Устройство оценки коэффициента емкости или способ оценки коэффициента емкости - RU2690724C1

Чертежи

Показать все 13 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к способу оценки коэффициента емкости аккумулятора или к устройству оценки коэффициента емкости для аккумулятора.

Уровень техники

[0002] Известен способ вычисления емкости аккумулятора для вычисления емкости аккумулятора. В способе вычисления емкости аккумулятора, интегрированная по току величина изменения скорости заряда вычисляется на основе значения интегрирования тока датчика для предварительно определенного периода интегрирования тока в период заряда аккумулятора, напряжение при разомкнутой схеме в начале и в конце предварительно определенного периода интегрирования тока оценивается на основе величины состояния аккумулятора, скорость заряда в начале и в конце предварительно определенного периода интегрирования тока вычисляется на основе оцененного напряжения при разомкнутой схеме, и величина изменения скорости заряда напряжения при разомкнутой схеме вычисляется на основе этой разности. После этого вычисляется коэффициент емкости, который является отношением интегрированной по току величины изменения скорости заряда к величине изменения скорости заряда напряжения при разомкнутой схеме, и емкость аккумулятора для аккумулятора вычисляется посредством умножения коэффициента емкости на начальную емкость аккумулятора для аккумулятора (патентный документ 1).

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

[0003] Патентный документ 1. JP 2011-215125 A

Сущность изобретения

Задачи, решаемые изобретением

[0004] Тем не менее, возникает такая проблема, что точность вычисления коэффициента емкости является низкой вследствие ошибок определения датчика.

[0005] Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставлять устройство оценки коэффициента емкости и способ оценки коэффициента емкости, которые предоставляют высокую точность оценки в коэффициенте емкости.

Средство решения задач

[0006] Чтобы разрешать вышеуказанную проблему, в настоящем изобретении, задается период от первого момента времени до второго момента времени. Первый момент времени и второй момент времени представляют собой момент времени, когда ток аккумулятора составляет 0 - около 0 ампер. Затем для периода интегрирования, вычисляется значение интегрирования тока аккумулятора, первое напряжение при разомкнутой схеме в первый момент времени и второе напряжение при разомкнутой схеме во второй момент времени вычисляются на основе определенных напряжений аккумулятора, коэффициент емкости аккумулятора оценивается на основе разности напряжений между первым напряжением при разомкнутой схеме и вторым напряжением при разомкнутой схеме, и значение интегрирования, удовлетворяющие предварительно определенному условию, и предварительно определенные условия задаются таким образом, что значение интегрирования становится равным нижнему предельному значению или больше, и среднее значение тока аккумулятора для периода интегрирования становится равным предварительно определенному значению или больше.

Преимущества изобретения

[0007] Согласно настоящему изобретению, поскольку коэффициент емкости вычисляется с использованием интегрированного тока, который имеет небольшое влияние на ошибки определения датчика, может получаться преимущество повышения точности оценки коэффициента емкости.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг. 1 является блок-схемой аккумуляторного источника питания, включающего в себя устройство оценки коэффициента емкости согласно настоящему варианту осуществления.

Фиг. 2 является блок-схемой контроллера аккумулятора на фиг. 1.

Фиг. 3 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей последовательность операций управления контроллера аккумулятора на фиг. 1.

Фиг. 4 является графиком, иллюстрирующим характеристики величины изменения OCV относительно интегрированного значения тока аккумулятора.

Фиг. 5 является графиком, иллюстрирующим изменение ошибок относительно определенного тока датчика тока на фиг. 1.

Фиг. 6 является графиком, иллюстрирующим изменения во времени тока аккумулятора на фиг. 1.

Фиг. 7 является графиками, иллюстрирующими изменения тока вследствие поляризации аккумулятора на фиг. 1, и (a) является графиком, иллюстрирующим изменения тока, а (b) является графиком, иллюстрирующим изменения напряжения.

Фиг. 8 является графиком, иллюстрирующим взаимосвязь между интегрированным значением тока аккумулятора на фиг. 1 и ошибками в вычислении в коэффициенте емкости.

Фиг. 9 является графиком, иллюстрирующим изменения ошибки значения вычисления SOC аккумулятора на фиг. 1.

Фиг. 10 является графиками, иллюстрирующими изменения состояния (в ходе заряда) аккумулятора на фиг. 1, (a) является графиком, иллюстрирующим изменения тока, а (b) является графиком, иллюстрирующим изменения SOC.

Фиг. 11 является графиками, иллюстрирующими изменения состояния (в ходе заряда) аккумулятора на фиг. 1, (a) является графиком, иллюстрирующим изменения тока, а (b) является графиком, иллюстрирующим изменения напряжения.

Фиг. 12 является графиком, иллюстрирующим изменения состояния (в ходе разряда) аккумулятора на фиг. 1, (a) является графиком, иллюстрирующим изменения тока, а (b) является графиком, иллюстрирующим изменения SOC.

Фиг. 13 является графиком, иллюстрирующим изменения внутреннего сопротивления относительно температуры аккумулятора на фиг. 1.

Режимы для осуществления изобретения

[0009] Далее описываются варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

Первый вариант осуществления

[0010] Фиг. 1 является блок-схемой аккумуляторного источника питания, содержащего устройство оценки коэффициента емкости согласно настоящему варианту осуществления. Устройство оценки коэффициента емкости представляет собой устройство для оценки коэффициента емкости (соответствует уровню ухудшения характеристик) аккумулятора. В настоящем варианте осуществления, устройство оценки коэффициента емкости устанавливается в аккумуляторном источнике питания. Устройство оценки коэффициента емкости не обязательно устанавливается в аккумуляторном источнике питания и может устанавливаться за пределами аккумуляторного источника питания.

