專利名稱：電池容量控制方法及其裝置以及車輛動力用電池的容量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制電池的容量的電池容量控制方法和裝置以及一種作為動力部件而安裝在車輛上的車輛動力用電池的容量控制裝置。
已經(jīng)提出幾種方法作為用于估計電池的殘余容量的系統(tǒng)，例如在專利文獻1和2中披露了這樣一種方法，其中在空載條件期間從終端電壓中估算出殘余容量，并且通過充電和放電電流的時間積分法來校正所測量出的殘余容量的誤差。
專利文獻1日本未審專利公開平6-331714(JP-A-6-331714)以及專利文獻2日本未審專利公開平11-135159(JP-A-11-135159)。
在上面提及的方法中，當完全充電的電池狀況為100％以及完全放電的電池狀況為0％時，可以確定出該電池充有多少電(作為電池的相對容量)。但是，不可能確定經(jīng)過反復(fù)充放電的電池的可能放電容量，即總的實際容量。例如，如果可以確定總的實際容量，則可以了解整個電池的退化情況，但是這在前述方法中是不可能實現(xiàn)的。
還知道一種確定經(jīng)過反復(fù)充放電的電池的總的實際容量的方法，其中使電池一度完全放電，然后再充電到完全充電狀態(tài)，并且根據(jù)在那時的總充電量來確定總的實際容量。但是，該方法的問題在于，它需要花費許多時間和人力來使電池完全放電，并且如果使電池完全放電的話，則該車輛在電池重新充電期間不能使用。
為了實現(xiàn)上述目的，如權(quán)利要求1所述的電池容量控制方法的特征在于，利用這樣一種關(guān)系，即，電池的相對容量可以由電池放電后的開路電壓唯一地確定，從而確定與在空載狀態(tài)下從所述電池中獲得的所述開路電壓相對應(yīng)的所述相對容量，并且根據(jù)相對容量以及在達到空載狀態(tài)之前在負載狀態(tài)期間通過時間積分而獲得的所述電池的積分放電電流量計算出所述電池的總實際容量。
如權(quán)利要求2所述的電池容量控制方法是對如權(quán)利要求1所述的電池容量控制方法的進一步限定，其中所述積分放電電流量是從所述電池的完全充電狀態(tài)中釋放出的放電電流的時間積分值。
還有，如權(quán)利要求3所述的電池容量控制方法是對如權(quán)利要求1或2所述的電池容量控制方法的進一步限定，其中如果電池在完全充電狀態(tài)的第一相對容量由S1表示，與從處于所述空載狀態(tài)的所述電池中獲得的所述開路電壓相對應(yīng)的第二相對容量由S2表示，并且所述積分放電電流量由X表示，則所述總實際容量計算如下總實際容量＝(S1/(S1-S2)×X)。
另外，如權(quán)利要求4所述的電池容量控制方法是對如權(quán)利要求1所述的電池容量控制方法的進一步限定，其中同時控制向電池的充電，從而使所述相對容量接近一個中間數(shù)值。
此外，如權(quán)利要求5所述的電池容量控制方法是對如權(quán)利要求4所述的用于控制從電動機提供給所述電池的電流的電池容量控制方法的進一步限定，其中所述電池將電能提供給所述電動機并且也被提供以來自所述電動機的用于充電的再生電能。
另外，如權(quán)利要求6所述的電池容量控制方法是對如權(quán)利要求4或5所述的電池容量控制方法的進一步限定，其中如果與在空載狀態(tài)下由所述電池獲得的所述開路電壓相對應(yīng)的第一相對容量由S1表示，與在空載狀態(tài)下由所述電池隨后獲得的所述開路電壓相對應(yīng)的第二相對容量由S2表示，并且在獲得所述第一相對容量S1和所述第二相對容量S2期間釋放出的積分放電電流量由X表示，則所述總實際容量計算如下總實際容量＝(100/(S1-S2)×X)。
此外，如權(quán)利要求7所述的電池容量控制方法是對如權(quán)利要求1-6中的任一項所述電池容量控制方法的進一步限定，其中所述開路電壓是在所述空載狀態(tài)持續(xù)預(yù)定時間時的數(shù)值。
還有，如權(quán)利要求8所述的電池容量控制方法是對如權(quán)利要求1-7中的任一項所述電池容量控制方法的進一步限定，其中將所述總實際容量與預(yù)定的閾值相比較，并且如果所述總實際容量不大于所述預(yù)定閾值的話，則輸出所述電池退化的信息。
再有，如權(quán)利要求9所述的電池容量控制方法是對如權(quán)利要求1-8中的任一項所述電池容量控制方法的進一步限定，其中所述電池是一種蓄電池。
另外，如權(quán)利要求10所述的電池容量控制方法是對如權(quán)利要求9所述電池容量控制方法進一步限定，其中所述蓄電池是鋰離子電池。
此外，如權(quán)利要求11所述的電池容量控制裝置的特征在于，所述裝置包括用于檢測電池的空載狀態(tài)的空載檢測裝置；用于在由所述空載檢測裝置檢測出的空載狀態(tài)下檢測所述電池的電壓的電壓檢測裝置；相對容量檢測裝置，它用來根據(jù)所述電壓檢測出所述電池的事先對應(yīng)于該電壓的相對容量；積分放電電流量計算裝置，它用來在達到所述空載狀態(tài)之前，在負載狀態(tài)期間計算出由所述電池的放電電流的時間積分獲得的積分放電電流量；以及總實際容量計算裝置，它用來根據(jù)所述相對容量和所述積分放電電流量計算出所述電池的總實際容量。
