JP2006038495A - Remaining capacity calculation device for power storage device - Google Patents
Remaining capacity calculation device for power storage device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006038495A JP2006038495A JP2004214884A JP2004214884A JP2006038495A JP 2006038495 A JP2006038495 A JP 2006038495A JP 2004214884 A JP2004214884 A JP 2004214884A JP 2004214884 A JP2004214884 A JP 2004214884A JP 2006038495 A JP2006038495 A JP 2006038495A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- remaining capacity
- weight
- storage device
- value
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims description 38
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 12
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 description 35
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 101100042631 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) SIN3 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012888 cubic function Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 nickel metal hydride Chemical class 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Abstract
【課題】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、常時、均一な精度で残存容量を求める。
【解決手段】電流積算に基づく残存容量SOCcと開放電圧の推定値に基づく残存容量SOCvとの偏差が設定値以下の場合、通常状態に対応するウェイトwを用いて残存容量SOCc,SOCvを重み付け合成し、残存容量SOC算出する(S8,S14)。一方、偏差が設定値より大きい場合には、セル温度が基準値以上のとき、SOCv寄りのウェイトwを算出し(S10)、セル温度が基準値以下で開放電圧の推定値が上下限電圧範囲内のときにはSOCc寄りのウェイトwを算出し(S13)、セル温度が基準値以下で開放電圧の推定値が上下限電圧範囲を逸脱したときには残存容量SOCvの重みをゼロとして残存容量SOCcを出力することにより、常時、均一な精度で残存容量を求める。
【選択図】図7
The remaining capacity is always obtained with uniform accuracy by taking advantage of both the remaining capacity based on current integration and the remaining capacity based on open circuit voltage.
When a deviation between a remaining capacity SOCc based on current integration and a remaining capacity SOCv based on an estimated value of an open circuit voltage is equal to or less than a set value, a weight w corresponding to a normal state is used to weight and synthesize the remaining capacities SOCc and SOCv. Then, the remaining capacity SOC is calculated (S8, S14). On the other hand, when the deviation is larger than the set value, when the cell temperature is equal to or higher than the reference value, the weight w near the SOCv is calculated (S10), and the estimated value of the open circuit voltage is within the upper and lower limit voltage range when the cell temperature is lower than the reference value If the cell temperature is below the reference value and the estimated open circuit voltage deviates from the upper and lower limit voltage range, the weight of the remaining capacity SOCv is set to zero and the remaining capacity SOCc is output. Thus, the remaining capacity is always obtained with uniform accuracy.
[Selection] Figure 7
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
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、常時、均一な精度で残存容量を求め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, taking advantage of both the remaining capacity based on the current integration and the remaining capacity based on the open circuit voltage, and the remaining capacity of the electricity storage device that can always obtain the remaining capacity with uniform accuracy. It aims at providing a capacity | capacitance calculating device.
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、上記ウェイトの値を、上記蓄電デバイスの使用環境と上記残存容量の演算値の推移とに応じて調整するウェイト調整手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an apparatus for calculating a remaining capacity of a power storage device according to the present invention includes a first calculation means for calculating a first remaining capacity based on an integrated value of charge / discharge currents of the power storage device, A second computing means for calculating a second remaining capacity based on an open-circuit voltage estimated from an internal impedance; and a third composition obtained by weighting and combining the first remaining capacity and the second remaining capacity using weights. A third calculating means for calculating a remaining capacity as a final remaining capacity of the power storage device; and a weight for adjusting the value of the weight according to a use environment of the power storage device and a transition of a calculated value of the remaining capacity. And adjusting means.
その際、第1の残存容量と第2の残存容量との偏差が設定値以下のときには、蓄電デバイスの充放電電流の電流変化率に基づいてウェイトの値を調整することが望ましく、第1の残存容量と第2の残存容量との偏差が設定値を越え、且つ蓄電デバイスが基準温度以上のときには、ウェイトの値を第2の残存容量の重みを大きくする方向に調整することが望ましい。 At this time, when the deviation between the first remaining capacity and the second remaining capacity is equal to or less than the set value, it is desirable to adjust the weight value based on the current change rate of the charge / discharge current of the power storage device. When the deviation between the remaining capacity and the second remaining capacity exceeds the set value and the power storage device is equal to or higher than the reference temperature, it is desirable to adjust the weight value in a direction to increase the weight of the second remaining capacity.
