CN1230962C - 电池容量测量与剩余容量计算系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于车辆电池的剩余容量计算系统，它包括：电压检测装置，用于检测安装在车辆中的电池的端电压，所述车辆具有连接到发动机的旋转电机，而所述电池由所述旋转电机来充电；电流检测装置，用于检测流经所述电池的电流；指数计算装置，用于根据所检测的电流来计算所述电池中的极化指数；控制装置，用于控制所述旋转电机，使得所述极化指数保持在预定范围内，这个范围允许限制极化对所述电池的充电状态的影响；以及计算装置，用于当所述极化指数保持在所述预定范围内时，根据所述电池开路时所检测的端电压来计算所述电池的剩余容量；其中所述控制装置是一个微计算机。

Description

电池容量测量与剩余容量计算系统
技术领域
本发明涉及电池容量测量和剩余容量计算系统。更具体地说，本发明涉及用于车辆电池的电池容量测量设备、用于车辆电池的剩余容量计算系统、根据剩余电池容量的车辆发动机自动关闭/启动系统、根据剩余电池容量的用于车辆的旋转电机控制系统、以及用于车辆电池的满充电状态判断系统。
背景技术
[涉及本发明的第一种形式的背景技术]
安装在车辆中的电池被用作向发动机和其他附件的启动器提供电力的电源。借助于发电机不时地对电池充电，该发电机用内燃机发出的功率来工作。电池容量测量设备测量当前的电池容量，并且根据所检测的电池容量来控制发电机。
例如，未经审查的日本特许公报第6-351166号公开了一种用于维持电池容量的技术，它在低燃料消耗的前提下满足了负载所需的功耗，并且防止由于过充电或过放电而导致的电池恶化。其中，当电池接近满充电时，降低调节电压，以免电池被过充电。可是，发电必须能够以低燃料消耗获得。相反，当电池容量不足时，提高调节电压，以免电池被过放电。在此实例中，电池容量是根据电流检测器检测到的电池的充电/放电电流值的积分值来计算的。
若电池容量是根据电池的充电/放电电流值的积分值来计算的，则电流检测器所进行的检测的精度意义重大。具体来讲，如果检测电流值包含必定偏移的误差，则为了计算当前的电池容量而把偏移值积分。这使得难以适当地控制电池的充电。通过测量流过开路的电路的电流来检测偏移误差。就车辆而论，即使发动机关闭，功率也要馈送到包括时钟在内的各种附件。因此，难以在电路完全开路的条件下测量电流。为了解决这种难题，已提出一种方法，其中事先估计在发动机关闭时流动的暗电流，并且通过除去暗电流来计算偏移误差。
但是，关闭发动机时流动的暗电流随附件的使用状态及其类型而变化。关闭发动机时流动的暗电流无法总是得到正确估计。因此，担心所检测的充电/放电电流的误差会变得更大。
根据本发明的第一种形式，本发明试图解决现有技术中潜在的上述问题。本发明的一个目的是提供电池容量测量设备，它能够高精度地测量电池容量。
[涉及本发明的第二种形式的背景技术]
在例如未经审查的日本特许公报第10-319100号中公开了一种剩余容量计算系统，它用于计算表示车辆电池的充电状态的剩余容量。在此实例中，当车辆跑动时，测量流经电池的电流，以便预测电解溶液的局部浓度的变化。然后估算浓度变化所引起的极化度。利用在极化作用有限的时候测量的电压-电流特性的表示来计算剩余电池容量。
但是，常规的剩余容量计算系统不能在例如对电池持续充电的车辆跑动期间估算极化度。这产生这样的问题，即电池的剩余容量不能在需要它时进行精确计算。
按照本发明的第二种形式，本发明试图解决上述的现有技术中潜在的问题。本发明的一个目的是提供用于车辆电池的剩余容量计算系统、发动机自动关闭/启动系统以及旋转电机控制系统。其中，有效地利用了电池中发生的、对作为二次电池的电池的充电状态有不利影响的极化。
[涉及本发明的第三种形式的背景技术]
用于车辆电池的满充电状态判断系统包括监视电池(例如，铅酸电池)端电压升高、以便判断电池是否满充电的系统。此设备利用了这样的现象：只要以恒定电流对电池充电，当电池快要充满电时，电池端电压会升高。
但是，当车辆跑动时，电池中会发生可归因于充电/放电电流变化或者电解溶液浓度变化的极化。此外，交流发电机的输出电压由调整器调整并且作为调节电压提供。因此，电池端电压的升高不总是与电池满充电的事实相关联。这造成这样的问题：即使监视了电池端电压，也可能无法高度准确地判断电池是否充满电。
按照本发明的第三种形式，本发明试图解决上述现有技术中潜在的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于车辆电池的满充电状态判断系统和采用满充电状态判断系统的剩余电池容量计算系统。不管调整器产生的调节电压或者电池中产生的极化如何，所述满充电状态判断系统都可以高度准确地判断电池是否充满电。
因此，本发明提供了一种用于车辆电池的剩余容量计算系统，它包括：电压检测装置，用于检测安装在车辆中的电池的端电压，所述车辆具有连接到发动机的旋转电机，而所述电池由所述旋转电机来充电；电流检测装置，用于检测流经所述电池的电流；指数计算装置，用于根据所检测的电流来计算所述电池中的极化指数；控制装置，用于控制所述旋转电机，使得所述极化指数保持在预定范围内，这个范围允许限制极化对所述电池的充电状态的影响；以及计算装置，用于当所述极化指数保持在所述预定范围内时，根据所述电池开路时所检测的端电压来计算所述电池的剩余容量；其中所述控制装置是一个微计算机。
本发明还提供了一种用于车辆的发动机自动关闭/启动系统，它包括上述的用于车辆电池的剩余容量计算系统和禁止装置，后者用于在所述电池的剩余容量低于允许值时、禁止发动机自动关闭。
本发明还提供了一种用于车辆的旋转电机控制系统，它包括上述的用于车辆电池的剩余容量计算系统和控制装置，后者在所述剩余容量等于或大于允许值时，控制用作所述旋转电机的电动发电机，使得所述电动发电机协助所述发动机。
根据本发明，当电池充满电时，应该周SOC(充电状态)表示的电池容量就恢复到100％，这与电池以前充满电时达到的电池容量一样。在从电池以前被充满电的时刻到它这次被充满电的时刻的一段时间里，用同样大小的电流使电池放电和充电。因此，在从电池以前被充满电的时刻到它这次被充满电的时刻的一段时间里检测的电流值被积分而计算出的积分值包含电流检测器引起的偏移值。检测的电流值的积分值除以作为积分周期的时段长度。这样，计算出偏移值，而与电池的使用形式无关、即与电池用于何种负载(如发动机启动器)无关。因此，可以确定准确的充电/放电电流。最终，可以高度精确地测量电池容量。
根据本发明，当经过预定时间后，电池会充满电。因此，可以按照基本规则的间隔来检测偏移误差。而且，可以高度精确地测量电池容量。
根据本发明，控制装置控制旋转电机，使得极化指数保持在容许限制极化对电池充电状态的影响的预定范围内。这时，根据所检测的电池端电压、即电池的开路电压来计算电池的剩余容量。简言之，主动地控制旋转电机，以便消除极化指数的变化，使得该指数处于预定范围内。根据电池端子上的开路电压来计算剩余容量SOC。因此，如果需要的话，可以及时准确地执行基于电池开路电压的剩余容量的计算。
根据本发明，根据剩余容量计算系统所计算的剩余容量来禁止发动机自动关闭。因此，可以正当地禁止发动机自动关闭。此后，当启动车辆时，能够可靠地防止发动机熄火。
根据本发明，控制装置可以根据剩余容量计算系统计算的剩余容量来精确地控制旋转电机，使得旋转电机协助发动机。因此，电池会令人满意地维持接收充电电流的性能。最终，可以及时有效地对电池充电。这导致能量的有效收集。
由于上述特征，当极化指数保持在预定范围内时，控制装置精确地控制旋转电机，使得旋转电机协助发动机。因此，电池会维持其接收充电电流的性能。最终，可以及时有效地对电池充电。这导致能量的有效收集。
由于上述特征，所述满充电状态判断装置通过检查所述极化指数是否处于预定的指数值范围内来判断电池是否充满电。若检测的端电压和检测的电流在预定的满充电状态判断范围中，就判断电池已充满电。与根据电池的端电压来判断的情况相比，能更精确地判断电池的满充电状态。
由于上述特征，当检测的端电压属于预定的满充电状态判断范围并且极化指数在预定的指数值范围内时，判断电池充满电。因此，与根据电池的端电压来判断的情况相比，能更准确地判断电池的满充电状态。
由于上述特征，当调整器产生的调节电压被设置在正常调节电压值时，可以提供本发明的该方面的优点，而关于电池是否充满电的判断不会受到负面影响。
