JP6279387B2 - Specific gravity estimation device and specific gravity estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、推定の精度を高めた鉛蓄電池の比重推定装置および比重推定方法に関する。 The present invention relates to a specific gravity estimation device and a specific gravity estimation method for a lead storage battery with improved estimation accuracy.
自動車等の車両には、リチャージャブル・バッテリ(二次電池、以下単に「電池」とする)が搭載されることが多い。このような電池は、例えばエンジン等から伝達される機械的運動エネルギーをオルタネーターで変換して得られる電気エネルギーを蓄積(充電)し、車両を駆動するためのモータへ電気エネルギーを供給(放電)する。このとき、車両の運転者が走行可能距離等を正確に把握できるように、電池の内部状態量である充電率(SOC: State of Charge)が精度よく算出される必要がある。 A vehicle such as an automobile is often equipped with a rechargeable battery (secondary battery, hereinafter simply referred to as “battery”). Such a battery stores (charges) electrical energy obtained by converting mechanical kinetic energy transmitted from an engine or the like with an alternator, and supplies (discharges) electrical energy to a motor for driving the vehicle. . At this time, the state of charge (SOC), which is the internal state quantity of the battery, needs to be accurately calculated so that the driver of the vehicle can accurately grasp the travelable distance and the like.
例えば、特許文献1の発明は、充電率を電流積算法と開放電圧推定法とで求め、カルマン・フィルタで誤差が最小となるように誤差モデルを修正していく手法(いわゆるセンサ・フュージョン技術)によって精度の高い充電率を算出する。
For example, the invention of
ここで、車両に搭載される電池として鉛蓄電池がよく用いられる。特許文献1の発明は鉛蓄電池に対しても適用できるが、開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)から充電率を求める際に変換テーブル(OCV−SOC変換テーブル)を用いた演算処理が必要である。変換テーブルを用いると、例えば線形変換に比べて精度が低下する可能性がある。
Here, a lead storage battery is often used as a battery mounted on a vehicle. The invention of
前記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、鉛蓄電池の充電率を算出する際に精度の高い充電率へと変換が可能な比重を算出する比重推定装置及び比重推定方法を提供することにある。 An object of the present invention made in view of the above problems is to provide a specific gravity estimation device and a specific gravity estimation method for calculating specific gravity that can be converted into a highly accurate charge rate when calculating the charge rate of a lead storage battery. It is to provide.
前記課題を解決するために第1の発明に係る比重推定装置は、鉛蓄電池の比重推定装置であって、電流積算法で求めた充電率の変化量を算出して、第1の開放電圧に変換する第1の開放電圧算出部と、前記鉛蓄電池の電流および端子電圧に基づいて、第2の開放電圧を算出する第2の開放電圧算出部と、前記第1の開放電圧と前記第2の開放電圧とに基づいて、前記第1の開放電圧の誤差を推定する誤差推定部と、前記第1の開放電圧から前記誤差推定部が推定した誤差を除いた値を比重に変換する比重変換部を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problem, a specific gravity estimation device according to a first aspect of the present invention is a specific gravity estimation device for a lead storage battery, and calculates a change amount of a charging rate obtained by a current integration method to obtain a first open circuit voltage. A first open-circuit voltage calculating unit for converting; a second open-circuit voltage calculating unit for calculating a second open-circuit voltage based on a current and a terminal voltage of the lead storage battery; the first open-circuit voltage and the second open-circuit voltage; An error estimation unit that estimates an error of the first open-circuit voltage based on the open-circuit voltage of the first and a specific gravity conversion that converts a value obtained by removing the error estimated by the error estimation unit from the first open-circuit voltage into a specific gravity It is characterized by including a part.
また、第2の発明に係る比重推定装置は、第1の発明の比重推定装置において、前記比重変換部が変換した比重を、前記鉛蓄電池の温度に応じて補正する温度補正部をさらに含む。 The specific gravity estimation device according to a second aspect of the invention further includes a temperature correction unit that corrects the specific gravity converted by the specific gravity conversion unit according to the temperature of the lead storage battery in the specific gravity estimation device of the first aspect of the invention.
また、第3の発明に係る比重推定装置は、第1または第2の発明の比重推定装置において、前記誤差推定部は、カルマン・フィルタを用いて前記第1の開放電圧の誤差を推定する。 The specific gravity estimation apparatus according to a third aspect of the present invention is the specific gravity estimation apparatus according to the first or second aspect, wherein the error estimation unit estimates an error of the first open circuit voltage using a Kalman filter.
