專利名稱：電池狀態(tài)估計(jì)裝置以及電池狀態(tài)估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種估計(jì)二次電池內(nèi)部的狀態(tài)的電池狀態(tài)估計(jì)裝置以及電池狀態(tài)估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
日本特開2003-185719號(hào)公報(bào)公開了一種下面示出的二次電池的控制裝置。艮口， 二次電池的控制裝置定義規(guī)定的電池模型，利用基于電池模型的狀態(tài)變量濾波器將二次電池的電流和端子電壓的測(cè)量值變換為狀態(tài)量。二次電池的控制裝置利用該狀態(tài)量來(lái)估計(jì)基于電池模型的二次電池的端子電壓。并且，二次電池的控制裝置進(jìn)行二次電池的參數(shù)同定以使電壓測(cè)量值與基于電池模型估計(jì)出的端子電壓之差收斂為零。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題然而，在日本特開2003-185719號(hào)公報(bào)中，二次電池的電流的測(cè)量值和端子電壓的測(cè)量值中的一部分不被狀態(tài)變量濾波器進(jìn)行濾波處理，而用于端子電壓的估計(jì)運(yùn)算。在此，二次電池的電流的測(cè)量值、端子電壓的測(cè)量值是利用電流表、電壓表而測(cè)出的，因此通常包含觀測(cè)噪聲。因此，在日本特開2003-185719號(hào)公報(bào)中，存在由于觀測(cè)噪聲的影響導(dǎo)致二次電池的參數(shù)的同定精度不夠的問(wèn)題。本發(fā)明要解決的問(wèn)題是，提供一種能夠高精度地進(jìn)行二次電池的參數(shù)同定的電池狀態(tài)估計(jì)裝置以及電池狀態(tài)估計(jì)方法。用于解決問(wèn)題的方案為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供如下一種電池狀態(tài)估計(jì)裝置以及電池狀態(tài)估計(jì)方法檢測(cè)二次電池的電流和端子電壓，使用檢測(cè)出的電流和端子電壓的測(cè)量值來(lái)估計(jì)基于規(guī)定的電池模型的二次電池的端子電壓，進(jìn)行二次電池的參數(shù)同定以使端子電壓的測(cè)量值與端子電壓的估計(jì)值之差收斂為零。當(dāng)進(jìn)行二次電池的參數(shù)同定時(shí)，利用具有相同的高頻截止特性的低通濾波器分別對(duì)端子電壓的測(cè)量值和端子電壓的估計(jì)值實(shí)施濾波處理，使用實(shí)施濾波處理后得到的端子電壓的測(cè)量值和端子電壓的估計(jì)值。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的方式，當(dāng)進(jìn)行二次電池的參數(shù)同定時(shí)，利用具有相同的高頻截止特性的低通濾波器分別對(duì)端子電壓的測(cè)量值和端子電壓的估計(jì)值實(shí)施濾波處理，使用實(shí)施濾波處理后得到的端子電壓的測(cè)量值和端子電壓的估計(jì)值。由此，能夠有效地去除電流、端子電壓的測(cè)量值中包含的觀測(cè)噪聲的影響，作為其結(jié)果，能夠高精度地進(jìn)行二次電池的參數(shù)同定。


圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的二次電池的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是本實(shí)施方式所涉及的電子控制單元30的功能框圖。圖3是示出表示二次電池的電池模型的等效電路模型的圖。圖4是第一實(shí)施方式所涉及的自適應(yīng)同定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖5是表示電流測(cè)量值I (k)、電壓測(cè)量值V (k)以及電壓估計(jì)值V~ (k)的頻帶特性的圖。圖6是表示低通濾波器Glpf的截止頻率與獲得電池特性所需的信息缺乏和觀測(cè)噪聲對(duì)電池參數(shù)的同定性能造成的影響之間的關(guān)系的關(guān)系圖。圖7是相當(dāng)于圖4的等效變換的自適應(yīng)同定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖8是表示二次電池的開路電壓-充電率特性的一例的圖。