專利名稱：用于計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，在檢測二次電池中能量的殘余容量、或者充電狀態(tài)(SOC)時，如專利文件 JP-A-2009-129644或JP-A-2006-038494中所公開的那樣使用用于檢測殘余容量的設(shè)備。 例如，專利文件JP-A-2009-129644中公開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，當通過與IC對應(yīng)的電流對電池充/放電時，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中公開的鋰離子二次電池的電池組中，對于電流的充/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中公開的用于計算殘余容量的設(shè)備基于電能儲存裝置充/放電電流的積分值來計算第一殘余容量。該設(shè)備還基于根據(jù)電能儲存裝置的內(nèi)部阻抗估計出的開路電壓來計算第二殘余容量。隨后，該設(shè)備計算作為電能儲存裝置的最終殘余容量的第三殘余容量。具體地，通過使用根據(jù)電能儲存裝置的使用確定出的權(quán)重對第一和第二殘余容量加權(quán)和通過組合加權(quán)后的充電狀態(tài)來計算第三殘余容量。當電能儲存裝置處于在溫度不大于參考溫度的充電狀態(tài)中時，調(diào)整權(quán)重從而將會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存裝置充/放電電流的電流改變率來確定權(quán)重。換言之，對基于電流積分計算出的殘余容量和基于電壓估計計算出的殘余容量進行加權(quán)和組合以計算最終殘余容量。在此情形中，基于電壓估計的計算使用根據(jù)阻抗估計出的開路電壓(0CV)。此外，使用單元溫度T和電流改變率Δ I/At作為參數(shù)，當電能儲存裝置處于在溫度不大于預定溫度的充電狀態(tài)中時增大基于電流積分計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路電壓的殘余容量這二者的優(yōu)點計算出高準確性的殘余容量。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算出S0C。如以上所提到的，此專利文件中公開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)施加高負載時，如以上所提到的基于電流積分的SOC計算會導致大誤差。具體地，雖然在系統(tǒng)上連續(xù)施加高負載，但充/放電電壓相對于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計算會致使大誤差，從而妨礙實現(xiàn)準確的 SOC計算。在如以上提到的專利文件JP-A-2006-038494中所公開的用于計算殘余容量的設(shè)備中，根據(jù)阻抗估計開路電壓，隨后基于預先存儲的OCV-SOC特性計算殘余容量。然而，通過此過程，需要向計算電路添加阻抗測量裝置，而致使設(shè)備尺寸的增加。另外，阻抗將會隨著溫度和電流改變率的改變而改變。為此，計算SOC的準確性將會在低溫區(qū)域或高電流區(qū)域中惡化。同時，在該設(shè)備中，SOC計算主要基于以下電流積分其中，在某個單元溫度和在某個電流改變率處增加通過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)施加高負載的條件下檢測SOC 時引起大誤差的較大概率。

發(fā)明內(nèi)容
實施例提供了用于非常準確地計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。作為實施例的一方面，提供了用于計算二次電池殘余容量的設(shè)備，該設(shè)備計算充/ 放電的二次電池中的能量的殘余容量。該設(shè)備包括運算單元，該運算單元基于與二次電池的殘余容量相對應(yīng)的充/放電電壓來估計和計算第一殘余容量，基于二次電池的充/放電電流的積分值來計算第二殘余容量，根據(jù)電壓改變率使用第一殘余容量或第二殘余容量對二次電池的充/放電電壓進行加權(quán)，以及對加權(quán)的結(jié)果進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)實施例，使用用于計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進行加權(quán)的圖；以及圖6是示例了計算鋰離子二次電池殘余容量的過程的流程圖。
