電池狀態(tài)判定方法、電池狀態(tài)判定裝置及電池電源系統(tǒng)的制作方法

文檔序號：5820798閱讀：142來源：國知局

專利名稱：電池狀態(tài)判定方法、電池狀態(tài)判定裝置及電池電源系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對電池的放電能力或劣化度進行判定的電池狀態(tài)判定方法、電池狀態(tài)判定裝置及電池電源系統(tǒng)。
背景技術：
監(jiān)視電池狀態(tài)來檢測其放電能力或劣化度的技術，尤其在汽車等領域中，對于實現(xiàn)安全行駛與舒適性而言是極其重要的技術。以往，提出了一
種對電池的放電能力或劣化度進行判定的方法。例如公知有特開2005 — 037380號公報中所公開的方法。
在特開2005_037380號公報所公開的方法中，基于阻抗或內(nèi)部電阻來判定電池的放電能力或劣化度。即，如果根據(jù)阻抗或內(nèi)部電阻而算出的響應電壓為規(guī)定的閾值以下，則判定為該電池的放電能力不足、或劣化度較高。該情況下，由于電池的阻抗或內(nèi)部電阻因電池的溫度或充電率而不同，所以，需要將上述判定所采用的端子間電壓轉(zhuǎn)換成規(guī)定溫度及規(guī)定充電率時的值。
而且，特開2005 — 037380號公報中報告了下述內(nèi)容在電池的溫度及充電率一定這一條件下，進行恒電流放電時的響應電壓與阻抗成線性關系。由此，當電池的溫度及充電率滿足規(guī)定的條件時，通過獲得上述的響應電壓，能夠判定電池的放電能力或劣化度。
然而，在實際的電池電源系統(tǒng)、尤其是車載用電池等中，幾乎無法實現(xiàn)將電池的溫度或充電率保持為恒定這一條件。實際上，溫度或充電率會根據(jù)電池的使用條件等發(fā)生變化，如果溫度或充電率變化，則成為放電能力或劣化度的指標的響應電壓與阻抗或內(nèi)部電阻之間的相關關系也會變化。因此，在利用阻抗或內(nèi)部電阻的相關函數(shù)計算響應電壓的情況下，需要根據(jù)溫度或充電率的變化修正相關函數(shù)。
如上所述，對判定電池的放電能力或劣化度時所使用的阻抗等，需要
修正電池的溫度或充電率的影響，其中，作為以高精度進行阻抗的溫度修
正的現(xiàn)有方法，例如公知有特開2005 — 091217號公報所記載的方法。在特開2005—091217號公報中公開了一種根據(jù)以某一溫度測定的阻抗，來預測計算任意溫度下的阻抗的方法。
并且，近年來，作為電子設備的便攜終端等的使用在不斷擴大，使得搭載于便攜終端等的電池的重要性正在逐步提高。而且，在汽車領域中，伴隨著空轉(zhuǎn)停止的普及等，強烈期待著能夠可靠掌握電池狀態(tài)的技術。這樣，隨著電池的重要性增高，相應地監(jiān)控電池狀態(tài)來進行狀態(tài)檢測的必要性在急劇提高。據(jù)此，目前已經(jīng)提出了對電池的劣化度(SOH)或放電能力(SOF)進行預測的技術。
作為對電池的劣化度或放電能力進行預測的方法，以往提出了將電池的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗作為指標的方法。根據(jù)該方法，由于內(nèi)部電阻或內(nèi) 部阻抗的值受到電池的溫度或充電率的影響，所以，存在著難以判定真的劣化狀態(tài)或放電能力的問題。為了解決這樣的問題，提出了例如特開2001 一228226號公報所公開的那樣的技術。
在特開2001—228226號公報中，提出了對內(nèi)部電阻進行溫度修正，并將其與根據(jù)充電率而決定的判定閾值進行比較的方法。
但是，如上所述，需要根據(jù)電池的溫度或充電率的變化，對恒電流放電中的響應電壓與阻抗或內(nèi)部電阻的相關函數(shù)進行修正，但對該相關函數(shù) 所采用的系數(shù)進行高精度修正的技術至今是未知的。因此，存在著無法高精度判定電池的放電能力或劣化度的問題。
在特開2005 — 037380號公報所公開的技術中，由于沒有公開對內(nèi)部電阻進行溫度修正的具體方法，而且，除了內(nèi)部電阻之外，對判定閾值進行修正的方法也繁雜，所以，存在著難以操作的問題。并且，為了利用該方法預測放電能力，需要時時刻刻追蹤電池的使用過程來進行計算，因此，需要根據(jù)各時刻的溫度、充電率來預測計算阻抗值。因此，實際在特開2005 一0373S0號公報所公開的技術中，存在著無法完全對應放電能力的評價的問題。
另外，在特開2005 — 091217號公報所公開的技術中，沒有對充電率的影響進行闡述，當充電率的影響大時，存在著無法充分對應劣化度或放
電能力的判定的問題。充電率影響增大是充電率低的時候，對以在該狀態(tài)
下使用為前提的電池而言，難以通過特開2005—091217號公報所公開的技術來完全解決。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是為了解決上述的這些問題而提出的發(fā)明，其目的在于，提供對因電池的溫度及充電率的變化而引起的影響進行修正，從而能夠高精度判定電池的放電能力或劣化度的電池狀態(tài)判定方法等。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的第一方式是對規(guī)定放電電流流動時的響應電壓進行推定，來判定電池的放電能力或劣化度的電池狀態(tài)判定方
法，具備下述步驟
事先建立規(guī)定的相關式，該相關式利用電池的阻抗或內(nèi)部電阻的測定
值，來計算出流動規(guī)定的放電電流時的響應電壓，且系數(shù)由所述電池的溫
度和充電率的函數(shù)賦予；
測定所述電池的所述溫度及所述充電率，來決定所述系數(shù)的值；將所述阻抗或所述內(nèi)部電阻的所述測定值代入到利用了所述系數(shù)的
值的所述相關式，計算出流動規(guī)定的放電電流時的響應電壓；
根據(jù)計算出的所述響應電壓來判定電池的放電能力或劣化度。本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的另一個方式的特征在于，所述相關式由
多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個表示。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的又一個方式的特征在于，所述相關式的
系數(shù)由所述溫度與所述充電率的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少
一個表示。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的又一個方式的特征在于，所述相關式的系數(shù)由所述溫度的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個表示，并且，該多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個的系數(shù)由所述充電率的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個表示。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的又一個方式的特征在于，所述相關式的系數(shù)由所述充電率的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個表示，并且，該多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個的系數(shù)由所述溫度
的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個表示。
本發(fā)明的電池狀態(tài)監(jiān)視裝置的第一方式具備對電池的阻抗或內(nèi)部電阻進行測定的阻抗測定機構(gòu)；
對所述電池的溫度進行測定的溫度傳感器；
對所述電池的充電率進行測定的充電率傳感器；禾口
控制部，其事先保存規(guī)定的相關式，該相關式根據(jù)所述阻抗或所述內(nèi) 部電阻的測定值計算出所述電池的響應電壓，且系數(shù)由所述電池的所述溫度和所述充電率的函數(shù)賦予；利用由所述溫度傳感器及所述充電率傳感器測定出的所述溫度及所述充電率各自的測定值，決定所述系數(shù)的值，進而，通過將由所述阻抗測定機構(gòu)測定的所述阻抗或所述內(nèi)部電阻的測定值代入到所述相關式中，來計算出所述響應電壓，從而判定所述電池的放電能力或劣化度。
