專利名稱：二次電池允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置和估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及估計(jì)允許輸入到二次電池的功率和允許從同一個(gè)二次電池輸出的功率的技術(shù)。
背景技術(shù)：
公布于1997年6月30日的第一次公布的日本專利申請9-171063舉例說明了一種此前提出的電池功率計(jì)算裝置。在上述第一次公布的日本專利申請中描述的此前提出的電池功率計(jì)算裝置中，表示用來代表電池放電特性曲線的I-V直線特性曲線的方程(V＝R×I+V0)是根據(jù)電池供給的電流I和熱電壓V進(jìn)行計(jì)算的，電池的內(nèi)阻R從梯度計(jì)算，而電池的電動勢V0(此電動勢相當(dāng)于電流中斷時(shí)的端電壓，也稱為開路電壓)是由截距計(jì)算出的。用來保證電池壽命的最小保證電壓值Vmin根據(jù)電流I和電池溫度T計(jì)算并代入上述I-V直線方程來判斷最大電流值Imax。允許輸出功率值P由方程P＝Vmin×Imax計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容
然而，內(nèi)阻R和開路電壓V各自都具有的特征(特性)是其R和V每一個(gè)在充電和放電操作中都根據(jù)電流I而瞬時(shí)改變(或隨時(shí)間連續(xù)改變)。在上述第一次公布的日本專利申請中公開的上述此前提出的功率計(jì)算裝置中，兩點(diǎn)間的電流I和端電壓V的測量是在充電操作中根據(jù)電流I來計(jì)算I-V直線。其中假設(shè)由I-V直線確定的內(nèi)阻R和開路電壓V0在兩點(diǎn)之間是不改變的。然而，實(shí)際上，由于內(nèi)阻R和開路電壓V0是隨著時(shí)間瞬時(shí)(或連續(xù))改變的，在上述第一次公布的日本專利申請中公開的計(jì)算方法的情況下，允許輸出功率值P的估計(jì)精度變低。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠以高精度對二次電池進(jìn)行估計(jì)并且與二次電池的實(shí)際特性曲線很好(充分)對應(yīng)的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置和方法。應(yīng)該指出，允許輸出功率的定義是可以從二次電池輸出的功率，而允許輸入功率的定義是可以輸入到二次電池中的功率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可提供一種用于二次電池的估計(jì)裝置，包括檢測二次電池的充電和放電電流(I)的電流檢測單元；檢測二次電池兩端的端電壓(V)的電壓檢測單元；利用輸入到使用在其參數(shù)需要估計(jì)的下述的方程(1)和(2)之中的一個(gè)的相應(yīng)方程中描述的電池模型的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的所測量的電流(I)和端電壓(V)，至少在下述的方程(1)和(2)中的一個(gè)之中一次同時(shí)綜合(integrally)估計(jì)所有參數(shù)(θ)的參數(shù)估計(jì)單元；利用電流(I)、端電壓(V)和參數(shù)估計(jì)值(θ)來計(jì)算開路電壓(V0)的開路電壓計(jì)算單元；根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)和開路電壓(V0)來估計(jì)二次電池的允許輸入功率(Pin)的允許輸入功率估計(jì)單元；以及根據(jù)參數(shù)估計(jì)值和開路電壓(V0)來估計(jì)二次電池的允許輸出功率(Pout)的允許輸出功率估計(jì)單元；方程(1)是V=B(s)A(s)·I+1C(s)·V0---(1),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk,]]>B(s)=Σk=0nbk·sk,]]>C(s)=Σk=0nck·sk]]>s表示拉普拉斯變換算子，A(s)、B(s)和C(s)表示s的每個(gè)多項(xiàng)式(n表示次數(shù))，a1≠0、b1≠0、c1≠0，并且方程(2)為V=B(s‾)A(s)·I+1A(s)·V0---(2),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk]]>andB(s)=Σk=0nbk·sk.]]>根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，可提供一種用于二次電池的估計(jì)方法，包括檢測二次電池的充電和放電電流(I)；檢測二次電池兩端的端電壓(V)；利用輸入到使用在其參數(shù)需要估計(jì)的下述的方程(1)和(2)之中的一個(gè)的相應(yīng)方程中描述的電池模型的自適應(yīng)數(shù)字濾波器的所測量的電流(I)和端電壓(V)，至少在下述的方程(1)和(2)中的一個(gè)之中一次同時(shí)綜合估計(jì)所有參數(shù)(θ)；利用電流(I)、端電壓(V)和參數(shù)估計(jì)值(θ)來計(jì)算開路電壓(V0)；根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)和開路電壓(V0)來估計(jì)二次電池的允許輸入功率(Pin)；以及根據(jù)參數(shù)估計(jì)值和開路電壓(V0)來估計(jì)二次電池的允許輸出功率(Pout)；方程(1)是V=B(s)A(s)·I+1C(s)·V0---(1),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk,]]>B(s)=Σk=0nbk·sk,]]>C(s)=Σk=0nck·sk,]]>s表示拉普拉斯變換算子，A(s)、B(s)和C(s)表示s的每個(gè)多項(xiàng)式(n表示次數(shù))，a1≠0、b1≠0、c1≠0，并且方程(2)為V=B(s)A(s)·I+1A(s)·V0---(2),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk]]>andB(s)=Σk=0nbk·sk.]]>本發(fā)明內(nèi)容并不一定描述了全部必需的特征，所以本發(fā)明也可以是這些描述的特征的子組合。


圖1為根據(jù)可應(yīng)用于優(yōu)選實(shí)施方式1和2的每一個(gè)的本發(fā)明的用于二次電池的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置的功能框圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置可以應(yīng)用于其上的電池控制器和二次電池負(fù)載驅(qū)動系統(tǒng)的具體電路框圖。
圖3為代表開路電壓和充電速率(SOC)之間的關(guān)系的曲線圖。
圖4為代表優(yōu)選實(shí)施方式1的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置中的二次電池的等效電路模型的模型圖。
圖5為代表優(yōu)選實(shí)施方式2的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置中的二次電池的等效電路模型的模型圖。
圖6為代表根據(jù)本發(fā)明的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置優(yōu)選實(shí)施方式1中的計(jì)算過程的處理流程圖。
