JP6869697B2 - How to set the observer gain - Google Patents
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Description
本発明は、充電率推定装置及び充電率推定方法に関する。 The present invention relates to a charge rate estimation device and a charge rate estimation method.
バッテリの充電率と開回路電圧との間の関係にヒステリシスを有するバッテリの充電率を推定する装置が知られている(例えば特許文献1等)。
A device for estimating the charge rate of a battery having hysteresis in the relationship between the charge rate of the battery and the open circuit voltage is known (for example,
バッテリの充電率は、バッテリモデルに基づいて推定されうる。バッテリの充電率と開回路電圧との間の関係にヒステリシスを有するバッテリにおいて、バッテリモデルを表すパラメータは変化しやすい。バッテリモデルを表すパラメータの変化によるパラメータの誤差は、バッテリの充電率の推定精度を低下させうる。 The charge rate of the battery can be estimated based on the battery model. In a battery having a hysteresis in the relationship between the battery charge rate and the open circuit voltage, the parameters representing the battery model are variable. Parameter errors due to changes in the parameters representing the battery model can reduce the accuracy of estimating the charge rate of the battery.
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、バッテリの充電率の推定精度を向上させることができる充電率推定装置及び充電率推定方法を提供することにある。 An object of the present invention made in view of such circumstances is to provide a charge rate estimation device and a charge rate estimation method capable of improving the estimation accuracy of the battery charge rate.
上記課題を解決するために、第1の観点に係る充電率推定装置は、バッテリのモデルに基づくオブザーバを用いて、前記バッテリの充電率を推定する。前記モデルは、ヒステリシス特性を含む。前記オブザーバは、パラメータとしてオブザーバゲインを含む。前記オブザーバゲインは、前記モデルに含まれる前記ヒステリシス特性に関するパラメータのモデル化誤差に応じた前記充電率の推定誤差を減少させるように設定される。 In order to solve the above problem, the charge rate estimation device according to the first aspect estimates the charge rate of the battery by using an observer based on the battery model. The model includes hysteresis characteristics. The observer includes an observer gain as a parameter. The observer gain is set to reduce the estimation error of the charge rate according to the modeling error of the parameter relating to the hysteresis characteristic included in the model.
上記課題を解決するために、第2の観点に係る充電率推定方法は、バッテリのモデルに基づくオブザーバを用いて、前記バッテリの充電率を推定するステップを含む。前記モデルは、ヒステリシス特性を含む。前記オブザーバは、パラメータとしてオブザーバゲインを含む。前記充電率推定方法は、前記オブザーバゲインを、前記モデルに含まれる前記ヒステリシス特性に関するパラメータのモデル化誤差に応じた前記充電率の推定誤差を減少させるように設定するステップをさらに含む。 In order to solve the above problems, the charge rate estimation method according to the second aspect includes a step of estimating the charge rate of the battery by using an observer based on the battery model. The model includes hysteresis characteristics. The observer includes an observer gain as a parameter. The charging rate estimation method further includes a step of setting the observer gain so as to reduce the charging rate estimation error according to the modeling error of the parameter relating to the hysteresis characteristic included in the model.
第1の観点に係る充電率推定装置によれば、バッテリの充電率の推定精度が向上されうる。 According to the charge rate estimation device according to the first aspect, the accuracy of estimating the charge rate of the battery can be improved.
第2の観点に係る充電率推定方法によれば、バッテリの充電率の推定精度が向上されうる。 According to the charge rate estimation method according to the second aspect, the accuracy of estimating the charge rate of the battery can be improved.
本開示の一実施形態に係る充電率推定装置は、電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両に搭載されてよい。充電率推定装置は、車両のバッテリの充電率を推定してよい。車両には、車両を駆動する電気モータ、バッテリ、これらのコントローラなどが搭載される。バッテリは、放電して電気モータへ電力を供給したり、制動時に電気モータから回生充電したり、地上充電設備から充電したりする。充電率推定装置は、バッテリに流れる充放電電流とバッテリの端子電圧とに基づいて、バッテリの充電率を推定してよい。 The charge rate estimation device according to the embodiment of the present disclosure may be mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid electric vehicle. The charge rate estimation device may estimate the charge rate of the vehicle battery. The vehicle is equipped with an electric motor for driving the vehicle, a battery, a controller for these, and the like. The battery is discharged to supply electric power to the electric motor, regeneratively charged from the electric motor during braking, and charged from the ground charging facility. The charge rate estimation device may estimate the charge rate of the battery based on the charge / discharge current flowing through the battery and the terminal voltage of the battery.
[機能ブロック]
図1に示されるように、充電率推定装置1は、電流センサ2及び電圧センサ3を介してバッテリ4に接続される。充電率推定装置1は、電流センサ2又は電圧センサ3を含んでよい。充電率推定装置1は、電源装置5に接続されてよい。充電率推定装置1は、電源装置5からバッテリ4に対して充放電電流を入力してよい。電源装置5は、例えば電流源であってよい。充電率推定装置1は、電源装置5を含んでよい。
[Functional block]
As shown in FIG. 1, the charge
電流センサ2は、バッテリ4に対する充放電電流を検出する。本実施形態において、充放電電流は、時刻(t)の関数であるu(t)で表されると仮定する。電流センサ2は、検出した充放電電流を充電率推定装置1に対して出力する。
The current sensor 2 detects the charge / discharge current for the battery 4. In this embodiment, it is assumed that the charge / discharge current is represented by u (t), which is a function of time (t). The current sensor 2 outputs the detected charge / discharge current to the charge
電圧センサ3は、バッテリ4の端子電圧を検出する。本実施形態において、端子電圧は、時刻(t)の関数であるy(t)で表されると仮定する。電圧センサ3は、検出した端子電圧を充電率推定装置1に対して出力する。
The
バッテリ4は、例えば二次電池であってよい。二次電池は、リチャージャブル・バッテリともいう。バッテリ4は、本実施形態においてリチウム・イオン・バッテリであると仮定する。バッテリ4は、他の種類のバッテリであってよい。 The battery 4 may be, for example, a secondary battery. The secondary battery is also called a rechargeable battery. The battery 4 is assumed to be a lithium ion battery in this embodiment. The battery 4 may be another type of battery.
