CN103339785A - 蓄电*** - Google Patents

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Abstract

蓄电装置的劣化状态有时也根据蓄电装置的使用环境而发生变化。本发明具有：蓄电装置（10），与负载连接，进行充放电；温度传感器（12），与蓄电装置与负载连接相应地，检测蓄电装置的温度；控制器（30），基于蓄电装置的使用环境下的温度信息，推定蓄电装置的劣化状态。控制器基于将蓄电装置及负载连接时的温度传感器的输出而取得蓄电装置的温度分布，确定与取得的温度分布对应的蓄电装置的使用环境。

Description

蓄电***
技术领域
本发明涉及一种考虑蓄电装置的使用环境而推定蓄电装置的劣化状态的蓄电***。
背景技术
存在一种通过使用温度传感器检测电池组的温度来推定电池组的劣化状态的技术（例如，参照专利文献1）。将电池组搭载于车辆时，当将车辆的点火开关从断开切换为接通时，进行基于温度传感器的温度检测。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-074891号公报
专利文献2：日本特开2010-045901号公报
专利文献3：日本特开2002-157361号公报
专利文献4：日本特开2010-139396号公报
专利文献5：日本特开2003-047110号公报
专利文献6：日本特开2008-126788号公报
发明内容
在点火开关断开期间，换言之，在车辆放置期间，不进行基于温度传感器的温度检测。在此，根据车辆放置时的电池组的温度的不同而电池组的劣化状态发生变化。车辆放置时的电池组的温度依赖于电池组的使用环境（温度）。因此，为了推定电池组的劣化状态，也需要考虑电池组的使用环境。
本申请第一发明的蓄电***具有：蓄电装置，与负载连接，进行充放电；温度传感器，与蓄电装置与负载连接相应地，检测蓄电装置的温度；控制器，基于蓄电装置的使用环境下的温度信息，推定蓄电装置的劣化状态。控制器基于将蓄电装置及负载连接时的温度传感器的输出而取得蓄电装置的温度分布，确定与取得的温度分布对应的蓄电装置的使用环境。作为蓄电装置的温度分布，可以表示蓄电装置的温度与蓄电装置的每个温度的发生频率之间的关系。
控制器从多个使用环境下的蓄电装置的温度分布中，确定与从温度传感器的输出取得的温度分布相符的温度分布，从而能够确定蓄电装置的使用环境。若预先准备多个使用环境下的蓄电装置的温度分布，则能够从这些温度分布中，确定与从温度传感器的输出取得的温度分布相符的温度分布。并且，通过确定温度分布，也能够确定蓄电装置的使用环境。作为与温度分布相符的情况，包括两个温度分布一致的情况、及虽然两个温度分布不一致但显示彼此相似的变动的情况。
可以设置检测对蓄电装置进行充放电时的电流的电流传感器。在此，控制器能够确定与电流传感器的检测结果对应的、多个使用环境下的蓄电装置的温度分布。根据充放电时的电流，蓄电装置的温度分布有时变化，因此能够对于蓄电装置的每个电流负载确定多个使用环境下的蓄电装置的温度分布。
可以在存储器中对于电流传感器的每个检测结果存储多个使用环境下的蓄电装置的温度分布。由此，能够使用存储于存储器的信息，确定与特定的电流负载对应的、多个使用环境下的蓄电装置的温度分布。
控制器可以推定蓄电装置的寿命作为劣化状态。在此，在蓄电装置的推定寿命比目标寿命短时，控制器可以限制蓄电装置的输入输出。由此，能够抑制蓄电装置的劣化而延长蓄电装置的寿命。而且，在蓄电装置的推定寿命比目标寿命长时，控制器可以缓和蓄电装置的输入输出的限制。由此，能够增加蓄电装置的输入输出。
蓄电装置可以由串联电连接的多个蓄电元件构成。在此，蓄电装置可以包含并联电连接的多个蓄电元件。而且，蓄电装置可以搭载于车辆。通过将从蓄电装置输出的电能转换成动能，能够使车辆行驶。而且，通过将在车辆的制动时产生的动能转换成电能，而能够将该电能蓄积于蓄电装置。
