专利名称：充电率推断方法、充电率推断装置及二次电池电源系统的制作方法
技术领域：
本发明属于充电率推断方法及充电率推断装置的技术领域，且该充电率推断方法及充电率推断装置用于推断向负载提供电力的二次电池的充电率。
背景技术：
现有技术中一直有正确获知搭载于汽车等之上的铅蓄电池等二次电池的剩余充电率方面的要求。在二次电池中，一般而言，充电率与稳定时的开路电压(OCV: OpenCircuit Voltage)之间有相关,故求得开路电压即能推断充电率。但,二次电池的开路电压不但需要在不进行充电或放电的状态下进行，而且待充电或放电结束后开路电压稳定之时需要很长一段时间。因此，提出了使用对开路电压的时间特性进行近似的函数(电压特性 式)来求取开路电压的收敛值的方法(例如专利文献I至3)。上述现有技术的方法中，开路电压的电压特性式全都具有调整参数，使用短时间测量到的开路电压的测量值确定该调整参数。接着，采用运用了所确定的调整参数的电压特性式来求取开路电压的收敛值。以上述现有技术的方法求取二次电池的开路电压的收敛值时，其精度依赖于电压特性式的精度。一般而言，电压特性式中会用到多项式函数和对数函数等，但这些函数难以对二次电池的开路电压的时间特性进行高精度的近似，因而开路电压的收敛值的误差增大。对此，专利文献4中将4次以上的指数衰减函数用于二次电池的开路电压的近似计算，由此能高精度地近似开路电压，并能高精度地推断充电率。在将4次以上的指数衰减函数这样的复杂非线性函数用于二次电池的开路电压的近似计算的情况下，当使用电压测量值最优化调整参数时，需要进行高斯-牛顿法、麦夸特法这样的逐次运算或卡尔曼滤波运算这样的滤波运算求得最小二乘法的最优解。即便是采用上述最优化调整参数的任一方法，也需要设置调整参数的初始值。根据其初始值，可能存在计算发散而无法得到调整参数的收敛值的可能性、或即使得到收敛值但花费相当长时间的问题。专利文献4中提议了一种短时间内稳定确定调整参数的收敛值的方法。先行技术文献专利文献专利文献I :特开平7-98367号公报专利文献2 :特开2002-234408号公报专利文献3 :特开2003-75518号公报专利文献4 :特开2008-96328号公报但，上述现有技术的二次电池的充电率推断方法中存在下述问题。专利文献4的方法中只采用数据获取期间的初期电压测量值和即将结束前的电压测量值来唯一地确定调整参数的初始值。因此，存在不合适的值被设为初始值的情况，此时，会导致调整参数的最优化计算无法收敛。即，如果二次电池停止充放电后的开路电压的变化是在预先设想的电压分布(缓慢下降或上升)范围内，则调整参数的最优化是可能的，但因实际上车辆的充放电历史是多种多样的，有时会呈现设想范围外的电压曲线。作为一例，如图9所示，存在电压测量期间的途中发生电压测量值的变化反转的情况。专利文献4的方法在这样的电压曲线的情况下也是根据数据获取期间的初始电压测量值和即将结束前的电压测量值来确定调整参数的初始值，故调整参数的最优化无法收敛。

发明内容
因此，本发明为解决这些问题而形成，目的在于提供通过适当地设置能对二次电池的开路电压的时间变化进行高精度近似的电压特性式的调整参数的初始值、从而能够在 短时间内稳定地确定调整参数的收敛值并推断充电率的充电率推断方法、充电率推断装置及二次电池电源系统。本发明的充电率推断方法的第一形式以具有调整参数的电压特性式对充放电结束后的二次电池的开路电压(OCV :0pen Circuit Voltage)的时间变化进行近似,从所述电压特性式计算所述二次电池的稳定时的开路电压，从而推断所述二次电池的充电率，其特征在于，在所述二次电池的充放电结束后的规定的数据获取期间中按规定的周期获取m个(m为自然数)所述二次电池的开路电压的测量值(下称“电压测量值”)，从所述m个电压测量值中选择规定的选择定时下的电压测量值作为选择电压测量值，基于所述选择电压测量值和所述选择定时计算所述调整参数的初始值，从所述初始值开始逐步修正所述调整参数，使通过所述电压特性式算出的开路电压与所述m个电压测量值的误差最小的同时，计算其收敛值，将所述调整参数的收敛值用于所述电压特性式，计算所述稳定时的开路电压，从所述稳定时的开路电压推断所述二次电池的充电率。本发明的充电率推断方法的另一形式其特征在于，设所述调整参数为(Ai }(i=l n)、( Bi } (i=l n)、及Vc，n为4以上的整数，t为充放电结束后所经过的时间时，所述电压特性式由V (t) = A1 exp (B1 t)) +A2 exp (B2 t) + +An exp(Bn t) +Vc提供,设(IDi } (i=l (n-1))为满足I < Id1 < b2< Iv1且事先设为对应所述选择定时的整数序列时，用由所述整数序列(h } (i=l (n-1))确定的所述选择定时下的所述选择电压测量值计算所述调整参数(Ai } (i=l n)、{ Bi } (i=l n)、及Vc各自的所述初始值(AOi } (i=l n)、{ BOi } (i=l n)、及VOc。本发明的充电率推断方法的另一形式其特征在于，所述整数序列(匕} (i = l (n-1))满足(b「l) < Od2-Id1) < < (bn_「bn_2) < (m-D。本发明的充电率推断方法的另一形式其特征在于，设所述电压测量值为(VMj }(j = I m)、所述电压测量值的获取周期为A t、C为事先设好的实数时，选择所述数据获取期间的最先获得的电压测量值VM1、以所述整数序列(匕} (i=l (n-1))为所述选择定时的电压测量值(VMk } (k=bi;i=l (n-1))及在数据获取期间的最后获得的选择电压测量值VMm作为所述选择电压测量值，并按照AO1 = VM1-VMk (k = b)