另外，如權(quán)利要求12所述的電池容量控制裝置是對如權(quán)利要求11所述的電池容量控制裝置的進一步限定，其中所述裝置包括用來檢測所述電池的完全充電狀態(tài)的完全充電檢測裝置，并且所述積分放電電流量計算裝置從其完全充電狀態(tài)開始對由所述完全充電檢測裝置檢測出的所述電池的放電電流進行積分。
再者，如權(quán)利要求13所述的電池容量控制裝置是對如權(quán)利要求11或12所述的電池容量控制裝置的進一步限定，其中如果電池在完全充電狀態(tài)下的第一相對容量由S1表示，由所述相對容量檢測裝置檢測到的第二相對容量由S2表示，并且所述積分放電電流量由X表示，則所述總實際容量計算如下總實際容量＝(S1/(S1-S2)×X)。
另外，如權(quán)利要求14所述的電池容量控制裝置是對如權(quán)利要求11所述的電池容量控制裝置的進一步限定，其中設(shè)有充電控制裝置的進一步限定，用來控制向電池充電，從而使所述相對容量接近中間數(shù)值。
此外，如權(quán)利要求15所述的電池容量控制裝置是對如權(quán)利要求14所述的電池容量控制裝置的進一步限定，其中所述電池將電能提供給所述電動機并且也被供應(yīng)以來自所述電動機的用于充電的再生電能，而且所述充電控制裝置控制從所述電動機向所述電池的電流供應(yīng)。
另外，如權(quán)利要求16所述的電池容量控制裝置是對如權(quán)利要求14或15所述的電池容量控制裝置的進一步限定，其中如果由所述相對容量檢測裝置檢測的第一相對容量由S1表示，由所述相對容量檢測裝置隨后檢測出的第二相對容量由S2表示，并且在獲得所述第一相對容量S1和所述第二相對容量S2期間釋放出的積分放電電流量由X表示，則所述總實際容量計算裝置將所述總實際容量計算如下總實際容量＝(100/(S1-S2)×X)。
再者，如權(quán)利要求17所述的電池容量控制裝置是對如權(quán)利要求11-16中的任一項所述電池容量控制裝置的進一步限定，其中所述電壓檢測裝置在所述空載狀態(tài)持續(xù)預(yù)定時間時檢測電壓。
此外，如權(quán)利要求18所述的電池容量控制裝置是對如權(quán)利要求11-17中的任一項所述電池容量控制裝置的進一步限定，其中所述裝置包括一個用于將所述電壓和所述相對容量存儲成一張表的表式存儲裝置，并且所述相對容量檢測裝置根據(jù)存儲在所述表式存儲裝置中的所述表獲得與所述電壓相對應(yīng)的所述相對容量。
另外，如權(quán)利要求19所述的電池容量控制裝置是對如權(quán)利要求11-18中的任一項所述的電池容量控制裝置的進一步限定，其中所述裝置包括電池退化檢測裝置，它用于將所述總實際容量與預(yù)定閾值相比較，并且在所述總實際容量不大于所述預(yù)定閾值時輸出所述電池退化的信息。
另外，如權(quán)利要求20所述的用于車輛動力的電池的容量控制裝置的特征在于，所述裝置包括一個如權(quán)利要求11-19之一所述的電池容量控制裝置，并且當車輛連續(xù)停止預(yù)定時間時，所述空載檢測裝置對正處于空載狀態(tài)中的所述電池進行檢測。
根據(jù)如上所述的權(quán)利要求1和權(quán)利要求11中的本發(fā)明，確定與空載狀態(tài)下由電池獲得的開路電壓相對應(yīng)的相對容量，并且根據(jù)相對容量以及在達到空載狀態(tài)之前在負載狀態(tài)期間通過時間積分獲得的所述電池的積分放電電流量來計算總實際容量。
這里要建立這樣一種關(guān)系，即，電池的相對容量由電池放電后的開路電壓唯一地確定，因此在權(quán)利要求1和權(quán)利要求11所述的發(fā)明中，利用這種關(guān)系由開路電壓獲得相對容量，并且根據(jù)該相對容量計算出總實際容量。
尤其根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求12所述的發(fā)明，所述積分放電電流量是從所述電池的完全充電狀態(tài)開始的放電電流的時間積分值，也就是說，總實際容量的計算只需要電池被完全充電。
另外，在如權(quán)利要求4和權(quán)利要求14所述的發(fā)明中，在控制向電池的充電從而使電池的相對容量接近中間數(shù)值期間，根據(jù)這個相對容量值計算出總實際容量。還有，在權(quán)利要求5和權(quán)利要求15的發(fā)明中，將電能提供給電動機，并且對提供以由電動機產(chǎn)生的用于充電的再生電能的電池的相對容量進行控制，從而使它接近中間數(shù)值。
此外，根據(jù)權(quán)利要求8和權(quán)利要求19的發(fā)明，根據(jù)總實際容量輸出關(guān)于電池退化的信息。
另外，根據(jù)權(quán)利要求20的發(fā)明，測量出車輛的停止時間以檢測電池的空載狀態(tài)，并且當該車輛持續(xù)停止預(yù)定時間時，確定這是空載狀態(tài)。
如

圖1所示，車輛50裝載了一個由作為蓄電池的鋰離子電池構(gòu)成的電池51以及一個充電器52，并且使該電池51和充電器52與一個電池容量控制裝置相連。
該電池容量控制裝置包括一個控制器10、一個指示器21和一個溫度傳感器22。
控制器10如此設(shè)置，即，它控制該電池容量控制裝置的各個部分。具體地說，如圖1所示，控制器10包括電池狀態(tài)檢測裝置30、充電停止判斷裝置11、存儲裝置12、相對容量計算裝置13、總實際容量計算裝置14、電池退化程度判斷裝置15、完全充電檢測裝置16、放電電流積分裝置17以及積分放電電流量存儲裝置18。
