JP2010210457A - Control device of secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a secondary battery.
二次電池の制御装置として、二次電池の電圧が所定の基準変動量だけ変動した場合に、二次電池の内部抵抗に基づいて、電流の変動量を推定し、得られた電流の変動量の推定値と、電流センサなどの電流検出手段で検出した電流の変動量の検出値とを比較することにより、電流センサなどの電流検出手段の中間張り付き故障を検知する制御装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 As a control device for a secondary battery, when the voltage of the secondary battery fluctuates by a predetermined reference fluctuation amount, the current fluctuation amount is estimated based on the internal resistance of the secondary battery, and the obtained current fluctuation amount There is known a control device that detects an intermediate sticking failure of a current detection unit such as a current sensor by comparing the estimated value of the current value and a detected value of a fluctuation amount of a current detected by a current detection unit such as a current sensor. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、上記従来技術では、電流検出手段だけでなく、電圧検出手段が故障した場合でも、電流の変動量の推定値と、電流の変動量の検出値とが対応しなくなってしまうため、電流検出手段および電圧検出手段のうちいずれが故障しているかの判断ができないという問題があった。 However, in the above prior art, even if not only the current detection unit but also the voltage detection unit fails, the estimated value of the current fluctuation amount does not correspond to the detection value of the current fluctuation amount. There is a problem that it is impossible to determine which of the means and the voltage detecting means is out of order.
本発明が解決しようとする課題は、電流検出手段および電圧検出手段の故障を適切に検出することができる二次電池の制御装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a control device for a secondary battery capable of appropriately detecting a failure of the current detection means and the voltage detection means.
本発明は、電流検出手段および電圧検出手段により二次電池の電流および端子電圧を検出し、検出した電流および端子電圧の計測値から二次電池の内部状態を推定し、推定した内部状態に基づいて、電流検出手段および電圧検出手段の故障を検出することにより、上記課題を解決する。 The present invention detects the current and terminal voltage of the secondary battery by the current detection means and the voltage detection means, estimates the internal state of the secondary battery from the measured values of the detected current and terminal voltage, and based on the estimated internal state Thus, the problem is solved by detecting a failure of the current detection means and the voltage detection means.
本発明によれば、電流検出手段および電圧検出手段により検出した二次電池の電流および端子電圧から、二次電池の内部状態を推定し、推定した二次電池の内部状態に基づいて、電流検出手段および電圧検出手段の故障を検出することにより、電流検出手段および電圧検出手段のいずれが故障しているかを適切に判定することができる。 According to the present invention, the internal state of the secondary battery is estimated from the current and terminal voltage of the secondary battery detected by the current detection unit and the voltage detection unit, and current detection is performed based on the estimated internal state of the secondary battery. By detecting the failure of the means and the voltage detection means, it is possible to appropriately determine which of the current detection means and the voltage detection means is out of order.
図1は、本実施形態に係る二次電池の制御システムの構成を示す図である。図1に示す制御システムは、二次電池でモータ等の負荷を駆動したり、モータの回生による電力やエンジンを動力源としてオルタネータで発電した電力で二次電池を充電するシステムに、本発明に係る二次電池の制御装置を適用した例である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a control system for a secondary battery according to the present embodiment. The control system shown in FIG. 1 is applied to the present invention in a system that drives a load such as a motor with a secondary battery or charges a secondary battery with electric power generated by motor regeneration or power generated by an alternator using an engine as a power source. This is an example in which such a secondary battery control device is applied.
