專利名稱：電池監(jiān)視裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池監(jiān)視裝置，詳細(xì)地說，涉及一種在實(shí)際使用電池的汽車和設(shè)備等的現(xiàn)場中，將實(shí)際負(fù)載控制成期望的負(fù)載狀態(tài)，同時(shí)可以實(shí)時(shí)地對電池的狀態(tài)進(jìn)行測定監(jiān)視的電池監(jiān)視裝置。
背景技術(shù)：
反復(fù)進(jìn)行充電的二次電池，作為混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車等行駛電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源而使用，并且，從不依賴于石油燃料的太陽能發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電等的對環(huán)境負(fù)荷較少且可以儲存能量的觀點(diǎn)出發(fā)，也在工業(yè)、公共機(jī)關(guān)和一般家庭等中廣泛應(yīng)用起來。一般地，上述二次電池，通過將規(guī)定數(shù)量的電池單元串聯(lián)連接，從而構(gòu)成為可以得 到期望的輸出電壓的電池模塊，通過將可獲得期望的輸出電壓的規(guī)定數(shù)量的電池模塊并聯(lián)連接，從而構(gòu)成為可以得到期望的電流容量(AH)的電池組件。在汽車中作為行駛電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源而搭載的二次電池，從充電時(shí)間、續(xù)航距離等的便利性出發(fā)，目前認(rèn)為鋰離子電池為主流。圖32是表示使用現(xiàn)有的二次電池的電池系統(tǒng)的一個(gè)例子的框圖。在圖32中，電池模塊10是將多個(gè)電池單元11廣Iln和電流傳感器12串聯(lián)連接而成，與負(fù)載L并聯(lián)連接。電池監(jiān)視裝置20由下述部分構(gòu)成多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器21 21n+1，其與構(gòu)成電池模塊10的多個(gè)電池單元Il1 Iln和電流傳感器12分別對應(yīng)地設(shè)置；以及處理裝置23，其經(jīng)由內(nèi)部母線22，輸入上述A/D轉(zhuǎn)換器 21n+1的輸出數(shù)據(jù)。電池模塊10的各電池單元11廣I In的輸出電壓和電流傳感器12的檢測信號，向各自對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器21廣21n+1輸入并變換為數(shù)字信號，上述A/D轉(zhuǎn)換器21廣21n+1的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)由內(nèi)部母線22向處理裝置23輸入。處理裝置23基于A/D轉(zhuǎn)換器21r21n+1的輸出數(shù)據(jù)，例如求出各電池單元11廣Iln的內(nèi)部阻抗值，并且根據(jù)上述的內(nèi)部阻抗值推定流出期望電流的情況下的電壓下降量，將上述的數(shù)據(jù)經(jīng)由外部母線30向上位的電池系統(tǒng)控制部40輸送。電池系統(tǒng)控制部40基于從電池監(jiān)視裝置20輸入的數(shù)據(jù)，對電池模塊10以及負(fù)載裝置L進(jìn)行控制，以可以以當(dāng)前的電池模塊10的輸出電壓穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)負(fù)載裝置L。對構(gòu)成如上所述的電池模塊10的二次電池的性能進(jìn)行評價(jià)的指標(biāo)之一，為圖33以及圖34所示的內(nèi)部阻抗特性。圖33是將充滿電的電池放置于高溫狀態(tài)的情況下的阻抗特性例圖，圖34是在高溫狀態(tài)下反復(fù)進(jìn)行充放電的情況下的阻抗特性例圖。另外，在圖33以及圖34中，左圖表示將基于交流阻抗測定結(jié)果的復(fù)數(shù)阻抗向復(fù)數(shù)坐標(biāo)中繪制的科爾-科爾圖，右圖是表示該阻抗頻率特征的伯德圖。圖33的左圖，表示隨著放置期間例如I年、2年、……變長，交流阻抗不斷變大的過程。圖34的左圖表示隨著充放電例如50次、100次、……反復(fù)進(jìn)行，交流阻抗不斷變大的過程。