CN109507604A - 电池输出监控装置和电池输出监控方法 - Google Patents

电池输出监控装置和电池输出监控方法 Download PDF

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Abstract

电池输出监控装置包括：电池特征估计单元，该电池特征估计单元估计电池的内部电阻值和无电流时的电压；当前功率计算单元，该当前功率计算单元计算当前功率，该当前功率是在预定最小电压下电池的当前可用输出功率；警戒功率计算单元，该警戒功率计算单元至少基于内部电阻值计算警戒功率，该警戒功率大于所需功率，以至少对应于在预定时段期间电池的荷电状态下降和极化进展，警戒功率是达到电池的当前可用输出功率、以便在预定时段期间在预定最小电压下输出所需功率而需要的功率；以及判定单元，该判定单元当当前功率与警戒功率之间的差值小于预定值时，指示外部警报装置进行警报操作。

Description

电池输出监控装置和电池输出监控方法
技术领域
本发明涉及用于监控安装在车辆等中的电池的输出的装置和方法。
背景技术
已经提出了用于有效使用或适当管理安装在车辆中的电池的各种技术。公开号为No.2010-220391(JP 2010-220391 A)的日本未审查专利申请公开了一种技术，该技术通过计算电池的当前最大输出功率，并基于与预定的所需输出功率的比较结果来改变实际使用时SOC的下限值，而满足所需功率并降低充电频率以抑制电池的劣化。公开号为No.2015-73427(JP 2015-73427 A)的日本未审查专利申请公开了一种技术，该技术根据电池组中包含的电池块之间的容量或内部电阻的偏差来判定是否进行维持，并且如果需要的话，通知维持是需要的。
发明内容
对于安装在车辆中的电池，取决于车辆的规格，可能需要在预定时段期间维持恒定的荷电状态并维持预定功率。例如，在车辆包括通过利用从电池供应的电力控制车轮的高度来维持姿势的机构的情况下，当在车辆中发生异常时，在停止车辆所需的时段期间，对于电池来说，维持用于操作机制的功率是需要的。当可能难以维持这种功率时，通过快速通知用户，可以在维持这种功率的时段期间提示用户停止车辆。然而，在上述技术中，不能实际地判定在从当前时间起的预定时段内电池是否能够维持预定功率，或者向用户通知其判定结果。
本发明是考虑到上述问题而做出的，并提供了用于判定在预定时段期间电池是否能维持预定功率的电池输出监控装置和电池输出监控方法。
根据本发明的方面，提供了电池输出监控装置，其包括电池特征估计单元、当前功率计算单元、警戒功率计算单元和判定单元。电池特征估计单元配置为获取电池的电流和电压的多个测量值组，并基于测量值组估计电池的内部电阻值和无电流时的电压。当前功率计算单元配置为基于内部电阻值和无电流时的电压计算当前功率，其中当前功率是在预定最小电压下电池的当前可用输出功率。警戒功率计算单元配置为至少基于内部电阻值计算警戒功率，该警戒功率大于所需功率，以至少对应于在预定时段期间电池荷电状态下降和极化进展。该所需功率是电池所要输出的功率，该警戒功率是达到电池的当前可用输出功率、以便在预定时段期间在预定最小电压下输出所需功率而需要的功率。判定单元配置为当当前功率与警戒功率之间的差值小于预定值时，指示外部警报装置进行警报操作。
根据电池输出监控装置的这种配置，可以判定在预定时段期间电池是否能维持预定功率，并且可以在电池变得不能维持功率前通知用户这种信息。
在该电池输出监控装置中，多个测量值组包括在电池充电期间的测量值组和在电池放电期间的测量值组。
利用该电池输出监控装置，可以获得更精确地反映电池的特性的测量值组。
在该电池输出监控装置中，电池特征估计单元可以配置为通过将由线性回归计算的、相对于电流的电压变化率的大小乘以大于1的系数，来估计内部电阻值。
