专利名称：电池充电率计算装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算电池的充电率的电池充电率计算装置。
背景技术：
近年来，期待燃料电池汽车和混合动力汽车中使用的二次电池的进一步性能不断提高。因此，为了防止二次电池的过充电和过放电，并提高周期寿命，不断寻求准确地计算电池的充电率(称为S0C(State Of Charge))的技术。以下，将基于电流值算出的SOC称为S0CI，将基于电压值算出的SOC称为S0CV。 以往的电池充电率计算装置通过将充放电的电流的电流值始终进行积分来计算SOCI，将其作为电池的S0C。但是，SOCI因积分电流值而累积了电流值的测量误差，所以存在与实际的 SOC有差异的问题。因此，以往的电池充电率计算装置，首先将SOCI作为SOC采用，通过将适时计算的 SOCV替换SOCI作为SOC采用，从而校正S0C。例如，专利文献1中公开的电池充电率计算装置，在检测出电池的充电和放电的切换时，从实测电流值和实测电压值计算电池的内部电阻造成的下降电压值(以下，称为估计阻抗电压值)，从该估计阻抗电压值和实测电压值计算估计开路电压值。专利文献1的该装置，在检测出电池的充电和放电的切换时，将基于这样计算出的估计开路电压值的SOCV和基于积分所得的电流值的SOCI的其中一个决定作为 SOCo此外，例如，在专利文献2中公开的电池充电率计算装置，通过从实测电压值中减去基于电池的实测温度和实测电流值的估计阻抗电压值，计算出估计开路电压值。专利文献2的该装置，使用这样计算出的估计开路电压值的SOCV和基于积分所得的电压值的 SOCI，计算 SOC。现有技术专利文献专利文献1 专利第3767150号公报专利文献2 特开2006-58114号公报

发明内容
发明要解决的课题于是，已知SOC计算中使用的估计阻抗电压值，其绝对值越大，包含的误差也越大。但是，例如，在专利文献1中公开的电池充电率计算装置中，由于与估计阻抗电压值的绝对值无关而决定电池的S0C，所以在使用包含了大的误差的估计阻抗电压值来计算出 SOCI的情况下也采用S0CV，因而存在不准确的SOC的问题。此外，例如，在专利文献2中公开的电池充电率计算装置中，在电池的实测温度和实测电流值的测量精度差的情况下，也在使用包含了大的误差的估计阻抗电压值计算出 SOCV的情况下采用S0CV，因而存在不准确的SOC的问题。
于是，以往的电池充电率计算装置判断不了在估计阻抗电压值中包含的误差小的情况，所以不能判断计算出准确的S0CV。本发明鉴于上述诸方面而完成，其目的在于，提供计算准确的SOC的电池充电率
计算装置。用于解决课题的方案本发明是用于解决上述课题的发明，提供一种电池充电率计算装置，它包括第1 充电率计算单元，输出基于电压数据算出的第1充电率；第2充电率计算单元，输出基于电流数据算出的第2充电率；阻抗电压计算单元，基于有效充电率、温度数据和电流数据计算阻抗电压值；稳定判定单元，判定所述阻抗电压值在以规定的阈值区分的范围内稳定了规定的时间以上的情况，并输出该判定结果；以及充电率决定单元，基于所述判定结果，在所述阻抗电压值稳定了的情况下，将所述第1充电率作为所述有效充电率输出，在除此之外的情况下，将所述第2充电率作为所述有效充电率输出。在本发明的电池充电率计算装置中，所述第2充电率计算单元也可以将所述第1 充电率作为初始值，或将前值保持的所述有效充电率作为初始值从而对电流数据进行积分，计算所述第2充电率。在本发明的电池充电率计算装置中，所述稳定判定单元也可以测量所述阻抗电压值稳定的时间，在所述稳定时间为规定的时间以上的情况下，判定为所述阻抗电压值是稳定的。