CN1300893C - 用于估算二次电池剩余容量的方法和装置、电池组***以及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有提高的二次电池剩余容量估算精确度的电池组***。电流累积系数修正部分109根据来自电动势计算部分105的电池电动势Veq计算对于电流累积系数k的修正量α。剩余容量计算部分112根据由修正量α算出的电流累积系数k、通过电流累积估算剩余容量SOC，并且根据由充电效率计算部分110算出的当前估算的剩余容量估算充电效率η。

Description

用于估算二次电池剩余容量的方法和装置、电池组***以及电动车辆
技术领域
本发明涉及一种用于估算二次电池例如镍-金属氢化物(Ni-MH)电池的剩余容量(SOC：充电状态)的方法，所述二次电池作为电动机用电源和各种负载的驱动源被安装在电动机驱动车辆如纯电动车辆(PEV)、混合电动车辆(HEV)、带有燃料电池和电池的混合车辆等中。
背景技术
常规而言，在HEV中，当发动机的输出功率比驱动所需要的动力大时，利用剩余的动力驱动发电机以对二次电池充电。另一方面，当发动机的输出功率小时，利用来自二次电池的电功率驱动电动机以输出补充动力。在这种情况下，二次电池放电。当二次电池安装在HEV等上时，必须通过控制这种充电/放电等来保持适当的工作状态。
为了这一目的，检测二次电池的电压、电流、温度等，通过计算估算出二次电池的剩余容量(以下简称为“SOC”)，从而控制SOC以使车辆的燃料消耗效率最佳化。并且在此时，为了让以电动机驱动为基础的动力辅助在加速过程中的工作，并且在减速过程中收集(再生制动)的能量具有良好平衡，按下述方法控制SOC值。一般来说，为了把SOC设定在例如50％-70％的范围内，当SOC下降至例如50％的时候，执行用于过充电(excess charge)的控制。另一方面，当SOC提高至例如70％时，进行用于过放电的控制。因此，努力使SOC接近控制中心。
为了精确控制SOC，需要精确估算正在被充电/放电的二次电池SOC。这种用于估算SOC的常规方法的例子包括以下两种。
(1)测量充电/放电电流。以充电效率乘以该电流值(在充电情况下具有减号，在放电情况下具有加号)。在特定时间段累积该乘积以计算累积容量。然后，根据累积容量估算SOC。
(2)测量并存储充电/放电电流和与其对应的二次电池的终端电压的多个数据组。用最小二乘法由该数据组获得初步近似线(电压V一电流I近似线)，计算对应于电流值0(零)的电压值(V-I近似线的V轴截距)以作为无负载电压(V0)。然后，根据无负载电压V0估算SOC。
此外，当对二次电池进行充电/放电时，根据电池电动势产生极化电压。具体而言，在充电过程中电压增加，而在放电过程中电压降低。这种变化被称作极化电压(polarization voltage)。在如同上述方法(2)那样由电压估算SOC的情况下，在预定时间内估算电压的升高和降低时、以及获得在预定时间内能够输入/输出的电功率的情况下，必须精确地掌握极化电压。
一般而言，作为估算极化电压的方法，由多个电流和电压数据获得一次回归线(primary regression line)，将该回归线的斜率设定为极化电阻(组分电阻(component resistance)、反应电阻和扩散电阻)，由电流乘以极化电阻以获得极化电压。
然后，上述两种常规SOC估算方法存在以下问题。
首先，在以上述方法(1)中的累积容量为基础的SOC估算方法中，对于累积电流值所需的充电效率取决于SOC值、电流值、温度等。因此，难以找到适于这些各种条件的充电效率。此外，在电池搁置的情况下，不能计算在那段时间内的自放电量。由于这些原因等，在SOC的真实值和其估算值之间的误差随着时间而增大。因此，为了估算该值，必须进行完全放电或完全充电以初始化SOC。
然而，在二次电池安装在HEV上的情况下，当进行完全放电时，二次电池不能提供电能，成为了发动机的负担。因此，必须在将车辆停止在充电位置或类似位置并被完全放电后，在预定时间段内对二次电池充电直至其被完全充电。因此，在应用于HEV的情况下，不可能在车辆驱动过程中进行完全的充电/放电以初始化SOC。此外，对于使用者而言，定期对安装在HEV上的二次电池进行完全的充电/放电是不方便的，并且变成使用者的负担。
接下来，在以上述方法(2)中的无负载电压为基础的SOC估算方法的情况下，首先，在大量放电后的V-I近似线的V截距变得比较低，在大量充电之后的V-I近似线的V截距变得比较高。因此，即使对相同的SOC，无负载电压也会根据充电/放电电的历史而变化。这种变化由极化电压引起。因此，由于极化电压的因素，作为V-I近似线的V截距的无负载电压在充电方向和放电方向之间变化。因此，电压的差异转化为SOC的估算误差。此外，由于电池的记忆效应和搁置、电池恶化等原因造成的电压降低也会导致SOC的估算误差。
