CN101357618A - 估计车载发电设备充电的可再充电电池电荷状态的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供估计车载发电设备充电的可再充电电池电荷状态的设备。本设备用于估计由车载发电设备充电的可再充电电池的电荷状态，所述车载发电设备能够产生可变输出电压。该估计设备包含：检测所述可再充电电池的充电/放电电流的检测功能；以及根据关系数据对所述电荷状态进行估计的估计功能，所述关系数据定义了所述输出电压、所述电荷状态和收敛值之间的关系，所述充电/放电电流在所述输出电压改变之后所述输出电压的变化低于预定值的状态中经过其暂态特性收敛到所述收敛值。

Description

估计车载发电设备充电的可再充电电池电荷状态的设备

技术领域

本发明涉及用于估计由车载发电机充电的可再充电电池的电荷状态的设备，所述车载发电机输出可变电压。

背景技术

作为这种估计设备，日本专利申请公开No.2004-168126公开了一种设备，该设备被配置成执行一定过程来在第一电压和低于第一电压的第二电压之间周期性地改变由内燃机驱动的交流发电机的输出电压，并且如果在交流发电机的输出电压最后一次被设置为第一电压之后电池的充电电流的值变成预定值，则确定该电池已经达到了预定电荷状态。日本专利申请公开No.2003-307557也公开了这样一种估计设备。

同时，已经提出了一种控制方法，其中当交流发电机发电所需的内燃机燃料消耗的增量更小时，将该交流发电机的输出电压设置得更大，以便降低内燃机的燃料消耗。在实现这种控制方法时，希望当把交流发电机的输出电压设成小值以利于电池的放电时，在有限范围内对电池进行适当的放电以便维持电池的可靠性。为此目的，要求以高精度估计电池的电荷状态。

在使用上述常规估计设备时存在一定问题。换言之，如果通过使用所述估计设备来估计电池的电荷状态并且之后依照电池的充电/放电电流的积分值来更新电池的被估计状态，那么由于电池的被估计电荷状态的精度低，因而不能充分地降低燃料消耗。可能出现的情况是，所述估计设备以更短的间隔估计电池的电荷状态。然而，在这种情况下，由于必须更加频繁地进行用于估计目的的交流发电机的输出电压控制，因而可能会阻止执行用于降低燃料消耗的目的的交流发电机的输出电压控制。

发明内容

本发明提供了用于估计由车载发电设备充电的可再充电电池的电荷状态的设备，所述车载发电设备能够产生可变输出电压，该估计设备包含：

检测可再充电电池的充电/放电电流的检测功能；以及

根据关系数据对电荷状态进行估计的估计功能，所述关系数据定义了输出电压、电荷状态和收敛值之间的关系，充电/放电电流在改变输出电压之后输出电压的变化低于预定值的状态中经过其暂态特性收敛到所述收敛值。

本发明还提供了电荷控制***，该电荷控制***包括能够产生可变输出电压的车载发电设备以及用于估计由车载发电设备充电的可再充电电池的电荷状态的设备，该***包含：

检测可再充电电池的充电/放电电流的检测功能；以及

根据关系数据对电荷状态进行估计的估计功能，所述关系数据定义了输出电压、电荷状态和收敛值之间的关系，充电/放电电流在改变输出电压之后输出电压的变化低于预定值的状态中经过其暂态特性收敛到所述收敛值。