圖9是表示本實(shí)施方式的電池參數(shù)和充電率的估計(jì)處理的流程圖。圖10是表示第一實(shí)施方式的充電率的估計(jì)處理的模擬結(jié)果的圖。圖11是第二實(shí)施方式所涉及的自適應(yīng)同定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖12是表示第二實(shí)施方式的充電率的估計(jì)處理的模擬結(jié)果的圖。圖13是第三實(shí)施方式所涉及的自適應(yīng)同定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖的一例。圖14是第三實(shí)施方式所涉及的自適應(yīng)同定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖的另一例。
具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式?！兜谝粚?shí)施方式》圖1所示的控制系統(tǒng)是在如下系統(tǒng)中應(yīng)用了本發(fā)明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(duì)馬達(dá)等負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或?qū)ⅠR達(dá)的再生所產(chǎn)生的電力、發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，利用交流發(fā)電機(jī)(alternator)進(jìn)行發(fā)電而產(chǎn)生的電力對(duì)二次電池進(jìn)行充 H1^ ο二次電池10由多個(gè)單電池串聯(lián)連接而成。作為構(gòu)成二次電池10的單電池，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(fù)載20，例如能夠列舉出馬達(dá)等。電流傳感器40是對(duì)流經(jīng)二次電池10的充放電電流進(jìn)行檢測(cè)的傳感器。由電流傳感器40檢測(cè)出的信號(hào)被發(fā)送到電子控制單元30。另外，電壓傳感器50是對(duì)二次電池10的端子電壓進(jìn)行檢測(cè)的傳感器。由電壓傳感器50檢測(cè)出的信號(hào)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(jì)算機(jī)和電子電路等構(gòu)成，該微計(jì)算機(jī)包括對(duì)程序進(jìn)行運(yùn)算的CPU以及存儲(chǔ)程序、運(yùn)算結(jié)果的ROM和RAM。如圖2所示，電子控制單元30具備電流檢測(cè)部301、電壓檢測(cè)部302、電池參數(shù)估計(jì)部303、開路電壓估計(jì)部304以及SOC估計(jì)部305。另外，電池參數(shù)估計(jì)部303具備低通濾波器運(yùn)算部3031、狀態(tài)變量濾波器運(yùn)算部3032以及自適應(yīng)同定運(yùn)算部3033。電流檢測(cè)部301以規(guī)定周期獲取來(lái)自電流表40的信號(hào)，根據(jù)來(lái)自電流表40的信號(hào)來(lái)對(duì)流經(jīng)二次電池10的充放電電流進(jìn)行檢測(cè)，由此獲取電流測(cè)量值I (k)。電流檢測(cè)部 301將獲取到的電流測(cè)量值I (k)發(fā)送到電池參數(shù)估計(jì)部303。電壓檢測(cè)部302以規(guī)定周期獲取來(lái)自電壓表50的信號(hào)，根據(jù)來(lái)自電壓表50的信號(hào)來(lái)對(duì)二次電池10的端子電壓進(jìn)行檢測(cè)，由此獲取電壓測(cè)量值v(k)。電壓檢測(cè)部302將獲取到的電流測(cè)量值V (k)發(fā)送到電池參數(shù)估計(jì)部303。
電池參數(shù)估計(jì)部303定義二次電池10的電池模型，根據(jù)由電流檢測(cè)部301檢測(cè)出的電流測(cè)量值I (k)和由電壓檢測(cè)部302檢測(cè)出的電壓測(cè)量值V (k)進(jìn)行自適應(yīng)數(shù)字濾波運(yùn)算，由此綜合估計(jì)二次電池 ο的電池模型的電池參數(shù)cp、k)。在此，tp、k)的右上角附有的表示其值是估計(jì)值。另外，在圖2中，將作為估計(jì)值的分別設(shè)置在cp(k)的“φ’’的正上方、VtlGO的“V”的正上方、soc(k)的“S”的正上方，但如下述式⑴所示，這與f(k)、VcTGO、SOtT (k)同義。以下，在v~(k)的情況下
