專利名稱：車輛控制裝置和車輛控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制車輛，并且更具體地說，本發(fā)明涉及對車輛裝備的電池進(jìn)行充電和放電控制。
背景技術(shù)：
最近幾年，混合動力車輛和電動車輛(下面將這些統(tǒng)稱為電動汽車)被投入實(shí)際使用。電動汽車將電池、逆變器和由逆變器驅(qū)動的馬達(dá)用作電源。在這種電動汽車中，通?？刂齐姵氐某潆姾头烹?，以使表示電池的充電狀態(tài)的狀態(tài)量(下面簡稱為“S0C”)落入恒定范圍內(nèi)。眾所周知，當(dāng)在這種恒定范圍內(nèi)重復(fù)充電和放電時，在估計的SOC與實(shí)際SOC之間存在偏差、充電和放電能力因?yàn)樗^記憶效應(yīng)而降低或由于硫化導(dǎo)致老化等。眾所周知，通過使電池接近完全充電或者完全放電(所謂刷新)可以消除這些問題。日本專利申請公開第2007 — 223462 (JP-A-2007-223462)號描述了一種可靠刷新電池的技術(shù)。在JP-A-2007-223462中描述的可以連接到外部電源的混合動力車輛中的控制裝置在由外部電源對電池充電之前對電池執(zhí)行刷新放電，并在使電池經(jīng)受刷新放電后再由外部電源對電池充電。順便提及，可以使用充電期間的SOC變化量和累積電流值(流入電池的電荷量)來估計電池的完全蓄電量。即，通過將SOC最大值與SOC變化量的比值(由SOC最大值/SOC變化量表示，并且是大于I的值)乘以累積電流值，可以估計對應(yīng)于SOC最大值的電荷量，SP，電池的完全蓄電量。如果利用上述方法估計完全蓄電量，則當(dāng)不能充分保證充電時的SOC變化量時完全蓄電量的估計精度可能惡化。即，根據(jù)電流傳感器的輸出，計算充電時的累積電流值；然而，電流傳感器的輸出包括誤差。因此，當(dāng)SOC變化量小時，在估計完全蓄電量時放大累積電流值的比例(=SOC最大值/SOC變化量)增大，因此，包含在估計的完全蓄電量中的誤差也被相應(yīng)放大。然而，JP-A-2007-223462未對上述問題及其解決方案做任何描述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在裝備了利用車輛外的電源可充電的電池的車輛內(nèi)，精確估計電池的完全蓄電量的控制裝置和控制方法。本發(fā)明的第一方面涉及一種用于包含:電池、負(fù)載、用于控制電池與負(fù)載之間交換的電能的電能控制器、以及用于執(zhí)行利用車輛外的電源對電池充電的外部充電的充電器的車輛的控制裝置。該控制裝置包括:第一控制單元，在對車輛執(zhí)行驅(qū)動控制時，用于控制電能控制器，以使作為電池的實(shí)際電荷量與完全蓄電量的比值的SOC落入預(yù)定范圍內(nèi)；第二控制單元，當(dāng)電源連接到車輛時，用于控制電能控制器和充電器，以執(zhí)行外部充電時的SOC的變化量大于預(yù)定范圍的寬度的擴(kuò)展充電；以及計算單元，通過將擴(kuò)展充電時的SOC的最大值與SOC的變化量的比值乘以擴(kuò)展充電時流入電池的電流的累積值，計算完全蓄電量。
在該控制裝置中，當(dāng)電源連接到車輛時，第二控制單元可以執(zhí)行電池放電的第一放電，直到SOC降低到落入比預(yù)定范圍的下限值低的第一范圍內(nèi)的第一 S0C;在第一放電結(jié)束后，可以開始擴(kuò)展充電；以及在SOC達(dá)到落入比預(yù)定范圍的上限值高的第二范圍內(nèi)的第二 SOC時，可以結(jié)束擴(kuò)展充電。在該控制裝置中，第二控制單元執(zhí)行在擴(kuò)展充電結(jié)束后，電池放電，以使SOC落入預(yù)定范圍內(nèi)的第二放電。在該控制裝置中，該電池具有這樣的特性，即，SOC在第一和第二范圍內(nèi)根據(jù)電池電壓的單位變化的變化小于SOC在預(yù)定范圍內(nèi)根據(jù)電池電壓的單位變化的電壓變化，控制裝置還可以包括用于檢測電池的電壓的電壓傳感器，并且計算單元可以根據(jù)開始擴(kuò)展充電時電壓傳感器的輸出計算開始擴(kuò)展充電時的S0C，可以根據(jù)結(jié)束擴(kuò)展充電時電壓傳感器的輸出計算結(jié)束擴(kuò)展充電時的S0C，以及可以計算所計算的兩個SOC值之差作為擴(kuò)展充電時SOC的變化。在該控制裝置中，第二控制單元可以建立在結(jié)束第一放電之后而在開始擴(kuò)展充電之前的第一時段內(nèi)沒有電流流過電池的狀態(tài)，并且可以建立在結(jié)束擴(kuò)展充電之后而在開始第二放電之前的第二時段內(nèi)沒有電流流過電池的狀態(tài)，該控制單元還可以包括相關(guān)存儲單元，用于預(yù)存沒有電流流過電池的狀態(tài)下的電池電壓和S0C，并且該計算單元可以將該相關(guān)性用作開始擴(kuò)展充電時的SOC計算對應(yīng)于電壓傳感器在第一時段的輸出的S0C,將該相關(guān)性用作擴(kuò)展充電結(jié)束時的SOC可以計算對應(yīng)于電壓傳感器在第二時段的輸出的S0C，以及可以計算SOC在擴(kuò)展充電時的變化。