二次電池10は、複数の単位電池を直列に接続してなるものであり、二次電池10を構成する単位電池としては、たとえば、リチウムイオン二次電池などのリチウム系二次電池などが挙げられる。負荷20としては、たとえば、モータなどが挙げられる。
The
電流センサ40は、二次電池10に流れる充放電電流を検出するセンサであり、電流センサ40により検出された信号は、電子制御ユニット30へ送出される。また、電圧センサ50は、二次電池10の端子電圧を検出するセンサであり、電圧センサ50により検出された信号は、電子制御ユニット30へ送出される。
The
電子制御ユニット30は、二次電池10を制御するための制御ユニットであり、プログラムを演算するCPU、プログラムや演算結果を記憶するROMおよびRAMから構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成される。図2に、電子制御ユニット30の機能ブロック図を示す。
The
図2に示すように、電子制御ユニット30は、電流検出部301、電圧検出部302、適応デジタルフィルタ演算部303、センサ故障検出部304、および充電容量推定部307を備える。また、図2に示すように、センサ故障検出部304は、電圧センサ故障検出部305および電流センサ故障検出部306を備える。
As shown in FIG. 2, the
電流検出部301は、電流センサ40からの信号を所定周期で取得し、電流センサ40からの信号に基づき、二次電池10に流れる充放電電流を検出することにより、電流計測値I(t)を取得する。電流検出部301は、取得した電流計測値I(t)を適応デジタルフィルタ演算部303、センサ故障検出部304および充電容量推定部307に送出する。
The
電圧検出部302は、電圧センサ50からの信号を所定周期で取得し、電圧センサ50からの信号に基づき、二次電池10の端子電圧を検出することにより、電圧計測値V(t)を取得する。電圧検出部302は、取得した電圧計測値V(t)を適応デジタルフィルタ演算部303およびセンサ故障検出部304に送出する。
The
適応デジタルフィルタ演算部303は、二次電池10の電池モデルを定義し、電流検出部301により検出された電流計測値I(t)および電圧検出部302により検出された電圧計測値V(t)から、適応デジタルフィルタ演算により、二次電池10の電池モデルのパラメータを一括推定することで、二次電池10の内部状態の推定を行う。
以下、適応デジタルフィルタ演算部303による二次電池10の内部状態の推定方法について説明する。
The adaptive digital
Hereinafter, a method for estimating the internal state of the
まず、本実施形態で用いる「電池モデル」について、説明する。図3は、二次電池10の電池モデルを示す等価回路モデルであり、図3に示す等価回路モデルは、下記式(1)で表される。
ここで、R1、R2、C1を下記式(2)のように表すと、上記式(1)は、下記式(3)で表されることとなる。
次いで、上記式(3)に示される電池モデルから、適応デジタルフィルタを用いた電池パラメータ(K,T1,T2)の推定方法について、説明する。開路電圧V0(t)は、電流I(t)に可変なパラメータhを乗じたものをある初期状態から積分したものと考えれば、開路電圧V0(t)は、下記式(4)で表すことができる。
そして、上記式(3)に、上記式(4)を代入すると、下記式(5)となり、これを整理すると下記式(6)となる。
さらに、上記式(6)の両辺に安定なローパスフィルタ1/Glp(s)を乗じて、整理すると下記式(7)となる。
なお、本実施形態においては、ローパスフィルタ1/Glp(s)として、下記式(8)に示すものを用いたが、下記式(8)に示すものに限定はされない。下記式(8)において、τはフィルタの時定数である。
ここで、電流検出部301で検出した電流計測値I(t)、および電圧検出部302で検出した電圧計測値V(t)に、ローパスフィルタを施した値を下記式(9)で定義する。
上記式(7)を上記式(9)で書き直し、これをV2(t)について整理すると、下記式(10)となる。
そして、上記式(10)は、計測可能な値(I1(t)、I2(t)、I3(t)、V2(t)、V3(t))と未知パラメータ(T1,T2,K,h)との積和式になっているため、適応デジタルフィルタの標準形である下記式(11)と一致する。
したがって、電流検出部301で検出した電流計測値I(t)、および電圧検出部302で検出した電圧計測値V(t)にフィルタ処理した信号を、適応デジタルフィルタ演算に用いることで、電池内部状態を表す内部抵抗K、時定数T1およびT2、パラメータhから構成される未知パラメータベクトルθを一括推定することができる。
Therefore, by using the signal obtained by filtering the current measurement value I (t) detected by the
本実施形態では、単純な「最小二乗法による適応デジタルフィルタ」の論理的な欠点(一度推定値が収束すると、その後パラメータが変化しても再度正確な推定ができないこと)を改善した「両限トレースゲイン方式」を用いる。すなわち、上記式(11)を前提にすると、適応デジタルフィルタにより未知パラメータベクトルθを推定するためのアルゴリズムは、下記式(12)となる。
上記式(12)において、θ^(k)は、k時点の電池パラメータθ(k)の推定値を意味する。また、θ^(k)における右肩に付した「^」は、その値が推定値であることを示す。なお、上記式(12)中では、推定値である「^」を、θ(k)の「θ」の真上に示しているが、下記式(13)に示すように、これはθ^(k)と同義である。以下、R^(t)、C^(t)、V0^(t)、V^(t)、I^(t)、SOC^(t)、Cap^(t)においても同様である。
さらに、適応デジタルフィルタ演算部303は、上述した方法にしたがって算出した電池パラメータ(T1,T2,K,h)および電流検出部301で検出した電流計測値I(t)を用いて、たとえば、上記式(6)から、端子電圧推定値V^(t)を算出する。また、適応デジタルフィルタ演算部303は、同様に、算出した電池パラメータ(T1,T2,K,h)および電圧検出部302で検出した電圧計測値V(t)を用いて、たとえば、上記式(6)から、電流推定値I^(t)を算出する。そして、算出された電圧推定値V^(t)および電流推定値I^(t)も、内部抵抗推定値R^(t)、電気二重層容量推定値C^(t)、および電池パラメータ(T1,T2,K,h)とともに、センサ故障検出部304に送出される。
Furthermore, the adaptive digital
また、適応デジタルフィルタ演算部303は、次のようにして、推定した電池パラメータから、二次電池10の開路電圧V0を算出する。まず、上記式(3)を開路電圧V0について整理すると、下記式(14)となる。