また、第4の発明に係る比重推定方法は、鉛蓄電池の比重推定方法であって、(A)電流積算法で求めた充電率の変化量を算出して、第1の開放電圧に変換するステップと、(B)前記鉛蓄電池の電流および端子電圧に基づいて、第2の開放電圧を算出するステップと、(C)前記第1の開放電圧と前記第2の開放電圧とに基づいて、前記第1の開放電圧の誤差を推定するステップと、(D)前記第1の開放電圧から前記ステップ(C)で推定された誤差を除いた値を比重に変換するステップを含むことを特徴とする。 A specific gravity estimation method according to a fourth aspect of the present invention is a specific gravity estimation method for a lead storage battery, and (A) calculates a change amount of a charging rate obtained by a current integration method and converts it into a first open circuit voltage. A step of (B) calculating a second open-circuit voltage based on the current and terminal voltage of the lead-acid battery; and (C) based on the first open-circuit voltage and the second open-circuit voltage, And (D) converting a value obtained by removing the error estimated in step (C) from the first open voltage into specific gravity. To do.
また、第1の発明に係る比重推定装置によれば、第1の開放電圧の誤差を推定する誤差推定部を含む。誤差推定部は、電流積算法を用いた第1の開放電圧と、開放電圧推定法を用いた第2の開放電圧とに基づいて第1の開放電圧の誤差を推定することができる。つまり、第1の開放電圧の誤差を、第2の開放電圧によって修正することができるため、精度よく誤差を求めることができる。また、比重変換部は第1の開放電圧から誤差推定部が推定した誤差を除いた値を比重に変換する。鉛蓄電池の充電率と比重とは一次式の関係にある。そのため、鉛蓄電池の比重から線形変換によって充電率を求めることができ、例えば変換テーブルを用いる場合と比べると、変換の際の誤差も小さくなるので精度の高い充電率へと変換が可能である。 In addition, according to the specific gravity estimation apparatus according to the first aspect of the invention, the error estimation unit for estimating the error of the first open circuit voltage is included. The error estimation unit can estimate the error of the first open-circuit voltage based on the first open-circuit voltage using the current integration method and the second open-circuit voltage using the open-circuit voltage estimation method. That is, since the error of the first open circuit voltage can be corrected by the second open circuit voltage, the error can be obtained with high accuracy. Further, the specific gravity conversion unit converts a value obtained by removing the error estimated by the error estimation unit from the first open circuit voltage into specific gravity. The charge rate and specific gravity of the lead storage battery have a linear relationship. Therefore, the charge rate can be obtained by linear conversion from the specific gravity of the lead storage battery. For example, compared to the case of using a conversion table, the error during conversion is reduced, so that conversion to a highly accurate charge rate is possible.
また、第2の発明に係る比重推定装置によれば、鉛蓄電池の温度に応じて比重を補正する温度補正部を含み、鉛蓄電池の充電率と一次式の関係にある所定の温度における比重を生成できる。そのため、生成された比重から、直ちに線形変換によって充電率を求めることができ、利便性の高い比重推定装置を提供できる。 Moreover, according to the specific gravity estimation apparatus which concerns on 2nd invention, the temperature correction | amendment part which correct | amends specific gravity according to the temperature of lead acid battery is included, and specific gravity in the predetermined temperature which has a linear expression and the charge rate of lead acid battery is obtained. Can be generated. Therefore, the charging rate can be obtained immediately by linear conversion from the generated specific gravity, and a highly convenient specific gravity estimation device can be provided.
また、第3の発明に係る比重推定装置によれば、内部のパラメータを自己修正するのに適したカルマン・フィルタを用いて前記第1の開放電圧の誤差を推定する。そのため、誤差を容易かつ高い精度で推定できるようになる。 Further, according to the specific gravity estimation apparatus according to the third aspect of the invention, the error of the first open circuit voltage is estimated using a Kalman filter suitable for self-correcting internal parameters. Therefore, the error can be estimated easily and with high accuracy.
