CN103323778B

CN103323778B - 二次电池状态检测装置以及二次电池状态检测方法

Info

Publication number: CN103323778B
Application number: CN201310091028.6A
Authority: CN
Inventors: 佐藤悦藏; 石原英明; 福田一实; 石米直树
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Furukawa Electric Co Ltd; Furukawa Automotive Systems Inc
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: US20130253730A1; JP5619806B2; EP2642309A2; EP2642309B9; CN103323778A; US9116213B2; EP2642309B1; EP2642309A3; JP2013193620A

Abstract

提供二次电池状态检测装置和二次电池状态检测方法。正确地判定是否可以起动发动机。具有：电流检测单元，其检测流过二次电池的电流的电流值；极值检测单元，其根据电流值，在开始向起动马达通电而从二次电池向起动马达流过浪涌电流后，检测电流的最初的极值；拐点检测单元，其根据所述电流值的每预定时间的变化量，检测在流过浪涌电流后电流的最初的拐点；以及计算单元，其在检测到极值时刻与检测到拐点的时刻间隔预定时间以上的情况下，选择拐点，在这以外的情况下选择极值与拐点中的任意一方作为起动电流，根据该起动电流、二次电池的内部电阻以及开始向起动马达通电前的二次电池的电压、即起动前电压，计算起动电压。

Description

二次电池状态检测装置以及二次电池状态检测方法

技术领域

本发明涉及二次电池状态检测装置和二次电池状态检测方法。

背景技术

在专利文献1中公开了以下技术：根据从曲柄起动开始到结束期间的各时刻的电压，判定二次电池的状态，从而判断是否可以起动发动机。在该技术中，判定图8的T01所示的浪涌电流流过时的电压是否超过ECU的可以动作的电压，并且，判定发动机燃料喷射时间T03或者发动机着火时间T02的二次电池的电压中的低的一方是否超过针对燃料喷射/点火系统的可动作电压。此外，判定发动机着火时间T02时的曲柄起动转速是否是可以着火的转速。通过这3种判定，判定是否可以起动发动机。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007－55506号公报

发明内容

可是，图8所示的P1～P4是发动机的活塞在压缩冲程中到达上止点的时刻，在这些时刻，成为峰值的电流流过起动马达。在专利文献1的技术中，虽然重视了P3、P2点，但如果在最需要扭矩的P4时没有流过所需要的电流，则在到达P3、P2前，无法维持起动马达的旋转，因而不能起动发动机。此外，根据发动机起动开始时的活塞的位置、发动机的种类、外部环境，存在在图8的Px所示的区域中，发动机的活塞在压缩冲程中到达上止点的情况（例如，在发动机的排气量较小的情况下，或者发动机因老化造成压缩时的压力降低的情况下）。该情况下，在区域Px中流过的电流成为最大，因此如果不超越该区域就不能起动发动机，但在专利文献1的技术中，完全没有考虑到这样的区域Px。因此，在专利文献1的技术中，存在因发动机的种类和使用环境，不能正确地判定是否可以起动发动机这样的问题点。

因此，本发明的目的在于提供一种可以正确判定是否可以起动发动机的二次电池状态检测装置以及二次电池状态检测方法。

为了解决上述问题，本发明的二次电池状态检测装置检测安装在车辆中的二次电池的状态，该二次电池状态检测装置的特征在于，其具有：电流检测单元，其检测流过所述二次电池的电流的电流值；极值检测单元，其根据所述电流值，在开始向起动发动机的起动马达通电而从所述二次电池向所述起动马达流过浪涌电流后，检测流过所述起动马达的电流的最初的极值；拐点检测单元，其根据所述电流值的每预定时间的变化量，检测在所述浪涌电流流过后，流过所述起动马达的电流的最初的拐点；以及计算单元，其在检测到所述极值的时刻与检测到所述拐点的时刻间隔预定时间以上的情况下，选择所述拐点，在这以外的情况下，选择所述极值与所述拐点中的任意一方作为起动电流，根据该起动电流、所述二次电池的内部电阻以及在开始向所述起动马达通电前的所述二次电池的电压、即起动前电压，计算起动所述发动机所需要的电压、即起动电压。

通过这样的结构，可以根据起动电压，正确地判定是否可以起动发动机。

此外，另一个发明的特征在于，在上述发明的基础上，在检测到所述极值的时刻与检测到所述拐点的时刻没有间隔所述预定时间以上的情况下，所述计算单元选择所述极值作为起动电流，根据该起动电流、所述二次电池的内部电阻以及所述二次电池的起动前电压，计算所述起动电压。