[0011] Аккумуляторный источник 1 питания включает в себя элемент 10 аккумулятора и контроллер 20 аккумулятора. Аккумуляторный источник 1 питания представляет собой модульное устройство из аккумуляторной батареи и контроллера. Аккумуляторный источник 1 питания используется для источника питания транспортного средства и стационарного источника питания и т.д.

[0012] Элемент 10 аккумулятора включает в себя аккумулятор 11, датчик 12 тока, датчик 13 напряжения и температурный датчик 14. Аккумулятор 11 представляет собой аккумуляторный источник питания, соединяющий множество аккумуляторных батарей последовательно и/или параллельно. Аккумулятор 11 выводит мощность в нагрузку, соединенную с аккумуляторным источником 1 питания. Аккумулятор 11 является заряжаемым с помощью зарядного устройства, соединенного с аккумуляторным источником 1 питания. Аккумулятор 11 может заряжаться посредством рекуперации нагрузки. Аккумуляторная батарея представляет собой литий-ионный аккумулятор и т.п.

[0013] Датчик 12 тока определяет зарядный ток и разрядный ток аккумулятора 11. Датчик 13 напряжения определяет напряжение аккумулятора 11. Температурный датчик 14 устанавливается около аккумулятора 11 и определяет температуру аккумулятора 11. Определенные значения датчика 12 тока, датчика 13 напряжения и температурного датчика 14 выводятся в контроллер 20 аккумулятора.

[0014] Контроллер 20 аккумулятора управляет состоянием аккумулятора 11 на основе определенных значений посредством датчика 12 тока, датчика 13 напряжения и температурного датчика 14.

[0015] Далее, со ссылкой на t фиг. 2, описывается конструкция контроллера 20 аккумулятора. Фиг. 2 является блок-схемой контроллера 20 аккумулятора. Контроллер 20 аккумулятора включает в себя CPU, ROM и RAM и т.д. Контроллер 20 аккумулятора включает в себя модуль 21 указания точек нулевого тока, модуль 22 вычисления интегрированных значений тока, модуль 23 вычисления среднего тока, модуль 24 определения условий оценки, модуль 25 вычисления ΔSOC-i, модуль 26 вычисления OCV, модуль 27 вычисления ΔSOC-v, модуль 28 вычисления коэффициента емкости и модуль 29 вычисления полной зарядной емкости в качестве функционального блока для осуществления функций для того, чтобы управлять состоянием аккумулятора 11.

[0016] Модуль 21 указания точек нулевого тока указывает момент времени, когда абсолютное значение тока аккумулятора составляет около 0 ампер в качестве точки нулевого тока, на основе тока, определенного посредством датчика 12 тока. Диапазон приблизительно в 0 ампер составляет диапазон между нулем или больше и меньше предварительно определенного значения. Предварительно определенное значение является значением, которое обеспечивает определение того, что зарядный и разрядный ток аккумулятора 11 равен нулю, другими словами, значением, которое обеспечивает определение, чтобы определять то, что нагрузка не прикладывается к аккумулятору 11 (нет заряда или разряда). Предварительно определенное значение задается заранее в соответствии с ошибками датчика 12 тока или характеристиками аккумулятора 11 и т.д. Разрядный ток или зарядный ток аккумулятора 11 изменяется во времени в соответствии с тем, как используется аккумулятор 11. Соответственно, точки нулевого тока указываются хронологически.

[0017] Модуль 22 вычисления интегрированных значений тока указывает время интегрирования, которое указывает период времени между множеством точек нулевого тока, и вычисляет значение интегрирования тока аккумулятора для периода интегрирования посредством сложения тока, определенного посредством датчика 12 тока.

[0018] Модуль 23 вычисления среднего тока вычисляет средний ток аккумулятора 11 для периода интегрирования на основе тока, определенного посредством датчика 12 тока.

[0019] Модуль 24 определения условий оценки определяет то, удовлетворяет или нет интегрированное значение тока периода интегрирования условиям оценки. Условия оценки представляют собой условия для указания того, что интегрированное значение тока является значением, подходящим для оценки коэффициента емкости. Условия оценки включают в себя то, что интегрированное значение тока периода интегрирования равно предварительно определенному нижнему предельному значению или больше, и то, что средний ток периода интегрирования равен пороговому значению среднего тока или больше. Нижнее предельное значение и пороговое значение среднего тока для интегрированного значения тока задаются заранее согласно диапазону ошибок датчика 12 тока. Интегрированное значение тока, не удовлетворяющее условиям оценки, исключается из цели вычисления, поскольку значение не является подходящим для оценки коэффициента емкости.

[0020] Модуль 25 вычисления ΔSOC-i вычисляет разность между SOC, которые соответствуют интегрированным значениям тока, удовлетворяющим условиям оценки. Другими словами, модуль 25 вычисления ΔSOC-i делит величину интегрирования тока (А-ч) от начальной точки до конечной точки периода интегрирования на полную зарядную емкость (А-ч), когда аккумулятор является новым, чтобы вычислять величину изменения SOC между начальной точкой и конечной точкой периода интегрирования. Модуль 26 вычисления OCV вычисляет напряжение при разомкнутой схеме в точке нулевого тока на основе напряжения, определенного посредством датчика 13 напряжения. Начальная точка и конечная точка периода интегрирования становятся точками нулевого тока. По этой причине, модуль 26 вычисления OCV может вычислять напряжение при разомкнутой схеме для каждой из начальной точки и конечной точки периода интегрирования при подавлении влияния внутреннего сопротивления аккумулятора 11, которое изменяется посредством температуры, и степени ухудшения характеристик в наибольшей степени. Дополнительно, далее, напряжение при разомкнутой схеме также называется OCV (напряжением при разомкнутой схеме).

