KR101439798B1

KR101439798B1 - 전지 상태 추정 장치 및 전지 상태 추정 방법

Info

Publication number: KR101439798B1
Application number: KR1020137004131A
Authority: KR
Inventors: 가즈히코 다조에; 히데오 나카무라; 시호 우메키
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2014-09-11
Also published as: KR20130061719A; MX2013000510A; WO2012011472A1; CN103003709A; JP2012042457A; JP5842421B2; US9720046B2; BR112013001373A2; CN103003709B; EP2597476A4; RU2524050C1; EP2597476A1; US20130116954A1; EP2597476B1; MY162920A

Abstract

본 발명의 일 형태로서의 전지 상태 추정 장치는, 이차 전지의 전류 및 단자 전압을 검출하고, 검출한 전류 및 단자 전압의 계측값 I(k), V(k)를 사용하여, 소정의 전지 모델에 기초한 이차 전지의 단자 전압을 추정하고, 단자 전압의 계측값에 기초한 값과 단자 전압의 추정값의 차분이 제로에 수렴하도록, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 순차적으로 동정한다. 그리고, 동정된 파라미터 중, 특정 파라미터 φ_n이, 소정의 제 1 임계값 δ1 이상인 경우에, 특정 파라미터 φ_n의 값을, 상기 제 1 임계값 δ1로 설정하는 상한 리미트 처리를 행한다.

Description

전지 상태 추정 장치 및 전지 상태 추정 방법{BATTERY STATE ESTIMATING APPARATUS AND BATTERY STATE ESTIMATING METHOD}

본 발명은 이차 전지 내부의 상태를 추정하는 전지 상태 추정 장치 및 전지 상태 추정 방법에 관한 것이다.

이차 전지의 제어 장치로서, 소정의 전지 모델을 정의하고, 이차 전지의 전류 및 단자 전압의 계측값에 기초하여, 전지 모델에 기초한 이차 전지의 단자 전압을 전압 추정값으로서 추정하고, 전압 계측값과 전압 추정값의 차분이 제로에 수렴하도록, 전지 모델의 파라미터를 순차적으로 동정하고, 이에 의해 전지 내부의 상태를 추정하는 제어 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 출원 공개 제 2003-185719호 공보

그러나, 상기 관련 기술에 있어서는, 순차적으로 동정하는 전지 모델의 파라미터는, 동정오차를 포함하는 경우가 있고, 그리고, 순차적으로 동정하는 전지 모델의 파라미터 중, 특정 파라미터 φ_n은, 그 동정오차가, 전지 내부 상태의 추정 결과에 미치는 영향이 크고, 그로 인해, 상기 특정 파라미터 φ_n의 동정오차가 커진 경우에는, 전지 내부 상태의 추정을 적절하게 행할 수 없는 경우가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이차 전지 내부 상태의 추정을 적절하게 행할 수 있는 전지 상태 추정 장치 및 전지 상태 추정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 형태는, 이차 전지의 전류 및 단자 전압을 검출하고, 검출한 전류 및 단자 전압의 계측값을 사용하여, 소정의 전지 모델에 기초한 이차 전지의 단자 전압을 추정하고, 단자 전압의 계측값에 기초한 값과 단자 전압의 추정값의 차분이 제로에 수렴하도록, 전지 모델의 파라미터를 순차적으로 동정하는 전지 상태 추정 장치이다. 이 전지 상태 추정 장치에 있어서, 동정된 파라미터 중, 특정 파라미터가, 소정의 제 1 임계값 이상일 경우에, 특정 파라미터의 값을, 상기 제 1 임계값으로 설정하는 상한 리미트 처리를 행함으로써 상기 과제를 해결한다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 동정된 파라미터 중, 특정 파라미터가, 소정의 제 1 임계값 이상일 경우에, 특정 파라미터 값을, 상기 제 1 임계값으로 설정함으로써, 상기 특정 파라미터의 동정오차에 기초한, 전지 내부 상태의 추정 오차를 저감할 수 있고, 이에 의해, 이차 전지 내부의 상태를 적절하게 추정할 수 있다.

도 1은, 1 또는 2 이상의 실시 형태에 따른 이차 전지의 제어 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시하는 전자 제어 유닛(30)의 기능 블록도이다.
도 3은, 도 1에 도시하는 이차 전지의 전지 모델을 나타내는 등가 회로 모델을 도시하는 도면이다.
도 4는, 본 실시 형태에 따른 적응 동정 시스템의 구성도이다.
도 5는, 이차 전지의 개로 전압-충전율 특성의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은, 본 실시 형태에 있어서의 전지 모델의 파라미터 및 충전율의 추정 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 본 실시 형태에 있어서의 충전율의 추정 처리의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 8은, 본 실시 형태에 관련된 기술에 있어서의 충전율의 추정 처리의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 1 또는 2 이상의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태에 따른 이차 전지의 제어 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 제어 시스템은, 이차 전지로 모터 등의 부하를 구동하거나, 모터의 회생에 의한 전력이나 엔진을 동력원으로 하여 얼터네이터로 발전한 전력으로 이차 전지를 충전하는 시스템에, 실시 형태에 따른 이차 전지의 제어 장치를 적용한 예이다.

이차 전지(10)는, 복수의 단위 전지를 직렬로 접속하여 이루어진 것이다. 이차 전지(10)를 구성하는 단위 전지로서는, 예를 들어, 리튬 이온 이차 전지 등의 리튬계 이차 전지 등을 들 수 있다. 부하(20)로서는, 예를 들어, 모터 등을 들 수 있다.

전류계(40)는 이차 전지(10)에 흐르는 충방전 전류를 검출하는 센서이며, 전류계(40)에 의해 검출된 신호는, 전자 제어 유닛(30)에 송출된다. 또한, 전압계(50)는 이차 전지(10)의 단자 전압을 검출하는 센서이며, 전압계(50)에 의해 검출된 신호는, 전자 제어 유닛(30)에 송출된다. 또한, 이차 전지(10) 근방에는, 이차 전지(10)의 온도를 검출하기 위한 온도 센서(60)가 설치되어 있다. 온도 센서(60)는 열전대 등을 사용한 센서이며, 온도 센서(60)로 검출된 신호도, 마찬가지로 전자 제어 유닛(30)에 송출된다.

전자 제어 유닛(30)은 이차 전지(10)를 제어하기 위한 제어 유닛이며, 컴퓨터 프로그램에 의해 규정된 연산 처리를 실행하는 CPU, 컴퓨터 프로그램이나 연산 결과를 기억하는 ROM 및 RAM으로 구성되는 마이크로컴퓨터와 전자 회로 등으로 구성된다. 도 2에, 전자 제어 유닛(30)의 기능 블록도를 나타낸다.