在該控制裝置中，第二控制單元可以根據(jù)電源連接到車輛時車輛的使用歷史確定是否允許執(zhí)行擴(kuò)展充電，當(dāng)確定允許執(zhí)行擴(kuò)展充電時可以執(zhí)行擴(kuò)展充電，以及當(dāng)確定不允許執(zhí)行擴(kuò)展充電時可以執(zhí)行在SOC達(dá)到預(yù)定范圍的上限值的時點(diǎn)結(jié)束外部充電的通常充電。在該控制裝置中，當(dāng)電源連接到車輛的時間落入夜間并且已經(jīng)檢測到車輛停車的位置是車輛的駕駛員的家里時，第二控制單元可以確定是否允許執(zhí)行擴(kuò)展充電；當(dāng)確定允許執(zhí)行擴(kuò)展充電時，可以執(zhí)行擴(kuò)展充電；以及當(dāng)確定不允許執(zhí)行擴(kuò)展充電時，可以執(zhí)行當(dāng)SOC達(dá)到預(yù)定范圍的上限值時結(jié)束外部充電的通常充電。該控制裝置還可以包括電量存儲單元，用于存儲計算單元計算的完全蓄電量，并且第一控制單元可以利用存儲在電量存儲單元內(nèi)的完全蓄電量計算驅(qū)動控制時的S0C。本發(fā)明的第二方面涉及一種用于包含:電池、負(fù)載、用于控制電池與負(fù)載之間交換的電能的電能控制器、以及用于執(zhí)行利用車輛外的電源對電池充電的外部充電的充電器的車輛的控制方法。該控制方法包括:在對車輛執(zhí)行驅(qū)動控制時，控制電能控制器，以使作為電池的實(shí)際電荷量與完全蓄電量的比值的SOC落入預(yù)定范圍內(nèi)；當(dāng)電源連接到車輛時，控制電能控制器和充電器，以執(zhí)行外部充電時的SOC的變化量大于預(yù)定范圍的寬度的擴(kuò)展充電；以及將擴(kuò)展充電時的SOC的最大值與SOC的變化量的比值乘以擴(kuò)展充電時流入電池的電荷量，計算完全蓄電量。根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，在裝備了可以利用車輛外的電源充電的電池的車輛中，可以精確估計電池的完全蓄電量。


下面將參考附圖描述本發(fā)明典型實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)及其技術(shù)意義和行業(yè)意義，其中相同的參考編號表示相同的單元，并且其中:圖1是示出車輛的示意性配置的方框圖；圖2是控制電路的功能方框圖； 圖3是示出OCV-SOC映射以及計算變化量Λ S0C2的方法的圖；圖4Α是示出控制電路的處理過程的流程圖；圖4Β是示出控制電路的處理過程的流程圖；圖5是示出計算完全蓄電量FCC的處理過程的流程圖；以及圖6是示出在外部充電時SOC隨時間變化的圖。
具體實(shí)施例下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。請注意，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或者相應(yīng)的部件，并且基本上不做重復(fù)描述。圖1是示出裝備了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制裝置的車輛5的示意性配置的方框圖。請注意，圖1所示的車輛5是混合動力車輛，然而，本發(fā)明的該方面并不局限于混合動力車輛，它可以應(yīng)用于所有的電動汽車。如圖1所示，車輛5含有:電池10、系統(tǒng)主繼電器(SMR) 22和24、功率控制單元(P⑶)30、馬達(dá)發(fā)電機(jī)(MG) 41和42、引擎50、功率分配機(jī)構(gòu)60、驅(qū)動軸70、車輪80以及控制電路100。電池10是可充電和可放電電池，并且例如被形成為使得多個諸如鎳氫電池和鋰離子電池的二次電池組串聯(lián)。電池10輸出高電壓(例如，約200伏)以驅(qū)動MG41和42。引擎50利用燃料的燃燒能輸出動能。功率分配機(jī)構(gòu)60連接到MG41和42以及引擎50的輸出軸，并且利用MG42的輸出功率和/或者引擎50的輸出功率驅(qū)動驅(qū)動軸70。然后，驅(qū)動軸70使車輪80旋轉(zhuǎn)。這樣，車輪5被引擎50的輸出功率和/或者M(jìn)G42的輸出功率推動。MG41和42不僅能夠用作發(fā)動機(jī)，而且能夠用作電動馬達(dá)。在引擎起動請求時，諸如在加速時，MG41用作用于起動引擎50的起動機(jī)。此時，利用經(jīng)由PCU30從電池10提供的電功率將MG41用作電動馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動，以傳動引擎50從而啟動引擎50。