專利名稱：二次電池的電力控制方法及電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制二次電池電量的方法及電源裝置，例如涉及進(jìn)行驅(qū)動車輛行駛用馬達(dá)的電源裝置中所包含的電池的電量限制的方法及電源裝置。
背景技術(shù)：
電源裝置，通過增多電池或?qū)坞姵卮?lián)或并聯(lián)連接而成的電源組件的個數(shù)而能夠增大輸出電流，另外，利用串聯(lián)連接的串聯(lián)個數(shù)能夠提高輸出電壓。特別是，在要求大輸出的用途、例如汽車等車輛、自行車、工具等所使用的電源裝置中，能夠采用將多個電池串聯(lián)連接而增大輸出的結(jié)構(gòu)。例如，在像復(fù)合動力汽車或燃料電池車等這樣靠馬達(dá)行駛的車輛用電源裝置中所使用的大電流、大輸出用電源，更是將串聯(lián)連接多個電池而成的電池組件進(jìn)行串聯(lián)連接而增高輸出電壓，用以增大驅(qū)動馬達(dá)的輸出。
這種電源裝置中，為了可靠性高地連續(xù)使用電池，限制輸出以使電池在安全狀態(tài)使用是很重要的。例如，若發(fā)生過放電和過充電等，則電池的壽命降低。為此，必須在電池放電時和充電時等限制能夠使用的電量。不過，電池的能夠使用的電力隨著殘余容量而變動。電池的殘余容量(state-of-charge(SOC))，一般是從充滿電的狀態(tài)減去放電容量而檢測的。放電容量是累積放電電流而運算的。電池的殘余容量，由電流和時間的積、即Ah表示，或者可以以充滿電的容量(Ah)為100％，由相對于充滿電容量的比率(％)表示殘余容量。以任意狀態(tài)表示殘余容量，也都是從充滿電的狀態(tài)減去放電容量而檢測的。只是，由放電電流的累積值檢測的殘余容量，常常未定與電池的準(zhǔn)確的殘余容量一致。那是因為放電電流的大小和溫度成為殘余容量檢測誤差的原因。這樣，準(zhǔn)確地檢測電池的殘余容量是很困難的，即使是相同電流、電壓值，也由于殘余容量和電池溫度等不同而能夠使用的電量不同。特別是若發(fā)生所謂的記憶效果，則實質(zhì)上電池的容量降低，因此，其殘余容量檢測更加困難。所謂記憶效果，是使鎳鎘電池和鎳氫電池等以淺的放電深度進(jìn)行循環(huán)充放電的情況下，深放電時暫時性地放電電壓降低的現(xiàn)象。由于記憶效果而使電池的殘余容量變化，從而，不能推定準(zhǔn)確的電池殘余容量。若錯誤地檢測殘余容量，則有時在電池充放電時進(jìn)行施加過大負(fù)載的動作，成為顯著降低電池壽命的原因。還有，另一方面，由于電池本身放電而使殘余容量變化。由于這些要因，從而推測電池的殘余容量很困難，把握準(zhǔn)確的殘余容量是極為困難的。
考慮到記憶效果等的發(fā)生，也想到為了安全而預(yù)先將能夠使用的電量設(shè)定得低，不過，其使用是犧牲了本來能夠使用的電力并降低電池的輸出，不能充分發(fā)揮電池本來的性能。相反，若將電池的能夠使用的電量設(shè)定得高，則擔(dān)心超過實際上能夠合理使用的電量而進(jìn)行充放電，成為降低電池壽命的原因。
專利文獻(xiàn)1特開昭56-126776號公報發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明即是為了解決現(xiàn)有的這些問題點而產(chǎn)生的，其主要目的在于提供一種能夠?qū)?yīng)于電池狀態(tài)合理設(shè)定電池的能夠使用的電量的二次電池的電力控制方法及電源裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第1方案是一種進(jìn)行二次電池充放電時對電力使用量加以限制的二次電池的電力控制方法，根據(jù)流過二次電池的充放電電流、充放電電壓決定二次電池的電流—電壓特性的函數(shù)，由用以防止二次電池過放電的規(guī)定的下限電壓Vmin及/或用以防止過充電的規(guī)定的上限電壓Vmax、與函數(shù)的交點，求得放電限制電流Imax及/或充電限制電流Imin，進(jìn)行控制使該放電限制電流Imax以上的電流及/或充電限制電流Imin以下的電流不對二次電池通電。從而，能夠在考慮到記憶效果等的基礎(chǔ)上控制能夠使用的電量，能夠在安全的范圍最大限使用二次電池。