圖7為代表根據(jù)本發(fā)明的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置優(yōu)選實(shí)施方式2中的計(jì)算過程的處理流程圖。
圖8A、8B、8C、8D、8E、8F、8G、8H、8I綜合示出代表根據(jù)本發(fā)明的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置的優(yōu)選實(shí)施方式1的模擬結(jié)果的時(shí)間圖。
圖9A、9B、9C、9D、9E、9F、9G、9H、9I、9J綜合示出代表根據(jù)本發(fā)明的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置的優(yōu)選實(shí)施方式1的模擬結(jié)果的時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面參考附圖對本發(fā)明予以說明。
圖1示出用來說明將在后面描述的優(yōu)選實(shí)施方式1和2的每一個(gè)的一般概念的，根據(jù)本發(fā)明的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置的功能框圖。在圖1中，標(biāo)號1表示利用由電流I(k)檢測單元(section)5和端電壓V(k)檢測單元6所測量的電壓V和電流I，綜合估計(jì)其中開路電壓V0(k)是偏置項(xiàng)的電池模型中的每個(gè)參數(shù)(此處略去其詳細(xì)描述)的參數(shù)θ(k)估計(jì)單元。標(biāo)號2表示開路電壓V0(k)計(jì)算單元。開路電壓V0(k)的計(jì)算是根據(jù)所測量的電壓V、電流I及每個(gè)估計(jì)參數(shù)。標(biāo)號3表示根據(jù)參數(shù)θ(k)和開路電壓V0(k)，估計(jì)可以輸入到二次電池的功率的允許輸入功率估計(jì)單元。標(biāo)號4表示根據(jù)參數(shù)θ(k)和開路電壓V0(k)估計(jì)可以從二次電池輸出的功率的允許輸出功率估計(jì)單元。標(biāo)號5表示檢測充電到二次電池的電流或從二次電池放電的電流的電流I(k)檢測單元。標(biāo)號6表示檢測電池的端電壓的端電壓V(k)檢測單元。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置可以應(yīng)用于其上的電池控制器和二次電池負(fù)載驅(qū)動系統(tǒng)的具體電路框圖。在此系統(tǒng)中，允許輸入和輸出功率估計(jì)裝置是安裝在一個(gè)其中負(fù)載，如電動機(jī)，受到驅(qū)動，并且電動機(jī)的再生功率用來使二次電池充電的系統(tǒng)中。在圖2中，標(biāo)號10表示二次電池(或就是電池)，標(biāo)號20表示電動機(jī)等的負(fù)載，標(biāo)號30表示其功能為估計(jì)電池10的允許輸入和輸出功率的電池控制器(電子控制單元)。電池控制器30包含一個(gè)微型計(jì)算機(jī)，其包含用來對程序進(jìn)行計(jì)算的CPU(中央處理器)；存儲程序的ROM(只讀存儲器)；存儲計(jì)算結(jié)果的RAM(隨機(jī)訪問存儲器)以及電子電路。標(biāo)號40表示用來測量(檢測)充電到二次電池10或從二次電池10放電的電流的電流表。標(biāo)號50表示用來測量(檢測)二次電池10兩端之間的端電壓的電壓表。這些表與電池控制器30相連接。上述的電池控制器30對應(yīng)于圖1的參數(shù)θ(k)估計(jì)單元1、開路電壓V0(k)計(jì)算單元2、允許輸入功率估計(jì)單元3及允許輸出功率估計(jì)單元4。此外，電流表40和電壓表50分別對應(yīng)于電流I(k)檢測單元5和端電壓V(k)檢測單元6。應(yīng)該指出，圖2中示出的標(biāo)號60表示用來檢測電池溫度的溫度傳感器，而圖2中示出的標(biāo)號70表示繼電器電路70(或就是繼電器)。
(實(shí)施方式1)下面對應(yīng)用于實(shí)施方式1中的所謂的電池模型予以描述。圖4示出實(shí)施方式1的二次電池的等效電路模型。此等效電路模型對應(yīng)于方程(2)中右側(cè)第一項(xiàng)和右側(cè)第二項(xiàng)的字母相同的情況，見方程(2)。此等效電路模型是一個(gè)歸約模型(一階或一次)，其中正極和負(fù)極不特別分開，但是使其可以代表實(shí)際電池的比較準(zhǔn)確的充電和放電特性曲線。在圖4中，模型輸入是電流I[A](安培)(正值是充電，而負(fù)值是放電)，而模型輸出是端電壓V[V]。V0[V]表示開路電壓(或稱為電動勢)。K表示內(nèi)阻，T1和T2表示時(shí)間常數(shù)。此電池模型可用下面的方程(3)表示。應(yīng)該指出，s表示拉普拉斯變換算子。
V=B(s)A(s)·I+1A(s)·V0---(2),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk,]]>B(s)=Σk=0nbK·sK.]]>應(yīng)該指出，A(s)和B(s)表示s的多項(xiàng)式，n表示次數(shù)(階數(shù))，而a1≠0、b1≠0。
V=K·(T2·s+1)T1·s+1·I+1T1·s+1·V0---(3).]]>
應(yīng)該指出，方程(3)是方程(2)的變形，其中T1·s+1替換A(s)(A(s)＝(T1·s+1))，而K·(T2·s+1)替換B(s)(B(s)＝K·(T2·s+1))。在開路電壓的收斂相當(dāng)快的此種鋰離子電池的情況下，右側(cè)第一項(xiàng)和右側(cè)第二項(xiàng)的分母可利用同一時(shí)間常數(shù)T1表示，由方程(3)可知。
下面首先說明從方程(3)中的電池模型導(dǎo)出自適應(yīng)數(shù)字濾波器的過程。開路電壓V0可寫成為下面的方程(4)，假設(shè)電流值I乘以可變效率h被認(rèn)為是從某一初始狀態(tài)起的累積值。
V0=hs·I---(4).]]>如果將方程(4)代入方程(3)，可得到方程(5)。如果將方程(5)整理，可得到方程(6)。如果將方程(6)的兩端乘以穩(wěn)定的低通濾波器Glp(s)并進(jìn)行整理，則可得到下式(7)。
V=K·(T2·s+1)T1·s+1·I+1T1·s+1·hs·I---(5).]]>V=K·T2·s2+K·s+hT1·s+1·hs·I---(6).]]>Glp(s)·(T1·s2+s)·V＝Glp(s)·(K·T2·s2+K·s+h)·I…(7).對其進(jìn)行低通濾波器和帶通濾波器處理的一個(gè)實(shí)際可測的電流I和端電壓V在下面的方程(8)中定義。方程(8)的時(shí)間常數(shù)p是確定Glp(s)的響應(yīng)特性的常數(shù)。
如果利用方程(8)，改寫方程(7)，則可得出方程(9)。另外，如改寫方程(9)，則可得到方程(10)。
T1·V3+V2＝K·T2·I3+K·I2+h·I1…(9).
V2=-T1·V3+K·T2·I3+K·I2+d·I1=V3I3I2I1-T1K·T2Kh---(10).]]>方程(10)表示可測值和未知參數(shù)之間的積與和的方程。由此，方程(10)與通用自適應(yīng)數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)形式(方程(11))符合。應(yīng)該指出，在方程(11)中，y＝V2，ωT＝[V3I3I2I1]，θT＝[-T1K·T2K h].
y＝ωT·θ …(11).