通过这样的结构，在极值与拐点没有间隔预定时间以上的情况下选择极值，由此能够正确地求出在最大扭矩点的电流。

此外，本发明的二次电池状态检测方法检测安装在车辆中的二次电池的状态，该二次电池状态检测方法的特征在于，具有以下步骤：

电流检测步骤，检测流过所述二次电池的电流的电流值；

极值检测步骤，根据所述电流值，在开始向起动发动机的起动马达通电而从所述二次电池向所述起动马达流过浪涌电流后，检测流过所述起动马达的电流的最初的极值；

拐点检测步骤，根据所述电流值的每预定时间的变化量，检测在所述浪涌电流流过后，流过所述起动马达的电流的最初的拐点；以及

计算步骤，在检测到所述极值的时刻与检测到所述拐点的时刻间隔预定时间以上的情况下，选择所述拐点，在这以外的情况下，选择所述极值与所述拐点中的任意一方作为起动电流，根据该起动电流、所述二次电池的内部电阻以及开始向所述起动马达通电前的所述二次电池的电压、即起动前电压，计算起动所述发动机所需的电压、即起动电压。

通过这种方法，可以根据起动电压，正确地判定是否可以起动发动机。

通过本发明，能够提供一种可以正确地判定是否可以起动发动机的二次电池状态检测装置和二次电池状态检测方法。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的二次电池状态检测装置的结构例的图。

图2是示出图1所示的控制部的详细的结构例的框图。

图3是示出浪涌电流与曲柄起动电流之间的关系的图。

图4是示出起动时的电压与电流的时间性变化的图。

图5是示出起动时的电流的时间性变化的一例的图。

图6是示出起动时的电流的时间性变化的其他例的图。

图7是说明在图1所示的实施方式中执行的处理的一例的流程图。

图8是用于说明现有技术的图。

标号说明

1：二次电池状态检测装置

10：控制部

10a：CPU（极值检测单元，拐点检测单元，计算单元）

10b：ROM

10c：RAM

10d：计时器

10e：通信部

10f：I/F

11：电压传感器

12：电流传感器（电流检测单元）

13：温度传感器

14：二次电池

15：放电电路

16：交流发电机

17：发动机

18：起动马达

19：负载

具体实施方式

接着对本发明的实施方式进行说明。

（A）实施方式的结构的说明

图1是示出具有本发明的实施方式的二次电池状态检测装置的车辆的电源系统的图。在该图中，二次电池状态检测装置1以控制部10、电压传感器11、电流传感器12、温度传感器13以及放电电路15作为主要的结构要素来检测二次电池14的状态。在此，控制部10参照来自电压传感器11、电流传感器12以及温度传感器13的输出，检测二次电池14的状态。电压传感器11检测二次电池14的端子电压，并通知给控制部10。电流传感器12检测流过二次电池14的电流，并通知给控制部10。温度传感器13检测二次电池14自身或者周围的环境温度，并通知给控制部10。放电电路15，例如由串联连接的半导体开关和电阻元件等构成，通过控制部10控制半导体开关导通/截止，由此使二次电池14间歇性地放电。控制部10根据在执行间歇性的放电时的电压和电流，求出二次电池14的内部电阻。

二次电池14例如由在正极（阳极板）使用二氧化铅、在负极（阴极板）使用海绵状的铅、使用稀硫酸作为电解液的液体铅酸蓄电池等构成，通过交流发电机16充电，驱动起动马达18来起动发动机17，并且，向负载19供给电力。交流发电机16被发动机17驱动，产生交流电，并通过整流电路转换为直流电，对二次电池14进行充电。

发动机17例如由汽油发动机和柴油发动机等往复式发动机或者转子式发动机等构成，通过起动马达18起动，经由变速器驱动驱动轮，给予车辆推进力，并且，驱动交流发电机16使其产生电力。起动马达18例如由直流电动机构成，通过从二次电池14提供的电力产生旋转力，起动发动机17。负载19例如由电动转向马达、除雾器、点火线圈、汽车音响以及汽车导航仪等构成，通过来自二次电池14的电力进行动作。

图2是示出图1所示的控制部10的详细的结构例的图。如该图所示，控制部10具有：CPU（CentralProcessingUnit：中央处理单元）10a、ROM（ReadOnlyMemory：只读存储器）10b、RAM（RandomAccessMemory：随机访问存储器）10c、计时器10d、通信部10e以及I/F（Interface：接口）10f。在此，CPU10a根据存储在ROM10b中的程序10ba来控制各部。ROM10b由半导体存储器等构成，存储程序10ba等。RAM10c由半导体存储器等构成，存储在执行程序10ba时生成的参数10ca。计时器10d进行计时并输出。通信部10e经由通信线与其他装置（例如，未图示的ECU（EngineControlUnit：发动机控制单元））等连接，与其他装置之间提供和接收信息。I/F10f将从电压传感器11、电流传感器12以及温度传感器13提供的信号转换为数字信号并取入，并且，向放电电路15提供驱动电流而对其进行控制。