由于上述特征，电池的开路电压被周来计算剩余容量。因而可以快速地计算剩余容量。此外，在满充电状态判断系统中包括的满充电状态判断装置判断电池已充满电之后，当判断极化指数落在可使电池的开路电压稳定的指数值范围内时，学习在电池恶化度的基础上建立的剩余容量与开路电压之间的关系。参考学习的结果、利用电池的开路电压来计算剩余容量。因此，可以高度精确地计算剩余容量，而不管电池恶化情况如何。
如上所述，根据本发明，提供一种电池容量测量和剩余容量计算系统。更具体地说，提供一种用于车辆电池的电池容量测量装置、用于车辆电池的剩余容量计算系统、基于剩余电池容量的发动机自动关闭/启动系统、基于剩余电池容量的旋转电机控制系统、以及用于车辆电池的满充电状态判断系统。可以高度精确地测量或判断电池是否充满电。因此，本发明的工业应用性是不可估量的。
附图说明
图1是实现本发明的第一种形式的、安装在电池上的电池容量测量设备的框图；
图2是描述图1中所示电池容量测量设备中结合的微计算机所遵循的控制顺序的流程图；
图3是用来说明图1中所示的电池容量测量设备的作用的示意图；
图4是表示实现本发明的第二种形式的实施例1的框图；
图5是描述图4中所示的微计算机运行的主控制程序的流程图；
图6是描述图4中所示的微计算机运行的子控制程序的流程图的上半部分；
图7是描述图6中所述的子控制程序的流程图的下半部分；
图8是说明实现本发明的第二种形式的实施例2的框图；
图9是描述由图8中所示实施例2中采用的微计算机运行的主控制程序的流程图的第一部分；
图10是描述由图8中所示实施例2中采用的主控制程序的流程图的第二部分；
图11是描述由图8中所示实施例2中采用的微计算机运行的子控制程序的流程图；
图12是说明表示图8中所示实施例2中采用的极化指数P与剩余容量SOC之间关系的映射的说明性示意图；
图13是表示实现本发明的第三种形式的实施例a的框图；
图14是描述由图13中所示微计算机运行的主控制程序的流程图；
图15是描述由图13中所示微计算机运行的子控制程序的流程图；
图16是说明电池充满电时建立的电池电压与电池电流之间关系、并且包含满充电状态判断范围的曲线图；
图17是说明电池充电90％时建立的电池电压与电池电流之间关系、并且包含满充电状态判断范围的曲线图；
图18是描述实现本发明的第三种形式的实施例b中采用的子控制程序的流程图；
图19是描述实现本发明的第三种形式的实施例c中采用的子控制程序的流程图；
图20是描述实现本发明的第三种形式的实施例d中采用的子控制程序的流程图的上半部分；
图21是描述图20中所说明的实施例d中采用的子控制程序的流程图的下半部分；
图22A和图22B是描述实现本发明的第三种形式的实施例e中采用的微计算机的操作的流程图；
图23是说明电池的开路电压与剩余容量SOC之间关系的曲线图，该关系是在实施例e中当电池已恶化或者电池完全未恶化时建立的；
图24a是说明与指数P无关的、实施例e中建立的电池电压与电池电流之间关系的曲线图；
图24b是说明相对于指数P(|P|＜1000)建立的电池电压与电池电流之间关系的曲线图；
图24c是说明相对于指数P(|P|＜100)建立的电池电压与电池电流之间关系的曲线图；
图25a是说明当电池是新的或者已恶化时、在实施例e中发生的电池电压的时序变化的曲线图；
图25b是说明当电池是新的或者已恶化时、在实施例e中发生的电池电流的时序变化的曲线图；
图26a是说明在所关注的车辆跑动期间、剩余容量为80％时在实施例e中建立的电池电压与电池电流之间关系的曲线图；
图26b是说明在车辆跑动期间、剩余容量为100％时、在实施例e中建立的电池电压与电池电流之间关系的曲线图；
图27a是说明在剩余容量SOC＝80％而指数P＝2000时、在实施例e中建立的电池电压与电池电流之间关系的曲线图；
图27b是说明在剩余容量SOC＝100％而指数P＝2000时、在实施例e中建立的电池电压与电池电流之间关系的曲线图；以及
图28是说明在实施例e所适用的实际车辆中发生的剩余容量SOC和指数P的时序变化的曲线图。
具体实施方式
[实现本发明的第一种形式的实施例]
图1示出根据本发明的电池容量测量设备的配置。交流发电机10连接到电池B，在电池B上安装了本发明的电池容量测量设备15。电池B可由交流发电机10再充电。交流发电机10由未示出的发动机产生的功率驱动。发动机启动器或任何其他负载L连接到电池B。电池容量测量设备15具有电流检测器40，它监测电池B的充电电流或放电电流，连接在从电池B通往交流发电机10和负载L的电缆中间。
微计算机80接收电流检测器40检测的信号作为输入。根据电流检测器40检测的电池B的充电/放电电流，微计算机80计算电池B当前的容量。微计算机80是用具有中央处理器(CPU)和存储器(随机存取存储器或只读存储器)的典型的微计算机来实现的。
微计算机80还充当用于控制交流发电机10的控制器，并且向交流发电机10发出表示调节电压值的命令，以便调节激励电流。微计算机80因此控制交流发电机10产生的交流功率大小。微计算机80包括在微计算机的CPU上运行的检测电流积分装置80a、除法装置80b、校正装置80c以及满充电状态判断装置80e。电池B的充电/放电电流是根据电流检测器40检测的电流来推断的。此外，微计算机80包括在其CPU上运行的满充电装置80d。当满足预定条件时，提高调节电压以便增加产生的交流功率大小。因此，电池B被充满电。
此外，电池容量测量设备15包括满充电状态判断电路55。当电池B充满电时，满充电状态判断电路55向微计算机80发出表示电池充满电的判断信号。满充电状态判断装置80e向微计算机80通知电池B是否充满电。可以在满充电状态判断电路55和满充电状态判断装置80e中实现各种已知技术。换言之，满充电状态判断电路55和满充电状态判断装置80e可被设计成检测电池B的端电压。在这种情况下，当端电压大大升高时，判定电池已充满电。另外，假定所采用的电池是镍氢(NiH)电池等，满充电状态判断电路55和满充电状态判断装置80e可被设计成检测温度、例如电池的表面温度。在这种情况下，当温度升高时，判定电池已充满电。另外，满充电状态判断电路55和满充电状态判断装置80e还可被设计成检测启动或停止向交流发电机10馈送激励电流的频率。在这种情况下，当频率提高时，判定电池已充满电。
图2是描述微计算机80所执行的控制序列的流程图。当按键开关打开并启动发动机时，控制程序开始。在步骤101，读取前一控制序列结束时存储在微计算机80中的存储器中的检测电流值的积分值Q与剩余容量SOC。此外，读取校正值Icor。
步骤102是校正装置80c动作的步骤。读取电流检测器40检测的电流Imeas，按照稍后描述的表达式(1)来计算电池的充电/放电电流I。从表达式(1)中显而易见，电池的充电/放电电流I是通过用校正值Icor作为偏移量来校正检测电流Imeas而得出的。稍后会描述在步骤108计算和更新校正值Icor。
I＝Imeas-Icor                            (1)
随后的步骤103是检测电流积分装置80a动作的步骤。检测电流积分装置80a按照稍后给出的表达式(2)计算检测电流值Imeas的积分值Q。在表达式(2)中，Q0表示在执行此步骤之前积分值Q假定的值，而t表示测量之间的时间间隔。此外，在电池以前充满电时，Q被初始化为0(见稍后描述的步骤107)。
Q＝Q0+Imeas·t                            (2)
在步骤104，按照稍后给出的表达式(3)计算剩余容量SOC。在表达式(3)中，SCO0表示在执行此步骤之前剩余容量SOC假定的值，C表示当电池充满电时或者当SOC等于100％时观察的电池B的容量。用剩余容量SOC来如常规那样控制交流发电机10。
SOC＝SCO0+I·t·100/C                (3)
在步骤105，判断电池B是否充满电。这种判断是根据满充电状态判断电路55发出的判断信号作出的。
如果电池未充满电，就跳过稍后描述的步骤106、107和108并且控制转到步骤109。根据结合于微计算机80之中的计时器所指出的计数值判断：自以前判断电池充满电时起，是否经过了预定时间或更长时间。
如果自以前判断电池充满电时起，未经过预定时间或更长时间，则跳过稍后描述的步骤110并且控制转到步骤111。然后判断按键开关是否断开。
如果按键开关SW接通，则控制返回到步骤102。也就是说，重复步骤102到104，直到判定发动机工作时电池充满电为止。因此，更新了检测电流值的积分值Q和剩余容量SOC。
当按键开关断开时，控制从步骤111转到步骤112。检测电流值的积分值Q和剩余容量SOC存储在存储器中以备下一次启动控制序列时使用。
