電池的剩余容量計(jì)算裝置以及電池的剩余容量計(jì)算方法
【專利摘要】具備：電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)電池的充放電電流；電壓檢測(cè)單元，其檢測(cè)電池的端子電壓；第一剩余容量運(yùn)算單元，其根據(jù)電池的充放電電流的累計(jì)值來(lái)計(jì)算第一剩余容量；第二剩余容量計(jì)算單元，其根據(jù)電池的開(kāi)路電壓來(lái)計(jì)算第二剩余容量；混合率設(shè)定單元，其根據(jù)第一剩余容量與第二剩余容量之間的偏差來(lái)決定第二剩余容量的混合率；第三剩余容量運(yùn)算單元，其使用混合率來(lái)計(jì)算對(duì)第一剩余容量和第二剩余容量進(jìn)行加權(quán)合成所得的合成后剩余容量，其中，第一剩余容量與第二剩余容量之間的偏差越大，則混合率設(shè)定單元將混合率設(shè)得越大。
【專利說(shuō)明】電池的剩余容量計(jì)算裝置以及電池的剩余容量計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池的剩余容量的運(yùn)算。

【背景技術(shù)】
[0002]作為求出電池的剩余容量的方法，已知以下的方法:檢測(cè)充放電電流(以下簡(jiǎn)稱為電流)，根據(jù)對(duì)檢測(cè)出的電流進(jìn)行累計(jì)所得的電流累計(jì)值進(jìn)行計(jì)算的方法；根據(jù)開(kāi)路電壓進(jìn)行計(jì)算的方法。對(duì)于基于電流累計(jì)值的方法，即使存在負(fù)載的急劇變動(dòng)等也能夠得到穩(wěn)定的剩余容量，相反，容易累積電流的檢測(cè)誤差。另一方面，對(duì)于基于開(kāi)路電壓的方法，能夠求出正確的剩余容量，相反，在存在負(fù)載急劇變動(dòng)等的情況下運(yùn)算值大幅變動(dòng)。
[0003]因此，在JP2006-38495A的剩余容量運(yùn)算裝置中，為了提高剩余容量的估計(jì)精度，對(duì)根據(jù)電流累計(jì)值求出的剩余容量和根據(jù)基于內(nèi)部電阻估計(jì)出的開(kāi)路電壓而求出的剩余容量，使用與電流變化速度相應(yīng)地設(shè)定的權(quán)重來(lái)進(jìn)行加權(quán)合成。
[0004]由此，有效利用了基于電流累計(jì)值的計(jì)算方法和基于開(kāi)路電壓的計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)，提聞了剩余容量的計(jì)算精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]但是，對(duì)于基于電流累計(jì)值的計(jì)算方法，將在啟動(dòng)時(shí)那樣能夠測(cè)量開(kāi)路電壓的定時(shí)估計(jì)出的剩余容量(SOC)作為基點(diǎn)，使用電流累計(jì)值除以滿充電容量估計(jì)值而求出的剩余容量變化量(SOC變化量)來(lái)計(jì)算剩余容量。因而，例如在由于電池異常而滿充電容量降低時(shí)，使用比真正的滿充電容量大的滿充電容量估計(jì)值進(jìn)行運(yùn)算，會(huì)計(jì)算出剩余容量變化量比真正的變化量小的值。其結(jié)果是會(huì)計(jì)算出比真正的剩余容量大的剩余容量，越是持續(xù)充放電，則相對(duì)于真正的剩余容量的誤差越大。
[0006]然而，在JP2006-38495A的剩余容量運(yùn)算裝置中，使用與電流變化速度相應(yīng)地設(shè)定的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)合成，因此在存在因電池異常等引起的滿充電容量降低的情況下，剩余容量的估計(jì)誤差變大。
[0007]本發(fā)明的目的在于:即使由于電池異常等而滿充電容量降低，也抑制剩余容量的估計(jì)誤差。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的某形式，提供一種電池的剩余容量計(jì)算裝置，其具備:電流檢測(cè)單元,其檢測(cè)電池的充放電電流；以及電壓檢測(cè)單元,其檢測(cè)電池的端子電壓。電池的剩余容量計(jì)算裝置還具備:第一剩余容量運(yùn)算單元，其根據(jù)電池的充放電電流的累計(jì)值來(lái)計(jì)算第一剩余容量；以及第二剩余容量運(yùn)算單元，其根據(jù)電池的開(kāi)路電壓來(lái)計(jì)算第二剩余容量。還具備:混合率設(shè)定單元，其根據(jù)第一剩余容量與第二剩余容量之間的偏差來(lái)決定第二剩余容量的混合率；以及第三剩余容量運(yùn)算單元，其使用混合率來(lái)對(duì)第一剩余容量和第二剩余容量進(jìn)行加權(quán)合成。另外，第一剩余容量與第二剩余容量之間的偏差越大，則混合率設(shè)定單元將混合率設(shè)得越大。
[0009]以下，一邊參照附圖一邊詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的車輛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2是表示SOC運(yùn)算算法的一個(gè)例子的控制框圖。
