CN100578853C - 用于检测电池充电状态的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测电池充电状态的设备。提供一种电池状态检测设备，其包括：检测来自电池的充放电电流的装置；基于检测放电电流的结果来检测在电池充电期间充电电流的负加速度的符号是否从负变为零的装置；通过在电池充电期间对瞬时充电电流进行积分来计算电池的积分充电量的装置；控制安装在机动车辆中的交流发电机以控制交流发电机产生的输出电力从而使来自电池的放电电流保持恒定的装置；以及，如果积分放电量变为等于积分充电量则确定充电极化被抵消的装置。

Description

用于检测电池充电状态的设备
相关申请的互相引用
本申请涉及2006年10月24日提交的日本专利申请No.2006-288224，其内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及一种检测安装在机动车辆或卡车上的电池的极化(polarization)抵消的电池状态检测设备，尤其涉及一种检测在电池充电期间在电池中产生的极化的抵消的电池状态检测设备。
背景技术
已知一种现有技术的电池状态检测设备，其检测安装在机动车辆或卡车上的电池在电池开始放电后其充电极化的抵消，其中，充电极化是在电池充电期间在电池中产生的。例如，在日本专利公开No.2002-184469中公开了这样一种设备。在日本专利公开No.2002-184469中描述的设备中，通过从电池开始充电的时间到充电电流的负加速度的符号从负变为零的进一步的时间对瞬时充电量进行积分，来计算积分充电量。然后，在电池开始进行放电后，如果积分放电量等于恰好在电池开始放电之前所估计的积分充电量，则确定在电池充电期间所产生的充电极化完全被抵消。
然而，在日本专利公开No.2002-184469中描述的用来检测在电池充电期间所产生的充电极化的已知现有技术的设备具有以下问题：
(i)用来检测在电池充电期间所产生的充电极化的设备被布置为远离传感器。此外，电池位于机动车辆的发动机室内部。通常，在发动机室中产生当发动机点火时出现的点火噪声等噪声，也就是说，该噪声不远离传感器。这意味着噪声易于叠加在来自传感器的电信号上，使得难以准确地检测到充电电流的负加速度的符号从负变为零的时间。如果每隔一段时间周期性产生周期性点火噪声等周期性噪声，并且该周期性噪声的时间间隔与传感器检测电流的间隔一致，则在检测电流时产生偏移误差。这导致在估计积分充电量时产生误差，进一步导致错误地判断电池的充电极化是否被抵消。
(ii)需要对设备提供附加的电负载以保持电池的恒定放电速率。因此，需要车辆中额外的空间来安装该电负载。此外，该电负载消耗不必要的电力。
(iii)存在例如在设置了电负载之后提供电力的方法。例如，存在如下方法：电负载包括多个负载元件，延迟开始对电负载提供电力，直到激励预定负载元件中的一个为止。然后，采用一种方法计算积分充电量。还存在如下方法：即使由于从接通电负载开始没有经过足够的时间而使电负载没有达到其稳定状态，也简单地对检测到的充电量进行积分，以计算积分充电量。然而，这些方法导致如下结果：分散了抵消电池充电极化所需的时间，还分散了电池充电极化的抵消相对于时间的改变程度。因此，难以准确地检测电池充电极化的抵消。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的检测电池状态的设备。
根据本发明的一个方面，提供一种准确地检测电池充电极化的抵消的电池状态检测设备。
根据本发明的另一个方面，提供一种不需要冗余的电负载从而防止占用车辆尤其是发动机室中不必要的空间的电池状态检测设备。
根据本发明的又一个方面，提供一种不消耗任何不必要电力的电池状态检测设备。
根据本发明的又一个方面，提供一种电池状态检测设备，其包括：检测来自电池的充放电电流的装置；基于检测放电电流的结果来检测在电池充电期间充电电流的负加速度的符号是否从负值变为零的装置；通过在电池充电期间对充电电流进行积分直到充电电流的负加速度的符号从负值变为零时为止来计算电池的积分充电量的装置；控制安装的交流发电机以控制交流发电机产生的输出电力从而使来自电池的放电电流相对于时间保持恒定的装置；以及，如果积分放电量变为等于恰好在电池开始放电之前所估计的积分充电量，则确定电池充电期间所产生的电池充电极化被抵消的装置。由于安装在车辆中的交流发电机被控制以使得提供恒定电流(这是抵消电池充电极化的必要条件)，因此不需要对该设备提供任何附加电负载。因此，不需要冗余的电负载或占用车辆中，尤其是在发动机室中的不必要的空间。此外，不需要消耗附加的电力。