依照本发明，可以精确地估计由车载发电设备充电的可再充电电池的电荷状态，所述车载发电设备能够产生可变输出电压。

根据下面包括附图和权利要求的说明，本发明的其他优点和特征将是显然的。

附图说明

在附图中：

图1为示出了电荷控制***的总体结构的示图，该电荷控制***包括本发明第一实施例的、用于估计可再充电电池的电荷状态的设备；

图2为示出了用于控制发电设备的输出电压的过程的流程图，该过程由包含在第一实施例的电荷控制***中的ECU来执行；

图3为示出了在逐步增大发电设备的输出电压之后电池的充电电流特性的时间图；

图4为示出了用于计算极化相关量的过程的流程图，该过程由包含在第一实施例的电荷控制***中的ECU来执行；

图5为示出了在极化相关量为正的情况下极化相关量与电池的充电电流之间的关系的时间图；

图6为示出了在极化相关量为负的情况下极化相关量与电池的充电电流之间的关系的时间图；

图7为示出了用于估计电池的SOC的过程的流程图，该过程由包含在第一实施例的电荷控制***中的ECU来执行；

图8为示出了在第一实施例中用于计算逐步增大发电设备的输出电压之后电池电流收敛所需时间的配置的示图；

图9A、9B、9C为用于解释第一实施例中估计SOC的实例的时间图；

图10为示出了用于估计电池的SOC的过程的流程图，该过程由包含在本发明第二实施例的电荷控制***中的ECU来执行。

具体实施方式

第一实施例

图1为示出了电荷控制***的总体结构的示图，该电荷控制***包括依照本发明第一实施例的、用于估计可再充电电池的电荷状态的设备。

在该***中，发电设备10由交流发电机12和稳定(regulate)交流发电机12的输出的稳定器(regulator)14构成。交流发电机12在其转子处机械地耦合到内燃机(在该实施例中为汽油机)的曲轴22。曲轴22的转矩驱动转子旋转。

发电设备10具有电池终端TB，电池30(在该实施例中为铅酸电池)连接到该电池终端TB。电力负荷42通过开关40并联连接到电池30。当打开点火开关(ignition switch)44时，布置在电池终端TB和电池30之间的电源线连接到发电设备10的点火终端TIG。在点火开关44和点火终端TIG之间连接了充电灯(charge lamp)46。

作为电力负荷的电子控制单元(此后称为ECU)50用于控制内燃机(internal combustion engine)20和发电设备10。例如，ECU 50控制电池终端TB的电压，换言之，根据来自电流传感器52的检测值以及来自温度传感器54的检测值来控制发电设备10的输出电压，所述电流传感器52检测从电池30放电的电流以及向电池30充电的电流，所述温度传感器54检测电池30的温度。ECU 50向发电设备10的命令终端TR输出指定发电设备10的输出电压值的命令(此后称为“命令输出电压”)。稳定器14将发电设备10的输出电压稳定在此命令输出电压下。ECU 50通过发电设备10的监视终端TF接收表示发电设备10的发电容量的发电状态信号。发电容量由包含在稳定器14中的开关器件的占空比(打开时段与打开/关闭循环时段之比)度量。

在这个实施例中，控制输出电压，使得发电设备10发电所需的发动机(engine)20燃料消耗的增量在电池30的电荷状态(此后称为SOC)的预定限度内尽可能小。这里，将一般用5小时率容量(5-hourrate capacity)或10小时率容量表示的SOC量化成电池30的当前电荷量与电池30的满电荷量之比。已知可再充电电池的开路电压(此后称为OCV)，即可再充电电池在其终端断开时的输出电压随着其SOC的增大而增大。在这个实施例中，当SOC为100％时电池30的OCV为12.8V，当SOC为0％时该OCV为11.8V。

接下来，参照图2所示的流程图来解释该***中的输出电压控制过程。图2为示出了用于设置输出电压的过程的流程图，该过程由该实施例的ECU 50周期性地执行。

由ECU 50周期性地执行的这个过程通过在步骤S10确定电荷控制***安装于其上的车辆是否处于减速状态来开始。当车辆正在减速时，由于车辆的驱动轮驱动曲轴22旋转，因而用于交流发电机12发电的能量从驱动轮侧提供，并且相应地发动机20的燃料消耗降低(可能降低至零)。如果检测出松开了车辆的加速板并且车辆速度在降低，那么就可以确定车辆处于减速状态。

如果步骤S10的确定结果是肯定的，那么由于可以认为交流发电机12发电所需的燃料消耗的增量相对小，因而该过程前进到步骤S12。在步骤S12，将指定给发电设备10的命令输出电压设置为第一电压VH以利于对电池30充电。在这个实施例中，第一电压VH例如设置为14.7V，其高于当SOC为100％时电池30的OCV(例如为12.8V)。

另一方面，如果步骤S10的确定结果是否定的，那么由于可以判断由交流发电机12进行的发电在降低燃料消耗方面没有提供特别的优点，因而该过程前进到步骤S14。在步骤S14，确定车辆是否处于其中要求大的发动机20转矩的加速状态。如果检测出加速板被压低到超过预定量并且车辆速度在增加，那么就可以确定车辆处于加速状态。

