CN108701872B - 电池管理系统、电池系统以及混合动力车辆控制系统 - Google Patents

电池管理系统、电池系统以及混合动力车辆控制系统 Download PDF

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Abstract

针对通电中的电池,适当地表示内部电阻的状态。电池管理系统(100)具备电池信息获取部(103)、电压运算部(104)、电流变动量运算部(109)和电阻校正量运算部(111)。电池信息获取部(103)获取通电中的蓄电池(101)的电压值(V)。电压运算部(104)通过与电池信息获取部(103)不同的方法,获取通电中的蓄电池(101)的电池电压预测值(Vmodel)。电流变动量运算部(109)运算蓄电池(101)的每单位时间的电流变动量(dI/dt)。电阻校正量运算部(111)基于电压值(V)和电池电压预测值(Vmodel)的比较结果以及电流变动量(dI/dt),校正包括直流电阻分量(R0)和极化电阻分量(Rp)的表示蓄电池(101)的内部状态的等价电路模型。

Description

电池管理系统、电池系统以及混合动力车辆控制系统
技术领域
本发明涉及一种二次电池的电池管理系统、电池系统以及混合动力车辆控制系统。
背景技术
以锂离子二次电池为代表的二次电池需要在适宜的电压范围以及适宜的充电状态(以下称为SOC)范围内使用。其理由是因为如果在适宜的电压范围以及适宜的SOC范围之外使用二次电池,则有可能产生电池的性能劣化急剧推进等不佳状况。
关于二次电池的SOC,将完全放电状态规定为SOC=0%,将充满电状态规定为SOC=100%,以这些状态为基准,通过在电池中输入输出的电荷量的比例来定义。SOC与从充放电结束起经过了足够的时间时的电池的开路电压(OCV)存在相关关系。因此,在进行二次电池的管理的电池管理装置中,一般基于电流、电压、温度等传感器测定结果以及上述SOC与OCV的相关关系来推测运算SOC。
作为SOC的推测运算的方式,已知有被称为SOCi方式的方式以及被称为SOCv方式的方式。SOCi方式是对针对电池的从初始SOC起的输入输出电流进行累计而求出SOC的方式,SOCv方式是基于从电池的充放电结束起经过了足够的时间时的OCV测定结果来求出SOC的方式。在SOCi方式中,即使在电池的充放电过程中,也始终能够运算SOC,并且得到随着时间经过平滑地演进的SOC推测结果。但是,在电流测定值中包括电流传感器的偏置误差,如果对电流进行累计,则偏置误差也被累计,所以,存在累计期间越长、则SOC的推测运算结果越发散这样的缺点。另一方面,在SOCv方式中,虽然SOC的推测运算结果不会像SOCi方式那样发散,但在充放电过程中、紧接在充放电之后,无法测定电池的OCV,所以,存在无法直接运算SOC这样的问题。
在SOCv方式中,为了消除上述问题点,需要根据在充放电过程中、紧接在充放电之后测定的电池的闭路电压(CCV),通过某种方法来推测OCV。在电池的充放电电流小的情况下,即使视为CCV≒OCV来推测SOC,SOC推测误差也小。但是,在例如如HEV、PHEV、EV等中所使用的车载电池那样为充放电电流较大的电池的情况下,得不到CCV≒OCV,所以,SOC推测误差变大。
因此,为了在充放电电流大的用途的二次电池中也能够基于CCV来准确地推测SOC,已知如下方法:使用与电池的状态相应的等价电路模型,根据CCV来推测OCV,通过SOCv方式来推测SOC。例如,在下述的专利文献1、2中,公开了如下技术:基于每隔规定的时间间隔测定出的电池的电压以及电流的测定值,逐次计算等价电路模型中的等价电路常数,推测SOC。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2011/155017号
专利文献2:日本特开2014-178213号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
通电中的电池中的内部电阻一般包括与针对电流变化瞬间地响应的电池电压的直流电压分量对应的直流电阻分量以及与以指数函数方式响应的电池电压的极化电压分量对应的极化电阻分量。但是,在专利文献1、2所记载的等价电路常数的计算方法中,未适当地考虑每个这样的内部电阻分量对于电流变化的响应性的差异。因此,对于通电中的电池,无法根据电压以及电流的测定值适当地表示内部电阻的状态。
解决技术问题的技术手段
本发明的一个方式涉及一种电池管理系统,考虑包括直流电阻分量和极化电阻分量的多个电阻分量来计算二次电池的充电率或者容许电流、容许电力中的至少某一方,其中,所述电池管理系统具有:多个计算单元,其求出所述二次电池的电压值或者充电率;以及校正单元,其根据由所述多个计算单元求出的多个电压值或者充电率的比较结果以及所述二次电池的每小时的电流的变动量,变更所述直流电阻分量或者所述极化电阻分量中的至少某一方对所述充电率或者所述容许电流、所述容许电力的计算的贡献度。本发明的另一个方式涉及一种电池管理系统,具备:第1电压获取部,其获取通电中的二次电池的电压值来作为第1电压值;第2电压获取部,其通过与所述第1电压获取部不同的方法,获取通电中的所述二次电池的电压值来作为第2电压值;电流变动量运算部,其运算所述二次电池的每单位时间的电流变动量;以及电阻校正量运算部,其基于所述第1电压值和所述第2电压值的比较结果以及所述电流变动量,校正包括直流电阻分量和极化电阻分量的表示所述二次电池的内部状态的等价电路模型。
本发明的另一个方式涉及一种电池管理系统,其具备:第1充电状态获取部,其获取通电中的二次电池的充电状态来作为第1充电状态;第2充电状态获取部,其通过与所述第1充电状态获取部不同的方法,获取通电中的所述二次电池的充电状态来作为第2充电状态;电流变动量运算部,其运算所述二次电池的每单位时间的电流变动量;以及电阻校正量运算部,其基于所述第1充电状态和所述第2充电状态的比较结果以及所述电流变动量,校正包括直流电阻分量和极化电阻分量的表示所述二次电池的内部状态的等价电路模型。