[0021] Модуль 27 вычисления ΔSOC-v вычисляет разность напряжений между напряжением при разомкнутой схеме в начальной точке периода интегрирования и напряжением при разомкнутой схеме в конечной точке периода интегрирования. Модуль 27 вычисления ΔSOC-v вычисляет разность SOC, которая соответствует вычисленной разности напряжений. Другими словами, модуль 27 вычисления ΔSOC-v вычисляет величину изменения SOC между начальной точкой и конечной точкой периода интегрирования на основе разности между напряжением при разомкнутой схеме в начальной точке периода интегрирования и напряжением при разомкнутой схеме в конечной точке напряжения при разомкнутой схеме.

[0022] Модуль 28 вычисления коэффициента емкости вычисляет текущий коэффициент емкости аккумулятора 11 на основе разности SOC (ΔSOC-i), вычисленной посредством модуля 25 вычисления ΔSOC-i, и разности SOC (ΔSOC-v), вычисленной посредством модуля 27 вычисления ΔSOC-v. Модуль 28 вычисления коэффициента емкости делит разность SOC (ΔSOC-i), вычисленную посредством модуля 25 вычисления ΔSOC-i, на разность SOC (ΔSOC-v), вычисленную посредством модуля 27 вычисления ΔSOC-v, чтобы вычислять текущий коэффициент емкости. Другими словами, коэффициент емкости оценивается из вычисления посредством модуля 25 вычисления ΔSOC-i, вычисления посредством модуля 27 вычисления ΔSOC-v и вычисления посредством модуля 28 вычисления коэффициента емкости. Затем модуль 29 вычисления полной зарядной емкости вычисляет текущую полную зарядную емкость аккумулятора 11 на основе текущего коэффициента емкости и начальной полной зарядной емкости.

[0023] Далее описывается последовательность операций управления контроллером 20 аккумулятора для вычисления полной зарядной емкости со ссылкой на фиг. 3. Фиг. 3 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей последовательность операций управления контроллера 20 аккумулятора. Более того, последовательность операций управления, проиллюстрированная на фиг. 3, многократно выполняется в каждом из временных интервалов, когда указываются точки нулевого тока.

[0024] На этапе S1, модуль 22 вычисления интегрированных значений тока вычисляет интегрированное значение тока от предыдущей точки нулевого тока до текущей точки нулевого тока.

[0025] На этапе S2, модуль 23 вычисления среднего тока вычисляет средний ток между предыдущей точкой нулевого тока и текущей точкой нулевого тока.

[0026] На этапе S3, модуль 24 определения условий оценки определяет что, находится или нет интегрированное значение тока в пределах диапазона, который представляет собой диапазон от нижнего предельного значения или больше до верхнего предельного значения или ниже, определенного заранее. Когда интегрированное значение тока меньше нижнего предельного значения, или когда интегрированное значение тока превышает верхнее предельное значение, последовательность операций управления завершается. Когда интегрированное значение тока находится в пределах диапазона от нижнего предельного значения или больше до верхнего предельного значения или меньше, последовательность операций управления переходит к этапу S4.

[0027] На этапе S4, модуль 24 определения условий оценки определяет то, равно или больше либо нет значение среднего тока пороговому значению среднего тока. Когда значение среднего тока меньше порогового значения среднего тока, последовательность операций управления завершается. Когда значение среднего тока равно пороговому значению среднего тока или больше, последовательность операций управления переходит к этапу S5.

[0028] Ниже описываются условия оценки, используемые для определяющего фактора последовательности операций управления на этапах S3 и S4. Во-первых, из условий оценки, описывается нижнее предельное значение для интегрированного значения тока со ссылкой на фиг. 4. Фиг. 4 является графиком, иллюстрирующим взаимосвязь между интегрированным значением тока и величиной изменения напряжения при разомкнутой схеме. График a иллюстрирует характеристики аккумулятора 11, когда он является новым. График b иллюстрирует характеристики аккумулятора 11, когда его полная зарядная емкость становится половиной. Посредством измерения каждого из интегрированных значений тока и величины изменения OCV, которая соответствует интегрированному значению тока, значения измерения могут быть проиллюстрированы с помощью точек, как проиллюстрировано на фиг. 4. Интегрированное значение тока и величина изменения OCV являются пропорциональными. Тем не менее, по мере того, как продолжается ухудшение характеристик аккумулятора, величина изменения OCV относительно интегрированного значения тока становится больше наряду с уменьшением полной зарядной емкости, и в силу этого наклон графика становится больше.

[0029] Здесь, интегрированное значение тока соответствует величине изменения оставшейся величины заряда аккумулятора 11. С другой стороны, OCV коррелируется с SOC (состоянием заряда: отношением оставшейся величины заряда относительно величины заряда во время полного заряда), и в силу этого величина изменения OCV соответствует величине изменения SOC аккумулятора 11. Соответственно, интегрированное значение тока, которое соответствует величине изменения оставшейся величины заряда, и величина изменения OCV, которая соответствует SOC, коррелируются. Тем не менее, даже когда интегрированные значения тока или величины изменения оставшейся величины заряда являются идентичными, величина изменения OCV, которая соответствует величине изменения SOC, увеличивается наряду с уменьшением величины заряда (полной зарядной емкости) во время полного заряда вследствие ухудшения характеристик аккумулятора. Как можно видеть из вышеуказанного, OCV и SOC коррелируются, и поскольку SOC может однозначно определяться из OCV, фактически, OCV и SOC означают то же самое.

[0030] Из графика на фиг. 4, когда интегрированное значение тока является небольшим, величина изменения OCV является небольшой. Дополнительно, когда интегрированное значение тока является небольшим, влияние ошибок датчика 12 тока увеличивается относительно величины изменения в OCV для величины, величина изменения OCV является небольшой. Соответственно, когда интегрированное значение тока является небольшим, затруднительно определять то, обусловлена причина изменения OCV изменением разряда заряда аккумулятора 11 или изменением посредством ошибок датчика тока. По этой причине, в настоящем варианте осуществления, нижнее предельное значение задается для интегрированного значения тока в качестве условия оценки.