由此，如果將對兩者都進(jìn)行了濾波器處理的電流I和端電壓V應(yīng)用于自適應(yīng)數(shù)字濾波器計(jì)算，就可以估計(jì)未知參數(shù)矢量θ。在此實(shí)施方式中，使用的是一種改進(jìn)了自適應(yīng)濾波器的邏輯缺點(diǎn)的所謂雙眼追跡增益法(both eyes trace gain method)(就是說，一旦一個(gè)估計(jì)值收斂，其后就不能再進(jìn)行任何精確的估計(jì)，即使參數(shù)是改變的)。
在方程(11)的假設(shè)情況下，在方程(12)中描述了一種用來估計(jì)未知參數(shù)矢量θ的參數(shù)估計(jì)算法。應(yīng)該指出，在時(shí)間點(diǎn)k的參數(shù)估計(jì)值假設(shè)為θ(k)。
在方程(12)中，λ1、λ3、γu、γL表示初始設(shè)定值，0＜λ1＜1，0＜λ3＜∞。此外，P(0)是一個(gè)足夠大的初始值，并且trace{P}(跡{P})表示矩陣P的trace(跡)。這樣，說明了從電池模型導(dǎo)出自適應(yīng)數(shù)字濾波器。
圖6示出執(zhí)行電池控制器30的微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行流程圖。圖6示出的例程對每個(gè)固定周期T0重復(fù)。例如，I(k)是當(dāng)前值，而I(k-1)是k的當(dāng)前值前面一次的值。
在步驟S10A，電池控制器30測量電流I(k)和端電壓V(k)。在步驟S20A中，電池控制器30判斷二次電池10的中斷繼電器是處于接合狀態(tài)(閉路)還是處于中斷狀態(tài)(開路)。應(yīng)該指出，電池控制器30也控制中斷繼電器。如果繼電器中斷(電流I＝0)，則例程轉(zhuǎn)到步驟S30A。如果此繼電器接合，則例程轉(zhuǎn)到步驟S40A。在步驟S30A，電池控制器30計(jì)算端電壓V(k)作為端電壓初始值V_ini存儲。在步驟S40A，電池控制器30計(jì)算端電壓差值ΔV(k)ΔV(k)＝V(k)-V_ini。因?yàn)樵谧赃m應(yīng)數(shù)字濾波器中估計(jì)參數(shù)的初始值設(shè)定為接近零，因此輸入值全部取零值以防止在估計(jì)計(jì)算開始期間每個(gè)估計(jì)參數(shù)都發(fā)散。每當(dāng)繼電器中斷，例程轉(zhuǎn)到步驟S30A。由此，因?yàn)镮＝0和ΔV(k)＝0，估計(jì)參數(shù)依舊保持初始狀態(tài)。在步驟S50A，電池控制器30根據(jù)方程(13)對電流I(k)和端電壓差值ΔV(k)執(zhí)行低通濾波器(LPF)和帶通濾波器(BPF)處理以便計(jì)算I1至I3和V1至V3。此時(shí)，為了提高方程(12)的參數(shù)估計(jì)算法的估計(jì)精度，將低通濾波器Glp(s)的響應(yīng)特性設(shè)定為低，以減小觀察到的噪聲。
應(yīng)該指出，此響應(yīng)特性比電池的響應(yīng)特性快。在方程(13)中方程(13)中的時(shí)間常數(shù)p是常數(shù)以確定Glp(s)的響應(yīng)特性。
在步驟S60A，電池控制器30將在步驟S50A中計(jì)算出的I1至I3和V1至V3代入到方程(12)中來計(jì)算參數(shù)估計(jì)值θ(k)。應(yīng)該指出，y＝V2，ωT＝[V3I3I2I1]和θT＝[-T1k·T2k h]。
在步驟S70A，后備(back up)控制器30將在步驟S60A計(jì)算出的T1、k·T2和參數(shù)估計(jì)值θ(k)中的k代入到下述方程(14)，I1和I2、V1和V2是在方程(13)中計(jì)算出的。
V0＝(T1·s+1)·V-K·(T2·s+1)·IΔV0＝Glp(s)＝Glp(s)·{(T1·s+1)·V-K·(T2·s+1)·I}＝V1+T1·V2-K·T2·I2-K·I1…(14).方程(14)是電池模型(方程(3))的變形并且兩端都乘以低通濾波器Glp(s)。之后，電壓分量ΔV0由開路電壓V0代替(V0代替ΔV0)。因?yàn)殚_路電壓V0的變動是中度的，對V0可以進(jìn)行如下的替換ΔV0＝Glp(s)·V0。
因?yàn)閺倪M(jìn)行估計(jì)計(jì)算的開始時(shí)刻起的開路電壓估計(jì)值的變化率ΔV0(k)，在步驟S80A后階段的初始值。
在步驟S80A，利用下述方程(15)將開路電壓初始值，即端電壓初始值V_ini加于在步驟S70A計(jì)算出的ΔV0(k)之上以計(jì)算開路電壓估計(jì)值V0(k)。
V0(k)＝ΔV0(k)+V_ini…(15).
在步驟S90A中，電池控制器30根據(jù)利用圖3所示的開路電壓和充電速率的關(guān)聯(lián)圖計(jì)算的V0(k)計(jì)算充電速率SOC(k)。應(yīng)該指出，圖3示出的VL是與SOC＝0％相對應(yīng)的開路電壓，并且圖3示出的VH是與SOC＝100％相對應(yīng)的開路電壓。
在步驟S100A，電池控制器30計(jì)算允許輸入功率估計(jì)值Pin和允許輸出功率估計(jì)值Pout。下面將對允許輸入功率估計(jì)值的計(jì)算方法予以詳細(xì)描述。
在電池模型(方程(3))中，當(dāng)忽略過渡特性時(shí)，可得到方程(16)。這意味著這是一個(gè)定量電池模型。
V＝K·I+V0…(16).
假設(shè)即將到達(dá)預(yù)定的過度(或過)充電狀態(tài)的電池的端電壓是最大允許電壓Vmax，并且即將到達(dá)預(yù)定的過度(或過)放電狀態(tài)的電池的端電壓是最小允許電壓Vmin。那末，為了計(jì)算允許輸入功率估計(jì)值Pin，必須要求電流值為端電壓已經(jīng)達(dá)到最大允許電壓Vmax時(shí)的電流值。因此，利用忽略過渡特性的方程(16)來計(jì)算利用方程(16)的最大輸入電流Iin_max。
在方程(16)中，分別將最大允許電壓Vmax代入V，將在步驟S60A計(jì)算出的參數(shù)估計(jì)值θ(k)中的估計(jì)值K代入K并將在步驟S80A計(jì)算出的電路電壓估計(jì)值V0(k)分別代入V0，來計(jì)算最大輸入電流Iin_max。
與允許輸出功率估計(jì)值Pout的情況一樣，分別將最小允許電壓Vmin代入方程(16)中的V，將在步驟S60A計(jì)算出的參數(shù)估計(jì)值θ(k)中的估計(jì)值K代入K并將在步驟S80A計(jì)算出的電路電壓估計(jì)值V0(k)代入V0，來計(jì)算計(jì)算最大輸入電流Iin_max之后，由方程(17)計(jì)算允許輸入功率估計(jì)值Pin和允許輸出功率估計(jì)值Pout。
最大允許電壓Vmax是電池充電即將到達(dá)過度充電狀態(tài)的端電壓。最小允許電壓Vmin是電池放電即將到達(dá)過度放電狀態(tài)的端電壓。這些最大允許電壓Vmax和最小允許電壓Vmin是由電池種類和電池溫度確定的變量。比如，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定的電池溫度和Vmax之間的關(guān)系以及電池溫度和Vmin之間的關(guān)系可存儲為圖并且可參照圖來計(jì)算Vmax和Vmin。在步驟S110A中，將以后的計(jì)算所需要的數(shù)值進(jìn)行存儲而結(jié)束本次計(jì)算。上面描述了下面將對實(shí)施方式1中的二次電池的估計(jì)裝置的作用和優(yōu)點(diǎn)予以描述。