AOi = VMkk-VMk(kk = I^1、k = bj ；i = 2 (n_l))AOn = VMk-VMm (k = DBOi = -I/ (Xbi-I) XAtX C)(i = I (n_l))BOn =-l/((m_l) X A tXC)VOc = VMm 计算所述初始值(AOi } (i==l n)、( BOi } (i= = I n)、及 VOc。本发明的充电率推断方法的另一形式其特征在于，当所述电压测量值(VMj } Cj==I m)在所述数据获取期间中具有最大或最小的峰值时，由所述整数序列(匕} (i=l (n-1))求得最接近于所述峰值的时点jp的选择定时bp并将所述选择定时匕置换为所述峰值的时点jp来改变所述整数序列(h } (i=l (n-1))，用所述改变后的整数序列(匕} (i=l (n-1))计算所述初始值(AOi } (i=l n)及(BOi } (i=l n)。本发明的充电率推断方法的另一形式其特征在于，设所述电压测量值为(VMj }(j=l m)、所述电压测量值的获取周期为At、C为事先设好的实数，所述电压测量值(VMj} (j=l m)在所述数据获取期间中具有最大或最小的峰值VM#时，选择所述峰值的电压
测量值VMjp、以使所述整数序列(匕} (i=l (n-1))改变(jp-1)后的整数序列(IAi }=(bj+jp-1 } (i=l (n-1))为所述选择定时的电压测量值(VMk } (k=bbi ；i=l (n-1))及在数据获取期间的最后获得的选择电压测量值VMm作为所述选择电压测量值，并按照AO1 = VMjp-VMk (k = b b:)AOi = VMkk-VMk(kk = bbj^> k = bbj ;i = 2 (n-1))AOn = VMk-VMm (k = UBOi = -I/ ((bbj-1) X A t X C) (i = I (n_l))BOn =-l/((m_l) X A tXC)VOc = VMm 计算所述初始值(AOi } (i=l n)、{ BOi } (i=l n)、及 VOc。本发明的充电率推断方法的另一形式其特征在于，设所述电压测量值为(VMj }(j = I m)、所述电压测量值的获取周期为A t、C为事先设好的实数，所述电压测量值(VMj } (j = I m)在所述数据获取期间中具有最大或最小的峰值VM#(j = jp)时，选择所述峰值的电压测量值VM#、以使所述整数序列(匕} (i=l (n-1))大体保持整数序列的间隔比率地在jp至m间移动后的整数序列(bq } = ( [ Cbi-I) X (m-jp)/ (m_l)+jp]的整数部} (i=l (n-1))为所述选择定时的电压测量值(VMk } (k=bCi ；i=l (n_l))及在数据获取期间的最后获得的选择电压测量值VMm作为所述选择电压测量值，并按照AO1 = VMjp-VMk (k = Idc1)AOi = VMkk-VMk(kk = k = bci ;i = 2 (n-1))AOn = VMk-VMm (k =BOi = -I/ ((bcj-1) XAtX C)(i = I (n_l))BOn = -l/((m-l) X A tXC)VOc = VMm 计算所述初始值(AOi } (i=l n)、{ BOi } (i=l n)、及 VOc。 本发明的充电率推断方法的另一形式其特征在于，在使用了所述调整参数的所述收敛值的所述电压特性式中代入预设的规定时间，从而计算所述二次电池稳定时的所述开路电压。本发明的充电率推断装置的第一形式用于推断二次电池的充电率，其特征在于，包括电压传感器，推断所述二次电池的电压；控制部，执行并控制用于采用具有调整参数的电压特性式推断所述充电率的运算；以及存储部，存储所述电压传感器测量的电压测量值和所述控制部在所述运算中使用的数据，所述控制部在所述二次电池的充放电结束后的规定的数据获取期间中按规定的周期获取m个(m为自然数)所述二次电池的开路电压的测量值(下称“电压测量值”)，从所述m个电压测量值中选择规定的选择定时下的电压测量值作为选择电压测量值，基于所述选择电压测量值和所述选择定时计算所述调整参数的初始值，从所述初始值开始逐步修正所述调整参数，使通过所述电压特性式算出的开路电压与所述m个电压测量值的误差最小的同时，计算其收敛值，将所述调整参数的收敛值用于所述电压特性式，计算所述稳定时的开路电压，并从所述稳定时的开路电压推断所述二次电池的充电率。本发明的充电率推断装置的另一形式其特征在于，所述控制部在设所述调整参数为(Ai } (i=l n)、( Bi } (i=l n)、及Vc, n为4以上的整数,且t为充放电结束后所经过的时间时，用
V (t) = A1 exp (B1 t)) +A2 exp (B2 t) + +An exp (Bn t) +Vc 作为所述电压特性式，并在设(h } (i=l (n-1))为满足I < Id1 < b2〈…< Iv1且事先设为对应所述选择定时的整数序列时，用由所述整数序列(h } (i=l (n-1))确定的所述选择定时下的所述选择电压测量值计算所述调整参数(Ai } (i=l n)、{ Bi } (i=l n)、及Vc各自的所述初始值(AOi } (i=l n)、{ BOi } (i=l n)、及VOc。本发明的二次电池电源系统的第一形式的特征在于，包括二次电池；对所述二次电池进行充电的充电电路；及推断所述二次电池的充电率的根据权利要求9或10所述的充电率推断装置。根据本发明，能够提供通过适当地设置能对二次电池的开路电压的时间变化进行高精度近似的电压特性式的调整参数的初始值、从而能够在短时间内稳定地确定调整参数的收敛值并推断充电率的充电率推断方法、充电率推断装置及二次电池电源系统。


