CN1720462A - 电池充电状态算术运算设备和电池充电状态算术运算方法 - Google Patents

Abstract

为了提供一种能够在短时间内容易地判断出当前所用电池的充电状态的电池充电状态算术运算设备，本发明提供了：具有特定负载的电池电压计算装置6，用于根据在处于作为当前状态的第一状态下的并存储在第一I－V特性存储装置3中的电池的第一I－V特性和处于剩余能量总值小的第二状态下并存储在第二I－V特性存储装置4中的第二I－V特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第一电池电压和第二电池电压；以及SOC算术运算装置7，用于利用算出的第一和第二电池电压计算在第一状态下的电池SOC(充电状态)。

Description

电池充电状态算术运算设备 和电池充电状态算术运算方法

技术领域

本发明涉及用于检测在采用车用电池等的情况下的剩余容量情况(即，充电情况)的电池充电状态算术运算设备，以及电池充电状态算术运算方法。

背景技术

作为电池剩余容量的常规估算方法(即，电池充电状态的估算方法)，在一种现有的方法中，将电池终端开路电压作为该电池充电状态的最初值(SOC：充电状态)，采用电池充电/放电电流的积分值即进行修正。

此外，JP-A-2001-174535(图1，第0039段)公开了“考虑到极化的电池容量算术运算设备”，其中，获得了考虑电池极化的精确I-V(电流-电压)近似直线，因此即使在混合车辆上也能获得高精度的充电状态。

在考虑到JP-A-2001-174535中公开的极化的电池容量算术运算设备中，公开了对使放电电流流过车辆负载的电池的电压和电流进行收集，从而获得电压-电流特性，利用该电压-电流特性估算电池的当前电压，由该估算电压获得电池的当前充电状态，同时，把在收集到的电流最初达到在电池最大极化出现时的大电流之后并且当该电流最初达到不大于已达到的大电流的时候的电池电压设定为在保留最大极化影响的状态下的估算电压，利用在最大极化影响保留时间时的估算电压和在驱动开始时的电池的开路电压之间的差值修正充电状态。然而，由于电池的开路电压受到达到该时间的充电和放电历史的严重影响，在其稳定之前需要大约一天的时间，当在启动之前立即以开路电压为基础修正充电过程中的充电状态时，充电状态的判断误差会变大。

例如，在近年来倍受关注的并以实现低气体排放和低燃料消耗为目的的这种空走停止车辆中，由于具备了在空走期间使发动机停止的功能，因此需要电池存储能够在发动机停止之后重新启动发动机的电能，还需要精确掌握在电池使用过程中的充电状态(即，电池的剩余容量)。

然而，由于电池电解质的含量、恶化现象(软化、腐蚀、硫化等)、电池温度、极化等的影响，造成了电池开路电压和电池容量的变化，因此难以精确估算电池剩余容量。

此外，在车辆空走停止期间，针对由发动机排量和起动发动机或电动发电机确定的空行停止车辆的汽车等级和消耗电流(以下称作所提供的应用)，存在电池尺寸和性能等级的各种组合。

当改变这种组合时，由于改变了用于输出由所提供的应用所需的电池最小输出所要求的电池剩余容量，因此常规上，每次改变所提供的应用时，都需要重新检查对应于该应用的充电状态检测器装置。

发明内容

研制了本发明以解决这些问题，本发明的目的是提供一种电池充电状态算术运算设备，在该装置中没有受到电池电解质含量的改变、恶化等情况的影响，在各种特定应用的电流条件下，当前地采用电池的剩余容量，换句话说，能够容易地掌握(计算)当前所采用的电池的充电状态(SOC：充电状态)。

本发明的电池充电状态算术运算设备包括：用于检测电池电压的电池电压检测装置；用于检测电池电流的电池电流检测装置；第一电流-电压特性存储装置，用于利用由电池电压检测装置和电池电流检测装置以多个采样点检测的电压值和电流值近似地取得在作为当前所用状态的第一状态下的电池的电流-电压特性，并且用于将其存储为第一电流-电压特性；第二电流-电压特性存储装置，用于预先存储在提取能量的总值(amount of extractive energy)小于在第一状态下的该总值的第二状态下的第二电流-电压特性；用于存储电池的特定负载电流值的特定电流值存储装置；具有特定负载的电池电压计算装置，用于利用在第一电流-电压特性存储装置中存储的第一电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第一电池电压(Vc)，并用于利用第二电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第二电池电压(Vc0)；以及充电状态算术运算装置，用于利用由具有特定负载的电池电压计算装置计算出的第一和第二电池电压(Vc，Vc0)和预先准备的转换图等计算在第一状态下的电池充电状态，从而由例如那些电压的电压差ΔV(Vc-Vc0)得出电池的充电状态。

此外，本发明的电池充电状态算术运算设备的特征在于，由在特定负载电流存储在特定负载电流存储装置时在第一电流-电压特性存储装置中的电压Vc和当负载电流为零时在第一电流-电压特性存储装置中的电压Vo并利用性能等级性能等级(performance level)检测装置如预先准备的Vo、Vc-性能等级转换图检测电池的性能等级，并根据电池的性能等级，修正由电池充电状态算术运算装置算出的电池充电状态。