[0012]圖3是表示開(kāi)路電壓OCV和SOC之間的關(guān)系的圖的一個(gè)例子。
[0013]圖4是在放電中滿充電容量急劇降低的情況下的時(shí)序圖。
[0014]圖5是表示放電中用的混合率圖的一個(gè)例子的圖。
[0015]圖6是表示充電中用的混合率圖的一個(gè)例子的圖。
[0016]圖7是SOC運(yùn)算算法的流程圖。
[0017]圖8是電池正常時(shí)的時(shí)序圖。
[0018]圖9是滿充電容量在中途急劇降低的情況下的時(shí)序圖。
[0019]圖10是用于說(shuō)明基于電流累計(jì)值的估計(jì)值的限制范圍的圖。
[0020]圖11是表示估計(jì)滿充電容量的算法的框圖。
[0021]圖12是對(duì)基于電流累計(jì)值的估計(jì)值設(shè)置了限制范圍的情況下的時(shí)序圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]圖1是將本發(fā)明應(yīng)用于電動(dòng)汽車的情況下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。本系統(tǒng)包括:電池I ;負(fù)載5，其以從電池I供給的電力運(yùn)轉(zhuǎn)；電池控制器(以下稱為電池ECU) 2，其估計(jì)電池I的剩余容量(是剩余容量相對(duì)于滿充電容量的比例，以下稱為S0C(State of Charge:充電狀態(tài)));車輛控制器(以下稱為車輛控制ECU) 3，其根據(jù)SOC估計(jì)值來(lái)控制負(fù)載5。負(fù)載5例如是作為車輛的驅(qū)動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
[0023]電池I構(gòu)成為包含多個(gè)單電池，例如將多個(gè)單電池串并聯(lián)連接(將多個(gè)把多個(gè)電池并聯(lián)連接所得的并聯(lián)體串聯(lián)連接)而構(gòu)成。
[0024]電池E⑶2根據(jù)檢測(cè)電池I的端子電壓CCV的電壓傳感器7、檢測(cè)電池I的充放電電流的電流傳感器8的檢測(cè)信號(hào)來(lái)運(yùn)算SOC估計(jì)值。將在后面說(shuō)明具體的運(yùn)算內(nèi)容。
[0025]此外，電池E⑶2由具備中央運(yùn)算裝置(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)以及輸入輸出接口(I/O接口)的微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。也能夠用多個(gè)微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成電池E⑶2。對(duì)于后述的車輛控制E⑶3也相同。
[0026]通過(guò)電池ECU 2和CAN(ControIIer Area Network:控制器局域網(wǎng))通信等，向車輛控制E⑶3、儀表4發(fā)送在電池E⑶2中計(jì)算出的SOC估計(jì)值。
[0027]車輛控制E⑶3根據(jù)從電池E⑶2發(fā)送的SOC估計(jì)值進(jìn)行SOC是否充足的判定。在SOC不足的情況下，例如限制負(fù)載5的消耗電力。儀表4向駕駛者顯示SOC估計(jì)值。
[0028]另外，電池E⑶2為了使電池I的端子電壓收斂在允許范圍內(nèi)，而對(duì)由車輛控制ECU 3設(shè)定的消耗電力的上限值進(jìn)行設(shè)定。
[0029]圖2是表示電池E⑶2內(nèi)的SOC運(yùn)算算法的一個(gè)例子的控制框圖。本算法運(yùn)算基于電壓的SOC估計(jì)值SOCv和基于電流累計(jì)值的SOC估計(jì)值SOCi，使用根據(jù)兩者的差設(shè)定的混合率α (% )進(jìn)行加權(quán)合成，將其結(jié)果作為SOC估計(jì)值S0C_FIN。此外，混合率α是加權(quán)合成中的基于電壓的SOC估計(jì)值SOCv的權(quán)重。以下，說(shuō)明本算法的第一實(shí)施例。此外，在本說(shuō)明書(shū)中，混合率表示對(duì)基于電壓的SOC估計(jì)值SOCv和基于電流累計(jì)值的SOC估計(jì)值SOCi進(jìn)行加權(quán)合成時(shí)的兩者的比例(權(quán)重)。
[0030]在SOCi運(yùn)算部100中，按照以下的步驟計(jì)算基于電流累計(jì)值的SOC估計(jì)值SOCi。
[0031]首先，將啟動(dòng)時(shí)或低電流持續(xù)后等這樣的、電流值大致為零的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時(shí)間(因電流和內(nèi)部電阻產(chǎn)生的電壓為小到能夠忽略的值的狀態(tài)持續(xù)偏振被消除這種程度的時(shí)間)后而端子電壓CCV大致等于開(kāi)路電壓的定時(shí)作為能夠測(cè)量開(kāi)路電壓的定時(shí)，通過(guò)在該定時(shí)測(cè)量端子電壓CCV來(lái)測(cè)量開(kāi)路電壓，計(jì)算基于開(kāi)路電壓的SOC估計(jì)值。另外，還預(yù)先運(yùn)算滿充電容量。例如使用從上次測(cè)量開(kāi)路電壓的時(shí)刻到本次測(cè)量開(kāi)路電壓的時(shí)刻為止的電流累計(jì)值(Ah)的變化量AAh、根據(jù)開(kāi)路電壓的變化運(yùn)算出的SOC變化量AS0C，根據(jù)公式
