CN104931885A - 计算装置和计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于计算可充电电池的内部状态参数的计算装置和计算方法。根据实施例，所述计算装置包括第一计算器、第二计算器和第三计算器。所述第一计算器执行回归分析，以计算包括至少第一电极的活性材料量和初始充电容量的内部状态参数。第二计算器基于所述内部状态参数来计算预定范围内的上限充电容量，所述上限充电容量基于所述可充电电池的开路电压达到上限电压时的充电容量。第三计算器将所述第一电极的所述活性材料量改变为固定值，并且基于所述固定值和所述上限充电容量来重新计算所述第一电极的所述初始充电容量。

Description

计算装置和计算方法

相关申请的交叉引用

本申请基于2014年3月17日提交的日本专利申请No.2014-053134，并且要求其优先权的权益，通过引用的方式将该日本专利申请的全部内容并入本文中。

技术领域

本文中描述的实施例总体上涉及用于计算可充电电池的内部状态参数的计算装置和计算方法。

背景技术

以往已经提出了通过对可充电电池的充电曲线执行回归分析来估计可充电电池的内部状态的技术。然而，在这种回归分析中，尤其是在以高速率对可充电电池进行充电时，难以以高准确度估计可充电电池的内部状态，并且在活性材料的扩散阻力小的情况下不考虑扩散阻力的影响。另一方面，如果在估计可充电电池的内部状态时考虑活性材料的扩散电阻的影响，则所需的计算量和工作区(暂时用于数据处理的存储区)将增大。

发明内容

实施例的目的在于提供在抑制所需计算量和工作区的增大的同时能够高度准确地估计可充电电池的内部状态的计算装置和计算方法。

根据实施例，计算装置包括第一计算器、第二计算器和第三计算器。第一计算器对包括第一电极和第二电极的可充电电池的端子电压值中的时间变化执行回归分析，以计算包括至少第一电极的活性材料量和初始充电容量的内部状态参数。第二计算器基于内部状态参数来计算预定范围内的上限充电容量，所述上限充电容量基于可充电电池的开路电压达到上限电压时的充电容量。第三计算器将第一电极的活性材料量改变为固定值，并且基于固定值和上限充电容量来重新计算第一电极的初始充电容量。

根据实施例，可以提供能够在抑制所需计算量和工作区的增大的同时高度准确地估计可充电电池的内部状态的计算装置和计算方法。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的计算装置的方框图。

图2是示出耦合到图1中所示的计算装置的电池设备的方框图。

图3是图2中的可充电电池可能发生的SOC(充电状态)移位的说明图。

图4是示出由图1中所示的上限充电容量计算器执行的计算上限充电容量的过程的流程图。

图5是示出由图1中所示的初始充电容量计算器执行的计算初始充电容量的过程的流程图。

图6是由图1中所示的初始充电容量计算器执行的计算初始充电容量的过程的说明图。

图7是由图1中所示的容量计算器执行的容量计算过程的说明图。

图8是示出由图1中所示的函数信息数据库管理的描述可充电电池的充电容量与阴极处的电势之间的关系的函数的曲线图。

图9是示出由图1中所示的函数信息数据库管理的描述可充电电池的充电容量与阳极处的电势之间的关系的函数的曲线图。

图10是示出描述在对可充电电池进行充电的周期期间的电压和电流的时间变化的函数的曲线图。在由图1中所示的测量数据库管理的数据的基础上绘制该曲线图。

图11是示出图1中所示的计算装置的操作的流程图。

图12是示出图1中所示的计算装置的效果的曲线图。

图13是图12的局部放大图。

具体实施方式

以下将参考附图来描述实施例。在附图中，由相同的相应附图标记来表示相同的构成元件，因此将省略对它们的赘述。

(第一实施例)

图1中示出了根据第一实施例的计算装置。计算装置10包括CPU(中央处理单元)110、RAM(随机存取存储器)120(其可以被RWM(读写存储器)120替代)、通信接口130、输入接口140、输出接口150、ROM(只读存储器)和储存器170。计算装置10上可以包括用于测量时间的计时器和用于安装外部存储设备(例如，SD卡和USB(通用串行总线)存储器等)的接口。

