CN108463737B - 车载电源系统及其包含的电池的状态检知方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的车载电源系统具备：主电池、子电池、控制从主电池和子电池供给的电力的电压的电压调整部以及检知子电池的状态的状态检知部。状态检知部具备：第一运算部，其基于向负荷的电力供给时的子电池的电压下降量以及浪涌电流，计算第一内部电阻；第二运算部，其在第一内部电阻刚刚计算出后计算第二内部电阻以及之后一次以上地计算第二内部电阻，该第二内部电阻通过操作电压调整部使子电池强制放电，并基于强制的放电时的子电池的电压与电流的关系来计算；以及状态判定部，其基于第一内部电阻和第二内部电阻的推移，判定子电池的状态。

Description

车载电源系统及其包含的电池的状态检知方法
技术领域
本发明涉及具备主电池、与上述主电池并联连接的子电池、控制从上述主电池以及上述子电池供给的电力的电压的电压调整部的车载电源系统所包含的上述子电池的状态的检知。
背景技术
近年来，随着ADAS(Advanced Driver Assistance Systems：高级驾驶辅助系统)市场扩大，为了实现车辆的油耗改善以及安全功能确保，开始普及具备多个14V系电源或者具备42V系和14V系这两个电源的车载电源系统。该车载电源系统具备主电池以及子电池。
主电池被用于车辆行驶时的马达辅助、怠速熄火时的辅助驱动用的电力供给，减速时的能量作为再生能量积蓄于主电池。作为主电池，例如使用锂离子二次电池、镍氢蓄电池或者双电层电容器。
子电池被用于车辆的发动机启动，停车时的辅助类的备用(暗电流供给)，或者主电池故障时的紧急用电源。作为子电池，例如使用高容量且廉价的铅蓄电池。在车辆的通常行驶时，主要使用主电池，几乎不使用子电池。
如上述那样，子电池也被用作主电池故障时的紧急用电源，所以需要子电池一直处于能够使用的状态。由此，子电池必须未劣化或者故障(短路、断路等)，或者必须也在车辆的行驶时检知子电池的状态。
提出了各种检知安装于车辆的发动机启动用铅蓄电池的状态的方法。例如，已知有利用电池的劣化、故障与内部电阻相关，基于车辆的发动机启动时的电池的电压下降来计算内部电阻，并使用该内部电阻检知电池的状态的方法。
另外，作为检知车辆行驶时的铅蓄电池的状态的方法，在专利文献1中，提出了在车辆行驶时控制交流发电机的输出电压。此时，基于电压以及电流的变化来计算电池的内部电阻，并使用该内部电阻检知电池的状态。
专利文献1：日本特开2005－263068号公报
电池的内部电阻可认为是部件电阻与反应电阻的总和。但是，在专利文献1的方法中，在车辆行驶时，只能够检测铅蓄电池的内部电阻的一部分(反应电阻)，不能够检测出铅蓄电池的部件电阻。因此，难以精度良好地检知电池的状态。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供即使在车辆的行驶时也能够精度良好地检知子电池的状态，能够避免子电池不工作而导致电源失效的车载电源系统以及电池的状态检知方法。
本发明的一方面是具备主电池、与上述主电池并联连接的子电池、控制从上述主电池以及上述子电池供给的电力的电压的电压调整部、以及检知上述子电池的状态的状态检知部的车载电源系统，
上述状态检知部具备：第一运算部，其求解上述子电池的包含反应电阻以及部件电阻的第一内部电阻；第二运算部，其求解上述子电池的包含反应电阻的第二内部电阻；以及状态判定部，其判定上述子电池的状态，
上述第一运算部基于向负荷的电力供给时的上述子电池的电压下降量以及浪涌电流，计算上述第一内部电阻，
