CN112912747B - 电池状态推算装置和电池控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够与串联连接多个单电池而构成的电池组连接的电池状态推算装置，能够以所述多个单电池中的任一个为对象单电池来推算所述对象单电池的充电状态，其包括：用于获取所述对象单电池的闭路电压的测量结果的单电池电压获取部；基准单电池信息获取部，其针对所述多个单电池设定基准单电池，获取所述基准单电池的闭路电压和开路电压以及表示所述基准单电池的充电状态的基准SOC值；暂定SOC运算部，其基于所述对象单电池的闭路电压以及所述基准单电池的闭路电压和开路电压，来求取表示所述对象单电池的暂定充电状态的暂定SOC值；和SOC运算部，其使用对所述暂定SOC值和所述基准SOC值的差进行了平滑化处理后得到的结果，求取表示所述对象单电池的充电状态的SOC值。

Description

电池状态推算装置和电池控制装置
技术领域
本发明涉及电池状态推算装置和电池控制装置。
背景技术
在使用了锂二次电池、镍氢电池、铅电池、双电层电容器等蓄电单元的装置例如电池系统、分散型储电装置、电动汽车中，为了安全且有效地使用蓄电单元，使用检测蓄电单元的状态的状态检测装置。作为蓄电单元的状态，有表示充电到了什么程度或者剩余什么程度可放电的电荷量的充电状态(SOC：State of Charge)、表示劣化到了什么程度的健康状态(SOH：State of Health)等。
便携设备用或电动汽车等的电池系统的SOC可通过累计来自充满电的放电电流，并计算蓄电装置中残留的电荷量(残存容量)相对于可最大限度充电的电荷量(总容量)之比来检测。也可通过其它将电池的两端电压(开路电压)和电池的残存容量的关系预定义为数据表等，参照该数据表计算当前的残存容量来检测SOC。进而，也可组合这些方法来求出SOC。
下述的专利文献1记载了一种使用蓄电池单电池的电压变化行为的单电池均衡装置，其是对蓄电池包所含的多个单电池进行均衡的装置，其特征为，包含：开路电压推算单元，其测量各个单电池的电压，通过包含当前的单电池电压和过去的单电池电压在内的电压变化行为来推算各个单电池的开路电压；SOC推算装置，其根据上述开路电压推算各个单电池的SOC；单元均衡装置，其将推算出的各个单电池的SOC进行比较来选择需要均衡的单电池，控制与选择出的单电池对应的均衡电路，对单电池的SOC进行均衡。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特表2011－530697号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述专利文献1记载的技术中，为了推算各单电池的开路电压，需要各单电池的温度测量、定义了相对于单电池电压的变化行为和开路电压变化量之间的相关关系的数学模型、与各个单电池的温度对应的修正因子等。因此，用于实现它们的硬件结构变得复杂，导致制造成本增加。
本发明是为了解决现有技术的上述课题而完成的，其目的在于，提供一种电池状态推算装置，其可低成本且高精度地推算电池的充电状态。
用于解决问题的技术方案
本发明的电池状态推算装置是一种能够与串联连接多个单电池而构成的电池组连接的电池状态推算装置，能够以所述多个单电池中的任一个作为对象单电池来推算所述对象单电池的充电状态，其包括：用于获取所述对象单电池的闭路电压的测量结果的单电池电压获取部；基准单电池信息获取部，其针对所述多个单电池设定基准单电池，获取所述基准单电池的闭路电压和开路电压以及表示所述基准单电池的充电状态的基准SOC值；暂定SOC运算部，其基于所述对象单电池的闭路电压以及所述基准单电池的闭路电压和开路电压，来求取表示所述对象单电池的暂定充电状态的暂定SOC值；和SOC运算部，其使用对所述暂定SOC值和所述基准SOC值的差进行了平滑化处理后得到的结果，求取表示所述对象单电池的充电状态的SOC值。
本发明的电池控制装置具有电池状态推算装置和均衡控制装置，该均衡控制装置基于所述电池状态推算装置求出的各单元的SOC值，控制所述电池组的均衡。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够低成本且高精度地推算电池的充电状态的电池状态推算装置。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的电池系统的结构的框图。
图2是表示测量部和电池组的详细的框图。
图3是表示本发明第一实施方式的电池状态推算装置的详细的功能框图。
图4是表示本发明第一实施方式的电池状态推算装置的处理流程的图。
图5是表示OCV与SOC的关系的图。
图6是表示本发明第二实施方式的电池状态推算装置的详细的功能框图。
图7是表示本发明第二实施方式的电池状态推算装置的处理流程的图。
图8是表示本发明第三实施方式的电池状态推算装置的详细的功能框图。
图9是表示本发明第三实施方式的电池状态推算装置的处理流程的图。
图10是表示本发明第四实施方式的电池状态推算装置的处理流程的图。
图11是表示本发明第五实施方式的电池状态推算装置的详细的功能框图。
图12是表示本发明第五实施方式的电池状态推算装置的处理流程的图。
图13是表示本发明第六实施方式的电池系统的结构的框图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是表示本发明的一个实施方式的电池系统1000的结构的框图。电池系统1000是将电池组400蓄积的电荷作为电力供给到外部装置的系统，包括电池控制装置100、测量部200和输出部300。作为电池系统1000供电的对象，例如可考虑电动汽车、混合动力车、电车等。
电池组400是例如锂离子二次电池等可充放电的电池。对于其它镍氢电池、铅电池、双电层电容器等具有储电功能的器件，也能够应用本发明。在本实施方式中，电池组400通过串联连接多个单体单电池(以下，简称为“单电池”)而构成。