도 2에 도시한 바와 같이, 전자 제어 유닛(30)은 전류 검출부(301), 전압 검출부(302), 온도 검출부(303), 상태 변수 필터 연산부(304), 적응 동정 연산부(305), 개로 전압 추정부(306) 및 SOC 추정부(307)를 구비한다.

전류 검출부(301)는 전류계(40)로부터의 신호를 소정 주기로 취득하고, 전류계(40)로부터의 신호에 기초하여, 이차 전지(10)에 흐르는 충방전 전류를 검출함으로써, 전류 계측값 I(k)를 취득한다. 전류 검출부(301)는 취득한 전류 계측값 I(k)를 상태 변수 필터 연산부(304)에 송출한다.

전압 검출부(302)는 전압계(50)로부터의 신호를 소정 주기로 취득하고, 전압계(50)로부터의 신호에 기초하여, 이차 전지(10)의 단자 전압을 검출함으로써, 전압 계측값 V(k)를 취득한다. 전압 검출부(302)는 취득한 전류 계측값 V(k)를 상태 변수 필터 연산부(304) 및 적응 동정 연산부(305)에 송출한다.

온도 검출부(303)는 온도 센서(60)로부터의 신호를 소정 주기로 취득하고, 온도 센서(60)로부터의 신호에 기초하여, 이차 전지(10)의 온도를 검출함으로써, 전지 온도 T(k)를 취득한다. 온도 검출부(303)는, 취득한 전지 온도 T(k)를 적응 동정 연산부(305) 및 개로 전압 추정부(306)에 송출한다.

상태 변수 필터 연산부(304)는 이차 전지(10)의 전지 모델을 정의하고, 전류 검출부(301)에 의해 검출된 전류 계측값 I(k) 및 전압 검출부(302)에 의해 검출된 전압 계측값 V(k)로부터, 상태 변수 필터 연산을 행하고, 변환 상태량 ω(k)를 구한다.

이하, 상태 변수 필터 연산부(304)에 의한 변환 상태량 ω(k)의 산출 방법에 대해서 설명한다.

우선, 본 실시 형태에서 사용하는 「전지 모델」에 대해서 설명한다. 도 3은, 이차 전지(10)의 전지 모델을 나타내는 등가 회로 모델이며, 도 3에 도시하는 등가 회로 모델은, 하기 수학식(1)으로 표현된다.

여기서, 모델 입력은 전류 I[A], 모델 출력은 단자 전압 V[V]이며, R₁[Ω]은 전하 이동 저항, R₂[Ω]은 순저항, C₁[F]은 전기 이중층 용량, V₀[V]는 개로 전압이다. 전류 I[A]의 정의 값은 충전, 부의 값은 방전을 나타낸다. 또한, 상기 수학식(1) 중, s는 미분 오퍼레이터이다. 또한, 본 실시 형태에 따른 전지 모델은, 정극, 부극을 특별히 분리하지 않고 있는 리덕션 모델(1차 함수)인데, 실제 전지의 충방전 특성을 비교적 정확하게 나타내는 것이 가능하다. 이와같이, 본 실시 형태에 있어서는, 전지 모델의 차수를 1차로 한 구성을 예로서 설명한다. 전지 모델의 차수는 2차 이상이어도 상관없다.

즉, R₁, R₂, C₁을 하기 수학식(2)과 같이 표현하면, 상기 수학식(1)은 하기 수학식(3)으로 표현된다.

그리고, 본 실시 형태에 있어서, 상태 변수 필터 연산부(304)는 상기 수학식(3)에 나타나는 전지 모델에 기초하여, 상태 변수 필터 연산을 행하고, 변환 상태량 ω(k)를 구한다.

우선, 개로 전압 V₀(t)는 전류 I(t)로 변환가능한 파라미터 h를 곱한 것을 어느 초기 상태에서 적분한 것이라고 생각한 경우, 개로 전압 V₀(t)는 하기 수학식(4)으로 표현할 수 있다.

그리고, 상기 수학식(3)에, 상기 수학식(4)을 대입하면, 하기 수학식(5)이 되고, 이를 정리하면 하기 수학식(6)이 된다.

또한, 상기 수학식(6)은 하기 수학식(7)에 있어서, A(s), B(s)의 차수를 각각 1차, 2차로 한 것에 상당한다.

여기서, A(s), B(s)는 s의 다항식 함수이다.

그리고, 상기 수학식(6)에 있어서, 우변의 분모인 (T₁·s²+s)는 상기 수학식(7)의 s·A(s)에 대응하고, (T₁·s²+s)의 최고 차수항의 계수인 T₁으로, 상기 수학식(6)의 우변의 분모 및 분자를 나누면, 하기 수학식(8)이 얻어진다. 또한, 하기 수학식(8)은 상기 수학식(6)에 있어서, 우변 분모의 최고 차수항인 s²의 계수를, 1로 한 식이다.

여기서, 상기 수학식(6)과 같이, 미지 파라미터인 T₁이, 우변 분모의 최고 차수항인 s²의 계수로 되어 있으면, 후술하는 미지 파라미터의 동정 과정에 있어서, 미지 파라미터인 T₁이, 제로에 가까운 값으로서 산출되어버릴 경우도 있고, 이러한 경우에는, 상기 수학식(6)의 우변의 분모의 차수가 변화해버릴 우려가 있다. 그리고, 상기 수학식(6)의 우변의 분모의 차수가 변화하면, 후술하는 미지 파라미터의 동정에 지연이 발생하거나, 동정 연산의 결과, 미지 파라미터가 참값으로 수렴하지 않는다는 문제가 발생할 경우가 있다. 본 실시 형태에서는, 이러한 문제를 유효하게 방지하기 위해서, 상기 수학식(6)의 우변의 분모 및 분자를 T₁으로 나누고, 상기 수학식(8)로 한다.

그리고, 상기 수학식(8)에, 기지의 상수 k_i(i=1, 2, …, n)를 도입함으로써, 하기 수학식(9), (10)을 얻을 수 있다.

단, 상기 수학식(10)에 있어서, y(t)는 V(t)로부터 직달항을 차감한 것이며, 그로 인해, y(t)는 하기 수학식(11)으로 표현된다.

또한, 상기 수학식(10)에 있어서, I_i, b_0i는, 미지 파라미터(T₁, T₂, K, h)를 포함하는 파라미터이며, f_Vi, f_Ii는, 전류계(40) 및 전압계(50)에 의해 계측가능한 값인 I(k), V(k)를 상태 변수 필터에 의해 필터 처리를 실시한 변환 상태량이다. 그리고, 상기 수학식(10)은 이들 곱합식으로 되어 있기 때문에, 적응 디지털 필터의 표준형인 하기 수학식(12)과 일치한다.

단, 상기 수학식(12) 중, φ^T=[I_i, b_0i], ω^T=[f_Vi, f_Ii]이다.