此外，当发动机关闭时，微计算机80每隔一定的时间间隔工作在睡眠方式下，由计时器指示这段时间的经过。可以周期性地激活微计算机80，以便执行包括步骤101至104和步骤112的程序，从而计算检测电流值的积分值Q和剩余容量SOC。
当自以前判断电池充满电时起、经过了预定时间或更长时间，则控制从步骤109转到步骤110。步骤110是满充电装置80d动作的步骤。提高调节电压，则交流发电机10产生的交流功率大小由此增加到预定大小。因此，电池B得以充满电。步骤105之后接着步骤106、107和108。
在步骤106，把剩余容量SOC更新为100％的初始值。这是因为电池充满电。
随后的步骤107是除法装置80b动作的步骤。读取由计时器指明的、自以前判断电池充满电时起经过的时间T。由电流检测器40引起、且必定为偏移的误差Ioffset是按照稍后给出的表达式(4)计算的。在计算了必定为偏移的偏移值Ioffset之后，把积分值Q更新为初始值0。
Ioffset＝Q/T                        (4)
在步骤108，根据以下表达式(5)把校正值Icor更新为偏移值Ioffset。
Icor＝Ioffset                       (5)
顺便提一下，当电池B充满电时，使调节电压等于或略低于电池B的电动势。剩余容量SOC因而保持在预定水平。
接着，对上述控制序列的优点进行描述，根据该控制序列，用偏移值Ioffset校正电流检测器所检测的电流Imeas，以便计算电池的充电/放电电流I。
图3用曲线图表示常规设备所计算的剩余容量SOC的时序变化，该设备采用电流检测器所检测的未经校正的电流作为电池的充电/放电电流。剩余容量SOC的计算值从100％的初始值开始变化，随电流检测器40所检测的电流值的积分值而定。
参照图3，点A表示电池被充电而进入满充电状态的时刻。这里，从电池以前被充满电时到这次被充满电时的时段里，电池B按同样多的能量来放电和充电。在点A，电池被恢复到与以前的满充电状态相同的状态。如果电流检测器40指示的是充电/放电电流的真实值，则剩余容量被复位到100％，如图3中的实线所示。
但是，如果电流检测器40导致必须要补偿的正偏移Ioffset，则剩余容量SOC的计算值偏大，如图3中点划线所示。这是因为当检测的电流值被积分时，偏移值也被积分。偏差是作为偏移值Ioffset的积分值与电池容量C之比提供的，所述偏移值是在从电池以前被充满电时到这次被充满电时(点A)的时段内检测的，因此，表示如下：
SOC1-100(％)＝T1·Ioffset1/C·100(％)    (6)
如果电流检测器40产生必须要补偿的负偏移Ioffset，剩余容量SOC的计算值偏小，如图3中虚线所示(SOC2)。这是因为当检测的电流值被积分时，误差值也被积分。偏差是作为偏移值Ioffset的积分值与电池容量C之比提供的，其中偏移值是在从电池以前充满电时到电池这次充满电时(点A)的时间间隔T1中检测的，表示如下：
SOC2-100(％)＝T1·Ioffset2/C·100(％)    (7)
如上所述，在从电池以前充满电时到这次充满电时的时段内，电池按同样多的能量放电和充电，因此恢复到与以前满充电状态相同的状态。这意味着检测电流值的积分值中积分的实际放电电流值和实际充电电流值抵消。因此，T1与Toffset1的乘积和T1与Toffset2的乘积与电流值Imeas的积分值相同，后者是在从电池以前充满电时到这次充满电时的时段内检测的。
根据表达式(4)，检测电流值的积分值Q除以从电池以前充满电时到这次充满电时的时段长度T、即积分周期。因此，可以计算偏移值Ioffset而无论负载L的使用形式如何。因此，检测电流Imeas通过补偿偏移值Ioffset来校正。这得到精确的电池充/放电电流I。因此，可以高度精确地测量剩余容量SOC。
根据本实施例，如从表达式(5)中显而易见的，用于补偿误差的校正值Icor等于在电池充满电时计算的偏移值Ioffset。或者，如从稍后要给出的表达式(8)中见到的，可以由在这次电池充满电之前用来补偿误差的校正值Icor和新计算的偏移值Ioffset来计算加权平均值。该加权平均值可用作偏移误差的校正值Icor。
Icor＝a·Ioffset+(1-a)·Icor                    (8)
其中a表示加权值(0＜a＜1)。
另外，可以求出过去若干次电池充满电时计算的偏移值Ioffset的平均值，作为用作偏移误差的校正值Icor。或者，在其中检测并积分电流值、以便计算偏移误差的积分周期可以不是从电池前一次充满电时到这一次充满电时的时段。而是，积分周期可以是从电池充满电的瞬间、到与之相隔一个或多个达到满充电状态的瞬间的后来电流充满电的瞬间的这一段时间。可以对这段时间里检测的电流值积分。
此外，根据本实施例，当自电池以前充满电的瞬时起、经过预定时间时，强制增加交流发电机10产生的交流功率量，以便对电池B充分地充电。只要能得到在从电池前一次充满电时到这一次充满电时的时段内检测的电流值的积分值和该时段长度，本发明不限于本实施例。
[实现本发明的第二种形式的实施例]
下面将结合附图描述其中实现本发明的第二种形式的实施例1和2。
[实施例1]
图4表示在用于车辆的发动机自动关闭/启动系统中实现本发明的实例。车辆(汽车)包括如图4中所示的发电机(交流发电机)10、整流器20以及调整器30。交流发电机10由汽车的发动机E驱动。然后，交流发电机10产生交流电并且施加交流电压。整流器20对从交流发电机10施加的交流电压整流，产生整流电压，并且把整流电压加在电池B和调整器30上。调整器30在稍后描述的微计算机80A的控制下控制交流发电机10的输出，使得输出电压不会等于或高于上限。
此外，发动机自动关闭/启动系统包括电流检测器40、电压检测器50、踏板下压幅度检测器60和车速检测器70。电流检测器40检测电池B的充电电流或放电电流。电压检测器50检测电池B的电压。踏板下压幅度检测器60检测汽车的加速器踏板被下压的幅度。车速检测器70检测汽车的车速。顺便说明，电池B是用铅酸电池实现的，是一种类型的蓄电池。
此外，发动机自动关闭/启动系统包括微计算机80A、发动机自动关闭/启动控制电路90以及非易失性存储器100。微计算机80A运行主控制程序和起中断控制程序作用的子控制程序，如图5至图7的流程图所描述的。
微计算机80A运行图5的流程图中描述的主控制程序，从而使在暂停或驱动汽车时发动机E能自动关闭和启动。此外，微计算机80A运行图6和图7的流程图中描述的子控制程序，以便利用电流检测器40检测的电流和电压检测器50检测的电压计算电池B的剩余容量。
根据实施例1，响应每次微计算机80A中结合的计时器指示经过预定时间而发出的中断，运行子控制程序。电力一直从电池B馈送到微计算机80A。微计算机80A运行主控制程序，并且当汽车的点火开关IG接通时复位并启动计时器。此外，主控制程序和子控制程序事先存储在结合于微计算机80A中的ROM(只读存储器)中。
发动机自动关闭/启动控制电路90根据踏板下压幅度检测器60和车速检测器70的输出控制发动机E，使得E会自动关闭或启动。微计算机80A处理的数据存储在非易失性存储器100中。
在具有上述部件的实施例1中，当点火开关IG接通时，通过启动发动机来驱动汽车。此时，当点火开关IG接通时，在图5的流程图中描述的步骤200中，计算机80A做出肯定的判断。计算机80A然后运行在步骤210进入的主控制程序，复位并启动计时器。每次计时器指示经过了预定时间，就运行如图6和图7的流程图中所描述的子控制程序。
当运行子控制程序时，在步骤300(见图6)，把电流检测器40检测的电流(以下称为电池电流I)和电压检测器50检测的电压(以下称为电池电压V)传送到计算机80A。在步骤310，用电池电流I和以前的容量SCO0根据表达式(3)计算剩余容量SOC。
在表达式(3)中，以前的容量SOC0仅在第一次接通点火开关IG、运行子控制程序时被赋值。在步骤310，把在步骤280存储的以前的剩余容量SOC赋值给表达式(3)中的SOC0，以便计算当前的剩余容量SOC。如上面所提及的，剩余容量SOC是以电池B的实际容量与电池B充满电时达到的容量的百分比的形式提供的。此外，表达式(3)中的C表示电池B的额定容量(安培·秒)，t表示取样时间(秒)。
此后，在步骤320，按照以下表达式(9)根据电池电流I计算极化指数P：
P＝ft1 0(γ·I-Id)dt                        (9)
其中γ表示可以校正电池B的充电效率变化的校正项(在对电池B充电时，其溶液变成带正电)，t表示时间(秒)。此外，Id表示可以校正由接近电池B的电极处发生的电解溶液扩散引起的变化的校正项。