在本发明的电池充电率计算装置中，所述第1充电率计算单元也可以从基于所述电压数据和所述阻抗电压值所得的开路电压值计算所述第1充电率。在本发明的电池充电率计算装置中，所述充电率决定单元也可以在所述第1充电率和所述第2充电率之差为规定的阈值以上的情况下，将所述第1充电率作为所述有效充电率输出。 在本发明的电池充电率计算装置中，所述阻抗电压计算单元也可以基于有效充电率、电流数据和温度数据计算阻抗电压值。发明效果根据本发明，电池充电率计算装置判断估计阻抗电压值稳定(static)的情况，替换累积了误差所得的S0CI，将基于误差小的估计阻抗电压值的SOCV作为SOC采用，所以可以获得准确的S0C。此外，由于电池充电率计算装置准确地计算S0C，所以可以防止电池的过充放电。 而且，在SOC和周期寿命上有因果关系的二次电池中，电池充电率计算装置可以提高电池的周期寿命。


图1是表示本发明的第1实施方式的电池充电率计算装置的结构的图。图2是表示本发明的第2实施方式的电池充电率计算装置的结构的图。标号说明1温度测量单元2电压测量单元
3电流测量单元
4估计开路电压计算单元
5 SOCV计算单元
6 SOCI计算单元
7稳定判定单元
10电池阻抗模型单元
11估计阻抗变换单元
12估计阻抗计算单元
20 SOC决定单元
21差分检测单元
22切换判定单元
23切换单元
100电池充电率计算装置
具体实施例方式[第1实施方式]下面说明用于实施本发明的第1实施方式。图1是表示本发明的实施方式1的电池充电率计算装置的结构的图。在图1中，该电池充电率计算装置100包括温度测量单元 1 ；电压测量单元2，电流测量单元3 ；SOCV计算单元5 ；SOCI计算单元6 ；稳定判定单元7 ； 电池阻抗模型单元10 ；以及SOC决定单元20。温度测量单元1测量二次电池(未图示)的温度，并将温度数据以规定的周期输出。电压测量单元2测量二次电池(未图示)的电压，并将电压数据以规定的周期输出。电流测量单元3测量从二次电池(未图示)输出的电流，并将电流数据以规定的周期输出。电池阻抗模型单元10基于从后述的SOC决定单元20的切换单元23输出的SOC 数据(有效充电率)和温度数据，输出估计阻抗电压数据。电池阻抗模型单元10包括估计阻抗变换单元11和估计阻抗电压计算单元12。估计阻抗变换单元11基于SOC数据和温度数据，从变换表(未图示)选择估计阻抗，并输出估计阻抗数据。这里，变换表(未图示)通过预先实测SOC数据和温度数据及估计阻抗之间的关系而生成。估计阻抗电压计算单元12通过将估计阻抗数据和电流数据相乘而计算估计阻抗电压值，作为估计阻抗电压数据以规定的周期输出。SOCV计算单元5基于温度数据和电压数据计算S0CV，将获得的SOCV作为SOCV数据输出。这里，在SOCV计算单元5中，从电压测量单元2输出电压数据。SOCI计算单元6通过在从后述的SOC决定单元20的切换单元23输出的SOC数据上相加电流数据的积分值来计算SOCI。这里，在从切换单元23输出SOCV数据作为SOC数据的情况下，SOCI以SOCV数据被复位(reset)。S卩，SOCI计算单元6在复位的SOCI上相加电流数据的积分值，将获得的SOCI作为SOCI数据输出。稳定判定单元7以规定的周期获取估计阻抗电压数据，测量在估计阻抗电压值收敛在以规定的阈值区分的范围内的时间(以下，称为稳定时间)。这里，规定的阈值的绝对值设为足够小的值。因此，在估计阻抗电压值的绝对值足够小的情况下，估计阻抗电压值中包含的误差也小。此外，在估计阻抗电压值中包含的误差小的情况下，假设电压数据与估计开路电压值大致相等。