具體實施例方式參照附圖，在下文中將描述本發(fā)明的實施例。遍及說明書中參照的圖，為圖之間相互對應(yīng)的組件給出同樣附圖標記以求略去不必要的解釋。圖1是示例了根據(jù)實施例，使用用于計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。電流檢測器31檢測充/放電電流I，S卩，去往電池組11的充電電流或來自電池組 11的放電電流。充/放電控制器41連接到負載裝置51。充/放電控制器41還以可分離方式連接到市電電源52。負載裝置51使用系統(tǒng)(諸如電動電源、家用或商用的空氣調(diào)節(jié)器、或者交通工具的混合電動機或電動機等)的電負載。負載裝置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)提供的電源的預定操作。充/放電控制器41允許電池組11響應(yīng)于來自CPU 21的充/放電指示向負載裝置51提供(放電)電源。同時，充/放電控制器41允許把來自市電電源52的電源輸出到電池組11。使用來自市電電源52的輸出，對電池組11充電。或者，如果負載裝置51具有如由交通工具的混合電動機執(zhí)行的生成電源的功能，則充/放電控制器41產(chǎn)生控制以使得把來自負載裝置51的電源充電到電池組11。在本實施例中，二次電池Ila至Iln中的每個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檢測的各單元溫度Ta、Tb、· · · Tm
和Tn，作為溫度信息。CPU 21包括運算部(單元)22和存儲器25。例如，運算部22根據(jù)二次電池Ila 至Iln的輸出電壓Va至Vru來自溫度傳感器12a至12η的單元溫度Ta至Tn和來自電流檢測器31的充/放電電流I來計算二次電池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的細節(jié)。存儲器25存儲稍后將描述的第一 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中的每一個的預定閾值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中示出的值來由運算部22如下計算殘余容量。在圖2中，左豎軸表明電池組11中的一個鋰離子二次電池(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，即在對與(1/3)XC對應(yīng)的電流充/放電時與SOC對應(yīng)的電壓(在下文中把此電壓簡稱為“充/放電電壓”)。線Δν表明相對于SOC的電壓改變率(dV/dt)。直線Vth表明預定閾值。閾值Vth是計算殘余容量時使用的電壓改變率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”個鋰離子二次電池Ila至Iln串聯(lián)。相應(yīng)地，當考慮“η”個鋰離子二次電池1 Ia至1 In中的全部時，可以把單個鋰離子二次電池1 Ia的輸出電壓Va (V) 乘以“η”。通過對單元溫度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，用通過后述電壓估計獲得的真實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，用通過后述電流積分獲得的SOCi使電壓權(quán)值大。對通過真實SOCv加權(quán)的結(jié)果和通過SOCi加權(quán)的結(jié)果進行組合(相加)以獲得二次電池1 Ia的SOC (η)。在下文中，也把通過電壓估計獲得的真實SOCv稱作“電壓估計 SOCv”，而也把通過電流積分獲得的SOCi稱作“電流積分SOCi ”。使用以下表達式(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) ”表明通過殘余容量的先前計算已計算出的二次電池Ila的殘余容量，“I”表明二次電池Ila的充/放電電流，“t”表明時間，“Cp”表明特定于溫度的真實
電池容量。例如，當先前殘余容量SOC(n-l)是40%時，基于Σ (I X t)/Cp通過此次電流積分獲得20%的殘余容量。即，在時間方面對充/放電電流I積分。用所得積分值除以真實電池容量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)而降低它儲存電量的容量。在電壓估計中，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(%)進一步應(yīng)用于圖:3B中示出的第二 LUT M以由此估計電壓。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%)。每次對電流充/放電時準備第一 LUT 23。同時，還準備第二 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% )、以及與實際SOC對應(yīng)的真實 SOC(80 至 100% )。因而，運算部22參考第一和第二 LUT 23和M來估計電壓。例如，在第一 LUT 23 中，當溫度T是-5°C和充/放電電流I是7A時，視在SOC在CCV是3. 409V時是90%。因而，把所得值90%應(yīng)用于第二 LUT 24以獲得82%的真實S0C(=電壓估計SOCv)。使用以此方式獲得的電流積分SOCi和電壓估計SOCv，對充/放電電壓線VL的電壓進行加權(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中表明的各個區(qū)域A至E中如圖4中以簡化方式所示對充/放電電壓加權(quán)。參照圖4，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閾值Vth。