本发明涉及一种电池系统,其具备:电池管理系统;二次电池,其由所述电池管理系统进行管理;以及充放电控制部,其基于由容许运算部运算出的容许电流或者容许电力,控制所述二次电池的充放电电流。
本发明涉及一种混合动力车辆控制系统,其具备:隔着动力分割机构而设置的发动机以及马达;以及电池系统,所述混合动力车辆控制系统根据由所述充放电控制部实施的所述充放电电流的控制,控制所述发动机与所述马达的驱动力分配。
发明效果
根据本发明,能够针对通电中的电池,适当地表示内部电阻的状态。
附图说明
图1是示出本发明的电池系统的第1实施方式的图。
图2是示出第1实施方式中的控制流程图的一个例子的图。
图3是示出对蓄电池施加电流矩形波时的电池电压变动的一个例子的图。
图4是示出蓄电池的等价电路模型的一个例子的图。
图5是示出校正分配信息的一个例子的图。
图6是示出校正分配信息的一个例子的图。
图7是示出校正分配信息的一个例子的图。
图8是示出由电池管理系统得到的电阻检测结果的一个例子的图。
图9是示出本发明的电池系统的第2实施方式的图。
图10是示出第2实施方式中的控制流程图的一个例子的图。
图11是示出混合动力车辆控制系统的一个例子的图。
具体实施方式
下面,参照附图,说明用于实施本发明的方式。
-第1实施方式-
图1、2是说明本发明的电池管理系统的第1实施方式的图。本实施方式的电池系统例如搭载于HEV、PHEV那样的混合动力车辆。
图1是示出本发明的第1实施方式的电池系统1的最小构成的框图。电池系统1具备电池管理系统100、蓄电池101以及充放电控制部102。蓄电池101是具备多个蓄电元件(例如,锂离子二次电池单元)的二次电池。
电池管理系统100具备电池信息获取部103、电压运算部104、SOC运算部105、容许电力运算部106以及电池电阻劣化检测部107。电池电阻劣化检测部107具备背离度运算部108、电流变动量运算部109、电阻校正分配运算部110以及电阻校正量运算部111。
电池信息获取部103基于从蓄电池101或者安装于其周边的电流传感器、电压传感器、温度传感器等输出的信号,获取电流I、电压V、温度T等测定信息。然后,将这些测定信息分别输出到电压运算部104、SOC运算部105、容许电力运算部106、背离度运算部108、电流变动量运算部109。
电压运算部104基于从电池信息获取部103输出的电流I和温度T,运算(预测)通电中的蓄电池101的电池电压,将其运算结果作为电池电压预测值Vmodel输出到背离度运算部108。进一步地,电压运算部104对作为运算出的电池电压的构成分量的细目的开路电压OCV、直流电压分量I×R0以及极化电压分量Vp进行运算,将它们的运算结果输出到SOC运算部105以及容许电力运算部106。此外,在电压运算部104中,如后所述,预先存储有表示蓄电池101的内部状态的等价电路模型。通过使用该等价电路模型,从而电压运算部104能够运算电池电压预测值Vmodel以及作为其构成分量的OCV、I×R0以及Vp
SOC运算部105基于从电池信息获取部103输出的电流I、电压V和温度T以及由电压运算部104运算出的OCV、I×R0以及Vp,运算蓄电池101的SOC。SOC运算部105例如既可以基于OCV通过SOCv方式来运算SOC,也可以基于电流I的历史通过SOCi方式来运算SOC。或者,也可以通过将SOCv方式与SOCi方式组合使用的SOCc方式来运算SOC。SOC运算部105将SOC的运算结果输出到容许电力运算部106以及充放电控制部102,并且还输出到电压运算部104。从SOC运算部105输出的SOC的运算结果用于在电压运算部104中决定等价电路模型中的各等价电路常数。
容许电力运算部106基于从电池信息获取部103输出的电流I和温度T、由电压运算部104运算出的OCV、I×R0和Vp以及从SOC运算部105输出的SOC,运算针对蓄电池101的充放电的容许值Pavail。在这里,容许值Pavail是表示在充放电时能够流过蓄电池101的电流上限值(容许充放电电流)、能够在蓄电池101中输入输出的电力上限值(容许充放电电力)、蓄电池101的SOC工作范围、蓄电池101的温度工作范围等的控制参数。容许电力运算部106将容许值Pavail的运算结果输出到充放电控制部102。
背离度运算部108基于从电池信息获取部103输出的电压V以及从电压运算部104输出的电池电压预测值Vmodel,计算相对于这些电压值的背离度δ。背离度运算部108将所计算出的背离度δ输出到电阻校正量运算部111。
电流变动量运算部109基于从电池信息获取部103输出的电流I,运算从上次的计算时刻至当前时刻为止的每单位时间的蓄电池101的电流变动量dI/dt。在这里,电池信息获取部103在每个规定的测定周期中获取电流I,电流变动量运算部109求出每个该测定周期的电流I的变化量,从而能够将电流I的测定周期作为单位时间而计算电流变动量dI/dt。电流变动量运算部109将所计算出的电流变动量dI/dt输出到电阻校正分配运算部110。
电阻校正分配运算部110基于从电流变动量运算部109输出的电流变动量dI/dt,运算分别针对等价电路模型中的直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp。此外,直流电阻分量R0对应于上述电池电压的直流电压分量I×R0,极化电阻分量Rp对应于电池电压的极化电压分量Vp
