专利名称：用于计算二次电池的残余容量的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于计算二次电池(诸如，铅电池、镍镉电池、镍氢电池、锂二次电池、 锂离子二次电池或者正极包含具有橄榄石结构的锂金属磷酸盐的锂离子二次电池)残余容量的设备。
背景技术：
已知，在检测二次电池中能量的残余容量、或者充电状态(SOC)时，如专利文件 JP-A-2009-129644或JP-A-2006-038494中所公开的那样使用用于检测残余容量的设备。 例如，专利文件JP-A-2009-129644中公开的锂离子二次电池具有确保平坦充放电容量范围的特性。平坦充放电容量范围占电池电容量(其中理论电容量是上限)的等于或大于 50%。在平坦充放电容量范围中，当通过与IC对应的电流对电池充/放电时，端子上施加的电压的变化在充电和放电这二者情况下都落在等于或小于0. 2V的容量范围内。因而，在锂离子二次电池中或在包括JP-A-2009-129644中公开的锂离子二次电池的电池组中，对于电流的充/放电减小了锂离子二次电池的内部电阻的变化。作为结果， 确保变化较小的稳定输出。应当明白，电池的正极由引起较小电压变化的橄榄石材料形成以及负极由类似特性的LT0(钛酸锂)材料形成，以配置电压变化较小的电池单元。专利文件JP-A-2006-038494中公开的用于计算残余容量的设备基于电能储存装置充/放电电流的积分值来计算第一残余容量。该设备还基于根据电能储存装置的内部阻抗估计出的开路电压来计算第二残余容量。随后，该设备计算作为电能储存装置的最终残余容量的第三残余容量。具体地，通过使用根据电能储存装置的使用确定出的权重对第一和第二残余容量加权和通过组合加权后的充电状态来计算第三残余容量。当电能储存装置处于在温度不大于参考温度的充电状态中时，调整权重从而将会使第一残余容量的权值较大。此外，如此配置以使得基于电能储存装置充/放电电流的电流改变率来确定权重。换言之，对基于电流积分计算出的残余容量和基于电压估计计算出的残余容量进行加权和组合以计算最终残余容量。在此情形中，基于电压估计的计算使用根据阻抗估计出的开路电压(0CV)。此外，使用单元温度T和电流改变率Δ I/At作为参数，当电能储存装置处于在温度不大于预定温度的充电状态中时增大基于电流积分计算出的残余容量的权重。以此方式，利用基于电流积分的残余容量和基于开路电压的残余容量这二者的优点计算出高准确性的残余容量。在以上提到的专利文件JP-A-2009-129644中，使用橄榄石材料的电池组或锂离子二次电池受到充/放电控制，根据充/放电控制主要基于电流积分计算出S0C。如以上所提到的，此专利文件中公开的锂离子二次电池具有确保平坦充放电容量范围的输出特性。 因此，当在使用锂离子二次电池或电池组的系统(比如，交通工具或HEMS(家庭能源管理系统))上连续施加高负载时，如以上所提到的基于电流积分的SOC计算会导致大误差。具体地，虽然在系统上连续施加高负载，但充/放电电压相对于SOC的特性线在平坦充放电容量范围中是平坦的，因而基于范围中的电压的SOC计算会致使大误差，从而妨碍实现准确的 SOC计算。在如以上提到的专利文件JP-A-2006-038494中所公开的用于计算残余容量的设备中，根据阻抗估计开路电压，随后基于预先存储的OCV-SOC特性计算残余容量。然而，通过此过程，需要向计算电路添加阻抗测量装置，而致使设备尺寸的增加。另外，阻抗将会随着温度和电流改变率的改变而改变。为此，计算SOC的准确性将会在低温区域或高电流区域中恶化。同时，在该设备中，SOC计算主要基于以下电流积分其中，在某个单元温度和在某个电流改变率处增加通过电流积分获得的残余容量的权重。作为结果，存在在连续施加高负载的条件下检测SOC 时引起大误差的较大概率。
发明内容
实施例提供了用于非常准确地计算具有较大平坦充放电电压范围的二次电池的残余容量的紧凑小尺寸设备。作为实施例的一方面，提供了用于计算二次电池残余容量的设备，该设备计算充/ 放电的二次电池中的能量的残余容量。该设备包括运算单元，该运算单元基于与二次电池的残余容量相对应的充/放电电压来估计和计算第一残余容量，基于二次电池的充/放电电流的积分值来计算第二残余容量，根据电压改变率使用第一残余容量或第二残余容量对二次电池的充/放电电压进行加权，以及对加权的结果进行组合以获得二次电池的残余容量。
在附图中图1是示例了根据实施例，使用用于计算二次电池残余容量的设备的电池系统的配置的方框图；图2是示例了锂离子二次电池的预定阈值Vth、电压改变率线AV和充/放电电压线VL的图；图3Α是示例了作为二次电池的第一查找表(LUT)相关温度Τ、在温度T的CCV和在CCV的视在SOC的表的图；图;3Β是示例了作为二次电池的第二 LUT相关温度Τ、在第一 LUT的温度T获得的视在SOC和真实SOC的表的图；图4是示例了图2中示例的充/放电电压线VL中的区域A至D中加权的简单示例的图；图5是示例了在图2中示例的充/放电电压线VL中的电压改变率dV/dt、阈值 (3X 10_5V/s)、电流积分SOCi和使用电流积分SOCi进行加权的图；以及图6是示例了计算锂离子二次电池残余容量的过程的流程图。
