CN105765396A - 电池剩余容量估计装置、电池剩余容量判定方法及电池剩余容量判定程序 - Google Patents

电池剩余容量估计装置、电池剩余容量判定方法及电池剩余容量判定程序 Download PDF

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Abstract

电池剩余容量估计装置具有开路电压估计单元、图切换单元、以及电池剩余容量估计单元。开路电压估计单元估计二次电池的开路电压。图切换单元基于充电完成后的二次电池的第1开路电压，切换表示第1开路电压和二次电池的电池剩余容量之间的关系的图。电池剩余容量估计单元基于切换后的图，估计对应于与第1开路电压不同的第2开路电压的电池剩余容量。

Description

电池剩余容量估计装置、电池剩余容量判定方法及电池剩余容量判定程序
技术领域
本发明涉及判定二次电池的电池剩余容量的电池剩余容量估计装置、电池剩余容量判定方法及电池剩余容量判定程序。
背景技术
作为一般的电池剩余容量(SOC：StateofCharge；充电状态)的估计方法，已知获取电池的开路电压(OCV：OpenCircuitVoltage)，根据表示电池的OCV和SOC之间的关系的OCV-SOC图，估计SOC的方法(例如，专利文献1)。
在专利文献1中，公开了存储与电池温度T及电池的劣化状态对应的多个图(map)作为ECU中表示电池电压V和SOC之间的关系的图，在判定SOC时，基于电池温度T及电池的劣化状态选择一个图，使用选择的图，判定SOC的电池剩余容量估计装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-286818号公报
发明内容
本发明提供准确地估计SOC的电池剩余容量估计装置、电池剩余容量判定方法及电池剩余容量判定程序。
本发明的一方式的电池剩余容量估计装置具有：开路电压估计单元、图切换单元、以及电池剩余容量估计单元。开路电压估计单元估计二次电池的开路电压。图切换单元基于充电完成后的二次电池的第1开路电压，切换表示第1开路电压和二次电池的电池剩余容量之间的关系的图。电池剩余容量估计单元基于切换后的图，估计与第1开路电压不同的对应于第2开路电压的电池剩余容量。
在本发明的一方式的电池剩余容量估计方法中，首先估计二次电池的开路电压。此外，基于完成了充电的二次电池的第1开路电压，切换表示第1开路电压和二次电池的电池剩余容量之间的关系的图。然后，基于切换后的图，估计与第1开路电压不同的对应于第2开路电压的电池剩余容量。
本发明的一方式的电池剩余容量判定程序，使计算机执行上述的电池剩余容量估计方法。
根据本发明，通过准备对应于电池劣化因素的、二次电池的开路电压和SOC之间的关系，并估计SOC，能够准确地估计SOC。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的电池剩余容量估计装置的结构的框图。
图2是表示铅电池的电流和电压之间的关系的图。
图3是表示初始电池及每个充电周期的OCV-SOC特性的图。
图4是表示初始电池及产生了硫酸盐化(sulphation)的电池的OCV-SOC特性的图。
图5是表示电池剩余容量估计装置的处理步骤的流程图。
具体实施方式
在说明本发明的实施方式之前，说明以往的电池剩余容量估计装置中的课题。上述专利文献1的电池剩余容量估计装置基于电池的内部电阻的大小，判定电池的劣化的进度状况即劣化状态。可是，电池电压V和SOC之间的关系因板栅的腐蚀、液干涸、硫酸盐化等因素而变动。在专利文献1的电池剩余容量估计装置中，未考虑这些电池劣化因素，不能准确地估计SOC。
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的实施方式的电池剩余容量估计装置1的结构的框图。以下，参照图1说明电池剩余容量估计装置1的结构。
铅电池2具有作为电池容器的大致矩形的电池槽。在电池槽内，容纳着极板组。就电池槽的材质而言，例如，使用聚乙烯(PE)等的高分子树脂。各极板组通过分隔器被叠层多张负极板和正极板。电池槽的上部粘接或焊接在密封电池槽的上部开口的PE等的高分子树脂制的上盖上。在上盖中，竖立有用于将铅电池2作为电源向外部供给电力的柱状正极端子和负极端子。
电压测量单元101具有差动放大电路等，测量液体型的铅电池2的电压。电流测量单元102与霍尔元件等的电流传感器3协同，测量铅电池2中流过的电流。
开路电压估计单元103基于电压测量单元101和电流测量单元102的测量结果，估计铅电池2的满充电时的开路电压(以下，称为OCV)，将估计出的满充电时的OCV输出到OCV-SOC图切换单元(以下，为图切换单元)104。再有，满充电未必是SOC为100％，例如，也可以在90～100％之间。此外，开路电压估计单元103基于电压测量单元101和电流测量单元102的测量结果，估计OCV，将估计出的OCV输出到电池剩余容量估计单元(以下，为SOC估计单元)105。例如，如图2所示，开路电压估计单元103可以基于多组测量值VM、IM，将通过最小二乘法等求得的一次函数式(直线)的标志(白底方形)的截距作为OCV来估计。再有，在直线近似中，为了使估计精度提高，优选将电压和电流的组使用3组以上来估计OCV。优选还可以包含满充电时的停止在内，在充放电停止后，若经过规定时间(1～3小时左右)，则OCV稳定，所以开路电压估计单元103通过测量该OCV，估计OCV。