相應(yīng)地，如圖4中所示，使用100%的電壓估計SOCv對充/ 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SOCv和50%的電流積分SOCi對充/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對充/放電電壓進行加權(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SOCv和50 %的電流積分SOCi對充/放電電壓進行加權(quán)。在區(qū)域E中，電壓改變率dV/ dt在很大程度上超過閾值Vth。相應(yīng)地，使用100%的電壓估計SOCv對充/放電電壓進行加權(quán)。如上所述，運算部22計算作為使用電壓估計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(在該反轉(zhuǎn)點， 電壓改變率dV/dt等于或大于預定值)的部分，該部分可以落在預定SOC范圍內(nèi)。在這種部分中，進行修正以使得二次電池的SOC變得等同于預定殘余容量(例如，74% )。參照圖5，具體描述修正的過程。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進行加權(quán)的圖。讓我們把曲線VL中的反轉(zhuǎn)點作為示例，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預設(shè)范圍內(nèi)。對于此反轉(zhuǎn)點，執(zhí)行修正R以允許SOC無條件地等同于74%的預定殘余容量。在圖5中，當電壓改變率dV/dt等于或大于3 X 10_5的閾值Vth時，0%的電流積分 SOCi對應(yīng)于圖2的區(qū)域A。相應(yīng)地，通過圖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電壓估計SOCv的加權(quán)是100 %。類似地，10至30 %的電流積分SOCi對應(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SOCv的加權(quán)是90 %、100 %或85 %。進一步地，40至60 %的電流積分SOCi對應(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SOCv的加權(quán)是01%^1%或9%。當電流積分SOCi 是70至80%時，如上所述執(zhí)行修正R以無條件地允許SOC等同于74%的預定殘余容量。進一步地，90至100 %的電流積分SOCi對應(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， 當比率dV/dt范圍從0至100%時使用電流積分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?，F(xiàn)在參照圖6，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)行的計算鋰離子二次電池殘余容量(在下文中稱作“殘余容量計算”)的處理。圖6是示例了計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的運算部22可以執(zhí)行殘余容量計算。具體地，CPU 21獲得以下信息諸如來自電池組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”)、以及來自電流檢測器31的充/放電電流I等。隨后，根據(jù)充/放電電壓Va計算隨著時間的過去而改變的電壓改變率dV/dt。此外，計算在單元溫度Ta的真實電池容量Cp。運算部22的未示出的存儲裝置存儲先前殘余容量計算中計算出的SOC(n-1)。隨后，在步驟S2中，運算部22計算電流積分SOCi。使用以上提供的表達式(1)執(zhí)行此計算。具體地，當先前SOC(n-1)是40%和基于Σ (I X t)/Cp通過此次電流積分獲得的殘余容量是20%時，把電流積分SOCi計算為60%。隨后，在步驟S3中，運算部22計算電壓估計SOCv。此計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，當單元溫度T是-5°C和充/放電電流I是7A時，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SOC (=電壓估計SOCv)。隨后，在步驟S4中，使用由運算部22計算出的電流積分SOCi和電壓估計SOCv對充/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在很大程度上超過閾值Vth。在此情形中，如圖4中所示，用100%的電壓估計SOCv對充/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SOCv和50%地方電流積分SOCi對電壓加權(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，運算部22把用電壓估計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)在運算部的存儲裝置中覆蓋先前的 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，電流積分SOCi如圖5中所示，落在70至80(% )的預定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) %無條件地等同于74%的預定殘余容量。