CN104977538A - 电池控制装置 - Google Patents

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Abstract

在充放电量较少的情况下，无法高精度地计算出电池的满充电容量。本发明的电池控制装置中，以电池的充电状态变为规定值以上的方式进行充放电，之后计算出放电前的第1充电状态，再进一步进行放电，求出所述电池的放电量，计算出放电后的第2充电状态，基于所述第1充电状态与所述第2充电状态的变动量并根据所述放电量来计算满充电容量，将电池充电后的开路电压与充电状态的第1对应关系、和所述电池放电后的开路电压与充电状态的第2对应关系之间的差变小的范围设定为规定范围，以所述电池的充电状态收敛于所述规定范围的方式进行充放电，计算出满充电容量。

Description

电池控制装置
技术领域
本发明涉及一种搭载于车辆上的电池控制装置。尤其涉及一种具备推定电池的满充电容量的单元的电池控制装置。
背景技术
车辆中，搭载有电池，即使在发电机停止，停止发电的状态下，仍能将所需的电力提供给车内的各种电设备。这种电池能进行充电，因此被称作二次电池或蓄电池。此处，所称的电池或蓄电池属于相同或相当的构件。
供电电池的充电状态的上限值(以下记作满充电容量)由于重复充放电及历时过长而会变差，降低。若不把握该满充电容量的下降而继续使用，则会引起电池过充电或过放电，而过充电或过放电会进一步引起电池的劣化。因此，为了进行恰当的充放电，要求精确把握电池满充电容量的下降状态。
关于电池满充电容量检测的必要性在不同场合被提出，例如，专利文献1中，获取外部充电时的二次电池的电压、电流以及电池温度，利用充电中的电流值的累计值、充电开始时及充电结束时的电池充电状态(以下、称为SOC(State of charge))，来计算出满充电容量。
另外，在专利文献2中，对车辆行驶时的电池充放电量进行累计，利用根据充电开始时及结束时电池端子间的开路电压(以下称作OCV(Open Circuit Voltage))推定出的SOC来计算满充电容量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-007564号公报
专利文献2：日本专利特开2013-158087号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，如专利文献1所示，若仅根据OCV与SOC的对应关系来推定SOC，则SOC的推定精度变低，使得满充电容量的推定精度也降低。
另外，在专利文献2所示的现有技术中，在充放电量大致为0时计算误差变大，无法高精度地计算满充电容量。
本发明为消除上述问题而得以完成，其目的在于提供一种电池控制装置，能高精度地计算出车辆电池的满充电容量，进行恰当的充放电控制。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的特征在于，以电池的充电状态变为规定值以上的方式进行充放电，计算出放电前的第1充电状态，再进一步进行放电，求出所述电池的放电量，计算出所述放电后的第2充电状态，基于所述第1充电状态与所述第2充电状态的变动量并根据所述放电量来计算满充电容量。
另外，本发明的特征还在于，将电池充电后的开路电压与充电状态的特性、和所述电池放电后的开路电压与充电状态的特性之间的差变小的范围设定为规定范围，以所述电池的充电状态收敛于所述规定范围的方式进行充放电，计算出放电前的第1充电状态，进行放电，求出所述电池的放电量，计算出放电后的第2充电状态，再基于所述第1充电状态与所述第2充电状态的变动量并根据所述放电量来计算出满充电容量。
发明效果
本发明中，通过进行规定值以上的放电，能减小充放电量较少时的计算误差，以求出满充电容量。
此外，由于是基于充电后特性与放电后特性之差较小的状态的区域中的、充电与放电的状态来计算出电池的满充电容量，因此能减小满充电容量的误差。
附图说明
图1是表示包含本发明的实施方式1的车载用电池控制装置在内的内燃机电源系统的一个示例的示意结构图。
图2是表示本发明的实施方式1的车载用电池控制装置中的处理的流程图。