估计阻抗电压值在以规定的阈值区分的范围外的情况下，稳定判定单元7将稳定时间的计测结果复位为‘0’值。此外，估计阻抗电压值从以其规定的阈值区分的范围外变为范围内的情况下，稳定判定单元7再开始进行稳定时间的计测。稳定判定单元7在稳定时间为规定的时间以上的情况下，将表示估计阻抗电压值稳定的稳定信号输出，在除此以外时不输出稳定信号。SOC决定单元20以后述的步骤使SOC有效，并输出SOC数据。SOC决定单元20包括差分检测单元21、切换判定单元22、以及切换单元23。差分检测单元21获取SOCV数据和SOCI数据，将SOCV数据和SOCI数据之差作为SOC差分数据计算。差分检测单元21将从SOCV计算单元5输出了 SOCV数据的情况通知给切换判定单元22。差分检测单元21在SOC差分数据的绝对值为规定的范围以上的情况下输出差分判定信号，在除此以外时不输出差分判定信号。这里，通过将该规定的范围设为‘0’值，差分检测单元21也可以总是连续输出差分判定信号。这种情况下，后述的切换判定单元22 在被输入稳定信号时总是输出SOC切换信号。切换判定单元22输出SOC切换信号，直至从差分检测单元21被通知从SOCV计算单元5输出了 SOCV数据为止。在通知以后，在输入了稳定信号和差分判定信号两者的情况下，切换判定单元22输出SOC切换信号。在除此以外的情况下，切换判定单元22不输出 SOC切换信号。切换单元23从SOCV计算单元5获取SOCV数据，从SOCI计算单元6获取SOCI数据，从切换判定单元22获取SOC切换信号。在输入了 SOC切换信号的情况下，切换单元23 将从SOCV计算单元5输入的SOCV数据作为SOC数据(有效充电率)输出。在除此以外的情况下，切换单元23将从SOCI计算单元6输入的SOCI数据作为SOC数据(有效充电率)输出。下面，说明电池充电率计算装置100的动作。温度测量单元1测量二次电池(未图示)的温度，并输出温度数据。电压测量单元2测量二次电池(未图示)的电压，并输出电压数据。电流测量单元3测量从二次电池(未图示)输出的电流，并输出电流数据。此外，SOCV计算单元5基于温度数据和电压数据，计算S0CV，并将SOCV数据输出到差分检测单元21和切换单元23。另一方面，切换判定单元22未从差分检测单元21被通知从SOCV计算单元5输出了 SOCV数据的情况，所以输出SOC切换信号。切换单元23被输入SOC切换信号，所以将从 SOCV计算单元5输入的SOCV数据输出到SOCI计算单元6和估计阻抗变换单元11。接着，差分检测单元21将从SOCV计算单元5输出了 SOCV数据的情况通知给切换判定单元22。因此，切换判定单元22停止SOC切换信号的输出。SOCI计算单元6在作为初始值获取到的SOC数据上相加电流数据的积分值，并计算S0CI。此外，SOCI计算单元6 将获得的SOCI作为SOCI数据输出到差分检测单元21和切换单元23。通过将SOCI数据以SOCV数据初始化，SOC差分数据为‘0’值，所以差分检测单元 21不输出差分判定信号。因此，切换单元23将SOCI数据作为SOC数据输出到SOCI计算单元6和估计阻抗变换单元11。