计算装置10通过通信接口130采集来自电池设备20的各种测量的数据(例如，电压、电流、充电容量等)。计算装置10基于所采集的测量的数据来计算电池设备20的包括将在下面进行描述的内部状态参数的各种参数(例如，开路电压、容量等)。

CPU 110预先读取存储在ROM 160中的各种程序、将程序加载到RAM120、并且执行程序，由此将计算装置10用作各种功能单元(内部状态参数计算器161、上限充电容量计算器162、初始充电容量计算器163和容量计算器164)。然而，可以使用诸如专用电路之类的硬件来实施这些功能单元中的一些或全部。

CPU 110可以包括具有RAM功能的内置存储器。CPU 110可以包括一个以上的CPU。

在CPU 110执行各种程序时，将RAM 120用作工作区。例如，RAM 120暂时存储根据各种程序进行处理所需的数据。

通信接口130与电池设备20交换数据。具体地，通信接口130接收来自电池设备20的测量数据。例如，可以使用路由器等来实施通信接口130。通信接口130可以执行与电池设备20的有线通信或无线通信。通信接口130可以在可单向通信的网络或可双向通信的网络(例如，CAN(控制区域网)、以太网)上与电池设备20通信。

输入设备30经由输入接口140连接到计算装置10。输入接口140可以具有输入控制功能，以在将从输入设备30接收的输入信号转换成CPU 110可识别的形式之后，将该输入信号供应到计算装置10。应当注意，可以使用例如端子等来实施输入接口140，但是在将输入设备30直接耦合到计算装置10中的线路的情况下可以省略输入接口140。

输出接口150将输出设备40连接到计算装置10。例如，如果输出设备40是显示设备，则CPU 110可以例如经由输出接口150来控制用于显示设备的显示控制器。或者，设置在计算装置10外部的显示控制器(例如，图形板)可以控制显示设备。

ROM 160存储各种程序。具体地，ROM 160存储使CPU 110用作内部状态参数计算器161、上限充电容量计算器162、初始充电容量计算器163和容量计算器164的程序。

ROM 160可以存储例如以下程序：显示程序，其用于将图像数据作为人能够识别的文本和图片显示在输出设备40上；转换程序，其用于将数据转换成输出设备40所支持的形式；以及信息寄存程序，其用于在预定时间处将输出设备40输出的数据存储在储存器170中。

可以利用不同类型的存储介质替代ROM 160。这种存储介质优选为不可重写数据的暂态存储介质，但是也可以是能够根据需要读写数据的存储介质(例如，半导体存储器)。

在诸如硬盘驱动器(HDD)之类的非易失性存储介质中实施储存器170。应当注意，储存器170并不总是被实施为非易失性介质；也可以将其实施为诸如闪速存储器之类的半导体存储器或HDD与半导体存储器的组合。此外，可以单独地或整体地对ROM 160和储存器170进行配置。

储存器170中产生了包括函数信息数据库171、测量数据库172和计算结果数据库173的各种数据库。储存器170还可以存储由CPU 110执行的计算过程所需的数据。也可以在设置在云计算系统中的计算装置10外部的存储设备而不是储存器170上产生这些各种各样的数据库。在该情况下，可以省略储存器170。

函数信息数据库171例如以表格形式管理可充电电池的充电容量与阴极处的电势之间的关系以及可充电电池的充电容量与阳极处的电势之间的关系。也可以以诸如函数、值和查找表之类的其它形式来存储这些关系。图8示出了描述可充电电池的充电容量与阴极处的电势之间的关系的函数，并且图9示出了描述可充电电池的充电容量与阳极处的电势之间的关系的函数。

测量数据库172以表格形式管理诸如电流、电压和充电容量之类的可充电电池的测量与测量时间之间的关系。例如，可以将测量时间设置为符合预定测量间隔。例如，CPU 110可以在测量数据库172中查询属于可充电电池的充电或放电周期的多个测量时间以及与测量时间相关联的电流值和电压值，并且可以通过将所述值绘制成曲线来产生图10中所示的曲线图。在图10中，实线表示电压值，并且虚线表示电流值。内部状态参数计算器161使用由测量数据库172管理的数据。