また、第4の発明に係る比重推定方法によれば、第1の開放電圧の誤差を推定するステップを含む。このステップでは、電流積算法を用いた第1の開放電圧と、開放電圧推定法を用いた第2の開放電圧とに基づいて第1の開放電圧の誤差を推定することができる。つまり、第1の開放電圧の誤差を、第2の開放電圧によって修正することができるため、精度よく誤差を求めることができる。また、第1の開放電圧からこのステップで推定した誤差を除いた値を比重に変換する別のステップが含まれている。鉛蓄電池の充電率と比重とは一次式の関係にある。そのため、鉛蓄電池の比重から線形変換によって充電率を求めることができ、例えば変換テーブルを用いる場合と比べると、変換の際の誤差も小さくなるので精度の高い充電率へと変換が可能である。 In addition, according to the specific gravity estimation method according to the fourth aspect of the invention, the method includes a step of estimating an error of the first open circuit voltage. In this step, the error of the first open-circuit voltage can be estimated based on the first open-circuit voltage using the current integration method and the second open-circuit voltage using the open-circuit voltage estimation method. That is, since the error of the first open circuit voltage can be corrected by the second open circuit voltage, the error can be obtained with high accuracy. Also included is another step of converting the value obtained by removing the error estimated in this step from the first open circuit voltage into specific gravity. The charge rate and specific gravity of the lead storage battery have a linear relationship. Therefore, the charge rate can be obtained by linear conversion from the specific gravity of the lead storage battery. For example, compared to the case of using a conversion table, the error during conversion is reduced, so that conversion to a highly accurate charge rate is possible.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
(全体構成)
まず、本実施形態の比重推定装置10の全体構成を、図1を参照しながら説明する。比重推定装置10は、例えば自動車等の車両に搭載される電池Bに接続されている。電池Bは鉛蓄電池であり、機械的運動エネルギーを図示しないオルタネーターで変換して得られる電気エネルギーを蓄積(充電)し、図示しない車両の駆動モータ等へ電気エネルギーを供給(放電)する。電池Bは、例えば車両の減速時に発生する回生電力をオルタネーターから受け取り充電してもよい。比重推定装置10は、電池Bの充電率へと変換が可能な比重を算出するものである。比重推定装置10は、車両の動作中に充電・放電を行う電池Bの比重を算出できる。ここで、車両の動作中とは、車両のエンジンが動いており、移動のために走行、停車等している状態をいう。
Embodiments of the present invention will be described below.
(overall structure)
First, the overall configuration of the specific
比重推定装置10は、OCVi算出部11、OCVv算出部12、開放電圧補正部14、比重変換部16、温度補正部18を含む。概略として、比重推定装置10は鉛蓄電池の比重を算出するが、この比重が2つの異なる方法を用いた開放電圧に基づいて算出される点で従来技術と相違する。それぞれの開放電圧はOCVi算出部11、OCVv算出部12で算出されて、開放電圧補正部14がこれらの開放電圧を用いて誤差補正を実行する。そのため、精度の高い開放電圧の推定が可能になり、結果として精度の高い電池Bの充電率を得ることができる。なお、電池Bの端子電圧VBは、図示しない電圧センサによって検出されて比重推定装置10へと出力される。また、電池Bの電流IBは、図示しない電流センサによって検出されて比重推定装置10へと出力される。また、電池Bの温度TBは、図示しない温度センサによって検出されて比重推定装置10へと出力される。
The specific
OCVi算出部11は、電池Bの電流IBを受け取り、電流積算法で求めた充電率の変化量ΔSOCiに基づく第1の開放電圧OCViを出力する。OCVi算出部11は、本発明の第1の開放電圧算出部に対応する。
The
OCVi算出部11は、電流積算部32およびOCVi変換部34を含む。電流積算部32は、電池Bの電流IBを受け取り、電流積算法で充電率の変化量ΔSOCiを求める。電流積算法は電流IBを時間積分して電荷量を求めて充電率を算出する手法である。電流積算部32は、電流IBを正の値である充電電流と負の値である放電電流とに分離してから充電率の変化量ΔSOCiを求めてもよい。ここで、電流積算法では一般に電池Bの初期値を加える処理も行うが、電流積算部32では初期値を加算せずに、充電率の変化量ΔSOCi(電流IBを時間積分した電荷量を電池Bの満充電容量で除算して得られる値)を求める。