更に、第1の残存容量と第2の残存容量との偏差が設定値を越え、且つ蓄電デバイスが基準温度より低い状態で開放電圧の推定値が蓄電デバイスの上限電圧と下限電圧との範囲内にあるときには、第1の残存容量の重みを大きくする方向にウェイトの値を調整することが望ましく、第1の残存容量と第2の残存容量との偏差が設定値を越え、且つ蓄電デバイスが基準温度より低い状態で開放電圧の推定値が蓄電デバイスの上限電圧と下限電圧との範囲を逸脱したときには、第2の残存容量の重みをゼロとするようウェイトの値を調整することが望ましい。 Further, when the deviation between the first remaining capacity and the second remaining capacity exceeds the set value and the storage device is lower than the reference temperature, the estimated open circuit voltage is within the range between the upper limit voltage and the lower limit voltage of the storage device. In this case, it is desirable to adjust the value of the weight in the direction of increasing the weight of the first remaining capacity, the deviation between the first remaining capacity and the second remaining capacity exceeds the set value, and the power storage device When the estimated value of the open circuit voltage deviates from the range between the upper limit voltage and the lower limit voltage of the electricity storage device in a state lower than the reference temperature, it is desirable to adjust the weight value so that the weight of the second remaining capacity is zero.
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、常時、均一な精度で残存容量を求めることができる。 The remaining capacity computing device for an electricity storage device of the present invention can always obtain the remaining capacity with uniform accuracy by taking advantage of both the remaining capacity based on current integration and the remaining capacity based on the open circuit voltage.
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に基づいて、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。
The
尚、後述するように、演算ECU3は、残存容量SOCの演算に際し、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)を用いている。
As will be described later, 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、これらの残存容量SOCc,SOCvをウェイト(重み係数)wを用いて重み付け合成した第3の残存容量としての残存容量SOCを、バッテリ2の残存容量として算出する。ウェイトwは、演算ECU3のウェイト調整手段としての機能により、バッテリ2の使用環境と残存容量の演算値の推移とに応じて調整される。
The calculation of the remaining capacity SOC in 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やバッテリの電圧ヒステリシスが大きくなる低温時等には、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, there are two techniques for calculating the remaining capacity of a battery: a technique for obtaining the remaining capacity based on the integrated value of the battery current and a technique for obtaining the remaining capacity based on the open circuit voltage of the battery. There is. 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, the open-circuit voltage must be set when the load fluctuates greatly in a short time or when the battery voltage hysteresis becomes large. There is a drawback that the impedance at the time of estimation cannot be obtained accurately and the calculated value of the remaining capacity is likely to vibrate.
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の使用環境と残存容量の演算値の推移と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-circuit voltage are used as the usage environment and the remaining capacity 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環境、例えば、バッテリの充放電電流の電流変化率、残存容量SOCの推定値の収束性、電圧ヒステリシスの影響を回避するための温度条件、予め定められたバッテリの特性を保証する上下限電圧等の各種条件を考慮して決定する。本形態においては、電流変化率を基本とした上で他の条件を加味してウェイトwを調整する。 The weight w is the current battery usage environment, for example, the current change rate of the charge / discharge current of the battery, the convergence of the estimated value of the remaining capacity SOC, the temperature condition for avoiding the influence of the voltage hysteresis, a predetermined battery It is determined in consideration of various conditions such as upper and lower limit voltages that guarantee the characteristics. In the present embodiment, the weight w is adjusted based on the current change rate and taking other conditions into consideration.
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。スパイク的な電流の変化の影響は、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ことで防止することができるが、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ることが望ましい。 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. The effects of spike-like current changes can be prevented by using current change rates that have undergone processing such as simple average, moving average, and weighted average of a predetermined number of samplings. In this case, it is desirable to use a moving average that can appropriately reflect the past history without excessively changing the charge / discharge state of the battery.