如果阻抗變大，則輸出電流時(shí)的電池電壓降變大，無法獲得足夠的輸出電壓。各右圖的頻率較低的部分，相當(dāng)于較長時(shí)間持續(xù)踩踏汽車的加速器的情況。根據(jù)上述的數(shù)據(jù)，頻率較低的部分處阻抗變大，因此可以推測出電壓降持續(xù)不斷地變大。即，與電池的老化相伴，輸出特性發(fā)生變化，無法獲得足夠的輸出。圖35是表示測定二次電池的交流阻抗的現(xiàn)有的測定電路的一個(gè)例子的框圖，對于與圖32相同的部分,標(biāo)注相同的標(biāo)號。在圖35中,在電池10和電流傳感器12的串聯(lián)電路的兩端，連接有掃描信號發(fā)生器50。該掃描信號發(fā)生器50將在包含圖33以及圖34的右圖所示的頻率特性區(qū)域在內(nèi)的范圍內(nèi)輸出頻率掃描變化的交流信號，向電池10和電流傳感器12的串聯(lián)電路輸出。交流電壓監(jiān)視器60測定電池10兩端的交流電壓，并向阻抗運(yùn)算裝置80輸入。交流電流監(jiān)視器70測定流向電流傳感器12的交流電流，并向阻抗運(yùn)算裝置80輸入。阻抗運(yùn)算裝置80計(jì)算出在掃描信號發(fā)生器50的輸出信號的各頻率下交流電壓監(jiān)視器60的測定電壓與交流電流監(jiān)視器70的測定電流的比、即電池10的復(fù)數(shù)阻抗 。通過將該計(jì)算出的復(fù)數(shù)阻抗向復(fù)數(shù)平面繪制，從而可以得到如圖33和圖34所示的科爾-科爾圖。根據(jù)如上所述制成的科爾-科爾圖，可以推定例如如圖36所示的電池10的等價(jià)電路的各參數(shù)。另外，圖36的等價(jià)電路串聯(lián)連接有直流電源E、阻抗Rl、阻抗R2和電容器C2的并聯(lián)電路、阻抗R3和電容器C3的并聯(lián)電路、阻抗R4和電感L4的并聯(lián)電路。對于根據(jù)上述的交流法進(jìn)行的阻抗的測定，也包含自動(dòng)測定方法在內(nèi)，在專利文獻(xiàn)I中詳細(xì)地記載。另一方面，以對搭載在汽車上的鋰離子電池的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，將用于最大限度地發(fā)揮電池性能的信息向上位系統(tǒng)提供，并且萬一電池引起危及用戶這樣的異常時(shí)可以使系統(tǒng)安全地停止為目的，開發(fā)并應(yīng)用如非專利文獻(xiàn)I中記載所示的控制器。專利文獻(xiàn)I :日本特開2003 - 4780號公報(bào)非專利文獻(xiàn)I :日置慎二郎、外5名、「f >> Λ 4才f U —>卜口一7 乃開発」、CALSONI C KANSEI TECHNICAL REVIEW、 八株式會(huì)社、vol. 72010p. 6-10

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，通過測定電池的內(nèi)部阻抗特性，從而可以得到電池的各種信息，因此，在實(shí)際使用電池的汽車、發(fā)電設(shè)備設(shè)備以及家庭用蓄電系統(tǒng)等的現(xiàn)場中，如果可以測定電池的內(nèi)部阻抗特性，則基于上述信息，掌握電池的現(xiàn)狀，并且可以以與電池的現(xiàn)狀相對應(yīng)總是最大限度有效地使用的方式進(jìn)行控制。 但是，在圖32所示的現(xiàn)有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，雖然可以求出各電池單元11廣I In的內(nèi)部阻抗值，但由于間歇地進(jìn)行處理裝置23和電池系統(tǒng)控制部40之間的數(shù)據(jù)通信，因此各電池單元11廣I In的電壓數(shù)據(jù)成為周期例如為大于或等于IOOms的離散數(shù)據(jù)。其結(jié)果，雖然能夠參照由瞬時(shí)或者一定時(shí)間積分平均的電壓、電流、溫度等構(gòu)成的表格，檢測各電池單元11廣Iin的狀態(tài)，但無法測定需要大量信息的各電池單元11廣11 的內(nèi)部阻抗特性。另外，根據(jù)圖35所示的現(xiàn)有的測定電路，掃描信號發(fā)生器50是必須的，但由于成本、空間制約，對于現(xiàn)場的各單元安裝圖35所示的測定電路是難以實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是解決上述課題的技術(shù)方案，其目的在于，提供一種電池監(jiān)視裝置，其在實(shí)際使用電池的汽車、發(fā)電設(shè)備以及家庭同蓄電系統(tǒng)等的現(xiàn)場中，將實(shí)際負(fù)載控制為期望的負(fù)載狀態(tài)，同時(shí)測定電池的內(nèi)部阻抗特性，可以實(shí)時(shí)地對電池的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。