The
OCVi変換部34は、充電率の変化量ΔSOCiを、開放電圧の変化量ΔOCVに変換する。そして、電池Bの開放電圧の初期値OCV0を加えて、第1の開放電圧OCViを生成する。OCVi変換部34は乗算器を含み、充電率の変化量ΔSOCiと係数ciとの乗算を行って開放電圧の変化量ΔOCVを生成する。ここで、係数ciは、電池Bの充電率100%〜0%の開放電圧差、電池Bの充電効率(または放電効率)、電池Bを構成するセル数等によって定められる。例えば、電池Bのセルについて充電率100%〜0%の開放電圧差が0.18[V]であって、電池Bがセルを6個直列に接続した構成であれば、係数ciはこれらの数値を乗算することで与えられる。また、さらに充電率に応じた充電効率を考慮して係数ciを定めれば、より正確に開放電圧の変化量ΔOCVを得ることができる。
The
また、OCVi変換部34は加算器を含み、開放電圧の変化量ΔOCVに電池Bの開放電圧の初期値OCV0を加えて、第1の開放電圧OCViを生成する。初期値OCV0は、電流積算部32が電池Bの電流IBを受け取って積算を開始した時の電池Bの開放電圧の値である。例えば、電池Bが満充電状態のときに電流積算部32が積算を開始したとする。このとき、初期値OCV0は、充電率100%に対応する開放電圧の2.12[V]にセル数の6を乗じた12.72[V]と計算される(図2参照)。
Further, the
OCVv算出部12は、電池Bの端子電圧VBと電流IBとを受け取り、開放電圧推定法によって第2の開放電圧OCVvを生成する。第2の開放電圧OCVvは、OCVv算出部12が含む電池Bの等価回路(以下、「バッテリモデル」とする)に電流IBを与えることで得られる。なお、バッテリモデルの構成例については後述する。OCVv算出部12は、本発明の第2の開放電圧算出部に対応する。
The
開放電圧補正部14は、OCVi算出部11からの第1の開放電圧OCVi、およびOCVv算出部12からの第2の開放電圧OCVvを受け取り、第1の開放電圧OCViの誤差Eaを推定し、第1の開放電圧OCViから推定された誤差Eaを除いた(減算した)値を補正後開放電圧OCVとして出力する。なお、補正後開放電圧OCVは、本発明の「第1の開放電圧から誤差推定部が推定した誤差を除いた値」に対応する。
The open-circuit
開放電圧補正部14は誤差推定部36を含む。誤差推定部36は、減算器によって第2の開放電圧OCVvから第1の開放電圧OCViを減算した値(減算値E0)を受け取る。誤差推定部36は、誤差モデルで推定する値と減算値E0とを比較して修正する手法によって誤差Eaを推定する。本実施形態において、誤差推定部36はカルマン・フィルタを用いて誤差Eaを推定するので、精度の高い補正後開放電圧OCVを得ることができる。なお、誤差推定部36で用いるカルマン・フィルタの詳細については後述する。
The open-circuit
比重変換部16は、補正後開放電圧OCVを受け取り、比重に変換して原推定比重SG0を出力する。ここで、具体例は後述するが、電池Bのような鉛蓄電池において開放電圧と比重とは一次式の関係にある。よって、比重変換部16における変換処理では、変換テーブルを用いる必要はないため、精度を低下させずに原推定比重SG0を算出することが可能である。
温度補正部18は、電池Bの温度TB、原推定比重SG0を受け取り、推定比重SGを生成する。温度補正部18は、電池Bの温度TBに基づいて原推定比重SG0を所定の温度(例えば20℃)の比重へと補正する温度補正を行う。具体例は後述するが、電池Bのような鉛蓄電池において比重と充電率とは一次式の関係にあり、簡単な計算式を保存しておくことで例えば20℃の比重から充電率を求められる。よって、比重推定装置10は、推定比重SGを出力することで、後段の回路が容易に充電率SOCへと変換できるようにする。
The
例えば、図1のように、比重推定装置10の後段に線形変換を行う簡単な回路(線形変換部20)を加えるだけで、充電率推定装置を構成することができる。線形変換部20は変換テーブルを用いる必要はなく、後述する比較例と比べて、比重推定装置10を含む充電率推定装置全体としての演算処理の負荷を抑えることができる。ここで、本実施形態では比重推定装置10が温度補正部18を含んでいるが、別の実施形態として、温度補正部18を含まずに原推定比重SG0が出力されてもよい。このとき、温度補正は例えば前記の線形変換部20で充電率SOCへの変換とともに実行されてもよい。
For example, as shown in FIG. 1, the charging rate estimation device can be configured simply by adding a simple circuit (linear conversion unit 20) that performs linear conversion to the subsequent stage of the specific
以上のように図1を参照しながら比重推定装置10の全体構成を説明したが、以下では、その利点を明確にするために比較例の充電率推定装置1010との対比説明を行い、鉛蓄電池の特性および具体的な計算式を示し、OCVv算出部12、開放電圧補正部14の詳細について説明し、その後に、比重推定装置10の処理について説明する。
As described above, the overall configuration of the specific
(比較例との対比)
図1の本実施形態の比重推定装置10と線形変換部20とで構成される充電率推定装置(以下、「比重推定装置10を含む充電率推定装置」とする)と、図6の比較例の充電率推定装置1010とを対比させて説明する。
(Contrast with comparative example)