そして、移動平均による電流変化率を基本としてウェイト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。 Then, by determining the weight w based on the current change rate by the moving average, when the moving average value of the current I is large, the remaining capacity SOCc based on the open circuit voltage is estimated by increasing the remaining capacity SOCc based on the current integration. , The influence of load fluctuation can be accurately reflected by current integration, and vibration during open circuit voltage estimation can be prevented. 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.
この場合、電流積算に基づく残存容量SOCcのウェイトが必要以上に高くなり過ぎると、真値への収束スピードが低下することから、電流積算に基づく残存容量SOCcと開放電圧の推定値に基づく残存容量SOCvとの偏差を監視し、この偏差が大きくなった場合には、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で、収束性を向上させる。また、低温時には、バッテリ2の電圧ヒステリシスの影響によって開放電圧の推定精度が悪化し、残存容量SOCvの精度が低下する虞があることから、セル温度を監視し、電圧ヒステリシスの悪影響が予想される基準温度以下の低温時には、電流積算による残存容量SOCcのウェイトを高くすることにより、残存容量SOCの精度低下を補償する。
In this case, if the weight of the remaining capacity SOCc based on the current integration becomes excessively higher than necessary, the convergence speed to the true value decreases, so the remaining capacity SOCc based on the current integration and the remaining capacity based on the estimated value of the open circuit voltage. The deviation from the SOCv is monitored, and when this deviation becomes large, the convergence is improved by increasing the weight of the remaining capacity SOCv based on the estimated value of the open circuit voltage. In addition, at low temperatures, the estimation accuracy of the open-circuit voltage is deteriorated due to the influence of the voltage hysteresis of the
具体的には、ウェイトwは、バッテリ温度Tと電流変化率ΔI/Δtとを基本パラメータとして作成したウェイトテーブル(図11参照)に格納され、このウェイトテーブルを参照して決定される。詳細には、後述するように、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、ウェイトテーブルのパラメータは、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、更に、この補正後電流変化率kΔI/Δtに、残存容量SOCc,SOCvの偏差、電圧ヒステリシスの温度、推定された開放電圧の電圧範囲等の条件によって可変される係数K1を乗算したパラメータK1・kΔI/Δtを用いている。 Specifically, the weight w is stored in a weight table (see FIG. 11) created using the battery temperature T and the current change rate ΔI / Δt as basic parameters, and is determined with reference to this weight table. More specifically, as will be described later, as the temperature becomes lower, the internal impedance of the battery increases and the current change rate decreases, so the weight table parameter is a current change after correction in which the moving average value of the current I is temperature corrected. Further, a coefficient K1 that is varied according to conditions such as a deviation of the remaining capacities SOCc and SOCv, a temperature of voltage hysteresis, a voltage range of the estimated open circuit voltage, and the like, using the rate kΔI / Δt. Is used as a parameter K1 · kΔI / Δt.
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。
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.
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
(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。 Although the current efficiency η and the self-discharge rate SD in the equation (2) can be regarded as constants (for example, η = 1, SD = 0), the current capacity Ah varies 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.
また、(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(初期値)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)。従って、誤差が累積したり、発散することがなく、万一、初期値が真値と大きく異なっていても、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。
Further, the calculation of the remaining capacity SOCc (t) by the equation (2) is specifically executed by discrete time processing in the
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)
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 as 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 shown in FIG. 6 where the battery is repeatedly charged and discharged until the elapsed time of about 1500 seconds, the calculation result of the remaining capacity SOCc by current integration is well reflected 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.
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 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、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。 As a result, if there is no new data input in step S1, this process is left as it is, and if there is new data input, the process proceeds from step S1 to step S2, and the battery current capacity is changed to the current capacity shown in FIG. Operate with reference to the table. 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S3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S4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 S3, 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 S4, 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S5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 the subsequent step S5, 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S6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 S6, 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S7へ進み、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との偏差が設定値以下であるか否かを調べる。これは、外乱等の何らかの要因によって残存容量SOCc,SOCvの偏差が大きくなった場合を検知するためであり、残存容量SOCc,SOCvの偏差が電流Iの移動平均値等のパラメータによって決定される設定値以下である場合には、通常の状態と判断してステップS7からステップS8へ進み、通常状態に対応するウェイトwを算出する。 Thereafter, the process proceeds to step S7, and it is checked whether or not the deviation between 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 is equal to or less than a set value. This is to detect a case where the deviation of the remaining capacities SOCc and SOCv becomes large due to some factor such as a disturbance. The deviation of the remaining capacities SOCc and SOCv is determined by a parameter such as a moving average value of the current I. If it is equal to or less than the value, it is determined that the state is a normal state, and the process proceeds from step S7 to step S8 to calculate a weight w corresponding to the normal state.
