外,例如,如以下的式(12)分別設(shè)定φ2以及θ2即可。
[式11]
φ2(k)=[i′(k)v(k)i′(k-1)]t
此時(shí),根據(jù)式(6)以及式(7),以下的式(13)的關(guān)系成立。
[式12]
如從式(13)可知,作為ocv減法部110的輸出值的開(kāi)路電壓誤差ε2將(v-ocv1)作為教師信號(hào)而構(gòu)成rls的預(yù)測(cè)誤差。
通過(guò)使用由式(11)的第一式得到的θ2(k)來(lái)求解式(12)的第二式,得到等價(jià)電路參數(shù)的推測(cè)值,即r0(k)、r1(k)以及c1(k)。
關(guān)于說(shuō)明變量矢量的初始值θ2(0),如果作為與r0(0)、r1(0)、c1(0)有關(guān)的事先信息例如具有各參數(shù)的每個(gè)電池溫度的映射數(shù)據(jù)(mapdata),則能夠?qū)⒍坞姵?01的電池溫度作為輸入,決定初始值。
此外,如從式(12)可知,第二逐次推測(cè)部112構(gòu)成為推測(cè)全部等價(jià)電路參數(shù),但也可以構(gòu)成為在固定它們中的一部分例如等價(jià)電路的時(shí)間常數(shù)τ(=c1r1)的基礎(chǔ)之上,僅推測(cè)等價(jià)電路參數(shù)中的r0以及r1。
在該情況下,在時(shí)間常數(shù)τ的值中,例如利用二次電池101的每個(gè)溫度或者劣化程度的映射數(shù)據(jù)。另外,代替式(7)而考慮以下的式(14)。
[式13]
這樣,在考慮式(14)的情況下,代替式(12)而使用以下的式(15)。在該情況下,代替電壓下降量ν,電容器c1的電荷量q成為等價(jià)電路的狀態(tài)變量。
[式14]
φ2(k)=[i′(k)q(k)/τ]t
θ2(k)=[r0(k)r1(k)]t...(15)
接下來(lái),參照?qǐng)D5~圖7的流程圖,說(shuō)明在本實(shí)施方式1中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100推測(cè)二次電池101的充電率的情況下執(zhí)行的一連串的動(dòng)作。圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的soc推測(cè)部105執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的ocv推測(cè)部106執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。
此外,圖5所示的步驟s102~s112的一連串的運(yùn)算處理為電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的一個(gè)周期量的運(yùn)算處理,針對(duì)每個(gè)采樣周期ts反復(fù)進(jìn)行該運(yùn)算處理。
另外,圖6所示的步驟s201~s211的一連串的運(yùn)算處理是在圖5所示的步驟s105中執(zhí)行的運(yùn)算處理。進(jìn)而,圖7所示的步驟s401以及s402的一連串的運(yùn)算處理是在圖5所示的步驟s106中執(zhí)行的運(yùn)算處理。
在此,圖5~圖7的各個(gè)流程圖的各步驟的編號(hào)與電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的各結(jié)構(gòu)部對(duì)應(yīng)。即,如上所述,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的各結(jié)構(gòu)部執(zhí)行與圖5~圖7的各個(gè)流程圖的各步驟的編號(hào)相同的編號(hào)的步驟。
如圖5所示,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100針對(duì)每個(gè)采樣周期ts,執(zhí)行步驟s102~s112的一連串的運(yùn)算處理。
另外,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100在步驟s105中執(zhí)行圖6所示的步驟s201~s211的一連串的運(yùn)算處理。進(jìn)而,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100在步驟s106中執(zhí)行圖7所示的步驟s401以及s402的一連串的運(yùn)算處理。
此外,關(guān)于圖5~圖7的各個(gè)流程圖的各步驟,由電池狀態(tài)推測(cè)裝置100執(zhí)行的順序不限于各圖圖示的順序,只要不破壞各步驟的依賴(lài)關(guān)系,就容許調(diào)換執(zhí)行順序。
