专利名称:电池状态估计装置以及电池状态估计方法
技术领域:
本发明涉及一种估计二次电池内部的状态的电池状态估计装置以及电池状态估计方法。
背景技术:
日本特开2003-185719号公报公开了一种下面示出的二次电池的控制装置。艮口, 二次电池的控制装置定义规定的电池模型,利用基于电池模型的状态变量滤波器将二次电池的电流和端子电压的测量值变换为状态量。二次电池的控制装置利用该状态量来估计基于电池模型的二次电池的端子电压。并且,二次电池的控制装置进行二次电池的参数同定以使电压测量值与基于电池模型估计出的端子电压之差收敛为零。
发明内容
发明要解决的问题然而,在日本特开2003-185719号公报中,二次电池的电流的测量值和端子电压的测量值中的一部分不被状态变量滤波器进行滤波处理,而用于端子电压的估计运算。在此,二次电池的电流的测量值、端子电压的测量值是利用电流表、电压表而测出的,因此通常包含观测噪声。因此,在日本特开2003-185719号公报中,存在由于观测噪声的影响导致二次电池的参数的同定精度不够的问题。本发明要解决的问题是,提供一种能够高精度地进行二次电池的参数同定的电池状态估计装置以及电池状态估计方法。用于解决问题的方案为了解决上述问题,本发明提供如下一种电池状态估计装置以及电池状态估计方法检测二次电池的电流和端子电压,使用检测出的电流和端子电压的测量值来估计基于规定的电池模型的二次电池的端子电压,进行二次电池的参数同定以使端子电压的测量值与端子电压的估计值之差收敛为零。当进行二次电池的参数同定时,利用具有相同的高频截止特性的低通滤波器分别对端子电压的测量值和端子电压的估计值实施滤波处理,使用实施滤波处理后得到的端子电压的测量值和端子电压的估计值。发明的效果根据本发明的方式,当进行二次电池的参数同定时,利用具有相同的高频截止特性的低通滤波器分别对端子电压的测量值和端子电压的估计值实施滤波处理,使用实施滤波处理后得到的端子电压的测量值和端子电压的估计值。由此,能够有效地去除电流、端子电压的测量值中包含的观测噪声的影响,作为其结果,能够高精度地进行二次电池的参数同定。
图1是表示本实施方式所涉及的二次电池的控制系统的结构的图。
图2是本实施方式所涉及的电子控制单元30的功能框图。图3是示出表示二次电池的电池模型的等效电路模型的图。图4是第一实施方式所涉及的自适应同定系统的结构图。图5是表示电流测量值I (k)、电压测量值V (k)以及电压估计值V~ (k)的频带特性的图。图6是表示低通滤波器Glpf的截止频率与获得电池特性所需的信息缺乏和观测噪声对电池参数的同定性能造成的影响之间的关系的关系图。图7是相当于图4的等效变换的自适应同定系统的结构图。图8是表示二次电池的开路电压-充电率特性的一例的图。图9是表示本实施方式的电池参数和充电率的估计处理的流程图。图10是表示第一实施方式的充电率的估计处理的模拟结果的图。图11是第二实施方式所涉及的自适应同定系统的结构图。图12是表示第二实施方式的充电率的估计处理的模拟结果的图。图13是第三实施方式所涉及的自适应同定系统的结构图的一例。图14是第三实施方式所涉及的自适应同定系统的结构图的另一例。
具体实施例方式下面,根据附图来说明本发明的实施方式。《第一实施方式》图1所示的控制系统是在如下系统中应用了本发明所涉及的二次电池的控制装置的例子,该系统用二次电池对马达等负载进行驱动,或将马达的再生所产生的电力、发动机作为动力源,利用交流发电机(alternator)进行发电而产生的电力对二次电池进行充 H1^ ο二次电池10由多个单电池串联连接而成。作为构成二次电池10的单电池,例如能够列举出锂离子二次电池等锂系二次电池等。作为负载20,例如能够列举出马达等。电流传感器40是对流经二次电池10的充放电电流进行检测的传感器。由电流传感器40检测出的信号被发送到电子控制单元30。另外,电压传感器50是对二次电池10的端子电压进行检测的传感器。