專利名稱：電池狀態(tài)估計裝置以及電池狀態(tài)估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及估計二次電池內(nèi)部狀態(tài)的電池狀態(tài)估計裝置以及電池狀態(tài)估計方法。
背景技術(shù)：
作為二次電池的控制裝置，已知如下一種控制裝置定義規(guī)定的電池模型，根據(jù)二次電池的電流和端子電壓的測量值估計基于電池模型的二次電池的端子電壓，來作為電壓估計值，逐次同定電池模型的參數(shù)，使得電壓測量值與電壓估計值之差收斂為零，由此估計電池內(nèi)部狀態(tài)(例如參照專利文獻I)。
專利文獻1:日本特開2003-185719號公報

發(fā)明內(nèi)容
_4] 發(fā)明要解決的問題然而，在上述相關(guān)技術(shù)中，進行逐次同定的電池模型的參數(shù)有時包含同定誤差，而且，進行逐次同定的電池模型的參數(shù)中的特定參數(shù)φη的同定誤差對電池內(nèi)部狀態(tài)的估計結(jié)果造成的影響大，因此，在該特定參數(shù)φ的同定誤差變大的情況下，有時不能確切地進行對電池內(nèi)部狀態(tài)的估計。本發(fā)明所要解決的問題是提供一種能夠確切地進行對二次電池內(nèi)部狀態(tài)的估計的電池狀態(tài)估計裝置以及電池狀態(tài)估計方法。
_7] 用于解決問題的方案本發(fā)明的一個實施方式是如下一種電池狀態(tài)估計裝置檢測二次電池的電流和端子電壓，使用檢測出的電流和端子電壓的測量值來估計基于規(guī)定的電池模型的二次電池的端子電壓，逐次同定電池模型的參數(shù)，使得基于端子電壓的測量值的值與端子電壓的估計值之差收斂為零。在該電池狀態(tài)估計裝置中，在同定得到的參數(shù)中的特定參數(shù)為規(guī)定的第一閾值以上的情況下，進行將特定參數(shù)的值設(shè)定為上述第一閾值的上限限制處理，由此解決上述問題。
_9] 發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，在同定得到的參數(shù)中的特定參數(shù)為規(guī)定的第一閾值以上的情況下，通過將特定參數(shù)的值設(shè)定為上述第一閾值，能夠使基于該特定參數(shù)的同定誤差的電池內(nèi)部狀態(tài)的估計誤差減小，由此，能夠確切地估計二次電池內(nèi)部狀態(tài)。


圖1是表示一個或者兩個以上的實施方式涉及的二次電池的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是圖1所示的電子控制單元30的功能框圖。圖3是示出表示圖1所示的二次電池的電池模型的等效電路模型的圖。圖4是本實施方式涉及的自適應(yīng)同定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是表示二次電池的開路電壓-充電率特性的一例的圖。
圖6是表示本實施方式的電池模型的參數(shù)和充電率的估計處理的一例的流程圖。
圖7是表示本實施方式的充電率的估計處理的模擬結(jié)果的一例的圖。
圖8是表示利用與本實施方式關(guān)聯(lián)的技術(shù)的充電率的估計處理的模擬結(jié)果的圖。
具體實施方式
以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的一個或者兩個以上的實施方式進行說明。
圖1是表示本實施方式涉及的二次電池的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖1所示的控制系統(tǒng)是在如下系統(tǒng)中應(yīng)用了實施方式所涉及的二次電池的控制裝置的例子，該系統(tǒng)用二次電池對馬達等負載進行驅(qū)動，或?qū)ⅠR達再生產(chǎn)生的電力、以發(fā)動機作為動力源而利用交流發(fā)電機(alternator)進行發(fā)電而產(chǎn)生的電力來對二次電池進行充電。
二次電池10由多個單位電池串聯(lián)連接而成。作為構(gòu)成二次電池10的單位電池， 例如能夠列舉出鋰離子二次電池等鋰系二次電池等。作為負載20，例如能夠列舉出馬達等。
電流傳感器40是對流經(jīng)二次電池10的充放電電流進行檢測的傳感器，由電流傳感器40檢測出的信號被發(fā)送到電子控制單元30。另外，電壓傳感器50是對二次電池10的端子電壓進行檢測的傳感器，由電壓傳感器50檢測出的信號被發(fā)送到電子控制單元30。此外，在二次電池10附近設(shè)置有用于檢測二次電池10的溫度的溫度傳感器60。溫度傳感器 60是使用了熱電偶等的傳感器，由溫度傳感器60檢測出的信號也同樣被發(fā)送到電子控制單元30。
電子控制單元30是用于控制二次電池10的控制單元，由微計算機和電子電路等構(gòu)成，該微計算機包括執(zhí)行 由計算機程序規(guī)定的運算處理的CPU以及存儲計算機程序、運算結(jié)果的ROM和RAM。圖2表示電子控制單元30的功能框圖。