并且，根据用于估算极化电压的上述常规方法，当由极化电阻获得极化电压时，不能有效地估算包含在极化电阻中的、由于在电池的活性材料和电解液的界面之间的反应引起的反应电阻，和由于在活性材料之间的活性材料中和电解液中的反应引起的扩散电阻。所以，估算极化电压的精确度不能令人满意。因此，为了获得用于估算SOC的电池电动势，实际上不能利用上述方法(2)中的无负载电压进行修正。
发明概述
在考虑了上述问题的基础上，实现了本发明，本发明的目的是提供：在不用定期对二次电池进行完全充电/放电以初始化SOC的条件下高精确度地估算SOC的方法和装置；具有计算机***(用于电池的电子控制(电池ECU))的电池组***，该计算机***用于在其上安装的方法中进行处理；和安装有电池组***的电动机驱动车辆。
为了达到上述目的，根据本发明估算二次电池的剩余容量的第一种方法包括以下步骤：测量流过二次电池的电流和对应于该电流的二次电池端子电压的数据组，并获得多个数据组；根据所获得的多个数据组计算二次电池的电动势；根据计算出的电动势确定对于电流累积系数的修正量；根据修正量和充电效率计算电流累积系数；和用测量电流乘以算出的电流累积系数，并由电流累积估算二次电池的剩余容量。
为了达到上述目的，根据本发明估算二次电池的剩余容量的第二种方法包括以下步骤：测量流过电池组的电流和对应于该电流的二次电池端子电压的数据组，并获得多个数据组，所述电池组包括作为二次电池的并用在中间充电状态的多个电池的组合；根据所获得的多个数据组计算二次电池的电动势；根据计算出的电动势确定对于电流累积系数的修正量；根据修正量和充电效率计算电流累积系数；和用测量电流乘以算出的电流累积系数，并由电流累积估算二次电池的剩余容量。
根据上述方法，按照电池电动势来修正电流累积系数，由电流累积估算SOC。因此，在SOC中间区域中由于电流累积引起的误差没有被累积，并且能够以高精度估算SOC。
此外，还可以更容易地估算由于长时间搁置等原因引起自放电后的SOC，不需要通过定期进行完整的放电和完整的充电来初始化SOC。
用于估算二次电池剩余容量的第一和第二种方法优选地还包括以下步骤：测量二次电池的温度，根据测出的温度、电流和估算的剩余容量计算在充电过程中的充电效率。
根据上述方法，电池的温度变化、电流变化和剩余容量估算值被反馈，由此能够提高累积容量的计算精度。
在用于估算二次电池剩余容量的第一和第二种方法中，用于确定修正量的步骤优选地包括以下步骤：预先取得相对于剩余容量的电动势特性，根据存储该特性查询表或公式由估算出的剩余容量计算估算电动势；根据在计算电动势的步骤中获得的电动势和估算电动势之间的差值确定修正量。
根据上述方法，剩余容量估算值作为估算电动势被反馈，将计算出的电动势和估算电动势之间的差值控制为零，由此可进一步提高累积容量的计算精度。
此外，在估算二次电池剩余容量的第一和第二种方法中，计算电动势的步骤优选地包括：获得对应于电流值0的一条近似线的电压截距的无负载电压，该近似线是通过对多个数据组进行最小二乘的统计处理而获得的；计算作为电动势的无负载电压。
根据上述方法，使用简单结构根据电动势能够修正电流累积系数。
作为选择，在用于估算二次电池剩余容量的第一和第二种方法中，计算电动势的步骤优选包括以下步骤：根据测量电流计算在过去的预定阶段内累积容量的变化；根据累积容量的变化计算极化电压；计算无负载电压，该无负载电压为用最小二乘法通过对多个数据组进行统计处理获得的近似线中对应于电流值0的电压截距；以及从无负载电压中减去极化电压以算出电动势。
根据上述方法，根据累积容量的变化计算极化电压。因此，极化电压的计算精度令人满意，通过从无负载电压中减去极化电压而获得的电池电动势(平衡电位)的计算精度是令人满意的。这可以高精度地估算SOC。
在估算二次电池剩余容量的第一和第二种方法中，计算电动势的步骤优选包括对累积容量的变化进行时间延迟处理的步骤。
根据上述方法，可计算相对于累积容量变化具有延迟时间的极化电压，从而可以实时跟踪累积容量的变化。
此外，在估算二次电池剩余容量的第一和第二种方法中，优选进行关于累积容量的变化的通滤波的平均化处理以及时间延迟处理。
根据上述方法，可减少计算极化电压所不需要的累积容量的波动分量。
此外，在用于估算二次电池剩余容量的第一和第二种方法中，计算电动势的步骤优选包括对极化电压进行时间延迟处理的步骤。
根据上述方法，能够调节在无负载电压和极化电压之间的时间安排，能够计算正确的电动势。
在这种情况下，优选对极化电压进行通滤波的平均处理以及时间延迟处理。
根据上述方法，可减少计算电动势所不需要的极化电压的波动分量。
