CN111856303B - 电池电阻测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池电阻测量装置，其中，辅助电池传感器测量辅助电池的电流及电压，监控ECU基于基于与负载的请求相应而辅助电池的电流及电压变化时、由辅助电池传感器测量到的电流或电压的峰值以及频率，确定用于测量辅助电池的电阻的测量用波形。此外，监控ECU控制与辅助电池连接的DDC，使得辅助电池的电流的波形变成测量用波形，基于控制DDC时由辅助电池传感器测量到的电流及电压，计算辅助电池的电阻。

Description

电池电阻测量装置

技术领域

本发明涉及电池电阻测量装置。

背景技术

日本特开2016-114584号公报(专利文献1)中记载的技术，为了将电力从辅助电池供给到高压电池而操作DCDC转换器，基于辅助电池的端子间电压的检测值以及流过辅助电池的电流的检测值推定辅助电池的内部电阻。然后，基于辅助电池的SOC和辅助电池的温度检测值校正内部电阻，基于校正后的内部电阻判定辅助电池的劣化状态。

专利文献1中记载的技术，根据进行由电池(辅助电池)对电容器充电的预充电动作时的电池的电流及电压的关系而推定电池的电阻。然而，由于进行预充电动作时的电池的电流及电压的变化，与存在负载请求的情况下的电池的电流及电压的变化不同，因此利用专利文献1中记载的技术测量出的电池的电阻与存在负载请求的情况下的电池的电阻有很大不同，电池的电阻的测量精度不足。

发明内容

本发明是考虑了上述事实而完成的，其目的在于得到能够提高电池电阻的测量精度的电池电阻测量装置。

第一方式涉及的电池电阻测量装置包括：测量部，其测量搭载在车辆上的电池的电流以及电压；确定部，其基于与搭载在所述车辆上的负载的请求相应而所述电池的电流及电压变化时由所述测量部测量到的电流或电压的峰值以及频率，确定用于测量所述电池的电阻的测量用波形；控制部，其控制与所述电池连接的DCDC转换器，以使所述电池的电流或电压的波形变成由所述确定部确定的所述测量用波形；以及计算部，其基于由所述控制部控制所述DCDC转换器时所述测量部测量到的电流及电压，计算所述电池的电阻。

在第一方式中，基于与搭载在所述车辆上的负载的请求相应而电池的电流及电压变化时的电池的电流或电压的峰值以及频率，确定用于测量电池的电阻的测量用波形。然后，控制DCDC转换器以使电池的电流或电压的波形变成测量用波形，基于此时的电池的电流及电压计算电池的电阻。由此，能够计算出与负载的请求相应而电池的电流及电压变化时的电池的电阻，能够提高电池的电阻的测量精度。

第二方式为，在第一方式中，与所述负载的请求相应而所述电池的电流及电压变化时由所述测量部测量到的电流或电压的峰值为所述DCDC转换器能够控制的上限值以下的情况下，所述确定部将所述峰值确定为所述测量用波形的峰值，在与所述负载的请求相应而所述电池的电流及电压变化时由所述测量部测量到的电流或电压的峰值超过所述DCDC转换器能够控制的上限值的情况下，所述确定部将所述上限值确定为所述测量用波形的峰值。

根据第二方式，由于DCDC转换器能够控制的上限值不必始终高于与所述负载的请求相应而所述电池的电流及电压变化时测量到的电流或电压的峰值，因此能够以低成本构成DCDC转换器。

第三方式为，在第一方式或第二方式中，当所述控制部控制所述DCDC转换器时，所述计算部对所述测量部测量到的电流及电压的变化进行频率分析，根据各个互不相同的频率下的电流与电压的比值计算出各个互不相同的频率下的所述电池的电阻。

根据第三方式，能够计算各个互不相同的频率下的电池的电阻，能够求得电池的电流或电压的频率与电池的电阻之间的关系。

第四方式为，在第三方式中，所述确定部将所述测量用波形确定为，与各个互不相同的负载分别对应的所述电池的电流或电压的变化的波形合成而得到的波形。

根据第四方式，即使在与各个互不相同的负载分别对应的波形中包括不同频率成分的情况下，控制部仅控制一次DCDC转换器，计算部就能够计算出各频率成分所对应的各个频率下的电池的电阻。