测量部200是测量电池组400的物理特性例如构成电池组400的各单电池的两端电压即单电池电压Vn(n＝1～Nmax，其中，Nmax是电池组400的总单电池数)、电池组400整体的两端电压即总电压Vtotal、共同流过电池组400的各单电池的电流即电池电流I、表示电池组400的温度的电池温度T等的功能部，由测量各值的传感器、必要的电气电路等构成。此外，如后所述，要推算电池状态，还需要电池组400的内部电阻R，但在本实施方式中，在电池状态推算装置110中，使用其它测量参数进行计算。
输出部300是将电池控制装置100的输出对外部装置(例如电动汽车所具有的车辆控制装置等上级装置)输出的功能部。
电池控制装置100是控制电池组400的动作的装置，具有电池状态推算装置110和存储部120。
电池状态推算装置110基于由测量部200测量出的单电池电压Vn、总电压Vtotal、电池电流I、电池温度T、保存于存储部120的电池组400的特性信息，计算电池组400的各单电池的SOC。关于SOC的详细计算方法后述。
存储部120存储有电池组400的各单电池的内部电阻R、极化电压Vp、充电效率、容许电流、总容量等可预知的特性信息。该特性信息也可以按充电、放电的动作单独地存储，也可以按充电状态或温度等各单电池的每种状态单独地存储，还可以存储各单电池的所有状态共用的一个值。
电池控制装置100和电池状态推算装置110可使用实现其功能的电路器件等硬件而构成。另外，也可通过CPU(Central Processing Unit)等运算装置执行安装其功能的软件而构成。在后者的情况下，该软件保存于例如存储部120。
存储部120使用闪存器、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁盘等存储装置而构成。存储部120也可以设置于电池状态推算装置110的外部，还可以作为装设于电池状态推算装置110的内部的存储装置来实现。存储部120也可以是可拆卸的。在可拆卸的情况下，通过更换存储部120，能够简单地变更特性信息和软件。另外，通过具有多个存储部120，且将特性信息和软件分散地保存于可更换的存储部120，能够按小单位更新特性信息和软件。
图2是表示测量部200和电池组400的详细的框图。如图2所示，测量部200具有单电池电压测量部210、总电压测量部211、电流测量部212和温度测量部213。在电池组400中，多个单电池401串联连接。
单电池电压测量部210与各单电池401的正极以及负极连接，测量各单电池401的单电池电压Vn并将其输出到电池状态推算装置110。此外，单电池电压测量部210也可以由可测量所有单电池401的单电池电压的一个硬件构成。或者，也可以将单电池401按规定的个数分组，然后组合与各组对应的多个硬件而构成单电池电压测量部210。
总电压测量部211连接于在电池组400中与最上级(最高电位)侧连接的单电池401的正极和在电池组400中与最下级(最低电位)侧连接的单电池401的负极之间，测量电池组400的总电压Vtotal并将其输出到电池状态推算装置110。
电流测量部212测量流过电池组400的电流，作为电池电流I而输出到电池状态推算装置110。即，在电池组400中，因为所有单电池401都串联连接，所以电流测量部212通过测量流过电池组400的电流，能够测量共同流过各单电池401的电池电流I。
温度测量部213包含设置于电池组400的温度传感器，测量电池温度T并将其输出到电池状态推算装置110。在温度测量部213中，温度传感器设置于与构成电池组400的多个单电池401中的任一个单电池401对应的位置。例如，也可以在该单电池401上直接安装温度传感器，还可以在该单电池401的附近设置温度传感器。另外，温度传感器也可以是一个，还可以组合使用安装于各个单电池401的多个温度传感器。
图3是表示本发明第一实施方式的电池状态推算装置110的详细的功能框图。本实施方式的电池状态推算装置110具有单电池电压获取部111、基准单电池信息获取部112、暂定SOC运算部113、SOC运算部114的各功能块，将对电池组400的各单电池401的充电状态的推算结果作为单电池充电状态SOCn(n＝1～Nmax)而输出。这些功能块作为例如构成电池状态推算装置110的硬件、CPU执行的软件来实现。
单电池电压获取部111在电池组400处于通电状态时，通过获取测量部200测量出的各单电池401的单电池电压Vn，来获取各单电池401的闭路电压(CCV)的测量结果。然后，将所获取的各单电池401的CCV的值作为CCVn(n＝1～Nmax)而输出。
基准单电池信息获取部112针对构成电池组400的多个单电池401设定基准单电池，获取该基准单电池的闭路电压(CCV)和开路电压(OCV)、表示基准单电池的充电状态的基准SOC值。在本实施方式中，基准单电池信息获取部112在电池组400处于通电状态时，基于测量部200测量出的总电压Vtotal、电池电流I以及电池温度T，获取电池组400整体的各单电池401的CCV、OCV和SOC的平均值作为基准单电池的CCV、OCV和基准SOC值。然后，将所获取的这些值分别作为CCVave、OCVave、SOCave而输出。此外，关于由基准单电池信息获取部112计算CCVave、OCVave、SOCave的计算方法，后面进行描述。
暂定SOC运算部113基于从单电池电压获取部111输入的CCVn和从基准单电池信息获取部112输入的CCVave以及OCVave，求出表示各单电池401的暂定充电状态的暂定SOC值。然后，将针对各单电池401求出的暂定SOC值作为SOCnx(n＝1～Nmax)而输出。此外，关于由暂定SOC运算部113计算的SOCnx的计算方法，后面进行描述。
