電池的充電狀態(tài)估計裝置制造方法
【專利摘要】提供了一種用于估計電池的充電狀態(tài)的裝置。用于估計電池的充電狀態(tài)的裝置被設(shè)置具有：充電/放電電流檢測部，其檢測電池的充電/放電電流；端子電壓檢測部，其檢測電池的端子電壓；基于開路電壓法的充電狀態(tài)估計部，其基于充電/放電電流和端子電壓來估計電池的開路電壓，并且基于開路電壓從電池的開路電壓充電狀態(tài)特性來估計基于開路電壓法的充電狀態(tài)；基于電流積分法的充電狀態(tài)估計部，其在電流積分模型中使用將波動考慮在內(nèi)的電流作為輸入并且使用作為觀測量的基于開路電壓法的充電狀態(tài)和充電/放電電流作為輸出，來找出基于電流積分法的充電狀態(tài)作為狀態(tài)變量；以及誤差校正值計算部，其通過比較基于電流積分法的充電狀態(tài)與基于開路電壓法的充電狀態(tài)來計算用于校正基于電流積分法的充電狀態(tài)的誤差校正值?；陔娏鞣e分法的充電狀態(tài)估計部通過誤差校正值來校正基于電流積分法的充電狀態(tài)。
【專利說明】電池的充電狀態(tài)估計裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池充電率估計裝置，用于對用于電動車輛等的電池的充電率進行估計

【背景技術(shù)】
[0002]例如，在電動車輛和混合電動車輛中，可再充電電池(二次電池)被用于將電力供應(yīng)給用于驅(qū)動這些車輛的電動機，或者通過從將制動期間所生成的能量起到發(fā)電機的作用的電動機或者從安裝在地面上的電源進行充電來存儲電能。
[0003]在這種情況下，為了長時間保持最佳的電池狀態(tài)，需要持續(xù)監(jiān)測電池狀態(tài)，具體為電池充電率(30(::充電狀態(tài))來作為電池管理。
[0004]作為傳統(tǒng)的充電率檢測方法，已知的是電流積分法(還被稱作庫侖計算法或連續(xù)狀態(tài)記錄法)和開路電壓法。根據(jù)電流積分法，按時間順序記錄所有的關(guān)于在其中/其外的電池的電壓和電流的數(shù)據(jù)，并且當前時間的電荷是通過使用該數(shù)據(jù)對電流進行時間積分來獲得的，并且因此充電率是通過使用電池的電荷的初始值和滿充電容量獲得的。根據(jù)開路電壓法，輸入電池的輸入電流值和端子電壓值，并且通過使用電池等效電路模型對用作模型狀態(tài)量的開路電壓值進行連續(xù)估計，從而從開路電壓值估計充電率。
[0005]每個方法都存在優(yōu)點和缺點。就是說，前者的電流積分法，盡管能夠在短時間內(nèi)比用于通過使用開路電壓值估計充電率的后者的開路電壓法更精確地估計充電率，但電流積分法需要持續(xù)的監(jiān)測并且由于隨著時間流逝，誤差累積，使精確度劣化。另一方面，盡管后者的開路電壓法不需要持續(xù)的監(jiān)測，但由于與在充電率上的改變相關(guān)聯(lián)的開路電壓的波動小，故開路電壓法在短時間內(nèi)估計充電率的改變量上不如電流積分法。
[0006]因此，傳統(tǒng)已知的方法是通過校正由上述方法獲得的充電率的估計誤差試圖改善充電率的估計的精確度。
[0007]作為采用這樣的方法的傳統(tǒng)的電池充電率估計裝置之一，已知的電池充電率估計裝置包括:第一電量計算器件，用于通過采用使用基于電池的放電電流和端子電壓的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的開路電壓法所估計的開路電壓估計值來計算電池充電率；第二電量計算器件，用于通過采用電流積分法對電池的充放電電流進行時間積分，并且基于此獲得積分值，計算電池中的充電的電量的變化量；以及偏置量估計器件，用于從由第一電量計算器件和由第二電量計算器件獲得的變化量之間的差值估計用作放電電流測量儀的測量值誤差的偏置量，其中，執(zhí)行用于偏置量的校正以減少放電電流測量儀的測量值誤差并且改善測量的電流值的精確度，從而改善電池的諸如充電率的內(nèi)部狀態(tài)的估計的精確度(例如，參見專利文獻1)。