此外，在引擎50起動之后，通過功率分配機(jī)構(gòu)60傳遞的引擎功率輸出來旋轉(zhuǎn)MG41，以便能夠產(chǎn)生電功率。MG42被存儲于電池10內(nèi)的電功率和MG41產(chǎn)生的電功率中的至少之一驅(qū)動。MG42的驅(qū)動力傳遞到驅(qū)動軸70。這樣，MG42協(xié)助引擎50驅(qū)動車輛5，或者僅利用其自己的驅(qū)動力來驅(qū)動車輛5。此外，在車輛5的再生制動期間，MG42被車輪的旋轉(zhuǎn)力驅(qū)動，從而用作發(fā)電機(jī)。此時，MG42產(chǎn)生的再生電能通過K:U30傳遞到電池10，以對電池10充電。SMR22和24設(shè)置在P⑶30與電池10之間。SMR22和24響應(yīng)來自控制電路100的控制信號SI而接通或者斷開。當(dāng)SMR22和24被斷開(打開)時，用于對電池10充電和放電的通路被機(jī)械地中斷。P⑶30響應(yīng)來自控制電路100的控制信號S2在電池10與MG41和42之間執(zhí)行雙向電壓轉(zhuǎn)換和電能轉(zhuǎn)換，并且使MG41和42根據(jù)相應(yīng)操作命令值(通常是轉(zhuǎn)矩命令值)操作。
此外，車輛5包括DC/DC轉(zhuǎn)換器91和輔助裝置92。DC/DC轉(zhuǎn)換器91與PCU30并聯(lián)連接到電池10，并且根據(jù)來自控制電路100的控制信號S3，步進(jìn)地降低從電池10供給的直流電壓。步進(jìn)降低的電功率被提供給輔助裝置92。請注意，輔助裝置92例如包括諸如燈泡、刮水器、加熱器、音頻和空調(diào)器以及用于輸出比電池10兩端的電壓低的電壓(例如，約12V)的輔助電池等的負(fù)載。此外，車輛5還包括連接器210、連接傳感器211以及充電器200。車輛5是所謂插入式車輛，并且能夠利用來自設(shè)置在車輛外部的外部電源400的電功率對電池10充電能。連接器210被配置為能夠連接到外部電源400。充電器200設(shè)置在電池10與連接器210之間。根據(jù)來自控制電路100的控制信號S4，充電器200將外部電源400供給的交流電能轉(zhuǎn)換為可以對電池充電的直流電能，然后，將直流電能提供給電池10。當(dāng)外部電源400連接到連接器210時，連接傳感器211將用于表示外部電源400連接到車輛5的信號輸出到控制電路100。此外，車輛5包括:溫度傳感器12、電壓傳感器14以及電流傳感器16。溫度傳感器12檢測電池10的溫度(電池溫度)Tb。電流傳感器16檢測流過電池10的電流(電池電流)Ib。在下面的描述中，定義電池10放電時的電池電流Ib為正，而電池10充電時的電池電流Ib為負(fù)。電壓傳感器14檢測電池10兩端的電壓(電池電壓)Vb。請注意，電池10通常具有內(nèi)阻R。因?yàn)閮?nèi)阻R的影響，電池電壓Vb根據(jù)電流是否流過電池10而變化。在下面的描述中，沒有電流流過電池10的狀態(tài)下的電池電壓Vb被稱作“電池電壓0CV”或者簡稱為“0CV”(開路電壓)，而電流流過電池10的狀態(tài)下的電池電壓Vb被稱作“電池電壓CCV”或者簡稱為“CCV”(閉合回路電壓)。此外，當(dāng)不需要將電池電壓OCV和CCV互相區(qū)分開時，簡稱為“電池電壓Vb ”。請注意，在理論上，在電池電壓OCV與CCV之間，關(guān)系表達(dá)式CCV=OCV-1b X R成立。溫度傳感器12、電壓傳感器14以及電流傳感器16檢測的結(jié)果被傳送到控制電路100?？刂齐娐?00由包括中央處理單元(CPU)(未示出)的電子控制單元(E⑶)和存儲器(未示出)構(gòu)成。控制電路100根據(jù)傳感器檢測的結(jié)果和存儲器內(nèi)存儲的信息等執(zhí)行預(yù)定處理，根據(jù)該結(jié)果產(chǎn)生控制信號SI至S4,以及將控制信號SI至S4分別輸出到SMR22和
24、P⑶30、DC/DC轉(zhuǎn)換器91和充電器200。請注意，引擎50由另一個E⑶(未示出)控制。此外，在圖1中，控制電路100被示為單個單元，相反，控制電路100可以由兩個或者兩個以上的分立單元形成。圖2是控制電路100的功能方框圖。圖2所示的功能方框可以由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件實(shí)現(xiàn)?？刂齐娐?00包括:驅(qū)動控制單元110、外部充電控制單元120以及存儲單元130和 140。當(dāng)用戶為了起動車輛5的裝置而對起動開關(guān)(未示出)執(zhí)行起動操作時，驅(qū)動控制單元110響應(yīng)對用于起動車輛5的裝置的起動操作使SMR22和24導(dǎo)通。然后，驅(qū)動控制單元110根據(jù)用戶的加速操作量和車速等設(shè)置轉(zhuǎn)矩請求值，并且控制PCU30的操作，以使MG41和42輸出對應(yīng)于轉(zhuǎn)矩請求值的轉(zhuǎn)矩。