此外，本发明的电池充电状态算术运算设备的特征在于，如权利要求2所限定的修正电池充电状态是在电池电压从第一电池电压下降至第二电池电压之前电池能放出的剩余容量。为了产生作为剩余容量的输出，在各种条件下预先测量具有相应于电池电压差所放出的放出容量的在第一电池电压和第二电池电压之间的电压差的相互关系，并将其作为转换图进行保存，因此可获得能释放的剩余容量。

此外，本发明的电池充电状态算术运算设备的特征在于，根据由性能等级检测装置检测出的电池的性能等级、通过性能等级修正增量计算装置例如预先制备的性能等级-修正增量转换图取得与电池特性相一致的修正增量(correction gain)，将由电池充电状态算术运算装置算出的剩余容量除以由修正增量修正的电池的最大电池容量，进行算术运算，从而获得为SOC(％)的电池充电状态。作为修正电池最大电池容量的方法，例如有这样一种方法，其中，将在新产品状态下的最大电池容量乘以或减去修正增量，从而获得受损电池的最大电池容量。这里，最大电池容量表示在处于完全充电状态下的电池，即，处于以5小时倍率电流充电并且在每15分钟测量充电的过程中终端电压连续三次表示为恒定值的状态下的新电池在放置了一小时之后，以5小时倍率电流放电至每个单电池为1.75V时的放电电量。

此外，本发明的电池充电状态算术运算设备的特征在于，将权利要求4中所述的剩余容量加上或减去由在电池充电状态算术运算装置执行时初始化的电流积分装置(针对时间对电流值进行积分的装置，使充电为负，放电为正，或使充电为正，放电为负)取得的电流积分值，算出电池充电状态。这里，“在电池充电状态算术运算装置执行时进行初始化”表示在算术运算装置执行时使电流积分值的参数为初始值(例如，零)。

此外，注意以下一点，充电状态SOC可采取的范围是0-100％，采取此范围之外的值是没有意义的，本发明的电池充电状态算术运算设备的特点在于，使由设有在电池充电状态算术运算装置执行时初始化的装置的电流积分装置取得的电流积分值例如，如由电池电流检测装置获得的电流(充电侧为负，放电侧为正)、根据电池标准的电池的标称电池容量，经过具有作为上限的电池充电状态的限制器(上限)，并经过具有由电池充电状态减去最大电池容量获得的下限值的限制器(下限)，因此，电池充电状态减去电流积分值之后，电池充电状态不超过最大电池容量或不采取负值。

此外，本发明的电池充电状态算术运算设备包括：用于检测电池电压的电池电压检测装置；用于检测电池电流的电池电流检测装置；第一电流-电压特性存储装置，用于利用由电池电压检测装置和电池电流检测装置以多个采样点检测的电压值和电流值近似地取得在作为当前所用状态的第一状态下的电池的电流-电压特性，并且用于将其存储为第一电流-电压特性；第二电流-电压特性存储装置，用于预先存储在提取能量的总值大于在第一状态下的该总值的第三状态下的第三电流-电压特性和在提取能量的总值小于在第一状态下的该总值的第二状态下的第二电流-电压特性；用于存储电池的特定负载电流值的特定电流值存储装置；具有特定负载的电池电压计算装置，用于利用在第一电流-电压特性存储装置中存储的第一电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第一电池电压，用于利用第二电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第二电池电压，并用于利用第三电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第三电池电压；以及充电状态算术运算装置，用于利用由具有特定负载的电池电压计算装置计算出的第一、第二和第三电池电压计算在第一状态下的电池充电状态。

此外，本发明的电池充电状态算术运算设备的特征在于，第三状态是完全充电状态，第二状态是深度放电状态。

此外，本发明的电池充电状态算术运算设备包括用于检测当前采用的电池温度的温度检测装置，其特征在于，第二电流-电压特性存储装置预先存储在电池的工作温度范围内从高温到低温的多个特定温度的电流-电压特性作为第二电流-电压特性的候选，并存储多个特定温度下的电流-电压特性作为第三电流-电压特性的候选，并且从所存储的多个第二电流-电压特性的候选中和多个第三电流-电压特性的候选中选择相应于由温度检测装置检测出的电池温度的特性，以作为第二电流-电压特性和第三电流-电压特性。

此外，本发明的电池充电状态算术运算设备的充电状态算术运算装置计算在第一电池电压和第二电池电压之间的差值与在第三电池电压和第二电池电压之间的差值之比。

此外，本发明的电池充电状态算术运算设备的特征在于，特定负载电流值直接从外部设备输入到具有特定负载的电池电压计算装置。

此外，本发明的电池充电状态算术运算方法包括：以多个采样点检测在作为当前所用状态的第一状态下的电池的电压值和电流值的步骤；利用多个采样点检测的电压值和电流值近似取得在第一状态下电池的电流-电压特性、并将其存储为第一电流-电压特性的步骤；预先存储在其提取能量的总值大于在第一状态下的该总值的第三状态下的第三电流-电压特性和在其提取能量的总值小于在第一状态下的该总值的第二状态下的第二电流-电压特性的步骤；存储电池的特定负载电流值的步骤；利用第一电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第一电池电压、利用第二电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第二电池电压、以及利用第三电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第三电池电压的步骤；以及利用算出的第一、第二和第三电池电压计算在第一状态下电池的充电状态的步骤。