本申请第二发明的推定方法包括：第一步骤，与进行充放电的蓄电装置与负载连接相应地，检测蓄电装置的温度；第二步骤，基于将蓄电装置及负载连接时的第一步骤的检测结果而取得蓄电装置的温度分布，确定与取得的温度分布对应的蓄电装置的使用环境；第三步骤，基于在第二步骤中确定的蓄电装置的使用环境下的温度信息，推定蓄电装置的劣化状态。作为蓄电装置的温度分布，可以表示蓄电装置的温度与蓄电装置的每个温度的发生频率之间的关系。
发明效果
根据本发明，基于从温度传感器的输出取得的蓄电装置的温度分布，确定蓄电装置的使用环境，由此能够考虑蓄电装置的使用环境而推定蓄电装置的劣化状态。
附图说明
图1是表示车辆的驱动***的框图。
图2是在实施例1中，表示取得温度信息及电流信息的处理的流程图。
图3是在实施例1中，表示电池寿命的推定和控制电池组的输入输出的处理的流程图。
图4是表示电流负载及温度分布的对应关系的图。
图5是在特定的电流负载中，表示四个地域的温度分布的图。
图6是表示在电池组的输入输出控制中使用的阈值的图。
图7是在实施例2中，表示电池寿命的推定和控制电池组的输入输出的处理的流程图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施例进行说明。
实施例1
图1是表示搭载于车辆的驱动***的框图。作为本实施例的车辆，有电力机动车、混合动力机动车。电力机动车是仅具备电池组作为用于使车辆行驶的动力源的车辆。混合动力机动车是除了电池组之外，还具备内燃机、燃料电池之类的其他动力源作为车辆的动力源的车辆。
电池组10具有串联电连接的多个单电池。单电池的个数基于电池组10的要求输出等能够适当设定。而且，电池组10可以包含并联电连接的多个单电池。作为单电池，可以使用镍氢电池、锂离子电池这样的二次电池。而且，可以取代二次电池而使用双电层电容器。
电流传感器11检测电池组10的充放电中的电流，并将检测结果向控制器30输出。温度传感器12检测电池组10的温度，并将检测结果向控制器30输出。温度传感器12能够安装在构成电池组10的多个单电池中的任一个单电池上。
温度传感器12的个数可以适当设定。而且，可以相对于电池组10在相互不同的多个位置上配置温度传感器12。在使用多个温度传感器12时，例如，可以使用特定的温度传感器12的检测温度作为电池组10的温度，或使用多个温度传感器12产生的检测温度的平均值作为电池组10的温度。
电池组10经由***主继电器21a、21b与升压电路22连接。***主继电器21a、21b接受来自控制器30的控制信号，在接通及断开之间进行切换。若***主继电器21a、21b从断开切换成接通，则能够进行电池组10的充放电。
升压电路22对来自电池组10的输出电压进行升压而向逆变器23供给。而且，升压电路22对来自逆变器23的电压进行降压而向电池组10供给。控制器30控制升压电路22的动作。在本实施例中，使用升压电路22，但也可以省略升压电路22。
逆变器23将来自升压电路22的直流电力转换成交流电力，向电动发电机24供给。作为电动发电机24，可以使用三相交流马达。逆变器23将来自电动发电机24的交流电力转换成直流电力，向升压电路22供给。控制器30控制逆变器23的动作。在本实施例中，由于使用交流马达作为电动发电机24，因此设置逆变器23，但若使用直流马达，则可以省略逆变器23。
电动发电机24接受来自逆变器23的电力，生成用于使车辆行驶的动能。电动发电机24经由动力传递机构而与车轮连结，由电动发电机24生成的动能向车轮传递。在使车辆减速或停止时，电动发电机24将车辆的制动时产生的动能转换成电能。由电动发电机24生成的电能作为再生电力，能够蓄积于电池组10。
控制器30具有存储规定的信息的存储器31和在时间的计测中使用的定时器32。在本实施例中，控制器30内置有存储器31及定时器32，但存储器31及定时器32也可以处于控制器30的外部。