假定Po表示刚刚在时刻t1之前达到的极化指数P的值，而a和b表示常数(时间的倒数)。在这种情况下，当Po＞0时，Id＝a·Po。当Po＝0时，Id＝0。当Po＜0时，Id＝b·Po。顺便说明，表达式(9)事先存储在结合于计算机80A中的ROM中。
此后，在步骤330，判断SOC检测请求标志F是否设置为1。若在图5中的步骤261判断标志F设置为1，则步骤330的判断是肯定的。在步骤340，把极化指数P与预定上限Pa比较。这里，上限Pa是极化指数假定的值的范围的上限，在该范围内，极化对剩余容量SOC计算的负面影响被认为是有限的。
如果在这个阶段P＞Pa，由于所作的步骤340的判断是肯定的，所以在步骤341把交流发电机10的输出电压降低到预定电压Va。因此，交流发电机10把其输出电压降低到预定电压Va。这意味着，电流流入电池B，使得极化指数降低到等于或小于上限Pa的值。
相反，如果所作的步骤340的判断是否定的，则步骤341是不需要的。然后在步骤350把极化指数P与预定下限Pb比较。这里，下限Pb是极化指数假定的值的范围的下限，在该范围内，极化对剩余容量SOC计算的负面影响被认为是有限的。
如果在此阶段P＜Pb，则所作的步骤350的判断是肯定的。在步骤351把交流发电机10的输出电压提高到预定电压Va。因此，交流发电机10把其输出电压提高到预定电压Va。这意味着，电流流入电池B，使得极化指数提高到等于或大于下限Pb的值。
换言之，当剩余容量SOC落在不需要仔细控制剩余容量SOC的范围内时，如果SOC检测请求标志F设置为1，则交流发电机10产生的电压被控制，使得指数P在Pa到Pb之间变化、即极化会被忽略。
如果步骤330所作的判断是否定的，如果步骤350所作的判断是否定的，或者如果完成了步骤351，则在步骤360(见图7)判断极化指数P是否在下限Pb到上限Pa之间变化。简言之，如果SOC检测请求标志F未被设置在1，则跳过步骤340到351，并且控制转到步骤360。
如果建立了Pb≤P≤Pa，则步骤360所作的判断为肯定的。在下一步骤361中，此阶段中的电池B的剩余容量SOC是根据电压检测器50的输出、通过参考表示电池B的开路电压Vopen和剩余容量SOC之间的关系的数据(下文称为Vopen对SOC数据)来计算的。电压检测器50的输出V表示此阶段中的电池B的开路电压Vopen。Vopen对SOC数据事先存储在计算机80A中结合的ROM中，作为剩余容量SOC对开路电压Vopen关系的表示，其中剩余容量SOC几乎直接与Vopen成比例。
当完成步骤361时，在步骤362，把SOC检测请求标志F复位为0。在完成步骤362后，或者，如果步骤360作出的判断是否定的，则在步骤363把此阶段中的剩余容量SOC暂时存储在微计算机80中的ROM中。
如以上提到的，如果在主控制程序内，步骤200作出的判断是肯定的，则在步骤210读取在步骤363存储的剩余容量SOC。在步骤220，由踏板下压幅度检测器60的输出和车速检测器70的输出判断汽车发动机是否怠速运转。假定踏板下压幅度检测器60的输出表明汽车的加速器踏板被放开了，并且车速检测器70的输出表明车辆停下来。在这种情况下，发动机怠速运转。因此，步骤220作出的判断是肯定的。
在步骤230，把此阶段中的剩余容量SOC与预定剩余容量SOCa相比。剩余容量SOCa对应于电池B的剩余容量所假定的值的范围的下限，在该范围中允许重新启动发动机。如果SOC≥SOCa，则步骤230作出的判断是肯定的。因此，在步骤240，自以前在步骤362中计算剩余容量SOC时起经过的时间t与预定时间T0相比。预定时间T0是长得足以确保剩余容量SOC的可靠性的时间。
如果在此阶段t≤T0，这表示剩余容量SOC的可靠性得到保证。因此在步骤240作出的判断是否定的。则关闭发动机E(步骤241)。也就是说，发动机自动关闭/启动控制电路90使发动机E能自动关闭。这意味着，当再次驱动汽车时，发动机E会平滑启动，但是不会失速，因为剩余容量SOC是适当的。如果步骤240作出的判断是肯定的，则不能确保剩余容量SOC的可靠性。因此，在步骤250，把SOC检测请求标志F设置为1。
在完成步骤250之后，或者如果步骤230作出的判断是否定的，则在步骤260把极化指标P与上限Pa相比。如果在此阶段P≤Pa，则步骤260所作的判断是肯定的。在步骤261把SOC检测请求标志F设置为1。
在完成步骤261之后，或者在完成步骤240之后，在步骤270，由踏板下压幅度检测器60的输出判断汽车的加速踏板是否被压下。
如果加速踏板被压下，则步骤270作出的判断是肯定的。在步骤271启动发动机E。也就是说，发动机自动关闭/启动控制电路90使发动机E能自动启动。这意味着，发动机E会平滑启动，因为剩余容量SOC是适中的。
如果步骤220作出的判断是否定的，如果步骤270作出的判断是否定的，或者在完成步骤271之后，步骤280作出的判断是否定的，因为点火开关IG在此阶段是接通的。再次重复步骤210和随后的步骤。如果点火开关IG是断开的，则步骤280作出的判断是肯定的。在步骤281，此阶段中的SOCc被存储和保存在非易失性存储器100中。
如上所述，当SOC检测请求标志F被设置为1时，如果按照前述表达式(9)计算的极化指数P超过上限Pa，则交流发电机10的输出电压被降低到预定电压Va。如果极化指数P低于下限Pb，则交流发电机10的输出电压被提高到预定电压Va。因此，极化指数P可以汇集在Pb≤P≤Pa的范围。因此，即使汽车以这样的方式运行：使得必须对电池B长期充电，极化指数P也可以有效地保持在Pb≤P≤Pa的范围内。
换言之，交流发电机10的输出电压得到有效控制，使得极化指数P落在Pb≤P≤Pa的范围内，而指数P的变化可抵消。利用电池B的开路电压、通过参考剩余容量SOC对Vopen数据来计算剩余容量SOC。如果需要，就及时和高度精确地利用电池B的开路电压进行剩余容量SOC计算。因此，可以防止所不期望的电池耗尽，并且可以防止过充电。最终，可以延长电池的使用寿命。
此外，用剩余容量SOC判断发动机E的自动关闭是否是激活的。这导致判断准确度提高。换言之，如果剩余容量SOC等于或大于允许发动机E再启动的SOC值的范围的下限，则可以精确地达到发动机E的自动关闭。相反，如果剩余容量SOC低于允许发动机E再启动的SOC值的范围的下限，则可以极准确地禁止发动机E的自动关闭，并且可以可靠地防止发动机的失速。
(实施例2)
接着，结合图8至图12描述其中实现本发明的第二种形式的实施例2。图8表示在用于车辆的电动发电机控制系统中实现本发明的实例。车辆包括电动发电机(MG)10A。MG 10A由发动机E驱动，从而产生电能或协助发动机E。变流器20A控制MG 10A产生的电能，以便对与实施例1相关描述的电池B充电。此外，变流器20A控制从电池B提供的电能并且把电能馈送到联系实施例1描述的负载L。
电动发电机(MG)控制电路90A由在微计算机80B控制下的发动机控制单元ECU 90B控制，并且它控制变流器20A。发动机控制单元ECU 90B不仅控制MG控制电路90A，而且控制发动机E。
微计算机80B运行主控制程序和起中断控制程序作用的子控制程序，如图9至图11的流程图中所描述的。微计算机80B运行如图9和图10的流程图中描述的主控制程序，以便允许MG 10A协助发动机或者控制MG 10A的输出。
此外，微计算机80B运行如图11的流程图中描述的子控制程序，以便利用联系实施例1描述的电流检测器40所检测的电流、计算电池B的剩余容量。应当指出，除了代替步骤400至492的步骤220至271之外，图9和图10的流程图包括与图5的流程图相同的步骤。除了步骤330至351和步骤362之外，图11的流程图包括与图6和图7的流程图相同的步骤。
根据实施例2，响应每隔预定时间发出的中断，运行子控制程序。用结合在微计算机80B中的计时器来指示所述预定时间的经过。电力一直从电池B提供给微计算机80B。微计算机80B运行主控制程序，并且随着点火开关IG接通而复位并启动计时器。此外，主控制程序和子控制程序事先存储在结合于微计算机80B中的ROM中。微计算机80B所处理的数据存储在非易失性存储器100A中。
在具有上述部件的实施例2中，当点火开关IG接通时，启动发动机并且驱动车辆。此时，由于点火开关IG是接通的，在图9的流程图中的步骤200，微计算机80B做出肯定的判断。然后运行在步骤210进入的主控制程序，将计时器复位并启动。运行子控制程序而每隔预定时间就开始，所述预定时间的经过由计时器来指示，如图11的流程图中所述。
