专利名称：电池电荷状态的检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测电动车辆或者混合电动车辆电池的电荷状态。
背景技术：
日本专利局1997年公布的JP9-84205 A分开了一种通过测量电池放电电流并且合计电流值来计算电池电荷状态(下方简称“DOC”)的装置。
使用能够覆盖在该范围下电池能够产生连续放电的额定放电范围，以及其中电池能够实施短时间放电的大功率瞬时额定放电范围的电流传感器来计算电池SOC。
发明内容
超过电流传感器测量的范围会引起传感器分辨率的降低，并且会引起SOC计算精确度的降低。
另一方面，仅覆盖额定放电范围的电流传感器具有优越的测量精度，因为其可以测量的范围是小的。但是，不能测量瞬时额定放电范围中的电流。
因此，本发明的目标是在宽的范围内增加SOC的检测精度。
为了实现上述目标，本发明提供了一种电池电荷状态检测装置，与使用从电池供应的电流驱动马达的电路一起使用。所述电路包括控制马达操作的逆变器和向逆变器输出马达控制信号从而从电池向马达供应对应于马达所需输出的电流的控制器。电池的额定放电范围与放电电流有关。电池的电荷状态检测装置包含检测电池放电电流的第一电流传感器，第一电流传感器具有略高于额定放电范围上限值的可测量电流范围，以及被编程为确定第一电流传感器所检测的电流是否超过上限值的微处理器，当由第一电流传感器所检测到的电流超过上限值时，基于马达控制信号计算电池的电荷状态；并且当由第一电流传感器所检测到的电流没有超过上限值时，基于第一电流传感器所检测到的电流值来计算电池的电荷状态。
本发明还提供了一种电池电荷状态检测方法，其包括使用可测量电流范围略超过额定放电范围上限值的电流传感器来检测电池的放电电流；确定电流传感器所检测到的电流是否超过上限值；当由电流传感器所检测到的电流超过上限值时，基于马达控制信号计算电池的电荷状态；以及当由电流传感器所检测到的电流没有超过上限值时，基于电流传感器所检测到的电流值来计算电池的电荷状态。
本发明的细节以及其它特征和优点将在下面的说明书中提出，并且如附图所表示。
图1是根据本发明的SOC检测装置的示意图。
图2是解释根据本发明通过控制器执行的SOC计算程序的流程图。
图3是解释根据本发明电池实际放电电流和第一电流传感器检测的电流Ir变化的时间图。
图4是解释估计的放电电流和电池实际放电电流之间误差的时间图。
图5是解释估计的放电电流修正结果/电池的时间图。
具体实施例方式
本发明能够用于电动车辆、混合电动车辆等的马达驱动器电路。下面将解释用于上述马达驱动器电路的本发明的实施方案。
参照图1，在驱动车辆中使用的马达/发电机6的驱动器电路包括电池1、接线盒2、DC/DC转换器4和控制器7。
电池1通过接线盒2向逆变器8供应直流电。逆变器8将电池1供应的直流电转化成交流电，并且向马达/发电机6供应交流电。
电池1通过接线盒2向DC/DC转换器4供应直流电流。DC/DC转换器4将从电池1供应的直流电电压转化成较低的电压，并将直流提供给附件9。
马达/发电机6由于从电池1经由逆变器8供应的交流电而旋转，并且给车辆提供驱动力。当车辆减速时，马达/发电机6恢复可再生的能源，或产生消耗驱动力的电力。电池1用产生的电力充电。
控制器7包括微处理器，其包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)，以及输入/输出接口(I/O界面)。还可以配置控制器7使用多个微处理器。
控制器7通过向逆变器8输出马达/发电机控制命令而控制马达/发电机6的转矩和转速。此外，为了实现上述控制，马达驱动器电路还包括第一电流传感器3和第二电流传感器5。
在接线盒2的内部提供第一电流传感器3，并且测量电池1的放电电流和充电电流。第一电流传感器3向控制器7以信号方式输出测量的值。
长期使用的额定放电范围和只局限于短期使用的瞬时额定放电范围都以电池1的放电范围存在。第一电流传感器3能够测量的范围覆盖额定放电范围，但是其比瞬时额定放电范围要窄得多。实际上，第一电流传感器3能够测量的上限值被设置为高于额定放电范围的上限值Imax一点。通过如此地将设置第一电流传感器3能够测量的范围至窄的范围，可以在可测量的范围内增加电流的测量精度。
