CN110873842A

CN110873842A - 电源***

Info

Publication number: CN110873842A
Application number: CN201910807887.8A
Authority: CN
Inventors: 草野贤和; 大平耕司
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2020-03-10
Also published as: US20200072910A1; JP2020034524A; US11047917B2

Abstract

一种电源***，设有二次电池、存储单元、计算单元和SOC特性获取单元。存储单元存储具有劣化前的二次电池的开路电压与容量之间关系的初始特性数据。计算单元利用初始特性数据来计算劣化特性数据，所述劣化特性数据是劣化二次电池的开路电压与容量之间的关系。SOC特性获取单元通过将劣化特性数据中包含的容量值除以劣化二次电池的满充电容量，来获取劣化二次电池的开路电压与充电状态之间的关系。

Description

电源***

技术领域

本公开涉及计算二次电池的开路电压与充电状态之间关系的电源***。

背景技术

以往，已知有计算开路电压与充电状态的关系的电源***。例如，JP-A-2017-223536公开了一种电源***，其中在操作二次电池的同时多次获取开路电压(在下文中也称为OCV)和充电状态(在下文中也称为SOC)，并且将所获取的数据累积(参见图14)以计算OCV与SOC(在下文中也称为SOC特性数据)之间的关系。然后，电源***通过使用SOC特性数据和OCV实测数据来计算正在使用的二次电池的SOC。根据上述电源***，计算出的SOC值被用于控制二次电池的充电/放电。

已知当二次电池劣化时SOC特性数据会改变。因此，电源***会定期更新SOC特性数据。

然而，使用中的二次电池的SOC可能不会达到接近0％或100％的值。在这种情况下，难以获取SOC达到这样值时的测量值(参见图14)。因此，根据上述电源***，当SOC接近0％或100％时，不能精确地获取SOC特性数据。

发明内容

本公开是鉴于上述情况而实现的，并且提供了一种能够获取SOC特性数据的电源***。

本公开的第一方面是一种电源***，包括：

二次电池；存储单元，所述存储单元存储初始特性数据，所述初始特性数据是劣化前的二次电池的开路电压与容量之间的关系；计算单元，所述计算单元通过使用初始特性数据来计算劣化特性数据，所述劣化特性数据是二次电池正在劣化的劣化二次电池的开路电压与容量之间的关系；以及SOC特性获取单元，所述SOC特性获取单元通过将劣化特性数据中包含的劣化二次电池的容量除以劣化二次电池的满充电容量(Q_F’)，来获取劣化二次电池的开路电压与充电状态之间的关系。

上述电源***包括计算单元和SOC特性获取单元。计算单元使用初始特性数据来计算劣化特性数据。SOC特性获取单元使用劣化特性数据来获取二次电池的OCV与SOC的关系(SOC特性数据)。在操作二次电池之前，可以对整个SOC范围(即，SOC的0％至100％)获取初始特性数据。因此，使用初始特性数据计算出SOC特性数据，从而可以获取整个SOC范围的精确SOC特性数据。

如上所述，根据上述方面，可以提供一种电源***，可以针对整个SOC范围精确地获取SOC特性数据。另外，权利要求书和发明内容中的括号内的附图标记表示在以下的实施例中说明的具体方法的对应关系，并不限定本发明的技术范围。

附图说明

在附图中：

图1是表示根据本公开第一实施例的初始特性数据以及初始特性数据的容量值乘以容量劣化率α后的数据的曲线图；

图2是表示根据第一实施例的初始特性数据的容量值乘以容量劣化率α的数据以及劣化特性数据的曲线图；

图3是表示根据第一实施例的劣化二次电池的SOC特性数据的曲线图；

图4是说明根据第一实施例的计算容量劣化率α和偏移量β的方法的曲线图；

图5是表示根据第一实施例的电源装置的概念框图；

图6是表示根据第一实施例的由计算单元执行的处理的流程图；

图7是图6所示的流程图之后的流程图；

图8是图7所示的流程图之后的流程图；

图9是表示根据第二实施例的计算容量劣化率α的方法的说明图；

图10是表示根据第二实施例的计算偏移量β的方法的说明图；

图11是表示根据第二实施例的由计算单元执行的处理的流程图；

图12是图11所示的流程图之后的流程图；

图13是图12所示的流程图之后的流程图；

图14是表示根据比较实施例的劣化二次电池的OCV与SOC之间的关系的曲线图。

具体实施方式

(第一实施例)