本發(fā)明的電池電源系統(tǒng)的第一方式的特征在于，具備所述電池和所述電池狀態(tài)監(jiān)視裝置。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的另一個方式是具備下述步驟的電池狀態(tài)判定方法，所述步驟是指
事先建立計算式，該計算式包括與規(guī)定的溫度及規(guī)定的充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)的至少一個，且系數(shù)由一個參數(shù)的函數(shù) 表示，用于計算出電池的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗；
同時測定電池的內(nèi)部電阻或阻抗、電池的溫度及充電率，并取得各自的測定值；
將所取得的各所述測定值代入所述計算式，計算出所述參數(shù)的值；根據(jù)計算出的所述參數(shù)值來決定所述系數(shù)；
將所述規(guī)定的溫度及規(guī)定的充電率代入到利用所述系數(shù)而確定的所述計算式，來推定所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗；
將推定后的所述內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗作為指標，判定所述電池的劣化度。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的又一個方式的特征在于，采用進行所述電池的劣化判定的基準溫度及基準充電率作為所述規(guī)定的溫度及充電率。本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的又一個方式的特征在于，采用所述電池
的放電能力判定時的溫度及充電率作為所述規(guī)定的溫度及充電率。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的又一個方式的特征在于，對用于計算出所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗的所述計算式而言，所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi) 部阻抗由包含與所述溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第一函數(shù)表示，且所述第一函數(shù)的系數(shù)的至少一個由包括與所述充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第二函數(shù)表示，并且，所述第一函數(shù)及所述第二函數(shù)的系數(shù)由所述參數(shù)的函數(shù)表示。本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的又一個方式的特征在于，對用于計算出所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗的所述計算式而言，所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi) 部阻抗由包含與所述充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第三函數(shù)表示，且所述第三函數(shù)的系數(shù)的至少一個由包括與所述溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第四函數(shù)表示，并且，所述第三函數(shù)及所述第四函數(shù)的系數(shù)由所述參數(shù)的函數(shù)表示。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定裝置的又一個方式的特征在于，是對規(guī)定溫度及充電率下的電池的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗進行推定，將所述被推定的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗作為指標，進行所述電池的狀態(tài)判定的電池狀態(tài)判定裝置，其具備
對所述電池的阻抗或內(nèi)部電阻進行測定的阻抗測定機構(gòu)；
對所述電池的溫度進行測定的溫度傳感器；
對所述電池的充電率進行測定的充電率傳感器；和
控制部，其事先建立并保存所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗的計算式，該計算式包括與所述溫度及所述充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個，且系數(shù)由一個參數(shù)的函數(shù)表示；被輸入由所述阻抗測定機構(gòu)、所述溫度傳感器和所述充電率傳感器同時測定的所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗、所述溫度及所述充電率的各個測定值，將所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗、所述溫度及所述充電率各自的所述測定值代入到所述計算式中，計算出所述參數(shù)值，并將所述規(guī)定的溫度及規(guī)定的充電率代入到利用根據(jù)計算出的所述參數(shù)值所決定的所述系數(shù)而確定的計算式中，來推定所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定裝置的又一個方式的特征在于，所述控制部利用進行所述電池的劣化判定的基準溫度及基準充電率作為所述規(guī)定的溫度及充電率，通過將所述基準溫度及基準充電率代入到所確定的所述計算式中，來推定所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗，并以所述被推定的所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗為指標，判定所述電池的劣化度。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定裝置的又一個方式的特征在于，所述控制部利用所述電池的放電能力判定時的溫度及充電率作為所述規(guī)定的溫度及充電率，通過將所述放電能力判定時的溫度及充電率代入到所確定的所述計算式中，來推定所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗，并以所述被推定的所述內(nèi) 部電阻或所述內(nèi)部阻抗為指標，判定所述電池的放電能力。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定裝置的又一個方式的特征在于，所述控制部所采用的作為用于計算出所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗的所述計算式的計算式，其所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗由包括與所述溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第一函數(shù)表示，且所述第一函數(shù)的系數(shù)的至少一個由包括與所述充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù) 函數(shù)的至少一個的第二函數(shù)表示，并且，所述第一函數(shù)及所述第二函數(shù)的系數(shù)由所述參數(shù)的函數(shù)表示。
本發(fā)明的電池狀態(tài)判定裝置的又一個方式的特征在于，所述控制部所采用的作為用于計算出所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗的所述計算式的計算式，其所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗由包括與所述充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第三函數(shù)表示，且所述第三函數(shù) 的系數(shù)的至少一個由包括與所述溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù) 函數(shù)的至少一個的第四函數(shù)表示，并且，所述第三函數(shù)及所述第四函數(shù)的系數(shù)由所述參數(shù)的函數(shù)表示。