估算二次电池剩余容量的第一和第二种方法优选进一步包括根据预定的选择条件选择多个所获得的数据组的步骤，其中在下述情况下选择多个数据组：作为预定选择条件，在充电侧和放电侧的电流值处于预定范围内，在充电侧和放电侧具有预定数量或更多个数据组，在获得多个数据组的同时累积容量的变化处于预定范围内。
根据上述方法，在没有受到累积容量变化的影响的情况下，能够在充电侧和放电侧均匀地获得多个数据组。
估算二次电池剩余容量的第一和第二种方法优选进一步包括根据预定确定条件确定所算出的无负载电压是否有效的步骤，其中在下述情况中所算出的无负载电压被确定为有效：作为预定确定条件，使用最小二乘法通过统计处理获得的多个数据组相对于近似线的方差在预定范围内，或者近似线和多个数据组之间的相关系数为预定值或更高。
根据上述方法，能够提高无负载电压的计算精度。
在估算二次电池剩余容量的第一和第二种方法中，二次电池是镍-金属氢化物二次电池。
为了达到上述目的，根据本发明的第一电池组***包括用于进行第二种方法以估算二次电池的剩余容量的计算机***和电池组。
为了达到上述目的，根据本发明的第一电动机驱动车辆具有安装在其上的第一电池组***。
根据上述结构，在作为微型计算机***，例如具有安装其上的电池ECU的电池组***安装在例如HEV等之上的情况下，根据以高精确度估算出的SOC能够精确地控制SOC。具体而言，在由计算估算出的SOC(SOC估算值)被确定为高于真实SOC(SOC真实值)的情况下，将充电效率减小，减小的量为电流累积系数的修正量。结果，和在先的累积相比，在随后的累积中降低了SOC估算值，这样SOC估算值就接近于SOC真实值。另一方面，在SOC估算值被确定为低于SOC真实值的情况下，将充电效率增加，增加的量为电流累积系数的修正量。结果，与在先的累积相比，在随后的累积中增加了SOC估算值，这样SOC估算值就接近于SOC真实值。因此，通过持续进行这种控制，设置SOC估算值和SOC真实值使它们总是相互匹配，减小了SOC估算值对于SOC真实值的偏差。这能够显著提高整个***的能量管理的精度。
为了达到上述目的，根据本发明估算二次电池剩余容量的第一装置包括：用于测量流过二次电池电流作为电流数据的电流测量部分；用于测量对应于该电流的二次电池端子电压作为电压数据的电压测量部分；根据来自电流测量部分的电流数据和来自电压测量部分的电压数据的多个数据组计算二次电池的电动势的电动势计算部分；根据来自电动势计算部分的电动势确定对于电流累积系数的修正量的电流累积系数修正部分；根据来自电流累积系数修正部分的修正量和充电效率输出电流累积系数的加法器；和用于将电流数据乘以来自加法器的电流累积系数、并通过电流累积估算二次电池剩余容量的剩余容量估算部分。
为了达到上述目的，根据本发明用于估算二次电池剩余容量的第二装置包括：用于测量流过电池组的电流作为电流数据的电流测量部分，所述电池组具有多个二次电池的组合并用在中间充电状态；用于测量对应于该电流的二次电池端子电压作为电压数据的电压测量部分；根据来自电流测量部分的电流数据和来自电压测量部分的电压数据的多个数据组计算二次电池的电动势的电动势计算部分；根据来自电动势计算部分的电动势确定电流累积系数的修正量的电流累积系数修正部分；根据来自电流累积系数修正部分的修正量和充电效率输出电流累积系数的加法器；和用于将电流数据乘以来自加法器的电流累积系数、并通过电流累积估算二次电池剩余容量的剩余容量估算部分。
按照上述结构，根据电池电动势来修正电流累积系数，通过电流累积估算SOC。因此，由于电流累积引起的误差没有累积在SOC中间区域(intermediate region)，能够高精度地估算SOC。
此外，还可以容易地估算由于长时间搁置等原因引起自放电后的SOC，不需要通过定期的完全放电和完全充电来初始化SOC。
用于估算二次电池剩余容量的第一和第二装置优选进一步包括：用于测量二次电池温度作为温度数据的温度测量部分；和在充电过程中、根据来自温度测量部分的温度、来自电流测量部分的电流和来自剩余容量估算部分的剩余容量估算值计算充电效率的充电效率计算部分。
根据上述结构，电池的温度变化和剩余容量估算值反馈到充电效率，由此能够提高累积容量的计算精度。
此外，用于估算二次电池剩余容量的第一和第二装置优选进一步包括：估算电动势计算部分，用于根据预先取得的、存储剩余容量的电动势特性的查询表或公式由剩余容量估算值计算估算电动势；该电流累积系数修正部分根据来自计算电动势计算部分的电动势和估算电动势之间的差值确定修正量。
根据上述结构，剩余容量估算值无作为估算电动势被反馈，将计算出的电动势和估算电动势之间的差值控制为零，由此可进一步提高累积容量的计算精度。