电阻校正量运算部111基于从背离度运算部108输出的背离度δ以及从电阻校正分配运算部110输出的校正分配β0、βp,运算直流电阻分量R0的校正量ΔR0以及极化电阻分量Rp的校正量ΔRp。电阻校正量运算部111将所计算出的校正量ΔR0、ΔRp输出到电压运算部104,校正在电压运算部104中存储的等价电路模型的直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp
在电池电阻劣化检测部107中,能够通过以上说明的背离度运算部108、电流变动量运算部109、电阻校正分配运算部110以及电阻校正量运算部111的各动作,基于电池电压预测值Vmodel以及电压V和电流I的测定值,计算用于校正等价电路模型的校正量ΔR0、ΔRp
充放电控制部102基于从SOC运算部105输出的SOC的运算结果以及从容许电力运算部106输出的容许值Pavail的运算结果,控制流过蓄电池101的充放电电流。
图2是示出本发明的第1实施方式的控制流程图的一个例子的图。该控制程序在图1的电池管理系统100中执行。图2所示的一序列的处理按规定时间间隔进行。
在步骤S101中,判定电池管理系统100是否正在通电,如果未通电,则停止处理,如果正在通电,则前进到步骤S102。在这里,规定时间是表示用于基于本发明来计算电阻校正量的控制周期的时间间隔,例如,选定0.1秒等时间。
在步骤S102中,在电池信息获取部103中,获取蓄电池101的电流I、电压V、温度T等测定信息。
在步骤S103中,在电压运算部104中,使用在步骤S102中获取的电流I和温度T的测定值以及当前的SOC的值,计算基于表示蓄电池101的内部状态的等价电路模型的电池电压预测值Vmodel
在这里,参照图3、4,说明在电压运算部104中使用的等价电路模型。图3是示出对蓄电池101施加电流矩形波时的电池电压变动的一个例子的图。当对蓄电池101施加例如曲线图31所示的矩形波的电流I时,此时的蓄电池101的电压V、即蓄电池101的CCV如曲线图32所示地变化。如图3所示,该电压V的变化大致分为直流电压分量I×R0、极化电压分量Vp、OCV变动分量ΔOCV这3个分量。
作为第1个分量的直流电压分量I×R0针对电流I的变化瞬间地响应。即,与电流I的升高相应地瞬间上升,按一定的电平演进之后,与电流I的下降一起地消失。
作为第2个分量的极化电压分量Vp根据电流I的变化而以指数函数方式变动。即,与电流I的升高相应地缓缓上升,与电流I的下降相应地缓缓降低。
作为第3个分量的OCV变动分量ΔOCV表示蓄电池101的OCV的变化,相当于充电开始前的OCV值即OCV1与充电开始后的OCV值即OCV2之差。该OCV变动分量ΔOCV对应于与电流I相应的蓄电池101的SOC的变化量。
图4是示出蓄电池101的等价电路模型的一个例子的图。在图4中,R0表示直流电阻分量。通过对该直流电阻分量R0施加电流I,从而求出上述直流电压分量I×R0。另一方面,Rp表示极化电阻分量,Cp表示极化电容分量,根据它们的值求出上述极化电压分量Vp。另外,OCV表示蓄电池101的开路电压,根据该OCV的变化量来求出上述OCV变动分量ΔOCV。
此外,在以下说明中,假定极化电阻分量Rp与极化电容分量Cp相互处于反比例的关系。另外,表示图3所示的极化电压分量Vp的指数函数方式的变动的时间常数τ无论蓄电池101的劣化状态如何,都设为恒定。
在电压运算部104中,为了表示以上说明的等价电路模型,针对每个蓄电池101的温度、SOC的值,将对应的OCV、R0、Rp、Cp的值存储为等价电路常数。在图2的步骤S103中,基于在步骤S102中获取的温度T的值以及由SOC运算部105求出的最近的SOC的值,决定这些等价电路常数的值。然后,基于所决定的等价电路常数的值以及在步骤S102中获取的电流I的值,计算电池电压预测值Vmodel
在步骤S104中,在背离度运算部108中,通过规定的计算公式,将在步骤S102中获取的电压V的测定值以及在步骤S103中求出的电池电压预测值Vmodel分别变换成用于相互比较的比较变量。在这里,上述比较变量只要是能够适当地比较电压V与电池电压预测值Vmodel的特性的差异的指标即可。例如,能够将它们的值的微分值、微分绝对值的累计值等用作比较变量。另外,也可以将电压V和电池电压预测值Vmodel的值直接用作比较变量。除此之外,还能够将根据电压V和电池电压预测值Vmodel求出的各种值用作比较变量。
在步骤S105中,在背离度运算部108中,基于在步骤S104中求出的电压V以及电池电压预测值Vmodel的比较变量,计算表示它们的值的比较结果的背离度δ。在这里,上述背离度δ只要是适当地表示电压V与电池电压预测值Vmodel的特性的差异的指标即可。例如,能够使用这些比较变量的差分、比率等。除此之外,还能够将根据电压V和电池电压预测值Vmodel各自的比较变量求出的各种值用作背离度δ。
在步骤S106中,在电流变动量运算部109中,基于在步骤S102中获取的电流I的测定值,运算蓄电池101的每单位时间的电流变动量dI/dt。
在步骤S107中,在电阻校正分配运算部110中,基于在步骤S106中求出的每单位时间的电流变动量dI/dt,运算分别针对等价电路模型中的直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp。在这里,基于预先存储于电阻校正分配运算部110的表示电流变动量dI/dt与这些校正分配的关系的校正分配信息,决定与当前的电流变动量dI/dt的值相应的直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp
此外,在上述校正分配信息中,优选设定为相对于每单位时间的电流变动量dI/dt的变化,针对直流电阻分量R0的校正分配β0与针对极化电阻分量Rp的校正分配βp相互间负相关地变化。具体来说,需要使直流电阻分量R0的校正分配β0与极化电阻分量Rp的校正分配βp之比相对于电流变动量的绝对值|dI/dt|满足正的相关性。