如果步骤S14的确定结果是肯定的，那么该过程前进到步骤S16，在该步骤S16，将命令输出电压设置为比第一电压VH低的第二电压VL，以便利于电池30的放电。

另一方面，如果步骤S14的确定结果是否定的，那么该过程前进到步骤18，在该步骤中，执行控制来调节命令输出电压，使得SOC保持在恒定值。

当步骤S12、S16和S18中的任何一个完成时，结束该过程。

如上所述设置命令输出电压使得在车辆处于某个驾驶状态时产生的电能在车辆处于其他驾驶状态时被消耗掉成为可能，在所述某个驾驶状态下，发动机20燃料消耗的增量小。这使得降低发动机的燃料消耗成为可能。然而，如果步骤S18中提及的SOC的精度低，那么降低燃料消耗的效果就下降。例如，如果估计的SOC的精度低，那么在步骤S18可以将实际的SOC控制在大于目标值的值上，其结果是，在步骤S12的可充电功率量减小。这使得对电池30进行充分的充电在发电所需的燃料消耗的增量小的时侯是困难的。

因此，在这个实施例中，以下述方式精确地估计SOC。图3为示出了在逐步增大发电设备10的输出电压之后电池30的充电电流特性的时间图。本申请的发明人已经发现，当逐步增大发电设备10的输出电压时，电池30的充电电流突然增大，然后逐渐收敛到由输出电压和SOC确定的某个值，如图3所示。然而，充电电流在直到其达到所述某个值的时段期间的特性并不仅仅由输出电压和SOC来唯一地决定，而是根据电池30的状态而变化。可以认为，在紧接着发电设备10的输出电压被改变之前，电池30的状态是电池30的一种极化状态。这里的极化是由于电池30的电极附近硫酸根离子的浓度分布而发生的现象。极化状态根据电池30的充电/放电历史来决定。

在这个实施例中，将极化状态量化成极化相关量P。在下文中，参照图4所示流程图来解释计算极化相关量P的过程。

由ECU 50周期性地执行的这个过程通过在步骤S20获取电池30的电流I(n)来开始。这里，“n”是表示采样编号的参数。在步骤S22，确定先前计算的极化相关量P(n-1)是否等于或大于零，以便确定在电池30中充电效果和放电效果中的哪一个保持更强烈。提供步骤S22的原因在于，当在电池30中充电效果比放电效果保持更强烈时极化状态消失(dissolve)的速率不同于当在电池30中放电效果比充电效果保持更强烈时极化状态消失的速率。

如果步骤S22的确定结果是肯定的，那么由于可以确定在电池30中充电效果比放电效果保持更强烈，因而该过程前进到步骤S24，在步骤S24，将扩散时间常数τ设置为充电时间常数τc。另一方面，如果步骤S22的确定结果是否定的，那么由于可以确定在电池30中放电效果比充电效果保持更强烈，因而该过程前进到步骤S26，在步骤S26，将扩散时间常数τ设置为放电时间常数τd，该放电时间常数τd小于充电时间常数τc，因为充电历史比放电历史更易于消失。

当步骤S24或步骤S26完成时，该过程前进到步骤S28以计算极化相关量P(n)。这里，极化相关量P(n)通过向先前计算的极化相关量P(n-1)添加两项来计算。两项中的第一项为“γ·I(n)·dt”，其用于量化充电/放电历史。更详细地说，该项用于根据该过程的采样时间dt和充电效率γ来计算“γ·I(n)”的时间积分值，“γ·I(n)”表示与电池30的电流I(n)相应的值。由于当电池30充电时电流I(n)为正，当电池30放电时电流I(n)为负，因而可以量化充电/放电历史。尽管在这个实施例中充电效率γ是固定的，但是它可以根据电流I(n)的符号来加以改变。

所述两项中的第二项为“-P(n-1)·dt/τ”，其用于量化极化状态的衰减效应(电池30的电极附近的硫酸扩散现象)。

当步骤S28完成时，结束该过程。

图5为示出了在相关量P为正的情况下极化相关量P与电池30的充电电流之间的关系的时间图。如图5所示，由于输出电压的变化引起的充电电流的特性根据极化相关量P而发生改变。图6为示出了在极化相关量P为负的情况下极化相关量P与电池30的充电电流之间的关系的时间图。如图6所示，在这种情况下，由于输出电压的变化引起的充电电流的特性同样根据极化相关量P而发生改变。

因此，在这个实施例中，充电电流收敛到收敛值所需的时间依照极化相关量P来计算，以便根据SOC和收敛值之间的关系来估计SOC，所述关系取决于输出电压。接下来，参照图7所示流程图来解释用于依照转换值估计SOC的过程，该过程由ECU 50周期性地执行。