電池狀態(tài)檢測裝置30具有一種用于檢測電池51的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，具體地說，它包括電池電壓檢測裝置31、電池電流檢測裝置32以及電池溫度檢測裝置33。電池電壓檢測裝置31檢測電池51的電壓；電池電流檢測裝置32檢測電池51的充電和放電電流；并且電池溫度檢測裝置33通過溫度傳感器22檢測電池51的溫度。電池狀態(tài)檢測裝置30利用通過電池溫度檢測裝置33獲得的電池51的溫度來相對于溫度補償這些電壓值和放電電流值。而且，該電池狀態(tài)檢測裝置30向相對容量計算裝置13輸出電壓值，并且向放電電流積分裝置17輸出放電電流值。
放電停止判斷裝置11判斷電池51的放電。具體地說，該放電停止判斷裝置11從車輛的停止狀態(tài)判斷出電池51的放電停止。該放電停止判斷裝置11將判斷結(jié)果輸出給相對容量計算裝置13。
相對容量計算裝置13根據(jù)由電池狀態(tài)檢測裝置30獲得的電池51的電壓值計算出電池51的相對容量SOC。根據(jù)電池51在空載狀態(tài)期間的終端電壓(開路電壓)計算出電池51的相對容量SOC(％)。
這里，示出了鋰離子電池的特性。圖2顯示出開路電壓和相對容量SOC之間的關(guān)系，并且水平軸線代表相對容量SOC，垂直軸線代表開路電壓(OCV)。還有，如圖3所示，初始狀態(tài)下的結(jié)果、在100次充電和放電循環(huán)之后的結(jié)果以及在200次充放電循環(huán)之后的結(jié)果之間的比較顯示出，相對容量SOC和開路電壓之間的關(guān)系與充電和放電無關(guān)。在本發(fā)明中，利用鋰離子電池的特征由開路電壓確定相對容量SOC，也就是說，開路電壓和相對容量之間的關(guān)系是恒定的且與充放電循環(huán)的次數(shù)無關(guān)。
相對容量計算裝置13根據(jù)這些特性由開路電壓確定出相對容量SOC。例如，圖4(A)顯示出其推導(dǎo)的過程，并且從如上所述的開路電壓和相對容量之間的關(guān)系中獲得與開路電壓(1)相對應(yīng)的相對容量(2)。
具體地說，可以如下所述地從開路電壓和相對容量之間的關(guān)系中獲得相對容量。
例如，在圖2中所示的特性曲線圖被設(shè)置成一個由離散數(shù)據(jù)構(gòu)成的表格。該表格作為映像數(shù)據(jù)存儲在存儲裝置12中。通過利用以下公式(1)進行插值法來確定出沒有包含在該表中的數(shù)值欲求得的相對容量SOC＝(SOCn+1-SOCn)×(V-Vn)/(Vn+1-Vn)+SOCn...(1)其中n為任意指定的正數(shù)。例如，假定要獲得沒有包含在該表中的開路電壓28，同時對于在如此獲得的開路電壓之前和之后在表中的具有數(shù)值的數(shù)據(jù)而言，預(yù)定在SOCn＝40處，Vn＝27.95，并且在SOCn+1＝60處，Vn+1＝28.22。在這種情況下，從以下公式(1)中計算出相對容量SOC。
欲求得的相對容量SOC＝(60-50)×(28-27.95)/(28.22-27.95)+50。
根據(jù)這個公式，如果開路電壓V＝28，則所求的相對容量SOC等于56.5。
完全充電檢測裝置16檢測電池51是否處在由充電器52進行完全充電的狀態(tài)。該完全充電檢測裝置16將檢測結(jié)果輸出給放電電流積分裝置17。
放電電流積分裝置17根據(jù)來自完全充電檢測裝置16和電池電流檢測裝置32的檢測信號獲得積分放電電流量X。具體地說，放電電流積分裝置17對在由完全充電檢測裝置16檢測完全充電之后由電池電流檢測裝置32檢測出的放電電流進行積分，以確定積分放電電流量X。放電電流積分裝置17將積分放電電流量輸出給積分放電電流量存儲裝置18，并且該積分放電電流量存儲裝置18存儲該積分放電電流量X。
總實際容量計算裝置14根據(jù)由相對容量計算裝置13得到的相對容量SOC以及由積分放電電流量存儲裝置18所存儲的積分放電電流量X計算出總實際容量(總?cè)萘?。具體地說，由下面的公式(2)確定出總實際容量TSOC總實際容量TSOC＝(100/(100-SOC))×X …(2)總實際容量計算裝置14將所獲得的總實際容量TSOC輸出給電池退化程度判斷裝置15。這里，“100”(％)為電池在完全充電狀態(tài)下的第一相對容量S1，相對容量SOC為對應(yīng)于在空載狀態(tài)下從電池51中獲得的開路電壓的第二相對容量S2。
電池退化程度判斷裝置15將電池51的額定容量與總實際容量TSOC進行比較并且判斷該電池51是否退化。具體地說，如果總實際容量TSOC不大于額定容量的話，則電池退化程度判斷裝置15判斷電池51退化。例如如圖4(B)中所示，當電池51退化時，對于所有獲得的相對容量SOC而言，總實際容量變得比額定容量更小，并且根據(jù)前面的關(guān)系判斷出該電池51退化。
電池51退化的判斷并不限于在總實際容量TSOC不大于額定容量的情況，如果總實際容量TSOC不大于一個給定數(shù)值的話，也可以將該電池51判斷成退化。這里，給定數(shù)值例如是額定容量的百分之幾十(例如80％)的數(shù)值或者為初始容量的百分之幾十的數(shù)值。
控制器10根據(jù)電池退化程度判斷裝置15的判斷結(jié)果來控制指示器，以便在外部指示出電池51是否退化。