第五方式为，在第四方式中还包括校正部，在表示所述电池的电流或电压的频率与所述电池的电阻之间的关系的电阻曲线由温度和所述电池的SOC(State Of Charge)为各个值时的各种组合而分别定义的电阻曲线图中，该校正部基于所述计算部计算出的各个互不相同的频率下的所述电池的电阻，校正与当前温度和所述电池的SOC的组合对应的第一电阻曲线，并且根据对于所述第一电阻曲线的校正量，分别校正所述电阻曲线图中所述第一电阻曲线以外的第二电阻曲线。

根据第五方式，通过基于各个互不相同的频率下的电池的电阻校正第一电阻曲线，并且根据对于第一电阻曲线的校正量而分别校正第二电阻曲线，能够得到高精度的电阻曲线图。

第六方式为，在第五方式中还包括判定部，该判定部根据所述电阻曲线图中与当前温度和所述电池的SOC的组合对应的电阻曲线、以及与规定负载的请求所对应的所述电池的电流即预想负载电流及其频率，推定与所述规定负载的请求所对应的所述电池的电压即预想负载电压，通过将推定的预想负载电压与规定值进行比较而判定所述电池是否劣化。

根据第六方式，能够高精度地推定与规定负载的请求所对应的预想负载电压，能够高精度地判定电池是否劣化。

第七方式为，在第一方式至第六方式中的任一方式中，所述电池是锂离子电池。

锂离子电池从为了防止过放电引起的电池的电压下降而对电池的电阻进行测量/管理的方面而言是优选的，因此适于本发明。

第八方式为，在第一方式至第七方式中的任一方式中，所述电池是向所述车辆的辅助负载供给电力的辅助电池。

由于车辆的辅助电池与搭载在车辆上的各种负载的请求相应而电流及电压变化，与此相伴而电阻发生变化，因此车辆的辅助电池适于本发明。

发明的效果

本发明具有能够提高电池电阻的测量精度的效果。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的车载***的示意性配置的框图。

图2是表示电池监控处理的一个例子的流程图。

图3是用于说明充放电波形的学习以及预想负载电压的推定的说明图。

图4是用于说明电阻曲线图的校正的说明图。

图5是用于说明电阻曲线图的校正的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的一个例子进行详细说明。搭载有图1所示的车载***10的车辆是所谓的混合动力车辆，该混合动力车辆分别搭载有未图示的发动机、作为使车辆行驶的电动机动作或作为发电机动作的电动发电机(以下称为“MG”)12、高压电池14、以及电压比高压电池14低的辅助电池16。另外，在本实施方式中，辅助电池16是锂离子电池。高压电池14可以是锂离子电池，也可以是镍氢电池。

高压电池14与功率控制单元(以下称为“PCU”)18连接，PCU18与MG 12连接。PCU 18包括能够将交流电力变换为直流电力以及将直流电力变换为交流电力的变换器。在MG 12作为电动机动作的情况下，从高压电池14经由PCU 18向MG 12供给电力，在MG 12作为发电机动作的情况下，MG 12产生的电力经由PCU 18供给到高压电池14，从而对高压电池14进行充电。

此外，高压电池14与辅助电池16之间设有DCDC转换器(以下称为“DDC”)20。DDC 20包括输出调整部20A，输出调整部20A能够根据来自后述的监控ECU 30的指示而调整输出，以使得辅助电池16的电流或电压变为指示值。

将DDC 20和辅助电池16侧连接的电气配线22分别连接有多个辅助负载(在图1中表述为第一辅助负载24、第二辅助负载26)。

第一辅助负载24、第二辅助负载26的一个例子例如为，进行各种控制的ECU(Electronic Control Unit)、各种致动器(电动机或螺线管)、各种灯光类(车灯或室内灯)、各种空调装置(加热器或制冷器)等。

辅助电池16向第一辅助负载24及第二辅助负载26供给电力。此外，在发动机工作的情况下，通过从发动机所附加的发电机(图示省略)向辅助电池16供给电力，从而对辅助电池16进行充电。