本發(fā)明的電池電源系統(tǒng)的又一個方式的特征在于，具備上述任意一個電池狀態(tài)判定裝置。

圖1是表示利用事先建立的響應電壓相關式，對電池的放電能力或劣化度進行判定的順序的流程圖。
圖2是表示進行恒電流放電時的響應電壓的圖。
圖3是對響應電壓測定值與一次多項式的響應電壓相關式進行了比較的圖。
圖4是對響應電壓測定值與二次多項式的響應電壓相關式進行了比較的圖。
圖5是對響應電壓測定值與三次多項式的響應電壓相關式進行了比較的圖。
圖6是對響應電壓測定值與指數(shù)函數(shù)的響應電壓相關式進行了比較的圖。
圖7是對響應電壓測定值與倒數(shù)函數(shù)的響應電壓相關式進行了比較的圖。
圖8是表示系數(shù)A相對電池的溫度及充電率的變化的圖。圖9是表示系數(shù)B相對電池的溫度及充電率的變化的圖。圖10是表示將表示系數(shù)A對充電率SOC的依賴性的函數(shù)最佳擬合后
的結(jié)果圖(溫度水準為1時)。
圖11是表示將表示系數(shù)A對充電率SOC的依賴性的函數(shù)最佳擬合后
的結(jié)果圖(溫度水準為4時)。
圖12是表示將表示系數(shù)P1對溫度T的依賴性的函數(shù)最佳擬合后的結(jié)果圖。
圖13是表示將表示系數(shù)P2對溫度T的依賴性的函數(shù)最佳擬合后的結(jié) 果圖。
圖14是表示將表示系數(shù)P3對溫度T的依賴性的函數(shù)最佳擬合后的結(jié) 果圖。
圖15是表示將表示系數(shù)P4對溫度T的依賴性的函數(shù)最佳擬合后的結(jié) 果圖。
圖16是表示將表示系數(shù)(B)對充電率SOC的依賴性的函數(shù)按每一個溫度水準最佳擬合后的結(jié)果圖。
圖17是表示將表示系數(shù)Q對溫度T的依賴性的函數(shù)最佳擬合后的結(jié) 果圖。
圖18是表示本發(fā)明的電池狀態(tài)監(jiān)視裝置及電池電源系統(tǒng)的一個實施方式的框圖。
圖19是表示本發(fā)明實施方式中的電池狀態(tài)判定方法的處理流程的流程圖。
圖20是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的電池電源系統(tǒng)及電池狀態(tài)判定裝置的概略構(gòu)成的框圖。
圖21是針對新電池以三維方式表示了內(nèi)部阻抗相對溫度和充電率的變化的圖。
圖22是針對劣化電池以三維方式表示了內(nèi)部阻抗相對溫度和充電率的變化的圖。
圖23是表示將新電池的內(nèi)部阻抗以多項式函數(shù)擬合后的結(jié)果圖。
圖24是表示將新電池的內(nèi)部阻抗以倒數(shù)函數(shù)擬合后的結(jié)果圖。
圖25是表示將新電池的內(nèi)部阻抗以指數(shù)函數(shù)擬合后的結(jié)果圖。
圖26是表示將系數(shù)AE3以多項式函數(shù)擬合后的結(jié)果圖。
圖27是表示將系數(shù)AE3以倒數(shù)函數(shù)擬合后的結(jié)果圖。
圖28是表示將系數(shù)AE3以指數(shù)函數(shù)擬合后的結(jié)果圖。
圖29是表示利用內(nèi)部阻抗確定計算式對內(nèi)部阻抗進行推定的結(jié)果的表。
具體實施例方式
參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中的電池狀態(tài)判定方法、電池狀態(tài)監(jiān)視裝置及電池電源系統(tǒng)的構(gòu)成進行詳細說明。
在本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法中，通過由從電池進行規(guī)定的恒電流放電時的響應電壓是否為規(guī)定的閾值電壓以上，來判定電池的放電能力或劣化度。具體如圖2所示，由電池例如放電IOA或100A等恒定電流，通過放電后經(jīng)過一定時間時的響應電壓是否為規(guī)定的閾值以上，來判定電池的放電能力或劣化度是否適當。推定響應電壓時所對應的放電電流的大小、用于判定電池的放電能力或劣化度的閾值等，可以根據(jù)從電池接受電力供給的負載所需要的動作電壓的容許最小值等來決定。
由于上述的響應電壓與電池的阻抗或內(nèi)部電阻具有強烈的相關性，所以，在本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法中，利用規(guī)定的相關式(下面稱作響應電壓相關式)，來根據(jù)阻抗或內(nèi)部電阻推定響應電壓。另外，該響應電壓
相關式可以由將電池的阻抗或內(nèi)部電阻作為變量的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù) 及倒數(shù)函數(shù)的至少一個賦予。
下面表示響應電壓相關式的一個例子。當設響應電壓為Vc、阻抗或
內(nèi)部電阻為x時，在以多項式函數(shù)表示響應電壓相關式的情況下，可以設為Vc二aO + al .X+a2'X2+' . '+an.X11 (式l)。
而且，在以指數(shù)函數(shù)表示響應電壓相關式的情況下，可以設為Vc二 b 0 + b 1 exp ( c 1 X) ) + b 2 exp ( c 2 X) + + b n exp ( c n ， X) (式2 )。
另外，在以倒數(shù)函數(shù)表示響應電壓相關式的情況下，可以設為Vc二 cO+ (l + cl 'X+' '+cn—l 'Xn —" /
(dO + dl'X+…'+dn'Xn) (式3)。
進而，還可以組合(式l)、(式2)及(式3)來表示響應電壓相關式。其中，上述的ai、 bi、 ci、 di (i = 0 n)是由實驗數(shù)據(jù)的擬合等決定的系數(shù)。
圖3 5表示作為響應電壓相關式采用了上述(式l)時的例子，圖6 表示作為響應電壓相關式采用了 (式2)時的例子，圖7表示作為響應電壓相關式采用了 (式3)時的例子(分別以符號21 25表示響應電壓相關式)。各圖所示的測定數(shù)據(jù)10表示在規(guī)定的溫度和規(guī)定的充電率中，放電規(guī)定的恒電流而測定的響應電壓。雖然測定數(shù)據(jù)10能夠觀察到偏差，但其表示了阻抗增大，且響應電壓降低的情況。
將由多項式函數(shù)表示的響應電壓相關式21 23與測定數(shù)據(jù)10比較并進行表示的圖3 5，分別表示了以阻抗的一次多項式、二次多項式及三次多項式表示響應電壓相關式時的結(jié)果。S卩，圖3 5所示的多項式函數(shù)的響應電壓相關式21 23分別可表示為如下。
Vc=a01+all'X (式4)
Vc = a02 + al2'X+a22'X2 (式5)
Vc = a03 + al3'X+a23'X2+a33'X3 (式6)
而且，以圖6所示的指數(shù)函數(shù)表示的響應電壓相關式24可如下所示進行表示。
Vc = bO + bl'exp(b2'X) (式7) 并且，以圖7所示的倒數(shù)函數(shù)表示的響應電壓相關式25可如下所示進行表示。
Vc = cO+l/(dl + d2，X) (式8) 在圖3 7中，還表示了對上述的響應電壓相關式21 25與測定數(shù)據(jù) 10的相關的強度進行表示的R2的值，在多項式函數(shù)的響應電壓相關式 21 23中，次數(shù)越高f的值也越大，表示了能夠更加高精度地進行近似。而且，利用了指數(shù)函數(shù)的響應電壓相關式24的W的值，成為與利用了二次多項式函數(shù)的響應電壓相關式22相同程度的大小。
在圖3 7中表示了電池的溫度和充電率一定情況下的響應電壓的變化，但如果電池的溫度或充電率發(fā)生變化，則圖3 7所示的阻抗與響應電壓的關系也將變化。因此，在本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法中，將上述的 (式l) (式3)、或(式4) (式8)表示的響應電壓相關式的各系數(shù)設為電池的溫度與充電率的函數(shù)，并將各系數(shù)轉(zhuǎn)換為規(guī)定的溫度及充電率的值而使用。下面，以利用了一次多項式函數(shù)的響應電壓相關式21為例，對將各系數(shù)作為電池的溫度與充電率的函數(shù)來高精度實施近似的方法進行說明。