根据本发明的又一方面，优选地，电池状态检测设备还包括：控制交流发电机以将电池的端电压设置为目标值的装置。这是通过以下方式实现的：控制安装在机动车辆中的交流发电机，使得基于检测来自电池的放电电流的装置检测到的检测放电电流与目标值之间的比较结果，增大或减小电池的端电压的目标值。在现今广泛使用的许多机动车辆中，控制安装在机动车辆中的交流发电机产生的输出电力，使得交流发电机的端电压与输入的目标值一致。因此，在目标输出电压恒定而放电电流可变的情况下，仅需要对交流发电机和交流发电机的外围设备进行最小的改变。
此外，优选地，控制交流发电机的装置还包括：计算安装在机动车辆中的交流发电机的输出电流的装置；以及，基于安装在机动车辆中的交流发电机的输出电流的计算结果控制交流发电机的输出电流以使得输出电流与放电电流的目标值一致的装置。在该设备中，可以快速地将电池的输出电流调节到放电电流的目标值。
此外，优选地，根据本发明的设备还包括：检测安装在机动车辆中的交流发电机的输出电流的装置，其中，该控制安装在机动车辆中的交流发电机的输出电流的装置基于交流发电机的输出电流的检测值来校正交流发电机的输出电流，其中，通过用于检测交流发电机的输出电流的装置来检测交流发电机的输出电流的检测值。因此，可以提高校正交流发电机的输出电流以使得来自电池的放电电流保持恒定的操作的稳定性。
根据本发明的又一方面，提供一种电池状态检测设备，其中，将检测充电电流的负加速度的符号是否从负变为零的装置、计算电池的积分充电量的装置、控制交流发电机的装置、确定电池充电期间所产生的电池充电极化是否被抵消的装置、以及检测来自电池的充放电电流的装置布置在电池的端子附近。例如，检测来自电池的充放电电流的装置是固定到电池的端子或安装在电池的壳体中的电流传感器。优选地，电流传感器包括：检测充电电流的负加速度的符号是否从负变为零的装置、计算电池的积分充电量的装置、控制交流发电机的装置、以及确定电池充电期间所产生的电池充电极化被抵消的装置。在如上所述电池状态检测设备接近电池设置的情况下，可以防止其它设备中产生的噪声叠加在由电流传感器检测到的电流上。因此，由于减小了电流传感器检测电流中的误差，因此提高了检测电池充电极化抵消的准确性。
附图说明
图1是示出用于对电池进行充电的整个系统的框图，该系统包括根据本发明的一个例子的电池状态检测设备；
图2是示出电池状态检测设备的框图；
图3是示出电压电流特性的一个例子的曲线图；
图4是示出检测电池充电极化的抵消的操作处理的流程图；
图5是示出在图3所示的步骤104中执行的操作过程的子例程的流程图，其中，通过控制交流发电机的输出电压使放电电流保持恒定；
图6是示出在图3所示的步骤104中执行的操作过程的子例程的流程图，其中，通过控制交流发电机的输出电流使放电电流保持恒定；
图7是电池状态检测设备和电力产生控制单元4两者的框图；
图8是示出已知现有技术的电池状态检测设备的一般配置的图；
图9是示出充放电电流随着时间变化、充放电电流的速度随着时间变化、以及充放电电流的加速度随着时间变化的曲线图，其中，在充电电流的负加速度的符号从负变为零的点处，可以看出充电极化的抵消；以及
图10是示出电池电压和电流密度之间的关系的曲线图。
具体实施方式
现在，参考附图讨论根据本发明的用于检测电池充电极化的抵消的电池状态检测设备。
图1是包括根据本发明的电池状态检测设备的用于对电池进行充电的整个系统的框图。
图1所示的用于对电池进行充电的系统包括发动机控制单元(ECU)1、机动车辆的发动机(下文中，将其称为“发动机”)2、在机动车辆中使用的交流发电机(下文中，将其称为“交流发电机”)3、电池5、电池状态检测设备6和键开关7。
