專利名稱：用于計(jì)算二次電池的殘余容量的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于計(jì)算二次電池(諸如，鉛電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰二次電池、 鋰離子二次電池或者正極包含具有橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰金屬磷酸鹽的鋰離子二次電池)殘余容量的設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知，在檢測(cè)二次電池中能量的殘余容量、或者充電狀態(tài)(SOC)時(shí)，如專利文件 JP-A-2009-129644或JP-A-2006-038494中所公開(kāi)的那樣使用用于檢測(cè)殘余容量的設(shè)備。 例如，專利文件JP-A-2009-129644中公開(kāi)的鋰離子二次電池具有確保平坦充放電容量范圍的特性。平坦充放電容量范圍占電池電容量(其中理論電容量是上限)的等于或大于 50%。在平坦充放電容量范圍中，當(dāng)通過(guò)與IC對(duì)應(yīng)的電流對(duì)電池充/放電時(shí)，端子上施加的電壓的變化在充電和放電這二者情況下都落在等于或小于0. 2V的容量范圍內(nèi)。因而，在鋰離子二次電池中或在包括JP-A-2009-129644中公開(kāi)的鋰離子二次電池的電池組中，對(duì)于電流的充/放電減小了鋰離子二次電池的內(nèi)部電阻的變化。作為結(jié)果， 確保變化較小的穩(wěn)定輸出。應(yīng)當(dāng)明白，電池的正極由引起較小電壓變化的橄欖石材料形成以及負(fù)極由類似特性的LT0(鈦酸鋰)材料形成，以配置電壓變化較小的電池單元。專利文件JP-A-2006-038494中公開(kāi)的用于計(jì)算殘余容量的設(shè)備基于電能儲(chǔ)存裝置充/放電電流的積分值來(lái)計(jì)算第一殘余容量。該設(shè)備還基于根據(jù)電能儲(chǔ)存裝置的內(nèi)部阻抗估計(jì)出的開(kāi)路電壓來(lái)計(jì)算第二殘余容量。隨后，該設(shè)備計(jì)算作為電能儲(chǔ)存裝置的最終殘余容量的第三殘余容量。具體地，通過(guò)使用根據(jù)電能儲(chǔ)存裝置的使用確定出的權(quán)重對(duì)第一和第二殘余容量加權(quán)和通過(guò)組合加權(quán)后的充電狀態(tài)來(lái)計(jì)算第三殘余容量。當(dāng)電能儲(chǔ)存裝置處于在溫度不大于參考溫度的充電狀態(tài)中時(shí)，調(diào)整權(quán)重從而將會(huì)使第一殘余容量的權(quán)值較大。此外，如此配置以使得基于電能儲(chǔ)存裝置充/放電電流的電流改變率來(lái)確定權(quán)重。換言之，對(duì)基于電流積分計(jì)算出的殘余容量和基于電壓估計(jì)計(jì)算出的殘余容量進(jìn)行加權(quán)和組合以計(jì)算最終殘余容量。在此情形中，基于電壓估計(jì)的計(jì)算使用根據(jù)阻抗估計(jì)出的開(kāi)路電壓(0CV)。此外，使用單元溫度T和電流改變率Δ I/At作為參數(shù)，當(dāng)電能儲(chǔ)存裝置處于在溫度不大于預(yù)定溫度的充電狀態(tài)中時(shí)增大基于電流積分計(jì)算出的殘余容量的權(quán)重。以此方式，利用基于電流積分的殘余容量和基于開(kāi)路電壓的殘余容量這二者的優(yōu)點(diǎn)計(jì)算出高準(zhǔn)確性的殘余容量。在以上提到的專利文件JP-A-2009-129644中，使用橄欖石材料的電池組或鋰離子二次電池受到充/放電控制，根據(jù)充/放電控制主要基于電流積分計(jì)算出S0C。如以上所提到的，此專利文件中公開(kāi)的鋰離子二次電池具有確保平坦充放電容量范圍的輸出特性。 因此，當(dāng)在使用鋰離子二次電池或電池組的系統(tǒng)(比如，交通工具或HEMS(家庭能源管理系統(tǒng)))上連續(xù)施加高負(fù)載時(shí)，如以上所提到的基于電流積分的SOC計(jì)算會(huì)導(dǎo)致大誤差。具體地，雖然在系統(tǒng)上連續(xù)施加高負(fù)載，但充/放電電壓相對(duì)于SOC的特性線在平坦充放電容量范圍中是平坦的，因而基于范圍中的電壓的SOC計(jì)算會(huì)致使大誤差，從而妨礙實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的 SOC計(jì)算。在如以上提到的專利文件JP-A-2006-038494中所公開(kāi)的用于計(jì)算殘余容量的設(shè)備中，根據(jù)阻抗估計(jì)開(kāi)路電壓，隨后基于預(yù)先存儲(chǔ)的OCV-SOC特性計(jì)算殘余容量。然而，通過(guò)此過(guò)程，需要向計(jì)算電路添加阻抗測(cè)量裝置，而致使設(shè)備尺寸的增加。另外，阻抗將會(huì)隨著溫度和電流改變率的改變而改變。為此，計(jì)算SOC的準(zhǔn)確性將會(huì)在低溫區(qū)域或高電流區(qū)域中惡化。同時(shí)，在該設(shè)備中，SOC計(jì)算主要基于以下電流積分其中，在某個(gè)單元溫度和在某個(gè)電流改變率處增加通過(guò)電流積分獲得的殘余容量的權(quán)重。作為結(jié)果，存在在連續(xù)施加高負(fù)載的條件下檢測(cè)SOC 時(shí)引起大誤差的較大概率。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)施例提供了用于非常準(zhǔn)確地計(jì)算具有較大平坦充放電電壓范圍的二次電池的殘余容量的緊湊小尺寸設(shè)備。作為實(shí)施例的一方面，提供了用于計(jì)算二次電池殘余容量的設(shè)備，該設(shè)備計(jì)算充/ 放電的二次電池中的能量的殘余容量。該設(shè)備包括運(yùn)算單元，該運(yùn)算單元基于與二次電池的殘余容量相對(duì)應(yīng)的充/放電電壓來(lái)估計(jì)和計(jì)算第一殘余容量，基于二次電池的充/放電電流的積分值來(lái)計(jì)算第二殘余容量，根據(jù)電壓改變率使用第一殘余容量或第二殘余容量對(duì)二次電池的充/放電電壓進(jìn)行加權(quán)，以及對(duì)加權(quán)的結(jié)果進(jìn)行組合以獲得二次電池的殘余容量。