為了實(shí)現(xiàn)如上所述的課題，本發(fā)明中技術(shù)方案I記載的發(fā)明為一種電池監(jiān)視裝置，其對電池模塊實(shí)時(shí)地進(jìn)行測定監(jiān)視，該電池模塊是將多個(gè)電池單元串聯(lián)連接而成，以發(fā)生包含高頻域在內(nèi)的負(fù)載變動(dòng)的狀態(tài)對實(shí)際負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其特征在于，由以下部分構(gòu)成多個(gè)電力/阻抗運(yùn)算部，其對所述各電池單元分別設(shè)置，從所述各電池單元輸入電壓信號以及電流信號，對所述各電池單元的瞬時(shí)電力以及內(nèi)部阻抗特性進(jìn)行測定；以及電池模塊狀態(tài)管理部，其經(jīng)由內(nèi)部母線，輸入上述電力/阻抗運(yùn)算部的輸出數(shù)據(jù)。技術(shù)方案2的發(fā)明為一種電池監(jiān)視裝置，其對電池模塊實(shí)時(shí)地進(jìn)行測定監(jiān)視，該電池模塊是將多個(gè)電池元件串聯(lián)連接而成，以發(fā)生包含高頻域的負(fù)載變動(dòng)的狀態(tài)對實(shí)際負(fù)·載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其特征在于，由以下部分構(gòu)成多個(gè)電力/阻抗運(yùn)算部，其對所述各電池單元分別設(shè)置，從所述各電池單元輸入電壓信號以及電流信號，對所述各電池單元的瞬時(shí)電力以及內(nèi)部阻抗特性進(jìn)行測定；電池模塊狀態(tài)管理部，其經(jīng)由內(nèi)部母線，輸入上述電力/阻抗運(yùn)算部的輸出數(shù)據(jù)；以及加速器工作監(jiān)視部，其對構(gòu)成作為所述電池模塊的負(fù)載裝置的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的加速器的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，其檢測信號向所述電力/阻抗運(yùn)算部和所述電池模塊狀態(tài)管理部輸入。技術(shù)方案3的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案I或者技術(shù)方案2記載的電池監(jiān)視裝
置中，所述電力/阻抗運(yùn)算部進(jìn)行離散傅里葉變換或者高速傅里葉變換，根據(jù)其結(jié)果，推定表示期望的頻域中的電池內(nèi)部阻抗特性的等價(jià)電路常數(shù)。技術(shù)方案4的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案I或者技術(shù)方案2記載的電池監(jiān)視裝
置中，所述電力/阻抗運(yùn)算部，以能夠與電池內(nèi)部的反應(yīng)時(shí)間常數(shù)相對應(yīng)而最佳地推定該時(shí)間常數(shù)的時(shí)間分辨率和時(shí)間間隔，取得測定數(shù)據(jù)，對被認(rèn)為是支配性地與該時(shí)間常數(shù)相關(guān)的等價(jià)電路常數(shù)進(jìn)行推定。技術(shù)方案5的發(fā)明的特征在于,在技術(shù)方案I至技術(shù)方案4中任一項(xiàng)記載的電池監(jiān)視裝置中，向所述電力/阻抗運(yùn)算部附加所述各電池單元的溫度信息。技術(shù)方案6的發(fā)明的特征在于,在技術(shù)方案I至技術(shù)方案5中任一項(xiàng)記載的電池監(jiān)視裝置中，在所述實(shí)際負(fù)載中不存在高頻率成分時(shí)，與所述實(shí)際負(fù)載并聯(lián)連接產(chǎn)生包含有高頻域的負(fù)載的模擬負(fù)載裝置。