CN102803978B - 满充电容量推定设备和满充电容量推定方法 - Google Patents
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Abstract
PM-ECU执行包括以下步骤的程序：当插入充电开始时(步骤S100中的是)推定充电前SOC(1)的步骤(S104)，当满足积分许可条件时(S104中的是，S106中的是)计算充电电流的积分值的步骤(S108)，当充电完成时设定最终积分值的步骤(S112)，当点火开关变为开时(S114中的是)推定充电后SOC(2)的步骤(S116)，当满足计算条件时(S120中的是)计算此次循环的满充电容量的步骤(S122)，当此次循环的满充电容量在规定范围内时(S124中的是)计算新的满充电容量的步骤(S128)，以及当该新的满充电容量在规定范围内时(S128中的是)通过将该新的满充电容量设定为当前满充电容量而更新满充电容量的步骤(S130)。
Description
技术领域
本发明涉及推定安装在车辆上并能够外部充电(即，用外部电源充电)的蓄电设备的充电状态的上限的技术。具体而言，本发明涉及基于在外部充电之前和之后的蓄电设备的充电状态而推定上限的技术。
背景技术
安装在包括作为动力源的一个或多个电动机器(dynamo-electricmachine)的车辆上并向该一个或多个电动机器供应电力的二次电池被反复地充电和放电；因此，由于其历时变化(chronological change)，二次电池的充电状态的上限(下文中，也称为“满充电容量”)随时间流逝而降低。随着满充电容量降低，车辆通过一个或多个电动机器可行驶的距离缩短。因此，需要高精确度地检测满充电容量的降低，以精确地把握车辆通过一个或多个电动机器可行驶的距离。
日本专利申请公开2003-068369(JP-A-2003-068369)公开了一种检测二次电池的总容量的方法，其目的为容易地检测二次电池的总容量。根据上述公开中所披露的方法，基于在从第一状态到第二状态的过渡时段内对充电/放电电流积分而获得的积分电流值以及第一状态下的充电水平与第二状态下的充电水平之间的差异来检测二次电池的总容量，其中在第一状态下，在二次电池中持续给定时间或更长时间没有充电/放电电流流动，而在第二状态下，在二次电池中再次持续给定时间或更长时间没有充电/放电电流流动。该方法的特征在于测量二次电池在第一状态和第二状态的电压，并基于初步获取的二次电池的电压与充电水平之间的关系而确定每个充电水平。
根据上述公开中所披露的方法，可以容易地检测二次电池的总容量。
然而，由于二次电池的充电状态因车辆行驶期间的充电或放电而很大程度地变化，因此不能高精度地检测二次电池的满充电容量的降低。在检测二次电池的总容量的上述方法中，没有考虑该问题。
发明内容
本发明提供一种可以高精确度地推定蓄电设备的充电状态的上限的充电状态推定设备以及这样的充电状态推定方法。
本发明的第一方面涉及一种用于推定蓄电设备的充电状态的上限的充电状态推定设备，所述蓄电设备被安装在车辆上并能够使用所述车辆外部的充电设备充电。该充电状态推定设备包括：第一推定装置，用于推定当所述充电设备开始对所述蓄电设备充电时所述蓄电设备的第一充电状态；积分装置，用于计算从所述充电设备对所述蓄电设备的充电开始到充电完成的时段内充电电流的积分值；第二推定装置，用于推定所述充电设备对所述蓄电设备的充电完成时所述蓄电设备的第二充电状态；第三推定装置，用于基于所述第一充电状态、所述第二充电状态以及所述充电电流的积分值而推定所述充电状态的第一上限；以及计算装置，用于基于所述第一上限以及在上一控制循环中计算的充电状态的最终第二上限而计算当前控制循环中的充电状态的最终第三上限。
根据上述本发明的第一方面，车辆外部的充电设备的使用使得可以以恒定充电电流对蓄电设备充电。因此，可以高精确度地计算充电电流的积分值。并且，由于在车辆静止或停止的同时使用外部充电设备对蓄电设备充电，二次电池的充电状态较小可能出现或不太可能出现大的变化。因此，可以高精确度地计算充电开始时的蓄电设备的第一充电状态和充电完成时的蓄电设备的第二充电状态。相应地，可以基于第一充电状态、第二充电状态以及充电电流的积分值而高精确度地推定蓄电设备的充电状态的上限。由此，本发明提供了一种可以高精确度地推定蓄电设备的充电状态的上限的充电状态推定设备和充电状态推定方法。
在本发明的第一方面中，当所述第一上限在由预定上限和预定下限限定的规定范围内时，所述计算单元可以计算所述第三上限。
在本发明的第一方面中，当所述第一上限小于所述第二上限时，所述计算装置可以基于所述第一上限和所述第二上限而使用第一权重计算所述第三上限。同样地，当所述第一上限等于或大于所述第二上限时，所述计算装置可以基于所述第一上限和所述第二上限而使用不同于所述第一权重的第二权重计算所述第三上限。
在本发明的第一方面中，当所述第一上限等于或小于所述第二上限时，所述计算装置可以基于所述第一上限和所述第二上限而使用第一权重计算所述第三上限。同样地，当所述第一上限大于所述第二上限时，所述计算装置可以基于所述第一上限和所述第二上限而使用不同于所述第一权重的第二权重计算所述第三上限。
通常，蓄电设备的充电状态的上限具有因其历时变化而随时间降低的倾向。然而，在一些情况下，由于测量误差等等，在此次控制循环中计算的充电状态的上限会增加到大于在上一循环中计算的上限。因此，当基于在此次循环中获得的充电状态的第一上限和在上一循环中获得的最终第二上限而计算第三上限时，根据第一上限是大于第二上限还是小于第二上限而将不同的权重值分配给上限，以改变第三上限增加或减小的倾向。由此，可以与蓄电设备的历时变化一致地改变第三上限。
在本发明的第一方面中，分配给所述第一上限的所述第一权重被设定为大于分配给所述第一上限的所述第二权重。
通过将第一权重设定为使分配给第一上限的第一权重大于分配给第一上限的第二权重，当第一上限被减小到小于第二上限时，第三上限较大可能被减小，而当第一上限被增加到大于第二上限时，第三上限较小可能被增加。由此，改变了第三上限的增加或减小的倾向，从而可以与蓄电设备的历时变化一致地改变第三上限。因此，可以高精确度地检测蓄电设备的充电状态的上限。