计算结果数据库173以例如表格形式管理由CPU 110计算的各种值(例如，内部状态参数、上限充电容量、开路电压和容量等)。CPU 110可以从计算结果数据库173中提取那些值，并且可以经由输出接口150在输出设备40上输出所述值。

如图2中所示，电池设备20包括可充电电池201、负载(或电源)210、电流检测器220、以及电压检测器230。构成电池设备20的元件中的除了可充电电池201之外的一些或全部元件都可以设置在电池设备20外部(例如，计算装置10内部)。

可充电电池201可以是各种类型的可充电电池，例如锂离子电池。对于本实施例而言，具有由于阴极和阳极的SOC的组合中的移位而导致的容量下降的特性的可充电电池是优选的，如图3中所示，该下降大于由于阴极或阳极的活性材料量的减少而导致的容量下降。例如，包含磷酸铁作为阴极材料(尤其是阴极活性材料)并且包含石墨作为阳极材料(尤其是阳极活性材料)的可充电电池具有这种特性。如果阳极材料是碳材料(例如，包括人造石墨或天然石墨的石墨型碳、以及非结晶型碳)，那么可充电电池易于具有发生SOC的组合中的移位，因为在对可充电电池充电时，锂将被沉淀或被灭活。然而，本实施例适用于可充电电池201不具有这种特性的情况。

可充电电池201可以是电池模块，例如，由多个电池单元组成的电池组。在这种情况下，可以以电池单元为单位或者以电池模块为单位来执行各种参数的测量和计算。通常，由于下降的增长和特性未必在电池模块中包括的多个电池单元之间匹配，因而优选为以电池单元为单位执行各种参数的测量和计算。

在对可充电电池201进行放电时，连接负载210以消耗可充电电池201的功率。另一方面，在对可充电电池201进行充电时，连接电源210以向可充电电池201供应功率。

电流检测器220检测在可充电电池201中流动的电流的值。电流检测器220将检测到的电流值输出到计算装置10。

电压检测器230检测可充电电池201的阴极端子与阳极端子之间的电压的值(即，端子电压)。电压检测器230将检测到的电压值输出到计算装置10。

在对可充电电池201进行充电或放电的同时操作电流检测器220和电压检测器230。可以通过任意技术来指定对可充电电池201进行充电或放电的周期。

输入设备30可以是通常设置有计算机设备的任何类型的输入设备(例如，键盘、数字键盘、按钮)。输入设备30可以具有通过识别人类语言或其它声音来产生输入信号的功能。可以将输入设备30内置于计算装置10。

输出设备40可以是显示设备(例如，液晶显示器、有机电致发光(EL)显示器、等离子体显示器等)。输出设备40可以是基于来自计算装置10的指令来控制电池设备20的控制器。可以将输出设备40内置于计算装置10。

总之，图1中的计算装置10如图11中所示地进行操作。首先，CPU 110从电池设备20采集可充电电池201的测量数据(例如，电流值、电压值和充电容量)，并且在将数据与测量时间数据相关联之后将数据存储在测量数据库172中(步骤S601)。在步骤S601中，在将测量时间数据和测量数据存储在测量数据库172中之前，可以将它们暂时存储在RAM 120中。关于测量数据，在例如第一次测量时将充电容量设置为零，并且在其它测量时计算充电容量作为电流的时间积分值。可以由CPU 110计算充电容量，或由电池设备20中的计算器(未示出)计算充电容量。

内部状态参数计算器161通过对步骤S601中存储的测量数据执行回归分析来计算内部状态参数(步骤S602)。内部状态参数包括阴极的活性材料量和初始充电容量、以及阳极的活性材料量和初始充电容量。应当注意，将阴极和阳极的至少其中之一(换言之，至少第一电极)的活性材料量改变为在步骤S604处预定的固定值，并且在同一步骤中重新计算至少第一电极的初始充电容量。