利用该电池输出监控装置，可以减少计算时段期间的内部电阻值的变化或由于传感器误差而造成的内部电阻值被低估的担忧。
在该电池输出监控装置中，电池特征估计单元可以配置为：不时地获取测量值组；以及通过使基于新获取的测量值而估计的内部电阻值及无电流时的电压、以及前次估计的内部电阻值及无电流时的电压平滑化，来更新内部电阻值和无电流时的电压的估计值。
利用该电池输出监控装置，可以在抑制估计值快速变化的同时进行更精确的估计。
在该电池输出监控装置中，警戒功率计算单元可以配置为：基于内部电阻值计算第一开路电压，该第一开路电压是当所需功率能够在预定最小电压下被输出时的开路电压；基于先前准备的第一映射计算对应于第一开路电压的荷电状态，基于所需功率计算在预定时段期间电池要输出的能量，计算电池的完全充电容量和标称电压的乘积作为能够由电池维持的总能量，将在预定时段期间要输出的能量与总能量的比率添加到荷电状态中，并基于第一映射计算第二开路电压，第二开路电压是与已添加了比率的荷电状态相对应的开路电压；通过将使用预定方法计算的极化值添加到第二开路电压中，来计算第三开路电压；以及基于第三开路电压和内部电阻值，计算在预定最小电压下电池的功率作为警戒功率。
在该电池输出监控装置中，警戒功率计算单元可以配置为使用先前准备的第二映射来计算极化值，其中在第二映射中，使用预定方法预先判定了与在预定时段期间输出的能量相对应的电池温度和极化值之间的相关性。
利用该电池输出监控装置，考虑到电池的荷电状态下降或极化进展，可以精确地判定在预定时段期间电池是否能维持预定功率。
根据本发明的另一方面，提供了电池输出监控装置的电池输出监控方法。即该电池输出监控方法包括：获取电池的电流和电压的多个测量值组，并基于测量值组估计电池的内部电阻值和无电流时的电压；基于内部电阻值和无电流时的电压计算当前功率，当前功率是在预定最小电压下电池的当前可用输出功率；至少基于内部电阻值计算警戒功率，警戒功率大于所需功率，以至少对应于在预定时段期间电池的荷电状态下降和极化进展，所需功率是电池需要输出的功率，警戒功率是达到电池的当前可用输出功率、以便在预定时段期间在预定最小电压下输出所需功率而需要的功率，当当前功率与警戒功率之间的差值小于预定值时，指示外部警报装置进行警报操作。
根据该电池输出监控方法的这种配置，可以判定在预定时段期间电池是否能维持预定功率，并且可以在电池变得不能维持功率前通知用户这种信息。
如上所述，根据本发明，可以提供用于判定在预定时段期间电池是否能维持预定功率的电池输出监控装置和电池输出监控方法。
附图说明
本发明的示例实施例的特征、优点和技术及工业显著性，将在下文中结合对附图的引用而加以描述，其中相似标号表示相似要素，且其中：
图1是阐释根据本发明的实施例的安装在车辆中的装置的框图；
图2是阐释根据本发明的实施例的电池输出监控过程的流程图；
图3是阐释用于根据本发明的实施例的电池输出监控过程的计算值的图。
具体实施方式
在根据本发明的电池输出监控过程中，计算在预定时段期间为了输出预定功率的目的而在当前必须由电池输出的所需功率，并将计算出的所需功率与当前可从电池实际输出的功率进行比较。特别地，在计算这样的功率时，考虑了电池的荷电状态下降或极化进展。相应地，可以通知用户在从当前时间起的预定时段期间不能维持预定功率，并且可以在不能维持预定功率之前提示用户停止车辆。
以下将参照附图详细描述本发明的实施例。
首先，图1展示了框图，其阐释了根据该实施例的安装在车辆中的各个装置。电池200、装置300、电池输出监控装置100和警报装置400安装在车辆中。电池200向装置300供应电力。当发生异常时，需要在预定时段期间向装置300提供预定电力。装置300的数量可以等于或大于2个。电池200可以在异常发生之前将电力供应到未阐释的其他装置。电池输出监控装置100具有电池特征估计单元101、当前功率计算单元102，警戒功率计算单元103以及判定单元104，并监控电池200。警报装置400响应于来自电池输出监控装置100的指示而对用户进行警报操作。
