CN105264396B - 二次电池状态检测装置以及二次电池状态检测方法 - Google Patents

二次电池状态检测装置以及二次电池状态检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明的课题是在将二次电池搭载于车辆上时，正确地检测二次电池的状态。在检测搭载于车辆上的二次电池(14)的状态的二次电池状态检测装置(1)中，具有：第1动作模式，其是与二次电池新连接时的初始动作模式；以及第2动作模式，其是第1动作模式后的通常动作模式，该二次电池状态检测装置具备：初始状态检测单元(控制部(10))，其在与二次电池连接时，转移至第1动作模式，参照二次电池的端子电压，检测二次电池的初始状态；以及通常状态检测单元(控制部(10))，其在由初始状态检测单元检测出二次电池的状态之后的预定时刻，转移至第2动作模式，根据二次电池的端子电压和充放电电流来检测二次电池在通常时的状态。

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以及二次电池状态检测方法。
背景技术
在专利文献1中公开了检测铅蓄电池的SOC(State of Charge：充电状态)的技术。在该技术中，对于SOC已知的铅蓄电池，事先求出端子电压与放电电流之间的关系式，根据SOC不同的情况下的状态求出关系式的系数。并且，可通过在所求出的关系式中应用端子电压和放电电流来求出任意时刻的铅蓄电池的SOC。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－188965号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在车辆的组装工序中存在以下情况：根据二次电池状态检测装置的状态检测结果，来判定二次电池是否是正常的，当不正常时判定为不良，将二次电池更换为新的二次电池。
在针对二次电池安装状态检测装置时，产生二次电池的端子与状态检测装置的接触不好的状态，或者产生从二次电池向负载供电的状态，有时在此时检测二次电池的状态。在这种情况下，存在以下问题：由于无法进行正常的检测，所以误判定为二次电池异常，从而即使没有必要，也执行了二次电池的更换。
本发明的目的在于，提供在将二次电池搭载于车辆上时能够正确地检测二次电池的状态的二次电池状态检测装置以及二次电池状态检测方法。
解决问题的手段
为了解决上述课题，本发明提供一种二次电池状态检测装置，检测搭载在车辆上的二次电池的状态，该二次电池状态检测装置的特征是具有：第1动作模式，其是与所述二次电池新连接时的初始动作模式；以及第2动作模式，其是第1动作模式后的通常动作模式，该二次电池状态检测装置具备：初始状态检测单元，其在与所述二次电池新连接的情况下，使动作模式转移至所述第1动作模式，多次测定所述二次电池的端子电压，并根据多次测定的结果，检测所述二次电池的初始状态；以及通常状态检测单元，其在由所述初始状态检测单元检测出所述二次电池的状态之后的预定时刻，使所述动作模式转移至所述第2动作模式，并根据所述二次电池的端子电压和充放电电流，检测所述二次电池在通常时的状态，所述通常状态检测单元在所述二次电池成为所述车辆的点火开关连接后初次被接通的状态时，使所述动作模式转移至所述第2动作模式。
根据这样的结构，在将二次电池搭载于车辆上时，能够正确地检测二次电池的状态。并且，能够在二次电池的状态稳定的期间内检测状态。
另外，本发明的一个侧面的特征是，所述初始状态检测单元在判定为所述二次电池的初始状态不正常时，经由上位装置提示表示此情况的信息。
根据这样的结构，能够向作业者传递二次电池不正常的情况。
另外，本发明的一个侧面的特征是，所述初始状态检测单元多次检测所述二次电池的状态，并根据其平均值来检测所述二次电池的状态。
根据这样的结构，能够基于多次的平均值来正确地检测二次电池的状态。
另外，本发明的一个侧面的特征是，
所述初始状态检测单元多次检测所述二次电池的状态，并根据其最大值来检测所述二次电池的状态。
根据这样的结构，可基于多次的最大值来正确地检测二次电池的状态。
另外，本发明提供一种二次电池状态检测方法，用于检测搭载在车辆上的二次电池的状态，该二次电池状态检测方法的特征是具有：第1动作模式，其是与所述二次电池新连接时的初始动作模式；以及第2动作模式，其是第1动作模式后的通常动作模式，该二次电池状态检测方法具备以下的步骤：初始状态检测步骤，在与所述二次电池新连接时，使动作模式转移至所述第1动作模式，多次测定所述二次电池的端子电压，并根据多次测定的结果，检测所述二次电池的初始状态；以及通常状态检测步骤，在所述初始状态检测步骤中检测出所述二次电池的状态之后的预定时刻，使所述动作模式转移至所述第2动作模式，并根据所述二次电池的端子电压和充放电电流，检测所述二次电池在通常时的状态，在所述二次电池成为所述车辆的点火开关连接后初次被接通的状态时，使所述动作模式转移至所述第2动作模式。