이와 같이 하여, 상태 변수 필터 연산부(304)에 의해, 변환 상태량 ω(k)는 산출된다. 그리고, 얻어진 변환 상태량 ω(k)는 상태 변수 필터 연산부(304)에 의해, 적응 동정 연산부(305) 및 개로 전압 추정부(306)로 송출된다.

적응 동정 연산부(305)는 상태 변수 필터 연산부(304)에 의해 산출된 변환 상태량 ω(k)에 기초하고, 적응 디지털 필터 연산에 의해, 이차 전지(10)의 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 동정하는 동정 연산을 행한다.

여기서, φ^(k)에 있어서의 오른쪽 위에 붙인 「^」은, 그 값이 추정값인 것을 나타낸다. 또한, 도 2 중에서는, 추정값인 「^」을, 각각, φ(k)의 「φ」의 바로 위, V₀(k)의 「V」의 바로 위, SOC(k)의 「S」의 바로 위에 하고 있지만, 하기 수학식(13)에 나타낸 바와 같이, 이는 φ^(k), V₀^(k), SOC^(k)와 동의이다. 이하, V^(k)에 있어서도 마찬가지이다.

구체적으로, 도 4에 도시한 바와 같은 적응 동정 시스템의 구성도에 있어서는, 적응 동정 연산부(305)는, 우선, 변환 상태량 ω(k)로부터, 상술한 전지 모델로부터 추정되는 이차 전지(10)의 단자 전압의 추정값인 전압 추정값 V^(k)을 추정한다. 그리고, 적응 동정 연산부(305)는, 적응 조정측에 의해, 하기 수학식(14)에 나타내는 알고리즘에 기초하여, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 동정하는 동정 연산을 행한다. 동정 연산 시, 적응 동정 연산부(305)는 이 전압 추정값 V^(k)와, 전압계(50)로 검출되어 전압 검출부(302)에 의해 취득된 실제 계측값인 전압 계측값 V(k)의 차분이 제로에 수렴하도록, 상기한 동정 연산을 행한다. 또한, 이 때에 있어서, 본 실시 형태에서는, 단순한 「최소 제곱법에 의한 적응 디지털 필터 」의 논리적인 결점을 개선한 「양한(兩限) 트레이스 게인 방식」을 사용할 수 있다. 상기한 논리적인 결점으로서, 한번 추정값이 수렴되면, 그 후 파라미터가 변화해도 다시 정확한 추정을 할 수 없는 것을 들 수 있다. 또한, 도 4는, 상태 변수 필터 연산부(304) 및 적응 동정 연산부(305)에 의해 실현되는, 본 실시 형태에 따른 적응 동정 시스템의 구성도이다.

상기 수학식(14)은 파라미터 φ^(k)를 적절하게 구하는 순차식이며, γ(k), Γ(k-1)은 모두 적응 게인이며, 이들 중, γ(k)는 스칼라 게인(오차 게인)이며, Γ(k-1)은 행렬 게인(신호 게인)이다. 그리고, k 시점에 있어서의 변환 상태량 ω(k)가 얻어진 때에는, 상기 수학식(14)에 의해, 전지 모델로부터 추정되는 이차 전지(10)의 단자 전압의 추정값인 전압 추정값 V^(k)과, 전압계(50)로 검출되어 전압 검출부(302)에 의해 취득된 전압 계측값 V(k)의 차분인 e(k)를 구할 수 있다. 그리고, 이 e(k)를 제로에 수렴시킴으로써, 전회 처리 시에 구한 파라미터 φ^(k-1) 및 행렬 게인Γ(k-1)를 사용하여, 파라미터 φ^(k)를 순차적으로 산출할 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서, 전압 계측값 V(k)로서는, 전압 검출부(302)에 의해 취득된 값에, 측정 노이즈를 제거하기 위한 필터 처리를 행한 것을 사용해도 되고, 이때에는, 필터 특성을 고려한 전압 추정값을 산출하면 된다.

이와 같이 하여, 산출된 이차 전지(10)의 파라미터 φ^(k)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 적응 동정 연산부(305)로부터, 개로 전압 추정부(306)로 송출된다.

그리고, 도 4에 도시한 바와 같이, 상태 변수 필터 연산부(304) 및 적응 동정 연산부(305)에 의해 실현되는, 본 실시 형태의 적응 동정 시스템에 있어서, 우선, 상태 변수 필터 연산부(304)는 전류 검출부(301)에 의해 검출된 전류 계측값 I(k), 전압 검출부(302)에 의해 검출된 전압 계측값 V(k)에 기초하고, 상술한 바와 같이, 상태 변수 필터를 사용하여, 변환 상태량 ω(k)를 산출한다. 또한, 도 4에 도시하는 예에서는, 변환 상태량 ω(k)는, ω₁(k), ω₂(k), ω₃(k), ω₄(k), ω₅(k)로 이루어진다.

계속해서, 적응 동정 연산부(305)는 상태 변수 필터 연산부(304)에 의해 얻어진 변환 상태량 ω(k)과 전지 모델의 파라미터 φ^(k-1)에 기초하여, 전지 모델에 기초한 단자 전압의 추정값인 전압 추정값 V^(k)를 산출한다. 그리고, 본 실시 형태의 적응 동정 시스템에 의하면, 적응 동정 연산부(305)에 의해, 상태 변수 필터 연산부(304)에 의해 얻어진 변환 상태량 ω(k) 및 전압 검출부(302)에 의해 검출된 전압 계측값 V(k) 및 전압 추정값 V^(k)를 사용하여, 상기 수학식(14)에 따라, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)의 순차 동정이 행해지게 된다. 또한, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)는, 통상, 복수의 파라미터로 이루어지는 파라미터 벡터이며, 도 4에 도시하는 예에 있어서는, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)는, 파라미터 φ₁, φ₂, φ₃, φ₄, φ₅로 이루어진다.

여기서, 적응 동정 연산부(305)에 의해 동정된, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 사용하여, 상기 수학식(6)의 우변의 분모인(T₁·s²+s)의 최고 차수항의 계수인 T₁을 나타내면, 하기 수학식(15)으로 표현되게 된다.

또한, 상기 수학식(15)에 있어서, φ_n는, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 구성하는 파라미터 중, 상기 수학식(6)의 우변의 분모인(T₁·s²+s)의 최고 차수항의 계수인 T₁에 대응하는 최고 차수항 파라미터이다. 즉, 최고 차수항 파라미터 φ_n은, 적응 동정 연산부(305)에 의해 동정된, 전지 모델의 파라미터 φ^(k) 중, T₁에 대응하는 파라미터 φ이다. 또한, α는, 상태 변수 필터의 컷오프 주파수 λ에 따라서 정해지는 값이다.