充電率推定装置1は、制御部10と、記憶部20とを備える。制御部10は、充電率推定装置1の各構成部を制御する。制御部10は、例えばプロセッサ又はマイクロコンピュータ等で構成されてよい。記憶部20は、例えば半導体メモリ又は磁気記憶装置等で構成されてよい。制御部10は、充電率推定装置1で取り扱われるデータ又は情報等を記憶部20に格納してよい。
The charge
制御部10は、電流センサ2及び電圧センサ3から、バッテリ4の充放電電流及び端子電圧をそれぞれ取得する。制御部10は、バッテリ4の充放電電流及び端子電圧に基づいて、バッテリ4の内部状態を推定してよい。
The
バッテリ4の内部状態は、バッテリ4の開回路電圧と、バッテリ4の内部で発生する過電圧とをパラメータとして含むモデルによって表されうる。開回路電圧は、OCV(Open Circuit Voltage)ともいう。OCVは、バッテリ4の電気化学的平衡状態における電極間の電位差である。OCVは、バッテリ4に充放電電流が流れない場合のバッテリ4の端子電圧に対応する。過電圧は、内部インピーダンスで生じる電圧降下の大きさに対応する。内部インピーダンスは、バッテリ4の内部の電気化学反応の反応速度に応じて決定される。 The internal state of the battery 4 can be represented by a model that includes the open circuit voltage of the battery 4 and the overvoltage generated inside the battery 4 as parameters. The open circuit voltage is also referred to as OCV (Open Circuit Voltage). OCV is the potential difference between the electrodes in the electrochemical equilibrium state of the battery 4. The OCV corresponds to the terminal voltage of the battery 4 when the charge / discharge current does not flow through the battery 4. The overvoltage corresponds to the magnitude of the voltage drop caused by the internal impedance. The internal impedance is determined according to the reaction rate of the electrochemical reaction inside the battery 4.
バッテリ4の内部状態を表すモデルは、図2で示されるようなバッテリ等価回路で近似されうる。バッテリ等価回路で近似されたモデルは、バッテリモデルともいう。バッテリ等価回路の入力は、バッテリ4に流れる充放電電流に対応し、u(t)として示される。図2においてu(t)が付された矢印は、バッテリ4を充電する電流の向きを表す。バッテリ4を充電する電流が流れる場合、u(t)は正の値となると仮定する。バッテリ4から放電電流が流れる場合、u(t)は負の値となると仮定する。バッテリ等価回路の出力は、バッテリ4の端子電圧に対応し、y(t)として示される。図2においてy(t)が付された矢印の先端側の端子は、バッテリ4の正極端子に対応すると仮定する。 The model representing the internal state of the battery 4 can be approximated by a battery equivalent circuit as shown in FIG. A model approximated by a battery equivalent circuit is also called a battery model. The input of the battery equivalent circuit corresponds to the charge / discharge current flowing through the battery 4 and is represented as u (t). The arrow with u (t) in FIG. 2 indicates the direction of the current for charging the battery 4. It is assumed that u (t) has a positive value when a current for charging the battery 4 flows. When the discharge current flows from the battery 4, u (t) is assumed to have a negative value. The output of the battery equivalent circuit corresponds to the terminal voltage of the battery 4 and is shown as y (t). It is assumed that the terminal on the tip end side of the arrow marked with y (t) in FIG. 2 corresponds to the positive electrode terminal of the battery 4.
バッテリ4のOCVは、バッテリ等価回路において電圧源201で表される。電圧源201が出力する電圧は、時刻の関数であるOCV(t)で表される。OCV(t)は、バッテリ4に充放電電流が流れない場合のバッテリ4の端子電圧に対応する。バッテリ4に充放電電流が流れない場合は、u(t)=0である場合ともいえる。u(t)=0である場合、OCV(t)=y(t)が成立する。
The OCV of the battery 4 is represented by the
図2のバッテリ等価回路において、バッテリ4の内部インピーダンスは、R0で示される抵抗と、Zw(p)で示されるワールブルグインピーダンスとを直列に接続した回路として表される。R0で示される抵抗は、バッテリ4の電解液内での泳動過程等に起因する抵抗を表す。ワールブルグインピーダンスは、バッテリ4内のイオンの拡散過程等に起因するインピーダンスを表す。バッテリ4の過電圧は、バッテリ等価回路に流れる電流によってバッテリ4の内部インピーダンスで発生する電圧降下として表される。 In the battery equivalent circuit of FIG. 2, the internal impedance of the battery 4 is represented as a circuit in which a resistor represented by R 0 and a Warburg impedance represented by Z w (p) are connected in series. The resistance represented by R 0 represents the resistance caused by the migration process or the like in the electrolytic solution of the battery 4. The Warburg impedance represents an impedance caused by an ion diffusion process or the like in the battery 4. The overvoltage of the battery 4 is expressed as a voltage drop generated by the internal impedance of the battery 4 due to the current flowing through the battery equivalent circuit.
ワールブルグインピーダンスは、例えば図3(A)に示される、R1〜Rnとして示される抵抗とC1〜Cnとして示されるコンデンサとの並列回路が直列にn個接続されたn次フォスタ型回路として表されてよい。ワールブルグインピーダンスは、例えば図3(B)に示される、直列に接続されたn個のコンデンサ(C1〜Cn)の間に、R1〜Rnとして示されるn個の抵抗のそれぞれが並列に接続されたn次カウエル型回路として表されてよい。ワールブルグインピーダンスは、他の線形伝達関数モデルを用いて表されてもよい。 Warburg impedance, for example 3 shown in (A), R 1 ~R parallel circuit of the capacitor, shown as resistor and C 1 -C n, shown as n is the n serially connected n-order Foster type circuit May be expressed as. The Warburg impedance is such that each of the n resistors shown as R 1 to R n is parallel to each of the n capacitors (C 1 to C n ) connected in series, as shown in FIG. 3 (B). It may be represented as an n-th order Cowell type circuit connected to. The Warburg impedance may be represented using other linear transfer function models.