上述第二运算部在上述第一内部电阻刚刚计算出后计算上述第二内部电阻，并且在计算上述第二内部电阻之后一次以上地再计算上述第二内部电阻，其中，通过操作上述电压调整部使上述子电池强制放电并基于上述强制性放电时的上述子电池的电压与电流的关系来计算上述第二内部电阻，
上述状态判定部基于上述第一内部电阻和上述第二内部电阻的推移，判定上述子电池的状态。
另外，本发明的其它的方面是在具备主电池、与上述主电池并联连接的子电池、以及控制从上述主电池以及上述子电池供给的电力的电压的电压调整部的车载电源系统中检知上述子电池的状态的方法，包含：
第一步骤，基于向负荷的电力供给时的上述子电池的电压下降量以及浪涌电流，计算上述子电池的包含反应电阻以及部件电阻的第一内部电阻；
第二步骤，在上述第一内部电阻刚刚计算出后计算上述子电池的包含反应电阻的第二内部电阻，并且计算出后计算上述子电池的包含反应电阻的第二内部电阻之后一次以上地再计算上述子电池的包含反应电阻的第二内部电阻的，其中，通过操作上述电压调整部使上述子电池强制放电并基于上述强制性放电时的上述子电池的电压与电流的关系来计算上述第二内部电阻；以及
基于上述第一内部电阻和上述第二内部电阻的推移，判定上述子电池的状态的第三步骤。
根据本发明，能够提供即使在车辆的行驶时也能够精度良好地检知子电池的状态，能够避免子电池不工作而导致电源失效的车载电源系统以及电池的状态检知方法。
虽然在所附的权利要求书记述本发明的新特征，但对于本发明来说，通过与本发明的其它的目的以及特征结合，并参照附图的以下的详细的说明，应该以及内容双方变得更容易理解。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的车载电源系统的构成图。
图2是表示图1所示的车载电源系统的主要部分的构成图。
图3是与图1所示的车载电源系统中的状态检知部4进行的子电池2的状态检知相关的流程图。
图4是表示发动机启动时的子电池2的电压以及电流的变化的图。
图5是表示车辆行驶时的基于电压调整部3的操作的强制放电时的子电池2的电压以及电流的变化的图。
图6是表示通过最小平方法对图5所示的电压以及电流的数据进行线性近似求出的近似直线L的图。
图7是表示从发动机启动时到车辆行驶中的子电池2的基于内部电阻的获取的状态检知的图解的示意图。
具体实施方式
本发明涉及具备主电池、与上述主电池并联连接的子电池、以及控制从上述主电池以及上述子电池供给的电力的电压的电压调整部的车载电源系统中的上述子电池的状态检知。主电池使用于车辆行驶时的马达辅助、向辅助设备的电力供给。另一方面，子电池使用于车辆的发动机启动、主电池故障时的紧急用电源。在车辆的通常行驶时(也包括怠速熄火时)，主要使用主电池，几乎不使用子电池。因此，在车辆的通常行驶时，不能够准确地把握子电池的状态(合并部件电阻以及反应电阻后的内部电阻)。
因此，本发明使用基于对子电池的负荷(例如，启动马达)的电力供给时的子电池的电压下降量以及浪涌电流获取的子电池的第一内部电阻、基于其后的强制放电的子电池的电压以及电流的变化获取的子电池的第二内部电阻，来精度良好地检知子电池的状态。在如车辆的通常行驶时(也包括怠速熄火时)那样，一般在几乎不使用子电池的时刻实施子电池的强制放电和第二内部电阻的获取。由此，即使在车辆的通常行驶时也能够精度良好地检知子电池的状态，其结果为，能够避免在车辆的通常行驶中的子电池的劣化所引起的故障产生。第二内部电阻的计算在第一内部电阻刚刚计算出后以及在这之后进行一次以上地进行。与第一内部电阻刚刚计算出后相比之后进行的第二内部电阻的计算既可以定期地进行，也可以根据需要适当地进行。此外，在第一内部电阻刚刚计算出后的第二内部电阻的获取只要在控制车辆的油压系统、电气系统的系统的初始化结束之后，尽量迅速地开始即可，只要在从第一内部电阻的计算结束时刻起几分钟以内开始即可。第一内部电阻相当于将反应电阻和部件电阻相加后的电阻。第二内部电阻相当于反应电阻。若能够作为车载电源系统成立，则也可以进一步设置另外的电池。