開路電圧V0(t)の変化は比較的に穏やかであるため、上記式(14)の両辺に安定なローパスフィルタ1/Glp(s)を乗じ、1/Glp(s)を乗じて得られた値を開路電圧推定値V0^(t)として、下記式(15)によって推定する。
そして、上記式(15)に、上記式(9)を代入すると、下記式(16)となる。
よって、上記式(16)に、適応デジタルフィルタを用いて推定した電池パラメータ推定値(T1,T2,K)とローパスフィルタの出力(I1(t)、I2(t)、V1(t)、V2(t))を代入することで開路電圧の推定を行うことでき、これにより開路電圧推定値V0^(t)の算出が行われる。このようにして算出された開路電圧推定値V0^(t)は、センサ故障検出部304および充電容量推定部307に送出される。また、開路電圧推定値V0^(t)は、二次電池10の充放電可能容量の推定や入出力可能電力の推定などの二次電池10を制御するための各種演算に用いられる。
Therefore, the battery parameter estimated values (T 1 , T 2 , K) estimated using the adaptive digital filter and the outputs (I 1 (t), I 2 (t), V 1 By substituting (t) and V 2 (t)), it is possible to estimate the open circuit voltage, thereby calculating the open circuit voltage estimated value V 0 ^ (t). The calculated open circuit voltage estimated value V 0 ^ (t) is sent to the sensor failure detection unit 304 and the charge
さらに、適応デジタルフィルタ演算部303は、後述するセンサ故障検出部304から、電流センサ40および電圧センサ50の故障判定結果を取得する。そして、適応デジタルフィルタ演算部303は、センサ故障検出部304により電流センサ40が故障している旨の判定結果を取得した場合には、電圧検出部301により検出された電圧計測値V(t)のみを用いて、適応デジタルフィルタ演算を行う。同様に、適応デジタルフィルタ演算部303は、センサ故障検出部304により電圧センサ50が故障している旨の判定結果を取得した場合には、電流検出部301により検出された電流計測値I(t)のみを用いて、適応デジタルフィルタ演算を行う。
Further, the adaptive digital
センサ故障検出部304は、電流検出部301により検出された電流計測値I(t)、電圧検出部302により検出された電圧計測値V(t)、ならびに、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された電流推定値I^(t)、電圧推定値V^(t)、開路電圧推定値V0^(t)、内部抵抗推定値R^(t)、電気二重層容量推定値C^(t)、および電池パラメータ(T1,T2,K,h)に基づいて、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障しているか否かの検出を行う。そして、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判定された場合には、電圧センサ故障検出部305により、電流センサ40および電圧センサ50のうちいずれのセンサが故障しているかについての判定が行われる。そして、判定結果は、適応デジタルフィルタ演算部303および充電容量推定部307に送出される。なお、センサ故障検出部304および電圧センサ故障検出部305による故障判定方法については後述する。
The sensor failure detection unit 304 is calculated by the current measurement value I (t) detected by the
充電容量推定部307は、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された開路電圧推定値V0^(t)を用いて、予め取得した二次電池10の開路電圧−充電率特性に基づいて、二次電池10の充電率を推定し、これにより、充電率推定値SOC^(t)を算出する。そして、充電容量推定部307は、充電率推定値SOC^(t)および二次電池10の電池容量から、二次電池10の充電容量推定値Cap^(t)を算出する。ここで、二次電池10の開路電圧−充電率特性の一例を図4に示す。本実施形態では、二次電池10の開路電圧−充電率特性は、電子制御ユニット30に備えられたRAMに予め記憶されており、二次電池10について、予め実験などにより、開路電圧と充電率との関係を求めることにより得ることができる。
The charge
また、充電容量推定部307は、センサ故障検出部304から、電流センサ40および電圧センサ50の故障判定結果を取得する。そして、センサ故障検出部304により電圧センサ50が故障している旨の判定結果を取得した場合には、充電容量推定部307は、上記方法に代えて、電流検出部301により検出された電流計測値I(t)を積算することにより、二次電池10の充電容量を推定して、二次電池10の充電容量推定値Cap^(t)を算出する。一方、センサ故障検出部304により電流センサ40が故障している旨の判定結果を取得した場合には、充電容量推定部307は、上記方法に代えて、電圧検出部302により検出された電圧計測値V(t)のみを用いて、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された電流推定値I^(t)を取得し、電流推定値I^(t)を積算することにより、二次電池10の充電容量を推定して、二次電池10の充電容量推定値Cap^(t)を算出する。
In addition, the charge
次いで、本実施形態における、二次電池10の内部状態推定処理およびセンサ故障判定処理を、図5に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図5に示す処理は一定周期毎(本実施形態では、100msec毎)に実施される。以下の説明においては、I(k)は今回の実行周期の電流値(今回の計測値)、I(k−1)は1回前の実行周期での電流値(前回の計測値)とし、電流以外の値に関しても同様に表記する。なお、以下に説明する処理は、電子制御ユニット30により行われる。
Next, the internal state estimation process and sensor failure determination process of the