그리고, 적응 동정 연산부(305)는 최고 차수항의 계수인 T₁에 대응하는 최고 차수항 파라미터 φ_n이, 초기화 판단 임계값 δ2 이상인지 여부를 판정한다. 즉, 적응 동정 연산부(305)는 「φ_n≥δ2」의 조건을 만족하는지의 여부에 관한 판정을 행한다. 여기서, 초기화 판단 임계값 δ2는, 적응 동정 연산부(305)에 의한 전지 모델의 파라미터 φ^(k)의 동정 연산을 초기화할 것인지의 여부를 판단하기 위한 임계값이며, 초기화 판단 임계값 δ2는, 온도 검출부(303)에 의해 검출된 전지 온도 T(k)로부터, 전자 제어 유닛(30)에 구비된 ROM에 미리 기억된 전지 온도와 초기화 판단 임계값 δ2와의 관계를 나타내는 테이블을 사용해 산출된다. 또한, 초기화 판단 임계값 δ2는, 후술하는 상한 판단 임계값 δ1보다도 큰 값으로 설정된다. 즉, 「초기화 판단 임계값 δ2> 상한 판단 임계값 δ1」로 된다.

「φ_n≥δ2」의 조건을 만족하는지의 여부의 판정 결과, 「φ_n≥δ2」의 조건을 만족시키는 경우에는, 상기 수학식(14)에 의한 순차 동정 연산에 있어서 동정된 파라미터 φ^(k)의 값이 크게 변화하고, 이에 의해, 동정된 파라미터 φ^(k)가 참값으로부터 크게 괴리된 것으로 판단하여, 동정 연산의 초기화 처리를 행한다. 구체적으로는, 「φ_n≥δ2」의 조건을 만족시키는 경우에는, 적응 동정 연산부(305)는, 상기 수학식(14)을 사용하여 순차 동정 연산을 행할 때에 있어서, 다음번의 연산에 사용하는 파라미터 φ^(k-1) 및 행렬 게인Γ(k-1)을 파라미터 초기값 φ_i 및 행렬 게인 초기값 Γ_i로 설정한다. 이러한 초기화 처리를 행함으로써, 동정된 파라미터 φ^(k)가 참값으로부터 크게 괴리된 경우에도, 비교적 짧은 시간에, 파라미터 φ^(k)를 다시 참값에 근접시킬 수 있다.

개로 전압 추정부(306)는 상태 변수 필터 연산부(304)에 의해 얻어진 변환 상태량 ω(k) 및 적응 동정 연산부(305)에 의해 얻어진 파라미터 φ^(k)에 기초하여, 이차 전지(10)의 개로 전압을 추정하고, 개로 전압 추정값 V₀^(k)를 산출한다.

구체적으로는, 개로 전압 추정부(306)는 상기 수학식(3)에 기초하여, 하기 수학식(16)을 산출하고, 상기 수학식(14)에 의해 산출된 파라미터 φ^(k), 상기 수학식(10)에 기초하여 연산된 변환 상태량 ω(k) 및 상태 변수 필터의 컷오프 주파수 λ를 사용하여, 하기 수학식(16)에 의해, 개로 전압 추정값 V₀^(k)를 산출한다.

또한, 상기 수학식(16)에 있어서, φ_n은, 최고 차수항의 계수인 T₁에 대응하는 최고 차수항 파라미터이다. 또한, α는, 상태 변수 필터의 컷오프 주파수 λ에 따라서 정해지는 값이다.

또한, 개로 전압 추정부(306)는 최고 차수항의 계수인 T₁에 대응하는 최고 차수항 파라미터 φ_n이, 상한 판단 임계값 δ1 이상인지의 여부의 판정을 행한다. 즉, 개로 전압 추정부(306)는 「φ_n≥δ1」의 조건을 만족하는지의 여부에 관한 판정을 행한다. 여기서, 상한 판단 임계값 δ1은, 개로 전압 추정부(306)에 의해 개로 전압 추정값 V₀^(k)을 산출할 때에 사용하는, 최고 차수항 파라미터 φ_n의 상한값이며, 상한 판단 임계값 δ1은, 온도 검출부(303)에 의해 검출된 전지 온도 T(k)로부터, 전자 제어 유닛(30)에 구비된 ROM에 미리 기억된 전지 온도와 상한 판단 임계값 δ1의 관계를 나타내는 테이블을 사용하여 산출된다.

「φ_n≥δ1」의 조건을 만족하는지의 여부의 판정의 결과, 「φ_n≥δ1」의 조건을 만족시키는 경우에는, 개로 전압 추정부(306)는 최고 차수항 파라미터 φ_n의 값을, δ1과 동등한 값(이하, 이 값을, 상한 리미트값 φ_{n_LIM}으로 함)으로 설정하는 상한 리미트 처리를 행하고, 개로 전압 추정부(306)는 상기 수학식(16)에 의해, 개로 전압 추정값 V₀^(k)을 산출할 때에, 최고 차수항 파라미터 φ_n으로서, 상한 리미트 처리된 값(상한 리미트값 φ_{n_LIM})을 사용한다.

여기서, 상기 수학식(16)에 있어서, 최고 차수항 파라미터 φ_n이, 상태 변수 필터의 컷오프 주파수 λ에 따라서 정해지는 값 α에 가까운 값이 되면, 상기 수학식(16)의 분모의 성분인 (α-φ_n)이 제로에 근접해, 결과적으로, 최고 차수항 파라미터 φ_n의 동정오차가 개로 전압 추정값 V₀^(k)의 추정 오차에 크게 영향을 미치게 되어버린다. 그로 인해, 본 실시 형태에서는, 상기 수학식(16)에 의해, 개로 전압 추정값 V₀^(k)를 산출할 때에 있어서, 최고 차수항 파라미터 φ_n의 상한 리미트값 φ_{n_LIM}를 설정해 두고, 최고 차수항 파라미터 φ_n이, 상한 리미트값 φ_{n_LIM} 이상이 되었을 경우에, 최고 차수항 파라미터 φ_n을 상한 리미트값 φ_{n_LIM}로 설정하는 상한 리미트 처리를 행함으로써, 이러한 문제를 유효하게 해결하는 것이다.

또한, 개로 전압 추정부(306)는 상기 수학식(16)에 의해, 개로 전압 추정값 V₀^(k) 외에, 미지 파라미터(T₁, T₂, K, h)도 산출할 수 있다.

SOC 추정부(307)는 개로 전압 추정부(306)에 의해 산출된 개로 전압 추정값 V₀^(k)로부터, 미리 정해진 이차 전지(10)의 개로 전압-충전율 특성에 기초하여, 충전율 추정값 SOC^(k)를 산출한다. 또한, 이차 전지(10)의 개로 전압-충전율 특성의 일례를 도 5에 도시한다. 본 실시 형태에서는, 이차 전지(10)의 개로 전압-충전율 특성은, 전자 제어 유닛(30)에 구비된 ROM에 미리 기억되고 있고, 이차 전지(10)에 대해서, 미리 실험 등에 의해, 개로 전압과 충전율의 관계를 구함으로써 얻을 수 있다.