在下文中，首先就其中图2步骤S12的充电操作继续直到完成对SOC的估计的情况进行解释。此后，就其中图2步骤S12的充电操作在完成对SOC的估计之前结束的情况进行解释。

<充电操作继续直到完成对SOC的估计的情况>

该估计过程通过在步骤S40检查恒定电压充电标志Fc是否为“1”来开始，检查的目的是确定命令输出电压是否被设置为第一电压VH以利于对电池30充电。如果步骤S40的检查结果是否定的，那么该过程前进到步骤S42，在步骤S42，确定命令输出电压是否刚好被设置为第一电压VH以便确定是否在先前执行的过程中没有将命令输出电压设置为第一电压VH，并且在当前执行的过程中刚好设置为第一电压VH。如果步骤S42的确定结果是肯定的，那么该过程前进到步骤S44。在步骤S44，将恒定电压充电标志Fc设置为“1”，并且根据极化相关量P和温度BT计算充电电流收敛所需的时间。图8为示出了实现步骤S44的操作的配置的示图。如图8所示，该配置包括所需时间基值计算部分B2、温度补偿部分B4和所需时间计算部分B6。

所需时间基值计算部分B2根据极化相关量P计算所需时间T的基值。这里，在极化相关量P为正的区域中，当极化相关量P更大时将所需时间T设置得更长。这是因为，当充电效果保持更强烈时，该效果消失所需的时间更长。另一方面，在极化相关量P为负的区域中，当所述相关量P的绝对值更大时将所需时间T设置得更长。这是因为，当放电效果保持更强烈时，该效果消失所需的时间更长。如上所述，由于放电效果比充电效果更难于消失，相比于当在电池30中充电效果保持更强烈时，当在电池30中放电效果保持更强烈时将所需时间T设置得更长。

温度补偿部分B4通过使用补偿系数KT来量化所需时间T的温度依赖关系。补偿系数KT的值随着温度BT的升高而增大。所需时间计算部分B6将所需时间T的基值乘以补偿系数KT来计算经过温度补偿的所需时间T。

在图7的步骤S46，获取电池30的电流I(n)。在步骤S48，确定所需时间T是否已经流逝。在这个过程中，由于刚好已经将命令输出电压改变成第一电压VH，因而步骤S48的确定结果变为否定。当在步骤S48中做出否定的确定结果时，结束该过程。

当下一次启动该过程时，由于步骤S48的确定结果变为肯定，该过程前进到步骤S50。在这种情况下，在步骤S50，确定命令输出电压是否已经从第一值VH改变成其他值以便确定电池30的充电操作是否已经结束，电池30的充电操作期间输出电压固定为第一电压VH。如果步骤S50的确定结果是否定的，那么该过程前进到步骤S46。重复步骤S46和S48，直到所需时间T流逝。

在所需时间T流逝之后，在步骤S52确定电池电流的收敛值If为电池30的电流I(n)的当前实际值。在步骤S54，确定是否允许执行对SOC的估计。即，判断是否可以根据收敛值和SOC之间的关系准确地估计SOC，所述关系取决于输出电压。在这个实施例中，如果下列两个条件(A)和(B)都满足，则确定允许执行对SOC的估计。

(A)在对电流I采样期间的时段内，发电设备10可以提供给电池30的电流量高于预定水平。

(B)在采样时段期间电流I的变化量低于预定值。

条件(B)是出于如下事实而给出的：当电流I的变化大时，由于电力负荷42的电流消耗的变化大，因而SOC的估计误差可能变为大得不可接受。

用于确定电流I是否可以为收敛值If的条件(A)是出于如下事实而给出的：当可提供的充电电流小于收敛值时，不可能根据收敛值和SOC之间的关系来估计SOC，所述关系取决于输出电压。条件(A)可以是下列条件(1)-(3)中的任何一个。

(1)发电设备10的发电容量低于预定容量。如上所述，发电容量由稳定器的占空比来限定。当占空比大并且相应地发电容量大时，由于流入电力负荷的电流大，因而电池30可以提供的充电电流不能达到收敛值。

(2)发电设备10的发电电流低于根据其旋转速度而确定的阈值。发电设备10的发电容量取决于旋转速度。当发电电流相对于旋转速度过大时，由于流入电力负荷的电流大，因而可以提供的充电电流不能达到收敛值。