這樣，車輛5的驅(qū)動狀態(tài)被控制到符合用戶意圖的狀態(tài)。此后，驅(qū)動控制單元Iio執(zhí)行的控制還被稱為“驅(qū)動控制”。通過驅(qū)動控制，在電池10與P⑶30之間執(zhí)行充電和放電。在驅(qū)動控制期間，驅(qū)動控制單元110對電池10與P⑶30之間的充電和放電進(jìn)行控制，以使表示電池10的充電狀態(tài)的狀態(tài)量(下面還簡稱為“S0C”)落入從控制下限值a至控制上限值β的驅(qū)動控制范圍內(nèi)。請注意，在本實(shí)施例中，“S0C”是電池10的實(shí)際電荷量與完全蓄電量(FCC)的比值，并且以百分比的形式表示(O - 100%)。在每次執(zhí)行起動操作時(每次行駛時)，在起動操作時，驅(qū)動控制單元110獲取電池電壓Vb，并且利用限定Vb與SOC之間的相關(guān)性的映射等計算對應(yīng)于獲取的電池電壓Vb的初始值SOC (O)。此外，驅(qū)動控制單元110載入存儲單元140內(nèi)存儲的完全蓄電量FCC。然后，在行駛時，驅(qū)動控制單元110計算電池電流Ib的累積值/ I，并且利用下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式(I)計算驅(qū)動控制時的SOC。SOC=SOC (O) + / I/FCC (I)驅(qū)動控制單元110控制PCU30，以使得在驅(qū)動控制時用數(shù)學(xué)表達(dá)式(I)計算的SOC滿足下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)。a ^ SOC ^ β (2)請注意，將驅(qū)動控制時的SOC限定在從a到β的驅(qū)動控制范圍內(nèi)的原因是為了防止電池10老化。S卩，驅(qū)動控制時，電池10以高速率充電或者放電，并且如果在S0C〈a的范圍內(nèi)或者在SOC>0的范圍內(nèi)，這樣以高速率進(jìn)行充電或者放電,則電池10可能老化。為了防止這種老化，驅(qū)動控制時的SOC被限制為介于從a到β的值。接著，描述 外部充電控制單元120。當(dāng)外部電源400連接到連接器210時，外部充電控制單元120控制充電器200用來自外部電源400的電能對電池10充電(外部充電)。外部充電控制單元120包括:確定單元121、第一充電單元122、第二充電單元123以及計算單元124。確定單元121確定是否利用第二充電單元123執(zhí)行擴(kuò)展充電。正如下面所詳細(xì)描述的，與利用第一充電單元122的正常充電相比，擴(kuò)展充電從開始充電到完成充電的時間更長。因此，確定單元121按照根據(jù)車輛5的使用歷史和停車情況等考慮到用戶的便利性的結(jié)果，確定是否執(zhí)行擴(kuò)展充電。例如，當(dāng)最后的多個連續(xù)過去事件表示從開始充電到下一次起動操作的時間段長于或者等于擴(kuò)展充電所需的時間段時，或者當(dāng)外部電源400連接到連接器210的時間在夜間并且由導(dǎo)航信息等確定車輛5停車的位置是家里時，確定單元121確定可以保證擴(kuò)展充電所需的時間段，而不影響用戶的便利性，然后，允許執(zhí)行擴(kuò)展充電。當(dāng)不允許進(jìn)行擴(kuò)展充電時，利用第一充電單元122進(jìn)行通常充電。具體地說，利用第一充電單元122使SMR22和24導(dǎo)通來開始外部充電，并且在根據(jù)充電時的電池電壓CCV計算的SOC達(dá)到控制上限值β的時刻完成外部充電。因此，經(jīng)過通常充電后SOC的變化量Λ SOCl等于或者低于控制下限值a與控制上限值β之差(=| α-β | )。另一方面，當(dāng)允許進(jìn)行擴(kuò)展充電時，利用第二充電單元123進(jìn)行擴(kuò)展充電。持續(xù)進(jìn)行擴(kuò)展充電，直到SOC從預(yù)定充電開始值(下面稱為“SOCs”)升高到預(yù)定充電結(jié)束值(下面稱為“SOCe”)。在此，SOCs被設(shè)置為落入比控制下限值a低的范圍內(nèi)的值，而SOCe被設(shè)置為落入比控制上限值β大的范圍內(nèi)的值。因此，通過擴(kuò)展充電后SOC的變化量AS0C2是SOCs與SOCe之差(=SOCe-SOCs),并且它大于經(jīng)過通常充電后的變化量Λ SOCl。