在車輛50、電池51和充電器52之間適當?shù)卦O(shè)有開關(guān)41、42，從而它們響應(yīng)于電池51的充電和放電而適當?shù)卮蜷_/關(guān)閉。
在前面的布置結(jié)構(gòu)中，放電停止判斷裝置11構(gòu)成用來檢測電池的空載狀態(tài)的空載檢測裝置；電池電壓檢測裝置31構(gòu)成用于檢測電池在由空載檢測裝置檢測出的空載狀態(tài)下的電壓的電壓檢測裝置；相對容量計算裝置13構(gòu)成用于從電壓中檢測出事先與電壓相對應(yīng)的電池的相對容量的相對容量檢測裝置；放電電流積分裝置17構(gòu)成積分放電電流量計算裝置，它用來計算出在達到空載狀態(tài)之前在負載狀態(tài)期間通過對電池的放電電流進行時間積分所獲得的積分放電電流量；以及總實際容量計算裝置構(gòu)成用來根據(jù)相對容量和積分放電電流量計算出電池的總實際容量的總實際容量計算裝置。還有，完全充電檢測裝置16構(gòu)成用來檢測電池的完全充電狀態(tài)的完全充電檢測裝置；存儲裝置12構(gòu)成用來將電壓和相對容量存儲成一張表的表式存儲裝置；而且電池退化程度判斷裝置15構(gòu)成電池退化檢測裝置，它用來將總實際容量與給定的閾值進行比較并且在該總實際容量不大于給定閾值的情況下輸出電池退化的信息。
圖5顯示出由控制器51的部件所進行的操作的流程圖。
首先，在步驟S1，通過放電電流積分裝置17對由電池電流檢測裝置32檢測到的放電電流進行積分，并且該積分過程一直持續(xù)到在下一個步驟S2中檢測到放電停止。例如，通過參考由放電停止判斷裝置11檢測車輛的停止狀態(tài)來進行放電停止的檢測。通過積分放電電流量存儲裝置18來存儲一直積分到檢測出放電停止時的積分放電電流量X。
如果在步驟S2中檢測出放電停止，則完全充電檢測裝置16判斷該電池在前面的充電中是否被完全充電。如果判斷出該電池在前面的充電中被完全充電，則程序前進到步驟S4，如果相反的話，則結(jié)束圖5中所示的操作。
在步驟S4中，放電停止判斷裝置11計算出放電的停止時間，即車輛停止的經(jīng)過時間(持續(xù)時間)t，并且在下一個步驟S5中，判斷該經(jīng)過時間t是否不小于給定數(shù)值。如果在步驟S5中車輛停止的經(jīng)過時間t變得不小于給定數(shù)值的話，則程序前進到步驟S6。
在步驟S6中，電池電壓檢測裝置31測量開路電壓V，并且在下一個步驟S7中，相對容量計算裝置13利用前面的數(shù)表和公式(1)由所測量出的開路電壓V計算出相對容量SOC。
在步驟S8中，總實際容量計算裝置14根據(jù)相對容量SOC以及由積分放電電流量存儲裝置18存儲的積分放電電流量X并按照公式(2)計算出總實際容量TSOC。
然后，在步驟S9中，判斷總實際容量TSOC是否不大于給定數(shù)值(額定容量)，如果該總實際容量TSOC不大于給定數(shù)值(額定容量)，則結(jié)束圖5中所示的操作。如果相反的話，則程序前進到步驟S10，在該步驟中，指示器21顯示該電池退化，并且結(jié)束圖5中所示的操作。
如上所述，電池51退化的判斷可以這樣做出，即，如果總實際容量TSOC不大于給定數(shù)值，則判斷該電池51退化。
電池容量控制裝置的操作如下。
電池容量控制裝置對電池51的放電電流進行積分，直到檢測到放電停止為止，以便獲得積分放電電流量X(步驟S1)。電池容量控制裝置檢測放電停止(步驟S2)，并且在前面的充電是完全充電時(步驟S3)，在放電停止持續(xù)了給定時間(步驟S4和步驟S5)之后進行開路電壓V的測量(步驟S6)。如果在給定的經(jīng)過時間之前又檢測到放電的話，則該操作可以結(jié)束。
電池容量控制裝置根據(jù)測量出的開路電壓V來確定相對容量SOC(步驟S7)，并且根據(jù)相對容量SOC和事先獲得的積分放電電流量X來確定總實際容量TSOC(步驟S8)。如果總實際容量TSOC小于額定容量，則指示器21指示出該電池51退化(步驟S9和步驟S10)。
現(xiàn)在，對該實施例的效果進行說明。
如上所述，電池容量控制裝置能夠確定出經(jīng)過反復(fù)充電和放電的電池51的總實際容量，并且根據(jù)所獲得的總實際容量檢測電池51的退化。
還有，假設(shè)電池51處于如上所述的完全充電中，則電池容量控制裝置根據(jù)在完全充電之后的積分電流量確定總實際容量。因此，電池容量控制裝置實現(xiàn)了無須電池51完全放電就能確定總實際容量的目的。
對于開路電壓和相對容量之間的關(guān)系(SOC)而言，如圖3所示，該相對容量由放電后的開路電壓唯一地確定，并且如圖4所示，即使在反復(fù)進行充放電的情況下，該關(guān)系也不會變化。在本發(fā)明中，利用前面的特性從開路電壓中確定相對容量，從而可以很容易地且高精度地確定總?cè)萘俊?br> 另外，圖6顯示出開路電壓V在放電停止之后隨著經(jīng)過時間的變化，并且水平軸線代表放電停止之后的經(jīng)過時間，而垂直軸線代表在放電之后的空載狀態(tài)期間的開路電壓V。如在該關(guān)系中所示的那樣，將開路電壓V設(shè)定在一個固定數(shù)值上或者穩(wěn)定短暫的時間，并且利用這種關(guān)系來確定用于相對容量SOC的開路電壓V(步驟S4-S6)，從而可以高精度地確定總實際容量。