另外，本發(fā)明的第2方案的二次電池的電力控制方法，是一種進(jìn)行二次電池充放電時對電力使用量加以限制的二次電池的電力控制方法，測定流過二次電池的充放電電流IL及充放電電壓VL，根據(jù)它們計算二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro，由以下式[數(shù)式5]VL＝VOCV-RoIL所表示的直線、與用以防止二次電池過放電的規(guī)定的下限電壓Vmin及/或用以防止過充電的規(guī)定的上限電壓Vmax的交點，求得放電限制電流Imax及/或充電限制電流Imin，進(jìn)行控制以使該放電限制電流Imax以上的電池及/或充電限制電流Imin以下的電流不對二次電池通電。從而，能夠在考慮到記憶效果等的基礎(chǔ)上控制能夠使用的電量，能夠在安全的范圍最大限使用二次電池。
還有，本發(fā)明的第3方案的二次電池的電力控制方法，定期地測定二次電池的放電中的放電電壓V1、放電電流I1，利用由上述數(shù)式1得到的下式[數(shù)式6]VOCV＝VL+RoIL更新VOCV，由反映其VOCV的數(shù)式5與用以防止二次電池過放電的規(guī)定的下限電壓Vmin的交點，求得放電限制電流Imax，進(jìn)行控制以使該放電限制電流Imax以上的電流不對二次電池通電。從而，在二次電池放電中的各時刻，可以知道還能夠增加的放電電流的上限，因此，能夠?qū)⒎烹婋娏髦悼刂圃谠摲秶?，安全且在可能的范圍最大限使用二次電池。特別是，即使隨著放電狀態(tài)而從上述直線上脫離時，也能安全地使用二次電池。
再有，本發(fā)明的第4方案的二次電池的電力控制方法，定期地測定二次電池充電中的充電電壓V2、放電電流I1，根據(jù)數(shù)式6更新VOCV，由反映其VOCV的數(shù)式5與用以防止二次電池過充電的規(guī)定的上限電壓Vmax的交點，求得充電限制電流Imin，進(jìn)行控制使該放電限制電流Imin以上的電流不對二次電池通電。從而，在二次電池放電中的各時刻，可以知道還能夠增加的充電電流的上限，因此，能夠?qū)⒊潆婋娏髦悼刂圃谠摲秶?，安全且在可能的范圍最大限充電二次電池。特別是，即使隨著充電狀態(tài)而從上述直線上脫離時，也能安全地使用二次電池。
再有，本發(fā)明的第5方案的二次電池的電力控制方法，由放電中某一時刻運算的二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro，利用下式 P1imd＝Vmin×(VOCV-Vmin)/Ro運算在那個時刻能夠放電的最大放電電量P1imd。從而，可以知道在二次電池放電中的各時刻能夠輸出的電力量，因此，能夠?qū)⒎烹婋娏χ悼刂圃谠摲秶?，能夠安全且在可能的范圍?nèi)最大限放電二次電池。
再有，本發(fā)明的第6方案的二次電池的電力控制方法，由充電中某一時刻運算的二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro，利用下式[數(shù)式8]P1imc＝Vmax×(Vmax-VOCV)/Ro運算在那個時刻能夠充電的最大放電電量P1imc。從而，可以知道在二次電池放電中的各時刻能夠充電的電力量，因此，能夠?qū)⒊潆婋娏χ悼刂圃谠摲秶?，能夠安全且在可能的范圍?nèi)最大限充電二次電池。
再有，本發(fā)明的第7方案的二次電池的電力控制方法，不驅(qū)動與二次電池連接的連接設(shè)備時，重復(fù)多次脈沖放電，檢測放電電流及放電電壓，根據(jù)放電電流IL及放電電壓VL，更新二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro。
再有，本發(fā)明的第8方案的電池裝置，具備具有多個二次電池的電池單元20、用以檢測上述電池單元20中所包含的二次電池電壓的電壓檢測部12、用以檢測上述電池單元20中包含的二次電池溫度的溫度檢測部14、用以檢測上述電池單元20中所包含的二次電池電流的電流檢測部16、運算從上述電壓檢測部12、溫度檢測部14和電流檢測部16輸入的信號而檢測二次電池的最大限制電流值的控制運算部18和將控制運算部18中運算的殘余容量和最大限制電流值等向連接設(shè)備傳送的通信處理部19，控制運算部18根據(jù)流過二次電池的充放電電流、充放電電壓的至少任意一個，決定二次電池的電流-電壓特性的函數(shù)，由用以防止二次電池過放電的規(guī)定的下限電壓Vmin及/或用以防止過充電的規(guī)定的上限電壓Vmax與函數(shù)的交點，求得放電限制電流Imax及/或充電限制電流Imin，進(jìn)行控制使該放電限制電流Imax以上的電流及/或充電限制電流Imin以下的電流不對二次電池通電。從而，能夠在考慮到記憶效果等的基礎(chǔ)上控制能夠使用的電量，能夠在安全的范圍最大限使用二次電池。