계속해서, 본 실시 형태에 있어서의, 파라미터 φ^(k) 및 충전율 추정값 SOC^(k)의 추정 처리에 대해서, 도 6에 나타내는 흐름도를 사용하여 설명한다. 또한, 도 6에 나타내는 처리는 일정 주기마다(본 실시 형태에서는, 100msec마다) 실시된다. 이하의 설명에 있어서는, I(k)는 금회의 실행 주기의 전류값(금회의 계측값), I(k-1)는 1회 전의 실행 주기에서의 전류값(전회의 계측값)으로 하고, 전류 이외의 값에 대해서도 마찬가지로 표기한다. 또한, 이하에 설명하는 처리는, 전자 제어 유닛(30)에 의해 행해진다.

우선, 스텝 S1에서는, 전류 검출부(301), 전압 검출부(302), 온도 검출부(303)에 의해, 전류 계측값 I(k), 전압 계측값 V(k) 및 전지 온도 T(k)의 취득이 행해진다. 그리고, 전류 계측값 I(k)는 상태 변수 필터 연산부(304)에, 전압 계측값 V(k)는 상태 변수 필터 연산부(304) 및 적응 동정 연산부(305)에, 전지 온도 T(k)는 적응 동정 연산부(305) 및 개로 전압 추정부(306)에, 각각 송출된다.

스텝 S2에서는, 상태 변수 필터 연산부(304)에 의해, 스텝 S1에서 취득된 전류 계측값 I(k) 및 전압 계측값 V(k)에 대해서, 상기 수학식(9), (10)에 기초하여, 상태 변수 필터를 사용한 상태 변수 필터 연산이 행해지고, 변환 상태량 ω(k)가 산출된다.

스텝 S3에서는, 스텝 S1에서 취득된 전지 온도 T(k)에 기초하여, 상한 판단 임계값 δ1 및 초기화 판단 임계값 δ2의 산출이 행하여진다. 구체적으로는, 상한 판단 임계값 δ1은, 개로 전압 추정부(306)에 의해, 스텝 S1에서 취득된 전지 온도 T(k)로부터, 전자 제어 유닛(30)에 구비된 ROM에 미리 기억된 전지 온도와 상한 판단 임계값 δ1의 관계를 나타내는 테이블을 사용하여, 산출된다. 또한, 초기화 판단 임계값 δ2는, 적응 동정 연산부(305)에 의해, 스텝 S1에서 취득된 전지 온도 T(k)로부터, 전자 제어 유닛(30)에 구비된 ROM에 미리 기억된 전지 온도와 초기화 판단 임계값 δ2의 관계를 나타내는 테이블을 사용하여, 산출된다.

또한, 리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지에 있어서는, 전지 온도 T(k)가 낮을수록, 확산 저항(전하 이동 저항 R₁에 상당)이 커지는 경향이 있고, 그로 인해, 전지 온도 T(k)가 낮을수록, 최고 차수항의 계수인 T₁도 큰 값으로 산출되기 쉬워진다(상기 수학식(2) 참조). 그리고, 상기 수학식(15), (16)으로부터, 최고 차수항의 계수인 T₁이 큰 값으로서 산출되기 쉬워진다라고 하는 것은, 상기 수학식(15), (16)에 있어서의 분모 성분인 (α-φ_n)이 제로에 가까운 값으로서 산출되기 쉬워진다라는 것이 된다. 그로 인해, 본 실시 형태에서는, 전지 온도 T(k)가 낮을수록, 상한 판단 임계값 δ1 및 초기화 판단 임계값 δ2를 큰 값, 즉, 상태 변수 필터의 컷오프 주파수 λ에 따라서 정해지는 값 α에 가까운 값으로 설정한다. 이에 의해, 후술하는 스텝 S5에 있어서의 초기화 처리 및 스텝 S8에 있어서의 상한 리미트 처리를, 전지 온도 T(k)에 따라, 적절하게 행할 수 있고, 이에 의해, 파라미터 φ^(k)의 동정 정밀도, 및, 개로 전압 추정값 V₀^(k) 및 충전율 추정값 SOC^(k)의 추정 정밀도를 양호한 것으로 할 수 있다.

스텝 S4에서는, 적응 동정 연산부(305)에 의해, 전회 처리 시의 스텝 S6에서 산출된 파라미터 φ^(k-1)을 구성하는 각 파라미터 중, 최고 차수항 파라미터 φ_n(k-1)이, 스텝 S3에서 산출된 초기화 판단 임계값 δ2 이상인지의 여부의 판정이 행하여진다. 즉, 스텝 S4에서는, 「φ_n(k-1)≥δ2」를 만족하는지의 여부의 판정이 행하여진다. 「φ_n(k-1)≥δ2」를 만족시키는 경우에는, 스텝 S5로 진행하고, 한편, 「φ_n(k-1)≥δ2」를 만족하지 않는 경우에는, 스텝 S6으로 진행한다.

스텝 S4에 있어서, 「φ_n(k-1)≥δ2」를 만족한다고 판단된 경우에는, 스텝 S5로 진행하고, 스텝 S5에서는, 적응 동정 연산부(305)에 의해, 상기 수학식(14)에 기초하여 행하는 동정 연산에 사용하는, 파라미터 φ^(k-1)의 값 및 행렬 게인Γ(k-1)의 값을, 미리 정해진 소정의 파라미터 초기값 φ_i 및 행렬 게인 초기값 Γ_i로 설정하는 초기화 처리가 행하여진다.

스텝 S6에서는, 적응 동정 연산부(305)에 의해, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 동정하기 위한 동정 연산 처리가 행하여진다. 구체적으로는, 적응 동정 연산부(305)는, 우선, 스텝 S2에서 산출된 변환 상태량 ω(k)로부터, 전지 모델로부터 추정되는 이차 전지(10)의 전압 추정값 V^(k)를 추정한다. 이어서, 적응 동정 연산부(305)는, 적응 조정측에 의해, 상기 수학식(14)로 나타내는 알고리즘에 기초하여, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 동정하는 동정 연산을 행한다. 이때, 적응 동정 연산부(305)는 이 전압 추정값 V^(k)와, 전압계(50)로 검출되어 전압 검출부(302)에 의해 취득된 실제의 계측값인 전압 계측값 V(k)의 차분이 제로에 수렴하도록, 상기한 동정 연산을 행한다. 또한, 스텝 S5에 있어서, 파라미터 φ^(k-1) 및 행렬 게인 Γ(k-1)이, 파라미터 초기값 φ_i 및 행렬 게인 초기값 Γi로 설정되어 있는 경우에는, 이들 초기값을 사용하여, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)의 산출이 행하여진다. 그리고, 적응 동정 연산부(305)에 의해 산출된 전지 모델의 파라미터 φ^(k)는 개로 전압 추정부(306)로 송출된다.