まず、ステップS1では、電流検出部301、および電圧検出部302により、電流計測値I(k)、および電圧計測値V(k)の取得が行われる。電流計測値I(k)は適応デジタルフィルタ演算部303、センサ故障検出部304および充電容量推定部307に、電圧計測値V(k)は適応デジタルフィルタ演算部303およびセンサ故障検出部304に、それぞれ送出される。
First, in step S1, the current measurement value I (k) and the voltage measurement value V (k) are acquired by the
ステップS2では、適応デジタルフィルタ演算部303により、ステップS1で取得した電流計測値I(k)、および電圧計測値V(k)に基づき、上述した方法にしたがい、適応デジタルフィルタ演算により、電池パラメータ(T1,T2,K,h)、内部抵抗推定値R^(k)、電気二重層容量推定値C^(k)、電流推定値I^(k)、電圧推定値V^(k)、および開路電圧推定値V0^(k)の算出が行われ、これらは、サンサ故障検出部304に送出される。また、算出された開路電圧推定値V0^(k)は、充電容量推定部307へも送出される。
In step S2, the adaptive digital
ステップS3では、センサ故障検出部304により、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障しているか否かの判定が行われる。なお、センサ故障検出部304による、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障しているか否かの判定は、たとえば、次に挙げる基準により行われる。
In step S <b> 3, the sensor failure detection unit 304 determines whether at least one of the
[a1]すなわち、第1に、センサ故障検出部304は、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された電池パラメータ(T1,T2,K,h)のうち、少なくとも1つのパラメータが、1回前の実行周期(k−1)と比較して、所定値以上変化した場合に、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断する。これら電池パラメータ(T1,T2,K,h)は、通常は、徐々に変化していくものであり、短時間で大きく変化するものではないため、電池パラメータ(T1,T2,K,h)のうち、少なくとも1つのパラメータが、所定値以上変化した場合には、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断することができる。そのため、本実施形態では、このような場合に、いずれかのセンサが故障していると判断する。
なお、この場合において、電池パラメータ(T1,T2,K,h)のうち、少なくとも1つのパラメータが、1回前の実行周期(k−1)と比較して、所定値以上変化したかを判断する代わりに、たとえば、電池パラメータを所定時間にわたって記憶しておき、所定時間におけるこれら電池パラメータの変化量のうち、少なくとも一つのパラメータの変化量が所定値以上である場合に、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断するような構成としてもよい。
[a1] That is, first, the sensor failure detection unit 304 determines that at least one of the battery parameters (T 1 , T 2 , K, h) calculated by the adaptive digital
In this case, whether at least one of the battery parameters (T 1 , T 2 , K, h) has changed by a predetermined value or more compared to the previous execution cycle (k−1). For example, when the battery parameters are stored for a predetermined time and the change amount of at least one parameter among the change amounts of these battery parameters during the predetermined time is equal to or greater than a predetermined value, the
[a2]第2に、センサ故障検出部304は、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された開路電圧推定値V0^(k)、内部抵抗推定値R^(k)、および電気二重層容量推定値C^(k)のうち少なくとも一つが、1回前の実行周期(k−1)と比較して、所定値以上変化した場合に、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断する。二次電池10の開路電圧V0、内部抵抗R、電気二重層容量Cは、通常は、徐々に変化していくものであり、短時間で大きく変化するものではないため、開路電圧推定値V0^(k)、内部抵抗推定値R^(k)、および電気二重層容量推定値C^(k)のうち少なくとも一つが、所定値以上変化した場合には、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断することができる。そのため、本実施形態では、このような場合に、いずれかのセンサが故障していると判断する。
なお、この場合においても、開路電圧推定値V0^(k)、内部抵抗推定値R^(k)、および電気二重層容量推定値C^(k)のうち少なくとも一つが、1回前の実行周期(k−1)と比較して、所定値以上変化したかを判断する代わりに、たとえば、これら各推定値を所定時間にわたって記憶しておき、所定時間における各推定値の変化量のうち、少なくとも一つの推定の変化量が所定値以上である場合に、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断するような構成としてもよい。
[a2] Secondly, the sensor failure detection unit 304 includes an open circuit voltage estimated value V 0 (k), an internal resistance estimated value R (k) calculated by the adaptive digital