在辅助电池16与DDC 20之间设有辅助电池传感器28。辅助电池传感器28测量流过辅助电池16的电流、辅助电池的端子间电压，并且测量辅助电池16的温度(或者外部气温)。另外，辅助电池传感器28是测量部的一个例子。

辅助电池传感器28以及DDC 20与监控ECU 30连接。监控ECU30包括：CPU(CentralProcessing Unit)32、ROM(Read Only Memory)及RAM(Random Access Memory)等存储器34、HDD(Hard Disk Drive)及SSD(Solid State Drive)等非易失性的存储部36、以及通信I/F(Inter Face)38。CPU 32、存储器34、存储部36以及通信I/F38经由内部总线40彼此连接。

存储部36存储有电池监控程序以及辅助电池16的电阻曲线图(后面将详细描述)。监控ECU 30将电池监控程序从存储部36读出并在存储器34打开，由CPU 32执行在存储器34打开的电池监控程序，从而进行后述的电池监控处理。

接下来，参照图2，作为本实施方式的作用，对车辆的点火开关接通后监控ECU 30执行的电池监控处理进行说明。

在步骤50中，监控ECU 30判定本次点火开关的接通操作是否是自车辆出厂以来的第一次接通操作或者自更换辅助电池16以来的第一次接通操作。在步骤50的判定为肯定的情况下，前进至步骤52。另外，在步骤50的判定为否定的情况下，跳过下面说明的步骤52～步骤56，前进至步骤58。

在步骤52中，监控ECU 30向DDC 20的输出调整部20A输出指示，以使来自辅助电池16的电流与图3中表示为“目标充放电波形”所示的、规定的充放电波形一致。这是通过以下方式完成的：由辅助电池传感器28每隔规定时间测量来自辅助电池16的电流，根据电流的测量值与规定的充放电波形之差，例如以t1ms后A1安培、t2ms后A2安培的方式即时反馈向DDC 20的输出调整部20A输出的指示值。由此，来自辅助电池16的电流显示出与规定的充放电波形一致的变化，由辅助电池传感器28检测到辅助电池16的电流及电压的变化。

在步骤54中，监控ECU 30针对辅助电池传感器28所检测到的辅助电池16的电流变化及电压变化，分别进行利用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform：FFT)的频率分析，根据各个互不相同的频率下的电流与电压的比值计算各个互不相同的频率下的辅助电池16的电阻。

此外，存储在存储部36中的辅助电池16的电阻曲线图例如如图4所示，构成为表示辅助电池16的电流的频率与辅助电池16的电阻之间的关系的电阻曲线由温度和辅助电池16的SOC为各个值时的各种组合而分别定义。在步骤54中，从电阻曲线图中包括的多条电阻曲线中提取与当前温度和辅助电池16的SOC的组合对应的第一电阻曲线，基于先前计算出的各个互不相同的频率下的辅助电池16的电阻校正所提取的第一电阻曲线。

作为一个例子，在图4中，示出了根据通过充放电获取的电阻值，对作为第一电阻曲线的、与温度为0℃且辅助电池16的SOC为50％的组合对应的电阻曲线进行校正的例子。另外，图4所示的电阻曲线图将温度以及辅助电池16的SOC分别划分为3个等级，但也可以将温度以及辅助电池16的SOC的至少其中之一划分为更多个等级。

在接下来的步骤56中，监控ECU 30根据对于第一电阻曲线的校正量，分别对辅助电池16的电阻曲线图中除在步骤54中校正的第一电阻曲线以外的第二电阻曲线进行校正。各个针对第二电阻曲线的校正例如能够通过以下方式进行：基于对应的温度以及辅助电池16的SOC的条件，根据是电阻值升高的条件还是电阻值降低的条件来增减校正量。

作为一个例子，如图4所示，在以0.1mΩ的校正量校正作为第一电阻曲线的、与温度为0℃且辅助电池16的SOC为50％的组合对应的电阻曲线的情况下，对于电阻值变得更高的条件(例如，温度更低且SOC更低的条件(例如，温度为－15℃、SOC为30％的条件))所对应的电阻曲线，将校正量设为例如1mΩ。此外，对于电阻值变得更低的条件(例如，温度更高且SOC更高的条件(例如，温度为25℃、SOC为70％的条件))所对应的电阻曲线，将校正量设为例如0.05mΩ。

