JP5400732B2 - パラメータ推定装置 - Google Patents
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Description
これに対し、電池と同様の作用を得る別の手段としてキャパシタが知られているが、キャパシタでは物理的作用により充放電・蓄電を行うため、充放電電流や端子電圧等を測定していればバッテリの状態をほぼ確実に検出できる。しかしながら、キャパシタでは、その容量が電池に比べて小さいことから、一部のキャパシタ・トロリー・バス等を除き、圧倒的に二次電池が主電源として用いられている。
そこで、従来から種々の二次電池の充電率を推定する方法が提案されてきている。
しかしながら、この方法では、バッテリの状態を常時モニタする必要があること、一度SOCの推定がずれると、誤差が集積して行くので元へ戻るのが難しいこと、また事前に多数の実験データを取得しておく必要があること、などから、別の方法が提案されている。
すなわち、従来の二次電池のパラメータ推定装置を機能ブロック図で示すと、図6のようになる。図示しない二次電池の端子電圧vtを検出する端子電圧検出部101と、充放電電流iを検出する充放電電流検出部102と、二次電池の電池モデルに合わせて抵抗やコンデンサを含む等価回路モデルを有し、端子電圧vtと充放電電流iから電池モデルを表わす状態式の係数を求めるパラメータ推定部103と、このパラメータ推定部103で求めたパラメータと充放電電流iから開放電圧値COCVを求める開放電圧算出部104と、ここで得た開放電圧値COCVから充電率SOCを算出する充電率算出部105と、を備えている。
このことを、本発明でも用いる図7の二次電池の等価回路モデルを用いて以下に説明する。なお、図7の等価回路モデルは上記従来技術の等価回路モデルとは若干異なるが、積分要素を有しており、いずれも同様の不具合が生じることには変わりない。
ここで、添え字kはサンプリングの順番の番号(時刻ステップ)、vkはk番目の端子電圧、ikはk番目の電流、上方の添え字Tは行列の転置、θはモデルを記述する係数行列、φはデータ行列をそれぞれ示す。
すなわち、上記従来技術にあっては、図8に示すように、極端な低周波電流の例としてのステップ入力電流Iを入力すると、端子電圧Vは時間とともに同図下半分に示すように立ち上がって発散していく。このときの傾きはI/COCVであり、この逆数からCOCVが求めことができる。したがって、このような低周波電流が入力されなければ、上記のような端子電圧の変化の傾きが得られないので、推定精度が悪化することになる。
少なくとも積分要素を含む等価回路モデルで表現可能な対象システムへの入力信号を検出する入力信号検出手段と、
対象システムからの出力信号を検出する出力信号検出手段と、
出力信号検出手段で検出された出力信号を微分して出力微分信号を出力する出力微分手段と、
入力信号検出手段からの入力信号を入力したときの出力が出力微分信号となるように、等価回路モデルの各要素を非積分要素へ変更した、対象システムの変更等価回路モデルと、
変更等価回路モデルに出力微分信号と入力信号を入力して、これらの信号から変更等価回路モデルに基づき変更等価回路モデルの各要素に対応するパラメータを推定する要素パラメータ推定手段と、
を備えたことを特徴とする。
なお、上記にあって、「微分」は「差分」も含むものとする。
少なくとも積分要素を含む等価回路モデルで表現可能な二次電池の充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、
二次電池の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
端子電圧検出手段で検出した端子電圧を微分して電圧微分信号を出力する電圧微分手段と、
充放電電流検出手段からの充放電電流を入力したときの出力が電圧微分信号となるように等価回路モデルの各要素を非積分要素へ変更した、第二次電池の変更等価回路モデルと、
変更等価回路モデルに電圧微分信号と充放電電流を入力して、これらの信号から変更等価回路モデルに基づき変更等価回路モデルの各要素に対応するパラメータを推定する要素パラメータ推定手段と、
ことを特徴とする。
なお、上記にあって、「微分」は「差分」も含むものとする。
図1に示すように、実施例1の二次電池のパラメータ推定装置は、二次電池1に接続され、電圧センサ2、電流センサ3、差分電圧算出部4、パラメータ推定部5、開放電圧推定部6、および充電率算出部7を備えている。なお、本実施例では、差分電圧算出部4、パラメータ推定部5、開放電圧推定部6、および充電率算出部7は車載のマイクロ・コンピュータで構成する。