下面將詳細(xì)描述第二充電單元123執(zhí)行的控制。在第二充電單元123使SMR22和24導(dǎo)通后，第二充電單元123開始充電前放電，即，在開始擴(kuò)展充電之前，驅(qū)動DC/DC轉(zhuǎn)換器91和/或者P⑶30，以使電池10放電。然后，在由電池電壓CCV計算的SOC降低到SOCs時，第二充電單元123結(jié)束充電前放電。在結(jié)束充電前放電后的預(yù)定時間段內(nèi)，第二充電單元123不對電池10充電或者放電,從而建立電池電流Ib=O的狀態(tài)(可以檢測電池電壓OCV的狀態(tài))。此后，第二充電單元123控制充電器200以開始擴(kuò)展充電，并且當(dāng)根據(jù)電池電壓CCV計算的SOC達(dá)到SOCe時，結(jié)束擴(kuò)展充電。在擴(kuò)展充電結(jié)束后的預(yù)定時間段內(nèi)，第二充電單元123不對電池10進(jìn)行充電或者放電，以建立電池電流Ib=O的狀態(tài)(可以檢測電池電壓OCV的狀態(tài))。此后，第二充電單元123進(jìn)行充電后放電，即，DC/DC轉(zhuǎn)換器91和P⑶30被再一次驅(qū)動，以使電池10放電。然后，在由電池電壓CCV計算的SOC降低到控制上限值β的時刻，第二充電單元123結(jié)束充電后放電。這樣，使電池10放電后，第二充電單元123開始擴(kuò)展充電，直到SOC降低到SOCs(<α )，而當(dāng)SOC達(dá)到SOCe (> β )時，結(jié)束擴(kuò)展充電。擴(kuò)展充電后，第二充電單元123通過使電池10放電直到SOC達(dá)到控制上限值β準(zhǔn)備進(jìn)一步驅(qū)動控制。接著，將描述計算單元124。在進(jìn)行擴(kuò)展充電時，在后面的過程中，計算單元124計算完全蓄電量FCC。計算單元124獲取在從充電前放電結(jié)束到擴(kuò)展充電開始的期間(Ib=O的狀態(tài))檢測的電池電壓Vb，作為開始擴(kuò)展充電時的電池電壓OCVs，并且利用存儲單元130內(nèi)預(yù)存的OCV-SOC映射(用于預(yù)設(shè)OCV與SOC之間的相關(guān)性的映射，請參見圖3)，計算對應(yīng)于所獲取的 OCVs 的 SOCso。同樣，計算單元124獲取在從擴(kuò)展充電結(jié)束到充電后放電開始的期間(Ib = O的狀態(tài))檢測的電池電壓Vb，作為擴(kuò)展充電結(jié)束時的電池電壓OCVe，并且利用存儲單元130內(nèi)預(yù)存的OCV-SOC映射(請參見圖3)，計算對應(yīng)于獲取的OCVe的SOCeo。在此，不根據(jù)CCV而根據(jù)OCV計算開始擴(kuò)展充電時的SOC和結(jié)束擴(kuò)展充電時的SOC的原因是為了提高SOC的計算精度。即，如上所述，CCV根據(jù)內(nèi)阻R或者電池電流Ib變化，因此，與根據(jù)CCV計算SOC時相比，當(dāng)根據(jù)OCV計算SOC時，可以提高SOC的計算精度。此外,計算單元124計算擴(kuò)展充電時電池電流Ib的累積值/ Iin。該累積值/ Iin對應(yīng)于擴(kuò)展充電時流入電池10的電荷量。然后，計算單元124利用下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式(3)計算變化量AS0C2。此外，計算單元124利用下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式(4)計算完全蓄電量FCC。Δ S0C2=S0Ceo-S0Cso (3)FCC={100/AS0C2} X / Iin (4)S卩，計算單元124將SOC最大值與AS0C2 (=100/AS0C2)的比值乘以累積值/ Iin,以估計對應(yīng)于SOC最大值的電荷量，S卩，完全蓄電量FCC。計算單元124將所求得的完全蓄電量FCC存儲在存儲單元140內(nèi)。在每次行駛時，驅(qū)動控制單元Iio載入存儲在存儲單元140內(nèi)的完全蓄電量FCC，并且利用載入的完全蓄電量FCC計算驅(qū)動控制時的SOC (請參見上面描述的數(shù)學(xué)表達(dá)式(I))。
圖3是示出OCV-SOC映射和利用該OCV-SOC映射計算變化量Λ S0C2的方法的圖。存儲單元130預(yù)存圖3所示的OCV-SOC映射。如圖3所示，OCV隨著SOC的升高而升高；然而，在S0C〈 α的范圍A內(nèi)和S0C> β的范圍B內(nèi)，OCV的斜率海單位SOC變化量對應(yīng)的OCV變化量)大于其在a ^ SOC ^ β的驅(qū)動控制范圍內(nèi)的斜率。換句話說，在范圍A和范圍B內(nèi)，每單位OCV變化量的SOC變化量小于其在驅(qū)動控制范圍內(nèi)的變化量。請注意，通過事先實(shí)驗(yàn)等，圖3所示的OCV-SOC映射獲得了電池10的OCV-SOC特性，并且預(yù)存電池10 的 OCV-SOC 特性。計算單元124利用OCV-SOC映射計算對應(yīng)于OCVs的SOCso和對應(yīng)于OCVe的SOCeo,并且計算SOCso與SOCeo之間的差值作為變化量Λ S0C2。在此，SOCso和SOCeo分別包括在每單位OCV變化量的SOC的變化量小的范圍A和B內(nèi)。因此，即使OCVs或者OCVe有錯誤，SOCso或者SOCeo的值仍接近真值。圖4Α和圖4Β是示出實(shí)現(xiàn)上述控制電路100的功能的處理過程的流程圖。下面描述的流程圖的步驟(在下文中步驟簡寫為“S”)可以如上所述由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件實(shí)現(xiàn)。在S10，控制電路100確定外部電源400是否連接到連接器210。當(dāng)作出肯定確認(rèn)時(S10中的“是”)，該處理進(jìn)入S11，然而，當(dāng)作出否定確認(rèn)時(S10中的“否”)，該處理進(jìn)入S40。