以上,根據(jù)本實(shí)施方式1,作為第一結(jié)構(gòu),具有如下結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具備:第一逐次推測(cè)部,推測(cè)并輸出充電率推測(cè)用參數(shù);soc推測(cè)部,根據(jù)從電流檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電流和從第一逐次推測(cè)部輸入的充電率推測(cè)用參數(shù),計(jì)算第一充電率和從開(kāi)始推測(cè)二次電池的充電率起的經(jīng)過(guò)時(shí)間及累計(jì)電量并輸出;偏移電流減法部,將從由電流檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電流減去從第一逐次推測(cè)部輸入的偏移電流而得到的值作為校正電流輸出;ocv推測(cè)部,根據(jù)從偏移電流減法部輸入的校正電流和從電壓檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電壓,計(jì)算第二開(kāi)路電壓并輸出;ocv-soc變換部,將從ocv推測(cè)部輸入的第二開(kāi)路電壓變換為第二充電率而輸出;以及soc減法部,將從由ocv-soc變換部輸入的第二充電率減去從soc推測(cè)部輸入的第一充電率而得到的值作為充電率誤差輸出。
另外,在第一結(jié)構(gòu)中,構(gòu)成為:第一逐次推測(cè)部根據(jù)從soc推測(cè)部輸入的經(jīng)過(guò)時(shí)間以及累計(jì)電量和從soc減法部輸入的充電率誤差,逐次推測(cè)并更新充電率推測(cè)用參數(shù),soc推測(cè)部將使用由第一逐次推測(cè)部更新的充電率推測(cè)用參數(shù)計(jì)算出的第一充電率作為二次電池的充電率輸出。
這樣,將soc推測(cè)問(wèn)題捕捉為電流累計(jì)法的參數(shù)(即,電流偏移、soh以及初始電量誤差)的推測(cè)問(wèn)題,穩(wěn)定地精度良好地推測(cè)各參數(shù)。作為其結(jié)果,用電流累計(jì)法推測(cè)出的soc也穩(wěn)定地成為高精度的值。
因此,能夠根據(jù)soh以及等價(jià)電路的電阻值實(shí)時(shí)地掌握二次電池的劣化程度,而且,通過(guò)明確地考慮作為電流累計(jì)法的誤差因素的電流偏移、soh以及初始電量誤差,并直接地去除它們的影響,從而能夠進(jìn)行高精度的soc推測(cè)。
作為第二結(jié)構(gòu),具有如下結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)針對(duì)第一結(jié)構(gòu)還具備:soc-ocv變換部,將從soc推測(cè)部輸入的第一充電率變換為第一開(kāi)路電壓而輸出;ocv減法部,將從由ocv推測(cè)部輸入的第二開(kāi)路電壓減去從soc-ocv變換部輸入的第一開(kāi)路電壓而得到的值作為開(kāi)路電壓誤差輸出;以及第二逐次推測(cè)部,推測(cè)等價(jià)電路參數(shù),輸出等價(jià)電路參數(shù)。
另外,在第二結(jié)構(gòu)中,構(gòu)成為:ocv推測(cè)部根據(jù)從偏移電流減法部輸入的校正電流、從電壓檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電壓以及從第二逐次推測(cè)部輸入的等價(jià)電路參數(shù),計(jì)算第二開(kāi)路電壓和等價(jià)電路的狀態(tài)變量并輸出,第二逐次推測(cè)部根據(jù)從偏移電流減法部輸入的校正電流、從ocv推測(cè)部輸入的狀態(tài)變量以及從ocv減法部輸入的開(kāi)路電壓誤差,逐次推測(cè)并更新等價(jià)電路參數(shù),ocv推測(cè)部使用由第二逐次推測(cè)部更新的等價(jià)電路參數(shù)計(jì)算第二開(kāi)路電壓以及狀態(tài)變量。
這樣,不僅逐次推測(cè)電流累計(jì)法的參數(shù),而且還逐次推測(cè)ocv推測(cè)法的參數(shù)(即,等價(jià)電路參數(shù)),所以能夠推測(cè)對(duì)依賴(lài)于二次電池的溫度以及劣化的等價(jià)電路參數(shù)的變動(dòng)也適應(yīng)的值。因此,電流累計(jì)法的參數(shù)以及soc的推測(cè)精度也進(jìn)一步變高。
在總結(jié)以上的內(nèi)容時(shí),在本實(shí)施方式1中,具備如下結(jié)構(gòu):根據(jù)soc推測(cè)部以及ocv推測(cè)部中的推測(cè)結(jié)果,逐次推測(cè)并更新充電率推測(cè)用參數(shù)以及等價(jià)電路參數(shù),將更新后的各參數(shù)活用為反饋信息,校正推測(cè)結(jié)果。其結(jié)果,能夠?qū)崿F(xiàn)能夠與以往相比精度良好地推測(cè)電池的內(nèi)部狀態(tài)的電池狀態(tài)推測(cè)裝置。
實(shí)施方式2.