[0008]同樣，作為另一個傳統(tǒng)的電池充電率估計方法，已知的方法包括:電池信息獲得步驟，測量電池信息(電流值、電壓值和溫度)；電流校正步驟，通過對通過使用電壓值校正的校正后的電流值執(zhí)行積分來計算電流積分值；積分容量計算步驟，通過執(zhí)行校正的電流值的積分來計算電流積分值并且還計算反映電流積分值和電池充放電效率的電流積分容量；校正確定步驟，基于從電池信息計算出的電池正向電壓容量來確定是否校正電流積分容量；以及積分校正步驟，根據(jù)該確定獲得具有或者沒有校正電流積分容量的電池的剩余容量，從而試圖通過校正電池信息的測量誤差來改善充電率的計算的精確度(例如，參見專利文獻2)。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文件
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本專利申請?zhí)亻_第2010-203854號
[0012]專利文獻2:日本專利申請?zhí)亻_第2009-250970號


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]摶術(shù)問是頁
[0014]然而，上述的兩個發(fā)明具有以下問題。
[0015]就是說，前者的傳統(tǒng)充電率估計裝置在通過電流積分法估計的電量的變化量與通過使用自適應(yīng)數(shù)字濾波器的開路電壓法估計的電量的變化量之間進行比較，并且從其間的差值估計電流檢測部的誤差值(測量的電流值的偏置量)。
[0016]然而，因為通過上述方法獲得的每個電量等的估計值具有不同的統(tǒng)計特性，故在通過上述方法獲得的電量的變化量之間的簡單比較不能避免由這樣的統(tǒng)計特性所引起的誤差。因此，放電電流測量儀的測量值的誤差不能被高精確度地估計。同樣，由于電池中的化學反應(yīng)的不確定性導(dǎo)致電池內(nèi)的電流的存在波動。因此，存在的另一個問題是電池充電率的估計的精確度也被降低了。
[0017]同樣，在后者的傳統(tǒng)充電率估計方法中，放電電流測量儀的特點根據(jù)使用期間的時間、條件和環(huán)境而改變，并且此外，在每個放電電流測量儀之間的變化是不能避免的。盡管如此，這個傳統(tǒng)方法是如上所述估計的，假定全部放電電流測量儀具有相同的特性。因此，這個傳統(tǒng)方法不能控制由放電電流測量儀的實際特性的差異所引起的測量值的誤差，并且因此沒有能力以高精確度估計放電電流測量儀的測量值的誤差。此外，由于電池中的化學反應(yīng)的不確定性導(dǎo)致電池內(nèi)的電流的存在波動。因此，存在的問題是這個傳統(tǒng)方法還在以高精確度估計電池充電率上存在困難。
[0018]有鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種電池充電率估計裝置，該裝置不管由充放電電流檢測部的特性所引起的改變和變化以及電池內(nèi)電流的波動，能夠以高精確度估計電池充電率。
[0019]問題的解決方案
[0020]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1所述的電池充電率估計裝置包括:
[0021]充放電電流檢測部，用于檢測電池的充放電電流；
[0022]端子電壓檢測部，用于檢測電池的端子電壓；
[0023]開路電壓法充電率估計部，用于基于由充放電電流檢測部檢測到的充電電流和放電電流以及由端子電壓檢測部檢測到的端子電壓來估計電池的開路電壓，并且基于開路電壓從電池的開路電壓充電率特性估計開路電壓法充電率；