在本发明的第一方面中，当所述第三上限在由预定上限和预定下限限定的规定范围内时，所述计算装置用所述第三上限替代在上一控制循环中计算的充电状态的所述最终第二上限，以便将所述第三上限设定为当前满充电容量。
本发明的第二方面涉及一种用于推定蓄电设备的充电状态的上限的充电状态推定方法，所述蓄电设备被安装在车辆上并能够使用所述车辆外部的充电设备充电。所述充电状态推定方法包括对应与根据本发明的第一方面的充电状态推定设备的各部件或装置对应的步骤，并提供与本发明的第一方面的效果相同的效果。
附图说明
通过参考附图对示例性实施例的以下描述，本发明的上述和其他目的、特征以及优点将变得显而易见，其中相似的标号用于表示相似的要求，且其中：
图1为在其上安装有根据本发明的一个实施例的充电状态推定设备的车辆的总体框图；
图2为作为根据图1的实施例的充电状态推定设备的PM-ECU的功能框图；
图3为示出了SOC与OCV之间的关系的图；
图4为示出了由作为根据图1的实施例的充电状态推定设备的PM-ECU所执行的程序的控制结构的流程图；
图5为示出了根据图1的实施例的作为充电状态推定设备的PM-ECU的操作的时序图；以及
图6为示出了满充电容量的计算结果的图。
具体实施方式
将参考附图描述本发明的一个实施例。在以下描述中，为具有相同名称和相同功能的相同的部件指派相同的参考标号。因此，将不再重复对这些部件的详细描述。
图1为在其上安装有根据本发明的实施例的充电状态推定设备的车辆100的总体框图。虽然在该实施例中车辆100为混合动力车辆的形式，但车辆100可以是包括电动发电机作为动力源而不包括任何引擎的电动车辆。
如图1所示，车辆100包括电源系统1、驱动力产生单元2以及PM(动力传动系管理器)-ECU(电子控制单元)22。驱动力产生单元2包括第一逆变器30-1、第二逆变器30-2、第一MG(电动发电机(Motor-Generator))32-1、第二MG32-2、动力分割设备34、引擎36以及驱动轮38。
第一MG32-1、第二MG32-2以及引擎36被耦合到动力分割设备34。通过该设置，车辆100利用从引擎36和第二MG32-2中的至少一者获得的驱动力行驶。动力分割设备34将由引擎36产生的动力分割到两个路径中。即，引擎36的动力通过两个路径中的一个传送到驱动轮38，通过另一路径传送到第一MG32-1。
第一MG32-1和第二MG32-2中的每一个为交流(ac)电动机器，例如，包括嵌入有永磁体的转子的三相交流电动机器。第一MG32-1使用通过动力分割设备34分割的引擎36的动力而产生电力。例如，当在电源系统1中包括的蓄电设备10(将在后面描述)的充电状态(将称为“SOC”)降低时，引擎36被启动以使第一MG32-1产生电力，并且将所产生的电力供给到电源系统1。
第二MG32-2使用从电源系统1供给的电力和由第一MG32-1产生的电力中的至少一者而产生驱动力。第二MG32-2的驱动力被传送到驱动轮38。在车辆制动期间，例如，由驱动轮38驱动第二MG32-2，以将第二MG32-2操作为发电机。由此，第二MG32-2操作为再生制动系统，该再生制动系统将制动能量转变为电力。然后，由第二MG32-2产生的电力被供给到电源系统1。
动力分割设备34包括包含中心齿轮、主动齿轮、底盘(carrier)以及环形齿轮的行星齿轮。主动齿轮与中心齿轮和环形齿轮啮合。底盘承载主动齿轮以使主动齿轮可绕其自身旋转，并且底盘被耦合到引擎36的机轴。中心齿轮被耦合到第一MG32-1的旋转轴。环形齿轮被耦合到第二MG32-2的旋转轴。
第一逆变器30-1和第二逆变器30-2中的每一个被连接到主正母线(main positive line)MPL和主负母线MNL(main negative line)。第一逆变器30-1和第二逆变器30-2将从电源系统1供给的驱动电力(直流(dc)电力)转变为交流电力，并将该交流电力分别输出到第一MG32-1和第二MG32-2。同样地，第一逆变器30-1和第二逆变器30-2将由第一MG32-1和第二MG32-2产生的交流电力分别转变为直流电力，并将该直流电力作为再生电力输出到电源系统1。
第一逆变器30-1和第二逆变器30-2中的每一个包括，例如，包含用于三相的切换设备的桥式电路。第一逆变器30-1和第二逆变器30-2中的每一个通过根据来自PM-ECU22的驱动信号进行切换操作来驱动对应的MG。
PM-ECU22具有在车辆100的行驶期间和外部充电期间以集总方式(integrated manner)控制整个系统(1，2)的功能。PM-ECU被配置为通过预先存储在内部存储器50中的程序的执行而进行特定计算或通过诸如电子电路的硬件进行特定的操作，来实现希望的控制功能。
PM-ECU22基于例如各种传感器(未示出)的检测信号、行驶状况以及加速踏板位置而计算车辆要求动力Ps(即，车辆要求的动力Ps)，并基于计算出的车辆要求动力Ps而计算第一MG32-1的扭矩和旋转速度的目标值以及第二MG32-2的扭矩和旋转速度的目标值。PM-ECU22控制第一逆变器30-1和第二逆变器30-2，使得由第一MG32-1和第二MG32-2产生的扭矩及其旋转速度变为等于各自的目标值。当车辆要求动力Ps为正值时，从电源系统1将电力供给到驱动力产生单元2。当车辆要求动力Ps为负值时，从驱动力产生单元2将再生电力供给到电源系统1。
另一方面，电源系统1包括上述蓄电设备10、转换器12、主正母线MPL、主负母线MNL以及平滑电容器C。电源系统1还包括电源监视单元24、电流传感器14、温度传感器15以及电压传感器16、20。
蓄电设备10为可再充电直流电源，并且为例如二次电池或大电容电容器的形式，其中二次电池例如为镍金属氢化物(NiMH)电池或锂离子电池。蓄电设备10通过电源电缆13p和接地电缆13g而被连接到转换器12。分别在电源电缆13p和接地电缆13g中的某些点处设置系统主继电器SMR1、SMR2。