在附圖中圖1是示例了根據(jù)實(shí)施例，使用用于計(jì)算二次電池殘余容量的設(shè)備的電池系統(tǒng)的配置的方框圖；圖2是示例了鋰離子二次電池的預(yù)定閾值Vth、電壓改變率線AV和充/放電電壓線VL的圖；圖3Α是示例了作為二次電池的第一查找表(LUT)相關(guān)溫度Τ、在溫度T的CCV和在CCV的視在SOC的表的圖；圖;3Β是示例了作為二次電池的第二 LUT相關(guān)溫度Τ、在第一 LUT的溫度T獲得的視在SOC和真實(shí)SOC的表的圖；圖4是示例了圖2中示例的充/放電電壓線VL中的區(qū)域A至D中加權(quán)的簡(jiǎn)單示例的圖；圖5是示例了在圖2中示例的充/放電電壓線VL中的電壓改變率dV/dt、閾值 (3X 10_5V/s)、電流積分SOCi和使用電流積分SOCi進(jìn)行加權(quán)的圖；以及圖6是示例了計(jì)算鋰離子二次電池殘余容量的過(guò)程的流程圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，在下文中將描述本發(fā)明的實(shí)施例。遍及說(shuō)明書(shū)中參照的圖，為圖之間相互對(duì)應(yīng)的組件給出同樣附圖標(biāo)記以求略去不必要的解釋。圖1是示例了根據(jù)實(shí)施例，使用用于計(jì)算二次電池殘余容量的設(shè)備的電池系統(tǒng)的配置的方框圖。如圖1中所示，電池系統(tǒng)10包括電池組11、CPU (中央處理單元)21、電流檢測(cè)器 31和充/放電控制器41。電池組11包括串聯(lián)的二次電池lla、llb、. . .、llm和Iln和分
別檢測(cè)二次電池IlaUlb.....Ilm和Iln的單元溫度的溫度傳感器12aU2b.....12m和
12n。CPU 21具有作為用于計(jì)算二次電池IlaUlb.....Ilm和Iln的殘余容量的設(shè)備的處
理功能。電流檢測(cè)器31檢測(cè)充/放電電流I，S卩，去往電池組11的充電電流或來(lái)自電池組 11的放電電流。充/放電控制器41連接到負(fù)載裝置51。充/放電控制器41還以可分離方式連接到市電電源52。負(fù)載裝置51使用系統(tǒng)(諸如電動(dòng)電源、家用或商用的空氣調(diào)節(jié)器、或者交通工具的混合電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)等)的電負(fù)載。負(fù)載裝置51執(zhí)行適合經(jīng)由充/放電控制器41從電池組11向該系統(tǒng)提供的電源的預(yù)定操作。充/放電控制器41允許電池組11響應(yīng)于來(lái)自CPU 21的充/放電指示向負(fù)載裝置51提供(放電)電源。同時(shí)，充/放電控制器41允許把來(lái)自市電電源52的電源輸出到電池組11。使用來(lái)自市電電源52的輸出，對(duì)電池組11充電?；蛘?，如果負(fù)載裝置51具有如由交通工具的混合電動(dòng)機(jī)執(zhí)行的生成電源的功能，則充/放電控制器41產(chǎn)生控制以使得把來(lái)自負(fù)載裝置51的電源充電到電池組11。在本實(shí)施例中，二次電池Ila至Iln中的每個(gè)都由正極使用具有橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰金屬磷酸鹽的鋰離子二次電池構(gòu)建?；蛘撸梢允褂貌煌亩坞姵?，諸如，鉛電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰二次電池或鋰離子二次電池。向CPU 21，二次電池Ila至Iln輸出各輸出
電壓Va,Vb.....Vm和Vn,以及由各溫度傳感器12a至12η檢測(cè)的各單元溫度Ta、Tb、· · · Tm
和Tn，作為溫度信息。CPU 21包括運(yùn)算部(單元)22和存儲(chǔ)器25。例如，運(yùn)算部22根據(jù)二次電池Ila 至Iln的輸出電壓Va至Vru來(lái)自溫度傳感器12a至12η的單元溫度Ta至Tn和來(lái)自電流檢測(cè)器31的充/放電電流I來(lái)計(jì)算二次電池Ila至Iln的殘余容量，即，充電狀態(tài)(SOC)。稍后將描述二次電池Ila至Iln的細(xì)節(jié)。存儲(chǔ)器25存儲(chǔ)稍后將描述的第一 LUT (查找表)23 和第二 LUT 24。圖2是示例了鋰離子二次電池Ila至Iln中的每一個(gè)的預(yù)定閾值Vth、電壓改變率曲線AV和充/放電電壓線VL的圖。使用例如作為鋰離子二次電池特性的圖2中示出的值來(lái)由運(yùn)算部22如下計(jì)算殘余容量。在圖2中，左豎軸表明電池組11中的一個(gè)鋰離子二次電池(例如電池Ila)的輸出電壓Va(V)。右豎軸表明電池的電壓改變率dV/dt。橫軸表明S0C(%)。線VL表明鋰離子二次電池的電壓，即在對(duì)與(1/3)XC對(duì)應(yīng)的電流充/放電時(shí)與SOC對(duì)應(yīng)的電壓(在下文中把此電壓簡(jiǎn)稱為“充/放電電壓”)。