Even in this case, at least one of the open circuit voltage estimated value V 0 ^ (k), the internal resistance estimated value R ^ (k), and the electric double layer capacity estimated value C ^ (k) is Instead of determining whether the value has changed by a predetermined value or more compared to the execution cycle (k-1), for example, each of these estimated values is stored for a predetermined time, and the amount of change of each estimated value in the predetermined time The configuration may be such that when at least one estimated change amount is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that at least one of the
[a3]第3に、センサ故障検出部304は、電流検出部301により検出された電流計測値I(k)と、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された電流推定値I^(k)と、を比較して、これらの間に所定値以上の差がある場合に、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断する。電流計測値I(k)と電流推定値I^(k)とは、通常、大きく乖離することはないため、これらの差が所定値以上である場合には、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判断することができる。そのため、本実施形態では、このような場合に、いずれかのセンサが故障していると判断する。
[a3] Third, the sensor failure detection unit 304 includes the current measurement value I (k) detected by the
以上の基準により、センサ故障検出部304は、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障しているか否かの判定を行う。
Based on the above criteria, the sensor failure detection unit 304 determines whether at least one of the
そして、センサ故障検出部304による判定の結果、電流センサ40および電圧センサ50のいずれも故障していないと判定された場合には、ステップS4にて、電流センサ40および電圧センサ50のいずれも正常であるとの判定がなされ、判定結果が適応デジタルフィルタ演算部303および充電容量推定部307に送出された後、ステップS8に進む。一方、センサ故障検出部304による判定の結果、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判定された場合には、ステップS5に進む。
If it is determined that neither the
ステップS5では、電圧センサ故障検出部305により、電圧センサ50が故障しているか否かの判定が行われる。なお、電圧センサ故障検出部305による、電圧センサ50が故障しているか否かの判定は、たとえば、次に挙げる基準により行われる。
In step S5, the voltage sensor failure detection unit 305 determines whether or not the
[b1]すなわち、第1に、電圧センサ故障検出部305は、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された内部抵抗推定値R^(k)がゼロに収束する場合に、電圧センサ50が故障していると判断する。二次電池10は、通常、所定の抵抗値を有するものであり、そのため、二次電池10の内部抵抗Rはゼロとなることはない。その一方で、電圧センサ50が故障している場合には、内部抵抗推定値R^(k)はゼロに収束する傾向にあるため、本実施形態では、このような場合に、電圧センサ50が故障していると判断する。なお、内部抵抗推定値R^(k)がゼロに収束したか否かの判断は、たとえば、内部抵抗推定値R^(k)を所定時間にわたって記憶しておき、所定時間における内部抵抗推定値R^(k)の推移に基づいて判断することができる。
[b1] That is, first, the voltage sensor failure detection unit 305 causes the
[b2]第2に、電圧センサ故障検出部305は、電圧検出部302により検出された電圧計測値V(k)と、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された電圧推定値V^(k)と、を比較して、これらの間に所定値以上の差がある場合に、電圧センサ50が故障していると判断する。電圧計測値V(k)と電圧推定値V^(k)とは、通常、大きく乖離することはないが、電圧センサ50が故障している場合には、これらの差が乖離する傾向にある。そのため、本実施形態では、このような場合に、電圧センサ50が故障していると判断する。
[b2] Secondly, the voltage sensor failure detection unit 305 detects the voltage measurement value V (k) detected by the
[b3]第3に、電圧センサ故障検出部305は、適応デジタルフィルタ演算部303により算出されたパラメータhがゼロに収束する場合に、電圧センサ50が故障していると判断する。式(4)で示される通り、開路電圧V0は、二次電池に流れる電流に可変なパラメータhを乗じたものをある初期状態から積分したものと考えることができ、このパラメータhは、通常、ゼロとなることはない。その一方で、電圧センサ50が故障している場合には、パラメータhはゼロに収束する傾向にあるため、本実施形態では、このような場合に、電圧センサ50が故障していると判断する。なお、パラメータhがゼロに収束したか否かの判断は、たとえば、パラメータhを所定時間にわたって記憶しておき、所定時間におけるパラメータhの推移に基づいて判断することができる。