参照图1至图8，描述上述电源***的实施例。如图5所示，本实施例的电源***1设置有二次电池2、存储单元3、计算单元4和SOC特性获取单元5。存储单元3存储初始特性数据(参见图1)，该初始特性数据表示劣化前的二次电池2的开路电压(即，OCV)与的容量之间的关系。计算单元4使用初始特性数据来计算劣化特性数据(参见图2)，作为劣化二次电池的OCV与容量之间的关系。

SOC特性获取单元5通过将劣化特性数据中包含的容量值除以劣化二次电池2的满充电容量Q_F’，来获取劣化二次电池2的OCV与SOC之间的关系(参见图3)。

本实施例的电源***1是安装于电动汽车或混合动力汽车的车载电源***。如图5所示，二次电池2连接到逆变器11和充电装置12。上述逆变器11将从二次电池2供给的DC电力转换成AC电力。从DC电力转换来的AC电力用于驱动三相交流电机(未示出)。从而，上述车辆被驱动。

放电开关81配置在逆变器11与二次电池2之间。此外，充电开关82配置在充电装置12与二次电池2之间。当驱动逆变器11时，放电开关81被控制为接通。当对二次电池2进行充电时，充电开关82被控制为接通。开关81和82的这些接通-断开操作由控制单元6控制。控制单元6包括上述存储单元3、计算单元4和SOC特性获取单元5。

二次电池2包括串联连接的多个电池单元29。每个电池单元29由锂离子电池构成。电压传感器6_V和电流传感器6_A连接到二次电池2。电压传感器6_V和电流传感器6_A的测量值被传输到控制单元10。注意，多个电池单元29可以相互并联连接以构成单元模块，并且多个单元模块可以相互串联连接以构成二次电池2。

接下来，将描述用于计算劣化二次电池2的OCV与SOC(即，SOC特性数据)之间的关系的方法。如图1所示，在生产二次电池2之后，控制单元10获取在初始状态(即，初始特性数据)下的二次电池的OCV与容量之间的关系。例如，为了获取初始特性数据，二次电池2被完全放电并稍微充电，并且对电流累积值(即，容量)和OCV进行测量。重复执行这一测量，直到二次电池2被完全充电。所获取的多个测量值作为上述初始特性数据被存储到存储单元3中。

在二次电池2劣化的情况下，计算单元4产生初始特性数据的容量值乘以容量劣化率α的数据(以下也称为中间数据)。当劣化二次电池2的满充电容量为Q_F’，而劣化前的满充电容量为Q_F时，容量劣化率α可以用下面的等式表示。

α＝Q_F’/Q_F

如图2所示，在产生上述中间数据之后，计算单元4将偏移量β加到中间数据的OCV值上。

因此，计算出劣化二次电池2的OCV与容量之间的关系(即，劣化特性数据)。

注意，偏移量β是由二次电池2的电极中包含的活性材料的劣化引起的OCV的变化量。

以这种方式，可以精确地获取劣化特性数据。换言之，在二次电池2劣化时，活性材料的结晶结构发生变化，使得锂离子难以扩散到活性材料中。从而，二次电池的容量降低。容量的降低速率在整个SOC范围内显示一致。因此，初始特性数据(参见图1)的整个曲线中的值乘以容量劣化率α，由此可以获取具有与劣化特性数据(即，中间数据)相同曲线的图。此外，本申请的发明人通过他们的深入研究发现，当二次电池劣化时，OCV在整体曲线上发生偏移。因此，通过将上述偏移量β(参见图2)加到上述中间数据，可以精确地获取OCV与容量(即，劣化特性数据)之间的关系。