線Δν表明相對(duì)于SOC的電壓改變率(dV/dt)。直線Vth表明預(yù)定閾值。閾值Vth是計(jì)算殘余容量時(shí)使用的電壓改變率dV/dt的閾值。閾值Vth此處是 3X10_5(V/s)。把線VL稱作“充/放電電壓線”，而把線AV稱作“電壓改變率線”。組建電池組11的“η”個(gè)鋰離子二次電池Ila至Iln串聯(lián)。相應(yīng)地，當(dāng)考慮“η”個(gè)鋰離子二次電池1 Ia至1 In中的全部時(shí)，可以把單個(gè)鋰離子二次電池1 Ia的輸出電壓Va (V) 乘以“η”。通過(guò)對(duì)單元溫度Ta至Tn求平均獲得溫度信息。在圖2中示出的充/放電電壓線VL的一些部分中，電壓改變率線AV表明的電壓改變率dv/dt等于或大于閾值Vth。在這些部分中，用通過(guò)后述電壓估計(jì)獲得的真實(shí)SOCv 使電壓權(quán)值大。在線VL的不同部分中，由線Δ V表明的電壓改變率dV/dt小于閾值Vth。 在這些部分中，用通過(guò)后述電流積分獲得的SOCi使電壓權(quán)值大。對(duì)通過(guò)真實(shí)SOCv加權(quán)的結(jié)果和通過(guò)SOCi加權(quán)的結(jié)果進(jìn)行組合(相加)以獲得二次電池1 Ia的SOC (η)。在下文中，也把通過(guò)電壓估計(jì)獲得的真實(shí)SOCv稱作“電壓估計(jì) SOCv”，而也把通過(guò)電流積分獲得的SOCi稱作“電流積分SOCi ”。使用以下表達(dá)式(1)執(zhí)行電流積分以獲得電流積分SOCi。SOCi = SOC (n-1) X Σ (I Xt)/Cp .... (1)其中，“SOC(n-l) ”表明通過(guò)殘余容量的先前計(jì)算已計(jì)算出的二次電池Ila的殘余容量，“I”表明二次電池Ila的充/放電電流，“t”表明時(shí)間，“Cp”表明特定于溫度的真實(shí)
電池容量。例如，當(dāng)先前殘余容量SOC(n-l)是40%時(shí)，基于Σ (I X t)/Cp通過(guò)此次電流積分獲得20%的殘余容量。即，在時(shí)間方面對(duì)充/放電電流I積分。用所得積分值除以真實(shí)電池容量Cp。如果從除法得出的值是20%，則電流積分SOCi是60%。在此次電流積分中，用Σ (IXt)除以真實(shí)電池容量Cp的原因是二次電池基本上隨著增加使用電池的次數(shù)而降低它儲(chǔ)存電量的容量。在電壓估計(jì)中，把二次電池Ila的溫度Τ、充/放電電流I和充/放電電壓V(即， CCV(閉路電壓))應(yīng)用于圖3Α中示出的第一 LUT 23以獲得視在S0C(%)。隨后，把獲得的視在S0C(%)進(jìn)一步應(yīng)用于圖:3B中示出的第二 LUT M以由此估計(jì)電壓。具體地，第一 LUT 23的表使以下相關(guān)聯(lián)在從-10°C至30°C的范圍中5°C間隔和在40°C的溫度T、在靜止條件中的溫度T測(cè)量的CCV (例如，2. 781至3. 600 (V)或2. 745至 3. 600 (V))、以及在CCV的視在SOC (0至100%)。每次對(duì)電流充/放電時(shí)準(zhǔn)備第一 LUT 23。同時(shí)，還準(zhǔn)備第二 LUT 24的表。具體地，LUT 24使以下相關(guān)聯(lián)溫度T、在第一 LUT 23的溫度T獲得的視在SOC (88至100%或80至100% )、以及與實(shí)際SOC對(duì)應(yīng)的真實(shí) SOC(80 至 100% )。因而，運(yùn)算部22參考第一和第二 LUT 23和M來(lái)估計(jì)電壓。例如，在第一 LUT 23 中，當(dāng)溫度T是-5°C和充/放電電流I是7A時(shí)，視在SOC在CCV是3. 409V時(shí)是90%。因而，把所得值90%應(yīng)用于第二 LUT 24以獲得82%的真實(shí)S0C(=電壓估計(jì)SOCv)。使用以此方式獲得的電流積分SOCi和電壓估計(jì)SOCv，對(duì)充/放電電壓線VL的電壓進(jìn)行加權(quán)。隨后，組合加權(quán)的結(jié)果以獲得二次電池Ila的S0C(%)。在圖2中表明的各個(gè)區(qū)域A至E中如圖4中以簡(jiǎn)化方式所示對(duì)充/放電電壓加權(quán)。參照?qǐng)D4，首先描述加權(quán)的概述。具體地，在圖2的區(qū)域A中，電壓改變率dV/dt如由電壓改變率線Δ V所表明的那樣在很大程度上超過(guò)閾值Vth。相應(yīng)地，如圖4中所示，使用100%的電壓估計(jì)SOCv對(duì)充/ 放電電壓加權(quán)。在區(qū)域B中，電壓改變率dV/dt在區(qū)域的約50%中等于或大于閾值Vth，而在區(qū)域的約50%中小于閾值Vth。相應(yīng)地，使用50%的電壓估計(jì)SOCv和50%的電流積分SOCi對(duì)充/放電電壓加權(quán)。在區(qū)域C中，電壓改變率dV/dt小于閾值Vth，因而使用100% 的電流積分SOCi對(duì)充/放電電壓進(jìn)行加權(quán)。在區(qū)域D中，電壓改變率dV/dt在區(qū)域的約 50%中等于或大于閾值Vth，而在區(qū)域的約50%中小于閾值Vth。相應(yīng)地，使用50%的電壓估計(jì)SOCv和50 %的電流積分SOCi對(duì)充/放電電壓進(jìn)行加權(quán)。在區(qū)域E中，電壓改變率dV/ dt在很大程度上超過(guò)閾值Vth。相應(yīng)地，使用100%的電壓估計(jì)SOCv對(duì)充/放電電壓進(jìn)行加權(quán)。如上所述，運(yùn)算部22計(jì)算作為使用電壓估計(jì)SOCv和電流積分SOCi加權(quán)的結(jié)果而獲得的SOC (η)。