ECU 1是监视发动机2的转动的转动状态(例如发动机2的转速)并控制发动机2的转动状态的外部控制单元。发动机2通过将发动机的转动传送到交流发电机的带来驱动交流发电机3，交流发电机3通过将从发动机2传送来的转动能转换为电能而产生电力，将该电力作为充电电力供给电池5，并供给图1中未示出的其它电负载。在该交流发电机3中，安装有电力产生控制单元4，用于通过调节交流发电机3的励磁电流来控制交流发电机3的输出电压。电池状态检测设备6位于电池5附近。此外，电池状态检测设备6判断在电池充电期间产生的电池5充电极化是否被抵消，并控制交流发电机3以调节由此产生的电力。例如，将电池状态检测设备6固定到电池的端子，或者安装在电池的壳体中。
图2是电池状态检测设备6的详细框图。如图2所示，根据本发明的电池状态检测设备6包括充放电电流检测单元600、充电电流负加速度检测单元602、积分充电量计算单元604、交流发电机控制单元606和极化抵消确定单元608。充放电电流检测单元600对应于检测来自电池的充放电电流的装置。充电电流负加速度检测单元602对应于检测充电电流的负加速度的符号是否从负变为零的装置。积分充电量计算单元604对应于计算电池的积分充电量的装置。交流发电机控制单元606对应于控制安装在机动车辆中的交流发电机的装置。极化抵消确定单元608对应于确定在电池充电期间所产生的电池充电极化被抵消的装置。
充放电电流检测单元600检测来自电池的充放电电流。
充电电流负加速度检测单元602基于检测放电电流的结果来确定在电池充电期间充电电流的负加速度的符号是否从负变为零。
积分充电量计算单元604通过在电池充电期间对瞬时充电电流进行积分直到充电电流的负加速度的符号从负变为零时为止来计算电池的积分充电量。
交流发电机控制单元606控制安装在机动车辆中的交流发电机3，以控制交流发电机产生的输出电力，从而使来自电池的放电电流相对于时间保持恒定。
如果积分放电量变为等于恰好在电池开始放电之前所估计的积分充电量，则极化抵消确定单元608确定在电池充电期间所产生的电池充电极化是否被抵消。
因此，可以理解，根据本发明的电池状态检测设备6不仅具有充放电电流检测单元600所起的传统电流传感器的作用，还具有包括充电电流负加速度检测单元602、积分充电量计算单元604、交流发电机控制单元606和极化抵消确定单元608的附加作用。
现在，基于包含日本专利公开No.2003-236157的日本专利公开No.2002-184469，给出确定充电极化是否被抵消的标准的简单说明。
首先，回顾电池的一般特性。
机动车辆包括电负载，如果由电机驱动机动车辆，则在例如起动电动机、电动发电机和运转电动机中需要大电流量。图3示出这种电池的电压电流特性的例子。图3是示出安装在机动车辆上的电池的电压电流特性的一个例子的曲线图。图3和图10的电流范围不同，即，图4中的电压电流特性仅覆盖了图10中的电压电流特性的一部分，这是因为观察到电压电流特性的强非线性特性的更高电流区域在实践中是无法达到的。
如图3所示，可以用电池的电压和电流之间的线性关系来近似电压电流特性。然而，如图10所示，充电极化和放电极化的效应为电池的电压电流特性赋予非线性特性。
然后，说明电池状态检测设备6进行的操作的理论背景。
图9是示出充放电电流随着时间变化、充放电电流速度随着时间的变化、以及充放电电流的加速度随着时间变化的曲线图。通过将充放电电流对时间求导数来获得充放电电流的改变速度。通过进一步将充放电电流的速度对时间求导数来获得充放电电流的加速度。如图9所示，恰好在开始充电动作之后，充电电流增大。随着开始充电之后充电电流增大，极化电压(polarization voltage)逐渐增大。当电流到达其最大值时，如图10所示，极化电压具有最大值。然而，由于电池中发生的化学反应相对于电池电流的改变有延迟，因此极化的增大实际上还未停止。之后，随着电流的减小，极化的增大消失。如果极化完全消失，则应当观察到电压和电流之间的线性关系。因此，识别出当充电电流的加速度变为0时极化饱和。通过从开始充电的时刻到充电电流的加速度变为0的进一步的时刻对充电量进行积分来计算积分充电量Qc。该积分充电量Qc伴随有电池的极化。为了抵消电池的极化，应当放电相同量的积分充电量Qc。因此，当积分放电量Qd变为等于充电量Qc时，极化抵消确定单元608确定极化完全被抵消。
如上所述，根据本发明的电池状态检测设备包括若干单元。将参考图4～7说明电池状态检测设备6的操作。
图4是示出检测电池充电极化抵消的操作处理的流程图。