因此，在获取劣化特性数据之后，将劣化特性数据中所包括的容量值除以劣化二次电池2的满充电容量Q_F’。其结果是，获取了劣化二次电池的OCV与SOC之间的关系(即，SOC特性数据)。

随后，将更详细地描述容量劣化率α和偏移量β的计算方法。如图4所示，计算单元4针对劣化二次电池2计算在OCV从第一电压V_A变化到第二电压V_B时的容量的变化量(以下称为容量变化量ΔQ)，作为使用电流累积技术测量的劣化第一容量变化量ΔQ₁’。另外，计算单元4通过使用初始特性数据，计算当OCV从第一电压值V_A变化到第二电压V_B时的容量变化量ΔQ(初始第一容量变化量ΔQ₁)。

接着，计算单元4针对劣化二次电池2计算当OCV从第二电压V_B变化到第三电压V_C时的容量变化量ΔQ，作为使用电流累积技术测量的劣化第二容量变化量ΔQ₂’。此外，计算单元4通过使用初始特性数据，计算当OCV从第二电压值V_B变化到第三电压V_C时的容量变化量ΔQ(初始第二容量变化量ΔQ₂)。此后，容量计算单元4通过使用最小二乘法计算满足|ΔQ₁’-ΔQ₁|和|ΔQ₂’-ΔQ₂|的值小于或等于指定值的条件的容量劣化率α和偏移量。

接下来，将描述由控制单元10执行的处理的流程图。如图6所示，在生产二次电池2之后，控制单元10首先执行步骤S1。这里，该处理获取劣化前的二次电池2的OCV与容量之间的关系(即，初始特性数据)，并且存储所获取的关系数据。接下来，处理前进到步骤S2。在步骤S2中，该处理对是否需要更新劣化特性数据进行判断。例如，在从前一循环更新劣化特性数据时起已经经过了预定时间段的情况下，该处理判断需要更新(是)，并且前进到步骤S3。

在步骤S3中，该处理对是否可以测量OCV进行判断。在该步骤S3，例如，由于在二次电池2充电或放电之后不能立即精确地测量OCV，因此，该处理判断为否。另外，在二次电池2暂时没有充电或放电的情况下，该处理判断可以测量OCV(是)，并且前进到步骤S4。

在步骤S4中，该处理对OCV的第一电压V_A进行测量(参见图4)并存储所测量的值。此后，该处理前进到步骤S5。在步骤S5，该处理开始充电/放电并累积电流值。接下来，处理前进到步骤S6，并对是否能够测量OCV进行判断。在该步骤S6中，当判断为是时，处理前进到步骤S7。

在步骤S7中，该处理对第二电压V_B和劣化第一容量变化量ΔQ₁’进行测量，并且存储测量值。此后，该处理前进到步骤S8。在步骤S8中，该处理开始充电/放电并累积电流值。随后，该处理前进到步骤S9，并对是否可以测量OCV进行判断。在该步骤S9中，当判断为是时，处理前进到步骤S10。在步骤S10中，该处理对第三电压V_C和劣化第二容量变化量ΔQ₂’进行测量，并且存储测量值。

然后，处理前进到步骤S11。在步骤S11中，该处理通过使用初始特性数据，计算初始第一容量变化量ΔQ₁和初始第二容量变化量ΔQ₂。然后，处理前进到步骤S12，并且当|ΔQ₁’-ΔQ₁|和|ΔQ₂’-ΔQ₂|的值小于或等于指定值时，通过使用最小二乘法计算容量劣化率α和偏移量β。

