CN104145190B - 电池组和用于计算电池组的电能的方法 - Google Patents

电池组和用于计算电池组的电能的方法 Download PDF

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Abstract

一种电池组(10)，包括：彼此串联的多个电芯(100)、电压和电流测量单元(电压和电流测量单元(200))、温度测量单元(温度测量单元(300))以及位于算术运算通信单元(400)内的计算单元(计算单元(420))。计算单元(420)基于电压和电流计算电芯(100)的“第一电能平衡”，基于温度确定电芯(100)的内部电阻，以及基于电流和内部电阻计算内部电阻的“第二电能平衡”。由此，计算单元(420)基于电芯(100)的第一电能平衡和内部电阻的第二电能平衡，来计算电芯(100)中累积的“累积电能平衡”(电能E(t))。

Description

电池组和用于计算电池组的电能的方法
技术领域
本发明涉及电池组和用于计算电池组的电能的方法。
背景技术
为了计算电池的剩余容量，提出了多种方法。
专利文献1(日本未审专利公开No.2009-51351)公开了如下所述的车辆供电设备。首先，基于引擎启动时的车载电池的开路电压值和车载电池的最小电压值计算通过从与剩余容量0相当的开路电压值到完全充电的开路电压值对最小电压值的平方值进行积分得到的积分值S，并且创建表格。此外，基于实际测量值来计算车载电池完全充电的积分值S和电能E的系数K，并对其进行存储。在使用所述车载电池期间，首先，根据最小电压值的实际测量值参照所述表格，得到积分值S。接下来，积分值S乘以系数K，以及车载电池的剩余容量被计算为电能(单位：Wh)。
相关文献
专利文献
[专利文献1]日本未审专利公开No.2009-51351。
发明内容
然而，关于专利文献1中所公开的电能，没有考虑车载电池(等同于本发明的电池组)的内部电阻。由此原因，发明人认为以上方法不能得到准确的剩余电能。
根据本发明，提供了一种电池组，包括：彼此串联的多个电池单元；电压和电流测量单元，测量电池单元的电压和电流；温度测量单元，测量电池单元的温度；以及计算单元，基于电压和电流计算电池单元的第一电能平衡，基于温度确定电池单元的内部电阻，以及基于电流和内部电阻计算内部电阻的第二电能平衡，从而基于电池单元的第一电能平衡和内部电阻的第二电能平衡，来计算电池单元中累积的累积电能平衡。
根据本发明，提供了一种电池组，包括：彼此串联的多个电池单元；电压和电流测量单元，测量电池单元的电压和电流；温度测量单元，测量电池单元的温度；计算单元，基于电池单元的电压、电流和温度计算电能变化，所述电能变化是电池单元中剩余的电能的变化；以及存储单元，存储内部电阻数据，所述内部电阻数据是用于根据电池单元的温度计算电池单元的内部电阻的数据，其中，计算单元参照内部电阻数据来确定当前温度下电池单元的内部电阻，并且当所有电池单元的从基准时刻0到当前时刻t的电能变化被设置为ΔE(t)且总内部电阻被设置为Rtemp(t)时，根据下式(1)计算电能变化ΔE(t)，所述总内部电阻是电池单元的内部电阻的总和。
[式1]
(这里，V(t)是所有电池单元的总电压，I(t)是电池单元的电流。)
根据本发明，提供了一种用于计算电池组的电能的方法，包括：测量步骤，测量彼此串联的多个电池单元的电压和电流以及测量电池单元的温度；基于电池单元的温度来确定当前电池单元的内部电阻的步骤；以及计算步骤，基于电压和电流计算电池单元的第一电能平衡，基于温度确定电池单元的内部电阻，以及基于电流和内部电阻计算内部电阻的第二电能平衡，从而基于电池单元的第一电能平衡和内部电阻的第二电能平衡，来计算电池单元中累积的累积电能平衡。
根据本发明，提供了一种用于计算电池组的电能的方法，包括：测量步骤，测量彼此串联的多个电池单元的电压和电流以及测量电池单元的温度；基于电池单元的温度来确定当前电池单元的内部电阻的步骤；以及计算步骤，基于电池单元的电压、电流和温度计算电能变化，其中所述电能变化是电池单元中剩余的电能的变化，其中，所述计算步骤包括以下步骤：当所有电池单元的从基准时刻0到当前时刻t的电能变化被设置为ΔE(t)且总内部电阻被设置为Rtemp(t)时，基于电池单元的内部电阻，使用上式(1)计算电能变化ΔE(t)，所述总内部电阻是电池单元的内部电阻的总和。
根据本发明，在考虑了由电池单元的内部电阻导致的损耗分量的情况下计算累积电能平衡或电能变化。由此，可以根据温度基于内部电阻数据准确地计算电池组中剩余的电能。
附图说明
从以下描述的优选实施例和附图可以使上述目标、其他目标、特征和优势更加清楚，其中：
图1是示出了根据第一实施例的电池组的配置的电路图；