以下，示出本发明的一实施方式所涉及的车载电源系统，但本发明的车载电源系统并不限定于此。图1是具备两个电源(42V系和14V系)的车载电源系统的构成图。
如图1所示，具备主电池1、与主电池1并联连接的子电池2、控制从主电池1和子电池2供给的电力的电压的电压调整部(例如DC/DC转换器)3、以及用于检知子电池2的状态的状态检知部4。电压调整部3与主电池1连接，子电池2与电压调整部3并联连接。电压调整部3将来自主电池1的电源电压进行降压并输出，并在电压调整部3的输出侧与子电池2连接。在电压调整部3的输出侧，交流发电机(ALT)5、启动马达(STA)6以及辅助负荷7与子电池2连接。用于使车辆的驱动力产生的电动发电机(MG)8以及油压制动器调整用的促动器9分别在电压调整部3的输入侧与降压前的主电池1连接。
主电池1例如使用36V系的镍氢蓄电池。主电池1被用于车辆行驶时的辅助、怠速熄火时的辅助驱动用的电力供给。另外，减速时的能量作为再生能量积蓄于主电池1。
子电池2例如使用12V系的铅蓄电池。子电池2被用于车辆的发动机启动、主电池1的故障时的紧急用电源、或者停车中的辅助设备(辅助负荷7)的备用(暗电流供给)。
作为辅助负荷7，例如能够列举灯、雨刷、空调、音频装置。
并且，车辆电源系统具备用于检测子电池2的端子间的电压的电压传感器10和用于检测在子电池2流过的电流的电流传感器11。
如图2所示，状态检知部4具备求解子电池2的第一内部电阻(反应电阻以及部件电阻的合计值)的第一运算部12、求解子电池2的第二内部电阻(反应电阻)的第二运算部13以及判定子电池2的状态的状态判定部14。第二运算部13具备操作电压调整部3的电压控制部13a。
第一运算部12基于子电池2的向负荷(例如，STA6)的电力供给时的子电池2的电压下降量以及浪涌电流，计算第一内部电阻。第二运算部13在车辆的通常行驶时，在第一内部电阻刚刚计算出后计算第二内部电阻，并且在第一内部电阻刚刚计算出后计算第二内部电阻之后，一次以上(定期或者根据需要)地再计算第二内部电阻，其中通过操作电压调整部3控制施加给子电池2的电压使子电池2强制放电并基于该强制性放电时的子电池2的电压与电流的关系来计算第二内部电阻。状态判定部14基于第一内部电阻和第二内部电阻的推移，判定子电池2的状态。
以下，对上述的车载电源系统中的状态检知部4的动作进行说明。图3是通过图1的车载电源系统中的状态检知部41子电池2的状态检知相关的流程图。
[内部电阻(0)的计算]
在车辆的发动机启动时(子电池2向STA6的电力供给时)，第一运算部12获取由电压传感器10以及电流传感器11测定出的子电池2的电压值以及电流值的数据(例如，图4所示那样的数据)。第一运算部12根据上述数据，获取车辆的发动机启动时的子电池2的电压下降量ΔV以及浪涌电流I(S20)。
第一运算部12使用获取的子电池2的电压下降量ΔV以及浪涌电流I并通过下述式(1)计算第一内部电阻(内部电阻(0))(S21)。内部电阻(0)表示通过第一运算部12计算出的第一内部电阻的值。
内部电阻(0)(mΩ)
＝电压下降量ΔV(V)/浪涌电流I(A)×1000 (1)
内部电阻(0)能够认为是反应电阻(0)以及部件电阻(0)的合计值。
[反应电阻(0)的计算]