[b3] Third, the voltage sensor failure detection unit 305 determines that the
[b4]第4に、電圧センサ故障検出部305は、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された電池パラメータ(T1,T2,K,h)のうち、電流センサ40により検出された電流計測値I(k)に対応したパラメータがゼロに収束する場合に、電圧センサ50が故障していると判断する。ここで、適応デジタルフィルタ演算部303により行われる適応デジタルフィルタ演算においては、電流センサ40により検出された電流計測値I(k)および電圧センサ50により検出された電圧計測値V(k)の間に一定の相関関係があることを前提として、それぞれに重み付けをして、電池パラメータ(T1,T2,K,h)を算出するものである。しかしその一方で、電圧センサ50に故障が発生した場合には、正確な電圧計測値V(k)を取得することができなくなり、これにより、電流計測値I(k)と電圧計測値V(k)との相関関係が無くなってしまい、その結果、電池パラメータ(T1,T2,K,h)のうち、電流センサ40により検出された電流計測値I(k)に対応したパラメータがゼロに収束する傾向にある。そのため、本実施形態では、このような場合に、電圧センサ50が故障していると判断する。なお、電流計測値I(k)に対応したパラメータがゼロに収束したか否かの判断は、たとえば、電流計測値I(k)に対応したパラメータを所定時間にわたって記憶しておき、所定時間におけるパラメータの推移に基づいて判断することができる。また、電池パラメータ(T1,T2,K,h)のうち、電流センサ40により検出された電流計測値I(k)に対応したパラメータとしては、パラメータT2,K,hが挙げられる(上記式(10)参照)。
[b4] Fourth, the voltage sensor failure detection unit 305 measures the current detected by the
以上の基準により、電圧センサ故障検出部305は、電圧センサ50が故障しているか否かの判定を行う。
Based on the above criteria, the voltage sensor failure detection unit 305 determines whether or not the
そして、電圧センサ故障検出部305による判定の結果、電圧センサ50が故障していると判定された場合には、ステップS6にて、電圧センサ50が故障しているとの判定がなされ、判定結果が適応デジタルフィルタ演算部303および充電容量推定部307に送出された後、ステップS8に進む。一方、電圧センサ故障検出部305による判定の結果、電圧センサ50が故障していないと判定された場合には、ステップS7にて、電流センサ40が故障しているとの判定がなされ、判定結果が適応デジタルフィルタ演算部303および充電容量推定部307に送出された後、ステップS8に進む。
If it is determined as a result of determination by the voltage sensor failure detection unit 305 that the
ステップS8では、充電容量推定部307により、二次電池10の充電容量推定値Cap^(k)の算出が行われる。充電容量推定部307は、電流センサ40および電圧センサ50のいずれも正常である旨の判定結果を取得している場合には、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された開路電圧推定値V0^(k)を用いて、充電率推定値SOC^(k)を算出し、これに基づき、二次電池10の充電容量推定値Cap^(k)を算出する。また、充電容量推定部307は、電圧センサ50が故障している旨の判定結果を取得している場合には、電流検出部301により検出された電流計測値I(k)を積算することにより、二次電池10の充電容量推定値Cap^(k)を算出する。さらに、充電容量推定部307は、電流センサ40が故障している旨の判定結果を取得している場合には、電圧検出部302により検出された電圧計測値V(k)のみを用いて適応デジタルフィルタ演算部303により算出された電流推定値I^(k)を取得し、電流推定値I^(k)を積算することにより、二次電池10の充電容量推定値Cap^(k)を算出する。
In step S <b> 8, the charge
本実施形態では、以上のようにして二次電池10の内部状態推定処理およびセンサ故障判定処理が行われる。
In the present embodiment, the internal state estimation process and sensor failure determination process of the
本実施形態によれば、電池モデルを用いた適応デジタルフィルタ演算により、二次電池10の電池モデルのパラメータを一括推定し、二次電池10の内部状態の推定を行い、その結果に基づいて、電流センサ40および電圧センサ50の故障を検出するものであるため、電流センサ40および電圧センサ50のいずれが故障しているかを適切に判定することができる。特に、本実施形態によれば、電流センサ40により検出された電流計測値I(k)および電圧センサ50により検出された電圧計測値V(k)以外の計測値や温度情報などのその他の情報を用いることなく、電流センサ40および電圧センサ50のいずれが故障しているかを適切に判定することができるものである。
According to the present embodiment, by the adaptive digital filter calculation using the battery model, the parameters of the battery model of the
加えて、本実施形態によれば、電流センサ40および電圧センサ50のいずれか一方が故障している場合には、充電容量推定部307による充電容量推定値Cap^(k)の算出方法を、故障が検出されたセンサの種類に応じて、変化させるものであるため、電流センサ40および電圧センサ50のいずれか一方に故障が検出された場合でも、良好に充電容量推定値Cap^(k)の算出を継続することが可能となる。そして、その結果として、二次電池10の制御精度(たとえば、二次電池10の充放電可能容量の推定精度や入出力可能電力の推定精度など)の向上が可能となる。
In addition, according to the present embodiment, when either one of the
なお、上述した実施形態において、電流センサ40は本発明の電流検出手段に、電圧センサ50は本発明の電圧検出手段に、適応デジタルフィルタ演算部303は本発明の内部状態推定手段および電圧推定手段に、センサ故障検出部304、電圧センサ故障検出部305および電流センサ故障検出部306は本発明の故障検出手段に、それぞれ相当する。