此外，本发明的电池充电状态算术运算方法的特征在于，第三状态是完全充电状态，第二状态是深度放电状态。

此外，在本发明的电池充电状态算术运算方法中的计算电池充电状态的步骤下，计算在第一电池电压和第二电池电压之间的差值与在第三电池电压和第二电池电压之间的差值之比。

本发明的电池充电状态算术运算设备包括：用于检测电池电压的电池电压检测装置；用于检测电池电流的电池电流检测装置；第一电流-电压特性存储装置，用于利用由电池电压检测装置和电池电流检测装置以多个采样点检测的电压值和电流值近似地取得在作为当前所用状态的第一状态下的电池的电流-电压特性，并且用于将其存储为第一电流-电压特性；第二电流-电压特性存储装置，用于预先存储在提取能量的总值小于在第一状态下的该总值的第二状态下的第二电流-电压特性；用于存储电池的特定负载电流值的特定电流值存储装置；具有特定负载的电池电压计算装置，用于利用在第一电流-电压特性存储装置中存储的第一电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第一电池电压，并用于利用第二电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第二电池电压；以及充电状态算术运算装置，用于利用由具有特定负载的电池电压计算装置计算出的第一和第二电池电压计算在第一状态下的电池充电状态。因此，在不受电池电解质含量改变、性能恶化、电池温度等影响的情况下，在特定应用的电流条件下，可以很容易地在短时间内判断出当前所采用的电池的充电状态(SOC)，可以提供所需要的电池充电状态算术运算设备，这种设备可应用于各种用途如需要在任意时候监测充电状态的混合车辆和电动汽车，和空行停止车辆。

附图说明

图1是表示根据实施例1的电池充电状态检测装置结构的框图。

图2是用于说明根据实施例1的电池充电状态检测装置的操作的示图。

图3是表示根据实施例2的SOC算术运算设备的结构的框图。

图4是表示根据实施例3的性能等级判断/修正装置的结构的框图。

图5是表示根据实施例2的ΔV-C转换装置的结构的框图。

图6是表示根据实施例3的性能等级判断装置的结构的框图。

图7是表示根据实施例3的性能等级修正增量计算装置的结构的框图。

图8是表示根据实施例4的电池充电状态检测装置的结构的框图。

图9是用于说明根据实施例4的电池充电状态检测装置的操作的示图。

图10是表示根据实施例5的电池充电状态检测装置的结构的框图。

图11是表示根据实施例6的电池充电状态检测装置结构的框图。

具体实施方式

以下，参照附图介绍本发明的实施方式。顺便指出，在各附图中，相同的标记表示相同或类似的部件。

实施例1

图1是表示根据实施例1的电池充电状态算术运算设备的结构的框图。图2是用于说明根据此实施例的电池充电状态算术运算设备的操作的框图。

参照图1和2描述根据此实施例的电池充电状态算术运算设备的结构和操作。

在图1中，参考标记1表示用于检测在混合车辆、电动车辆、空行停止车辆等中安装的电池(未示出)的电池电压的电压检测装置；2表示用于检测电池的充电和放电电流的电流检测装置；3表示电池的第一电流(I)-电压(V)特性存储装置。此后，“电流-电压特性”称作“I-V特性”。

第一I-V特性存储装置3存储当作为充电状态计算目标并且当前所采用的电池(以下简称为电池或有关电池)的电流(负载电流)从具有特定负载(例如，具有在应用中的最大负载，如发动机起动)的电流改变至电池负载打开的电流时由电压检测装置1和电流检测装置2以多个采样点(在图2中由·标记表示各点)检测的电池电压V和电池电流I。

这里，将当前所用的电池状态称作第一状态。

第一I-V特性存储装置3通过例如由在多个采样点的电池电压V和电池电流I的存储值的最小平方法的第一近似值进行算术运算以获得并存储由“V＝-βI+α”表示的相关电池的第一I-V特性(即，在当前采用的第一状态下的I-V特性)。这里，α和β是正常数。顺便指出，由图2中的符号A表示的直线表示第一I-V特性。

参考标记4表示第二I-V特性存储装置，把在从电池中提取的能量的总值(amount of extractive energy)小的第二状态下由“V＝-β′I+α′”表示的理论第二I-V特性预先存储在该第二I-V特性存储装置4中。这里，α′和β′也是正常数。顺便指出，由图2中的符号B表示的直线表示第二I-V特性。

电池的前述第二状态是这样一种状态：其中，例如在电池性能下降的深度放电状态下，从电池中提取的能量的总值小，其剩余容量变小，其放电几乎变得不可用，或达到接近于此的状态。

顺便指出，在深度放电状态下的理论第二I-V特性是其中电池处于性能下降状态的最小线I-V特性，即使在使不小于特定负载电流(例如，发动机起动所需的电流)的放电电流流动的情况下也能够确保不小于所需特定电压的电池电压。这里，用作图2中所示的不可用区域的边界的最小线的I-V特性同时表示发动机能够起动的最小电压或在汽车上安装的控制单元(包括音响等)的工作限度。也就是说，这里的电池充电状态表示，除了电池的性能之外，使建立包括将要连接的电负载的整个系统为最小值SOC＝0。对其进行表示的直线表示为图2中的符号B。