[0031] Далее, из условий оценки, описывается верхнее предельное значение для интегрированного значения тока со ссылкой на фиг. 5. Фиг. 5 является графиком, иллюстрирующим взаимосвязи между значениями определения и ошибками датчика тока.

[0032] Как показано на фиг. 5, характеристики ошибки датчика 12 тока становятся квадратичной кривой, на которой ошибка, когда ток равен нулю, является минимальным значением. Другими словами, по мере того, как абсолютное значение для значения тока увеличивается, ошибка становится большей. Когда интегрированное значение тока увеличивается, ошибки датчика тока накапливаются, и влияние ошибок в интегрированном значении тока увеличивается. Соответственно, в настоящем варианте осуществления, верхнее предельное значение для интегрированного значения тока задается в качестве условия оценки. Как упомянуто выше, когда интегрированное значение тока меньше нижнего предельного значения, влияние ошибок датчика 12 тока на величину изменения OCV становится больше. Исходя из того, что когда значение тока является большим, и когда интегрированное значение тока превышает верхнее предельное значение, влияние ошибок относительно интегрированного значения тока вследствие ошибок датчика тока становится больше. По этой причине, для верхнего предельного значения и нижнего предельного значения для интегрированного значения тока, значения указываются заранее, к примеру, посредством эксперимента, так что влияние ошибок датчика тока может подавляться.

[0033] Из условий оценки, пороговое значение среднего тока описывается со ссылкой на фиг. 5. В арифметической формуле коэффициента емкости для аккумулятора 11, разность SOC (ΔSOC-v) на основе напряжения при разомкнутой схеме задается в качестве числителя, и разность SOC (ΔSOC-i) на основе интегрированного значения тока задается в качестве знаменателя. Из характеристик, проиллюстрированных на фиг. 5, ошибки определенных значений тока становятся небольшими, когда ток (зарядный и разрядный ток) аккумулятора 11 является небольшим. В арифметической формуле для коэффициента емкости, компоненты ошибки определенных значений тока затрагивают знаменатель. По этой причине, когда ошибки определенных значений тока становятся небольшими, их влияние на вычисленные значения коэффициента емкости становится небольшим. Соответственно, в настоящем варианте осуществления, пороговое значение среднего тока задается в качестве условия оценки.

[0034] Дополнительно, в качестве другой причины задания порогового значения среднего тока, могут упоминаться следующие причины. В качестве одного примера, предположим, что хронологическое изменение тока представляет собой изменение, как показано на фиг. 6. Фиг. 6 является графиком, иллюстрирующим хронологическое изменение тока. В таком изменении тока, как показано на фиг. 6, интегрированное значение тока попадает в диапазон от нижнего предельного значения или больше до верхнего предельного значения или ниже.

[0035] В изменении тока, как показано на фиг. 6, период высокого тока вплоть до времени t₁ является коротким, и период низкого тока после времени t₁ является длительным. В/после времени t₁, значения тока являются низкими, и в силу этого ошибки датчика 12 тока являются небольшими. Тем не менее, поскольку период низкого тока в/после времени t₁ является длительным, небольшие ошибки по току медленно накапливаются за длительное время, и в силу этого ошибки, в целом включенные в интегрированное значение тока, становятся большими. Соответственно, в настоящем варианте осуществления, пороговое значение среднего тока задается в качестве условия оценки. В изменении тока, как показано на фиг. 6, условия оценки не удовлетворяются, поскольку средний ток становится меньше порогового значения среднего тока.

[0036] В последовательности операций управления между этапом S3 и этапом S4, когда условия оценки удовлетворяются, модуль 26 вычисления OCV вычисляет напряжение при разомкнутой схеме (OCV₁) в предыдущей точке нулевого тока и напряжение при разомкнутой схеме (OCV₂) в текущей точке нулевого тока.

[0037] Временные интервалы определения для определяющего напряжения для использования в вычислении напряжения при разомкнутой схеме описывается со ссылкой на фиг. 7. Фиг. 7 является графиками, иллюстрирующими изменение тока в аккумуляторе 11 (изменение тока, проиллюстрированное на фиг. 7(a)) и изменение напряжения (изменение напряжения, проиллюстрированное на фиг. 7(b)) до и после точки нулевого тока (t_a).

[0038] Как показано на фиг. 7, зарядный ток аккумулятора 11 становится нулевым во время t_a. Напряжение аккумулятора 11 начинает понижаться во время t_a, тем не менее, вследствие явления поляризации, его напряжение не понижается полностью во время t_a. Напряжение аккумулятора 11 постепенно понижается в/после времени t_a. Затем, во время t_b, поляризация почти разрешается, и напряжение аккумулятора 11 становится полностью пониженным напряжением. Другими словами, период между временем t_a и временем t_b представляет собой период поляризации, и напряжение аккумулятора становится нестабильным состоянием. Больше, когда напряжение при разомкнутой схеме вычисляется на основе определенного напряжения в течение периода поляризации, это может приводить к ошибкам в вычислении. По этой причине, модуль 26 вычисления OCV вычисляет напряжение при разомкнутой схеме на основе определенного напряжения после того, как истекает предварительно определенный период поляризации от точки нулевого тока. Период поляризации задается заранее согласно характеристикам аккумулятора 11. Кроме того, модуль 26 вычисления OCV может задавать продолжительность времени поляризации согласно размеру напряжения аккумулятора. Таким образом, точность вычисления для напряжения при разомкнутой схеме может повышаться, поскольку напряжение при разомкнутой схеме вычисляется на основе напряжения, при котором разрешается поляризация.