バッテリ4を近似するバッテリ等価回路のパラメータは、ワールブルグインピーダンスを構成する抵抗の抵抗値と、コンデンサの容量とを含む。バッテリ等価回路のパラメータは、予め設定されてよい。バッテリモデルのパラメータは、制御部10で保持されてよいし、記憶部20に格納されてよい。
The parameters of the battery equivalent circuit that approximates the battery 4 include the resistance value of the resistor constituting the Warburg impedance and the capacitance of the capacitor. The parameters of the battery equivalent circuit may be preset. The parameters of the battery model may be stored in the
制御部10は、バッテリ等価回路のパラメータと、バッテリ4に流れる充放電電流と、バッテリ4の端子電圧とに基づいて、バッテリ4の内部状態を推定する。本実施形態において、制御部10は、バッテリ4の内部状態として、バッテリ4の充電率及び過電圧を推定する。バッテリ4の充電率は、バッテリ4の充電容量に対する充電量の比である。充電率は、SOC(State Of Charge)ともいう。制御部10は、バッテリ4の内部インピーダンスを構成する抵抗の抵抗値及びコンデンサの容量を推定しないと仮定する。制御部10は、内部インピーダンスに含まれる抵抗値及び容量を推定しない構成に限られない。制御部10は、内部インピーダンスに含まれる抵抗値及び容量を推定するように構成されてよい。
The
制御部10は、バッテリ4のOCV及び過電圧を推定してよい。この場合、制御部10は、バッテリ4のOCVに基づいて、バッテリ4のSOCを推定しうる。
The
バッテリ4のOCVは、SOCの関数として表されうる。SOCとOCVとの間の関係は、SOC−OCV特性といわれる。SOC−OCV特性は、例えば図4に示されるグラフで表されうる。図4の横軸及び縦軸はそれぞれ、SOC及びOCVを示す。SOC−OCV特性は、予め実験等によって求められうる。制御部10は、バッテリ4のSOC−OCV特性と、バッテリ4のSOCの推定値とに基づいて、バッテリ4のOCVを推定しうる。
The OCV of battery 4 can be expressed as a function of SOC. The relationship between SOC and OCV is called the SOC-OCV characteristic. The SOC-OCV characteristics can be represented, for example, by the graph shown in FIG. The horizontal axis and the vertical axis of FIG. 4 indicate SOC and OCV, respectively. The SOC-OCV characteristics can be determined in advance by experiments or the like. The
[ヒステリシス特性]
SOC−OCV特性は、ヒステリシス特性を有することがある。ヒステリシス特性を有するSOC−OCV特性は、充電時の特性と放電時の特性とが異なる。ヒステリシス特性を有するSOC−OCV特性は、例えば図5のように示される。図5の横軸及び縦軸はそれぞれ、SOC及びOCVを示す。図5では、バッテリ4の充電時のSOC−OCV特性を示す充電SOC−OCV特性501は、破線で示される。バッテリ4の放電時のSOC−OCV特性を示す放電SOC−OCV特性502は、一点鎖線で示される。
[Hysteresis characteristics]
The SOC-OCV characteristic may have a hysteresis characteristic. The SOC-OCV characteristics having hysteresis characteristics differ between the characteristics at the time of charging and the characteristics at the time of discharging. The SOC-OCV characteristic having a hysteresis characteristic is shown, for example, as shown in FIG. The horizontal axis and the vertical axis of FIG. 5 indicate SOC and OCV, respectively. In FIG. 5, the charging SOC-OCV characteristic 501, which indicates the SOC-OCV characteristic when the battery 4 is charged, is indicated by a broken line. The discharge SOC-OCV characteristic 502, which indicates the SOC-OCV characteristic when the battery 4 is discharged, is indicated by a alternate long and short dash line.
充電SOC−OCV特性501及び放電SOC−OCV特性502は、SOC−OCV特性のループを形成する。充電SOC−OCV特性501及び放電SOC−OCV特性502によって形成されるSOC−OCV特性のループは、メジャーループともいう。メジャーループは、バッテリ4に対する充放電の実験によって取得されうる。 The charging SOC-OCV characteristic 501 and the discharging SOC-OCV characteristic 502 form a loop of SOC-OCV characteristics. The loop of the SOC-OCV characteristic formed by the charging SOC-OCV characteristic 501 and the discharging SOC-OCV characteristic 502 is also referred to as a major loop. The major loop can be obtained by charging / discharging experiments on the battery 4.
バッテリ4は、SOCが0%となるまで放電した後に充電されるとは限らない。例えば、バッテリ4は、図5のA点まで放電した後に充電されることによって、A点からB点に至る経路で示されるSOC−OCV特性を示しうる。バッテリ4は、SOCが100%となるまで充電された後に放電するとは限らない。例えば、バッテリ4は、図5のC点まで充電された後に放電することによって、C点からD点に至る経路で示されるSOC−OCV特性を示しうる。例えば、A点、B点、C点、D点及びA点の順に結ばれる経路で示される、メジャーループよりも小さいSOC−OCV特性のループは、マイナーループともいう。マイナーループは、メジャーループとは異なり、事実上無限に存在しうる。マイナーループは、メジャーループと比較して、事前の実験によって取得されにくい。 The battery 4 is not always charged after being discharged until the SOC reaches 0%. For example, the battery 4 can exhibit the SOC-OCV characteristics shown in the path from the point A to the point B by being charged after being discharged to the point A in FIG. The battery 4 is not always charged and then discharged until the SOC reaches 100%. For example, the battery 4 can exhibit the SOC-OCV characteristics shown in the path from the point C to the point D by being charged to the point C in FIG. 5 and then discharged. For example, a loop with SOC-OCV characteristics smaller than a major loop, which is indicated by a path connected in the order of points A, B, C, D, and A, is also called a minor loop. Minor loops, unlike major loops, can exist virtually infinitely. Minor loops are less likely to be obtained by prior experimentation than major loops.
図5において実線で示されるSOC−OCV特性500は、充電SOC−OCV特性501と放電SOC−OCV特性502との平均値に対応する。SOC−OCV特性500は、充電SOC−OCV特性501と放電SOC−OCV特性502との平均値に限られない。SOC−OCV特性500は、充電SOC−OCV特性501と放電SOC−OCV特性502との間に含まれるグラフであってよい。
The SOC-OCV characteristic 500 shown by the solid line in FIG. 5 corresponds to the average value of the charging SOC-OCV characteristic 501 and the discharging SOC-
SOC−OCV特性500と、メジャーループとの間のOCVの差は、ヒステリシス電圧ともいう。ヒステリシス電圧は、h(t)と表されると仮定する。ヒステリシスを有するSOC−OCV特性は、事実上無限に存在しうるマイナーループで表される代わりに、ヒステリシス電圧を含む、次の式(1)で表されうる。
SOC−OCV特性が式(1)のように表されることで、制御部10がバッテリ4の内部状態を推定する際にh(t)をあわせて推定することによって、SOCとOCVとの間の変換の精度が高められうる。SOC−OCV特性が式(1)のように表される場合、バッテリ等価回路は、図6のように表される。図6のバッテリ等価回路は、ヒステリシス電圧を表すh(t)が追加された点、及び、電圧源201の出力電圧がfOCV(SOC(t))と表される点で、図2のバッテリ等価回路と異なる。
Since the SOC-OCV characteristics are expressed as in the equation (1), the
本実施形態では、ワールブルグインピーダンスは、図3(A)に示されるフォスタ型回路で表されると仮定する。この場合、バッテリ等価回路は、図7のように表される。図7のバッテリ等価回路は、Zw(p)がフォスタ型回路に置き換えられた点で、図6のバッテリ等価回路と異なる。vk(t)は、Ckとして示される容量で生じる電圧降下を表す。kは、1〜nの整数である。 In this embodiment, it is assumed that the Warburg impedance is represented by the Foster type circuit shown in FIG. 3 (A). In this case, the battery equivalent circuit is represented as shown in FIG. The battery equivalent circuit of FIG. 7 differs from the battery equivalent circuit of FIG. 6 in that Z w (p) is replaced with a foster type circuit. v k (t) represents the voltage drop that occurs with the capacitance shown as C k. k is an integer of 1 to n.