[0024]電流積分法充電率估計部，通過在電流積分模型中使用考慮到波動的電流作為輸入并且使用開路電壓法充電率以及作為觀測量獲得的充放電電流作為輸出，用于獲得電流積分法充電率作為狀態(tài)變量；以及
[0025]誤差校正值計算部，通過比較由電流積分法充電率估計部獲得的電流積分法充電率和由開路電壓法充電率估計部估計的開路電壓法充電率，用于計算校正電流積分法充電率的誤差校正值，其中，
[0026]電流積分法充電率估計部通過使用由誤差校正值計算部計算的誤差校正值校正電流積分法充電率。
[0027]根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池充電率估計裝置是根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池充電率估計裝置，其中，
[0028]誤差校正值計算部具有卡爾曼濾波器并且通過將電流積分法充電率與開路電壓法充電率之間的差乘以卡爾曼增益獲得誤差校正值。
[0029]本發(fā)明的效果
[0030]根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池充電率估計裝置，不管由充放電電流檢測部的特性所引起的改變和變化以及電池內(nèi)的電流的波動，能夠以高精確度估計電池充電率。
[0031]根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池充電率估計裝置，通過使用卡爾曼濾波器能夠容易地校正電流積分法充電率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]〔圖1]是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電池充電率估計裝置的構(gòu)造的框圖；
[0033]〔圖2]是示出了根據(jù)一個實施方式的由電池充電率估計裝置使用的電池等效電路模型的示圖；
[0034]〔圖3]是示出了在根據(jù)一個實施方式的電池充電率估計裝置的模擬中匯總了圖2的電池等效電路模型的電阻器和電容器的值的表的示圖；
[0035]〔圖4]是示出了圖2的電池等效電路模型的開路電壓充電率特性的示圖；
[0036]〔圖5]是示出了充放電電流的波形、端子電壓的波形以及充電率的真實值的波形的示圖；
[0037]〔圖6幻是示出了在條件1下的模擬中，通過電流積分法估計的充電率的示圖；
[0038]〔圖68]是示出了在條件1下的模擬中，通過開路電壓法估計的充電率的示圖；
[0039]〔圖6(:]是示出了在條件1下的模擬中，通過傳感器融合法估計的充電率的示圖；
[0040]〔圖7幻是示出了在條件1下的模擬中，通過使用電流積分法進行估計所引起的誤差的示圖；
[0041][圖78]是示出了在條件1下的模擬中，通過使用開路電壓法進行估計所引起的誤差的示圖；
[0042][圖7(:]是示出了在條件1下的模擬中，通過使用傳感器融合法進行估計所引起的誤差的示圖；
[0043]〔圖8幻是示出了在條件2下的模擬中，通過電流積分法估計的充電率的示圖；
[0044]〔圖88]是示出了在條件2下的模擬中，通過開路電壓法估計的充電率的示圖；
[0045]〔圖8(:]是示出了在條件2下的模擬中，通過傳感器融合法估計的充電率的示圖；
[0046]〔圖9幻是示出了在條件2下的模擬中，通過使用電流積分法進行估計所引起的誤差的示圖；
[0047][圖9B]是示出了在條件2下的模擬中，通過使用開路電壓法進行估計所引起的誤差的示圖；
[0048][圖9C]是示出了在條件2下的模擬中，通過使用傳感器融合法進行估計所引起的誤差的示圖；
[0049][圖10A]是示出了在條件6下的模擬中，通過電流積分法估計的充電率的示圖；
[0050][圖10B]是示出了在條件6下的模擬中，通過開路電壓法估計的充電率的示圖；
[0051][圖10C]是示出了在條件6下的模擬中，通過傳感器融合法估計的充電率的示圖；
[0052][圖11A]是示出了在條件6下的模擬中，通過使用電流積分法進行估計所引起的誤差的示圖；