通常状態に対応するウェイトwは、図11に示すウェイトテーブルを参照するパラメータK1・ΔKI/Δtにおける係数K1をk1=1として、すなわち、補正後電流変化率kΔI/Δtをパラメータとするテーブル参照によって求める。ウェイトテーブルは、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特性に設定されている。 The weight w corresponding to the normal state is obtained by setting the coefficient K1 in the parameter K1 · ΔKI / Δt referring to the weight table shown in FIG. 11 to k1, that is, by referring to the table using the corrected current change rate kΔI / Δt as a parameter. Ask. The weight table is set to a characteristic in which the weight w is decreased to decrease the weight of the remaining capacity SOCc by current integration as the corrected current change rate kΔI / Δt decreases, that is, the battery load fluctuation decreases. Yes.
そして、通常状態に対応するウェイトwを算出した後は、ステップS8からステップS14へ進み、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、最終的な残存容量SOC(t)を合成して算出することにより、1サイクルの本演算処理を終了する。 Then, after calculating the weight w corresponding to the normal state, the process proceeds from step S8 to step S14, and the remaining capacity SOCc by current integration and the remaining capacity SOCv by estimation of the open circuit voltage Vo are weighted according to the above-described equation (1). Weighting is performed using w, and the final remaining capacity SOC (t) is synthesized and calculated, thereby completing one cycle of the calculation process.
一方、ステップS7において、残存容量SOCc,SOCvの偏差が設定値以下である条件を満足せず、残存容量SOCc,SOCvの偏差が設定値を越える場合には、ステップS7からステップS9へ進んで、セル温度が基準値(例えば、10°C)以下か否かを判定する。この判定は、セル温度が低い状態で電圧ヒステリシスが大きくなり、開放電圧Voの推定が不安定となって誤差が拡大することを回避するためのものであり、セル温度Tが基準値以上の場合、ステップS9からステップS10へ進んで、開放電圧寄りのウェイトw、すなわち開放電圧Voの推定値に基づく残存容量SOCvの重みを電流積算に基づく残存容量SOCcよりも相対的に高くするように調整したウェイトwを算出する。 On the other hand, if the deviation of the remaining capacities SOCc and SOCv does not satisfy the condition that the deviation of the remaining capacities SOCc and SOCv is less than or equal to the set value and the deviation of the remaining capacities SOCc and SOCv exceeds the set value, the process proceeds from step S7 to step S9. It is determined whether or not the cell temperature is a reference value (for example, 10 ° C.) or less. This determination is for avoiding an increase in error due to unstable voltage estimation due to an increase in voltage hysteresis when the cell temperature is low, and when the cell temperature T is equal to or higher than a reference value. The process proceeds from step S9 to step S10, and the weight w near the open circuit voltage, that is, the weight of the remaining capacity SOCv based on the estimated value of the open circuit voltage Vo is adjusted to be relatively higher than the remaining capacity SOCc based on the current integration. The weight w is calculated.
この開放電圧寄りのウェイトwは、前述の図11に示すウェイトテーブルの参照パラメータK1・kΔI/Δtにおける係数K1を、K1<1.0として、テーブルの参照位置をw=1から相対的に遠ざかるようにシフトさせて通常状態よりもウェイトwの値を小さくする。そして、ステップS14へ進み、開放電圧寄りに調整されたウェイトwを用いて、前述の(1)式に従って最終的な残存容量SOC(t)を合成することにより、1サイクルの本演算処理を終了する。この場合の最終的な残存容量SOCは、通常時よりも残存容量SOCvの重みが大きくされ、必要以上に大きくなりすぎた残存容量SOCcの重みを小さくして真値への収束を早めることができる。 The weight w close to the open circuit voltage makes the reference position of the table relatively far from w = 1 by setting the coefficient K1 in the reference parameter K1 · kΔI / Δt of the weight table shown in FIG. 11 to K1 <1.0. Thus, the value of the weight w is made smaller than in the normal state. Then, the process proceeds to step S14, and the final remaining capacity SOC (t) is synthesized according to the above-described equation (1) using the weight w adjusted to be close to the open circuit voltage, thereby completing one cycle of the present calculation process. To do. In this case, the final remaining capacity SOC is weighted more than usual, and the weight of the remaining capacity SOCc that is excessively larger than necessary can be reduced to speed up the convergence to the true value. .