在用于估算二次电池剩余容量的第一和第二装置中，优选电动势计算部分获得无负载电压，并计算作为电动势的无负载电压，该无负载电压是用最小二乘法通过对多个数据组进行统计处理获得的近似线中对应于电流值0的电压截距。
根据上述结构，使用简单结构能够根据电动势来修正电流累积系数。
在用于估算二次电池剩余容量的第一和第二装置中，优选电动势计算部分包括：变化容量计算部分，用于由电流数据计算在过去的预定时间段内的累积容量的变化；极化电压计算部分，用于根据来自变化容量计算部分的累积容量的变化计算极化电压；无负载电压计算部分，用于计算无负载电压，该无负载电压是是在用最小二乘法通过对多个数据组的统计处理获得的近似线中对应于电流值0的电压截距；以及减法器，用于从无负载电压中减去极化电压以输出电动势。
根据上述结构，根据累积容量的变化计算极化电压。因此，极化电压的计算精度是令人满意的，从无负载电压减去极化电压而获得的电池电动势(平衡电位)的计算精度是令人满意的。这使得可以高精度地估算SOC。
估算二次电池剩余容量的第一或第二装置优选地进一步包括第一计算部分，用于对来自变化容量计算部分的累积容量变化进行时间延迟处理。
根据上述结构，能够计算具有相对于累积容量变化的延迟时间的极化电压，从而可以实时跟踪累积容量的变化。
此外，在用于估算二次电池剩余容量的第一或第二装置中，第一计算部分优选为通滤波以及时间延迟处理对累积容量的变化进行平均处理。
根据上述构造，可降低计算极化电压所不需要的累积容量的波动分量。
估算二次电池剩余容量的第一或第二装置优选包括第二计算部分，用于对极化电压进行时间延迟处理。
根据上述结构，可以调节在无负载电压和极化电压之间的时间设置，可计算合适的电动势。
在这种情况下，作为优选，第二计算部分通滤波进行平均处理，以及时间延迟处理。
根据上述结构，可以减少计算电动势所不需要的极化电压的波动分量。
此外，用于估算二次电池剩余容量的第一或第二装置优选地还包括数据组选择部分，用于根据预定选择条件选择多个数据组并向无负载电压计算部分输出所述数据组，其中，该数据组选择部分在下述情况下选择多个数据组：作为预定选择条件，在充电侧和放电侧的电流值处于预定范围内，在充电侧和放电侧具有预定数量或更多的数据组，在获得多个数据组的同时累积容量的变化处于预定范围内。
根据上述结构，在充电侧和放电侧可均匀地获得多个数据组而不受累积容量变化的影响。
此外，用于估算二次电池剩余容量的第一或第二装置优选地还包括无负载电压确定部分，用于根据预先确定的条件确定在无负载电压计算部分中算出的无负载电压是否有效，其中，无负载电压确定部分在下述情况下确定所算出的无负载电压有效：作为预定的决定条件，由使用最小二乘法的统计处理获得的多个数据组相对于近似线的方差在预定范围内，或近似线和多个数据组之间的相关系数为预定值或更高。
根据上述方法，能够提高无负载电压的计算精度。
在用于估算二次电池剩余容量的第一和第二装置中，二次电池是镍-金属氢化物二次电池。
为了达到上述目的，根据本发明的第二电池组***包括用于估算二次电池和电池组的剩余容量的第二装置。在这种情况下，优选用于估算二次电池剩余容量的第二装置配置为计算机***。
为了达到上述目的，根据本发明的第二电动机驱动车辆具有安装在其上的第二电池组***。
根据上述结构，在例如其上安装有电池ECU的作为微型计算机***的电池组***安装在例如HEV等之上的情况下，根据以高精确度估算出的SOC能够精确地控制SOC。具体而言，在由计算估算出的SOC(SOC估算值)被确定为高于真实SOC(SOC真实值)的情况下，充电效率被降低，降低的量为电流累积系数的修正量。结果，和在先的累积相比，在随后的累积中降低了SOC估算值，这样SOC估算值就接近于SOC真实值。另一方面，在SOC估算值被确定为低于SOC真实值的情况下，充电效率被增加，增加的量为电流累积系数的修正量。结果，与在先的累积相比，在随后的累积中增加了SOC估算值，这样SOC估算值就接近于SOC真实值。因此，通过持续进行这种控制，控制SOC估算值和SOC真实值使它们总是相互匹配，减小了SOC估算值对于SOC真实值的偏差。这能够显著提高整个***的能量管理的精度。
附图的简要说明
图1是表示根据本发明实施例1的电池组***的示例结构的框图。
图2是表示电压数据V(n)和电流数据I(n)的数据组以及通过统计处理由该数据组得到的近似线，该近似线用于获得无负载电压V0。
图3是表示在根据本发明实施例1估算二次电池剩余容量的方法中的处理步骤的流程图。
图4是表示根据本发明实施例2的电池组***的示例结构的框图。
图5是表示根据本发明实施例2用于估算二次电池剩余容量的方法中的处理步骤的流程图。
图6是表示根据本发明实施例3的电池组***的典型结构的框图。
图7是表示在实施例3中随着时间推移累积容量的变化ΔQ和极化电压Vpol变化的例子的示图。
