CN112406628A - 控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种控制装置，包括：电压控制部，其配置为，将对电池的荷电状态进行控制的DCDC变压器的指示电压依次切换并控制为多个不同的规定的测定用电压；获取部，其配置为，针对由所述电压控制部切换的各所述测定用电压，分别获取在实施了恒流放电时的所述电池的第一端子电压和在实施了恒流充电时的所述电池的第二端子电压；校正部，其配置为，基于所述获取部新获取的多个所述第一端子电压与所述获取部最近一次已获取的多个所述第一端子电压之间的比较、以及所述获取部新获取的多个所述第二端子电压与所述获取部最近一次已获取的多个所述第二端子电压之间的比较，对表示所述电池的荷电状态与开放端电压之间的关系的SOC‑OCV特性曲线进行校正。

Description

控制装置
技术领域
本发明涉及一种控制装置。
背景技术
作为在车辆上搭载的电池，有使用磷酸铁锂离子电池(LFP电池)。在该磷酸铁锂离子电池中，在表示电池的荷电状态(SOC)与开放端电压(OCV)的关系的SOC-OCV特性曲线具有平缓区域，该平缓区域为开放端电压相对于荷电状态的变化率小的区域，因此，在该平缓区域中难以高精度地推断电池的荷电状态。
作为其对策，在日本特开2017-167163中公开了在测定的电池的开放端电压为平缓区域以外的变化区域的值的情况下，根据SOC-OCV特性曲线而对荷电状态进行推断的技术。
发明内容
但是，在日本特开2017-167163记载的技术中，未考虑由于电池的经时劣化而造成的SOC-OCV特性曲线的变化，因此随着电池的使用年数的增长，根据SOC-OCV特性曲线推断的荷电状态与实际的荷电状态之间的背离变大，不能够高精度地推断荷电状态。
本发明提供一种能够高精度地推断已经时劣化的电池的荷电状态的控制装置。
本发明的一个方式涉及一种控制装置。所述控制装置包括电压控制部、获取部、校正部。所述电压控制部配置为，将对电池的荷电状态进行控制的DCDC变压器的指示电压依次切换并控制为多个不同的规定的测定用电压。所述取得部配置为，针对由所述电压控制部切换的各所述测定用电压，分别获取在实施了恒流放电时的所述电池的第一端子电压、和在实施了恒流充电时的所述电池的第二端子电压。所述校正部配置为，根据所述获取部新取得的多个所述第一端子电压与所述获取部最近一次已获取的多个所述第一端子电压之间的比较、以及所述获取部新取得的多个所述第二端子电压与所述获取部最近一次已获取的多个所述第二端子电压之间的比较，对表示所述电池的荷电状态与开放端电压的关系的SOC-OCV特性曲线进行校正。
在上述方式中，也可以采用如下构成，所述电池的所述SOC-OCV特性曲线具有开放端电压相对于荷电状态的变化率为规定值以下的平缓区域，所述电压控制部配置为，将所述指示电压切换为作为所述DCDC变压器的所述测定用电压下的一个的第一电压，所述第一电压用于将所述电池的荷电状态控制为所述平缓区域与所述平缓区域以外的区域之间的边界的荷电状态。
在上述方式中，也可以采用如下构成，所述电压控制部将所述指示电压切换为所述第一电压、比所述第一电压高规定值的第二电压、以及比所述第一电压低规定值的第三电压，以所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压作为所述DCDC变压器的所述测定用电压。
在上述方式中，也可以采用如下构成，所述校正部在所述获取部新取得的多个所述第一端子电压中的至少一个和与此对应的所述获取部最近一次已获取的所述第一端子电压之间存在规定的背离的情况下，基于背离的量而对所述SOC-OCV特性曲线进行校正。
在上述方式中，也可以采用如下构成，所述校正部在所述获取部新获取的多个所述第二端子电压中的至少一个和与此对应的所述获取部最近一次已获取的所述第二端子电压之间存在规定的背离的情况下，基于背离的量而对所述SOC-OCV特性曲线进行校正。