第二运算部13在内部电阻(0)刚刚计算出后的车辆行驶时，操作电压调整部3控制向子电池2的施加电压使子电池2强制放电，并测定此时的子电池2的电压以及电流(S22)。
更具体而言，在子电池2的放电时，第二运算部13获取从电压传感器10以及电流传感器11输出的子电池2的电压值以及电流值的数据(S22)。通常，调整为电压调整部3的输出电压比子电池的电压高，并从主电池向负荷供给电力。若通过电压控制部13a使电压调整部3的输出电压从通常的状态暂时下降，则电压调整部3的输出电流逐渐减小，子电池的输出电流逐渐增大而被强制性放电。其后，若使输出电压上升至原来的电压则强制性放电结束。此时，负荷电流几乎恒定地维持为约25A。由此，获取图5所示那样的数据。在图示例中，在电压调整部3的输出电压从15V暂时下降到11V之后，上升至原来的15V。
第二运算部13使用上述获取的数据，基于子电池2的电压与电流的关系计算子电池2的第二内部电阻(反应电阻(0))(S23)。反应电阻(0)表示在内部电阻(0)的计算后通过最先的第二内部电阻的计算而得到的反应电阻。其后，实施n次(n是1以上的整数)第二内部电阻的计算。此时，将在第n次计算出的第二内部电阻设为反应电阻(n)。
这里，第二运算部13在第一内部电阻刚刚计算出后计算反应电阻(0)作为第二内部电阻，所以在第一内部电阻的计算与第二内部电阻的计算之间子电池2的反应电阻几乎不变化。由此，能够认为反应电阻(0)是内部电阻(0)所包含的反应电阻(0)(S23)。
具体而言，通过下述方法计算第二内部电阻。
第二运算部13根据上述获取的数据计算电流值单调减少或者增加的范围。此时，例如期望以10A/秒～15A/秒的变化率获取一秒钟以上的单调减少或者单调增加的范围。接下来，第二运算部13通过最小平方法对该范围内的电压值以及电流值的数据进行线性近似，获取近似直线L。并计算该近似直线L的斜率。然后，第二运算部13使用计算出的斜率的值根据下述式(2)计算反应电阻(0)。
反应电阻(0)(mΩ)＝近似曲线L的斜率×1000 (2)
例如，根据图5所示的数据计算电流值单调减少的范围(图5中的－24A～－12A)。通过最小平方法对该范围内的电压值(V)以及电流值(A)的数据进行线性近似，获取图6所示的近似直线L，并将其斜率0.0387×1000(mΩ)作为反应电阻(0)。
[部件电阻(0)的计算]
状态判定部14基于上述获取的内部电阻(0)以及反应电阻(0)，计算内部电阻(0)所包含的部件电阻(0)(S24)。更具体而言，根据下述式(3)计算部件电阻(0)。
部件电阻(0)＝内部电阻(0)－反应电阻(0) (3)
其中，由于第一内部电阻在刚刚计算出后计算第二内部电阻，所以假设在该期间几乎没有子电池2的部件电阻的变化。
[反应电阻(n)的计算]
并且，第二运算部13还在其后的行驶时定期地或者根据需要地，根据与计算反应电阻(0)的情况相同的方法获取反应电阻(n)(S25、S26)。反应电阻(n)表示除了第一内部电阻刚刚计算出后以外通过第n次的第二内部电阻的计算得到的反应电阻。
[部件电阻(n)的计算]
状态判定部14基于上述获取的反应电阻(n)、反应电阻(0)以及部件电阻(0)，计算第n次的第二内部电阻的计算时刻的子电池2的部件电阻(n)(S27)。更具体而言，根据下述式(4)计算部件电阻(n)。
部件电阻(n)
＝α×部件电阻(0)×(反应电阻(n)/反应电阻(0)) (4)
式(4)中的α是根据子电池2的通常使用所伴随的劣化(对子电池的部件电阻贡献的部件的通常的劣化)、故障模式(例如，部件的接触不良、短路、断线的程度)决定的系数，预先通过实测等获取。例如，子电池2的通常使用所伴随的劣化的情况下，上述式(4)中的α也可以为1。即，在这样的情况下，认为部件电阻的增加率，即部件电阻(n)/部件电阻(0)与反应电阻的增加率，即反应电阻(n)/反应电阻(0)相同。