ヒステリシス現象を表すモデルの一つであるPlettによるヒステリシスモデルによれば、h(t)の挙動は、次の式(2)によって表される。
G. L. Plett: “Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Part 2. Modeling and identification”, Journal of Power Sources 134 (2004) 262-276
According to the hysteresis model by Plett, which is one of the models representing the hysteresis phenomenon, the behavior of h (t) is expressed by the following equation (2).
GL Plett: “Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Part 2. Modeling and identification”, Journal of Power Sources 134 (2004) 262-276
時刻(t)におけるバッテリ4のSOC(t)は、以下の式(3)によって算出されうる。t0は、測定開始時刻を表す。式(3)の右辺第2項の積分は、充放電電流を積算して算出される、バッテリ4に出入りする電荷量を表す。
過電圧は、バッテリ4の内部インピーダンスと、バッテリ4の充放電電流とに基づいて、以下の式(4)のように表される。
ワールブルグインピーダンスがフォスタ型回路である場合、Zw(p)は、以下の式(5)のように表される。
である。Rdは、拡散抵抗を表す。Cdは、拡散容量を表す。
When the Warburg impedance is a Foster type circuit, Z w (p) is expressed by the following equation (5).
Is. R d represents the diffusion resistance. C d represents the diffusion capacity.
図7のバッテリ等価回路の出力に対応するy(t)は、次の式(7)で表される。
図7のバッテリ等価回路で表されるバッテリモデルは、充放電電流を入力とし、端子電圧を出力とする、入出力システムによって表される。入出力システムは、単にシステムともいう。入出力システムは、次の式(8)及び(9)によって示される状態空間として表されうる。
状態空間は、システムの状態変数を座標軸として表される空間である。式(8)は、入力と状態変数との関係を表す状態方程式である。式(9)は、状態変数と出力との関係を表す出力方程式である。 The state space is a space represented by the state variables of the system as coordinate axes. Equation (8) is an equation of state that expresses the relationship between the input and the state variable. Equation (9) is an output equation that expresses the relationship between the state variable and the output.
式(8)のA(u(t))は、実数空間の(n+2)×(n+2)次の行列であり、以下の式(10)で表される。diagは、対角行列を出力する関数である。
式(8)のb及び式(9)のcはそれぞれ、実数空間の(n+2)次の列ベクトルを表し、以下の式(11)及び(12)で表される。Tは、転置行列を表す。
式(8)及び(9)のx(t)は、状態変数であり、以下の式(13)で表される。
[システムの内部状態推定]
本実施形態に係る充電率推定装置1は、バッテリ4のモデルを表すPVシステムにおいて、状態変数を推定することによって、バッテリ4の内部状態を推定しうる。制御部10は、電流センサ2から取得した充放電電流をバッテリ4のモデルに入力し、端子電圧の推定値を算出する。制御部10は、端子電圧の推定値と実際の端子電圧との差を、バッテリ4のモデルにフィードバックし、バッテリ4のSOCを逐次推定する。
[Estimating the internal state of the system]
The charge
本実施形態において、バッテリ4のモデルを表すPVシステムは、線形パラメータ可変システムであると仮定する。線形パラメータ可変システムは、LPV(Linear Parameter Varying)システムともいう。LPVシステムに関する以下の説明は、バッテリ4のモデルを表すシステムに限定されるものではない。 In this embodiment, it is assumed that the PV system representing the model of battery 4 is a linear parameter variable system. The linear parameter variable system is also referred to as an LPV (Linear Parameter Varying) system. The following description of the LPV system is not limited to the system representing the model of battery 4.
LPVシステムは、以下の式(14)〜(18)に示される状態空間として表されうる。式(16)〜(18)に示されるように、システム行列としてのAは、ポリトープ形式で表されうる。ポリトープ形式は、関数を一次結合で表す形式である。一次結合は、線形結合ともいう。
式(14)は、システムへの入力とシステムの内部状態を表す状態変数との関係を表す状態方程式である。式(15)は、状態変数とシステムからの出力との関係を表す出力方程式である。x(t)は、実数空間のn次の列ベクトルであり、状態変数を表す。u(t)は、実数空間のnu次の列ベクトルであり、システムへの入力を表す。y(t)は、実数空間のny次の列ベクトルであり、システムからの出力を表す。n、nu及びnyはそれぞれ、状態、入力及び出力の信号のサイズに応じて設定される。A(θ(t))、B及びCとして表される行列のサイズは、各信号のサイズに応じて設定される。 Equation (14) is an equation of state that expresses the relationship between the input to the system and the state variables that represent the internal state of the system. Equation (15) is an output equation that expresses the relationship between the state variable and the output from the system. x (t) is a column vector of degree n in real space and represents a state variable. u (t) is an n u The following column vector of real space, representing an input to the system. y (t) is n y The following column vector of the real space, representing the output from the system. n, n u and n y are set according to the state, the size of the input and output signals, respectively. The size of the matrix represented as A (θ (t)), B and C is set according to the size of each signal.
式(14)及び(15)で表されるシステムへの入力であるu(t)は、ベクトルであり、太字で表記される。式(8)及び(9)で表されるシステムへの入力であるu(t)は、スカラーであり、細字で表記される。以下、発明の詳細な説明の文中で区別するために、ベクトルを表すu(t)は、以下u→(t)と表す。x(t)及びy(t)についても同様に、ベクトルを表すx(t)及びy(t)はそれぞれ、以下x→(t)及びy→(t)と表す。 The u (t) input to the system represented by the equations (14) and (15) is a vector and is shown in bold. The u (t) input to the system represented by the equations (8) and (9) is a scalar and is expressed in fine print. Hereinafter, in order to distinguish in the text of the detailed description of the invention, u (t) representing a vector is hereinafter referred to as u → (t). Similarly, for x (t) and y (t), x (t) and y (t) representing vectors are hereinafter referred to as x → (t) and y → (t), respectively.
式(14)〜(18)で表されるLPVシステムにおいて、正数であるa及びρに対して正定値行列Xが存在し、以下の式(19)で示される線形行列不等式が成り立つと仮定する。線形行列不等式は、LMI(Linear Matrix Inequality)ともいう。正定値行列は、正定行列ともいう。
式(19)で示されるLMIが成り立つ場合、式(14)〜(18)で表されるLPVシステムにおける自由応答及び入出力応答は、以下の式(20)及び(21)を満たす。
式(19)が成り立つ場合に式(20)及び(21)が満たされることは、定理として与えられる。式(19)〜(21)で示される定理は、第1定理ともいう。 It is given as a theorem that equations (20) and (21) are satisfied when equation (19) holds. The theorems represented by equations (19) to (21) are also referred to as the first theorem.