图2是表示使车辆行驶时的控制的流程图。图2所示的处理由控制器30执行。
在步骤S100中，控制器30在车辆的点火开关从断开成为接通之前进行待机。当点火开关从断开切换成接通时，控制器30将***主继电器21a、21b从断开切换成接通。在步骤S101中，控制器30基于温度传感器12的输出，检测电池组10的温度。通过将***主继电器21a、21b从断开切换成接通，而开始温度传感器12进行的检测动作。
在步骤S102中，控制器30基于电流传感器11的输出，检测电池组10的充放电时的电流。例如，在使车辆的行驶开始或使车辆加速时，使电池组10进行放电。而且，在使车辆减速或停止时，对电池组10进行充电。电流传感器11的输出根据车辆的行驶模式而变化。
在步骤S103中，控制器30将在步骤S101中检测到的温度信息和在步骤S102中检测到的电流信息存储于存储器31。温度信息是表示电池组10的温度与产生特定的温度时的时间之间的关系的信息。电流信息是表示电流相对于时间的变化的信息。温度信息及电流信息的时间可以由定时器32计测。
在步骤S104中，控制器30判别点火开关是否断开。若点火开关保持接通，则返回步骤S101的处理。而且，若将点火开关从接通切换成断开，则结束本处理。
通过进行图2所示的处理，能够取得电池组10的温度信息及电流信息。在此，在点火开关从断开切换成接通的时机，由温度传感器12检测到的温度相当于放置车辆时的电池组10的温度。
在车辆行驶期间，由于电池组10的充放电，而电池组10的温度上升。另一方面，若使车辆停止（放置车辆），则电池组10的充放电停止，电池组10的温度开始下降。电池组10的温度下降的程度依赖于电池组10的使用环境的温度。若放置车辆的时间长，则电池组10的温度难以变化。在此，在点火开关再次从断开切换成接通时，若通过温度传感器12检测出电池组10的温度，则能够取得使车辆停止时的电池组10的温度。
已知电池组10的劣化依赖于电池组10的温度。作为电池组10的温度，包括车辆行驶时的温度换言之就是对电池组10进行充放电时的温度、及车辆停止（放置）时的温度换言之就是禁止电池组10的充放电时的温度。
如上所述，在将点火开关从断开切换成接通时，通过温度传感器12检测电池组10的温度，由此能够取得放置车辆时的电池组10的温度。而且，基于点火开关成为接通期间的温度传感器12的输出，能够取得车辆行驶时的电池组10的温度。
在本实施例中，基于电池组10的温度履历，推定电池组10的寿命。图3是表示推定电池组10的寿命，控制电池组10的输入输出的处理的流程图。图3所示的处理由控制器30执行。
在步骤S200中，控制器30确定电池组10的电流负载。电流负载可以表示作为电流的平方，在图2的步骤S103中，基于存储于存储器31的电流信息，能够确定电流负载。电流负载可以使用作为用于确定车辆的行驶状态的信息。电流负载根据车辆的行驶状态而变化，因此通过确定电流负载，能够确定车辆的行驶状态。
在步骤S201中，控制器30基于在步骤S200中确定的电流负载所对应的温度分布和存储于存储器31的温度信息（图2的步骤S101、S103），确定车辆行驶的地域（相当于使用环境）。存储器31如图4所示，存储表示电流负载CL1～CLn及温度分布TD1～TDn的对应关系的数据。电流负载CL1～CLn及温度分布TD1～TDn的对应关系可以通过实测而预先取得。
若电流负载不同，则电池组10的充放电状态也不同，电池组10的温度分布不同。因此，需要取得与电流负载CL1～CLn对应的温度分布TD1～TDn。
通过步骤S200的处理，从电流负载CL1～CLn中，能够确定实际的车辆的行驶状态所对应的电流负载。与各电流负载CL1～CLn对应的各温度分布表示作为图5所示的温度分布。