SOC运算部114基于从暂定SOC运算部113输入的SOCnx和从基准单电池信息获取部112输入的SOCave，求出表示各单电池401的充电状态的SOC值。然后，基于针对各单电池401求出的SOC值，输出单电池充电状态SOCn。此外，关于由SOC运算部114计算SOCn的计算方法，后面进行描述。
图4是表示本发明第一实施方式的电池状态推算装置110的处理流程的图。本实施方式的电池状态推算装置110在电池组400处于通电状态时，通过按规定的处理周期执行图4所示的处理流程，来推算各单电池401的充电状态。
在步骤S10中，由基准单电池信息获取部112计算电池组400的每一个单电池的平均单电池电压CCVave。这里，基准单电池信息获取部112通过从测量部200获取总电压Vtotal并除以电池组400的单电池数来计算CCVave。然后，将所算出的CCVave的值输出到暂定SOC运算部113。
在步骤S20中，由基准单电池信息获取部112计算电池组400的平均单电池充电状态SOCave、电池组400的非通电时的每一个单电池的平均单电池电压OCVave。这里，基准单电池信息获取部112基于例如过去的某个时间点的电池组400整体的已知的SOC的值、从测量部200获取的电池电流I的累计结果，来求取电池组400整体的SOC将其作为SOCave。然后，使用存储于存储部120的特性信息所含的电池组400整体的OCV和SOC的关系，求取与所算出的SOCave对应的电池组400的OCV的值，通过其OCV的值除以电池组400的单电池数，计算出OCVave。然后，将所算出的OCVave和SOCave的值分别输出到暂定SOC运算部113和SOC运算部114。
或者，在步骤S20中，基准单电池信息获取部112也可以基于从测量部200获取的电池温度T来推算电池组400整体的电阻值，基于该电阻值和在步骤S10中求出的CCVave来计算OCVave。在这种情况下，可使用存储于存储部120的特性信息所含的电池组400整体的OCV和SOC的关系，根据OCVave的计算结果计算SOCave。除此以外，基准单电池信息获取部112能使用任意的方法来计算出SOCave和OCVave。
电池状态推算装置110以电池组400的各单电池401为对象依次执行步骤S30～S90的处理。下面，作为具体例对以第n个单电池401(n＝1～Nmax)为对象单电池在步骤S30～S90中执行的处理内容进行说明。
在步骤S30中，由单电池电压获取部111从测量部200获取对象单电池的单电池电压CCVn。然后，将所算出的CCVn的值输出到暂定SOC运算部113。
在步骤S40中，由暂定SOC运算部113计算对象单电池和基准单电池的单电池电压差ΔVn。这里，暂定SOC运算部113通过从在步骤S30中从单电池电压获取部111输入的对象单电池的单电池电压CCVn中减去在步骤S10中从基准单电池信息获取部112输入的平均单电池电压CCVave，来计算单电池电压差ΔVn。即，在步骤S40中，单电池电压差ΔVn用下式(1)来求出。
ΔVn＝CCVn－CCVave…(1)
在步骤S50中，由暂定SOC运算部113计算对象单电池的暂定OCV的值即OCVnx。这里，暂定SOC运算部113通过在步骤S40中计算出的单电池电压差ΔVn加上在步骤S20中计算出的OCVave，来计算OCVnx。即，在步骤S50中，OCVnx用下式(2)来求出。
OCVnx＝ΔVn+OCVave…(2)
在步骤S60中，由暂定SOC运算部113通过将在步骤S50中计算出的OCVnx变换为SOC的值，来计算对象单电池的暂定SOC的值即SOCnx。这里，暂定SOC运算部113使用存储于存储部120的特性信息所含的各单电池的OCV和SOC的关系，将OCVnx变换为SOCnx。然后，将所算出的SOCnx的值输出到SOC运算部114。
图5是表示各单电池的开路电压OCV和SOC的关系的图。该对应关系是由电池组400中的各单电池401的特性决定的，在存储部120中作为SOC表而预保存有定义其对应关系的数据。暂定SOC运算部113通过以在步骤S50中计算出的OCVnx为关键字而参照SOC表，能够计算对象单电池的暂定SOC即SOCnx。
此外，在步骤S50中计算出的OCVnx是使用根据通电时的对象单电池的单电池电压CCVn求出的单电池电压差ΔVn而计算出的。在步骤S60中作为对象单电池的暂定SOC而计算出的SOCnx是根据该OCVnx求出的。因此，SOCnx包含单电池电压测量部210的测量误差、对象单电池的CCVn和电池电流I的测量时刻之差、各单电池的内部电阻之差(个体差、温度差、劣化状态之差等)，是不准确的。因此，在本实施方式中，通过在SOC运算部114中进行以下说明的运算，来根据SOCnx求出对象单电池的正确的SOC。
在步骤S70中，由SOC运算部114计算对象单电池相对于基准单电池的SOC的暂定差值ΔSOCnx。这里，SOC运算部114通过从在步骤S60中从暂定SOC运算部113输入的SOCnx的值中减去在步骤S20中从基准单电池信息获取部112输入的SOCave的值，来计算ΔSOCnx。即，在步骤S70中，ΔSOCnx用下式(3)来求出。
ΔSOCnx＝SOCnx－SOCave…(3)
在步骤S80中，由SOC运算部114通过对在步骤S70中计算出的暂定差值ΔSOCnx进行平滑化处理，来计算对象单电池相对于基准单电池的SOC的实际差值ΔSOCn。所谓在步骤S80中进行的平滑化处理，是通过使暂定差值ΔSOCnx的每处理周期的波动平滑，来降低暂定差值ΔSOCnx所含的误差或噪声而计算实际差值ΔSOCn的处理。具体地说，通过例如移动平均处理、使用了低通滤波器、卡尔曼滤波器等规定的数字滤波器的滤波处理等，来实现步骤S80的平滑化处理。
以下对在步骤S80中作为平滑化处理进行的移动平均处理之一例进行说明。当设移动平均数为N，且设每规定的处理周期所得到的暂定差值ΔSOCnx的值为ΔSOCnx(i)(i是1以上的自然数)时，则对在最近的处理中所得到的暂定差值ΔSOCnx(t)进行的平滑化处理后的实际差值ΔSOCn用下式(4)来求出。其中，式(4)中t＞N。