また、ステップS9において、セル温度が基準値以下の電圧ヒステリシスの悪影響が予想される低温状態である場合には、ステップS9からステップS11へ進み、開放電圧Voの推定値が、バッテリ2の上限電圧Vmax及び下限電圧Vminによる上下限の電圧内にあるか否かを調べる。バッテリ2の上限電圧Vmax、下限電圧Vminは、それぞれ、残存容量SOCの上限(100%)を与える電圧、下限(0%)を与える電圧として定義することができ、図10に示す前述の残存容量テーブルを利用し、所定の温度Tにおける開放電圧Voの上下限を参照することにより、その温度Tでの上限電圧Vmax,下限電圧Vminを知ることができる。
In step S9, if the cell temperature is in a low temperature state where the adverse effect of voltage hysteresis below the reference value is expected, the process proceeds from step S9 to step S11, where the estimated value of the open circuit voltage Vo is the upper limit voltage of the
その結果、電圧ヒステリシスの悪影響が予想される低温状態下において、開放電圧Voの推定値がバッテリ2の上下限の電圧範囲を逸脱した場合には、急激な負荷変動等により瞬時的な電圧推定誤差が発生したと判断することができ、ステップS11からステップS12へ進み、開放電圧Voの推定値に基づく残存容量SOCvの重みをゼロとして(w=1)、過渡的な電圧変動の影響を受けにくい電流積算による残存容量SOCcを最終的な残存容量SOCとして出力し、1サイクルの本演算処理を終了する。
As a result, if the estimated value of the open-circuit voltage Vo deviates from the upper and lower limit voltage ranges of the
また、電圧ヒステリシスの悪影響が予想される低温状態下において、開放電圧Voの推定値がバッテリ2の上下限の電圧範囲内にある場合には、ステップS11からステップS13へ進み、電流積算寄りのウェイトw、すなわち、電流積算に基づく残存容量SOCcの重みを開放電圧Voの推定値に基づく残存容量SOCvよりも相対的に高くするように調整したウェイトwを算出する。
Further, when the estimated value of the open circuit voltage Vo is within the upper and lower limit voltage range of the
この電流積算寄りのウェイトwは、前述の図11に示すウェイトテーブルの参照パラメータK1・kΔI/Δtにおける係数K1を、K1>1.0として、テーブルの参照位置をw=1に相対的に近づけるようにシフトさせ、通常状態よりもウェイトwの値を大きくする。そして、ステップS14で、電流積算寄りに調整されたウェイトwを用いて、前述の(1)式に従って最終的な残存容量SOC(t)を合成することにより、1サイクルの本演算処理を終了する。この場合の最終的な残存容量SOCは、電流積算による残存容量SOCcの重みが大きくされ、低温時の電圧ヒステリシスよる影響を回避して安定した精度の残存容量SOCを得ることができる。 The weight w closer to the current integration makes the reference position of the table relatively close to w = 1 by setting the coefficient K1 in the reference parameter K1 · kΔI / Δt of the weight table shown in FIG. 11 to K1> 1.0. The weight w is made larger than in the normal state. In step S14, the final remaining capacity SOC (t) is synthesized according to the above-described equation (1) using the weight w adjusted to be close to the current integration, thereby completing one cycle of the calculation process. . In this case, as the final remaining capacity SOC, the weight of the remaining capacity SOCc due to current integration is increased, and it is possible to obtain the remaining capacity SOC with stable accuracy by avoiding the influence of voltage hysteresis at low temperatures.