图I是用于说明本发明第一实施方式的充电率推断方法的流程图。图2是本发明第一实施方式涉及的充电率推断装置及二次电池电源系统的大致结构框图。图3是表示充放电停止后的一例二次电池的开路电压的曲线图。图4是用于说明调整参数的初始值确定方法的表示二次电池的开路电压的变化的示意图。图5是用于说明根据本发明第二实施方法的充电率推断方法的调整参数初始值计算方法的说明图。图6是用于说明本发明第二实施方式的充电率推断方法的流程图。图7是用于说明根据本发明第三实施方法的充电率推断方法的调整参数初始值计算方法的说明图。图8是用于说明本发明第三实施方式的充电率推断方法的流程图。图9是表示电压测量期间的途中发生电压测量值反转的一例的曲线图。
具体实施例方式参照附图，对本发明优选实施方式中的充电率推断方法、充电率推断装置及二次电池电源系统的结构进行详细说明。此外，为简化图示和说明，对于具有同一功能的各组成部分标注同一附图标记。下面，对将本发明应用于搭载在汽车等车辆上的二次电池的情况进行描述，但并不局限于此。采用图2说明本发明实施方式涉及的充电率推断装置及二次电池电源系统。图2是表示本实施方式涉及的充电率推断装置101及二次电池电源系统100的大致结构的框图。二次电池电源系统100可由二次电池110和用于推断二次电池110的充电率的充电率推断装置101构成。充电率推断装置101包括测量二次电池110的电压的电压传感器12 0、从电压传感器120输入电压测量值并推断二次电池110的充电率的控制部130、及存储控制部130所进行的运算中所用的数据等的存储部140。电压传感器120用于在充放电结束后按规定周期测量二次电池110的开路电压。控制部130在充放电结束后的规定的数据获取期间中按规定周期从电压传感器120获取开路电压并将其保存在存储部140。 二次电池电源系统100还可以构成为控制部130基于由控制部130所推断的充电率进一步控制二次电池110的充电。图2中示出构成为二次电池电源系统100还包括充电电路150、控制部130基于所推断的充电率控制充电电路150进行二次电池110的充电的一例。将电机等负载10连接于像上述这样构成的二次电池电源系统100上，从二次电池110向负载10供电。在汽车等车辆的情况下，例如采用铅蓄电池作为二次电池110。控制部130由进行运算处理的CPU等构成，其在规定的定时下执行后述的用于推断充电率的运算处理。连接于控制部130的存储部140包括用于事先存储控制程序等各种程序的ROM、用于存储在控制部130的处理中用到的各种数据的RAM等。下面，对本发明第一实施方式的充电率推断方法进行说明。本实施方式的充电率推断方法用于在充电率推断装置101的控制部130中推断二次电池110的充电率。一般而言，二次电池的充电率与二次电池稳定时的开路电压具有强的相关关系，故一旦求出稳定时的开路电压(下称“稳定开路电压”)，则可根据其推断二次电池的充电率。但是，像搭载于车辆上的二次电池这样，一旦频繁地反复充放电，则充电结束后开路电压保持稳定的情况较少。进行充放电时二次电池内部产生极化，其在充放电结束后缓慢消失。待极化消失、二次电池稳定之时通常需要十几个小时至数天的相当长的时间。因此，再次开始充放电多在二次电池充分稳定之前，二次电池的稳定开路电压的测量变得相当困难。图3中示出充放电结束后二次电池110的开路电压的时间变化的一例。该图中，横轴表示充放电结束后所经过的时间t，纵轴表示二次电池110的开路电压。同图中，附图标记11表示的开路电压在充放电结束后单纯下降，但经过了 30分钟也未达到稳定开路电压。因此，为测量稳定开路电压，还需要等待充放电长时间停止后开路电压变为稳定。此外，附图标记12 15表不的开路电压具有在充放电结束后暂时上升、待达到峰值之后再缓慢下降的趋势，其仍然是经过了 30分钟也未达到稳定开路电压。如图3所示，充放电结束后开路电压的变化是多种多样的，随着那时的充放电状态而不同。尤其，若充放电结束前二次电池进行了大的放电，则如图3所示的表示开路电压变化的附图标记12 15这样，存在充放电刚结束之后开路电压暂时上升等趋势。这时，开路电压的峰值时点随着充放电状态而不同。因此，本实施方式的充电率推断方法中，在控制部130中采用了能对充放电结束后二次电池110的开路电压随时间的变化进行高精度近似的电压特性式。通过采用在充放电结束后的规定的数据获取期间获得的电压测量值使电压特性式进行最优近似，从而无需等待二次电池110稳定即可高精度推断稳定开路电压。图3中的附图标记20表示数据获取期间的一例。数据获取期间TD与充放电结束后开路电压变为稳定所需的时间相比十分短，例如可设为30分钟左右。下面，用VM^ (j = I m，m为自然数)表示在数据获取期间TD中从电压传感器120获得的电压测量值。为了能够采用充放电结束后一定期间(数据获取期间TD)的电压测量值VMj来高精度推断二次电池110稳定时的稳定开路电压，可用包含4次以上的指数衰减函数的下述近似式作为电压特性式。此外，在以所要精度进行推断即可等情况下，还可以采用2次、3次·指数衰减函数作为电压特性式。.V (t) = A1 exp (B1 t)) +A2 exp (B2 t) + +An exp (Bn t) +Vc (I)在此，n是表示式(I)的指数衰减函数的次数的4以上的整数，t为充放电结束后所经过的时间，(Ai } (i=l n)、{ Bi } (i=l n)、且Vc为调整参数(拟合参数)。此外，在汽车等车辆上，即便是停止状态放电也基本不会完全停止，持续为有极小电流、即暗电流流通的状态。