為了簡化，將(式4)所示的響應電壓相關式21的系數(shù)如下所示進行置換。
Vc二A.X + B (式9)
下面，對將系數(shù)A、 B作為電池的溫度和充電率的函數(shù)來高精度實施近似的方法進行說明。
在本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法中，與響應電壓相關式同樣，以將電池的溫度和充電率設為變量的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個賦予響應電壓相關式的各系數(shù)。下面，首先對改變電池的溫度及充電率時的系數(shù)A、 B的變化進行說明。各系數(shù)的值是相對各個溫度及充電率下的響應電壓測定值，將(式9)的響應電壓相關式最佳化而求出的值。
圖8表示與電池的溫度及充電率的變化對應的(式9)的系數(shù)A的變化。在該圖中，按不同的5個溫度水準(下面設為T1 T5)描繪(分別由符號31 35表示)了使充電率變化時的系數(shù)A的變化。根據(jù)該圖可知，
系數(shù)A相對充電率以非線性變化，并且因溫度使得變化的傾向大幅不同。而且，圖9表示與電池的溫度及充電率的變化對應的(式9)的系數(shù)
B的變化。對于系數(shù)B而言，也按不同的溫度水準描繪(分別由符號36 40表示)示出了使充電率變化時的系數(shù)B的變化。與系數(shù)A同樣，系數(shù) B也相對充電率以非線性變化，其變化的傾向因溫度而大幅不同。
如上所述，與電池的溫度及充電率的變化對應，(式9)的系數(shù)A、 B也以非線性復雜地變化。因此，在本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法中，能夠以包括電池的溫度及充電率的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個的函數(shù)，使系數(shù)A、 B的復雜變化最佳近似。
將系數(shù)A作為溫度和充電率的函數(shù)，并組合多項式函數(shù)和指數(shù)函數(shù)而最佳化的例子如下所示。系數(shù)A可以通過組合多項式函數(shù)和指數(shù)函數(shù)而如
下式所示進行表示。
A = P1 'exp(—S0C/P2) +P3 SOC + P4 (式l 0)
Pl二Al'exp(—T/A2)+A3 (式ll) P 2 = A 4 T +A 5 (式1 2 )
P 3 = A 6 . T +A 7 (式1 3 )
P 4 = A 8 . T + A 9 (式1 4 )
這里，T和SOC分別表示電池的溫度和充電率。
系數(shù)A如表示圖8所示的變化特性那樣，需要將上述(式ll) (式 14)所使用的系數(shù)A1 A9最佳化。圖10、 11表示首先利用表示對充電率SOC的依賴性的(式IO)，按每一個溫度水準將系數(shù)A最佳擬合后的結(jié)果的例子。圖10、 11分別是表示溫度水準為Tl時和T5時的擬合式41、 42的圖。通過以(式10)對系數(shù)A相對每個溫度水準的SOC的變化進行擬合，可以得到系數(shù)P1 P4的各溫度水準的最佳值。
接著，針對系數(shù)P1 P4的每一個，根據(jù)各溫度水準下的最佳值，求出(式ll) (式14)的系數(shù)A1 A9的最佳值。首先，針對系數(shù)P1而言，圖12的符號43表示通過(式ll)將其最佳值擬合后的結(jié)果。由該圖可知能夠通過(式11)將表示非線性變化的P1的最佳值進行適當近似。
以下同樣，針對系數(shù)P2 P4而言，圖13 圖15的符號44 46分別表示通過(式12) (式14)最佳擬合后的結(jié)果。對于系數(shù)P2 P4而言，雖然每一個都通過溫度T的一次式進行了近似，但由圖13 圖15所示的結(jié)果可以確認任意一個都進行了良好的近似。通過上述的最佳近似可以確定系數(shù)A1 A9的最佳值，利用該最佳值能夠?qū)﹄姵氐臏囟燃俺潆娐实淖?化決定最佳的系數(shù)A。
接著，舉例說明將系數(shù)B作為溫度和充電率的函數(shù)而以多項式函數(shù)最佳化的情況。系數(shù)B作為溫度T和充電率SOC的一次式可如下所述進行
如系數(shù)B表示圖9所示的變化特性那樣，將上述的(式15)所利用的系數(shù)B1和Q最佳化。圖16表示首先利用表示對充電率SOC的依賴性的(式15)，按每一個溫度水準將系數(shù)B1最佳擬合后的結(jié)果的圖。由該圖可知，按每一個溫度水準以(式15)將系數(shù)Bl對SOC的變化進行擬合后的曲線51 55，顯示出與系數(shù)B1的值良好一致。
接著，針對系數(shù)Q而言，根據(jù)各溫度水準下的最佳值，求出(式16) 的系數(shù)B2、 B3的最佳值。圖17的符號56表示以(式16)將系數(shù)Q的最佳值最佳擬合后的結(jié)果。根據(jù)該圖可知，能夠以(式16)將系數(shù)Q的最佳值近似為最佳。通過該最佳近似，可決定系數(shù)B1 B3的最佳值，利用該最佳值能夠相對電池的溫度及充電率的變化決定最佳的系數(shù)B。
如上所述，在本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法中，以由電池的阻抗或內(nèi)部電阻的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個構(gòu)成的響應電壓相關式，表示恒電流放電時的響應電壓，并由將電池的溫度和充電率設為變量的多項式函數(shù)或指數(shù)函數(shù)的至少任意一個構(gòu)成的公式，表示該響應電壓相關式中采用的系數(shù)，通過這樣，即使電池的溫度或充電率變化，也能夠根據(jù)阻抗或內(nèi)部電阻的測定值高精度地推定響應電壓。
而且，能夠以由溫度和充電率的各個多項式函數(shù)或指數(shù)函數(shù)的至少任意一個構(gòu)成的公式，表示響應電壓相關式的系數(shù)，還能夠以將兩者相加或相乘的公式來表示。另外，在上述實施例中，對將多項式函數(shù)和指數(shù)函數(shù) 組合起來表示響應電壓相關式的系數(shù)的情況進行了說明，但在利用倒數(shù)函數(shù)的情況下也能夠同樣地高精度判定響應電壓。
Q二B 2 T + B 3
B二B 1 SOC + Q
(式l 5) (式l 6)
接著，根據(jù)圖l所示的流程圖，對基于本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法建立響應電壓相關式，來判定電池的放電能力或劣化度的順序進行以下說明。圖1是表示利用事先建立的響應電壓相關式，來判定電池的放電能力或劣化度的順序的圖。
首先，在對電池的放電能力或劣化度進行判定的規(guī)定定時中，測定電
池的阻抗X、溫度T及充電率SOC (步驟S201)。
接著，將測定出的溫度T及充電率SOC代入(式IO) (式14)，計算出系數(shù)A (步驟S202)。同樣，將測定出的溫度T及充電率SOC代入(式15)、(式16)，計算出系數(shù)B (步驟S203)。將測定出的阻抗 X代入到采用了如此計算出的系數(shù)A、 B的響應電壓相關式(式9)，計算出響應電壓Vc (步驟S204)。
進而，將在步驟S204中計算出的響應電壓Vc與規(guī)定的閾值VO進行比較(步驟S205)，在Vc為VO以上時，判定為電池正常，并繼續(xù)運轉(zhuǎn) (步驟S206)。與之相對，當Vc小于VO時，判定為電池的放電能力降低、或電池發(fā)生劣化(步驟S207)，根據(jù)需要等來進行警報的輸出等。由此，用戶能夠迅速進行電池更換等的處置。
利用圖18，對利用了本發(fā)明的電池狀態(tài)判定方法的電池狀態(tài)監(jiān)視裝置及電池電源系統(tǒng)的一個實施方式進行下述說明。圖18是表示本實施方式所涉及的電池電源系統(tǒng)IOO及電池狀態(tài)監(jiān)視裝置101的概略構(gòu)成的框圖。電池電源系統(tǒng)100具備電池狀態(tài)監(jiān)視裝置101、電池102和充電電路103，其與負載200連接。
而且，電池狀態(tài)監(jiān)視裝置101具備用于對電池102的阻抗進行測定的阻抗測定機構(gòu)111、用于測定溫度的溫度傳感器112、用于測定充電率的充電率傳感器113、用于進行對電池102的放電能力或充電率實施判定用的各種處理的控制部114、和用于存儲響應電壓相關式等的存儲部115。