ΔSOCn＝{ΔSOCnx(t－N)+ΔSOCnx(t－(N－1))+…+ΔSOCnx(t－1)+ΔSOCnx(t)}/N…(4)
此外，在上述中，对未对ΔSOCnx(i)的各值进行加权的单纯移动平均的例子进行了说明，但也可以通过越是新值越要加大加权的加权移动平均，来进行平滑化处理。在此情况下，可按照线性加权移动平均、指数移动平均、修正移动平均、三角移动平均等任意的处理方法来确定各值的加权。
在步骤S90中，由SOC运算部114使用步骤S80的平滑化处理的结果来计算对象单电池的SOC值。这里，SOC运算部114通过在步骤S20中从基准单电池信息获取部112输入的SOCave的值加上在步骤S80中求出的平滑化处理后的实际差值ΔSOCn，来计算对象单电池的SOC值即SOCn。即，在步骤S90中，SOCn用下式(5)来求出。
SOCn＝SOCave+ΔSOCn…(5)
如果在步骤S90中针对对象单电池计算出了SOCn，则返回到步骤S30中，反复进行S30～S90的处理。如果以所有单电池401为对象单电池实施了S30～S90的处理，则电池状态推算装置110结束图4的处理流程。
如上所述，从各种误差因素来看，难以在步骤S60的处理中计算出对象单电池的准确的SOC的值作为SOCnx。另一方面，在电池组400处于通电状态时，因为在各单电池401中流过相同的电流，所以各单电池401间的SOC差具有稳定的性质。因此，在本实施方式中，通过利用这样的性质对用上述式(3)求出的暂定差值ΔSOCnx实施平滑化处理，来求取实际差值ΔSOCn，使用该实际差值ΔSOCn，利用上述式(5)计算对象单电池的SOC的值。因此，不需要复杂的运算处理或复杂的硬件结构，用简单的处理就能够正确地求出对象单电池的SOC的值。
根据以上说明的本发明的第一实施方式，可实现以下(1)～(3)的作用效果。
(1)电池状态推算装置110是与串联连接多个单电池401而构成的电池组400连接，且以多个单电池401中的任一个为对象单电池来推算对象单电池的充电状态的装置。电池状态推算装置110具有单电池电压获取部111、基准单电池信息获取部112、暂定SOC运算部113、SOC运算部114。单电池电压获取部111获取对象单电池的闭路电压CCVn的测量结果(步骤S30)。基准单电池信息获取部112针对多个单电池401设定基准单电池，获取基准单电池的闭路电压CCVave和开路电压OCVave、表示基准单电池的充电状态的基准SOC值即SOCave(步骤S10、S20)。暂定SOC运算部113基于对象单电池的闭路电压CCVn、基准单电池的闭路电压CCVave以及开路电压OCVave，求出表示对象单电池的暂定充电状态的暂定SOC值即SOCnx(步骤S40～S60)。SOC运算部114使用对SOCnx和SOCave的差值ΔSOCnx进行了平滑化处理的结果，求出表示对象单电池的充电状态的SOC值即SOCn(步骤S70～S90)。这样，就能够低成本且高精度地提供可推算电池组400的各单电池401的充电状态的电池状态推算装置110。
(2)在步骤S80中实施的平滑化处理可包含移动平均处理和使用了规定的数字滤波器的滤波处理中的至少任一个。这样的话，就能够可靠地降低SOCnx和SOCave的差值ΔSOCnx的时间变化量，在求SOCn时，能够适当且容易地计算出必要的平滑化处理后的实际差值ΔSOCn。
(3)基准单电池信息获取部112在步骤S10、S20中，分别获取多个单电池401的闭路电压和充电状态的平均值即CCVave以及SOCave作为基准单电池的闭路电压以及基准SOC值，并且基于所获取的SOCave，求出基准单电池的作为开路电压的OCVave。这样，既能够抵消各单电池401的个体差、在各单电池401中随机产生的测量误差等，又能够容易地获取基准单电池的闭路电压、开路电压以及基准SOC值。
(第二实施方式)
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。在本实施方式中，对在电池状态推算装置110中用与第一实施方式不同的方法进行平滑化处理，并计算对象单电池的SOC的例子进行说明。此外，本实施方式的电池系统1000的结构、测量部200和电池组400的结构与利用图1、图2进行了说明的结构同样，所以以下省略说明。
图6是表示本发明第二实施方式的电池状态推算装置110的详细的功能框图。本实施方式的电池状态推算装置110除了具有在第一实施方式中已说明的单电池电压获取部111、基准单电池信息获取部112、暂定SOC运算部113、SOC运算部114的各功能块以外，还具有加权系数运算部115。
加权系数运算部115在电池组400处于通电状态时，基于测量部200测量出的电池电流I和电池温度T来计算加权系数W。该加权系数W从加权系数运算部115输出到SOC运算部114，在SOC运算部114中进行平滑化处理时使用。此外，关于由加权系数运算部115运算的加权系数W的计算方法，后面进行描述。
图7是表示本发明第二实施方式的电池状态推算装置110的处理流程的图。本实施方式的电池状态推算装置110在电池组400处于通电状态时，通过按规定的处理周期执行图7所示的处理流程，来推算各单电池401的充电状态。
在步骤S10～S60中，分别实施与在第一实施方式中已说明的处理同样的处理。
在步骤S61中，由加权系数运算部115计算加权系数W。加权系数运算部115基于表示流过对象单电池的电流的电池电流I的绝对值和对象单电池的内部电阻值，利用例如下式(6)来计算加权系数W。在式(6)中，R表示对象单电池的内部电阻值，G1、G2分别表示用于对使用了加权系数W的平滑化处理的行为赋予特征的行为系数。此外，关于行为系数G1、G2和平滑化处理的行为之间的关系，后面进行描述。