스텝 S7에서는, 개로 전압 추정부(306)에 의해, 금회 처리 시의 스텝 S6에서 산출된 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 구성하는 각 파라미터 중, 최고 차수항 파라미터 φ_n(k)가 스텝 S3에서 산출된 상한 판단 임계값 δ1 이상인지의 여부의 판정이 행하여진다. 즉, 스텝 S7에서는, 「φ_n(k)≥δ1」을 만족하는지의 여부의 판정이 행하여진다. 「φ_n(k)≥δ1」을 만족시키는 경우에는, 스텝 S8로 진행하고, 한편, 「φ_n(k)≥δ1」을 만족하지 않는 경우에는, 스텝 S9로 진행한다.

스텝 S7에 있어서, 「φ_n(k)≥δ1」을 만족한다고 판단된 경우에는, 스텝 S8로 진행하고, 스텝 S8에서는, 개로 전압 추정부(306)에 의해, 최고 차수항 파라미터 φ_n의 값을, δ1과 동등한 값, 즉, 상한 리미트값 φ_n__LIM로 설정하는 상한 리미트 처리가 행하여진다.

계속해서, 스텝 S9에서는, 개로 전압 추정부(306)에 의해, 스텝 S6에서 산출된 전지 모델의 파라미터 φ^(k), 스텝 S2에 있어서 산출된 변환 상태량 ω(k) 및 상태 변수 필터의 컷오프 주파수 λ를 사용하여, 상기 수학식(16)에 기초하여, 개로 전압 추정값 V₀^(k)의 산출이 행하여진다. 또한, 개로 전압 추정값 V₀^(k)의 산출 시에는, 상술한 스텝 S8에 있어서, 최고 차수항 파라미터 φ_n의 값을, 상한 리미트값 φ_{n_LIM}로 설정하는 상한 리미트 처리가 행해지고 있을 경우에는, 최고 차수항 파라미터 φ_n으로서, 상한 리미트값 φ_{n_LIM}이 사용된다. 그리고, 산출된 개로 전압 추정값 V₀^(k)는 SOC 추정부(307)로 송출된다.

스텝 S10에서는, SOC 추정부(307)에 의해, 스텝 S9에서 산출된 개로 전압 추정값 V₀^(k)를 사용하여, 미리 정해진 이차 전지(10)의 개로 전압-충전율 특성에 기초하여, 충전율 추정값 SOC^(k)의 산출이 행하여진다. 그리고, 스텝 S1로 복귀해, 상술한 스텝 S1 내지 S10의 처리가 반복되고, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)의 동정 처리 및 상기 파라미터 φ^(k)에 기초하는, 충전율 추정값 SOC^(k)의 추정 처리가 반복해 행해지게 된다.

본 실시 형태에 있어서는, 전지 모델의 파라미터 φ^(k) 중 상기 수학식(6)의 우변의 분모인 (T₁·s²+s)의 최고 차수항의 계수인 T₁에 대응하는 최고 차수항 파라미터 φ_n이, 상한 판단 임계값 δ1 이상인 경우에, 최고 차수항 파라미터 φ_n의 값을, δ1과 동등한 값으로 설정하는 상한 리미트 처리를 행한다. 그리고, 최고 차수항 파라미터 φ_n으로서, 상한 리미트 처리된 값을 사용하여, 상기 수학식(16)에 따라, 개로 전압 추정값 V₀^(k)의 추정을 행한다. 그로 인해, 본 실시 형태에 따르면, 상기 수학식(16)의 분모의 성분인 (α-φ_n)이 제로에 근접해버려, 이에 의해, 개로 전압 추정값 V₀^(k)의 추정 오차가 커져버리는 것을 유효하게 방지할 수 있어, 결과적으로, 개로 전압 추정값 V₀^(k) 및 충전율 추정값 SOC^(k)의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 최고 차수항 파라미터 φ_n에 대하여 상한 리미트 처리를 행한 경우에는, 상기한 바와 같이, 상한 리미트 처리된 값을, 개로 전압 추정부(306)에 의해 개로 전압 추정값 V₀^(k)를 산출할 때에 사용한다. 한편, 적응 동정 연산부(305)에 의해, 상기 수학식(14)에 따라 순차 동정 연산을 행할 때에는, 다음번의 연산에 사용하는 최고 차수항 파라미터 φ_n(k-1)로서, 상한 리미트 처리된 값이 아니라, 동정 연산 처리에 의해 동정된 값을 그대로 사용하도록 하고 있다. 즉, 본 실시 형태에 있어서는, 적응 동정 연산부(305)에 의해, 상기 수학식(14)에 따라 순차 동정 연산을 행할 때에는, 상한 리미트 처리된 값을 채용하지 않도록 하는 구성으로 하고 있다. 이와같이, 순차 동정 연산을 행할 때에, 상한 리미트 처리된 값으로 바꾸고, 동정 연산 처리에 의해 동정된 값을 그대로 사용함으로써, 적응 동정 연산부(305)에 의한 전지 모델의 파라미터 φ^(k)의 동정을, 선형의 이상 상태로 순차적으로 연산을 행할 수 있고, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)의 동정 정밀도를 양호하게 유지할 수 있다. 특히, 적응 동정 연산부(305)에 의한 순차 동정 연산에, 상한 리미트 처리된 값을 사용한 경우에는, 비선형의 상태가 발생해 버리는 경우가 있고, 이러한 경우에는, 참값으로의 수렴에 시간이 걸려버리는 등 순차 동정 연산이 양호하게 행해지지 않을 우려도 있다. 이에 대해, 적응 동정 연산부(305)에 의해, 상기 수학식(14)에 따라 순차 동정 연산을 행할 때에, 상한 리미트 처리된 값을 채용 하지 않음으로써, 이러한 문제를 유효하게 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 적응 동정 연산부(305)에 의해, 순차 동정 연산을 행할 때에, 최고 차수항 파라미터 φ_n(k-1)로서, 상한 리미트 처리된 값이 아니라, 동정 연산 처리에 의해 동정된 값을 그대로 사용하는 구성을 예시했지만, 이와 같은 구성에 특별히 한정되지 않고 상한 리미트 처리된 값을 사용하는 구성으로 해도 된다. 단, 상술한 바와 같이, 상한 리미트 처리된 값을 사용함으로써, 비선형의 상태가 발생할 가능성이 있을 경우 등에 있어서는, 상한 리미트 처리된 값 대신에, 동정 연산 처리에 의해 동정된 값을 그대로 사용한 쪽이, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)의 동정 정밀도를 보다 높이는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 최고 차수항 파라미터 φ_n이, 상한 판단 임계값 δ1보다도 큰 초기화 판단 임계값 δ2 이상인 경우에, 적응 동정 연산부(305)에 의한 전지 모델의 파라미터 φ^(k)의 순차 동정 연산에 의해 동정된 파라미터 φ^(k)의 값이 크게 변화하고, 이에 의해, 동정된 파라미터 φ^(k)가 참값으로부터 크게 괴리된 것으로 판단하여, 적응 동정 연산부(305)에 의한 전지 모델의 파라미터 φ^(k)의 순차 동정 연산의 초기화를 행한다. 이에 의해, 본 실시 형태에 따르면, 순차 동정 연산에 의해 동정된 파라미터 φ^(k)가 참값으로부터 크게 괴리된 경우에도, 비교적 짧은 시간에, 파라미터 φ^(k)를 다시 참값에 근접시킬 수 있어, 결과적으로, 동정된 파라미터 φ^(k)가 참값으로부터 크게 괴리됐을 경우에, 참값으로부터 괴리된 상태가 계속되어버린다라고 하는 문제의 발생을 유효하게 방지할 수 있다.