[0053][圖11B]是示出了在條件6下的模擬中，通過使用開路電壓法進行估計所引起的誤差的示圖；
[0054][圖11C]是示出了在條件6下的模擬中，通過使用傳感器融合法進行估計所引起的誤差的示圖；并且
[0055][圖12]是示出了將通過估計的方法獲得的模擬結(jié)果進行比較的示圖。

【具體實施方式】
[0056]在下文中，將基于在附圖中示出的實例詳細地描述本發(fā)明的實施方式。
[0057]根據(jù)本實施方式的電池充電率估計裝置被安裝在具有內(nèi)燃機和用于驅(qū)動的電動機的混合動力車輛中(HEV:混合電動車輛)。電池充電率估計裝置被連接至電池并且對電池充電率進行估計，該電池提供用于操作用于驅(qū)動的電動機和電子設(shè)備的電力。
[0058]首先，將參照圖1描述根據(jù)本實施方式的電池充電率估計裝置的整體構(gòu)造。
[0059]如在圖中所示，連接至電池B的充電率估計裝置包括充放電電流檢測部1、端子電壓檢測部2、電流積分法充電率估計部(電流積分法SOC估計部)3、開路電壓法充電率估計部(開路電壓法SOC估計部)4、減法部5以及卡爾曼濾波器(卡爾曼增益)6。
[0060]電池B是可再充電電池，并且例如，根據(jù)本實施方式可以是鋰離子電池。應(yīng)注意，根據(jù)本實施方式，理所當然的是電池B不是必須為鋰離子電池而且可以是諸如鎳金屬氫化物電池等的其它類型的電池。
[0061]當從電池B向電動機等(未示出)供應(yīng)電力時,充放電電流檢測部I檢測放電電流i的大小。當在制動期間起到發(fā)電機的作用的電動機并且由電池B收集部分制動能量時，或者當從安裝在地面上的電源設(shè)備對電池B進行充電時，充放電電流檢測部I還檢測充電電流i的大小。充放電電流檢測部I通過使用例如分流電阻器等來檢測在電池B的內(nèi)部流動的充放電電流i。
[0062]檢測到的充放電電流i作為輸入信號被輸入至電流積分法充電率估計部3和開路電壓法充電率估計部4這兩者中。
[0063]應(yīng)注意，可適當?shù)夭捎镁哂懈鞣N配置的任意類型的充放電電流檢測部I。
[0064]端子電壓檢測部2檢測電池B的端子之間的電壓。通過端子電壓檢測部2檢測到的端子電壓V被輸入至開路電壓法充電率估計部4。
[0065]可適當?shù)夭捎镁哂懈鞣N配置的任意類型的端子電壓檢測部2。
[0066]通過充放電電流檢測部1檢測到的充放電電流1和通過卡爾曼濾波器6獲得的誤差校正值被輸入至電流積分法充電率估計部3。電流積分法充電率估計部3在電流積分模型中使用考慮到波動的電流作為輸入并且因此獲得用作狀態(tài)變量的電流積分法充電率。同樣，電流積分法充電率估計部3基于誤差校正值來校正電流積分法充電率并且因此獲得電流積分法充電率30(^
[0067]這里，電流積分法充電率30以是包括具有疊加在其上的誤差叫的真實的充電率的值。
[0068]電流積分法充電率被輸入至減法部5。
[0069]應(yīng)注意，下面將詳細描述由電流積分法充電率估計部3執(zhí)行的上述處理和計算。
[0070]開路電壓法充電率估計部4基于從充放電電流檢測部1獲得的充放電電流1以及從端子電壓檢測部2獲得的端子電壓V，通過使用具有在圖2中示出的電池8的電池等效電路模型的卡爾曼濾波器(未示出)來估計電池8的開路電壓0”(開路電壓)。
[0071]開路電壓法充電率估計部4存儲關(guān)系數(shù)據(jù):在實驗中初步獲得的并且在圖4中示出的電池8的開路電壓[幻-充電率[^]，并且通過使用該關(guān)系數(shù)據(jù)獲得與所估計的開路電壓0(^相對應(yīng)的開路電壓法充電率30匕。應(yīng)注意，開路電壓法充電率30^；是包括具有疊加在其上的噪聲\的電池8的真實的充電率的值。
[0072]開路電壓法充電率被輸入至減法部5。