接着，估计阻抗变换单元11基于从切换单元23输入的SOC数据和从温度测量单元1输入的温度数据，从变换表(未图示)中选择估计阻抗，作为估计阻抗数据输出。估计阻抗电压计算单元12将估计阻抗数据和电流数据相乘来计算估计阻抗电压值，并输出估计阻抗电压值。接着，稳定判定单元7获取估计阻抗电压值，开始稳定时间的计测。这里，在稳定判定单元7刚刚开始了稳定时间的计测后，由于稳定时间还未达到规定的时间以上，所以稳定判定单元7不输出稳定信号。接着，通过电流值被积分而在SOCI中累积误差，假设SOC差分数据的绝对值为规定的范围以上。因此，差分检测单元21输出差分判定信号。另一方面，假设稳定时间没有达到规定的时间以上。因此，切换判定单元22不输出SOC切换信号。接着，假设稳定时间达到规定的时间以上。因此，稳定判定单元7输出稳定信号。 由于被输入稳定信号和差分判定信号两者，所以切换判定单元22输出SOC切换信号。此外， 切换单元23输出SOCV数据作为SOC数据。因此，SOCI被作为SOC数据的SOCV数据复位。 SOCI计算单元6将获得的SOCI作为SOCI数据输出到差分检测单元21和切换单元23。接着，差分检测单元21获取SOCV数据和SOCI数据，作为SOCV数据和SOCI数据之差，计算SOC差分数据。这里，由于SOCI数据以SOCV数据进行初始化，所以SOC差分数据为‘0’值。因此，差分检测单元21不输出差分判定信号。因此，切换单元23将SOCI数据作为SOC数据输出到SOCI计算单元6和估计阻抗变换单元11。接着，为了说明，假设估计阻抗电压值在以规定的阈值区分的范围外。因此，稳定判定单元7停止稳定信号的输出，将稳定时间的计测结果复位为‘0’值。而且，假设估计阻抗电压值从以其规定的阈值区分的范围外再次变为范围内。因此，稳定判定单元7再开始稳定时间的计测。以后，通过各功能块重复上述动作，SOC决定单元20决定S0C，并输出SOC 数据。以上，根据本发明的第1实施方式，电池充电率计算装置100判断估计阻抗电压值稳定的情况，替代累积了误差所得的S0CI，将基于误差小的估计阻抗电压值的SOCV作为 SOC采用，所以可以获得准确的S0C。[第2实施方式]下面说明用于实施本发明的第2实施方式。图2是表示本发明的第2实施方式的电池充电率计算装置的结构的图。在图2中，该电池充电率计算装置100除了第1实施方式的电池充电率计算装置100的结构以外，还包括估计开路电压计算单元4。估计开路电压计算单元4获取电压数据和估计阻抗电压值，通过从电压数据中减去估计阻抗电压值，计算估计开路电压值。估计开路电压计算单元4将估计开路电压值输出到SOCV计算单元5。SOCV计算单元5从估计开路电压计算单元4中获取估计开路电压值而替代电压数据。SOCV计算单元5基于温度数据和估计开路电压值计算S0CV，并将获得的SOCV作为SOCV数据输出到计算差分检测单元21和切换单元23。由于追加了估计开路电压计算单元4，所以与第1实施方式比较，第2实施方式的结构变得复杂，但第2实施方式的SOCV计算单元5基于考虑了估计阻抗电压值所得的估计开路电压值计算S0CV，所以可以比第1实施方式精度高地计算S0CV。因此，电池充电率计
7算装置100可以获得更准确的S0C。以上，根据本发明的实施方式，电池充电率计算装置100判断估计阻抗电压值稳定的情况，替代累积了误差所得的SOCI而将基于误差小的估计阻抗电压值的SOCV作为SOC 采用，所以可以获得准确的S0C。此外，由于电池充电率计算装置准确地计算S0C，所以可以防止电池的过充放电。 而且，在SOC和周期寿命上有因果关系的二次电池中，电池充电率计算装置可以提高电池的周期寿命。以上参照附图详述了本发明的实施方式，但具体的结构不限于该实施方式，还包含不脱离本发明的宗旨的范围内的设计等。例如，SOCI计算单元6也可以将SOCI数据进行前值保持，通过将上次的SOCI数据作为初始值而将电流数据积分，从而将算出的SOCI作为SOCI数据输出。此外，稳定判定单元7也可以在稳定时间达到了规定的时间以上的情况下，输出数据‘稳定’作为稳定信号， 而在除此以外时输出数据‘未稳定’。