[0039] После вычисления напряжений при разомкнутой схеме (OCV₁ и OCV₂) на этапе S5 последовательности операций управления, на этапе S6, модуль 27 вычисления ΔSOC-v вычисляет состояние заряда (SOC: состояние заряда), которое соответствует напряжению при разомкнутой схеме (OCV₂) в это время. Существует корреляция между напряжением при разомкнутой схеме и SOC. Модуль 27 вычисления ΔSOC-v сохраняет корреляцию в виде таблицы соответствия заранее и вычисляет SOC посредством обращения к этой таблице соответствия. Более того, модуль 27 вычисления ΔSOC-v вычисляет величину изменения SOC (ΔSOC-v) посредством вычисления разности между SOC₂, которое соответствует напряжению при разомкнутой схеме (OCV₂) в это время, и SOC₁, которое соответствует предыдущему напряжению при разомкнутой схеме (OCV₁).

[0040] На этапе S7, модуль 25 вычисления ΔSOC-i вычисляет величину изменения SOC (ΔSOC-i) с использованием арифметической формулы, представляющей отношение интегрированного значения тока к текущей полной зарядной емкости аккумулятора 11. На этапе S8, модуль 28 вычисления коэффициента емкости вычисляет коэффициент емкости с использованием арифметической формулы, представляющей отношение величины изменения SOC (ΔSOC-v) к величине изменения SOC (ΔSOC-i). На этапе S9, модуль 29 вычисления полной зарядной емкости вычисляет текущую полную зарядную емкость посредством умножения текущего коэффициента емкости на начальную полную зарядную емкость.

[0041] Как показано выше, в настоящем варианте осуществления, период от первого момента времени, когда абсолютное значение тока аккумулятора составляет около 0 ампер, до второго момента времени, когда абсолютное значение тока аккумулятора составляет около 0 ампер, указывается в качестве периода интегрирования, значение интегрирования тока аккумулятора для периода интегрирования вычисляется, первое напряжение при разомкнутой схеме в первый момент времени и второе напряжение при разомкнутой схеме во второй момент времени вычисляются на основе определенного напряжения аккумулятора, и коэффициент емкости аккумулятора оценивается на основе разности напряжений между первым напряжением при разомкнутой схеме и вторым напряжением при разомкнутой схеме и значения интегрирования, удовлетворяющего условиям оценки. При выполнении этого, для условий оценки, задается то, что значение интегрирования равно предварительно определенному нижнему предельному значению или больше, и то, что среднее значение тока аккумулятора для периода интегрирования равно предварительно определенному значению или больше. Таким образом, может повышаться точность оценки для коэффициента емкости, поскольку коэффициент емкости вычисляется с использованием интегрированного значения тока, которое имеет небольшое влияние на ошибки определения датчика.

[0042] Ниже описываются взаимосвязи между интегрированным значением тока и ошибками в вычислении коэффициента емкости со ссылкой на фиг. 8. Фиг. 8 является графиком, иллюстрирующим взаимосвязи между интегрированным значением тока и ошибками в вычислении. На фиг. 8, ромбовидная форма задается посредством представления на графике измеренных значений ошибок в вычислении относительно интегрированного значения тока. Вычисление коэффициента емкости выполняется с использованием способа вычисления (далее также называется "способом вычисления ΔSOC"), выполняемого в последовательности операций управления, показанной на фиг. 3.

[0043] Интегрированное значение тока не ограничено вышеуказанными условиями оценки, но задается в более широком диапазоне при задании, по меньшей мере, выше нуля. Кроме того, ошибки в вычислении соответствуют разности между вычисленным значением, вычисленным с использованием способа вычисления SOC, и фактическим коэффициентом емкости. Дополнительно, нижнее предельное значение допустимых ошибок в вычислении задается в качестве C_L, и верхнее предельное значение допустимых ошибок в вычислении задается в качестве C_H.

[0044] Как показано на фиг. 8, ошибка в вычислении становится максимумом, когда интегрированное значение тока приближается к нулю. Дополнительно, по мере того, как абсолютное значение для интегрированного значения тока становится больше, ошибка в вычислении становится меньшей. Кроме того, когда абсолютное значение для интегрированного значения тока становится больше, ошибка в вычислении становится больше снова с границей в предварительно определенной области. Когда кривая аппроксимации нарисована для проиллюстрированных измеренных значений, получается такой график, как показано на графике a. Затем диапазон A, указываемый посредством точек пересечения кривой аппроксимации и верхнего предельного значения C_H ошибок в вычислении, становится диапазоном, в котором ошибки в вычислении становятся небольшими относительно интегрированного значения тока. Диапазон A представляет собой диапазон, идентичный диапазону, указываемому между точками пересечения кривой аппроксимации и нижнего предельного значения C_L ошибок в вычислении.

[0045] В настоящем варианте осуществления, верхнее предельное значение и нижнее предельное значение для интегрированного значения тока, которые соответствуют диапазону A, задаются в качестве верхнего предельного значения и нижнего предельного значения интегрированных значений тока в условиях оценки. Как показано на фиг. 8, интегрированное значение тока, которое удовлетворяет условиям оценки, включено в диапазон A, и в силу этого ошибки в вычислении становятся меньше ошибок за пределами диапазона A при сравнении. Таким образом, может повышаться точность оценки для коэффициента емкости посредством использования интегрированного значения тока, которое удовлетворяет условиям оценки в качестве цели вычисления.

[0046] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, период между точками нулевого тока задается в качестве периода для цели вычисления коэффициента емкости. Таким образом, точность оценки для напряжения при разомкнутой схеме (напряжения без нагрузки) может повышаться, и в силу этого может повышаться точность вычисления для полной зарядной емкости.