(I)來(lái)運(yùn)算滿充電容量。
[0032]滿充電容量估計(jì)值=Λ Ah/Λ SOC ……(I)
[0033]而且，將根據(jù)本次測(cè)量出的開(kāi)路電壓估計(jì)出的SOC作為基點(diǎn)，將使用電流累計(jì)值除以滿充電容量估計(jì)值所得到的SOC變化量而估計(jì)出的SOC作為基于電流累計(jì)的SOC估計(jì)值 SOCi。
[0034]在此，基于電流累計(jì)的SOC估計(jì)值SOCi的計(jì)算方法并不限于上述。例如，也可以與上述同樣地測(cè)量開(kāi)路電壓，計(jì)算基于開(kāi)路電壓的SOC估計(jì)值，減去與從計(jì)算出SOC估計(jì)值的時(shí)刻到當(dāng)前為止的電流累計(jì)值對(duì)應(yīng)的SOC變化量，來(lái)計(jì)算SOCi。此外，能夠根據(jù)預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)等求出的表示電流累計(jì)值和SOC變化量之間的相關(guān)關(guān)系的圖來(lái)計(jì)算與電流累計(jì)值對(duì)應(yīng)的SOC變化量。
[0035]在此，已知電池的劣化度(滿充電容量的減少量)與電池的內(nèi)部電阻具有相關(guān)。因此，預(yù)先將與電池的內(nèi)部電阻相應(yīng)的、電流累計(jì)值和SOC變化量之間的關(guān)系存儲(chǔ)為圖，如果根據(jù)實(shí)際檢測(cè)出的電流累計(jì)值并參照預(yù)先存儲(chǔ)的圖，則能夠求出與電流累計(jì)值對(duì)應(yīng)的SOC變化量。即，在計(jì)算SOC估計(jì)值SOCi時(shí)，并不需要必須直接使用滿充電容量，如果使用表示電流累計(jì)值和滿充電容量的參數(shù)(在上述例子中為內(nèi)部電阻、即劣化度)，則能夠計(jì)算與滿充電容量相應(yīng)的SOC估計(jì)值SOCi。此外，能夠根據(jù)與充放電時(shí)的電流變化對(duì)應(yīng)的電壓變化容易地計(jì)算電池的內(nèi)部電阻。
[0036]對(duì)于該估計(jì)值SOCi的變化速度，與真正的SOC變化速度的偏離小，因此在顯示在儀表4上的情況下，給駕駛者帶來(lái)的不協(xié)調(diào)感小。
[0037]但是，在估計(jì)值SOCi的運(yùn)算中，在設(shè)定基點(diǎn)后到下次成為能夠測(cè)量開(kāi)路電壓的定時(shí)為止不測(cè)量開(kāi)路電壓而基于電流累計(jì)值和預(yù)先設(shè)定的滿充電容量(設(shè)定基點(diǎn)時(shí)的滿充電容量)運(yùn)算估計(jì)值SOCi，因此例如即使構(gòu)成并聯(lián)體的電池中的一部分電池的連接被解除等在放電中電池I的滿充電容量降低，也使用降低前的滿充電容量進(jìn)行運(yùn)算。其結(jié)果是例如在將放電中的電流累計(jì)值的變化換算為SOC的變化時(shí)，運(yùn)算出比真正的SOC變化量小的SOC變化量，無(wú)法跟蹤真正的SOC降低。因此，在將估計(jì)值SOCi顯示在儀表4上時(shí)，顯示比真正的SOC大的值。
[0038]圖4是在電池I的放電中滿充電容量在定時(shí)Tl降低的情況下的時(shí)序圖。到定時(shí)Tl為止，估計(jì)值SOCi能夠跟蹤真正的S0C，但在定時(shí)Tl以后，估計(jì)值SOCi的變化量變得比真正的SOC變化量小，隨著時(shí)間經(jīng)過(guò)而估計(jì)值SOCi與真正的SOC的偏離變大。
[0039]另外，在充電中也運(yùn)算出比真正的SOC變化量小的SOC變化量，在將估計(jì)值SOCi顯示在儀表4上時(shí)，顯示比真正的SOC小的值。
[0040]另一方面，在SOCv計(jì)算部101中，按照以下的步驟計(jì)算基于電壓的SOC估計(jì)值SOCv。
[0041 ] 首先，讀入端子電壓CCV和電流I，進(jìn)而根據(jù)端子電壓CCV和電流I估計(jì)內(nèi)部電阻估計(jì)值R。接著，使用公式(2)估計(jì)開(kāi)路電壓0CV。此外，在本實(shí)施例中，對(duì)于電流I的值，將放電方向設(shè)為正，將充電方向設(shè)為負(fù)。
[0042]OCV = CCV+RX1......(2)
[0043]使用表示開(kāi)路電壓OCV和SOC之間的關(guān)系的圖將估計(jì)出的開(kāi)路電壓OCV變換為估計(jì)值SOCv。開(kāi)路電壓OCV和SOC之間的關(guān)系由電池的特性來(lái)決定，因此預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)等求出并圖化，存儲(chǔ)在SOCv運(yùn)算部101中。圖3是表示開(kāi)路電壓OCV和SOC之間的關(guān)系的圖的一個(gè)例子。