在步骤58中，监控ECU 30从辅助电池16的电阻曲线图中提取与当前温度和辅助电池16的SOC的组合对应的第一电阻曲线。然后，根据所提取的第一电阻曲线、以及与规定负载的请求所对应的辅助电池16的电流即预想负载电流及其频率，推定规定负载的请求所对应的辅助电池16的电压即预想负载电压。

另外，作为规定负载，可举出预想使辅助电池16的电压较大地变动的负载等。作为一个例子，在规定负载是预想负载电流较高的状态持续10秒的负载的情况下，根据第一电阻曲线获取频率为0.1Hz的电阻，将所获取的电阻乘以预想负载电流而推定预想负载电压。

在接下来的步骤60中，监控ECU 30判定校正完成标识是否为ON。校正完成标识最初为OFF，经过后述电阻曲线图的校正之后置为ON。在步骤60的判定为否定的情况下，前进至步骤66。

在步骤66中，监控ECU 30判定是否存在能够计算出辅助电池16的电阻的充放电。在本实施方式中，由于使用FFT来计算电阻，因此诸如空调负载等辅助电池16的电流等为恒定值的稳定负载(例如空调负载等)作为无法计算出辅助电池16的电阻的充放电而排除在外。在步骤66的判定为否定的情况下，前进至步骤80。

另一方面，在存在能够计算出辅助电池16的电阻的充放电的情况下，步骤66的判定为肯定并前进至步骤68。在步骤68中，当存在能够计算出辅助电池16的电阻的充放电时，监控ECU 30针对辅助电池传感器28所检测出的辅助电池16的电流的变化，进行利用FFT的频率分析而获取充放电波形的频率(变化幅度)和电流。

在步骤70中，监控ECU 30判定步骤68所获取的充放电波形的频率及电流是否能够由DDC 20进行充放电。在DDC 20所能够控制的电流存在上限值且步骤68所获取的充放电波形的电流在上限值以下的情况下，步骤70的判定为肯定并前进至步骤72。

在步骤72中，监控ECU 30判定在用于测量辅助电池16的电阻的测量用波形能够反映出的实际负载的充放电波形是否存在多个。在测量用波形能够反映出的实际负载的充放电波形仅存在1个的情况下，步骤72的判定为否定并前进至步骤74。然后，在步骤74中，监控ECU 30通过使测量用波形的频率与步骤68所获取的频率一致，使测量用波形的电流与步骤68所获取的电流一致，从而以反映出步骤68所获取的充放电波形的频率及电流的方式确定测量用波形。

此外，在步骤72的判定为肯定的情况下，前进至步骤76。在步骤76中，监控ECU 30生成分别反映多个实际负载的充放电波形的合成反映波形，将测量用波形确定为将多个实际负载的充放电波形合成而得到的波形。

此外，在步骤78中，监控ECU 30通过使测量用波形的频率与步骤68所获取的频率一致，使测量用波形的电流与DDC 20能够控制的电流的上限值一致，从而以使得所述上限值为测量用波形的峰值的方式确定测量用波形。另外，上述步骤74～步骤78是由确定部进行的处理的一个例子。

在步骤80中，如图3中表示为“学习后的充放电波形”所示，监控ECU 30以使来自辅助电池16的电流与测量用波形一致的方式向DDC 20的输出调整部20A输出指示。由此，来自辅助电池16的电流示出与测量用波形一致的变化，由辅助电池传感器28检测到辅助电池16的电流及电压的变化。另外，步骤80是由控制部进行的处理的一个例子。

在步骤82中，与先前说明的步骤54相同，监控ECU 30针对辅助电池传感器28所检测到的辅助电池16的电流变化及电压变化，分别进行利用FFT的频率分析，根据各个互不相同的频率下的电流与电压的比值，计算各个互不相同的频率下的辅助电池16的电阻。该处理是由计算部进行的处理的一个例子。

进一步，在步骤82中，与先前说明的步骤54相同，监控ECU 30从电阻曲线图中提取与当前温度和辅助电池16的SOC的组合对应的第一电阻曲线，基于先前计算出的各个互不相同的频率下的辅助电池16的电阻校正所提取的第一电阻曲线。