電流センサ2は、電池1から電気モータ等へ電力を供給する場合の放電電流の大きさ、および制動時に電気モータを発電機として機能させて制動エネルギの一部を回収したり地上の電源設備から充電したりする場合の充電電流の大きさを検出するもので、そこで検出した充放電電流値は入力信号として状態検出部4へ入力される。
なお、電圧センサ2、電流センサ3は、種々の構造・形式のものを適宜採用できる。また、電圧センサ2は本発明の端子電圧検出手段および出力信号検出手段に、電流センサ3は本発明の充放電電流検出手段および入力信号検出手段に相当する。また、充放電電流値は本発明の入力信号に、端子電圧値は本発明の出力信号に相当する。
すなわち、図2では、図7のコンデンサCOCV、C1は、それぞれ抵抗1/COCV、1/C1に、また図7の抵抗R0、R1は、それぞれコイルR0、R1に変わる。
ここで、
入力電流としては、図4に示すように、低周波成分を含まない電流とした。なお、そのときの端子電流も併せて記載してあり、図4において、横軸は時間[単には秒]、縦軸は電流値の大きさ[単位はアンペア]と端子電圧値の大きさ[単にはボルト]を表わし、右側に端子電圧の目盛が、また左側に電流の目盛がそれぞれ描いてある。このような電流は、車両が長い下り坂を下っているような状況で発生する。
同図から分かるように、従来技術のものでは,R1,C1,COCVが設定値より小さい値が続き、設定値に近づかないのに対し、本実施例のものでは、200秒程度で設定値または設定値近くへ収束する。すなわち、本実施例ではパラメータが精度よく推定でき、この結果、二次電池1の充電率も精度よく推定できることが分かる。
(1)本実施例1の二次電池のパラメータ推定装置および方法にあっては、電池モデルに積分器が含まれているので、あらかじめ差分電圧算出部4にて電圧センサ2で検出した端子電圧の差分をとり(微分し)、パラメータ推定装置5で新たな出力として電圧の微分値を使って、パラメータを推定するようにした。したがって、低周波の入力電流がない場合にも、精度よく電池モデルのパラメータを推定することができる。
2 電圧センサ(端子電圧検出手段)
3 電流センサ(充放電電流検出手段)
4 差分電圧算出部(差分電圧算出手段)
5 パラメータ推定部
5A 電池モデル(等価回路モデル)
5B 変更電池モデル
6 開放電圧算出部
7 充電率算出部
Claims (5)
- 少なくとも積分要素を含む等価回路モデルで表現可能な対象システムへの入力信号を検出する入力信号検出手段と、
前記対象システムからの出力信号を検出する出力信号検出手段と、
前記出力信号検出手段で検出された出力信号を微分して出力微分信号を出力する出力微分手段と、
前記入力信号検出手段からの入力信号を入力したときの出力が前記出力微分信号となるように前記等価回路モデルの各要素を非積分要素へ変更した、前記対象システムの変更等価回路モデルと、
該変更等価回路モデルに前記出力微分信号と前記入力信号を入力して、これらの信号から前記変更等価回路モデルに基づき該変更等価回路モデルの前記各要素に対応するパラメータを推定する要素パラメータ推定手段と、
を備えたパラメータ推定装置。 - 少なくとも積分要素を含む等価回路モデルで表現可能な二次電池の充放電電流を検出する充放電電流検出手段と、
前記二次電池の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
前記端子電圧検出手段で検出した端子電圧を微分して電圧微分信号を出力する電圧微分手段と、
前記充放電電流検出手段からの充放電電流を入力したときの出力が前記電圧微分信号となるように前記等価回路モデルの各要素を非積分要素へ変更した、前記二次電池の変更等価回路モデルと、
該変更等価回路モデルに前記電圧微分信号と前記充放電電流を入力して、これらの信号から前記変更等価回路モデルに基づき該変更等価回路モデルの前記各要素に対応するパラメータを推定する要素パラメータ推定手段と、
を備えた二次電池のパラメータ推定装置。 - 請求項2に記載の二次電池のパラメータ推定装置において、
前記要素パラメータ推定手段で推定したパラメータと前記充放電電流とから、前記二次電池の等価回路モデルに基づき、前記二次電池の開放電圧を推定する開放電圧推定手段を備えた、
ことを特徴とする二次電池のパラメータ推定装置。 - 請求項3に記載の二次電池のパラメータ推定装置において、
前記二次電池の開放電圧と充電率に関するデータを有し、前記開放電圧推定手段で推定した開放電圧を用いて前記データから前記二次電池の充電率を算出する充電率算出手段を備えた、
ことを特徴とする二次電池のパラメータ推定装置。 - 請求項2乃至4のいずれか1項に記載の二次電池のパラメータ推定装置において、
前記積分要素はコンデンサである、
ことを特徴とする二次電池のパラメータ推定装置。
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