接下来，处理前进到步骤S13。在步骤S13中，对于初始特性数据，该处理执行在其中将容量值乘以容量劣化率α的初始特性数据的计算，并且执行在其中将OCV加上偏移量β的初始特性数据的计算。因此，产生劣化特性数据。此后，该处理前进到步骤S14。在步骤S14中，将劣化特性数据的容量值除以劣化二次电池2的满充电容量Q_F’。因此，产生劣化二次电池2的SOC特性数据。

接下来，将描述本实施例的效果和优点。如图5所示，根据本实施例的电源***1包括计算单元4和SOC特性获取单元5。计算单元4使用初始特性数据计算劣化特性数据。如图3所示，SOC特性获取单元5使用劣化特性数据获取二次电池2的OCV与SOC之间的关系。在开始使用二次电池2之前，可以对整个SOC范围(即，从0％到100％)获取初始特性数据。因此，在开始使用二次电池2之前利用初始特性数据，由此可以在整个SOC范围内获取精确的SOC特性数据。

如图14所示，根据传统的电源***1，当二次电池2工作时，获取多个OCV和SOC的测量值。然后，使用该测量数据计算SOC特性数据。然而，由于二次电池的使用，SOC不太可能低于等于10％或大于等于90％。因此，在小于等于10％的范围内或在大于等于90％的范围内难以获取精确的SOC数据。相反，根据本实施例，如图1和图2所示，由于使用在操作二次电池2之前获取的初始特性数据(即，可以在从0％到100％的范围内获取SOC的数据)来计算SOC特性数据，因此，可以对整个SOC范围获取精确的SOC特性数据。

此外，本实施例的计算单元4执行容量劣化率α和偏移量β的计算处理。然后，计算单元4针对初始特性数据执行在其中将容量乘以容量劣化率α的计算，以及在其中将OCV加上偏移量β的计算，从而计算出劣化特性数据。因此，由活性材料的劣化引起的容量的劣化率和OCV的变化量可反映到劣化特性数据的计算中。其结果是，可以精确地计算劣化特性数据，并且可以获取精确的SOC特性数据。

如图4和图6至图8所示，计算单元4针对劣化二次电池2测量当OCV从预定值(根据本实施例的第一电压V_A)变化到另一值(根据本实施例的第二电压V_B)时的容量变化量ΔQ，并使用初始特性数据计算出容量变化量ΔQ。然后，计算单元4使用这些获取的容量变化量(ΔQ₁’，ΔQ₁)来对容量劣化率α和偏移量β进行计算。进而，由于利用了劣化二次电池2的容量变化量ΔQ的实际测量值，因此能够精确地对容量劣化率α和偏移量β进行计算。

更具体地，根据本实施例的计算单元4使用上述劣化第一容量变化量ΔQ₁’、初始第一容量变化量ΔQ₁和初始第二容量变化量ΔQ₂来精确地对容量劣化率α和偏移量β进行计算。

注意，OCV值(V_A，V_B，V_C)可以在二次电池2充分充电/放电之后测量，以使得容量变化量ΔQ₁’和ΔQ₂’大于预定值。因此，能够更精确地对容量劣化率α和偏移量β进行计算。

此外，在计算劣化二次电池2的容量变化量ΔQ₁’和ΔQ₂’的情况下，仅当比电流传感器6_A(参见图5)的测量误差大的大量电流从二次电池2流出时，通过累积电流量，可以计算容量变化量ΔQ₁’和ΔQ₂’。

此外，二次电池2可以充分放电，使得第一电压V_A和第二电压V_B之间的差以及第二电压V_B和第三电压V_C之间的差大于预定值。因此，能够更精确地对容量劣化率α和偏移量β进行计算。

第一电压V_A和第二电压V_B之间的差以及第二电压V_B和第三电压V_C之间的差可以优选地设置为大于电压传感器6_V的测量误差(参见图5)。因此，由于上述电压值可以足够大，因此可以足够精确地对容量劣化率α和偏移量β进行计算。