技術(shù)方案7的發(fā)明的特征在于,在技術(shù)方案I至技術(shù)方案6中任一項(xiàng)記載的電池監(jiān)視裝置中，設(shè)置有負(fù)載控制部，其按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的負(fù)載程序，對所述實(shí)際負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。發(fā)明的效果根據(jù)如上所述，在實(shí)際使用電池的汽車和設(shè)備等的現(xiàn)場中，將實(shí)際負(fù)載控制為期望的負(fù)載狀態(tài)，同時(shí)可以測定電池的內(nèi)部阻抗，可以對電池狀態(tài)實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)視。


圖I是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的框圖。圖2是表示電力/阻抗運(yùn)算部24的具體例子的框圖。圖3是表示圖2的等價(jià)電路參數(shù)測定部24c的具體例子的框圖。
圖4是電池的阻抗特性例圖。圖5是針對圖36的等價(jià)電路的常數(shù)推定阻抗特性例圖。圖6是表示圖2的等價(jià)電路參數(shù)測定部24c的其它具體例子的框圖。圖7是a = 4的相關(guān)系數(shù)Corr (i)的曲線。圖8是采樣阻抗特性例圖。圖9是其它的采樣阻抗特性例圖。圖10是其它的采樣阻抗特性例圖。圖11是矩形波脈沖f (t)的特性例圖。圖12是表示加權(quán)的具體例子的說明圖。圖13是表示由加權(quán)常數(shù)推定出的結(jié)果例的說明圖。圖14是表示圖2的等價(jià)電路參數(shù)測定部24c的其它具體例子的框圖。圖15是定電流脈沖的響應(yīng)測定例圖。圖16是尼奎斯特曲線例圖。圖17是圖36的等價(jià)電路中的各電路常數(shù)的測定結(jié)果和基于該測定結(jié)果計(jì)算出的擬合用的阻抗特性曲線的說明圖。圖18是根據(jù)有無檢測出尖峰的采樣阻抗特性的對比例圖。圖19是示圖2的等價(jià)電路參數(shù)測定部24c的其它具體例子的框圖。圖20是說明用于對電感L成分進(jìn)行校正的處理流程的流程圖。圖21是對以圖20的流程圖的順序校正后的存在尖峰的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行等價(jià)電路擬合后的結(jié)果例的說明圖。圖22是表示電力/阻抗運(yùn)算部24的其它具體例子的框圖。圖23是表示本發(fā)明的其它實(shí)施例的框圖。圖24是表示本發(fā)明的其它實(shí)施例的框圖。圖25是表示圖2的等價(jià)電路參數(shù)測定部24c的其它具體例子的框圖。圖26是電池的阻抗特性例圖。圖27是圖26的電池的等價(jià)電路例圖。圖28是較寬的擬合對象區(qū)間的說明圖。圖29是基于推定常數(shù)的阻抗特性例圖。圖30是較窄的擬合對象區(qū)間的說明圖。圖31是基于再次推定出的常數(shù)的阻抗特性例圖。
圖32是表示利用現(xiàn)有的二次電池的電池系統(tǒng)的一個(gè)例子的框圖。圖33是將充滿電的電池放置于高溫狀態(tài)的情況下的阻抗特性例圖。圖34是在高溫狀態(tài)下反復(fù)進(jìn)行充放電的情況下的阻抗特性例圖。圖35是表示對二次電池的交流阻抗進(jìn)行測定的現(xiàn)有的測定電路的一個(gè)例子的框圖。 圖36是電池的等價(jià)電流例圖。圖37是示出根據(jù)本實(shí)施例的電池監(jiān)視裝置的硬件構(gòu)造的示意圖。
具體實(shí)施方式

下面，利用附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖I是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的框圖，對于與圖32相同的部分，標(biāo)注相同的標(biāo)號。在圖I中，電池監(jiān)視裝置20由以下部分構(gòu)成作為多個(gè)的η個(gè)電力/阻抗運(yùn)算部24廣24η，其與構(gòu)成電池模塊10的作為多個(gè)的η個(gè)各電池單元11廣I In相對應(yīng)地設(shè)置；電池模塊狀態(tài)管理部26，其經(jīng)由內(nèi)部母線25輸入上述電力/阻抗運(yùn)算部24廣24η的輸出數(shù)據(jù)；以及加速器工作監(jiān)視部27，其對構(gòu)成作為負(fù)載裝置L的汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的加速器LI的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視。