在DC/DC转换器4内提供第二电流传感器5，并且测量通过DC/DC转换器4流入附件9的电流总和。第二电流传感器5向控制器7作为信号输出测量的值。
控制器7基于第一电流传感器3测量的电流和第二电流传感器5测量的电流来计算电池1的SOC。然后，基于计算的SOC控制马达/发电机6和附件9的驱动。
参照图2，解释控制器7实施的SOC计算程序。当马达驱动器电路工作时，以10毫秒的间隔重复实施SOC计算程序。
在步骤S101中，控制器7从第一电流传感器3中读取检测的值Ir。
在步骤S102中，控制器7判定所检测的值Ir是否大于额定放电范围的上限值Imax。
当检测的值Ir大于上限值Imax时，在步骤S103中，控制器7读取马达/发电机6的转速和转矩。控制器7通过输出上述的马达/发电机控制命令来控制马达/发电机6的转速和转矩。因此，控制器7从该命令知道所述的值。
在步骤S104中，控制器7计算从电池1流向马达/发电机6的电流的估计电流值Img。基于马达/发电机6的转速和转矩，可以计算马达/发电机6的输出功率。基于计算的马达/发电机6输出功率，可以估计马达/发电机6和逆变器8中的输出损失。因此，通过向马达/发电机6的输出功率加上输出损失可以估计从电池1流向马达/发电机6的放电电流值Img。
在步骤S105中，控制器7读取第二电流传感器5的检测值Ir2。
在步骤S106中，控制器7计算对从电池1向马达/发电机6放电电流估计的电流值Img和来自第二电流传感器5检测的电流Ir2的和，并且作为电池1的放电电流I。因此，与完全依赖在计算电池1放电电流I中的估计情况相比，通过作为估计电流Img和检测电流Ir2之和来计算电池放电电流I可以增加估计的精确度。
在步骤S107中，控制器7对于在步骤S106中计算的电池1的放电电流I施加延迟修正。电池1的放电电流I包括从电池1向马达/发电机6放电电流的估计电流Img。控制器7基于马达/发电机6的转速和转矩，计算估计电流Img，但是根据上述马达/发电机控制命令，实际放电电流延迟。因此，需要修正延迟。延迟修正方法的细节将在后面描述。
在步骤S108中，基于在步骤S107中修正的电池1的放电电流I，控制器7计算电池1的SOC，从而结束过程。具体地说，控制器7通过积分电池1的放电电流I来计算电池1的SOC。
当控制器7在步骤S102中判定检测的值Ir等于或小于上限值Imax时，在步骤S109中，设置第一电流传感器3检测的电流值Ir为电池1的放电电流I，并且过程进行至步骤S108。
参照图3，解释电池1的实际放电电流和第一电流传感器3检测的电流的变化。当电池1的实际放电电流在额定的放电范围内时，第一电流传感器3检测的电流值Ir基本上等于电池1的实际放电电流。当电池1的实际放电电流增加并且在时间T1时超过额定的放电范围的上限值Imax时，第一电流传感器3检测的电流Ir也超过测量范围的上限值Imax，并且立即达到可测量范围的上限。此后，输出稍高出额定放电范围上限值Imax的值作为所检测的值。
在图2的程序中，当电池1的实际放电电流已经超过上限值Imax，并且控制器7根据图2的步骤S103至S107估计电池1的电流I时，步骤S102的判定得以证实。此后，当电池1的实际放电电流降低并且在时间T2时变得小于上限值Imax时，步骤S102的判定变负，并且在步骤S109中，控制器7使用来自第一电流传感器3检测的电流Ir作为电池1的放电电流I。
换句话说，控制器7通过在时间T1前并在时间T2后，采取第一电流传感器3检测的电流Ir作为电池1的放电电流I来计算SOC。从时间T1至时间T2，控制器7通过采取根据图2的步骤S103至S107估计的放电电流作为电池1的放电电流I来计算SOC。因此，通过限制使用估计电流值作为在计算SOC中使用的放电电流I的时间，估计误差可以保持最小，并且SOC的计算具有良好的精确度。
参照图4，解释在基于马达/发电机控制命令估计电池1的放电电流I时，估计的放电电流和实际放电电流之间的误差。
如上所述，电池1的实际放电电流以一个延迟跟从马达/发电机控制命令。因此，从控制器7对马达/发电机6发出的马达/发电机控制命令计算的估计放电电流值I和实际放电电流之间存在误差。因此，当从估计的放电电流I直接计算SOC时，不能计算精确值。