여기서, 도 7은, 본 실시 형태에 있어서의 충전율의 추정 처리의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이며, 도 8은, 관련 기술에 있어서의 충전율의 추정 처리의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 7, 도 8 중, 각 그래프는, 위로부터 전류 계측값 I(k)의 변화를 나타내는 프로파일, 전압 계측값 V(k)의 변화를 나타내는 프로파일, 최고 차수항 파라미터 φ_n의 변화를 나타내는 프로파일, 충전율 SOC의 추정값의 참값에 대한 오차의 변화를 나타내는 프로파일, 충전율 SOC의 변화를 나타내는 프로파일이다. 또한, 이하에 있어서는, 실제 전지의 입출력 신호인 전류값 및 전압값에, 관측 노이즈를 중첩한 상태에 있어서의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있고, 도 7은, 최고 차수항 파라미터 φ_n에 상한 리미트값을 설정하는 본 실시 형태의 시뮬레이션 결과이며, 도 8은, 최고 차수항 파라미터 φ_n에 상한 리미트값을 설정하지 않는 관련 기술의 시뮬레이션 결과이다. 또한, 도 7, 도 8의 충전율 SOC의 변화를 나타내는 프로파일에 있어서는, 충전율 SOC의 추정값을 실선으로 나타내고, 충전율 SOC의 참값을 파선으로 나타내고 있다. 또한, 최고 차수항 파라미터 φ_n의 변화를 나타내는 프로파일에 있어서는, 한계치, 즉, 상태 변수 필터의 컷오프 주파수 λ에 따라서 정해지는 값 α를 일점쇄선으로 나타내고, 상한 리미트값을 이점쇄선으로 나타내고 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태와 같이, 최고 차수항 파라미터 φ_n에 상한 리미트값을 설정한 경우에는, 최고 차수항 파라미터 φ_n이 한계치에 접근해버리는 것을 유효하게 방지할 수 있어, 결과적으로, 충전율 SOC의 추정값의 참값에 대한 오차를 작게 하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태와는 달리, 최고 차수항 파라미터 φ_n에 상한 리미트값을 설정하지 않았을 경우에는, 최고 차수항 파라미터 φ_n이 한계치에 근접해버리고, 그로 인해, 충전율 SOC의 추정값의 참값에 대한 오차가 커지는 결과가 되었다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 전류 검출부(301)는 「전류 검출 수단」에, 전압 검출부(302)는 「전압 검출 수단」에, 상태 변수 필터 연산부(304)는 「동정 연산부」 및 「동정 연산 수단」에, 적응 동정 연산부(305)는 「동정 연산부」, 「동정 연산 수단」 및 「초기화부」에, 개로 전압 추정부(306)는 「개로 전압 추정부」, 「리미트 처리부」 및 「리미트 처리 수단」에, 각각 상당한다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 이들 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 기재된 것이며, 본 발명을 한정하기 위하여 기재된 것이 아니다. 따라서, 상기 실시 형태에 개시된 각 요소는, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함한다는 취지이다.

예를 들어, 상술한 실시 형태에 있어서는, 전회 처리 시의 최고 차수항 파라미터 φ_n(k-1)에 대해서, 「φ_n(k-1)≥δ2」를 만족하는지의 여부의 판단을 행하고(스텝 S4), 「φ_n(k-1)≥δ2」를 만족시키는 경우에, 순차 동정 연산의 초기화를 행한(스텝 S5) 후에, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 동정하기 위한 동정 연산 처리를 행하는(스텝 S6) 형태를 예시하였다. 이에 한정하지 않고, 우선, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 동정하기 위한 동정 연산 처리를 행하고, 그 결과에 의해, 얻어진 최고 차수항 파라미터 φ_n(k)에 대해서, 「φ_n(k)≥δ2」를 만족하는지의 여부의 판단을 행하는 형태로 해도 된다. 이 경우에 있어서는, 「φ_n(k)≥δ2」를 만족한다고 판단된 경우에는, 순차 동정 연산의 초기화를 행하고, 다시, 전지 모델의 파라미터 φ^(k)를 동정하기 위한 동정 연산 처리를 행하는 것으로 한다.

본 출원은, 2010년 7월 20일에 출원된 일본 특허 출원 제 2010-162738호 및 2011년 7월 12일에 출원된 일본 특허 출원 제 2011-153665호에 기초한 우선권을 주장하고 있고, 이들 출원의 내용이 참조에 의해 본 발명의 명세서에 취득된다.

<산업상 이용가능성>

본 발명의 실시 형태에 따른 전지 상태 추정 장치 및 전지 상태 추정 방법은, 이차 전지의 전류 및 단자 전압의 계측값을 사용하여, 소정의 전지 모델에 기초한 이차 전지의 단자 전압을 추정하고, 단자 전압의 계측값에 기초한 값과 단자 전압의 추정값의 차분이 제로에 수렴하도록, 전지 모델의 파라미터를 순차적으로 동정하고, 동정된 파라미터 중, 특정 파라미터 φ_n이, 소정의 제 1 임계값 δ1 이상인 경우에, 특정 파라미터 φ_n의 값을, 제 1 임계값 δ1로 설정한다. 이에 의해, 특정 파라미터 φ_n의 동정오차에 기초한, 전지 내부 상태의 추정 오차를 저감할 수 있고, 이에 의해, 이차 전지 내부의 상태를 적절하게 추정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 전지 상태 추정 장치 및 전지 상태 추정 방법은, 산업상 이용가능하다.