[0047] Ниже описываются взаимосвязи между способом вычисления и ошибками SOC со ссылкой на фиг. 9. В качестве способа для вычисления SOC, может рассматриваться способ вычисления SOC из напряжения для интегрированного тока и напряжения при разомкнутой схеме. Другими словами, способ вычисляет SOC посредством суммирования (выполнения сложения со взвешиванием) SOC (далее называется "SOC-v"), определенного из напряжения при разомкнутой схеме, и SOC (далее называется "SOC-i"), определенного из интегрированного значения тока при предварительно определенном отношении, и далее, этот способ также называется способом на основе смешения. В способе вычисления SOC для способа на основе смешения, когда значение тока является относительно небольшим, отношение SOC-v задается равным большему отношению, и отношение SOC-i задается равным меньшему отношению. Когда значение тока является относительно большим, отношение SOC-i задается равным большему отношению, и отношение SOC-v задается равным меньшему отношению. После этого, посредством суммирования отношения SOC-i и SOC-v, которые задаются, вычисляется SOC. Дополнительно, такой способ вычисления SOC для способа на основе смешения хорошо известен, как раскрыто в 2013-217899A JP (публикации не прошедшей экспертизу заявки на патент (Япония) № 2013-217899) и т.д., например, и в силу этого подробно не описывается далее. Дополнительно, хотя в настоящем варианте осуществления способ на основе смешения, в котором SOC-v и SOC-i суммируются в предварительно определенном отношении, используется в качестве способа вычисления SOC, способ вычисления SOC не ограничен способом на основе смешения. Например, может использоваться способ вычисления SOC, в котором SOC-v или SOC-i приспосабливается в качестве SOC согласно значению тока.

[0048] Фиг. 9 иллюстрирует ошибки SOC, когда SOC вычисляются в способе на основе смешения. Больше, период от времени t_a до времени t_b представляет собой период, в который ток становится небольшим, и период от времени 0 до времени t_a и период в/после времени t_b представляет собой период, в который ток становится большим. Точка нулевого тока, как предполагается, находится в пределах периода между временем t_a и временем t_b.

[0049] В способе вычисления SOC для способа на основе смешения, коэффициент сложения SOC-i является большим, когда значение тока является большим в периоды от времени 0 до времени t_a и период в/после t_B, и коэффициент сложения SOC-v является небольшим. С другой стороны, коэффициент сложения SOC-v является большим в период от времени t_a до времени t_b, и коэффициент сложения SOC-i является небольшим. Коэффициент сложения соответствует процентной доле относительно полного отношения, полученного посредством суммирования отношения SOC-i и отношения SOC-v.

[0050] С использованием времени 0 в качестве начала координат, ошибки датчика 12 тока накапливаются наряду с истечением времени, поскольку коэффициент сложения SOC-i на основе интегрированного значения тока является высоким. Когда коэффициент сложения SOC-i на основе интегрированного значения тока поддерживается высоким в/после t_A, ошибки датчика 12 тока накапливаются, даже когда ток понижается, и в силу этого ошибки по току дополнительно накапливаются. С другой стороны, когда значение тока является небольшим, посредством использования способа на основе смешения, в котором коэффициент сложения SOC-v становится большим, коэффициент сложения SOC-v, определенного с использованием напряжения при разомкнутой схеме, вычисленного на основе напряжения в точке нулевого тока, увеличивается, и в силу этого вычисление SOC на основе напряжения при разомкнутой схеме в точке нулевого тока рассматривается для того, чтобы корректировать ошибки SOC на основе интегрированного значения тока. Другими словами, в способе на основе смешения, можно сказать, что оцененные ошибки SOC на основе интегрированного значения тока корректируются посредством оценки SOC на основе напряжения при разомкнутой схеме во время точки нулевого тока. Как результат, может повышаться точность вычисления для полной зарядной емкости.

[0051] Дополнительно, в настоящем варианте осуществления, диапазон, в котором значение интегрирования равно от предварительно определенного нижнего предельного значения или больше до верхнего предельного значения или ниже, задается в качестве условия оценки. Таким образом, может повышаться точность оценки для коэффициента емкости, когда коэффициент емкости вычисляется с использованием интегрированного значения тока с меньшим влиянием на определенные ошибки датчика.

[0052] Кроме того, в качестве модифицированного примера настоящего варианта осуществления модуль 24 определения условий оценки может задавать нижнее предельное значение для интегрированного значения тока, включенного в условия оценки на основе оцененного значения коэффициента емкости. Фиг. 10 является графиками, показывающими один пример изменения тока (изменения, показанного на фиг. 10(a)) и изменения напряжения (изменения, показанного на фиг. 10(b)) в аккумуляторе 11.

[0053] Изменения тока и напряжения, показанные на фиг. 10, представляют собой изменения, когда аккумулятор заряжается из определенного заряженного состояния (SOC_S), и график a показывает изменение тока в начальном состоянии (перед ухудшением характеристик), а график b показывает изменение тока после ухудшения характеристик. Кроме того, время t_p представляет время, в которое интегрированное значение тока, суммированное от времени t₀, достигает нижнего предельного значения условий оценки в аккумуляторе 11 в начальном состоянии.

[0054] При управлении аккумулятором 11, чтобы защищать аккумулятор 11, верхнее предельное значение (SOC_H) для SOC задается заранее. Контроллер 20 аккумулятора управляет аккумулятором 11 таким образом, чтобы не разрешать SOC аккумулятора 11 становиться выше верхнего предельного значения (SOC_H). В аккумуляторе 11 в начальном состоянии, когда заряд начинается из SOC_S, значение интегрирования зарядного тока достигает нижнего предельного значения условий оценки до того, как SOC достигает SOC_H. По этой причине, интегрированное значение тока, накопленное от времени t₀ до времени t_p, может использоваться для управления оценкой коэффициента емкости.

[0055] С другой стороны, когда характеристики аккумулятора 11 ухудшаются, полная зарядная емкость становится небольшой, и в силу этого, когда идентичное значение используется для зарядного тока, величина изменения SOC после ухудшения характеристик (соответствует наклону графика на фиг. 11(b)) становится больше величины изменения SOC в начальном состоянии (перед ухудшением характеристик). Дополнительно, до того, как значение интегрирования зарядного тока достигает нижнего предельного значения условий оценки, SOC достигает верхнего предельного значения (SOC_H) в момент t_q времени, и зарядный ток понижается. Как результат, частота для оценки коэффициента емкости становится низкой.