(3)电力负荷的电流消耗低于预定值。当电力负荷的电流消耗过大时，可以提供的充电电流不能达到收敛值。

如果步骤S54的确定结果是肯定的，那么该过程前进到步骤S56，在步骤S56，根据收敛值If和电池30的温度BT来估计SOC。在估计SOC中使用电池30的温度BT的原因在于，依照输出电压和SOC的收敛值If根据电池30的温度而变化。更详细地说，收敛值If随着温度的升高而增大，在这个实施例中，在补偿收敛值If和SOC之间关系的温度依赖关系的同时执行对SOC的估计，从而不管电池30的温度BT，如何都精确地估计出SOC。SOC可以通过使用定义温度BT、收敛值If和SOC之间关系的二维映射来估计。可替换地，可以依照温度BT来校正通过使用定义收敛值If和SOC之间关系的映射而计算的SOC。

当步骤S56完成或者步骤S54的确定结果为否定时，该过程前进到步骤S58。在步骤S58，擦除电流的采样值。

<充电操作在完成对SOC的估计之前中断的情况>

在这种情况下，由于步骤S50的确定结果变为肯定，因而该过程前进到步骤S60。在步骤S60，将恒定电压充电标志设置为“0”。随后在步骤S62，确定电池30的电流的样本数是否等于或者大于预定数N，以便确定是否可以从这些样本中精确地估计收敛值。如果步骤S62的确定结果是肯定的，那么该过程前进到步骤S64，在步骤S64，根据在命令输出电压被设置为第一电压VH的时段期间采用的电池电流I的样本，假设命令输出电压被设置为第一电压VH的时段继续，导出代表充电电流的时间演变的关系表达式f。

更确切地说，假设如果命令输出电压被设置为第一电压VH的时段继续，那么SOC不发生改变，则关系表达式f代表了充电电流的时间演变。关系表达式f可以从这些样本中的多个导出的原因在于，当命令输出电压被设置为第一电压VH时突然增大并且然后逐渐减小的充电电流变化率，在收敛之后相比于收敛之前非常小。更详细地说，在收敛之后，由于充电电流随着SOC的适度变化而逐渐减小，因而相比于收敛之前充电电流表现出暂态特性的情况，充电电流的变化率绝对值非常小。因此，可以从收敛之前采取的样本中导出所述关系表达式，假设在命令输出电压被设置为第一电压VH的时段持续较长时间的情况下SOC不发生变化，那么该关系表达式表示出时间和充电电流之间的关系。

这个关系表达式f表明，充电电流的减小率随着时间而降低并且收敛到大于0的某个值。在这个实施例中，所执行的关系表达式f的推导满足以下条件：当分别针对多个不同的样本组(每个组包含多个所述样本)来确定关系表达式f时，通过这些确定出的关系表达式而估计的收敛值具有相同的值。这是因为，如图3所示，由于极化等的影响，即使对于相同值的SOC，也不能唯一地确定收敛之前充电电流的暂态特性。因此，不管关系表达式f从哪个样本组导出，都要求该关系表达式f允许以相同的值估计收敛值。这在关系表达式f具有不止两个参数的情况下是可能的。在这个实施例中，将表达式“f＝a·exp(-bt)+c”用作所述关系表达式f。参数a、b、c通过使用例如最小二乘法从多个所述样本中确定。

在后续步骤S66，依照关系表达式f来估计收敛值If。这里，将常数项c(截距)确定为收敛值If。当步骤S66完成时，该过程前进到步骤S54。

如图9A所示，在命令输出电压被设置为第一电压VH的时段比所需时间T更长的情况下，所需时间T取决于这个时间的极化状态，根据在所需时间T流逝的时刻的充电电流的值，可以通过上述操作将SOC估计为收敛值If。由于以下原因，使用所需时间T流逝的时刻的充电电流的值使得将估计SOC的精度保持在高水平成为可能。所需时间T流逝的时机(timing)是命令输出电压改变为第一电压VH之前极化的影响消失的时机。换言之，这个时机是充电电流和SOC之间的关系变得最明确的时机。如果使用所需时间T流逝之后的充电电流的值，那么就降低了估计SOC的精度，因为SOC逐渐变化，并且此外由于电池30的充电状态的持续而引起的极化的影响变得突出，所述电池30的充电状态的持续是由把命令输出电压设置为第一电压VH造成的。

通过将第一电压VH设置为比SOC为100％时的电池30的OCV充分大的电压，那么变得可能的是，收敛值根据SOC的值而显著不同，如图9B所示。这使得将估计SOC的精度保持在高水平成为可能。