還有，電池容量控制裝置根據(jù)這樣確定出的總實際容量輸出關(guān)于所獲得的電池退化方面的信息。因此，根據(jù)準確的總實際容量向駕駛者提供作為有用信息的關(guān)于電池退化方面的信息。
由于電池隨時間而退化的現(xiàn)象是一種可以經(jīng)過長時間后看出的現(xiàn)象，所以按照如上所述的圖5的程序進行的電池控制可以在時間相對較長的循環(huán)中進行。或者，它可以在時間相對較短的循環(huán)中進行，并且只有在電池的退化比以前變化得更快時，才可以輸出該信息。
現(xiàn)在，將對本發(fā)明的第二實施例進行說明。
第二實施例的特征在于提供一種電池容量控制裝置，它能夠為用作電動機驅(qū)動車輛或混合動力車輛的動力源的電池提供最佳的容量控制，而且具有用來確定電池的總實際容量的結(jié)構(gòu)。
在該第二實施例中，如同在第一實施例中一樣，如圖7所示，車輛50裝載有一個作為蓄電池的由鋰離子電池構(gòu)成的電池51。一個電池容量控制裝置與該電池51和充電器52相連接。這里，電池51如此布置，即，它將電能提供給車輛50中的電動機，并且被提供以來自車輛50的用于充電的再生電能。
在該第二實施例中的電池容量控制裝置和第一實施例中一樣，包括一個控制器20、一個指示器21和一個溫度傳感器22。如圖7所示，控制器10除了包括如圖1所示第一實施例中的部件之外，還包括相對容量存儲裝置61、容量判斷裝置62以及充電開始/停止命令裝置63。
相對容量存儲裝置61存儲由相對容量計算裝置13計算出的相對容量。
容量判斷裝置62根據(jù)存儲在相對容量計算裝置13中的相對容量判斷出該容量。例如，采用閾值的50％或60％作為相對容量來進行容量判斷。容量判斷裝置62將容量判斷結(jié)果輸出給充電開始/停止命令裝置63。
充電開始/停止命令裝置63根據(jù)容量判斷裝置62的容量判斷結(jié)果將充電開始或充電停止命令輸出給車輛50。該充電開始/停止命令裝置63構(gòu)成充電控制裝置，它用來控制向電池的充電，從而使相對容量接近一個中間數(shù)值。
在該第二實施例中，設(shè)有充電/放電電流積分裝置64，以代替在第一實施例中的放電電流積分裝置17，該裝置能夠?qū)Τ潆婋娏鬟M行時間積分。
在圖8和圖9中顯示出如上所述地布置的控制器10的操作程序。
首先，參照圖8對控制器10的操作程序進行說明。在圖8中所示的操作是用來將電池容量控制在恒定數(shù)值上的操作。
首先，在步驟S21中判斷車輛的停止。例如，通過參照由放電停止判斷裝置11進行的放電停止狀態(tài)的檢測來進行車輛停止的檢測。
如果在步驟S21中檢測到車輛停止，則在下一個步驟S22中計算出車輛停止的經(jīng)過時間(持續(xù)時間)t，另外，在下一個步驟S23中判斷計算出的經(jīng)過時間t是否不小于一個給定數(shù)值。如果在步驟S23中車輛停止的經(jīng)過時間t變得不小于給定數(shù)值的話，則程序前進到步驟S24。
在步驟S24，電池電壓檢測裝置31測量開路電壓V1，并且在下一個步驟S25中，相對容量計算裝置13利用上面的數(shù)表和公式(1)由測量出的開路電壓V1計算出相對容量SOC1。將計算出的相對容量SOC1存儲在相對容量存儲裝置61中。
在下一個步驟S26中，判斷車輛是否開始行駛。例如，通過參照由放電停止判斷裝置11進行的放電停止狀態(tài)的檢測來進行車輛開始行駛的檢測。也就是說，如果開始放電，則檢測出車輛開始行駛。如果在步驟S26中檢測出車輛開始行駛，則通過容量判斷裝置62來判斷存儲在相對容量存儲裝置61中的相對容量SOC1是否不小于60％，或者它是否不大于50％。
也就是說，在步驟S27中，由容量判斷裝置62來判斷存儲在相對容量存儲裝置61中的相對容量SOC1是否不小于60％。這里，如果相對容量SOC1不小于60％，則程序前進到步驟S28，而如果相對容量SOC1小于60％，則該程序前進到步驟S29。
在步驟S28中，充電開始/停止命令裝置63向車輛50發(fā)出充電停止命令。
在步驟S29中，通過容量判斷裝置62來判斷存儲在相對容量存儲裝置61中的相對容量SOC1是否不大于50％。這里，如果相對容量SOC1不大于50％，則程序前進到步驟S30，而且充電開始/停止命令裝置63向車輛50發(fā)出充電命令。
如上所述，作為在步驟S27-S30中的操作的結(jié)果，如果相對容量SOC1不小于60％，則向車輛50發(fā)出充電停止命令，而如果相對容量SOC1不大于50％，則向車輛50發(fā)出充電命令(充電開始命令)。在向車輛50發(fā)出這種充電停止或充電開始命令之后，控制器10結(jié)束如圖8中所示的操作。
現(xiàn)在，將參照圖9對該控制器10的操作程序進行說明。圖9中所示的操作是用來確定電池的總實際容量的操作?？刂破?0根據(jù)在圖8所示的操作中獲得的相對容量SOC1來確定總實際容量。也就是說，與圖8中所示的步驟S21-S25中的操作類似，在步驟S31-S45中的操作提供出相對容量(在下面將之稱為第一相對容量)。將該第一相對容量SOC1存儲在相對容量存儲裝置61中。
在如圖9所示的步驟S46中，如圖8所示步驟S26中的操作一樣，判斷該車輛是否開始行駛。如果在步驟S46中檢測出車輛開始行駛的話，則程序前進到步驟S47。