在上述方式中，控制装置也可以还具有通知部，所述通知部配置为，在所述获取部新获取的多个所述第一端子电压中的至少一个和与此对应的所述获取部最近一次已获取的所述第一端子电压之间、以及所述获取部新获取的多个所述第二端子电压中的至少一个和与此对应的所述获取部最近一次已获取的所述第二端子电压之间这二者中的仅一者存在背离的情况下，实施表示所述电池的异常的规定的通知。
在上述方式中，也可以采用如下构成，所述电压控制部基于所述SOC-OCV特性曲线的校正结果，导出与目标SOC对应的OCV，基于所述OCV，对所述DCDC变压器的指示电压进行更新，使用所述指示电压，对所述电池的充放电进行控制。
根据上述本发明的控制装置，能够高精度地推断已经时劣化的电池的荷电状态。
附图说明
以下，参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业上的意义，在附图中，相同的标记表示相同的元件。
图1为包括本发明的一个实施方式涉及的控制装置在内的电源系统的概要构成图。
图2为表示锂离子电池的SOC-OCV特性曲线的一个示例的图。
图3A为表示控制装置执行的充放电控制的处理过程的流程图。
图3B为表示控制装置执行的充放电控制的处理过程的流程图。
图4为表示通过充放电控制而获取的值的一个示例的图。
图5为表示控制装置执行的SOC-OCV特性曲线的校正控制的处理过程的流程图。
图6为表示通过校正控制对SOC-OCV特性曲线进行校正的具体例的图。
具体实施方式
在本发明的控制车载电池的充放电的控制装置中，在新获取车载电池的端子电压时，基于其与最近一次已获取并存储的车载电池的端子电压之间的背离，适当地对车载电池的SOC-OCV特性曲线进行校正。由此，能够高精度地推断已经时劣化的车载电池的荷电状态(SOC)。
以下，参照附图，对本发明的一个实施方式详细地进行说明。
构成
图1为表示包括本发明的一个实施方式涉及的控制装置在内的电源系统的概要构成的框图。图1例示的电源系统1具有第一电池10、DCDC变压器20、第二电池30、多个车载设备40、本实施方式的控制装置50。该电源系统1被搭载于作为动力源而使用电动电机的混合动力车(HV)、插电式混合动力车(PHV)以及电动车(EV)等。
第一电池10为用于向电动电机(未图示)、DCDC变压器20供给电力的高电压电池。此外，第一电池10也可以采用经由能够与外部电源连接的插入式充电器(未图示)而从外部电源获取电力的结构。该第一电池10使用能够充放电的锂离子电池等的二次电池。
DCDC变压器20将第一电池10与第二电池30以及多个车载设备40连接，将第一电池10的电力向第二电池30以及多个车载设备40供给。在电力供给时，DCDC变压器20能够根据从控制装置50得到的电压指令值，将作为输入电压的第一电池10的高电压转换为规定的低电压并输出。
第二电池30是充入从DCDC变压器20输出的电力、对自身的电力进行放电的低电压电池。作为一个示例，作为第二电池30可以使用具有SOC-OCV特性曲线的磷酸铁锂离子电池(LFP电池)，该SOC-OCV特性曲线具有图2所示的、开放端电压(OCV)相对于荷电状态(SOC)的变化率为规定值以下的平缓区域。
多个车载设备40为根据从DCDC变压器20输出的电力、以及第二电池30的电力进行工作的、搭载于车辆的各种装置。作为一个示例，该多个车载设备40包括电机、螺线管等的致动器类、车头灯及室内灯等的灯类、暖气设备及制冷设备等的空调类、转向装置、制动器以及自动驾驶、高级驾驶辅助等的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)类等的装置。
控制装置50对利用DCDC变压器20而实施的第二电池30的充放电进行控制，并获取与第二电池30的状态相关的规定的信息，基于获取到的规定的信息而对第二电池30的SOC-OCV特性曲线进行校正。该控制装置50典型地构成为包括处理器、存储器以及输入输出接口等的ECU。控制装置50可以包括能够对DCDC变压器20进行控制的ECU、能够对第二电池30的状态进行监视的ECU等的、搭载于车辆的ECU的一部分或全部。在本实施方式的控制装置50中，通过处理器读取并执行储存于存储器的程序，实现以下说明的电压控制部51、获取部52、校正部53以及通知部60的各项功能。