转换器12被连接到主正母线MPL和主负母线MNL。转换器12基于来自PM-ECU22的驱动信号PWC1而进行蓄电设备10的电压与主正母线MPL和主负母线MNL之间的电压之间的电压变换。
平滑电容器C被连接在主正母线MPL和主负母线MNL之间，并可操作为降低包括在主正母线MPL和主负母线MNL中的电力变动成分。电压传感器20检测主负母线MNL和主正母线MPL之间的电压Vh，并将所检测到的电压Vh的值输出到PM-ECU22。
电流传感器14检测流入和流出蓄电设备10的电流Ib1，并将检测到的电流Ib1的值输出到电源监视单元24。电流传感器14将流出蓄电设备10的电流(放电电流)检测为正值，并将流入蓄电设备10的电流(充电电流)检测为负值。虽然图1示例了电流传感器14检测在正母线中流动的电流的情况，但电流传感器14也可以检测在负母线中流动的电流。
温度传感器15检测蓄电设备10的温度Tb1，并将检测到的温度Tb1的值输出到电源监视单元24。电压传感器16检测蓄电设备10的电压Vb1，并将检测到的电压Vb1的值输出到电源监视单元24。
电源监视单元24将从电流传感器14接收的电流Ib1、从温度传感器15接收的温度Tb1以及从电压传感器16接收的电压Vb1输出到PM-ECU22。
电源监视单元24可以以预定的计算周期(calculation cycle)或间隔将电流Ib1、电压Vb1以及温度Tb1输出到PM-ECU22，或者可以将以比该预定计算周期长的预定时间间隔获得的电流Ib1、电压Vb1以及温度Tb1的平均值输出到PM-ECU22。
PM-ECU22基于车辆要求动力Ps以及从电源监视单元24接收的电流Ib1和电压Vb1而产生用于驱动转换器12的驱动信号PWC1。然后，PM-ECU22将所产生的驱动信号PWC1输出到转换器12，以控制转换器12。PM-ECU22控制转换器12以将电压Vh调整到特定目标值。
电源系统1还包括作为低电压系统(辅助系统)的一部分的用于辅助部件(accessory)的辅助电池17和DC/DC转换器29。
辅助电池17为例如铅蓄电池。辅助电池17的输出电压相当于低电压系统的电源电压。低电压系统的电源电压低于蓄电设备10的输出电压，并等于例如约12V。
DC/DC转换器29对与蓄电设备10的输出电压相当的直流电压进行降压，以产生低电压系统的电源电压。
电源系统1还包括构成用于对蓄电设备进行外部充电10的装置的充电器26、充电连接器27、继电器RL1和RL2、电源电缆11p和接地电缆11g。
当充电连接器27被连接到充电插头25(充电插头25被设置在连接到外部电源28的充电电缆的端部)时，充电连接器27被电连接到车辆28外部的电源(将称为“外部电源”)。充电电缆可以含有继电器，该继电器可操作为切断外部电源28的充电路径。通常，外部电源28包括商业可得的交流电源。
可用这样的设置替代图1中示出的设置，在该设置中，外部电源28和车辆100以非接触的方式彼此电磁耦合以将电力从外部电源28供给到车辆100。更具体而言，可以在外部电源侧设置初级线圈而在车辆侧设置次级线圈，并利用初级线圈和次级线圈之间的互感而将电力从外部电源28供给到车辆100。即使以该方式实现外部充电，也可以与图1的方式相同的方式构建或设置转换从外部电源28供给的电力的充电器26和充电器26的下游的其他部件。
通过电源电缆等等电连接充电连接器27和充电器26。充电器26将来自外部电源28的交流电压转换为用于对蓄电装置10充电的直流电压。所产生的直流电压被传送到电源电缆11p和接地电缆11g。
继电器RL1被电连接到电源电缆11p的特定点。继电器RL2被电连接到接地电缆11g的特定点。
继电器RL1和RL2中的每一个为电磁继电器，当从激励电路(未示出)向继电器供应激励电流时该电磁继电器导通(即，被置于开(ON)位置)，而当没有供应激励电流时该电磁继电器释放(即，被置于关(OFF)位置)。应理解，如果适宜的电路元件为能够控制电流承载路径的导通(开)/断开(关)的开关，则该元件可被用作继电器。
当充电器26使用从外部电源28供给的电力对蓄电设备10充电(该类型的充电在下面的描述中也称为“外部充电”或“插入(plug-in)充电或充电”)时，系统主继电器SMR1、SMR2以及继电器RL1、RL2被置于开位置。结果，充电器26对来自外部电源28的交流电力进行转换而得到的直流电压被传送到电源电缆13p。使用从充电器26传送到电源电缆13p的直流电压来对蓄电设备充电10。
传送到电源电缆13p的直流电压还被传送到DC/DC转换器29。相应地，DC/DC转换器29可以使用从外部电源28供给的电力产生用于低电压系统的电源电压。在外部充电期间，根据需要驱动转换器12，以从充电器26将充电电力供给到蓄电设备10。
在如上所述构建的车辆中，蓄电设备10的充电状态因车辆行驶期间的充电和放电而很大程度地变化；因此，不能高精度地检测蓄电设备10的充电状态(SOC)的上限的降低。对于这一点，由“满充电容量”表示蓄电设备10的SOC的上限。
本发明的该实施例的特征在于，PM-ECU22以下列方式操作。PM-ECU22推定当开始外部充电时蓄电设备10的SOC(1)。PM-ECU22对从蓄电设备10的外部充电开始到充电完成的时段内的充电电流进行积分。PM-ECU22推定外部充电完成时蓄电设备10的SOC(2)。PM-ECU22基于SOC(1)、SOC(2)以及从外部充电开始到外部充电完成的时间内的充电电流的积分值而推定此次控制循环的蓄电设备10的满充电容量Smax(1)。PM-ECU22基于此次循环的满充电容量Smax(1)以及当前满充电容量(即，在上一控制循环中最终计算的满充电容量)Smax(2)，计算此次循环的最终满充电容量Smax(3)(在下面的描述中也称为“新的满充电容量Smax(3)”)。
图2为根据本发明的该实施例的作为充电状态推定设备的PM-ECU22的功能框图。
PM-ECU22包括Pin充电开始判定单元202、充电前SOC推定单元204、许可条件判定单元206、电流积分单元208、充电完成判定单元210、积分值设定单元212、充电后SOC推定单元214、计算条件判定单元216、满充电容量计算单元218以及满充电容量更新单元220。