在步骤100，充放电电流检测单元600检测电池5的放电或充电电流。
然后，在步骤101，积分充电量计算单元604基于在步骤100检测放电或充电电流的结果来确定电池5是否处于充电状态。如果电池5不处于充电状态，则步骤101的确定结果为“否”，该处理返回步骤100，在此充放电电流检测单元600重复检测电池5的放电或充电电流。如果电池5处于充电状态，则步骤101的确定结果为“是”。在这种情况下，该处理进行到步骤102，在步骤102积分充电量计算单元604对充放电电流检测单元600所检测到的瞬时充电电流进行积分，从而获得电池5的积分充电量。
此外，在步骤103，充电电流负加速度检测单元602确定在电池5充电期间充电电流的负加速度的符号是否从负变为零。如果充电电流的负加速度的符号未改变，则步骤103的确定结果为“否”，然后，该处理返回到步骤102，在此重复进行电池5的积分充电量计算和随后的处理。如果充电电流的负加速度的符号改变，则步骤103的确定结果为“是”。在这种情况下，在步骤104，交流发电机控制单元606向安装在交流发电机3中的电力产生控制单元4发送控制信号，从而调节来自交流发电机3的输出电力，以使得来自电池5的放电电流保持恒定。下文中，将电力产生控制单元4对放电电流进行的该控制称为“恒定放电电流控制”。
此外，在步骤105，极化抵消确定单元608确定电池5的积分放电量是否变为等于恰好在电池5开始放电之前所估计的积分充电量，并基于上述确定结果判断电池5的充电极化是否被抵消。如果电池5的积分放电量未达到积分充电量，则确定电池5的充电极化还未被抵消。在这种情况下，步骤105的确定结果为“否”，该处理返回到步骤104，在此继续进行恒定放电电流控制。如果电池5的积分放电量变为等于积分充电量，则确定电池5的充电极化被抵消。在这种情况下，步骤105的确定结果为“是”，结束检测电池5的极化抵消的连续步骤。
图5是示出在图4所示的步骤104中执行的操作过程的子例程的流程图，其中，通过控制交流发电机3的输出电压使放电电流保持恒定。
在步骤200，交流发电机控制单元606确定充放电电流检测单元600检测到的放电电流是否大于放电电流的目标值(即，放电电流＞放电电流的目标值)。
如果充放电电流检测单元600检测到的实际放电电流大于放电电流的目标值，则步骤200的确定结果为“是”。在这种情况下，该处理进行到步骤201，在此交流发电机控制单元606将放电电流的目标值增大交流发电机3的输出电压的一个单位度(unit degree)。交流发电机3的输出电压的单位度是预定的，用来增大或减小由电力产生控制单元4控制的交流发电机3的输出电压的目标值。如果交流发电机3的输出电压的目标值增大，则交流发电机3的输出电压增大。交流发电机3的输出电压的增大使得电池5的放电电流减小，从而将电池5的放电电流调节到放电电流的目标值。
与此相对比，如果充放电电流检测单元600检测到的实际放电电流不大于放电电流的目标值，则步骤200的确定结果为“否”。在这种情况下，该处理进行到步骤202，在此交流发电机控制单元606将放电电流的目标值减小交流发电机3的输出电压的一个单位度。如果交流发电机3的输出电压的目标值减小，则交流发电机3的输出电压也减小。交流发电机3的输出电压的减小使得电池5的放电增大，从而将电池5的放电调节到放电电流的目标值。
与其中基于充放电电流检测单元600检测到的实际放电电流是否不大于放电电流的目标值的比较结果而将交流发电机3的输出电压的目标值增大或减小交流发电机3的输出电压的一个单位度的上述控制相对比，优选地，在所谓的比例-积分-微分(PID)控制下设置交流发电机3的输出电压的目标值。
图6是示出在图4所示的步骤104中执行的操作过程的子例程的流程图，其中，通过控制交流发电机3的输出电流使放电电流保持恒定。
在步骤210，交流发电机控制单元606基于电力产生控制单元4获得的诸如交流发电机3的励磁电流等所必要的信息，计算交流发电机3的输出电流。
然后，在步骤211，交流发电机控制单元606计算交流发电机3的输出电流的目标值。根据下式，通过将充放电电流检测单元600检测到的电池5的实际放电电流和目标值之间的差相加到交流发电机3的输出电流的计算目标值，来获得交流发电机3的输出电流的目标值：
(交流发电机3的输出电流的目标值)＝(输出电流的计算目标值)+(输出电流的目标值-电池5的实际放电电流)。