在溫度T改變的條件下，充/放電電壓線VL可以具有包括反轉(zhuǎn)點(diǎn)(在該反轉(zhuǎn)點(diǎn)， 電壓改變率dV/dt等于或大于預(yù)定值)的部分，該部分可以落在預(yù)定SOC范圍內(nèi)。在這種部分中，進(jìn)行修正以使得二次電池的SOC變得等同于預(yù)定殘余容量(例如，74% )。參照?qǐng)D5，具體描述修正的過(guò)程。圖5是示例了在圖2中示例的充/放電電壓線VL 中的電壓改變率dV/dt、閾值Vth和使用電流積分SOCi進(jìn)行加權(quán)的圖。讓我們把曲線VL中的反轉(zhuǎn)點(diǎn)作為示例，包括，電壓改變率dV/dt等于或大于3X 10_5的閾值Vth，電流積分SOCi 落在從70至80 )的SOC預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。對(duì)于此反轉(zhuǎn)點(diǎn)，執(zhí)行修正R以允許SOC無(wú)條件地等同于74%的預(yù)定殘余容量。在圖5中，當(dāng)電壓改變率dV/dt等于或大于3 X 10_5的閾值Vth時(shí)，0%的電流積分 SOCi對(duì)應(yīng)于圖2的區(qū)域A。相應(yīng)地，通過(guò)圖5電流積分SOCi的加權(quán)Wi是0. 00(0% )。此情形中未示出的通過(guò)電壓估計(jì)SOCv的加權(quán)是100 %。類似地，10至30 %的電流積分SOCi對(duì)應(yīng)于區(qū)域B。相應(yīng)地，使用電流積分SOCi的加權(quán)Wi是0. 10 (10% )、0· 00 (0% )或0. 15 (15% )。 此情形中使用電壓估計(jì)SOCv的加權(quán)是90 %、100 %或85 %。進(jìn)一步地，40至60 %的電流積分SOCi對(duì)應(yīng)于區(qū)域C。相應(yīng)地，使用電流積分SOCi的加權(quán)Wi是1. 00 (100% ),1.00 (100% ) 或0.91 (91%)。此情形中使用電壓估計(jì)SOCv的加權(quán)是01%^1%或9%。當(dāng)電流積分SOCi 是70至80%時(shí)，如上所述執(zhí)行修正R以無(wú)條件地允許SOC等同于74%的預(yù)定殘余容量。進(jìn)一步地，90至100 %的電流積分SOCi對(duì)應(yīng)于區(qū)域E。相應(yīng)地，使用電流積分SOCi的加權(quán)Wi 是0. 15(15% )或0.00(0% )。此情形中使用電壓估計(jì)SOCv的加權(quán)是85%或100%。另一方面，如圖5中所示，在電壓改變率dV/dt小于3X 10_5的閾值Vth的情形中， 當(dāng)比率dV/dt范圍從0至100%時(shí)使用電流積分SOCi的加權(quán)Wi較大，如1.00(100% )、 0. 90(90% ) Mo. 90(90% )或 1. 00(100% )所表示的那樣。現(xiàn)在參照?qǐng)D6，在下文中描述由具有如上所述配置的電池系統(tǒng)10中CPU 21執(zhí)行的計(jì)算鋰離子二次電池殘余容量(在下文中稱作“殘余容量計(jì)算”)的處理。圖6是示例了計(jì)算鋰離子二次電池殘余容量的處理的流程圖。首先，在步驟Sl中， 獲得必要信息以使得CPU 22的運(yùn)算部22可以執(zhí)行殘余容量計(jì)算。具體地，CPU 21獲得以下信息諸如來(lái)自電池組11中二次電池Ila的充/放電電壓Va(也可以把“Va”表示成 “V”)(即，CCV)、來(lái)自二次電池Ila溫度傳感器12a的單元溫度Ta(表示成“T”)、以及來(lái)自電流檢測(cè)器31的充/放電電流I等。隨后，根據(jù)充/放電電壓Va計(jì)算隨著時(shí)間的過(guò)去而改變的電壓改變率dV/dt。此外，計(jì)算在單元溫度Ta的真實(shí)電池容量Cp。運(yùn)算部22的未示出的存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)先前殘余容量計(jì)算中計(jì)算出的SOC(n-1)。隨后，在步驟S2中，運(yùn)算部22計(jì)算電流積分SOCi。使用以上提供的表達(dá)式(1)執(zhí)行此計(jì)算。具體地，當(dāng)先前SOC(n-1)是40%和基于Σ (I X t)/Cp通過(guò)此次電流積分獲得的殘余容量是20%時(shí)，把電流積分SOCi計(jì)算為60%。隨后，在步驟S3中，運(yùn)算部22計(jì)算電壓估計(jì)SOCv。此計(jì)算使用作為二次電池Ila 的CCV的充/放電電壓V、充/放電電流I和單元溫度T。把這些值應(yīng)用于圖3A中示出的第一 LUT 23。例如，當(dāng)單元溫度T是-5°C和充/放電電流I是7A時(shí)，CCV是3.409V。在此情形中，從圖3A中示出的第一 LUT 23獲得90%的視在S0C。隨后，把獲得的值90%應(yīng)用于第二 LUT 24以由此獲得82%的真實(shí)SOC (=電壓估計(jì)SOCv)。隨后，在步驟S4中，使用由運(yùn)算部22計(jì)算出的電流積分SOCi和電壓估計(jì)SOCv對(duì)充/放電電壓線VL的電壓加權(quán)。例如，在圖2中示出的區(qū)域A中，電壓改變率線AV表明的電壓改變率dV/dt在很大程度上超過(guò)閾值Vth。在此情形中，如圖4中所示，用100%的電壓估計(jì)SOCv對(duì)充/放電電壓線VL的電壓加權(quán)。此外，在區(qū)域B中，電壓改變率dV/dt的 50%等于或大于閾值Vth，電壓改變率dV/dt的50%小于閾值Vth。