当运行子控制程序时，类似于实施例1，在步骤300至320中计算剩余容量SOC和极化指数P。此后，不执行关于实施例1描述的步骤330至351。在步骤360至363，如关于实施例1描述的，判断极化指数P是否在Pb≤P≤Pa的范围内，并且根据电池B的开路电压计算剩余容量SOC并存储。
如以上提及的，如果主控制程序中的步骤200所作的判断是肯定的，则在步骤210，以与实施例1相同的方式读取在步骤363存储的剩余容量SOC。在步骤400，读取在步骤320计算的极化指数P。
此后，在步骤410，如图12所示的映射表，参考用剩余容量SOC或极化指数P定义的条件，以便按照剩余容量SOC和极化指数P来设置或复位发动机协助标志f、再生标志g、发电抑制标志h。
也就是说，当极化指数P等于或大于下限Pb并且等于或小于上限Pa时，如果剩余容量SOC等于或大于SOC1并且等于或小于SOC2，则标志f和g被设置为1，标志h被复位为0。
如果剩余容量SOC小于SOC1，标志f被复位为0，标志g被设置为1，标志h被复位为0。
而且，如果剩余容量SOC大于SOC2，标志f被设置为1，标志g被设置为1，标志h被设置为1。
另一方面，当P＜Pb时，如果剩余容量SOC小于SOC1或者如果剩余容量SOC等于或大于SOC1而且等于或小于SOC2，则标志f被复位为0，标志g被设置为1，标志h被复位为0。如果SOC2＜SOC，则标志f被设置为1，标志g被设置为1，标志h被设置为1。
当Pa＜P时，如果剩余容量SOC小于SOC1，则标志f被复位为0，标志g被设置为1，标志h被复位为0。如果剩余容量SOC等于或大于SOC1而且等于或小于SOC2，则标志f被设置为1，标志g被设置为1，标志h被设置为1。如果剩余容量SOC大于SOC2，则标志f被设置为1，标志g被复位为0，标志h被设置为1。
应当指出，SOC1和SOC2表示剩余容量SOC假定的值的允许范围的下限和上限。图12中所示映射事先存储在微计算机80B中的ROM中。
在步骤420，判断汽车是否被加速。如果发动机控制单元ECU向微计算机80B发出指明汽车正被加速的信号，则在步骤420作出的判断是肯定的。因此，在步骤430判断发动机协助标志f是否被设置为1。
如果在步骤410，发动机协助标志f被设置为1，由于f＝1指明发动机E需要协助，所以在步骤430作出肯定的判断。在步骤431，控制MG10A，使得MG 10A协助发动机E。
假定极化指数P小于允许检测剩余容量SOC的值的范围的下限Pb，并且剩余容量SOC大于上限SOC2。在这种情况下，控制MG 10A，以便在充分小于时间常数1/b的时间间隔内检测的放电电流值的平均值不超过如b·Pb/γ表示的电流值，b是表达式(9)中采用的常数b。
因此，MG控制电路90A控制MG 10A，使得MG 10A会通过变流器20A协助发动机E。这导致发动机E提高其输出电压。也就是说，电流流入电池B，使得极化指数P降低到等于或小于上限Pa的值。最终，在提高电池接收充电电流的能力的同时，防止了电池耗竭。
如果步骤420作出的判断是否定的，或者如果步骤430作出的判断是否定的，则在步骤440判断汽车是否被减速。如果发动机控制单元ECU已向微计算机80B发出信号，指明汽车正被减速，则步骤440所作的判断为肯定的。
如果在步骤410再生标志g被设置为1，则标志g＝1指明必须提高MG10A所产生的电压。因此，步骤450所作的判断是肯定的，在步骤451提高MG 10A所产生的电压。因此，MG控制电路90A通过变流器20A来控制MG 10A，以便提高MG 10A产生的电压。
这里，假定极化指数P小于下限Pb并且剩余容量SOC大于上限SOC2。在这种情况下，如以上提及的，控制MG 10A所产生的电压，以便在充分小于时间常数1/b的时间间隔内检测的放电电流值的平均值不会超过如b·Pb/γ表达的电流值，其中b是表达式(9)中采用的常数b。相反，假定极化指数P大于上限Pa并且剩余容量SOC小于下限SOC1。在这种情况下，控制MG 10A所产生的电压，以便在充分小于时间常数1/a的时间间隔内检测的放电电流值的平均值不会超过如a·Pa/γ表达的电流值，其中a是表达式(9)中采用的常数a。
此后，在步骤460，类似于图5中步骤220做出判断。其中，如果发动机E是怠速运转的，步骤460所作的判断是肯定的。然后，在步骤470判断发电抑制标志h是否被设置为1。如果在步骤410发电抑制标志h被设置为1，由于h＝1表示必须抑制MG 10A产生的电压，在步骤470作出肯定的判断。根据判断，在步骤471抑制MG 10A产生的电压。因此，MG控制电路90A通过变流器20A控制MG 10A，以便抑制MG 10A产生的电压。这意味着电流流入电池B，使得极化指数P增加到等于或大于下限Pb的值。
这里，如果极化指数P小于下限Pb，并且剩余容量SOC大于上限SOC2，以与上述相同的方式控制MG 10A所产生的电压。也就是说，控制MG 10A产生的电压，以便在充分小于时间常数1/b的时间间隔内检测的放电电流值的平均值不超过如b·Pb/γ所表示的电流值，b是表达式(9)中采用的常数b。
此后，在步骤480，判断车辆是被加速还是减速，以及发动机E是否怠速运转。如果车辆不是在加速就是在减速，而且发动机E未怠速运转，则步骤480所作判断为肯定的。类似于步骤470，在步骤490判断发电抑制标志h是否被设置为1。
如果步骤490所作判断为肯定的，则在步骤491，类似于步骤471，抑制MG 10A产生的电压。因此，MG控制电路90A通过变流器20A控制MG 10A，以便抑制MG 10A产生的电压。
这里，如果极化指数P小于下限Pb，并且剩余容量SOC大于上限SOC2，以与上述相同的方式控制MG 10A所产生的电压。也就是说，控制MG 10A产生的电压，以便在充分小于时间常数1/b的时间间隔内检测的放电电流值的平均值不超过如b·Pb/γ所表示的电流值，b是表达式(9)中采用的常数b。
如果步骤480或步骤490的判断是否定的，或者在完成步骤491之后，在步骤492把标志f、g和h复位为0。然后，步骤280和随后的步骤以与实施例1中的这些步骤相同的方式来执行。
如以上描述的，控制MG 10A的输出电压，以便极化指数P有效地汇集在Pb≤P≤Pa的范围内。可以及时和高度准确地执行利用电池B的开路电压的剩余容量SOC计算。此外，可以令人满意地维持电池B的接收充电电流的能力。因此，可以有效地在所需定时对电池充电。因而，可以有效地收集能量。
[实现本发明的第三种形式的实施例]
下面结合附图描述实现本发明的第三种形式的实施例a到e。
(实施例a)
图13表示控制车辆电池B的充电的充电控制系统的实施例a，其中实现本发明。电池B是用铅酸电池来实现的，这是一种类型的蓄电池。
如图13中所示，充电控制系统包括交流发电机10、整流器20和调整器30。交流发电机10当被车辆的发动机驱动时产生交流电压。整流器20对交流发电机10产生的交流电压整流，产生整流后的电压，并且把整流后的电压施加到电池B和调整器30。调整器30在稍后描述的微计算机80C的控制下对整流器20整流的电压进行调整，并且把产生的电压传送到电池B和电负载L。
此外，充电控制系统包括电流检测器40、电压检测器50和微计算机80C。电流检测器40检测电池B的充电电流或放电电流。电压检测器50检测电池B的端电压。
微计算机80C运行如图14和图15的流程图中所描述的主控制程序和起中断控制程序作用的子控制程序。当运行主控制程序时，微计算机80C从电流检测器40检测的电流来判断电池B是否充满电。此外，微计算机80C执行控制调整器30所需的处理，或者在存储器中存储数据。而且，当运行子控制程序时，微计算机80C判断电流检测器40所检测的电流和电压检测器50所检测的电压。
根据实施例a，响应每隔预定时间发出的中断，运行子控制程序。用结合在微计算机80C中的计时器来指示所述预定时间的经过。电力一直从电池B提供给微计算机80C。因而微计算机80C总是激活的。当车辆的点火开关IG接通时，主控制程序运行开始，而复位并启动计时器。顺便说明，主控制程序和子控制程序事先存储在微计算机80C中的ROM中。
在具有上述部件的实施例a中，当点火开关IG接通时，启动发动机而驱动车辆。此时，在点火开关IG接通时，微计算机80C是激活的。如图14的流程图中描述的，主控制程序开始运行，将计时器复位并启动。如图15的流程图中所述，每隔预定时间就开始运行子控制程序，所述预定时间的经过由计时器来指示。
当运行子控制程序时，电流检测器40检测的电流(以下称电池电流I)和电压检测器50检测的电压(以下称电池电压V)被发送到微计算机80C。在步骤610和620，把电池电流I和电池电压V分别与预定电流值Is和预定的电压值Vs比较。