[0044]在估計(jì)值SOCv的運(yùn)算中使用端子電壓CCV，如果真正的SOC降低，則端子電壓CCV隨之降低。因而，估計(jì)值SOCv高精度地跟蹤真正的SOC變化。但是，在端子電壓CCV的測(cè)量結(jié)果中存在噪聲的情況等下，值變動(dòng)(以真正的值為中心振動(dòng))。因此，在將估計(jì)值SOCv顯示在儀表4上時(shí)，例如產(chǎn)生雖然持續(xù)行駛(電池I放電)、但因噪聲引起的變動(dòng)而所顯示的SOC暫時(shí)變大的情況，有可能給駕駛者帶來(lái)不協(xié)調(diào)感。
[0045]將上述那樣計(jì)算出的估計(jì)值SOCi和估計(jì)值SOCv讀入到偏差運(yùn)算部102。
[0046]在偏差運(yùn)算部102中，通過(guò)從估計(jì)值SOCi中減去估計(jì)值SOCv而運(yùn)算偏差(以下稱為估計(jì)值偏差)，將運(yùn)算結(jié)果輸出到混合率α設(shè)定部103。
[0047]在混合率α設(shè)定部103中，使用預(yù)先作成并存儲(chǔ)的圖5、圖6的混合率α設(shè)定圖，來(lái)設(shè)定估計(jì)值SOCv的混合率α。圖5是在放電中使用的圖，圖6是在充電中使用的圖?？v軸都是混合率α，橫軸都是估計(jì)值偏差。
[0048]在此，說(shuō)明混合率α設(shè)定圖表。
[0049]在放電中，越是估計(jì)值SOCi比估計(jì)值SOCv大并且估計(jì)值偏差大，則由于急劇的滿充電容量的降低而估計(jì)值SOCi無(wú)法跟蹤真正的SOC的變化、估計(jì)值SOCi表示出比真正的SOC大的值的可能性越高。
[0050]另一方面，在估計(jì)值偏差小的情況下，估計(jì)值SOCi表示出比真正的SOC大的值的可能性低。此外，“估計(jì)值偏差小的情況”也包含估計(jì)值SOCi比估計(jì)值SOCv小的情況。
[0051]因此，如圖5所示那樣將混合率α設(shè)定為:在估計(jì)值偏差為Dl以下時(shí)，混合率α為零(％ )，在Dl?D2之間時(shí)，估計(jì)值偏差越大則估計(jì)值SOCv的混合率α也越大，在D2以上時(shí)混合率α為100(% )。由此，估計(jì)值SOCi從真正的SOC大幅偏離的可能性越高，則混合率α越高，最終成為100 (% )，因此加權(quán)合成后的SOC能夠跟蹤真正的S0C。另外，在估計(jì)值SOCi成為比真正的SOC高的值的可能性低的情況下，不提高混合率α而進(jìn)行加權(quán)合成，因此對(duì)于儀表4的顯示，駕駛者不會(huì)感覺(jué)到不協(xié)調(diào)感。
[0052]此外，與所使用的電池I相應(yīng)地預(yù)先設(shè)定估計(jì)值偏差D1、D2以及后述的D3、D4。
[0053]在充電中，越是估計(jì)值SOCi比估計(jì)值SOCv小并且估計(jì)值偏差向負(fù)的方向大，則由于急劇的滿充電容量的降低而估計(jì)值SOCi無(wú)法跟蹤真正的SOC的變化、估計(jì)值SOCi表示出比真正的SOC小的值的可能性越高。另一方面，在估計(jì)值偏差小的情況或估計(jì)值SOCi比估計(jì)值SOCv大的情況下,估計(jì)值SOCi表示出比真正的SOC小的值的可能性低。
[0054]因此，如圖6所示那樣將混合率α設(shè)定為:在估計(jì)值偏差為D3以上時(shí)，混合率α為零(％ )，在D3?D4之間時(shí)，估計(jì)值偏差向負(fù)的方向越變大則估計(jì)值SOCv的混合率α越高，在D4以下時(shí)混合率α為100(%)。由此，與放電中同樣地能夠使加權(quán)合成后的SOC跟蹤真正的SOC。
[0055]將如上述那樣計(jì)算出的混合率α與估計(jì)值SOC1、估計(jì)值SOCv —起讀入到混合運(yùn)算部104。
[0056]混合運(yùn)算部104根據(jù)公式(3)運(yùn)算合成后估計(jì)值S0C_FIN。
[0057]S0C_FIN = SOCvX a +SOCi X (1- α )......(3)
[0058]此外，還能夠與充電中還是放電中無(wú)關(guān)地，僅是基于電流累計(jì)值的估計(jì)值SOCi和基于電壓值的估計(jì)值SOCv之間的偏差越大而將混合率α設(shè)得越大，將混合率α設(shè)定圖設(shè)為一個(gè)來(lái)減輕運(yùn)算負(fù)荷。由此，在放電中估計(jì)值SOCi成為比真正的SOC低的值的情況、在充電中估計(jì)值SOCi成為比真正的SOC高的值的情況下，S卩，在即使增大混合率α妨礙也少的情況下，也增大混合率α。然而，難以想像在充放電中滿充電容量增大的情況，上述那樣的狀況僅是由于噪聲等而估計(jì)值SOCi和估計(jì)值SOCv暫時(shí)發(fā)生了偏差的狀況，在這樣的狀況下，估計(jì)值SOCi和估計(jì)值SOCv之間的偏差比較小，即使增大混合率α也不會(huì)產(chǎn)生大的問(wèn)題。
[0059]圖7是上述的SOC運(yùn)算算法的流程圖。由電池E⑶2例如以10毫秒左右的短間隔重復(fù)執(zhí)行本流程圖。