在步驟S47中，開始計算積分充電/放電電流量X。具體地說，充電/放電電流積分裝置64對由電池電流檢測裝置32檢測出的充電/放電電流進行積分。具體地說，對在檢測到第一相對容量SOC1的時間之后充電或放電的充電/放電電流進行積分。將在放電期間的電流作為正值并且將在充電期間的電流作為負值地對充電/放電電流進行累積。也就是說，在該第二實施例中，與第一實施例不同的是，通過來自車輛50的再生電能對電池51進行充電，從而通過考慮充電電流來基本上獲得積分放電電流量。
在步驟S48中，將由充電/放電電流積分裝置64獲得的積分充電/放電電流量X存儲在積分放電電流量存儲裝置18中。例如，通過數(shù)據(jù)覆蓋來存儲在每個采樣時間處獲得的積分充電/放電電流量X。
在下一個步驟S49中，判斷車輛的停止。例如，通過參照由放電停止判斷裝置11進行的放電停止狀態(tài)的檢測來進行對車輛停止的檢測。
如果在步驟S49中檢測出車輛停止，則在下一個步驟S50中計算出車輛停止的經(jīng)過時間(持續(xù)時間)t，另外，在下一個步驟S51中判斷所計算出的經(jīng)過時間t是否不小于一個給定數(shù)值。如果車輛停止的經(jīng)過時間t在步驟S51中變得不小于給定數(shù)值的話，則程序前進到步驟S52。
在步驟S52中，電池電壓檢測裝置31測量開路電壓V2，并且在下一個步驟S53中，相對容量計算裝置13利用前面的數(shù)表和公式(1)從測量出的開路電壓V2中計算出第二相對容量SOC2。這里，第二相對容量SOC2的計算是在時間T2處進行的計算。將計算出的第二相對容量SOC2存儲在相對容量存儲裝置61中。
然后，在下一個步驟S54中，總實際容量計算裝置14根據(jù)存儲在相對容量存儲裝置61中的第一相對容量SOC1和第二相對容量SOC2以及存儲在積分放電電流量存儲裝置18中的積分充電/放電電流量X并按照以下公式(3)計算出總實際容量TSOC。
如上所述，在步驟S47中，開始計算積分充電/放電電流量X，并且在步驟S48中，將由充電/放電電流積分裝置64獲得的積分充電/放電電流量X連續(xù)地存儲到積分放電電流量存儲裝置18中。進行積分充電/放電電流量X的計算和存儲直到正好在步驟S53或S54的操作之前的時刻停止。也就是說，在步驟S54的計算中所使用的積分充電/放電電流量X是通過獲得第二相對容量SOC2的時間T2積分出的充電/放電電流的數(shù)值。
總實際容量TSOC＝(100/(SOC1-SOC2))×X…(3)然后，在步驟S55中，判斷該總實際容量TSOC是否不大于一個給定數(shù)值(額定容量)，如果它不大于給定數(shù)值(額定數(shù)值)，則結(jié)束圖9中所示的操作。如果相反的話，則程序前進到步驟S56，并且由指示器21進行退化指示，之后結(jié)束在圖9中所示的操作。
如上所述，關(guān)于電池51的退化的判斷，如果總實際容量TSOC變得不大于給定數(shù)值的話，則可以判斷該電池51退化。
該電池容量控制裝置的操作如下。
電池容量控制裝置在檢測到車輛停止并且在停止之后已經(jīng)經(jīng)過了給定時間之后(步驟S21、S22和S23)測量出開路電壓V1(步驟S24)，并且根據(jù)測量出的開路電壓V1進一步確定相對容量SOC1(步驟S25)。
還有，如果車輛50開始行駛(步驟S25)，則電池容量控制裝置根據(jù)相對容量SOC1將充電停止或充電開始命令輸出給車輛(步驟S27-S30)。具體地說，如果相對容量SOC1不小于60％，則向車輛50發(fā)出一個充電停止命令(步驟S27和S28)；如果相對容量SOC1不大于50％，則向車輛50發(fā)出一個充電開始命令(步驟S29和步驟S30)。這就限制了由車輛50進行的充電，并且從相對容量SOC1看，將電池容量控制在50％-60％的范圍內(nèi)。
如上所述，電池容量控制裝置將電池容量控制在恒定的數(shù)值上。另一方面，電池容量控制裝置進行用來確定電池51的總實際容量的操作。
也就是說，該電池容量控制裝置獲得第一相對容量SOC1(步驟S41-S45)，如果檢測到車輛開始行駛(步驟S46)，則開始計算積分充電/放電電流量X(步驟S47)，并且連續(xù)地存儲積分充電/放電電流量X(步驟S48)。
然后，電池容量控制裝置在檢測到車輛停止并且在停止之后已經(jīng)經(jīng)過了給定時間(步驟S49-S51)之后測量出開路電壓V2(步驟S52)，并且進一步根據(jù)測量出的開路電壓V2確定第二相對容量SOC2(步驟S53)。
電池容量控制裝置根據(jù)第二相對容量SOC2、先前確定的第一相對容量SOC1以及存儲在積分放電電流量存儲裝置18中的積分充電/放電電流量X(在第二相對容量SOC2的測量時間T2處獲得的積分充電/放電電流量X)確定出總實際容量TSOC(步驟S54)。如果總實際容量TSOC小于額定容量，則指示器21指示出電池51退化(步驟S55和S56)。
現(xiàn)在將對第二實施例的效果進行說明。
如上所述，對車輛50的充電進行控制，從而在相對容量SOC1中將電池容量保持在50％-60％的范圍內(nèi)。
在混合動力車輛中，為了使電池能夠接收來自車輛(電動機)的再生電能并且另外可以在需要時從電池將電能提供給車輛(電動機)，最好將電池容量控制成使它接近一個在完全充電狀態(tài)(100％)和無電狀態(tài)(0％)之間的中間數(shù)值(50％-60％)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，如果在相對容量SOC1上將電池容量控制在50％-60％的范圍內(nèi)，則可以如此控制電池容量，即，使該電池51能夠接收來自車輛(電動機)50的再生電能并且另外可以在需要時從電池51將電能提供給車輛(電動機)50。