因此，无法测量严格意义上的开路电压，将有暗电流流通状态的电压视为开路电压。因充放电结束后的开路电压如图3所示呈现多样的变化，所以为了具有4次以上指数衰减函数的电压特性式(I)能对二次电池110的开路电压的变化进行高精度近似，采用在充放电结束后的规定数据获取期间中获得的二次电池110的开路电压的测量值来对式(I)的调整参数进行最优调整。然而，充放电结束后的开路电压的变化因那时的充放电状态而不同，尤其存在开路电压呈现单纯变化的情况和呈现具有峰值的变化的情况。因此，有时会发生调整参数的拟合计算发散，收敛需要花费很长时间。为了用不同变化趋势的电压测量值使式(I)的电压特性式在短时间内高精度拟合，适当地选用式(I)中用到的调整参数的初始值是重要的。本实施方式的充电率推断方法中，为适当确定调整参数的初始值，从电压测量值{ VMj } (j = I m)中选出合适的测量定时下的电压测量值(下称“选择电压测量值”)并用其算出调整参数的初始值。除了将在数据获取期间TD的最先获得的电压测量值VM1和在数据获取期间TD的最后获得的电压测量值VMm用作选择电压测量值之外，还将由规定的整数序列(h } (i=l (n-1))指定的电压测量值(VMk } (k=bi ；i=l (n_l))用作选择电压测量值。整数序列(bi } (i=l (n-1))是预设的整数序列，且为满足下式的单纯增加的整数。I < b: < b2 < < V1 < m(2)这时,通过下式计算调整参数A1 An各自的初始值AO1 A0n。
AO1 = VM1-VMk (k = b:)AO2 = VMkk-VMk(kk = k = b2) (3)AOn = VMk-VMm (k = D并且，通过下式计算调整参数B1 Bn各自的初始值BO1 B0n。BO1 = -I/((b「l) X A t X C)BO2 = -I/((b2-l) X A t X C) (4)
BOlri = -1/( (bn_「l) X A t X C)BOn = -I/(m-1) X A t X C)在此，C为事先设定的实数。进而，通过下式计算调整参数Vc的初始值VOc。VOc = VMm (5)下面，出于简化的目的，将充放电结束后的开路电压的电压特性式设为含有下式的4次指数衰减函数的近似式。V (t) = A1 exp (B1 t)) +A2 exp (B2 t) +A3 exp (B3 t)) +A4 exp (B4 t) +Vc (6)这时，由下式给出调整参数A1 ApB1 B4、及Vc的初始值。AO1 = VM1-VMb1AO2 = VMb1-VMb2AO3 = VMb2-VMb3AO4 = VMb3-VMm (7)BO1 = -1/( (b「l) XAtXC)BO2 = -1/( (b2-l) X A t X C)BO3 = -1/( (b3-l) X A t X C)BO4 = -I/((m-1) XAt XC)VOc = VMm本实施方式中，将整数序列(匕} (i=l (n-1))设为还满足下式。(bj-1) < (Id2-Id1) < < (bn_「bn_2) < OiHv1) (8)上式表示选择电压测量值的选择定时的间隔在数据获取期间TD的初期短，然后再慢慢延长。下面用图4说明选择电压测量值的选择定时。图4是用于说明选择电压测量值的选择定时的表示二次电池110的开路电压的变化的示意图。在此，放大显示附图标记20表示的数据获取期间TD。并且，用附图标记21表示开路电压，用附图标记22的〇标记表示用于调整参数的初始值计算的选择电压测量值。选择电压测量值22的选择定时的间隔从数据获取期间TD的初期开始向后期慢慢延长。优选选择电压测量值22的选择定时对应开路电压21的变化的大小(变化率)设置。即，如图4所示，开路电压21在数据获取期间TD的初期有大的变化，越往后期变化越小。因此，在开路电压21的变化大的数据获取期间TD的初期将选择电压测量值22的选择定时的间隔设置得小，随着开路电压21的变化变小，将选择电压测量值22的选择定时的间隔延长即可。式(8)表示的是按上述这样设置选择电压测量值22的选择定时的间隔。当将次数n设为4时，整数序列(匕} (i=l 3)满足下式。(b「l) < (Id2-Id1) < (b3_b2) < (m_b3) (9)如上所述，电压特性式为4次(n=4)时，预先设置整数序列(匕} (i=l 3)，以在数据获取期间TD的最先的电压测量值VM1与最后的电压测量值VMm之间选择3 (=n-l)点的电压测量值(VMk } (k=bi ;i=l 3)。由此，最先的电压测量值VM1、电压测量值(VMk }(k=b, ;i=l 3)、以及最后的电压测量值￥1^这5点选择电压测量值(电压区间为4)被用于调整参数A1 A4、B1 B4、及Vc的初始值的计算。此外，上面提到在无需以特别高的精度推断充电率时，可将电压特性式的次数设 为2次或3次，这时，可将整数序列(匕} (i=l (n-1))减至I点或2点(电压区间分别为2或3)。采用满足式(8)(次数n为4时是式(9))的选择定时下选择的电压测量值VMp {VMk } (k=bi ;i=l (n-1))、以及VMm，由式(3) (5)(次数n为4时是式(7))计算调整参数的初始值(AOi } (i=l n)、{ BOi } (i=l n)、及VOc。接着，从上述初始值开始逐步修正调整参数，以使式(I)(次数n为4时是式(6))的开路电压V (t)与电压测量值(VMj.} (j = I m)的误差最小，从而算出调整参数的收敛值。将上述这样算出的调整参数的收敛值用于电压特性式(I)(次数n为4时是式