在图5~7中示出满足上述要件的校正分配信息的例子。图5示出相对于|dI/dt|的变化而直流电阻分量R0的校正分配β0处于相关关系、并且极化电阻分量Rp的校正分配βp处于负相关关系的校正分配信息的例子。在该例子中,当|dI/dt|增加时,与此相应地,针对直流电阻分量R0的校正分配β0增加,另一方面,针对极化电阻分量Rp的校正分配βp减少。另外,当|dI/dt|减少时,与此相应地,针对直流电阻分量R0的校正分配β0减少,另一方面,针对极化电阻分量Rp的校正分配βp增加。因此,可知相对于电流变动量dI/dt的变化,针对直流电阻分量R0的校正分配β0与针对极化电阻分量Rp的校正分配βp相互按负相关的关系进行变化。
图6示出相对于规定的阈值以上的范围内的|dI/dt|的变化而直流电阻分量R0的校正分配β0恒定、并且极化电阻分量Rp的校正分配βp处于负相关关系的校正分配信息的例子。在该例子中,当|dI/dt|在阈值以上的范围内增加时,针对直流电阻分量R0的校正分配β0恒定、不变化,另一方面,针对极化电阻分量Rp的校正分配βp减少。另外,当|dI/dt|在阈值以上的范围内减少时,针对直流电阻分量R0的校正分配β0恒定、不变化,另一方面,针对极化电阻分量Rp的校正分配βp增加。因此,可知相对于电流变动量dI/dt的变化,针对直流电阻分量R0的校正分配β0与针对极化电阻分量Rp的校正分配βp相互按负相关的关系进行变化。
图7示出相对于|dI/dt|的变化而直流电阻分量R0的校正分配β0处于相关关系、并且极化电阻分量Rp的校正分配βp恒定的校正分配信息的例子。在该例子中,当|dI/dt|增加时,与此相应地,针对直流电阻分量R0的校正分配β0增加,另一方面,针对极化电阻分量Rp的校正分配βp恒定、不变化。另外,当|dI/dt|减少时,与此相应地,针对直流电阻分量R0的校正分配β0减少,另一方面,针对极化电阻分量Rp的校正分配βp恒定、不变化。因此,可知相对于电流变动量dI/dt的变化,针对直流电阻分量R0的校正分配β0与针对极化电阻分量Rp的校正分配βp相互按负相关的关系进行变化。
在电阻校正分配运算部110中,将表示以上说明的相关性的信息存储为校正分配信息。在图2的步骤S107中,基于这样的校正分配信息以及在步骤S106中求出的每单位时间的电流变动量dI/dt的值,决定针对直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp
此外,以上说明的图5~图7是拿出满足上述要件的校正分配信息的一个例子的图。因此,在电阻校正分配运算部110中存储的校正分配信息不限定于图5~图7所示的相关性的校正分配信息。另外,图5~图7所示的相关性可以选择基于数据表格进行运算的方式以及基于函数进行运算的方式中的任一方。
在步骤S108中,在电阻校正量运算部111中,基于在步骤S105中求出的背离度δ以及在步骤S107中求出的针对直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp,运算用于分别校正直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的值的校正量。具体来说,电阻校正量运算部111通过将背离度δ分别与直流电阻分量R0的校正分配β0和极化电阻分量Rp的校正分配βp相乘,从而分别计算直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp的校正量。通过将这样求出的校正量从电阻校正量运算部111输出到电压运算部104,从而电阻校正量运算部111能够校正在电压运算部104中存储的蓄电池101的等价电路模型。
在步骤S109中,判定是否满足校正定时条件。在满足校正定时条件的情况下,使处理前进到步骤S110,在未满足校正定时条件的情况下,返回到步骤S101。在这里,例如在从上次的校正起经过了规定时间以上的情况下、或在得到高精度的校正结果那样的定时的时候,能够判定为满足校正定时条件。
在步骤S110中,在电压运算部104中,使在步骤S108中求出的直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp的校正量反映到等价电路模型的等价电路常数。由此,在电压运算部104中应用由电阻校正量运算部111实施的等价电路模型的校正。当这样应用校正后,使处理返回到步骤S101。此外,在这里,仅当在步骤S109中判定为满足校正定时条件的情况下应用校正,但也可以始终持续进行校正,根据步骤S109的判定结果对所得到的校正量进行加权。
图8是示出由电池管理系统100得到的电阻检测结果的一个例子的图。在图8中,能够确认到随着时间经过,直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp均接近于真值即100%。
根据以上说明的本发明的第1实施方式,起到以下的作用效果。
(1)电池管理系统100通过SOC运算部105、容许电力运算部106,将包括直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的多个电阻分量加以考虑地计算蓄电池101的SOC或者表示容许充放电电流、容许充放电电力的容许值Pavail中的至少某一方。该电池管理系统100具有:作为多个计算单元的电池信息获取部103以及电压运算部104,其求出分别表示蓄电池101的电压值的电压值V以及电池电压预测值Vmodel;以及作为校正单元的电阻校正量运算部111,其根据由电池信息获取部103以及电压运算部104分别求出的电压值V与电池电压预测值Vmodel的比较结果以及蓄电池101的每小时的电流的变动量dI/dt,变更直流电阻分量R0或者极化电阻分量Rp中的至少某一方对SOC运算部105、容许电力运算部106中的SOC或者容许值Pavail的计算的贡献度。即,电池管理系统100具备电池信息获取部103、电压运算部104、电流变动量运算部109和电阻校正量运算部111。电池信息获取部103获取通电中的蓄电池101的电压值V(步骤S102)。电压运算部104通过与电池信息获取部103不同的方法,获取通电中的蓄电池101的电池电压预测值Vmodel(步骤S103)。电流变动量运算部109运算蓄电池101的每单位时间的电流变动量dI/dt(步骤S106)。电阻校正量运算部111基于电压值V和电池电压预测值Vmodel的比较结果以及电流变动量dI/dt,校正包括直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的表示蓄电池101的内部状态的等价电路模型(步骤S108)。由于这样,所以能够针对通电中的电池,适当地表示内部电阻的状态。