在步骤84中，与先前说明的步骤56相同，监控ECU 30根据对于第一电阻曲线的校正量，分别对辅助电池16的电阻曲线图中除在步骤82中校正的第一电阻曲线以外的第二电阻曲线进行校正。另外，步骤84与步骤82中校正第一电阻曲线的处理一起为由校正部进行的处理的一个例子。

在步骤86中，监控ECU 30判定是否对辅助电池16的电阻曲线图进行了规定次数的校正。在步骤86的判定为否定的情况下，返回至步骤58。步骤58之后的处理在车辆的点火开关接通的期间反复执行，对辅助电池16的电阻曲线图的校正也反复执行(参照图5)。如果对辅助电池16的电阻曲线图进行了规定次数以上的校正，则步骤86的判定为肯定并前进至步骤88。在步骤88中，监控ECU 30使校正完成标识为ON，前进至步骤58。

如果校正完成标识为ON，则先前的步骤60的判定为肯定，前进至步骤62。在步骤62中，监控ECU 30判定步骤58所推定的预想负载电压是否在***保证值以上。在步骤62的判定为肯定的情况下，前进至步骤66。此外，在步骤62的判定为否定的情况下前进至步骤64，在步骤64中，监控ECU 30警告辅助电池16发生劣化。另外，步骤62与步骤58一起为由判定部进行的处理的一个例子。

如以上所说明的，在本实施方式中，辅助电池传感器28测量辅助电池16的电流以及电压，监控ECU 30基于在与负载的请求对应而辅助电池16的电流及电压变化时、辅助电池传感器28测量到的电流的峰值及频率，确定用于测量辅助电池16的电阻的测量用波形。此外，监控ECU 30控制与辅助电池16连接的DDC 20，使得辅助电池16的电流的波形变成测量用波形，基于控制DDC 20时辅助电池传感器28测量到的电流以及电压计算辅助电池16的电阻。由此，能够计算与负载的请求相应而辅助电池16的电流及电压变化时的辅助电池16的电阻，能够提高辅助电池16的电阻的测量精度。

此外，在本实施方式中，在与负载的请求相应而辅助电池16的电流及电压变化时、辅助电池传感器28测量到的电流的峰值为DDC20能够控制的上限值以下的情况下，监控ECU30将测量到的电流的峰值确定为测量用波形的峰值。此外，在与负载的请求相应而辅助电池16的电流及电压变化时、辅助电池传感器28测量到的电流的峰值超过DDC 20能够控制的上限值的情况下，监控ECU 30将DDC 20能够控制的上限值确定为测量用波形的峰值。由此，由于DDC 20能够控制的上限值无需始终高于与负载的请求相应而辅助电池16的电流及电压变化时测量到的电流的峰值，因此能够以低成本构成DDC20。

此外，在本实施方式中，监控ECU 30在控制DDC 20时，对辅助电池传感器28测量到的电流以及电压的变化进行频率分析，由各个互不相同的频率下的电流与电压的比值计算各个互不相同的频率下的辅助电池16的电阻。由此，能够计算各个互不相同的频率下的辅助电池16的电阻，能够求得辅助电池16的电流的频率与辅助电池16的电阻之间的关系。

此外，在本实施方式中，监控ECU 30将测量用波形确定为将各个互不相同的负载所对应的辅助电池16的电流的变化的波形合成而得到的波形。由此，即使在各个互不相同的负载所对应的波形中包含不同的频率成分的情况下，控制部仅控制一次DDC 20，就能够计算各频率成分所对应的各个频率下的辅助电池16的电阻。

此外，在本实施方式中，在表示辅助电池16的电流的频率与辅助电池16的电阻之间的关系的电阻曲线由温度和辅助电池16的SOC为各个值时的各种组合而分别定义的电阻曲线图中，监控ECU 30基于计算出的各个互不相同的频率下的辅助电池16的电阻，校正与当前温度和辅助电池16的SOC的组合对应的第一电阻曲线。此外，监控ECU 30根据对于第一电阻曲线的校正量，分别校正电阻曲线图中除第一电阻曲线以外的第二电阻曲线。由此，能够得到高精度的电阻曲线图。