在實(shí)施方式1中，因?yàn)槎坞姵氐碾娏鱅、端電壓V和開路電壓V0之間的關(guān)系近似如在方程(2)中的傳輸函數(shù)。具體言之，方程(3)，可以應(yīng)用自適應(yīng)數(shù)字濾波器(公知的估計(jì)算法)，如最小二乘法。結(jié)果，就可以綜合估計(jì)方程中的參數(shù)(多項(xiàng)式的系數(shù)(A(S)和B(S))。當(dāng)將估計(jì)參數(shù)代入到方程(2)時(shí)，可以很容易地計(jì)算出開路電壓(V0)的估計(jì)值。
這些未知參數(shù)受到充電速率(SOC)、電池溫度和退化度的影響。盡管已知這些參數(shù)相對時(shí)間是瞬時(shí)改變的，可以以高精度對自適應(yīng)數(shù)字濾波器順序地進(jìn)行估計(jì)。因?yàn)樵试S輸入功率Pin和允許輸出功率估計(jì)值Pout是利用估計(jì)的系數(shù)參數(shù)和開路電壓V0估計(jì)的，所以可以估計(jì)允許輸入和輸出功率Pin和Pout，即使是允許輸入和輸出功率在充電和放電操作期間是變化的，也可以精確地跟蹤其改變而對允許輸入和輸出功率進(jìn)行估計(jì)。
與后面描述的優(yōu)選實(shí)施方式2相比較，因?yàn)椴捎玫氖且环N比較容易的電池模型(方程(2)和(3))，自適應(yīng)數(shù)字濾波器的形式化(或均衡化)變得更容易并且進(jìn)行計(jì)算的次數(shù)可以減少。
圖8A至8I示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的允許輸入功率和允許輸出功率估計(jì)的綜合模擬結(jié)果。
在圖8A至8I中，以400秒的時(shí)間為界，電池參數(shù)以逐步方式從高溫相應(yīng)值改變到低溫相應(yīng)值。應(yīng)該指出，在圖8A至8I的此示例中，是假設(shè)是像鋰離子電池這種具有開路電壓迅速收斂的電池。從圖8A至8I可知，溫度常數(shù)T1、T2和內(nèi)阻K與實(shí)際值是相當(dāng)符合的，即使在進(jìn)行模擬時(shí)給定的電池參數(shù)是以逐步方式改變的。因此，開路電壓估計(jì)值類似地與真實(shí)值相符。在實(shí)施方式1中，利用估計(jì)的系數(shù)參數(shù)、開路電壓V0和最大允許電壓Vmax，估計(jì)允許輸入功率Pin。因此，即使是電池參數(shù)和開路電壓V0在充電和放電操作中是隨時(shí)間瞬時(shí)變化的，允許輸出功率估計(jì)值也精確地與真實(shí)值(實(shí)際值)符合。
(實(shí)施方式2)下面對實(shí)施方式2的操作予以描述。下面首先對實(shí)施方式2中電池模型予以說明。圖5示出實(shí)施方式2中的二次電池的等效電路模型。
在說明示于圖1中的等效電路模型之前，下面對方程(1)予以描述。
V=B(s)A(s)·I+1C(s)·V0---(1),]]>其中A(s)、B(s)和C(s)表示s(n表示階數(shù))的多項(xiàng)式，而a1≠0、b1≠0和c1≠0。
等效電路模型對應(yīng)于第一項(xiàng)和第二項(xiàng)的分母不同的情況，如方程(1)所描述。此等效電路模型是一個(gè)歸約(reduction)模型(一次或一階)，其中正極和負(fù)極互相間不特別分開，但是可以比較準(zhǔn)確地表示實(shí)際電池的充電和放電特性曲線。在圖5中，模型輸入是電流I[A](安培)(正值表示充電，而負(fù)值表示放電)，而模型輸出表示端電壓V[V]，并且V0[V]表示開路電壓(或稱為電動勢)。符號K表示內(nèi)阻，T1至T3表示時(shí)間常數(shù)。此電池模型可用下面的方程(18)表示。應(yīng)該指出，s表示拉普拉斯變換算子。作為鉛酸電池組(或鉛蓄電池)，開路電壓的收斂是很慢的，存在T1＜＜T3的關(guān)系。
V=K·(T2·s+1)T1·s+1·I+1T3·s+1·V0---(18).]]>方程(18)是以A(s)＝T1·s+1和B(s)＝K·(T2·s+1)代入方程(1)。下面首先對方程(18)表示的電池模型導(dǎo)出到自適應(yīng)數(shù)字濾波器予以說明。開路電壓V0可寫作電流值I乘以可變效率h，其被當(dāng)作從某一初始狀態(tài)起的累積值。
V0=hs·I---(19).]]>如果將方程(19)代入到方程(18)，則可得到下述的方程(20)。經(jīng)過整理可得到下述方程(21)。
V=K·(T2·s+1)T1·s+1·I+1T3·s+1·hs·I---(20).]]>s·(T1·s+1)(T3·s+1)·V＝K·(T2·s+1)(T3·s+1)·s·I+h·(T1·s+1)·I{T1·T3·s3+(T1+T3)·s2+s}·V＝{K·T2·T3·s3+K·(T2+T3)·s2+(K+h·T1)·s+(K+h·T1)·s+h}·I(a·s3+b·s2+s)·V＝(c·s3+d·s2+e·s+f)·I…(21).
應(yīng)該指出，在方程(21)中示出的參數(shù)改寫如下a＝T1·T3，b＝T1+T3，c＝K·T2·T3d＝K·(T2+T3)，e＝K+h·T1，f＝h …(22).如果在方程(21)的兩端引入一穩(wěn)定的低通濾波器Gl(s)并整理，則可得到下面的方程(23)。
1G1(s)(a·s3+b·s2+s)·V=1G(s)(c·s3+d·s2+e·s+f)·I---(23).]]>對其進(jìn)行低通濾波器和帶通濾波器處理的每個(gè)實(shí)際可測的電流I和端電壓V的值在下面的方程(24)中定義。在方程(24)中，p1表示一個(gè)確定Gl(s)的響應(yīng)特性的時(shí)間常數(shù)。
如果利用在方程(24)中表示的變量改寫方程(23)，則可得到方程(25)。如果使其變形，則可得到下面的方程(26)。
a·V3+b·V2+V1＝c·I3+d·I2+e·I1+f·I0；V1＝-a·V3-b·V2+c·I3+d·I2+e·I1+f·I0…(25).
V1=V3V2I3I2I1I0-a-bcdef---(26).]]>因?yàn)榉匠?26)表示可測值和未知參數(shù)之間的積與和的方程，方程(26)與通用自適應(yīng)數(shù)字濾波器的標(biāo)準(zhǔn)形式(方程(27))符合。應(yīng)該指出，ωT表示轉(zhuǎn)置矢量，其中矢量ω的行與列可互相替換。
y＝ωT·θ…(27)應(yīng)該指出，y＝V1，ωT＝[V3V2I3I2I1I0]，θ=-a-bcdef]]>
因此，利用自適應(yīng)數(shù)字濾波器對藉助其進(jìn)行電流I和端電壓V的濾波器處理的經(jīng)過濾波器處理的信號執(zhí)行計(jì)算，就可以估計(jì)未知參數(shù)矢量θ。在此實(shí)施方式中，使用的是一種可以藉助最小二乘法改進(jìn)自適應(yīng)濾波器的邏輯缺陷的簡單的所謂雙眼追跡增益法(一旦一個(gè)估計(jì)值收斂，其后就不能再進(jìn)行任何精確的估計(jì))。在方程(27)的前提下，給出一個(gè)用來估計(jì)未知參數(shù)矢量θ的參數(shù)估計(jì)算法，如在下面的方程(28)中所示。應(yīng)該指出，在時(shí)間點(diǎn)k的參數(shù)估計(jì)值假設(shè)為θ(k)。

應(yīng)該指出，λ1、λ3、γu和γL表示初始設(shè)定值，并且0＜λ1＜1和λ2(k)＜∞。此外，P(0)具有一個(gè)足夠大的初始值和一個(gè)不為零的足夠小的初始值。trace{P}(跡{P})表示矩陣P的trace(跡)。這樣，說明了從電池模型導(dǎo)出自適應(yīng)數(shù)字濾波器。