如圖2所示，電子控制單元30具備電流檢測部301、電壓檢測部302、溫度檢測部 303、狀態(tài)變量濾波器運算部304、自適應(yīng)同定運算部305、開路電壓估計部306以及SOC估計部307。
電流檢測部301以規(guī)定周期獲取來自電流計40的信號，根據(jù)來自電流計40的信號對流經(jīng)二次電池10的充放電電流進行檢測，由此獲取電流測量值I (k)。電流檢測部301 將獲得的電流測量值I (k)發(fā)送到狀態(tài)變量濾波器運算部304。
電壓檢測部302以規(guī)定周期獲取來自電壓計50的信號，根據(jù)來自電壓計50的信號來對二次電池10的端子電壓進行檢測，由此獲取電壓測量值v(k)。電壓檢測部302將獲得的電流測量值V(k)發(fā)送到狀態(tài)變量濾波器運算部304以及自適應(yīng)同定運算部305。
溫度檢測部303以規(guī)定周期獲取來自溫度傳感器60的信號，根據(jù)來自溫度傳感器 60的信號對二次電池10的溫度進行檢測，由此獲取電池溫度T(k)。溫度檢測部303將獲得的電池溫度T(k)發(fā)送到自適應(yīng)同定運算部305以及開路電壓估計部306。
狀態(tài)變量濾波器運算部304定義二次電池10的電池模型，根據(jù)由電流檢測部301 檢測出的電流測量值I(k)和由電壓檢測部302檢測出的電壓測量值V(k)進行狀態(tài)變量濾波器運算，求出變換狀態(tài)量ω (k)。
以下，對利用狀態(tài)變量濾波器運算部304計算變換狀態(tài)量ω (k)的計算方法進行說明。
首先，對本實施方式所使用的“電池模型”進行說明。圖3是表示二次電池10的電池模型的等效電路模型，圖3所示的等效電路模型用下述式(I)表示。[式I]
權(quán)利要求
1.一種電池狀態(tài)估計裝置，其特征在于，具備 電流檢測部，其檢測流經(jīng)二次電池的電流來作為電流測量值； 電壓檢測部，其檢測上述二次電池的端子電壓來作為電壓測量值； 同定運算部，其如式(17)所示那樣定義上述二次電池的電池模型，在上述式(17)中，在將上述電壓測量值設(shè)為V、將上述電流測量值設(shè)為1、將s設(shè)為微分算子、將A(S)和B(S)分別設(shè)為上述微分算子s的多項式函數(shù)的情況下，根據(jù)上述電流測量值和上述電壓測量值估計基于上述電池模型的上述二次電池的端子電壓來作為電壓估計值，進行逐次同定上述電池模型的參數(shù)的逐次同定運算，使得基于上述電壓測量值的值與上述電壓估計值之差收斂為零；以及 限制處理部，其判斷由上述同定運算部同定得到的參數(shù)中的與上述式(17)的多項式s*A(s)中的最高次數(shù)項的系數(shù)對應(yīng)的最高次數(shù)項參數(shù)是否為規(guī)定的第一閾值以上，在上述最高次數(shù)項參數(shù)為上述第一閾值以上的情況下，進行將上述最高次數(shù)項參數(shù)的值設(shè)定為上述第一閾值的上限限制處理，[式 17]
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池狀態(tài)估計裝置，其特征在于， 還具備開路電壓估計部，該開路電壓估計部根據(jù)由上述同定運算部同定得到的參數(shù)來估計上述二次電池的開路電壓， 上述開路電壓估計部使用由上述限制處理部進行上限限制處理而得到的值，作為由上述同定運算部同定得到的參數(shù)中的上述最高次數(shù)項參數(shù)，來進行上述開路電壓的估計。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池狀態(tài)估計裝置，其特征在于， 上述同定運算部使用通過上述限制處理部進行上限限制處理之前的值，作為上述最高次數(shù)項參數(shù)，來進行上述參數(shù)的逐次同定運算。
4.根據(jù)權(quán)利要求廣3中的任一項所述的電池狀態(tài)估計裝置，其特征在于， 還具備初始化部，該初始化部判斷上述最高次數(shù)項參數(shù)是否為比上述第一閾值大的第二閾值以上，在上述最高次數(shù)項參數(shù)為上述第二閾值以上的情況下，執(zhí)行使上述同定運算部使用預(yù)先決定的初始值進行逐次同定運算的初始化處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求廣4中的任一項所述的電池狀態(tài)估計裝置，其特征在于， 上述限制處理部根據(jù)電池溫度設(shè)定上述第一閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或者5所述的電池狀態(tài)估計裝置，其特征在于， 上述初始化部根據(jù)電池溫度設(shè)定上述第二閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池狀態(tài)估計裝置，其特征在于， 上述電池溫度越低，上述限制處理部將上述第一閾值設(shè)定為越大的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池狀態(tài)估計裝置，其特征在于， 上述電池溫度越低，上述初始化部將上述第二閾值設(shè)定為越大的值。