本実施形態に係る充電率推定装置1は、システムの状態変数及びシステムからの出力を推定する。推定値と真値との間には、誤差が発生しうる。推定値と真値との間に生じる誤差は、推定誤差ともいう。システムの入力には、外乱が加わりうる。入力に加わった外乱によって、状態変数及び出力の推定誤差が大きくなりうる。
The charge
システムの入力に外乱が加わる場合、システムが以下の式(22)〜(24)で表されると仮定する。
x→(t)、u→(t)及びy→(t)はそれぞれ、式(14)及び(15)と同様に、システムの状態変数、システムへの入力及びシステムからの出力を表す。z(t)は、実数空間のnz次の列ベクトルであり、システムの評価出力を表す。システムの評価出力は、システムからの出力のうち、特に注目して評価する対象となる出力を含む。評価は、外乱抑制性能又は即応性等について実行されてよい。ベクトルを表すz(t)は、以下z→(t)と表す。w(t)は、実数空間のnw次の列ベクトルであり、システムへの入力に加わる外乱を表す。ベクトルを表すw(t)は、以下w→(t)と表す。nz及びnwはそれぞれ、評価出力及び外乱の信号のサイズに応じて設定される。A(θ(t))は、式(16)〜(18)で与えられる。B1、B2、C1、C2及びDとして表される係数行列のサイズは、状態変数、入力、出力、評価出力及び外乱の信号のサイズに応じて設定される。 x → (t), u → (t) and y → (t) represent system state variables, inputs to the system and outputs from the system, respectively, as in equations (14) and (15). z (t) is an nz-th order column vector in real space and represents the evaluation output of the system. The evaluation output of the system includes the output from the system to be evaluated with particular attention. The evaluation may be performed on disturbance suppression performance, responsiveness, and the like. Z (t) representing a vector is hereinafter expressed as z → (t). w (t) is an n w The following column vector of real space, representing the disturbance applied to the input to the system. W (t) representing a vector is hereinafter expressed as w → (t). n z and n w are set according to the size of the evaluation output and the disturbance signal, respectively. A (θ (t)) is given by the equations (16) to (18). The size of the coefficient matrix represented as B 1 , B 2 , C 1 , C 2 and D is set according to the size of the state variables, inputs, outputs, evaluation outputs and disturbance signals.
式(22)は、外乱が加わったシステムへの入力とシステムの内部状態を表す状態変数との関係を表す状態方程式である。式(23)は、状態変数及びシステムへの入力とシステムからの出力との関係を表す出力方程式である。式(24)は、状態変数とシステムの評価出力との関係を表す評価出力方程式である。 Equation (22) is an equation of state that expresses the relationship between the input to the system to which the disturbance is applied and the state variable that represents the internal state of the system. Equation (23) is an output equation that expresses the relationship between the state variables and the input to the system and the output from the system. Equation (24) is an evaluation output equation expressing the relationship between the state variable and the evaluation output of the system.
式(22)〜(24)において、状態変数、出力及び評価出力をそれぞれ推定値に置き換えることで、式(25)〜(27)が導かれる。状態変数、出力及び評価出力の推定値はそれぞれ、x、y及びzの上に記号^を付して表される。
状態変数の推定誤差は、以下の式(28)で表される。状態変数の推定誤差は、x→(t)の上に記号~を付して表される。
式(28)の両辺を時刻(t)で微分した式に、式(22)及び(25)を適用することによって、以下の式(29)が導かれる。
式(29)において、A(θ(t))が安定である場合、状態変数の推定誤差は、時刻の経過に応じて収束しうる。言い換えれば、システム行列が安定であるか否かに応じて、推定誤差が収束するか否かが決定されうる。 In equation (29), when A (θ (t)) is stable, the estimation error of the state variable can converge with the passage of time. In other words, depending on whether the system matrix is stable, it can be determined whether the estimation error converges.
状態変数、出力及び評価出力の推定値を含む式として、式(25)の代わりに、以下の式(30)が仮定されうる。
式(30)の右辺第3項は、出力の推定誤差が状態方程式にフィードバックされることを表す。式(30)の右辺第3項に式(23)及び(26)を適用することで、以下の式(31)が導かれる。
式(28)の両辺を時刻(t)で微分した式に、式(22)、(30)及び(31)を適用することによって、以下の式(32)が導かれる。
式(32)において、A(θ(t))−LCが安定となるように、Lが設定されうる。言い換えれば、システム行列が安定であるか否かにかかわらず、推定誤差が収束するようなLが設定されうる。 In equation (32), L can be set so that A (θ (t)) -LC is stable. In other words, L can be set such that the estimation error converges regardless of whether the system matrix is stable or not.
式(30)、(26)及び(27)で構成される式は、システムに対するオブザーバともいう。オブザーバは、状態推定器ともいう。オブザーバは、状態変数の少なくとも一部を直接観測できない場合に、入力と出力とに基づいて、直接観測できない状態変数を推定する機構のことをいう。モデルを表すシステムに対するオブザーバは、モデルに基づくオブザーバともいう。式(30)のLは、オブザーバゲインともいう。Lを設定又は決定することは、オブザーバゲインの設計ともいう。 The formula composed of the formulas (30), (26) and (27) is also referred to as an observer for the system. The observer is also called a state estimator. An observer is a mechanism that estimates a state variable that cannot be directly observed based on inputs and outputs when at least a part of the state variable cannot be observed directly. An observer for a system that represents a model is also called a model-based observer. L in the formula (30) is also referred to as an observer gain. Setting or determining L is also referred to as observer gain design.
式(22)〜(24)、並びに、式(30)、(26)及び(27)に基づいて、状態変数、出力及び評価出力の推定誤差はそれぞれ、以下の式(33)〜(35)で表される。出力及び評価出力の推定誤差はそれぞれ、y及びzの上に記号~を付して表される。以下、y及びzの上に記号~を付した項は、y~及びz~とも表す。
式(33)〜(35)に示される、状態変数、出力及び評価出力の推定誤差の関係は、偏差系ともいう。オブザーバゲインは、システムの初期状態で存在する状態変数の推定誤差の減衰の速度を示す減衰度性能、又は、評価出力の推定誤差に対する外乱の影響を低減させる性能を有するように設計されうる。 The relationship between the estimation error of the state variable, the output, and the evaluation output shown in the equations (33) to (35) is also referred to as a deviation system. The observer gain may be designed to have an attenuation performance that indicates the rate of attenuation of the estimation error of the state variables that exist in the initial state of the system, or a performance that reduces the influence of disturbance on the estimation error of the evaluation output.