W＝1/{(1+|I|×R×G2)×G1}…(6)
对象单电池的内部电阻R预先作为特性信息保存于存储部120。内部电阻R由于因对象单电池的充电状态、电池温度T等而不同，因此按它们的组合在存储部120保存有各自的值。在本实施方式中，定义内部电阻R和电池温度T的对应关系的特性信息被作为电阻表来保存。加权系数运算部115基于电池温度T，从电阻表中获取内部电阻R，用式(6)计算加权系数W。
当在步骤S61中由加权系数运算部115计算出了加权系数W时，在步骤S70中，与在第一实施方式中已说明的同样，由SOC运算部114计算对象单电池相对于基准单电池的SOC的暂定差值ΔSOCnx。
在步骤S80中，由SOC运算部114通过对在步骤S70中计算出的暂定差值ΔSOCnx进行平滑化处理，来计算对象单电池相对于基准单电池的SOC的实际差值ΔSOCn。这里，本实施方式的SOC运算部114通过使用在步骤S61中由加权系数运算部115计算出的加权系数W，对在本次处理中得到的平滑化处理前的暂定差值ΔSOCnx、和在上次处理中得到并用于对象单电池的SOC值的运算的平滑化处理后的实际差值ΔSOCn进行加权加法运算，来进行平滑化处理。具体地说，当将本次处理的平滑化处理后的实际差值表示为ΔSOCn(t)，且将上次处理的平滑化处理后的实际差值表示为ΔSOCn(t－1)时，利用下式(7)计算ΔSOCn(t)。
ΔSOCn(t)＝W×ΔSOCnx+(1－W)×ΔSOCn(t－1)…(7)
如果在步骤S80中通过进行使用了加权系数W的平滑化处理而计算出了ΔSOCn，则在步骤S90中，使用其结果，利用上述式(5)计算对象单电池的SOC值即SOCn。如果在步骤S90中针对对象单电池计算出了SOCn，则与第一实施方式同样，返回到步骤S30，反复进行S30～S90的处理。如果以所有单电池401为对象单电池实施了S30～S90的处理，则电池状态推算装置110结束图7的处理流程。
这里，以下对加权系数W的行为系数G1、G2和平滑化处理的行为之间的关系进行说明。行为系数G1是上述式(6)的整体的系数，与平滑化处理的稳定性和更新频率相关。具体地说，当行为系数G1的值较小时，用式(7)计算的实际差值ΔSOCn(t)的稳定性就降低，另一方面，更新频率提高。其结果是，对实际SOC的变化的追随性升高来代替按处理周期计算出的对象单电池的SOCn的波动幅度增大。相反，当行为系数G1的值较大时，用式(7)计算出的实际差值ΔSOCn的稳定性提高，另一方面，更新频率降低。其结果是，对实际SOC的变化的追随性降低来代替按处理周期计算出的对象单电池的SOCn的波动幅度减小。在本实施方式中，例如1以上的值且100等规定值以下的值被设定为行为系数G1。
另外，行为系数G2是上述式(6)中的电池电流I的绝对值的系数，与电池电流I对平滑化处理的影响度有关系。具体地说，当行为系数G2的值较小时，用式(7)计算出的实际差值ΔSOCn(t)受电池电流I的影响度就降低。其结果是，按处理周期计算出的对象单电池的SOCn的行为不易受到电池电流I的影响。相反，当行为系数G2的值较大时，用式(7)计算出的实际差值ΔSOCn(t)受电池电流I的影响度就升高。其结果是，按处理周期计算出的对象单电池的SOCn如果电池电流I的绝对值较大，则稳定性升高，如果电池电流I的绝对值较小，则更新频率升高。但是，因为在通常情况下电池电流I的绝对值大的期间不会长期连续，所以即使某种程度地加大行为系数G2的值，关于对象单电池的SOCn，也能够确保适当的更新频率。在本实施方式中，例如0以上的值被设定为行为系数G2。
在本实施方式的电池状态推算装置110中，作为上述的行为系数G1、G2的值，将例如与电池组400的各单电池401的特性对应的值预存储于存储部120。此外，也可以将随着电池温度T、电池电流I、各单电池401的劣化程度等而变化的行为系数G1、G2的值作为映射信息而存储于存储部120，然后参照该映射信息确定行为系数G1、G2的值。
根据以上说明的本发明的第二实施方式，除了在第一实施方式中已说明的(1)～(3)以外，还可实现以下(4)的作用效果。
(4)电池状态推算装置110具有加权系数运算部115，该加权系数运算部115基于在对象单电池中流动的电池电流I的绝对值和对象单电池的内部电阻值R来计算加权系数W。在步骤S80中实施的平滑化处理所含的移动平均处理，是通过式(7)使用加权系数W对本次的SOCnx和SOCave的暂定差值ΔSOCnx、用于对象单电池的上次的SOC值的运算的平滑化处理后的实际差值ΔSOCn(t－1)进行加权加法运算的处理。这样，就能够提高对象单电池的SOC值的运算精度。
(第三实施方式)
接着，对本发明的第三实施方式进行说明。在本实施方式中，对在电池状态推算装置110中设定对实施平滑化处理的电池电流I的容许值，且在超过该容许值的电流在电池组400中流动的情况下不实施平滑化处理的例子进行说明。此外，本实施方式的电池系统1000的结构、测量部200和电池组400的结构与分别用图1、图2进行了说明的结构同样，所以以下省略说明。
图8是表示本发明第三实施方式的电池状态推算装置110的详细的功能框图。本实施方式的电池状态推算装置110具有在第一实施方式中已说明的单电池电压获取部111、基准单电池信息获取部112、暂定SOC运算部113、SOC运算部114的各功能块，电池电流I也输入到SOC运算部114。在除此以外的方面均与第一实施方式的图3的功能块相同。
在本实施方式中，SOC运算部114基于电池电流I，判断是否实施平滑化处理。在判断为不实施平滑化处理的情况下，SOC运算部114原封不动地保持在上次处理中针对各单电池401求出的SOC的值，作为本次的处理结果来使用。
图9是表示本发明第三实施方式的电池状态推算装置110的处理流程的图。本实施方式的电池状态推算装置110在电池组400处于通电状态时，通过按规定的处理周期执行图9所示的处理流程，来推算各单电池401的充电状态。