参考标记5表示在各种应用中(例如，发动机的起动，等)的特定电流值存储装置，例如，把用于发动机起动所需的电流值存储在特定电流值存储装置5中。

参考标记6表示具有特定负载的电池电压计算装置，具有特定负载的电池电压计算装置6采用在第一I-V特定存储装置3中存储的第一I-V特性(即，在当前采用的状态下的电池的I-V特性)和在特定电流值存储装置5中存储的特定电流值(例如，发动机起动电流Ic)，计算当电池电流处于特定电流值(发动机起动电流Ic)时的电池电压Vc(参见图2)。顺便指出，将电池具有由第一I-V特性获得的特定负载(特点电流值)时的电池电压称作第一电池电压。因此，上面计算的电池电压Vc是第一电池电压。

此外，具有特定负载的电池电压计算装置6采用在第二I-V特定存储装置4中存储的第二I-V特性和在特定电流值存储装置5中存储的特定电流值，计算当电池电流处于特定电流值时的电池电压VcO(参见图2)。顺便指出，将电池具有由第二I-V特性获得的特定负载(特点电流值)时的电池电压称作第二电池电压。因此，上面计算的电池电压Vc0是第二电池电压。

此外，在图2中，Vo和Vo0分别表示在第一和第二I-V特性中当电池电流为零(负载打开)时的电池电压。

在电池应用于发动机起动的情况下，当电池性能下降至这样一种程度：当电池电流是发动机起动电流Ic时电池电压变为Vc0或更低，这种电池不能再用。

参考标记7表示SOC(充电状态)算术运算装置，SOC(充电状态)算术运算装置7采用由具有特定负载的电池电压计算装置6算出的电池电压Vc和电池电压Vc0以获得电池的剩余容量(Ah)，并由下述方式得到的结果计算SOC(充电状态)，所述方式为：将所获得的电池剩余容量加上或减去由用于对电流检测装置2的电流值进行积分的电流积分装置9获得的电流积分值∑I，从而获得一结果，将上述结果除以通过将新电池的最大电池容量乘以由性能等级判断-修正装置8得到的修正增量所算出的性能下降电池的最大电池容量。

可以判断出，随着表示这种计算结果的系数变大，性能下降的电池的最大电池容量大并且能量充分地保留；随着此系数变小，最大电池容量变小，该状态接近于不可用状态。

顺便指出，由于第二I-V特性预先存储在第二I-V特性存储装置4中，因此能够在短时间内容易地算出第二电池电压。

如上所述，本实施例的电池充电状态算术运算设备包括：第一I-V特性存储装置3，用于近似地获得并存储在作为当前所采用状态的第一状态下电池的I-V特性(第一I-V特性)；第二I-V特性存储装置4，用于预先存储在提取能量的总值小于在第一状态下的该总值的第二状态下的I-V特性(第二I-V电压特性)；具有特定负载的电池电压计算装置6，用于利用第一I-V特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第一电池电压，和利用第二I-V特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第二电池电压；以及充电状态算术运算装置7，用于利用计算出的第一和第二电池电压计算在第一状态下的电池充电状态。因此，在不受电池电解质含量改变、性能恶化、电池温度等影响的情况下，在特定应用的电流条件下，可以很容易地在短时间内判断出当前所采用的电池的充电状态(SOC)，可以提供适用于混合车辆和电动汽车用电池的电池充电状态算术运算设备，上述混合车辆和电动汽车用电池需要在任意时候监测充电状态(剩余容量)，还适用于空行停止车辆。

实施例2

图3是表示图1所示的并根据实施例2的SOC算术运算装置7的结构的框图。

在图3中，参考标记31表示ΔV-C转换装置，用于由在图1中所述的第一电池电压Vc和同样在图1中所述的第二电池电压Vc0之间的电压差(Vc-Vc0)ΔV取得电池充电状态C；32表示最大电池容量算术运算装置，用于取得由电池的额定电池容量乘以图4中所示的修正增量所得到的最大电池容量Cmax；33表示上限限制器，用于通过预先获得的电池充电状态C限制电流积分值∑I；34表示下限限制器，用于限制通过将预先获得的电池充电状态C减去预先获得的最大电池容量Cmax所得到的预先限制∑I。

接下来，描述本实施例。取得在第一电池电压Vc和第二电池电压Vc0之间的电压差ΔV，由ΔV-C转换装置31检测电池的充电状态C。对于该方法，可通过准备例如其中电压差ΔV(V)是X轴、电池容量(Ah)为Y轴的一维图表或者其中电压差ΔV(V)是X轴、修正增量为Y轴，电池充电状态(Ah)为Z轴的二维图表(参见图5)的方式预先由电池特性获得。

接下来，通过采用最大电池容量算术运算装置32由电池的额定电池容量(Ah)和修正增量取得当前所用的电池的最大电池容量(Ah)。在新电池的情况下，实际电池容量通常大于额定电池容量。然而，由于包括电池所处环境在内的一些因素的影响改变了最大电池容量。通常，虽然存在最大电池容量随使用时间减小的趋势，但是根据应用而不同。为了对此进行修正，通过由图4中所示的性能等级取得的修正增量修正额定电池容量。