對于決定系數(shù)A、 B的最佳值的處理而言，對電池102進行規(guī)定的恒電流放電并取得此時的數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)在事前實施。在圖18所示的本實施方式的電池狀態(tài)監(jiān)視裝置101中，例如將(式9)所示的響應電壓相關式及事先決定的系數(shù)A、 B的計算式和其系數(shù)，事先存儲到存儲部115 中。在將電池102作為負載200的電源開始使用之后，利用電池狀態(tài)監(jiān)視裝置101對電池102的放電能力或劣化度進行定期或規(guī)定定時的監(jiān)視。即，電池狀態(tài)監(jiān)視裝置101在電池102的監(jiān)視定時中，通過阻抗測定機構(gòu)111、溫度傳感器112及充電率傳感器113分別進行電池102的阻抗或內(nèi)部電阻、溫度及充電率的測定，并傳送給控制部114。
而且，控制部114輸入上述阻抗或內(nèi)部電阻、溫度及充電率，并且，從存儲部115讀入作為響應電壓相關式的(式9)、及用于決定系數(shù)A、 B的計算式(式10) (式16)和其系數(shù)。然后，根據(jù)圖1的流程圖計算出響應電壓Vc，通過將其與規(guī)定的閾值VO進行比較，對電池102的放電能力或劣化度進行判定。
如上所述，在本實施方式的電池電源系統(tǒng)100及電池狀態(tài)監(jiān)視裝置 101中，可以由響應電壓相關式高精度推定響應電壓，并通過將推定出的響應電壓與規(guī)定的閾值進行比較，能夠高精度地判定電池的放電能力或劣化度。在判定的結(jié)果判定為電池的放電能力不足時，能夠利用充電電路103 使電池102迅速充電。
接著，圖20表示本發(fā)明的實施方式所涉及的電池狀態(tài)判定裝置及電池電源系統(tǒng)的概略構(gòu)成。圖20是表示本發(fā)明所涉及的電池電源系統(tǒng)100 及電池狀態(tài)判定裝置101的概略構(gòu)成的框圖。電池電源系統(tǒng)IOO具備電池 101、充電電路102和電池狀態(tài)判定裝置110，其與負載10連接。
電池狀態(tài)判定裝置110具備用于對電池101的阻抗進行測定的阻抗測定機構(gòu)111、用于測定溫度的溫度傳感器112、用于測定充電率的充電率傳感器113、進行用于對電池101的劣化度或放電能力執(zhí)行判定的各種處理的控制部114、和用于對控制部114的處理所需要的各種數(shù)據(jù)或各種測定數(shù)據(jù)等進行存儲的存儲部115。
接著，對在控制部114中判定電池101的劣化度或放電能力的方法進行以下詳細說明。為了判定電池101的劣化度或放電能力，在本實施方式中利用電池101的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗作為指標。由于內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗根據(jù)電池101的溫度及充電率而變化，所以，需要求出符合用于判定劣化度或放電能力的條件的溫度及充電率下的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗的值。
在以內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗為指標判定劣化度的情況下，需要求出電池101處于被預先決定的基準狀態(tài)時的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗，通過將其與用于判定劣化度的規(guī)定閾值進行比較，可以判定電池101是否發(fā)生了劣化。
這里，處于基準狀態(tài)時的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗是指電池101的溫度及充電率為規(guī)定的基準溫度及基準充電率時的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗。
而且，在以內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗為指標判定放電能力的情況下，需要求出要進行放電能力的判定時的電池101的溫度及充電率下的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗，并通過將其與放電能力相關的規(guī)定閾值進行比較，可以判定電
池101的放電能力是否被適當確保。
如上所述，為了能夠高精度判定電池ioi的劣化度或放電能力，需要
可以高精度推定電池101的任意溫度及充電率下的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗。下面，對以電池101的內(nèi)部阻抗為對象，來高精度推定任意溫度及充電率
下的值的方法進行說明。另外，對于內(nèi)部電阻也可以與下述同樣地進行高精度推定。
如上所述，電池的內(nèi)部阻抗會因溫度及充電率而變化，并且也會因劣
化度而發(fā)生變化。鑒于此，圖21、圖22分別表示當電池是未發(fā)生劣化的新品時的內(nèi)部阻抗的變化、和電池是因使用而劣化的劣化品時的內(nèi)部阻抗的變化。圖21、圖22都以三維方式表示了內(nèi)部阻抗相對溫度和充電率的變化。
由圖21、圖22可知，內(nèi)部阻抗因溫度會比較大幅變化。而且，表示了內(nèi)部阻抗還因充電率發(fā)生變化而變化。并且，通過比較圖21和圖22，可以知道內(nèi)部阻抗隨著電池的劣化而增大。尤其是內(nèi)部阻抗相對溫度及充電率的依賴性也會因劣化度而變化，如果劣化增大，則內(nèi)部阻抗相對溫度及充電率的變化將增大。
鑒于此，在本實施方式中，以包括與溫度及充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)中至少一個的函數(shù)，來表示內(nèi)部阻抗。而且，該函數(shù) 中包含的系數(shù)進一步由一個參數(shù)(下面設為C)的函數(shù)表示。上述說明的電池101的劣化所引起的相對溫度及充電率的依賴性的變化能夠通過參數(shù) C來調(diào)整。
更具體而言，以包括與溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù) 的至少一個的第一函數(shù)表示內(nèi)部阻抗，以包括與充電率相關的多項式函
數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)的至少一個的第二函數(shù)表示該第一函數(shù)的系數(shù)的至少一個，并且，以參數(shù)C的函數(shù)表示第一函數(shù)及第二函數(shù)的系數(shù)。
或者，以包括與充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)的至少一個的第三函數(shù)表示內(nèi)部阻抗，以包含與溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù) 函數(shù)、指數(shù)函數(shù)的至少一個的第四函數(shù)表示該第三函數(shù)的系數(shù)的至少一個，并且，以參數(shù)的函數(shù)表示第三函數(shù)及第四函數(shù)的系數(shù)。
下面，作為一個例子，對以包含與溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)的至少一個的第一函數(shù)，表示內(nèi)部阻抗時的內(nèi)部阻抗計算式進行
說明。在設內(nèi)部阻抗為Z、溫度為T時，將由溫度T的多項式函數(shù)表示內(nèi) 部阻抗Z的例子表示為下式。
Z=AC0+AC1 'T + AC2'T2 + AC3'T3(式l 7)
其中，AC0、 AC1、 AC2、 AC3表示各項的系數(shù)。
圖23表示利用(式17)對圖21所示的新電池101的內(nèi)部阻抗進行擬合的例子。如圖23所示，可以確認內(nèi)部阻抗Z通過溫度T的三次多項式被高精度近似。
而且，將以包含溫度T的倒數(shù)函數(shù)的公式表示了內(nèi)部阻抗Z的例子表示如下。
Z = l/ (AH1 'T + AH2) +AH3 (式1 8 )
這里，AH1、 AH2、 AH3表示各項的系數(shù)。圖24表示針對相同的新電池101的內(nèi)部阻抗，利用(式18)進行擬合后的例子。如圖24所示，即使利用倒數(shù)函數(shù)，也可以將內(nèi)部阻抗Z高精度近似為溫度T的函數(shù)。