在S11，控制電路100確定是否滿足允許擴(kuò)展充電的條件。如上所述，考慮到根據(jù)車輛5的使用歷史的用戶便利性，進(jìn)行上述確定。當(dāng)作出肯定確定時(Sll中的“是”)，該處理進(jìn)入S12，然而，當(dāng)作出否定確定時(Sll中的“否”)，該處理進(jìn)入S30。在S12，控制電路100開始充電前放電。在S13，控制電路100確定根據(jù)CCV計算的SOC是否小于或者等于SOCs。當(dāng)作出肯定確定時(步驟S13中的“是”)，該處理進(jìn)入S14，然而，當(dāng)作出否定確定時(步驟S13中的“否”)，該處理返回S13，以繼續(xù)充電前放電。在S14，控制電路100結(jié)束充電前放電。在S15，在開始擴(kuò)展充電之前，控制電路100獲取并存儲OCVs。在S16，控制電路100開始擴(kuò)展充電。在S17，控制電路100開始計算擴(kuò)展充電時電池電流Ib的累積值/ Iin。在S18，控制電路100確定根據(jù)CCV計算的SOC是否大于或者等于SOCe。當(dāng)作出肯定確定時(步驟S18中的“是”)，該處理進(jìn)入S19;而當(dāng)作出否定確定時(步驟S18中的“否”)，該處理返回S18，以繼續(xù)擴(kuò)展充電。在S19，控制電路100結(jié)束擴(kuò)展充電。在S20，控制電路100結(jié)束累積值/ Iin的計算并存儲積累值/ Iin。在S21，在開始充電后放電之前，控制電路100獲取并且存儲OCVe。在S22，控制電路100開始充電后放電。在S23，控制電路100確定根據(jù)CCV計算的SOC是否小于或者等于控制上限值β。當(dāng)作出肯定確定時(S23中的“是”)，該處理進(jìn)入S24，而當(dāng)作出否定確定時(步驟S23中的“否”)，該處理返回S23，以繼續(xù)充電后放電。在S24，控制電路100結(jié)束充電后放電。在S25，控制電路100執(zhí)行計算完全蓄電量FCC的處理。請注意，將參考圖5描述該處理的細(xì)節(jié)。在S30，控制電路100開始通常充電。在S31，控制電路100確定根據(jù)CCV計算的SOC是否大于或者等于控制上限值β。當(dāng)作出肯定確定時(S31中的“是”)，該處理進(jìn)入S32 ；然而，當(dāng)作出否定確定時(S31中的“否”)，該處理返回S31，以繼續(xù)通常充電。在S32，控制電路100結(jié)束通常充電。在S40，控制電路100執(zhí)行上述驅(qū)動控制。圖5是示出圖4B的S25的處理(用于計算完全蓄電量FCC的處理)的詳細(xì)過程的流程圖。在S25a，控制電路100載入電池電壓OCVs和OCVe以及在圖4A和圖4B的S15、S20和S21的處理中存儲的累積值f Iin。在S25b，利用圖3所示的上述OCV-SOC映射，控制電路100計算對應(yīng)于電池電壓OCVs的SOCso和對應(yīng)于電池電壓OCVeo的SOCeo。在S25c，控制電路100利用上述數(shù)學(xué)表達(dá)式(3)計算變化量AS0C2。在S25d，控制電路100利用上述數(shù)學(xué)表達(dá)式(4)計算完全蓄電量FCC。在S25e，控制電路100存儲所計算的完全蓄電量FCC。在后續(xù)驅(qū)動控制中載入該處理中存儲的完全蓄電量FCC，并且利用其計算SOC (請參見上述數(shù)學(xué)表達(dá)式(I))。圖6示出在外部充電(擴(kuò)展充電，通常充電)時SOC隨時間的變化。在圖6中，實(shí)線表示擴(kuò)展充電時SOC隨時間的變化，而點(diǎn)劃線表示通常充電時SOC隨時間的變化。當(dāng)在時間tl時外部電源400連接到連接器210時，在通常充電中，在時間tl開始充電，并且在SOC達(dá)到β的時刻t3結(jié)束充電。因此，經(jīng)過通常充電的SOC變化量ASOCl小于或者等于驅(qū)動控制范圍( = β-α )的寬度。與此相反，在擴(kuò)展充電中，在時間tl，開始充電前放電，而在SOC降低到小于α的SOCs的時刻t2結(jié)束充電前放電。此后，在經(jīng)過預(yù)定時間段后開始擴(kuò)展充電，并且在SOC達(dá)到大于β的SOCe的時刻t4結(jié)束擴(kuò)展充電。