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、バッテリの使用環境と残存容量の演算値の推移とに応じて調整したウェイトwを用いて互いの重み付けを最適化している。これにより、負荷変動時や低温時の電圧ヒステリシス等による演算精度の低下を防止すると共に、真値への収束性を向上することができ、常時、均一な精度でバッテリ(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, depending on the usage environment of the battery and the transition of the calculated value of the remaining capacity. Each weight is optimized using the adjusted weight w. This prevents a decrease in calculation accuracy due to voltage hysteresis during load fluctuations or low temperatures, and improves convergence to the true value. The remaining capacity of the battery (power storage device) is always uniform and accurate. Can be requested.
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、ウェイト調整手段)
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 (5)
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、
上記ウェイトの値を、上記蓄電デバイスの使用環境と上記残存容量の演算値の推移とに応じて調整するウェイト調整手段とを備えた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;
Third computing means for calculating a third remaining capacity obtained by weighting and combining the first remaining capacity and the second remaining capacity using a weight as a final remaining capacity of the power storage device;
An apparatus for calculating a remaining capacity of a power storage device, comprising: weight adjusting means for adjusting the value of the weight according to a use environment of the power storage device and a transition of a calculated value of the remaining capacity.
上記第1の残存容量と上記第2の残存容量との偏差が設定値以下のとき、上記蓄電デバイスの充放電電流の電流変化率に基づいて上記ウェイトの値を調整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 weight adjusting means is
The weight value is adjusted based on a current change rate of a charge / discharge current of the power storage device when a deviation between the first remaining capacity and the second remaining capacity is equal to or less than a set value. Item 10. A remaining capacity calculation device for an electricity storage device according to Item 1.
上記第1の残存容量と上記第2の残存容量との偏差が設定値を越え、且つ上記蓄電デバイスが基準温度以上のとき、上記ウェイトの値を上記第2の残存容量の重みを大きくする方向に調整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 weight adjusting means is
When the deviation between the first remaining capacity and the second remaining capacity exceeds a set value and the power storage device is equal to or higher than a reference temperature, the weight value is increased by increasing the weight of the second remaining capacity. The remaining capacity calculation apparatus for an electricity storage device according to claim 2, wherein
上記第1の残存容量と上記第2の残存容量との偏差が設定値を越え、且つ上記蓄電デバイスが基準温度より低い状態で上記開放電圧の推定値が上記蓄電デバイスの上限電圧と下限電圧との範囲内にあるとき、上記ウェイトの値を上記第1の残存容量の重みを大きくする方向に調整することを特徴とする請求項3記載の蓄電デバイスの残存容量演算装置。 The weight adjusting means is
When the deviation between the first remaining capacity and the second remaining capacity exceeds a set value and the power storage device is lower than a reference temperature, the estimated value of the open circuit voltage is the upper limit voltage and the lower limit voltage of the power storage device. 4. The apparatus for calculating a remaining capacity of an electricity storage device according to claim 3, wherein the weight value is adjusted in a direction to increase the weight of the first remaining capacity.
上記第1の残存容量と上記第2の残存容量との偏差が設定値を越え、且つ上記蓄電デバイスが基準温度より低い状態で上記開放電圧の推定値が上記蓄電デバイスの上限電圧と下限電圧との範囲を逸脱したとき、上記第2の残存容量の重みをゼロとするよう上記ウェイトの値を調整することを特徴とする請求項3または4記載の蓄電デバイスの残存容量演算装置。 The weight adjusting means is
When the deviation between the first remaining capacity and the second remaining capacity exceeds a set value and the power storage device is lower than a reference temperature, the estimated value of the open circuit voltage is the upper limit voltage and the lower limit voltage of the power storage device. 5. The remaining capacity calculation device for an electricity storage device according to claim 3, wherein the weight value is adjusted so that the weight of the second remaining capacity becomes zero when the value deviates from the range.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004214884A JP4570918B2 (en) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | Remaining capacity calculation device for power storage device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004214884A JP4570918B2 (en) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | Remaining capacity calculation device for power storage device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006038495A true JP2006038495A (en) | 2006-02-09 |
| JP4570918B2 JP4570918B2 (en) | 2010-10-27 |
Family