圖7示出執(zhí)行電池控制器30的微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行流程圖。圖7示出的例程對每個(gè)固定周期T0重復(fù)。例如，I(k)表示當(dāng)前值，而I(k-1)表示前面一個(gè)值，如實(shí)施方式1中所描述的。在圖7中，步驟S10B至S40B的內(nèi)容與在圖6中描述的步驟S10A至S40A的內(nèi)容相同。因此，此處省略其說明。在步驟S50B中，根據(jù)下面的方程(29)對電流I(k)和端電壓差值ΔV(k)執(zhí)行低通濾波器和帶通濾波器處理以便計(jì)算I0(k)至I3(k)和V1(k)至V3(k)。

應(yīng)該指出，此時(shí)，為了提高方程(28)的參數(shù)估計(jì)算法的估計(jì)精度，將低通濾波器Gl(s)的響應(yīng)特性設(shè)定為低，以減小觀察到的噪聲。然而，如果低通濾波器Gl(s)的響應(yīng)特性比電池模型的響應(yīng)特性(時(shí)間常數(shù)T1的近似值已知)快，則電池模型的每個(gè)參數(shù)不能精確估計(jì)。方程(29)中的P1是確定Gl(s)的響應(yīng)特性的常數(shù)。
在步驟S60B中，控制器30將I0(k)至I3(k)和V1(k)至V3(k)代入方程(28)。于是，進(jìn)行根據(jù)作為參數(shù)估計(jì)算法的方程(28)的計(jì)算以便確定參數(shù)估計(jì)值θ(k)。應(yīng)該指出，y(k)、ωT(k)和θ(k)以下面的方程(30)給出。
y(k)＝V1(k)ωT(k)＝[V3(k) V2(k) I3(k) I2(k) I1(k) I0(k)]θ(k)=-a(k)-b(k)c(k)d(k)e(k)f(k)---(30).]]>在步驟S70B中，根據(jù)電流I(k)和端電壓差值ΔV(k)執(zhí)行低通濾波器和帶通濾波器的濾波過程以根據(jù)方程(34)計(jì)算I4(k)至I6(k)和V4(k)至V6(k)。在步驟S60B中計(jì)算出的參數(shù)估計(jì)值θ(k)之中的a至e被代入是方程(18)的變形的方程(33)，以便計(jì)算出用來代替開路電壓V0的ΔV0。因?yàn)殚_路電壓V0的變動是中度的，對ΔV0可以進(jìn)行替換。應(yīng)該指出，在步驟S70B中導(dǎo)出的是開路電壓V0(k)從估計(jì)計(jì)算開始起的變化量ΔV0(k)。所以，在后面的步驟S90B中加上初始值。應(yīng)該指出，在方程(33)的導(dǎo)出中，方程(32)中的K和方程(33)中的e互相間是嚴(yán)格不同的。物理上，K＞＞h·T1，e近似K(e大致等于K，e≌K)。此外，因?yàn)殡姵貐?shù)的T1的近似值已知為數(shù)秒，方程(34)中的t1的值設(shè)定為接近T1的近似值。這樣，因?yàn)樽鳛榉匠?33)中的分子的項(xiàng)(T1·s+1)可消去，開路電壓V0的估計(jì)精度可提高。
1T3·s+1·V0=V-K·(T2·s+1)T1·s+1·I]]>(T1·s+1)·V0＝(T1·s+1)(T3·s+1)·V-K·(T2·s+1)(T3·s+1)·I(T1·s+1)·V0＝{(T1·T3·s2+(T1+T3)·s+1}·V-{K·T2·T3·s2+K·(T2+T3)·s+K}·I …(31).
(T1·s+1)G2(s)·V0=1G2(s)(a·s2+b·s+1)·V-1G2(s)(c·s2+d·s+K)·I---(32).]]>ΛV0=(T1·s+1)G2(s)·V0=a·V6+b·V5+V4-c·I6-d·I5-e·I4---(33).]]>在方程(33)中，a＝T1·T3、b＝T1+T3、c＝K·T2·T3、d＝K·(T2+T3)、e＝K+h·T1≈K。

當(dāng)計(jì)算出的ΔV0(k)代入方程(35)時(shí)，估計(jì)值ΔV0′(k)只在電池模型(參照方程(18))的右側(cè)第二項(xiàng)上進(jìn)行計(jì)算。V0(k)表示由方程(18)近似的開路電壓本身的估計(jì)值，而V0′表示出現(xiàn)在端電壓上的開路電壓的視在估計(jì)值。
然而，應(yīng)該指出，在方程(35)的導(dǎo)出中，右側(cè)的T3與右側(cè)的b是嚴(yán)格不同的。物理上，因?yàn)門3＞＞T1，b＝T3+T1T3.
ΔV′0=1T3·s+1·ΔV0≅1b·s+1·ΔV0---(35).]]>方程(35)相應(yīng)于V0/C(s)。就是說，V0＝ΔV0and C(s)＝T3·s+1b·s+1.
在圖7的步驟S80B中，開路電壓初始值，即端電壓初始值V_ini加到在步驟S70B中計(jì)算出的每個(gè)V0(k)和V0′(k)上。就是說，開路電壓估計(jì)值V0′(k)是利用方程(36)和視在開路電壓估計(jì)值V0′(k)計(jì)算的。應(yīng)該指出，估計(jì)值V0不是開路電壓V0本身的估計(jì)值V0′，而是出現(xiàn)在端電壓上的視在開路電壓估計(jì)值。
V0(k)＝ΔV1(k)+V_ini…(36).
V0′(k)＝ΔV0′(k)+V_ini…(37).在步驟S90B中，電池控制器30利用圖3所示的開路電壓和充電速率的關(guān)聯(lián)圖根據(jù)V0(k)計(jì)算充電速率SOC(k)。應(yīng)該指出，圖3示出的VL是與SOC＝0％相對應(yīng)的開路電壓，并且VH是與SOC＝100％相對應(yīng)的開路電壓。在步驟S100B，電池控制器30判斷估計(jì)值V0(k)是否等于或大于開路電壓估計(jì)值V0′(k)。在步驟S100B中的判斷的功能是檢查其中的任何一個(gè)是否接近最大允許電壓Vmax或最小允許電壓Vmin中的任何一個(gè)。應(yīng)該指出，最大允許電壓Vmax或最小允許電壓Vmin是由電池的種類和電池中的溫度確定的變量。計(jì)算方法是公知的方法，所以可以利用在實(shí)施方式1中描述的公知的技術(shù)判斷。在步驟S100B，如果V0′(k)≥V0(k)，則例程轉(zhuǎn)向步驟S110B。如果V0′(k)＜V0(k)，則例程轉(zhuǎn)向步驟S120B。在步驟S110B，電池控制器30計(jì)算允許輸入功率估計(jì)值Pin和允許輸出功率估計(jì)值Pout。在此電池模型(方程(18))中，當(dāng)忽略過渡特性時(shí)，電池模型由方程(38)表示，并且這意味著這是一個(gè)定量電池模型。為計(jì)算允許輸入功率估計(jì)值Pin，需要達(dá)到最大允許電壓Vmax的電流值。由此，利用忽略過渡特性的方程(38)來計(jì)算計(jì)算最大輸入電流Iin_max。就是說，在步驟S110B，因?yàn)閂0′(k)≥V0(k)，V0′(k)接近最大允許電壓Vmax，而V0(k)接近最小允許電壓Vmin。因此，為了計(jì)算允許輸入功率估計(jì)值Pin，將最大允許電壓Vmax代入到方程(38)中的V，將在步驟S60B計(jì)算出的參數(shù)估計(jì)值θ(k)之中的估計(jì)值e代入到方程(38)中的K，并且將在步驟S80B中計(jì)算出的V0′(k)代入到方程(38)中的V0，以便從方程(38)得到的方程(39)計(jì)算最大輸入電流Iin_max。
V＝K·I+V0…(38).
Vmax＝e·Iin_max+V0′ …(39).
另一方面，為了計(jì)算出允許輸出功率估計(jì)值Pout，將最小允許電壓Vmin代入到V，參數(shù)估計(jì)值之一，即，將在步驟S60B計(jì)算出的參數(shù)估計(jì)值θ(k)之中的估計(jì)值e代入到K，并且將在步驟S80B中計(jì)算出的V0′(k)代入到方程(38)的V0。取得的方程是用來計(jì)算最大輸出電流Iout_max的方程(40)。
Vmin＝e·Iout_max+V0…(40).