在实施是否应该对第二电池30的SOC-OCV特性曲线进行校正的判断的规定的期间，电压控制部51将DCDC变压器20的指示电压依次切换为多个不同的规定的测定用电压。规定的期间优选为车辆的电源已接通的(READY-ON)状态的、第二电池30的荷电状态高且状态稳定的时候。
获取部52针对通过电压控制部51而切换的各测定用电压，获取预先确定的状态下的第二电池30的端子电压。此外，获取部52获取在获取到该端子电压时的第二电池30的荷电状态。
校正部53基于获取部52新获取的多个端子电压与获取部52最近一次已获取并存储的多个端子电压之间的比较，对表示第二电池30的荷电状态(SOC)与开放端电压(OCV)的关系的SOC-OCV特性曲线进行校正。
控制
接下来，进一步参照图3A、图3B、图4、图5以及图6，对本实施方式涉及的控制装置50实施的控制进行说明。
图3A以及图3B为表示控制装置50执行的使用DCDC变压器20而进行的第二电池30的充放电控制的处理过程的流程图。图3A的处理与图3B的处理通过接续标识X而接续。图4为表示通过图3A以及图3B的充放电控制而获取的值的一个示例的图。
图3A以及图3B所示的充放电控制在车辆的电源系统已启动(READY-ON)的期间至少执行一次。
步骤S301
控制装置50将DCDC变压器20的指示电压设定为预先确定的测定用电压V0。该测定用电压V0可以设为基于当前的SOC-OCV特性曲线的任意的电压(OCV)，可以设为用于将第二电池30的荷电状态控制为规定的目标荷电状态(目标SOC)的电压。即，测定用电压V0可以设为用于将第二电池30的荷电状态控制为第二电池30的平缓区域与平缓区域以外的变化区域之间的边界的荷电状态的电压。
另外，本充放电控制优选在第二电池30的荷电状态高且状态稳定时开始，在第二电池30的荷电状态与目标荷电状态较大地偏离的状态下开始充放电控制的情况下，也可以在经过规定的时间后实施步骤S302以后的处理。规定的时间只要设为例如第二电池30的荷电状态充电至目标荷电状态所需的时间、或放电至目标荷电状态所需的时间即可。
步骤S302
控制装置50使用DCDC变压器20实施以规定的电流值进行的恒流放电(CC放电)，并获取测定用电压V0下的第二电池30的端子电压也就是最小的闭路电压(Closed CircuitVoltage)即CCV最小值Vmin0。此外，控制装置50获取CCV最小值Vmin0时的第二电池30的荷电状态(SOC)。荷电状态可以使用公知的OCV法、电流积分法等容易地获取。
步骤S303
控制装置50实施以规定的电流值进行的恒流充电(CC充电)，获取测定用电压V0的情况下的第二电池30的端子电压也就是最大的闭路电压即CCV最大值Vmax0。此外，控制装置50获取CCV最大值Vmax0时的第二电池30的荷电状态。荷电状态可以使用公知的OCV法、电流积分法等容易地获取。
步骤S304
控制装置50将DCDC变压器20的指示电压设定为预先确定的测定用电压V1。该测定用电压V1设定为比测定用电压V0高(V1＞V0)。
步骤S305
控制装置50在将DCDC变压器20的指示电压设定为测定用电压V1之后，对是否已经过规定的时间进行判断。规定的时间可设定为推断为第二电池30随着测定用电压V1而完成充电的时间。在判断为已经过规定的时间的情况下(步骤S305：是)，处理进入步骤S306。
步骤S306
控制装置50使用DCDC变压器20而实施以规定的电流值进行的恒流放电，并获取测定用电压V1下的第二电池30的端子电压也就是最小的闭路电压即CCV最小值Vmin1。此外，控制装置50获取CCV最小值Vmin1时的第二电池30的荷电状态。荷电状态可以使用公知的OCV法、电流积分法等容易地获取。
步骤S307
控制装置50实施以规定的电流值进行的恒流充电，并获取测定用电压V1下的第二电池30的端子电压也就是最大的闭路电压即CCV最大值Vmax1。此外，控制装置50获取CCV最大值Vmax1时的第二电池30的荷电状态。荷电状态可以使用公知的OCV法、电流积分法等容易地获取。