[0060]電池E⑶2在步驟SlO中在SOCv運(yùn)算部101中運(yùn)算估計(jì)值SOCv，在步驟S20中在SOCi運(yùn)算部100中運(yùn)算估計(jì)值SOCi。此外，步驟SlO和S20是沒(méi)有順序的。
[0061]然后，在步驟S30中在偏差運(yùn)算部102中運(yùn)算估計(jì)值偏差，在步驟S40中在混合率α設(shè)定部103中根據(jù)估計(jì)值偏差運(yùn)算混合率α，在步驟S50中在混合運(yùn)算部104中進(jìn)行加權(quán)合成。
[0062]圖8、圖9是在放電中執(zhí)行圖7的流程的情況下的時(shí)序圖，圖8表示電池I正常的情況，圖9表示電池I的滿充電容量急劇降低的情況。圖中的實(shí)線表示合成后估計(jì)值S0C_FIN,虛線表示估計(jì)值SOCv，點(diǎn)劃線表示估計(jì)值SOCi。此外，在圖8中，假設(shè)估計(jì)值偏差沒(méi)有超過(guò)圖5的D1，在圖9中，假設(shè)估計(jì)值偏差在定時(shí)Tl為D1，在定時(shí)T2為D2。
[0063]在電池I正常的情況下，如圖8所示，估計(jì)值SOCv在噪聲等的影響下重復(fù)增減，同時(shí)在作為整體看時(shí)以與估計(jì)值SOCi同樣的斜率降低。因此，由于估計(jì)值偏差不超過(guò)圖5的Dl而將混合率α保持為零(％ )，因此合成后估計(jì)值S0C_FIN等于估計(jì)值SOCi。因而，儀表4的顯示不會(huì)給駕駛者帶來(lái)不協(xié)調(diào)感。
[0064]另一方面，在由于電池I異常而滿充電容量降低的情況下，如圖9所示，估計(jì)值SOCi的斜率比估計(jì)值SOCv的斜率小，因此伴隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)而估計(jì)值偏差增大。在從估計(jì)值偏差為Dl的定時(shí)Tl到估計(jì)值偏差成為D2的定時(shí)T2的期間，混合率α逐漸增大，在定時(shí)Τ2成為100 (% )。其結(jié)果是合成后估計(jì)值S0C_FIN在定時(shí)Tl之前與估計(jì)值SOCi相等，在從定時(shí)Tl到定時(shí)T2的期間逐漸接近估計(jì)值SOCv，在定時(shí)T2與估計(jì)值SOCv相等。由此，能夠使合成后估計(jì)值S0C_FIN跟蹤真正的SOC。
[0065]此外，在圖5、圖6的混合率α設(shè)定圖中，存在混合率α逐漸變化的區(qū)域，但也可以將規(guī)定的估計(jì)值偏差作為邊界而使混合率α階段性地變化。由此，合成后估計(jì)值S0C_FIN在估計(jì)值偏差為規(guī)定值以下時(shí)是估計(jì)值SOCi，在估計(jì)值偏差超過(guò)規(guī)定值時(shí)切換為估計(jì)值 SOCvο
[0066]另外，在從定時(shí)Tl到定時(shí)T2的期間，存在估計(jì)值SOCv由于噪聲的影響等而增加的區(qū)間，在該區(qū)間中，混合率α降低，因此合成后估計(jì)值S0C_FIN嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不如圖9那樣為直線。但是，估計(jì)值SOCv在振動(dòng)地重復(fù)增減的同時(shí)作為整體降低，因此在此為了容易理解從估計(jì)值SOCi向估計(jì)值SOCv的轉(zhuǎn)移而用直線來(lái)表示。
[0067]接著，說(shuō)明SOC運(yùn)算算法的第二實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例相比僅SOCi運(yùn)算部100中的基于電流累計(jì)值的估計(jì)值SOCi的計(jì)算方法不同，因此說(shuō)明不同點(diǎn)。
[0068]在本實(shí)施例中，通過(guò)限制基于電流累計(jì)值的估計(jì)值SOCi可取的值，即使在滿充電容量急劇降低的情況下，也能夠減小估計(jì)值SOCi和真正的SOC之間的偏離。此外，在本實(shí)施例中，通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)電池溫度。
[0069]如圖10所示，將充放電開(kāi)始時(shí)的SOC(在圖10中為S0C100% )作為基點(diǎn)，使用將電流累計(jì)值/ I除以滿充電容量FullAh而求出的SOC變化量來(lái)求出基于電流累計(jì)值的估計(jì)值SOCi。
[0070]在此，說(shuō)明滿充電容量FullAh的估計(jì)方法。此外，該滿充電容量FullAh可以是使用上述公式(I)估計(jì)出的滿充電容量估計(jì)值，但在此通過(guò)以下的方法進(jìn)行估計(jì)。
[0071]圖11是表示估計(jì)滿充電容量FullAh的算法的框圖。
[0072]首先，在內(nèi)部電阻運(yùn)算部中，根據(jù)充放電時(shí)的電流、電壓的檢測(cè)值來(lái)計(jì)算內(nèi)部電阻Ω。然后，在降低系數(shù)運(yùn)算部中，讀入內(nèi)部電阻Ω和電池溫度，使用預(yù)先作成并存儲(chǔ)的圖來(lái)求出新品時(shí)和當(dāng)前狀態(tài)的該溫度下的內(nèi)部電阻Ω的比，將該比變換為表示滿充電容量的降低率(即劣化率)的降低系數(shù)。在此使用的圖表示新品時(shí)的與電池溫度對(duì)應(yīng)的內(nèi)部電阻的特性。另外，預(yù)先設(shè)定與內(nèi)部電阻的比相應(yīng)的降低系數(shù)，根據(jù)它將比變換為降低系數(shù)。