之后，利用最大輸入電流Iin_max、如上導(dǎo)出的最大輸出電流Iout_max，方程(41A和41B)計(jì)算允許輸入功率估計(jì)值(Pin)和允許輸出功率估計(jì)值(Pout)。
應(yīng)該指出，在導(dǎo)出最大輸入電流Iin_max和最大輸出電流Iout_max中，方程(38)中的K、方程(39)和(40)中的e互相之間是嚴(yán)格地不同的。然而，因?yàn)槲锢砩螷＞＞h·T1，e＝K+h·T1K.
在步驟120B，電池控制器30計(jì)算允許輸入功率估計(jì)值Pin和允許輸出功率估計(jì)值Pout。因?yàn)椴襟ES120B是一種V0′(k)＜V0(k)、V0(k)接近最大允許電壓Vmax和V0′(k)接近最小允許電壓Vmin的情況。因此，為了計(jì)算允許輸入功率估計(jì)值Pin，最大允許電壓Vmax、在步驟S60B計(jì)算出的參數(shù)估計(jì)值θ(k)之中的估計(jì)值e，利用通過將在步驟S80B中計(jì)算出的V0(k)代入到方程(38)而取得方程(42)。這樣，就得到方程(43)。最大輸出電流Iout_max是利用方程(43)計(jì)算。
Vmax＝e·Iin_max+V0…(42).
Vmin＝e·Iout_max+V0…(43).之后，利用最大輸入電流Iin_max和最大輸出電流Iout_max，從方程(44A)和(44B)計(jì)算出允許輸入功率估計(jì)值Pin和允許輸出功率估計(jì)值Pout，下面予以介紹。
在步驟S130B，電池控制器30將下次計(jì)算所需要的數(shù)值進(jìn)行存儲而結(jié)束本次計(jì)算。上面描述了根據(jù)本發(fā)明的估計(jì)裝置的優(yōu)選實(shí)施方式2。
之后，將對估計(jì)裝置的實(shí)施方式2的作用和優(yōu)點(diǎn)予以描述。在實(shí)施方式2中，二次電池的電流I、端電壓V和開路電壓V0之間的關(guān)系近似如在方程(1)中的傳輸函數(shù)(具體言之，方程(18))，所以可以應(yīng)用最小二乘法的自適應(yīng)數(shù)字濾波器。結(jié)果，就可以一次綜合估計(jì)這些參數(shù)(多項(xiàng)式的系數(shù)(A(S)、B(S)和C(s))。因?yàn)槭菍⒐烙?jì)參數(shù)代入到方程(1)，可以很容易地計(jì)算出開路電壓(V0)的估計(jì)值。這些未知參數(shù)受到充電速率(SOC、即充電狀態(tài))、二次電池的環(huán)境溫度的影響，并且退化度相對時(shí)間是瞬時(shí)(連續(xù))改變的。然而，利用自適應(yīng)數(shù)字濾波器可以以高精度進(jìn)行順序估計(jì)。因?yàn)樵试S輸入功率Pin和允許輸出功率估計(jì)值Pout是利用估計(jì)的系數(shù)(參數(shù))和開路電壓V0估計(jì)的，所以可以估計(jì)允許輸入和輸出功率，即使是允許輸入和輸出功率Pin和Pout在充電和放電操作期間與電池參數(shù)一起變化，自適應(yīng)數(shù)字濾波器也可以精確地跟蹤其改變，使得可以對允許輸入和輸出功率進(jìn)行精確估計(jì)。
圖9A至圖9J綜合示出根據(jù)實(shí)施方式2的允許輸入輸出功率估計(jì)的模擬結(jié)果。在圖9A至9J中，以500秒的時(shí)間為界，電池參數(shù)以逐步方式從高溫相應(yīng)值改變到低溫相應(yīng)值。在模擬的情況下，就電池模型(方程(18))中描述的一階滯后的時(shí)間常數(shù)，設(shè)定T1＜＜T3。這是因?yàn)榧僭O(shè)并設(shè)定了開路電壓V0具有很慢的收斂特性的電池，如鉛酸電池。
由圖9A至9J可知，自適應(yīng)數(shù)字濾波器輸出的參數(shù)估計(jì)值a至e與其實(shí)際值符合，即使是當(dāng)進(jìn)行模擬時(shí)給定的電池參數(shù)是以逐步方式(實(shí)際上成直角)變化的。因此，開路電壓估計(jì)值與實(shí)際值符合。在實(shí)施方式2中，允許輸入功率Pin是利用估計(jì)系數(shù)參數(shù)、開路電壓V0和最大允許電壓Vmax進(jìn)行估計(jì)。因此，即使是電池參數(shù)和開路電壓V0是相對于時(shí)間瞬時(shí)變化的(或相對于時(shí)間連續(xù)變化的)，允許輸出功率估計(jì)值也可以與實(shí)際值符合。應(yīng)該指出，需要注意以視在外觀在開路電壓和端電壓的實(shí)際值上展開時(shí)間常數(shù)T3的一階滯后(參照電池模型的方程(18)的右側(cè)第二項(xiàng))。
此外，在圖9I的允許輸入功率Pin中，在圖9I中示出的參照特性曲線(點(diǎn)劃線)表示利用開路電壓估計(jì)值計(jì)算出的值。如圖9A至9J所示，利用開路電壓估計(jì)值計(jì)算出的允許輸入功率估計(jì)值(點(diǎn)劃線)大于允許輸入功率的實(shí)際值。造成這一點(diǎn)的事實(shí)是視在開路電壓大于開路電壓V0的實(shí)際值并且接近最大允許電壓Vmax。詳言之，在對電池的輸入(充電)是利用點(diǎn)劃線的允許輸入功率估計(jì)值時(shí)，在這種情況下有可能允許輸入功率實(shí)際值突破電池的最大允許電壓Vmax，而電池由于充電過度而劣化。然而，在此實(shí)施方式2中，是從估計(jì)系數(shù)參數(shù)和開路電壓V0計(jì)算視在開路電壓V0/C(s)(對應(yīng)于方程(35)中的ΔV0′)。利用V0和V0/C(s)之中更接近最大允許電壓Vmax的一個(gè)、估計(jì)參數(shù)和最大允許電壓Vmax來估計(jì)允許輸入功率Pin。由此，在圖9A至圖9J的情況下，允許輸入功率估計(jì)值(實(shí)線)是利用接近最大允許功率估計(jì)值Vmax(實(shí)線)的視在開路電壓V0/C(s)計(jì)算出的。這樣，允許輸入功率估計(jì)值與其實(shí)際值足夠符合，并且允許輸入功率估計(jì)值沒有可能突破電池的最大允許功率電壓。
另一方面，在圖9J中的允許輸出功率Pout的列中，用作參照(點(diǎn)劃線)的特性曲線表示利用視在(apparent)開路電壓估計(jì)值計(jì)算出的值。如圖9J所示，利用視在開路電壓估計(jì)值計(jì)算出的允許輸出功率估計(jì)值(點(diǎn)劃線)大于允許輸出功率的實(shí)際值。造成這一點(diǎn)的事實(shí)是開路電壓估計(jì)值小于視在開路電壓并且更接近最小允許電壓Vmin。詳言之，在電池是利用點(diǎn)劃線允許輸出功率估計(jì)值進(jìn)行輸出(放電)的情況下，此允許輸出功率估計(jì)值會突破最小允許電壓Vmin而使得電池有可能由于充電過度而劣化。然而，在實(shí)施方式2中，視在開路電壓V0/C(s)是由估計(jì)系數(shù)參數(shù)和開路允許電壓Vmin計(jì)算出的。利用V0和V0/C(s)中更接近最小允許電壓Vmin的一個(gè)、估計(jì)系數(shù)參數(shù)和最小允許電壓Vmin來估計(jì)允許輸出功率Pout。由此，在圖9A至9J的情況下，允許輸出功率估計(jì)值(實(shí)線)是利用更接近最小允許電壓Vmin的開路電壓V0計(jì)算出的。由此，允許輸出功率的估計(jì)值與實(shí)際值足夠符合，并且允許輸出功率估計(jì)值沒有可能突破電池的最小允許電壓Vmin。應(yīng)該指出，在示于圖6和7的步驟S20A和S20B中描述的繼電器對應(yīng)于示于圖2的繼電器70。