（B）实施方式的概略的动作的说明

接着，参照图3～6，对实施方式的概略的动作进行说明。本实施方式中，求出可以起动发动机17的电压、即起动电压。另外，也可以通过以下的式（1）求出起动电压。

起动电压＝起动前电压＋起动电流×内部电阻...（1）

在此，起动前电压是向起动马达18通电前的二次电池14的电压，起动电流是在起动马达18旋转时流动的电流，内部电阻是二次电池14的内部的电阻分量。另外，例如，可以在发动机17停止时，通过放电电路15使二次电池14间歇性脉冲放电，根据此时的电压和电流测定内部电阻。当然，也可以通过除此以外的方法求出内部电阻。此外，优选在发动机17的曲柄起动中，使用除浪涌电流外电压最低的点，即起动马达18的扭矩最大的点（以下称为“最大扭矩点”）作为起动电流。

但是，通常如果检测到电流的极小值，则能够确定最大扭矩点，但如后所述，根据发动机17的种类或使用环境以及其他，存在不出现极小值的情况。以下对这种情况进行说明。

图3是示出在通过起动马达18起动发动机17的情况下，从二次电池14流到起动马达18的电流的时间性变化的图。如图3的（A）所示，当起动发动机17时，流过以下2种电流重叠后的电流：通过连接起动马达18与二次电池14而流过的浪涌电流（图3的（A）的上部所示的电流）；以及通过曲柄起动发动机17而流过的曲柄起动电流（图3的（A）的下部所示的电流）。此外，在发动机17的活塞在压缩冲程中到达上止点的点（压缩率成为最大的点（以下称为“压缩率最大点”）），曲柄起动电流得到极大值（在图3中得到极小值）。另外，在压缩率最大点中，最初的压缩率最大点是最大扭矩点。

图4是示出在发动机17起动时二次电池14的电压和电流的时间性变化的图。如图4所示，在时间0秒处开始向起动马达18通电后，如实线所示，流过约－600A的浪涌电流，与此对应地，如虚线所示，电压下降到7V附近。然后，当起动马达18开始旋转而发动机17的曲柄起动开始时，由实线所示的电流对应发动机17的汽缸内的压力的上升而变化，得到极小值。在图4的例中，出现4次极小值。

图5、6是示出起动时的电流变化的例子的图。图5中，在0.2秒附近出现极小值，该极小值是在曲柄起动中到达最大扭矩点的时刻。另一方面，图6中，在0.15秒附近观测到凹处，但此前是倾角几乎为0的直线状态，因此，该凹处未成为极小值。然而，在0.15秒附近的凹处是实际上到达最大扭矩点的时刻。

因此，为了正确地检测出在曲柄起动时发挥最大扭矩的最大扭矩点，不仅在图5所示的情况下，在图6所示的情况下也需要检测该点。

因此，在本实施方式中，检测电流的极值并且检测电流的拐点。在此，极值是指在预定区间中的最大或者最小的值。在图5的例中，将流入二次电池14的方向的电流设为正，流出的方向的电流设为负，因此在到达上止点的时刻，电流得到极小值。当然，当相反地定义电流流动的方向时，在到达上止点的时刻，电流得到极大值。另一方面，拐点是指在曲线上曲率的符号发生变化的点。

在图5中，极小值和拐点大概出现在相同时刻，因此在这种情况下，将极小值判定为最大扭矩点。另一发面，在图6中，极小值和拐点出现在不同的时刻。在这种情况下，将拐点判定为最大扭矩点。这样，对极值和拐点这两者进行检测，在这些时刻间隔开的情况下，将拐点判定为最大扭矩点，由此，例如即便在图6那样的情况下，也能够正确地判定最大扭矩点。此外，在这些时刻大致相同的情况下，将极值判定为最大扭矩点，由此，能够正确地检测最大扭矩点，并且，根据这两个时刻一致的情况，能够知道是更可靠的最大扭矩点。另外，在上面的内容中，在极值和拐点的时刻大致相同的情况下，将极值判定为最大扭矩点，但是，当然也可以将拐点判定为最大扭矩点。