[0073]將這樣計(jì)算出的降低系數(shù)乘以在工廠出廠時(shí)測(cè)定出的新品時(shí)的滿充電容量，由此計(jì)算滿充電容量FullAh。例如如果新品時(shí)的滿充電容量是60 (Ah)，根據(jù)內(nèi)部電阻Ω和電池溫度計(jì)算出的降低系數(shù)是0.9，則當(dāng)前的滿充電容量FullAh被估計(jì)為60X0.9 = 54(Ah)0
[0074]返回到基于電流累計(jì)值的估計(jì)值SOCi的計(jì)算方法的說(shuō)明。在針對(duì)估計(jì)值SOCi的上次值SOCi (η-1)使用基于從上次到本次的電流累計(jì)值f I和滿充電容量FullAh的SOC變化量Λ SOCAh來(lái)運(yùn)算本次的估計(jì)值SOCi時(shí)，為SOCi’ (η)。然后，在考慮到因電流傳感器6的誤差造成的電流累計(jì)值/ I的誤差、基于滿充電容量FullAh的估計(jì)誤差等的SOC變化量Λ SOCAh的誤差時(shí)，本次的估計(jì)值SOCi可取的范圍成為圖中網(wǎng)格線所示的范圍(以下稱為變化范圍)。即，從上次到本次的一個(gè)運(yùn)算周期中的估計(jì)值SOC的變化量可取的值最小為從上次值SOCi (η-1)到變化范圍的上限，最大為從上次值SOCi (η-1)到變化范圍的下限。
[0075]以上次估計(jì)值SOCi (η-1)為基準(zhǔn)，設(shè)定這樣決定的一個(gè)運(yùn)算周期中的估計(jì)值SOCi的變化量可取的范圍(變化范圍)。這樣，能夠以從上次估計(jì)值SOCi (η-1)降低了 SOC變化量ASOCAh的估計(jì)值SOCi’ (η)為中心，設(shè)定與變化范圍具有相同寬度的估計(jì)值限制范圍。另外，在本運(yùn)算方法中，將根據(jù)電壓求出的估計(jì)值SOCv(n)限制為基于電流累計(jì)值的估計(jì)值SOCi在本次運(yùn)算中可取的值的估計(jì)值限制范圍內(nèi)的值，來(lái)計(jì)算估計(jì)值SOCi的本次值即估計(jì)值SOCi (η)。
[0076]S卩，以上次估計(jì)值SOCi (η-1)為基準(zhǔn)，以根據(jù)電流累計(jì)值計(jì)算出的本次估計(jì)值SOCi’(η)為中心設(shè)定估計(jì)值限制范圍，將根據(jù)電壓求出的估計(jì)值SOCv(n)限制在估計(jì)值限制范圍內(nèi)，作為本次的最終的估計(jì)值SOCi (η)。換言之，在以根據(jù)電流累計(jì)值計(jì)算出的本次估計(jì)值SOCi’ (η)為中心的估計(jì)值限制范圍內(nèi)，使用根據(jù)開(kāi)路電壓求出的估計(jì)值SOCv(n)來(lái)決定本次的最終的估計(jì)值SOCi (η)。即，這是設(shè)定以根據(jù)電流累計(jì)值估計(jì)出的估計(jì)值SOCi為基準(zhǔn)的SOC的范圍(估計(jì)值限制范圍)，在該SOC的范圍內(nèi)，使用根據(jù)開(kāi)路電壓求出的估計(jì)值SOCv (η)來(lái)設(shè)定本次的最終的估計(jì)值SOCi (η)，基本上最終的估計(jì)值SOCi (η)的值是根據(jù)電流累計(jì)值進(jìn)行限制所得到的值，可以說(shuō)是根據(jù)電流累計(jì)值估計(jì)出的S0C。
[0077]使用圖10更具體地說(shuō)明。此外，圖中t2為本次估計(jì)定時(shí)，tl為上次估計(jì)定時(shí)，說(shuō)明本次估計(jì)定時(shí)的估計(jì)值SOCi (η)的運(yùn)算內(nèi)容。
[0078]針對(duì)上次估計(jì)定時(shí)(tl)的最終的估計(jì)值SOCi (η)，減去根據(jù)從上次(tl)到本次(t2)的電流累計(jì)值估計(jì)出的SOC變化量ASOCAW在此是放電方向的容量變化，因此進(jìn)行減法運(yùn)算)來(lái)計(jì)算本次的估計(jì)值SOCi’(η)。然后，根據(jù)計(jì)算出的本次估計(jì)值SOCi’ (η)來(lái)設(shè)定估計(jì)值限制范圍，將根據(jù)開(kāi)路電壓求出的估計(jì)值SOCv(n)限制在上述估計(jì)限制范圍內(nèi)而設(shè)為本次的最終的估計(jì)值SOCi (η)。在此，在根據(jù)開(kāi)路電壓求出的估計(jì)值SOCv (η)是比估計(jì)限制范圍大的值的情況下，將估計(jì)限制范圍的上限值設(shè)為最終的估計(jì)值SOCi (η)，在根據(jù)開(kāi)路電壓求出的估計(jì)值SOCv(n)是比估計(jì)限制范圍小的值的情況下，將估計(jì)限制范圍的下限值設(shè)為最終的估計(jì)值SOCi (η)，在根據(jù)開(kāi)路電壓求出的估計(jì)值SOCv (η)是估計(jì)限制范圍內(nèi)的值的情況下，將估計(jì)值SOCv (η)設(shè)為最終的估計(jì)值SOCi (η)。