9.一種電池狀態(tài)估計方法，其特征在于，具備以下步驟 檢測流經(jīng)二次電池的電流來作為電流測量值；檢測上述二次電池的端子電壓來作為電壓測量值； 如式(18)所示那樣定義上述二次電池的電池模型，在上述式(18)中，在將上述電壓測量值設(shè)為V、將上述電流測量值設(shè)為1、將s設(shè)為微分算子、將A(S)和B(S)分別設(shè)為上述微分算子s的多項式函數(shù)的情況下，根據(jù)上述電流測量值和上述電壓測量值估計基于上述電池模型的上述二次電池的端子電壓，來作為電壓估計值； 逐次同定上述電池模型的參數(shù)，使得基于上述電壓測量值的值與上述電壓估計值之差收斂為零； 判斷同定得到的參數(shù)中的與上述式(18)的多項式s · A(S)中的最高次數(shù)項的系數(shù)對應(yīng)的最高次數(shù)項參數(shù)是否為規(guī)定的第一閾值以上；以及 在上述最高次數(shù)項參數(shù)為上述第一閾值以上的情況下，進行將上述最高次數(shù)項參數(shù)的值設(shè)定為上述第一閾值的上限限制處理，[式 18]
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池狀態(tài)估計方法，其特征在于， 使用由上述限制處理部進行上限限制處理而得到的值，作為同定得到的參數(shù)中的上述最高次數(shù)項參數(shù)，來估計上述二次電池的開路電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池狀態(tài)估計方法，其特征在于， 在逐次同定上述電池模型的參數(shù)時，使用進行上限限制處理前的值，作為上述最高次數(shù)項參數(shù)，來進行上述參數(shù)的逐次同定運算。
12.根據(jù)權(quán)利要求擴11中的任一項所述的電池狀態(tài)估計方法，其特征在于， 判斷上述最高次數(shù)項參數(shù)是否為比上述第一閾值大的第二閾值以上， 在上述最高次數(shù)項參數(shù)為上述第二閾值以上的情況下，使用預(yù)先決定的初始值進行上述參數(shù)的逐次同定運算。
13.根據(jù)權(quán)利要求擴12中的任一項所述的電池狀態(tài)估計方法，其特征在于， 根據(jù)電池溫度設(shè)定上述第一閾值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或者13所述的電池狀態(tài)估計方法，其特征在于， 根據(jù)電池溫度設(shè)定上述第二閾值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電池狀態(tài)估計方法，其特征在于， 上述電池溫度越低，將上述第一閾值設(shè)定為越大的值。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池狀態(tài)估計方法，其特征在于， 上述電池溫度越低，將上述第二閾值設(shè)定為越大的值。
17.—種電池狀態(tài)估計裝置，其特征在于，具備 電流檢測單元，其檢測流經(jīng)二次電池的電流來作為電流測量值； 電壓檢測單元，其檢測上述二次電池的端子電壓來作為電壓測量值； 同定運算單元，其如式(19)所示那樣定義上述二次電池的電池模型，在上述式(19)中，在將上述電壓測量值設(shè)為V、將上述電流測量值設(shè)為1、將s設(shè)為微分算子、將A(S)和B(s)分別設(shè)為上述微分算子s的多項式函數(shù)的情況下，根據(jù)上述電流測量值和上述電壓測量值估計基于上述電池模型的上述二次電池的端子電壓，來作為電壓估計值，進行逐次同定上述電池模型的參數(shù)的逐次同定運算，使得基于上述電壓測量值的值與上述電壓估計值之差收斂為零；以及 限制處理單元，其判斷由上述同定運算單元同定得到的參數(shù)中的與上述式(19)的多項式s · A(s)中的最高次數(shù)項的系數(shù)對應(yīng)的最高次數(shù)項參數(shù)是否為規(guī)定的第一閾值以上，在上述最高次數(shù)項參數(shù)為上述第一閾值以上的情況下，進行將上述最高次數(shù)項參數(shù)的值設(shè)定為上述第一閾值的上限限制處理，
全文摘要
作為本發(fā)明的一個實施方式的電池狀態(tài)估計裝置，檢測二次電池的電流和端子電壓，使用檢測到的電流和端子電壓的測量值I(k)、V(k)估計基于規(guī)定的電池模型的二次電池的端子電壓，逐次同定電池模型的參數(shù)使得基于端子電壓的測量值的值與端子電壓的估計值之差收斂為零。而且，在同定得到的參數(shù)中的特定參數(shù)為規(guī)定的第一閾值δ1以上的情況下，進行將特定參數(shù)的值設(shè)定為上述第一閾值δ1的上限限制處理。
文檔編號G01R31/36GK103003709SQ20118003549
公開日2013年3月27日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者田添和彥, 中村英夫, 梅木志保 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社