通过以上处理，能够可靠地求出最大扭矩点，同时，能够正确地求出在该时刻的电流（起动电流），因此，根据前述的式（1），能够正确地求出起动电压。因此，根据得到的起动电压，能够可靠地判定是否可以起动。

接着，参照图7，对本实施方式的详细的动作进行说明。由CPU10a读出并执行图2所示的程序10ba，由此实施图7所示的流程图。在图7所示的流程图开始后，执行以下步骤。

在步骤S1中，CPU10a判定是否检测到浪涌电流，在检测到浪涌电流的情况下（步骤S1：是）进入步骤2，在这以外的情况下（步骤S1：否）重复相同的处理。具体而言，在开始向起动马达18通电而检测到图3的（A）所示的浪涌电流的情况下，进入步骤S2。另外，作为检测浪涌电流的方法，例如在流过阈值以上的电流的情况下，能够判定为浪涌电流。具体而言，在图4的例中，例如能够使用“－500A”作为阈值。当然，也可以使用这以外的阈值。

在步骤S2中，CPU10a开始计时器10d的计时。即，CPU10a将计时器10d的计数值重置为“0”，并且开始计数动作。

在步骤S3中，CPU10a经由I/F10f从电流传感器12取得在该时刻流过二次电池的电流的值，并代入变量I1。另外，在该实施方式中，关于电流传感器12的计测值，将从二次电池14流出的方向作为负，流入的方向作为正。当然，也可以相反地定义。

步骤S4中，CPU10a从计时器10d中取得在取得了电流值的时刻的计时器的值，并代入变量T。

步骤S5中，CPU10a对在步骤S3中被代入了最新电流值的变量I1与在步骤S13中代入了前次处理中的电流值的变量I2进行比较，判定I1＜I2是否成立，在判定为成立的情况下（步骤S5：是）进入步骤S6，在这以外的情况下（步骤S5：否）进入步骤S8。更详细地讲，在本次电流值比前次电流值小的情况下进入步骤S6。

在步骤S6中，CPU10a将在本次处理中测定的电流值从变量I1代入到存储电流的极小值的变量Imin中。

在步骤S7中，CPU10a将存储在变量Imin中的电流值被测定的的时刻的计数器值、即变量T的值代入变量Tmin。

通过以上步骤S5～S7的处理，在本次电流值比前次电流值小的情况下，更新变量Imin的值，因此，电流的极小值被存储到变量Imin中。

在步骤S8中，CPU10a将从本次电流值减去前次电流值得到的值（＝I1－I2）代入变量I3。其结果是，从前次电流值到本次电流值的变化量（电流变化量）被存储到变量I3中。

在步骤S9中，CPU10a对在步骤S8中存储了电流的变化量的变量I3的值与在步骤S13中存储了前次电流的变化量的变量I4的值进行比较，判定I3＜I4是否成立，在判定为成立的情况下（步骤S9：是）进入步骤S10，在这以外的情况下（步骤S9：否）进入步骤S12。更详细的讲，在本次计算出的电流变化量的值比前次计算出的电流变化量小的情况下，进入步骤S6。

在步骤S10中，CPU10a将在本次处理中的电流即I1的值代入存储电流的拐点的变量Iinf中。

在步骤S11中，CPU10a将存储在变量Iinf中的电流被测定的时刻的计数器值，即变量T的值代入变量Tinf中。

通过以上步骤S8～S11的处理，通过求出电流变化量的极小值而确定拐点，此外，拐点时的电流值被存储到变量Iinf中。

在步骤S12中，CPU10a判定是否结束处理，在判定为结束处理的情况下（步骤S12：是）进入步骤S14，在这以外的情况下（步骤S12：否）进入步骤S13。具体而言，例如，CPU10a参照计时器10d的计数值，判定计数值是否为预定的阈值以上，在为阈值以上的情况下进入步骤S14，在这以外的情况下进入步骤S13。作为阈值的具体的值，例如，在从开始向起动马达18提供电流开始经过0.5秒以上后，大多数情况出现拐点和极值，因此可以使用0.5秒作为阈值。当然，根据车种或使用环境，也可以使用这以外的阈值。

在步骤S14中，CPU10a计算存储了检测到极小值的时刻的计时器值的变量Tmin、与存储了检测到拐点的时刻的计时器值的变量Tinf之差的绝对值（＝｜Tmin－Tinf｜），差值的绝对值低于预定的阈值Th的情况下（步骤S14：是）进入步骤S15，在这以外的情况下（步骤S14：否）进入步骤S16。更详细地讲，在大致相同的时刻观测到的极值与拐点的情况下（观测的时间的差低于阈值Th的情况下）进入步骤S15，在这以外的情况下进入步骤S16。