图5表示与特定的电流负载对应的温度分布。图5表示在四个地域A～D中，以特定的行驶状态（电流负载）使车辆行驶时的电池组10的温度分布。在图5中，横轴是电池组10的温度，纵轴是频率。所谓频率，表示产生特定的温度时的时间相对于总时间的比例。
如图5所示，当电池组10的温度上升时，无论地域A～D如何，电池组10的温度变化都表示彼此相似的变动。另一方面，在电池组10的温度处于低温域时，根据地域A～D，而温度分布较大地不同。低温域的电池组10的温度相当于放置车辆时的电池组10的温度。因此，若取得刚放置电池组10之后的电池组10的温度分布，则基于图5所示的温度分布，能够确定车辆行驶的地域（区域A～D的任一个）。
若地域A～D的温度分布中存在与通过图2的处理得到的温度分布一致的温度分布，则控制器30能够确定表示该温度分布的地域。而且，当不存在与通过图2的处理得到的温度分布一致的温度分布时，控制器30能够在地域A～D的温度分布中确定与在图2的处理中得到的温度分布最接近的温度分布。温度分布是否一致的判断只要比较上述的低温域的温度分布即可。
图5表示四个地域A～D的温度分布，但表示温度分布的地域的个数可以适当设定。在低温区域中，在产生容易区别的温度分布的差时，只要取得该地域的温度分布即可。
在本实施例中，确定与电流负载CL1～CLn对应的温度分布TD1～TDn，但并不局限于此。即，也可以省略电流负载的确定，无论电流负载如何，从预先准备的多个温度分布中确定与在图2的处理中得到的温度分布一致的温度分布，由此来确定地域。
在步骤S202中，控制器30基于在步骤S201中确定的地域的温度分布，来确定（推定）电池组10的寿命。电池组10的寿命是指电池组10的劣化状态到达禁止电池组10的充放电的状态为止的时间。电池组10的劣化状态可以由例如电池组10的电阻的变化率来表示。电池组10的电阻可以通过检测电池组10的电压及电流来算出。禁止电池组10的充放电的状态可以适当设定。
电池组10的温度分布与电池组10的寿命的对应关系可以通过实验预先决定，表示该对应关系的数据可以预先存储在存储器31中。若使用温度分布及寿命的对应关系，则基于在步骤S201中确定的地域的温度分布，能够确定电池组10的寿命。需要说明的是，也可以基于以电池组10的温度分布为参数的运算式，算出电池组10的寿命。
在步骤S203中，控制器30判别在步骤S202中推定的电池组10的寿命（推定寿命）是否超过目标寿命。目标寿命是指作为目标的电池组10的寿命，可以适当设定。在电池组10的推定寿命超过目标寿命时，进入步骤S204，若不是这样，则进入步骤S205。
在步骤S204中，控制器30缓和电池组10的输入输出的限制。电池组10的输入输出（充放电）基于图6所示的阈值Win（ref）、Wout（ref）而控制。即，控制器30以避免电池组10的输入输出超过阈值Win（ref）、Wout（ref）的方式控制电池组10的充放电。
在图6中，横轴表示电池组10的温度，纵轴表示电池组10的输入输出。电池组10的输入Win相当于电池组10的充电，电池组10的输出Wout相当于电池组10的放电。图6所示的阈值Win（ref）、Wout（ref）是一例，并不局限于此。
控制器30缓和电池组10的输入输出的限制，由此使阈值Win（ref）、Wout（ref）向箭头D1的方向移动。使阈值Win（ref）、Wout（ref）向箭头D1的方向移动的量可以相同，也可以不同。通过缓和电池组10的输入输出的限制，能够使电池组10的充放电时的电力增加。若车辆为混合动力机动车，则能够积极地使用电池组10，能够提高燃油经济性。
在步骤S205中，控制器30进一步限制电池组10的输入输出。具体而言，控制器30使图6所示的阈值Win（ref）、Wout（ref）向箭头D2的方向移动。在此，使阈值Win（ref）、Wout（ref）向箭头D2的方向移动的量可以相同，也可以不同。通过进一步限制电池组10的输入输出，能够限制电池组10的充放电时的电力。通过限制电池组10的输入输出，而能够抑制电池组10的劣化。