Pin充电开始判定单元202判定是不是插入充电开始的时间。在该实施例中，Pin充电开始判定单元202在充电插头25被连接到充电连接器27时判定是插入充电开始的时间。然而，本发明不特别地受此限制。例如，Pin充电开始判定单元202可以在充电器26输出直流电压时判定是插入充电开始的时间，或者在继电器RL1、RL2被置于开位置时判定是插入充电开始的时间。在充电插头25被连接到充电连接器27之后，Pin充电开始判定单元202还可以在判定需要开始插入充电时(例如，当蓄电设备10的SOC等于或小于预定值时)判定是插入充电开始的时间。可以在系统主继电器SMR1、SMR2被置于开位置之前，判定是插入充电开始的时间。
Pin充电开始判定单元202可以在其判定是插入充电开始的时间时将开始判定标志设定为开。
当Pin充电开始判定单元202判定是插入充电开始的时间时，充电前SOC推定单元204推定在插入充电前的蓄电设备10的SOC(1)。
充电前SOC推定单元204利用以下事实：蓄电设备10的开路电压(将称为“OCV”(开路电压))沿具有特定斜率的直线或曲线相对于SOC变化，并从OCV与SOC之间的关系推定SOC(1)。
例如，如图3中所示的蓄电设备10的SOC-OCV的特征在于，OCV沿具有斜率的曲线随SOC变化而变化。图3的图的垂直轴指示OCV，且图3的水平轴表示SOC。图3中示出的SOC-OCV曲线仅仅为实例，并且OCV与SOC之间的关系依赖于蓄电设备10的电池的类型而不同或变化。
充电前SOC推定单元204将在系统主继电器SMR1、SMR2仍处于关位置时从电源监视单元24接收到的电压Vb1计算为OCV。充电前SOC推定单元204基于计算出的OCV和图3中示出的SOC-OCV曲线推定SOC(1)。
备选地，即使在系统主继电器SMR1、SMR2变为开之后，充电前SOC推定单元204也可以通过修正从电源监视单元24接收到的电压Vb以补偿例如极化、内阻等等的影响而计算OCV。推定SOC的方法并不特别地受限于上述方法，而是可以使用已知的技术。
例如，充电前SOC推定单元204可以在开始判定标志从关改变到开时推定SOC(1)。
许可条件判定单元206判定是否满足许可对充电电流积分的条件。许可条件包括，例如，涉及SOC(1)以及从电源监视单元24接收的电流Ib1、电压Vb1和温度Tb1的条件。
例如，许可条件包括这样的条件：以预定时间间隔从电源监视单元24接收的电流Ib1的值大于预定下限并小于预定上限。
许可条件还包括这样的条件：以预定时间间隔从电源监视单元24接收的电压Vb1的值大于预定下限并小于预定上限。
许可条件还包括这样的条件：以预定时间间隔从电源监视单元24接收的温度Tb1高于预定下限并低于预定上限。此外，许可条件包括这样的条件：SOC(1)等于或小于预定值。
例如，许可条件判定单元206可以在推定SOC(1)之后判定是否满足许可条件，并可以在其判定满足许可条件时将许可判定标志设定为开。
电流积分单元28计算充电电流的积分值。更具体而言，电流积分单元208对在从蓄电设备10的插入充电开始到充电完成的时段内以预定时间间隔从电源监视单元24接收的电流Ib1进行积分。
充电完成判定单元210判定插入充电是否完成。充电完成判定单元210可以在充电插头25从充电连接器27断开时判定插入充电完成，或者可以在充电器26停止输出直流电压时判定插入充电完成。充电完成判定单元210还可以在继电器RL1、RL2被置于关位置时判定插入充电完成，或者可以在判定不需要插入充电时(例如，当蓄电设备10的SOC等于或大于预定值时)判定插入充电完成。
例如，充电完成判定单元210可以在电流积分单元208开始计算充电电流的积分值之后开始判定插入充电是否完成，并可以在判定插入充电完成时将完成判定标志设定为开。
当判定插入充电完成时，积分值设定单元212将由电流积分单元208计算的积分值设定为最终积分值Ie。如果许可条件判定单元206判定许可条件中的一个或多个未被满足，则积分值设定单元212将这样的预定值设定为最终积分值Ie，该预定值表示满充电容量的推定的取消(cancellation)。
同样，积分值设定单元212在判定插入充电完成时获得的蓄电设备10的SOC等于或小于预定值时将表示满充电容量的推定的取消的该预定值设定为最终积分值Ie。
表示满充电容量的推定的取消的预定值被定义为如下的值：如果使用该值(即，预定值)计算此次控制循环的满充电容量Smax(1)，计算出的Smax(1)将不落入规定的范围内，即，计算出的Smax(1)将超过预定上限或低于预定下限。
积分值设定单元212可以例如在完成判定标志被设定为开或许可判定标志被设定为关时设定最终积分值Ie。
充电后SOC推定单元214在插入充电完成时推定充电后SOC(2)。在该实施例中，当在完成插入充电之后点火开关变为开时(例如，当驾驶者操作启动开关(未示出)时)，充电后SOC推定单元214在系统主继电器SMR1、SMR2被置于开位置之前计算蓄电设备10的OCV，并基于计算出的OCV推定SOC(2)。以上述方式基于OCV推定SOC，将不再重复对SOC推定方法的详细描述。
充电后SOC推定单元214可以在从插入充电完成起经过了预定时间之后推定SOC(2)。该预定时间为从插入充电完成时起直到因由充电造成的影响(例如，极化)而已经增大的OCV值变为接近或等于实际值(对应于SOC)时为止花费的时间长度。以该方式，可以高精度地推定充电后SOC(2)。
备选地，充电后SOC推定单元214可以在插入充电完成之后的即刻推定SOC(2)。例如，充电后SOC推定单元214可以在充电完成之后的即刻所获得的OCV被修正到与SOC对应的值之后推定SOC(2)。
充电后SOC推定单元214可以基于蓄电设备10的温度Tb、充电电流的积分值Ie以及蓄电设备10的内阻，将在充电完成之后的即刻获得的OCV修正到与SOC对应的值。以该方式，可以在插入充电之后的早期阶段推定SOC(2)。