步骤S308
控制装置50将DCDC变压器20的指示电压设定为预先确定的测定用电压V2。该测定用电压V2设定为比测定用电压V0低(V2＜V0)。
步骤S309
控制装置50在将DCDC变压器20的指示电压设定为测定用电压V2之后，对是否已经过规定的时间进行判断。规定的时间可以设定为推断为第二电池30随着测定用电压V2而完成放电的时间。在判断为已经过规定的时间的情况下(步骤S309：是)，处理进入步骤S310。
步骤S310
控制装置50使用DCDC变压器20而实施以规定的电流值进行的恒流放电，并获取测定用电压V2下的第二电池30的端子电压也就是最小的闭路电压即CCV最小值Vmin2。此外，控制装置50获取CCV最小值Vmin2时的第二电池30的荷电状态。荷电状态可以使用公知的OCV法、电流积分法等容易地获取。
步骤S311
控制装置50实施以规定的电流值进行的恒流充电，获取测定用电压V2下的的第二电池30的端子电压也就是最大的闭路电压即CCV最大值Vmax2。此外，控制装置50获取CCV最大值Vmax2时的第二电池30的荷电状态。荷电状态可以使用公知的OCV法、电流积分法等容易地获取。
通过以上的处理，如图4所例示地，针对当前的SOC-OCV特性曲线，获取基于测定用电压以及荷电状态的CCV最小值Vmin0、Vmin1、Vmin2、CCV最大值Vmax0、Vmax1、Vmax2。
步骤S312
控制装置50将获取到的各值(CCV最小值Vmin0、Vmin1、Vmin2以及CCV最大值Vmax0、Vmax1、Vmax2)存储在未图示的存储器等。
步骤S313
控制装置50将DCDC变压器20的指示电压复位为在测定用电压V0之前设定的初始的电压，结束本充放电控制。
另外，在上述实施方式中，对将三个电压即V0、V1、V2用作测定用电压的示例进行了说明，该电压V0为用于将第二电池30的荷电状态控制为第二电池30的SOC-OCV特性曲线中的平缓区域与平缓区域以外的区域之间的边界的荷电状态，该电压V1为比电压V0高规定值的电压V1，该电压V2为比电压V0低规定值的电压V2。但是，也可以使用三个以外的数量的电压作为测定用电压。
此外，上述步骤S302的放电处理与步骤S303的充电处理之间的顺序、步骤S306的放电处理与步骤S307的充电处理之间的顺序、以及步骤S310的放电处理与步骤S311的充电处理之间的顺序，也可以分别互换。此外，步骤S304～S307的以测定用电压V1进行的处理与步骤S308～S311的以测定用电压V2进行的处理之间的顺序也可以互换。
图5为表示控制装置50执行的SOC-OCV特性曲线的校正控制的处理过程的流程图。图6为表示通过图5的校正控制而对SOC-OCV特性曲线进行校正的具体例的图。
图5所示的校正控制藉由例如通过上述的充放电控制而新获取各值(CCV最小值Vmin0、Vmin1、Vmin2以及CCV最大值Vmax0、Vmax1、Vmax2)而开始。
步骤S501
控制装置50对在恒流放电中新获取的本次的CCV最小值Vmin0、Vmin1、Vmin2与最近一次已获取并存储于存储器等的、上一次的CCV最小值Vmin0、Vmin1、Vmin2分别进行比较。具体而言，控制装置50对本次的CCV最小值Vmin0与上一次的CCV最小值Vmin0进行比较，对本次的CCV最小值Vmin1与上一次的CCV最小值Vmin1进行比较，对本次的CCV最小值Vmin2与上一次的CCV最小值Vmin2进行比较。
步骤S502
控制装置50对在恒流充电中新获取的本次的CCV最大值Vmax0、Vmax1、Vmax2与最近一次已获取并存储于存储器等的、上一次的CCV最大值Vmax0、Vmax1、Vmax2分别进行比较。具体而言，控制装置50对本次的CCV最大值Vmax0与上一次的CCV最大值Vmax0进行比较，对本次的CCV最大值Vmax1与上一次的CCV最大值Vmax1进行比较，对本次的CCV最大值Vmax2与上一次的CCV最大值Vmax2进行比较。
步骤S503