[0073]在開路電壓法充電率估計部4的卡爾曼濾波器中，輸入至電池8的電池等效電路模型的輸入與輸入至實際的電池8的輸入(諸如充放電電流以及電池溫度)相同。然后，卡爾曼濾波器在電池等效電路模型與實際的電池8的輸出(端子電壓)之間進行比較。當它們之間存在差值時，卡爾曼濾波器通過將該差值乘以卡爾曼增益來執(zhí)行反饋并且校正形成電池等效電路模型的電阻器和電容器的值使得誤差最小化。通過連續(xù)地重復(fù)這個處理，來估計表不真實的內(nèi)部狀態(tài)量的開路電壓0(^。
[0074]另一方面，根據(jù)本實施方式的在圖2中示出的電池等效電路模型采用福斯特型(^081:61-1:7156) 梯形電路。
[0075]這個電路是由串聯(lián)連接至用于設(shè)定諸如電池8的電解液電阻和連接的歐姆電阻的直流分量的電阻I'。的四個并聯(lián)電路組成，并且四個并聯(lián)電路包括代表快速響應(yīng)并且分別包括電荷轉(zhuǎn)移電阻4和巧以及電容^和(?的兩個并聯(lián)電路；以及代表慢速響應(yīng)并且分別包括擴散過程電阻巧和4以及電容和的兩個并聯(lián)電路。
[0076]如在圖2中所示，在上述電路中，并聯(lián)電路分別包括電壓6工、電壓62、電壓63和電壓64。端子電壓V是通過將過壓11 ( = 1~0 X 1+6^+63+63+64)加上開路電壓0”而獲得的。
[0077]減法部5從通過開路電壓法充電率估計部4獲得的開路電壓法充電率30(^減去通過電流積分法充電率估計部3獲得的電流積分法充電率，并且因此獲得誤差之間的差值(打廠叫)。
[0078]誤差之間的這個差值被輸入至卡爾曼濾波器6。
[0079]卡爾曼濾波器6將從減法部5輸入的誤差之間的差值乘以卡爾曼增益，并且因此計算誤差校正值。然后，卡爾曼濾波器6將誤差校正值輸入至電流積分法充電率估計部3。
[0080]應(yīng)注意，卡爾曼濾波器6通過以電流積分法充電率30(^的誤差~變?yōu)榱愕姆绞秸{(diào)整卡爾曼增益來執(zhí)行反饋。
[0081]同樣，減法部5和卡爾曼濾波器6與本發(fā)明的誤差校正值計算部相對應(yīng)。
[0082]接下來，下面將描述通過電流積分法充電率估計部3執(zhí)行的處理。
[0083]這里，通過使用由開路電壓法估計的充電率300的電流積分法的計算的校正允許總體簡單的構(gòu)造。將考慮實現(xiàn)這樣構(gòu)造的卡爾曼濾波器模型。
[0084]首先，考慮諸如數(shù)學式(1)的電流積分模型:
[0085]〔數(shù)學式1]
[0086]50?+1 = 500(,+1|(1)




0
[0087]這里，800, 1、和八〖分別表示充電率、充放電電流、滿充電容量和采樣周期。此外，指數(shù)&表示離散時間。
[0088]在前述數(shù)學式(1)中，狀態(tài)變量X、輸入11和輸出7被定義如下:
[0089]〔數(shù)學式2]
[0090]X = 800(2)
[0091]11 = 1(3)
[0092]7 = [800 II1(4)
[0093]在上述數(shù)學式中，具體地，輸出被分成充電率30(:和充放電電流1。
[0094]就是說，通過開路電壓法估計的充電率30(:和通過充放電電流檢測部1檢測到的充放電電流1這兩者被認為是分別具有疊加在其上的規(guī)則的白色傳感器噪聲的觀測量。
[0095]這時，假如V和界分別表示過程噪聲和傳感器噪聲，那么離散時間狀態(tài)空間模型由以下數(shù)學式表示:
[0096]〔數(shù)學式3]
[0097]-1(5)
I IVV 1
1 0
[0098]^ X + ^ 1^+哪《6》
篚?||I
[0099]這里，狀態(tài)變量X和輸入11分別表示充電率和充放電電流。
[0100]接下來，為了考慮與電流相關(guān)聯(lián)的過程噪聲，這個模型被轉(zhuǎn)變成擴展系統(tǒng)。
[0101]就是說，假設(shè)擴展系統(tǒng)的狀態(tài)變量2通過以下數(shù)學式表示:
[0102][數(shù)學式4]
[0103]1= 二(7)
[0104]則擴展系統(tǒng)的離散時間狀態(tài)空間模型通過以下數(shù)學式來表示:
[0105][數(shù)學式5]
[0106]2^+1= 1^00 / (0)
0 1
[0107]yic*8 Q ° Zk+Wk(9)
[0108]應(yīng)注意，ζ表示與電流相關(guān)聯(lián)的過程噪聲，S卩，電流的波動。
[0109]將卡爾曼濾波器應(yīng)用到包括追加電流的波動的模型而允許更好地估計充電率。
[0110]這里，為了描述與電流相關(guān)聯(lián)的過程噪聲ζ的含義，在電池外部流動的電流和在電池內(nèi)部流動的電流無需彼此相等。
[0111]因為在電池中發(fā)生了復(fù)雜的電化學反應(yīng)并且電流在電池的內(nèi)被局部偏置，這被認為是存在明顯的電荷的生成和消失。
[0112]盡管難以通過使用模型來表述這樣的現(xiàn)象，但在這種情況下可以認為，例如在電池的內(nèi)部流動的電流被看作是具有疊加在其上的規(guī)則的白色過程噪聲(平均值:0)的狀態(tài)變量中的一個。
[0113]就是說，其可被公式化為以下等式:
[0114][數(shù)學式6]
[0115]ik+1 = ik+?>k(10)
[0116]因為在電池的內(nèi)部流動的電流和電化學反應(yīng)是彼此緊密相關(guān)的，故事實上適合假定存如通過數(shù)學式(8)表示的過程噪聲，而不是具有作為如通過數(shù)學式(5)表示的輸入的電流并且假定過程噪聲沒有對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
[0117]應(yīng)注意，在實際的設(shè)計中，電流的過程噪聲將通過反復(fù)試驗被確定為調(diào)整參數(shù)。
[0118]接下來，將描述用于確認上述實施方式的充電率估計裝置的有效性的模擬結(jié)果。
[0119]首先，該模擬使用通過將HEV的實際的驅(qū)動電流的波形輸入至模擬具有滿充電容量6.5Ah的HEV電池的電池模型來獲得充放電電流和端子電壓。
[0120]這里，模擬HEV電池的電池模型是圖2中示出的等效電路模型，其具有圖3中示出的值并且還具有圖4中示出的開路電壓充電率的特性。
[0121]應(yīng)注意，滿充電容量的單位Ah是電荷量的單位并且滿足以下等式:lAh =3600C (庫倫)。
[0122]在圖5中示出了充放電電流的波形、端子電壓的波形以及充電率的真實值的波形。在圖中，水平軸表示時間[秒]，充放電電流[A]在被顯示在上部，端子電壓[V]被顯示在中間并且充電率[% ]的真實值被顯示在底部。當HEV主要在城市地區(qū)中的交通堵塞中行進通過時會頻繁地加速和減速。
[0123]應(yīng)注意，HEV的特征在于這樣的方式:除了通過充電再生制動進行充電之外，通過內(nèi)燃機的其充電率被控制為約50%，其與運行期間由再生制動單獨充電的EV顯著不同。
[0124]在這個模擬中，相互比較以下三個估計方法。即，
[0125](a)電流積分法；
[0126](b)使用卡爾曼濾波器的開路電壓法；以及
[0127](C)使用本發(fā)明，即本實施方式的上述兩個方法的組合的所謂的傳感器融合法被相互比較。
[0128]此外，給出了下面描述的七個條件。條件I被假定為理想狀況，并且所有的其他狀況被假定為最差值。
[0129]<條件1>不存在除了傳感器噪聲以外的量化誤差或其他誤差。
[0130]?條件2?電流傳感器(充放電電流檢測部)具有+5八的偏置誤差。
[0131]〈條件3?電流傳感器具有-5八的偏置誤差。
[0132]?條件4?開路電壓具有+0.的初始值誤差。
[0133]?條件5?開路電壓具有-0.2\的初始值誤差。
[0134]?條件6?電壓傳感器(端子電壓檢測部)具有+40-的偏置誤差。
[0135]?條件7?電壓傳感器具有-40-的偏置誤差。