在此情形中，用50%的電壓估計(jì)SOCv和50%地方電流積分SOCi對(duì)電壓加權(quán)。如圖4中所示執(zhí)行區(qū)域C至E中的加權(quán)。隨后，在步驟S5中，運(yùn)算部22把用電壓估計(jì)SOCv加權(quán)的結(jié)果與用電流積分SOCi 加權(quán)的結(jié)果相加以獲得此次的SOC(η) %。此次的SOC(n)在運(yùn)算部的存儲(chǔ)裝置中覆蓋先前的 SOC (n-1)。另一方面，在步驟S4中的加權(quán)中，當(dāng)例如充/放電電壓線VL中的電壓改變率dV/ dt等于或大于3X 10_5的閾值Vth時(shí)，電流積分SOCi如圖5中所示，落在70至80(% )的預(yù)定SOC范圍內(nèi)。在此情形中，在步驟S5執(zhí)行修正R以允許此次的SOC (η) %無(wú)條件地等同于74%的預(yù)定殘余容量。以此方式，作為根據(jù)本實(shí)施例的用于計(jì)算二次電池殘余容量的設(shè)備的CPU 21包括作為計(jì)算裝置的運(yùn)算部22。運(yùn)算部22基于與二次電池Ila的殘余容量對(duì)應(yīng)的充/放電電壓V，估計(jì)和計(jì)算電壓估計(jì)SOCv作為第一殘余容量。隨后，運(yùn)算部22基于二次電池11的充/放電電流I的積分值，計(jì)算電流積分SOCi作為第二殘余容量。隨后，根據(jù)電壓改變率 dV/dt使用電壓估計(jì)SOCv或電流積分SOCi對(duì)二次電池Ila的充/放電電壓V加權(quán)。對(duì)加權(quán)的結(jié)果進(jìn)行組合以由此獲得二次電池Ila的殘余容量。此配置提供以下優(yōu)點(diǎn)。在傳統(tǒng)技術(shù)中，當(dāng)連接到二次電池Ila的負(fù)載裝置被連續(xù)施加高負(fù)載時(shí)，無(wú)法在高準(zhǔn)確性的情況下檢測(cè)殘余容量。這是因?yàn)槭古c二次電池Ila的殘余容量對(duì)應(yīng)的充/放電電壓V的特性線VL平坦。在此方面，在本實(shí)施例中，根據(jù)充/放電電壓V的電壓改變率dV/dt對(duì)與殘余容量對(duì)應(yīng)的充/放電電壓V進(jìn)行加權(quán)。在此情形中，使用基于充/放電電壓V計(jì)算出的電壓估計(jì)SOCv或基于充/放電電流I的積分值計(jì)算出的電流積分SOCi對(duì)電壓加權(quán)。具體地，在本實(shí)施例中，在充/放電電壓V的特性線VL平坦的條件下，至少使用基于充/放電電流I的積分值計(jì)算出的電流積分SOCi對(duì)充/放電電壓V加權(quán)。相應(yīng)地，使充 /放電電壓V的特性線VL傾斜，因而在高準(zhǔn)確性的情況下計(jì)算二次電池Ila的殘余容量。另外，在本實(shí)施例中，無(wú)需如傳統(tǒng)技術(shù)中的情形一樣添加阻抗測(cè)量裝置。相應(yīng)地， 不會(huì)增加設(shè)備的尺寸。換言之，提供簡(jiǎn)化和較小結(jié)構(gòu)的本實(shí)施例使得能夠?qū)哂休^大的充 /放電電壓V的平坦充放電容量范圍的二次電池Ila殘余容量進(jìn)行非常準(zhǔn)確的檢測(cè)。
確保運(yùn)算部22基于作為二次電池Ila閉路電壓的充/放電電壓V來(lái)估計(jì)電壓估計(jì) SOCv。通過(guò)此配置，根據(jù)二次電池Ila的閉路電壓來(lái)估計(jì)電壓估計(jì)SOCv。與基于充/放電電流I的積分值計(jì)算出的電流積分SOCi —起使用所獲得的電壓估計(jì)SOCv，根據(jù)電壓改變率dV/dt通過(guò)這兩個(gè)殘余容量對(duì)充/放電電壓V加權(quán)，從而計(jì)算二次電池Ila的殘余容量。在傳統(tǒng)技術(shù)中，在估計(jì)殘余容量的過(guò)程中，因?yàn)閷?shí)際使用的閉路電壓允許充/放電電壓V的特性線VL隨著充電量和溫度的改變而改變，所以閉路電壓在被借助于阻抗裝置作為開(kāi)路電壓讀取之后使用。在此方面，根據(jù)本實(shí)施例，不必讀取作為開(kāi)路電壓的閉路電壓，因而略去阻抗裝置的使用。另外，在計(jì)算電流積分SOCi的過(guò)程中，確保運(yùn)算部22根據(jù)時(shí)間對(duì)充/放電電流I 進(jìn)行積分。隨后，確保運(yùn)算部22用積分的所得值除以二次電池Ila的實(shí)際電池容量并把除法的所得值與先前計(jì)算出的電流積分SOCi相加。隨著二次電池Ila使用次數(shù)增加，用于基本上存儲(chǔ)電量的二次電池Ila的容量減少。在此方面，本實(shí)施例的以上配置使得能夠基于減少的實(shí)際電池容量對(duì)電流積分SOCi進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算電壓估計(jì)SOCv的過(guò)程中，運(yùn)算部22參考作為第一表(在其中視在殘余容量與二次電池Ila的閉路電壓相關(guān)聯(lián))的第一 LUT 23。參考第一 LUT 23，運(yùn)算部22把作為二次電池Ila閉路電壓的充/放電電壓V轉(zhuǎn)換成視在殘余容量。隨后，運(yùn)算部22參考作為第二表(在其中真實(shí)殘余容量(即，實(shí)際殘余容量)與視在殘余容量相關(guān)聯(lián))的第二 LUT 24。參考第二 LUT 24，運(yùn)算部22把通過(guò)參考第一 LUT 23獲得的視在殘余容量轉(zhuǎn)換成用于作為電壓估計(jì)SOCv使用的真實(shí)殘余容量。通過(guò)此配置，運(yùn)算部22參考預(yù)先準(zhǔn)備的第一和第二 LUT 23和M以從而把作為二次電池Ila閉路電壓的充/放電電壓V轉(zhuǎn)換成視在殘余容量，以及隨后把視在殘余容量轉(zhuǎn)換成用于作為與充/放電電壓V相關(guān)的電壓估計(jì)SOCv使用的真實(shí)殘余容量。