根据本实施例，可获得一种能够在SOC的整个范围内精确地获取SOC特性数据的电源***。

在以下实施例中，除非另外指明，在附图中使用的附图标记中具有与第一实施例中的附图标记相同的元件表示与第一实施例中的元件相同的元件。

(第二实施例)

根据第二实施例，修改了容量劣化率α和偏移量β的计算方法。如图9所示，在本实施例中，与第一实施例相同，将OCV从第一电压V_A变化到第二电压V_B时的容量变化量ΔQ计算为针对劣化二次电池2测量的劣化第一容量变化量ΔQ₁’以及初始第一容量变化量ΔQ₁。然后，使用下面的等式(1)计算容量劣化率α。

α＝ΔQ₁’/ΔQ₁…(1)

接着，如图10所示，对于具有预定值Q_β的容量的OCV，获取针对劣化二次电池2测量的劣化开路电压V_β’。上述容量值Q_β设定为使得劣化开路电压V_β’与第一电压V_A和第二电压V_B两者都不同。

此后，通过使用将初始特性数据的容量值乘以容量劣化率α后获取的数据(中间数据)，求出在预定值Q_β的容量下的作为OCV的初始开路电压V_β。然后，通过使用下面的等式(2)计算偏移量β。

β＝V_β’-V_β…(2)

参照图11至图13，描述本实施例的流程图。控制单元10执行步骤S21至S26的处理。由于这些步骤S21至S26与步骤S1至S6相同，因此将省略对它们的说明。在步骤S26之后，控制单元10执行步骤S27的处理。在步骤S27中，该处理对第二电压V_B和劣化第一容量变化量ΔQ₁’进行测量，并且存储测量值。

接着，在步骤S28中，通过使用初始特性数据，计算当OCV从第一电压值V_A变化到第二电压V_B时的容量变化量ΔQ(即，初始第一容量变化量ΔQ₁)。随后，在步骤S29中，通过使用上述式(1)计算容量劣化率α。

接下来，在步骤S30中，该处理产生其中初始特性数据(即，中间数据)的容量值乘以容量劣化率α的数据。此后，处理前进到步骤S31，在该步骤中，该处理开始二次电池2的充电/放电操作并累积电流。

此后，该处理前进到步骤S32。在步骤S32中，处理对OCV是否可测量进行判断(即，从二次电池的充电/放电操作停止时起是否已经经过了足够的时间)。当在步骤S32处判断为是时，处理前进到步骤S33。在步骤S33中，该处理测量OCV值(V_β’：参见图10)并通过使用当前的累加值估算容量Q_β。

此后，该处理前进到步骤S34。在步骤S34中，该处理通过使用初始特性数据对与容量Q_β对应的OCV值V_β进行计算。接着，在步骤S35中，该处理通过使用上述等式(2)计算偏移值β。

此后，该处理前进到步骤S36。在步骤S36中，该处理执行在其中将容量值乘以容量劣化率α的初始特性数据的计算，以及在其中将OCV加上偏移量β的初始特性数据的计算，从而产生劣化特性数据。随后，处理前进到步骤S37。在步骤S37中，将劣化特性数据中包含的容量值除以劣化后的满充电容量Q_F’。因此，可以得到劣化二次电池的SOC特性数据。

接着，将描述本实施例的效果和优点。根据本实施例，通过使用上述等式(1)和(2)对容量劣化率α和偏移量β进行计算。因此，能够精确地获取容量劣化率α和偏移量β。根据本实施例，如图9所示，在OCV相对于容量的变化率高于预定值的高变化区域A_H(即，曲线图中具有高梯度的区域)中对第一电压值V_A和第二电压V_B进行测量。因此，可以通过使用曲线图中具有高梯度的区域来计算容量劣化率α。因此，能够容易且精确地计算出容量劣化率α。