在步骤212，为了实现交流发电机3的输出电流的计算目标值，将交流发电机3的输出电流的目标值或者直接导致实现交流发电机3的输出电流的该计算目标值的其代替值发送到电力产生控制单元4。交流发电机3的输出电流的计算目标值的代替值的一个例子是产生交流发电机3的输出电流的目标值的交流发电机3的励磁电流的目标值。
其结果是，电力产生控制单元4控制交流发电机3以将输出电流的目标值输出。
参考图7，说明执行图5和6所示的恒定放电电流控制的具体配置。
图7是电池状态检测设备6和电力产生控制单元4的框图。
如图7所示，电力产生控制单元4包括功率晶体管10、续流二极管12、转速检测电路14、输出电压检测电路16、励磁电流检测电路18、第一交流发电机状态存储电路20、第一通信控制器22、第一驱动器24、第一交流发电机控制信号存储电路26、励磁电流控制电路28和第二驱动器30。
功率晶体管10串联连接到交流发电机3的励磁绕组3A。如果功率晶体管10导通，则励磁绕组3A接收其励磁电流。
续流二极管12串联连接到交流发电机3的励磁绕组3A。如果功率晶体管10关断，则流过励磁绕组3A的励磁电流回流。
转速检测电路14检测交流发电机3的转速。例如，转速检测电路14通过监视在交流发电机3的起动绕组的相绕组中出现的相频率来检测交流发电机3的转速。
输出电压检测电路16检测交流发电机3的输出电压。
励磁电流检测电路18检测流过交流发电机3的励磁绕组3A的励磁电流。例如，励磁电流检测电路18获得功率晶体管10的工作状态。工作状态中的一个是处于导通状态或者关断状态。功率晶体管10的该工作状态和交流发电机3的输出电压影响交流发电机3的励磁电流的计算结果。还可以通过将分路电阻器串联插入到功率晶体管10并测量分路电阻器两端的电压以获得交流发电机3的励磁电流，来检测交流发电机3的励磁电流。
第一交流发电机状态存储电路20存储包含关于转速检测电路14检测到的交流发电机3的转速、输出电压检测电路16检测到的交流发电机3的输出电压和励磁电流检测电路18检测到的交流发电机3的励磁电流的信息的交流发电机状态信号。
通信控制器22将交流发电机状态信号转换为预定格式的数字数据以进行数字通信，并执行对数字数据进行调制以进行传输的数字调制处理。通过第一驱动器24和通信线将调制后的数字信号(数字调制信号)发送到电池状态检测设备6。
上述第一驱动器24还具有接收器的功能，其通过通信线接收电池状态检测设备6发送的数字调制信号。
此外，第一通信控制器22具有解调器的功能，其将第一驱动器24接收到的数字调制信号转换为交流发电机状态信号。将交流发电机状态信号临时存储在第一交流发电机控制信号存储电路26中。
励磁电流控制电路28通过将控制信号发送到第二驱动器30来控制交流发电机3，使得交流发电机3的输出电压与输出电压的目标值一致，或者励磁电流与励磁电流的预定目标值一致。
第二驱动器30根据励磁电流控制电路28发送的控制信号来驱动功率晶体管10。
如图7所示，电池状态检测设备6包括分路电阻器50、放大器52和60、模拟数字(A/D)转换器54和62、电阻器56和58、微型计算机64、第三驱动器70、第二通信控制器72、第二交流发电机状态存储电路74、第二交流发电机控制信号存储电路76和电源电路77。
当键开关7变为接通状态时，电源电路77开始其操作，将电力供给所有电路，以使每个电路执行其操作。
分路电阻器50用于检测电池5的充放电电流。分路电阻器50具有两个端子，分路电阻器50的一个端子连接到电池5的正极端，另一端接地。
放大器52例如是差分放大器，其将分路电阻器50两端的端电压放大。A/D转换器54将放大器60放大后的电压转换为数字数据。将该数字数据输入到微型计算机64。分路电阻器50、放大器52和A/D转换器54构成图2所示的充放电电流检测单元600。
电阻器56和58构成分压电路，其用于检测电池5两端的端电压(下文中有时称为“电池电压”)。该分压电路具有两个端子，一个端子连接到电池5的负极端，另一端子接地。
放大器60例如是运算放大器(OP amp.)，其起缓冲器的作用，连接到由电阻器56和58构成的分压电路的输出端。A/D转换器62将放大器60的输出电压转换为数字数据。将该数字数据输入到微型计算机64。放大器60的输出电压等于图7所示的电池状态检测设备6中电阻器56和58之间的连接点处的分压。