控制装置50针对放电侧以及充电侧(以图6中的校正前的SOC-OCV特性曲线的下侧和上侧表示)，而对在本次值与上一次值之间是否存在规定的背离进行判断。背离的有无可以例如通过值的背离量(电压差)来判断，也可以通过值的背离率(电压变化率)来判断。此外，放电侧的背离的有无与充电侧的背离的有无，可以根据相同的基准来判断，也可以根据不同的基准来判断。此外，在放电侧，可以根据相同的基准对CCV最小值Vmin0的背离的有无、CCV最小值Vmin1的背离的有无以及CCV最小值Vmin2的背离的有无进行判断，也可以根据不同的基准来判断；在充电侧，可以根据相同的基准对CCV最大值Vmax0的背离的有无、CCV最大值Vmax1的背离的有无、CCV最大值Vmax2的背离的有无进行判断，也可以根据不同的基准进行判断。在本次值与上一次值之间存在规定的背离的情况下(步骤S503：是)，进入步骤S504，在除此之外的情况下(步骤S503：否)，视为无需对SOC-OCV特性曲线进行校正，结束本校正控制处理。
步骤S504
控制装置50对是否在放电侧以及充电侧均出现本次值与上一次值之间存在规定的背离的情况进行判断。在放电侧以及充电侧均存在规定的背离的情况下(步骤S504：是)，进入步骤S505，在除此之外的情况下，即在放电侧或充电侧的仅其中一侧存在规定的背离的情况下(步骤S504：否)，进入步骤S508。
步骤S505
控制装置50基于在上述步骤S503判断出的背离的状态，对SOC-OCV特性曲线进行校正。关于校正的方法无特别限定，例如可以使用背离量(电压差)的平均值、最大值、最小值、中间值等作为校正量。图6表示基于各值的背离状态对SOC-OCV特性曲线进行校正的一个示例。在图6的例中，由于在CCV最小值Vmin0、Vmin1、Vmin2、CCV最大值Vmax0、Vmax1、Vmax2中全部存在规定的背离，所以使用基于背离的状态而确定的校正量对用于当前SOC的推断的SOC-OCV特性曲线(虚线)进行校正，并将校正后的曲线作为更新后的SOC-OCV特性曲线(实线)而用于此后的SOC的推断。
步骤S506
控制装置50从校正后的SOC-OCV特性曲线导出与目标SOC对应的新OCV。例如，在将第二电池30的平缓区域与平缓区域以外的变化区域之间的边界的荷电状态作为目标SOC的情况下，在图6中，将电压V0’作为新OCV导出。新OCV的导出也可以由电压控制部51执行。
步骤S507
控制装置50基于导出的新OCV而对DCDC变压器20的指示电压进行更新。在图6的例中，DCDC变压器20的指示电压从电压V0被更新为电压V0'。在DCDC变压器20的指示电压的更新完成时，结束本校正控制处理。指示电压的更新也可以由电压控制部51执行。电压控制部51也可以配置为使用上述指示电压对上述电池的充放电进行控制。
步骤S508
在放电侧或充电侧的仅其中一侧出现规定的背离时，控制装置50判断为第二电池30存在异常，向车辆的乘员、外部的管理中心等通知第二电池30的异常。该通知可以经由车辆中具有的规定的通知部60(图1所示)，通过利用了图像显示、声音输出、光的闪烁、振动等的现有技术来实施。一旦通知第二电池30的异常，则结束本校正控制处理。
另外，在上述实施方式中，对新获取了的本次值与最近一次已获取并存储的上一次值进行比较而判断背离的示例进行了说明，但是也可以对本次值与多个过往值进行比较而综合地判断背离。
作用以及效果
如上所示，根据本发明的一个实施方式涉及的控制装置50，在新获取了第二电池30的端子电压(CCV最小值、CCV最大值)时，基于与最近一次已获取并存储的第二电池30的端子电压之间的背离，对第二电池30的SOC-OCV特性曲线适当地进行校正。由此，能够高精度地推断已经时劣化的第二电池30的荷电状态(SOC)。
特别地，在本发明的一个实施方式涉及的控制装置50中，作为多个测定用电压，使用了用于将第二电池30的荷电状态控制为在第二电池30的SOC-OCV特性曲线中的平缓区域与平缓区域以外的区域之间的边界的荷电状态的电压V0、比电压V0高规定值的电压V1以及比电压V0低规定值的电压V2的这三个电压。通过如该电压V0、V1以及V2那样在多个测定用电压下大量地对第二电池30的端子电压进行样本采集，能够提高背离的判断精度，对SOC-OCV特性曲线恰当地进行校正。由此，控制装置50能够基于校正后的SOC-OCV特性曲线而实施最优的充放电控制，使第二电池30的荷电状态为目标SOC。