图3是表示电池的OCV与SOC的关系(OCV-SOC特性)的一个示例的图。
图4是表示本发明的实施方式2的车载用电池控制装置中的处理的流程图。
图5是表示电池的充电后与放电后的OCV-SOC特性的差异的一个示例的图。
图6是表示本发明的实施方式3的车载用电池控制装置中的处理的流程图。
图7是表示本发明的实施方式4的车载用电池控制装置中的处理的流程图。
图8是表示本发明的实施方式5的车载用电池控制装置中的处理的流程图。
图9是表示本发明的实施方式6的车载用电池控制装置中的处理的流程图。
图10是表示本发明的实施方式7的车载用电池控制装置中的处理的流程图。
图11是表示本发明的实施方式8的车载用电池控制装置中的处理的流程图。
图12是表示本发明的实施方式9的车载用电池控制装置中的处理的流程图。
图13是表示包含本发明的实施方式10的车载用电池控制装置在内的内燃机电源系统的一个示例的示意结构图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的电池控制装置进行说明。
此外，在图中，相同标号表示同一或相当部分。
实施方式1
图1是将本发明的电池控制装置搭载于车辆上来使用时的电源系统的示意结构图的一个示例。其中，图1中省略了与本发明无直接关系的构成构件。
如图1所示，内燃机1与发电机2通过传送带等相连接，在内燃机1旋转的情况下，发电机2也旋转。利用发电机2的旋转来发电，所产生的电能充电至电池3，在功率转换装置8中转换电压，在电设备10中被消耗，或者充电至副电池9。
驱动用于启动内燃机1的启动装置11时的电力由副电池9来提供。另外，电池3是锂离子电池等。
锂离子电池是指利用分隔物来绝缘正极与负极，锂离子在电介质中往返于正极与负极之间，从而进行充电与放电的二次电池。锂离子电池在过充电、过放电的情况下，可能会引起劣化或内部短路。
电流传感器4以电池3的充电电流为正，以放电电流为负来进行检测，将所检测到的充放电电流的信息发送至电池管理单元7(以下称为BMU)。
电池监视单元6(以下称为CMU)对电池3进行监视。由电压传感器5检测出的电池3的电压信息被发送至BMU7。
因此，电流传感器4将电池3的充放电电流信息输入至BMU7，CMU6将电池3的电压信息输入至BMU7。BMU7基于所输入的充放电电流信息与电压信息并通过电流值的累计等来计算SOC，并进行充放电控制以使得电池不会过充电或过放电。
图2是表示本发明的实施方式1的电池控制装置的BMU7的处理的流程图。
该BMU7的处理定期(例如每隔10ms)实施。
以下，参照图2的流程图来说明本发明的实施方式1所涉及的电池控制装置。
BMU7的处理开始后，在步骤S101，在车辆行驶过程中以使得电池3的SOC成为规定值A1以上的方式来进行充放电。使电池3的SOC为规定值A1以上的方法例如通过限制电池3的充放电量以使得车辆行驶过程中电池3的SOC不低于规定值A1来实现。
在步骤S102中，检测车辆是否处于停止状态。然后，在检测到车辆停止的情况下，前进至步骤S103，使功率转换装置8停止。车辆停止是指例如点火开关关闭。
电池3的OCV与SOC具有对应关系(以下称为OCV-SOC特性)，可根据OCV来计算SOC。图3是表示OCV-SOC特性的图的一个示例。
OCV是指流过电池的电流大致为0的状态下的电池端子电压，刚进行完充放电之后的电池端子电压可能与OCV不一致。因此，需要在流过电池的电流大致为0的状态下一直待机到电池端子电压与OCV大致一致为止。
在步骤S104，判断电池3的端子电压的稳定状态。若判断为电池3的端子电压稳定，则前进至步骤S105。例如在由电流传感器4检测出的电池3的电流值大致为0的状态经过了规定时间以上等情况下，判断电池3的端子电压处于稳定状态。
步骤S105中，测量电池3的OCV，基于OCV-SOC特性来计算放电开始前的电池3的SOC(SOC1)。
步骤S106中，开始驱动功率转换装置8，电池3进行放电。如上所述，电池3的放电经由功率转换装置8被电设备10消耗，或者用于副电池9的充电。