上限充电容量计算器162基于在步骤S602处计算的内部状态参数来计算与可充电电池201的开路电压达到上限电压(下文将对其进行描述)时的充电容量近似相等的上限充电容量(换言之，归入参考充电容量的预定范围内的上限充电容量)(步骤S603)。

初始充电容量计算器163将在步骤S602处计算的阴极或阳极的至少其中之一(即，至少第一电极)的活性材料量改变为固定值，并且使用在步骤S603中计算的上限充电容量来重新计算至少第一电极的初始充电容量(步骤S604)。

容量计算器164使用在步骤S602处计算的内部状态参数(除了在步骤S604处被改变为固定值的活性材料量和重新计算的初始充电容量)、在步骤S604处被改变为固定值的活性材料量以及重新计算的初始充电容量来计算对应于多个充电容量的可充电电池201的开路电压和可充电电池201的容量(步骤S605)。

具体地，内部状态参数计算器161计算可充电电池201的五个内部状态参数：阴极的量(具体而言，阴极活性材料的量)、阳极的量(具体而言，阳极活性材料的量)、阴极的初始充电容量、阳极的初始充电容量和内部电阻。在下文的说明中，为简洁起见，假设阴极和阳极中的每一个由一种活性材料构成；然而，本实施例适用于阴极和阳极由多种活性材料构成的情况。

在可充电电池201的阴极和阳极中的每一个由单个种类的活性材料构成时，可以通过下面的方程(1)来表示在对可充电电池201进行充电或放电时的端子电压值：

$V_t=f_c(q{c}_0+\frac{q_t}{M_t})-f_a(q{a}_0+\frac{q_t}{M_a})+R{L}_t---\left(1\right)$

在方程(1)中，V_t是表示测量时间t处的端子电压值的变量，f_c()是描述可充电电池201的充电容量与阴极处的电势之间的关系的函数，并且由函数信息数据库171管理。此外，qc₀是表示阴极的初始充电容量的变量，并且q_t表示时间t处的可充电电池201的充电容量，并且被记录在测量数据库172中。应当注意，并不总是有必要将q_t记录在测量数据库172中。可以通过对例如记录在测量数据库172中的可充电电池201的电流值执行时间积分来导出值q_t。在方程(1)中，M_c是表示阴极的活性材料量的变量，并且f_a()是描述可充电电池201的充电容量与阳极处的电势之间的关系的函数，并且由函数信息数据库171管理。此外，qa₀是表示阳极的初始充电容量的变量，M_a是表示阳极的活性材料量的变量，R是表示内部电阻的变量。I_t表示时间t处的可充电电池201的电流值，并且被记录在测量数据库172中。

内部状态参数计算器161通过采用使测量数据库172中记录的与给定测量时间相关联的可充电电池201的端子电压值与通过方程(1)计算的端子电压值之间的残留误差减小的方式执行回归分析来计算内部状态参数。内部状态参数计算器161可以计算使具有以下方程(2)所指示的平方误差的和的形式的残留误差E最小化的内部状态参数。

$E=\underset{t=t_0}{\overset{t_{\mathrm{end}}}{\mathrm{\Σ}}}{(V_{\mathrm{bat}\_t}-(f_c(q{c}_0+\frac{q_t}{M_c})-f_a(q{a}_0+\frac{q_t}{M_a})+R{I}_t))}^2---\left(2\right)$

以下在方程(2)中，E表示残留误差，t₀表示对应于作为回归分析的目标的周期的起始点的测量时间，t_end表示对应于所述周期的终点的测量时间，并且V_{bat_t}表示时间t处的可充电电池201的端子电压值，并且被记录在测量数据库172中。从抑制由于测量误差(例如，计算的参数的误差)而产生的不利影响的角度来看，作为回归分析的目标的周期应该优选为CC(恒定电流)充电周期或CC放电周期；然而，其也可以是其它周期。

内部状态参数计算器161可以利用各种算法来计算内部状态参数，以使残留误差最小化。内部状态参数计算器161可以利用例如Gauss-Newton法或Levenberg-Marquardt法的一阶微分来计算内部状态参数，并且可以利用诸如粒子群优化算法和遗传算法之类的数学算法来计算内部状态参数。