作為負(fù)載裝置的汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上加速器LI、逆變器L2和電動(dòng)機(jī)L3串聯(lián)連接。逆變器L2與電池模塊10串聯(lián)連接，從電池模塊10供給用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)L3所需的驅(qū)動(dòng)電力。電動(dòng)機(jī)L3與駕駛員例如進(jìn)行踏板操作的加速器LI的動(dòng)作相對應(yīng)，對向逆變器L2供給的驅(qū)動(dòng)電量進(jìn)行控制，從而進(jìn)行緩急控制，從而以駕駛員期望的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。與駕駛員的踏板操作相伴的加速器LI的動(dòng)作，由加速器工作監(jiān)視部27連續(xù)地進(jìn)行監(jiān)視檢測，其檢測信號經(jīng)由電池模塊狀態(tài)管理部26以及內(nèi)部母線25，向各電力/阻抗運(yùn)算部24廣24η輸入。相對于電力/阻抗運(yùn)算部24廣24η，從與其相對應(yīng)的各電池單元11廣Iln輸入電壓信號，并且，從電流傳感器12輸入電流信號。在這里，與駕駛員的踏板操作相伴的加速器LI的動(dòng)作，是在各電池單元11廣I In的輸出電壓波形以及電流傳感器12的輸出電流波形中，施加包含有寬帶域的頻率成分在內(nèi)的階梯波狀的上升和下降的變化而成的。在本發(fā)明中，包含上述寬帶域的頻率成分在內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，由電力/阻抗運(yùn)算部24! 24η進(jìn)行離散傅里葉變換(DFT)或者高速傅里葉變換(FFT)，根據(jù)其結(jié)果，推定期望的頻率區(qū)域中的等價(jià)電路常數(shù)。由此，在實(shí)際使用電池的汽車或機(jī)械設(shè)備等的現(xiàn)場中，可以測定電池的內(nèi)部阻抗特性，可以實(shí)時(shí)地對電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。電池模塊狀態(tài)管理部26，取得由各電力/阻抗運(yùn)算部2七 24 測定的構(gòu)成電池模塊10的各電池單元Il1 Iln的瞬時(shí)電力信息以及內(nèi)部阻抗信息，并且將上述的數(shù)據(jù)經(jīng)由外部母線30向上位的電池系統(tǒng)控制部40輸送。電池系統(tǒng)控制部40基于從電池監(jiān)視裝置20輸入的數(shù)據(jù)，控制電池模塊10以及負(fù)載裝置L，以使得可以以當(dāng)前的電池模塊10的輸出電壓穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)負(fù)載裝置L，并且基于各電池單元11廣Iln的瞬時(shí)電量的變化動(dòng)向和內(nèi)部阻抗信息的變化動(dòng)向等，掌握各電池單元11廣Iln的性能的推移狀況，發(fā)出提醒充電的警報(bào)，或者解析性能惡化的傾向，輸出電池模塊10的更換時(shí)間預(yù)測數(shù)據(jù)等。圖2是表示電力/阻抗運(yùn)算部24的具體例子的框圖。在圖2中，各電池單元Il1 Iln的電壓信號V經(jīng)由抗混疊濾波器24a向A/D轉(zhuǎn)換器24b輸入，將A/D轉(zhuǎn)換器24b的輸出數(shù)據(jù)向等價(jià)電路參數(shù)測定部24c輸入。來自電流傳感器12的電流信號I，經(jīng)由抗混疊濾波器24d向A/D轉(zhuǎn)換器24e輸入，A/D轉(zhuǎn)換器24e的輸出數(shù)據(jù)向等價(jià)電路參數(shù)測定部24c輸入。A/D轉(zhuǎn)換器24b、24e由可變時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該可變時(shí)鐘系統(tǒng)由電池模塊狀態(tài)管理部26 —加速器變化量檢測部24f —時(shí)鐘控制部24g —可變時(shí)鐘發(fā)生部24h構(gòu)成，基于從加速器工作監(jiān)視部27檢測輸出的加速器變化信號而生成可變時(shí)鐘。由此,生成起步、力口速、高速行駛、低速行駛、減速、停止、后退以及它們的緩急等的、基于駕駛員的加速器工作的時(shí)鐘，并將各個(gè)狀態(tài)的電壓信號V以及電流信號I變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。·