具体实施例方式参照附图，在下文中将描述本发明的实施例。遍及说明书中参照的图，为图之间相互对应的组件给出同样附图标记以求略去不必要的解释。图1是示例了根据实施例，使用用于计算二次电池残余容量的设备的电池系统的配置的方框图。如图1中所示，电池系统10包括电池组11、CPU (中央处理单元)21、电流检测器 31和充/放电控制器41。电池组11包括串联的二次电池lla、llb、. . .、llm和Iln和分
别检测二次电池IlaUlb.....Ilm和Iln的单元温度的温度传感器12aU2b.....12m和
12n。CPU 21具有作为用于计算二次电池IlaUlb.....Ilm和Iln的残余容量的设备的处
理功能。电流检测器31检测充/放电电流I，S卩，去往电池组11的充电电流或来自电池组 11的放电电流。充/放电控制器41连接到负载装置51。充/放电控制器41还以可分离方式连接到市电电源52。负载装置51使用系统(诸如电动电源、家用或商用的空气调节器、或者交通工具的混合电动机或电动机等)的电负载。负载装置51执行适合经由充/放电控制器41从电池组11向该系统提供的电源的预定操作。充/放电控制器41允许电池组11响应于来自CPU 21的充/放电指示向负载装置51提供(放电)电源。同时，充/放电控制器41允许把来自市电电源52的电源输出到电池组11。使用来自市电电源52的输出，对电池组11充电。或者，如果负载装置51具有如由交通工具的混合电动机执行的生成电源的功能，则充/放电控制器41产生控制以使得把来自负载装置51的电源充电到电池组11。在本实施例中，二次电池Ila至Iln中的每个都由正极使用具有橄榄石结构的锂金属磷酸盐的锂离子二次电池构建。或者，可以使用不同的二次电池，诸如，铅电池、镍镉电池、镍氢电池、锂二次电池或锂离子二次电池。向CPU 21，二次电池Ila至Iln输出各输出
电压Va,Vb.....Vm和Vn,以及由各温度传感器12a至12η检测的各单元温度Ta、Tb、· · · Tm
和Tn，作为温度信息。CPU 21包括运算部(单元)22和存储器25。例如，运算部22根据二次电池Ila 至Iln的输出电压Va至Vru来自温度传感器12a至12η的单元温度Ta至Tn和来自电流检测器31的充/放电电流I来计算二次电池Ila至Iln的残余容量，即，充电状态(SOC)。稍后将描述二次电池Ila至Iln的细节。存储器25存储稍后将描述的第一 LUT (查找表)23 和第二 LUT 24。图2是示例了锂离子二次电池Ila至Iln中的每一个的预定阈值Vth、电压改变率曲线AV和充/放电电压线VL的图。使用例如作为锂离子二次电池特性的图2中示出的值来由运算部22如下计算残余容量。在图2中，左竖轴表明电池组11中的一个锂离子二次电池(例如电池Ila)的输出电压Va(V)。右竖轴表明电池的电压改变率dV/dt。横轴表明S0C(%)。线VL表明锂离子二次电池的电压，即在对与(1/3)XC对应的电流充/放电时与SOC对应的电压(在下文中把此电压简称为“充/放电电压”)。线Δν表明相对于SOC的电压改变率(dV/dt)。直线Vth表明预定阈值。阈值Vth是计算残余容量时使用的电压改变率dV/dt的阈值。阈值Vth此处是 3X10_5(V/s)。把线VL称作“充/放电电压线”，而把线AV称作“电压改变率线”。组建电池组11的“η”个锂离子二次电池Ila至Iln串联。相应地，当考虑“η”个锂离子二次电池1 Ia至1 In中的全部时，可以把单个锂离子二次电池1 Ia的输出电压Va (V) 乘以“η”。通过对单元温度Ta至Tn求平均获得温度信息。在图2中示出的充/放电电压线VL的一些部分中，电压改变率线AV表明的电压改变率dv/dt等于或大于阈值Vth。在这些部分中，用通过后述电压估计获得的真实SOCv 使电压权值大。在线VL的不同部分中，由线Δ V表明的电压改变率dV/dt小于阈值Vth。 在这些部分中，用通过后述电流积分获得的SOCi使电压权值大。对通过真实SOCv加权的结果和通过SOCi加权的结果进行组合(相加)以获得二次电池1 Ia的SOC (η)。在下文中，也把通过电压估计获得的真实SOCv称作“电压估计 SOCv”，而也把通过电流积分获得的SOCi称作“电流积分SOCi ”。使用以下表达式(1)执行电流积分以获得电流积分SOCi。SOCi = SOC (n-1) X Σ (I Xt)/Cp .... (1)其中，“SOC(n-l) ”表明通过残余容量的先前计算已计算出的二次电池Ila的残余容量，“I”表明二次电池Ila的充/放电电流，“t”表明时间，“Cp”表明特定于温度的真实