上限充电容量计算器162如图4中所示地进行操作，以使用由内部状态参数计算器161计算的阴极的活性材料量和初始充电容量以及阳极的活性材料量和初始充电量来计算对应于可充电电池201的上限电压的上限充电容量。图4中所示的处理例如在内部状态参数计算器161中的处理完成之后开始。

在图4中所示的过程开始时，上限充电容量计算器162设置充电容量的初始值q_n(即，首先赋予作为变量的充电容量q_n的值)(步骤S301)。可以将任何任意值设置为该充电容量q_n的初始值。例如，上限充电容量计算器162可以将测量数据库172中记录的充电容量中的最大值或由计算装置10内的CPU 110或计数器(未示出)使用记录在测量数据库172上的电流值等计算出的充电容量中的最大值设置为初始值。通过利用上述方式设置初始值，可以有效率地搜索上限充电容量。所述过程在步骤S301之后进行到步骤S302。

在步骤S302中，上限充电容量计算器162通过例如以下方程(3)来计算可充电电池201的开路电压：

$E_n=f_c(q{c}_0+\frac{q_n}{M_c})-f_a(q{a}_0+\frac{q_n}{M_a})---\left(3\right)$

在公式(3)中，E_n表示在给定充电容量q_n时可充电电池201的开路电压。如上所述，f_c()和f_a()由函数信息数据库171管理。由内部状态参数计算器161计算值qc₀、M_c、qa₀和M_a。符号q_n是表示充电容量的变量，并且在步骤S301处被初始化，并且在下文将描述的步骤304处被更新。

如果在步骤S302处计算的开路电压不低于预定的上限电压，则所述过程进行到步骤S305；如果不是这样，则所述过程进行到步骤S304(步骤S303)。该上限电压对应于例如可充电电池201的开路电压可用的预定电压的范围的上限值。从安全、寿命和电阻等角度考虑，在确定可充电电池201的阴极活性材料和阳极活性材料中的每一个之前确定电压的适当范围。出于该原因，可充电电池201的上限电压由可充电电池201的阴极活性材料和阳极活性材料的类型的组合来确定。例如，可以将由可充电电池201的阴极活性材料确定的电压范围的上限值或由可充电电池201的阳极活性材料确定的电压范围的上限值中的较大值限定为上限电压。

在步骤S304中，上限充电容量计算器162将Δq_n加到充电容量q_n上。值Δq_n是充电容量q_n的调整宽度，并且其可以被配置为任何任意值。例如，上限充电容量计算器162可以使用具有处于可充电电池201的额定容量的1/1000到1/100的范围内的值的Δq_n。具体地，在可充电电池201的额定容量为1000mAh时，可以将Δq_n设置为1mAh到10mAh的范围内的值。

在步骤S305中，上限充电容量计算器162将当前充电容量q_n(即，可充电电池201的开路电压达到上限电压时的基于±Δq_n的范围内的充电容量的值)作为上限充电容量q_upper记录在计算结果数据库173中，并且图4中所示的过程完成。

初始充电容量计算器如图5中所示地进行操作，以将在步骤S602处计算的阴极和阳极的活性材料量的至少其中之一(即，至少第一电极的活性材料量)改变为固定值，并且使用至少第一电极的活性材料量和初始充电容量以及在步骤S603处计算的上限充电容量来重新计算适用的第一电极的初始充电容量(步骤S604)。图5中所示的过程例如在上限充电容量计算器162处的处理完成之后开始。

初始充电容量计算器163将阴极或阳极的活性材料量中的在下降时具有较小的减小量的一个(即，具有较小的由于活性材料量的减少而导致的下降的阴极或阳极)改变为固定值，并且重新计算它们的其中之一的初始充电容量。例如，如果可充电电池201包含磷酸铁作为阴极活性材料，并且包含石墨作为阳极活性材料，则初始充电容量计算器163优选地将阴极的活性材料量改变为固定值，并且重新计算阴极的初始充电容量。即使将这种活性材料量改变为固定值，对可充电电池201的内部状态的估计的准确度也几乎不会降低；相反，通过基于固定值来以高准确度重新计算初始充电容量提高了对可充电电池201的内部状态的估计的准确度。