以下将描述根据该实施例的电池输出监控过程的示例。图2是阐释由电池输出监控装置100的单元执行的电池输出监控过程的流程图。图3是其中横轴表示电流I、纵轴表示电压V的图，并且是阐释用于电池输出监控过程的计算值的图。通过周期性地重复地进行以下过程流程，可以不时地监控电池200的电功率。
将描述在图2中阐释的步骤S1。电池特征估计单元101监控电池200的输出功率并获取电流值和电压值的多个测量值组。电池特征估计单元101使用例如最小二乘法的方法进行线性回归(直线拟合)，将直线的斜率的大小(相对于电流的电压变化率)计算为电池200的内部电阻值R的估计值，并且计算Y截距(I＝0)作为无电流时的电压V0的估计值。电流I和电压V之间的关系满足V＝V0-RI。V＝V0-RI的图在图3中阐释。这里，V0具有通过从电池200的当前开路电压值OCV0减去当前极化值μ而获得的值，即V0＝OCV0-μ。当电池200包括多个电池单元时，估计每个电池单元的内部阻值，并将估计值的总和设定为内部电阻值R。
当用于计算的测量值组中的电流值具有差异时，可以以更高的精度估计内部电阻值。当获取充电期间(其中电流值为负)以及放电期间(其中电流值为正)的多个测量值组时，可以获取其中电池200的特征被更精确地反映出来的一个测量值组。为此，在用于计算的一组测量值中，优选地，电流值的方差等于或大于预定值，并且电流值的平均值等于或小于预定值。
通过将由线性回归计算的内部电阻值R乘以大于1的系数而获得的值R’(＝αR(1<α))可以用作内部电阻的估计值。相应地，由于估计了稍大的内部电阻值，在测量电池200的电压以及电池200中的电流流动时，或在估计内部电阻值时，可以降低由于电池200的内部电阻值变化而发生的误差从而导致的对输出功率的降低的低估的担忧。在图3中阐释了V＝V0-R'I的图。下面将描述其中R’用作估计的内部电阻值的示例。
优选地，通过不时获取电流值和电压值的测量值，并使利用新获取的测量值而估计的内部电阻值及无电流时的电压值、以及前次估计的内部电阻值及无电流时的电压值平滑化，来更新内部电阻值的估计值以及无电流时的电压值。相应地，可以在抑制内部电阻值和无电流时的电压值的快速变化的同时获得更精确的估计值，并且，在将在稍后描述的过程中，可以使得判定单元104使计算值稳定的同时进行精确的判定。
接下来将描述步骤S2。当前功率计算单元102计算当前可由电池200供应的功率。用于计算的电压被定义为Vlow。Vlow是装置300能够操作的下限电压，并且是实际供应给装置300的电压。利用这个电压Vlow，可以通过等式1计算当前可由电池200输出的功率Wnow。
Wnow＝(V0-Vlow)/R'×Vlow (等式1)
接下来将描述步骤S3。警戒功率计算单元103计算在发生异常时电池200需要输出的能量Wh。当电池200所需的预定功率被定义为Wtarget、并且需要维持功率的预定时段的长度被定义为T时，可以通过等式2来计算能量Wh。
Wh＝Wtarget×T (等式2)
接下来将描述步骤S4。警戒功率计算单元103计算当电池完全充电时累积在电池200中的能量Whall的量。当满充电容量被定义为FCC、并且标称电压定义为Vnominal时，可以通过等式3来计算能量的量。
Whall＝FCC×Vnominal (等式3)
接下来将描述步骤S5。警戒功率计算单元103计算荷电状态ΔSOC，该荷电状态ΔSOC是能量Wh与当电池充满电时累积在电池200中的能量Whall的量的比率。可以通过等式4计算荷电状态ΔSOC。
ΔSOC＝Wh/Whall (等式4)