此后，在經(jīng)過預(yù)定時間段后開始充電后放電，并且在SOC降低到β的時刻t5結(jié)束充電后放電。這樣，充電前放電、擴(kuò)展充電和充電后放電的一系列控制結(jié)束。在本實(shí)施例中，如上面描述的數(shù)學(xué)表達(dá)式(4)所示，利用FCC=UOO/Δ S0C2} X / Iin計算完全蓄電量FCC。當(dāng)利用上述方法計算完全蓄電量FCC時，需要充分保證AS0C2。S卩，通過累積電流傳感器16的輸出來計算/ Iin，因此，f Iin含有電流傳感器16的誤差的影響。此外，利用電壓傳感器14的輸出來計算Λ S0C2,因此，Λ S0C2含有電壓傳感器14的誤差的影響。因此，當(dāng)AS0C2較小時，計算FCC時的/ Iin的放大率(=100/Λ S0C2)升高，并且FFC中包含的誤差也因此被放大。考慮到這些問題，在本實(shí)施例中，與通常充電時相比，變化量AS0C2增大，從而改善FCC的計算精度。例如，在/ Iin含有±5%誤差的情況下，如果AS0C2被設(shè)置為50% (通常充電時的電平值)，則FCC中含有的誤差是±5% X (100%/50%)=±10% ;然而，通過將Λ S0C2增大至80%，F(xiàn)CC中含有的誤差可以是±5% X (100%/80%)=±6.25%，因此，可以減小FCC中
包含的誤差。此外，在本實(shí)施例中，將每單位OCV變化量對應(yīng)的SOC變化量較小的范圍A和B(請參見圖3)用于計算擴(kuò)展充電開始時的SOCso和擴(kuò)展充電結(jié)束時的SOCeo。因此，即使電壓傳感器14的誤差包含在OCVs或者OCVe中，因?yàn)樵撜`差導(dǎo)致的SOCso或者SOCeo的誤差也可以被抑制到非常小的值。這樣，Λ S0C2的計算精度提高了，因此FCC的計算精度得到改口 O這樣，通過計算SOC變化量增大的擴(kuò)展充電時的完全蓄電量FCC，可以精確計算完全蓄電量FCC。存儲在擴(kuò)展充電時按這樣精確計算的FCC，并且利用驅(qū)動控制時存儲的完全蓄電量FCC計算SOC (參見數(shù)學(xué)表達(dá)式(I))。因此，可以精確計算驅(qū)動控制時的S0C。上述實(shí)施例僅是舉例說明性的而非限定性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書而非由上面的描述限定。本發(fā)明的范圍意在包括包含在所附權(quán)利要求及其等同的范圍內(nèi)的所有修改。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的控制裝置，所述車輛包括:電池；負(fù)載；電能控制器，其對在所述電池與所述負(fù)載之間交換的電能進(jìn)行控制；以及充電器，其執(zhí)行利用所述車輛外的電源對所述電池充電的外部充電，所述控制裝置包括: 第一控制單元，在所述車輛的驅(qū)動控制期間，所述第一控制單元控制所述電能控制器以使得作為所述電池的實(shí)際電荷量與完全蓄電量的比值的SOC落入預(yù)定范圍內(nèi)； 第二控制單元，當(dāng)所述電源連接到所述車輛時，所述第二控制單元控制所述電能控制器和所述充電器，以執(zhí)行擴(kuò)展充電，在所述擴(kuò)展充電中，所述SOC在所述外部充電期間的變化量大于所述預(yù)定范圍的寬度；以及 計算單元，通過將所述SOC的最大值與所述SOC在所述擴(kuò)展充電期間的變化量的比值乘以在所述擴(kuò)展充電期間流入所述電池的電流的累積值，計算所述完全蓄電量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中 當(dāng)所述電源連接到所述車輛時，所述第二控制單元執(zhí)行對所述電池放電的第一放電，直到所述SOC降低到落入比所述預(yù)定范圍的下限值低的第一范圍內(nèi)的第一 SOC ;在所述第一放電結(jié)束后，開始所述擴(kuò)展充電；以及在所述SOC已達(dá)到落入比所述預(yù)定范圍的上限值高的第二范圍內(nèi)的第二 SOC時，結(jié)束所述擴(kuò)展充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其中 所述第二控制單元執(zhí)行第二放電，在所述第二放電中，在所述擴(kuò)展充電結(jié)束后對所述電池放電，以使所述SOC落入所述預(yù)定范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其中 所述電池具有如下特性，該特性使得在所述第一和所述第二范圍內(nèi)所述SOC相對于所述電池的電壓的單位變化量的變化量小于在所述預(yù)定范圍內(nèi)所述SOC的電壓相對于所述電池的電壓的單位變化量的變化量， 所述控制裝置還包括電壓傳感器，所述電壓傳感器檢測所述電池的電壓，其中 