图2是示出了根据第一实施例的算术运算通信单元的配置的示意图；
图3是示出了根据第一实施例的第一电芯的内部电阻相对于温度的图；
图4是示出了根据第一实施例的电能计算方法的流程图；
图5是示出了图4的S120的细节的流程图；
图6是示出了根据第二实施例的电能计算方法的流程图；
图7是示出了根据第三实施例的电池组和控制电路的配置的电路图；以及
图8是示出了根据第四实施例的电能计算方法的流程图。
具体实施方式
下文中，将参照附图对本发明的实施例进行描述。在所有附图中，相似的元素由相似的附图标记来指示，并且将不会重复其描述。
这里使用的术语“电池组10”指具有多个电池单元的组装电池。此外，术语“电池单元”指具有至少一个或更多个电芯100的单元。此外，包括在“电池单元”中的电芯100可以包括多个具有正电极和负电极等的单个电池。此外，多个“电池单元”可分别包括不同量的电芯100。下文中，将对“电池组10”中包括的“电池单元”是具有彼此并联的两个单个电池的电芯100的情况进行描述。
(第一实施例)
将参照图1-3描述根据第一实施例的电池组10。图1是示出了根据第一实施例的电池组10的配置的电路图。图2是示出了根据第一实施例的算术运算通信单元400的配置的示意图。图3是示出了根据第一实施例的第一电芯的内部电阻相对于温度的图。电池组10包括彼此串联的多个电芯100、电压和电流测量单元(电压和电流测量单元200)、温度测量单元(温度测量单元300)以及位于算术运算通信单元400内的计算单元(计算单元420)。计算单元420基于电压和电流计算电芯100的“第一电能平衡”，基于温度确定电芯100的内部电阻，以及基于电流和内部电阻计算内部电阻的“第二电能平衡”。由此，计算单元420基于电芯100的第一电能平衡和内部电阻的第二电能平衡来计算电芯100中累积的“累积电能平衡”(电能E(t))。
此外，例如，电池组10还包括存储单元(存储单元480)。电压和电流测量单元200测量电芯100的电压和电流。温度测量单元300测量电芯100的温度。计算单元420基于电芯100的电压、电流和温度计算电能变化，该电能变化是电芯100中剩余的电能的变化。存储单元480存储内部电阻数据，即，用于根据电芯100的温度计算电芯100的内部电阻的数据。这里，计算单元420参照内部电阻数据来确定当前温度下电芯100的内部电阻。接下来，当所有电芯100从基准时刻0到当前时刻t的电能变化被设置为ΔE(t)并且总体内部电阻(即电池单元的内部电阻的总和)被设置为Rtemp(t)时，计算单元420根据下式(1)计算电能变化ΔE(t)。
[式2]
(这里，V(t)是所有电芯100的电压，且I(t)是电芯100的电流)
下文中，将进行具体描述。
这里使用的“电能”或“累积电能平衡”指的是指示电芯100的剩余容量的指标等，并且是通过将电压、电流和时间相乘计算的值。同时，使用单位Wh来表示该值。“电能”或“累积电能平衡”被认为是电压，不同于由电流和时间表示的剩余容量。
如图1所示，电池组10包括多个电芯100。具体地，电池组10包括例如N个电芯100(电芯1到电芯N)。此外，如上所述，电芯100具有两个单个电池。具体地，电芯100是锂离子二次电池。此外，电芯100是例如层叠型电池，其中在外部材料中使用层叠膜。在根据第一实施例的电池组10中，在外部主体(未示出)中分别容纳多个电芯100，并且以将电芯排成行的形态将电芯100封装在电池组10中。同时，可以通过任意的方式来形成电芯100的封装外观，并且可将其构造成例如将多个电芯100沿其厚度方向层压成行的形态，或构造成层压的电芯100与多个行相邻布置的形态。在这一封装或类似封装中，同样可以获得与第一实施例中相同的效果。
多个电芯100彼此串联。电芯100的正电极端子120位于电芯100的正电极侧。另一方面，电芯100的负电极端子140位于电芯100的负电极侧。电芯1的电芯100的负电极端子140和电芯2的电芯100的正电极端子120彼此相连。通过这种方式，电芯100按顺序彼此串联，且电芯N-1的电芯100的负电极端子140和电芯N的电芯100的正电极端子120彼此相连。
此外，电芯1的电芯100的正电极端子120位于最高电位侧，连接到内部正电极端子160。另一方面，电芯N的电芯100的负电极端子140位于最低电位侧，连接到内部负电极端子180。
除了电芯100，电池组10还包括控制电路20。控制电路20包括电压和电流测量单元200、温度测量单元300、算术运算通信单元400和开关500。