另外，A/D轉(zhuǎn)換器24b、24e的采樣時(shí)鐘頻率也可以與要測定各電池單元Il1 Iln的內(nèi)部阻抗的頻帶相對應(yīng)進(jìn)行變更。例如測定IkHz為止的內(nèi)部阻抗的情況下，將采樣時(shí)鐘頻率設(shè)為2Ksample/s,將抗混疊濾波器24a、24d的低通頻帶設(shè)為小于或等于1kHz。等價(jià)電路參數(shù)測定部24c與等價(jià)電路信息存儲部24i連接，該等價(jià)電路信息存儲部24i存儲要測定的各電池單元Il1 Iln的等價(jià)電路參數(shù)等的等價(jià)電路的信息。由等價(jià)電路參數(shù)測定部24c測定出的等價(jià)電路的各參數(shù)，經(jīng)由內(nèi)部母線25，被電池模塊狀態(tài)管理部26獲得。A/D轉(zhuǎn)換器24b、24e的輸出數(shù)據(jù)，也向電力測定部24j輸入。由此，電力測定部24j測定各電池單元11廣I In的瞬時(shí)電力，并將測定結(jié)果存儲在電力信息存儲部24k中。在電力信息存儲部24k中存儲的電力信息，經(jīng)由內(nèi)部母線25，被電池模塊狀態(tài)管理部26獲得。圖3是表示圖2的等價(jià)電路參數(shù)測定部24c的具體例子的框圖。A/D轉(zhuǎn)換器24b、24e的輸出數(shù)據(jù)依次存儲在波形數(shù)據(jù)存儲部Cl中。DFT運(yùn)算部c2對依次存儲在波形數(shù)據(jù)存儲部cl中的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換，通過電壓信號的離散傅里葉變換結(jié)果除以電流信號的離散傅里葉變換結(jié)果，從而計(jì)算阻抗，將計(jì)算出的阻抗數(shù)據(jù)存儲在阻抗數(shù)據(jù)存儲部c3中。另外，根據(jù)波形數(shù)據(jù)的形態(tài)，通過取代DFT運(yùn)算部c2而使用FFT運(yùn)算部，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)算處理的高速化。電路常數(shù)推定運(yùn)算部c4，基于存儲在阻抗數(shù)據(jù)存儲部c3中的阻抗數(shù)據(jù)，利用預(yù)先指定的等價(jià)電路模型進(jìn)行常數(shù)擬合。由電路常數(shù)推定運(yùn)算部c4推定運(yùn)算出的電路常數(shù)，在例如圖36所示的等價(jià)電路的情況下，將R4和L4存儲在不變電路常數(shù)存儲部c5中，將其它的R1、R2、C2、R3、C3存儲在電路常數(shù)存儲部c6中。阻抗推定運(yùn)算部c7輸出任意頻率下的阻抗。在阻抗數(shù)據(jù)實(shí)際存在的頻域中，將存儲在阻抗數(shù)據(jù)存儲部c3中的阻抗數(shù)據(jù)直接輸出。在阻抗數(shù)據(jù)沒有實(shí)際存在的頻域中，基于存儲在不變電路常數(shù)存儲部c5以及電路常數(shù)存儲部c6中的電路常數(shù)，進(jìn)行推定運(yùn)算，并輸出其運(yùn)算結(jié)果。從外部向解析條件存儲部c8存儲解析條件。解析條件主要表示各運(yùn)算部中的運(yùn)算條件，但也包含基準(zhǔn)測定或系統(tǒng)搭載時(shí)測定的信息。近年來，積極進(jìn)行下述研究，S卩，對于電池，在定電壓或定電流下施加正弦波，求出阻抗特性，推定充放電的溫度特性、充電剩余量以及性能惡化的程度等，掌握電池的狀態(tài)。
在電池組裝入汽車等系統(tǒng)之前的單體的狀態(tài)下，在所配置的測定環(huán)境下進(jìn)行阻抗測定，但如果組裝入系統(tǒng)中，則由于系統(tǒng)上的制約等，存在無法進(jìn)行充分的阻抗測定的情況。特別地，在作為汽車的驅(qū)動(dòng)源搭載的情況下，認(rèn)為系統(tǒng)側(cè)的采樣率不充分，較高頻率區(qū)域無法采樣。在該情況下，無法進(jìn)行相當(dāng)于預(yù)先測定的測定范圍的比較。圖4是電池的阻抗特性例圖，(A)表示以頻率范圍IHf 2. 5kHz進(jìn)行正弦波掃描，并且在各測定頻率點(diǎn)一邊確保充分的采樣率一邊測定出的結(jié)果。