在本發(fā)明的實(shí)施方式2中,相對(duì)先前的實(shí)施方式1,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的結(jié)構(gòu)不同。此外,在本實(shí)施方式2中,省略與先前的實(shí)施方式1相同的方面的說(shuō)明,以與先前的實(shí)施方式1的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說(shuō)明。
圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的結(jié)構(gòu)圖。在圖8中,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100構(gòu)成為具備電流檢測(cè)部102、電壓檢測(cè)部103、偏移電流減法部104、soc推測(cè)部105、ocv推測(cè)部106、soc-ocv變換部107、ocv-soc變換部108、soc減法部109、ocv減法部110、反饋加法部501、高頻分量去除部502、系數(shù)乘法部503、第一逐次推測(cè)部504以及第二逐次推測(cè)部112。
soc推測(cè)部105根據(jù)從電流檢測(cè)部102輸入的檢測(cè)電流i和從第一逐次推測(cè)部504輸入的充電率推測(cè)用參數(shù),計(jì)算第一充電率soc1、經(jīng)過(guò)時(shí)間tk以及累計(jì)電量qc。另外,soc推測(cè)部105將計(jì)算出的第一充電率soc1輸出到反饋加法部501,將計(jì)算出的經(jīng)過(guò)時(shí)間tk以及累計(jì)電量qc輸出到第一逐次推測(cè)部504。
反饋加法部501執(zhí)行校正值加法處理。即,反饋加法部501把將從soc推測(cè)部105輸入的第一充電率soc1和從系數(shù)乘法部503輸入的充電率校正值l相加得到的值作為第三充電率soc3輸出到第一逐次推測(cè)部504、soc-ocv變換部107以及soc減法部109。
另外,在本實(shí)施方式2中,由電池狀態(tài)推測(cè)裝置100推測(cè)的二次電池101的充電率是反饋加法部501輸出的第三充電率soc3。即,作為利用電池狀態(tài)推測(cè)裝置100推測(cè)的二次電池101的充電率的最終的推測(cè)結(jié)果,輸出第三充電率soc3。
soc-ocv變換部107將從反饋加法部501輸入的第三充電率soc3變換為第一開(kāi)路電壓ocv1,將變換后的第一開(kāi)路電壓ocv1輸出到ocv減法部110。
soc減法部109將從由ocv-soc變換部108輸入的第二充電率soc2減去從反饋加法部501輸入的第三充電率soc3而得到的值作為充電率誤差u輸出到高頻分量去除部502。
高頻分量去除部502執(zhí)行高頻分量去除處理。即,高頻分量去除部502從由soc減法部109輸入的充電率誤差u去除高頻分量,將去除后的充電率誤差y輸出到系數(shù)乘法部503。
在此,作為高頻分量去除部502,能夠使用指數(shù)移動(dòng)平均濾波器或者帶遺忘系數(shù)的積分器等。
作為低通濾波器,例如使用具有用以下的式(16)表示的濾波器特性的例子即可。
[式15]
y(k)=w1y(k-1)+w2u(k)...(16)
其中,在式(16)中,w1和w2是預(yù)先設(shè)定的遺忘系數(shù),如果設(shè)為0<w1<1、w2=1-w1,則成為指數(shù)移動(dòng)平均濾波器,如果設(shè)為0<w1=w2<1,則成為帶遺忘系數(shù)的積分器,如果設(shè)為w1=w2=1,則成為通常的積分器。作為遺忘系數(shù)的性質(zhì),越增大w1,越難以忘記過(guò)去的u。
充電率誤差u受到第一充電率soc1的電壓測(cè)定誤差的影響和等價(jià)電路模型的誤差以及等價(jià)電路參數(shù)推測(cè)誤差的影響,前者是平均為0的誤差,相對(duì)于此,后者依賴(lài)于電流值和推測(cè)精度,特別在流過(guò)急劇的大電流時(shí),呈現(xiàn)為大的跳變。因此,以能夠在使前者的影響平滑化的同時(shí)去除后者的影響的方式設(shè)定遺忘系數(shù)。
例如,在考慮將遺忘系數(shù)設(shè)為w1=exp(-ts/t)來(lái)設(shè)定t時(shí),最好最低也設(shè)定為t=10×ts以上(即,t是采樣周期ts的10倍以上)的值,以能夠充分地降低ocv推測(cè)法的誤差。
系數(shù)乘法部503執(zhí)行增益乘法處理。即,系數(shù)乘法部503將對(duì)從高頻分量去除部502輸入的充電率誤差y乘以增益k而得到的值作為充電率校正值l輸出到反饋加法部501。
第一逐次推測(cè)部504執(zhí)行電流累計(jì)校正用逐次推測(cè)處理。即,第一逐次推測(cè)部504根據(jù)從soc推測(cè)部105輸入的經(jīng)過(guò)時(shí)間tk以及累計(jì)電量qc和從反饋加法部501輸入的第三充電率soc3,計(jì)算充電率推測(cè)用參數(shù)的推測(cè)值。另外,第一逐次推測(cè)部504將計(jì)算出的充電率推測(cè)用參數(shù)輸出到soc推測(cè)部105,僅將計(jì)算出的充電率推測(cè)用參數(shù)中的偏移電流ioff輸出到偏移電流減法部104。