为了通过对放电电流I施加对于这种延迟的修正而增加对于电池1的实际放电电流的估计精确度，实施在图2的步骤S107中实施的过程。
参照图5，解释在步骤S107期间实施的放电电流I的延迟修正的具体内容。
图5表示电池实际放电电流和通过步骤S103至S107的程序计算的电池的估计放电电流I之间的关系，所述关系是本发明人通过实验发现的。图5中的实线表示电池的实际放电电流，而长短交替的短划线表示估计的放电电流I。根据实验结果，本发明人已经证实在估计放电电流I和实际放电电流之间存在相应于二级延迟和滞后时间的误差。
因此，在步骤S107中，控制器7对估计放电电流I添加修正，例如对二级延迟和滞后时间(dead time)的修正。对所述修正施用公知的延迟修正方法。事先通过实验确定在修正使用的时间常数和滞后时间。
在已经添加了修正后估计的放电电流Ia在图5中由长线和两个短线交替来表示。如图5所示，通过实验已经证实在从时间T1至时间T2期间，修正后估计的放电电流Ia基本上等于电池1的实际放电电流。
在图2的SOC计算程序中，当第一电流传感器3检测的电流Ir在T1和时间T2时与上限值Imax交叉时，电池1的放电电流从第一电流传感器3检测的电流Ir改变成修正后的估计放电电流Ia。优选就在时间T1前后和时间T2前后，限制放电电流的变化率，以至于放电电流不会根据计算方法的改变而剧烈改变。
如上所述，在本实施方案中，限制第一电流传感器3的可测量范围至电池1的额定放电范围附近。因此，可以增加可测量范围内的第一电流传感器3的分辨率，并且可以提高测量精确度。
另一方面，当电池1的实际放电电流超过额定放电范围的上限值Imax时，基于从马达/发电机控制命令获得的马达/发电机6的转速和转矩，估计电池1的实际放电电流值。因此，在电池1的整个放电范围内，可以使用具有相对窄的可测量范围但具有高分辨的第一传感器3来相当精确地计算SOC。
与电池放电电流在额定放电范围内的持续时间相比，电池放电电流超过额定放电范围的持续时间通常是短的。因此，与使用估计电流的持续时间相比，使用测量电流作为计算SOC的电流I的持续时间是长的。根据本发明，尽可能地使用测量的电流。因此，SOC的计算精度可以保持较高。
在上述装置中，当第一电流传感器3检测的电流超过额定放电范围、电池1的整体放电电流的上限值Imax时，基于马达/发电机6的转速和转矩，估计向马达/发电机6放电的电流值Img。由第二电流传感器5检测向除了马达/发电机6以外的附件9放电的电流。因此，可以比仅依赖估计进行计算时更精确地计算电流值，所以可以提高SOC计算的精确度。
在上述实施方案中，通过控制器7同时实施逆变器8的控制和SOC的计算。但是，也可以使用单独的控制器或微型计算机来实现逆变器8的控制和SOC的计算。
在上述实施方案中，使用第一电流传感器3和第二电流传感器5来检测计算SOC时需要的参数。但是本发明不依赖于获得参数时使用的方法，也可以适用于任何能使用这些参数做出计算的SOC检测装置或者检测方法。
上述实施方案表明本发明可以应用于混合驱动车辆或者电力汽车的马达/驱动器电路。本发明还可以应用于其它车辆的马达驱动器电路，并且对于这些马达驱动器电路也能获得与上述实施方案相似的有利操作效果。
2004年6月11日在日本递交的日本专利申请2004-174055号的内容引入本文作参考。
尽管上面已经参照特定的实施方案说明了本发明，但是本发明并局限于上述的实施方案。本领域技术人员可以在权利要求的范围内对上述实施方案做出修改和改变。
权利要求了排他性的性质或优先权的本发明实施方案定义如下。
权利要求
1.一种电池电荷状态检测装置，与使用从电池(1)供应的电流驱动马达(6)的电路一起使用，所述电路包括控制马达(6)的操作的逆变器(8)和向逆变器(8)输出马达控制信号从而从电池(1)向马达(6)供应对应于马达(6)所需输出的电流的控制器(7)，电池(1)具有与放电电流相关的额定放电范围，所述电池电荷状态检测装置包含检测电池(1)放电电流的第一电流传感器(3)，所述第一电流传感器(3)具有略高于额定放电范围上限值的可测量电流范围，以及微处理器(7)，被编程为确定第一电流传感器(3)所检测的电流是否超过上限值(S102)；当由第一电流传感器(3)所检测到的电流超过上限值(S104，S108)时，基于马达控制信号计算电池(1)的电荷状态；并且当由第一电流传感器(3)所检测到的电流没有超过上限值(S108，S109)时，基于第一电流传感器(3)所检测到的电流值来计算电池(1)的电荷状态。