接下来将描述步骤S6。警戒功率计算单元103计算在预定时段T期间电池200输出能量Wh的时间点处的极化值的估计值μ’。极化值与电池200的温度和在预定时段T期间输出的能量Wh相关。由于在预定时段T期间输出的能量Wh是通过系统请求来判定的，因此可以使用第二映射(其中预先判定了电池温度和极化值之间的相关性)来估计极化值。当参照第二映射而获取的在电池的最小温度TBmin处的极化值被定义为μ＝TEMP_μ_MAP(TBmin)时，可以用等式5来表达估计的极化值μ’。
μ'＝TEMP_μ_MAP(TBmin) (等式5)
接下来将描述步骤S7。警戒功率计算单元103计算当电池200能够在电压Vlow下输出预定功率Wtarget时的开路电压OCVlimit(第一开路电压)。可以通过等式6计算开路电压OCVlimit。
OCVlimit＝Wtarget/Vlow×R'+Vlow (等式6)
接下来将描述步骤S8。警戒功率计算单元103计算当电池200的开路电压是电压OCVlimit时的荷电状态SOClimit。由于荷电状态与电池200的开路电压OCV相关，因此可以使用第一映射(其中预先定义了开路电压OCV和荷电状态SOC之间的相关性)来计算荷电状态。当参照第一映射获取的在开路电压OCV处的荷电状态被定义为SOC＝OCV_SOC_MAP(OCV)时，可以用等式7来表达荷电状态SOClimit。
SOClimit＝OCV_SOC_MAP(OCVlimit) (等式7)
接下来将描述步骤S9。警戒功率计算单元计算为了在预定时段T期间(其中电池200输出对应于荷电状态ΔSOC的能量Wh)、在电压Vlow下输出预定功率Wtarget而必须由电池200维持的荷电状态SOChold。可以通过等式8计算荷电状态SOChold。
SOChold＝SOClimit+ΔSOC (等式8)
接下来将描述步骤S10。功率警戒计算单元103计算为了使电池200维持荷电状态SOChold而必须由电池200维持的开路电压OCVhold。当参照第一映射(其中预先定义了开路电压OCV和荷电状态SOC之间的相关性)获取的在荷电状态SOC下的开路电压OCV被定义为OCV＝SOC_OCV_MAP(SOC)时，考虑到极化，可以通过将估计的极化值μ’加到SOC_OCV_MAP(SOChold)(第二开路电压)中而通过等式9来表达OCVhold(第三开路电压)。
OCVhold＝SOC_OCV_MAP(SOChold)+μ' (等式9)
接下来将描述步骤S11。警戒功率计算单元103计算当电池200具有开路电压OCVhold时在电压Vlow下的功率作为警戒功率Whold，该警戒功率Whold是电池为了在预定时段T期间维持最小电压Vlow而当前需要输出的功率。可以通过等式10来计算警戒功率Whold。警戒功率Whold具有大于所需功率Wtarget的值，以对应于在预定时段T期间电池的荷电状态ΔSOC的下降和极化进展μ’。
Whold＝(OCVhold-Vlow)/R'×Vlow (等式10)
接下来将描述步骤S12。判定单元104判定当前可用功率Wnow和当前需要输出的警戒功率Whold之间的差值是否小于预定值。当差值小于预定值时，进行步骤S13。当差值等于或大于预定值时，判定单元判定在预定时段T期间可以输出电压Vlow，该过程流程结束。
接下来将描述步骤S13。当Wout和Whold之间的差值小于预定值时，可以判定难以在预定时段T期间输出电压Vlow。相应地，判定单元104指示外部警报装置400进行警报操作。相应地，该过程流程结束。响应于该警报，用户可以快速地进行用于停止车辆等的操作。
下面将描述根据该实施例的电池输出监控装置和电池输出监控方法。如上所述，考虑到荷电状态下降或电池200的极化的进展，电池输出监控装置100可以具体地判定电池200是否能够在从当前时间开始的预定时段期间维持预定功率。相应地，当难以维持功率时，通过立即通知用户，可以在维持功率的同时，提示用户进行逃生操作(例如停止)。