根据这样的方法，在将二次电池搭载于车辆上时，可正确地检测二次电池的状态。并且，能够在二次电池的状态稳定的期间内检测状态。
发明效果
根据本发明，可提供一种二次电池状态检测装置以及二次电池状态检测方法，在将二次电池搭载于车辆上时能够正确地检测二次电池的状态。
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的控制部的详细结构例框图。
图3是示出车辆组装时的电压以及电流的变化的图。
图4是示出本发明的实施方式的动作模式的转移例的图。
图5是用于说明本实施方式的动作的流程图。
图6是示出车辆行驶后的二次电池的电压的变化的图。
图7是示出车辆组装时的二次电池的电压的变化的图。
具体实施方式
接着，说明本发明的实施方式。
(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。在此图中，二次电池状态检测装置1将控制部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作为主要的构成要素，检测二次电池14的状态。这里，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检测在二次电池14中流动的电流，并通知给控制部10。温度传感器13检测二次电池14本身或周围的环境温度，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，半导体开关通过控制部10被接通/断开控制，由此使二次电池14间歇性地进行放电。
二次电池14例如由铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池等构成，经由交流发电机16进行充电，驱动启动电机18来启动发动机，并且对负载19供电。交流发电机16由发动机17进行驱动，产生交流电后经由整流电路转换为直流电，并对二次电池14进行充电。
发动机17例如由汽油发动机以及柴油发动机等往复式发动机、或旋转发动机等构成，由启动电机18启动，经由传送装置对驱动轮进行驱动，向车辆施加推进力，并且驱动交流发电机16进行发电。启动电机18例如由直流电动机构成，利用从二次电池14供给的电力而产生旋转力，启动发动机17。负载19例如由电动转向电机、除雾器、点火线圈、汽车音频以及汽车导航等构成，利用来自二次电池14的电力进行动作。此外，可以取代发动机17而使用电动电机。
图2是示出图1所示的控制部10的详细结构例的图。如该图所示，控制部10具有CPU(Central Processing Unit：中央处理器)10a、ROM(Read Only Memory：只读存储器)10b、RAM(Random Access Memory：随机存储器)10c、通信部10d、l/F(Inter face：接口)10e。这里，CPU 10a根据ROM 10b中存储的程序10ba来控制各个部。ROM 10b由半导体存储器等构成，存储程序10ba等。RAM 10c由半导体存储器等构成，存储在执行程序ba时生成的数据、后述的表或公式等的参数10ca。通信部10d与作为上位装置的ECU(Electronic ControlUnit：电子控制单元)等之间进行通信，将检测出的信息通知给上位装置。I/F10e将从电压传感器11、电流传感器12以及温度传感器13供给的信号转换为数字信号后取入，并且对放电电路15供给驱动电流来对其进行控制。
(B)实施方式的动作原理的说明
接着，参照图来说明实施方式的动作原理。图3是用于说明在车辆的组装工序中对二次电池14安装了二次电池状态检测装置1时的动作的时序图。此外，在车辆的组装工序中，首先，安装负载19并且安装二次电池状态检测装置1。然后，在搭载二次电池14之后，将二次电池状态检测装置1和负载19与二次电池14进行连接。如图3所示，当在时刻t0使二次电池14开始二次电池状态检测装置1的连接时，如图3(B)所示，从二次电池14向二次电池状态检测装置1供给电源电力，二次电池状态检测装置1处于初始化动作中，并且关于二次电池14的状态检测，转移至初始动作模式M1。此外，所谓初始化动作，例如是指用于读出ROM10b中存储的程序10ba后在RAM 10c中展开而成为可进行动作的状态的动作。另外，所谓初始动作模式M1是指如图4所示在二次电池状态检测装置1新与二次电池14进行连接时要转移的动作模式，如后述的那样，该动作模式是：根据二次电池14的端子电压来估计SOC而存储在RAM10中，并且例如将其最大值作为初始SOC进行提示。