オブザーバゲインは、種々の方法で設計されうる。例えば、正数であるa及びρに対して、正定値行列Xと行列Yとが存在し、以下の式(36)で示されるLMIが成立すると仮定する。
オブザーバゲインが以下の式(37)に基づいて設計されると仮定する。
式(36)で示されるLMIが成立し、且つ、オブザーバゲインが式(37)に基づいて設計される場合、式(33)〜(35)で示される偏差系に対する自由応答は、以下の式(38)を満たす。
式(36)で示されるLMIが成立し、且つ、オブザーバゲインが式(37)に基づいて設計される場合、式(33)〜(35)で示される偏差系に対する入出力応答は、以下の式(39)を満たす。
式(36)が成立し、且つ、オブザーバゲインが式(37)に基づいて設計される場合に式(38)及び(39)が満たされることは、第1定理に基づいて導かれる定理として与えられる。式(36)〜(39)で示される定理は、第2定理ともいう。 The fact that equations (38) and (39) are satisfied when equation (36) holds and the observer gain is designed based on equation (37) is given as a theorem derived based on the first theorem. Be done. The theorems represented by equations (36) to (39) are also referred to as the second theorem.
[バッテリモデルに対するオブザーバの設計]
本実施形態に係る充電率推定装置1は、システムに対するオブザーバを適宜設計することによって、システムの状態変数の推定誤差を所定の速度以上で減衰させうる。本実施形態に係る充電率推定装置1は、システムに対するオブザーバを適宜設計することによって、評価出力の推定誤差に対する外乱の影響を低減しうる。
[Observer design for battery model]
The charge
バッテリ4のモデルに対応するシステムは、式(8)〜(13)で示されうる。バッテリ4のモデルにヒステリシスモデルが含まれる場合、ヒステリシスモデルのパラメータの不確かさに起因する外乱が、システムへの入力に加わりうる。例えば、式(2)にヒステリシスモデルのパラメータとして含まれるm及びγは、真値に対するモデル化誤差を有しうる。m及びγのノミナル値がヒステリシスモデルのパラメータであると仮定されてよい。m及びγのノミナル値はそれぞれ、m及びγとして想定される値である。ノミナル値がヒステリシスモデルのパラメータとして仮定される場合、システムを表す式(8)及び(9)を変形して、以下の式(40)及び(41)が導かれる。式(41)は、式(9)と同じ式である。
式(40)のw(t)は、ヒステリシスモデルのパラメータの不確かさに起因する外乱を表す。w(t)は、以下の式(42)で表される。
式(40)及び(41)に含まれるu(t)、y(t)及びw(t)はそれぞれ、スカラーを表し、u→(t)、y→(t)及びw→(t)と区別される。 U (t), y (t) and w (t) contained in the formulas (40) and (41) represent scalars, respectively, as u → (t), y → (t) and w → (t). Distinguished.
式(40)のfは、以下の式(43)で表される。
式(40)及び(41)は、ヒステリシスモデルのパラメータの誤差を考慮した、バッテリ4のシステムを表す。式(40)及び(41)で示されるシステムに対して、以下の式(44)及び(45)に示されるオブザーバが構成されうる。
SOCの推定誤差が十分に小さいと仮定した場合、fOCV(・)を線形化して、以下の式(46)が導かれる。
状態変数の推定誤差は、以下の式(47)で表されると仮定する。
式(40)〜(47)に基づいて、以下の式(48)が導かれる。
システムの評価出力を決定する評価出力方程式として、以下の式(50)が導入される。
式(50)及び(51)によれば、状態変数のうちSOCの成分だけが評価出力に反映される。言い換えれば、評価出力は、SOCの推定誤差として算出される。よって、z(t)は、以下の式(52)で表される。
式(48)及び(50)は、入力をw(t)とし、出力をz(t)とするシステムを表す。以下、式(48)及び(50)で表されるシステムは、G(L)と表される。G(L)は、システム行列がu(t)に依存するLPVシステムである。 Equations (48) and (50) represent a system in which the input is w (t) and the output is z (t). Hereinafter, the system represented by the formulas (48) and (50) is represented by G (L). G (L) is an LPV system in which the system matrix depends on u (t).
G(L)がBIBO(Bounded Input Bounded Output)安定であり、且つ、G(L)の入出力ゲインが十分に小さい場合、w(t)の入力にかかわらず、SOCの推定誤差が小さくされうる。BIBO安定は、システムへの入力が有限値である場合、システムからの出力が有限値であることを意味する。 When G (L) is BIBO (Bounded Input Bounded Output) stable and the input / output gain of G (L) is sufficiently small, the SOC estimation error can be reduced regardless of the input of w (t). .. BIBO stability means that if the input to the system is finite, then the output from the system is finite.
BIBO安定であること、及び、G(L)の入出力ゲインが十分に小さいことは、以下の式(53)及び(54)で表される制約とみなされうる。
式(53)は、システムの初期状態における状態変数の推定誤差に対する、G(L)の自由応答が満たすべき減衰度制約を示す式である。aは、G(L)の自由応答の減衰度を示す正数である。bは、適宜定められうる係数である。式(53)は、式(38)に対応する式である。 Equation (53) is an equation showing the attenuation constraint that the free response of G (L) should satisfy with respect to the estimation error of the state variable in the initial state of the system. a is a positive number indicating the degree of attenuation of the free response of G (L). b is a coefficient that can be appropriately determined. Equation (53) is an equation corresponding to equation (38).
式(54)は、G(L)のL2ゲインが満たすべきL2ゲイン制約を示す式である。G(L)のL2ゲインは、G(L)の評価出力信号のL2ノルムとG(L)の入力信号のL2ノルムとの比の上界として定義される。ρは、G(L)のL2ゲインの上界の範囲を指定する正数である。G(L)のL2ゲインは、システムが表すモデルに含まれるパラメータの誤差に対する、評価出力の大きさの比を意味する。 Equation (54) is an equation showing the L 2 gain constraint that the L 2 gain of G (L) should satisfy. L 2 gain G (L) is defined as the upper bound of the ratio of the L 2 norm of the input signal G evaluation output signal of the (L) of L 2 norm and G (L). ρ is a positive number that specifies the upper bound range of the L 2 gain of G (L). The L 2 gain of G (L) means the ratio of the magnitude of the evaluation output to the error of the parameters included in the model represented by the system.
本実施形態においては、式(53)及び(54)で示される2つの制約が同時に満たされるように、オブザーバゲインが設計されうる。言い換えれば、オブザーバゲインは、所定の制約条件を満たすように設定されうる。所定の制約条件は、減衰度制約及びL2ゲイン制約を含む。 In this embodiment, the observer gain can be designed so that the two constraints represented by the equations (53) and (54) are satisfied at the same time. In other words, the observer gain can be set to satisfy certain constraints. Predetermined constraint involves the attenuation of constraints and L 2 gain-constrained.