此外，根据本实施例，如图10所示，在OCV相对于容量的变化率低于预定值的低变化区域A_L(即，曲线图中具有小梯度的区域)中，对OCV值V_β’、V_β和容量Q_β进行测量。因此，即使当容量Q_B稍微改变时，OCV值V_β’、V_β也不会显著改变。因此，可以容易精确地计算偏移量β。根据本实施例，具有与第一实施例相似的组成，并且具有与第一实施例相似的效果和优点。

本公开不限于上述实施例，而是可以在不脱离本公开的精神的情况下应用于各种实施例。

Claims

1.一种电源***，包括：

二次电池；

存储单元，所述存储单元存储初始特性数据，所述初始特性数据是劣化前的所述二次电池的开路电压与容量之间的关系；

计算单元，所述计算单元使用初始特性数据来计算劣化特性数据，所述劣化特性数据是所述二次电池正在劣化的劣化二次电池的开路电压与容量之间的关系；以及

SOC特性获取单元，所述SOC特性获取单元通过将所述劣化特性数据中包含的所述劣化二次电池的所述容量除以所述劣化二次电池的满充电容量(Q_F’)，来获取所述劣化二次电池的所述开路电压与充电状态之间的关系。

2.如权利要求1所述的电源***，其特征在于，

所述计算单元构造成执行计算容量劣化率的处理和计算所述开路电压的偏移量(β)的处理，在计算容量劣化率的处理中，将所述劣化二次电池的所述满充电容量(Q_F’)除以劣化前的所述二次电池的所述满充电容量，所述偏移量是由所述二次电池的电极中包含的活性材料的劣化引起的；

所述计算单元构造成通过对所述初始特性数据执行计算来计算出所述劣化特性数据，其中，将劣化前的所述二次电池的所述容量乘以所述容量劣化率，并且将所述开路电压加上所述偏移量。

3.如权利要求2所述的电源***，其特征在于，

所述计算单元构造成对于所述劣化二次电池测量当所述开路电压从预定值变化到另一值时的所述容量的变化量(ΔQ)，并且通过使用所述初始特性数据来计算劣化前的所述二次电池的所述容量的变化量(ΔQ)，从而使用获取的所述容量的变化量来计算所述容量劣化率。

4.如权利要求3所述的电源***，其特征在于，

所述计算单元构造成通过使用劣化第一容量变化量(ΔQ₁’)、初始第一容量变化量(ΔQ₁)、劣化第二容量变化量(ΔQ₂’)和初始第二容量变化量(ΔQ₂)来对所述容量劣化率和所述偏移量进行计算，

当所述开路电压从第一电压(V_A)变化到第二电压(V_B)时，测量所述劣化第一容量变化量作为所述劣化二次电池的所述容量的变化量，

通过使用所述初始特性数据计算出所述初始第一容量变化量，作为所述开路电压从所述第一电压变化到所述第二电压时的所述容量的变化量，

测量所述劣化第二容量变化量，作为当所述开路电压从所述第二电压变化到第三电压(V_C)时，所述劣化二次电池的所述容量的变化量，

通过使用所述初始特性数据计算出所述初始第二容量变化量，作为当所述开路电压从所述第二电压变化到所述第三电压时的所述容量的变化量。

5.如权利要求3所述的电源***，其特征在于，所述计算单元构造成：

i)获取所述开路电压从所述第一电压变化到所述第二电压时的所述容量变化量，作为针对所述劣化二次电池测量的劣化第一容量变化量，并且作为通过使用所述初始特性数据计算出的初始第一容量变化量，

ii)计算容量劣化率，在其中将所述劣化第一容量变化量除以所述初始第一容量变化量，

iii)获取针对所述劣化二次电池测量的劣化开路电压(V_β’)，所述劣化开路电压是在所述二次电池的所述容量变为预定值(Q_β)时测量的，并且获取使用在其中将所述初始特性数据的所述容量乘以所述容量劣化率的数据计算出的初始开路电压(V_β)，

iv)计算所述劣化开路电压与所述初始开路电压之间的差，从而获得所述偏移量作为所述劣化开路电压与所述初始开路电压之间的差。