A charging rate estimation device (hereinafter referred to as a “charging rate estimation device including the specific
図6は、比較例の充電率推定装置1010を示すブロック図である。なお、図1と同じ要素については同じ符号を付しており詳細な説明を省略する。充電率推定装置1010は、車両の動作中に充電・放電を行う電池Bの充電率を推定する。なお、充電率推定装置1010では温度補正を行わないので電池Bの温度TBの検出は行われない。また、充電率推定装置1010は、鉛蓄電池以外の電池B(例えば、リチウムイオン電池)も充電率を推定する対象とできる。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a charging
充電率推定装置1010は、OCVv算出部1012、SOCi算出部1017、SOCv変換部1018、充電率補正部1015を含む。ここで、OCVv算出部1012は、比重推定装置10のOCVv算出部12に対応し、第2の開放電圧OCVvを出力する。
The charging
SOCi算出部1017は、電流を積算してΔSOCiを求めて、充電率SOCの初期値を加算して第1の充電率SOCiを出力する。SOCv変換部1018は、第2の開放電圧OCVvを受け取り、変換テーブルを用いる変換処理を行い、第2の充電率SOCvを出力する。
The
充電率補正部1015は、第1の開放電圧OCVi、第2の開放電圧OCVvに代えて、第1の充電率SOCi、第2の充電率SOCvを受け取ること、および、補正後開放電圧OCVに代えて、充電率SOCが出力されることを除けば、その構成は「比重推定装置10を含む充電率推定装置」の開放電圧補正部14と同様である。
The charging
そして、比較例の充電率推定装置1010では、充電率補正部1015が充電率SOCを出力する。そのため、比較例の充電率推定装置1010は、「比重推定装置10を含む充電率推定装置」が有する比重変換部16、温度補正部18および線形変換部20を含まない。
In the charging
以上をまとめると、比較例の充電率推定装置1010はSOCv変換部1018を含むが、「比重推定装置10を含む充電率推定装置」は、これらの変換部を含まず、比重変換部16、温度補正部18および線形変換部20を用いて鉛蓄電池の充電率SOCを算出している。つまり、「比重推定装置10を含む充電率推定装置」は、第1の開放電圧OCVi、第2の開放電圧OCVvから一度比重を求めて充電率SOCを算出している。
In summary, the charging
一度比重へと変換する「比重推定装置10を含む充電率推定装置」の手法は、比較例と比べて演算の効率が低下するようにも思える。しかし、後述するように、鉛蓄電池の特性によって比重変換部16、温度補正部18および線形変換部20において実行される演算はいずれも一次式に従う。したがって、比較例のSOCv変換部1018のような変換テーブルを用いた演算処理を実行せずに済む。つまり、電池Bが鉛蓄電池である場合には、「比重推定装置10を含む充電率推定装置」を用いることで、精度の高い充電率への変換が可能になり、全体として演算処理の負荷を軽減できる。
The method of the “charge rate estimation device including the specific
(鉛蓄電池の特性および具体的な計算式)
以下に、図2、図3を参照して、鉛蓄電池の特性を説明する。また、比重変換部16、温度補正部18における具体的な計算式について説明する。図2は、鉛蓄電池の充電率、20℃における比重、および開放電圧の関係を示す図である。また、図3は鉛蓄電池の比重−充電率特性を示す図である。まず、図3のように、鉛蓄電池では比重と充電率とは一次式の関係があり、比重が1.1のときに充電率(SOC)が0%であり、比重が1.28のときに充電率(SOC)が100%である。そして、これらの間の比重をとる場合にも、容易に充電率を算出することができる。
(Characteristics of lead-acid battery and specific calculation formula)
Below, the characteristic of a lead acid battery is demonstrated with reference to FIG. 2, FIG. Further, specific calculation formulas in the specific
さらに、鉛蓄電池では、比重と開放電圧との間にも一次式の関係があることが知られている。具体的には、図2からわかるように、比重の数値に0.84を加えると開放電圧の数値[V]と等しくなる関係がある。つまり、鉛蓄電池では、開放電圧から比重への変換、および比重から充電率への変換を、一次式を用いて行うことができる。 Furthermore, it is known that in lead-acid batteries, there is also a linear relationship between specific gravity and open circuit voltage. Specifically, as can be seen from FIG. 2, when 0.84 is added to the specific gravity value, there is a relationship that becomes equal to the open circuit voltage value [V]. That is, in the lead storage battery, the conversion from the open circuit voltage to the specific gravity and the conversion from the specific gravity to the charge rate can be performed using a primary expression.