此處援引日本專利申請No.2003-054035(在日本登記日期2003年2月28日)整個(gè)內(nèi)容作為參考。本發(fā)明的范圍參照下面的各項(xiàng)權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種用于二次電池的估計(jì)裝置，包括檢測二次電池的充電和放電電流(I)的電流檢測單元；檢測二次電池兩端的端電壓(V)的電壓檢測單元；利用輸入到自適應(yīng)數(shù)字濾波器的所測量的電流(I)和端電壓(V)，至少在下述方程(1)和(2)之一一次同時(shí)綜合估計(jì)所有參數(shù)(θ)的參數(shù)估計(jì)單元，所述自適應(yīng)數(shù)字濾波器使用在其參數(shù)需要估計(jì)的下述方程(1)和(2)的相應(yīng)一個(gè)中描述的電池模型；利用電流(I)、端電壓(V)和參數(shù)估計(jì)值(θ)來計(jì)算開路電壓(Vo)的開路電壓計(jì)算單元；根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)和開路電壓(Vo)來估計(jì)二次電池的允許輸入功率(Pin)的允許輸入功率估計(jì)單元；以及根據(jù)參數(shù)估計(jì)值和開路電壓(Vo)來估計(jì)二次電池的允許輸出功率(Pout)的允許輸出功率估計(jì)單元；方程(1)是V=B(s)A(s)·I+1C(s)·Vo...(1),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk,]]>B(s)=Σk=0nbk·sk,]]>C(s)=Σk=0nck·sk,]]>s表示拉普拉斯變換算子，A(s)、B(s)和C(s)表示s的每個(gè)多項(xiàng)式(n表示次數(shù))，a1≠0、b1≠0、c1≠0，并且方程(2)為V=B(s)A(s)·I+1A(s)·Vo...(2),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk]]>及B(s)=Σk=0nbk·sk.]]>
2.如權(quán)利要求1所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中自適應(yīng)數(shù)字濾波器使用在方程(1)中描述的電池模型，參數(shù)估計(jì)單元一次同時(shí)綜合估計(jì)方程(1)中的所有參數(shù)(θ)，并且其中在假設(shè)二次電池即將變?yōu)轭A(yù)先確定的過度充電時(shí)的二次電池的端電壓為最大允許電壓(Vmax)，并且假設(shè)二次電池即將變?yōu)轭A(yù)先確定的過度放電時(shí)的二次電池的端電壓為最小允許電壓(Vmin)的情況下，允許輸入功率估計(jì)單元根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)、開路電壓(Vo)和最大允許電壓(Vmax)對二次電池的允許輸入功率(Pin)進(jìn)行估計(jì)，并且允許輸出功率估計(jì)單元根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)、開路電壓(Vo)和最小允許電壓(Vmin)對二次電池的允許輸出功率(Pout)進(jìn)行估計(jì)。
3.如權(quán)利要求2所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中允許輸入功率估計(jì)單元根據(jù)參數(shù)估計(jì)值和開路電壓(Vo)計(jì)算Vo/C(s)，并且允許輸入功率估計(jì)單元根據(jù)開路電壓(Vo)和計(jì)算出的(Vo/C(s))兩者之中其值更接近最大允許電壓(Vmax)的一個(gè)、參數(shù)估計(jì)值(θ)和最小允許電壓(Vmin)對二次電池的允許輸入功率(Pin)進(jìn)行估計(jì)。
4.如權(quán)利要求2所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中允許輸出功率估計(jì)單元根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)和開路電壓(Vo)計(jì)算Vo/C(s)，并且允許輸出功率估計(jì)單元根據(jù)開路電壓(Vo)和計(jì)算出的Vo/C(s)兩者之中其值更接近最小允許電壓(Vmin)的一個(gè)、參數(shù)估計(jì)值(θ)和最大允許電壓(Vmax)對二次電池允許輸出功率(Pout)進(jìn)行估計(jì)。
5.如權(quán)利要求2所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中允許輸入功率估計(jì)單元根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)和開路電壓(Vo)計(jì)算Vo/C(s)，并且允許輸入功率估計(jì)單元根據(jù)開路電壓(Vo)和計(jì)算出的Vo/C(s)兩者之中其值更接近最大允許電壓(Vmax)的一個(gè)、參數(shù)估計(jì)值(θ)和最大允許電壓(Vmax)對二次電池的允許輸入功率(Pin)進(jìn)行估計(jì)，并且其中允許輸出功率估計(jì)單元根據(jù)開路電壓(Vo)和計(jì)算出的Vo/C(s)兩者之中其值更接近最小允許電壓(Vmin)的一個(gè)對二次電池的允許輸出功率(Pout)進(jìn)行估計(jì)。
6.如權(quán)利要求5所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中當(dāng)在時(shí)間點(diǎn)k計(jì)算出的開路電壓Vo(k)等于或高于視在開路電壓V′o(k)時(shí)，允許輸入功率估計(jì)單元利用下式對允許輸入功率(Pin)進(jìn)行估計(jì) 其中Iin_max表示由下式V＝K·I+V0計(jì)算出的對二次電池的最大輸入電流，其中e替換K，Vmax代入到V，Iin_max替換I，而Vo(k)替換Vo，V0(k)＝ΔVo(k)+V_ini，其中V0(k)替換ΔVo(k)，V_ini表示當(dāng)二次電池?zé)o電流流動時(shí)的端電壓的初始值，并且e＝K+h·T1K，其中K表示與二次電池的內(nèi)阻相對應(yīng)的參數(shù)估計(jì)值(θ)之一，以及當(dāng)在時(shí)間點(diǎn)k計(jì)算出的開路電壓V0(k)低于視在開路電壓V′0(k)時(shí)，利用下式對允許輸入功率(Pin)進(jìn)行估計(jì) 其中b＝T3+T1T3，T1和T3表示時(shí)間常數(shù)，在時(shí)間點(diǎn)k計(jì)算出的開路電壓V0(k)低于視在開路電壓V′0(k)，其中V0(k)＝ΔVo(k)+V_ini，其中V0(k)＝ΔVo(k)。
7.如權(quán)利要求6所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中當(dāng)在時(shí)間點(diǎn)k計(jì)算出的開路電壓Vo(k)等于或高于視在開路電壓V′o(k)時(shí)，允許輸出功率估計(jì)單元利用下式對允許輸出功率(Pout)進(jìn)行估計(jì) 以及當(dāng)在時(shí)間點(diǎn)k計(jì)算出的開路電壓V0(k)低于在時(shí)間點(diǎn)k的視在開路電壓V′0(k)時(shí)，允許輸出功率估計(jì)單元利用下式對允許輸出功率(Pout)進(jìn)行估計(jì)
8.如權(quán)利要求7所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中ΔV′0=1T3·s+1·ΔV0≅1b·s+1·ΔV0]]>對應(yīng)于Vo/C(s)并且其中ΔV0=(T1·s+1)G2(s)·V0=a·V6+b·V5+V4-c·I6-d·I5-e·I4,]]>和其中a＝T1·T3，b＝T1+T3，c＝K·T2-T3，d＝K·(T2+T3)，e＝K+h·T1≈K，G2(s)表示低通濾波器，T1、T2和T3每個(gè)都表示時(shí)間常數(shù)，并且
9.如權(quán)利要求8所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中在時(shí)間點(diǎn)k開路電壓(Vo(k))由下式估計(jì)(T1·s+1)G2(s)·V0=1G2(s)(a·s2+b·s+1)·V-1G2(s)(c·s2+d·s+K)·I.]]>
10.如權(quán)利要求9所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中參數(shù)估計(jì)單元對用于方程(1)中的參數(shù)進(jìn)行如下一次綜合估計(jì)θ=-a-bcdef]]>其中f＝h并且h表示從下式導(dǎo)出的可變效率Vo=hs·I.]]>