接下来，使由ΔV-C转换装置31取得的电池充电状态(Ah)为上限，通过此值并利用上限限制器33，限制电流积分值∑I。电流值I表示在放电时的正值和在充电时的负值。这是因为在进行放电并且电流积分值∑I变为大于电池充电状态C的值的情况下，随后获得的SOC值变为负值，这应当被抑制。同样，将由ΔV-C转换装置31获得的电池充电状态(Ah)减去由最大电池容量算术运算装置32所获得的值作为下限值，同时利用下限限制器34，由此限制已经过上限限制器33的电流积分值∑I′。这是因为当进行充电时，电池充电状态C的值减去电流积分值∑I所得的数值超过在后续SOC算术运算部分中的100％，这应当被抑制。

实施例3

图4是表示根据实施例3的图1中所示的性能等级判断-修正装置8的结构的框图。

参考标记41表示性能等级判断装置，用于由在第一I-V特性中的第一电池电压Vc和当电池电流为零时(负载打开时)的电池电压Vo取得性能等级；42表示性能等级修正增量计算装置，用于根据由性能等级判断装置41获得的性能等级取得性能增量。

接下来，介绍本实施例。利用性能等级检测装置8、由在第一I-V特性中的第一电池电压Ve和当电池电流为零时(负载打开时)的电池电压Vo检测当前所用电池的性能等级。在把开路电压绘在横座标上、同时把第一电池电压Vc绘在纵坐标上的情况下，电池具有以下趋势：随着电池性能下降程度的提高，绘出值向右方向变化。例如，利用该座标，预先准备两维图表(参见图6)，其中，在第一I-V特性中电池电流为零(负载打开时)的电池电压Vo为X轴，第一电池电压Vc为Y轴，性能等级为Z轴，由此检测性能等级。此外，性能等级的影响同样影响ΔV-C转换和最大电池容量Cmax。由于性能等级不是成比例的关系，因此难以直接用于ΔV-C转换的修正。因此，利用例如其中性能等级为X轴、修正增量为Y轴的图表(参见图7)，并利用性能等级修正增量计算装置42取得修正增量，该修正增量还用于随后的修正，这样，线性内插法是可行的。

实施例4

图8是表示根据实施例4的电池充电状态算术运算设备的结构的框图。图9是用于说明根据此实施例的电池充电状态算术运算设备的操作的示图。

参照图8和图9介绍根据此实施例的电池充电状态算术运算设备的结构和操作。

在图8中，参考标记1表示电压检测装置，用于检测在混合车辆、电动车辆等中安装的电池(未示出)的电池电压；2表示电流检测装置，用于检测电池的充电/放电电流；3表示电池的第一电流(I)-电压(V)特性存储装置。

第一I-V特性存储装置3存储在当前用于在充电状态下的算术运算的电池(以下简称为电池或相关电池)的电池电流(负载电流)从在特定负载时(例如，具有在应用中的最大负载，如发动机起动)的电流改变至电池负载打开时的电流时由电压检测装置1和电流检测装置2以多个采样点(在图9中由·标记表示各点)检测的电池电压V和电池电流I。这里，将当前所用的电池状态称作第一状态。

第一I-V特性存储装置3根据以多个采样点的电池电压V和电池电流I的存储值并通过例如利用最小平方法的第一近似值进行算术运算以获得并存储由“V＝-βI+α”表示的相关电池的第一I-V特性(即，在当前采用的第一状态下的I-V特性)。这里，α和β是正常数。

顺便指出，由图9中的符号A表示的直线表示第一I-V特性。

参考标记4表示第二I-V特性存储装置，把在从电池中提取的能量总量大的第三状态下由“V＝-β′I+α′”表示的理论第三I-V特性和在从电池中提取的能量总量小的第二状态下由“V＝-β″I+α″”表示的理论第二I-V特性预先存储在该第二I-V特性存储装置4中。这里，α′、α″、β′和β″也是正常数。

由图9中的符号B和符号C表示的直线分别表示第三I-V特性和第二I-V特性。

电池的前述第三状态是这样一种状态：在此状态下，从电池中提取的能量的总值大，例如，由JIS D 5301调节的完全充电状态，也就是说，是以5小时倍率电流进行充电的状态，在每15分钟测量充电的过程中的终端电压连续三次表示为恒定值，或接近于此的状态。

此外，电池的第二状态是这样一种状态：在此状态下，由电池提取的能量的总值小，像电池性能下降的深度放电状态的情况那样，其剩余容量变小，电池放电接近于不可用，或接近于此的状态。顺便指出，在深度放电状态下的理论第二I-V特性是其中电池处于性能下降状态下的最小线的I-V特性，即使在使不小于特定负载电流(例如，用于发动机起动所需的电流)的放电电流流动的情况下，也能够确保不低于所需特定电压的电池电压。

参考标记5表示在各应用(例如，发动机等的起动)中的特定电流值存储装置，例如，将用于发动机起动所需的电流值存储在特定电流值存储装置5中。

参考标记6表示具有特定负载的电池电压计算装置，具有特定负载的电池电压计算装置6采用在第一I-V特定存储装置3中存储的I-V特性(即，在当前采用的状态下的电池的I-V特性)和在特定电流值存储装置5中存储的特定电流值(例如，发动机起动电流Ic)，计算当电池电流处于特定电流值(发动机起动电流Ic)时的电池电压Vc(参见图9)。顺便指出，将电池具有由第一I-V特性获得的特定负载(特点电流值)时的电池电压称作第一电池电压。因此，上面计算的电池电压Vc是第一电池电压。