引入预定电流值Is和预定电压值Vs，以便判断电池是否充满电。下面会描述引入这些值的基础。也就是说，电池电压值的分布和电池电流值的分布是利用充满电的电池检测得到的。图16表示检测结果。应当指出，电流B是通过连接六个铅酸电池来实现的，在互相串联时额定电压被设置为12V。
图16表明可以高度精确地判断电池B的满充电状态。也就是说，如果电池B的端电压和流经电池B的电流处于用等于或大于14V的电压值和等于或小于0A的电流值指明的范围(图16的阴影部分)内，则判断电池B已充满电。这里，电池B的端电压应该等于或大于14V的原因是，当电池B几乎充满电时，电池B的端电压升高得高于电池B的额定电压。因此，采用这种高电压，以便判断满充电状态。在图16中，点Q表示14V的电池电压V和0A的电池电流I。
下面描述流经电池B的电流应该等于或小于0A的原因。也就是说，在电池B充电期间，电流流入电池B。电池B的端电压由于内阻引起的电压降而升高。此外，在电池放电期间，电流流出电池B。电池B的端电压由于内阻引起的电压降而降低。因此，采用0安或更小的值作为流经电池B的电流的值，以便判断满充电状态。
如上面提到的，用作电池B的满充电状态的标准的是，电池B的端电压和流经电池的电流应该属于由等于或大于14V的电压值和等于或小于0A的电流值定义的范围。与通过电池B的端电压来判断电池B是否充满电的情况相比，判断准确度明显提高。因此，在实施例a中，分别把预定电流值Is和预定电压值Vs设置为0A和14V并引入，以便判断电池B的满充电状态。
如果电池B被充电90％，则电池电压和电池电流不会处于由图17的阴影部分(与图16的阴影部分相同)表示的区间内。根据这个事实，可以判断电池B是否充满电。
如以上提到的，当满足“电池电流I≤预定电流值Is”而“电池电压V≥预定电压值Vs”时，步骤610和620所作的判断是肯定的。在步骤630判断出电池充满电。
此外，如以上提到的，当运行主控制程序而在点火开关IG接通之前开始时，在图14中的步骤500中，从微计算机80C中的ROM中，读取表示电池B的充电状态并在步骤580中存储的剩余容量SOC，作为以前的值SOCo。这里，以电池B的实际容量与电池B充满电时达到的容量的百分比的形式提供剩余容量剩余容量SOC。
在步骤510，读取电流检测器40检测的电流，作为电池电流I。在步骤520，按照前述表达式(3)，根据电池电流I和以前的值SOCo计算剩余容量SOC。如以前提到的，C表示电池B的额定容量(安培·秒)，t表示抽样时间(秒)。
此后，在步骤530，判断电池B是否充满电。如果随着中断发出而运行子控制程序，则在步骤530判断电池是否充满电。在这种情况下，步骤530作出的判断是肯定的。在步骤540，把剩余容量SOC校正到100％。然后在步骤550作出判断。相反，如果步骤530作出的判断是否定的，则不校正剩余容量SOC，而仍设置在以前的值SOCo。然后作出步骤550的判断。
在步骤550，判断自从在步骤530判断电池充满电时起是否经过预定时间。如果已经过了预定时间，则判断B的剩余容量SOC从满充电状态中达到的值开始减小了。因此，步骤550作出的判断是肯定的。在步骤560，把调整器30产生的调节电压设置在预定电压值，以便拉加交流发电机10产生的交流电量，从而对电池B满充电。因此，控制调整器30产生的调节电压，并且通过微计算机80C设置在预定电压值。
由于点火开关IG未断开，如果步骤570的判断是否定的，则重复步骤510和随后的步骤。如果点火开关IG被断开，则步骤570的判断是肯定的。在步骤580，存储此阶段中的剩余容量SOC并且保存于微计算机80C中的RAM(随机存取存储器)中。
如上所述，运行子控制程序，以便判断电池B的满充电状态。此时，如果电池电流I等于或小于预定电流值Is，而电池电压V等于或大于预定电压值Vs，则判断电池B充满电。与根据电池B的端电压判断电池B是否充满电的情况相比，能高度精确地判断电池B的满充电状态。利用这种判断电池是否充满电的方法，可以总是高度精确地计算电池B的剩余容量SOC。
在这种情况下，如上所述，每次从判断电池B充满电时起、经过预定时间时，把调整器30产生的调节电压设置为预定电压值，使得交流发电机10产生的交流功率大小增加，从而对电池充分地充电。可以高度精确地获得对电池B的满充电状态的判断和剩余容量SOC的计算，而不受到调整器30对交流发电机10产生的电压进行的调整的影响。因此，可以防止电池B的过充电，并且可以延长电池B的使用寿命。
(实施例b)
接着，结合图18描述实现本发明的第三种形式的实施例b。对于实施例b，用图18的流程图代替关于实施例a描述的图15的流程图。根据实施例b，如代替图15的流程图的图18的流程图中所描述的，关于实施例a描述的微计算机80C运行子控制程序，作为对每隔一定时间发出的中断的响应，这段时间的经过由计时器指示。其他部分与实施例a一样。
在具有上述部件的实施例b中，当驱动车辆时，如图14的流程图中所描述的，微计算机80C运行并启动主控制程序，并且如图18的流程图中描述的，随着每隔一定时间发出的中断而运行子控制程序，这段时间的经过由计时器来指示。
当子控制程序运行时，在图18的步骤300中，电压检测器50检测的电压和电流检测器40检测的电流被作为电池电压V和电池电流I发送到微计算机80C。在步骤710，按照上述表达式(9)、根据电池电流I(A)来计算极化指数P。如上面提到的，γ表示校正项，它能对电池B的充电效率(在电池B充电期间变为正的)的变化进行校正，t表示时间(秒)。此外，Id表示校正项，它能对电池B的电解溶液的浓度变化进行校正。假定Po表示刚刚在时刻t1之前假定的指数P的值，而b表示常数。在这种情况下，当Po＞0时，Id＝a·Po。当Po＝0时，Id＝0。当P＜0时，Id＝b·Po。顺便说明，表达式(9)事先存储在微计算机80C的ROM中。
如上面提到的，当算出指数P时，在步骤720和730把极化指数P和电池电压V分别与预定指数值Ps和预定电压值Vs比较。
引入预定指数值Ps和预定电压值Vs，以便判断电池B是否充满电。下面会描述引入这些值的基础。如上所述，当车辆跑动时，由于极化，所以电池B的端电压的升高并非总是与其满充电状态相关。因此，甚至在监测到电池的端电压升高时，也不能准确地判断满充电状态。
根据实施例b，监测联系充电/放电电流值的历史来估算从电池B的充电或放电引起的极化所基于的参数，和电池B几乎充满电时发生的电池电压的提高。当认为极化的影响有限时，如果电池电压升高，则判断电池B充满电。因此，可以高度准确地判断电池B的满充电状态。此外，可以利用判断来高度准确地计算剩余容量SOC。
从上述观点来看，按照实施例b，联系实施例a描述的预定电压值Vs被引入。此外，引入预定指数值Ps[＝1000安秒(Asec)到2000安秒]来代替联系实施例a描述的预定电流值Is。因为由电解溶液的浓度变化引起极化，预定指数值Ps不限于从1000安秒到2000安秒的范围。或者，预定指数值Ps可以是允许忽略电解溶液浓度变化的任何值，即对极化不敏感的值。
因此，当满足“极化指数P≤预定指数值Ps”而“电池电压V≥预定电压值Vs”时，步骤720和730所作的判断是肯定的。在步骤740判断出电池充满电。
类似于实施例a，控制转到主控制程序中的步骤530。与实施例a不同的是，根据步骤740(见图18)中作出的判断来判断电池B是否充满电。主控制程序中包括的其他步骤与实施例a中采用的相同。
如以前所描述的，在实施例b中，若在子控制程序内发现极化指数P等于或小于预定指数值Ps，而电池电压V等于或大于预定电压值Vs时，则判断电池B充满电。因此，与根据电池B的端电压来判断电池B是否充满电时相比，可以高度精确地判断电池B是否充满电，而不受极化影响。利用这种判断电池B是否充满电的方法，可以总是高度精确地计算电池B的剩余容量SOC。其他优点与实施例a一致。
(实施例c)
接着，结合图19描述实现本发明的第三种形式的实施例c。对于实施例c，用图19的流程图来代替关于实施例a描述的图15的流程图。在实施例c中，如代替图15的流程图的图19的流程图中所描述的，关于实施例a描述的微计算机80C运行子控制程序，作为对每隔一定时间发出的中断的响应，这段时间的经过由计时器指示。
顺便说明，图19的流程图包括与图15的流程图中的步骤600等效的步骤800、与图18的步骤710和720等效的步骤810和820、与图15中的步骤610、620和630等效的步骤830、840和850。其他部分与实施例a中那些一致。