所述計算單元根據(jù)在所述擴(kuò)展充電開始時所述電壓傳感器的輸出來計算所述擴(kuò)展充電開始時的S0C，根據(jù)所述擴(kuò)展充電結(jié)束時所述電壓傳感器的輸出來計算所述擴(kuò)展充電結(jié)束時的S0C，以及計算所計算的所述擴(kuò)展充電開始時的SOC與所計算的所述擴(kuò)展充電結(jié)束時的SOC之間的差作為所述SOC在所述擴(kuò)展充電期間的變化量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制裝置，其中 所述第二控制單元建立在所述第一放電結(jié)束之后而在所述擴(kuò)展充電開始之前的第一時段內(nèi)沒有電流流過所述電池的狀態(tài)，并且建立在所述擴(kuò)展充電結(jié)束之后而在所述第二放電開始之前的第二時段內(nèi)沒有電流流過所述電池的狀態(tài)， 所述控制單元還包括對應(yīng)關(guān)系存儲單元，用于預(yù)存在沒有電流流過所述電池的狀態(tài)下的所述電池的電壓和所述S0C，其中 所述計算單元使用對應(yīng)關(guān)系計算與所述電壓傳感器在所述第一時段內(nèi)的輸出對應(yīng)的SOC作為所述擴(kuò)展充電開始時的S0C，使用所述對應(yīng)關(guān)系計算與所述電壓傳感器在所述第二時段內(nèi)的輸出對應(yīng)的SOC作為所述擴(kuò)展充電結(jié)束時的S0C，并計算所述SOC在所述擴(kuò)展充電期間的變化量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中 當(dāng)所述電源連接到所述車輛時，所述第二控制單元根據(jù)所述車輛的使用歷史確定是否允許執(zhí)行所述擴(kuò)展充電，當(dāng)確定允許執(zhí)行所述擴(kuò)展充電時執(zhí)行所述擴(kuò)展充電，以及當(dāng)確定不允許執(zhí)行所述擴(kuò)展充電時，執(zhí)行通常充電，在所述通常充電中在所述SOC已達(dá)到所述預(yù)定范圍的上限值的時間點(diǎn)結(jié)束所述外部充電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中 當(dāng)所述電源連接到所述車輛的時間落入夜間并且已經(jīng)檢測到所述車輛停車的位置是所述車輛的駕駛員的家里時，所述第二控制單元確定是否允許執(zhí)行所述擴(kuò)展充電；當(dāng)確定允許執(zhí)行所述擴(kuò)展充電時，執(zhí)行所述擴(kuò)展充電；以及當(dāng)確定不允許執(zhí)行所述擴(kuò)展充電時，執(zhí)行通常充電，在所述通常充電中在所述SOC已達(dá)到所述預(yù)定范圍的上限值時結(jié)束所述外部充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，還包括: 電量存儲單元，其存儲所述計算單元計算的所述完全蓄電量，其中所述第一控制單元利用存儲在所述電量存儲單元內(nèi)的所述完全蓄電量計算在所述驅(qū)動控制期間的所述S0C。
9.一種用于車輛的控制方法，所述車輛包括:電池；負(fù)載；電能控制器，其對在所述電池與所述負(fù)載之間交換的電能進(jìn)行控制；以及充電器，其執(zhí)行利用所述車輛外的電源對所述電池充電的外部充電，所述控制方法包括: 在所述車輛的驅(qū)動控制期間，控制所述電能控制器以使得作為所述電池的實(shí)際電荷量與完全蓄電量的比值的SOC落入預(yù)定范圍內(nèi)； 當(dāng)所述電源連接到所述車輛時，控制所述電能控制器和所述充電器，以執(zhí)行擴(kuò)展充電，在所述擴(kuò)展充電中，所述SOC在所述外部充電期間的變化量大于所述預(yù)定范圍的寬度；以及 通過將所述SOC的最大值與所述SOC在所述擴(kuò)展充電期間的變化量的比值乘以在所述擴(kuò)展充電期間流入所述電池的電荷量，計算所述完全蓄電量。
全文摘要
一種用于車輛的控制，所述車輛包括電池；負(fù)載；電能控制器，其對在電池與負(fù)載之間交換的電能進(jìn)行控制；以及充電器，其利用車輛外的電源對電池充電，所述控制包括在車輛的驅(qū)動控制期間，控制電能控制器以使SOC落入預(yù)定范圍內(nèi)；當(dāng)電源連接到車輛時，控制電能控制器和充電器，以執(zhí)行SOC在外部充電期間的變化量大于預(yù)定范圍的寬度的擴(kuò)展充電；以及通過將SOC的最大值與SOC在擴(kuò)展充電期間的變化量的比值乘以擴(kuò)展充電時流入電池的電流的累積值，計算完全蓄電量。
文檔編號B60L11/12GK103180747SQ201180035626
公開日2013年6月26日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者泉純太 申請人:豐田自動車株式會社