例えば、式(53)のaは、バッテリ4のSOCの推定誤差が所定の時間内に収束するように設定されてよい。SOCの推定誤差が所定の時間内に収束するようにaが設定される場合、さらに式(54)が満たされるように、ρが最小化されてよい。 For example, a in equation (53) may be set so that the estimation error of the SOC of the battery 4 converges within a predetermined time. If a is set so that the SOC estimation error converges within a predetermined time, then ρ may be minimized so that equation (54) is further satisfied.
バッテリ4の充放電電流の大きさは、|u(t)|と表される。|u(t)|の最大値及び最小値が既知である場合、バッテリ4のモデルを表すシステムのシステム行列は、以下の式(55)〜(58)で示されるポリトープ形式で表されうる。
システム行列は、式(44)及び式(45)で表されるオブザーバのパラメータの少なくとも一部を構成する。システム行列がポリトープ形式で表されることによって、オブザーバのパラメータの少なくとも一部がポリトープ形式で表される。 The system matrix constitutes at least a part of the parameters of the observer represented by the equations (44) and (45). By representing the system matrix in polytope format, at least some of the observer's parameters are represented in polytope format.
A(u(t))がポリトープ形式で表され、且つ、正数であるa及びρに対して正定値行列X及び行列Yが存在し、以下の式(59)及び(60)で示されるLMIが成立すると仮定する。
第2定理によれば、G(L)が式(53)及び(54)を同時に満たすようなオブザーバゲインは、以下の式(62)によって設計される。
式(59)及び(60)で示されるLMIが成立し、且つ、ρが最小化されるように、正定値行列X及び行列Yが算出されうる。このように算出された正定値行列X及び行列Yに基づいて、より小さいL2ゲインを有するオブザーバゲインが設計されうる。バッテリ4のバッテリモデルにおいて、G(L)のL2ゲインは、バッテリモデルに含まれるパラメータの誤差に対する、バッテリ4の充電率の推定誤差の大きさの比である。より小さいL2ゲインを有するオブザーバゲインが設計されることによって、バッテリモデルに含まれるパラメータの誤差に応じたバッテリ4の充電率の推定誤差は、減少されうる。オブザーバゲインがより小さいL2ゲインを有するように設計されたオブザーバは、ロバストオブザーバともいう。 The positive-definite matrix X and the matrix Y can be calculated so that the LMI represented by the equations (59) and (60) holds and ρ is minimized. Based on the positive-definite matrix X and the matrix Y calculated in this way, an observer gain having a smaller L 2 gain can be designed. In the battery model of the battery 4, the L 2 gain of G (L) is the ratio of the magnitude of the estimation error of the charge rate of the battery 4 to the error of the parameters included in the battery model. By designing an observer gain with a smaller L 2 gain, the error in estimating the charge rate of the battery 4 depending on the error of the parameters included in the battery model can be reduced. Observer observer gain is designed to have a smaller L 2 gain, also referred to as robust observer.
本実施形態に係る充電率推定装置1は、ヒステリシス特性を含むバッテリ4のモデルに基づくオブザーバを用いて、バッテリ4のSOCを推定する。オブザーバを用いることで、ヒステリシス特性の影響等によってバッテリ4のモデルのパラメータの誤差がある場合でも、バッテリ4のSOCの推定精度が向上しうる。また、バッテリモデルのパラメータの逐次推定によってパラメータの誤差を低減させる場合と比較して、充電率推定装置1の計算負荷が軽減されうる。
The charge
オブザーバゲインがバッテリ4のモデルに含まれるパラメータの誤差に応じたSOCの推定誤差を減少するように設定されることで、バッテリ4のSOCの推定精度が向上しうる。 By setting the observer gain to reduce the SOC estimation error according to the error of the parameters included in the battery 4 model, the SOC estimation accuracy of the battery 4 can be improved.
オブザーバゲインが所定の制約条件を満たすように設定されることで、バッテリ4のSOCの推定精度が向上しうる。 By setting the observer gain so as to satisfy a predetermined constraint condition, the SOC estimation accuracy of the battery 4 can be improved.
オブザーバに含まれるパラメータの一部であるシステム行列が式(55)−(58)のようにポリトープ形式で表されることで、オブザーバゲインの算出が容易になりうる。また、オブザーバゲインが所定のLMIを満たすことでも、オブザーバゲインの算出が容易になりうる。 Since the system matrix, which is a part of the parameters included in the observer, is expressed in the polytope format as in equations (55)-(58), the observer gain can be easily calculated. Further, even if the observer gain satisfies a predetermined LMI, the calculation of the observer gain can be facilitated.
オブザーバゲインが満たす所定のLMIが、パラメータとして、減衰度aを含むことで、パラメータの誤差がSOCの推定値に対して及ぼす影響がより低減されうる。 By including the degree of attenuation a as a parameter in the predetermined LMI satisfied by the observer gain, the influence of the error of the parameter on the estimated value of SOC can be further reduced.
[充電率推定方法]
本実施形態に係る充電率推定装置1は、図8に示される充電率推定方法によって、バッテリ4のSOCを推定してよい。
[Charge rate estimation method]
The charge
制御部10は、バッテリ4のバッテリモデルのパラメータを取得する(ステップS1)。制御部10は、バッテリモデルのパラメータを記憶部20又は外部装置から取得してよい。
The
制御部10は、バッテリ4のバッテリモデルで表されるシステムに対するオブザーバを取得する(ステップS2)。制御部10は、バッテリモデルのパラメータ、及び、式(62)等に基づいて、オブザーバを設計してよい。制御部10は、予め設計されたオブザーバを記憶部20又は外部装置から取得してよい。
The
制御部10は、バッテリ4のSOCを推定する(ステップS3)。制御部10は、取得したオブザーバに基づいて、バッテリ4のSOCを推定しうる。このようにすることで、バッテリ4のSOCの推定精度が高められうる。
The
[充電率推定結果の例]
式(62)等に基づいて設計されたオブザーバゲインを含むオブザーバによって、バッテリ4のSOCが推定されうる。以下、SOCの推定結果の一例の説明において、図9、図10及び図11が参照される。
[Example of charge rate estimation result]
The SOC of the battery 4 can be estimated by an observer including an observer gain designed based on the equation (62) and the like. Hereinafter, FIGS. 9, 10 and 11 will be referred to in the description of an example of the SOC estimation result.
SOCを推定するために、バッテリ4のバッテリモデルで表されるシステムに対して、図9に示されるように時間変動する電流が入力された。図9には、電流の時間変動の例として、バッテリ4が電気自動車に搭載されて走行実験が行われた際の電流の時間変動が示される。 To estimate the SOC, a time-varying current was input to the system represented by the battery model of battery 4 as shown in FIG. FIG. 9 shows, as an example of the time variation of the current, the time variation of the current when the battery 4 is mounted on the electric vehicle and the running experiment is performed.