[0056] Как на фиг. 10, характеристики, проиллюстрированные на фиг. 11, представляют собой один пример изменений тока и напряжения, когда аккумулятор заряжается от определенного напряжения (V_S), и график a иллюстрирует характеристики в начальном состоянии (перед ухудшением характеристик), а график b иллюстрирует характеристики после ухудшения характеристик. Кроме того, время t_p представляет время, когда интегрированное значение тока, накопленное от времени t₀, достигает нижнего предельного значения условий оценки в аккумуляторе 11 в начальном состоянии.

[0057] При управлении аккумулятором 11, чтобы защищать аккумулятор 11, верхнее предельное значение (V_H) и нижнее предельное значение (V_L) для напряжения задаются заранее. Контроллер 20 аккумулятора управляет аккумулятором 11 таким образом, чтобы не разрешать напряжению аккумулятора 11 становиться выше верхнего предельного значения (V_H). В аккумуляторе 11 в начальном состоянии, когда заряд начинается от V_S, значение интегрирования зарядного тока достигает нижнего предельного значения условий оценки до того, как напряжение аккумулятора достигает V_H. По этой причине, интегрированное значение тока, накопленное от времени t₀ до времени t_p, может использоваться для управления оценкой коэффициента емкости.

[0058] Когда характеристики аккумулятора 11 ухудшаются, его полная зарядная емкость становится небольшой, и внутреннее сопротивление аккумулятора 11 становится большим. Согласно выражению отношения (V=E+IR) аккумулятора 11, включающему в себя напряжение аккумулятора (V), напряжение при разомкнутой схеме (E), ток аккумулятора (I) и внутреннее сопротивление (R), когда внутреннее сопротивление увеличивается, изменение напряжения (IR), сформированное посредством тока и внутреннего сопротивления, увеличивается и когда полная зарядная емкость становится небольшой, изменение напряжения наряду с изменением оставшейся величины заряда или изменением открытого схемного напряжения (E) увеличивается. Другими словами, когда характеристики аккумулятора 11 ухудшаются, напряжение аккумулятора имеет тенденцию проще изменяться по сравнению с аккумулятором перед ухудшением характеристик, и в силу этого для верхнего предельного значения становится просто достигать нижнего предельного значения. Как проиллюстрировано на фиг. 11(b), до того, как значение интегрирования зарядного тока достигает нижнего предельного значения условий оценки, в момент t_q времени, напряжение аккумулятора достигает верхнего предельного значения (V_H), и зарядный ток становится низким. Соответственно, частота для оценки коэффициента емкости становится низкой.

[0059] Характеристики, показанные на фиг. 12, представляют собой один пример изменений тока и SOC, когда аккумулятор разряжается из заряженного состояния (SOC_S), график a иллюстрирует изменения тока в начальном состоянии (перед ухудшением характеристик), а график b иллюстрирует изменения SOC после ухудшения характеристик. Больше, время t_p представляет время, когда интегрированное значение тока, суммированное от времени t₀, достигает нижнего предельного значения в условиях оценки.

[0060] Для управления аккумулятором 11, чтобы защищать аккумулятор 11, заранее нижнее предельное значение (SOC_L) для SOC задается. Контроллер 20 аккумулятора управляет аккумулятором 11 таким образом, чтобы не разрешать SOC аккумулятора 11 становиться ниже нижнего предельного значения (SOC_L). В аккумуляторе 11 в начальном состоянии, когда разряд начинается из SOC_S, значение интегрирования разрядного тока достигает нижнего предельного значения условий оценки до того, как SOC достигает SOC_L. По этой причине, интегрированное значение тока, накопленное от времени t₀ до времени t_p, может использоваться для управления оценкой коэффициента емкости.

[0061] С другой стороны, когда характеристики аккумулятора 11 ухудшаются, полная зарядная емкость становится небольшой, и в силу этого, когда идентичное значение используется для разрядного тока, величина изменения SOC после ухудшения характеристик (соответствует наклону графика на фиг. 11(b)), становится больше величины изменения SOC в начальном состоянии (перед ухудшением характеристик). Дополнительно, до того, как значение интегрирования разрядного тока достигает нижнего предельного значения условий оценки, SOC достигает нижнего предельного значения (SOC_L) в момент t_q времени, и разрядный ток становится нулевым. Как результат, частота для оценки коэффициента емкости становится низкой.

[0062] Модуль 24 определения условий оценки согласно модифицированному примеру понижает нижнее предельное значение условий оценки на основе оцененного значения коэффициента емкости. В частности, модуль 24 определения условий оценки понижает нижнее предельное значение условий оценки, когда коэффициент емкости становится меньшим. Альтернативно, модуль 24 определения условий оценки понижает нижнее предельное значение условий оценки, когда коэффициент емкости ниже предварительно определенного значения. Таким образом, даже когда характеристики аккумулятора 11 ухудшаются, частота вычисления для коэффициента емкости может поддерживаться.

[0063] Дополнительно, модуль 24 определения условий оценки согласно модифицированному примеру задает нижнее предельное значение условий оценки вместо оцененного значения коэффициента емкости на основе внутреннего сопротивления аккумулятора 11 или продолжительности, в течение которой используется аккумулятор 11. В частности, по мере того, как продолжительность, в течение которой используется аккумулятор, увеличивается, меньшее значение задается для нижнего предельного значения для условий оценки. Альтернативно, модуль 24 определения условий оценки задает нижнее предельное значение условий оценки меньшим предварительно определенного значения, когда внутреннее сопротивление выше предварительно определенного значения, или когда продолжительность, в течение которой используется аккумулятор, превышает предварительно определенный период времени.