偏移電流減法部104將從由電流檢測(cè)部102輸入的檢測(cè)電流i減去從第一逐次推測(cè)部504輸入的偏移電流ioff而得到的值作為校正電流i’輸出到ocv推測(cè)部106以及第二逐次推測(cè)部112。
在此,在第一逐次推測(cè)部504中,如果設(shè)為ε1(k)=soc3(k)-φ1t(k)θ1(k-1),則能夠構(gòu)成將第三充電率soc3作為教師信號(hào)的rls。此外,還能夠與先前的實(shí)施方式1同樣地,代替第三充電率soc3而將第二充電率soc2輸入到第一逐次推測(cè)部504,從而將第二充電率soc2作為教師信號(hào)。
接下來(lái),進(jìn)一步說(shuō)明反饋加法部501輸出的第三充電率soc3。本實(shí)施方式2中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100依照以下的式(17),計(jì)算第三充電率soc3。
[式16]
在式(17)中,即使沒(méi)有與反饋校正項(xiàng)相當(dāng)?shù)某潆娐市U祃,只要能夠通過(guò)第一逐次推測(cè)部504準(zhǔn)確地推測(cè)充電率推測(cè)用參數(shù),就能夠高精度地推測(cè)充電率。
然而,實(shí)際上,不一定通過(guò)第一逐次推測(cè)部504始終得到準(zhǔn)確的推測(cè)值,例如,在推測(cè)值的初始值偏離真值而直至收斂于真值為止花費(fèi)時(shí)間的情況下,存在在該期間中無(wú)法得到高精度的充電率的推測(cè)值這樣的問(wèn)題。
此時(shí),也通過(guò)利用充電率校正值l校正第一充電率soc1,從而具有能夠使第三充電率soc3迅速地收斂于與真的充電率接近的值的優(yōu)點(diǎn)。
另外,被反饋的充電率校正值l的值是根據(jù)使用幾乎不受到電流偏移誤差、soh誤差以及初始電量誤差的影響的ocv推測(cè)法來(lái)計(jì)算的第二充電率soc2與第三充電率soc3之間的誤差來(lái)決定的。因此,第三充電率soc3在中長(zhǎng)時(shí)間中跟隨第二充電率soc2。
進(jìn)而,充電率校正值l的值是通過(guò)經(jīng)由高頻分量去除部502而得到的值,所以第三充電率soc3在短時(shí)間中跟隨第一充電率soc1的充電率變化。
第二充電率soc2是根據(jù)ocv推測(cè)法計(jì)算出的值,不累計(jì)誤差,所以如果從中長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看,精度高。另一方面,通過(guò)電流累計(jì)法直接計(jì)算第一充電率soc1,所以能夠精度良好地跟隨短時(shí)間的充電率變化。
以上,第三充電率soc3能夠是利用電流累計(jì)法以及ocv推測(cè)法雙方的長(zhǎng)處的高精度的推測(cè)值。
接下來(lái),參照?qǐng)D9,說(shuō)明在本實(shí)施方式2中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100推測(cè)二次電池101的充電率的情況下執(zhí)行的一連串的動(dòng)作。圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。
此外,圖9所示的步驟s102~s112和步驟s501~s504的一連串的運(yùn)算處理為本實(shí)施方式2中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的一個(gè)周期量的運(yùn)算處理,針對(duì)每個(gè)采樣周期ts反復(fù)進(jìn)行該運(yùn)算處理。
在此,圖9的各個(gè)流程圖的各步驟的編號(hào)與本實(shí)施方式2中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的各結(jié)構(gòu)部對(duì)應(yīng)。即,如上所述,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的各結(jié)構(gòu)部執(zhí)行與圖9的各個(gè)流程圖的各步驟的編號(hào)相同的編號(hào)的步驟。
如圖9所示,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100針對(duì)每個(gè)采樣周期ts,執(zhí)行步驟s102~s112和步驟s501~s504的一連串的運(yùn)算處理。
此外,關(guān)于圖9的流程圖的各步驟,由電池狀態(tài)推測(cè)裝置100執(zhí)行的順序不限于各圖圖示的順序,只要不破壞各步驟的依賴(lài)關(guān)系,則容許調(diào)換執(zhí)行順序。