为简洁起见，下述说明将基于初始充电容量计算器163将阴极的活性材料量改变为固定值并且重新计算其初始充电容量的假设；然而在实际实施方式中，初始充电容量计算器163可以将阳极的活性材料量改变为固定值，并且可以重新计算其初始充电容量，或者可以将阴极和阳极的活性材料量中的每一个均改变为固定值，并且可以重新计算阴极和阳极中的每一个的初始充电容量。

在图5中所示的过程开始时，初始充电容量计算器163从计算结果数据库173中读取由上限充电容量计算器162计算的上限充电容量q_upper(步骤S401)。然后，初始充电容量计算器163将由内部状态参数计算器161计算的阴极的活性材料量改变为固定值。此外，初始充电容量计算器163基于在步骤S401处读取的上限充电容量q_upper、由内部状态参数计算器161计算的阴极的初始充电容量qc₀和活性材料量M_c、以及对应于上述固定值的活性材料量M₀来重新计算阴极的初始充电容量(步骤S402)。具体地，初始充电容量计算器163可以基于以下方程(4)来重新计算阴极的初始充电容量：

$q{c_0}^{\′}=q{c}_0+\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_c}-\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_0}---\left(4\right)$

在公式(4)中，qc₀'表示重新计算的阴极的初始充电容量。根据公式(4)，除了M_c＝M₀的情况之外，qc₀'≠qc₀。根据公式(4)，如图6中所示，初始充电容量计算器163重新计算阴极的初始充电容量，以使可充电电池201的对应于上限充电容量q_upper的开路电压(近似等于上限电压)在将阴极的活性材料量改变为固定值之前和之后不发生改变。由于可以由以上方程(3)计算开路电压，因此可以导出以下方程(4)。

$f_c(q{c_0}^{\′}+\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_0})-f_a(q{a}_0+\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_a})=f_c(q{c}_0+\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_c})-f_a(q{a}_0+\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_a})$

$f_c(q{c_0}^{\′}+\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_0})=f_c(q{c}_0+\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_c})---\left(5\right)$

$q{c_0}^{\′}+\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_0}=q{c}_0+\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_c}$

$q{c_0}^{\′}=q{c}_0+\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_c}-\frac{q_{\mathrm{upper}}}{M_0}$

应当注意，上面的活性材料量M₀可以是任意固定值；然而，可以基于可充电电池201的额定容量以及活性材料的每单位质量(例如，1g)的最大充电容量来确定M₀。具体地，例如，可充电电池201的额定容量为1000mAh，并且活性材料的每单位质量的满充电容量为100mAh/g，可以将活性材料量M₀设置为10到15的范围内的固定值。或者，可以将上述活性材料量M₀设置为等于由内部状态参数计算器161基于在可充电电池201的低速率充电时的端子电压值测量的时间变化而预先计算的活性材料量的固定值。

容量计算器164如图7中所示地进行操作，以使用由内部状态参数计算器161计算的内部状态参数(除了被改变为固定值的活性材料量和由初始充电容量计算器163重新计算的初始充电容量之外)、被初始充电容量计算器163改变为固定值的活性材料量、以及由初始充电容量计算器163重新计算的初始充电容量来计算可充电电池201的对应于多个充电容量的开路电压和可充电电池201的容量。图7中所示的过程在例如初始充电容量计算器163处的处理完成之后开始。

在图7中所示的过程开始时，容量计算器164设置充电容量qn的初始值(即，首先赋予作为变量的充电容量q_n的值)(步骤S501)。可以将任意值设置为该充电容量q_n的初始值。容量计算器164可以为充电容量q_n设置可以基于由(例如)内部状态参数计算器161计算的阴极或阳极的初始充电容量和活性材料量来导出的值作为初始值。例如，如果阴极或阳极的初始充电容量是10mAh/g，并且活性材料量为10g，则容量计算器164可以为充电容量q_n设置处于-100到-50的范围内的值作为初始值。过程在S501之后进行到步骤S502。