相應(yīng)地，以上配置便于電壓估計(jì)SOCv的估計(jì)。在執(zhí)行加權(quán)的過(guò)程中，當(dāng)二次電池Ila的充/放電電壓V的電壓改變率dV/dt等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，運(yùn)算部22使用電壓估計(jì)SOCv使電壓V權(quán)值大，或者，當(dāng)小于預(yù)定閾值時(shí)，使用電流積分SOCi使電壓V權(quán)值大。通過(guò)此配置，當(dāng)充/放電電壓V的電壓改變率dV/dt等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，即， 當(dāng)充/放電電壓V的特性線VL具有預(yù)定傾斜角度時(shí)，較之使用電流積分SOCi而言，使用基于充/放電電壓V計(jì)算出的電壓估計(jì)SOCv使充/放電電壓V權(quán)值較大。因而，可以在高準(zhǔn)確性的情況下計(jì)算二次電池Ila的殘余容量。另一方面，當(dāng)充/放電電壓V的電壓改變率dV/dt小于預(yù)定閾值時(shí)，即，當(dāng)充/放電電壓V的特性線VL平坦時(shí)，因?yàn)榕c傳統(tǒng)技術(shù)中的充/放電電壓V對(duì)應(yīng)的殘余容量的計(jì)算基于平坦的特性線VL，所以使用傳統(tǒng)技術(shù)難以在高準(zhǔn)確性的情況下檢測(cè)殘余容量。在此方面，在本實(shí)施例中，較之使用電壓估計(jì)SOCv而言，使用基于充/放電流I的積分值計(jì)算出的電流積分SOCi使充/放電電壓V權(quán)值較大。因而，可以在高準(zhǔn)確性的情況下計(jì)算二次電池 Ila的殘余容量。進(jìn)一步地，在二次電池Ila的溫度改變的條件下，電壓改變率dV/dt在反轉(zhuǎn)點(diǎn)處等于或大于預(yù)定閾值，反轉(zhuǎn)點(diǎn)落在預(yù)定殘余容量范圍內(nèi)。在這種反轉(zhuǎn)點(diǎn)處，確保運(yùn)算部22執(zhí)行修正以允許二次電池Ua的殘余容量為預(yù)定殘余容量。通過(guò)此配置，在二次電池Ila的溫度改變的條件下，使反轉(zhuǎn)點(diǎn)處的二次電池Ila的殘余容量為預(yù)定殘余容量。例如，把反轉(zhuǎn)點(diǎn)處的預(yù)定殘余容量設(shè)置為74%。在此情形中，當(dāng)把二次電池Ila設(shè)置為使用20Ah完全充電時(shí)，74%的預(yù)定殘余容量對(duì)應(yīng)于14. 8Ah。然而， 二次電池1 Ia在它惡化時(shí)可以使用16Ah完全充電，例如，同時(shí)，預(yù)定殘余容量保持在14. 8Ah 的初始設(shè)置值。換言之，當(dāng)電池通過(guò)16Ah完全充電時(shí)，74%的預(yù)定殘余容量應(yīng)當(dāng)實(shí)際上對(duì)應(yīng)于 11. 84Ah，然而，14. SAh的初始設(shè)置值保持原樣，從而創(chuàng)建不利條件。相應(yīng)地，在用16Ah對(duì)電池完全充電的情形中，可以向反轉(zhuǎn)點(diǎn)處74%的預(yù)定殘余容量強(qiáng)制做出修正。通過(guò)此修正，獲得74%的正確預(yù)定殘余容量，這基于如100%—樣用16Ah對(duì)電池完全充電?？梢园岩陨咸岬降拈撝翟O(shè)置為3X10_5。因而，可以在等于或大于3X10_5與小于 3X 10_5之間清楚定義電壓改變率dV/dt。二次電池Ila的充/放電電壓V的特性線是(1/3) XC充/放電電壓V線。在 (1/3) XC充/放電電壓V線中，二次電池Ila的殘余容量會(huì)在電壓改變率dV/dt至少等于或大于3X10—5的情況下，落在10%至50%的范圍和60%至90%的范圍內(nèi)。通過(guò)此配置，特性線為(1/3) X C充/放電電壓V的二次電池1 Ia限于鋰離子二次電池11a。在此鋰離子二次電池Ila中，獲得與上述的類似的優(yōu)點(diǎn)。在下文中，將總結(jié)上述實(shí)施例的各方面。作為實(shí)施例的一方面，提供了用于計(jì)算二次電池的殘余容量的設(shè)備，該設(shè)備計(jì)算充/放電的二次電池中的能量的殘余容量。該設(shè)備包括運(yùn)算單元，該運(yùn)算單元基于與二次電池的殘余容量相對(duì)應(yīng)的充/放電電壓來(lái)估計(jì)和計(jì)算第一殘余容量，基于二次電池的充/ 放電電流的積分值來(lái)計(jì)算第二殘余容量，根據(jù)電壓改變率使用第一殘余容量或第二殘余容量對(duì)二次電池的充/放電電壓進(jìn)行加權(quán)，以及對(duì)加權(quán)的結(jié)果進(jìn)行組合以獲得二次電池的殘余容量。此配置提供以下優(yōu)點(diǎn)。在傳統(tǒng)技術(shù)中，當(dāng)連接到二次電池的負(fù)載裝置被連續(xù)施加高負(fù)載時(shí)，無(wú)法在高準(zhǔn)確性的情況下檢測(cè)殘余容量。這是因?yàn)槭古c二次電池的殘余容量對(duì)應(yīng)的充/放電電壓的特性線平坦。在此方面，根據(jù)充/放電電壓的電壓改變率對(duì)與殘余容量對(duì)應(yīng)的充/放電電壓加權(quán)。在此情形中，使用基于充/放電電壓計(jì)算的第一殘余容量或基于充/放電電流的積分值計(jì)算的第二殘余容量對(duì)電壓加權(quán)。具體地，在充/放電電壓的特性線平坦的條件下，至少使用基于充/放電電流的積分值計(jì)算出的第二殘余容量對(duì)充/放電電壓加權(quán)。相應(yīng)地，使充/放電電壓的特性線傾斜， 因而在高準(zhǔn)確性的情況下計(jì)算二次電池的殘余容量。另外，無(wú)需如傳統(tǒng)技術(shù)中的情形一樣添加阻抗測(cè)量裝置。相應(yīng)地，將不會(huì)增加設(shè)備的尺寸。換言之，提供簡(jiǎn)化和小輪廓的本實(shí)施例使得能夠?qū)哂休^大的充/放電電壓的平坦充放電容量范圍的二次電池的殘余容量進(jìn)行非常準(zhǔn)確檢測(cè)。在該設(shè)備中，在估計(jì)第一殘余容量時(shí)，運(yùn)算單元基于作為二次電池的閉路電壓的充/放電電壓來(lái)估計(jì)第一殘余容量。