由电压传感器50检测出的信号被发送到电子控制单元30。电子控制单元30是用于控制二次电池10的控制单元,由微计算机和电子电路等构成,该微计算机包括对程序进行运算的CPU以及存储程序、运算结果的ROM和RAM。如图2所示,电子控制单元30具备电流检测部301、电压检测部302、电池参数估计部303、开路电压估计部304以及SOC估计部305。另外,电池参数估计部303具备低通滤波器运算部3031、状态变量滤波器运算部3032以及自适应同定运算部3033。电流检测部301以规定周期获取来自电流表40的信号,根据来自电流表40的信号来对流经二次电池10的充放电电流进行检测,由此获取电流测量值I (k)。电流检测部 301将获取到的电流测量值I (k)发送到电池参数估计部303。电压检测部302以规定周期获取来自电压表50的信号,根据来自电压表50的信号来对二次电池10的端子电压进行检测,由此获取电压测量值v(k)。电压检测部302将获取到的电流测量值V (k)发送到电池参数估计部303。
电池参数估计部303定义二次电池10的电池模型,根据由电流检测部301检测出的电流测量值I (k)和由电压检测部302检测出的电压测量值V (k)进行自适应数字滤波运算,由此综合估计二次电池 ο的电池模型的电池参数cp、k)。在此,tp、k)的右上角附有的表示其值是估计值。另外,在图2中,将作为估计值的分别设置在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,这与f(k)、VcTGO、SOtT (k)同义。以下,在v~(k)的情况下
也一样。[式1]
权利要求
1.一种电池状态估计装置,其特征在于,具备电流检测部,其检测二次电池的电流作为电流测量值; 电压检测部,其检测上述二次电池的端子电压作为电压测量值; 状态变量滤波器运算部,其定义上述二次电池的电池模型,使用基于上述电池模型的状态变量滤波器对上述电流测量值和上述电压测量值进行状态量变换来算出变换状态量, 根据上述变换状态量估计基于上述电池模型的上述二次电池的端子电压作为电压估计值; 以及自适应同定运算部,其进行上述二次电池的参数同定以使上述电压测量值与上述电压估计值之差收敛为零,其中,上述自适应同定运算部利用具有相同的高频截止特性的低通滤波器分别对上述电压测量值和上述电压估计值实施滤波处理,使用由上述低通滤波器实施滤波处理后的上述电压测量值和上述电压估计值来算出上述差。
2.—种电池状态估计装置,其特征在于,具备电流检测部,其检测二次电池的电流作为电流测量值; 电压检测部,其检测上述二次电池的端子电压作为电压测量值; 低通滤波器运算部,其利用具有相同的高频截止特性的低通滤波器分别对上述电流测量值和上述电压测量值实施滤波处理;状态变量滤波器运算部,其定义上述二次电池的电池模型,使用基于上述电池模型的状态变量滤波器对利用上述低通滤波器实施滤波处理后得到的电流测量值和电压测量值进行状态量变换来算出变换状态量,根据上述变换状态量估计基于上述电池模型的上述二次电池的端子电压作为电压估计值;以及自适应同定运算部,其进行上述二次电池的参数同定以使利用上述低通滤波器实施滤波处理后得到的电压测量值与上述电压估计值之差收敛为零。
3.根据权利要求1或2所述的电池状态估计装置,其特征在于,上述低通滤波器的截止频率大于等于上述状态变量滤波器的截止频率。
4.根据权利要求3所述的电池状态估计装置,其特征在于,上述低通滤波器的截止频率与上述状态变量滤波器的截止频率相同。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电池状态估计装置,其特征在于, 上述低通滤波器和上述状态变量滤波器是不包含微分器的滤波器。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电池状态估计装置,其特征在于,上述低通滤波器和上述状态变量滤波器仅通过一次低通滤波器的串联连接或并联连接而构成。