以此方式，作為根據(jù)本實施例的用于計算二次電池殘余容量的設(shè)備的CPU 21包括作為計算裝置的運算部22。運算部22基于與二次電池Ila的殘余容量對應(yīng)的充/放電電壓V，估計和計算電壓估計SOCv作為第一殘余容量。隨后，運算部22基于二次電池11的充/放電電流I的積分值，計算電流積分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SOCv或電流積分SOCi對二次電池Ila的充/放電電壓V加權(quán)。對加權(quán)的結(jié)果進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。在傳統(tǒng)技術(shù)中，當連接到二次電池Ila的負載裝置被連續(xù)施加高負載時，無法在高準確性的情況下檢測殘余容量。這是因為使與二次電池Ila的殘余容量對應(yīng)的充/放電電壓V的特性線VL平坦。在此方面，在本實施例中，根據(jù)充/放電電壓V的電壓改變率dV/dt對與殘余容量對應(yīng)的充/放電電壓V進行加權(quán)。在此情形中，使用基于充/放電電壓V計算出的電壓估計SOCv或基于充/放電電流I的積分值計算出的電流積分SOCi對電壓加權(quán)。具體地，在本實施例中，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的積分值計算出的電流積分SOCi對充/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，因而在高準確性的情況下計算二次電池Ila的殘余容量。另外，在本實施例中，無需如傳統(tǒng)技術(shù)中的情形一樣添加阻抗測量裝置。相應(yīng)地， 不會增加設(shè)備的尺寸。換言之，提供簡化和較小結(jié)構(gòu)的本實施例使得能夠?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殘余容量進行非常準確的檢測。
確保運算部22基于作為二次電池Ila閉路電壓的充/放電電壓V來估計電壓估計 SOCv。通過此配置，根據(jù)二次電池Ila的閉路電壓來估計電壓估計SOCv。與基于充/放電電流I的積分值計算出的電流積分SOCi —起使用所獲得的電壓估計SOCv，根據(jù)電壓改變率dV/dt通過這兩個殘余容量對充/放電電壓V加權(quán)，從而計算二次電池Ila的殘余容量。在傳統(tǒng)技術(shù)中，在估計殘余容量的過程中，因為實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路電壓讀取之后使用。在此方面，根據(jù)本實施例，不必讀取作為開路電壓的閉路電壓，因而略去阻抗裝置的使用。另外，在計算電流積分SOCi的過程中，確保運算部22根據(jù)時間對充/放電電流I 進行積分。隨后，確保運算部22用積分的所得值除以二次電池Ila的實際電池容量并把除法的所得值與先前計算出的電流積分SOCi相加。隨著二次電池Ila使用次數(shù)增加，用于基本上存儲電量的二次電池Ila的容量減少。在此方面，本實施例的以上配置使得能夠基于減少的實際電池容量對電流積分SOCi進行計算。在計算電壓估計SOCv的過程中，運算部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，運算部22參考作為第二表(在其中真實殘余容量(即，實際殘余容量)與視在殘余容量相關(guān)聯(lián))的第二 LUT 24。參考第二 LUT 24，運算部22把通過參考第一 LUT 23獲得的視在殘余容量轉(zhuǎn)換成用于作為電壓估計SOCv使用的真實殘余容量。通過此配置，運算部22參考預先準備的第一和第二 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SOCv使用的真實殘余容量。相應(yīng)地，以上配置便于電壓估計SOCv的估計。在執(zhí)行加權(quán)的過程中，當二次電池Ila的充/放電電壓V的電壓改變率dV/dt等于或大于預定閾值時，運算部22使用電壓估計SOCv使電壓V權(quán)值大，或者，當小于預定閾值時，使用電流積分SOCi使電壓V權(quán)值大。通過此配置，當充/放電電壓V的電壓改變率dV/dt等于或大于預定閾值時，即， 當充/放電電壓V的特性線VL具有預定傾斜角度時，較之使用電流積分SOCi而言，使用基于充/放電電壓V計算出的電壓估計SOCv使充/放電電壓V權(quán)值較大。因而，可以在高準確性的情況下計算二次電池Ila的殘余容量。另一方面，當充/放電電壓V的電壓改變率dV/dt小于預定閾值時，即，當充/放電電壓V的特性線VL平坦時，因為與傳統(tǒng)技術(shù)中的充/放電電壓V對應(yīng)的殘余容量的計算基于平坦的特性線VL，所以使用傳統(tǒng)技術(shù)難以在高準確性的情況下檢測殘余容量。在此方面，在本實施例中，較之使用電壓估計SOCv而言，使用基于充/放電流I的積分值計算出的電流積分SOCi使充/放電電壓V權(quán)值較大。