In the embodiment described above, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment was described in order to make an understanding of this invention easy, and was not described in order to limit this invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
たとえば、上述の実施形態においては、図5に示すように、ステップS5において、電圧センサ故障検出部305により、電圧センサ50の故障の有無判定し、これに基づき、電流センサ40および電圧センサ50のいずれが故障しているかを判断するような構成としたが、図6に示すように、電流センサ故障検出部306により、電流センサ40の故障の有無判定し、これに基づき、電流センサ40および電圧センサ50のいずれが故障しているかを判断するような構成としてもよい(図6のステップS5’)。なお、図6は、他の実施形態における二次電池の内部状態推定処理およびセンサ故障判定処理を示すフローチャートであり、図5に示すフローチャートにおけるステップS5の代わりに、ステップS5’を実行する以外は、同様となっている。
For example, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 5, in step S <b> 5, the voltage sensor failure detection unit 305 determines whether or not the
図6に示すフローチャートにおいては、ステップS4における、センサ故障検出部304による判定の結果、電流センサ40および電圧センサ50のうち少なくとも一方のセンサが故障していると判定された場合には、ステップS5’に進み、電流センサ故障検出部306により、電流センサ40が故障しているか否かの判定が行われる。なお、電流センサ故障検出部306による、電流センサ40が故障しているか否かの判定は、たとえば、次に挙げる基準により行われる。
In the flowchart shown in FIG. 6, when it is determined that at least one of the
すなわち、電流センサ故障検出部306は、適応デジタルフィルタ演算部303により算出された電池パラメータ(T1,T2,K,h)のうち、電圧センサ50により検出された電圧計測値V(k)に対応したパラメータが所定値に収束する場合に、電流センサ40が故障していると判断する。上述したように、適応デジタルフィルタ演算部303により行われる適応デジタルフィルタ演算においては、電流センサ40により検出された電流計測値I(k)および電圧センサ50により検出された電圧計測値V(k)の間に一定の相関関係があることを前提として、それぞれに重み付けをして、電池パラメータ(T1,T2,K,h)を算出するものである。しかしその一方で、電流センサ40に故障が発生した場合には、正確な電流計測値I(k)を取得することができなくなり、これにより、電流計測値I(k)と電圧計測値V(k)との相関関係が無くなってしまい、その結果、電池パラメータ(T1,T2,K,h)のうち、電圧センサ50により検出された電圧計測値V(k)に対応したパラメータが所定値に収束する傾向にある。そのため、本実施形態では、このような場合に、電流センサ50が故障していると判断する。なお、電圧計測値V(k)に対応したパラメータが所定値に収束したか否かの判断は、たとえば、電圧計測値V(k)に対応したパラメータを所定時間にわたって記憶しておき、所定時間におけるパラメータの推移に基づいて判断することができる。また、電池パラメータ(T1,T2,K,h)のうち、電圧センサ50により検出された電圧計測値V(k)に対応したパラメータとしては、パラメータT1が挙げられる(上記式(10)参照)。
That is, the current sensor failure detection unit 306 includes the measured voltage value V (k) detected by the
そして、電流センサ故障検出部306による判定の結果、電流センサ40が故障していると判定された場合には、ステップS7にて、電流センサ40が故障しているとの判定がなされ、判定結果が適応デジタルフィルタ演算部303および充電容量推定部307に送出された後、ステップS8に進むこととなる。一方、電流センサ故障検出部306による判定の結果、電流センサ40が故障していないと判定された場合には、ステップS6にて、電圧センサ50が故障しているとの判定がなされ、判定結果が適応デジタルフィルタ演算部303および充電容量推定部307に送出された後、ステップS8に進むこととなる。
If the current sensor failure detection unit 306 determines that the
10…二次電池
20…負荷
30…電子制御ユニット
301…電流検出部
302…電圧検出部
303…適応デジタルフィルタ演算部
304…センサ故障検出部
305…電圧センサ故障検出部
306…電流センサ故障検出部
307…充電容量推定部
40…電流センサ
50…電圧センサ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段および電圧検出手段により検出された電流および端子電圧の計測値から、前記二次電池の内部状態を推定する内部状態推定手段と、
前記内部状態推定手段により推定した前記二次電池の内部状態に基づいて、前記電流検出手段および電圧検出手段の故障を検出する故障検出手段と、
を備えることを特徴とする二次電池の制御装置。 Current detection means for detecting the current of the secondary battery;
Voltage detecting means for detecting a terminal voltage of the secondary battery;
An internal state estimating means for estimating an internal state of the secondary battery from measured values of the current and terminal voltage detected by the current detecting means and the voltage detecting means;