另一方面，在命令输出电压被设置为第一电压VH的时段比所需时间T更短的情况下，依照图9C中所示实线表示的相对表达式(relativeexpression)f估计收敛值If，然后根据该估计的收敛值If来估计SOC。在图9C中，白圈表示SOC的三个不同值中的每一个的样本值。在这三种情况中的每一种情况下，根据在从改变命令输出电压的时刻开始的6秒钟内获取的充电电流的样本导出关系表达式f。实际上，在图9C所示的情况下，电流采样操作在已经获取了用于导出关系表达式f的样本之后继续，以便依照关系表达式f来评估SOC的估计精度。由图9C可见，在这三种情况中的每一种情况下，依照关系表达式f而确定的被估计充电电流与已经获取了用于导出关系表达式f的样本之后测量的实际充电电流十分相似。

上面描述的本发明的实施例提供了下列优点。

(1)SOC是根据发电设备10的输出电压，以及SOC和电池30的充电电流的收敛值之间的关系来估计的。这使得适当地估计电池30的电荷状态成为可能。

(2)SOC是通过在命令输出电压被设置为第一电压VH之后使用多个被检测的充电电流的值来估计收敛值If而估计的。所需时间T，即充电电流收敛所需的时间大约为10秒。因此，如果仅在命令输出电压固定长得足够充电电流收敛的时段时执行对SOC的估计，那么执行对SOC的估计的频度就不可能足够高。在这个实施例中，由于通过使用多个检测的充电电流的值来估计收敛值，因而即使命令输出电压保持不变的时段没有持续到充电电流收敛，也可以获得有关收敛值的数据。这使得执行对SOC的估计的频度保持为高成为可能。

(3)允许估计充电电流的时间变化的关系表达式f是根据多个检测的充电电流的值来导出的，并且然后依照导出的关系表达式f来计算收敛值。这使得根据该计算的收敛值来适当地估计SOC成为可能。这使得适当地估计收敛值成为可能。

(4)当根据收敛值来估计SOC时，考虑了电池的温度。这使得精确地估计SOC成为可能，因为可以补偿收敛值和SOC之间关系的温度依赖关系。

(5)当命令输出电压被固定为第一电压VH的时段比所需时间T更长时，根据检测的充电电流的值来估计电池30的SOC。这使得尽可能精确地估计SOC成为可能。

(6)所需时间T是根据极化相关量P来计算的。这使得适当地计算所需时间T成为可能。

(7)对SOC的估计是在发电设备10对电池30充电时执行的。所希望的是，输出电压显著不同于电池30的开路电压OCV，使得取决于输出电压的收敛值明确地依照SOC而变化。另一方面，一般情况下，相比于以高电压设置命令输出电压，在以低电压设置命令输出电压方面存在严格限制。在这个方面，由于SOC是在对电池30充电时估计的，因而在这个实施例中可以将通过使用收敛值和SOC之间的关系来执行对SOC的估计的频度保持为高，所述关系取决于输出电压。

(8)对SOC的估计是在发电设备10可以提供给电池30的电流量高于预定值时执行的。这使得精确地估计SOC成为可能。

(9)可以使得命令输出电压根据发电所需的发动机燃料消耗的增量而变化。由于经常出现在充电电流收敛之前命令输出电压发生改变的情况，因此在这种情况下依照关系表达式f来估计收敛值If是特别有效的。

(10)命令输出电压在车辆减速时被设置为第一电压VH以利于对电池30的充电，并且在车辆处于正常运行模式时根据SOC来设置。为了如上设置命令输出电压以便降低燃料消耗，要求在每个时刻检测SOC。依照其中每当命令输出电压被设置为第一电压VH时可以估计SOC的这个实施例，可以有效地降低燃料消耗，因为SOC的估计精度可以保持为高。