(6))，由此计算二次电池110的稳定开路电压。稳定开路电压由式(I)中将经过时间t设为无穷大时的值Vc提供。或者，也可以将预设的规定的电池电压的稳定所需要的时间代入式(I)的t来计算稳定开路电压。算出稳定开路电压后，根据事先预置的稳定开路电压与充电率的关系推断与算出的稳定开路电压相应的充电率。接着，用图I所示的流程图说明本实施方式的控制部130中所执行的二次电池110的充电率推断方法的处理流程。图I所示的运算处理主要是控制部130基于保存在存储部140中的控制程序所执行的处理，其在二次电池电源系统100中二次电池110的充放电刚结束之后或结束后的规定定时下开始执行。在控制部130中，若请求充放电结束后进行充电率的推断处理，则首先在步骤Sll中设置运算处理所需的参数。作为运算处理所需的参数，有从电压传感器120获取电压测量值时的采样间隔A t、采样获取数m、用于计算电压特性式(I)的调整参数的初始值的整数序列(h } (i=l (n-1))、以及用于计算调整参数(Bi } (i=l n)的初始值的实数C0步骤S 12中，按上述采样间隔At从电压传感器120获取电压测量值(VMj }(j=l m)直至达到采样获取数m。将获取的电压测量值(VMj } (j=l m)依次存储于存储部140。步骤S 13中，从电压测量值(VMj } (j=l m)中选择调整参数(Ai } (i=l n)的初始值计算中所用的选择电压测量值VMp { VMk } (k=bi ;i=l (n-1))、以及VMm。步骤S 14中，采用选择电压测量值VM1' { VMk } (k=bi ;i=l (n-1))及VMni，由式
(3)计算调整参数(Ai } (i=l n)的初始值(AOi } (i=l n)。并且，步骤S 15中，采用整数序列(bi } (i=l (n-1))和实数C,由式(4)计算调整参数(Bi } (i=l n)的初始值(BOi } (i=l n)。进而，步骤S 16中，由式(5)计算调整参数Vc的初始值VOc。采用步骤S 14 S 16中确定的调整参数的初始值(AOi } (i=l n)、{ BOi }(i=l n)及VOc，在接下来的步骤S 17中进行调整参数(Ai } (i=l n)、( Bi } (i=l n)及Vc的最优化。本实施例中以通过最小二乘法的最优化为前提加以描述，但用卡尔曼滤波运算等也完全没有问题。步骤S17中，从步骤S14 S16中求得的初始值逐次更新调整参数(Ai } (i=l n)、{ Bi } (i=l n)及Vc,以使式(I)的电压特性式(V Cti) } (j=l m)与步骤S12中从电压传感器120获取的电压测量值(VMj } (j=l m)的误差分散最小。上述误差分散由下式提供。其中，tj是与VMj对应的充放电结束后所经过的时间。S=E [V (tj) -VMj]2 (式 10)
步骤S 18中，使存储部140保存通过步骤S17的最小二乘法求得的调整参数的收敛值(Ai } (i=l n)、{ Bi } (i=l n)及Vc,使其能够用于电压特性式(I)的计算。最后的步骤S19中，用最优化的调整参数Vc推断二次电池110的充电率。当用电压特性式(I)计算稳定开路电压时，若在式(I)中增大t，则指数衰减项收敛为0，故稳定开路电压与式(I)的常数项Vc相等。这样，当采用式(I)作为二次电池110的电压特性式时，可由式(I)的常数项Vc直接得到稳定时的开路电压。并且，作为另一方法，也可以通过将预设的规定的电池电压的稳定所需的时间代入已代入了最优化的调整参数的电压特性式(I)来计算稳定开路电压。综上所述，在本实施方式中，通过在开路电压的变化大的数据获取期间的初期将选择电压测量值的选择定时的间隔设置得短，并随着开路电压的变化变小而延长选择电压测量值的选择定时的间隔，从而能在短时间内稳定地确定调整参数的收敛值。本发明的第二实施方式所涉及的充电率推断方法用图5来加以说明。图5是用于说明本实施方式的充电率推断方法中计算电压特性式(I)的调整参数的初始值的方法的说明图，其示意性示出二次电池110的开路电压的变化。第一实施方式中将确定选择电压测量值的选择定时的整数序列(h } (i=l (n-1))固定为事先设好的值加以使用，但本实施方式中与电压测量值(VMj } (j = I m)的变化相一致地来调整(匕} (i=l (n-1))。本实施方式中，在取得电压测量值(VMj } (j = I m)后，判断(VMj } (j =I m)是单纯地变化，还是呈现出在中途形成最大或最小的峰值的变化。若电压测量值(VMj } (j = I m)是单纯地变化，则与第一实施方式同样，用事先设好的整数序列(匕}(i=l (n-1))计算调整参数(Ai } (i=l n)、{ Bi } (i=l n)的初始值。相对地，当{ VMj } (j = I m)呈现出形成峰值的变化时,如下述这样调整整数序列(IDi } (i=l (n-1))。求取(VMj } (j = I m)为峰值时的电压测量值VMj的j，将其设为jp。接着，从整数序列(h } (i=l (n-1))求得最接近于」？的匕，将其置换为jp。将像这样调整后的整数序列设为{ hat } (i=l (n-1))。此外，除最接近于jp的h以外,仍设I^bai。采用该整数序列(ha! } (i=l (n-1)),从电压测量值{VM」} (j = I m)中选择选择电压测量值{ VMk } (k=bai ；i=l (n_l))。接着，在式(3)中,用选择电压测量值(VMk } (k=bai ;i=l (n-1))代替选择电压测量值(VMk } (k=bi ；i=l (n-1)),从而计算调整参数(Ai } (i=l n)的初始值(AOi } (i=l n)。