需要说明的是，若车辆为混合动力机动车，则在步骤S205中，能够禁止电池组10的输入输出。即使禁止电池组10的输入输出，也能够通过其他的动力源来使车辆行驶。
根据本实施例，通过比较图5所示的每个地域的温度分布与从温度传感器12的输出取得的温度分布，而能够确定电池组10的使用地域。若能够确定电池组10的使用地域，则可以考虑使用地域的温度分布来推定电池组10的劣化状态。使用地域的温度分布主要对放置车辆时的电池组10的温度造成影响，电池组10的劣化状态根据放置车辆时的电池组10的温度而变化。因此，通过考虑使用地域的温度分布，而能够提高电池组10的劣化状态的推定精度。
实施例2
使用图7，说明本发明的实施例2。图7是表示推定电池组10的寿命而控制电池组10的输入输出的处理的流程图。在本实施例中，关于与在实施例1中说明的结构同样的结构，使用同一标号。图7所示的处理由控制器30执行。
在实施例1中，根据电池组10的推定寿命是否超过目标寿命，而进一步限制电池组10的输入输出，或缓和输入输出的限制。在本实施例中，不仅判别电池组10的推定寿命是否超过目标寿命，而且也判别车辆的行驶距离是否超过目标距离，来进一步限制电池组10的输入输出，或缓和输入输出的限制。以下，具体地进行说明。
在图7中，步骤S200～步骤S205的处理与在实施例1（图3）中说明的处理相同。在本实施例中，在步骤S203中，当电池组10的推定寿命超过目标寿命时，进入步骤S205，在不是这样时，进入步骤S206。
在步骤S206中，控制器30判别车辆的行驶距离是否超过目标距离。控制器30可以使用行驶距离计，取得车辆的行驶距离。在行驶距离超过目标距离时，控制器30进行步骤S205的处理。而且，在行驶距离未超过目标距离时，控制器30进行步骤S204的处理。
实施例3
对本发明的实施例3进行说明。在实施例1中，图5所示的温度分布包括：将点火开关从断开切换成接通时的电池组10的温度；点火开关成为接通期间的电池组10的温度。在本实施例中，作为用于确定地域的温度分布（与图5对应的温度分布），仅使用将点火开关从断开切换成接通时的电池组10的温度。
如实施例1中说明那样，为了确定地域，只要比较低温域的温度分布即可。即，只要着眼于将点火开关从断开切换成接通时的电池组10的温度分布即可。因此，在本实施例中，作为与图5的温度分布对应的信息，使用将点火开关从断开切换成接通时的电池组10的温度分布。在本实施例中使用的温度分布与图5同样地，横轴表示电池组10的温度，纵轴表示频率。
在本实施例中，与实施例1同样地，基于电池组10的温度分布，能够确定电池组10的使用地域。并且，通过确定电池组10的使用地域，而能够推定电池组10的劣化状态。
在此，在点火开关接通期间，由温度传感器12检测到的电池组10的温度可以为了电池组10的温度调节而使用。具体而言，在电池组10的温度上升时，驱动鼓风机而将冷却用的空气向电池组10供给，由此能够抑制电池组10的温度上升。而且，在电池组10的温度下降时，通过将加温用的空气向电池组10供给，而能够抑制电池组10的温度下降。
在上述的实施例1～3中，说明了将电池组10搭载于车辆的情况，但并不局限于此。即，只要是搭载电池组10的设备，就能够适用本发明。即使在车辆以外的设备搭载电池组10时，根据电池组10的使用地域的温度，电池组10的劣化状态发生变化。因此，在搭载电池组10的设备中，与实施例1～3同样地，能够确定电池组10的使用地域，从而推定电池组10的劣化状态。
另外，在上述的实施例1～3中，使用了由多个单电池构成的电池组10，但并不局限于此。即，即便在使用单电池的情况下，也可以适用本发明。

Claims (16)

1.一种蓄电***，其特征在于，
具有：
蓄电装置，与负载连接，进行充放电；
温度传感器，与所述蓄电装置与所述负载连接相应地，检测所述蓄电装置的温度；
控制器，基于所述蓄电装置的使用环境下的温度信息，推定所述蓄电装置的劣化状态，