[内部电阻(n)的计算]
状态判定部14基于上述获取的反应电阻(n)以及部件电阻(n)，计算将第n次的第二内部电阻的计算时刻的子电池2的反应电阻与部件电阻合并后的内部电阻(n)(S28)。更具体而言，根据下述式(5)计算内部电阻(n)。
内部电阻(n)＝部件电阻(n)+反应电阻(n) (5)
[电池状态的判定]
状态判定部14基于第一内部电阻和第二内部电阻的推移，即、基于上述获取的内部电阻(0)以及内部电阻(n)的值，判定车辆行驶时的子电池2的状态。
更具体而言，状态判定部14在内部电阻(n)/内部电阻(0)的值在规定值以上(在式(4)中的α为1的情况下，例如在2以上)的情况下，判定为子电池2的通常使用所引起的劣化进展，而不能够继续使用(S29、S30)。
状态判定部14在内部电阻(n)/内部电阻(0)的值小于规定值(在式(4)中的α为1的情况下，例如小于2)的情况下，判定为子电池2未故障而能够继续使用，并继续进行子电池2的状态检知。
如图1所示，车载电源系统具备状态检知部4，所以如图7所示，即使在车辆的通常行驶时也能够精度良好地检知子电池2的状态。其结果，能够避免在车辆的通常行驶中的子电池2的劣化所引起的故障产生。
在上述实施方式中例示主电池1使用镍氢蓄电池的情况进行了说明，但也可以使用锂离子二次电池、双电层电容器(EDLC)、燃料电池等其它的电源。
在上述实施方式中例示子电池2使用铅蓄电池的情况进行了说明，但也可以使用锂离子二次电池等其它的电源。
上述实施方式是车载电源系统使用42V系和14V系两个电源的情况，但只要能够作为系统成立，则也可以进一步追加电源。另外，要能够作为系统成立则也可以适当地改变电源的电压。
在上述实施方式中，在车载电源系统中设置了MG8以及ALT5双方，但只要设置MG8以及ALT5中至少一方，则能够作为该系统成立。
另外，在上述实施方式中，在车载电源系统中设置了MG8以及STA6双方，但只要设置MG8以及STA6的至少一方，则能够作为该系统成立。
本发明的车载电源系统能够合适地使用于具备主电池、与主电池并联连接的子电池和控制从主电池以及子电池供给的电力的电压的电压调整部的车载电源系统中的子电池的状态检知。
关于在当前时刻的优选的实施方式对本发明进行了说明，但并不对那样的公开进行限定解释。通过阅读上述公开属于本发明的技术领域的本领域技术人员毫无疑问地明确各种变形以及改变。因此，应该解释为附加的权利要求书在不脱离本发明的真正的精神以及范围内包含全部的变形以及改变。
附图标记说明
1…主电池，2…子电池，3…电压调整部，4…状态检知部，5…ALT，6…STA，7…辅助负荷，8…MG，9…促动器，10…电压传感器，11…电流传感器，12…第一运算部，13…第二运算部，13a…电压控制部，14…状态判定部。

Claims (11)

1.一种车载电源系统，具备主电池、与上述主电池并联连接的子电池、控制从上述主电池和上述子电池供给的电力的电压的电压调整部；以及检知上述子电池的状态的状态检知部，其中，
上述状态检知部具备：第一运算部，其求解上述子电池的包含反应电阻以及部件电阻的第一内部电阻；第二运算部，其求解上述子电池的包含反应电阻的第二内部电阻；以及状态判定部，其判定上述子电池的状态，
上述第一运算部基于向负荷供给电力时的上述子电池的电压下降量以及浪涌电流，计算上述第一内部电阻，