控制电路20连接到彼此串联的电芯100。控制电路20包括用于连接到外部设备(未示出)的外部正电极端子720和外部负电极端子740。外部正电极端子720通过控制电路20内的互连(未示出)连接到电芯100侧的内部正电极端子160。此外，外部负电极端子740通过控制电路20内的互连(未示出)连接到电芯100侧的内部负电极端子180。同时，控制电路20的算术运算通信单元400连接到用于向外部设备发送和接收信号的外部通信端子760。
用于停止充电或放电的开关500位于内部正电极端子160和外部正电极端子720之间。在这种情况中，开关500是例如P-沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在开关500内提供两个P-沟道MOSFET。由此，一个MOSFET用于控制充电。另一方面，另一MOSFET用于控制放电。此外，开关500中的每个MOSFET连接到电压和电流测量单元200。
同时，当开关500是N-沟道MOSFET时，开关500被布置在内部负电极端子180和外部负电极端子740之间。此外，开关500还可以是例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、继电器或断路器。
电压和电流测量单元200测量多个电芯100中的每一个的电压和电流。为了测量电压，电压和电流测量单元200连接到电芯100中的每一个的两端。
此外，内部负电极端子180和外部负电极端子740之间具有电阻值已知的电阻器220。电压和电流测量单元200连接到电阻器220的两端。由此，测量施加到电阻器220的电压值，从而计算除以以上电阻值的值，作为流经电芯100的电流的值。同时，可由算术运算通信单元400中的计算单元420来执行用于将施加到电阻器220的电压值转换成电流值的计算。
电压和电流测量单元200连接到算术运算通信单元400的测量结果接收单元460。由此，由电压和电流测量单元200测量的电压和电流的测量结果被发送到测量结果接收单元460。
温度测量单元300测量电芯100的温度。温度测量单元300包括温度传感器320。温度传感器320是例如热偶。温度测量单元300接收信号(比如温度传感器320中出现热电动力)，以便计算温度。同时，算术运算通信单元400的计算单元420可以根据温度传感器320的信号计算温度。在这种情况中，计算单元420可以充当温度测量单元300。
温度测量单元300的温度传感器320被提供为与电芯100相接触。例如，温度传感器320附着于容纳电芯100的外部主体(未示出)。
温度传感器320例如被提供为与多个电芯100中的一个电芯100相接触。安装有温度传感器320的电芯100被称为“第一电芯”(图中未示出标记)。第一电芯位于例如电池组10内被认为具有平均温度的部分中。由此，第一电芯的温度可被估计为整个电池组10的温度，而不必测量所有电芯100的温度。即，如下文所述，与温度相关的第一电芯的内部电阻可被认为是电池组10中彼此串联的所有电芯100的内部电阻的平均值。
温度测量单元300连接到算术运算通信单元400的测量结果接收单元460。由此，由温度测量单元300测量的温度的测量结果被发送到测量结果接收单元460。
接下来，将参照图2描述算术运算通信单元400。算术运算通信单元400包括例如计算单元420、通信单元(通信单元440)、测量结果接收单元460和存储单元480。
如上所述，测量结果接收单元460从电压和电流测量单元200和温度测量单元300接收电芯100的电压、电流和温度的测量结果。此外，测量结果接收单元460将接收到的测量结果发送到计算单元420。
此外，测量结果接收单元460可将电芯100的电压、电流和温度的测量结果发送到存储单元480。存储单元480在任何时间接收并存储这些结果。
此外，存储单元480存储内部电阻数据，即，用于根据电芯100的温度计算电芯100的内部电阻的数据。
这里，图3示出了内部电阻与温度的关系，这是关于安装有温度传感器320的第一电芯提前测量的。同时，第一电芯的内部电阻被设置为rs。
如图3所示，第一电芯的内部电阻rs具有依温度发生改变的趋向。同时，其它电芯100的内部电阻也具有相同的趋向。当电芯100是锂离子二次电池时，第一电芯的内部电阻rs在图中的温度范围内单调地降低。存储单元480存储如图3所示提前测量的第一电芯的内部电阻rs的温度相关性。
这里，存储单元480将数字化的温度和内部电阻的表格存储为内部电阻数据。存储单元480可将内部电阻关于温度的函数存储为内部电阻数据。该函数可以是拟合图3的图的近似函数。由此，下文描述的计算单元420能够基于所测量的第一电芯的当前温度计算第一电芯的内部电阻。
此外，存储单元480将例如电池组10最初完全充电的时刻设置为基准时刻，并存储初始电能(下文的E0)，即，基准时刻电池组10的电能。例如，当电池组10在制造期间完全充电时将基准时刻设置为0。由此，可通过下文中的电能计算方法计算电池组10的当前电能(E(t))。