第三驱动器70和第二通信控制器72用于通过通信线将电信号传输到电力产生控制单元4，并且接收来自电力产生控制单元4的电信号。即，第三驱动器70和第二通信控制器72所起的作用分别与第一驱动器24和第一通信控制器22的作用基本相同。
当第三驱动器70通过通信线接收到电力产生控制单元4发送的数字调制信号(交流发电机状态信号)时，第二通信控制器72对该数字调制信号进行解调并输出交流发电机状态信号。第二通信控制器72产生的交流发电机状态信号临时存储在第二交流发电机状态存储电路74中。当将微型计算机64发送的交流发电机控制信号输入到第二交流发电机控制信号存储电路76中时，第二通信控制器72将交流发电机控制信号转换为预定格式的数字数据，对该数字数据进行调制，并执行对数字数据进行调制以进行传输的数字调制处理。从第三驱动器70通过第一驱动器24和通信线将调制后的数字信号(数字调制信号)发送到电池状态检测设备6。
微型计算机64构成如图2所示的充电电流负加速度检测单元602、积分充电量计算单元604、交流发电机控制单元606和极化抵消判断单元608。
下面说明当电力产生控制单元4和电池状态检测设备6用于控制交流发电机3，以通过调节交流发电机3的输出电压使来自电池5的放电电流保持恒定时，说明图5所示的操作处理。
当分路电阻器50、放大器52和A/D转换器54检测到电池5的放电电流时，如图5中的步骤200，微型计算机64比较检测到的充电电流和放电电流的目标值。微型计算机64向第二交流发电机控制信号存储电路76发送交流发电机控制信号，其中，该交流发电机控制信号包含命令交流发电机3基于比较结果将目标输出电压增大或减小输出电压的一个单位度的信息。该交流发电机控制信号由第二通信控制器72进行调制，并被从第三驱动器70输出到电力产生控制单元4。电力产生控制单元4中的励磁电流控制电路28设置交流发电机3的新的输出电压目标值，该新的输出电压目标值是根据交流发电机控制信号中所包含的信息相对于旧的目标值增大或减小输出电压的一个单位度而获得的。此外，励磁电流控制电路28将驱动信号输出到驱动器30，以将交流发电机3的输出电压调节到交流发电机3的新的输出电压目标值。与励磁电流控制电路28根据交流发电机控制信号中所包含的信息设置交流发电机3的新的输出电压目标值的情况相对比，可以应用在第一交流发电机控制信号存储电路26和励磁电流控制电路28之间设置用于设置新的输出电压目标值的专用电路的方案。还可以应用以下方案：微型计算机64设置比旧的目标值增大或减小输出电压的一个单位度的新的输出电压目标值，在交流发电机控制信号包含由微型计算机64设置的新的输出电压目标值的信息的同时，包含微型计算机64的电池状态检测设备6将交流发电机控制信号发送到电力产生控制单元4。
此外，如下面所看到的，将执行如图5所示的通过控制交流发电机3的输出电流使放电电流保持恒定的操作过程。
电力产生控制单元4将交流发电机状态信号输出到微型计算机64。交流发电机状态信号包括有关分别由转速检测电路14、输出电压检测电路16和励磁电流检测电路18检测的交流发电机3的转速、输出电压和励磁电流的信息。如在图5中的步骤210那样，微型计算机64基于包含在交流发电机状态信号中的信息计算交流发电机3的输出电流。交流发电机3的输出电流与交流发电机3的转速和励磁电流有关。因此，可以基于包含在交流发电机状态信号中的信息，例如交流发电机3的转速和励磁电流，来计算交流发电机3的输出电流。更详细地，将诸如交流发电机3的转速和励磁电流等参数之间的预定关系存储在图7中未示出的存储器中，该参数之间的预定关系用于获得与某些参数值相对应的交流发电机3的输出电压。此外，环境温度等影响交流发电机3的输出电压。因此，优选地，检测并在参数和交流发电机3的励磁电流之间的关系中考虑诸如环境温度等附加参数。因此，可以提高计算交流发电机3的输出电流的准确性。