上述第二运算部在上述第一内部电阻刚刚计算出后计算上述第二内部电阻，并且在计算上述第二内部电阻之后一次以上地再计算上述第二内部电阻，其中，通过操作上述电压调整部使上述子电池强制放电并基于上述强制性放电时的上述子电池的电压与电流的关系来计算上述第二内部电阻，
上述状态判定部基于上述第一内部电阻和上述第二内部电阻的推移，判定上述子电池的状态。
2.根据权利要求1所述的车载电源系统，其中，
上述第二运算部具备操作上述电压调整部的电压控制部。
3.根据权利要求1所述的车载电源系统，其中，
上述电压调整部具备与上述主电池连接的DC/DC转换器，上述DC/DC转换器与上述子电池并联连接。
4.根据权利要求2所述的车载电源系统，其中，
上述电压调整部具备与上述主电池连接的DC/DC转换器，上述DC/DC转换器与上述子电池并联连接。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的车载电源系统，其中，
在上述第一运算部刚刚计算出内部电阻(0)作为上述第一内部电阻后，上述第二运算部计算上述内部电阻(0)所包含的反应电阻(0)作为上述第二内部电阻，
上述状态判定部基于上述反应电阻(0)，计算上述内部电阻(0)所包含的部件电阻(0)。
6.根据权利要求5所述的车载电源系统，其中，
上述状态判定部基于上述反应电阻(0)、上述部件电阻(0)以及作为上述第二内部电阻由上述第二运算部第n次计算出的反应电阻(n)，计算第n次的上述第二内部电阻的计算时刻的上述子电池的部件电阻(n)，并计算上述反应电阻(n)以及上述部件电阻(n)的合计值作为内部电阻(n)。
7.根据权利要求6所述的车载电源系统，其中，
上述状态判定部在内部电阻(n)/内部电阻(0)的值在规定值以上的情况下，判定为上述子电池产生故障。
8.一种状态检知方法，是在具备主电池、与上述主电池并联连接的子电池以及控制从上述主电池和上述子电池供给的电力的电压的电压调整部的车载电源系统中检知上述子电池的状态的方法，其中，包括：
第一步骤，基于向负荷供给电力时的上述子电池的电压下降量以及浪涌电流，计算上述子电池的包含反应电阻以及部件电阻的第一内部电阻的；
第二步骤，在上述第一内部电阻刚刚计算出后计算上述子电池的包含反应电阻的第二内部电阻，并且在计算上述子电池的包含反应电阻的第二内部电阻之后一次以上地再计算上述子电池的包含反应电阻的第二内部电阻，其中，通过操作上述电压调整部使上述子电池强制放电并基于上述强制性放电时的上述子电池的电压与电流的关系来计算上述第二内部电阻；以及
基于上述第一内部电阻和上述第二内部电阻的推移，判定上述子电池的状态的第三步骤。
9.根据权利要求8所述的状态检知方法，其中，
上述第二步骤包含在刚刚计算出内部电阻(0)作为上述第一内部电阻后，计算上述内部电阻(0)所包含的反应电阻(0)作为上述第二内部电阻的步骤，
上述第三步骤包含基于上述反应电阻(0)，计算上述内部电阻(0)所包含的部件电阻(0)的步骤。
10.根据权利要求9所述的状态检知方法，其中，
上述第二步骤包含通过第n次的上述第二内部电阻的计算来获得反应电阻(n)的步骤，
上述第三步骤包含基于上述反应电阻(0)、上述部件电阻(0)以及上述反应电阻(n)，计算第n次的上述第二内部电阻的计算时刻的上述子电池的部件电阻(n)，并计算上述反应电阻(n)以及上述部件电阻(n)的合计值作为内部电阻(n)的步骤。
11.根据权利要求10所述的状态检知方法，其中，
上述第三步骤包含在内部电阻(n)/内部电阻(0)的值在规定值以上的情况下判定为上述子电池产生故障的步骤。
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