计算单元420连接到测量结果接收单元460。计算单元420根据从测量结果接收单元460接收的电芯100的电压、电流和温度的测量结果，计算电池组10的电能的变化(ΔE(t))等。
此外，计算单元420连接到存储单元480。计算单元420参照存储于存储单元480中的内部电阻数据来确定在从测量结果接收单元460接收的当前温度下的第一电芯的内部电阻。关于上文，下面将对计算单元420中的电能计算方法的细节进行描述。
此外，计算单元420具有定时器(未示出)。由此，可以根据基准时刻0获得当前时刻t。
此外，计算单元420连接到通信单元440。计算单元420将所计算的电池组10的电能变化或电能发送到通信单元440。此外，通信单元440通过外部通信端子760向外部设备发送基于电能变化或电能的信号。
接下来，将参照图4和5描述根据第一实施例的电池组10的电能计算方法。首先，测量彼此串联的多个电芯100的电压和电流，并且测量电芯100的温度(S110，测量步骤)。接下来，基于电芯100的温度确定电芯100的当前内部电阻(S120)。接下来，基于电芯100的电压、电流和温度计算电能变化ΔE(t)，即，电芯100中剩余的电能的变化(S130，计算步骤)。下文中，将进行具体描述。
在开始电能计算之前，存储单元480提前存储第一电芯的上述内部电阻数据。此外，存储单元480将电池组10最初完全充电的时刻设置为基准时刻0，并存储初始电能E0，即，基准时刻电池组10的电能。
首先，电压和电流测量单元200测量彼此串联的多个电芯100的电压和电流。同时，电压和电流测量单元200测量彼此串联的多个电芯100的两端的电压，由此测量所有电芯100的总电压。这里，在当前时刻t的情况下，总电压被设置为V(t)。同时，电压和电流测量单元200测量电池组10的正电极端子160和负电极端子180之间的电压，并且可将所测量的电压改为总电压并进行使用。
此外，电压和电流测量单元200根据电阻器220的两端的电压测量流经每个电芯100的电流。这里，电流被设置为I(t)。
电压和电流测量单元200将电芯100的总电压V(t)和电流I(t)发送到测量结果接收单元460。
此外，温度测量单元300基于来自安装在第一电芯上的温度传感器320的信号测量第一电芯的温度。温度测量单元300将温度测量结果发送到测量结果接收单元460。如上所述，测量了电芯100的电压、电流和温度(S110)。
接下来，确定总内部电阻Rtemp(t)，即电芯100的内部电阻的总和(S120)。以下将参照图5描述这一处理的细节。
接下来，计算单元420基于总内部电阻Rtemp(t)(基于电芯100的电压和电流以及第一电芯的温度而确定)按下式(1)计算电能变化ΔE(t)，即电芯100中剩余的电能的变化(S130，计算步骤)。
[式3]
(这里，V(t)是所有电芯100的电压，以及I(t)是电芯100的电流)
这里，式(1)中右手侧的第一项在电池组10充电时指示供应给所有电芯100的充电电能。此外，式(1)中的第一项在电池组10放电时指示从所有电芯100放电的放电电能。此外，第一项的电能被称为电芯100的“第一电能平衡”。
此外，式(1)中右手侧的第二项指示所有电芯100的内部电阻所消耗的电能。这里，第二项是当电池组10充电时以及当电池组放电时所消耗的电能。此外，第二项的电能被称为内部电阻的“第二电能平衡”。同时，第二项的电能主要由电芯100的内部电阻以热能的形式来消耗。
此外，当电池组10充电时，I(t)具有正值。因此，电能变化ΔE(t)具有正值。另一方面，当电池组放电时，I(t)具有负值。因此，电能变化ΔE(t)具有负值。
在这种情况中，计算单元420可在存储单元480中存储电能变化ΔE(t)。
接下来，计算单元420从电池组10的存储单元480读出初始电能E0，并根据下式(4)计算所有电芯100的当前电能E(t)(S140)。该电能E(t)被称为电池组10中所累积的“累积电能平衡”。
[式4]
E(t)＝E0+ΔE(t) …(4)
同时，将第一实施例的初始电能E0提前测量为在电池组10的制造期间当使用恒压恒流对电池组10进行充电而不在放电终止和完全充电之间插入(interpose)放电时在电池组10中累积的电能。即，在充电开始被设置为时刻0的状态中，计算上述式(1)的电能变化ΔE(t)，直到完全充电时刻为止，从而完全充电时的电能变化被假定为初始电能E0。同时，“完全充电时刻”指的是充电电流变得等于或小于提前设置的基准值的时刻。此外，指示放电被终止的“放电终止”指的是总电压V(t)变成预定放电终止电压的时刻。