本実施例のSOC推定に用いられたオブザーバは、G(L)が式(53)及び(54)を同時に満たすように設計された。言い換えれば、本実施例のSOC推定に用いられたオブザーバは、減衰度制約とL2ゲイン制約とをともに考慮して設計された。一方で、比較例に係るSOC推定として、G(L)が式(53)を満たすように設計されたオブザーバを用いたSOC推定が行われた。比較例に係るSOC推定に用いられたオブザーバは、L2ゲイン制約を考慮せずに、減衰度制約のみを考慮して設計された。 The observer used in the SOC estimation of this example was designed so that G (L) satisfies equations (53) and (54) at the same time. In other words, the observer used in SOC estimation of this example was designed and attenuation constraints and L 2 gain-constrained together in consideration. On the other hand, as an SOC estimation according to a comparative example, an SOC estimation using an observer designed so that G (L) satisfies the equation (53) was performed. Observer used in SOC estimation according to the comparative example, without considering the L 2 gain-constrained, which is designed in consideration of only the attenuation restrictions.
図10に示されるように、実施例及び比較例それぞれで設計されたオブザーバを用いて、バッテリ4のSOCが推定された。図10において、横軸及び縦軸はそれぞれ、時刻及びSOCを示す。SOCの真値は、破線で示される。SOCの真値は、バッテリ4への入力電流を積算する等の方法によって算出された値である。実施例に係るSOCの推定値は、実線で示される。比較例に係るSOCの推定値は、一点鎖線で示される。実施例に係るSOCの推定値は、比較例に係るSOCの推定値と比較して、SOCの真値に近い。 As shown in FIG. 10, the SOC of the battery 4 was estimated using the observers designed in each of the examples and the comparative examples. In FIG. 10, the horizontal axis and the vertical axis indicate the time and SOC, respectively. The true value of SOC is indicated by a broken line. The true value of SOC is a value calculated by a method such as integrating the input current to the battery 4. The SOC estimates for the examples are shown by solid lines. The estimated value of SOC according to the comparative example is indicated by the alternate long and short dash line. The estimated value of SOC according to the examples is closer to the true value of SOC as compared with the estimated value of SOC according to the comparative example.
図11に示されるように、実施例のオブザーバを用いたSOCの推定誤差は、比較例のオブザーバを用いたSOCの推定誤差よりも小さい。SOCの推定誤差は、SOCの推定値とSOCの真値との差である。図11において、横軸及び縦軸はそれぞれ、時刻及びSOCの推定誤差を示す。 As shown in FIG. 11, the SOC estimation error using the observer of the example is smaller than the SOC estimation error using the observer of the comparative example. The SOC estimation error is the difference between the SOC estimated value and the SOC true value. In FIG. 11, the horizontal axis and the vertical axis indicate the time and SOC estimation errors, respectively.
図11に例示されるSOCの推定誤差のRMSE(Root Mean Square Error)を計算した結果、比較例に係るオブザーバを用いたSOCの推定誤差のRMSEは、4.5%であった。一方で、実施例に係るオブザーバを用いたSOCの推定誤差のRMSEは、1.9%であった。減衰度制約のみを考慮してオブザーバが設計される場合と比較して、減衰度制約及びL2ゲイン制約を含む所定の制約条件を考慮してオブザーバが設計されることによって、SOCの推定精度が向上されうる。 As a result of calculating the RMSE (Root Mean Square Error) of the SOC estimation error exemplified in FIG. 11, the RMSE of the SOC estimation error using the observer according to the comparative example was 4.5%. On the other hand, the RMSE of the SOC estimation error using the observer according to the example was 1.9%. As compared with the case where the observer is designed in consideration of only the attenuation constrained by the observer is designed in consideration of the predetermined constraints including attenuation constraints and L 2 gain-constrained, the estimation accuracy of the SOC Can be improved.
本開示に係る実施形態について諸図面および実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正をおこなうことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形または修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部およびステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the embodiments according to the present disclosure have been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications or modifications based on the present disclosure. It should be noted, therefore, that these modifications or modifications are within the scope of this disclosure. For example, the functions included in each component and each step can be rearranged so as not to be logically inconsistent, and a plurality of components and steps can be combined or divided into one. Is.
1 充電率推定装置
2 電流センサ
3 電圧センサ
4 バッテリ
5 電源装置
10 制御部
20 記憶部
201 電圧源
500 SOC−OCV特性
501 充電SOC−OCV特性
502 放電SOC−OCV特性
1 Charge rate estimation device 2
Claims (2)
前記オブザーバを、前記バッテリの充電率を要素として含む状態変数と前記オブザーバゲインとの間の関係を特定するとともに、前記バッテリの充電率を引数として前記バッテリの開回路電圧を表す関数と前記状態変数とを前記オブザーバの出力に反映させるように構成するステップと、
前記オブザーバゲインを、前記モデルに含まれる前記ヒステリシス特性に関するパラメータの不確かさに起因する外乱に応じた前記充電率の推定誤差について制約条件を満たすように設定するステップと
を含み、
前記制約条件は、システムの初期状態における状態変数の推定誤差に対する、前記外乱と前記充電率の推定誤差とによって表されるシステムの自由応答が満たす減衰度制約と、前記入出力システムによって表されるモデルに含まれるパラメータの誤差に対する、評価出力の大きさの比を制約するゲイン制約とを含む、オブザーバゲインの設定方法。 A method of setting an observer gain, which is an observer parameter set for an input / output system representing a model of a battery having a hysteresis characteristic and used for estimating the charge rate of the battery.
The observer specifies the relationship between the observer gain and the state variable including the charge rate of the battery as an element, and the function representing the open circuit voltage of the battery and the state variable with the charge rate of the battery as an argument. And the step of configuring to reflect the above in the output of the observer,
The step of setting the observer gain so as to satisfy the constraint condition for the estimation error of the charge rate according to the disturbance caused by the uncertainty of the parameter related to the hysteresis characteristic included in the model.
Including
The constraint condition is represented by the attenuation constraint satisfied by the free response of the system represented by the disturbance and the estimation error of the charge rate with respect to the estimation error of the state variable in the initial state of the system, and the input / output system. How to set the observer gain, including a gain constraint that constrains the ratio of the magnitude of the evaluation output to the error of the parameters contained in the model.
前記制約条件は、所定の線形行列不等式で表される、オブザーバゲインの設定方法。 In the method of setting the observer gain according to claim 1 , at least a part of the parameters included in the observer is expressed in a polytope format.
Before SL constraint condition is represented by the predetermined linear matrix inequality, setting the observer gain.
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