ID=35903657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004214884A Expired - Fee Related JP4570918B2 (en) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | Remaining capacity calculation device for power storage device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4570918B2 (en) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008014702A (en) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Fuji Heavy Ind Ltd | Battery deterioration calculation device |
| JP2008037239A (en) * | 2006-08-04 | 2008-02-21 | Nissan Motor Co Ltd | Vehicle power supply control device |
| WO2013137141A1 (en) | 2012-03-13 | 2013-09-19 | 日産自動車株式会社 | Battery residual capacitance calculation device and battery residual capacitance calculation method |
| JP2014044074A (en) * | 2012-08-24 | 2014-03-13 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | Battery state estimation device, battery control device, battery system, and battery state estimation method |
| KR20150005073A (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-14 | 에스케이이노베이션 주식회사 | Method and apparatus for estimating SOC in constant current state, battery management system and energy storage system comprising the same |
| JPWO2013183480A1 (en) * | 2012-06-05 | 2016-01-28 | 株式会社豊田自動織機 | Charging rate estimation method and charging rate estimation device |
| WO2017130673A1 (en) * | 2016-01-29 | 2017-08-03 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Cell state estimation device, cell control device, cell system, and cell state estimation method |
| WO2017195760A1 (en) * | 2016-05-12 | 2017-11-16 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Battery condition estimation device |
| WO2018151431A1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge of energy storage device |
| WO2019052146A1 (en) * | 2017-09-15 | 2019-03-21 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | Battery power estimation method and device, and unmanned aerial vehicle |
| KR20200038914A (en) * | 2020-04-06 | 2020-04-14 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge(soc) |
| CN111289906A (en) * | 2020-04-02 | 2020-06-16 | 辽宁工业大学 | Power battery SOC estimation method |
| CN112415402A (en) * | 2021-01-25 | 2021-02-26 | 浙江纽联科技有限公司 | Method and system for lithium battery capacity estimation and battery core abnormity prediction |
| CN113514770A (en) * | 2021-05-14 | 2021-10-19 | 江苏欧力特能源科技有限公司 | Lithium battery residual capacity SOC prediction algorithm based on open-circuit voltage and battery temperature drive |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014210603A1 (en) * | 2014-06-04 | 2015-12-17 | Robert Bosch Gmbh | A method of estimating an electric capacity of a secondary battery |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000166109A (en) * | 1998-11-25 | 2000-06-16 | Toyota Motor Corp | Battery state-of-charge detection device |
| JP2002189066A (en) * | 2000-12-22 | 2002-07-05 | Hitachi Ltd | Battery level estimation method |
| JP2003035755A (en) * | 2001-07-25 | 2003-02-07 | Hitachi Ltd | Battery charge detection method |
-
2004
- 2004-07-22 JP JP2004214884A patent/JP4570918B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000166109A (en) * | 1998-11-25 | 2000-06-16 | Toyota Motor Corp | Battery state-of-charge detection device |
| JP2002189066A (en) * | 2000-12-22 | 2002-07-05 | Hitachi Ltd | Battery level estimation method |
| JP2003035755A (en) * | 2001-07-25 | 2003-02-07 | Hitachi Ltd | Battery charge detection method |
Cited By (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008014702A (en) * | 2006-07-04 | 2008-01-24 | Fuji Heavy Ind Ltd | Battery deterioration calculation device |
| JP2008037239A (en) * | 2006-08-04 | 2008-02-21 | Nissan Motor Co Ltd | Vehicle power supply control device |
| WO2013137141A1 (en) | 2012-03-13 | 2013-09-19 | 日産自動車株式会社 | Battery residual capacitance calculation device and battery residual capacitance calculation method |
| JP2013217899A (en) * | 2012-03-13 | 2013-10-24 | Nissan Motor Co Ltd | Apparatus and method for calculating battery residual capacity |
| US10310025B2 (en) | 2012-03-13 | 2019-06-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Control device and control method for electric vehicle |
| EP2827164A4 (en) * | 2012-03-13 | 2015-04-01 | Nissan Motor | DEVICE AND METHOD FOR CALCULATING REMAINING CAPACITY OF BATTERY |
| JPWO2013183480A1 (en) * | 2012-06-05 | 2016-01-28 | 株式会社豊田自動織機 | Charging rate estimation method and charging rate estimation device |
| JP2014044074A (en) * | 2012-08-24 | 2014-03-13 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | Battery state estimation device, battery control device, battery system, and battery state estimation method |
| KR20150005073A (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-14 | 에스케이이노베이션 주식회사 | Method and apparatus for estimating SOC in constant current state, battery management system and energy storage system comprising the same |