此外，具有特定负载的电池电压计算装置6采用在第二I-V特定存储装置3中存储的第三I-V特性和在特定电流值存储装置5中存储的特定电流值，计算当电池电流处于特定电流值时的电池电压Vc max(参见图9)。顺便指出，将电池具有由第三I-V特性获得的特定负载(特点电流值)时的电池电压称作第三电池电压。因此，上面计算的电池电压Vc max是第三电池电压。

同样，具有特定负载的电池电压计算装置6采用在第二I-V特定存储装置3中存储的第二I-V特性和在特定电流值存储装置5中存储的特定电流值，计算当电池电流处于特定电流值时的电池电压Vc min(参见图9)。顺便指出，将电池具有由第二I-V特性获得的特定负载(特点电流值)时的电池电压称作第二电池电压。因此，上面计算的电池电压Vc min是第二电池电压。

此外，在图9中，Vo、Vo max和Vo min分别表示在第一、第三和第二I-V特性中当电池电流为零时(负载打开)的电池电压。

在电池应用于发动机起动的情况下，当电池性能下降至当电池电流处于发动机起动电流Ic时电池电压变为Vc min的程度时，该电池不能用。

参考标记7表示SOC(充电状态)算术运算装置，SOC(充电状态)算术运算装置7采用由具有特定负载的电池电压计算装置6算出的电池电压Vc、电池电压Vc max和电池电压Vc min，并以下述表达式为基础计算电池的SOC。

SOC＝[(Vc-Vc min)/(Vc max-Vc min)]×100(％)

也就是说，SOC算术运算装置7计算在第一电池电压(Vc)和第二电池电压(例如，Vc min)之间的差值与在第三电池电压(例如，Vc max)和第二电池电压(例如，Vc min)之间的差值之比。此计算结果的数值(％)为表示电池充电状态的系数。

因此，可以判断出：当表示此计算结果的系数变大时，电池的剩余容量大，能量充分地保持；而当系数变小时，剩余容量小，该状态接近于性能恶化状态。顺便指出，由于第二I-V特性和第三I-V特性预先存储在第二I-V特性存储装置中，因此能够在短时间内容易地算出第二电池电压和第三电池电压。

此外，由于SOC(充电状态)算术运算装置只计算在第一电池电压和第二电池电压之间的差值与在第三电池电压和第二电池电压之间的差值之比，因此可通过算术运算过程在短时间内获得计算结果。

如上所述，本实施例的电池充电状态算术运算设备包括：第一I-V特性存储装置，用于近似地获得并存储在作为当前所采用状态的第一状态下电池的I-V特性(第一I-V特性)；第二I-V特性存储装置，用于预先存储在提取能量的总值大于在第一状态下的该总值的第三状态下的电池I-V特性(第三I-V特性)和在提取能量的总值小于在第一状态下的该总值的第二状态下电池的I-V特性(第二I-V电压特性)；具有特定负载的电池电压计算装置，用于利用第一I-V特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第一电池电压，利用第二I-V特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第二电池电压，和利用第三I-V特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第三电池电压；以及充电状态算术运算装置7，用于利用计算出的第一、第二和第三电池电压计算在第一状态下的电池充电状态。因此，在不受电池电解质含量改变、性能恶化、电池温度等影响的情况下，在特定应用的电流条件下，可以很容易地在短时间内掌握(判断出)当前所采用的电池的充电状态(SOC)，可以提供适用于混合车辆和电动汽车用电池的电池充电状态算术运算设备，上述混合车辆和电动汽车用电池需要在任意时候监测充电状态(剩余容量)。

实施例5

图10是表示根据实施例5的电池充电状态算术运算装置结构的框图。

在附图中，参考标记1表示用于检测电池电压的电压检测装置；2表示用于检测电池电流的电流检测装置；3表示第一I-V(电流-电压)特性存储装置；40表示第二I-V(电流-电压)特性存储装置；5表示特定电流值存储装置；6表示具有特定负载的电池电压计算装置；7表示SOC(充电状态)算术运算装置；11表示用于检测电池温度的温度检测装置。

在根据前述实施例1的电池充电状态算术运算设备的第二I-V特性存储装置4中，预先存储在提取的能量总值大的第三状态下的电池的第三I-V特性和在提取的能量总值小的第二状态下的电池的第二I-V特性。第二和第三I-V特性是以与当前采用的电池温度不相关的特定温度的特性。

由于当电池的温度变低时电池的阻抗增加，因此提取能量的总值变小。另一方面，由于当温度变高时阻抗下降，因此提取能量的总值变大。因此，根据此实施例的电池充电状态算术运算装置的第二I-V特性存储装置40预先存储在电池的工作温度范围内的从高温向低温的多个特定温度的多个I-V特性，作为在提取能量的总值大的第三状态下的电池的第三I-V特性的候选。

同样，第二I-V特性存储装置40预先存储在电池的工作温度范围内的从高温向低温的多个特定温度的多个I-V特性，作为在提取能量的总值小的第二状态下的电池的第二I-V特性的候选。