通過(guò)此配置，根據(jù)二次電池的閉路電壓來(lái)估計(jì)第一殘余容量。與基于充/放電電流的積分值計(jì)算出的第二殘余容量一起使用所獲得的第一殘余容量，根據(jù)電壓改變率對(duì)充 /放電電壓加權(quán)，從而計(jì)算二次電池的殘余容量。在傳統(tǒng)技術(shù)中，在估計(jì)殘余容量時(shí)，因?yàn)閷?shí)際使用的閉路電壓允許充/放電電壓的特性線隨著充電量和溫度的改變而改變，所以閉路電壓在被借助于阻抗裝置作為開(kāi)路電壓讀取之后使用。在此方面，根據(jù)本實(shí)施例，不必讀取作為開(kāi)路電壓的閉路電壓，因而略去阻抗裝置的使用。在設(shè)備中，在計(jì)算第二殘余容量的過(guò)程中，運(yùn)算單元根據(jù)時(shí)間對(duì)充/放電電流積分，以及用積分的所得值除以二次電池的實(shí)際電池容量以把除法的所得值與先前計(jì)算的第
二殘余容量相加。隨著二次電池使用的次數(shù)增加，用于基本上存儲(chǔ)電源的二次電池的容量減少。在此方面，本實(shí)施例的以上配置使得能夠基于減少的實(shí)際電池容量對(duì)第二殘余容量進(jìn)行計(jì)
笪弁。在該設(shè)備中，在估計(jì)第一殘余容量時(shí)，運(yùn)算單元參考把視在殘余容量與二次電池的閉路電壓相關(guān)聯(lián)的第一表，把作為二次電池的閉路電壓的充/放電電壓轉(zhuǎn)換成視在殘余容量，隨后參考把實(shí)際殘余容量與視在殘余容量相關(guān)聯(lián)的第二表，把通過(guò)參考第一表獲得的視在殘余容量轉(zhuǎn)換成用于作為第一殘余容量使用的實(shí)際殘余容量。通過(guò)此配置，運(yùn)算單元參考預(yù)先準(zhǔn)備的第一表和第二表以從而把作為二次電池的閉路電壓的充/放電電壓轉(zhuǎn)換成視在殘余容量，以及隨后把視在殘余容量轉(zhuǎn)換成用于作為與充/放電電壓相關(guān)的第一殘余容量使用的真實(shí)殘余容量。相應(yīng)地，以上配置便于第一殘余容量的估計(jì)。在該設(shè)備中，在執(zhí)行加權(quán)時(shí)，當(dāng)二次電池的充/放電電壓的電壓改變率等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，運(yùn)算單元使用第一殘余容量使電壓的權(quán)值較大，或者，當(dāng)二次電池的充/放電電壓的電壓改變率小于所述預(yù)定閾值時(shí)，使用第二殘余容量使電壓的權(quán)值較小。通過(guò)此配置，當(dāng)充/放電電壓的電壓改變率等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，即，當(dāng)充/放電電壓的特性線具有預(yù)定傾斜角度時(shí)，較之使用第二殘余容量而言，使用基于充/放電電壓計(jì)算出的第一殘余容量使充/放電電壓的權(quán)值更大。因而，在高準(zhǔn)確性的情況下計(jì)算二次電池的殘余容量。另一方面，當(dāng)充/放電電壓的電壓改變率小于預(yù)定閾值時(shí)，即，當(dāng)充/放電電壓的特性線平坦時(shí)，因?yàn)榕c傳統(tǒng)技術(shù)中的充/放電電壓對(duì)應(yīng)的殘余容量的計(jì)算基于平坦的特性線，所以通過(guò)傳統(tǒng)技術(shù)難以在高準(zhǔn)確性的情況下檢測(cè)殘余容量。在此方面，在本實(shí)施例中， 較之使用第一殘余容量而言，使用基于充/放電電壓的積分值計(jì)算出的第二殘余容量使充 /放電電壓的權(quán)值更大。因而，在高準(zhǔn)確性的情況下計(jì)算二次電池的殘余容量。在二次電池的溫度改變的條件下，在該設(shè)備中，運(yùn)算單元執(zhí)行修正以允許二次電池的殘余容量在反轉(zhuǎn)點(diǎn)處為預(yù)定殘余容量，電壓改變率在反轉(zhuǎn)點(diǎn)處等于或大于預(yù)定閾值， 所述反轉(zhuǎn)點(diǎn)落在預(yù)定殘余容量范圍內(nèi)。使用此配置，在二次電池的溫度改變的條件下，使反轉(zhuǎn)點(diǎn)處二次電池的殘余容量為預(yù)定殘余容量。例如，把反轉(zhuǎn)點(diǎn)處的預(yù)定殘余容量設(shè)置為74%。在此情形中，當(dāng)把二次電池設(shè)置為用20Ah完全充電時(shí)，74%的預(yù)定殘余容量對(duì)應(yīng)于14.8Ah。然而，二次電池在它惡