在具有上述部分的实施例c中，当驱动车辆时，如图14的流程图中所描述的，微计算机80C运行并启动主控制程序。此外，如图19的流程图中描述的，对每隔一定时间发出的中断作出响应，运行和启动子控制程序，这段时间的经过由计时器来指示。
当子控制程序运行时，在图19的步骤800中，电压检测器50检测的电压和电流检测器40检测的电流被作为电池电压V和电池电流I发送到微计算机80C。因此，在步骤810，与图18中步骤710类似，按照上述表达式(2)、根据电池电流I(A)来计算极化指数P。
在步骤820，类似于图18的步骤720，判断是否满足“极化指数P≤预定指数值Ps”。如果步骤820所作的判断是肯定的，则在步骤830，类似于图15中的步骤610，判断是否满足“电池电流I≤预定电流值Is”。如果在步骤840作出的判断是肯定的，则在步骤850判断出电池充满电。
然后以与联系实施例a描述的方式相同的方式，控制转到主控制程序内的步骤530。与实施例a不同的是，电池B是否充满电是根据步骤850(见图19)的判断结果来判断的。主控制程序内的其他步骤与实施例a中采用的步骤相同。
如上所述，在实施例c中，若在子控制程序内发现极化指数P等于或小于预定指数值Ps，电池电流I等于或小于预定电流值Is时，而电池电压V等于或大于预定电压值Vs时，则判断电池B充满电。因此，与根据实施例a或b来判断时相比，可以高度精确地判断电池B的满充电状态。利用这种判断电池B是否充满电的方法，与根据实施例a或b时相比，可以总是更高精确地计算电池B的剩余容量SOC。其他优点与实施例a一致。
(实施例d)
接着，结合图20和图21描述实现本发明的第三种形式的实施例d。对于实施例d，用图20和图21的流程图来代替关于实施例c描述的图19的流程图。在实施例d中，如代替图19的流程图的图20和图21的流程图中所描述的，关于实施例c描述的微计算机80C运行子控制程序，作为对每隔一定时间发出的中断的响应，这段时间的经过由计时器指示。但是，编辑的图20和图21的流程图在步骤900和步骤970至982之间插入与图19的步骤800至850等效的步骤910至960。其他部分与关于实施例c描述的相同。
在具有上述部分实施例d中，当驱动车辆时，如图14的流程图中所描述的，微计算机80C运行并启动主控制程序。此外，如图20和21的流程图中描述的，微计算机80C运行，并且对每隔一定时间发出的中断作出响应而启动子控制程序，这段时间的经过由计时器来指示。
在子控制程序内，在图20的步骤900中，把调整器控制标志F复位为0。此后，以类似于图19中步骤800到850的方式执行步骤910到960。紧跟步骤900之后，步骤930到950中任何一个所作的判断都是否定的。
在图21中的步骤970，判断自步骤900中把标志F复位为0后，是否已经过了预定时间。如果尚未经过预定时间，步骤970作出的判断是否定的。然后，控制转到步骤980。步骤980所作的判断也是否定的。
如果自步骤900中把标志F复位为0后已经过了预定时间，则步骤970作出的判断是肯定的。在步骤971，把调整器30产生的调节电压设置为预定电压值(高于调节电压)。因此，调整器30把调节电压按照微计算机80C所执行的设置调整到预定电压值。
当如上所述执行步骤971时，在步骤972把调整器控制标志F设置为1。此后，在步骤980，判断自标志F设置为1之后是否经过预定时间，如果未经过预定时间，则步骤980的判断是否定的。在调整器30产生的调节电压设置在预定电压值时，执行步骤910至960，以便判断电池B是否充满电。
此后，如果从标志F设置为1之后已经过了预定时间，则步骤980作出的判断是肯定的。在步骤981，把调整器30产生的调节电压恢复为正常电压值。因此，调整器30把调节电压按照微计算机80C所执行的恢复操作调整到正常电压值。在步骤981之后的步骤982，标志F被恢复为0。
如上所述，在实施例d中，当在子控制程序内发现极化指数P等于或小于预定指数值Ps，电池电流I等于或小于预定电流值Is，并且电池电压V等于或大于预定电压值，则判断电池充满电。因此，可以用与实施例c相同的方式来高度精确地判断电池B的满充电状态。
在实施例d中，当子控制程序运行时，如果调整器控制标志F设置为1，即如果调整器30产生的调节电压维持在预定电压值，则通过步骤910至960判断电池B是否充满电。因此，当调整器30产生的调节电压设置在正常电压值时，可以高度精确地判断电池是否充满电，而不受极化影响。利用判断电池是否充满电的方法，可以更加精确地计算电池B的剩余容量SOC。其他优点与实施例a一致。
(实施例e)
接着，结合图22A到图28描述实现本发明的第三种形式的实施例e。根据以下描述的观点提出实施例e。
需要尽可能快地精确地获得对电池的剩余容量SOC的计算。为了满足这种要求，有可能利用电池的开路电压来计算剩余容量SOC(当流经电池的电流几乎为零时在电池端子上达到的电压)。
讨论关于实施例b描述的电池B的开路电压。这得出图23中所示的数据。参照图23，曲线L1表示在电池B未恶化时电池使用的初始阶段中建立的开路电压与剩余容量SOC之间的关系。曲线L2表示在电池B因使用而恶化之后建立的、开路电压与剩余容量SOC之间的关系。
根据曲线L1和L2，电池B的开路电压变化而随着电池B恶化的进展相对地增加，与剩余容量SOC无关。当开路电压随着电池恶化的进展而变化时，不能仅利用开路电压来高度精确地计算剩余容量SOC。
因此，讨论关于实施例b描述的表达式(9)。前述表达式(9)是通过对电池B的充电/放电电流值积分，计算接近电池的电极处发生的电解溶液的浓度值的分布作为极化指数P的经验公式。
考虑到经验公式提供的极化指数P，研究电池B的端电压(电池电压)与流经电池B的电流(电池电流)之间的关系。这产生图24a到图24c中所示的数据。图24a表示作为与指数P无关的数据建立的、在跑动的车辆中的电池B的电池电压与电池电流之间的关系。图24b表示在满足指数|P|＜1000的条件时建立的电池B的电池电压与电池电流之间的关系。图24c表示在满足指数|P|＜100的条件时建立的电池B的电池电压与电池电流之间的关系。
在图24a到图24c中所示的数据项之中比较，有助于选择代表最初建立的电池B的电池电压与电池电流之间关系的数据。换言之，按照表达式(9)，当指数P假定某个接近零的值，电池B的电解溶液的浓度值的分布变得均匀，并且可以大概地检测到准确的开路电压。
根据以上观点，讨论电池B的开路电压、指数P和剩余容量SOC之间的关系。例如，图25a和图25b表示到通过采用恒流-恒压充电法使电池B充满电的时刻为止、随时间变化的电池电压和电池电流。
参考图25a，曲线M1表示作为新电池的电池B的电池电压，而曲线N1表示作为恶化电池的电池B的电池电压。参考图25b，曲线M2表示新电池B的电池电流，而曲线N1表示恶化电池B的电池电流。参考这些曲线，当电池电压达到最大值而电池电流达到最小值(见图25b中的点M20和N20)时，判断新电池B和恶化电池B充满电。
根据图25a和25b中所示数据，考虑到适用在实际车辆上，把类似图16中所示的曲线画成图26a中所示数据。参考图26a，用坐标指定的点Q等价于图25b中的点M20或N20。图26a中的点Q对应于图16中的点Q，即用几乎为14V的电池电压和几乎为零的电池电流指定的满充电状态判断点。
但是，当提到本实施例对实际车辆的适用性，就存在问题。就是说，用电池电压和电池电流指定的各点的分布扩展得宽。因此，当剩余容量SOC为80％时检测的电池电压值和电池电流值所指定的点的分布(见图26a)难以与剩余容量SOC为100％时检测的电池电压值和电池电流值所指定的点的分布区分开。
相反，假如绘出在极化指数P假定绝对值小于2000、即|P|＜2000时检测的电池电压值和电池电流值所指定的点。在这种情况下，当剩余容量SOC为80％时检测的电池电压值和电池电流值所指定的点的分布(见图27a)可以明显地与剩余容量SOC为100％时检测的电池电压值和电池电流值所指定的点的分布(见图27b)区分开。
由于上述事实，在实际车辆跑动期间，研究剩余容量SOC的变化和极化指数P的变化。这产生图28中所示的数据。参考图28，曲线R1表示电池B的剩余容量SOC的时序变化，而曲线R2表示电池B的极化指数P的时序变化。
参考图28，曲线的P1部分表示当电池B几乎充满电时达到的剩余容量SOC和指数P(|P|＜2000)。此时，电池B的电池电流接近于零，而其开路电压高达几乎14V(见图23)。在电池B充满电后，随意地使电池放电，以便减小极化指数P。当指数P假定绝对值小于100(|P|＜100)时，如图28中曲线R2的部分P2所示，可以令人满意地消除极化。在这种情况下，可以如上所述检测到精确的开路电压。