發(fā)明的效果本發(fā)明的二次電池的電力控制方法及電源裝置，不論二次電池的殘余容量多少都能夠運算能夠使用的最大電量。特別是在依賴于殘余容量的電力控制中，若錯誤推定殘余容量則會擔(dān)心有損準(zhǔn)確性，不過，本發(fā)明中，不管殘余容量的推定準(zhǔn)確與否，都能夠穩(wěn)定進(jìn)行電力控制，能夠可靠性高地有效利用電源裝置。


圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的電源裝置構(gòu)成的框圖。
圖2是表示電源的內(nèi)部電阻Ro及開路電壓VOCV、電池電壓VL及電池電流IL關(guān)系的電路圖。
圖3是表示電池充放電時的電流-電壓特性的曲線圖。
圖4表示放電中的放電限制電流的運算方法，其中，(a)表示未放電時的最大放電限制電流Imax的決定方法；(b)表示放電中的最大放電限制電流Imax1的決定方法。
圖5是表示放電中更新內(nèi)部電阻、開路電壓時的曲線圖。
圖6表示充電中的充電限制電流的運算方法，其中，(a)表示未充電時的最大充電限制電流Imin的決定方法；(b)表示充電中的最大充電限制電流Imin1的決定方法。
圖7是表示充電中更新內(nèi)部電阻、開路電壓時的曲線圖。
圖中，100-電源裝置；10-殘余容量檢測裝置；11-存儲器；12-電壓檢測部；14-溫度檢測部；16-電流檢測部；17-溫度傳感器；18-控制運算部；19-通信處理部；20-電池單元；22-二次電池；30-連接設(shè)備通信端子。
具體實施例方式
下面，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。而以下所示的實施方式，只是例示用以使本發(fā)明的技術(shù)思想具體化的二次電池的電力控制方法及電源裝置，本發(fā)明并未僅將二次電池的電力控制方法及電源裝置特定為以下形式。另外，其專利要求范圍所示的構(gòu)件，決不是特定為實施方式的構(gòu)件。還有，各附圖所示的構(gòu)件的大小和位置關(guān)系等，為了明確說明而有時會有所夸張。再有，以下說明中，關(guān)于同一名稱、符號，表示同一或等同構(gòu)件，適當(dāng)省略其詳細(xì)說明。再有，構(gòu)成本發(fā)明的各要素，可以是由同一構(gòu)件構(gòu)成多個要素、以一個構(gòu)件兼用多個要素的形態(tài)，且反之，也能夠由多個構(gòu)件分擔(dān)實現(xiàn)一個構(gòu)件的機(jī)能。
(電源裝置100)圖1表示本發(fā)明的一實施方式的電源裝置的構(gòu)成的框圖。該圖所示的電源裝置100，具備包含二次電池22的電池單元20和殘余容量檢測裝置10。殘余容量檢測裝置10，具備用以檢測電池電壓的電壓檢測部12、用以檢測電池溫度的溫度檢測部14、用以檢測電池中所流電流的電流檢測部16和用以運算從電壓檢測部12、溫度檢測部14和電流檢測部16輸入的信號并檢測電池殘余容量、同時根據(jù)殘余容量和電池溫度等檢測電池單元20的最大限制電流值的控制運算部18以及將運算的殘余容量和最大限制電流值等向連接設(shè)備傳送的通信處理部19。通信處理部19與連接設(shè)備通信端子30連接。通信處理部19，介由連接設(shè)備通信端子30而與連接設(shè)備連接，向連接設(shè)備傳送表示殘余容量和最大限制電流值的信號。該例中，作為連接設(shè)備，采用汽車等車輛，將電源裝置100搭載在車輛上，驅(qū)動使車輛行駛的馬達(dá)M。通信處理部19與設(shè)置在車輛上的車輛側(cè)控制部連接而進(jìn)行通信。以下，關(guān)于車輛用電源裝置進(jìn)行說明。
內(nèi)置于電池單元20內(nèi)的二次電池22為鎳氫電池。不過，電池也可以采用由鎳鎘電池和鋰離子二次電池等。另外，電池，將一個或多個串聯(lián)、或并聯(lián)、或串聯(lián)與并聯(lián)組合連接。