并且，將由包含溫度T的指數(shù)函數(shù)的公式表示了內(nèi)部阻抗Z的例子表示如下。
Z=AE1 exp (-T/AE 2)+AE3 (式19) 這里，AE1、 AE2、 AE3表示各項的系數(shù)。圖25表示針對相同的新電池101的內(nèi)部阻抗，利甩(式19)進行擬合后的例子。如圖25所示，即使利用指數(shù)函數(shù)，也可以將內(nèi)部阻抗Z高精度近似為溫度T的函數(shù)。
在本實施方式中，將上述(式17) (式19)中含有的系數(shù)AC0 AC3、 AH1 AH3或AE1 AE3，進一步以包含與充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)的至少一個的第二函數(shù)分別進行表示。下面，舉例說明當采用利用了指數(shù)函數(shù)的(式3)時，對系數(shù)AE1 AE3進行決定的方法。系數(shù)AE1 AE可以由包括與充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第二函數(shù)表示，但這里為了簡便，僅對系數(shù)AE3由上述任意一個函數(shù)進行了表示。
在由S表示充電率時，以充電率S的多項式函數(shù)表示了系數(shù)AE3的
例子如下所示。
AE3=BC0 + BC1 'S + BC2'S2 + BC3'S3 (式20) 這里，BC0、 BC1、 BC2、 BC3表示各項的系數(shù)。圖26表示利用(式
20)擬合系數(shù)AE3的例子。如圖26所示，可以確認系數(shù)AE3被充電率S
的三次多項式高精度近似。
而且，以包含充電率S的倒數(shù)函數(shù)的公式表示了系數(shù)AE3的例子如
下所示。
AE3 = 1/ (BH1*S + BH2)+BH3 (式21) 這里，BH1、 BH2、 BH3表示各項的系數(shù)。圖27表示利用(式21)
擬合了系數(shù)AE3的例子。如圖27所示，即使利用倒數(shù)函數(shù)也可以將系數(shù)
AE3高精度近似為充電率S的函數(shù)。
并且，以包含充電率S的指數(shù)函數(shù)的公式表示了系數(shù)AE3的例子如
下所示。
<formula>formula see original document page 22</formula> 式22)
這里，BE1、 BE2、 BE3表示各項的系數(shù)。圖28表示利用(式22)擬合了系數(shù)AE3的例子。如圖28所示，即使利用指數(shù)函數(shù)也可以將系數(shù)AE3 高精度近似為充電率S的函數(shù)。
并且，在本實施方式中，由一個參數(shù)C的函數(shù)表示上述(式17) (式22)中含有的各系數(shù)。這里，作為一個例子，利用(式19)對以(式 22)表示系數(shù)AE3時的計算式進行說明。其中，為了簡便，僅對(式19) 中包含的系數(shù)AE1和AE2通過參數(shù)C的函數(shù)進行表示。而且，這里使用一次式作為C的函數(shù)。
如上所述，在利用(式19)和(式22)，以參數(shù)C的一次式表示系數(shù)AE1禾卩AE2時，內(nèi)部阻抗Z可以由下式表示。
<formula>formula see original document page 22</formula>
C) } +BE1 'exp (—S/BE2) +BE3 (式23)
在(式19)中，設AE 1二CE1+CE2.C、 AE2 = CE3 + CE 4 C。而且CE 1、 CE2、 CE3、 CE4、及B E 1 、 B E 2、 BE3是事先決定的常數(shù)。
在本實施方式的電池狀態(tài)判定裝置110的控制部114中，例如利用(式 23)計算出電池101的溫度及充電率為規(guī)定值時的內(nèi)部阻抗。為了利用(式 23)，必須決定參數(shù)C的值。因此，在控制部114中，以規(guī)定的定時從阻抗測定機構(gòu)111、溫度傳感器U2及充電率傳感器113輸入同時測定的內(nèi) 部阻抗、溫度及充電率的各測定值，通過將其代入(式23)來計算出參數(shù) C的值。
這樣，通過利用實測數(shù)據(jù)來調(diào)整內(nèi)部阻抗的計算式中包含的調(diào)整參數(shù) C,能夠高精度地推定與電池101的最新狀態(tài)對應的內(nèi)部阻抗。因此，即使電池101因時效劣化等而導致內(nèi)部阻抗的特性發(fā)生了變化，通過利用本實施方式的內(nèi)部阻抗計算式，也能夠高精度地推定規(guī)定的溫度及充電率的內(nèi)部阻抗。
由于(式23)成為非線性的函數(shù)形式，所以無法求出解析解，但通過利用例如Newton法等來進行逐次運算，能夠求出參數(shù)C的值。通過將如此算出的參數(shù)C的值代入(式23)，使得(式23)成為僅將溫度T和充電率S設為變量的內(nèi)部阻抗Z的確定計算式。通過將規(guī)定的溫度T及充電率S代入到確定計算式的右邊，能夠求出此時電池101的內(nèi)部阻抗Z。
圖29表示了在如上所述而求出的內(nèi)部阻抗計算式中，為了確認其精度，對代表性的溫度及充電率下的電池101的內(nèi)部阻抗進行測定，據(jù)此來決定參數(shù)C的值，從而決定內(nèi)部阻抗的確定計算式，并利用該內(nèi)部阻抗確定計算式對規(guī)定基準溫度及基準充電率下的內(nèi)部阻抗進行了推定的結(jié)果。在圖29中，(a)表示以新電池為對象對內(nèi)部阻抗進行了推定的結(jié)果，(b) 表示以劣化電池為對象的結(jié)果。
在圖29中，分別選擇一1(TC 45X:的5點溫度作為電池的溫度，而且選擇100% 30%的4點作為充電率，并將對各個溫度和充電率時的內(nèi) 部阻抗進行測定后的結(jié)果表示在各欄的上段。而且，根據(jù)各溫度、充電率、內(nèi)部阻抗的測定值來決定參數(shù)C的值，并導出內(nèi)部阻抗的確定計算式。
并且，這里設基準溫度及基準充電率分別為25°(:和100%，將利用根
據(jù)上述各溫度、充電率、內(nèi)部阻抗的測定值而導出的內(nèi)部阻抗的確定計算式，推定出的上述基準溫度及基準充電率下的內(nèi)部阻抗的結(jié)果表示在各欄的下段。
基準溫度及基準充電率時的測定內(nèi)部阻抗與推定內(nèi)部阻抗當然一致。而且，在利用以除此之外的溫度及充電率導出的確定計算式的情況下，也能夠高精度推定基準溫度及基準充電率下的內(nèi)部阻抗。由此，根據(jù)本實施方式中所使用的內(nèi)部阻抗推定方法，可以高精度推定任意溫度及充電率的內(nèi)部阻抗。
當在控制部114中判定電池101的劣化度時，通過在上述的內(nèi)部阻抗 z的確定計算式中，將劣化判定用的基準溫度及基準充電率代入到右邊的溫度T及充電率S中，來計算出基準溫度及基準充電率下的內(nèi)部阻抗Z。
將相對基準溫度及基準充電率下的內(nèi)部阻抗的劣化判定閾值，例如事先存儲到存儲部115中，在控制部114中，從存儲部115讀出劣化判定閾值，與上述計算出的內(nèi)部阻抗Z進行比較。由此，當計算出的內(nèi)部阻抗大于劣化判斷閾值時，能夠判定電池101發(fā)生了劣化。
同樣，當在控制部114中判定電池101的放電能力時，通過在上述的內(nèi)部阻抗Z的確定計算式中，將放電能力判定時的溫度及充電率代入到右邊的溫度T及充電率S中，來計算出放電能力判定時刻的內(nèi)部阻抗Z。將相對用于判定放電能力的內(nèi)部阻抗的閾值(下面稱作放電能力判定閾值)，例如事先存儲到存儲部115中，在控制部114中從存儲部115讀出放電能力判定閾值，并與上述計算出的內(nèi)部阻抗Z進行比較。由此，當計算出的內(nèi)部阻抗大于放電能力判定閾值時，能夠判定為電池101的放電能力降低了。
利用圖19所示的流程圖，對本實施方式中的電池狀態(tài)判定方法進行詳細說明。另外，這里雖然也以內(nèi)部阻抗為例進行說明，但在利用內(nèi)部電阻的情況下也同樣能夠處理。在圖19 (a)中，表示了根據(jù)電池101的測定數(shù)據(jù)計算出參數(shù)C，來決定內(nèi)部阻抗的確定計算式的處理流程，在圖19 (b)中表示了對電池101的劣化度進行判定的處理流程圖。另外，在對電池101的放電能力進行判定的情況下，也能夠以與圖19 (b)同樣的處
理流程來實現(xiàn)。