图8是表示在根据本发明实施例3用于估算二次电池剩余容量的方法中的工序的流程图。
图9是表示在实施例3中随着时间的推移无负载电压V0、电动势Veq、电流累积系数k、SOC真实值(SOCt)和SOC估算值(SOCes)的变化的示图。
图10表示在实施例3中在SOC估算时的初始值被改变的情况下SOC估算值的收敛。
图11是表示根据本发明实施例4的电池组***的示例结构的框图。
图12是表示根据本发明实施例4的用于估算二次电池剩余容量的方法中的工序的流程图。
本发明最佳实施方式
下面，参考附图、借助优选实施例描述本发明。
实施例1
图1是表示根据本发明实施例1的电池组***1A的典型结构的框图。在图1中，电池组***1A由电池组100和电池ECU 101A构成，电池ECU 101A包括作为微机***一部分的、用于根据本发明估算剩余容量的装置。
电池组100具有这样一个结构，其中多个电池组件(电池)以串联方式电连接的结构，各电池组件具有多个串联的电池(例如，镍-金属氢化物电池)，从而在通常安装在HEV等上时获得预定输出。
在电池ECU101A中，参考标记102表示电压测量部分，用于测量在预定采样阶段由电压传感器(未示出)检测出的二次电池100的端子电压，此终端电压作为电压数据V(n)，103表示电流测量部分，用于测量在预定采样阶段由电流传感器(未示出)检测出的二次电池100的充电/放电电流，此电流作为电流数据I(n)(它的符号表示充电方向或放电方向)，104表示温度测量部分，用于测量由温度传感器(未示出)检测的二次电池100的温度作为温度数据T(n)。
参考标记105表示电动势计算部分，此部分由数据组选择部分106、无负载电压计算部分107和无负载电压确定部分108构成。
把来自电压测量部分102的电压数据V(n)和来自电流测量部分103的电流数据I(n)作为数据组输入数据组选择部分106。在数据组选择部分106中，在这样的选择条件，即在充电方向(-)和放电方向(+)中的电流数据I(n)的数值在预定范围(例如，±50A)内的情况下，在充电方向和放电方向上存在预定数量或更多个(例如，在60个样品中的每10个)电流数据I(n)，在得到数据组的同时累积容量的变化ΔQ在预定范围内(例如0.3Ah)，电压数据V(n)和电流数据I(n)的数据组被确定为有效，并作为有效数据组S(V(n)，I(n))被选择和输出。
将来自数据组选择部分106的有效数据组S(V(n)，I(n))输入到无负载电压计算部分107。在无负载电压计算部分107，如图2所示，通过利用最小二乘的统计处理、由有效数据组S(V(n)，I(n))获得一级电压-电流线(近似线)，计算作为无负载电压V0的对应于0电流的电压值(电压(V)截距)。
将来自无负载电压计算部分107的无负载电压V0输入到无负载电压确定部分108。在无负载电压确定部分108，作为确定条件，获得数据组S(V(n)，I(n))相对于近似线的方差，此方差在预定范围内，或者获得近似线和数据组S(V(n)，I(n))之间的相关系数，并且该相关系数是预定值或更高，在这种情况下，算出的无负载电压V0被确定为有效并作为电池的电动势Veq输出。
将来自电动势计算部分105的电动势Veq输入到电流累积系数修正部分109。在电流累积系数修正部分109中，根据电动势Veq确定相对于电流累积系数k的修正量α。由基本表达式(primaryexpression)表示相对于电动势Veq的修正量α，该值是考虑到***的收敛而确定的。通过加法器111将从充电效率计算部分110输出的充电效率η加上或减去在电流累积系数修正部分109中获得的修正量α，以获得电流累积系数k。
将来自加法器111的电流累积系数k输入到剩余容量估算部分112。在剩余容量估算部分中，将来自电流测量部分103的电流数据I(n)乘以电流累积系数k，通过在预定时间段内电流累积估算剩余容量SOC。
此外，将SOC估算值输入到充电效率计算部分110。在充电效率计算部分110中，根据在温度测量部分104中测量的温度数据T(n)，由预先存储的以温度为参数的关于SOC估算值的充电效率η的特性曲线计算充电效率η。在电池组100处于放电状态的情况下，充电效率η固定为1。在电池组100处于充电状态的情况下，采用由充电效率计算部分110算出的充电效率η。
下面，参照图3描述估算如上述结构的电池组***中剩余容量的处理步骤。
图3是根据本发明实施例1的用于估算二次电池剩余容量的方法中的处理步骤的流程图。在图3中，测量作为数据组(S301)的电压数据V(n)和电流数据I(n)。然后，为了检查在步骤S301中测量的电压数据V(n)和电流数据I(n)的数据组是否有效，确定这些数据组是否满足上述选择条件(S302)。在数据组不满足在步骤S302的确定中的选择条件时(否)，该程序返回步骤S301，重新测量电压数据V(n)和电流数据I(n)的数据组。另一方面，在数据组满足在步骤S302的确定中的选择条件时(是)，该程序进行至步骤S303，这样获得多个(例如，在60个样品中在充电和放电方向每10个样品)有效数据组S(V(n)，I(n))。