图切换单元104具备多个与铅电池2的满充电时的不同的OCV对应的OCV-SOC图，切换为与从开路电压估计单元103输出的满充电时的OCV对应的OCV-SOC图，将切换后的OCV-SOC图输出到SOC估计单元105。再有，有关OCV-SOC图的细节，将后述。
SOC估计单元105使用从图切换单元104输出的OCV-SOC图，估计与从开路电压估计单元103输出的OCV对应的SOC。
接着，说明上述的图切换单元104具备的OCV-SOC图。图3表示初始电池及每个充电周期的OCV-SOC特性。此外，图4表示初始电池及发生了硫酸盐化的电池的OCV-SOC特性。在图3及图4中，横轴表示SOC，纵轴表示OCV。这里，初始电池是充电周期数为0的电池，在图3及图4中，初始电池的特性相同。
从图3可知，SOC为图3的右端的区域、即满充电时(SOC为90～100％左右时)的OCV的值因初始电池、充电周期数而不同。在图3中，表示了充电周期数较小的情况(顶多数十～数百周期左右)、充电周期数较大的情况(不止数百周期左右，例如1千周期左右)，充电周期数的大小对板栅的腐蚀和液干涸的程度产生影响。
此外，从图4可知，SOC在图4的右端的区域、即满充电时(SOC为90～100％左右时)的OCV的值在初始电池和产生了硫酸盐化的电池中不同。
根据这一事实，图切换单元104能够从满充电时的OCV判定铅电池2的劣化因素，所以准备多个与各劣化因素对应的OCV-SOC图，切换为与判定的劣化因素对应的OCV-SOC图。
此外，由图3及图4所示的特性可知，腐蚀及液干涸的至少一个发生的情况下，满充电时的OCV比初始电池上升，在硫酸盐化发生的情况下，满充电时的OCV比初始电池减少。根据这一事实，图切换单元104比较上次满充电时的OCV和本次满充电时的OCV的大小，也可以判定劣化因素。即，在本次满充电时的OCV比上次满充电时的OCV大的情况下，判定为发生了腐蚀及液干涸的至少一个，在本次满充电时的OCV比上次满充电时的OCV小的情况下，判定为发生了硫酸盐化。图切换单元104切换为与这些判定结果对应的OCV-SOC图即可。
图5是表示上述电池剩余容量估计装置1的处理步骤的流程图。以下，使用图5，说明电池剩余容量估计装置1的处理步骤。
开路电压估计单元103判定铅电池2是否为满充电(ST201)，在为满充电的情况下(ST201：“是”)，开路电压估计单元103估计OCV(ST202)。再有，在ST201中不为满充电的情况下(ST201：“否”)，结束电池剩余容量估计装置1的处理。
图切换单元104切换到与ST202中估计的满充电时的OCV对应的OCV-SOC图(ST203)，开路电压估计单元103判定从充放电停止起是否经过了规定时间(ST204)。如果从充放电停止起经过规定时间(ST204：“是”)，则转移到ST205，如果从充放电停止起未经过规定时间(ST204：“否”)，反复进行ST204的判定处理直至经过规定时间为止。再有，规定时间优选为1～3小时左右。这是为了使充放电停止时的不稳定的OCV稳定。
开路电压估计单元103在从充放电停止起经过规定时间后，再次估计OCV(ST205)，SOC估计单元105使用在ST203中切换后的OCV-SOC图，估计与在ST205中估计的OCV对应的SOC(ST206)。
这样，在本实施方式的电池剩余容量估计装置中，准备多个与铅电池的满充电时不同的OCV对应的OCV-SOC图，切换到与满充电时的OCV对应的OCV-SOC图。由此，能够使用与电池劣化因素对应的OCV-SOC图，所以能够准确地估计SOC。
再有，在本实施方式中，对于铅电池的充电方式未特别明确表示，但例如也可以设为CCCV(ConstantCurrent-ConstantVoltage；恒流恒压)方式，将规定的电流值以下的状态持续了规定时间的情况判定为满充电。此外，也可以设为使充电电流值分级地n级下降的n级恒定电流方式(例如，参照特开2010-160955号公报)，将n级结束时作为满充电。而且，也可以使用任意的充电方式，通过电流累计来求铅电池中存储的电荷，将存储了规定的电荷的情况判定为满充电。
此外，本实施方式中说明的铅电池及电池剩余容量估计装置，可装载在电动汽车、太阳能发电系统、不间断电源装置(UPS：UninterruptiblePowerSupply)、风力发电设备、燃料电池的废热发电设备、通信用的基站等中。
此外，本实施方式中说明的电池剩余容量估计装置的处理，也可以提供适当必要的信息而通过云计算进行。
工业实用性
本发明的电池剩余容量估计装置、电池剩余容量判定方法及电池剩余容量判定程序能够适用于充电器及车辆控制单元(VCU：VehicleControlUnit)等。
标号说明
1电池剩余容量估计装置
2铅电池
3电流传感器
101电压测量单元
102电流测量单元
103开路电压估计单元
104OCV-SOC图切换单元(图切换单元)
105电池剩余容量估计单元(SOC估计单元)