另外，在如上所述地控制電池容量的同時，在該實施例中也進行總實際容量的確定。
此外，在計算總實際容量時，無須完全充電就可以進行計算。如上所述，在最好將電池容量保持在一種其中可以在需要時將電能從電池提供給車輛(電動機)的狀態(tài)的同時，該實施例滿足了這種要求并且同時實現(xiàn)總實際容量的計算。
另外，雖然在前述第一實施例中，在完全充電的前提下進行總實際容量的計算，但是那不會滿足和前面的要求一樣的狀態(tài)，從而使電池能夠接收再生電能。但是，在第二實施例中，如公式(3)所示的那樣，可以在不完全充電的前提下確定總實際容量，這滿足了允許電池接收再生電能并且同時能夠確定總實際容量的要求。
再者，第二實施例也具有與第一實施例相同的效果。也就是說，關(guān)于開路電壓和相對容量之間的關(guān)系，如圖3所示，相對容量由在放電之后的開路電壓唯一地確定，并且如圖4所示，這個關(guān)系即使在反復(fù)進行充放電時也不會改變。在本發(fā)明中，利用上面的特性由開路電壓確定出相對容量，從而可以很容易地并且高精確度地確定總?cè)萘俊?br> 另外，如圖6的關(guān)系中所顯示的那樣，由于將開路電壓設(shè)定在一個固定數(shù)值上或者使之短暫地穩(wěn)定，所以如果利用這種關(guān)系來確定用來得出相對容量SOC的開路電壓，則可以高精確度地確定總實際容量。
還有，電池容量控制裝置根據(jù)這樣確定出的總實際容量輸出關(guān)于所獲得的電池退化方面的信息。因此，根據(jù)準確的總實際容量向駕駛者提供作為有用信息的在電池退化方面的信息。
雖然已經(jīng)對本發(fā)明的實施例進行了說明，但是要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例。
上述實施例是通過作為蓄電池的鋰離子電池的容量控制來進行舉例說明的，但是本發(fā)明還可以應(yīng)用在對其它電池的容量控制上。也就是說，只要該電池是一種相對容量由電壓唯一地確定的電池，就可以通過實施本發(fā)明的容量控制裝置來控制電池的容量。
再有，通過用于車輛動力的電池的容量控制來對前面實施例進行舉例說明，但是本發(fā)明還可以被應(yīng)用在除了用于汽車動力的電池之外的其它電池的容量控制上。
還有，在前面的實施例中，可以將用于控制電池51的容量的裝置設(shè)置成軟件程序。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，利用了這樣一種關(guān)系，即，電池的相對容量由在電池放電之后的開路電壓唯一地確定，以便由開路電壓獲得相對容量，并且根據(jù)相對容量計算出總實際容量，從而可以很容易地并且高精確度地計算出總實際容量。
尤其根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求12中的本發(fā)明，總實際容量的計算只需要被完全充電的電池，從而可以無須花時間和勞動來完全放電就可以計算出總實際容量。
另外，根據(jù)權(quán)利要求4和權(quán)利要求14的發(fā)明，在對電池的充電進行控制以使得電池的相對容量接近一個中間數(shù)值的同時，根據(jù)這個相對容量值計算出總實際容量。這使得能夠從電池提供能量并且用再生電能對電池進行充電，以及根據(jù)相對容量計算出總實際容量。
此外，根據(jù)權(quán)利要求8和權(quán)利要求19的發(fā)明，根據(jù)總實際容量輸出電池退化的信息，從而可以給使用者提供有關(guān)電池狀態(tài)的有用信息。
而且，根據(jù)權(quán)利要求20的發(fā)明，可以通過參照車輛的停止來檢測電池的空載狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種電池容量控制方法，其特征在于，利用了這樣一種關(guān)系，其中電池的相對容量可以由電池放電后的開路電壓唯一地確定，以便確定與在空載狀態(tài)下從所述電池中獲得的所述開路電壓相對應(yīng)的所述相對容量，并且根據(jù)相對容量以及在達到空載狀態(tài)之前在負載狀態(tài)期間通過時間積分獲得的所述電池的積分放電電流量計算出所述電池的總實際容量。
2.如權(quán)利要求1所述的電池容量控制方法，其特征在于，所述積分放電電流量是從所述電池的完全充電狀態(tài)中釋放出的放電電流的時間積分值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電池容量控制方法，其特征在于，如果電池在完全充電狀態(tài)下的第一相對容量由S1表示，與從處于所述空載狀態(tài)的所述電池中獲得的所述開路電壓相對應(yīng)的第二相對容量由S2表示，并且所述積分放電電流量由X表示，則所述總實際容量計算如下總實際容量＝(S1/(S1-S2)×X)。
4.如權(quán)利要求1所述的電池容量控制方法，其特征在于，同時控制向電池的充電，從而使所述相對容量接近一個中間數(shù)值。
5.如權(quán)利要求4所述的用于控制從一臺電動機向所述電池的電流供應(yīng)的電池容量控制方法，其特征在于，所述電池將電能提供給所述電動機并且也被提供以來自所述電動機的用于充電的再生電能。