此外，在本实施方式中，监控ECU 30根据电阻曲线图中与当前温度和辅助电池16的SOC的组合对应的电阻曲线、以及与规定的负载的请求所对应的辅助电池16的电流即预想负载电流及其频率，推定与规定的负载的请求所对应的辅助电池16的电压即预想负载电压。此外，监控ECU 30通过将所推定的预想负载电压与规定值进行比较而判定辅助电池16是否劣化。由此，能够高精度地推定与规定的负载的请求所对应的预想负载电压，能够高精度地判定辅助电池16是否劣化。

另外，在上文中，说明了控制DDC 20以使得辅助电池16的电流的波形变成测量用波形的方式，但是不限于此，也可以控制DDC 20以使得辅助电池16的电压的波形变成测量用波形。

此外，在上文中，说明了下述方式：对辅助电池16的电流的变化以及电压的变化利用FFT进行频率分析，计算各个互不相同的频率下的辅助电池16的电阻(步骤54、82)。然而，不限于此，也可以将通过DDC 20进行辅助电池16的充放电时、辅助电池16的电流和电压的组绘制成图表，根据电流与电压的关系的变化趋势计算辅助电池16的电阻。

此外，在上文中，说明了仅设置一个辅助电池的方式，但是不限于此，在例如由于自动驾驶等用途而添加了辅助电池的配置中，也可以在所添加的辅助电池的电阻的测量中应用本发明。

Claims (6)

1.一种电池电阻测量装置，包括：测量部，其测量搭载在车辆上的电池的电流以及电压；

确定部，其基于与搭载在所述车辆上的负载的请求相应而所述电池的电流及电压变化时、由所述测量部测量到的电流或电压的峰值以及频率，确定用于测量所述电池的电阻的测量用波形；

控制部，其控制与所述电池连接的DCDC转换器，以使所述电池的电流或电压的波形变成由所述确定部确定的所述测量用波形；

计算部，其基于由所述控制部控制所述DCDC转换器时所述测量部测量到的电流及电压，计算所述电池的电阻；以及

校正部，

当所述控制部控制所述DCDC转换器时，所述计算部对所述测量部测量到的电流及电压的变化进行频率分析，根据各个互不相同的频率下的电流与电压的比值计算出各个互不相同的频率下的所述电池的电阻，

在表示所述电池的电流或电压的频率与所述电池的电阻之间的关系的电阻曲线由温度和所述电池的SOC为各个值时的各种组合而分别定义的电阻曲线图中，该校正部基于所述计算部计算出的各个互不相同的频率下的所述电池的电阻，校正与当前温度和所述电池的SOC的组合对应的第一电阻曲线，并且根据对于所述第一电阻曲线的校正量，分别校正所述电阻曲线图中所述第一电阻曲线以外的第二电阻曲线。

2.根据权利要求1所述的电池电阻测量装置，在与所述负载的请求相应而所述电池的电流及电压变化时、由所述测量部测量到的电流或电压的峰值为所述DCDC转换器能够控制的上限值以下的情况下，所述确定部将所述峰值确定为所述测量用波形的峰值，在与所述负载的请求相应而所述电池的电流及电压变化时、由所述测量部测量到的电流或电压的峰值超过所述DCDC转换器能够控制的上限值的情况下，所述确定部将所述上限值确定为所述测量用波形的峰值。

3.根据权利要求1所述的电池电阻测量装置，其中，所述确定部将所述测量用波形确定为，与各个互不相同的负载分别对应的所述电池的电流或电压的变化的波形合成而得到的波形。

4.根据权利要求1所述的电池电阻测量装置，其还包括判定部，该判定部根据所述电阻曲线图中与当前温度和所述电池的SOC的组合对应的电阻曲线、以及与规定负载的请求所对应的所述电池的电流即预想负载电流及其频率，推定与所述规定负载的请求所对应的所述电池的电压即预想负载电压，通过将推定的预想负载电压与规定值进行比较而判定所述电池是否劣化。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池电阻测量装置，其中，所述电池是锂离子电池。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的电池电阻测量装置，其中，所述电池是向所述车辆的辅助负载供给电力的辅助电池。

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