在步骤S502中，容量计算器164通过例如以上方程(3)来计算可充电电池201的开路电压。然而，应当注意，初始充电容量计算器163将M_c和M_a的至少其中之一(即，至少第一电极的活性材料量)改变为固定值，并且初始充电容量计算器163重新计算qc₀和qa₀的至少其中之一(即，至少第一电极的初始充电容量)。在步骤S501处对表示充电容量的变量q_n进行初始化，并且在步骤S504、步骤S505和步骤S509处对其进行更新。

如果在步骤S502处计算的开路电压小于预定的下限电压，则过程进行到步骤S505；如果不是，则过程进行到步骤S504(步骤S503)。例如，该下限电压对应于可充电电池201的开路电压可用的预定电压的范围的下限值。从安全、寿命和电阻等的角度考虑，在确定可充电电池201的阴极活性材料和阳极活性材料中的每一个之前确定电压的适当范围。出于该原因，由可充电电池201的阴极活性材料和阳极活性材料的类型的组合来确定可充电电池201的下限电压。

在步骤S504中，容量计算器164从充电容量q_n中减去Δq_n。值Δq_n是充电容量q_n的调整宽度，并且其可以被配置为任何的任意值。例如，容量计算器164可以使用具有处于可充电电池201的额定容量的1/1000到1/100的范围内的值的Δq_n。具体地，在可充电电池201的额定容量是1000mAh时，可以将Δq_n设置为处于1mAh到10mAh的范围内的值。在S504之后，过程返回到步骤S502。

在步骤S505中，容量计算器164将Δq_n加到充电容量q_n上。接下来，容量计算器164计算可充电电池201的开路电压(步骤S506)。如果在步骤S506处计算的开路电压不低于前述下限电压，则过程进行到步骤S508；如果不是，则过程返回到步骤S505(步骤S507)。

在步骤S508中，容量计算器164将当前充电容量q_n(即，可充电电池201的开路电压达到电压下限时的基于±Δq_n的范围内的充电容量的值)作为下限充电容量q_lower记录在计算结果数据库173中，并且还将在步骤S506处基于当前充电容量q_n计算的开路电压记录在计算结果数据库173中，该步骤与基于q_lower的充电容量＝0相关联。过程在S508之后进行到步骤S509。

在步骤S509中，容量计算器164将Δq_n加到充电容量q_n上。接下来，容量计算器164计算可充电电池201的开路电压(步骤S510)。接下来，容量计算器164将在步骤S510处基于当前充电容量q_n计算的开路电压记录在计算数据库173中，该步骤与充电容量＝q_n-q_lower相关联(步骤S511)。如果在步骤S510处计算的开路电压不低于前述上限电压，则过程进行到步骤S513；如果不是，则过程返回到步骤S509(步骤S512)。

在步骤S513中，容量计算器164通过从当前充电容量q_n(即，可充电电池201的开路电压达到上限电压时的基于±Δq_n的范围内的充电容量的值，并且该值约等于上限充电容量q_upper)中减去下限充电容量q_lower来计算可充电电池201的容量(满充电容量)，并且容量计算器164将容量记录在计算结果数据库173中。

如上所述，根据第一实施例的计算装置首先计算可充电电池的内部状态参数，并且然后改变阴极和阳极的至少其中之一的活性材料量的至少其中之一，并且重新计算阴极和阳极的至少其中之一。因此，根据本文中所公开的计算装置，可以高度准确地估计可充电电池的内部状态(尤其是初始充电容量)，因为可以通过初始充电容量计算处理来重现由于扩散导致的电压变化，尽管必须引入将活性材料量改变为固定值并且重新计算初始充电容量的过程。初始充电容量计算处理所需的计算量和工作区相对较小。