10…이차 전지
20…부하
30…전자 제어 유닛
301…전류 검출부
302…전압 검출부
303…온도 검출부
304…상태 변수 필터 연산부
305…적응 동정 연산부
306…개로 전압 추정부
307…SOC 추정부
40…전류계
50…전압계
60…온도 센서

Claims

이차 전지에 흐르는 전류를, 전류 계측값으로서 검출하는 전류 검출부와,
상기 이차 전지의 단자 전압을, 전압 계측값으로서 검출하는 전압 검출부와,
상기 이차 전지의 전지 모델을 수학식(17)에 나타낸 바와 같이 정의하고, 상기 수학식(17)에 있어서, 상기 전압 계측값을 V로 하고, 상기 전류 계측값을 I로 하고, s를 미분 오퍼레이터로 하고, A(s) 및 B(s)를 각각 상기 미분 오퍼레이터 s의 다항식 함수로 했을 경우, 상기 전류 계측값 및 상기 전압 계측값에 기초하여, 상기 전지 모델에 기초한 상기 이차 전지의 단자 전압을 전압 추정값으로서 추정하고, 상기 전압 계측값에 기초한 값과 상기 전압 추정값의 차분이 제로에 수렴하도록, 상기 전지 모델의 파라미터를 순차적으로 동정하는 순차 동정 연산을 행하는 동정 연산부와,
상기 동정 연산부에 의해 동정된 파라미터 중, 상기 수학식(17)의 다항식 s·A(s)에 있어서의 최고 차수항의 계수에 대응하는 최고 차수항 파라미터가, 소정의 제 1 임계값 이상인지의 여부를 판단하고, 상기 최고 차수항 파라미터가 상기 제 1 임계값 이상일 경우에, 상기 최고 차수항 파라미터의 값을, 상기 제 1 임계값으로 설정하는 상한 리미트 처리를 행하는 리미트 처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 장치.
[수학식 17]
제 1 항에 있어서,
상기 동정 연산부에 의해 동정된 파라미터에 기초하여, 상기 이차 전지의 개로 전압을 추정하는 개로 전압 추정부를 더 구비하고,
상기 개로 전압 추정부는, 상기 동정 연산부에 의해 동정된 파라미터 중, 상기 최고 차수항 파라미터로서, 상기 리미트 처리부에 의해, 상한 리미트 처리된 값을 사용하여, 상기 개로 전압의 추정을 행하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 동정 연산부는, 상기 최고 차수항 파라미터로서, 상기 리미트 처리부에 의해, 상한 리미트 처리되기 전의 값을 사용하여, 상기 파라미터의 순차 동정 연산을 행하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 최고 차수항 파라미터가, 상기 제 1 임계값보다도 큰 제 2 임계값 이상 인지의 여부를 판단하고, 상기 최고 차수항 파라미터가 상기 제 2 임계값 이상일 경우에, 상기 동정 연산부에, 미리 정해진 초기값을 사용하여 순차 동정 연산을 행하게 하는 초기화 처리를 실행하는 초기화부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 리미트 처리부는, 상기 제 1 임계값을, 전지 온도에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 초기화부는, 상기 제 2 임계값을, 전지 온도에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 리미트 처리부는, 상기 전지 온도가 낮을수록, 상기 제 1 임계값을 큰 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 초기화부는, 상기 전지 온도가 낮을수록, 상기 제 2 임계값을 큰 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 장치.
이차 전지에 흐르는 전류를, 전류 계측값으로서 검출하고,
상기 이차 전지의 단자 전압을, 전압 계측값으로서 검출하고,
상기 이차 전지의 전지 모델을 수학식(18)에 나타낸 바와 같이 정의하고, 상기 수학식(18)에 있어서, 상기 전압 계측값을 V로 하고, 상기 전류 계측값을 I로 하고, s를 미분 오퍼레이터로 하고, A(s) 및 B(s)를 각각 상기 미분 오퍼레이터 s의 다항식 함수로 했을 경우, 상기 전류 계측값 및 상기 전압 계측값에 기초하여, 상기 전지 모델에 기초한 상기 이차 전지의 단자 전압을 전압 추정값으로서 추정하고,
상기 전압 계측값에 기초한 값과 상기 전압 추정값의 차분이 제로에 수렴하도록, 상기 전지 모델의 파라미터를 순차적으로 동정하고,
동정된 파라미터 중, 상기 수학식(18)의 다항식 s·A(s)에 있어서의 최고 차수항의 계수에 대응하는 최고 차수항 파라미터가, 소정의 제 1 임계값 이상인지의 여부를 판단하고,
상기 최고 차수항 파라미터가 상기 제 1 임계값 이상일 경우에, 상기 최고 차수항 파라미터의 값을, 상기 제 1 임계값으로 설정하는 상한 리미트 처리를 행하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 방법.
[수학식 18]
제 9 항에 있어서,
동정된 파라미터 중, 상기 최고 차수항 파라미터로서, 상한 리미트 처리된 값을 사용하여, 상기 이차 전지의 개로 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 전지 모델의 파라미터를 순차적으로 동정할 때에, 상기 최고 차수항 파라미터로서, 상한 리미트 처리되기 전의 값을 사용하여, 상기 파라미터의 순차 동정 연산을 행하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 최고 차수항 파라미터가, 상기 제 1 임계값보다도 큰 제 2 임계값 이상 인지의 여부를 판단하고,
상기 최고 차수항 파라미터가 상기 제 2 임계값 이상일 경우에, 미리 정해진 초기값을 사용하여 상기 파라미터의 순차 동정 연산을 행하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 임계값을 전지 온도에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제 2 임계값을 전지 온도에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 전지 온도가 낮을수록, 상기 제 1 임계값은 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 전지 온도가 낮을수록, 상기 제 2 임계값은 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 방법.
이차 전지에 흐르는 전류를, 전류 계측값으로서 검출하는 전류 검출 수단과,
상기 이차 전지의 단자 전압을, 전압 계측값으로서 검출하는 전압 검출 수단과,
상기 이차 전지의 전지 모델을 수학식(19)에 나타낸 바와 같이 정의하고, 상기 수학식(19)에 있어서, 상기 전압 계측값을 V로 하고, 상기 전류 계측값을 I로 하고, s를 미분 오퍼레이터로 하고, A(s) 및 B(s)를 각각 상기 미분 오퍼레이터 s의 다항식 함수로 했을 경우, 상기 전류 계측값 및 상기 전압 계측값에 기초하여, 상기 전지 모델에 기초한 상기 이차 전지의 단자 전압을 전압 추정값으로서 추정하고, 상기 전압 계측값에 기초한 값과 상기 전압 추정값의 차분이 제로에 수렴하도록, 상기 전지 모델의 파라미터를 순차적으로 동정하는 순차 동정 연산을 행하는 동정 연산 수단과,
상기 동정 연산 수단에 의해 동정된 파라미터 중, 상기 식(19)의 다항식 s·A(s)에 있어서의 최고 차수항의 계수에 대응하는 최고 차수항 파라미터가, 소정의 제 1 임계값 이상인지의 여부를 판단하고, 상기 최고 차수항 파라미터가 상기 제 1 임계값 이상일 경우에, 상기 최고 차수항 파라미터의 값을, 상기 제 1 임계값으로 설정하는 상한 리미트 처리를 행하는 리미트 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 전지 상태 추정 장치.
[수학식 19]