在初始化动作中，虽然利用电压传感器11来测定电压，但因为在二次电池状态检测装置1的安装中，例如按照将二次电池状态检测装置1的连接部旋入二次电池14的端子的方式进行安装，所以电气连接状态发生变化，因此如图3(E)所示测定电压由于接触电阻的变化而不稳定。此时，CPU10a根据由电压传感器11检测到的电压来求出SOC。即，在二次电池14的电压与SOC之间存在相关关系，因此基于这些相关关系，根据由电压传感器11检测出的电压来求出SOC，并存储到RAM10c内。在图3(F)中，各个黑圈表示估计SOC的时刻。如上所述，因为由电压传感器11检测到的电压大幅度波动，因此根据电压传感器11所检测到的电压而检测出的SOC如图3(F)所示大幅度波动而不固定。
初始动作结束后，在时刻t1，开始从二次电池14向负载19供给电源电力，成为负载的初始动作中的状态。在此状态下，由于二次电池状态检测装置1处于与二次电池14可靠地电连接的状态，所以不存在电压传感器11的检测值依据接触电阻的变化而变动的情况。但是，在负载初始动作中，由于负载19中通过电流，所以如图3(E)所示地，电压传感器11所检测出的电压由于二次电池14的内部阻抗引起的压降而稍稍变动。因此，如图3(F)所示，根据电压传感器11所检测的电压而估计出的SOC的值也稍稍变动。CPU10a确定在此时刻之前估计出的SOC的最大值，并将其作为初始SOC。
在时刻t2，当负载19的动作结束时，成为稳定动作状态。在此状态下，由于从二次电池14对负载的电力供给减少，所以二次电池14的电压缓缓恢复到通常的状态。此时，估计出的SOC的值也如图3(F)所示伴随着电压的上升而上升，成为接近于真值的状态。CPU10a确定在此时刻之前估计出的SOC的最大值，并将其作为初始SOC。
在时刻t3中，当车辆的IG(Ignition：点火)开关被操作，启动电机18被旋转时，CPU10a检测IG开关的操作，并求出作为初始动作模式M1中的SOC的初始SOC。即，CPU10a将在时刻t1～t3中估计出的SOC的最大值作为初始SOC。接着，CPU10a比较初始SOC与预定的阈值(例如，80％)，在初始SOC小于预定的阈值(初始SOC＜80％)时，判定为二次电池14不正常，例如，经由通信部10d向上位装置(未图示)通知此情况。上位装置接受来自通信部10d的通知，向提示部提示表示二次电池14不正常的消息。结果是，进行组装作业的作业员可通过参照所提示的消息，来知晓二次电池14不正常的情况。此外，也可以不是二次电池状态检测装置1进行判定，而是二次电池状态检测装置1将初始SOC传递至上位装置，由上位装置进行判定后向提示部提示判定结果。
当求出初始动作模式M1中的初始SOC时，CPU10a如图4所示从初始动作模式M1转移至通常动作模式M2。在通常动作模式M2中，CPU10a例如将在初始动作模式M1下求出的初始SOC作为初始值，将该初始SOC加上根据电流传感器12的输出算出的充电/放电电流相乘值，由此能够求出二次电池14的SOC。此外，二次电池14的特性依据温度而变化，所以可参照温度传感器13的输出来执行基于温度的校正处理。
此外，在通常动作模式M2下进行的动作中，在从二次电池14卸下二次电池状态检测装置1的情况(例如，为了电池更换而卸下的情况)下，结束通常动作模式M2，并且在再次安装于二次电池14的情况下从初始动作模式M1开始启动。
如以上说明的那样，根据本发明的实施方式，将二次电池状态检测装置1与二次电池14进行连接的最初作为初始动作模式M1，将初始动作模式M1的结束后(在上述的例子中为IG开关操作后)作为通常动作模式M2，并改变各个动作模式中的SOC的估计方法，由此能够在各个动作模式中正确地求出SOC。结果是，在初始动作模式M1中，根据二次电池14的电压来多次估计SOC，从估计出的多次的SOC中求出最大值，将其作为初始动作模式中的SOC向组装作业者进行提示，由此能够正确地判定二次电池14是否正常。另外，通过求出最大值而进行提示，能够去除例如在时刻t0～t1这样的不稳定状态下估计出的SOC，并且能够去除如时刻t1～t2那样负载19被供给电流而电压降低时估计出的SOC。由此，能够根据更接近于真值的SOC进行判定，所以可防止将正常的二次电池14判定为异常而使二次电池14本身浪费或者防止因更换所引起的无效劳动。