[0136]此外，諸如量化誤差和傳感器噪聲的符合實際的冊乂/…傳感器的處理被添加至電流和端子電壓的波形。例如，電流傳感器被施加有平均值為0八并且方差為0.5八的噪聲以及利用0.7八的量化寬度進行量化。同樣，電壓傳感器被施加有平均值為01并且方差為20^的噪聲以及利用20！^的量化寬度進行量化。采樣周期被設(shè)定為0.1秒。
[0137]此外，設(shè)定四個項:卡爾曼濾波器的過程噪聲的方差0、傳感器噪聲的方差I(lǐng)'、狀態(tài)變量的估計值的初始值以及協(xié)方差？。。
[0138]由開路電壓法使用的卡爾曼濾波器的設(shè)定如下:
[0139][數(shù)學式7]
[0140]0 = (11^(0.1,10^,10^, 10^13) (11)
[0141]『=3.10—3(12)
[0142]？。= 10514??；4(13)
[0143]10=10.93 6.1-10-3 -1.2.10-2 6.1.10-〒(14)
[0144]接下來，由傳感器融合法使用的卡爾曼濾波器的設(shè)定如下:
[0145][數(shù)學式8]
[0146]0 = (11-- (10^, 10^5)(15)
[0147]1- = 3^ 10—2(16)
[0148]？ 0 = 10 1^x2(17)
[0149]0]了(18)
[0150]應(yīng)注意，表示測量出的充電率的初始值。因此，在條件4至7下，例如，包括誤差的值被給出作為初始值。
[0151]基于模擬的結(jié)果，如下面描述了對估計方法的結(jié)果的比較。
[0152]在圖6八至圖6(:中示出了在條件1下的模擬的充電率的估計的結(jié)果，并且其誤差的絕對值分別被示出在圖7八至圖7(:中。
[0153]應(yīng)注意，在圖6八至圖6?:中的水平軸表示時間[秒]、圖6八中的垂直軸表示通過電流積分法估計的充電率〕、圖68中的垂直軸表示通過使用卡爾曼濾波器的開路電壓法估計的充電率并且圖6(:中的垂直軸表示通過傳感器融合法估計的充電率。在圖6八至圖6(:中，實線和虛線分別表示估計值和真實值。應(yīng)注意，在圖6八至圖6(:中，其中由實線指示的值和由虛線指示的值的部分是相同的或彼此非常接近，虛線與實線重疊并且因此1(1被隱藏。同樣的情況對于以下描述的圖8至圖10同樣成立。
[0154]同樣，在圖7八至圖中的水平軸表示時間[秒]、圖7八中的垂直軸表示通過電流積分法估計的充電率的誤差〕、圖78中的垂直軸表示通過使用卡爾曼濾波器的開路電壓法估計的充電率的誤差1并且圖7(:中的垂直軸表示通過傳感器融合法估計的充電率的誤差
[0155]在這種情況下，可以看出通過傳感器融合法估計的充電率基本上收斂于真實值上。
[0156]在圖8八至圖8(:中示出了在條件2下的模擬的充電率的估計的結(jié)果，并且其誤差的絕對值分別被示出在圖9八至圖％中。
[0157]在圖8和圖9中，以類似于圖6和圖7的方式,水平軸表不時間并且垂直軸表不通過每個估計方法的充電率和誤差。
[0158]從結(jié)果可以看出，充電率的發(fā)散出現(xiàn)在電流積分法中，并且在開路電壓法中的充電率伴隨噪聲同時保持接近于真實值。然而，傳感器融合法通過對這些結(jié)果進行積分而允許以高精確度估計充電率。
[0159]在圖10八至圖10(:中示出了在條件6下的模擬的充電率的估計的結(jié)果，并且其誤差的絕對值分別被示出在圖11八至圖1X中。
[0160]同樣在圖10和圖11中，以類似于圖6和圖7的方式,水平軸表不時間并且垂直軸表示通過每個估計方法的充電率和誤差。
[0161]在這個條件下，盡管估計的充電率接近于真實值，但與在上述條件1和2下的估計相比沒有一個方法以高精確度進行估計。
[0162]就是說，在電流積分法中出現(xiàn)偏置誤差。這是因為，由于初始值是通過使用電壓傳感器獲得的，故電壓傳感器的偏置誤差對其具有影響。同樣，在開路電壓法中，與其他方法類似，估計的充電率包含大量噪聲。在傳感器融合法中，出現(xiàn)在收斂之后與電流積分法的偏置誤差處于相同水平的偏置誤差。