在圖19 (a)的對內(nèi)部阻抗的確定計算式進行決定的處理流程中，首先在步驟Sll中，從存儲部115讀出內(nèi)部阻抗計算式。例如可采用(式7) 作為內(nèi)部阻抗計算式。
接著，在步驟S12中，利用阻抗測定機構(gòu)lll、溫度傳感器112及充電率傳感器113，同時測定電池101的內(nèi)部阻抗、溫度及充電率，并輸入各自的測定值。然后，在步驟S13中將所輸入的各測定值代入到內(nèi)部阻抗計算式中。由此，可以得到僅將參數(shù)C設為變量的一個方程式。
在步驟S14中，通過對僅將在步驟S13中得到的參數(shù)C設為變量的方程式進行逐次運算，來求出參數(shù)C的值。作為逐次運算例如可以采用 Newton法。在步驟S15中，通過將由此得到的參數(shù)C的值代入到內(nèi)部阻抗計算式中，來求出內(nèi)部阻抗的確定計算式，并將其保存于存儲部115。
接著，在圖19 (b)的對電池101的劣化度進行判定的處理流程中，首先在步驟S21中從存儲部115讀出內(nèi)部阻抗的確定計算式。然后，在接下來的步驟S22中，通過將用于判定劣化度的基準溫度及基準充電率代入到內(nèi)部阻抗的確定計算式中，來計算出用于判定劣化度的內(nèi)部阻抗。
在步驟S23中，將由步驟S22計算出的內(nèi)部阻抗與劣化度判定閾值進行比較，在內(nèi)部阻抗為劣化度判定閾值以下的情況下，在步驟S24中判定為電池101的劣化度小。另一方面，當在步驟S23的比較中內(nèi)部阻抗大于劣化度判定閾值時，在步驟S25中判定為電池101的劣化度大。該情況下，例如可以顯示出警告。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過以包含多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)的至少一個的計算式，修正因電池的溫度及充電率的變化對內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗的影響，能夠高精度推定任意溫度及充電率下的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗。由此，可以利用推定出的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗，高精度判定電池的放電能力或劣化度。
根據(jù)本發(fā)明，由于作為電池的溫度及充電率的函數(shù)，可以高精度計算出恒電流放電時的響應電壓與阻抗或內(nèi)部電阻的相關函數(shù)的系數(shù)，所以，能夠修正因電池的溫度及充電率的變化引起的影響，從而可提供一種能夠高精度判定電池的放電能力或劣化度的電池狀態(tài)判定方法等。
而且，由于內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗的計算式具有用于對應實測數(shù)據(jù)的調(diào) 整參數(shù)，所以，即使電池發(fā)生了經(jīng)年變化等，也可以通過對調(diào)整參數(shù)進行調(diào)整來高精度推定內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗。
另外，本實施方式的記述只是表示本發(fā)明所涉及的電池狀態(tài)判定方法、電池狀態(tài)判定裝置及電池電源系統(tǒng)的一個例子，并不限定于此。對于本實施方式中的電池狀態(tài)判定方法等詳細構(gòu)成及詳細動作等，能夠在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進行適當變更。
權(quán)利要求
1、一種電池狀態(tài)判定方法，用于對規(guī)定放電電流流動時的響應電壓進行推定，來判定電池的放電能力或劣化度，具備下述步驟事先建立規(guī)定的相關式，該相關式利用電池的阻抗或內(nèi)部電阻的測定值，來計算出流動規(guī)定的放電電流時的響應電壓，且系數(shù)由所述電池的溫度和充電率的函數(shù)賦予；測定所述電池的所述溫度及所述充電率，來決定所述系數(shù)的值；將所述阻抗或所述內(nèi)部電阻的所述測定值代入到利用了所述系數(shù)的值的所述相關式，計算出流動規(guī)定的放電電流時的響應電壓；根據(jù)計算出的所述響應電壓來判定電池的放電能力或劣化度。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池狀態(tài)判定方法，其特征在于，所述相關式由多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個表示。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池狀態(tài)判定方法，其特征在于，所述相關式的系數(shù)由所述溫度與所述充電率的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個表示。
4、根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的電池狀態(tài)判定方法，其特征在于，所述相關式的系數(shù)由所述溫度的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個表示，并且，該多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個的系數(shù)由所述充電率的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個表示。
5、根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項所述的電池狀態(tài)判定方法，其特征在于，所述相關式的系數(shù)由所述充電率的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù) 的至少一個表示，并且，該多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個的系數(shù)由所述溫度的多項式函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及倒數(shù)函數(shù)的至少一個表示。
6、一種電池狀態(tài)監(jiān)視裝置，具備對電池的阻抗或內(nèi)部電阻進行測定的阻抗測定機構(gòu)；對所述電池的溫度進行測定的溫度傳感器；對所述電池的充電率進行測定的充電率傳感器；和控制部，其事先保存規(guī)定的相關式，該相關式根據(jù)所述阻抗或所述內(nèi) 部電阻的測定值計算出所述電池的響應電壓，且系數(shù)由所述電池的所述溫度和所述充電率的函數(shù)賦予；利用由所述溫度傳感器及所述充電率傳感器測定出的所述溫度及所述充電率各自的測定值，決定所述系數(shù)的值，進而，通過將由所述阻抗測定機構(gòu)測定的所述阻抗或所述內(nèi)部電阻的測定值代入到所述相關式中，來計算出所述響應電壓，從而判定所述電池的放電能力或劣化度。
7、一種電池電源系統(tǒng)，具備權(quán)利要求6所述的所述電池和所述電池狀態(tài)監(jiān)視裝置。
8、一種電池狀態(tài)判定方法，具備下述步驟事先建立計算式，該計算式包括與規(guī)定的溫度及規(guī)定的充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)的至少一個，且系數(shù)由一個參數(shù)的函數(shù) 表示，用于計算出電池的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗；同時測定電池的內(nèi)部電阻或阻抗、電池的溫度及充電率，并取得各自的測定值；將所取得的各所述測定值代入所述計算式，計算出所述參數(shù)的值；根據(jù)計算出的所述參數(shù)值來決定所述系數(shù)；將所述規(guī)定的溫度及規(guī)定的充電率代入到利用所述系數(shù)而確定的所述計算式，來推定所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗；將推定后的所述內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗作為指標，判定所述電池的劣化度。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池狀態(tài)判定方法，其特征在于，采用進行所述電池的劣化判定的基準溫度及基準充電率作為所述規(guī)定的溫度及充電率。