按照根据第一实施例的计算装置，可以基于以高准确度估计的可充电电池的内部状态来计算可充电电池的特性(例如，可充电电池的对应于多个充电容量的开路电压、可充电电池的容量等)。具体地，图12和作为图12的放大图的图13示出了在执行初始充电容量计算处理的情况下基于内部状态参数计算的开路电压曲线(实线)、在省略初始充电容量计算处理的情况下基于内部状态参数计算的开路电压曲线(虚线)、以及在以低速率对电池进行充电时测量的开路电压值(圆圈)。如图12和图13中所示，可以通过引入初始充电容量计算处理来以高准确度计算可充电电池的对应于多个充电电容的开路电压。

可以使用通用计算机作为基础硬件来实施上述实施例中的处理的至少一部分。可以将实施上述实施例中的每个实施例的处理的程序存储在计算机可读存储介质中用于准备。将程序作为可安装或可执行的形式的文件存储在存储介质中。存储介质是磁盘、光盘(CD-ROM、CD-R、DVD等)、磁光盘(MO等)、半导体存储器等。也就是说，存储介质可以是任何形式的，只要程序能够存储在存储介质中并且计算机能够从存储介质读取程序。此外，可以将实施上述实施例中的每个实施例的处理的程序存储在连接到诸如Internet的网络的计算机(服务器)上，以便经由网络将其下载到计算机(客户端)中。

尽管已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅通过示例的方式呈现，并且并不是要限制本发明的范围。实际上，可以将本文中描述的新颖方法和系统实现为各种其它形式；在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本文中所描述的实施例的形式做出各种删减、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在涵盖落在本发明的范围和精神内的这些形式或修改。

Claims (10)

1.一种计算装置，包括：

第一计算器，其对包括第一电极和第二电极的可充电电池的端子电压值的时间变化执行回归分析以计算内部状态参数，所述内部状态参数包括至少所述第一电极的活性材料量和初始充电容量；

第二计算器，其基于所述内部状态参数来计算预定范围内的上限充电容量，所述上限充电容量基于所述可充电电池的开路电压达到上限电压时的充电容量；以及

第三计算器，其将所述第一电极的所述活性材料量改变为固定值，并且基于所述固定值和所述上限充电容量来重新计算所述第一电极的所述初始充电容量。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第三计算器重新计算所述第一电极的所述初始充电容量，以使得在改变所述第一电极的所述活性材料量之前和之后，所述可充电电池的对应于所述上限充电容量的所述开路电压不发生改变。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括第四计算器，其基于所述内部状态参数、被改变为所述固定值的所述第一电极的所述活性材料量、以及所述第一电极的重新计算的所述初始充电容量来计算所述可充电电池的对应于多个充电容量的开路电压。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第四计算器还基于所述内部状态参数、被改变为所述固定值的所述第一电极的所述活性材料量、以及所述第一电极的重新计算的所述初始充电容量来计算所述可充电电池的容量。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一电极和所述第二电极的其中之一包含石墨型碳或非结晶型碳作为阳极材料。

6.一种计算方法，包括：

对包括第一电极和第二电极的可充电电池的端子电压值的时间变化执行回归分析以计算内部状态参数，所述内部状态参数包括至少所述第一电极的活性材料量和初始充电容量；

基于所述内部状态参数来计算预定范围内的上限充电容量，所述上限充电容量基于所述可充电电池的开路电压达到上限电压时的充电容量；以及

将所述第一电极的所述活性材料量改变为固定值，并且基于所述固定值和所述上限充电容量来重新计算所述第一电极的所述初始充电容量。

7.根据权利要求6所述的方法，重新计算所述第一电极的所述初始充电容量，以使得在改变所述第一电极的所述活性材料量之前和之后，所述可充电电池的对应于所述上限充电容量的所述开路电压不发生改变。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括基于所述内部状态参数、被改变为所述固定值的所述第一电极的所述活性材料量、以及所述第一电极的重新计算的所述初始充电容量来计算所述可充电电池的对应于多个充电容量的开路电压。

9.根据权利要求6所述的方法，还包括基于所述内部状态参数、被改变为所述固定值的所述第一电极的所述活性材料量、以及所述第一电极的重新计算的所述初始充电容量来计算所述可充电电池的容量。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一电极和所述第二电极的其中之一包含石墨型碳或非结晶类碳作为阳极材料。