以上对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明能够被解释为控制装置执行的充放电控制方法以及校正控制方法、控制程序以及存储该控制程序的计算机可读取的非临时性存储介质、或搭载了控制装置的车辆。
本发明的控制装置能够用于混合动力车、插电式混合动力车以及电动车等。

Claims (7)

1.一种控制装置，其特征在于，包括：
电压控制部，其配置为，将对电池的荷电状态进行控制的DCDC变压器的指示电压依次切换并控制为多个不同的规定的测定用电压；
获取部，其配置为，针对由所述电压控制部切换的各所述测定用电压，分别获取在实施了恒流放电时的所述电池的第一端子电压、和在实施了恒流充电时的所述电池的第二端子电压；
校正部，其配置为，基于所述获取部新获取的多个所述第一端子电压与所述获取部最近一次已获取的多个所述第一端子电压之间的比较、以及所述获取部新获取的多个所述第二端子电压与所述获取部最近一次已获取的多个所述第二端子电压之间的比较，对表示所述电池的荷电状态与开放端电压之间的关系的SOC-OCV特性曲线进行校正。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述电池的所述SOC-OCV特性曲线具有开放端电压相对于荷电状态的变化率为规定值以下的平缓区域，所述电压控制部配置为，将所述指示电压切换为作为所述DCDC变压器的所述测定用电压中的一个的第一电压，所述第一电压用于将所述电池的荷电状态控制为所述平缓区域与所述平缓区域以外的区域之间的边界的荷电状态。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，
所述电压控制部配置为，将所述指示电压切换为所述第一电压、比所述第一电压高规定值的第二电压以及比所述第一电压低规定值的第三电压，以所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压作为所述DCDC变压器的所述测定用电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述校正部配置为，在所述获取部新获取的多个所述第一端子电压中的至少一个和与此对应的所述获取部最近一次已获取的所述第一端子电压之间存在规定的背离的情况下，基于背离的量而对所述SOC-OCV特性曲线进行校正。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述校正部配置为，在所述获取部新获取的多个所述第二端子电压中的至少一个和与此对应的所述获取部最近一次已获取的所述第二端子电压之间存在规定的背离的情况下，基于背离的量而对所述SOC-OCV特性曲线进行校正。
6.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，
还具有通知部，所述通知部配置为，在所述获取部新获取的多个所述第一端子电压中的至少一个和与此对应的所述获取部最近一次已获取的所述第一端子电压之间、以及所述获取部新获取的多个所述第二端子电压中的至少一个和与此对应的所述获得部最近一次已获取的所述第二端子电压之间这二者中的仅一者存在背离的情况下，实施表示所述电池的异常的规定的通知。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述电压控制部配置为，
基于所述SOC-OCV特性曲线的校正结果，导出与目标荷电状态对应的开放端电压，
基于所述开放端电压，对所述DCDC变压器的指示电压进行更新，
使用所述指示电压，对所述电池的充放电进行控制。
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