如上所述，计算了电芯100中剩余的电能E(t)(累积电能平衡)以及电能变化ΔE(t)(即电能的变化)。
接下来，将参照图5描述确定总内部电阻Rtemp(t)(即电芯100的内部电阻的总和)的前一步骤(S120)。
首先，计算单元420从测量结果接收单元460接收温度的测量结果(S121)。
接下来，计算单元420从存储单元480读出内部电阻数据(S122)。这里内部电阻数据是如图3所示的第一电芯的内部电阻数据。
接下来，计算单元420基于从存储单元480读出的内部电阻数据根据测量结果的温度确定电芯100的内部电阻。在这种情况中，如上所述，当只测量第一电芯的温度时，确定第一电芯的内部电阻rs(t)(S123)。此外，当内部电阻数据是表格时，通过从所述表格读取内部电阻来确定与测量结果的温度相对应的内部电阻。另一方面，当内部电阻数据是函数时，通过将测量结果的温度代入所述函数来确定内部电阻。
接下来，计算单元420基于上述内部电阻按如下所述确定总内部电阻Rtemp(t)(即电芯100的内部电阻的总和)(S124)。
这里，在电池组10中，串联的每个电芯100的内部电阻被设置为rk(t)(这里，k是从1到N的自然数)。由于电芯100彼此串联，由下式(2)获得总内部电阻Rtemp(t)(即电芯100的内部电阻rk(t)的总和)。
[式5]
当温度传感器320安装于第一电芯(其被认为具有电池组10内的平均温度)上时，多个电芯100中的第一电芯的内部电阻rs(t)可被认为是所有电芯100的内部电阻rk(t)的平均值。
在这种情况中，由下式(3)获得总内部电阻Rtemp(t)。
[式6]
Rtemp(t)＝Nrs(t) …(3)
将步骤123中确定的第一电芯的内部电阻rs(t)代入式(3)。通过这种方式，第一电芯的内部电阻rs(t)被设置为所有电芯100的内部电阻的平均值，从而确定了总内部电阻Rtemp(t)(S124)。
如上所述，确定了总内部电阻Rtemp(t)(即电芯100的内部电阻的总和)(S120)。
接下来，将描述第一实施例的效果。
根据第一实施例，电压和电流测量单元200和温度测量单元300测量电芯100的电压、电流和温度。计算单元420基于电压和电流计算电芯100的“第一电能平衡”，基于温度确定电芯100的内部电阻，以及基于电流和内部电阻计算内部电阻的“第二电能平衡”。由此，计算单元420基于电芯100的第一电能平衡和内部电阻的第二电能平衡计算电芯100中累积的“累积电能平衡”(电能E(t))。
例如，存储单元480存储用于根据温度计算电芯100的内部电阻的内部电阻数据。计算单元420参照内部电阻数据，以根据所测量的当前温度确定电芯100的当前内部电阻。由此，计算单元420计算所有电芯100从基准时刻0到当前时刻t的电能变化ΔE(t)。
这里，如图3所示，电芯100的内部电阻取决于温度。电芯100的内部电阻具有例如随温度降低而增加的趋向。由此原因，在计算电池组充电或放电时剩余的电能E(t)或电能变化ΔE(t)时，式(1)的第二项中的由内部电阻导致的损耗分量不可忽略。从而，现实中电池组10中剩余的电能变化ΔE(t)与通过简单地将电池组10的电压和电流相乘得到的式(1)的第一项中的电能变化不同。因此，如在当前实施例中一样，考虑由电芯100的内部电阻所导致的电能的损耗分量，从而可以精确地计算电池组中剩余的电能E(t)。
如上所述，根据第一实施例，可以根据温度基于内部电阻数据精确地计算电池组中剩余的电能E(t)。
同时，在以上第一实施例中，将电池组10最初完全充电的时刻设置为基准时刻0。然而，可在总电压V(t)最初达到放电终止时将基准时刻0设置为0。然而，在这种情况中，电池组10的初始电能被设置为0。此外，每当电池组10达到放电终止时可将基准时刻0重置为0。然而，在这种情况中，优选将电池组10的初始电能也重置为0。此外，可以在电池组10达到放电终止且由温度测量单元300测量的温度在该时刻位于预定范围内时重置基准时刻0。
(第二实施例)
将参照图6描述根据第二实施例的电池组10的电能计算方法。图6是示出了根据第二实施例的电能计算方法的流程图。除了电能计算方法中的用于确定总内部电阻Rtemp(t)的S120不同之外，第二实施例与第一实施例相同。根据第二实施例，在考虑电芯100的劣化的情况下对总内部电阻Rtemp(t)进行修正。下文中，将进行具体描述。
在第二实施例中，能够使用与第一实施例中相同的电池组10。同时，存储单元480提前存储第一电芯的内部电阻数据。此外，存储单元480将电池组最初完全充电的时刻设置为基准时刻0，并存储初始电能E0(即基准时刻电池组10的电能)。
在第二实施例的电能计算方法中，通过以下方法来执行用于确定总内部电阻Rtemp(t)的S120。