并且，在式(4)中，用整数序列(b&i } (i=l (n_l))代替整数序列(bj } (i=l (n-1)),从而计算调整参数(Bi } (i=l n)的初始值(BOi } (i=l n)。下面，与第一实施方式同样地最优化式(1)，用最优化的式(I)计算稳定开路电压。进而，根据算出的稳定开路电压推断二次电池110的充电率。图6中示出本实施方式的充电率推断方法的处理流程图。下面，围绕着与示出第一实施方式的充电率推断方法的处理流程的图I不同的点进行说明。本实施方式的充电率推断方法的处理流程中增加了步骤S21 S24。首先，在步骤S21中判断电压测量值(VM^ } (j = I m)是否具有峰值，具有峰值时进入步骤S22，反之，不具有峰值时进入步骤S13。步骤S22中，求取(VM^ } (j = I m)为峰值时的电压测量值VMj的j，将其设为jp。接着，在步骤S23中从整数序列(匕} (i=l (n-1))求得最接近于」口的\，将其置换为jp，并将其设为整数序列(} (i=l (n-1))。此外，除最接近于jp的h以夕卜,仍设bfbap在步骤S24中，选择电压测量值(VMk } Ck^ai ；i=l (n-1))。下面，与第一实施方式同样地依次执行步骤S14 S19的处理来推断二次电池110的充电率。本实施方式中，因整数序列(b&i } (i=l (n-1))中任一个均被调整为与电压测量值(VMj } (j = I m)的峰值一致，故可按电压测量值VM^具有增加趋势和减少趋势划分电压特性式(I)的各指数衰减项使其最优化。结果，可在短时间内稳定地确定调整参数的收敛值。本发明的第三实施方式所涉及的充电率推断方法用图7来加以说明。图7是用于说明本实施方式的充电率推断方法中计算电压特性式(I)的调整参数的初始值的方法的说明图，其示意性示出二次电池HO的开路电压的变化。本实施方式也与第二实施方式同样，与电压测量值(VMj } (j = I m)的变化相一致地来调整(匕} (i=l (n-1))。当(VMj } (j = I m)呈现出形成峰值的变化时,首先,与第二实施方式同样,求取(VMj } (j = I m)为峰值时的电压测量值VMj的j，将其设为jp。接着，在本实施方式中，求取使整数序列(bj } (i=l (n-1))移动(jp-1)后的整数序列(bj+jp-1 } (i=l (n-1))，将其设为整数序列(IAi } (i=l (n-1))。本实施方式中，用上述整数序列(IAi } (i=l (n-1))，从电压测量值(VMj }
(j=l m)中选择选择电压测量值(VMk } (k=bbi ;i=l (n-1))。接着,在式(3)中，用选择电压测量值VMjp、VMk (k=bbi ；i=l (n-1))代替选择电压测量值VM^ VMk Ck^i ；i=l(n-1)),从而计算调整参数(Ai } (i=l n)的初始值(AOi } (i=l n)。并且,在式(4)中，用整数序列(bbi } (i=l (n-1))代替整数序列(IDi } (i=l (n_l)),从而计算调整参数(Bi } (i=l n)的初始值(BOi } (i=l n)。下面，与第一实施方式同样地最优化式(1)，用最优化的式(I)计算稳定开路电压。进而，根据算出的稳定开路电压推断二次电池110的充电率。图8中示出本实施方式的充电率推断方法的处理流程图。下面，围绕着与示出第一实施方式的充电率推断方法的处理流程的图I不同的点进行说明。本实施方式的充电率推断方法的处理流程中增加了步骤S31 S34。首先，在步骤S31中判断电压测量值(VM^ } (j=l m)是否具有峰值，具有峰值时进入步骤S32，反之，不具有峰值时进入步骤S 13。步骤S32中，求取(VM^ } (j=l m)为峰值时的电压测量值VMj的j，将其设为jp。接着，在步骤S33中求取使整数序列(匕} (i=l (n-1))移动(jp-1)后的整数序列(bbj } (i=l (n-1))。在步骤S34中，从电压测量值(VM^ } (j=l m)中选择V#作为第一选择电压测量值的同时，选择选择电压测量值VMk (k=bbi ；i=l (n-1))及VMm。步骤S37中，从步骤S14 S16中求得的初始值逐次更新调整参数(Ai } (i=l n)、{ Bi } (i=l n)及Vc，以使式(I)的电压特性式V (t)与步骤S12中从电压传感器120获取的电压测量值(VMj } (j = jp m)的误差分散最小。上述误差分散由下式提供。S = E [V(tj) -VMj]2 (j = jp m)下面，与第一实施方式同样地依次执行步骤S18 S19的处理来推断二次电池110的充电率。 本实施方式中，从电压测量值(VM^ } (j = I m)变为峰值的时点以后的单纯减少时的电压测量值中选择用于调整参数的初始值计算的选择电压测量值。由此，只用单纯减少的电压测量值即可最优化电压特性式(I)的各指数衰减项。其结果，可在短时间内简单且稳定地确定调整参数的收敛值。下面将描述从电压测量值(VMj } (j = I m)变为峰值VMjp的时点以后的单纯减少时的电压测量值中选择用于调整参数的初始值计算的选择电压测量值的另一实施方式。上述第三实施方式中，为了从峰值时点以后的单纯减少时的电压测量值中选择用于调整参数的初始值计算的电压测量值，求取使整数序列(h } (i=l (n-1))移动(jp-1)后的整数序列(叫} (i=l (n-1))。这时，若bn-l与m的间隔小(差小)则bbn-l可能超出m0因此，本实施方式中，求取大体保持整数I与m间分布的整数序列(匕} (i=l (n-1))的间隔的比率(b「l) : Cb^b1)…(IiHv1)且在整数jp与m间分布的整数序列(bCi }。