| KR102037378B1 (en) | 2013-07-04 | 2019-10-28 | 에스케이이노베이션 주식회사 | Method and apparatus for estimating SOC in constant current state, battery management system and energy storage system comprising the same |
| WO2017130673A1 (en) * | 2016-01-29 | 2017-08-03 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Cell state estimation device, cell control device, cell system, and cell state estimation method |
| JPWO2017130673A1 (en) * | 2016-01-29 | 2018-07-12 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Battery state estimation device, battery control device, battery system, battery state estimation method |
| CN108291944A (en) * | 2016-01-29 | 2018-07-17 | 日立汽车系统株式会社 | Battery status estimating device, battery control device, battery system, battery status estimate method |
| US10845417B2 (en) | 2016-01-29 | 2020-11-24 | Vehicle Energy Japan, Inc. | Battery state estimation device, battery control device, battery system, battery state estimation method |
| WO2017195760A1 (en) * | 2016-05-12 | 2017-11-16 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Battery condition estimation device |
| JPWO2017195760A1 (en) * | 2016-05-12 | 2019-01-24 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Battery state estimation device |
| WO2018151431A1 (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge of energy storage device |
| KR102101912B1 (en) * | 2017-02-17 | 2020-04-17 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge(soc) |
| KR20180095207A (en) * | 2017-02-17 | 2018-08-27 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge(soc) |
| US11112461B2 (en) | 2017-02-17 | 2021-09-07 | Lg Chem, Ltd. | Method for estimating state of charge of energy storage device |
| WO2019052146A1 (en) * | 2017-09-15 | 2019-03-21 | 深圳市道通智能航空技术有限公司 | Battery power estimation method and device, and unmanned aerial vehicle |
| CN111289906A (en) * | 2020-04-02 | 2020-06-16 | 辽宁工业大学 | Power battery SOC estimation method |
| KR20200038914A (en) * | 2020-04-06 | 2020-04-14 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge(soc) |
| KR102205318B1 (en) * | 2020-04-06 | 2021-01-20 | 주식회사 엘지화학 | Method for estimating state of charge(soc) |
| CN112415402A (en) * | 2021-01-25 | 2021-02-26 | 浙江纽联科技有限公司 | Method and system for lithium battery capacity estimation and battery core abnormity prediction |
| CN112415402B (en) * | 2021-01-25 | 2021-04-27 | 浙江纽联科技有限公司 | Method and system for lithium battery capacity estimation and battery core abnormity prediction |
| CN113514770A (en) * | 2021-05-14 | 2021-10-19 | 江苏欧力特能源科技有限公司 | Lithium battery residual capacity SOC prediction algorithm based on open-circuit voltage and battery temperature drive |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4570918B2 (en) | 2010-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4583765B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP4571000B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP4638251B2 (en) | Battery management device | |
| JP4481080B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP4638195B2 (en) | Battery degradation degree estimation device | |
| JP4570918B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP2010019595A (en) | Residual capacity calculating apparatus of storage device | |
| JP4509670B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP4638194B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP2006250905A (en) | Battery management system | |
| JP2007024687A (en) | Battery management system | |
| JP4570916B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP4519551B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP4519523B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP2006020401A (en) | Hybrid vehicle battery management system | |
| JP4509674B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP2006033970A (en) | Hybrid vehicle battery management system | |
| JP2006226788A (en) | Battery management system | |
| JP4638211B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP4519518B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP4638175B2 (en) | Remaining capacity display device for power storage device | |
| JP4519524B2 (en) | Remaining capacity calculation device for power storage device | |
| JP2005333784A (en) | Battery protection device | |
| JP2005326377A (en) | Power amount calculation device for power storage device | |
| JP2005341759A (en) | Hybrid vehicle battery management device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070423 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100426 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100511 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100708 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100727 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100811 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130820 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |