CN101939892A - 车辆以及二次电池的充电状态推定方法 - Google Patents
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Abstract
车辆(1)包括:能够进行充放电的蓄电池(B1);对蓄电池的电流进行检测的电流传感器(11-1);和推定出蓄电池的充电状态,并基于充电状态对蓄电池的充放电进行控制的控制装置(30)。控制装置(30)在充电和放电的循环被重复地执行的第一工作模式下,推定出蓄电池的开路电压,并通过基于极化对开路电压进行校正而得到的值来确定充电状态。控制装置(30)在充电和放电中的一者持续地进行的第二工作模式下,基于对由电流传感器检测到的电流进行累计而得到的结果来确定充电状态。由此,可以提供一种能够增大充电量或放电量的、能够有效地利用二次电池的车辆。
Description
技术领域
本发明涉及车辆以及二次电池的充电状态推定方法,尤其是涉及包括二次电池和执行二次电池的充放电控制的控制装置的车辆、以及该二次电池的充电状态推定方法。
背景技术
近年来,作为注重环保的汽车,通过电动机驱动车轮的电动车和并用电动机和发动机来驱动车轮的混合动力车受到了关注。在这样的混合动力车中,通过发动机的动力使搭载在车辆上的发电机旋转发电,通过发电产生的电力对蓄电池进行充电、或者向电动机供应电力,但是也正在研究能够从外部对蓄电池进行充电、能够在家庭等地进行充电(下面简称为外部充电)的车辆。
如果能够进行外部充电,那么通过在家庭等地进行充电就减少了为补给燃料而前往加油站的次数,对驾驶者来说很方便,并且通过利用廉价的深夜用电等,即便从成本方面来看也是划算的。
专利第3016349号公报(专利文献1)公开了这样的能够从外部进行充电的混合动力车。
专利文献1:日本专利文献专利第3016349号公报
专利文献2:国际公开第99/61929号公报
专利文献3:日本专利文献特开2003-7353号公报
专利文献4:国际公开第98/56059号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
混合动力车和电动车等搭载有蓄电池的车辆计算蓄电池的充电状态(SOC:State Of Charge),并进行控制以使得蓄电池不会发生过充电和过放电。SOC也被称为充电量或剩余容量等。
例如,在国际公开第99/61929号公报(专利文献2)中,公开了蓄电池的SOC的推定方法的一个例子。该SOC的推定方法考虑了电池的内部电阻和极化,因此即使充放电以短的周期被切换、重复,也能够正确地推定出SOC。
但是,在执行外部充电时,蓄电池不会发生放电,所以处于仅持续地进行充电的状态。在将这样的现有的SOC推定方法应用于外部充电时,蓄电池电压由于极化而产生的变化量大,所以SOC会被推定得高于实际的SOC。这样一来,在外部充电过程中控制装置会早于实际情况而识别为SOC达到了管理上限值并停止外部充电。
能够进行外部充电的车辆优选能够执行EV(Electric Vehicle,电动汽车)行驶(即,使用对蓄电池进行外部充电而存储的电力而不使用发动机)而能够尽可能地不使用汽油等燃料来运行,但是外部充电未能完全充电至SOC上限值的话会导致EV行驶距离变短,因此很不利。
另外,相反地,在严寒期间的早晨等时候,在通过定时功能等使用蓄电池的电力来执行乘车前空气调节这样的情况下,变为仅持续地进行放电的状态。在这样的情况下,如果使用现有的SOC的推定方法,则SOC会被推定得比实际情况低。这样一来,控制装置会识别为SOC已达到了管理下限值,因此会提早停止空气调节。
本发明的目的在于提供一种能够增大充电量或放电量的、能够有效地利用二次电池的车辆。
用于解决问题的手段
概括而言,本发明的车辆包括:能够进行充放电的二次电池;对二次电池的电流进行检测的电流传感器;和推定出二次电池的充电状态,并基于充电状态对二次电池的充放电进行控制的控制装置。控制装置在充电和放电的循环被重复地执行的第一工作模式下,推定出二次电池的开路电压,并通过基于极化对开路电压进行校正而得到的值来确定充电状态。控制装置在充电和放电中的一者持续地进行的第二工作模式下,基于对由电流传感器检测到的电流进行累计而得到的结果来确定充电状态。
优选的是,车辆构成为能够执行从车辆外部对二次电池进行充电的外部充电。在外部充电时选择第二工作模式。
更加优选的是,车辆还包括能够从二次电池接受电力供应而执行乘车前空气调节的空调装置。在外部充电时和乘车前空气调节时选择第二工作模式。控制装置在作为前处理而执行了外部充电和乘车前空气调节中的一者、作为在前处理之后继续进行的后处理而执行了另一者的情况下,在执行前处理之前存储电流传感器的偏移值,在执行后处理时利用在执行前处理之前存储了的偏移值对由电流传感器检测到的电流进行校正。
优选的是,车辆还包括能够执行动力运行工作和再生工作的电动机。在能够重复地执行动力运行工作和再生工作的车辆行驶期间,选择第一工作模式。
本发明的另一种技术方案是一种二次电池的充电状态推定方法,该二次电池能够进行充放电,该二次电池的充电状态推定方法包括:判断二次电池被使用的工作模式的步骤;当在进行判断的步骤中判断出工作模式为充电和放电的循环被重复地执行的第一工作模式时,推定出二次电池的开路电压,并通过基于极化对开路电压进行校正而得到的值来确定充电状态的步骤;和当在进行判断的步骤中判断出工作模式为充电和放电中的一者持续地进行的第二工作模式时,基于对由电流传感器检测到的电流进行累计而得到的结果来确定充电状态的步骤。
优选的是,二次电池被搭载在车辆上。车辆构成为能够执行从车辆外部对二次电池进行充电的外部充电。在进行判断的步骤中,在外部充电时判断为第二工作模式。
更加优选的是,车辆还包括能够从二次电池接受电力供应而执行乘车前空气调节的空调装置,在外部充电时和乘车前空气调节时选择第二工作模式。还包括以下步骤:在作为前处理而执行了外部充电和乘车前空气调节中的一者、作为在前处理之后继续进行的后处理而执行了另一者的情况下,在执行前处理之前存储电流传感器的偏移值,在执行后处理时利用在执行前处理之前存储了的偏移值对由电流传感器检测到的电流进行校正。
优选的是,车辆还包括能够执行动力运行工作和再生工作的电动机。在进行判断的步骤中,在能够重复地执行动力运行工作和再生工作的车辆行驶期间,判断为第一工作模式。
发明的效果
根据本发明,能够增大对蓄电池的充电量和放电量,所以能够有效地利用蓄电池,从而能够延长不使用发动机而通过电动机来行驶的距离。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的车辆1的主体结构的图。
图2是表示蓄电池的开路电压OCV和SOC之间的关系的图。
图3是用于说明充电时的蓄电池电压和放电时的蓄电池电压随着时间经过而发生的变化的波形图。
图4是说明在本实施方式中执行的SOC推定处理和车辆的控制的流程图。
图5是表示由控制装置30执行的SOC推定处理的构成的框图。
图6是用于说明基于本实施方式的SOC计算处理而紧接在乘车前空气调节之后执行了插入式充电时的一个例子的波形图。
附图标记说明:
1 车辆 3 动力分配机构 4 发动机 6 充电器
7 空调 8 商用电源 10-1、10-2、13 电压传感器
11-1、11-2 电流传感器 12-1、12-2 升压转换器
14 变换器 30 控制装置 40-1、40-2 斩波电路
110 电流检测部 112 电压检测部 114 伪SOC推定部
116 电动势推定部 118 电压变动推定部 120 动态电压变动推定部 122、128 加法计算部 124 比较器 126 SOC 修正量计算部 132 初始SOC检测部 134 电流累计处理部 136 选择部
B1、B2 蓄电池 C1、C2、CH 平滑电容器
D1A、D2B 二极管 L1、L2 电感 LN1A、LN2A 正母线
LN1B、LN2B 布线 LN1C、LN2C 负母线 MA、MB 电池模块
MG1、MG2 电动发电 机MNL 主负母线 MPL 主正母线
NL1、NL2 负极线 PL1、PL2 正极线 Q1A、Q1B、Q2A、Q2B晶体管 SMR1、SMR2 系统主继电器
具体实施方式
以下,参照附图来详细地说明本发明的实施方式。另外,在附图中对同一部分或相当的部分标注同一附图标记,不重复对其的说明。
(车辆的整体结构)
图1是表示本发明的实施方式的车辆1的主体结构的图。
参照图1,车辆1包括:蓄电池B1、B2;升压转换器12-1、12-2;平滑电容器CH;电压传感器10-1、10-2、13;变换器14;发动机4;电动发电机MG1、MG2;动力分配机构3;和控制装置30。
该车辆所搭载的蓄电池B1、B2能够从外部进行充电。因此,车辆1还包括充电器6,该充电器6具有能够与例如AC100V或200V的商用电源8连接的连接器,并与正极线PL1和负极线NL1连接。充电器6将交流电转换为直流电,并且对电压进行调压后将其提供给蓄电池。另外,为了能够进行外部充电,除此之外也可以使用将电动发电机MG1、MG2的转子绕组的中性点与交流电源连接的方式、或者合并升压转换器12-1、12-2来作为交流直流转换装置而发挥作用的方式。
平滑电容器CH使由升压转换器12-1、12-2升压后的电压平滑化。电压传感器13对平滑电容器CH的端子间电压进行检测,并将检测结果输出至控制装置30。
变换器14将从升压转换器12-1或12-2提供的直流电压VH转换为三相交流电压,并输出至电动发电机MG1和MG2。
动力分配机构3为与发动机4和电动发电机MG1、MG2连接并在这三者之间分配动力的机构。例如作为动力分配机构3,可以使用具有太阳齿轮、行星齿轮架、内啮合齿轮的三根旋转轴的行星齿轮机构。在行星齿轮机构中,如果确定了三根旋转轴中的两根旋转轴的旋转,则另一根旋转轴的旋转也被强制性地确定了。这三根旋转轴分别与发动机4、电动发电机MG1、MG2的各自的旋转轴连接。另外,电动发电机MG2的旋转轴通过没有图示的减速齿轮、差动齿轮而与车轮连接。另外,在动力分配机构3中还可以组装有针对电动发电机MGG2的旋转轴的减速器。
蓄电池B1的正极与正极线PL1连接,负极与负极线NL1连接。电压传感器10-1对蓄电池B1的正负极之间的电压Vb1进行测定。为了与电压传感器10-1一起监视蓄电池B1的充电状态SOC1,设置有对流过蓄电池B1的电流Ib1进行检测的电流传感器11-1。另外,在控制装置30中检测出蓄电池B1的充电状态SOC1。控制装置30使用后面结合图4、图5说明的方法计算出充电状态SOC1。
蓄电池B2的正极与正极线PL2连接,负极与负极线NL2连接。电压传感器10-2对蓄电池B2的端子间的电压Vb2进行测定。为了与电压传感器10-2一起监视蓄电池B2的充电状态SOC2,设置有对流过蓄电池B2的电流Ib2进行检测的电流传感器11-2。另外,在控制装置30中检测出蓄电池B2的充电状态SOC2。控制装置30使用后面结合图4、图5说明的方法计算出充电状态SOC2。
作为蓄电池B1、B2,例如可以使用铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等二次电池、或电双层电容器等大容量的电容器等。
蓄电池B2和蓄电池B1的可蓄电容量例如被设定为:通过同时使用,能够输出连接在主正母线MPL和主负母线MNL之间的电负载(变换器14和电动发电机MG2)所容许的最大功率。由此,在不使用发动机的EV(Electric Vehicle)行驶中,能够进行最大功率的行驶。
而且,如果蓄电池B2的电力被耗尽,则使用蓄电池B1和发动机4,由此即使不使用蓄电池B2也能够进行最大功率的行驶。另外,也可以构成为:车辆搭载有多个蓄电池B2,如果第一个蓄电池B2的电力被耗尽,则通过开关等切换连接至第二个蓄电池B2、第三个蓄电池B2,由此能够继续执行EV行驶。
变换器14与主正母线MPL和主负母线MNL连接。变换器14接受由升压转换器12-1和12-2升压后的电压,例如为了起动发动机4而驱动电动发电机MG1。另外,变换器14使由电动发电机MG1利用从发动机4传递过来的动力发电产生的电力返回升压转换器12-1和12-2。此时,升压转换器12-1和12-2由控制装置30控制而作为将电压VH分别转换为电压Vb1、Vb2的电压转换电路工作。
变换器14将升压转换器12-1和12-2输出的直流电压转换为三相交流电压并向驱动车轮的电动发电机MG2输出。另外,变换器14使伴随着再生制动而在电动发电机MG2中发电产生的电力返回升压转换器12-1和12-2。此时,升压转换器12-1和12-2由控制装置30控制而作为将电压VH分别转换为电压Vb1、Vb2的电压转换电路工作。
控制装置30接收电动发电机MG1和MG2的各自的转矩指令值、电动机电流值和旋转速度、电压Vb1、Vb2、VH的各值、以及起动信号。而且,控制装置30向升压转换器12-1和12-2输出升压指令、降压指令、和工作禁止指令。
而且,控制装置30向变换器14输出:将作为升压转换器12-1、12-2的输出的直流电压VH转换为用于驱动电动发电机MG1的交流电压的驱动指令;和使电动发动机MG1发电产生的交流电压转换为直流电压VH并将该直流电压VH返回升压转换器12-1、12-2侧的再生指令。
同样地,控制装置30向变换器14输出:将直流电压转换为用于驱动电动发电机MG2的交流电压的驱动指令;和使电动发动机MG2发电产生的交流电压转换为直流电压并将该直流电压返回升压转换器12-1、12-2侧的再生指令。
升压转换器12-1包括:斩波电路40-1;正母线LN1A;负母线LN1C;布线LN1B;和平滑电容器C1。斩波电路40-1包括:晶体管Q1A、Q1B;二极管D1A、D1B;和电感L1。由晶体管Q1B和二极管D1B构成了上臂。另外,由晶体管Q1A和二极管D1A构成了下臂。
正母线LN1A的一端与晶体管Q1B的集电极连接,另一端与主正母线MPL连接。另外,负母线LN1C的一端与负极线NL1连接,另一端与主负母线MNL连接。
晶体管Q1A、Q1B在负母线LN1C和正母线LN1A之间串联连接。具体而言,晶体管Q1A的发射极与负母线LN1C连接,晶体管Q1B的发射极与晶体管Q1A的集电极连接,晶体管Q1B的集电极与正母线LN1A连接。在下臂中,二极管D1A与晶体管Q1A并联连接。在上臂中,二极管D1B与晶体管Q1B并联连接。二极管D1A的导通方向为从母线LN1C朝向电感L1的方向。另外,二极管D1B的导通方向为从电感L1朝向母线LN1A的方向。电感L1的一端与晶体管Q1A和晶体管Q1B的连接节点连接。
布线LN1B连接在正极线PL1和电感L1的另一端之间。平滑电容器C1连接在布线LN1B和负母线LN1C之间,减少布线LN1B和负母线LN1C之间的直流电压所含的交流成分。
正极线PL1和负极线NL1通过系统主继电器SMR1分别与蓄电池B1的正极和负极连接。
而且,斩波电路40-1能够按照从控制装置30提供的驱动信号PWC1对从正极线PL1和负极线NL1接受的直流电力(驱动电力)进行升压,并将升压后的直流电力向主正母线MPL和主负母线MNL供应,另外对主正母线MPL和主负母线MNL之间的电压进行降压后向蓄电池B1供应。
升压转换器12-2包括:斩波电路40-2;正母线LN2A;负母线LN2C;布线LN2B;和平滑电容器C2。斩波电路40-2包括:晶体管Q2A、Q2B;二极管D2A、D2B;和电感L2。由晶体管Q2B和二极管D2B构成了上臂。另外,由晶体管Q2A和二极管D2A构成了下臂。
正母线LN2A的一端与晶体管Q2B的集电极连接,另一端与主正母线MPL连接。另外,负母线LN2C的一端与负极线NL2连接,另一端与主负母线MNL连接。
晶体管Q2A、Q2B在负母线LN2C和正母线LN2A之间串联连接。具体而言,晶体管Q2A的发射极与负母线LN2C连接,晶体管Q2B的发射极与晶体管Q2A的集电极连接,晶体管Q2B的集电极与正母线LN2A连接。在下臂中,二极管D2A与晶体管Q2A并联连接。在上臂中,二极管D2B与晶体管Q2B并联连接。二极管D2A的导通方向为从母线LN2C朝向电感L2的方向。另外,二极管D2B的导通方向为从电感L2朝向母线LN2A的方向。电感L2与晶体管Q2A和晶体管Q2B的连接节点连接。
另外,晶体管Q1B、Q1A、Q2A、Q2B只要是功率开关元件即可,可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)元件或功率MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化物-半导体场效应管)等。
布线LN2B的一端与正极线PL2连接,另一端与电感L2连接。平滑电容器C2连接在布线LN2B和负母线LN2C之间,减少布线LN2B和负母线LN2C之间的直流电压所含的交流成分。
正极线PL2和负极线NL2通过系统主继电器SMR2分别与蓄电池B2的正极和负极连接。
而且,斩波电路40-2能够按照从图1的控制装置30提供的驱动信号PWC2对从正极线PL2和负极线NL2接受的直流电力(驱动电力)进行升压,并将升压后的直流电力向主正母线MPL和主负母线MNL供应,另外对主正母线MPL和主负母线MNL之间的电压进行降压后向蓄电池B2供应。
(对开路电压和充电状态的说明)
图2是表示蓄电池的开路电压(OCV:Open-Circiut Voltage)和SOC之间的关系的图。
存在着SOC增加、则蓄电池的OCV升高这样的相关关系。例如,在锂离子蓄电池中,如果OCV=3.0V,则SOC=0%,如果OCV=4.1V,则SOC=100%,在SOC与OCV之间存在着图2所示的相关关系。预先测定该相关关系,并以映射图的形式存储。于是,能够通过电压传感器检测出OCV并基于OCV参照映射图来推定出SOC。
但是,在行驶过程中或外部充电过程中必须使电流在电路中流动,所以不能测定开路电压。在电路中有电流流动的情况下,蓄电池电压受到由于内部电阻而产生的电压增减量、以及由于极化而产生的电压增减量的影响。
图3是用于说明充电时的蓄电池电压和放电时的蓄电池电压随着时间经过而发生的变化的波形图。
参照图3,对于在时刻t1~t2之间蓄电池进行充电,在时刻t2~t3之间蓄电池不进行充放电,在时刻t3之后蓄电池进行放电的情况进行说明。
首先,在时刻t1开始对蓄电池进行充电。蓄电池电流IB为:正向表示放电,负向表示充电。随着充电的进行,开路电压OCV随着充电状态SOC的增加而上升。该开路电压OCV在充电过程中是不能直接测量的。在充电过程中,能够通过电压传感器作为蓄电池电压VB而进行检测的是闭路电压CCV(Closed Circuit Vlotage)。该闭路电压CCV是在开路电压OCV的基础上加上由于蓄电池内部电阻而产生的变化量ΔV1和由于极化而产生的变化量ΔV2后得到的。
关于变化量ΔV1,能够通过充电电流I和内部电阻R的乘积来求出。另外,蓄电池内部电阻R具有温度依赖性,所以也可以测量蓄电池的温度并基于温度对该内部电阻R进行校正。
关于变化量ΔV2,其具有随着充电时间增长而增大的倾向。因此,在时刻t1~t2之间变化量ΔV2逐渐增大。
在时刻t2停止了充电时,电流不再流动,所以变化量ΔV1变为零。但是,变化量ΔV2不会立即变为零,而是会随着时间经过逐渐地接近零。因此,蓄电池电压VB在一段时间内显示为高于开路电压OCV的值,经过一定时间之后与开路电压OCV变为一致。
关于时刻t3之后的放电期间,变化量ΔV1、ΔV2出现在相反的方向、即降低测定电压的方向上。在放电时,ΔV1为内部电阻和电流的乘积这一点、以及ΔV2是由于极化而导致的并随着时间经过而增加这一点也与充电时一样,所以不再重复说明。虽然没有图示,但是在放电停止、蓄电池电流变为了零时,电压升高变化量ΔV1,但变化量ΔV2不会立即变为零,在一段时间内会测量到低于开路电压OCV的电压。之后,经过了一定时间之后测量到的电压与开路电压OCV变为一致。
如上所述,由于极化而产生的电压变化量ΔV2随着从开始充电或开始放电起经过的时间而变化。因此,如后面通过图5的电池模块MB所说明的那样,在适用于车辆行驶时的SOC的推定处理中,与再生和动力运行的充放电的循环被重复执行的行驶模式相应地来确定由于极化而产生的电压变化量ΔV2(在图5中为Vdyn),使用该电压变化量ΔV2并根据闭路电压CCV来推定出开路电压OCV,并且基于推定出的开路电压OCV最终推定出SOC。
即,电压变化量ΔV2(在图5中为Vdyn)是基于与重复执行充放电的行驶期间相匹配的值而计算出的。
(SOC的推定处理)
图4是说明在本实施方式中执行的SOC的推定处理和车辆的控制的流程图。
参照图1、图4,控制装置30在步骤S1中判断是否执行乘车前空气调节(也被称为提前(pre)空气调节)、是否从蓄电池放电。
乘车前空气调节是指以下功能:如果事先指定了出发预定时刻,则在该出发预定时刻之前开始进行车辆的空气调节,通过取暖或制冷使车厢内部在出发预定时刻处于舒适的温度。另外,蓄电池的输出在低温和高温下降低,所以有时即使从为了发挥蓄电池的性能这一点出发,也进行乘车前空气调节。在这样的乘车前空气调节中,在不起动发动机的情况下使空调工作,所以会持续地从蓄电池放电,而不会对蓄电池进行充电。
在步骤S1中,基于乘员对开关等的指示来判断是否执行乘车前空气调节。当在步骤S1中判断为执行乘车前空气调节时(在步骤S1中为是),在步骤S30中进行一系列的乘车前空气调节。
在步骤S30中,首先执行步骤S2的电流零控制。以使用蓄电池B1的电力使空调7工作的情况为例来进行说明。控制装置30通过将系统主继电器SMR1设为断开状态来设定电路的状态,使得蓄电池电流Ib1变为零。接着,在步骤S3中,控制装置30存储由电流传感器11-1检测到的值来作为偏移值。该偏移值被存储在控制装置30内部的非易失性存储器等中。另外,在电流零控制中,可以不必将系统主继电器设定为断开状态,只要对蓄电池外围电路的状态进行设定以使得如升压转换器停止了工作、空调等负载也停止了工作的状态那样蓄电池电流不流动即可。
另外,此时电流为零,因此能够测量开路电压OCV。因此,控制装置30在步骤S4中使用电压传感器10-1来测量开路电压OCV。然后,基于此时测量到的开路电压OCV并利用存储有图2所示的相关关系的映射图得出充电状态SOC的初始值。
接下来,在步骤S5中,控制装置30将充电状态SOC的计算方法设定为电流累计法。此时,使用在步骤3中存储的偏移值对此时由电流传感器检测到的电流值进行校正,将校正结果用于累计。之后,在设定为通过该计算方法来计算SOC的状态下,在步骤S6中执行空气调节。
在比出发预定时刻提前10分钟等接近出发预定时刻的时间自动地开始执行乘车前空气调节。另外,在驾驶者进入了车辆时,乘车前空气调节结束。通过是否发生了开门、是否操作了点火开关、或者是否改变了空调装置的设定等操作来判断驾驶者是否进入了车厢即可。但是,也要考虑取消出发的情况。因此,为了避免蓄电池过放电,在比出发预定时刻推迟了预定时间后驾驶者仍未上车的情况下,也使乘车前空气调节结束。
在乘车前空气调节结束了时,在步骤S7中控制装置30存储放电电流累计值。之后,在步骤S22中,控制返回到预定的主例程。
另一方面,在步骤S1中判断为不执行乘车前空气调节时,处理从步骤S1进入步骤S8。在步骤S8中,判断是否对蓄电池进行插入式充电。例如,根据电源8是否已与图1的充电器6连接来判断是否执行插入式充电。
在步骤S8中判断为执行插入式充电时,处理从步骤S8进入步骤S9。在步骤S9中,判断是否是紧接在乘车前空气调节之后的插入式充电。
紧接在乘车前空气调节之后的插入式充电包括两者情况:一是在从乘车前空气调节结束算起在预定时间内开始插入式充电的情况;二是在插入式充电过程中执行了乘车前空气调节,蓄电池发生了放电(在空调的消耗电力大于插入式充电电力的情况下),在乘车前空气调节结束之后仍继续进行插入式充电的情况。
对于这样的在乘车前空气调节时从蓄电池放电了的放电量,如果紧接在乘车前空气调节之后进行充电,则一定能够恢复。在通过现有的方法来推定SOC并进行充电时,有时尽管还没有真正达到上限SOC,但推定出的SOC却偏高,从而导致了充电量不足。因此,会缩短靠外部充电所得电力支撑的续航距离。
在本实施方式中,对放电了的电量(Ah:安培小时)进行累计并进行等量的充电,所以能够可靠地使蓄电池的SOC恢复到放电前的状态。换言之,即使进行了与放电了的电量等量的电量的充电,也不会有蓄电池过充电的可能性。仅通过与乘车前空气调节时和插入式充电时的SOC的推定相同的方法、即电流累计,就能够实现与放电了的电量等量的电量的充电。
在步骤S9中判断为是紧接在乘车前空气调节之后的插入式充电时,执行步骤S40所表示的一系列的插入式充电处理。例如如果已存储了步骤S6的空气调节结束的时刻,则根据从该时刻算起尚未经过预定时间,就能够做出判断。
首先,在步骤S10中,控制装置30设定为:在对于由电流传感器检测出的电流值的校正中,使用在乘车前空气调节时的步骤3中存储了的值。其理由在于两点,其一是:由于紧接在乘车前空气调节之后,因此可以原样使用偏移校正值;其二是:如果改变了偏移校正值,则可能会出现尽管需要以放电了的电量准确地进行充电、但是充电量却发生了偏离的情况。另外,SOC的初始值继承作为前一步骤的步骤S30结束时的SOC。这样做的原因在于:如果紧接在放电之后进行充电,则极化的影响仍会存在,所以如果此时测定开路电压并通过图2的映射图来求出SOC的话,求出的SOC会有误差。
接下来,在步骤S11中,控制装置30将充电状态SOC的计算方法设定为电流累计法。使用在步骤S3中存储了的偏移值对此时由电流传感器检测到的电流值进行校正,将校正结果用于累计。之后,在设定为通过该计算方法来计算SOC的状态下,在步骤S12中执行插入式充电。通过与乘车前空气调节时相同的方法并利用相同的偏移值计算出SOC,因而能够执行所充电量与在乘车前空气调节时放电了的电流累计值相等的充电。
以上,将步骤S30的一系列乘车前空气调节作为前一步骤时的、作为后一步骤的步骤S40的一系列的插入式充电处理就结束了。
另一方面,当在步骤S9中判断为不是紧接在乘车前空气调节之后的插入式充电的情况下,处理进入步骤S13,执行通常的插入式充电处理。
以对蓄电池B1执行插入式充电的情况为例来进行说明。在步骤S13中,执行与步骤2同样的电流零控制。接着,在步骤S14中,控制装置30存储电流传感器11-1的检测值来作为偏移值。该偏移值被存储在控制装置30内部的非易失性存储器等中。
另外,此时因此电流为零,所以能够测量开路电压OCV。因此,控制装置30在步骤S15中使用电压传感器10-1来测量开路电压OCV。接着,基于此时测量到的开路电压OCV并使用存储有图2所示的相关关系的映射图求出充电状态SOC的初始值。
接下来,在步骤S16中,控制装置30将充电状态SOC的计算方法设定为电流累计法。使用在步骤S14中存储的偏移值对此时由电流传感器检测到的电流值进行校正,并将校正结果用于累计。之后,在设定为通过该计算方法来计算SOC的状态下,在步骤S17中执行插入式充电。
在充电不断进行而SOC达到了管理上限值、或者由于插头被拔下等而与外部电源不再连接时,插入式充电结束。
接下来,对不是在插入式充电时也不是乘车前空气调节时、而是在通常的行驶时执行的SOC推定进行说明。在步骤S8中判断为不进行插入式充电时,处理进入步骤S18。例如,如果电源8未与图1的充电器6连接,则控制装置30识别为不执行插入式充电。
在步骤S18中,控制装置30通过将系统主继电器SMR1、SMR2设为断开状态来设定电路的状态,使得蓄电池电流Ib1、Ib2变为零。接着,在步骤S19中,控制装置30存储由电流传感器11-1、11-2检测到的电流值来作为偏移值。该偏移值被存储在控制装置30内部的非易失性存储器等中。
接下来,在步骤S20中,控制装置30将SOC的计算方法设定为不同于步骤S5、S11、S16的推定方法(也称为推定OCV法)。在该推定OCV法中,不仅反映了电流累计,而且反映了蓄电池电压和蓄电池内部电阻,防止了在采用频繁地重复充电和放电的蓄电池使用方法时误差被累积。
接下来,在步骤S21中,执行通常行驶时的充放电控制。在该情况下,执行电动机的动力运行/再生控制、以及对基于发动机和发电机的发电的控制,使得推定出的SOC始终处于根据蓄电池的寿命确定的蓄电池的SOC的管理上限值和管理下限值之间。而且,在点火开关被关闭了时,将该时刻的蓄电池的SOC的推定值存储在非易失性存储器中。有时也将该存储了的推定值作为下一次的SOC的初始值来使用。
在步骤S7、S12、S17、S21中的某一处理结束了时,使处理进入步骤S22,使控制返回主例程。
如上所述,在获知了只执行充电或放电中的一者的情况下,控制装置30在步骤S5、S11、S16中对SOC的初始值累计充电或放电的电流来进行SOC的推定。另一方面,在有可能像行驶时那样频繁地重复充电和放电的循环的情况下,在步骤S20中将SOC计算方法设定为作为不同的推定方法的推定OCV法。在该推定OCV法中,不仅反映了电流累计,而且反映了蓄电池电压和蓄电池内部电阻,防止了在采用频繁地重复充电和放电的蓄电池使用方法时误差被累积。
关于由控制装置30执行的这样的SOC的推定处理的切换,使用框图来进行说明。
图5是表示由控制装置30执行的SOC推定处理的构成的框图。
参照图5,由电流检测部110检测出蓄电池的充放电电流。由电压检测部112检测出此时的蓄电池电压。另外,电流检测部110与图1的电流传感器11-1、11-2相对应。电压检测部112与图1的电压传感器10-1、10-2相对应。
在车辆的通常行驶期间,进行使用了电池模块MB的SOC的推定。而且,将选择部136的选择设定设定为B侧,使得采用使用了电池模块MB而得到的SOC的推定值。由电流检测部110检测出的充放电电流值在伪SOC推定部114中被积分,并与事先求出的蓄电池的SOC的初始值相加,由此推定出作为SOC的临时值的伪SOC。关于该SOC的初始值,如果为满充电时则为100%,或者可以读出在上一次使用结束时保存在控制装置30内部的非易失性存储器中的SOC推定值来使用。
基于这样求出的伪SOC,由电动势推定部116推定出与该伪SOC相对应的蓄电池电压。由该电动势推定部116推定出的蓄电池电压为蓄电池的开路电压的推定值Voc。例如可以事先针对每一蓄电池求出如图2那样的SOC与开路电压的映射图,并将与从伪SOC推定部114提供的伪SOC相对应的开路电压Voc作为推定值推定出来。
另外,根据由电流检测部110检测到的蓄电池的充放电电流值,由电压变动推定部118推定出由于蓄电池的内部电阻而产生的电压变动。在该电压变动推定部118中,根据下面所示的计算式推定出由于内部电阻而产生的蓄电池电压的变动。
Vr=-r×Ib
这里,r表示内部电阻,Ib表示蓄电池电流值(放电电流为正)。另外,Vr为由电压变动推定部118推定出的、由于内部电阻而产生的电压变动。另外,事先针对每一蓄电池确定出蓄电池的内部电阻r。另外,电流值Ib为由电流检测部110检测到的充放电电流值。该电压变动量Vr与图3的ΔV1相对应。
而且,由动态电压变动推定部120推定出基于蓄电池的充放电电流的变化而产生的蓄电池电压的变动。该动态电压变动是由于蓄电池的极化而产生的。在动态电压变动推定部120中,给出基于频繁地重复充放电的使用模式而确定出的蓄电池的动态的电压变动Vdyn。该电压变动量Vdyn与图3的ΔV2相对应。例如,事先针对蓄电池电流Ib测量出行驶时的合适的设定时间中的极化电压,通过电压变动Vdyn与电流的映射图来定义电压变动Vdyn并使用。
接下来,在加法器122中对上述电动势推定部116、电压变动推定部118、动态电压变动推定部120的输出值进行加法计算,求出作为蓄电池电压的推定值的推定电压Vest。即,Vest=Voc+Vr+Vdyn。
另外,由上述的伪SOC推定部114、电动势推定部116、电压变动推定部118、动态电压变动推定部120、和加法器122构成了电池模块MB。
在比较器124中,对由上述电池模块MB推定出的蓄电池的推定电压Vest与由电压检测部112检测出的实际的蓄电池的测量电压Vmes进行比较,其差值被输入到SOC校正量计算部126。通过SOC校正量计算部126和加法器128来执行下面的计算式的运算,计算出蓄电池的SOC的推定值。
SOC=SOCp+Kp×(Vmes-Vest)+Ki×∫(Vmes-Vest)dt
这里,SOCp为伪SOC,Kp、Ki为系数。在上式中,伪SOC(SOCp)为伪SOC推定部114的输出值。另外,在SOC校正量计算部126中,计算出与上式的第二项和第三项、即由比较器124求出的推定电压Vest和测量电压Vmes之差(Vmes-Vest)成比例的成分,以及与该差值的积分值成比例的成分。这里,事先分别根据蓄电池特性来确定出系数Kp、Ki。如上式所示,通过加法器128对由SOC校正量计算部126计算出的上述各成分和伪SOC推定部114的输出值SOCp进行加法计算。由此,能够得到蓄电池的SOC的推定值。
这样,在通常行驶时,使用电池模块MB并根据伪SOC推定出蓄电池的电动势,并且推定出由于蓄电池的内部电阻而产生的变动量和由于充放电电流的变化而产生的动态的电压变动量,将它们的合计值推定作为蓄电池的电压。即,通过电池模块,考虑伪SOC和蓄电池的状态的变动来推定出蓄电池电压Vest。接下来,对伪SOC进行校正,使得该推定电压Vest变得与实际测量到的蓄电池的电压Vmes相等,并且将经校正的值推定为蓄电池的SOC。
这样,如果使用在行驶时所使用的电池模块MB,则会以使推定电压Vest变得与实际测量到的蓄电池的电压Vmes相等的方式来对伪SOC进行校正,所以即使最初提供的SOC的初始值中包含有较大的误差,也能够快速地收敛为正确的SOC的推定值。
另一方面,例如在获知了只执行充电或放电中的一者的情况下,如在执行插入式充电时或乘车前空气调节时,进行使用了电池模块MA的SOC的推定。而且,将选择部136的选择设定设定为A侧,使得采用使用了电池模块MA而得到的SOC的推定值。
在电池模块MA中,初始SOC检测部132基于由电压检测部112检测到的蓄电池电压来确定初始SOC。如结合图3所说明的那样,如果是紧接在充电或放电停止之后,则会残留有极化的影响,所以继承此前由电池模块MA、MB等推定出的SOC。如果是在充电或放电停止后电流大致为零的时间持续了一段时间之后,则因为在执行电流零控制时测量到的蓄电池电压VB等于电池电动势,所以根据图2所示的映射图求出SOC。
接着,由电流检测部110检测到的充放电电流值在电流累计处理部134中被积分,结果与在初始SOC检测部132中求出的蓄电池的SOC的初始值相加,由此推定出SOC。
在执行插入式充电时或乘车前空气调节时等情况下,只执行充电和放电中的一者,并且不会流过如车辆行驶时的电动机电流那样的大电流。因此,SOC的推定误差难以积累,所以只要通过这样的电流累计法来推定SOC即可。由此,不会受到由于极化而产生的电压变动量的扩大的影响,所以能够正确地进行插入式充电直至SOC达到了SOC管理上限值。另外,能够通过插入式充电可靠地恢复在乘车前空气调节中从蓄电池使用的量的电力。因此,从延长EV行驶的续航距离这一点来看是有利的。
另外,在执行插入式充电时或乘车前空气调节时等情况下,只执行充电和放电中的一者,并且不会流过如车辆行驶时的电动机电流那样的大电流,所以可以将图5的电流检测部110如电流检测部110A、110B那样分成检测范围不同的检测部。并且,可以与选择部136的选择设定联动地切换电流检测部110A、110B的使用,使得在使用电池模块MA时,使用具有低测量范围且高分辨能力的电流检测部110A,而在使用电池模块MB时,使用具有能够测量大电流的测量范围且低分辨能力的电流检测部110B。在图1中,可以代替电流传感器11-1、11-2而分别在相同的场所设置高精度的传感器11-1A、11-2A和精度低但能够测量更大电流的传感器11-1B、11-2B并分开使用两者。这样一来,能够执行更为准确的SOC推定。
图6是用于说明基于本实施方式的SOC计算处理而紧接在乘车前空气调节之后执行了插入式充电时的一个例子的波形图。
参照图6,假定在时刻t11之前已经执行了插入式充电,成为了蓄电池的充电状态SOC达到了管理上限值Smax的状态。响应于变为预先设定的时刻,在时刻t11开始进行乘车前空气调节。此时,蓄电池电流IB为放电电流。
在时刻t11至t12期间执行乘车前空气调节。在此期间,由于进行放电,SOC逐渐下降。对蓄电池电流IB进行累计,并基于该值推定出SOC。因为尽管从出发预定时刻算起经过了预定时间、但是乘员仍没有进入车辆,所以在时刻t12乘车前空气调节结束。另外,优选的是:也可以在乘车前空气调节结束的时刻存储从蓄电池被充电至SOC管理上限值Smax的时间点开始放电了的蓄电池电流IB的累计值k(Ah)。
上述的处理与执行图4中的步骤S1到步骤S2至S7的处理相对应。
接下来,在时刻t12至t13之间,蓄电池电流为零的状态持续。之后,如果不执行行驶而是继续维持充电器与外部电源连接的状态,则在时刻t13开始进行充电电量与放电电量相等的充电。
在时刻t13至t14之间,执行插入式充电。在此期间,由于进行充电,SOC逐渐上升。对蓄电池电流IB进行累计,并基于该值推定出SOC。当SOC达到了原来的管理上限值Smax时,插入式充电结束。另外,优选的是:也可以同样地通过累计值来判断是否进行了与存储的蓄电池电流IB的累计值k(Ah)等量的充电,如果判断为进行了这样的充电,则使充电停止。
以上的处理与执行图4中的步骤S1至步骤S10至S12的处理相对应。此时,关于电流传感器的偏移值,使用与放电时相同的值来对电流值进行校正,所以能够防止由于偏移值不同而导致累计值产生错误。另外,在插入式充电中,能够正确地充电至SOC的管理上限值,所以能够延长EV行驶的续航距离。
最后,参照图1对本实施方式进行综合说明。车辆1包括:能够进行充放电的二次电池(蓄电池B1、B2);对二次电池的电流进行检测的电流传感器(11-1、11-2);和推定出二次电池的充电状态(SOC),并基于充电状态对二次电池的充放电进行控制的控制装置30。控制装置30在充电和放电的循环被重复地执行的第一工作模式下,推定出二次电池的开路电压(VOC),并通过基于极化对开路电压进行校正而得到的值来确定充电状态(SOC)。控制装置30在充电和放电中的一者持续地进行的第二工作模式下,基于对由电流传感器(11-1、11-2)检测到的电流进行累计而得到的结果来确定充电状态(SOC)。
优选的是,车辆1搭载有能够与图1的外部电源连接的充电器6,并构成为能够执行从车辆外部对二次电池(蓄电池B1、B2)进行充电的外部充电。在外部充电时选择第二工作模式。
更加优选的是,车辆1还包括能够从二次电池(蓄电池B1、B2)接受电力供应而执行乘车前空气调节的空调装置(空调7)。在外部充电时和乘车前空气调节时选择第二工作模式。控制装置30在作为前处理而执行了外部充电和乘车前空气调节中的一者、作为在前处理之后继续进行的后处理而执行了另一者的情况下,在执行前处理之前存储电流传感器的偏移值,在执行后处理时利用在执行前处理之前存储了的偏移值对由电流传感器检测到的电流进行校正。
优选的是,车辆1还包括能够执行动力运行工作和再生工作的电动机(电动发电机MG1、MG2)。在能够重复地执行动力运行工作和再生工作的车辆行驶期间,选择第一工作模式。
另外,如图4所示,本发明的另一个技术方案是一种二次电池的充电状态推定方法,该二次电池(B1、B2)能够进行充放电,该二次电池的充电状态推定方法包括:判断二次电池被使用的工作模式的步骤(S1、S8、S9);当在进行判断的步骤(S1、S8、S9)中判断出工作模式为充电和放电的循环被重复地执行的第一工作模式时(在步骤S1中为否,在步骤S8中为否),推定出二次电池的开路电压,并通过基于极化对开路电压进行校正而得到的值来确定充电状态的步骤(S20);和当在进行判断的步骤(S1、S8、S9)中判断出工作模式为充电和放电中的一者持续地进行的第二工作模式时(在步骤S1中为是,在步骤S8中为是),基于对由电流传感器检测到的电流进行累计而得到的结果来确定充电状态的步骤(步骤S5、S11、S16)。
优选的是,二次电池(蓄电池B1、B2)被搭载在车辆1上。车辆1构成为能够执行从车辆外部(8)对二次电池(蓄电池B1、B2)进行充电的外部充电。在进行判断的步骤中,在外部充电时判断为第二工作模式。
更加优选的是,车辆还包括能够从二次电池接受电力供应而执行乘车前空气调节的空调装置(空调7)。在外部充电时和乘车前空气调节时选择第二工作模式。还包括以下步骤:在作为前处理而执行了外部充电(S40)和乘车前空气调节(S30)中的一者、作为在前处理之后继续进行的后处理而执行了另一者的情况下,在执行前处理之前存储电流传感器的偏移值,在执行后处理时利用在执行前处理之前存储了的偏移值对由电流传感器检测到的电流进行校正。
另外,结合图4说明了将乘车前空气调节(S30)作为前处理并将外部充电作为后处理(S40)的情况,但是反之也可以。在该情况下,在外部充电时代替步骤S10而执行对电流传感器偏移值和初始SOC的获取和存储,在乘车前空气调节时代替步骤S3中的偏移值存储而继续使用在外部充电时存储了的偏移值和在外部充电结束时推定出的SOC。
优选的是,车辆还包括能够执行动力运行工作和再生工作的电动机(电动发电机MG1、MG2)。在进行判断的步骤中,在能够重复地执行动力运行工作和再生工作的车辆行驶期间,判断为第一工作模式。
应该认识到本次所公开的实施方式在所有方面都是例示性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求书而非上述说明来表示,包括了与权利要求相等同的含义和在该范围内所进行的全部变更。
Claims (8)
1.一种车辆,包括:
能够进行充放电的二次电池(B1、B2);
对所述二次电池的电流进行检测的电流传感器(11-1、11-2);和
推定出所述二次电池的充电状态,并基于所述充电状态对所述二次电池的充放电进行控制的控制装置(30);
所述控制装置(30)在充电和放电的循环被重复地执行的第一工作模式下,推定出所述二次电池的开路电压,并通过基于极化对所述开路电压进行校正而得到的值来确定所述充电状态,
所述控制装置在充电和放电中的一者持续地进行的第二工作模式下,基于对由所述电流传感器(11-1、11-2)检测到的电流进行累计而得到的结果来确定所述充电状态。
2.根据权利要求1所述的车辆,其中,
所述车辆构成为能够执行从车辆外部对所述二次电池进行充电的外部充电,
在所述外部充电时选择所述第二工作模式。
3.根据权利要求2所述的车辆,其中,
所述车辆还包括能够从所述二次电池接受电力供应而执行乘车前空气调节的空调装置(7),
在所述外部充电时和所述乘车前空气调节时选择所述第二工作模式,
所述控制装置(30)在作为前处理而执行了所述外部充电和所述乘车前空气调节中的一者、作为在所述前处理之后继续进行的后处理而执行了另一者的情况下,在执行所述前处理之前存储所述电流传感器的偏移值,在执行所述后处理时利用在执行所述前处理之前存储了的所述偏移值对由所述电流传感器检测到的电流进行校正。
4.根据权利要求1所述的车辆,其中,
所述车辆还包括能够执行动力运行工作和再生工作的电动机(MG1、MG2),
在能够重复地执行所述动力运行工作和所述再生工作的车辆行驶期间,选择所述第一工作模式。
5.一种二次电池的充电状态推定方法,所述二次电池(B1、B2)能够进行充放电,所述二次电池的充电状态推定方法包括:
判断所述二次电池被使用的工作模式的步骤(S1、S8、S9);
当在所述进行判断的步骤(S1、S8、S9)中判断出所述工作模式为充电和放电的循环被重复地执行的第一工作模式时,推定出所述二次电池的开路电压,并通过基于极化对所述开路电压进行校正而得到的值来确定所述充电状态的步骤(S20);和
当在所述进行判断的步骤(S1、S8、S9)中判断出所述工作模式为充电和放电中的一者持续地进行的第二工作模式时,基于对由所述电流传感器检测到的电流进行累计而得到的结果来确定所述充电状态的步骤(步骤S5、S11、S16)。
6.根据权利要求5所述的二次电池的充电状态推定方法,其中,
所述二次电池(B1、B2)被搭载在车辆(1)上,
所述车辆(1)构成为能够执行从车辆外部对所述二次电池(B1、B2)进行充电的外部充电,
在所述进行判断的步骤中,在所述外部充电时判断为所述第二工作模式。
7.根据权利要求6所述的二次电池的充电状态推定方法,其中,
所述车辆还包括能够从所述二次电池接受电力供应而执行乘车前空气调节的空调装置(7),
在所述外部充电时和所述乘车前空气调节时选择所述第二工作模式,
所述二次电池的充电状态推定方法还包括以下步骤:在作为前处理而执行了所述外部充电(S40)和所述乘车前空气调节(S30)中的一者、作为在所述前处理之后继续进行的后处理而执行了另一者的情况下,在执行所述前处理之前存储所述电流传感器的偏移值,在执行所述后处理时利用在执行所述前处理之前存储了的所述偏移值对由所述电流传感器检测到的电流进行校正。
8.根据权利要求5所述的二次电池的充电状态推定方法,其中,
所述车辆还包括能够执行动力运行工作和再生工作的电动机(MG1、MG2),
在所述进行判断的步骤中,在能够重复地执行所述动力运行工作和所述再生工作的车辆行驶期间,判断为所述第一工作模式。
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