与第一实施例情况相同，执行从接收温度测量结果(S121)到根据式(3)确定总内部电阻Rtemp(t)(S124)的步骤。
接下来，确定电池组10当前是否完全充电(S125)。当电池组10未完全充电时(S125；否)，与第一实施例情况相同，执行图4的S130。
另一方面，当电池组10完全充电时(S125；是)，计算单元420按如下方式比较当前电能E(tf)与初始电能E0。在这种情况中，当前时刻被假定为tf。
计算单元420将当前电能E(tf)与用作基准的初始电能E0进行比较，并根据下式(5)计算劣化比率l(S126)。
[式7]
同时，当电池组10几乎不发生劣化时，ΔE(tf)是0。由此原因，劣化比率l是1。另一方面，当电池组10出现显著劣化时，ΔE(tf)被设置为小于0的值。由此原因，劣化比率l被设置为小于1的值。
计算单元420在存储单元480中存储由式(5)得到的劣化比率l。
接下来，计算单元420使用劣化比率l修正总内部电阻Rtemp(t)。在这种情况中，计算单元420将之前紧邻的总内部电阻Rtemp(t)乘以劣化比率l的倒数，并对总内部电阻Rtemp(t)进行修正(S127)。具体地，使用通过在时刻tf后以1/l增加总内部电阻Rtemp(t)所获得的值来计算电能变化ΔE(t)。
同时，当电池组10几乎不发生劣化时，劣化比率l是1，从而上述修正并未改变总内部电阻Rtemp(t)。另一方面，当电池组10出现显著劣化时，劣化比率l小于1，通过考虑劣化的修正将总内部电阻Rtemp(t)设置为具有较大的值。
计算单元420在任意时间在存储单元480中存储修正后的Rtemp(t)。
如上所述，确定了总内部电阻Rtemp(t)。后续步骤与第一实施例中相同。
接下来，描述第二实施例的效果。
通过重复对电池组10的充电或放电来降低能够用以对电池组10进行充电的完全充电电能。从而，电芯100的内部电阻有增加的趋向。具体地，认为电芯100的内部电阻由于电芯100的正电极材料、负电极材料、电解质等的劣化而增加。
在这种情况中，预期电芯100的内部电阻数据与存储单元480中提前存储的内部电阻数据有所不同。
从而，在第二实施例中，每当电池组10完全充电时，将完全充电期间的电能E(tf)与初始电能E0进行比较。由此，计算劣化比率l。此外，基于劣化比率l对完全充电时刻之后的总内部电阻Rtemp(t)进行修正。
因此，根据第二实施例，修正了由于电芯100的劣化而改变的内部电阻，由此允许在任意时刻计算电池组10的准确电能E(t)。
(第三实施例)
将参照图7描述第三实施例。图7是示出了根据第三实施例的电池组10和控制电路20的配置的电路图。除了控制电路20位于电池组10的外部之外，第三实施例与第一实施例相同。下文中，将进行具体描述。
如图7所示，控制电路20位于电池组10外部。控制电路20位于例如独立于电池组10的充电和放电设备(未示出)等中。可替换地，控制电路20可位于在电池组10放电时所采用的使用设备中。
与第一实施例情况相同，电池组10具有彼此串联的多个电芯100。电池组10具有用于执行对电池组10的充电和放电的正电极端子160和负电极端子180。此外，电芯端子130位于各个电芯100之间。
电芯100的外部主体(未示出)的一部分中具有用于安装温度传感器320的插入端口。由此，可由外部温度测量单元300测量第一电芯的温度。同时，温度传感器320可被安装为电池组10的一部分。在这种情况中，可提供用于温度传感器320的端子(未示出)，以便从电池组10的外部主体暴露出来。
控制电路20包括电压和电流测量单元200、温度测量单元300、算术运算通信单元400和开关500。控制电路20的正电极端子620和负电极端子640位于控制电路20的电池组10侧。控制电路20的正电极端子620和负电极端子640分别通过互连(未示出)连接到例如电池组10的正电极端子160和负电极端子180。由此，可以将充电电能从控制电路20侧提供到电池组10，并可将放电电能从电池组10侧转移到控制电路20侧。
此外，电压和电流测量单元200的测量端子660位于控制电路20的电池组10侧。电压和电流测量单元200的测量端子660通过互连(未示出)连接到电池组10的电芯端子130。由此，即使控制电路20位于电池组10外时，也可以通过电压和电流测量单元200来测量每个电芯100的电压和电流。
根据第三实施例，控制电路20位于电池组10外。在这种情况中，同样可以获得与第一实施例相同的效果。
(第四实施例)
将参照图8描述第四实施例。图8是示出了根据第四实施例的电能计算方法的流程图。除了基于累积电能平衡(电能E(t))和电量平衡C(t)来计算能够被电芯100输出的实质(substantial)电能Ee(t)之外，第四实施例与第一实施例相同。下文中，将进行具体描述。