7.—种电池状态估计装置,其特征在于,具备电流检测单元,其检测二次电池的电流作为电流测量值; 电压检测单元,其检测上述二次电池的端子电压作为电压测量值; 端子电压估计单元,其定义上述二次电池的电池模型,使用基于上述电池模型的状态变量滤波器对上述电流测量值和上述电压测量值进行状态量变换来算出变换状态量,根据上述变换状态量估计基于上述电池模型的上述二次电池的端子电压作为电压估计值;以及同定单元,其进行上述二次电池的参数同定以使上述电压测量值与上述电压估计值之差收敛为零,其中,上述同定单元利用具有相同的高频截止特性的低通滤波器分别对上述电压测量值和上述电压估计值实施滤波处理,使用由上述低通滤波器实施滤波处理后的上述电压测量值和上述电压估计值来算出上述差。
8.—种电池状态估计装置,其特征在于,具备电流检测单元,其检测二次电池的电流作为电流测量值; 电压检测单元,其检测上述二次电池的端子电压作为电压测量值; 低通滤波器运算单元,其利用具有相同的高频截止特性的低通滤波器分别对上述电流测量值和上述电压测量值实施滤波处理;端子电压估计单元,其定义上述二次电池的电池模型,使用基于上述电池模型的状态变量滤波器对利用上述低通滤波器实施滤波处理后得到的电流测量值和电压测量值进行状态量变换来算出变换状态量,根据上述变换状态量估计基于上述电池模型的上述二次电池的端子电压作为电压估计值;以及同定单元,其进行上述二次电池的参数同定以使利用上述低通滤波器实施滤波处理后得到的电压测量值与上述电压估计值之差收敛为零。
9.一种电池状态估计方法,具备以下步骤 检测二次电池的电流作为电流测量值;检测上述二次电池的端子电压作为电压测量值; 定义上述二次电池的电池模型;使用基于上述电池模型的状态变量滤波器对上述电流测量值和上述电压测量值进行状态量变换来算出变换状态量;根据上述变换状态量估计基于上述电池模型的上述二次电池的端子电压作为电压估计值;以及进行上述二次电池的参数同定以使上述电压测量值与上述电压估计值之差收敛为零, 该电池状态估计方法的特征在于,在进行上述二次电池的参数同定以使上述电压测量值与上述电压估计值之差收敛为零的步骤中还包括以下步骤利用具有相同的高频截止特性的低通滤波器分别对上述电压测量值和上述电压估计值实施滤波处理;以及使用由上述低通滤波器实施滤波处理后的上述电压测量值和上述电压估计值来算出上述差。
10.一种电池状态估计方法,其特征在于,包括以下步骤 检测二次电池的电流作为电流测量值;检测上述二次电池的端子电压作为电压测量值;利用具有相同的高频截止特性的低通滤波器分别对上述电流测量值和上述电压测量值实施滤波处理;定义上述二次电池的电池模型;使用基于上述电池模型的状态变量滤波器对利用上述低通滤波器实施滤波处理后得到的电流测量值和电压测量值进行状态量变换来算出变换状态量;根据上述变换状态量来估计基于上述电池模型的上述二次电池的端子电压作为电压估计值;以及进行上述二次电池的参数同定以使利用上述低通滤波器实施滤波处理后得到的电压测量值与上述电压估计值之差收敛为零。
全文摘要
本发明的目的是提供一种高精度地进行二次电池的参数同定的电池状态估计装置以及电池状态估计方法。检测二次电池的电流和端子电压,利用检测出的电流和端子电压的测量值来估计基于规定的电池模型的二次电池的端子电压,进行二次电池的参数同定以使端子电压的测量值与端子电压的估计值之差收敛为零。在进行二次电池的参数同定时,利用具有相同的高频截止特性的低通滤波器对端子电压的测量值和端子电压的估计值实施滤波处理,使用实施滤波处理后的端子电压的测量值和端子电压的估计值。
文档编号H01M10/48GK102483442SQ201180003670
公开日2012年5月30日 申请日期2011年2月18日 优先权日2010年2月18日
发明者中村英夫, 梅木志保, 浅井央章, 濑川哲, 田添和彦 申请人:日产自动车株式会社