[0079]同樣，在下次估計(jì)定時(shí)t3，針對(duì)在本次估計(jì)定時(shí)t2計(jì)算出的最終的估計(jì)值SOCi (η)，加上根據(jù)從本次(t2)到下次(t3)的電流累計(jì)值估計(jì)出的SOC變化量Λ SOCAh (在此是充電方向的容量變化，因此進(jìn)行加法運(yùn)算)，計(jì)算估計(jì)值SOCi’(n+1)，根據(jù)計(jì)算出的估計(jì)值SOCi’ (n+1)來(lái)設(shè)定估計(jì)限制范圍，將根據(jù)開(kāi)路電壓求出的估計(jì)值S0Cv(n+l)限制在估計(jì)限制范圍內(nèi)而作為下次的最終的估計(jì)值SOCi (n+1)。
[0080]在本實(shí)施例中，在估計(jì)值SOCi的每個(gè)估計(jì)定時(shí)重復(fù)進(jìn)行上述那樣的運(yùn)算來(lái)求出估計(jì)值SOCi。
[0081]由此，如圖12所示，根據(jù)電流累計(jì)值計(jì)算出的估計(jì)值SOCi與第一實(shí)施例相比，以跟蹤根據(jù)電壓求出的估計(jì)值SOCv的方式推移，因此估計(jì)值SOCi和估計(jì)值SOCv難以偏離。
[0082]然而，在本計(jì)算方法中，在由于電池異常等而真正的滿充電容量急劇降低的情況下，滿充電容量FullAh也從真正的值偏離，因此基于電流累計(jì)值的估計(jì)值SOCi也從真正的值偏離，但通過(guò)上述的混合率α的控制，能夠避免在儀表4上顯示相對(duì)于真正的值過(guò)大的SOC。
[0083]接著，說(shuō)明SOC運(yùn)算算法的第三實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例、第二實(shí)施例相t匕，僅SOCv運(yùn)算部101中的基于電壓值的估計(jì)值SOCv的計(jì)算方法不同，因此說(shuō)明不同點(diǎn)。
[0084]在本實(shí)施例中，通過(guò)針對(duì)通過(guò)與第一實(shí)施例相同的方法計(jì)算出的估計(jì)值SOCv實(shí)施濾波處理，來(lái)抑制在混合率α增加的情況下顯示在儀表4上的合成后估計(jì)值S0C_FIN的變動(dòng)。
[0085]濾波處理能夠應(yīng)用后述的移動(dòng)平均、加權(quán)平均或限制了變化速度的速率限制器坐寸ο
[0086]在移動(dòng)平均的情況下，在與第一實(shí)施例同樣地運(yùn)算出估計(jì)值SOCv后，例如將包含本次運(yùn)算值的過(guò)去三次的運(yùn)算值的平均作為本次的估計(jì)值SOCv。在加權(quán)平均的情況下，在與第一實(shí)施例同樣地運(yùn)算出估計(jì)值SOCv后，對(duì)上次值和本次值分別進(jìn)行加權(quán)并相加，將所得的結(jié)果作為本次的估計(jì)值SOCv。
[0087]速率限制器進(jìn)行以下的濾波處理，即對(duì)相對(duì)于上次的估計(jì)值SOCv的變化量設(shè)置限制，在通過(guò)本次的運(yùn)算得到的估計(jì)值SOCv相對(duì)于上次值的變化量超過(guò)限制的情況下，將限制范圍內(nèi)的值設(shè)為本次的估計(jì)值SOCv。
[0088]通過(guò)這些濾波處理抑制估計(jì)值SOCv的變動(dòng)，由此能夠抑制在將SOCv的混合率α增加后的合成后估計(jì)值S0C_FIN顯示在儀表4上時(shí)給駕駛者帶來(lái)的不協(xié)調(diào)感。
[0089]如果對(duì)以上說(shuō)明的實(shí)施方式的作用效果進(jìn)行總結(jié)，則如下。
[0090]具備:S0Ci運(yùn)算部100,其計(jì)算基于電流累計(jì)值的估計(jì)值SOCi ;S0v運(yùn)算部101,其計(jì)算基于電壓值的估計(jì)值SOCv ;混合率α設(shè)定部103，其與估計(jì)值SOCi和估計(jì)值SOCv之間的偏差相應(yīng)地決定估計(jì)值SOCv的混合率α。另外，具備:混合運(yùn)算部104，其使用混合率α計(jì)算加權(quán)合成后估計(jì)值S0C_FIN，估計(jì)值SOCi和估計(jì)值SOCv之間的偏差越大則混合率α設(shè)定部103將混合率α設(shè)定得越大。由此，在估計(jì)值SOCi的誤差大的情況下，計(jì)算出通過(guò)對(duì)真正的SOC的跟蹤性優(yōu)良的估計(jì)值SOCv進(jìn)行了加權(quán)的加權(quán)合成后估計(jì)值S0C_FIN、SP與真正的SOC變化的偏離小的剩余容量。其結(jié)果是能夠向駕駛者顯示精度高的剩余容量。
[0091]放電中估計(jì)值SOCi越大于估計(jì)值SOCv、或在充電中估計(jì)值SOCv越大于估計(jì)值SOCi，則混合率α設(shè)定部將混合率α設(shè)定得越大。由此，在向駕駛者顯示精度高的SOC的必要性高的情況下，能夠可靠地顯示精度高的S0C。