第二实施例

接下来，以强调与第一实施例的区别的方式描述本发明的第二实施例。

在第二实施例中，在发电设备10的输出电压固定并且电池30放电时估计SOC。

图10为示出了用于估计SOC的过程的流程图，该过程由这个实施例的ECU 50来周期性地执行。在图10中，相同的步骤编号分别指定与图7所示步骤相同或相应的步骤。

这个步骤通过在步骤S40a确定恒定电压放电标志Fd是否处于“1”以表示应当执行图2中所示步骤S16来开始。如果步骤S40a的确定结果是否定的，那么该过程前进到步骤S42a，在步骤S42a，确定是否刚好将命令输出电压改变为第二电压VL。如果步骤S42a的确定结果是肯定的，那么该过程前进到步骤S44a，在步骤S44a，执行除了恒定电压放电标志Fd被设置为“1”而不是恒定电压充电标志Fc被设置为“1”之外与图7中所示步骤S44的操作相同的操作。另一方面，如果步骤S40a的确定结果是肯定的，那么该过程前进到步骤S50a，在步骤S50a，确定命令输出电压是否刚好从第二电压VL改变为其他电压。如果步骤S50a的确定结果是肯定的，那么该过程前进到步骤S60a，在步骤S60a，将恒定电压放电标志Fd设置为“0”。在步骤S54a，确定是否允许执行对SOC的估计。在该过程中，当满足上述条件(B)和(C)时，允许执行对SOC的估计。原因在于，如果电力负荷42的消耗电流过小，那么电池30的放电电流的收敛值就与输出电压和SOC无关。

该第二实施例也提供了由第一实施例提供的上述优点(1)-(6)、(9)和(10)。

其他实施例

上述实施例可以如下所述进行修改。

在上面的实施例中，收敛值是只在命令输出电压固定的时段比所需时间T更短时根据关系表达式来估计的。然而，收敛值可以根据关系表达式来估计，而不管命令输出电压固定的时段比所需时间T更长还是更短。在这种情况下，希望提供用于根据检测的电池电流的值来评估被估计的收敛值的可靠性的方法。这种方法可以被配置成，如果在紧接着命令输出电压被改变之前检测的电池电流的值比收敛值的估计值小于预定值，那么就确定被估计的收敛值的可靠性为低。这种配置使得禁止根据其可靠性已被评估为低的被估计收敛值来估计SOC或者无效估计的SOC成为可能。

用于估计电池30的充电电流或放电电流的关系表达式并不限于在上述实施例中例举的表达式。例如，其可以是“f＝a/(t·t)+b/t+c”，或者“f＝a/t+b”，或者“f＝1/(at+b)+c/t”。

根据在估计之前检测的充电或放电电流的多个值来估计充电或放电电流的特性的方法并不限于使用该关系表达式的方法。例如，充电或放电电流的特性可以通过使用一定方法来估计，所述方法用于根据三个或多个检测值中的每时间上相邻的两个之差以及所述三个或多个检测值中的最早的值来计算电池电流的收敛值。该方法可以通过定义了每时间上相邻的两个检测值之差、所述最早的检测值以及收敛值之间的关系的映射来实现。此外，充电或放电电流的特性可以通过使用一定方法来估计，所述方法用于通过根据上述差值计算检测值的减小率并且在减小率为零时计算电池电流的减小量来估计收敛值。同样，这种方法必须满足如下条件：分别针对多个不同样本组估计的收敛值具有相同的值，所述样本组中的每一个包括多个所述样本。

用于根据充电/放电历史计算极化相关量P的表达式并不限于上述实施例中例举的表达式。例如，可以根据与图4的步骤S28中示出的表达式相同的表达式来计算极化相关量P，在该表达式中，删除了定量表示硫酸扩散的项“-P(n-1)·dt/τ”。

在上面的实施例中，尽管SOC是根据电池30的电流的值或者根据依照所述关系表达式估计的电池30的电流的收敛值来估计的，但是估计SOC的方法并不限于此。例如，SOC可以根据在其变化变得低于预定值时检测的电池30的电流的值来估计。

用于依照发电所需的燃料消耗的增量改变输出电压的控制并不限于上述控制。例如，在图2所示的过程中，如果步骤S10的确定结果是否定的，那么可以一直执行步骤S18。再例如，如日本专利申请公开No.2002-118905或者No.2004-260908中所描述的，发电设备的输出电压可以依照发电设备的每单位生成功率的发动机燃料消耗的增量来控制。同样在这种情况下，当其中输出电压的变化低于预定水平的状态继续时，可以按照上面的实施例中描述的方式来估计SOC。在命令输出电压发生各种变化的情况下，优选的是，不仅依照极化相关量P而且依照命令输出电压来计算所需时间T，因为所需时间T可以根据命令输出电压而变化。此外，由于收敛值If也可以根据命令输出电压而变化，因而优选的是，在根据收敛值If估计SOC时考虑命令输出电压。