上述步骤的过程仅是示例，只要可以计算警戒功率，具体计算方法可以适当地改变。只要计算不受阻碍，步骤的执行顺序就可以改变。本发明可以理解为电池输出监控装置，也可以理解为使包括控制单元的计算机执行上述单元的功能的电池输出监控方法，或写入该过程的电池输出监控程序。
本发明可以有用地用于监控在车辆等中的电池。

Claims (7)

1.电池输出监控装置，其特征在于，包括：
电池特征估计单元，其配置为获取电池的电流和电压的多个测量值组，并基于测量值组估计电池的内部电阻值和无电流时的电压；
当前功率计算单元，其配置为基于所述内部电阻值和所述无电流时的电压计算当前功率，所述当前功率是在预定最小电压下所述电池的当前可用输出功率；
警戒功率计算单元，其配置为至少基于所述内部电阻值计算警戒功率，所述警戒功率大于所需功率，以至少对应于在预定时段期间电池的荷电状态下降和极化进展，所述所需功率是所述电池需要输出的功率，所述警戒功率是达到所述电池的当前可用输出功率、以便在所述预定时段期间在所述预定最小电压下输出所需功率而需要的功率；以及
判定单元，其配置为当所述当前功率与所述警戒功率之间的差值小于预定值时，指示外部警报装置进行警报操作。
2.根据权利要求1所述的电池输出监控装置，其特征在于，所述多个测量值组包括在电池充电期间的测量值组和在电池放电期间的测量值组。
3.根据权利要求1或2所述的电池输出监控装置，其特征在于，所述电池特征估计单元配置为通过将由线性回归计算的、相对于电流的电压变化率的大小乘以大于1的系数，来估计所述内部电阻值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池输出监控装置，其特征在于，所述电池特征估计单元配置为：
不时地获取测量值组；以及
通过使基于新获取的测量值而估计的内部电阻值及无电流时的电压、以及前次估计的内部电阻值及无电流时的电压平滑化，来更新内部电阻值和无电流时的电压的估计值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池输出监控装置，其特征在于，所述警戒功率计算单元配置为：
基于所述内部电阻值计算第一开路电压，所述第一开路电压是当所述所需功率能够在所述预定最小电压下被输出时的开路电压；
基于先前准备的第一映射计算对应于所述第一开路电压的荷电状态，基于所述所需功率计算在所述预定时段期间电池要输出的能量，计算电池的完全充电容量和标称电压的乘积作为能够由所述电池维持的总能量，将在所述预定时段期间要输出的能量与所述总能量的比率添加到所述荷电状态中，并基于所述第一映射计算第二开路电压，所述第二开路电压是与已添加了所述比率的荷电状态相对应的开路电压；
通过将使用预定方法计算的极化值添加到所述第二开路电压中，来计算第三开路电压；以及
基于所述第三开路电压和所述内部电阻值，计算在所述预定最小电压下所述电池的功率作为所述警戒功率。
6.根据权利要求5所述的电池输出监控装置，其特征在于，所述警戒功率计算单元配置为使用先前准备的第二映射来计算所述极化值，在所述第二映射中，使用预定方法预先判定了与在所述预定时段期间输出的能量相对应的电池温度和极化值之间的相关性。
7.电池输出监控装置的电池输出监控方法，其特征在于，包括：
获取电池的电流和电压的多个测量值组，并基于测量值组估计电池的内部电阻值和无电流时的电压；
基于所述内部电阻值和所述无电流时的电压计算当前功率，所述当前功率是在预定最小电压下电池的当前可用输出功率；
至少基于所述内部电阻值计算警戒功率，所述警戒功率大于所需功率，以至少对应于在预定时段期间电池的荷电状态下降和极化进展，所述所需功率是所述电池需要输出的功率，所述警戒功率是达到所述电池的当前可用输出功率、以便在所述预定时段期间在所述预定最小电压下输出所需功率而需要的功率，
当所述当前功率与所述警戒功率之间的差值小于预定值时，指示外部警报装置进行警报操作。
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