也一樣。[式1]
權(quán)利要求
1.一種電池狀態(tài)估計(jì)裝置，其特征在于，具備電流檢測(cè)部，其檢測(cè)二次電池的電流作為電流測(cè)量值； 電壓檢測(cè)部，其檢測(cè)上述二次電池的端子電壓作為電壓測(cè)量值； 狀態(tài)變量濾波器運(yùn)算部，其定義上述二次電池的電池模型，使用基于上述電池模型的狀態(tài)變量濾波器對(duì)上述電流測(cè)量值和上述電壓測(cè)量值進(jìn)行狀態(tài)量變換來(lái)算出變換狀態(tài)量， 根據(jù)上述變換狀態(tài)量估計(jì)基于上述電池模型的上述二次電池的端子電壓作為電壓估計(jì)值； 以及自適應(yīng)同定運(yùn)算部，其進(jìn)行上述二次電池的參數(shù)同定以使上述電壓測(cè)量值與上述電壓估計(jì)值之差收斂為零，其中，上述自適應(yīng)同定運(yùn)算部利用具有相同的高頻截止特性的低通濾波器分別對(duì)上述電壓測(cè)量值和上述電壓估計(jì)值實(shí)施濾波處理，使用由上述低通濾波器實(shí)施濾波處理后的上述電壓測(cè)量值和上述電壓估計(jì)值來(lái)算出上述差。
2.—種電池狀態(tài)估計(jì)裝置，其特征在于，具備電流檢測(cè)部，其檢測(cè)二次電池的電流作為電流測(cè)量值； 電壓檢測(cè)部，其檢測(cè)上述二次電池的端子電壓作為電壓測(cè)量值； 低通濾波器運(yùn)算部，其利用具有相同的高頻截止特性的低通濾波器分別對(duì)上述電流測(cè)量值和上述電壓測(cè)量值實(shí)施濾波處理；狀態(tài)變量濾波器運(yùn)算部，其定義上述二次電池的電池模型，使用基于上述電池模型的狀態(tài)變量濾波器對(duì)利用上述低通濾波器實(shí)施濾波處理后得到的電流測(cè)量值和電壓測(cè)量值進(jìn)行狀態(tài)量變換來(lái)算出變換狀態(tài)量，根據(jù)上述變換狀態(tài)量估計(jì)基于上述電池模型的上述二次電池的端子電壓作為電壓估計(jì)值；以及自適應(yīng)同定運(yùn)算部，其進(jìn)行上述二次電池的參數(shù)同定以使利用上述低通濾波器實(shí)施濾波處理后得到的電壓測(cè)量值與上述電壓估計(jì)值之差收斂為零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池狀態(tài)估計(jì)裝置，其特征在于，上述低通濾波器的截止頻率大于等于上述狀態(tài)變量濾波器的截止頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池狀態(tài)估計(jì)裝置，其特征在于，上述低通濾波器的截止頻率與上述狀態(tài)變量濾波器的截止頻率相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的電池狀態(tài)估計(jì)裝置，其特征在于， 上述低通濾波器和上述狀態(tài)變量濾波器是不包含微分器的濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的電池狀態(tài)估計(jì)裝置，其特征在于，上述低通濾波器和上述狀態(tài)變量濾波器僅通過(guò)一次低通濾波器的串聯(lián)連接或并聯(lián)連接而構(gòu)成。
7.—種電池狀態(tài)估計(jì)裝置，其特征在于，具備電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)二次電池的電流作為電流測(cè)量值； 電壓檢測(cè)單元，其檢測(cè)上述二次電池的端子電壓作為電壓測(cè)量值； 端子電壓估計(jì)單元，其定義上述二次電池的電池模型，使用基于上述電池模型的狀態(tài)變量濾波器對(duì)上述電流測(cè)量值和上述電壓測(cè)量值進(jìn)行狀態(tài)量變換來(lái)算出變換狀態(tài)量，根據(jù)上述變換狀態(tài)量估計(jì)基于上述電池模型的上述二次電池的端子電壓作為電壓估計(jì)值；以及同定單元，其進(jìn)行上述二次電池的參數(shù)同定以使上述電壓測(cè)量值與上述電壓估計(jì)值之差收斂為零，其中，上述同定單元利用具有相同的高頻截止特性的低通濾波器分別對(duì)上述電壓測(cè)量值和上述電壓估計(jì)值實(shí)施濾波處理，使用由上述低通濾波器實(shí)施濾波處理后的上述電壓測(cè)量值和上述電壓估計(jì)值來(lái)算出上述差。