检测电池30的电流的方法并不限于使用来自电流传感器52的检测电流的方法。例如，电池30的电流可以根据电力负荷42的消耗电流以及发电设备10的输出电流来检测。

电池30不一定必须为铅酸电池。在将其输出电流受到其极化状态很大影响的电池用作电池30的情况下，通过使用关系表达式f来计算所需时间T、估计收敛值是特别有效的。

内燃机20并不限于诸如汽油机之类的火花点火型发动机。例如，发动机20可以是诸如柴油机之类的压缩点火型发动机。

尽管上述实施例针对的是其中可再充电电池安装在单个内燃机作为驱动功率源的车辆上的情况，但是本发明可应用于安装在混合动力车辆上的可再充电电池。

上述优选实施例举例说明了本申请的发明，其仅由下面随附的权利要求来限定。应当理解，本领域技术人员可以想到对这些优选实施例做出各种修改。

Claims (13)

1.一种用于估计由车载发电设备充电的可再充电电池的电荷状态的设备，所述车载发电设备能够产生可变输出电压，该估计设备包含：

检测所述可再充电电池的充电/放电电流的检测功能；以及

根据关系数据对所述电荷状态进行估计的估计功能，所述关系数据定义了所述输出电压、所述电荷状态和收敛值之间的关系，所述充电/放电电流在所述输出电压改变之后所述输出电压的变化低于预定值的状态中经过其暂态特性收敛到所述收敛值。

2.依照权利要求1的设备，其中所述估计功能通过使用由所述检测功能检测的所述充电/放电电流的多个值来进行所述估计。

3.依照权利要求1的设备，其中所述估计功能依照所述充电/放电电流的所述值中的所述多个来估计所述收敛值并且根据所述估计的收敛值来进行所述估计。

4.依照权利要求1的设备，其中所述估计功能包括：导出关系表达式的功能，该关系表达式允许随着时间根据所述充电/放电电流的所述值中的所述多个来估计所述充电/放电电流的变化；依照所述导出的关系表达式来计算所述收敛值的功能；以及根据所述计算的收敛值和所述关系数据来估计所述电荷状态的功能。

5.依照权利要求1的设备，其中所述估计功能在进行所述估计时考虑了所述可再充电电池的温度。

6.依照权利要求1的设备，其中所述估计功能被配置成确定所述充电/放电电流是否实际上已经收敛到所述收敛值，并且当所述确定为肯定时，根据确定已经收敛到所述收敛值的所述充电/放电电流的检测值来进行所述估计。

7.依照权利要求6的设备，还包含量化所述可再充电电池的充电/放电历史的量化功能，所述估计功能根据所述量化的充电/放电历史来计算所述充电/放电电流达到所述收敛值所需的时间并且根据所述计算的时间来进行所述确定。

8.依照权利要求1的设备，其中所述估计功能在所述可再充电电池由所述发电设备充电时进行所述估计。

9.依照权利要求1的设备，其中所述可再充电电池和所述发电设备与电力负荷连接，并且所述估计功能在所述可再充电电池放电时进行所述估计。

10.依照权利要求1的设备，其中所述可再充电电池和所述发电设备与电力负荷连接，并且在其中所述发电设备可以提供给所述可再充电电池的电流大于预定电流的状态下，所述估计功能在所述可再充电电池由所述发电设备充电时进行所述估计。

11.依照权利要求1的设备，其中所述发电设备被配置成受车载内燃机的输出轴的驱动而旋转，并且所述发电设备的所述输出电压依照所述发电设备发电所需的所述车载内燃机的燃料消耗的增量来加以控制。

12.依照权利要求1的设备，其中所述发电设备被配置成受车载内燃机的输出轴的驱动而旋转，并且所述发电设备的所述输出电压在所述发电设备发电所需的所述车载内燃机的燃料消耗的增量等于或低于预定阈值时被设置为利于对所述可再充电电池充电的值，并且在所述增量高于所述预定阈值时被设置为取决于所述电荷状态的值。

13.一种电荷控制***，包括能够产生可变输出电压的车载发电设备以及用于估计由所述车载发电设备充电的可再充电电池的电荷状态的设备，所述***包含：

检测所述可再充电电池的充电/放电电流的检测功能；以及

根据关系数据对所述电荷状态进行估计的估计功能，所述关系数据定义了所述输出电压、所述电荷状态和收敛值之间的关系，所述充电/放电电流在所述输出电压改变之后所述输出电压的变化低于预定值的状态中经过其暂态特性收敛到所述收敛值。

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