[0163]然而，如下面將描述的，在這種情況下估計的精確度的劣化仍處于不會在實際應(yīng)用中造成問題的水平上。
[0164]換言之，在條件6下的估計誤差中的劣化是由開路電壓法引起的。電壓傳感器的偏置誤差的影響以開路電壓法的充電率的估計的偏置誤差的形式出現(xiàn)。因此，與產(chǎn)生偏置誤差的電流積分法的組合將無法進行校正。
[0165]在條件1和2下，因為開路電壓法生成包含噪聲但不具有偏置誤差的估計值，故傳感器融合法可被用于校正。根據(jù)本發(fā)明，即本實施方式，因為假定由開路電壓法估計的充電率最初具有單獨疊加在其上的規(guī)則的白噪聲，故開路電壓法不能另外處理偏置誤差。
[0166]然而，如從示出了所有條件下的充電率估計的結(jié)果的圖12中的表中可以看出，當最差值，即給出的±40^的電壓傳感器的偏置誤差時，通過開路電壓法的充電率的估計的精確度僅劣化約3%，其不會在實際應(yīng)用中造成問題。
[0167]應(yīng)注意，在圖12中的表中，對于每個估計方法，均方根誤差(咖32:均方根誤差)匯總自充電率的真實值。然而，在應(yīng)32的計算中，考慮了對于最初的估計值的收斂所需要的時間并且在100秒與1000秒之間估計的結(jié)果被單獨用于計算。
[0168]從該表可以看出，即使當電流積分法的充電率的精確度極度劣化時，傳感器融合法可以以高精確度估計充電率。
[0169]盡管已參照如上所述的實施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此而是在沒有背離本發(fā)明的范圍的前提下包括其設(shè)計變型。
[0170]例如，根據(jù)本發(fā)明的電池充電率估計裝置，除了混合電動車輛之外還可適用于電動車輛和使用用于估計電池充電率的電池的其他產(chǎn)品。
[0171]參考標號歹"表
[0172]B 電池
[0173]I充放電電流檢測部
[0174]2端子電壓檢測部
[0175]3電流積分法充電率估計部
[0176]4開路電壓法充電率估計部
[0177]5減法部(誤差校正值計算部)
[0178]6卡爾曼濾波器(誤差校正值計算部)
【權(quán)利要求】
1.一種電池充電率估計裝置，包括: 充放電電流檢測部，用于檢測電池的充放電電流； 端子電壓檢測部，用于檢測所述電池的端子電壓； 開路電壓法充電率估計部，用于基于通過所述充放電電流檢測部檢測出的所述充放電電流和通過所述端子電壓檢測部檢測出的所述端子電壓來估計所述電池的開路電壓，并且用于基于所述開路電壓從所述電池的開路電壓充電率特性來估計開路電壓法充電率； 電流積分法充電率估計部，通過在電流積分模型中使用考慮了波動的電流作為輸入并且使用獲得作為觀測量的所述開路電壓法充電率和所述充放電電流作為輸出，用于獲得電流積分法充電率作為狀態(tài)變量；以及 誤差校正值計算部，通過在由所述電流積分法充電率估計部獲得的所述電流積分法充電率與由所述開路電壓法充電率估計部估計的所述開路電壓法充電率之間進行比較，用于計算用于校正所述電流積分法充電率的誤差校正值，其中， 所述電流積分法充電率估計部通過使用由所述誤差校正值計算部計算出的所述誤差校正值來校正所述電流積分法充電率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池充電率估計裝置，其中， 所述誤差校正值計算部具有卡爾曼濾波器并且通過將所述電流積分法充電率與所述開路電壓法充電率之間的差乘以卡爾曼增益來獲得所述誤差校正值。
【文檔編號】H01M10/48GK104285157SQ201380024601
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月11日
【發(fā)明者】馬場厚志, 足立修一 申請人:日本康奈可株式會社, 學校法人慶應(yīng)義塾