8.—種電池狀態(tài)估計(jì)裝置，其特征在于，具備電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)二次電池的電流作為電流測(cè)量值； 電壓檢測(cè)單元，其檢測(cè)上述二次電池的端子電壓作為電壓測(cè)量值； 低通濾波器運(yùn)算單元，其利用具有相同的高頻截止特性的低通濾波器分別對(duì)上述電流測(cè)量值和上述電壓測(cè)量值實(shí)施濾波處理；端子電壓估計(jì)單元，其定義上述二次電池的電池模型，使用基于上述電池模型的狀態(tài)變量濾波器對(duì)利用上述低通濾波器實(shí)施濾波處理后得到的電流測(cè)量值和電壓測(cè)量值進(jìn)行狀態(tài)量變換來(lái)算出變換狀態(tài)量，根據(jù)上述變換狀態(tài)量估計(jì)基于上述電池模型的上述二次電池的端子電壓作為電壓估計(jì)值；以及同定單元，其進(jìn)行上述二次電池的參數(shù)同定以使利用上述低通濾波器實(shí)施濾波處理后得到的電壓測(cè)量值與上述電壓估計(jì)值之差收斂為零。
9.一種電池狀態(tài)估計(jì)方法，具備以下步驟 檢測(cè)二次電池的電流作為電流測(cè)量值；檢測(cè)上述二次電池的端子電壓作為電壓測(cè)量值； 定義上述二次電池的電池模型；使用基于上述電池模型的狀態(tài)變量濾波器對(duì)上述電流測(cè)量值和上述電壓測(cè)量值進(jìn)行狀態(tài)量變換來(lái)算出變換狀態(tài)量；根據(jù)上述變換狀態(tài)量估計(jì)基于上述電池模型的上述二次電池的端子電壓作為電壓估計(jì)值；以及進(jìn)行上述二次電池的參數(shù)同定以使上述電壓測(cè)量值與上述電壓估計(jì)值之差收斂為零， 該電池狀態(tài)估計(jì)方法的特征在于，在進(jìn)行上述二次電池的參數(shù)同定以使上述電壓測(cè)量值與上述電壓估計(jì)值之差收斂為零的步驟中還包括以下步驟利用具有相同的高頻截止特性的低通濾波器分別對(duì)上述電壓測(cè)量值和上述電壓估計(jì)值實(shí)施濾波處理；以及使用由上述低通濾波器實(shí)施濾波處理后的上述電壓測(cè)量值和上述電壓估計(jì)值來(lái)算出上述差。
10.一種電池狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟 檢測(cè)二次電池的電流作為電流測(cè)量值；檢測(cè)上述二次電池的端子電壓作為電壓測(cè)量值；利用具有相同的高頻截止特性的低通濾波器分別對(duì)上述電流測(cè)量值和上述電壓測(cè)量值實(shí)施濾波處理；定義上述二次電池的電池模型；使用基于上述電池模型的狀態(tài)變量濾波器對(duì)利用上述低通濾波器實(shí)施濾波處理后得到的電流測(cè)量值和電壓測(cè)量值進(jìn)行狀態(tài)量變換來(lái)算出變換狀態(tài)量；根據(jù)上述變換狀態(tài)量來(lái)估計(jì)基于上述電池模型的上述二次電池的端子電壓作為電壓估計(jì)值；以及進(jìn)行上述二次電池的參數(shù)同定以使利用上述低通濾波器實(shí)施濾波處理后得到的電壓測(cè)量值與上述電壓估計(jì)值之差收斂為零。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種高精度地進(jìn)行二次電池的參數(shù)同定的電池狀態(tài)估計(jì)裝置以及電池狀態(tài)估計(jì)方法。檢測(cè)二次電池的電流和端子電壓，利用檢測(cè)出的電流和端子電壓的測(cè)量值來(lái)估計(jì)基于規(guī)定的電池模型的二次電池的端子電壓，進(jìn)行二次電池的參數(shù)同定以使端子電壓的測(cè)量值與端子電壓的估計(jì)值之差收斂為零。在進(jìn)行二次電池的參數(shù)同定時(shí)，利用具有相同的高頻截止特性的低通濾波器對(duì)端子電壓的測(cè)量值和端子電壓的估計(jì)值實(shí)施濾波處理，使用實(shí)施濾波處理后的端子電壓的測(cè)量值和端子電壓的估計(jì)值。
文檔編號(hào)H01M10/48GK102483442SQ201180003670
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者中村英夫, 梅木志保, 淺井央章, 瀨川哲, 田添和彥 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社