接着，参照图5来说明在图2所示的控制部10中执行的处理流程。当开始图5所示的流程图时，执行以下的步骤。
在步骤S10中，CPU10a例如参照电压传感器11的输出，判定二次电池状态检测装置1是否与二次电池14连接，在判定为连接的情况下(步骤S10：是)进入步骤S11，在其以外的情况下(步骤S10：否)反复同样的处理。
在步骤S11中，CPU10a转移至初始动作模式M1。此外，为了能够识别此时刻的动作模式，例如可在RAM10c中设置动作模式标志，并根据动作模式使该标志的状态变化。
在步骤S12中，CPU10a参照电压传感器11的输出，检测二次电池14的电压。
在步骤S13中，CPU10a根据在步骤S12中检测出的二次电池14的电压来估计SOC。此外，作为估计的方法，例如可以在RAM10c中预先存储表示二次电池14的电压与SOC之间的关系的表或关系式，根据表或关系式来求出SOC。此外，不仅仅是电压，还可以参照电流传感器12的输出来求出SOC。当然，也可以参照温度传感器13的输出来执行基于温度的校正处理。
在步骤S14中，CPU10a从步骤S13中估计出的至此为止的SOC中，确定最大值SOCm。此外，作为确定最大值的方法，例如可通过以下这样的方式来实现：在步骤S13中新估计出的SOC大于此时刻作为SOCm存储的值的情况下，将SOC存储为SOCm，在上述以外的情况下，保持不变。
在步骤S15中，CPU10a将在步骤S14中确定出的SOCm存储在RAM10c中。此外，关于SOC的估计以及存储处理，例如以预定的时间间隔(例如，每1分钟)进行。当然，可设定为1分钟以外。
在步骤S16中，CPU10a判定IG开关是否处于接通状态，在判定为处于接通状态的情况下(步骤S16：是)，进入到步骤S17，在其以外的情况下(步骤S16：否)，返回至步骤S12，反复与上述情况同样的处理。例如，由组装作业者在IG开关处于接通状态的情况下进入到步骤S17。
在步骤S17中，CPU10a读出在步骤S15中存储到RAM10c内的SOCm。
在步骤S18中，CPU10a判定在步骤S17中读出的最大值SOCm是否小于预定的阈值Th，在判定为小于预定的阈值Th的情况下(步骤S18：是)，进入到步骤S19，在其以外的情况下(步骤S18：否)，进入到步骤S20。此外，作为阈值Th例如可采用80％。当然也可以采用其以外的值。
在步骤S19中，CPU10a例如经由通信部10d对上位装置通知警告。由此，例如，在上位装置中进行表示SOC低于阈值的情况的显示，所以组装作业者可知晓二次电池14是不正常的。然后进入到步骤S20。
在步骤S20中，CPU10a转移至通常动作模式M2。此外，在通常动作模式M2中，例如在预定的时刻(例如，停车时)由放电电路15执行脉冲状的放电，并根据此时的端子电压以及放电电流来检测二次电池14的状态。
在步骤S21中，CPU10a判定二次电池状态检测装置l是否已从二次电池14脱离，在判定为已脱离的情况下(步骤S2l：是)，结束处理，在其以外的情况下(步骤S2l：否)，返回至步骤S20来执行同样的处理。
根据以上的处理，在已安装于二次电池14的情况下转移至初始动作模式M1，根据二次电池14的端子电压来估计SOC，确定SOC的最大值SOCm而设为初始SOC，并且存储在RAM10c中。然后，在IG开关被操作时，读出RAM10c中存储的SOCm，在SOCm小于预定的阈值Th的情况下，发出警告向作业者提示注意，然后转移至通常动作模式M2。另外，在SOCm是预定的阈值以上的情况下，可以转移至通常动作模式M2。此外，在以上的流程图中，在步骤S13中重新估计SOC，在步骤S14中，在重新估计出的SOC大于SOCm的值的情况下，将SOC代入到SOCm来求出SOC的最大值SOCm，但也可以将在步骤S13中估计出的多个SOC直接存储在存储器中，从存储于存储器中的多个SOC中，将具有最大值的SOC确定为SOCm。如图5所示的流程图那样，通过每次求出SOCm，能够减少存储SOC的存储器的容量，所以能够抑制装置的制造成本。
(D)变形实施方式的说明
以上实施方式仅为一例，本发明当然不限于上述这样的情况。例如，在以上实施方式中，在初始动作模式中，根据多次估计出的SOC的最大值进行判定，但例如也可以根据SOC的平均值进行判定。此外，在求出平均值时，也可以赋予与经过时间相对应的权重来求出平均值。具体地说，可根据从时刻t0起的经过时间来赋予较大的权重。