在步骤S10～S20中，分别实施与在第一实施方式中已说明的处理同样的处理。
在步骤S21中，由SOC运算部114判断电池电流I的绝对值是否大于规定的电流阈值Ith。如果电池电流I的绝对值超过了电流阈值Ith，则进入步骤S22，否则进入步骤S30。
在从步骤S21进入了步骤S30的情况下，在步骤S30～S90中，以电池组400的各单电池401为对象单电池，分别实施与在第一实施方式中已说明的处理同样的处理。如果以所有单电池401为对象单电池实施了S30～S90的处理，则电池状态推算装置110结束图9的处理流程。
另一方面，在从步骤S21进入了步骤S22的情况下，在步骤S22中，由SOC运算部114保持在上次处理中求出的各单电池的SOC的值。在这种情况下，SOC运算部114不进行平滑化处理。如果执行了步骤S22的处理，则电池状态推算装置110结束图9的处理流程。
根据以上说明的本发明的第三实施方式，除了在第一实施方式中已说明的(1)～(3)以外，还可实现以下(5)的作用效果。
(5)SOC运算部114在对象单电池中流动的电池电流I的绝对值超过规定值时，不进行平滑化处理，保持上次的SOC值。这样，就会有大电流流过对象单电池，因此，在由单电池电压获取部111根据对象单电池的内部电阻的误差获取的单电池电压CCVn的误差变大时，无需实施平滑化处理就能够提高对象单电池的SOC值的运算精度。
此外，在以上说明的第三实施方式中，在流过对象单电池的电池电流I的绝对值超过规定值时，不进行平滑化处理，而是保持上次的SOC值，但也可使用其以外的条件来判断平滑化处理的有无。例如，也可以测量在对象单电池中流动的电池电流I的时间变化量，在其绝对值超过规定值时，不进行平滑化处理，而是保持上次的SOC值。这样，也能够实现与上述(5)同样的作用效果。还可以使用其它条件来判断平滑化处理的有无。
(第四实施方式)
接着，对本发明的第四实施方式进行说明。在本实施方式中，说明在电池状态推算装置110中判断由SOC运算部114求出的平滑化处理后的实际差值ΔSOCn是否发生了突变，且在判断为发生了突变的情况下实施限制其变化量的变化量限制处理的例子。此外，本实施方式的电池系统1000的结构、测量部200和电池组400的结构、电池状态推算装置110的功能块与分别用图1～图3进行了说明的相同，所以以下省略说明。
图10是表示本发明第四实施方式的电池状态推算装置110的处理流程的图。本实施方式的电池状态推算装置110在电池组400处于通电状态时，通过按规定的处理周期执行图10所示的处理流程，来推算各单电池401的充电状态。
在步骤S10～S80中，分别实施与在第一实施方式中已说明的处理同样的处理。
在步骤S81中，由SOC运算部114判断在步骤S80中计算出的平滑化处理后的实际差值ΔSOCn是否大于规定的差分阈值Sth。如果实际差值ΔSOCn超过了差分阈值Sth，则进入步骤S82，否则进入步骤S90。
在从步骤S81进入了步骤S82的情况下，在步骤S82中，将在步骤S80中计算出的平滑化处理后的实际差值ΔSOCn替换为差分阈值Sth。由此，平滑化处理后的实际差值ΔSOCn就会限制在差分阈值Sth以下。如果实施了步骤S82的处理，则SOC运算部114通过使用以差分阈值Sth替换的限制后的实际差值ΔSOCn而执行步骤S90的处理，来计算出对象单电池的SOC值即SOCn。
如果以所有单电池401为对象单电池实施了S30～S90的处理，则电池状态推算装置110结束图10的处理流程。
根据以上说明的本发明的第四实施方式，除了在第一实施方式中已说明的(1)～(3)以外，还可实现以下(6)的作用效果。
(6)SOC运算部114进行将平滑化处理后的实际差值ΔSOCn限制在规定值以下的变化量限制处理。这样，在串联连接多个单电池401而构成的电池组400中，在因测量误差等而错误地计算出了实际上不会产生的ΔSOCn的突变时，能够限制该突变而提高对象单电池的SOC值的运算精度。
(第五实施方式)
接着，对本发明的第五实施方式进行说明。在上述的第一实施方式中，对在电池状态推算装置110中获取电池组400整体的各单电池401的CCV、OCV以及SOC的平均值作为基准单电池的CCV、OCV以及SOC值的例子进行了说明。与此相对，在以下说明的第五实施方式中，对将特定的单电池401设定为基准单电池来获取其基准单电池的CCV、OCV以及SOC值的例子进行说明。此外，本实施方式的电池系统1000的结构、测量部200和电池组400的结构与分别用图1、图2进行了说明的结构相同，所以以下省略说明。
图11是表示本发明第五实施方式的电池状态推算装置110的详细的功能框图。本实施方式的电池状态推算装置110具有在第一实施方式中已说明的单电池电压获取部111、基准单电池信息获取部112、暂定SOC运算部113、SOC运算部114的各功能块。
在本实施方式中，基准单电池信息获取部112将电池组400所含的多个单电池401中的特定的单电池401设定为基准单电池，在电池组400处于通电状态时，获取测量部200测量出的该基准单电池的单电池电压Vref和电池电流I以及电池温度T。然后，将所获取的单电池电压Vref作为表示基准单电池的闭路电压(CCV)的基准单电池电压CCVref而输出。进而，基于所获取的单电池电压Vref、电池电流I以及电池温度T，计算该单电池基准单电池的开路电压(OCV)和SOC值，将这些计算结果分别作为基准单电池的开路电压OCVref和基准单电池充电状态SOCref而输出。
此外，在基准单电池信息获取部112中，优选以可尽可能高精度地获取OCV或SOC的值的单电池401为基准单电池。例如，因为通过将与温度测量部213的温度传感器的设置位置对应的单电池401设为基准单电池，能够准确地测量该单电池401的温度，所以能够高精度地计算出该单电池401的OCV。另外，根据其OCV，能够高精度地计算出SOC。