A failure detection means for detecting a failure of the current detection means and the voltage detection means based on the internal state of the secondary battery estimated by the internal state estimation means;
A control apparatus for a secondary battery comprising:
前記故障検出手段は、前記電圧検出手段により検出された端子電圧の計測値と、前記電圧推定手段により推定された端子電圧の推定値とを比較し、前記端子電圧の計測値と前記端子電圧の推定値との差が所定値以上である場合に、前記電圧検出手段が故障していると判定することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の二次電池の制御装置。 Voltage estimation means for estimating the terminal voltage of the secondary battery from the internal state of the secondary battery estimated by the internal state estimation means and the measured value of the current detected by the current detection means;
The failure detection means compares the measured value of the terminal voltage detected by the voltage detection means with the estimated value of the terminal voltage estimated by the voltage estimation means, and compares the measured value of the terminal voltage and the terminal voltage. 5. The secondary battery control device according to claim 1, wherein when the difference from the estimated value is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the voltage detection unit is out of order.
前記充電容量推定手段は、前記故障検出手段により前記電圧検出手段が故障していると判定された場合には、前記電流検出手段により検出された電流の計測値を積算することで、前記二次電池の充電容量を推定し、
前記充電容量推定手段は、前記故障検出手段により前記電流検出手段が故障していると判定された場合には、前記電圧検出手段により検出された端子電圧の計測値から、前記二次電池の電流値を推定して、推定した電流値を積算することで、前記二次電池の充電容量を推定することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の二次電池の制御装置。 Charging capacity estimating means for estimating the charging capacity of the secondary battery,
The charge capacity estimating means integrates the measured value of the current detected by the current detecting means when the voltage detecting means is determined to be out of order by the failure detecting means. Estimate the battery charge capacity,
The charge capacity estimating means determines that the current of the secondary battery from the measured value of the terminal voltage detected by the voltage detecting means when the failure detecting means determines that the current detecting means is out of order. The secondary battery control device according to claim 1, wherein the charge capacity of the secondary battery is estimated by estimating the value and integrating the estimated current value.
前記電流検出手段および電圧検出手段により検出された電流および端子電圧の計測値から、前記二次電池の内部状態を推定し、推定した内部状態に基づいて、前記電流検出手段および電圧検出手段の故障を検出することを特徴とする故障検出方法。 A method for detecting a failure of a current detection means for detecting a current of a secondary battery and a voltage detection means for detecting a terminal voltage of the secondary battery,
The internal state of the secondary battery is estimated from the measured values of the current and the terminal voltage detected by the current detection unit and the voltage detection unit, and the failure of the current detection unit and the voltage detection unit is based on the estimated internal state. Detecting a fault.
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