另外，在搭载有二次电池14的车辆行驶之后，如图6所示，二次电池14中产生分极，在该分极收敛之前需要将近几十小时的时间。因此，以往在图6所示的预定期间内测定电压，根据电压的变化来估计真值，基于该估计值来求出SOC。另一方面，在车辆的组装时，由于不通过相对于二次电池14的较大的充电电流以及放电电流，所以如图7所示，当在负载初始动作中负载19中流通的电流收敛时，二次电池14的电压在短时间(例如，几分钟)内收敛于真值。因此，也可以在针对负载19的电流收敛之后，测定预定的时间(几分钟期间)电压，采用电压的变化小于预定的阈值时的电压来估计SOC。此外，在电压的变化小于预定的阈值并估计SOC之前，可禁止作业者对IG开关的操作。
另外，在以上实施方式中，虽然负载初始动作中的电压也用于SOC的估计，但例如也可以参照电流传感器12的检测值并且在放电电流流通的情况下保留SOC的估计。由此，在负载初始动作中可保留SOC的估计。
另外，在以上的实施方式中，当SOC小于预定的阈值时发出警告，但是也可以提示测定出的SOC，让组装作业者进行判断。
另外，在以上的实施方式中，当SOC小于预定的阈值时立即发出警告，但是，也可以在判定为异常的情况下，再执行1次或多次SOC的测定动作，当再执行也判定为异常时，通知异常。根据这样的结构，可尽量减少误判定。
另外，当将在初始动作模式中测定出的初始SOC预先存储在RAM10c中并从其它装置进行请求时，也可以读出该初始SOC进行提示，并且通知在初始SOC的检查中合格的情况。根据这样的结构，初始检查已经执行而且能够知晓此时的SOC，所以例如即使在交货后产生不良状况，也容易确定原因。
标号说明
1 二次电池状态检测装置
10 控制部
10a CPU(初始状态检测单元、通常状态检测单元)
10b ROM
10c RAM
10d 显示部
10e I/F
11 电压传感器
12 电流传感器
13 温度传感器
14 二次电池
15 放电电路
16 交流发电机(alternator)
17 发动机(engine)
18 启动电机(starter motor)
19 负载

Claims (5)

1.一种二次电池状态检测装置，其检测搭载在车辆上的二次电池的状态，该二次电池状态检测装置的特征在于，具有：
第1动作模式，其是与所述二次电池新连接时的初始动作模式；以及
第2动作模式，其是第1动作模式后的通常动作模式，
该二次电池状态检测装置具备：
初始状态检测单元，其在与所述二次电池新连接的情况下，使动作模式转移至所述第1动作模式，多次测定所述二次电池的端子电压，并根据多次测定的结果，检测所述二次电池的初始状态；以及
通常状态检测单元，其在由所述初始状态检测单元检测出所述二次电池的状态之后的预定时刻，使所述动作模式转移至所述第2动作模式，并根据所述二次电池的端子电压和充放电电流，检测所述二次电池在通常时的状态，
所述通常状态检测单元在所述二次电池成为所述车辆的点火开关连接后初次被接通的状态时，使所述动作模式转移至所述第2动作模式。
2.根据权利要求1所述的二次电池状态检测装置，其特征在于，
所述初始状态检测单元在判定为所述二次电池的初始状态不正常时，经由上位装置提示表示此情况的信息。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池状态检测装置，其特征在于，
所述初始状态检测单元多次检测所述二次电池的状态，并根据其平均值来检测所述二次电池的状态。
4.根据权利要求1或2所述的二次电池状态检测装置，其特征在于，
所述初始状态检测单元多次检测所述二次电池的状态，并根据其最大值来检测所述二次电池的状态。
5.一种二次电池状态检测方法，用于检测搭载在车辆上的二次电池的状态，该二次电池状态检测方法的特征在于，具有：
第1动作模式，其是与所述二次电池新连接时的初始动作模式；以及
第2动作模式，其是第1动作模式后的通常动作模式，
该二次电池状态检测方法具备以下步骤：
初始状态检测步骤，在与所述二次电池新连接时，使动作模式转移至所述第1动作模式，多次测定所述二次电池的端子电压，并根据多次测定的结果，检测所述二次电池的初始状态；以及
通常状态检测步骤，在所述初始状态检测步骤中检测出所述二次电池的状态之后的预定时刻，使所述动作模式转移至所述第2动作模式，并根据所述二次电池的端子电压和充放电电流，检测所述二次电池在通常时的状态，
在所述二次电池成为所述车辆的点火开关连接后初次被接通的状态时，使所述动作模式转移至所述第2动作模式。
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