なお、ここでの開放電圧は、鉛蓄電池のセル1個当たりの値である。実際には、車両等で、複数のセルが直列に接続されて高電圧(例えば、充電率100%のセルを6つ直列接続した場合には12.72[V])を供給するように用いられることがある。しかし、以下では、わかりやすさのためにセル1個当たりの開放電圧を用いて説明する。 In addition, the open circuit voltage here is the value per cell of a lead acid battery. Actually, in a vehicle or the like, a plurality of cells are connected in series and used to supply a high voltage (for example, 12.72 [V] when six cells having a charging rate of 100% are connected in series). May be. However, for the sake of simplicity, the following description will be made using an open circuit voltage per cell.
次に、比重変換部16、温度補正部18における具体的な計算式について説明する。比重変換部16では、補正後開放電圧OCV[V]を受け取り、下記の式(1)に従って変換を行い、原推定比重SG0を出力する。
SG0=OCV−0.84 …(1)
Next, specific calculation formulas in the specific
SG 0 = OCV−0.84 (1)
また、温度補正部18では、原推定比重SG0および電池Bの温度TB[℃]を受け取り、下記の式(2)に従って変換を行い、20℃の比重へと変換された推定比重SGを出力する。
SG=SG0+0.0007×(TB−20) …(2)
つまり、温度補正部18における温度補正でも、式(2)のように線形の関係がある。
Further, the
SG = SG 0 + 0.0007 × (TB−20) (2)
In other words, the temperature correction in the
また、具体的な計算式については省略するが、図3を参照して説明したとおり、線形変換部20における推定比重SGから充電率SOCへの変換も、一次式に従って行われる。このように、本実施形態の比重推定装置10の比重変換部16、温度補正部18、線形変換部20では、変換テーブルを用いる必要はないため、比重推定装置10を含む充電率推定装置は精度の高い充電率を生成できる。
Although a specific calculation formula is omitted, as described with reference to FIG. 3, the conversion from the estimated specific gravity SG to the charge rate SOC in the
(OCVv算出部)
図4は、電池Bの等価回路(バッテリモデル)である。バッテリモデルは、電解液抵抗とオーム抵抗等の直流成分を設定する抵抗R0と、電荷移動過程における動的な振る舞いを表す反応抵抗として設定する抵抗R1と、電気二重層として設定するC1と、拡散過程における動的な振る舞いを表すものとして設定するR2、C2とにより構成される。ここでは、電荷移動過程で一次の並列回路、拡散過程で二次の並列回路の等価回路モデルで表しているが、次数は必要に応じて設定する。
(OCVv calculation unit)
FIG. 4 is an equivalent circuit (battery model) of the battery B. The battery model includes a resistance R0 that sets a direct current component such as an electrolyte resistance and an ohmic resistance, a resistance R1 that is set as a reaction resistance that represents a dynamic behavior in a charge transfer process, C1 that is set as an electric double layer, diffusion R2 and C2 set to represent dynamic behavior in the process. Here, although the equivalent circuit model of the primary parallel circuit in the charge transfer process and the secondary parallel circuit in the diffusion process is represented, the order is set as necessary.
電流IBをバッテリモデルに入力したとき、電池Bの端子電圧VBとバッテリモデルの端子電圧推定値VBmとの差分がなくなるように図示しない適応機構によってバッテリモデルの各パラメータR0、R1、R2、C1、C2を逐次修正することで、現在の電池Bの状態に合致したバッテリモデルを得ることができる。 When the current IB is input to the battery model, each parameter R0, R1, R2, C1, and so on of the battery model is set by an adaptive mechanism (not shown) so that there is no difference between the terminal voltage VB of the battery B and the terminal voltage estimated value VBm of the battery model. By sequentially correcting C2, a battery model that matches the current state of the battery B can be obtained.