所述控制器基于将所述蓄电装置及所述负载连接时的所述温度传感器的输出而取得所述蓄电装置的温度分布，确定与取得的温度分布对应的所述蓄电装置的使用环境。
2.根据权利要求1所述的蓄电***，其特征在于，
所述控制器从多个使用环境下的所述蓄电装置的温度分布中，确定与基于所述温度传感器的输出而取得的温度分布相符的温度分布，从而确定所述蓄电装置的使用环境。
3.根据权利要求2所述的蓄电***，其特征在于，
具有电流传感器，所述电流传感器检测所述蓄电装置的充放电时的电流，
所述控制器确定与所述电流传感器的检测结果对应的、多个使用环境下的所述蓄电装置的温度分布。
4.根据权利要求3所述的蓄电***，其特征在于，
具有存储器，所述存储器对于所述电流传感器的每个检测结果存储多个使用环境下的所述蓄电装置的温度分布，
所述控制器使用所述电流传感器的输出及所述存储器的存储信息，确定与所述电流传感器的检测结果对应的、多个使用环境下的所述蓄电装置的温度分布。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的蓄电***，其特征在于，
所述控制器推定所述蓄电装置的寿命作为所述劣化状态。
6.根据权利要求5所述的蓄电***，其特征在于，
所述控制器在所述蓄电装置的推定寿命比目标寿命短时，限制所述蓄电装置的输入输出。
7.根据权利要求5或6所述的蓄电***，其特征在于，
所述控制器在所述蓄电装置的推定寿命比目标寿命长时，缓和所述蓄电装置的输入输出的限制。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的蓄电***，其特征在于，
所述蓄电装置具有串联电连接的多个蓄电元件。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的蓄电***，其特征在于，
所述蓄电装置搭载于车辆，输出在车辆的行驶中使用的能量。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的蓄电***，其特征在于，
所述蓄电装置的温度分布表示所述蓄电装置的温度与所述蓄电装置的每个温度的发生频率之间的关系。
11.一种推定方法，其特征在于，包括：
第一步骤，与进行充放电的蓄电装置与负载连接相应地，检测所述蓄电装置的温度；
第二步骤，基于将所述蓄电装置及所述负载连接时的所述第一步骤的检测结果而取得所述蓄电装置的温度分布，确定与取得的温度分布对应的所述蓄电装置的使用环境；
第三步骤，基于在所述第二步骤中确定的所述蓄电装置的使用环境下的温度信息，推定所述蓄电装置的劣化状态。
12.根据权利要求11所述的推定方法，其特征在于，
在所述第二步骤中，从多个使用环境下的所述蓄电装置的温度分布中，确定与基于所述第一步骤的检测结果而取得的温度分布相符的温度分布，从而确定所述蓄电装置的使用环境。
13.根据权利要求12所述的推定方法，其特征在于，
包括第四步骤，所述第四步骤检测所述蓄电装置的充放电时的电流，
在所述第二步骤中，确定与所述第四步骤的检测结果对应的、多个使用环境下的所述蓄电装置的温度分布。
14.根据权利要求13所述的推定方法，其特征在于，
使用对于所述第四步骤的每个检测结果存储多个使用环境下的所述蓄电装置的温度分布的存储器的存储信息及所述第四步骤的检测结果，确定与所述第四步骤的检测结果对应的、多个使用环境下的所述蓄电装置的温度分布。
15.根据权利要求11～14中任一项所述的推定方法，其特征在于，
在所述第三步骤中，推定所述蓄电装置的寿命作为所述劣化状态。
16.根据权利要求11～15中任一项所述的推定方法，其特征在于，
所述蓄电装置的温度分布表示所述蓄电装置的温度与所述蓄电装置的每个温度的发生频率之间的关系。
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