電壓檢測部12，檢測內(nèi)置于電池單元20中的二次電池22的電壓。圖中的電池單元20，串聯(lián)連接多個二次電池22，因此，電壓檢測部12檢測串聯(lián)連接的電池的總電壓。電壓檢測部12，將檢測的電壓作為模擬信號向控制運算部18輸出，或者利用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號向控制運算部18輸出。電壓檢測部12，以一定的取樣周期或者連續(xù)地檢測電池電壓，將檢測的電壓向控制運算部18輸出。
溫度檢測器14，具備檢測內(nèi)置于電池單元20內(nèi)的電池溫度的溫度傳感器17。溫度傳感器17，與電池表面接觸，或者介由熱傳導(dǎo)材料而與電池接觸，還或者接近電池表面與電池?zé)狁詈隙鴻z測電池溫度。溫度傳感器17為熱敏電阻。不過，溫度傳感器17，可以使用PTC和變阻器(varistor)等能夠?qū)囟绒D(zhuǎn)換成電阻的所有元件。另外，溫度傳感器17，也可以使用檢測從電池放射的紅外線而能夠以與電池不接觸的狀態(tài)檢測溫度的元件。溫度檢測部14，也將檢測的電池溫度以模擬信號向控制運算部18輸出，或者利用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號向控制運算部18輸出。溫度檢測部14，以一定的取樣周期或者連續(xù)地檢測電池溫度，將檢測的電池溫度向控制運算部18輸出。
電流檢測器16，與電池串聯(lián)地連接電阻元件，以規(guī)定周期檢測感應(yīng)在該電池元件兩端的電壓，檢測電池中所流的放電電池。電阻元件為低電阻的電阻器。不過，電阻元件也可以使用晶體管和FET等半導(dǎo)體。電池的充電電流和放電電流其電流流向相反，因而，在電阻元件上感應(yīng)的正負(fù)極性顛倒。從而，由電阻元件的極性判定為放電電流，能夠利用在電阻元件上感應(yīng)的電壓檢測電流。原因是電流與感應(yīng)在電阻元件上的電壓呈比例。該電流檢測部16能夠準(zhǔn)確地檢測電池的放電電流。不過，電流檢測部16，也可以采用由引線中所流電流檢測漏泄到外部的磁力線從而檢測電流的結(jié)構(gòu)。電流檢測部16，也將檢測的放電電流以模擬信號向控制運算部18輸出，或者利用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號向控制運算部18輸出。電流檢測部16，以一定的取樣周期或者連續(xù)地檢測放電電流，將檢測的放電電流向控制運算部18輸出。
從電壓檢測部12、溫度檢測部14和電流檢測部16以一定的取樣周期向控制運算部18輸出數(shù)值信號的裝置，錯開從各個檢測部向控制運算部18輸出數(shù)字信號的定時，從而順序地向控制運算部18輸出數(shù)字信號。
控制運算部18，累積電池的放電電流而檢測放電容量，減去檢測的放電容量來運算電池的殘余容量。例如，若充滿電容量為1000mAh的電池放電500mAh，則殘余容量為50％。從而，隨著充滿電的電池放電，殘余容量逐漸降低。另外，控制運算部18，如后述進(jìn)行限制能夠使用的電流量和電壓量等的電力限制。有關(guān)電力限制所必需的值和數(shù)據(jù)、設(shè)定等存儲在與控制運算部18連接的存儲器11中。存儲器11可以利用E2PROM等不易失性存儲器和RAM等易失性存儲器。
(非充放電時的二次電池的電力控制方法)用電源裝置驅(qū)動車輛，必須準(zhǔn)確地檢測電池的殘余容量。電池的殘余容量，一般是檢測充電電流和放電電流，累積檢測的電流進(jìn)行運算。該方法，是從充電電流減去放電電流運算殘余容量。充電容量是累積充電電流進(jìn)行運算。放電容量是累積放電電流進(jìn)行運算。由充電容量和放電容量運算殘余容量的方式，使二次電池22為鋰離子電池或者鎳氫電池還有鎳鎘電池時都能夠運算殘余容量。不過，殘余容量由于放電電流和電池溫度而產(chǎn)生誤差。電源裝置，監(jiān)控二次電池的狀態(tài)，并規(guī)定在那個時刻能夠使用的電量作為最大電流值和最大電壓值。這些最大電流值等根據(jù)殘余容量決定。不過，若錯誤檢測殘余容量，則這些最大電流值的運算也不準(zhǔn)確，從而，根據(jù)二次電池的狀態(tài)，則會擔(dān)心超過這些最大電流值等而進(jìn)行充放電，從而，擔(dān)心電池溫度和內(nèi)壓上升、電池壽命降低等有損穩(wěn)定性和可靠性等。為此，本實施方式中不是根據(jù)二次電池的殘余容量進(jìn)行電力限制，而是采用由電池電壓及電流的實測值運算二次電池的開路電壓和內(nèi)部電阻、根據(jù)這些規(guī)定最大電流值的方法。以下說明中，關(guān)于由電壓進(jìn)行相對于電池充放電的限制的方法進(jìn)行說明。