接下来，如在图6中的步骤211那样，微型计算机64计算输出电流的目标值。此外，如在图6中的步骤212那样，微型计算机64将交流发电机控制信号发送到电力产生控制单元4，其中，交流发电机控制信号包括用于调节励磁电流以使得交流发电机3的实际输出电流与微型计算机64计算的输出电流的目标值一致的信息。为了调节励磁电流，需要计算励磁电流的目标值。然而，可以以与如图6中的步骤210处交流发电机控制单元606计算交流发电机3的输出电流相同的方式执行该计算。例如，当使用包含交流发电机3以及励磁电流和输出电流的参数之间的关系时，首先获得与转速和输出电流的目标值两者相对应的励磁电流。在调节励磁电流时，该励磁电流被认为是励磁电流的目标值。电力产生控制单元4的励磁电流控制电路28响应于从电池状态检测设备6发送的交流发电机控制信号，产生包含有关励磁电流目标值的信息的驱动信号，以驱动功率晶体管10。将该驱动信号设计为将交流发电机3的励磁电流调节到励磁电流的目标值。与基于输出电流的目标值获得励磁电流的目标值的上述实施例相对比，可以应用由电力产生控制单元4获得励磁电流的目标值的方案。即，在第一交流发电机控制信号存储电路26和励磁电流控制电路28之间设置基于输出电流的目标值获得励磁电流的目标值的变换电路。
图8是示出在日本专利公开No.2002-184469中公开的已知现有技术的电池状态检测设备的一般配置的图。在日本专利公开No.2002-184469中公开的电池状态检测设备适合于安装在除了具有发动机J3之外还具有电动发电机J5的混合动力车(hybrid vehicle)中。
如图8所示，混合动力车通常通过将发动机J3的输出通过轴J7和差动齿轮J9传送到车轮J11而移动。在车辆的高负载状态下，激励电动发电机J5以作为从电池J13供给电力的电机工作。
已知现有技术的电池状态检测设备具有电流传感器J15和电压传感器J17。电流传感器用来感测从电池J13供给包括电动发电机J5的电气设备的放电电流和从电动发电机J5供给电池J13的充电电流。此外，图7所示的电池状态检测设备包括微型计算机J23和非易失性存储器(NVM)J25。微型计算机J23通过接口电路(I/F)J21接收对输出进行模拟数字(A/D)转换后的电流传感器J15和电压传感器J17的输出。微型计算机J23具有中央处理单元(CPU)J23a、随机存取存储器(RAM)J23b和只读存储器(ROM)J23c。重要的是，图7所示的电池状态检测设备还具有伪电阻(dummy resistance)J19和开关J19a。当电池J13的充电极化被抵消时，对伪电阻J19供能。
电池状态检测设备的必要性
近年来，安装在机动车辆上的二次电池(也简单地称为“电池”)不仅用作起动内燃机的使车载电设备等工作的电源，还用作驱动作为电动车辆或者混合动力车辆的驱动源的电动(electromotive)电机的电源。了解电池的充电状态(下文中简称为“SOC”)是重要的。
人们认为电池的SOC和开路电压之间存在一对一的对应关系。因此，可以从开路电压计算电池的SOC。然而，因为将开路电压定义为当电池的充放电电流是0安培时所获得的电压，即忽略电池内部的极化效应时开路端子之间的电压。因此，如果由电压传感器检测电池电压，则由于电池内部的极化效应，开路电压与电池电压不必然匹配。如图10所示，由电压传感器检测到的电池电压一般是开路电压、由于电池的内阻产生的电压降(通常其具有负值)和极化效应所产生的极化电压(其可具有正值和负值)的总和。
电压降取决于充放电电流，当端子开路时，电压降是0伏特。
极化电压取决于充电或放电状态、电流量和温度等因素。如果保持电池端子开路，则极化电压随着时间减小，直到经过足够的时间之后极化电压最后变为0伏特为止。
在电池充电期间，极化电压沿正方向增大。下文中，当极化电压变正时，还将电池充电期间所产生的极化称为“充电极化”。相反，在电池放电期间，极化电压沿负方向增大。当极化电压变负时，还将电池放电期间所产生的极化称为“放电极化”。
如上所述，为了获得电池的SOC，需要获得开路电压，而为了获得开路电压，需要准确地估计极化电压。特别是，通常安装在电动车辆中的电池在行驶期间被多次充放电。当例如通过再生制动操作对电池快速充电时，产生充电极化。因此，如果只获得电池的内阻，仅基于其内阻难以确定电池的SOC。因此，需要监视充电极化以准确地确定电池的SOC。当难以估计极化电压的值时，了解充电极化是否被抵消是重要的。
实施例的操作和主要优点
如上所述，在根据本发明的电池状态检测设备中，保持放电电流恒定，这是通过控制交流发电机3以调节由此产生的电力的量而抵消电池5的充电极化的必要条件。