同样，即使在系统主继电器SMR1、SMR2被置于开位置之后，充电后SOC推定单元214也可以通过修正从电源监视单元24接收的电压Vb1以补偿例如极化、内阻等等的影响而计算OCV。
计算条件判定单元216判定是否满足SOC(1)、SOC(2)以及最终积分值Ie已被计算出的计算条件。例如，计算条件判定单元216可以在SOC(1)、SOC(2)以及最终积分值Ie已被计算出时将满足判断标志设定为开。
满充电容量计算单元218基于SOC(1)、SOC(2)以及最终积分值Ie而计算此次控制循环的满充电容量Smax(1)。更具体而言，满充电容量计算单元218根据公式Smax(1)＝Ie/|SOC(1)–SOC(2)|×100而计算此次循环的满充电容量Smax(1)。
当最终积分值Ie是表示满充电容量的推定的取消的预定值时，满充电容量计算单元218可以取消对此次循环的满充电容量Smax(1)的计算。备选地，满充电容量计算单元218可以将在上一控制循环中计算的最终满充电容量Smax(2)计算为此次循环的满充电容量Smax(1)。
满充电容量计算单元218可以例如在满足判定标志被设置为开时计算此次循环的满充电容量Smax(1)。
满充电容量更新单元220判定此次控制循环的满充电容量Smax(1)是否在由预定上限和预定下限限定的规定范围内。即，当此次循环的满充电容量Smax(1)在规定范围内时，即当满充电容量Smax(1)大于预定下限并小于预定上限时，满充电容量更新单元220继续更新满充电容量的处理。预定上限和下限被设定为使预定下限的绝对值大于预定上限的绝对值。这是因为，满充电容量具有因蓄电设备10的随时间劣化而减小的趋势。
另一方面，如果此次循环的满充电容量Smax(1)不在规定范围内，则满充电容量更新单元220取消或停止更新满充电容量的处理。即，使用在内部存储器50中存储的满充电容量Smax(2)作为用于例如蓄电设备10的充电/放电控制的当前满充电容量。
当继续更新处理时，满充电容量更新单元220根据预定方法计算此次控制循环的最终满充电容量Smax(3)。如果计算出的满充电容量Smax(3)满足特定条件，则满充电容量更新单元220通过用满充电容量Smax(3)替代作为当前满充电容量的在内部存储器50中存储的满充电容量Smax(2)来更新满充电容量。
满充电容量更新单元220通过向此次循环的满充电容量Smax(1)和在内部存储器50中存储为当前满充电容量的满充电容量Smax(2)分配权重来计算满充电容量Smax(3)。
即，当满充电容量Smax(1)小于满充电容量Smax(2)时，满充电容量更新单元220基于满充电容量Smax(1)和满充电容量Smax(2)而使用第一权重计算满充电容量Smax(3)。当满充电容量Smax(1)大于满充电容量Smax(2)时，满充电容量更新单元220基于满充电容量Smax(1)和满充电容量Smax(2)而使用不同于第一权重的第二权重计算满充电容量Smax(3)。在该实施例中，分配给第一上限(即，满充电容量Smax(1))的第一权重被设定为大于分配给第一上限的第二权重。
更具体而言，当满充电容量Smax(1)小于满充电容量Smax(2)时(即，当满充电容量被预期减小时)，满充电容量更新单元220根据下式(A)计算满充电容量Smax(3)。
Smax(3)＝Kd×Smax(1)+(1–Kd)×Smax(2)…(A)
或者，当满充电容量Smax(1)等于或小于满充电容量Smax(2)时(即，当满充电容量被预期减小时)，满充电容量更新单元220可以根据式(A)计算满充电容量Smax(3)。
当满充电容量Smax(1)大于满充电容量Smax(2)时(即，当满充电容量被预期增大时)，满充电容量更新单元220根据下式(B)计算满充电容量Smax(3)。
Smax(3)＝Ki×Smax(1)+(1–Ki)×Smax(2)…(B)
或者，当满充电容量Smax(1)等于或大于满充电容量Smax(2)时(即，当满充电容量被预期增大时)，满充电容量更新单元220根据式(B)计算满充电容量Smax(3)。
Kd和Ki是被设定为在0到1的范围内的值的预定系数。由于满充电容量Smax(3)相对于满充电容量Smax(2)较大可能减小而较小可能增大，因此Kd被设定为比Ki大的值。
如果计算出的满充电容量Smax(3)在规定范围内，满充电容量更新单元220通过用该满充电容量Smax(3)替代在内部存储器50中存储的当前满充电容量Smax(2)而更新满充电容量。
更具体而言，如果计算出的满充电容量Smax(3)大于预定下限并小于预定上限，满充电容量更新单元220用满充电容量Smax(3)替代在内部存储器50中存储的当前满充电容量Smax(2)。
如果计算出的满充电容量Smax(3)不在规定范围内，满充电容量更新单元220保持当前满充电容量Smax(2)，而不更新满充电容量。
在该实施例中，ECU的CPU执行在内部存储器50中存储的程序以实现通过软件实施各自功能的Pin充电开始判定单元202、充电前SOC推定单元204、许可条件判定单元206、电流积分单元208、充电完成判定单元210、积分值设定单元212、充电后SOC推定单元214、计算条件判定单元216、满充电容量计算单元218以及满充电容量更新单元220。然而，上述单元可以通过硬件实施或实现。上述程序被记录在安装于车辆上的记录介质中。
参考图4，将解释由作为根据该实施例的充电状态推定设备的PM-ECU22所执行的程序的控制结构。
在步骤S100中，PM-ECU22判定是不是插入充电开始的时间。如果是插入充电开始的时间(S100中的是)，控制进行到步骤S102。如果不是(S100中的否)，控制返回到步骤S100。
在步骤S102中，PM-ECU22推定在插入充电开始前的SOC(1)。在步骤S104中，PM-ECU22判定推定的充电前SOC(1)是否等于或小于预定的许可SOC。如果充电前SOC(1)等于或小于预定的许可SOC(S104中的是)，控制进行到步骤S106。如果不是(S104中的否)，控制进行到步骤S118。