10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池狀態(tài)判定方法，其特征在于，采用所述電池的放電能力判定時的溫度及充電率作為所述規(guī)定的溫度及充電率。
11、根據(jù)權(quán)利要求8 10中任意一項所述的電池狀態(tài)判定方法，其特征在于，對用于計算出所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗的所述計算式而言，所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗由包含與所述溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù) 及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第一函數(shù)表示，且所述第一函數(shù)的系數(shù)的至少一個由包括與所述充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第二函數(shù)表示，并且，所述第一函數(shù)及所述第二函數(shù)的系數(shù)由所述參數(shù)的函數(shù)表示。
12、根據(jù)權(quán)利要求8 10中任意一項所述的電池狀態(tài)判定方法，其特征在于，對用于計算出所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗的所述計算式而言，所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗由包含與所述充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第三函數(shù)表示，且所述第三函數(shù)的系數(shù)的至少一個由包括與所述溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第四函數(shù)表示，并且，所述第三函數(shù)及所述第四函數(shù)的系數(shù)由所述參數(shù)的函數(shù)表示。
13、一種電池狀態(tài)判定裝置，用于對規(guī)定溫度及充電率下的電池的內(nèi) 部電阻或內(nèi)部阻抗進行推定，將所述被推定的內(nèi)部電阻或內(nèi)部阻抗作為指標，進行所述電池的狀態(tài)判定，其具備對所述電池的阻抗或內(nèi)部電阻進行測定的阻抗測定機構(gòu)；對所述電池的溫度進行測定的溫度傳感器；對所述電池的充電率進行測定的充電率傳感器；和控制部，其事先建立并保存所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗的計算式，該計算式包括與所述溫度及所述充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個，且系數(shù)由一個參數(shù)的函數(shù)表示；被輸入由所述阻抗測定機構(gòu)、所述溫度傳感器和所述充電率傳感器同時測定的所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗、所述溫度及所述充電率的各個測定值，將所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗、所述溫度及所述充電率各自的所述測定值代入到所述計算式中，計算出所述參數(shù)值，并將所述規(guī)定的溫度及規(guī)定的充電率代入到利用根據(jù)計算出的所述參數(shù)值所決定的所述系數(shù)而確定的計算式中，來推定所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗。
14、根據(jù)權(quán)利要求13所述的電池狀態(tài)判定裝置，其特征在于，所述控制部利用進行所述電池的劣化判定的基準溫度及基準充電率作為所述規(guī)定的溫度及充電率，通過將所述基準溫度及基準充電率代入到所確定的所述計算式中，來推定所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗，并以所述被推定的所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗為指標，判定所述電池的劣化度。
15、根據(jù)權(quán)利要求13所述的電池狀態(tài)判定裝置，其特征在于，所述控制部利用所述電池的放電能力判定時的溫度及充電率作為所述規(guī)定的溫度及充電率，通過將所述放電能力判定時的溫度及充電率代入到所確定的所述計算式中，來推定所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗，并以所述被推定的所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗為指標，判定所述電池的放電能力。
16、根據(jù)權(quán)利要求13 15中任意一項所述的電池狀態(tài)判定裝置，其特征在于，所述控制部所采用的作為用于計算出所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗的所述計算式的計算式，其所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗由包括與所述溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第一函數(shù)表示，且所述第一函數(shù)的系數(shù)的至少一個由包括與所述充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第二函數(shù)表示，并且，所述第一函數(shù)及所述第二函數(shù)的系數(shù)由所述參數(shù)的函數(shù)表示。
17、根據(jù)權(quán)利要求13 15中任意一項所述的電池狀態(tài)判定裝置，其特征在于，所述控制部所采用的作為用于計算出所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗的所述計算式的計算式，其所述內(nèi)部電阻或所述內(nèi)部阻抗由包括與所述充電率相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第三函數(shù)表示，且所述第三函數(shù)的系數(shù)的至少一個由包括與所述溫度相關的多項式函數(shù)、倒數(shù)函數(shù)及指數(shù)函數(shù)的至少一個的第四函數(shù)表示，并且，所述第三函數(shù)及所述第四函數(shù)的系數(shù)由所述參數(shù)的函數(shù)表示。
18、一種電池電源系統(tǒng)，具備權(quán)利要求13 17中任意一項所述的電池狀態(tài)判定裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池狀態(tài)判斷方法，根據(jù)所測定的溫度T及充電率SOC計算出系數(shù)A、B，接著將所測定的阻抗X代入到應用了所計算出的系數(shù)A、B的響應電壓相關式，計算出響應電壓Vc。將該響應電壓Vc與規(guī)定的閾值V0進行比較，當Vc為V0以上時判定電池正常。在步驟S13中，將內(nèi)部阻抗、溫度及充電率的測定值代入到內(nèi)部阻抗計算式，通過步驟S14的逐次運算計算出參數(shù)C的值，決定內(nèi)部阻抗的確定計算式。接著在判定電池(101)的劣化度時，在步驟S22中將用于判定劣化度的基準溫度及基準充電率代入到內(nèi)部阻抗的確定計算式，計算出用于判定劣化度的內(nèi)部阻抗。步驟S23中將該內(nèi)部阻抗與劣化度判定閾值進行比較，判定電池的劣化度。
文檔編號G01R31/36GK101187697SQ20071018609
公開日2008年5月28日申請日期2007年11月15日優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者巖根典靖, 森井啟介, 近澤啟子申請人:古河電氣工業(yè)株式會社

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