[0064] Кроме того, в качестве модифицированного примера настоящего варианта осуществления, модуль 24 определения условий оценки добавляет в условия оценки то, что интегрированное значение тока должно находиться в пределах диапазона от нижнего предельного значения или больше до верхнего предельного значения или меньше, то, что значение среднего тока должно быть меньше порогового значения среднего тока, и то, что определенное напряжение посредством температурного датчика 14 должно быть равно предварительно определенному пороговому значению температуры или больше.

[0065] Фиг. 13 является графиком, иллюстрирующим характеристики внутреннего сопротивления относительно температуры аккумулятора 11. Как показано на фиг. 13, в качестве характеристики аккумулятора 11, внутреннее сопротивление аккумулятора 11 изменяется посредством постоянного значения, когда температура аккумулятора 11 составляет предварительно определенное значение или больше. С другой стороны, когда температура аккумулятора 11 ниже предварительно определенного значения, внутреннее сопротивление увеличивается по мере того, как температура аккумулятора 11 уменьшается. Дополнительно, посредством увеличения внутреннего сопротивления в области низких температур, ошибки температурного датчика 14 становятся большими.

[0066] Когда модуль 26 вычисления OCV вычисляет напряжение при разомкнутой схеме, поскольку внутреннее сопротивление включено в арифметическую формулу, когда используется способ вычисления на основе линейной регрессии, ошибки напряжения при разомкнутой схеме могут становиться большими для области низких температур. В этой связи, способ вычисления на основе линейной регрессии представляет собой способ для определения напряжения при разомкнутой схеме (E) посредством арифметической формулы (V=E+I x R) с использованием значения определения (V) датчика тока, значения определения (I) датчика напряжения и внутреннего сопротивления (R) аккумулятора 11.

[0067] Соответственно, в модифицированном примере, модуль 24 определения условий оценки добавляет в условия оценки то, что определенное напряжение температурного датчика 14 должно составлять предварительно определенное пороговое значение температуры или больше. Таким образом, при подавлении влияния ошибок температурного датчика для области низких температур, может повышаться точность вычисления для коэффициента емкости.

[0068] Более того, в качестве модифицированного примера настоящего варианта осуществления, модуль 24 определения условий оценки может добавлять в условия оценки то, что определенный ток датчика 12 тока должен составлять предварительно определенное пороговое значение тока или больше в течение предварительно определенного периода времени, в дополнение к таким условиям, что интегрированное значение тока должно находиться в пределах диапазона от нижнего предельного значения или больше до верхнего предельного значения или меньше, и значение среднего тока должно быть меньше порогового значения среднего тока. Как показано на фиг. 6, в период интегрирования тока, когда период низкого тока продолжается в течение длительного времени, ошибки датчика 12 тока накапливаются в интегрированном значении тока, и в силу этого точность вычисления коэффициента емкости становится низкой. По этой причине, модуль 24 определения условий оценки согласно модифицированному примеру, посредством добавления значения тока аккумулятора 11 в условия, интегрированное значение тока в период интегрирования тока исключается из цели вычисления, когда период интегрирования тока включает в себя период низкого тока (период тока в/после времени t₁ на фиг. 6). Следовательно, может повышаться точность оценки для коэффициента емкости.

[0069] Более того, коэффициент емкости, оцененный в настоящем варианте осуществления, соответствует коэффициенту емкости, вычисленному посредством модуля 28 вычисления коэффициента емкости, или полной зарядной емкости, вычисленной посредством модуля 29 вычисления полной зарядной емкости.

[0070] Вышеуказанные датчик 12 тока и датчик 13 напряжения соответствуют модулю определения (датчику) согласно настоящему изобретению, модуль 24 определения условий оценки, модуль 25 вычисления ΔSOC-i, модуль 27 вычисления ΔSOC-v, модуль 28 вычисления коэффициента емкости и модуль 29 вычисления полной зарядной емкости соответствуют модулю оценки коэффициента емкости согласно настоящему изобретению.

Описание номеров ссылок

[0071] 1 - аккумуляторный источник питания

10 - элемент аккумулятора

11 - аккумулятор

12 - датчик тока

13 - датчик напряжения

14 - температурный датчик

20 - контроллер аккумулятора

21 - модуль указания точек нулевого тока

22 - модуль вычисления интегрированных значений тока

23 - модуль вычисления среднего тока

24 - модуль определения условий оценки

25 - модуль вычисления ΔSOC-i

26 - модуль вычисления OCV

27 - модуль вычисления ΔSOC-v

28 - модуль вычисления коэффициента емкости

29 - модуль вычисления полной зарядной емкости

Реферат

Изобретение относится к оценке коэффициента емкости аккумулятора. Сущность: устройство содержит модуль определения, который определяет ток аккумулятора и напряжение аккумулятора, модуль вычисления интегрированных значений тока, который указывает период от первого момента времени, когда абсолютное значение тока аккумулятора приближается к 0 ампер, до второго момента времени, когда абсолютное значение тока аккумулятора приближается к 0 ампер, в качестве периода интегрирования и вычисляет интегрированное значение тока аккумулятора в течение периода интегрирования, модуль вычисления напряжения при разомкнутой схеме в первый и второй моменты времени на основе напряжения, определенного посредством модуля определения, модуль оценки коэффициента емкости, который оценивает коэффициент емкости аккумулятора на основе разности напряжений между первым напряжением и вторым напряжением при разомкнутой схеме и интегрированного значения. Интегрированное значение, удовлетворяющее предписанным условиям, которые заключаются в том, что интегрированное значение равно или выше предписанного нижнего предельного значения, и среднее значение тока аккумулятора в течение периода интегрирования равно или выше предписанного значения. Технический результат: повышение точности оценки коэффициента емкости. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 13 ил.

Формула