步骤S107中，判断电池3的放电量dQ是否已超过规定值A2。电池3的放电量在规定值A2以下的情况下，继续放电，在放电量超过规定值A2的情况下，前进至步骤S108，停止功率转换装置8的驱动，停止电池3的放电。电池3的放电量dQ例如通过累计电流传感器4所检测出的电池3的充放电电流来算出。
在步骤S109，判断电池3的端子电压的稳定状态。若判断为电池3的端子电压稳定，则前进至步骤S110。
步骤S110中，测量电池3的OCV，基于OCV-SOC特性来计算放电停止后的电池3的SOC(SOC2)。
步骤S111中，基于电池3的放电开始前的SOC1与放电停止后的SOC2的变动量，并根据放电量dQ来计算电池3的满充电容量Q。也就是说，满充电容量Q基于以下式(1)计算出。
Q＝dQ/(SOC1-SOC2)×100···(1)
如上所述，根据本实施方式1，通过从电池3的SOC为规定值A1以上的状态开始放电，从而能使电池3的放电量为规定值以上，因此能高精度地推定电池3的满充电容量。
实施方式2
图4是表示本发明的实施方式2中蓄电池的控制装置的BMU7的处理的流程图，BMU7的处理动作定期(例如每隔10ms)实施。
以下，参照图4的流程图来说明本发明的实施方式2所涉及的车载用蓄电池控制装置。图4与图2的不同之处在于，增加了步骤S201，并将步骤S101变更为步骤S202。
以下，对图4与图2的不同点进行说明。
电池3的OCV-SOC特性有时在充电后与放电后不同。图5是表示充电后与放电后的OCV-SOC特性的不同之处的一个示例的图。
OCV-SOC特性差异较大区域(例如图5中的区域1)中，基于OCV计算出的SOC的误差可能变大。
步骤S201中，将OCV-SOC特性差异较小区域(例如图5中的区域2)的SOC设定为规定范围1。
步骤S202中，在车辆行驶过程中进行充放电以使得电池3的SOC收敛于规定范围1。将电池3的SOC收敛于规定范围1的方法例如通过在车辆行驶过程中限制电池3的充放电量来实现。
通过如本实施方式2那样构成，从而在电池3的OCV-SOC特性差异较小的区域计算SOC1，因此，能够降低SOC1的推定误差，能高精度地推定电池3的满充电容量。
实施方式3
图6是表示本发明的实施方式3中车载用蓄电池控制装置的BMU7的处理的流程图，BMU7的处理动作定期(例如每隔10ms)实施。
以下，参照图6的流程图来说明本发明的实施方式3所涉及的车载用蓄电池控制装置。
此外，图6与图2的不同之处在于，增加了步骤S301，并将步骤S107变更为步骤S307。
以下，对图6与图2的不同点进行说明。
电池3的OCV-SOC特性有时在充电后与放电后不同，在OCV-SOC特性差异较大的区域(例如图5中的区域1)中基于OCV计算出的SOC的误差可能变大。
步骤S301中，将OCV-SOC特性差异较小的区域(例如图5中的区域3)设定为规定范围2。
步骤S307中，判断电池3的SCO是否收敛于规定范围2。在电池3的SOC未收敛于规定范围2的情况下，继续放电，在收敛于规定范围2的情况下，前进至步骤S108，停止功率转换装置的驱动，停止电池的放电。
通过如本实施方式3那样构成，从而在电池3的OCV-SOC特性差异较小的区域计算SOC2，因此，能够降低SOC2的推定误差，能高精度地推定电池3的满充电容量。
实施方式4
图7是表示本发明的实施方式4中车载用蓄电池控制装置的BMU7的处理的流程图，BMU7的处理动作定期(例如每隔10ms)实施。
以下，参照图7的流程图来说明本发明的实施方式4所涉及的车载用蓄电池控制装置。图7与图2的不同点在于增加了步骤S406。
步骤S406中，基于开始放电时的SOC(SOC1)并根据与开始放电时的OCV-SOC特性的差异来设定规定值A2。
对于规定值A2的设定，例如在OCV-SOC特性的差异较大的区域(例如在图5中为区域1)使规定值A2增大，而在OCV-SOC特性的差异较小的区域(例如在图5中为区域2或区域3)使规定值A2减小等。
通过如本实施方式4那样构成，在电池3的OCV-SOC特性的差异较大、推定精度的误差可能变大的区域，能够使放电量增加，因此能高精度地推定电池3的满充电容量。