OCVv算出部12は、推定した各パラメータR0、R1、R2、C1、C2と電流IBから過電圧VRを算出し、端子電圧VBから過電圧VRを減算して開放電圧OCVを計算する。計算される開放電圧OCVは、図1の第2の開放電圧OCVvに対応する。
The
ここで、各パラメータR0、R1、R2、C1、C2を逐次修正する適応機構は、例えばカルマン・フィルタであってもよい。カルマン・フィルタは内部のパラメータを自己修正するのに適したフィルタで、逐次パラメータ推定に用いられる。なお、カルマン・フィルタによるパラメータ推定の詳細については、例えば本出願人の特願2013−502943号に説明してある。 Here, the adaptive mechanism for sequentially correcting the parameters R0, R1, R2, C1, and C2 may be, for example, a Kalman filter. The Kalman filter is a filter suitable for self-correcting internal parameters, and is used for sequential parameter estimation. Details of parameter estimation by the Kalman filter are described in, for example, Japanese Patent Application No. 2013-502943 of the present applicant.
(開放電圧補正部)
開放電圧補正部14(図1参照)は、前記の通り、誤差推定部36を含む。誤差推定部36では、カルマン・フィルタを用いて、誤差モデルで推定した誤差の差を減算値E0と比較し、両者に差があれば、この差にカルマン・ゲインを掛けてフィードバックし、誤差が最小になるように推定誤差を修正していく。これを逐次繰り返して、真の開放電圧誤差(誤差Ea)を推定する。前記の通り、カルマン・フィルタは内部のパラメータを自己修正するのに適したフィルタであり、誤差Eaを容易かつ高い精度で推定できるようになる。なお、カルマン・フィルタによるパラメータ推定の詳細については、例えば本出願人の特願2013−502943号に説明してあり、電流積算法、開放電圧推定法のそれぞれで算出した充電率に代えて、第1の開放電圧OCVi、第2の開放電圧OCVvを用いる。
(Open voltage correction unit)
The open-circuit voltage correction unit 14 (see FIG. 1) includes the
(比重推定装置の処理について)
本実施形態の比重推定装置10では、以下のような処理に従って、精度の高い充電率へと変換が可能な推定比重SGを算出することができる。図5は、車両に搭載された電池Bに設けられた比重推定装置10の処理を示すフローチャートである。まず、比重推定装置10は、車両の動作開始まで待機している(ステップS2のNo)。車両が動作開始すると(ステップS2のYes)、比重推定装置10は、電池Bの端子電圧VB、電流IB、温度TBを取得する(ステップS4)。
(About processing of specific gravity estimation device)
In the specific
比重推定装置10は、電流積算法、開放電圧推定法のそれぞれに基づく第1の開放電圧OCVi、第2の開放電圧OCVvを算出する。つまり、電流積算法によりΔSOCiを算出して第1の開放電圧OCViに変換し(ステップS6)、端子電圧VB、電流IBに基づいて第2の開放電圧OCVvを算出する(ステップS8)。
The specific
次に、比重推定装置10は、第1の開放電圧OCVi、第2の開放電圧OCVvに基づいて、カルマン・フィルタでこれらの誤差が最小となるように誤差モデルを修正していく手法(いわゆるセンサ・フュージョン技術)によって精度の高い誤差Eaを推定する(ステップS10)。ここで、誤差Eaは第1の開放電圧OCViの誤差である。
Next, the specific
その後、比重推定装置10は、第1の開放電圧OCViから誤差Eaを除いた値(図1の補正後開放電圧OCV)を用いて、前記の式(1)に従って、原推定比重SG0に変換する(ステップS12)。そして、比重推定装置10は、電池Bの温度TBに基づいて、前記の式(2)に従って原推定比重SG0の温度補正を行い、20℃の比重に相当する推定比重SGを生成する(ステップS14)。その後、比重推定装置10は、車両の動作が停止すれば一連の処理を終了し(ステップS16のYes)、車両が動作中であれば(ステップS16のNo)、ステップS4に戻る。
Thereafter, the specific
以上のように、本実施形態の比重推定装置10および比重推定方法によれば、電流積算法で求めた値(充電率の変化量ΔSOCi)に基づく第1の開放電圧OCViだけでなく、開放電圧推定法による第2の開放電圧OCVvにも基づいて鉛蓄電池の比重(推定比重SG)を算出する。例えば、電流積算法では時間の経過とともに誤差が蓄積されて精度が低くなる可能性があるが、開放電圧推定法による第2の開放電圧OCVvによる修正が可能であるため、精度よく誤差Eaを求めることができる。そのため、精度の高い比重を算出でき、結果として精度の高い充電率へと変換が可能である。また、鉛蓄電池の充電率SOCと比重とは一次式の関係にある。鉛蓄電池の比重(推定比重SG)から線形変換によって充電率SOCを求めることができ、例えば変換テーブルを用いる場合と比べると、変換の際の誤差も小さくなるので精度の高い充電率SOCへと変換が可能である。さらに一般的に鉛蓄電池では、目標とする比重(目標比重)を仕向け地(寒冷地用、高気温地域用等)で変えている。本実施形態の比重推定装置10によれば比重を出力するため、各仕向け地の目標比重に合わせた鉛蓄電池の調整を容易に行うことができる。
As described above, according to the specific
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段及びステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段及びステップを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, functions and the like included in each means and step can be rearranged so as not to be logically contradictory, and a plurality of means and steps can be combined into one or divided.