若以如圖2所示的電路近似地表示電池單元20所包含的二次電池，則電池電流IL及電池電壓VL由開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro如下式表示。
VL＝VOCV-RoIL若根據(jù)上式圖示電池單元的電流-電壓特性，則能夠由如圖3所示的曲線圖表示。該曲線圖，表示電池電壓及電流在充電時、放電時變化的狀態(tài)，圖中分別是右側(cè)表示放電時、左側(cè)表示充電時。電池電流IL及電池電壓VL能夠測定，因此，在圖1的電路中，若充放電時由電壓檢測部12及電流檢測部16檢測多個它們的值，則由聯(lián)立方程式能夠求得二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro。開路電壓VOCV相當(dāng)于電池的開路電壓。這種圖3的直線能夠由各種方法求得。例如，若測定多個電池電流IL及電池電壓VL，則這種測定值發(fā)生偏差，從而，不成為直線狀，也能夠利用最小2乘法等求得近似的直線。內(nèi)部電阻Ro，也能夠利用測定時刻的ΔI(電流變化量)、ΔV(電壓變化量)，以內(nèi)部電阻Ro作為ΔV/ΔI進(jìn)行運算而求得。
另外，作為求得二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro的方法之一，開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro的運算，在不進(jìn)行車輛驅(qū)動時，重復(fù)多次脈沖放電，檢測放電電流及放電電壓，根據(jù)放電電流IL及放電電壓VL，計算二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro。車輛驅(qū)動時，依賴于驅(qū)動狀態(tài)放電、充電，因此，運算開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro很難獲得期望的狀態(tài)(在電流值有變化的放電時進(jìn)行運算，得到多個內(nèi)部電阻Ro)，不過，該方法，在不進(jìn)行車輛驅(qū)動時，重復(fù)多次脈沖放電，因此，能夠得到穩(wěn)定的開路電壓VOCV及內(nèi)部電阻Ro。作為一個可利用的求得開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro的方法，內(nèi)部電阻Ro可預(yù)先作成與溫度有依賴關(guān)系的圖表，利用它作為初始值。并且，開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro被定期地運算、更新，例如，開路電壓VOCV是以每0.1秒、內(nèi)部電阻Ro是以每放電一次這樣規(guī)定的定時更新各值。
在此，設(shè)定用以防止二次電池過放電的下限電壓Vmin及用以防止過充電的上限電壓Vmax。下限電壓Vmin及上限電壓Vmax，對應(yīng)于使用的二次電池的種類和特性等決定最佳值。并且，由圖3的直線和這些下限電壓Vmin及上限電壓Vmax的交點，求得放電限制電流Imax及充電限制電流Imin。根據(jù)這些值，控制運算部18，為了使放電限制電流Imax以上的電流及/或充電限制電流Imin以下的電流(即，絕對值Imin以上)不對二次電池通電而限制充放電。這樣，圖3所得的放電限制電流Imax、充電限制電流Vmin，若表示為計算式，則可以作為Imax＝(VOCV-Vmin)/R、Imin＝(Vmax-VOCV)/R進(jìn)行運算。如上所述，能夠由圖3及上述計算式，求得放電限制電流Imax、充電限制電流Vmin，這是由于以下理由。非充放電時的VOCV，在下一個規(guī)定周期或自那個時刻規(guī)定期間后，當(dāng)考慮所測定電流(即能夠放電或充電的電流)的允許范圍時，則關(guān)于允許的電壓，不會超過下限電壓Vmin、上限電壓Vmax。即最大只允許VOCV-Vmin、Vmax-VOCV的電壓差量。最大限流動的電流相當(dāng)于使電壓差量的電壓短路的狀態(tài)，此時的電阻相當(dāng)于短路狀態(tài)，因此，只為內(nèi)部電阻Ro，電流值如上述，利用Imax＝(VOCV-Vmin)/R、Imin＝(Vmax-VOCV)/R，能夠得到最大限的放電限制電流Imax、充電限制電流Vmin。