因此，根据本发明，提供这样一种电池状态检测设备，其不需要任何冗余的电负载以防止占用车辆尤其是发动机室中不必要的空间、不消耗任何附加电力、以及准确地检测电池充电极化的抵消。
此外，根据本发明，提供这样一种电池状态检测设备，其不需要在感测电流的电流传感器和感测电压的电压传感器等传感器与电池状态检测设备之间的长的电通路。因此，由于在发动机室中产生的电噪声不易叠加在电通路中流动的电信号上，因此可以准确地检测电池充电极化的抵消。
虽然根据优选实施例公开了本发明以便于更好地理解本发明，但是应当理解，可以用各种方式实施本发明，而不脱离本发明的原理。例如，在图6所示的操作过程中，在通过将充放电电流检测单元600检测到的电池5的实际放电电流和目标值之间的差相加到交流发电机3的输出电流的计算目标值来获得交流发电机3的输出电流的目标值的控制下，使放电电流保持恒定。然而，交流发电机3的输出电流的计算目标值没有考虑环境温度对输出电流的影响。因此，优选地，通过比较输出电流的目标值和充放电电流检测单元600检测到的输出电流的实际值，来消除环境温度对输出电流的影响。例如，在交流发电机3的输出端附近设置输出电流传感器。输出电流传感器构成检测交流发电机3的输出电流的装置。将输出电流的检测值从电力产生控制单元4发送到电池状态检测设备6。如果采用图7所示的配置，则可以将输出电流的检测值包含在电池状态信号中。在交流发电机控制单元606中，获得输出电流的计算值和输出电流的检测值之间的差。然后，如在图6中的步骤211那样，在考虑到该差的情况下执行输出电流的目标值的计算。例如，如果输出电流的计算值大于检测值，则应当从所获得的输出电流的计算值中减去该差，其中忽略环境温度对输出电流的影响。与此相对比，如果输出电流的计算值不大于检测值，则应当将该差相加到所获得的输出电流的计算值，其中忽略环境温度对输出电流的影响。

Claims (6)

1.一种检测电池的状态的设备，包括：
检测来自电池的充放电电流的装置；
基于检测放电电流的结果来检测在电池充电期间充电电流的负加速度的符号是否从负值变为零的装置；
通过在电池充电期间对充电电流进行积分直到充电电流的负加速度的符号从负值变为零时为止来计算电池的积分充电量的装置；
控制安装的交流发电机以控制交流发电机产生的输出电力从而使来自电池的放电电流相对于时间保持恒定的装置；以及
如果积分放电量变为等于恰好在电池开始放电之前所估计的积分充电量、则确定电池充电期间所产生的电池充电极化被抵消的装置。
2.根据权利要求1的检测电池的状态的设备，其中，
交流发电机具有控制发电机以将电池的端电压设置为电池的输出电压的目标值的装置，
控制交流发电机的装置将检测来自电池的充放电电流的装置所检测到的放电电流的检测值与电池的放电电流的目标值进行比较，并基于比较结果调节电池的放电电流的目标值。
3.根据权利要求1的检测电池的状态的设备，其中，
控制交流发电机的装置还包括：
计算交流发电机的输出电流的装置；以及
控制交流发电机以基于由用于计算交流发电机的输出电流的装置所计算的交流发电机的输出电流来调节交流发电机的输出电流、以使得放电电流的检测值变为与放电电流的目标值一致的装置。
4.根据权利要求3的检测电池的状态的设备，还包括：
检测交流发电机的输出电流的装置，
其中，控制交流发电机以调节交流发电机的输出电流的装置基于交流发电机的输出电流的检测值来校正交流发电机的输出电流，其中，通过用于检测交流发电机的输出电流的装置来检测所述交流发电机的输出电流的检测值。
5.根据权利要求1的检测电池的状态的设备，其中，
将检测来自电池的充放电电流的装置、检测充电电流的负加速度的符号是否从负变为零的装置、计算电池的积分充电量的装置、控制交流发电机的装置、以及确定电池充电期间所产生的电池充电极化被抵消的装置布置在电池的端子附近。
6.根据权利要求5的检测电池的状态的设备，其中，
检测来自电池的充放电电流的装置由固定到电池的端子或电池的壳体的电流传感器形成，以及
该电流传感器具有所述检测来自电池的充放电电流的装置、检测充电电流的负加速度的符号是否从负变为零的装置、计算电池的积分充电量的装置、控制交流发电机的装置、以及确定电池充电期间所产生的电池充电极化被抵消的装置。
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