在上述第一实施例中，计算单元420计算电池组10中剩余的电能E(t)，以及通信单元440将基于所计算的电池组10的电能变化ΔE(t)或电能E(t)的信号发送到外部设备。在第四实施例中，计算单元420可以计算例如电池组10中累积的能够由外部设备消耗的实质电能(实质电能Ee(t))。通信单元440可以将基于实质电能Ee(t)的预测信号发送到外部设备。
在图8中，当前假定对电池组10进行放电。执行直至S140的步骤，并且计算所有电芯100的当前电能E(t)(累积电能平衡)。
接下来，根据下式(6)，计算单元420基于电流I(t)计算电芯100的电量平衡C(t)(S150)。
[式8]
在式(6)中，电量平衡C(t)指示时刻t在电池组10中累积的电量。电量平衡C(t)的单位是Ah。此外，与第一实施例情况相同，基准时刻t＝0指示电池组10最初完全充电的时刻。此外，初始值C0指示电池组10的电量平衡的初始值。即，初始值C0指的是基准时刻t＝0时在电池组10中累积的电量。即，电量平衡C(t)指示电池组10的从基准时刻0到时刻t的“电量平衡”。
接下来，根据下式(7)，计算单元420基于累积电能平衡(电能E(t))和电量平衡C(t)，来计算能够被电芯100输出的实质电能Ee(t)(S160)。如式(7)，可通过从电池组中存在的电能E(t)(累积电能平衡)减去由电芯100的内部电阻在未来消耗的电能的预测值(右手侧第二项)来获得实质电能Ee(t)。
[式9]
式(7)中的右手侧的第二项是由电芯100的内部电阻在未来消耗的电能的预测值。然而，假定当前总内部电阻Rtemp(t)是稳定的，且继续以当前电流I(t)对电池组10进行放电，直到电池组10中累积的电量达到0为止。
式(7)中的右手侧的第二项的-I2(t)Rtemp(t)是由电池组10的内部电阻消耗的当前功率(单位：瓦)。此外，-C(t)/I(t)是直到电池组10中累积的电量达到0为止的预测时间(单位：小时)。
在式(7)中的右手侧的第二项中，由电池组10的内部电阻消耗的当前功率乘以直到电池组10中累积的电量达到0为止的预测时间，从而可以获得由电芯100的内部电阻在未来消耗的电能的预测值(单位：Wh)。
同时，在式(7)中的右手侧的第二项中，I(t)部分可被设置为从基准时刻0到时刻t的平均电流。
如上所述，通过使用式(7)，计算单元420通过将在右手侧的第二项中计算的由电芯100的内部电阻在未来消耗的电能的预测值添加到在右手侧的第一项中计算的电池组中已有的电能E(t)(累积电能平衡)，来计算实质电能Ee(t)。
在这种情况中，通信单元440可将基于实质电能Ee(t)的预测信号发送到外部设备。由此，考虑到由电池组10的内部电阻消耗的电能，外部设备能够基于预测信号预测能够被实质消耗的电能。
将描述第四实施例的效果。这里，能够由被电池组10供电的外部设备在未来消耗的实质电能小于电池组10中累积的电能。即，实质电能等于通过从电池组中累积的电能减去由电芯100的内部电阻在未来消耗的电能得到的电能。在第四实施例中，计算单元420使用式(7)计算实质电能Ee(t)。因此，根据第四实施例，考虑到电池组10的内部电阻中消耗的电能，可以预测能够被电池组10输出的实质电能。
同时，在上述第四实施例中，为了简化描述，假定电池组当前在放电。然而，即使假定电池组当前在充电时，也能类似地得到第四实施例的效果。在这种情况中，计算单元420通过在式(7)中的右手侧的第二项中使用电池组之前放电时的放电电流或诸如从基准时刻0到时刻t的平均放电电流等放电电流代替I(t)部分来计算式(7)。
在以上实施例中，还公开了包括上述控制电路20的电池组10的电能计算设备。
在以上实施例中，虽然描述了只测量一个第一电芯的温度的情况，但是可以测量多个电芯100的温度，并且可使用每一个内部电阻。
如上所述，虽然参照附图对本发明的实施例进行了描述，但是它们只是对本发明的示意，并且可采用与上述内容不同的各种配置。例如，在以上实施例中，描述了电芯100是层叠类型的电池的情况，但是即使当电芯100是具有其它构型(比如圆柱形和方形)的电池时，也可类似地获得本发明的效果。
本申请要求享有于2012年2月29日提交的日本专利申请No.2012-44635的优先权，其内容通过引用而完全并入此处。

Claims (11)

1.一种电池组，包括：
彼此串联的多个电池单元；
电压和电流测量单元，测量所述多个电池单元的电压和电流；
温度测量单元，测量所述多个电池单元的温度；以及
