CN101473509A - 蓄电控制设备和控制蓄电的方法 - Google Patents

Abstract

一种蓄电控制设备，对安装在车辆上的蓄电装置进行控制，所述蓄电控制设备包括控制装置和计算装置，控制装置改变目标充电状态，所述目标充电状态被用作蓄电装置的充电状态的目标；计算装置计算当车辆操作时造成的蓄电装置的电压降低量。如果经降低的电压值等于或低于阈值，则控制装置增大目标充电状态，所述经降低的电压值比蓄电装置的基准电压值低由计算装置计算出的电压降低量。

Description

蓄电控制设备和控制蓄电的方法

技术领域

本发明涉及对安装在车辆上的蓄电装置进行控制的蓄电控制设备，还涉及控制蓄电的方法。

背景技术

蓄电装置(电池)被用作车辆的驱动动力源。例如在混合动力车辆中，蓄电装置对所储存的电力进行放电以驱动电动机，从而在驾驶员开始驾驶的时候或者在全速加速过程中使车轮旋转。

已知随着电池受到反复的充电和放电，电池的内阻增大，因此电池的功率输出逐渐减小。

考虑到上述情况，在现有技术中，电池的目标充电状态被固定在较高的值(60％)，从而获得比与最大车辆动力输出相应的基准电池功率输出更大的电池功率输出，如图示了车辆使用时间与电池功率输出之间关系的图5A所示，以此方式，电池被设计成使电池的功率输出不会在车辆寿命耗尽之前降低到基准电池功率输出之下。

另一方面，作为使蓄电装置的寿命延长的一种方法，焦点集中在以下原理上：充电状态的变化范围越宽，蓄电装置的寿命就越短。据此，在现有技术中，已经提议减小最大充电状态并增大最小充电状态(例如参见日本专利申请公开No.2003-297435(JP-A-2003-297435)的0046段)。

在日本专利申请公开No.2003-47108(JP-A-2003-47108)中，提出了这样一种方法：在根据电池的电压、电流、温度等检测到了记忆效应的发生时，可以将目标充电状态从50％(这是正常状况下所用的设定)减小到适当的充电状态范围内的最大充电状态附近(例如参见0035段)。在JP-A-2003-47108中记载了以此方式，可以在不对电池进行过度充电或过度放电的情况下消除记忆效应，从而能够防止电池劣化。

但是，如图示了电池劣化速率与目标充电状态之间关系的图6所示，存在这样的问题：当目标充电状态增大时，电池劣化的速率也因为输出电压增大而变快。因此如图5B所示，如果目标充电状态被固定在60％，则电池寿命变短，这与对于更小尺寸的电池的要求发生了矛盾。

在日本专利申请公开No.2003-297435(JP-A-2003-297435)所述的方法中，只改变可变范围的上限或下限，而目标充电状态本身保持不变，所述可变范围是目标充电状态在其中改变的范围。因此不能解决前述问题。

日本专利申请公开No.2003-47108(JP-A-2003-47108)所述的方法仅仅在检测到存在记忆效应的时候增大目标充电状态来使记忆效应复原。因此不能解决当目标充电状态固定在较高值的时候引起的电池劣化速率加快的问题。

发明内容

考虑到前述问题，本发明提供了一种蓄电控制设备，通过该设备可以使蓄电设备实现比现有技术中目标充电状态固定的蓄电设备更长的寿命。

本发明的第一方面是一种蓄电控制设备，对安装在车辆上的蓄电装置进行控制，该设备包括：控制装置，用于改变目标充电状态，所述目标充电状态被用作蓄电装置的充电状态的目标；计算装置，用于计算当车辆操作时造成的蓄电装置的电压降低量。在这种蓄电控制设备中，如果经降低的电压值等于或低于阈值，则控制装置增大目标充电状态，所述经降低的电压值比蓄电装置的基准电压值低由计算装置计算出的电压降低量。

本发明的蓄电控制设备的另一方面是一种对安装在车辆上的蓄电装置进行控制的蓄电控制设备，该设备包括控制装置，用于改变目标充电状态，所述目标充电状态被用作蓄电装置的充电状态的目标。在这种蓄电控制设备中，控制装置计算当车辆操作时造成的蓄电装置的电压的降低量，并且如果经降低的电压值等于或低于阈值，则控制装置增大目标充电状态，所述经降低的电压值比蓄电装置的基准电压值低由计算装置计算出的电压降低量。

如果经降低的电压值大于阈值，控制装置可以减小目标充电状态。

此外，来自蓄电装置的、在基准电压值处产生的基准功率输出可以对应于最大车辆动力输出。另外，在计算当车辆操作时造成的蓄电装置的电压降低量时使用的、来自蓄电装置的功率输出可以设定在基准功率输出的从70％至80％的范围内。

蓄电控制设备还可以包括：电流检测装置，用于检测流经蓄电装置的电流的值；电压检测装置，用于检测蓄电装置的电压的值。基准电压值可以如下估计。即，当蓄电装置正在放电时，根据由电流检测装置检测的电流值以及由电压检测装置检测的电压值计算电流—电压特性，然后根据所计算的电流—电压特性来估计所述基准电压值。

控制装置可以在40％至80％的范围内改变目标充电状态。

本发明的第二方面是一种对蓄电装置进行控制的方法，所述方法改变目标充电状态，所述目标充电状态用作安装在车辆上的蓄电装置的目标。所述方法包括：计算当车辆操作时造成的蓄电装置的电压的降低量；判定经降低的电压值是否等于或低于阈值，所述经降低的电压值比蓄电装置的基准电压值低所计算出的电压降低量；如果判定为所述经降低的电压值等于或低于阈值，则增大所述目标充电状态。

根据本发明的上述这些方面，如果经降低的电压值等于或低于阈值，则增大目标充电状态。由此，可以将目标充电状态设定得比目标充电状态固定的现有技术中所用的目标充电状态更低，因此可以延长蓄电装置的寿命。

附图说明

根据下文参照附图对实施例的说明，可以更加了解本发明前述的以及更多的目的、特征和优点，附图中相同的标号代表相同的要素，其中：

图1是示出电池控制设备总体构造的框图；

图2的曲线图图示了电池10的电流—电压关系(下文中称为“I—V特性”)与电池功率输出之间的关系；

图3A示出了图2所示I—V特性的局部图示；

图3B是图示了时间与电压降低量之间关系的T—ΔV示意图；

图4是示出改变电池的目标充电状态的过程的流程图；

图5A和图5B是示出当电池的目标充电状态固定时，车辆使用时间与电池功率输出之间关系的示意图；

图6是示出电池劣化速率与目标充电状态之间关系的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的一种示例性实施例进行说明。图1是示出根据本发明一种实施例的电池控制设备(电能储存控制设备)的总体构造的框图。电池10(电能储存装置)是安装在混合动力车辆上作为主电池的锂离子电池，并通过将多个电池单元串联连接而构成。注意，也可以用其他类型的电池作为电池10，例如镍金属氢化物(NiMH)电池。

电池ECU 14控制电池10，使充电状态保持在目标充电状态附近。电池ECU14改变电池10的目标充电状态，改变方法将在下文中详细说明。电压传感器12测量构成电池10的各个电池单元的电压，电压传感器12所获得的测量结果被输出到电池ECU 14。电流传感器16测量向/从电池10的充电/放电电流，测量结果被输出到电池ECU 14。电池ECU 14对向/从电池单元的充电/放电电流累积以估计电池10的充电状态。存储器15储存例如用于计算最大电池功率输出(基准功率输出)情况下的电压降低量所需的时间T₁，说明书下文中将对此进行说明。

电池ECU 14设有内部计时器(未示出)。电池ECU 14向HV ECU30输出所获得的充电状态，HV ECU 30根据从电池ECU 14向HV ECU 30输入的充电状态来控制负载32的工作。负载32包括驱动电动机36、发电机42以及逆变器34，从电池10输出的电能通过逆变器34供应给驱动电动机36。

HV ECU 30根据例如油门踏板操作量来确定从驱动电动机36输出的转矩，并通过对逆变器34进行控制来控制驱动电动机36以输出所确定的转矩。此外，HV ECU 30还向发动机ECU 40作出请求以输出动力，从而控制从发动机输出的、使发电机42工作的驱动力和使车轮工作的驱动力。

下面参照图2，对改变电池10的目标充电状态的原因进行说明。图2的曲线图图示了电池10的电流/电压关系(下文中称为“I—V特性”)与电池功率输出之间的关系。曲线图中的横轴表示电流值，纵轴表示电压值。该曲线图示出了对于每个电池单元的电流值和电压值的I—V特性。

在该曲线图中，图线A示出了当充电状态被设置在60％时电池10的I—V特性，每条图线B示出了当充电状态被设置在40％时电池10的I—V特性。等功率曲线Wmax示出了电池10的最大电池功率输出(基准功率输出)，其对应于最大车辆动力输出。换言之，等功率曲线Wmax(下文中称为最大电池功率曲线Wmax)示出了为获得最大车辆动力输出，需要从电池10输出的功率。注意，本实施例中所用的最大车辆动力输出是事先例如根据车辆的型号和重量而设定的设计值。此外，值Vmin是电池10的最小电压值(阈值)，在本实施例中设置为3V。注意，最小电压值Vmin是事先例如根据车辆的型号和重量而设定的设计值。当电池10的电压值等于或低于这样设定的最小电压值Vmin时，车辆中可能发生与所谓的爆震类似的振动。因此，电池10的电压值应当设定得比最小电压值Vmin更高。

如上所述，如果目标充电状态被设定得较高，则电池10劣化的速率也变快。因此，为了获得电池10更长的寿命，目标充电状态需要被设定得较低。

如果电池10的目标充电状态被固定在40％，这比传统情况下要低(传统情况下为60％)，则随着电池10重复充电和放电，电池10逐渐劣化，因此内阻增大。结果，随着时间流逝，曲线图中I—V特性线的斜度从B₁改变到B₂，然后从B₂改变到B₃。由于目标充电状态是根据流经电池10的电流为0(A)时的电压值来确定的，所以I—V特性线B₁、B₂、B₃上对应于0(A)的电压值相同。

因此，I—V特性线B₃与最大电池功率输出曲线Wmax的交点处的电压值V₂(基准电压值)等于或小于最小电压值Vmin。在该曲线图中，当目标充电状态处于40％至80％的范围内时，对于I—V特性线存在这样的趋势：随着目标充电状态增大，I—V特性线与电流为0(A)的线之间形成的角度θ变大，与0(A)的电流对应的电压值变大。由图线A和B示出的I—V特性线是一个示例。与I—V特性线A上0(A)的电流对应的电压值比与I—V特性线B上0(A)的电流对应的电压值更高，I—V特性线A的上述角度θ大于I—V特性线B的该角度。因此，增大目标充电状态对于把已经降低到等于或低于最小电压值Vmin的基准电压值V₂增大到比最小电压值Vmin更高的值是有效的。应当注意，蓄电装置的基准电压值是与最大电池功率输出曲线Wmax与I—V特性线的交点对应的电压值，并且随着时间而变化。

如图2所示，当I—V特性如图线A所示时，即目标充电状态被设定在60％时，与最大电池功率输出Wmax对应的基准电压值V₂与最小电压值Vmin之间存在裕量。因此目标充电状态可以减小。此外，如前文结合现有技术所述，通过减小目标充电状态，可以使电池10劣化的速率更低。因此，可以通过减小目标充电状态来获得电池10更长的寿命。另外，还可以减小电池10的尺寸，从而减小混合动力车辆的尺寸。

这就是改变目标充电状态的原因。下面将说明改变目标充电状态的一种具体方法。

图3A示出了图2所示的I—V特性的局部图示。图3B的T—ΔV示意图示出了电池10的电压值如何随着时间流逝而降低。前面的段落中说明了根据对应于最大电池功率输出Wmax的基准电压值V₂与最小电压值Vmin之间确定哪一者更大的比较结果，来改变目标充电状态。但是在实际车辆中，电压降低了。即，如图3A所示，例如，如果使车辆的油门踏板完全下压，则电池10开始放电，从电池10输出的功率从值W₂改变到W₁，然后从W₁改变到Wmax。进一步地，在最大电池功率输出Wmax被维持了预定时间T₁时，电池10的电压降低了等于ΔV₁的值，并从基准电压值V₂改变到经降低的电压值V₁。因此，目标充电状态应当被改变，使经降低的电压值V₁大于最小电压值Vmin。注意，预定时间T₁是例如根据车辆的型号和重量而预先设定的设计值。

由于以上原因，应当对电压降低量ΔV₁进行实际测量以通过执行V₂-ΔV₁的计算来获得经降低的电压值V₁。但是在实际车辆中，电池功率输出很少达到最大电池功率输出Wmax，换言之，油门踏板很少受到完全下压，因此难以实际测量电压降低量ΔV₁。因而，不可能使用对电压降低量ΔV₁进行实际测量的方法来有效地改变目标充电状态。

考虑到前述情况，在本实施例中，根据比最大电池功率输出Wmax低的电池功率输出W₁的情况下的电压降低量，来估计电压从基准电压值V₂降低的量。注意，电池功率输出W1可以看作本发明的“从蓄电装置输出的功率，在对当车辆工作时造成的蓄电装置的电压降低量进行计算时使用”。

例如，在使车辆工作并使电池10保持以电池功率输出W1’(W1’>W1)输出功率达一段时间T₂的时候，电池10中的电压值从V_a0降低到V_a1，然后从V_a1降低到V_a2。电池ECU 14控制电池10，使得即使电压降低时，从电池10输出的功率也保持在某个水平。因此，电压值V_a0、V_a1和V_a2都画在表示电池功率输出W1’的同一直线上。在此情况下，电池ECU 14根据等式V₃-V_a2＝ΔV₂来计算电压降低量ΔV₂，然后根据等式ΔV₂×T₁/T₂＝ΔV₁来计算电压降低量ΔV₁。根据计算出的值，通过执行V2-ΔV₁的计算来估计经降低的电压值V₁。

优选地将电池功率输出W₁设定在从最大电池功率输出Wmax的70％至80％的范围内。如果电池功率输出W₁低于最大电池功率输出Wmax的70％，则电池功率输出W₁的情况下的电压降低量小于最大电池功率输出Wmax的情况下的电压降低量ΔV₁，因此对经降低的电压值V₁进行估计的精度降低。此外，如果电池功率输出W₁高于最大电池功率输出Wmax的80％，则由于以比最大电池功率输出Wmax的80％更高的功率输出对车辆进行驱动的情况很少，所以目标充电状态不能有效地改变。

如果所估计的经降低的电压值V₁高于最小电压值Vmin，则目标充电状态可以减小。另一方面，如果所估计的经降低的电压值V₁等于或低于最小电压值Vmin，则需要增大目标充电状态。在改变目标充电状态以获得最大电池功率输出Wmax时，可以延长电池10的寿命并减小电池10的尺寸。

下面将参照图4所示的流程图，对改变电池10的目标充电状态的方法进行说明。电池ECU 14以下述方式改变电池10的目标充电状态。在步骤S102，电池ECU 14根据步骤S101中从电压传感器12和电流传感器16输出的电池10的电压值和电流值，来判定电池10是否正在放电。判定中所用的电压值和电流值是每隔预定时间分别来自电压传感器12和电流传感器16的输出。如果电压值降低并且电流值增大，则电池ECU 14判定为电池10正在放电。如果在步骤S102，电池ECU 14判定为电池10正在放电，则在步骤S103，电池ECU 14计算电池功率输出W。

电池功率输出W被计算为如下的乘积：由电压传感器12检测的电压值×由电流传感器16检测的电流值×构成电池10的电池单元的数目。

接着，在步骤S104，电池ECU 14判定这样计算出的电池功率输出W是否大于电池功率输出W₁。如果“是”，则处理前进到步骤S105；如果“否”，则处理返回步骤S101。

在步骤S105，电池ECU 14根据从电压传感器12输出的电压值以及从电流传感器16输出的电流值来计算I—V特性，并在图2中示出最大电池功率输出曲线Wmax的示意图中对计算出的I—V特性执行外推。然后，电池ECU 14根据I—V特性线与最大电池功率输出曲线Wmax的交点来计算基准电压值V₂，并根据从计算出基准电压值V₂的时间点算起的几秒或几十秒中所采集的数据组，例如使用最小二乘法来确定电池功率输出W₁的等功率曲线(下文中称为电池功率输出曲线W₁)。然后计算电压值V₃，并将基准电压值V₂和这样计算的电压值V₃储存在存储器15中，所述电压值V₃对应于I—V特性与电池功率输出曲线W₁的交点。当电池10正在放电时，I—V特性是线性的，因此如果获得了至少两个电压值和两个电流值，就可以画出I—V特性。

在步骤S104，如果电池功率输出W超过了电池功率输出W₁，则在步骤S106，电池ECU 14立刻激活内部计时器。另一方面，如果在步骤S107电池功率输出W等于或低于电池功率输出W₁，则立刻在步骤S108停止内部计时器，并且所经过的时间T₂被储存在存储器15中。此外，在内部计时器的计数操作已经停止之后，根据从存储器15读出的电压值V₃以及从电压传感器12输出的电池10中的电压值V_a2，来计算降低电压量ΔV₂。即，根据等式V₃-V_a2＝ΔV₂来计算降低电压量ΔV₂。然后，在步骤S108，计算出的降低电压量ΔV₂被储存在存储器15中。

接着，从存储器15读出值ΔV₂、T₁和T₂，并根据等式ΔV₂×T₁/T₂＝ΔV₁来计算ΔV₁。同时，从存储器15读出基准电压值V₂。根据等式V₂-ΔV₁＝V₁，在步骤S109利用前述值来估计经降低的电压值V₁。，然后在步骤S110，电池ECU 14判定这样估计的经降低的电压值V₁是否高于最小电压值Vmin。如果“是”，则在步骤S111将目标充电状态减小1％。如果“否”，则在步骤S112将目标充电状态增大1％。

应当注意，电池10优选地设计为使最大目标充电状态等于或低于80％，即，使目标充电状态不会在车辆寿命耗尽之前达到80％。另外，最小目标充电状态优选地设定在40％。这是因为如果目标充电状态低于40％，则在开始使用电池10之前，经降低的电压值V₁可能等于或小于最小电压值Vmin(V₁≤Vmin)。

对改变目标充电状态的控制可以根据车辆的工作状态而连续执行，也可以周期性地(例如每年四次)执行。此外，初始目标充电状态可以设定在任何值，只要满足经降低的电压值V₁大于最小电压值Vmin(V₁>Vmin)的条件即可。例如，初始目标充电状态可以设定在最小电压值(40％)，并可以只执行增大目标充电状态的控制。另一方面，初始充电状态可以设定得较高(60％)，并可以被暂时减小然后增大。

在前述实施例中，用与最大车辆动力输出对应的最大电池功率输出Wmax作为基准值。但是，例如也可以用与比最大车辆动力输出更大的车辆动力输出对应的电池功率输出作为基准。此外，最小电压值Vmin可以被设定为高于本实施例中所用的最小电压值，即高于3V。此外，尽管在本实施例中用电池作为蓄电装置，但是也可以用电双层电容器作为蓄电装置。

Claims (11)

1.一种蓄电控制设备，对安装在车辆上的蓄电装置进行控制，所述蓄电控制设备的特征在于包括：

控制装置，用于改变目标充电状态，所述目标充电状态被用作所述蓄电装置的充电状态的目标；和

计算装置，用于计算当车辆操作时造成的所述蓄电装置的电压降低量，

其中，如果经降低的电压值等于或低于阈值，则所述控制装置增大所述目标充电状态，所述经降低的电压值比所述蓄电装置的基准电压值低由所述计算装置计算出的电压降低量。

2.根据权利要求1所述的蓄电控制设备，其特征在于：

如果所述经降低的电压值大于所述阈值，则所述控制装置减小所述目标充电状态。

3.根据权利要求1或2所述的蓄电控制设备，其特征在于：

来自所述蓄电装置的、在所述基准电压值处产生的基准功率输出对应于最大车辆动力输出。

4.根据权利要求3所述的蓄电控制设备，其特征在于：

在计算当所述车辆操作时造成的所述蓄电装置的电压降低量时使用的、来自所述蓄电装置的功率输出小于所述基准功率输出。

5.根据权利要求3所述的蓄电控制设备，其特征在于：

在计算当所述车辆操作时造成的所述蓄电装置的电压降低量时使用的、来自所述蓄电装置的功率输出处于所述基准功率输出的从70％至80％的范围内。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的蓄电控制设备，其特征在于还包括：

电流检测装置，用于检测流经所述蓄电装置的电流的值；和

电压检测装置，用于检测所述蓄电装置的电压的值，

其中，当所述蓄电装置正在放电时，所述控制装置根据由所述电流检测装置检测的电流值以及由所述电压检测装置检测的电压值计算电流—电压特性，并根据所计算的电流—电压特性来估计所述基准电压值。

7.根据权利要求6所述的蓄电控制设备，其特征在于：

与代表所述电流—电压特性的线上的所述最大车辆动力输出相对应的电压值被假定为所述基准电压值。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的蓄电控制设备，其特征在于：

所述控制装置在40％至80％的范围内改变所述目标充电状态。

9.一种对蓄电装置进行控制的方法，所述方法改变目标充电状态，所述目标充电状态用作安装在车辆上的所述蓄电装置的目标，所述方法的特征在于包括：

计算当车辆操作时造成的所述蓄电装置的电压的降低量；

判定经降低的电压值是否等于或低于阈值，所述经降低的电压值比所述蓄电装置的基准电压值低所计算出的电压降低量；和

如果判定为所述经降低的电压值等于或低于所述阈值，增大所述目标充电状态。

10.一种对安装在车辆上的蓄电装置进行控制的蓄电控制设备，包括：

控制装置，其改变目标充电状态，所述目标充电状态被用作所述蓄电装置的充电状态的目标；和

计算装置，其计算当车辆操作时造成的所述蓄电装置的电压降低量，

其中，如果经降低的电压值等于或低于阈值，则所述控制装置增大所述目标充电状态，所述经降低的电压值比所述蓄电装置的基准电压值低由所述计算装置计算出的电压降低量。

11.根据权利要求10所述的蓄电控制设备，其特征在于还包括：

电流检测装置，其检测流经所述蓄电装置的电流的值；和

电压检测装置，其检测所述蓄电装置的电压的值，

其中，当所述蓄电装置正在放电时，所述控制装置根据由所述电流检测装置检测的电流值以及由所述电压检测装置检测的电压值计算电流—电压特性，并根据所计算的电流—电压特性来估计所述基准电压值。

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