在步骤S15中，CPU10a将存储电流的极小值的变量Imin的值代入存储起动电流的变量Ist中。

在步骤S16中，CPU10a将存储电流的拐点值的变量Iinf的值代入存储起动电流的变量Ist中。

在步骤S17中，CPU10a将在步骤S15或者在步骤S16中求出的起动电流Ist与在发动机17停止时求出的内部电阻R的值相乘，并将所得到的值（＝R×Ist）与发动机17的起动前电压Vb相加，由此求出起动电压Vs。将这样求出的起动电压Vs经由通信部10e通知给作为上级装置的ECU中。在ECU中，根据该起动电压和二次电池14的电压，能够判定是否可以起动发动机17，或者，判定是否需要更换二次电池14。

另外，通过比较在步骤S17中求出的起动电压Vs与实测的起动电压，还可以用于内部电阻R和起动电流Ist的学习处理。具体而言，在设定二次电池14的等价电路模型，使用该等价电路模型，通过卡尔曼滤波器等进行学习处理的情况下，比较在步骤S17中计算出的起动电压Vs与实测的起动电压，执行参数的学习处理。

如以上说明的那样，在本实施方式中，求出发动机17起动时的电流的拐点和极小值，在观测到拐点和极小值的时刻大致相同的情况下（在图7的例中两者之差的绝对值低于阈值Th的情况下），选择极小值作为最大扭矩点，在这以外的情况下，选择拐点作为最大扭矩点，据此求出了起动电压。因此，例如如图5所示，在存在明显的极小值的情况下，确定该最小值作为最大扭矩点，并将此时的电流作为起动电流。另一方面，如图6所示，在不存在明显的极小值的情况下，确定拐点作为最大扭矩点，并将此时的电流作为起动电流。图5、6中虚线所示的曲线示出了电流变化量，即使在电流不具有极值的情况下，电流变化量也在拐点具有明显极值，因此通过检测该变化量的极值，即使在图6那样的情况下，也能够检测最大扭矩点，因此能够正确地求出起动电压。

（D）变形实施方式的说明

以上的实施方式仅是一例，显然本发明并不只限定于上述那样的情况。例如，在以上的实施方式中，举例说明了使用极小值作为极值的情况，根据电流的流动方向的定义，也可以使用极大值。

此外，在以上的实施方式中，在拐点与极值的时刻大致一致的情况下，选择极值作为起动电流，但也可以选择拐点作为起动电流。

此外，在以上的实施方式中，通过实测求出式（1）的“起动前电压”，但是，例如也可以使用进行了排除分级影响的校正的稳定电压推定值。

此外，图7所示的流程图的处理仅是一例，也可以通过这以外的方法求出极值和拐点。例如，在图7所示的例中，根据计时器10d的计时值，判定拐点与极值的时刻是否接近，但例如也可以设置对处理的循环进行计数的变量，根据该变量的计数值进行判断。

Claims

1.一种二次电池状态检测装置，其检测安装在车辆中的二次电池的状态，该二次电池状态检测装置的特征在于，其具有：

电流检测单元，其检测流过所述二次电池的电流的电流值；

极值检测单元，其根据所述电流值，在开始向起动发动机的起动马达通电而从所述二次电池向所述起动马达流过浪涌电流后，检测流过所述起动马达的电流的最初的极值；

拐点检测单元，其根据所述电流值的每预定时间的变化量，检测在所述浪涌电流流过后，流过所述起动马达的电流的最初的拐点；以及

计算单元，其在检测到所述极值的时刻与检测到所述拐点的时刻间隔预定时间以上的情况下，选择所述拐点，在这以外的情况下，选择所述极值与所述拐点中的任意一方作为起动电流，根据该起动电流、所述二次电池的内部电阻以及作为起动前电压的在开始向所述起动马达通电前的所述二次电池的电压，计算作为起动电压的起动所述发动机所需的电压。

2.一种二次电池状态检测方法，检测安装在车辆中的二次电池的状态，该二次电池状态检测方法的特征在于，具有以下步骤：

电流检测步骤，检测流过所述二次电池的电流的电流值；

计算步骤，在检测到所述极值的时刻与检测到所述拐点的时刻间隔预定时间以上的情况下，选择所述拐点，在这以外的情况下，选择所述极值与所述拐点中的任意一方作为起动电流，根据该起动电流、所述二次电池的内部电阻以及作为起动前电压的开始向所述起动马达通电前的所述二次电池的电压，计算作为起动电压的起动所述发动机所需的电压。