在步骤S106中，PM-ECU22判定是否满足许可充电电流的积分的条件。许可条件包括与电流Ib1、电压Vb1以及温度Tb1有关的条件。上面已经描述了这些条件，因而不再重复对其的详细描述。如果满足许可条件(S106中的是)，控制进行到步骤S108。如果不满足(S106中的否)，控制进行到步骤S118。
在步骤S108中，PM-ECU22计算充电电流的积分值。在步骤S110中，PM-ECU22判定插入充电是否完成。如果插入充电完成(S110中的是)，控制进行到步骤S112。如果未完成(S110中的否)，控制返回到步骤S106。
在步骤S112中，PM-ECU22设定最终积分值Ie。在步骤S114中，PM-ECU22判定点火开关(IG)是否变为开。如果点火开关(IG)变为开(S114中的是)，控制进行到步骤S116。如果点火开关(IG)未变为开(S114中的否)，控制进行到步骤S114。
在步骤S116中，PM-ECU22基于蓄电设备10的OCV而推定插入充电后的SOC(2)。在步骤S118中，PM-ECU22设定表示满充电容量的推定的取消的预定值作为最终积分值Ie。
在步骤S120中，PM-ECU22判定是否满足计算此次控制循环的满充电容量Smax(1)的条件。上面已经描述了计算条件，因而不再重复对其的详细描述。如果满足计算条件(S120中的是)，控制进行到步骤S122。如果不满足计算条件(S120中的否)，图4的处理的当前循环结束。
在步骤S122中，PM-ECU22计算此次循环的满充电容量Smax(1)。在步骤S124中，PM-ECU22判定此次循环的满充电容量Smax(1)是否在上述规定范围内。上面已经描述了此次循环的满充电容量Smax(1)的规定范围，因而不再重复对其的详细描述。
如果此次循环的满充电容量Smax(1)在规定范围内(S124中的是)，控制进行到步骤S126。如果此次循环的满充电容量Smax(1)不在规定范围内(S124中的否)，图4的处理的当前循环结束。
在步骤S126中，PM-ECU22计算新的满充电容量Smax(3)。在步骤S128中，PM-ECU22判定该新的满充电容量Smax(3)是否在上述规定范围内。上面已经描述了“新的满充电容量Smax(3)的规定范围”，因而不再重复对其的详细描述。
如果新的满充电容量Smax(3)在规定范围内(S128中的是)，控制进行到步骤S130。如果新的满充电容量Smax(3)不在规定范围内(S128中的否)，图4的处理的当前循环结束。在步骤S130中，PM-ECU22通过用新的满充电容量Smax(3)替代在内部存储器50中存储的当前满充电容量而更新满充电容量。
将参考图5和6描述基于上述控制结构和流程的作为根据该实施例的充电状态推定设备的PM-ECU22的操作。
假设车辆处于静止，并且系统主继电器SMR1、SMR2处于关位置，同时外部电源28的充电插头25未连接到车辆100的充电连接器27，因而没有执行插入充电。
在上述情况下，如果用户在图5的时刻T(0)将充电插头25连接到充电连接器27，则判定是插入充电开始的时间(S100中的是)。因此，在系统主继电器SMR1、SMR2被置于开位置之前，推定插入充电之前的SOC(1)(S102)。
如果推定的SOC(1)等于或小于预定许可SOC(S104中的是)，判定是否满足与电流Ib1、电压Vb1和温度Tb1有关的许可条件(S106)。例如，当从电源监视单元24接收的电流I(0)小于上限Imax并大于下限Imin，并且电压V(0)小于上限Vmax并大于下限Vmin，且同时温度T(0)低于上限Tmax并高于下限Tmin时，判定满足许可条件(S106中的是)。在该情况下，插入充电开始，并计算充电电流的积分值(S108)。
计算充电电流的积分值(S108)，直到只要在插入充电期间许可条件中的任何一个停止被满足、插入充电完成为止(S110中的否)。如果在图5的时刻T(1)完成插入充电(S110中的是)，将对从时刻T(0)到时刻T(1)的时段内的充电电流的积分值Ie(0)设定为最终积分值Ie(S112)。
如果推定的SOC(1)大于预定的许可SOC(S104中的否)，或者与电流Ib1、电压Vb1和温度Tb1有关的条件中的至少一个未被满足(S106中的否)，则将表示满充电容量的推定的取消的值设定为积分值Ie(S118)。
当在插入充电完成后点火开关(IG)变为开(S114中的是)时，推定在插入充电之后的充电后SOC(2)(S116)。
如果计算出SOC(1)、SOC(2)以及积分值Ie(S120中的是)，则计算此次控制循环的满充电容量Smax(1)。如果计算出的此次循环的满充电容量Smax(1)在规定范围内(S124中的是)，则计算新的满充电容量Smax(3)。
例如，当此次控制循环的满充电容量Smax(1)在由此次循环的满充电容量的上限和下限所限定的规定范围内时，如图6所示，计算满充电容量Smax(3)。
如果此次循环的满充电容量Smax(1)小于在内部存储器50中存储的当前满充电容量Smax(2)，则根据上述式(A)计算满充电容量Smax(3)。
另一方面，如果此次循环的满充电容量Smax’(1)大于在内部存储器50中存储的当前满充电容量Smax(2)，则根据上述式(B)计算满充电容量Smax’(3)。由于Kd的值大于Ki的值，满充电容量Smax(3)较大可能减小而较少可能增加。
当由此计算出的新的满充电容量Smax(3)在规定范围内时(S128中的是)，用新的满充电容量Smax(3)替代在内部存储器50中存储的当前满充电容量，或者将在内部存储器50中存储的当前满充电容量更新到新的满充电容量Smax(3)。
如上所述，将外部电源用于充电可以以恒定充电电流来对蓄电设备充电；因此，该实施例的充电状态推定设备能够高精确度地计算充电电流的积分值。并且，由于在车辆静止时进行使用外部电源的外部充电(或插入充电)，二次电池的充电状态的大的变化较小可能出现或不太可能出现。因此，可以高精确度地计算充电开始时的SOC(1)和充电完成时的SOC(2)。相应地，可以基于SOC(1)、SOC(2)以及充电电流的积分值Ie高精确度地推定蓄电设备的充电状态的上限。因而可以提供一种可以高精确度地推定蓄电设备的充电状态的上限的充电状态推定设备以及这样的充电状态推定方法。