整数序列(bCi }如下式所示。{ bci } = { [ (bi-1) X (m-jp) / (m-1) +jp]的整数部} (i=l (n_l))上述整数序列(bq }分布于整数jp与m之间，不会超出m,故能选择初始值计算所需的(n-1)个(包含jp与m在内则为(n+1)个)电压测量值。用上述整数序列(bCi }，按照AO1 = VMjp-VMk (k = Idc1)AOi = VMkk-VMk(kk = k = bci ;i = 2 (n-1))AOn = VMk-VMm (k = bCn—)BOi = -I/ ((bcj-1) XAtX C)(i = I (n-1))BOn = -I/ ((m-1) X A t X C)VOc = VMm 计算初始值(AOi } (i=l n)、{ BOi } (i=l n)及 VOc。上述各实施方式中，以电压特性式(式I)包含4项指数衰减函数为例进行了说明，但不限于4项，也可以包含4项以上的指数衰减函数。并且，可对应二次电池的特性、劣化程度等适当变更二次电池的充放电结束后所进行的获取电压测量值等的个数和采样间隔等。进而，对于作为事先设置的常数的整数序列(h } (i=l (n-1))和实数C，也可以根据二次电池的种类、温度、劣化程度等进行选择或计算。
综上所述，根据本发明，能够提供通过适当地设置能对二次电池的开路电压的时间变化进行高精度近似的电压特性式的调整参数的初始值、从而能够在短时间内稳定地确定调整参数的收敛值并推断充电率的充电率推断方法、充电率推断装置及二次电池电源系统。并且，对于各种电压曲线，能在短时间内(少的重复次数)使逐次计算收敛。由此，即便是例如计算处理能力有限的嵌入式软件也能执行计算。此外，本实施方式中的描述展示的是本发明涉及的充电率推断方法、充电率推断装置及二次电池电源系统的一个例子，其并不局限 于此。对于本实施方式中的充电率推断方法、充电率推断装置及二次电池电源系统的详细结构及详细操作等，可在不脱离本发明的主旨的范围内进行适当变更。附图标记说明10 负载100 二次电池电源系统101充电率推断装置110 二次电池120电压传感器130控制部140存储部150充电电路
权利要求
1.一种充电率推断方法，以具有调整参数的电压特性式对充放电结束后的二次电池的开路电压(OCV :Open Circuit Voltage)的时间变化进行近似,从所述电压特性式计算所述二次电池的稳定时的开路电压，从而推断所述二次电池的充电率，所述充电率推断方法的特征在于， 在所述二次电池的充放电结束后的规定的数据获取期间中按规定的周期获取m个(m为自然数)所述二次电池的开路电压的测量值(下称“电压测量值”)， 从所述m个电压测量值中选择规定的选择定时下的电压测量值作为选择电压测量值， 基于所述选择电压测量值和所述选择定时计算所述调整参数的初始值， 从所述初始值开始逐步修正所述调整参数，使通过所述电压特性式算出的开路电压与所述m个电压测量值的误差最小的同时，计算其收敛值， 将所述调整参数的收敛值用于所述电压特性式，计算所述稳定时的开路电压， 从所述稳定时的开路电压推断所述二次电池的充电率。
2.根据权利要求I所述的充电率推断方法，其特征在于， 设所述调整参数为(Ai } (i=l n)、( Bi } (i=l η)、及Vc, η为4以上的整数，t为充放电结束后所经过的时间时，所述电压特性式由V (t) = A1 · exp (B1 · t)) +A2 · exp (B2 · t) + · ·+An · exp (Bn · t)+Vc 提供，设(IDi } (i=l (n_l))为满足 I < Id1 < b2 < …< bn_i且事先设为对应所述选择定时的整数序列时，用由所述整数序列(K } (i=l (η-l))确定的所述选择定时下的所述选择电压测量值计算所述调整参数(Ai } (i=l n)、{ Bi }(i=l η)、及Vc各自的所述初始值(AOi } (i=l n)、( BOi } (i=l η)、及VOc。
3.根据权利要求2所述的充电率推断方法，其特征在于， 所述整数序列{ bi } (i=l (η-l))满足(Id1-I) < Od2Hd1) < · · · < (bn_「bn_2)< (m-b^i)。
4.根据权利要求2或3所述的充电率推断方法，其特征在于， 设所述电压测量值为(VMj } (j=l m)、所述电压测量值的获取周期为At、C为事先设好的实数时，选择所述数据获取期间的最先获得的电压测量值VM1、以所述整数序列(h} (i=l (η-l))为所述选择定时的电压测量值{ VMk } (k=bi ；i=l (n_l))及在数据获取期间的最后获得的选择电压测量值VMm作为所述选择电压测量值，并按照AO1 = VM1-VMk (k = bi)AOi = VMkk-VMk(kk = k = IDi ;i = 2 (n_l))AOn = VMk-VMm (k = V1)BOi = -I/ (Xbi-I) X AtXC) (i = I (n_l)BOn = -l/((m-l) X Δ t X C)VOc = VMm 计算所述初始值(AOi } (i=l n)、{ BOi } (i=l η)、及VOc。
5.根据权利要求4所述的充电率推断方法，其特征在于， 当所述电压测量值(VMj } (j=l m)在所述数据获取期间中具有最大或最小的峰值时，由所述整数序列(h } (i=l (η-l))求得最接近于所述峰值的时点jp的选择定时bi,并将所述选择定时置换为所述峰值的时点jp来创建所述整数序列(bai } (i=l (η-l)), 用所述 整数序列(bai } (i=l (η-l))计算所述初始值(AOi } (i=l η)及(BOi} (i=l η)。