(充放電時的二次電池的電力控制方法)
以上，關(guān)于運算沒有充放電時能夠最大通電的充放電電流值的方法進(jìn)行了說明。即，要求得放電電流0A的時刻的最大放電電流值及充電電流0A的時刻的最大充電電流值，能夠適用上述方法。另一方面，關(guān)于正在進(jìn)行充放電中能夠充放電的最大電流值，用上述方法則擔(dān)心不能準(zhǔn)確地運算。特別是擔(dān)心充放電時內(nèi)部電阻Ro及開路電壓VOCV的值變化，有時電池電流及電壓從表示圖3的電流-電壓特性的直線上脫離。關(guān)于運算這種充放電中充放電電流最大值的方法，以下，順次說明。
(放電時的二次電池的電力控制方法)圖4表示放電中的放電限制電流的運算方法，分別是圖4(a)，與圖3同樣表示未放電即放電電流0A的時刻的最大放電限制電流Imax的決定方法，圖4(b)表示放電中的最大放電限制電流Imax1的決定方法。如上所述，由圖4(a)決定表示電流-電壓特性的直線，同時，利用該直線與下限電壓Vmin的交點得到最大放電限制電流Imax。圖4例中，在電流I1下由電壓檢測部12檢測放電中的電池電壓V1。如圖4(b)所示，(I1，V1)點位于數(shù)式8所示的直線上，可以求得在V1的直線上的電流值I1。在該時刻，在下一個規(guī)定周期或自那個時刻規(guī)定期間后，被測定的放電電流的允許范圍可以如以下決定。在該時刻，關(guān)于允許的電壓，不會超過下限電壓Vmin，因此即由圖4(b)可知，最大只允許V1-Vmin的電壓差量，最大放電電流Imax1為(Imax-I1)。若利用計算式，則最大只允許V1-Vmin的電壓差量的電流，為除以內(nèi)部電阻Ro而算得的值、Imax1＝(V1-Vmin)/Ro。從而，該時刻的最大放電限制電流Imax1可以作為(Imax-I1)運算。圖4(b)的例中，最大放電限制電流Imax1為小于(Imax-I1)的值，以該值作為上限控制放電電流從而能夠保護(hù)二次電池。
接下來，對放電中，更新內(nèi)部電阻、開路電壓的情況進(jìn)行說明。圖5中，經(jīng)由電流檢測部16檢測電流I1，經(jīng)由電壓檢測部12檢測放電中的電池電壓V1。如圖5所示，(I1，V1)點從數(shù)式8所示的直線脫離，而若以該時刻的內(nèi)部電阻為Ro1，則新的VOCV1能夠根據(jù)數(shù)式8如以下計算。
VOCV1＝V1+RoIL1若由圖5說明，則VOCV1為從點(I1，V1)以Ro1的傾斜度傾斜引一直線時與V軸的交點A。將這樣得到的VOCV1代入Imax ca1＝(VOCV1-Vmin)/Ro1，從而能夠得到更新的放電限制電流Imax ca1。圖5中，放電限制電流Imax ca1為從點(I1，V1)引的直線與直線V＝Vmin的交點B的電流值。這樣，能夠由數(shù)式8表示的直線被更新，與上述同樣，能夠更新放電中的最大放電限制電流Imax1、非充放電時的最大限放電限制電流Imax。
(充電時的二次電池的電力控制方法)同樣，根據(jù)圖6，說明充電中的充電限制電流的運算方法。分別是圖6(a)，與圖3同樣表示未充電即充電電流0A的時刻的最大充電限制電流Imin的決定方法，圖6(b)表示充電中的最大充電限制電流Imin1的決定方法。如上所述由圖6(a)利用電流-電壓特性直線與上限電壓Vmax的交點得到最大充電限制電流Imin。另一方面，在電流I2下由電壓檢測部12檢測充電中的電池電壓V2。在圖6例中，在電流I2下由電壓檢測部12檢測放電中的電池電壓V2。如圖6(b)所示，(I2，V2)點位于數(shù)式8所表示的直線上，可以求得在V2的直線上的電流值I2。
在該時刻，在下一個規(guī)定周期或自那個時刻規(guī)定期間后，被測定的放電電流的允許范圍可以如以下決定。在該時刻，關(guān)于允許的電壓，不會超過上限電壓Vmax，因此，即由圖6(b)可知，最大只允許Vmax-V2的電壓差量，最大充電電流Imin2為(Imin-I2)。