因而，可以在高準確性的情況下計算二次電池 Ila的殘余容量。進一步地，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)點處等于或大于預定閾值，反轉(zhuǎn)點落在預定殘余容量范圍內(nèi)。在這種反轉(zhuǎn)點處，確保運算部22執(zhí)行修正以允許二次電池Ua的殘余容量為預定殘余容量。通過此配置，在二次電池Ila的溫度改變的條件下，使反轉(zhuǎn)點處的二次電池Ila的殘余容量為預定殘余容量。例如，把反轉(zhuǎn)點處的預定殘余容量設(shè)置為74%。在此情形中，當把二次電池Ila設(shè)置為使用20Ah完全充電時，74%的預定殘余容量對應(yīng)于14. 8Ah。然而， 二次電池1 Ia在它惡化時可以使用16Ah完全充電，例如，同時，預定殘余容量保持在14. 8Ah 的初始設(shè)置值。換言之，當電池通過16Ah完全充電時，74%的預定殘余容量應(yīng)當實際上對應(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對電池完全充電的情形中，可以向反轉(zhuǎn)點處74%的預定殘余容量強制做出修正。通過此修正，獲得74%的正確預定殘余容量，這基于如100%—樣用16Ah對電池完全充電。可以把以上提到的閾值設(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。在下文中，將總結(jié)上述實施例的各方面。作為實施例的一方面，提供了用于計算二次電池的殘余容量的設(shè)備，該設(shè)備計算充/放電的二次電池中的能量的殘余容量。該設(shè)備包括運算單元，該運算單元基于與二次電池的殘余容量相對應(yīng)的充/放電電壓來估計和計算第一殘余容量，基于二次電池的充/ 放電電流的積分值來計算第二殘余容量，根據(jù)電壓改變率使用第一殘余容量或第二殘余容量對二次電池的充/放電電壓進行加權(quán)，以及對加權(quán)的結(jié)果進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。在傳統(tǒng)技術(shù)中，當連接到二次電池的負載裝置被連續(xù)施加高負載時，無法在高準確性的情況下檢測殘余容量。這是因為使與二次電池的殘余容量對應(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與殘余容量對應(yīng)的充/放電電壓加權(quán)。在此情形中，使用基于充/放電電壓計算的第一殘余容量或基于充/放電電流的積分值計算的第二殘余容量對電壓加權(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算出的第二殘余容量對充/放電電壓加權(quán)。相應(yīng)地，使充/放電電壓的特性線傾斜， 因而在高準確性的情況下計算二次電池的殘余容量。另外，無需如傳統(tǒng)技術(shù)中的情形一樣添加阻抗測量裝置。相應(yīng)地，將不會增加設(shè)備的尺寸。換言之，提供簡化和小輪廓的本實施例使得能夠?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行非常準確檢測。在該設(shè)備中，在估計第一殘余容量時，運算單元基于作為二次電池的閉路電壓的充/放電電壓來估計第一殘余容量。
通過此配置，根據(jù)二次電池的閉路電壓來估計第一殘余容量。與基于充/放電電流的積分值計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)電壓改變率對充 /放電電壓加權(quán)，從而計算二次電池的殘余容量。在傳統(tǒng)技術(shù)中，在估計殘余容量時，因為實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路電壓讀取之后使用。在此方面，根據(jù)本實施例，不必讀取作為開路電壓的閉路電壓，因而略去阻抗裝置的使用。在設(shè)備中，在計算第二殘余容量的過程中，運算單元根據(jù)時間對充/放電電流積分，以及用積分的所得值除以二次電池的實際電池容量以把除法的所得值與先前計算的第
二殘余容量相加。隨著二次電池使用的次數(shù)增加，用于基本上存儲電源的二次電池的容量減少。在此方面，本實施例的以上配置使得能夠基于減少的實際電池容量對第二殘余容量進行計
笪弁。在該設(shè)備中，在估計第一殘余容量時，運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，隨后參考把實際殘余容量與視在殘余容量相關(guān)聯(lián)的第二表，把通過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際殘余容量。通過此配置，運算單元參考預先準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殘余容量。相應(yīng)地，以上配置便于第一殘余容量的估計。在該設(shè)備中，在執(zhí)行加權(quán)時，當二次電池的充/放電電壓的電壓改變率等于或大于預定閾值時，運算單元使用第一殘余容量使電壓的權(quán)值較大，或者，當二次電池的充/放電電壓的電壓改變率小于所述預定閾值時，使用第二殘余容量使電壓的權(quán)值較小。