类似于上述实施例1的情况，第一I-V特性存储装置3采用以多个采样点由电压检测装置1和电流检测装置2检测的电池的电压值和电流值，近似地获得在作为当前采用状态的第一状态下的电池的第一I-V特性，并将其存储为第一I-V特性。因此，在第一I-V特性存储装置3中存储的第一电流-电压特性是在当前采用的电池温度下的I-V特性。

温度检测装置11检测当前采用的电池的温度，并将检测到的温度数据输入到第二I-V特性存储装置40。

第二I-V特性存储装置40以由温度检测装置11检测到的温度数据为基础、从预先存储为第三I-V特性候选的多个I-V特性中选择对应于当前采用的电池温度(即，以最接近于当前采用的电池温度的温度)的I-V特性，并将其作为第三I-V特性输出到具有特定负载的电池电压计算装置6。

此外，第二I-V特性存储装置40以由温度检测装置11检测到的温度数据为基础、从预先存储为第二I-V特性候选的多个I-V特性中选择对应于当前采用的电池温度的I-V特性，并将其作为第二I-V特性输出到具有特定负载的电池电压计算装置6。

顺便指出，取代对应于当前所采用的电池温度(即，以最接近于当前采用的电池温度的温度)选择I-V特性的方式，还可利用在高于和低于当前采用的电池温度的两个特定温度下的I-V特性数据并通过进行线性逼近内插法或类似方式得到第二或第三I-V特性。

具有特定负载的电池电压计算装置6和SOC(充电状态)计算装置7的工作方式基本上与实施例1的情况相同。

具有特定负载的电池电压计算装置6采用在第一I-V特性存储装置中存储的第一I-V特性以计算作为当电池电流处于特定负载电流值时的电池电压的第一电池电压，采用由第二I-V特性存储装置选择的第二I-V特性以计算作为当电池电流处于特定负载电流值时的电池电压的第二电池电压，采用由第二I-V特性存储装置选择的第三I-V特性以计算作为当电池电流处于特定负载电流值时的电池电压的第三电池电压。

SOC(充电状态)算术运算装置7采用由具有特定负载的电池电压计算装置6算出的第一、第二和第三电池电压并计算在第一状态下电池的充电状态。

如上所述，根据此实施例的电池充电状态算术运算装置包括用于检测当前采用的电池的温度的温度检测装置11。

此外，第二I-V特性存储装置预先存储在电池的工作温度范围内从高温到低温的多个特定温度的I-V特性作为第三I-V特性的候选，以及预先存储多个特定温度的I-V特性作为第二I-V特性的候选，并从多个存储的第二I-V特性的候选中和多个第三I-V特性的候选中选择出对应于由温度检测装置11检测出的电池温度的特性，分别作为第二I-V特性和第三I-V特性。

因此，根据此实施例，由具有特定负载的电池电压计算装置采用的第二I-V特性和第三I-V特性是对应于当前采用的电池温度的特性，能以更高精确度计算出电池的SOC(充电状态)。

实施例6

图11是表示根据实施例6的电池充电状态算术运算装置的结构的框图。

在图8中所示的电池充电状态算术运算设备中并根据上述实施例1，特定电流存储装置5设置在该设备中，其中存储的特定电流值用以计算在特定负载时的电池电压。在根据此实施例的电池充电状态算术运算设备中，取代特定电流存储装置5，该特定电流值由在设备的外部设置的外部设备10设定。

像根据实施例4的电池充电状态算术运算设备那样，当把用于计算在特定负载时的电池电压的特定电流值存储在设备内部的特定电流存储装置5中时，由于特定电流值是固定的，因此应用受到限制。例如，仅能应对相应于在工厂出货时存储的特定电流值的应用。

另一方面，像根据本实施例的电池充电状态算术运算设备那样，当特定电流值能够从外部设备输入到具有特定负载的电池电压计算装置6时，可以使应用具有广泛性。此外，由于特定电流值能够实时变化，因此容易紧跟应用电流的变化。

顺便指出，图11表示一个例子，在此例中，在根据实施例4的图8所示的电池充电状态算术运算设备中，取代特定电流存储装置5，在设备外部设置的外部设备10用以设定特定电流值。然而，不用说，在根据实施例5的图10中所示的电池充电状态算术运算设备中，取代特定电流存储装置5，在设备外部设置的外部设备10用以设定特定电流值。

工业实用性

本发明适用于电池充电状态算术运算设备，用于检测在采用用于车辆等的电池的情况下的剩余容量状态。

Claims (14)

1.一种电池充电状态算术运算设备，其特征在于包括：

用于检测电池电压的电池电压检测装置；

用于检测电池电流的电池电流检测装置；

第一电流-电压特性存储装置，用于利用由电池电压检测装置和电池电流检测装置以多个采样点检测的电压值和电流值近似地取得在作为当前所用状态的第一状态下的电池的电流-电压特性，并且用于将其存储为第一电流-电压特性；

第二电流-电压特性存储装置，用于预先存储第二状态下的第二电流-电压特性，该第二状态下的提取能量的总值小于在第一状态下的该总值；

用于存储电池的特定负载电流值的特定电流值存储装置；

具有特定负载的电池电压计算装置，用于利用在第一电流-电压特性存储装置中存储的第一电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第一电池电压，并用于利用第二电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第二电池电压；以及