11.如權(quán)利要求10所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中方程(1)在等效電路模型中整理為如下表現(xiàn)形式V=K·(T2·s+1)T1·s+1·I+1T3·s+1·Vo.]]>
12.如權(quán)利要求1所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中自適應(yīng)數(shù)字濾波器使用在方程(2)中描述的電池模型，并且參數(shù)估計(jì)單元一次綜合估計(jì)方程(2)中的全部參數(shù)(θ)。
13.如權(quán)利要求12所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中在假設(shè)二次電池即將變?yōu)轭A(yù)先確定的過度充電時(shí)的二次電池的端電壓為最大允許電壓(Vmax)，并且假設(shè)二次電池即將變?yōu)轭A(yù)先確定的過度放電時(shí)的二次電池的端電壓為最小允許電壓(Vmin)的情況下，允許輸入功率估計(jì)單元根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)、開路電壓(Vo)和最大允許電壓(Vmax)對二次電池的允許輸入功率(Pin)進(jìn)行估計(jì)，并且允許輸出功率估計(jì)單元根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)、開路電壓(Vo)和最小允許電壓(Vmin)對二次電池的允許輸出功率(Pout)進(jìn)行估計(jì)。
14.如權(quán)利要求13所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中允許輸入功率估計(jì)單元利用下式對允許輸入功率(Pin)進(jìn)行估計(jì) 其中Iin_max表示由下式V＝K·I+V0計(jì)算出的對二次電池的最大輸入電流，其中Vmax替換V，K表示與參數(shù)估計(jì)值(θ)之一相對應(yīng)的二次電池的內(nèi)阻，并且Iin_max替換I。
15.如權(quán)利要求14所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中允許輸出功率估計(jì)單元利用下式對允許輸出功率(Pout)進(jìn)行估計(jì) 其中Iout_max是由方程V＝K·I+Vo計(jì)算出的最大輸出電流，式中Vmin替換V，而Iout_max替換I。
16.如權(quán)利要求15所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中開路電壓計(jì)算單元計(jì)算在時(shí)間點(diǎn)k的開路電壓估計(jì)值V0(k)如下V0(k)＝ΔV0(k)+V_ini，其中V_ini表示端電壓的初始值，此時(shí)無電流流入二次電池并且ΔV0(k)＝ΔV0＝Glp(s)·V0＝V1+T1·V2-K·T2·I2-K·I1，其中 其中Glp(s)表示低通濾波器，p表示確定Glp(s)的響應(yīng)特性的常數(shù)，而T1和T2表示以方程(2)表示的二次電池的等效電路模型的時(shí)間常數(shù)。
17.如權(quán)利要求16所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中參數(shù)估計(jì)單元一次綜合估計(jì)在方程(2)中使用的全部參數(shù)如下θ=-T1K·T2Kh]]>其中h表示可變效率并且是從下式導(dǎo)出的Vo=hs·I.]]>
18.如權(quán)利要求16所述的用于二次電池的估計(jì)裝置，其中，在方程(2)中，當(dāng)(T1·s+1)替換A(s)和K·(T2·S+1)替換B(s)時(shí)，下式成立V=K·(T2·s+1)T1·s+1·I+1T1·s+1·Vo.]]>
19.一種用于二次電池的估計(jì)裝置，包括檢測二次電池的充電和放電電流(I)的電流檢測裝置；檢測二次電池兩端的端電壓(V)的電壓檢測裝置；利用輸入到自適應(yīng)數(shù)字濾波器的所測量的電流(I)和端電壓(V)，至少在下述方程(1)和(2)之一一次同時(shí)綜合估計(jì)所有參數(shù)(θ)的參數(shù)估計(jì)裝置，所述自適應(yīng)數(shù)字濾波器使用在其參數(shù)需要估計(jì)的下述方程(1)和(2)的相應(yīng)一個(gè)中描述的電池模型；利用電流(I)、端電壓(V)和參數(shù)估計(jì)值(θ)來計(jì)算開路電壓(Vo)的開路電壓計(jì)算裝置；根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)和開路電壓(Vo)來估計(jì)二次電池的允許輸入功率(Pin)的允許輸入功率估計(jì)裝置；以及根據(jù)參數(shù)估計(jì)值和開路電壓(Vo)來估計(jì)二次電池的允許輸出功率(Pout)的允許輸出功率估計(jì)裝置；方程(1)是V=B(s)A(s)·I+1C(s)·Vo...(1),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk,]]>B(s)=Σk=0nbk·sk,]]>C(s)=Σk=0nck·sk,s]]>s表示拉普拉斯變換算子，A(s)、B(s)和C(s)表示s的每個(gè)多項(xiàng)式(n表示次數(shù))，a1≠0、b1≠0、c1≠0，并且方程(2)為V=B(s)A(s)·I+1A(s)·Vo...(2),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk]]>及B(s)=Σk=0nbk·sk.]]>
20.一種用于二次電池的估計(jì)方法，包括檢測二次電池的充電和放電電流(I)；檢測二次電池兩端的端電壓(V)；利用輸入到自適應(yīng)數(shù)字濾波器的所測量的電流(I)和端電壓(V)，至少在下述方程(1)和(2)之一一次同時(shí)綜合估計(jì)所有參數(shù)(θ)，所述自適應(yīng)數(shù)字濾波器使用在其參數(shù)需要估計(jì)的下述方程(1)和(2)的相應(yīng)一個(gè)中描述的電池模型；利用電流(I)、端電壓(V)和參數(shù)估計(jì)值(θ)來計(jì)算開路電壓(Vo)；根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)和開路電壓(Vo)來估計(jì)二次電池的允許輸入功率(Pin)；以及根據(jù)參數(shù)估計(jì)值和開路電壓(Vo)來估計(jì)二次電池的允許輸出功率(Pout)；方程(1)是V=B(s)A(s)·I+1C(s)·Vo...(1),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk,]]>B(s)=Σk=0nbk·sk,]]>C(s)=Σk=0nck·sk,]]>s表示拉普拉斯變換算子，A(s)、B(s)和C(s)表示s的每個(gè)多項(xiàng)式(n表示次數(shù))，a1≠0、b1≠0、c1≠0，并且方程(2)為V=B(s)A(s)·I+1A(s)·Vo...(2),]]>其中A(s)=Σk=0nak·sk]]>及B(s)=Σk=0nbk·sk.]]>
全文摘要
在用于二次電池的允許輸入和輸出功率的估計(jì)裝置和方法中，根據(jù)參數(shù)估計(jì)值(θ)和開路電壓(Vo)估計(jì)二次電池的允許輸入功率(P
文檔編號H01M10/48GK1525592SQ200410007280
公開日2004年9月1日 申請日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者湯本大次郎, 中村英夫, 夫 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社