6.如權(quán)利要求4或5所述的電池容量控制方法，其特征在于，如果與在空載狀態(tài)下由所述電池獲得的所述開路電壓相對應(yīng)的第一相對容量由S1表示，與在空載狀態(tài)下由所述電池隨后獲得的所述開路電壓相對應(yīng)的第二相對容量由S2表示，并且在獲得所述第一相對容量S1和所述第二相對容量S2期間釋放出的積分放電電流量由X表示，則所述總實際容量計算如下總實際容量＝(100/(S1-S2)×X)。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的電池容量控制方法，其特征在于，所述開路電壓是一個在所述空載狀態(tài)持續(xù)了預(yù)定時間時的數(shù)值。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的電池容量控制方法，其特征在于，將所述總實際容量與一個預(yù)定的閾值相比較，并且如果所述總實際容量不大于所述預(yù)定閾值，則輸出所述電池退化的信息。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的電池容量控制方法，其特征在于，所述電池是一種蓄電池。
10.如權(quán)利要求9所述的電池容量控制方法，其特征在于，所述蓄電池是鋰離子電池。
11.一種電池容量控制裝置，包括用于檢測電池的空載狀態(tài)的空載檢測裝置；用于在由所述空載檢測裝置檢測出的空載狀態(tài)下檢測所述電池的電壓的電壓檢測裝置；用來從所述電壓中檢測出事先與電壓相對應(yīng)的所述電池的相對容量的相對容量檢測裝置；積分放電電流量計算裝置，它用來在達到所述空載狀態(tài)之前在負載狀態(tài)期間計算出由所述電池的放電電流的時間積分獲得的積分放電電流量；以及總實際容量計算裝置，它用來根據(jù)所述相對容量和所述積分放電電流量計算出所述電池的總實際容量。
12.如權(quán)利要求11所述的電池容量控制裝置，其特征在于，所述裝置包括用來檢測所述電池的完全充電狀態(tài)的完全充電檢測裝置，并且所述積分放電電流量計算裝置從電池的完全充電狀態(tài)開始對由所述完全充電檢測裝置檢測出的所述電池的放電電流進行積分。
13.如權(quán)利要求11或12所述的電池容量控制裝置，其特征在于，如果電池的在完全充電狀態(tài)下的第一相對容量由S1表示，由所述相對容量檢測裝置檢測出的第二相對容量由S2表示，并且所述積分放電電流量由X表示，則所述總實際容量計算如下總實際容量＝(S1/(S1-S2)×X)。
14.如權(quán)利要求11所述的電池容量控制裝置，其特征在于，設(shè)有用來控制向電池的充電的充電控制裝置，從而使所述相對容量接近一個中間數(shù)值。
15.如權(quán)利要求14所述的電池容量控制裝置，其特征在于，所述電池將電能提供給所述電動機并且也被提供以來自所述電動機的用于充電的再生電能，而且所述充電控制裝置控制從所述電動機向所述電池的電流供應(yīng)。
16.如權(quán)利要求14或15所述的電池容量控制裝置，其特征在于，如果由所述相對容量檢測裝置檢測出的第一相對容量由S1表示，由所述相對容量檢測裝置隨后檢測出的第二相對容量由S2表示，并且在獲得所述第一相對容量S1和所述第二相對容量S2期間釋放出的積分放電電流量由X表示，則所述總實際容量計算裝置如下計算所述總實際容量總實際容量＝(100/(S1-S2)×X)。
17.如權(quán)利要求11-16之一所述的電池容量控制裝置，其特征在于，所述電壓檢測裝置在所述空載狀態(tài)持續(xù)預(yù)定時間時檢測出電壓。
18.如權(quán)利要求11-17之一所述的電池容量控制裝置，其特征在于，所述裝置包括一個表式存儲裝置，它用來將所述電壓和所述相對容量存儲成一張表，并且所述相對容量檢測裝置根據(jù)存儲在所述表式存儲裝置中的所述表獲得與所述電壓相對應(yīng)的所述相對容量。
19.如權(quán)利要求11-18之一所述的電池容量控制裝置，其特征在于，所述裝置包括電池退化檢測裝置，它用來將所述總實際容量與預(yù)定閾值相比較，并且如果所述總實際容量不大于所述預(yù)定閾值，則輸出所述電池退化的信息。
20.一種用于車輛動力的電池的容量控制裝置，其特征在于，所述裝置包括一個如權(quán)利要求11-19之一所述的電池容量控制裝置，并且當車輛連續(xù)停止預(yù)定時間時，所述空載檢測裝置檢測正處于空載狀態(tài)的所述電池。
全文摘要
為了確定經(jīng)過反復(fù)充放電的電池的總實際容量，本發(fā)明提供的一種電池容量控制裝置包括用于檢測電池的空載狀態(tài)的放電停止判斷裝置11；在由放電停止判斷裝置11檢測出的空載狀態(tài)中檢測電池的開路電壓的電池電壓檢測裝置31；由開路電壓檢測事先對應(yīng)于開路電壓的電池51的相對容量SOC的相對容量計算裝置13；在達到空載狀態(tài)前在負載狀態(tài)期間算出電池51的積分放電電流量的放電電流積分裝置；以及根據(jù)相對容量SOC和積分放電電流量計算出電池51的總實際容量的總實際容量計算裝置14。
文檔編號H01M10/48GK1415973SQ0214611
公開日2003年5月7日 申請日期2002年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月30日
發(fā)明者大堀德子 申請人:雅馬哈發(fā)動機株式會社