此外,在本實(shí)施方式2中,例示了第一逐次推測(cè)部504使用從反饋加法部501輸入的第三充電率soc3逐次推測(cè)并更新充電率推測(cè)用參數(shù)的情況。然而,如上所述,還能夠代替第三充電率soc3而將第二充電率soc2輸入到第一逐次推測(cè)部504,從而將第二充電率soc2作為教師信號(hào)。即,作為變形例,第一逐次推測(cè)部504構(gòu)成為從ocv-soc變換部108被輸入第二充電率soc2,使用輸入的第二充電率soc2逐次推測(cè)并更新充電率推測(cè)用參數(shù)。
另外,在本實(shí)施方式2中,例示了由電池狀態(tài)推測(cè)裝置100推測(cè)的二次電池101的充電率為反饋加法部501輸出的第三充電率soc3的情況。然而,也可以構(gòu)成為二次電池101的充電率為第一逐次推測(cè)部504輸出的第一充電率soc1。
以上,根據(jù)本實(shí)施方式2,作為第一結(jié)構(gòu),具有如下結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具備:第一逐次推測(cè)部,推測(cè)并輸出充電率推測(cè)用參數(shù);soc推測(cè)部,根據(jù)從電流檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電流和從第一逐次推測(cè)部輸入的充電率推測(cè)用參數(shù),計(jì)算第一充電率、從開(kāi)始推測(cè)二次電池的充電率起的經(jīng)過(guò)時(shí)間及從開(kāi)始推測(cè)二次電池的充電率起的累計(jì)電量并輸出;偏移電流減法部,將從由電流檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電流減去從第一逐次推測(cè)部輸入的偏移電流而得到的值作為校正電流輸出;ocv推測(cè)部,根據(jù)從偏移電流減法部輸入的校正電流和從電壓檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電壓,計(jì)算第二開(kāi)路電壓并輸出;ocv-soc變換部,將從ocv推測(cè)部輸入的第二開(kāi)路電壓變換為第二充電率而輸出;反饋加法部,把將從soc推測(cè)部輸入的第一充電率和輸入的充電率校正值相加得到的值作為第三充電率輸出;soc減法部,將從由ocv-soc變換部輸入的第二充電率減去從反饋加法部輸入的第三充電率而得到的值作為充電率誤差輸出;高頻分量去除部,輸出去除從soc減法部輸入的充電率誤差的高頻分量而得到的值;以及系數(shù)乘法部,將對(duì)高頻分量去除部的輸出值乘以增益而得到的值作為充電率校正值輸出。
另外,在第一結(jié)構(gòu)中,構(gòu)成為:第一逐次推測(cè)部根據(jù)從soc推測(cè)部輸入的經(jīng)過(guò)時(shí)間以及累計(jì)電量和從反饋加法部輸入的第三充電率或者從soc推測(cè)部輸入的第一充電率,逐次推測(cè)并更新充電率推測(cè)用參數(shù),soc推測(cè)部使用由第一逐次推測(cè)部更新的充電率推測(cè)用參數(shù)計(jì)算第一充電率、經(jīng)過(guò)時(shí)間以及累計(jì)電量。
這樣,具備反饋機(jī)構(gòu),所以即使不等待電流累計(jì)法的充電率推測(cè)用參數(shù)收斂于真值附近,也能夠通過(guò)使用第三充電率來(lái)進(jìn)行高精度的soc推測(cè)。
即,通過(guò)使取了根據(jù)ocv推測(cè)法推測(cè)出的第二充電率與根據(jù)電流累計(jì)法推測(cè)出的第一充電率之差而得到的值經(jīng)由高頻分量去除部,從而去除第二充電率中包含的、電壓測(cè)定誤差所引起的高頻分量以及等價(jià)電路模型的誤差所引起的值的跳變,在ocv推測(cè)法中得到準(zhǔn)確度高的中低頻區(qū)域的第二充電率和第一充電率的誤差。然后,對(duì)該誤差的值乘以增益來(lái)反饋,并校正第一充電率,從而能夠使最終地輸出的第三充電率在短時(shí)間中跟隨準(zhǔn)確度高的電流累計(jì)法的soc變化,同時(shí)在中長(zhǎng)時(shí)間中跟隨準(zhǔn)確度高的ocv推測(cè)法的soc變化。
因此,利用反饋來(lái)去除基于電流累計(jì)法的soc推測(cè)的誤差,從而能夠高精度地推測(cè)soc。
進(jìn)而,與先前的實(shí)施方式1同樣地,針對(duì)電流累計(jì)法的參數(shù)進(jìn)行逐次推測(cè),所以隨著各推測(cè)參數(shù)收斂于真值,第一充電率的推測(cè)精度提高而超過(guò)第三充電率的推測(cè)精度。因此,能夠?qū)崿F(xiàn)非常高精度的soc推測(cè),并且能夠?qū)崟r(shí)地得到去除了電流偏移誤差的影響的高精度的soh推測(cè)值。