下面，通过利用最小二乘的统计处理，由有效数据组S(V(n)，I(n))获得一级近似线(V-I线)。计算近似线的V截距以作为无负载电压V0(S304)。然后，为了检查在步骤S304中算出的无负载电压V0是否有效，确定无负载电压V0是否满足上述确定条件(S305)。在无负载电压V0不满足步骤S305的确定中的确定条件时(否)，程序返回至步骤S303。然后，获得另外多个(例如，在60个样品中不同的每10个样品)有效数据组S(V(n)，I(n))，重复步骤S304和S305。另一方面，在算出的无负载电压V0满足步骤S305的确定中的确定条件时(是)，算出的无负载电压V0设定为电动势Veq。
然后，根据电动势Veq计算关于电流累积系数k的修正量α(S306)。此外，根据测出的温度数据T(n)，由当前估算的剩余容量SOC(SOC估算值)算出充电效率η(S307)。然后，用在步骤S306中获得的修正量α与在步骤S307中获得的充电效率η相加以算出电流累积系数k(S308)。最后，在预定阶段中，电流数据I(n)乘以电流累积系数k，由电流累积估算剩余容量SOC(S309)。
如上所述，根据本实施例，根据电池电动势Veq修正电流累积系数k，由电流累积估算SOC，因而由于电流累积引起的误差没有累积在SOC中间区域中，则能够高精确度地估算SOC。
实施例2
图4是表示根据本发明实施例2的电池组***的示例结构的框图。在图4中，与图1中表示实施例1结构的部分相同的部分用相同的参考标记表示，在此省略了对它们的描述。
在本实施例中，将估算电动势计算部分113和减法器114添加到实施例1中以构成电池ECU 101B。
估算电动势计算部分113从当前估算的SOC获得估算电动势Ves。减法器114从在电动势计算部分105算出的电动势Veq中减去在估算电动势计算部分113中算出的估算电动势Ves，并向电流累积系数修正部分109输出电动势偏差Vd。
接下来，参考图5描述如上设置的电池组***中估算剩余容量的处理步骤。
图5是表示在根据本发明实施例2用于估算二次电池剩余容量的方法中的处理程序的流程图。图5中，与图3中表示实施例1处理程序的相同的步骤用相同的参考标记表示，在此省略了对它们的描述。
在图5中，一直到无负载电压V0确定步骤(S305)的步骤都与实施例1中的相同，因而省略了对其的描述。在算出的无负载电压V0满足在步骤S305的确定中的确定条件时(是)，根据预先获得的、存储了关于剩余容量的电动势的特性的查询表或公式，由SOC估算值计算估算电动势Ves(S501)。然后，从在步骤S305中确定的电动势Veq中减去估算电动势Ves以算出电动势偏差Vd(S502)。然后，根据电动势偏差Vd计算关于电流累积系数k的修正量α(S503)。
后续步骤与实施例1中的相同，因而在此省略了对它们的描述。
如上所述，根据本实施例，SOC估算值作为估算电动势Ves被反馈，将算出电动势Veq和估算电动势Ves之间的差值控制为零，由此可进一步提高累积容量的计算精度。
实施例3
图6是表示根据本发明实施例3的电池组***1C的示例结构的框图。在图6中，与图4中表示实施例2的结构的部分相同的部分用相同的参考标记表示，在此省略了对它们的描述。
在本实施例中，变化容量计算部分115、第一计算部分116、极化电压计算部分117和减法器118添加到实施例2的电动势计算部分105以获得电动势计算部分105’，由此构成电池ECU 101C。
变化容量计算部分115由电流数据I(n)获得在过去的预定时间段内(例如，1分钟)累积容量的变化ΔQ。
第一计算部分116用作低通滤波器(LPF)。第一计算部分116进行时间延迟处理，用于调节在来自变化容量计算部分115的累积容量的变化ΔQ和在后续极化电压计算部分117中获得的极化电压Vpol之间的时间安排，并进行平均化处理以去除对应于在累积容量的变化ΔQ中的不需要的高频分量的波动分量，并输出结果LPF(ΔQ)。这里，作为例子，图7将在过去一分钟内累积容量的变化ΔQ表示为实线，极化电压Vpol表示为虚线。从图7中看出，在过去一分钟内，极化电压Vpol在累积容量的变化ΔQ数十秒之后发生了变化。对应于这种时间延迟，确定构成第一计算部分116的LPF(在本发明中，LPF由基本(primary)延迟元件构成)的时间常数τ。确定时间常数τ，所以就计算了关于ΔQ基本延迟元件，并使在LPF(ΔQ)和极化电压Vpol之间的相关系数最大。