以下，以(A)作為基準(zhǔn)特性。(B)是從(A)的基準(zhǔn)特性中提取出頻率范圍廣50Hz的結(jié)果。其根據(jù)將電池例如搭載在汽車系統(tǒng)中的情況下的制約，假設(shè)無法測定高頻域的情況。(A)中所示的虛軸的+側(cè)(曲線的下半部分)，是包含電池的L (電感)信息的區(qū)域，但在(B)中該部分完全缺失。對于電池的電感，為構(gòu)造上的特性，認(rèn)為不會(huì)由于電極或電解溶液的老化等而隨時(shí)間變化。如果基于該想法，則從(A)的基準(zhǔn)特性中預(yù)先求出等價(jià)電路常數(shù)，對于不會(huì)隨時(shí) 間變化的常數(shù)，在將電池進(jìn)行系統(tǒng)搭載后，也可以使用上述常數(shù)。(C)是阻抗特性曲線，其是基于圖36的等價(jià)電路模型，對(A)的基準(zhǔn)特性進(jìn)行常數(shù)擬合而求出Rl、R2、R3、C2、C3、L4、R4，根據(jù)這些參數(shù)而導(dǎo)出的。擬合可以基于公知的運(yùn)算式進(jìn)行。(D)是阻抗特性曲線，其是利用在(B)中推定出的電路常數(shù)R1、R2、R3、C2、C3和預(yù)先取得的L4、R4，根據(jù)基于圖36的等價(jià)電路模型進(jìn)行常數(shù)擬合求出的結(jié)果而導(dǎo)出的。(D)的阻抗特性曲線與(C)的阻抗特性曲線大致相等。即，通過利用由(B)推定出的電路常數(shù)Rl、R2、R3、C2、C3和預(yù)先取得的L4、R4，從而可以推定與(A)的基準(zhǔn)特性相當(dāng)?shù)念l率范圍中的阻抗特性。在上述實(shí)施例中是通過向等價(jià)電路模型中施加不變電路常數(shù)，從而進(jìn)行阻抗推定的，但也可以不向等價(jià)電路上施加不變電路常數(shù)，而是根據(jù)不變電路常數(shù)生成時(shí)間序列數(shù)據(jù)，并將其向測定出的時(shí)間序列數(shù)據(jù)中添加后，推定其它的電路常數(shù)。另外，上述實(shí)施例是在L成分在較低的頻域中不受影響的前提下進(jìn)行常數(shù)推定。由此，在常數(shù)推定時(shí)的等價(jià)電路模型中不包含不變電路常數(shù)L4、R4，僅在阻抗推定時(shí)使用不變電路常數(shù)L4、R4。但是，根據(jù)電池的特性，存在L成分在較低的頻域中也受到影響的可能性。在該情況下，也可以在常數(shù)推定時(shí)的等價(jià)電路中包含不變電路常數(shù)L4、R4而進(jìn)行常數(shù)推定。在選擇電池的等價(jià)電路模型時(shí)，如果沒有預(yù)先在識別出作為測定對象的電池固有的特性和測定頻率范圍的基礎(chǔ)上選擇適當(dāng)?shù)牡葍r(jià)電路模型，則如圖5的阻抗特性例圖所示，存在成為與實(shí)物相差懸殊的常數(shù)推定結(jié)果的情況。圖5是對于圖36的等價(jià)電路，從相同阻抗數(shù)據(jù)中提取出不同頻率范圍的數(shù)據(jù)，進(jìn)行常數(shù)推定的結(jié)果。(A)是提取出大于或等于O. IHz的結(jié)果，通過常數(shù)擬合導(dǎo)出的阻抗特性曲線、和實(shí)際的阻抗特性一致。與此相對，(B)是提取出大于或等于I. OHz的結(jié)果，與通過常數(shù)擬合導(dǎo)出的阻抗特性曲線相差很大。其與實(shí)物是否包含沃伯格元件無關(guān)，由于在數(shù)據(jù)中沒有明顯地表現(xiàn)出該特性，因此可以推測出落入局部解中。如上所述，即使是相同的等價(jià)電路模型，如果在常數(shù)推定中使用的阻抗的頻率范圍不同，則可能得到完全不同的結(jié)果。上述問題，可以通過使用如圖6所示構(gòu)成的等價(jià)電路參數(shù)測定部24c，基于阻抗數(shù)據(jù)的特征，選擇最佳的等價(jià)電路|旲型而避免，實(shí)現(xiàn)電路常數(shù)推定精度的提聞。圖6是表示等價(jià)電路參數(shù)測定部24c的其它具體例子的框圖，對于與圖3相同的部分，標(biāo)注相同的標(biāo)號。在圖6中，電路模型選擇部c9，基于由DFT運(yùn)算部c2推定并存儲在阻抗數(shù)據(jù)存儲部c3中的阻抗數(shù)據(jù)的特征，選擇最佳的等價(jià)電路模型。電路常數(shù)推定運(yùn)算部c4，基于存儲在阻抗數(shù)據(jù)存儲部c3中的阻抗數(shù)據(jù)以及由電路模型選擇部c9選擇出的最佳的等價(jià)電路模型，進(jìn)行各電路常數(shù)的推定運(yùn)算。