作為第二結(jié)構(gòu),具有如下結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)針對(duì)第一結(jié)構(gòu)還具備:soc-ocv變換部,將從反饋加法部輸入的第三充電率變換為第一開(kāi)路電壓而輸出;ocv減法部,將從由ocv推測(cè)部輸入的第二開(kāi)路電壓減去從soc-ocv變換部輸入的第一開(kāi)路電壓而得到的值作為開(kāi)路電壓誤差輸出;以及第二逐次推測(cè)部,推測(cè)并輸出等價(jià)電路參數(shù)。
另外,在第二結(jié)構(gòu)中,構(gòu)成為:ocv推測(cè)部根據(jù)從偏移電流減法部輸入的校正電流、從電壓檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電壓以及從第二逐次推測(cè)部輸入的等價(jià)電路參數(shù),計(jì)算第二開(kāi)路電壓和等價(jià)電路的狀態(tài)變量并輸出,第二逐次推測(cè)部根據(jù)從偏移電流減法部輸入的校正電流、從ocv推測(cè)部輸入的狀態(tài)變量以及從ocv減法部輸入的開(kāi)路電壓誤差,逐次推測(cè)并更新等價(jià)電路參數(shù),ocv推測(cè)部使用由第二逐次推測(cè)部更新的等價(jià)電路參數(shù)計(jì)算第二開(kāi)路電壓以及狀態(tài)變量。
這樣,不僅逐次推測(cè)電流累計(jì)法的參數(shù),而且還逐次推測(cè)ocv推測(cè)法的參數(shù)(即,等價(jià)電路參數(shù)),從而能夠推測(cè)對(duì)依賴(lài)于二次電池的溫度以及劣化的等價(jià)電路參數(shù)的變動(dòng)也適應(yīng)的值。因此,電流累計(jì)法的參數(shù)以及soc的推測(cè)精度也進(jìn)一步變高。
總結(jié)以上的內(nèi)容,在本實(shí)施方式2中,具備如下結(jié)構(gòu):根據(jù)soc推測(cè)部以及ocv推測(cè)部中的推測(cè)結(jié)果,逐次更新充電率校正值,將更新后的充電率校正值活用為反饋信息,校正推測(cè)結(jié)果。其結(jié)果,能夠?qū)崿F(xiàn)能夠與以往相比精度良好地推測(cè)電池的內(nèi)部狀態(tài)的電池狀態(tài)推測(cè)裝置。
進(jìn)而,與先前的實(shí)施方式1同樣地,還附加如下結(jié)構(gòu),即根據(jù)soc推測(cè)部以及ocv推測(cè)部中的推測(cè)結(jié)果,逐次推測(cè)并更新充電率推測(cè)用參數(shù)以及等價(jià)電路參數(shù),將更新的各參數(shù)活用為反饋信息,并校正推測(cè)結(jié)果,從而能夠進(jìn)一步提高推測(cè)精度。
實(shí)施方式3.
在本發(fā)明的實(shí)施方式3中,針對(duì)先前的實(shí)施方式1、2,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的結(jié)構(gòu)不同。此外,在本實(shí)施方式3中,省略與先前的實(shí)施方式1、2相同的方面的說(shuō)明,以與先前的實(shí)施方式1、2的不同點(diǎn)為中心進(jìn)行說(shuō)明。
圖10是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的結(jié)構(gòu)圖。在圖10中,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100構(gòu)成為具備電流檢測(cè)部102、電壓檢測(cè)部103、反饋soc推測(cè)部601、ocv推測(cè)部106、soc-ocv變換部107、ocv-soc變換部108、soc減法部109、ocv減法部110、高頻分量去除部502、系數(shù)乘法部503以及第二逐次推測(cè)部112。
反饋soc推測(cè)部601根據(jù)從電流檢測(cè)部102輸入的檢測(cè)電流i和從系數(shù)乘法部503輸入的充電率校正值l,計(jì)算第一充電率soc1,輸出到soc-ocv變換部107以及soc減法部109。
反饋soc推測(cè)部601通過(guò)對(duì)用式(1)表示的通常的電流累計(jì)法加上充電率校正值l來(lái)推測(cè)充電率。即,反饋soc推測(cè)部601依照以下的式(18)計(jì)算第一充電率soc1。
[式17]
在本實(shí)施方式3中,如上所述不假設(shè)如式(5)的電流累計(jì)法的誤差模型,而僅用充電率校正值l校正通過(guò)電流累計(jì)法計(jì)算出的充電率。作為電流累計(jì)法的主要的誤差因素的、滿(mǎn)充電容量fcc、偏移電流ioff以及初始充電率誤差δsocini都是低頻誤差,所以即使不直接推測(cè)它們,也能夠僅通過(guò)反饋校正來(lái)精度良好地推測(cè)soc。
接下來(lái),參照?qǐng)D11,說(shuō)明反饋soc推測(cè)部601的具體的結(jié)構(gòu)。圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的反饋soc推測(cè)部601的結(jié)構(gòu)圖。