Claims (7)

1.电池剩余容量估计装置，包括：
开路电压估计单元，估计二次电池的开路电压；
图切换单元，基于充电完成的所述二次电池的第1开路电压，切换表示所述第1开路电压和所述二次电池的电池剩余容量之间的关系的图；以及
电池剩余容量估计单元，基于切换后的所述图，估计对应于与所述第1开路电压不同的第2开路电压的所述电池剩余容量。
2.如权利要求1所述的电池剩余容量估计装置，
所述图切换单元基于所述第1开路电压，估计所述二次电池的劣化因素。
3.如权利要求2所述的电池剩余容量估计装置，
所述二次电池为铅电池，
所述劣化因素包含液干涸或板栅腐蚀、以及硫酸盐化。
4.如权利要求1所述的电池剩余容量估计装置，
所述电池剩余容量计算单元在所述二次电池的充放电停止后经过规定时间后计算所述电池剩余容量。
5.如权利要求1所述的电池剩余容量估计装置，
其装载在电动汽车中。
6.电池剩余容量判定方法，包括以下步骤：
估计二次电池的开路电压的步骤；
基于充电完成的所述二次电池的第1开路电压，切换表示所述第1开路电压和所述二次电池的电池剩余容量之间的关系的图的步骤；以及
基于切换后的所述图，计算对应于与所述第1开路电压不同的第2开路电压的所述电池剩余容量的步骤。
7.电池剩余容量判定程序，使计算机执行以下步骤：
估计二次电池的开路电压的步骤；
基于充电完成的所述二次电池的第1开路电压，切换表示所述第1开路电压和所述二次电池的电池剩余容量之间的关系的图的步骤；以及
基于切换后的所述图，计算对应于与所述第1开路电压不同的第2开路电压的所述电池剩余容量的步骤。
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