10 比重推定装置
11 OCVi算出部
12 OCVv算出部
14 開放電圧補正部
16 比重変換部
18 温度補正部
20 線形変換部
32 電流積算部
34 OCVi変換部
36 誤差推定部
B 電池
DESCRIPTION OF
Claims (4)
電流積算法で求めた充電率の変化量を算出して、第1の開放電圧に変換する第1の開放電圧算出部と、
前記鉛蓄電池の電流および端子電圧に基づいて、第2の開放電圧を算出する第2の開放電圧算出部と、
前記第1の開放電圧と前記第2の開放電圧とに基づいて、前記第1の開放電圧の誤差を推定する誤差推定部と、
前記第1の開放電圧から前記誤差推定部が推定した誤差を除いた値を比重に変換する比重変換部を含む比重推定装置。 A specific gravity estimation device for a lead storage battery,
A first open-circuit voltage calculation unit that calculates a change amount of the charging rate obtained by the current integration method and converts the change into a first open-circuit voltage;
A second open-circuit voltage calculation unit for calculating a second open-circuit voltage based on the current and terminal voltage of the lead storage battery;
An error estimation unit that estimates an error of the first open-circuit voltage based on the first open-circuit voltage and the second open-circuit voltage;
A specific gravity estimation device including a specific gravity conversion unit that converts a value obtained by removing the error estimated by the error estimation unit from the first open circuit voltage into specific gravity.
前記比重変換部が変換した比重を、前記鉛蓄電池の温度に応じて補正する温度補正部をさらに含む比重推定装置。 The specific gravity estimation apparatus according to claim 1,
The specific gravity estimation apparatus further including a temperature correction unit that corrects the specific gravity converted by the specific gravity conversion unit according to the temperature of the lead storage battery.
前記誤差推定部は、カルマン・フィルタを用いて前記第1の開放電圧の誤差を推定する比重推定装置。 In the specific gravity estimation apparatus according to claim 1 or 2,
The error estimation unit is a specific gravity estimation device that estimates an error of the first open-circuit voltage using a Kalman filter.
(A)電流積算法で求めた充電率の変化量を算出して、第1の開放電圧に変換するステップと、
(B)前記鉛蓄電池の電流および端子電圧に基づいて、第2の開放電圧を算出するステップと、
(C)前記第1の開放電圧と前記第2の開放電圧とに基づいて、前記第1の開放電圧の誤差を推定するステップと、
(D)前記第1の開放電圧から前記ステップ(C)で推定された誤差を除いた値を比重に変換するステップを含むことを特徴とする比重推定方法。 A method for estimating the specific gravity of a lead storage battery,
(A) calculating a change amount of the charging rate obtained by the current integration method and converting it to a first open-circuit voltage;
(B) calculating a second open circuit voltage based on the current and terminal voltage of the lead storage battery;
(C) estimating an error of the first open-circuit voltage based on the first open-circuit voltage and the second open-circuit voltage;
(D) A specific gravity estimation method including a step of converting a value obtained by removing the error estimated in step (C) from the first open circuit voltage into specific gravity.
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