6.根据权利要求2或3所述的充电率推断方法，其特征在于， 设所述电压测量值为(VMj } (j=l m)、所述电压测量值的获取周期为At、C为事先设好的实数，所述电压测量值(VMj } (j=l m)在所述数据获取期间中具有最大或最小的峰值，选择所述峰值的电压测量值VM#、以使所述整数序列(h } (i=l (η-l))改变(jp-Ι)后的整数序列(bbi } = ( bi+jp-1 } (i=l (η-l))为所述选择定时的电压测量值(VMk } (k=bbi ;i=l (η-l))及在数据获取期间的最后获得的选择电压测量值VMm作为所述选择电压测量值，并按照AO1 = VMjp-VMk (k = bb) AOi = VMkk-VMk(kk = k = bbj ;i = 2 (η-l)) AOn = VMk-VMm (k = UBOi = -I/ ((bbj-1) X Δ t X C) (i = I (n_l))BOn = -l/((m-l) X Δ t X C) VOc = VMm 计算所述初始值(AOi } (i=l n)、{ BOi } (i=l η)、及 VOc。
7.根据权利要求2或3所述的充电率推断方法，其特征在于， 设所述电压测量值为(VMj } (j=l m)、所述电压测量值的获取周期为At、C为事先设好的实数，所述电压测量值(VMj } (j=l m)在所述数据获取期间中具有最大或最小的峰值，选择所述峰值的电压测量值VM#、以使所述整数序列(h } (i=l (η-l))大体保持整数序列的间隔比率地在jp至m间移动后的整数序列(bCi } = (〔 Cbi-D X(m-jp) / (m-1) +jp )的整数部} (i=l (n_l))为所述选择定时的电压测量值(VMk }(k=bCi ；i=l (η-l))及在数据获取期间的最后获得的选择电压测量值Vl作为所述选择电压测量值，并按照AO1 = VMjp-VMk (k = be) AOi = VMkk-VMk(kk = k = bci ;i = 2 (η-l))AOn = VMk-VMm (k = bcn)BOi = -I/ ((bcj-1) X Δ t X C) (i = I (η_1))BOn = -I/((m-1) X Δ tXC) VOc = VMm 计算所述初始值(AOi } (i=l η)、{ BOi } (i=l η)、及 VOc。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的充电率推断方法，其特征在于， 在使用了所述调整参数的所述收敛值的所述电压特性式中代入预设的规定时间，从而计算所述二次电池稳定时的所述开路电压。
9.一种充电率推断装置，用于推断二次电池的充电率，其特征在于，包括 电压传感器，推断所述二次电池的电压； 控制部，执行并控制用于采用具有调整参数的电压特性式推断所述充电率的运算；以及 存储部，存储所述电压传感器测量的电压测量值和所述控制部在所述运算中使用的数据， 所述控制部在所述二次电池的充放电结束后的规定的数据获取期间中按规定的周期获取m个(m为自然数)所述二次电池的开路电压的测量值(下称“电压测量值”)，从所述m个电压测量值中选择规定的选择定时下的电压测量值作为选择电压测量值，基于所述选择电压测量值和所述选择定时计算所述调整参数的初始值，从所述初始值开始逐步修正所述调整参数，使通过所述电压特性式算出的开路电压与所述m个电压测量值的误差最小的同时，计算其收敛值，将所述调整参数的收敛值用于所述电压特性式，计算所述稳定时的开路电压，并从所述稳定时的开路电压推断所述二次电池的充电率。
10.根据权利要求9所述的充电率推断装置，其特征在于， 所述控制部在设所述调整参数为(Ai } (i=l n)、( Bi } (i=l η)、及Vc, η为4以上的整数，且t为充放电结束后所经过的时间时，用 V (t) = A1 · exp (B1 · t)) +A2 · exp (B2 · t) + · · +An*exp(Bn*t)+Vc作为所述电压特性式,并在设(IDi } (i=l (n_l))为满足I < Id1<132<吣< Iv1且事先设为对应所述选择定时的整数序列时，用由所述整数序列(匕}(i=l (η-l))确定的所述选择定时下的所述选择电压测量值计算所述调整参数(Ai }(i=l n)、{ Bi } (i=l η)、及 Vc 各自的所述初始值(AOi } (i=l η)、{ BOi } (i=l η)、及 VOc。
11.一种二次电池电源系统，其特征在于，包括 二次电池； 对所述二次电池进行充电的充电电路；及 推断所述二次电池的充电率的根据权利要求9或10所述的充电率推断装置。
全文摘要
本发明提供通过适当地设置能对二次电池的开路电压的时间变化进行高精度近似的电压特性式的调整参数的初始值、从而能够在短时间内稳定地确定调整参数的收敛值并推断充电率的充电率推断方法、充电率推断装置及二次电池电源系统。步骤S 14中，采用选择电压测量值V1、VMbi((i=1～(n-1))及VMm计算调整参数Ai﹜(i=1～n的初始值AOi(i=1～n)。并且，步骤S 15中，采用整数序列bi(i=1～(n-1))和实数C计算调整参数Bi(i=1～n)的初始值BOi(i=1～n)。进而，步骤S16中，计算调整参数Vc的初始值VOc。
文档编号G01R31/36GK102803980SQ20118001444
公开日2012年11月28日 申请日期2011年2月21日 优先权日2010年3月30日
发明者佐藤悦藏, 岩根典靖 申请人:古河电气工业株式会社, 古河As株式会社