根据以下表达式(10)计算此阶段中达到的剩余容量SOC：
SOC＝(Ah0-Qd)/(Ah0·S)·100％                    (10)
其中Ah0表示电池B的额定容量，Qd表示从指数P假定为值P1的瞬时到指数P假定为值P2的瞬时积累的电池B的放电能量的大小，S表示温度系数。
其剩余容量SOC假定为表达式(10)提供的值的电池B的开路电压被画成图23的曲线中的点W。点W位于表示80％或更小的剩余容量SOC的曲线L2的直线部分的延长线上。此外，曲线L2是通过沿着表示开路电压的坐标轴平行移动曲线L1得到的。
因此，在电池B已恶化时建立的、表示开路电压与剩余容量SOC之间关系的数据是这样提供的：延长代表电池B的初始特性的曲线L1(见图23)的直线部分，如虚线所示，然后沿着开路电压的坐标轴平行移动直线部分。在实施例e中，事先产生表示在电池B未恶化的电池初始阶段中建立的开路电压与剩余容量SOC之间关系的数据(见图23中曲线L1)。根据这些数据，考虑到在判断电池B充满电之后放电的能量的大小，快速、高精度地学习电池B的剩余容量SOC。
因此，在实施例e中，图22A和图22B的流程图是代替关于实施例b描述的图14和图18的流程图。根据实施例e，关于实施例b描述的微计算机80C运行如代替图14和18的流程图的图22A和图22B的流程图中所描述的控制程序。其他部分与实施例b相同。
在具有上述部分的实施例e中，当车辆跑动时，控制程序运行，而按照图22A和图22B的流程图中所描述的开始。在步骤1000，接收电流检测器40所检测的电池电流I和电压检测器50所检测的电池电压V。在步骤1001，按照以下表达式(11)计算放电能量的大小Qd：
Qd＝Qd+∑(I·dt)                                (11)
此后，在步骤1002，按照表达式(10)，根据所计算的放电能量Qd的大小，计算电池B的剩余容量SOC。在步骤1003，按照表达式(9)，根据电池电流I来计算极化指数P。
在这个阶段，如果指数P的绝对值等于或大于预定值Pa＝100，则在步骤1010作出否定的判断。在步骤1020，判断车辆的跑动时间是否超过预定时间(例如10小时)。车辆的跑动时间是按照一个例程(例如0.1秒)时间的倍数来计算的时间，例程时间是完成图22的流程图中描述的例程所需要的时间，这段时间的经过由结合于微计算机80之中的计时器来指示。此外，10小时的预定时间是在车辆跑动期间使用电池B的条件下、电池B恶化所需的时间。计时器随着与车辆开始跑动连锁的微计算机80C的激活而启动。
在此阶段，车辆的跑动时间在10小时的预定时间以内。如果电池未充满电，步骤1020作出的判断是肯定的。步骤1030作出的判断是否定的。为了在步骤1030判断电池充满电，应该满足的三个条件是：电池电压V应该大于14V，电池电流I应该小于0A，而指数P的绝对值应该小于值Pb＝2000。
此后，当车辆的跑动时间变得等于或大于10小时的预定时间时，步骤1020作出的判断是肯定的。在步骤1021，把调整器30产生的调节电压设置在预定值。此时，当在步骤1000中发现最后的电池电压V是14V或超过14V并且最后的电池电流I是0A或者小于0A，时，如果在步骤1003中发现最后的极化指数P小于值Pb＝2000，则电池B充满电。因此，步骤1030作出的判断是肯定的。
因此，在步骤1031，放电能量的大小Qd被设置为0而调节电压重新设置在初始值。因此，恢复了电池B的满充电状态。在步骤1032，把满充电状态标志FG设置为1。此后，随着车辆跑动而开始电池B的放电。
在如上所述电池B开始放电之后，极化指数P减小。当控制程序进行到其步骤1010时，如果作出的判断是肯定的，则在步骤1011，把电池电压V和电池电流I作为电池数据存储。此后，当在步骤1011中存储的电池数据项的数目超过20时，在步骤1040中作出的判断是肯定的。在步骤1041，按照最小二乘法，利用所述20个电池数据项中包含的电池电压值来计算开路电压(以下称为开路电压VB0)。
在这个阶段，如上所述，满充电状态标志FG设置为1。因此，在步骤1050中作出的判断是肯定的。在步骤1051，如以下所描述的，学习表示开路电压VB0和剩余容量SOC之间关系的数据(以下称为VB0对SOC数据)。
为了学习，事先在微计算机80C中的ROM中存储具有如图23中虚线所示地延伸的、图23中曲线L1的直线部分的数据，它表示在电池B的初始阶段中建立的开路电压与剩余容量SOC之间的关系(下文称为初始开路电压对剩余容量数据)。顺便说明，与剩余容量SOC＝100％相联系的开路电压由图23中的初始开路电压对剩余容量数据上的点L10表示。
电池B的恶化度随着从电池B放出的放电能量的大小而变。如图23中曲线L2所示的、表示开路电压与剩余容量之间关系的数据意味着恶化度的改变。如上所述，该数据是通过沿开路电压轴平行移动初始开路电压对剩余容量数据来提供的。画在用虚线表示的曲线L2的直线部分的延长线(图23中的L20)上、与剩余容量SOC＝100％相关的开路电压与初始开路电压对剩余容量数据上的开路电压是可比较的。
考虑到上述情况，与最近的剩余容量SOC相关的开路电压(对应于图23中用曲线L20表示的开路电压)与作为初始开路电压对剩余容量数据提供的、被画作曲线L10的开路电压之间的差异被加到用曲线L10表示的开路电压上。因此，学习了通过引用开路电压对剩余容量数据而与剩余容量SOC＝100％相关的开路电压VB0，其中，开路电压对剩余容量数据表示当电池已恶化时建立的开路电压与剩余容量之间的关系。这意味着，已经学习了VB0对SOC数据。
在完成步骤1051之后，在步骤1052，把满充电状态标志FG复位为0。此后，当控制程序进行到其步骤1050时，由于在步骤1052标志FG被复位，所以所作的判断是否定的。在步骤1053，利用在步骤1041计算的开路电压VB0、通过参考在步骤1051所学的VB0对SOC数据来计算剩余容量SOC。在这种情况下，步骤1051的学习取决于电池B的恶化度、即放电能量的大小。因此，在步骤1053中计算的剩余容量SOC取决于电池B的恶化度。
如上所述，在实施例e中，在判断电池B充满电之后，在步骤1010判断指数P的绝对值是否减小而低于值Pa。如上所述，学习VB0对SOC数据，该数据说明当电池B已恶化时观察到的开路电压。通过参考所学习的数据，计算当电池B已恶化时观察到的剩余容量SOC。换言之，即使当电池B恶化时，也通过参考VB0对SOC数据来计算剩余容量SOC，所述VB0对SOC数据是在电池B的电解溶液的浓度变得均匀时、即、在消除了由指数P反映的极化对电解溶液的影响时学习的。因此，可以快速和高度精确地计算电池B的剩余容量SOC，而不受电池B的恶化度的影响。
在本发明的实施例中，电池B不限于铅酸电池，而是可以是任何种类的二次电池。此外，如果需要，可以修改构成电池B的电池的数目。
此外，在本发明的实施例中，剩余容量SOC可以不存储和保存在结合于微计算机中的存储器中，但是可以在每次执行步骤570(280)之前立即存储和保存在非易失性存储器中。这避免了电池B与微计算机之间的直接连接的必要。
此外，在本发明的实施例中，如果需要，可以修改为关于实施例e描述的步骤1010、1020、1030定义的标准。
在本发明的实施例中，可以通过用作特征执行装置的硬件逻辑电路得到流程图中描述的步骤。

Claims (3)

1.一种用于车辆电池的剩余容量计算系统，它包括：
电压检测装置，用于检测安装在车辆中的电池的端电压，所述车辆具有连接到发动机的旋转电机，而所述电池由所述旋转电机来充电；
电流检测装置，用于检测流经所述电池的电流；
指数计算装置，用于根据所检测的电流来计算所述电池中的极化指数；
控制装置，用于控制所述旋转电机，使得所述极化指数保持在预定范围内，这个范围允许限制极化对所述电池的充电状态的影响；以及
计算装置，用于当所述极化指数保持在所述预定范围内时，根据所述电池开路时所检测的端电压来计算所述电池的剩余容量；
其中所述控制装置是一个微计算机。
2.一种用于车辆的发动机自动关闭/启动系统，它包括权利要求1中所述的用于车辆电池的剩余容量计算系统和禁止装置(230)，后者用于在所述电池的剩余容量低于允许值时、禁止发动机自动关闭。
3.一种用于车辆的旋转电机控制系统，它包括权利要求1中所述的用于车辆电池的剩余容量计算系统和控制装置，后者在所述剩余容量等于或大于允许值时，控制用作所述旋转电机的电动发电机，使得所述电动发电机协助所述发动机。
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