或者，也可以将由单电池电压获取部111按规定的周期依次测量CCV的电池组400的多个单电池401中的、在与电池电流I的测量时刻最接近的时刻测量出了CCV的单电池401设为基准单电池。这样的话，电池电流I的测量时刻和该单电池401的CCV的测量时刻就会大致同步，所以利用下述的等效电路式(8)，根据该单电池401的CCV，能够高精度地计算出OCV。另外，根据其OCV，能够高精度地计算出SOC。
CCV＝OCV×I×R…(8)
此外，除了上述说明的例子以外，基准单电池信息获取部112可将任意单电池401设定为基准单电池，然后针对其基准单电池，获取CCVref、OCVref和SOCref。
图12是表示本发明第五实施方式的电池状态推算装置110的处理流程的图。本实施方式的电池状态推算装置110在电池组400处于通电状态时，通过按规定的处理周期执行图12所示的处理流程，来推算各单电池401的充电状态。
在步骤S10A中，由基准单电池信息获取部112获取基准单电池电压CCVref。这里，基于如上所述的观点，基准单电池信息获取部112从电池组400的多个单电池401中选择预先设定的基准单电池，从测量部200获取该基准单电池的单电池电压的测量结果。然后，将所获取的单电池电压的值作为基准单电池电压CCVref输出到暂定SOC运算部113。
在步骤S20A中，由基准单电池信息获取部112计算基准单电池充电状态SOCref、基准单电池的非通电时的单电池电压OCVref。这里，基准单电池信息获取部112基于例如从测量部200获取的电池温度T来推算基准单电池的电阻值R，使用上述的等效电路式(8)，求出与在步骤S10A中获取的CCVref对应的OCVref。然后，使用存储于存储部120的特性信息所含的基准单电池的OCV和SOC的关系，根据OCVref的计算结果，能够计算出SOCref。此外，也可以用其它方法分别计算SOCref和OCVref。如果能够用任一种方法计算SOCref和OCVref，则基准单电池信息获取部112将所算出的OCVref和SOCref的值分别输出到暂定SOC运算部113和SOC运算部114。
在步骤S30中实施了与在第一实施方式中已说明的处理同样的处理之后，在步骤S40A中，由暂定SOC运算部113计算对象单电池和基准单电池的单电池电压差ΔVn。这里，暂定SOC运算部113通过在步骤S30中从单电池电压获取部111输入的对象单电池的单电池电压CCVn减去在步骤S10A中从基准单电池信息获取部112输入的基准单电池电压CCVref，来计算单电池电压差ΔVn。即，在步骤S40A中，单电池电压差ΔVn用下式(1A)来求出。
ΔVn＝CCVn－CCVref…(1A)
在步骤S50A中，由暂定SOC运算部113计算对象单电池的暂定OCV的值即OCVnx。这里，暂定SOC运算部113通过在步骤S40A中计算出的单电池电压差ΔVn加上在步骤S20A中计算出的OCVref，来计算OCVnx。即，在步骤S50A中，OCVnx用下式(2A)来求出。
OCVnx＝ΔVn+OCVref…(2A)
在步骤S60中实施了与在第一实施方式中已说明的处理同样的处理之后，在步骤S70A中，由SOC运算部114计算对象单电池相对于基准单电池的SOC的暂定差值ΔSOCnx。这里，SOC运算部114通过在步骤S60中从暂定SOC运算部113输入的SOCnx的值减去在步骤S20A中从基准单电池信息获取部112输入的SOCref的值，来计算ΔSOCnx。即，在步骤S70A中，ΔSOCnx用下式(3A)来求出。
ΔSOCnx＝SOCnx－SOCref…(3A)
在步骤S80中实施了与在第一实施方式中已说明的处理同样的处理之后，在步骤S90A中，由SOC运算部114使用步骤S80的平滑化处理的结果，来计算对象单电池的SOC值。这里，SOC运算部114通过在步骤S20A中从基准单电池信息获取部112输入的SOCref的值加上在步骤S80中求出的平滑化处理后的实际差值ΔSOCn，来计算对象单电池的SOC值即SOCn。即，在步骤S90A中，SOCn用下式(5A)来求出。
SOCn＝SOCref+ΔSOCn…(5A)
如果在步骤S90A中针对对象单电池计算出了SOCn，则返回到步骤S30，反复进行S30～S90A的处理。如果以所有单电池401为对象单电池实施了S30～S90A的处理，则电池状态推算装置110结束图12的处理流程。
根据以上说明的本发明的第五实施方式，除了在第一实施方式中已说明的(1)～(3)以外，还可实现以下(7)的作用效果。
(7)在电池组400中的与多个单电池401中的至少任一个对应的位置设置有温度传感器。基准单电池信息获取部112将与温度传感器的设置位置对应的单电池401设为基准单电池。或者，单电池电压获取部111获取按规定的周期依次测量出的电池组400的各单电池401的闭路电压作为对象单电池的闭路电压CCVn。这时，基准单电池信息获取部112将电池组400的多个单电池401中的、在与电池电流I的测量时刻最接近的时刻测量出闭路电压的单电池401设为基准单电池。这样，就能够正确地获取基准单电池的闭路电压CCVref、开路电压OCVref以及基准单电池充电状态SOCref。
(第六实施方式)
接着，对本发明的第六实施方式进行说明。在本实施方式中，说明基于由电池状态推算装置110计算的各单电池的SOC的计算结果，来实施电池组400的各单电池的均衡的电池系统的例子。
图13是表示本发明第六实施方式的电池系统1000A的结构的框图。本实施方式的电池系统1000A具有电池控制装置100A、测量部200、输出部300、电池组400、均衡部500。此外，关于测量部200、输出部300和电池组400，因为分别与在第一实施方式中已说明的电池系统1000的相同，所以以下省略说明。