在圖11中,反饋soc推測(cè)部601具有系數(shù)乘法器701、系數(shù)乘法器702以及總和器703。
系數(shù)乘法器701執(zhí)行采樣周期乘法處理。即,系數(shù)乘法器701將對(duì)從電流檢測(cè)部102輸入的檢測(cè)電流i乘以采樣周期ts而得到的值輸出到系數(shù)乘法器702。
系數(shù)乘法器702執(zhí)行fcc倒數(shù)乘法處理。即,系數(shù)乘法器702將對(duì)系數(shù)乘法器701的輸出值乘以滿(mǎn)充電容量fcc的倒數(shù)而得到的值輸出到總和器703。此外,如果不知道滿(mǎn)充電容量fcc的準(zhǔn)確的值,則例如使用初始滿(mǎn)充電容量fcc0的值等即可。
總和器703執(zhí)行總和計(jì)算處理。即,總和器703將把系數(shù)乘法器702的輸出、充電率校正值l以及一個(gè)采樣時(shí)刻前的總和器703的輸出全部合起來(lái)的值作為第一充電率soc1輸出。此外,在soc1(0)的值中,使用在結(jié)束上次的充電率推測(cè)時(shí)得到的第一充電率soc1即可。
其中,如果從結(jié)束上次的充電率推測(cè)時(shí)起經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間,則還能夠?qū)⒂呻妷簷z測(cè)部103檢測(cè)出的檢測(cè)電壓v視為二次電池101的開(kāi)路電壓,將利用ocv-soc變換部108把該開(kāi)路電壓變換為充電率而得到的值作為soc1(0)的值。
通過(guò)這樣構(gòu)成反饋soc推測(cè)部601,反饋soc推測(cè)部601能夠執(zhí)行式(18)的計(jì)算。
接下來(lái),參照?qǐng)D12以及圖13,說(shuō)明在本實(shí)施方式3中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100推測(cè)二次電池101的充電率的情況下執(zhí)行的一連串的動(dòng)作。圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3中的反饋soc推測(cè)部601執(zhí)行的一連串的動(dòng)作的流程圖。
此外,圖12所示的步驟s102以及s103、步驟s601、步驟s106~s110、步驟s112和步驟s502以及s503的一連串的運(yùn)算處理為本實(shí)施方式3中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的一個(gè)周期量的運(yùn)算處理,針對(duì)每個(gè)采樣周期ts反復(fù)進(jìn)行該運(yùn)算處理。
另外,圖13所示的步驟s701~s703的一連串的運(yùn)算處理是在圖12所示的步驟s601中執(zhí)行的運(yùn)算處理。
在此,圖12以及圖13的各個(gè)流程圖的各步驟的編號(hào)與本實(shí)施方式3中的電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的各結(jié)構(gòu)部對(duì)應(yīng)。即,如上所述,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100的各結(jié)構(gòu)部執(zhí)行與圖12~圖13的各個(gè)流程圖的各步驟的編號(hào)相同的編號(hào)的步驟。
如圖12所示,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100針對(duì)每個(gè)采樣周期ts,執(zhí)行步驟s102以及s103、步驟s601、步驟s106~s110、步驟s112和步驟s502以及s503的一連串的運(yùn)算處理。
另外,電池狀態(tài)推測(cè)裝置100在步驟s601中執(zhí)行圖13所示的步驟s701~s703的一連串的運(yùn)算處理。
此外,關(guān)于圖12以及圖13的各個(gè)流程圖的各步驟,由電池狀態(tài)推測(cè)裝置100執(zhí)行的順序不限于各圖圖示的順序,只要不破壞各步驟的依賴(lài)關(guān)系,則容許調(diào)換執(zhí)行順序。
以上,根據(jù)本實(shí)施方式3,作為第一結(jié)構(gòu),具有如下結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具備:反饋soc推測(cè)部,根據(jù)從電流檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電流和用于校正二次電池的充電率的充電率校正值,計(jì)算第一充電率并輸出;ocv推測(cè)部,根據(jù)從電流檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電流和從電壓檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電壓,計(jì)算第二開(kāi)路電壓并輸出;ocv-soc變換部,將從ocv推測(cè)部輸入的第二開(kāi)路電壓變換為第二充電率而輸出;soc減法部,將從由ocv-soc變換部輸入的第二充電率減去從反饋soc推測(cè)部輸入的第一充電率而得到的值作為充電率誤差輸出;高頻分量去除部,輸出去除從soc減法部輸入的充電率誤差的高頻分量而得到的值;以及系數(shù)乘法部,將對(duì)高頻分量去除部的輸出值乘以增益而得到的值作為充電率校正值輸出。