充电状态算术运算装置，用于利用由具有特定负载的电池电压计算装置计算出的第一和第二电池电压来计算在第一状态下的电池充电状态。

2.根据权利要求1的电池充电状态算术运算设备，其特征在于，根据在特定负载电流存储在特定负载电流存储装置时在第一电流-电压特性存储装置中的电压Vc和当负载电流为零时在第一电流-电压特性存储装置中的电压Vo并利用性能等级检测装置检测的电池性能等级，修正由电池充电状态算术运算装置算出的电池充电状态。

3.根据权利要求2的电池充电状态算术运算设备，其特征在于，该电池充电状态是在电池电压从第一电池电压下降至第二电池电压之前电池能放出的剩余容量。

4.根据权利要求3的电池充电状态算术运算设备，其特征在于，根据由性能等级检测装置检测出的电池的性能等级、通过性能等级修正增量计算装置取得与电池特性相一致的修正增量，并将由电池充电状态算术运算装置算出的剩余容量除以由修正增量修正的电池的最大电池容量，计算出电池充电状态。

5.根据权利要求4的电池充电状态算术运算设备，其特征在于，将权利要求4中所述的剩余容量加上或减去由在电池充电状态算术运算装置执行时初始化的电流积分装置取得的电流积分值，计算出电池充电状态。

6.根据权利要求5的电池充电状态算术运算设备，其特征在于，从由电池电流检测装置取得的电流中，使由设有在电池充电状态算术运算装置执行时初始化的装置的电流积分装置取得的电流积分值经过具有作为上限的电池充电状态的限制器，并使其经过具有由电池充电状态减去最大电池容量获得的下限值的限制器。

7.一种电池充电状态算术运算设备，包括：

用于检测电池电压的电池电压检测装置；

用于检测电池电流的电池电流检测装置；

第一电流-电压特性存储装置，用于利用由电池电压检测装置和电池电流检测装置以多个采样点检测的电压值和电流值近似地取得在作为当前所用状态的第一状态下的电池的电流-电压特性，并且用于将其存储为第一电流-电压特性；

第二电流-电压特性存储装置，用于预先存储第三状态下的第三电流-电压特性和第二状态下的第二电流-电压特性，其中第三状态下的提取能量的总值大于在第一状态下的提取能量的总值，第二状态下的提取能量的总值小于在第一状态下的提取能量的总值；

用于存储电池的特定负载电流值的特定电流值存储装置；

具有特定负载的电池电压计算装置，用于利用在第一电流-电压特性存储装置中存储的第一电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第一电池电压，用于利用第二电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第二电池电压，并用于利用第三电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第三电池电压；以及

充电状态算术运算装置，用于利用由具有特定负载的电池电压计算装置计算出的第一、第二和第三电池电压计算在第一状态下的电池充电状态。

8.根据权利要求7的电池充电状态算术运算设备，其特征在于，第三状态是完全充电状态，第二状态是深度放电状态。

9.根据权利要求7的电池充电状态算术运算设备，进一步包括用于检测当前采用的电池温度的温度检测装置，其特征在于，第二电流-电压特性存储装置预先存储在电池的工作温度范围内从高温到低温的多个特定温度的电流-电压特性以作为第二电流-电压特性的候选，并存储在多个特定温度下的电流-电压特性以作为第三电流-电压特性的候选，并且从多个存储的第二电流-电压特性的候选中和多个第三电流-电压特性的候选中选择相应于由温度检测装置检测出的电池温度的特性，以作为第二电流-电压特性和第三电流-电压特性。

10.根据权利要求7-9任意一项的电池充电状态算术运算设备，其特征在于充电状态算术运算装置计算在第一电池电压和第二电池电压之间的差值与在第三电池电压和第二电池电压之间的差值之比。

11.根据权利要求7-9任意一项的电池充电状态算术运算设备，其特征在于，电池的特定负载电流值直接从外部设备输入到具有特定负载的电池电压计算装置。

12.一种电池充电状态算术运算方法，其特征在于包括：

以多个采样点检测在作为当前所用状态的第一状态下的电池的电压值和电流值的步骤；

利用多个采样点检测的电压值和电流值近似取得在第一状态下电池的电流-电压特性、并将其存储为第一电流-电压特性的步骤；

预先存储在其提取能量的总值大于在第一状态下提取能量总值的第三状态下的第三电流-电压特性和在其提取能量的总值小于在第一状态下提取能量总值的第二状态下的第二电流-电压特性的步骤；

存储电池的特定负载电流值的步骤；

利用第一电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第一电池电压、利用第二电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第二电池电压、以及利用第三电流-电压特性计算当电池电流处于特定负载电流值时的第三电池电压的步骤；以及

利用算出的第一、第二和第三电池电压计算在第一状态下电池的充电状态的步骤。

13.根据权利要求12的电池充电状态算术运算方法，其特征在于，第三状态是完全充电状态，第二状态是深度放电状态。

14.根据权利要求12或13的电池充电状态算术运算方法，其特征在于在计算电池充电状态的步骤，计算在第一电池电压和第二电池电压之间的差值与在第三电池电压和第二电池电压之间的差值之比。

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