电池控制装置100A是控制电池组400的动作的装置，具有电池状态推算装置110、存储部120和均衡控制装置130。电池状态推算装置110是计算电池组400的各单电池的SOC的装置，可采用在第一～第五各实施方式中已说明的任一种。如第一实施方式所述，存储部120存储有电池组400的各单电池的内部电阻R、极化电压Vp、充电效率、容许电流、总容量等能够预知的特性信息。
均衡控制装置130基于电池状态推算装置110求出的各单电池的SOC值，将用于控制各单电池的放电时间的信号输出到均衡部500。均衡部500具有分别与电池组400的各单电池对应地设置的多个均衡开关(未图示)。各均衡开关的动作是根据来自均衡控制装置130的输入信号进行控制的。由此，进行电池组400的均衡控制，抑制各单电池的SOC的偏差。
根据以上说明的本发明的第六实施方式，除了在第一～第五各实施方式中已说明的(1)～(7)以外，还可实现以下(8)的作用效果。
(8)电池控制装置100A具有电池状态推算装置110和均衡控制装置130，该均衡控制装置130基于电池状态推算装置110求出的各单电池的SOC值来控制电池组400的均衡。这样，利用由电池状态推算装置110计算出的各单电池的SOC的计算结果，能够可靠地降低电池组400的各单电池的偏差。
此外，以上说明的第一～第六各实施方式也可以任意组合。
以上说明的各实施方式或各种变形例只不过是一个例子而已，只要无损发明的特征，本发明就不限定于这些内容。另外，在上述中，对种种实施方式、变形例进行了说明，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想到的其它形态也包含在本发明的范围内。
下面的优先权基础申请的公开内容被作为引用文而编入。
日本国专利申请2018－142471(2018年7月30日申请)
附图标记说明
100…电池控制装置
110…电池状态推算装置
111…单电池电压获取部
112…基准单电池信息获取部
113…暂定SOC运算部
114…SOC运算部
115…加权系数运算部
120…存储部
130…均衡控制装置
200…测量部
210…单电池电压测量部
211…总电压测量部
212…电流测量部
213…温度测量部
300…输出部
400…电池组
401…单电池
500…均衡部
1000…电池系统。

Claims (10)

1.一种能够与串联连接多个单电池而构成的电池组连接的电池状态推算装置，能够以所述多个单电池中的任一个作为对象单电池来推算所述对象单电池的充电状态，所述电池状态推算装置的特征在于，包括：
用于获取所述对象单电池的闭路电压的测量结果的单电池电压获取部；
基准单电池信息获取部，其针对所述多个单电池设定基准单电池，获取所述基准单电池的闭路电压和开路电压以及表示所述基准单电池的充电状态的基准SOC值；
暂定SOC运算部，其基于所述对象单电池的闭路电压以及所述基准单电池的闭路电压和开路电压，来求取表示所述对象单电池的暂定充电状态的暂定SOC值；和
SOC运算部，其使用对所述暂定SOC值和所述基准SOC值的差进行了平滑化处理后得到的结果，求取表示所述对象单电池的充电状态的SOC值。
2.根据权利要求1所述的电池状态推算装置，其特征在于：
所述SOC运算部在所述对象单电池中流动的电流的绝对值超过规定值时，不进行所述平滑化处理而是保持上次的所述SOC值。
3.根据权利要求1所述的电池状态推算装置，其特征在于：
所述SOC运算部在所述对象单电池中流动的电流的时间变化量的绝对值超过规定值时，不进行所述平滑化处理而是保持上次的所述SOC值。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电池状态推算装置，其特征在于：
所述平滑化处理包含移动平均处理和使用规定的数字滤波器的滤波处理中的至少任一种。
5.根据权利要求4所述的电池状态推算装置，其特征在于：
具有加权系数运算部，该加权系数运算部基于所述对象单电池中流动的电流的绝对值和所述对象单电池的内部电阻值来计算加权系数，
所述移动平均处理是使用所述加权系数来对本次的所述差和上次的所述SOC值的运算中使用的平滑化处理后的所述差进行加权加法运算的处理。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的电池状态推算装置，其特征在于：
所述SOC运算部进行将平滑化处理后的所述差限制在规定值以下的变化量限制处理。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的电池状态推算装置，其特征在于：
所述基准单电池信息获取部分别获取所述多个单电池的闭路电压和充电状态的平均值作为所述基准单电池的闭路电压和所述基准SOC值，并且基于所获取的所述基准SOC值来求取所述基准单电池的开路电压。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的电池状态推算装置，其特征在于：
在所述电池组中，在与所述多个单电池中的至少任一个对应的位置设置有温度传感器，
所述基准单电池信息获取部将与所述温度传感器的设置位置对应的单电池设为所述基准单电池。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的电池状态推算装置，其特征在于：
所述单电池电压获取部获取按每个规定的周期依次测量出的所述电池组的各单电池的闭路电压作为所述对象单电池的闭路电压，
所述基准单电池信息获取部将所述多个单电池中的、在与所述电池组中流动的电流的测量时刻最接近的时刻测量出闭路电压的单电池作为所述基准单电池。
10.一种电池控制装置，其特征在于，包括：
权利要求1～9中任一项所述的电池状态推算装置；和
均衡控制装置，其基于所述电池状态推算装置求出的各单电池的SOC值来控制所述电池组的均衡。
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