在该实施例的充电状态推定设备中，将第一权重设定为使分配给第一上限(Smax(1))的第一权重大于分配给第一上限的第二权重。因此，当第一上限(Smax(1))减小到小于第二上限(Smax(2))时，第三上限(Smax(3))较大可能被减小。当第一上限(Smax(1))增加到大于第二上限(Smax(2))时，第三上限(Smax(3))较小可能被增加。通过以该方式改变增加和减小第三上限的倾向，则可以与蓄电设备的历时变化一致地改变第三上限。因此，可以高精确度地检测蓄电设备的满充电容量。
在该实施例中，在假设由电压传感器和电流传感器获得的实际测量值为真实值的情况下，检测用于在插入充电开始时推定SOC(1)的OCV、用于在插入充电完成时推定SOC(2)的OCV以及充电电流的积分值Ie。然而，这些传感器的输出值包括因测量误差和个体差异导致的波动或变化。
因此，可以从多个传感器的输出值(样本)推定对其确保预定可靠性(例如，98％或更高)的母群(population)，并可以将所推定的母群的预定百分点(例如，60％)视为真实值。对电压传感器的输出值和电流传感器的输出值进行该统计处理，从而可以高精确度地检测用于推定SOC(1)和SOC(2)的OCV和积分值Ie。应理解，对预定可靠性和预定百分点没有特别的限制，而是可以根据传感器的个体差异程度、特性、法规等来确定该预定可靠性和预定百分点。
在该实施例中，例如，在以恒定充电电流实现的插入充电期间，电源监视单元24或PM-ECU22以预定计算周期将从电流传感器14和电压传感器16接收的电流Ib1和电压Vb1存储在内部存储器等等中。对于与这样的预定时间间隔对应的时段内获得的传感器的输出值，电源监视单元24或PM-ECU22以该时间间隔进行上述统计处理，每个所述时间间隔长于上述预定计算周期。电源监视单元24或PM-ECU22将通过上述统计处理推定的母群的预定百分点设定为真实值。
虽然已经参考其示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不受限于所描述的实施例或构造。相反地，本发明旨在覆盖各种修改和等价设置。此外，虽然以各种实例组合和配置示出了所公开的本发明的各种要素，但包括更多或更少的要素或仅仅单一要素的其他组合和配置同样在所附权利要求的范围内。
Claims (12)
1.一种用于推定蓄电设备(10)的满充电容量的充电状态推定设备(22)，所述蓄电设备(10)被安装在车辆(100)上并能够使用所述车辆外部的充电设备(26)充电，该充电状态推定设备的特征在于包括：
第一推定装置(204)，用于推定当所述充电设备(26)开始对所述蓄电设备(10)充电时所述蓄电设备(10)的第一充电状态(SOC(1))；
积分装置(212)，用于计算从所述充电设备(26)对所述蓄电设备(10)的充电开始到充电完成的时段内充电电流的积分值；
第二推定装置(214)，用于推定所述充电设备(26)对所述蓄电设备(10)的充电完成时所述蓄电设备(10)的第二充电状态(SOC(2))；
第三推定装置(218)，用于基于所述第一充电状态(SOC(1))、所述第二充电状态(SOC(2))以及所述充电电流的积分值而推定第一满充电容量(Smax(1))；以及
计算装置(220)，用于基于当前充电控制循环的所述第一满充电容量(Smax(1))以及在上一充电控制循环中计算的最终第二满充电容量(Smax(2))而计算所述当前充电控制循环中的最终第三满充电容量(Smax(3))，
其中，当所述第一满充电容量(Smax(1))小于所述第二满充电容量(Smax(2))时，所述计算装置(220)基于所述第一满充电容量(Smax(1))和所述第二满充电容量(Smax(2))而使用第一权重计算所述第三满充电容量(Smax(3))，
其中，当所述第一满充电容量(Smax(1))等于或大于所述第二满充电容量(Smax(2))时，所述计算装置(220)基于所述第一满充电容量(Smax(1))和所述第二满充电容量(Smax(2))而使用不同于所述第一权重的第二权重计算所述第三满充电容量(Smax(3))，且
其中，分配给所述第一满充电容量的所述第一权重被设定为大于分配给所述第一满充电容量的所述第二权重。
2.根据权利要求1的充电状态推定设备，其中当所述第一满充电容量(Smax(1))在由预定满充电容量和预定下限限定的规定范围内时，所述计算装置(220)计算所述第三满充电容量(Smax(3))。
3.根据权利要求1或2的充电状态推定设备，其中，当所述第三满充电容量(Smax(3))在由预定满充电容量和预定下限限定的规定范围内时，所述计算装置(220)用所述第三满充电容量(Smax(3))替代在上一充电控制循环中计算的所述最终第二满充电容量(Smax(2))，以便将所述第三满充电容量(Smax(3))设定为当前满充电容量。
4.一种用于推定蓄电设备(10)的满充电容量的充电状态推定设备(22)，所述蓄电设备(10)被安装在车辆(100)上并能够使用所述车辆外部的充电设备(26)充电，该充电状态推定设备的特征在于包括：
第一推定装置(204)，用于推定当所述充电设备(26)开始对所述蓄电设备(10)充电时所述蓄电设备(10)的第一充电状态(SOC(1))；
积分装置(212)，用于计算从所述充电设备(26)对所述蓄电设备(10)的充电开始到充电完成的时段内充电电流的积分值；
第二推定装置(214)，用于推定所述充电设备(26)对所述蓄电设备(10)的充电完成时所述蓄电设备(10)的第二充电状态(SOC(2))；
第三推定装置(218)，用于基于所述第一充电状态(SOC(1))、所述第二充电状态(SOC(2))以及所述充电电流的积分值而推定第一满充电容量(Smax(1))；以及
计算装置(220)，用于基于当前充电控制循环的所述第一满充电容量(Smax(1))以及在上一充电控制循环中计算的最终第二满充电容量(Smax(2))而计算所述当前充电控制循环中的最终第三满充电容量(Smax(3))，