在极化电压计算部分117中，根据在温度测量部分104中测出的温度数据T(n)，由预先存储在查询表(LUT)1171中的、以温度为参数的关于LPF(ΔQ)的极化电压Vpol的特性曲线或公式，算出极化电压Vpol。
减法器118从有效电动势V0OK中减去极化电压Vpol以输出电动势Veq。
接下来，参考图8描述估算在如上构成的电池组***中的剩余容量的处理程序。
图8是表示在用于根据本发明实施例3估算二次电池的剩余容量的方法中的处理程序的流程图。在图8中，与图5中表示实施例2的结构的部分相同的部分用相同的参考标记表示，在此省略了对它们的描述。
在图8中，一直到无负载电压V0的确定步骤(S305)都与实施例1中的相同，这样省略了对其的描述。在本发明中，由在步骤S301中测量的电流数据I(n)获得在过去了预定时间段内(例如，1分钟)累积容量的变化ΔQ(S1001)。然后，对累积容量的变化ΔQ进行滤波(时间延迟和平均处理)，以算出LPF(ΔQ)(S1002)。然后，根据存储以前的极化电压Vpol-LPF(ΔQ)特性数据的、以温度数据T(n)作为参数的查询表和公式，由算出的LPF(ΔQ)计算极化电压Vpol(S1003)。
接下来，从在步骤S305中确定的有效无负载电压V0ok中减去在步骤S1003中算出的极化电压Vpol，以算出电动势Veq(S1004)。
后续步骤与实施例2中的相同，因而在此省略了对其的描述。
图9是表示无负载电压V0、电动势Veq、电流累积系数k、SOC真实值(SOCt)和SOC估算值(SOCes)随时间的变化的示图。在图9中，从无负载电压V0中减去极化电压Vpol以获得电动势Veq，利用根据电动势Veq修正的电流累积系数k估算SOC，由此可知SOC估算值SOCes接近SOC真实值SOCt。
图10表示在估算SOC时的初始值变化的情况下SOC估算值的收敛。图10示出了代表SOC估算值随时间的变化的绘制数据：P0时初始值为3.9Ah(SOC真实值)的情况；P1是初始值为6.5Ah的情况；P2是初始值为5.2Ah的情况；P3为初始值为2.6Ah的情况；P4是初始值为1.3Ah的情况。从图10中可以看出，即使初始值与真实值(3.9Ah)相差±2.6Ah(约±67％的误差)，在约1小时(3600秒)之后，SOC估算值也会收敛到与真实值(1.3Ah)相差±0.2Ah(约±15％的误差)。
如上所述，根据本实施例，根据累积容量的变化ΔQ计算极化电压Vpol。因此，极化电压Vpol的计算精确度令人满意，由无负载电压V0减去极化电压Vpol得到的电池电动势Veq的计算精确度令人满意，因此可高精确度地预算SOC。
此外，对累积容量的变化ΔQ进行滤波(时间延迟和收敛处理)。因此，能够计算相对于累积容量的变化ΔQ具有时间延迟的极化电压Vpol，从而实时跟踪累积容量的变化ΔQ。此外，可以降低对于计算极化电压Vpol所不需要的累积容量的波动分量。
实施例4
图11是表示根据本发明实施例4的电池组***1D的示例结构的框图。在图11中，用相同的参考标记表示与在表示实施例3的结构的图6中示出元件相同的元件，在此省略了对它们的描述。
在本实施例中，从实施例3的电动势计算部分105’中省略了第一计算部分115，取而代之，设置了第二计算部分119，以获得电动势计算部分105”，由此构成电池ECU 101D。
第二计算部分119用作低通滤波器(LPF)。第二计算部分119进行时间延迟处理，用于调节在来自极化电压计算部分117的极化电压Vpol和来自无负载电压确定部分108的有效无负载电压V0ok之间的时间设置，并进行平均化处理以去除对应于极化电压Vpol中的不需要的高频分量的波动分量，并输出结果LPF(ΔQ)。
接下来，参考图12描述在如上构成的估算电池组中剩余容量的处理程序。
图12是表示用于根据本发明的实施例4估算二次电池剩余容量的方法中的工序的流程图。在图12中，与图8中表示实施例3的处理程序相同的步骤用相同的参考标记表示，在此省略了对它们的描述。
在图12中，直到无负载电压V0的确定步骤(S305)和直到累积容量的变化计算步骤(S1001)的步骤都与实施例3中的相同，这样省略了对其的描述。
根据存储了在先的极化电压Vpol-ΔQ特性数据的、以温度数据T(n)为参数的查询表或公式，由在步骤S1001中获得的累积容量的变化ΔQ计算极化电压Vpol(S1201)。然后，对算出的极化电压Vpol进行滤波(时间延迟和平均处理)，以算出LPF(Vpol)(S1202)。然后，从在步骤S305中确定的有效无负载电压V0ok中减去在步骤S1202中计算出的、在滤波后的极化电压LPF(Vpol)，以计算出电动势Veq。
后续步骤与实施例3相同，因而在此省略了对其的描述。