另外，能够在电池的OCV-SOC特性的差异较小、推定精度的误差较小的区域，使放电量减小，能缩短推定电池3的满充电容量的时间。
实施方式5
图8是表示本发明的实施方式5中车载用电池控制装置的BMU7的处理的流程图，BMU7的处理动作定期(例如每隔10ms)实施。
以下，参照图8的流程图来说明本发明的实施方式5所涉及的车载用电池控制装置。图8与图2的不同点在于增加了步骤S501。
步骤S501中，将车辆停止前的副电池9的SOC抑制到规定值A3以下。也就是说，通过控制电池3周围电路中的电流，从而能增大电池3的放电电流。
将副电池9的SOC抑制到规定值A3以下的方法例如通过在车辆行驶过程中对充电量进行限制以使得副电池9的SOC不超过规定值A3来实现。
通过如本实施方式5那样构成，能够增大从电池3经由功率转换装置8流入副电池9的电流，并能增大电池3的放电电流，因此能缩短放电所需时间、即推定所需时间。
实施方式6
图9是表示本发明的实施方式6中车载用蓄电池控制装置的BMU7的处理的流程图，BMU7的处理动作定期(例如每隔10ms)实施。
以下，参照图9的流程图来说明本发明的实施方式6所涉及的车载用蓄电池控制装置。图9与图2的不同点在于增加了步骤S605。
以下，对图9与图2的不同点进行说明。
实际流过电池3的电流与电流传感器4的检测值之间存在误差(偏差)。因此，图9中，在步骤S605，将电池3的充放电停止时的电流传感器4的检测值IO作为偏差来存储。
在步骤S105以后，将从放电中的电流传感器4的检测值减去偏差IO后得到的值作为电池3的放电电流，从而计算出放电量dQ。
通过如实施方式6那样构成，能够降低电流传感器4的检测值的误差，因此能高精度地实施推定。
实施方式7
图10是表示本发明的实施方式7中车载用蓄电池控制装置的BMU7的处理的流程图，BMU7的处理动作定期(例如每隔10ms)实施。
以下，参照图10的流程图来说明本发明的实施方式7所涉及的车载用蓄电池控制装置。图10与图2的不同点在于，将步骤S101变更为步骤S701。
步骤S701中，以使得电池3的电压成为规定值A4以上的方式进行充放电。
也就是说，如图3所示，由于SOC与OCV存在对应关系，因此能够根据电池电压来推定充电状态，并能将充电状态设定为规定以上。
在充放电中的端子电压与SOC的对应关系示出与OCV-SOC特性相同的趋势的情况下，用于推定充电状态的电池3的电压可以是在流过电池3的电流大致为0的状态下、电池3的端子电压与OCV大致相同时的端子电压，也可以是充放电中的端子电压。
充放电中的端子电压与SOC的对应关系示出与OCV-SOC特性相同的趋势的情况是指示出例如在图3中，在SOC上升的情况下端子电压上升、而在SOC下降的情况下端子电压下降这样的趋势的情况。
通过如实施方式7那样构成，即使在车辆行驶中的充电状态不明的情况下，也能基于电池3的电压来推定电池3的充电状态，从电池3的充电状态变为规定以上的状态开始放电，因此能使电池3的放电量为规定以上，并能高精度地推定电池3的满充电容量。
实施方式8
图11是表示本发明的实施方式8中车载用蓄电池控制装置的BMU7的处理的流程图，BMU7的处理动作定期(例如每隔10ms)实施。
以下，参照图11的流程图来说明本发明的实施方式8所涉及的车载用蓄电池控制装置。图11与图2的不同点在于将步骤S107变更为步骤S807。
在步骤S807中，判断电池3的充电状态是否为过放电的规定值A5以下。在判断为电池3的充电状态为过放电的规定值A5以下的情况下，前进至步骤S108，停止功率转换装置8的驱动，停止电池3的放电。
通过如实施方式8那样构成，基于电池3的充电状态来停止放电，因此能防止电池3的过放电，能在不使电池3劣化的情况下实施推定。
实施方式9
图12是表示本发明的实施方式9中车载用蓄电池控制装置的BMU7的处理的流程图，BMU7的处理动作定期(例如每隔10ms)实施。
以下，参照图12的流程图来说明本发明的实施方式9所涉及的车载用蓄电池控制装置。图12与图2的不同点在于将步骤S107变更为步骤S907。
在步骤S907中，判断电池3的电压是否为过放电的规定值A6以下。然后，在判断为电池3的电压为过放电的规定值A6以下的情况下，前进至步骤S108，停止功率转换装置8的驱动，停止电池3的放电。