[0092]根據(jù)電流傳感器6的檢測(cè)值、電流傳感器6的誤差預(yù)測(cè)值、滿充電容量FullAh、滿充電容量FullAh的誤差預(yù)測(cè)值，計(jì)算一個(gè)運(yùn)算周期中的上述第一剩余容量的變化范圍。而且，設(shè)定估計(jì)值限制范圍，該估計(jì)值限制范圍是針對(duì)上次計(jì)算時(shí)的估計(jì)值SOCv設(shè)定變化范圍而得到的，將估計(jì)值SOCi限制為估計(jì)值限制范圍內(nèi)的值。由此，估計(jì)值SOCi跟蹤估計(jì)值SOCv，因此，與不進(jìn)行限制的情況相比，混合率α增大的機(jī)會(huì)減少。其結(jié)果是通過(guò)顯示因噪聲等而微小變動(dòng)的估計(jì)值SOCv,能夠減少給駕駛者帶來(lái)不協(xié)調(diào)感的機(jī)會(huì)。
[0093]此外，說(shuō)明了將多個(gè)單電池串并聯(lián)連接的情況，但如果是將至少兩個(gè)單電池并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，則能夠得到同樣的效果。
[0094]以上說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但上述實(shí)施方式只不過(guò)示出了本發(fā)明的應(yīng)用例的一部分，并不是要將本發(fā)明的技術(shù)范圍限定為上述實(shí)施方式的具體結(jié)構(gòu)。
[0095]本申請(qǐng)主張基于在2012年3月13日向日本專利局申請(qǐng)的特愿2012-56385以及在2012年11月19日向日本專利局申請(qǐng)的特愿2012-253594的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)參照將該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容組合到本說(shuō)明書(shū)中。
【權(quán)利要求】
1.一種電池的剩余容量計(jì)算裝置，具備: 電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)電池的充放電電流； 電壓檢測(cè)單元，其檢測(cè)上述電池的端子電壓； 第一剩余容量運(yùn)算單元，其根據(jù)上述電池的充放電電流的累計(jì)值來(lái)計(jì)算第一剩余容量; 第二剩余容量計(jì)算單元，其根據(jù)上述電池的開(kāi)路電壓來(lái)計(jì)算第二剩余容量； 混合率設(shè)定單元，其根據(jù)上述第一剩余容量與上述第二剩余容量之間的偏差來(lái)決定上述第二剩余容量的混合率； 第三剩余容量運(yùn)算單元，其使用上述混合率來(lái)計(jì)算對(duì)上述第一剩余容量和上述第二剩余容量進(jìn)行加權(quán)合成所得的合成后剩余容量， 在該電池的剩余容量計(jì)算裝置中， 上述第一剩余容量與上述第二剩余容量之間的偏差越大，則上述混合率設(shè)定單元將上述混合率設(shè)得越大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池的剩余容量計(jì)算裝置，其特征在于， 在放電中上述第一剩余容量越大于上述第二剩余容量、或在充電中上述第二剩余容量越大于上述第一剩余容量，則上述混合率設(shè)定單元將上述混合率設(shè)得越大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池的剩余容量計(jì)算裝置，其特征在于， 上述第一剩余容量計(jì)算單元根據(jù)一個(gè)運(yùn)算周期中的上述充放電電流的檢測(cè)值的累計(jì)值、預(yù)先求出的滿充電容量、包含上述電流檢測(cè)單元的檢測(cè)誤差和上述滿充電容量的誤差中的任一個(gè)的誤差預(yù)測(cè)值，來(lái)計(jì)算一個(gè)運(yùn)算周期中的上述第一剩余容量的變化范圍， 計(jì)算將上述第二剩余容量限制為上述估計(jì)值限制范圍內(nèi)的值所得的值作為第一剩余容量。
4.一種電池的剩余容量計(jì)算方法，該電池具備: 電流檢測(cè)單元，其檢測(cè)電池的充放電電流； 電壓檢測(cè)單元，其檢測(cè)上述電池的端子電壓，該電池的剩余容量計(jì)算方法具備以下步驟: 第一剩余容量運(yùn)算步驟，根據(jù)上述電池的充放電電流的累計(jì)值來(lái)計(jì)算第一剩余容量； 第二剩余容量運(yùn)算步驟，根據(jù)上述電池的開(kāi)路電壓來(lái)計(jì)算第二剩余容量； 設(shè)定步驟，上述第一剩余容量與上述第二剩余容量之間的偏差越大，則將上述混合率設(shè)定得越大；以及 第三剩余容量運(yùn)算步驟，使用上述混合率來(lái)計(jì)算對(duì)上述第一剩余容量和上述第二剩余容量進(jìn)行加權(quán)合成所得的合成后剩余容量。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK104169733SQ201380014092
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月13日
【發(fā)明者】曾我力, 高野敦史 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社