(2)电池信息获取部103获取通电中的蓄电池101的电压测定值来作为电压值V。另外,电压运算部104通过基于等价电路模型的运算,获取电池电压预测值Vmodel。由于这样,所以分别在电池信息获取部103和电压运算部104中,能够通过相互不同的方法来可靠地获取这些电压值。
(3)电池管理系统100还具备求出电压值V与电池电压预测值Vmodel的背离度δ的背离度运算部108。电阻校正量运算部111基于由背离度运算部108求出的背离度δ以及电流变动量dI/dt,校正等价电路模型。由于这样,所以能够考虑电压V与电池电压预测值Vmodel的特性的差异,适当地校正等价电路模型。
(4)电池管理系统100还具备基于电流变动量dI/dt来决定针对直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp的电阻校正分配运算部110。电阻校正量运算部111基于由背离度运算部108求出的背离度δ以及所决定的校正分配β0、βp,校正等价电路模型。由于这样,所以能够根据背离度δ,分别按适当的分配来校正直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp
(5)电阻校正分配运算部110基于预先存储的表示电流变动量dI/dt与校正分配β0、βp的关系的校正分配信息,决定校正分配β0、βp。由于这样,所以能够根据电流变动量dI/dt容易地决定校正分配β0、βp
(6)例如如图5~图7所示,上述校正分配信息被设定为相对于电流变动量dI/dt的变化,针对直流电阻分量R0的校正分配β0与针对极化电阻分量Rp的校正分配βp负相关地变化。由于这样,所以能够设为适当地反映了相对于电流变动量dI/dt的直流电阻分量R0与极化电阻分量Rp的特性的差异的校正分配信息。
(7)电池管理系统100还具备基于由电阻校正量运算部111校正过的等价电路模型来运算相当于蓄电池101的容许电流或者容许电力的容许值Pavail的容许电力运算部106。由于这样,所以能够根据蓄电池101的状态来适当地控制充放电。
-第2实施方式-
图9、10是说明本发明的电池管理系统的第2实施方式的图。本实施方式的电池系统与第1实施方式同样地,例如搭载于HEV、PHEV那样的混合动力车辆。
图9是示出本发明的第2实施方式的电池系统2的最小构成的框图。电池系统2具备电池管理系统200、蓄电池201以及充放电控制部202。蓄电池201具备多个蓄电元件(例如,锂离子二次电池单元)。
电池管理系统200具备电池信息获取部203、电压运算部204、SOC运算部205、容许电力运算部206以及电池电阻劣化检测部207。电池电阻劣化检测部207具备背离度运算部208、电流变动量运算部209、电阻校正分配运算部210以及电阻校正量运算部211。
电池信息获取部203与第1实施方式中的图1的电池信息获取部103同样地,基于从蓄电池201或者安装于其周边的电压传感器、电流传感器、温度传感器等输出的信号,获取电流I、电压V、温度T等测定信息。然后,将这些测定信息分别输出到电压运算部204、SOC运算部205、容许电力运算部206、电流变动量运算部209。
在电压运算部204中,与第1实施方式中的图1的电压运算部104同样地,预先存储有表示蓄电池101的内部状态的等价电路模型。使用该等价电路模型来运算作为电池电压的构成分量的细目的开路电压OCV、直流电压分量I×R0以及极化电压分量Vp,将它们的运算结果输出到SOC运算部205以及容许电力运算部206。
SOC运算部205基于从电池信息获取部203输出的电流I、电压V和温度T以及由电压运算部204运算出的OCV、I×R0以及Vp,通过相互不同的两种方法,分别运算蓄电池201的SOC。SOC运算部205例如基于OCV通过SOCv方式来运算SOC,并且基于电流I的历史,通过SOCi方式来运算SOC。此外,也可以代替SOCv方式或者SOCi方式,而通过将SOCv方式与SOCi方式组合而成的SOCc方式来运算SOC。下面,说明SOC运算部205通过SOCv方式进行SOC的运算并将其运算结果作为SOCv输出到背离度运算部208、并且通过SOCc方式进行SOC的运算并将其运算结果作为SOCc输出到背离度运算部208、容许电力运算部206、充放电控制部202以及电压运算部204的情况下的例子。
容许电力运算部206与第1实施方式中的图1的容许电力运算部106同样地,基于从电池信息获取部203输出的电流I和温度T、由电压运算部204运算出的OCV、I×R0和Vp以及从SOC运算部205输出的SOCc,运算针对蓄电池201的充放电的容许值Pavail。容许电力运算部206将容许值Pavail的运算结果输出到充放电控制部202。
背离度运算部208基于来自SOC运算部205的两种SOC、即SOCv和SOCc,计算相对于这些SOC的背离度δ。背离度运算部208将所计算出的背离度δ输出到电阻校正量运算部211。