其中，当所述第一满充电容量(Smax(1))等于或小于所述第二满充电容量(Smax(2))时，所述计算装置(220)基于所述第一满充电容量(Smax(1))和所述第二满充电容量(Smax(2))而使用第一权重计算所述第三满充电容量(Smax(3))，
其中，当所述第一满充电容量(Smax(1))大于所述第二满充电容量(Smax(2))时，所述计算装置(220)基于所述第一满充电容量(Smax(1))和所述第二满充电容量(Smax(2))而使用不同于所述第一权重的第二权重计算所述第三满充电容量(Smax(3))，且
其中，分配给所述第一满充电容量的所述第一权重被设定为大于分配给所述第一满充电容量的所述第二权重。
5.根据权利要求4的充电状态推定设备，其中当所述第一满充电容量(Smax(1))在由预定满充电容量和预定下限限定的规定范围内时，所述计算装置(220)计算所述第三满充电容量(Smax(3))。
6.根据权利要求4或5的充电状态推定设备，其中，当所述第三满充电容量(Smax(3))在由预定满充电容量和预定下限限定的规定范围内时，所述计算装置(220)用所述第三满充电容量(Smax(3))替代在上一充电控制循环中计算的所述最终第二满充电容量(Smax(2))，以便将所述第三满充电容量(Smax(3))设定为当前满充电容量。
7.一种用于推定蓄电设备(10)的满充电容量的充电状态推定方法，所述蓄电设备(10)被安装在车辆(100)上并能够使用所述车辆外部的充电设备(26)充电，该充电状态推定方法的特征在于包括：
推定当所述充电设备(26)开始对所述蓄电设备(10)充电时所述蓄电设备(10)的第一充电状态(SOC(1))；
计算从所述充电设备(26)对所述蓄电设备(10)的充电开始到充电完成的时段内充电电流的积分值；
推定所述充电设备(26)对所述蓄电设备(10)的充电完成时所述蓄电设备(10)的第二充电状态(SOC(2))；
基于所述第一充电状态(SOC(1))、所述第二充电状态(SOC(2))以及所述充电电流的积分值而推定第一满充电容量(Smax(1))；以及
基于当前充电控制循环的所述第一满充电容量(Smax(1))以及在上一充电控制循环中计算的最终第二满充电容量(Smax(2))而计算所述当前充电控制循环中的最终第三满充电容量(Smax(3))，
其中，当所述第一满充电容量(Smax(1))小于所述第二满充电容量(Smax(2))时，基于所述第一满充电容量(Smax(1))和所述第二满充电容量(Smax(2))而使用第一权重计算所述第三满充电容量(Smax(3))，
其中，当所述第一满充电容量(Smax(1))等于或大于所述第二满充电容量(Smax(2))时，基于所述第一满充电容量(Smax(1))和所述第二满充电容量(Smax(2))而使用不同于所述第一权重的第二权重计算所述第三满充电容量(Smax(3))，且
其中，分配给所述第一满充电容量的所述第一权重被设定为大于分配给所述第一满充电容量的所述第二权重。
8.根据权利要求7的充电状态推定方法，其中当所述第一满充电容量(Smax(1))在由预定满充电容量和预定下限限定的规定范围内时，计算所述第三满充电容量(Smax(3))。
9.根据权利要求7或8的充电状态推定方法，其中，当所述第三满充电容量(Smax(3))在由预定满充电容量和预定下限限定的规定范围内时，用所述第三满充电容量(Smax(3))替代在上一充电控制循环中计算的所述最终第二满充电容量(Smax(2))，并且将所述第三满充电容量(Smax(3))设定为当前满充电容量。
10.一种用于推定蓄电设备(10)的满充电容量的充电状态推定方法，所述蓄电设备(10)被安装在车辆(100)上并能够使用所述车辆外部的充电设备(26)充电，该充电状态推定方法的特征在于包括：
推定当所述充电设备(26)开始对所述蓄电设备(10)充电时所述蓄电设备(10)的第一充电状态(SOC(1))；
计算从所述充电设备(26)对所述蓄电设备(10)的充电开始到充电完成的时段内充电电流的积分值；
推定所述充电设备(26)对所述蓄电设备(10)的充电完成时所述蓄电设备(10)的第二充电状态(SOC(2))；
基于所述第一充电状态(SOC(1))、所述第二充电状态(SOC(2))以及所述充电电流的积分值而推定第一满充电容量(Smax(1))；以及
基于当前充电控制循环的所述第一满充电容量(Smax(1))以及在上一充电控制循环中计算的最终第二满充电容量(Smax(2))而计算所述当前充电控制循环中的最终第三满充电容量(Smax(3))，
其中，当所述第一满充电容量(Smax(1))等于或小于所述第二满充电容量(Smax(2))时，基于所述第一满充电容量(Smax(1))和所述第二满充电容量(Smax(2))而使用第一权重计算所述第三满充电容量(Smax(3))，
其中，当所述第一满充电容量(Smax(1))大于所述第二满充电容量(Smax(2))时，基于所述第一满充电容量(Smax(1))和所述第二满充电容量(Smax(2))而使用不同于所述第一权重的第二权重计算所述第三满充电容量(Smax(3))，且
其中，分配给所述第一满充电容量的所述第一权重被设定为大于分配给所述第一满充电容量的所述第二权重。
11.根据权利要求10的充电状态推定方法，其中当所述第一满充电容量(Smax(1))在由预定满充电容量和预定下限限定的规定范围内时，计算所述第三满充电容量(Smax(3))。
12.根据权利要求10或11的充电状态推定方法，其中，当所述第三满充电容量(Smax(3))在由预定满充电容量和预定下限限定的规定范围内时，用所述第三满充电容量(Smax(3))替代在上一充电控制循环中计算的所述最终第二满充电容量(Smax(2))，并且将所述第三满充电容量(Smax(3))设定为当前满充电容量。
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