若利用計算式，則最大只允許Vmax-V2的電壓差量的電流，為除以內(nèi)部電阻Ro而算得的值、Imin2＝(Vmax-V2)/Ro。從而，以該值作為上限控制充電電流從而能夠保護(hù)二次電池。
接下來，對充電中，更新內(nèi)部電阻、開路電壓的情況進(jìn)行說明。圖7中，經(jīng)由電流檢測部16檢測電流I2，經(jīng)由電壓檢測部12檢測電池電壓V2。如圖7所示，(I2，V2)點從數(shù)式8所表示的直線脫離，而若以該時刻的內(nèi)部電阻為Ro2，則新的VOCV2能夠根據(jù)數(shù)式8如以下計算。
VOCV2＝V2+RoIL2圖7中，VOCV2為從點(I2，V2)以Ro2的傾斜度傾斜引一直線時與V軸的交點C。將這樣得到的VOCV2代入Imin＝(Vmax-VOCV2)/Ro2，從而能夠得到(I2，V2)時刻的最大限的充電限制電流Imin ca1。圖7中，充電限制電流Imin ca1為從點(I2，V2)引的直線與直線V＝Vmax的交點D的電流值。這樣，能夠更新由數(shù)式8表示的直線，與上述同樣，能夠更新充電中的最大充電限制電流Imin2、非充充電時的最大限充電限制電流Imin。
根據(jù)以上實施例的方法，不運算二次電池的殘余容量而是作為電量的限制值算出電流值的限制值，因此，能夠不受由于殘余容量推定誤差的影響而進(jìn)行可靠性高的穩(wěn)定的電力控制。再有，只利用殘余容量進(jìn)行電力限制時，作為殘余容量推定發(fā)生錯誤時的矯正，與上述方法比較也可以采用小的。
還有，上述例中，使電池特性近似呈直線，不過，當(dāng)然也可以近似呈二次方曲線、三次方曲線等高次方曲線。
根據(jù)如以上運算的最大充放電電流，控制運算部18運算限制電力，控制充放電以使不使用超過該值的電力。例如，若算出在某一時刻最大充放電電流值，則控制充放電電流以使不增加該值以上的電流。從而，控制運算部18可以把握能夠使用的電流的上限，將電流控制在該范圍內(nèi)而安全地利用二次電池。
能夠利用的最大電量，可以如以下求得。如上所述，設(shè)定用以防止二次電池過放電的下限電壓Vmin及用以防止過充電的上限電壓Vmax，根據(jù)圖3，求得放電限制電流Imax及充電限制電流Imin。在電流為0或在放電中某一時刻的下一個規(guī)定周期或自那個時刻規(guī)定期間后，能夠放電的最大放電電量P1imd，若作為電池電流IL、電池電壓VL、二次電池的開放電壓VOCV、內(nèi)部電阻Ro，則能夠由下式算出。
P1imd＝Vmin×(VL-Vmin)/Ro電流為0或充電中某一時刻的能夠充電的最大充電電力量P1imd，能夠由下式算出。
P1imc＝Vmax×(Vmax-VL)/Ro由上式，能夠計算從現(xiàn)在狀態(tài)到下一個規(guī)定周期或自那個時刻規(guī)定期間后即下一個瞬間是否到達(dá)上下限電壓的電力。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的二次電池的電力控制方法及電池裝置，能夠適用為復(fù)合動力汽車和電動汽車等車輛用電源裝置等高輸出、大電流的電源裝置。
權(quán)利要求
1.一種二次電池的電力控制方法，其在進(jìn)行二次電池充放電時對電力使用量加以限制，其特征在于根據(jù)流過二次電池的充放電電流、充放電電壓決定二次電池的電流—電壓特性的函數(shù)，由用以防止二次電池過放電的規(guī)定的下限電壓Vmin及/或用以防止過充電的規(guī)定的上限電壓Vmax、與上述函數(shù)的交點，求得放電限制電流Imax、及/或充電限制電流Imin，進(jìn)行控制以使該放電限制電流Imax以上的電流及/或充電限制電流Imin以下的電流不對二次電池通電。
2.一種二次電池的電力控制方法，其在進(jìn)行二次電池充放電時對電力使用量加以限制，其特征在于測定流過二次電池的充放電電流IL及充放電電壓VL，根據(jù)它們計算二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro，由下式的數(shù)式1所表示的直線、與用以防止二次電池過放電的規(guī)定的下限電壓Vmin及/或用以防止過充電的規(guī)定的上限電壓Vmax的交點，求得放電限制電流Imax及/或充電限制電流Imin，進(jìn)行控制以使該放電限制電流Imax以上的電流/或充電限制電流Imin以下的電流不對二次電池通電。VL＝VOCV-RoIL[數(shù)式1]