11化時(shí)可以通過(guò)16Ah完全充電，例如，同時(shí)，預(yù)定殘余容量保持在14. SAh的初始設(shè)置值。換言之，當(dāng)電池通過(guò)16Ah完全充電時(shí)，74%的預(yù)定殘余容量應(yīng)當(dāng)實(shí)際上對(duì)應(yīng)于 11. 84Ah，然而，14. SAh的初始設(shè)置值保持原樣，從而創(chuàng)建不利條件。相應(yīng)地，在通過(guò)16Ah對(duì)電池完全充電的情形中，可以向反轉(zhuǎn)點(diǎn)處74%的預(yù)定殘余容量強(qiáng)制做出修正。通過(guò)此修正， 獲得74%的正確預(yù)定殘余容量，這基于如100%—樣用16Ah對(duì)電池完全充電。在該設(shè)備中，閾值是3X10_5。通過(guò)此配置，在等于或大于3 X 10_5與小于3X 10_5之間清楚定義電壓改變率。在該設(shè)備中，二次電池的充/放電電壓的線是(1/3) XC充/放電電壓線，在 (1/3) XC充/放電電壓線中二次電池的殘余容量在電壓改變率等于或大于3X 10_5的情況下落在10%至50%的范圍內(nèi)和60%至90%的范圍內(nèi)。使用此配置，具有(1/3) XC充/放電電壓特性線的二次電池限于鋰離子二次電池。在該鋰離子二次電池中，獲得與以上敘述的類似的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上述配置，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可進(jìn)行的任何和所有修改、變化或等同物都落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于計(jì)算二次電池的殘余容量的設(shè)備，所述設(shè)備計(jì)算充/放電的二次電池中的能量的殘余容量，包括運(yùn)算單元，其基于與所述二次電池的殘余容量相對(duì)應(yīng)的充/放電電壓來(lái)估計(jì)和計(jì)算第一殘余容量，基于所述二次電池的充/放電電流的積分值來(lái)計(jì)算第二殘余容量，根據(jù)電壓改變率使用所述第一殘余容量或所述第二殘余容量對(duì)所述二次電池的充/放電電壓進(jìn)行加權(quán)，以及對(duì)所述加權(quán)的結(jié)果進(jìn)行組合以獲得所述二次電池的殘余容量。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在估計(jì)所述第一殘余容量時(shí)，所述運(yùn)算單元基于作為所述二次電池的閉路電壓的充/ 放電電壓來(lái)估計(jì)所述第一殘余容量。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在計(jì)算所述第二殘余容量時(shí)，所述運(yùn)算單元根據(jù)時(shí)間對(duì)所述充/放電電流積分，以及用積分的所得值除以所述二次電池的實(shí)際電池容量以把除法的所得值與先前計(jì)算出的第二殘余容量相加。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中在估計(jì)所述第一殘余容量時(shí)，所述運(yùn)算單元參考把視在殘余容量與所述二次電池的閉路電壓相關(guān)聯(lián)的第一表，把作為所述二次電池的閉路電壓的充/放電電壓轉(zhuǎn)換成視在殘余容量，隨后參考把實(shí)際殘余容量與所述視在殘余容量相關(guān)聯(lián)的第二表，把通過(guò)參考所述第一表獲得的所述視在殘余容量轉(zhuǎn)換成用于作為所述第一殘余容量使用的實(shí)際殘余容量。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在執(zhí)行加權(quán)時(shí)，當(dāng)所述二次電池的充/放電電壓的電壓改變率等于或大于預(yù)定閾值時(shí)，所述運(yùn)算單元使用所述第一殘余容量使所述電壓的權(quán)值更大，或者，當(dāng)所述二次電池的充/放電電壓的電壓改變率小于所述預(yù)定閾值時(shí)，使用所述第二殘余容量使所述電壓的權(quán)值更大。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中在所述二次電池的溫度改變的條件下，所述運(yùn)算單元執(zhí)行修正以允許所述二次電池的殘余容量在反轉(zhuǎn)點(diǎn)處為預(yù)定殘余容量，所述電壓改變率在所述反轉(zhuǎn)點(diǎn)處等于或大于所述預(yù)定閾值，所述反轉(zhuǎn)點(diǎn)落在預(yù)定殘余容量范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述閾值是3X10_5。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述二次電池的充/放電電壓的線是(1/3) XC充/放電電壓線，在(1/3) XC充/放電電壓線中，所述二次電池的殘余容量在所述電壓改變率等于或大于3 X ΙΟ"5的情況下落在10%至50%的范圍內(nèi)和60%至90%的范圍內(nèi)。
全文摘要
提供了一種用于計(jì)算二次電池的殘余容量的設(shè)備。該設(shè)備計(jì)算充/放電的二次電池中的能量的殘余容量。該設(shè)備包括運(yùn)算單元，該運(yùn)算單元基于與二次電池的殘余容量相對(duì)應(yīng)的充/放電電壓來(lái)估計(jì)和計(jì)算第一殘余容量，基于二次電池的充/放電電流的積分值來(lái)計(jì)算第二殘余容量，根據(jù)電壓改變率使用第一殘余容量或第二殘余容量對(duì)二次電池的充/放電電壓進(jìn)行加權(quán)，以及對(duì)加權(quán)的結(jié)果進(jìn)行組合以獲得二次電池的殘余容量。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102565716SQ201110444718
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者吉田周平, 鈴木覺(jué) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