电流变动量运算部209与第1实施方式中的图1的电流变动量运算部109同样地,基于从电池信息获取部203输出的电流I,运算从上次的计算时刻至当前时刻为止的每单位时间的蓄电池201的电流变动量dI/dt。电流变动量运算部209将所计算出的电流变动量dI/dt输出到抵抗校正分配运算部210。
电阻校正分配运算部210与第1实施方式中的图1的电阻校正分配运算部110同样地,基于从电流变动量运算部209输出的电流变动量dI/dt,运算分别针对等价电路模型中的直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp
电阻校正量运算部211与第1实施方式中的图1的电阻校正量运算部111同样地,基于从背离度运算部208输出的背离度δ以及从电阻校正分配运算部210输出的校正分配β0、βp,运算直流电阻分量R0的校正量ΔR0以及极化电阻分量Rp的校正量ΔRp。电阻校正量运算部211将所计算出的校正量ΔR0、ΔRp输出到电压运算部204,校正在电压运算部204中存储的等价电路模型的直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp
在电池电阻劣化检测部207中,能够通过以上说明的背离度运算部208、电流变动量运算部209、电阻校正分配运算部210以及电阻校正量运算部211的各动作,基于两种SOC的值,计算用于校正等价电路模型的校正量ΔR0、ΔRp
充放电控制部202与第1实施方式中的图1的充放电控制部102同样地,基于从SOC运算部205输出的SOCc的运算结果以及从容许电力运算部206输出的容许值Pavail的运算结果,控制流过蓄电池201的充放电电流。
图10是示出本发明的第2实施方式的控制流程图的一个例子的图。该控制程序在图9的电池管理系统200中执行。图10所示的一序列的处理按规定时间间隔进行。
在步骤S201中,判定电池管理系统200是否正在通电,如果未通电,则停止处理,如果正在通电,则前进到步骤S202。在这里,规定时间是表示用于基于本发明来计算电阻校正量的控制周期的时间间隔,例如,选定0.1秒等时间。
在步骤S202中,在电池信息获取部203中,获取蓄电池201的电流I、电压V、温度T等测定信息。
在步骤S203中,在电压运算部204中,使用在步骤S202中获取的电流I和温度T的测定值以及当前的SOC的值,计算基于表示蓄电池201的内部状态的等价电路模型的OCV、直流电压分量I×R0以及极化电压分量Vp
在步骤S204中,在SOC运算部205中,基于在步骤S202中获取的电流I、电压V和温度T的测定值以及在步骤S203中求出的OCV、直流电压分量I×R0和极化电压分量Vp,分别运算基于2个方式的SOC。具体来说,SOC运算部205使用它们的值,通过SOCv方式来求出SOCv,并且通过将SOCv方式与SOCi方式组合而成的SOCc方式来求出SOCc,从而运算2种充电率(SOCv、SOCc)。此外,也可以使用基于其他方式的SOC、例如通过SOCi方式求出的SOCi等。
在步骤S205中,在背离度运算部208中,计算在步骤S204中求出的基于2个方式的SOC、即SOCv与SOCc的背离度δ。在这里,上述背离度δ只要是适当地表示SOCv与SOCc的特性的差异的指标即可。例如,能够使用SOCv与SOCc的差分、比率等。除此之外,还能够将根据SOCv以及SOCc求出的各种值用作背离度δ。
在步骤S206中,在电流变动量运算部209中,基于在步骤S202中获取的电流I的测定值,运算蓄电池201的每单位时间的电流变动量dI/dt。
在步骤S207中,在电阻校正分配运算部210中,基于在步骤S206中求出的每单位时间的电流变动量dI/dt,运算分别针对等价电路模型中的直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp。在这里,与第1实施方式中的图2的步骤S107同样地,基于预先存储于电阻校正分配运算部210的图5~图7所示的校正分配信息,决定与当前的电流变动量dI/dt的值相应的直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp
在步骤S208中,在电阻校正量运算部211中,基于在步骤S205中求出的背离度δ以及在步骤S207中求出的针对直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp,运算用于分别校正直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的值的校正量。具体来说,电阻校正量运算部211与第1实施方式中的图2的步骤S108同样地,通过将背离度δ分别与直流电阻分量R0的校正分配β0和极化电阻分量Rp的校正分配βp相乘,从而分别计算直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp的校正量。通过将这样求出的校正量从电阻校正量运算部211输出到电压运算部204,从而电阻校正量运算部211能够校正在电压运算部204中存储的蓄电池201的等价电路模型。
在步骤S209中,判定是否满足校正定时条件。在满足校正定时条件的情况下,使处理前进到步骤S210,在不满足校正定时条件的情况下,返回到步骤S201。在这里,与第1实施方式中的图2的步骤S109同样地,例如在从上次的校正起经过了规定时间以上的情况下、或在得到高精度的校正结果的定时的时候,能够判定为满足校正定时条件。
在步骤S210中,在电压运算部204中,使在步骤S208中求出的直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp的校正量反映到等价电路模型的等价电路常数。由此,在电压运算部204中应用由电阻校正量运算部211实施的等价电路模型的校正。当这样应用校正后,使处理返回到步骤S201。此外,在这里,仅当在步骤S209中判定为满足校正定时条件的情况下应用校正,但也可以与第1实施方式同样地,始终持续进行校正,根据步骤S209的判定结果对所得到的校正量进行加权。