這樣,存在反饋機(jī)構(gòu),所以能夠校正作為電流累計(jì)法的誤差因素的fcc、電流偏移以及初始soc的誤差的影響來(lái)進(jìn)行高精度的soc推測(cè)。
即,基于電流累計(jì)法的第一充電率通過(guò)利用對(duì)根據(jù)ocv推測(cè)法推測(cè)出的第二充電率與自身的誤差的中低頻分量進(jìn)行反饋而得到的值,成為如在中低頻區(qū)域跟隨準(zhǔn)確度高的ocv推測(cè)法的充電率soc2并且在高頻區(qū)域跟隨準(zhǔn)確度高的電流累計(jì)法的充電率推測(cè)值這樣的充電率推測(cè)值。在反饋機(jī)構(gòu)中,通過(guò)設(shè)置高頻分量去除部,能夠去除soc2和soc1的誤差中的、ocv推測(cè)法的電壓測(cè)定誤差以及等價(jià)電路模型的誤差所引起的高頻分量。
因此,盡管是針對(duì)電流累計(jì)法不具有逐次推測(cè)部的簡(jiǎn)易的構(gòu)造,但是通過(guò)反饋校正的效果,即便在電流累計(jì)法中有初始soc誤差,soc也以短暫的時(shí)間收斂于真值附近,并且,即使在有電流偏移誤差或者fcc的誤差的情況下,也能夠降低它們的影響,穩(wěn)定地計(jì)算精度良好的soc推測(cè)值。
另外,在本實(shí)施方式3中,并不是如先前的實(shí)施方式2所述為了校正第一充電率soc1來(lái)計(jì)算第三充電率soc3而使用充電率校正值l,而是如式(18)所示為了直接計(jì)算第一充電率soc1而使用充電率校正值l。由此,能夠防止由于電流偏移誤差的影響而soc1、soc2與soc1的誤差以及充電率校正值l無(wú)止境地增加或者減少的現(xiàn)象。
作為第二結(jié)構(gòu),具有如下結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)針對(duì)第一結(jié)構(gòu)還具備:ocv減法部,將從由ocv推測(cè)部輸入的第二開(kāi)路電壓減去從soc-ocv變換部輸入的第一開(kāi)路電壓而得到的值作為開(kāi)路電壓誤差輸出;以及第二逐次推測(cè)部,推測(cè)并輸出等價(jià)電路參數(shù)。
另外,在第二結(jié)構(gòu)中,構(gòu)成為:ocv推測(cè)部根據(jù)從電流檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電流、從電壓檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電壓以及從第二逐次推測(cè)部輸入的等價(jià)電路參數(shù),計(jì)算第二開(kāi)路電壓和等價(jià)電路的狀態(tài)變量并輸出,第二逐次推測(cè)部根據(jù)從電流檢測(cè)部輸入的檢測(cè)電流、從ocv推測(cè)部輸入的狀態(tài)變量以及從ocv減法部輸入的開(kāi)路電壓誤差,逐次推測(cè)并更新等價(jià)電路參數(shù),ocv推測(cè)部使用由第二逐次推測(cè)部更新的等價(jià)電路參數(shù)計(jì)算第二開(kāi)路電壓以及狀態(tài)變量。
這樣,逐次推測(cè)ocv推測(cè)法的參數(shù)(即,等價(jià)電路參數(shù))。因此,能夠推測(cè)對(duì)依賴(lài)于二次電池的溫度以及劣化的等價(jià)電路參數(shù)的變動(dòng)也適應(yīng)的值,ocv推測(cè)法的充電率推測(cè)精度提高,并且參照此的反饋soc推測(cè)部所計(jì)算的充電率的推測(cè)精度也提高。
總結(jié)以上的內(nèi)容,在本實(shí)施方式3中,將ocv推測(cè)法不積蓄誤差而在以時(shí)間平均進(jìn)行比較時(shí)與soc的真值的誤差小這樣的特性活用為反饋信息,校正電流累計(jì)法的誤差。由此,能夠?qū)崿F(xiàn)雖然是不具有先前的實(shí)施方式1、2中的如第一逐次推測(cè)部那樣的推測(cè)電流累計(jì)法的誤差因素的機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)易的構(gòu)造但是能夠與以往相比精度良好地推測(cè)電池內(nèi)部狀態(tài)的電池狀態(tài)推測(cè)裝置。
進(jìn)而,還附加如下結(jié)構(gòu),即根據(jù)反饋soc推測(cè)部以及ocv推測(cè)部中的推測(cè)結(jié)果,與先前的實(shí)施方式1、2同樣地逐次推測(cè)并更新等價(jià)電路參數(shù),將更新后的各參數(shù)活用為反饋信息,校正推測(cè)結(jié)果,從而能夠進(jìn)一步提高推測(cè)精度。