如上所述，根据本实施例，对极化电压Vpol进行滤波(时间延迟和平均化处理)，由此在无负载电压V0和极化电压Vpol之间进行时间调节，可以计算出正确的电动势Veq。此外，可以降低对于计算电动势Veq所不需要的极化电压Vpol的波动分量。
在上述实施例2至4中，将用于计算累积容量的变化ΔQ的预定时间段设定为例如1分钟。然而，在将电池组***安装在HEV等上的情况下，该预定时间段可随车辆的运行状态进行变化。具体而言，在二次电池频繁充电/放电的情况下，上述预定时间段设定得更短。在二次电池不频繁充电/放电的情况下，上述预定时间段设定得更长。因此，根据实际运行状态可以估算最佳极化电压。
如上所述，根据本发明，根据电池电动势修正电流累积系数，由电流累积估算SOC。因此，由于电流累积引起的误差不累计在SOC中间区域中，可高精确度地估算SOC。
此外，还可以容易地估算在长时间搁置等原因造成了自放电之后的SOC，并且不需要通过定期进行完整地放电和完整地充电来初始化SOC。
此外，在电池组***安装在例如HEV等上的情况下，根据以高精确度估算的SOC可以精确控制SOC。具体而言，在SOC估算值确定为高于SOC真实值的情况下，降低充电效率，降低的量为电流累积系数的修正量。结果，和以前的累积相比，在随后的累积中SOC估算值也降低了，因此SOC估算值接近于SOC真实值。另一方面，在SOC估算值确定为低于SOC真实值的情况下，增加充电效率，增加值为电流累积系数的修正量。结果，和以前的累积相比，在随后的累积中SOC估算值也提高了，因此SOC估算值接近于SOC真实值。因此，通过持续进行这种控制，就控制了SOC估算值和SOC真实值使它们总是相互匹配，减小了SOC估算值相对于SOC真实值的偏差。这可以明显增加整个***的能量控制的精确度。

Claims (6)

1、一种用于估算二次电池的剩余容量的方法，包括以下步骤：
测量流过二次电池的电流和对应于该电流的二次电池端子电压的数据组，并获得多个该数据组；
根据所获得的多个数据组计算二次电池的电动势；
根据计算出的电动势确定对于系数的修正量；
由修正量和充电效率计算该系数；以及
用测出的电流乘以该计算出的系数以计算得到一个乘积，并由电流累积估算二次电池的剩余容量，其中所述电流累积是在一定时间段内的所述乘积的累积。
2、一种用于估算二次电池的剩余容量的方法，包括以下步骤：
测量流过电池组的电流和对应于该电流的二次电池端子电压的数据组，并获得多个数据组，其中所述电池组包括作为二次电池的多个电池的组合并用在中间充电状态；
根据所获得的多个数据组计算二次电池的电动势；
根据计算出的电动势确定对于系数的修正量；
由修正量和充电效率计算该系数；以及
用测出的电流乘以该计算出的系数以计算得到一个乘积，并由电流累积估算二次电池的剩余容量，其中所述电流累积是在一定时间段内的所述乘积的累积。
3、一种电池组***，包括计算机***和电池组，该计算机***用于执行权利要求2的用于估算二次电池剩余容量的方法。
4、一种用电动机驱动的车辆，在这种车辆上安装了电池组***，该电池组***包括计算机***和电池组，该计算机***用于执行权利要求2的用于估算二次电池剩余容量的方法。
5、一种用于估算二次电池剩余容量的装置，包括：
电流测量部分，用于测量流过二次电池的电流作为电流数据；
电压测量部分，用于测量对应于该电流的二次电池端子电压作为电压数据；
电动势计算部分，用于根据来自电流测量部分的电流数据和来自电压测量部分的电压数据的多个数据组计算二次电池的电动势；
系数修正部分，用于根据来自电动势计算部分的电动势确定对于该系数的修正量；
加法器，用于由来自系数修正部分的修正量和充电效率输出该系数；以及
剩余容量估算部分，用于将电流数据乘以来自加法器的该系数以计算得到一个乘积，并通过电流累积估算二次电池剩余容量，其中所述电流累积是在一定时间段内的所述乘积的累积。
6、一种用于估算二次电池剩余容量的装置，包括：
电流测量部分，用于测量流过电池组的电流作为电流数据，所述电池组具有作为二次电池的多个电池的组合并用在中间充电状态中；
电压测量部分，用于测量对应于该电流的二次电池端子电压作为电压数据；
电动势计算部分，用于根据来自电流测量部分的电流数据和来自电压测量部分的电压数据的多个数据组计算二次电池的电动势；
系数修正部分，用于根据来自电动势计算部分的电动势确定对于该系数的修正量；
加法器，用于根据来自系数修正部分的修正量和充电效率输出该系数；以及
剩余容量估算部分，用于将电流数据乘以来自加法器的该系数以计算得到一个乘积，并通过电流累积估算二次电池剩余容量，其中所述电流累积是在一定时间段内的所述乘积的累积。
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