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池的電力控制方法，其特征在于定期地測定二次電池的放電中的放電電壓V1、放電電流I1，根據(jù)由上述數(shù)式1得到的下式的數(shù)式2更新VOCV，由反映其VOCV的數(shù)式1與用以防止二次電池過放電的規(guī)定的下限電壓Vmin的交點，求得放電限制電流Imax，進(jìn)行控制以使該放電限制電流Imax以上的電流不對二次電池通電。VOCV＝VL+RoIL[數(shù)式2]
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池的電力控制方法，其特征在于定期地測定二次電池充電中的充電電壓V2、放電電流I1，根據(jù)數(shù)式2更新VOCV，由反映其VOCV的數(shù)式1與用以防止二次電池過充電的規(guī)定的下限電壓Vmax的交點，求得充電限制電流Imin，進(jìn)行控制以使該放電限制電流Imin以上的電流不對二次電池通電。
5.根據(jù)權(quán)利要求2任意一項所述的二次電池的電力控制方法，其特征在于由在放電中某一時刻運算的二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro，利用下式數(shù)式3運算在該時刻能夠放電的最大放電電量Plimd。Plimd＝Vmin×(VOCV-Vmin)/Ro[數(shù)式3]
6.根據(jù)權(quán)利要求2～4任意一項所述的二次電池的電力控制方法，其特征在于由充電中某一時刻運算的二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro，利用下式數(shù)式4運算在該時刻能夠充電的最大放電電量Plimc。Plimc＝Vmax×(Vmax-VOCV)/Ro[數(shù)式4]
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任意一項所述的二次電池的電力控制方法，其特征在于在不驅(qū)動與二次電池連接的連接設(shè)備時，重復(fù)多次脈沖放電，檢測放電電流及放電電壓，根據(jù)放電電流IL及放電電壓VL，更新二次電池的開路電壓VOCV和內(nèi)部電阻Ro。
8.一種電池裝置，其特征在于具備具有多個二次電池的電池單元(20)、用以檢測上述電池單元(20)中所包含的二次電池電壓的電壓檢測部(12)、用以檢測上述電池單元(20)中包含的二次電池溫度的溫度檢測部(14)、用以檢測上述電池單元(20)中所包含的二次電池電流的電流檢測部(16)、用以運算從上述電壓檢測部(12)、溫度檢測部(14)和電流檢測部(16)輸入的信號而檢測出二次電池的最大限制電流值的控制運算部(18)、和將上述控制運算部(18)中運算的殘余容量、最大限制電流值向連接設(shè)備傳送的通信處理部(19)；控制運算部(18)，根據(jù)流過二次電池的充放電電流、充放電電壓中的至少任意一個決定二次電池的電流—電壓特性的函數(shù)，由用以防止二次電池過放電的規(guī)定下限電壓Vmin及/或用以防止過充電的規(guī)定上限電壓Vmax、與上述函數(shù)的交點，求得放電限制電流Imax及/或充電限制電流Imin，進(jìn)行控制以使該放電限制電流Imax以上的電流及/或充電限制電流Imin以下的電流不對二次電池通電。
全文摘要
一種能夠?qū)?yīng)于電池狀態(tài)合理設(shè)定電池的能夠使用的電量的二次電池的電力控制方法。該電力控制方法，在進(jìn)行二次電池充放電時對電力使用量加以限制，根據(jù)流過二次電池的充放電電流、充放電電壓決定二次電池的電流－電壓特性的函數(shù)，由用以防止二次電池過放電的規(guī)定下限電壓(V
文檔編號H02J7/00GK1767309SQ20051008492
公開日2006年5月3日 申請日期2005年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者山內(nèi)豐 申請人:三洋電機(jī)株式會社