通常使用的電池的等價(jià)電路模型，由η段的RC并聯(lián)電路、I段的LR并聯(lián)電路、和沃伯格元件構(gòu)成。因此，電路模型選擇部c9針對上述的等價(jià)電路模型的具體的結(jié)構(gòu)，以下述的順序依次決定。(I)有無沃伯格元件(2)有無LR并聯(lián)電路(3) RC并聯(lián)電路的段數(shù)(I)首先，對于沃伯格元件，使用低頻側(cè)的阻抗實(shí)軸·虛軸的相關(guān)系數(shù)，判斷有無。例如，如果為Corr <-O. 99，則判定為存在沃伯格元件。相關(guān)系數(shù)由下式計(jì)算出。
權(quán)利要求
1.一種電池監(jiān)視裝置，其對電池模塊實(shí)時(shí)地進(jìn)行測定監(jiān)視，該電池模塊具有串聯(lián)連接的多個(gè)電池單元，對實(shí)際負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其特征在于，具有 多個(gè)電力/阻抗運(yùn)算部，其對所述各電池單元分別設(shè)置，從所述各電池單元輸入電壓信號以及電流信號，對所述各電池單元的瞬時(shí)電力以及內(nèi)部阻抗特性進(jìn)行測定；以及電池模塊狀態(tài)管理部，其經(jīng)由內(nèi)部母線，輸入上述電力/阻抗運(yùn)算部的輸出數(shù)據(jù)， 所述電力/阻抗運(yùn)算部，以能夠與電池內(nèi)部的反應(yīng)時(shí)間常數(shù)相對應(yīng)而最佳地推定該時(shí)間常數(shù)的時(shí)間分辨率和時(shí)間間隔，取得測定數(shù)據(jù)，使用所取得的測定數(shù)據(jù)，對被認(rèn)為是支配性地與該時(shí)間常數(shù)相關(guān)的等價(jià)電路常數(shù)進(jìn)行推定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池監(jiān)視裝置，其特征在于， 所述電力/阻抗運(yùn)算部取得所述各電池單元的溫度信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電池監(jiān)視裝置，其特征在于， 具有模擬負(fù)載裝置，其與所述實(shí)際負(fù)載并聯(lián)連接，產(chǎn)生包含有高頻成分的波形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電池監(jiān)視裝置，其特征在于， 設(shè)置有負(fù)載控制部，其按照負(fù)載程序?qū)λ鰧?shí)際負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池監(jiān)視裝置，其特征在于， 設(shè)置有負(fù)載控制部，其按照負(fù)載程序?qū)λ鰧?shí)際負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種電池監(jiān)視裝置，其在實(shí)際使用電池的汽車、發(fā)電設(shè)備以及家庭用蓄電系統(tǒng)等的現(xiàn)場中，將實(shí)際負(fù)載控制在期望的負(fù)載狀態(tài)下，同時(shí)測定電池的內(nèi)部阻抗特性，可以實(shí)時(shí)地監(jiān)視電池的狀態(tài)。該電池監(jiān)視裝置，將多個(gè)電池單元串聯(lián)連接，對電池模塊實(shí)時(shí)地測定監(jiān)視，所述電池模塊在發(fā)生包含高頻域的負(fù)載變動(dòng)的狀態(tài)下，對實(shí)際負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其特征在于，由以下部分構(gòu)成多個(gè)電力/阻抗運(yùn)算部，其分別設(shè)置在所述各電池單元上，從所述各電池單元輸入電壓信號以及電流信號，對所述各電池單元的瞬時(shí)電力以及內(nèi)部阻抗特性進(jìn)行測定；以及電池模塊狀態(tài)管理部，其經(jīng)由內(nèi)部母線，輸入上述電力/阻抗運(yùn)算部的輸出數(shù)據(jù)。
文檔編號G01R31/36GK102901930SQ20121026904
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者岡田修平, 吉武哲 申請人:橫河電機(jī)株式會(huì)社