通過此配置，當充/放電電壓的電壓改變率等于或大于預定閾值時，即，當充/放電電壓的特性線具有預定傾斜角度時，較之使用第二殘余容量而言，使用基于充/放電電壓計算出的第一殘余容量使充/放電電壓的權(quán)值更大。因而，在高準確性的情況下計算二次電池的殘余容量。另一方面，當充/放電電壓的電壓改變率小于預定閾值時，即，當充/放電電壓的特性線平坦時，因為與傳統(tǒng)技術(shù)中的充/放電電壓對應(yīng)的殘余容量的計算基于平坦的特性線，所以通過傳統(tǒng)技術(shù)難以在高準確性的情況下檢測殘余容量。在此方面，在本實施例中， 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，在高準確性的情況下計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)點處為預定殘余容量，電壓改變率在反轉(zhuǎn)點處等于或大于預定閾值， 所述反轉(zhuǎn)點落在預定殘余容量范圍內(nèi)。使用此配置，在二次電池的溫度改變的條件下，使反轉(zhuǎn)點處二次電池的殘余容量為預定殘余容量。例如，把反轉(zhuǎn)點處的預定殘余容量設(shè)置為74%。在此情形中，當把二次電池設(shè)置為用20Ah完全充電時，74%的預定殘余容量對應(yīng)于14.8Ah。然而，二次電池在它惡
11化時可以通過16Ah完全充電，例如，同時，預定殘余容量保持在14. SAh的初始設(shè)置值。換言之，當電池通過16Ah完全充電時，74%的預定殘余容量應(yīng)當實際上對應(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16Ah對電池完全充電的情形中，可以向反轉(zhuǎn)點處74%的預定殘余容量強制做出修正。通過此修正， 獲得74%的正確預定殘余容量，這基于如100%—樣用16Ah對電池完全充電。在該設(shè)備中，閾值是3X10_5。通過此配置，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。應(yīng)當理解，本發(fā)明不限于上述配置，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可進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
1.一種用于計算二次電池的殘余容量的設(shè)備，所述設(shè)備計算充/放電的二次電池中的能量的殘余容量，包括運算單元，其基于與所述二次電池的殘余容量相對應(yīng)的充/放電電壓來估計和計算第一殘余容量，基于所述二次電池的充/放電電流的積分值來計算第二殘余容量，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所述二次電池的充/放電電壓進行加權(quán)，以及對所述加權(quán)的結(jié)果進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，其中在估計所述第一殘余容量時，所述運算單元基于作為所述二次電池的閉路電壓的充/ 放電電壓來估計所述第一殘余容量。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在計算所述第二殘余容量時，所述運算單元根據(jù)時間對所述充/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際電池容量以把除法的所得值與先前計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，其中在估計所述第一殘余容量時，所述運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，當所述二次電池的充/放電電壓的電壓改變率等于或大于預定閾值時，所述運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，當所述二次電池的充/放電電壓的電壓改變率小于所述預定閾值時，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)點處為預定殘余容量，所述電壓改變率在所述反轉(zhuǎn)點處等于或大于所述預定閾值，所述反轉(zhuǎn)點落在預定殘余容量范圍內(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
提供了一種用于計算二次電池的殘余容量的設(shè)備。該設(shè)備計算充/放電的二次電池中的能量的殘余容量。該設(shè)備包括運算單元，該運算單元基于與二次電池的殘余容量相對應(yīng)的充/放電電壓來估計和計算第一殘余容量，基于二次電池的充/放電電流的積分值來計算第二殘余容量，根據(jù)電壓改變率使用第一殘余容量或第二殘余容量對二次電池的充/放電電壓進行加權(quán)，以及對加權(quán)的結(jié)果進行組合以獲得二次電池的殘余容量。
文檔編號G01R31/36GK102565716SQ201110444718
公開日2012年7月11日 申請日期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 申請人:株式會社電裝