根据以上说明的本发明的第2实施方式,起到以下的作用效果。
(1)电池管理系统200通过SOC运算部205、容许电力运算部206,将包括直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的多个电阻分量加以考虑地计算蓄电池201的SOC或者表示容许充放电电流、容许充放电电力的容许值Pavail中的至少某一方。该电池管理系统200具有:作为多个计算单元的SOC运算部205,其求出分别表示蓄电池201的充电率的SOCv以及SOCc;以及作为校正单元的电阻校正量运算部211,其根据由SOC运算部205求出的SOCv与SOCc的比较结果以及蓄电池201的每小时的电流的变动量dI/dt,变更直流电阻分量R0或者极化电阻分量Rp中的至少某一方对SOC运算部205、容许电力运算部206中的SOC或者容许值Pavail的计算的贡献度。即,电池管理系统200具备SOC运算部205、电流变动量运算部209和电阻校正量运算部211。SOC运算部205获取表示通电中的蓄电池201的充电状态的第1SOC,并且通过与此不同的方法,获取表示通电中的蓄电池201的充电状态的第2SOC(步骤S204)。电流变动量运算部209运算蓄电池201的每单位时间的电流变动量dI/dt(步骤S206)。电阻校正量运算部211基于第1SOC和第2SOC的比较结果以及电流变动量dI/dt,校正包括直流电阻分量R0和极化电阻分量Rp的表示蓄电池201的内部状态的等价电路模型(步骤S208)。由于这样,所以与第1实施方式同样地,能够针对通电中的电池,适当地表示内部电阻的状态。
(2)SOC运算部205例如通过基于根据等价电路模型计算出的蓄电池201的OCV的SOCv方式,获取作为第1SOC的SOCv。另外,SOC运算部205例如通过基于通电中的蓄电池201的电流测定值I的历史的SOCi方式或者SOCc方式,获取作为第2SOC的SOCi或者SOCc。由于这样,所以在SOC运算部205中,能够通过相互不同的方法,可靠地获取这些充电状态。
(3)电池管理系统200还具备求出第1SOC与第2SOC的背离度δ的背离度运算部208。电阻校正量运算部211基于由背离度运算部208求出的背离度δ以及电流变动量dI/dt,校正等价电路模型。由于这样,所以能够考虑第1SOC与第2SOC的特性的差异,适当地校正等价电路模型。
(4)电池管理系统200还具备基于电流变动量dI/dt来决定针对直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp的校正分配β0、βp的电阻校正分配运算部210。电阻校正量运算部211基于由背离度运算部208求出的背离度δ以及所决定的校正分配β0、βp,校正等价电路模型。由于这样,所以与第1实施方式同样地,能够根据背离度δ,分别按适当的分配来校正直流电阻分量R0以及极化电阻分量Rp
(5)电阻校正分配运算部210基于预先存储的表示电流变动量dI/dt与校正分配β0、βp的关系的校正分配信息,决定校正分配β0、βp。由于这样,所以与第1实施方式同样地,能够根据电流变动量dI/dt来容易地决定校正分配β0、βp
(6)例如如图5~图7所示,上述校正分配信息被设定为相对于电流变动量dI/dt的变化,针对直流电阻分量R0的校正分配β0与针对极化电阻分量Rp的校正分配βp负相关地变化。由于这样,所以与第1实施方式同样地,能够设为适当地反映了相对于电流变动量dI/dt的直流电阻分量R0与极化电阻分量Rp的特性的差异的校正分配信息。
(7)电池管理系统200还具备基于由电阻校正量运算部211校正过的等价电路模型来运算相当于蓄电池201的容许电流或者容许电力的容许值Pavail的容许电力运算部206。由于这样,所以与第1实施方式同样地,能够根据蓄电池201的状态来适当地控制充放电。
-第3实施方式-
图11示出本发明的第3实施方式的车辆控制系统(混合动力车辆控制系统)的一个例子。该混合动力车辆控制系统3具备在第1实施方式中说明的图1的电池管理系统100和蓄电池101、对用户309显示控制状态的显示装置301、用户309能够针对是否执行本控制进行操作的输入装置302、功率控制单元303、发动机控制单元304、马达/发电机305、发动机306、动力分割机构307以及驱动轮308。此外,在图11的例子中,设为具备电池管理系统100以及蓄电池101,但也可以将其替代而具备在第2实施方式中说明的图9的电池管理系统200以及蓄电池201。下面,说明具备电池管理系统100以及蓄电池101的情况下的例子。
从电池管理系统100将作为电池性能的限制值之一的容许充放电电力输出到作为上位控制器的功率控制单元303。功率控制单元303基于来自电池管理系统100的容许充放电电力来对马达/发电机305进行驱动控制。功率控制单元303与发动机控制单元304相互进行信息的交换。发动机控制单元304控制发动机306的动作。
在从电池管理系统100输出的容许充放电电力变大的情况下,增大车辆驱动时的马达的驱动力分配,减小发动机的驱动力分配。相反,在从电池管理系统100输出的容许充放电电力变小的情况下,减小车辆驱动时的马达的驱动力分配,增大发动机的驱动力分配。
如上所述,说明了各种实施方式,但本发明不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也包括在本发明的范围内。
符号说明