通过如实施方式9那样构成，基于电池3的电压来停止放电，因此能防止电池3的过放电，能在不使电池3劣化的情况下实施推定。
实施方式10
图13是表示包含本发明的实施方式10的车载用蓄电池控制装置在内的内燃机电源系统的一个示例的示意结构图。
图13在图1的基础上增加了外部通知单元101。外部通知单元101在放电中或放电结束时通知用户等。
图13中示出了一个外部通知单元101，但也可以为了分别示出放电中与放电结束而设置两个外部通知单元101。或者，也可以对于放电中与放电结束用不同颜色或声音等来表示。
如本实施方式10那样构成，能够将电池3正处于放电中这一情况通知外部，因此能够防止例如在对车辆进行维护时触碰到放电中的电池3或功率转换装置8而触电这样的事故。
另外，由于将电池3放电结束这一情况通知外部，因此可知无需防触电对策。
此外，本发明可以在该发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。
工业上的实用性
本发明适用于车载用蓄电池，能在车辆停止过程中实施放电，计算满充电容量，因此无需车辆移动。因此，也能适用于其它一般二次电池中对满充电容量的确认。
标号说明
1 内燃机、2 发电机、3 电池、4 电流传感器、5 电压传感器、6 电池监视单元(CMU)、7 电池管理单元(BMU)、8 功率转换装置、9 副电池、10 电设备、11 启动装置、101 外部通知单元。

Claims (7)

1.一种电池控制装置，其特征在于，包括：
计算出电池充放电前的第1充电状态的步骤；
使所述电池进行放电并求出所述电池的放电量的步骤；
计算出所述电池放电后的第2充电状态的步骤；
基于所述电池的第1充电状态与所述第2充电状态的变动量并根据所述放电量来计算所述电池的满充电容量的步骤；以及
在计算所述第1充电状态的步骤之前，以使得所述电池的充电状态成为第1规定值以上的方式进行充放电的步骤。
2.如权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于，
在以所述电池的充电状态成为第1规定值以上的方式进行充放电的步骤中，将所述电池充电后的开路电压与充电状态的第1对应关系、和所述电池放电后的开路电压与充电状态的第2对应关系之间的差在第2规定值以下的区域设定为规定范围，以所述电池的充电状态收敛于所述规定范围的方式进行充放电。
3.如权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于，
具有所述电池充电后的开路电压与充电状态的第1对应关系、以及所述电池放电后的开路电压与充电状态的第2对应关系，
在通过所述第1对应关系计算出的充电状态与通过所述第2对应关系计算出的充电状态之间的差在第3规定值以下的情况下停止放电。
4.如权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于，
在通过所述电池充电后的开路电压与充电状态的第1对应关系计算出的充电状态、与通过所述电池放电后的开路电压与充电状态的第2对应关系计算出的充电状态之间的差在第4规定值以上的情况下，相比通过所述第1对应关系计算出的充电状态与通过所述第2对应关系计算出的充电状态之间的差在第5规定值以下的情况，设定得较大。
5.如权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于，
为增大所述电池的放电电流，对电池的周围电路进行控制。
6.如权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于，
将未进行充放电的状态下的所述电池的电流值的检测值作为偏差来进行存储，基于从所述电池放电中的电流值减去所述偏差后得到的值来计算出所述电池的放电量。
7.如权利要求1所述的电池控制装置，其特征在于，
具备将所述电池正处于放电中或放电结束的信息进行通知的外部通知单元。
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