此外，例如，差分检测单元21也可以在SOC差分数据的绝对值为规定的阈值以上的情况下，输出数据‘范围外’作为差分判定信号，在除此以外时输出数据‘范围内’。此外， 切换判定单元22也可以仅在差分判定信号为数据‘范围外’，并且稳定信号为数据‘稳定’ 的情况下，输出SOC切换信号。而且，估计阻抗变换单元11也可以将SOC数据进行前值保持，将上次输入的SOC数据作为初始值来选择估计阻抗。此外，本发明中记载的电池充电率计算装置，对应于电池充电率计算装置100，第 1充电率计算单元对应于SOCV计算单元5，第2充电率计算单元对应于SOCI计算单元6，阻抗电压计算单元对应于电池阻抗模型单元10、估计阻抗变换单元11、以及估计阻抗计算单元12，稳定判定单元对应于稳定判定单元7，充电率决定单元对应于SOC决定单元20、差分检测单元21、切换判定单元22、以及切换单元23。工业实用性根据上述实施方式，电池充电率计算装置100判断估计阻抗电压值稳定的情况， 替代累积了误差所得的S0CI，而将基于误差小的估计阻抗电压值的SOCV作为SOC采用，所以可以获得准确的S0C。本发明适用于电池充电率计算装置。
权利要求
1.一种电池充电率计算装置，包括第1充电率计算单元，输出基于电压数据算出的第1充电率；第2充电率计算单元，输出基于电流数据算出的第2充电率；阻抗电压计算单元，基于有效充电率和电流数据计算阻抗电压值；稳定判定单元，判定所述阻抗电压值在以规定的阈值区分的范围内稳定了规定的时间以上的情况，并输出该判定结果；以及充电率决定单元，基于所述判定结果，在所述阻抗电压值稳定了的情况下，将所述第1 充电率作为所述有效充电率输出，在除此之外的情况下，将所述第2充电率作为所述有效充电率输出。
2.如权利要求1所述的电池充电率计算装置，所述第2充电率计算单元将所述第1充电率作为初始值，或将前值保持的所述有效充电率作为初始值从而对电流数据进行积分， 计算所述第2充电率。
3.如权利要求1至权利要求2中任何一项所述的电池充电率计算装置，所述稳定判定单元测量所述阻抗电压值稳定的时间，在所述稳定时间为规定的时间以上的情况下，判定为所述阻抗电压值已经稳定。
4.如权利要求1至权利要求3中任何一项所述的电池充电率计算装置，所述第1充电率计算单元从基于所述电压数据和所述阻抗电压值所得的开路电压值计算所述第1充电率。
5.如权利要求1至权利要求4中任何一项所述的电池充电率计算装置，所述充电率决定单元在所述第1充电率和所述第2充电率之差为规定的阈值以上的情况下，将所述第1 充电率作为所述有效充电率输出。
6.如权利要求1至权利要求5中任何一项所述的电池充电率计算装置，所述阻抗电压计算单元基于有效充电率、电流数据和温度数据计算阻抗电压值。
全文摘要
电池充电率计算装置(100)包括SOCV计算单元(5)，输出基于电压数据算出的第1充电率；SOCI计算单元(6)，输出基于电流数据算出的第2充电率；估计阻抗电压计算单元(12)，基于有效充电率和电流数据计算阻抗电压值；稳定判定单元(7)，判定所述阻抗电压值在以规定的阈值区分的范围内稳定了规定时间以上的情况，并输出该判定结果；以及SOC决定单元(20)，基于所述判定结果，在所述阻抗电压值稳定了的情况下，将所述第1充电率作为所述有效充电率输出，在除此之外的情况下，将所述第2充电率作为有效充电率输出。
文档编号G01R31/36GK102449495SQ20098015960
公开日2012年5月9日 申请日期2009年6月3日 优先权日2009年6月3日
发明者和田好广, 大石正纯, 村上慎治, 西田健彦, 足立和之, 重水哲郎, 饭田政巳 申请人:三菱重工业株式会社, 九州电力株式会社