1、2…电池系统;100、200…电池管理系统;101、201…蓄电池;102、202…充放电控制部;103、203…电池信息获取部;104、204…电压运算部;105、205…SOC运算部;106、206…容许电力运算部;107、207…电池电阻劣化检测部;108、208…背离度运算部;109、209…电流变动量运算部;110、210…电阻校正分配运算部;111、211…电阻校正量运算部;3…混合动力车辆控制系统;301…显示装置;302…输入装置;303…功率控制单元;304…发动机控制单元;305…马达/发电机;306…发动机;307…动力分割机构;308…驱动轮;309…用户。

Claims (17)

1.一种电池管理系统,其将包括直流电阻分量和极化电阻分量的多个电阻分量加以考虑地计算二次电池的充电率、容许电流、容许电力中的至少某一方,
所述电池管理系统的特征在于,
所述电池管理系统具有:
多个计算单元,其求出所述二次电池的电压值或者充电率;以及
校正单元,其根据由所述多个计算单元求出的多个电压值或者充电率的比较结果以及所述二次电池的每单位时间的电流的变动量,变更所述直流电阻分量或者所述极化电阻分量中的至少某一方对所述充电率或者所述容许电流、所述容许电力的计算的贡献度。
2.一种电池管理系统,其特征在于,具备:
第1电压获取部,其获取通电中的二次电池的电压值来作为第1电压值;
第2电压获取部,其通过与所述第1电压获取部不同的方法,获取通电中的所述二次电池的电压值来作为第2电压值;
电流变动量运算部,其运算所述二次电池的每单位时间的电流变动量;以及
电阻校正量运算部,其基于所述第1电压值和所述第2电压值的比较结果以及所述电流变动量,校正包括直流电阻分量和极化电阻分量的表示所述二次电池的内部状态的等价电路模型。
3.根据权利要求2所述的电池管理系统,其特征在于,
所述第1电压获取部获取通电中的所述二次电池的电压测定值来作为所述第1电压值,
所述第2电压获取部通过基于所述等价电路模型的运算,获取所述第2电压值。
4.根据权利要求3所述的电池管理系统,其特征在于,
还具备求出所述第1电压值与所述第2电压值的背离度的背离度运算部,
所述电阻校正量运算部基于由所述背离度运算部求出的所述背离度以及所述电流变动量,校正所述等价电路模型。
5.根据权利要求4所述的电池管理系统,其特征在于,
还具备电阻校正分配运算部,所述电阻校正分配运算部基于所述电流变动量来决定针对所述直流电阻分量以及所述极化电阻分量的校正分配,
所述电阻校正量运算部基于由所述背离度运算部求出的所述背离度以及所述校正分配,校正所述等价电路模型。
6.根据权利要求5所述的电池管理系统,其特征在于,
所述电阻校正分配运算部基于预先存储的表示所述电流变动量与所述校正分配的关系的校正分配信息,决定所述校正分配。
7.根据权利要求6所述的电池管理系统,其特征在于,
所述校正分配信息被设定为相对于所述电流变动量的变化,针对所述直流电阻分量的校正分配与针对所述极化电阻分量的校正分配负相关地变化。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的电池管理系统,其特征在于,
还具备容许运算部,所述容许运算部基于由所述电阻校正量运算部校正过的所述等价电路模型,来运算所述二次电池的容许电流或者容许电力。
9.一种电池管理系统,其特征在于,具备:
第1充电状态获取部,其获取通电中的二次电池的充电状态来作为第1充电状态;
第2充电状态获取部,其通过与所述第1充电状态获取部不同的方法,获取通电中的所述二次电池的充电状态来作为第2充电状态;
电流变动量运算部,其运算所述二次电池的每单位时间的电流变动量;以及
电阻校正量运算部,其基于所述第1充电状态和所述第2充电状态的比较结果以及所述电流变动量,校正包括直流电阻分量和极化电阻分量的表示所述二次电池的内部状态的等价电路模型。
10.根据权利要求9所述的电池管理系统,其特征在于,
所述第1充电状态获取部根据基于所述等价电路模型计算出的所述二次电池的电压,获取所述第1充电状态,
所述第2充电状态获取部基于通电中的所述二次电池的电流测定值的历史,获取所述第2充电状态。
11.根据权利要求10所述的电池管理系统,其特征在于,
还具备求出所述第1充电状态与所述第2充电状态的背离度的背离度运算部,
所述电阻校正量运算部基于由所述背离度运算部求出的所述背离度以及所述电流变动量,校正所述等价电路模型。
12.根据权利要求11所述的电池管理系统,其特征在于,
还具备电阻校正分配运算部,所述电阻校正分配运算部基于所述电流变动量来决定针对所述直流电阻分量以及所述极化电阻分量的校正分配,
所述电阻校正量运算部基于由所述背离度运算部求出的所述背离度以及所述校正分配,校正所述等价电路模型。
13.根据权利要求12所述的电池管理系统,其特征在于,
所述电阻校正分配运算部基于预先存储的表示所述电流变动量与所述校正分配的关系的校正分配信息,决定所述校正分配。
14.根据权利要求13所述的电池管理系统,其特征在于,
所述校正分配信息被设定为相对于所述电流变动量的变化,针对所述直流电阻分量的校正分配与针对所述极化电阻分量的校正分配负相关地变化。
15.根据权利要求9至14中的任一项所述的电池管理系统,其特征在于,
还具备容许运算部,所述容许运算部基于由所述电阻校正量运算部校正过的所述等价电路模型,来运算所述二次电池的容许电流或者容许电力。
16.一种电池系统,其特征在于,具备:
权利要求8或15所述的电池管理系统;
二次电池,其由所述电池管理系统进行管理;以及
充放电控制部,其基于由所述容许运算部运算出的所述容许电流或者所述容许电力,控制所述二次电池的充放电电流。
17.一种混合动力车辆控制系统,其特征在于,具备:
隔着动力分割机构而设置的发动机以及马达;以及
权利要求16所述的电池系统,
根据由所述充放电控制部实施的所述充放电电流的控制,控制所述发动机与所述马达的驱动力分配。
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