2.如权利要求1所述的电池电荷状态检测装置，其中电池(1)进一步具有上限值大于额定放电范围的上限值的瞬时额定放电范围，并且其中微处理器(7)进一步被编程为基于从额定放电范围至瞬时额定放电范围的电流值间隔内的马达控制信号，计算电池(1)的电荷状态(S104，S108)。
3.如权利要求1所述的电池电荷状态检测装置，其中马达控制信号是表示马达(6)的转速和转矩的信号，并且其中微处理器(7)进一步被编程为基于所述转速和转矩估计供应给马达(6)的电流量(S103，S104)，并且基于供应给马达(6)的估计电流量计算电池(1)的电荷状态。
4.如权利要求1所述的电池电荷状态检测装置，其中所述电路进一步包括消耗从电池(1)供应的电流的与马达(6)分开的电学负载(9)，其中所述检测装置进一步包括检测从电池(1)供应给负载(9)的电流的第二电流传感器(5)，并且其中微处理器(7)被进一步编程为当第一电流传感器(3)检测的电流超过所述上限值时，基于从马达控制信号估计的供应给马达(6)的电流以及第二电流传感器(5)检测的供应给负载(9)的电流之和，计算电池(1)的电荷状态。
5.如权利要求1至4任一项所述的电池电荷状态检测装置，其中所述控制器中(7)和微处理器(7)包括同一微型计算机(7)。
6.一种电池电荷状态检测装置，与使用从电池(1)供应的电流驱动马达(6)的电路一起使用，所述电路包括控制马达(6)的操作的逆变器(8)和向逆变器(8)输出马达控制信号从而从电池(1)向马达(6)供应对应于马达(6)所需输出的电流的控制器(7)，电池(1)具有与放电电流相关的额定放电范围，所述电池电荷状态检测装置包含检测电池(1)放电电流的装置(3)，所述放电电流检测装置(3)具有略高于额定放电范围上限值的可测量电流范围，以及用来确定放电电流检测装置(3)所检测的电流是否超过上限值的装置(S102)；用于当由放电电流检测装置(3)所检测到的电流超过上限值时、基于马达控制信号计算电池(1)的电荷状态的装置(S104，S108)；以及当由放电电流检测装置(3)所检测到的电流没有超过上限值时、基于放电电流检测装置(3)所检测到的电流值来计算电池(1)的电荷状态的装置(S108，S109)。
7.一种电池电荷状态检测方法，与使用从电池(1)供应的电流驱动马达(6)的电路一起使用，所述电路包括控制马达(6)的操作的逆变器(8)和向逆变器(8)输出马达控制信号从而从电池(1)向马达(6)供应对应于马达(6)所需输出的电流的控制器(7)，电池(1)具有与放电电流相关的额定放电范围，所述电池电荷状态检测方法包括通过使用可测量电流范围略超过额定放电范围上限值的电流传感器(3)来检测电池(1)的放电电流；确定电流传感器(3)所检测到的电流是否超过上限值(S102)；当由电流传感器(3)所检测到的电流超过上限值(S104，S108)时，基于马达控制信号计算电池(1)的电荷状态；以及当由电流传感器(3)所检测到的电流没有超过上限值(S108，S109)时，基于电流传感器(3)所检测到的电流值来计算电池(1)的电荷状态。
全文摘要
当电池(1)的放电电流不超过电池(1)的额定放电范围时，基于电流传感器(3)所检测的放电电流计算驱动马达(6)的电池(1)的电荷状态。当电池(1)的放电电流超过额定放电范围时，通过从马达控制信号估计电池(1)的放电电流来计算电池(1)的电荷状态，从而可以使用传感器(3)以良好的精度发现电流在宽范围内的变化，其具有分布窄但高分辨的可测量范围，并且可以准确地检测电荷状态。
文档编号B60W20/00GK1707280SQ20051007802
公开日2005年12月14日 申请日期2005年6月10日 优先权日2004年6月11日
发明者平田武司, 山中刚, 中田祐志 申请人:日产自动车株式会社