计算单元，基于所述电压和电流计算所述多个电池单元的第一电能平衡，基于所述温度确定所述多个电池单元的内部电阻，以及基于所述电流和所述内部电阻计算所述内部电阻的第二电能平衡，从而基于所述多个电池单元的所述第一电能平衡和所述内部电阻的所述第二电能平衡，来计算所述多个电池单元中累积的累积电能平衡。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述计算单元还基于所述电流计算所述多个电池单元的电量，以及基于所述累积电能平衡和所述电量计算能够由所述多个电池单元输出的实质电能。
3.根据权利要求2所述的电池组，还包括通信单元，所述通信单元将基于所述实质电能的预测信号发送到外部设备。
4.一种电池组，包括：
彼此串联的多个电池单元；
电压和电流测量单元，测量所述多个电池单元的电压和电流；
温度测量单元，测量所述多个电池单元的温度；
计算单元，基于所述多个电池单元的所述电压、所述电流和所述温度计算电能变化，所述电能变化是所述多个电池单元中剩余的电能的变化；以及
存储单元，存储内部电阻数据，所述内部电阻数据是用于根据所述多个电池单元的所述温度计算所述多个电池单元的内部电阻的数据，
其中，所述计算单元参照所述内部电阻数据来确定当前温度下所述多个电池单元的所述内部电阻，并且当所有所述多个电池单元的从基准时刻0到当前时刻t的所述电能变化被设置为ΔE(t)且总内部电阻被设置为Rtemp(t)时，根据下式(1)计算所述电能变化ΔE(t)，所述总内部电阻是所述多个电池单元的所述内部电阻的总和，
Δ E ( t ) = ∫ 0 t { V ( t ) I ( t ) - I 2 ( t ) R t e m p ( t ) } d t ... ( 1 ) ,
这里，V(t)是所有所述多个电池单元的总电压，I(t)是所述多个电池单元的所述电流。
5.根据权利要求4所述的电池组，其中，所述温度测量单元测量第一电池单元的温度，所述第一电池单元是至少所述多个电池单元中的一个，以及
所述计算单元根据所述第一电池单元的所述温度参照所述内部电阻数据以指定所述第一电池单元的所述内部电阻，根据下式(3)计算所述多个电池单元的所述内部电阻的总和Rtemp(t)，以及计算所述电能变化，
Rtemp(t)＝Nrs(t) …(3)，
这里，N是所述多个电池单元的总数，rs(t)是所述第一电池单元的所述内部电阻。
6.根据权利要求4或5所述的电池组，其中，在初始完全充电时刻被设置为基准时刻0的情形下，所述存储单元存储初始电能，所述初始电能是所述基准时刻的电能，以及
所述计算单元通过所述初始电能与当前电能变化的和，计算当前电能。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述计算单元计算劣化比率，并基于所述劣化比率来修正所述总内部电阻，所述劣化比率是通过将之前紧邻的完全充电时的电能与用作基准的所述初始电能进行比较获得的。
8.根据权利要求7所述的电池组，其中，所述计算单元将之前紧邻的总内部电阻乘以所述劣化比率的倒数，并修正所述总内部电阻。
9.根据权利要求4或5所述的电池组，还包括通信单元，所述通信单元将基于电能的信号发送到外部设备。
10.一种用于计算电池组的电能的方法，包括：
测量步骤，测量彼此串联的多个电池单元的电压和电流，以及测量所述多个电池单元的温度；
基于所述多个电池单元的所述温度来确定当前所述多个电池单元的内部电阻的步骤；以及
计算步骤，基于所述电压和电流计算所述多个电池单元的第一电能平衡，基于所述温度确定所述多个电池单元的所述内部电阻，以及基于所述电流和所述内部电阻计算所述内部电阻的第二电能平衡，从而基于所述多个电池单元的所述第一电能平衡和所述内部电阻的所述第二电能平衡，来计算所述多个电池单元中累积的累积电能平衡。
11.一种用于计算电池组的电能的方法，包括：
测量步骤，测量彼此串联的多个电池单元的电压和电流，以及测量所述多个电池单元的温度；
基于所述多个电池单元的所述温度来确定当前所述多个电池单元的内部电阻的步骤；以及
计算步骤，基于所述多个电池单元的所述电压、所述电流和所述温度计算电能变化，所述电能变化是所述多个电池单元中剩余的电能的变化，
其中，所述计算步骤包括以下步骤：当所有所述多个电池单元的从基准时刻0到当前时刻t的所述电能变化被设置为ΔE(t)且总内部电阻被设置为Rtemp(t)时，基于所述多个电池单元的所述内部电阻，根据下式(1)计算所述电能变化ΔE(t)，所述总内部电阻是所述多个电池单元的所述内部电阻的总和，
Δ E ( t ) = ∫ 0 t { V ( t ) I ( t ) - I 2 ( t ) R t e m p ( t ) } d t ... ( 1 ) ,
这里，V(t)是所有所述多个电池单元的总电压，I(t)是所述多个电池单元的所述电流。
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