电池容量。例如，当先前残余容量SOC(n-l)是40%时，基于Σ (I X t)/Cp通过此次电流积分获得20%的残余容量。即，在时间方面对充/放电电流I积分。用所得积分值除以真实电池容量Cp。如果从除法得出的值是20%，则电流积分SOCi是60%。在此次电流积分中，用Σ (IXt)除以真实电池容量Cp的原因是二次电池基本上随着增加使用电池的次数而降低它储存电量的容量。在电压估计中，把二次电池Ila的温度Τ、充/放电电流I和充/放电电压V(即， CCV(闭路电压))应用于图3Α中示出的第一 LUT 23以获得视在S0C(%)。随后，把获得的视在S0C(%)进一步应用于图:3B中示出的第二 LUT M以由此估计电压。具体地，第一 LUT 23的表使以下相关联在从-10°C至30°C的范围中5°C间隔和在40°C的温度T、在静止条件中的温度T测量的CCV (例如，2. 781至3. 600 (V)或2. 745至 3. 600 (V))、以及在CCV的视在SOC (0至100%)。每次对电流充/放电时准备第一 LUT 23。同时，还准备第二 LUT 24的表。具体地，LUT 24使以下相关联温度T、在第一 LUT 23的温度T获得的视在SOC (88至100%或80至100% )、以及与实际SOC对应的真实 SOC(80 至 100% )。因而，运算部22参考第一和第二 LUT 23和M来估计电压。例如，在第一 LUT 23 中，当温度T是-5°C和充/放电电流I是7A时，视在SOC在CCV是3. 409V时是90%。因而，把所得值90%应用于第二 LUT 24以获得82%的真实S0C(=电压估计SOCv)。使用以此方式获得的电流积分SOCi和电压估计SOCv，对充/放电电压线VL的电压进行加权。随后，组合加权的结果以获得二次电池Ila的S0C(%)。在图2中表明的各个区域A至E中如图4中以简化方式所示对充/放电电压加权。参照图4，首先描述加权的概述。具体地，在图2的区域A中，电压改变率dV/dt如由电压改变率线Δ V所表明的那样在很大程度上超过阈值Vth。相应地，如图4中所示，使用100%的电压估计SOCv对充/ 放电电压加权。在区域B中，电压改变率dV/dt在区域的约50%中等于或大于阈值Vth，而在区域的约50%中小于阈值Vth。相应地，使用50%的电压估计SOCv和50%的电流积分SOCi对充/放电电压加权。在区域C中，电压改变率dV/dt小于阈值Vth，因而使用100% 的电流积分SOCi对充/放电电压进行加权。在区域D中，电压改变率dV/dt在区域的约 50%中等于或大于阈值Vth，而在区域的约50%中小于阈值Vth。相应地，使用50%的电压估计SOCv和50 %的电流积分SOCi对充/放电电压进行加权。在区域E中，电压改变率dV/ dt在很大程度上超过阈值Vth。相应地，使用100%的电压估计SOCv对充/放电电压进行加权。如上所述，运算部22计算作为使用电压估计SOCv和电流积分SOCi加权的结果而获得的SOC (η)。在温度T改变的条件下，充/放电电压线VL可以具有包括反转点(在该反转点， 电压改变率dV/dt等于或大于预定值)的部分，该部分可以落在预定SOC范围内。在这种部分中，进行修正以使得二次电池的SOC变得等同于预定残余容量(例如，74% )。参照图5，具体描述修正的过程。图5是示例了在图2中示例的充/放电电压线VL 中的电压改变率dV/dt、阈值Vth和使用电流积分SOCi进行加权的图。让我们把曲线VL中的反转点作为示例，包括，电压改变率dV/dt等于或大于3X 10_5的阈值Vth，电流积分SOCi 落在从70至80 )的SOC预设范围内。对于此反转点，执行修正R以允许SOC无条件地等同于74%的预定残余容量。在图5中，当电压改变率dV/dt等于或大于3 X 10_5的阈值Vth时，0%的电流积分 SOCi对应于图2的区域A。相应地，通过图5电流积分SOCi的加权Wi是0. 00(0% )。此情形中未示出的通过电压估计SOCv的加权是100 %。类似地，10至30 %的电流积分SOCi对应于区域B。相应地，使用电流积分SOCi的加权Wi是0. 10 (10% )、0· 00 (0% )或0. 15 (15% )。 此情形中使用电压估计SOCv的加权是90 %、100 %或85 %。进一步地，40至60 %的电流积分SOCi对应于区域C。相应地，使用电流积分SOCi的加权Wi是1. 00 (100% ),1.00 (100% ) 或0.91 (91%)。此情形中使用电压估计SOCv的加权是01%^1%或9%。当电流积分SOCi 是70至80%时，如上所述执行修正R以无条件地允许SOC等同于74%的预定残余容量。进一步地，90至100 %的电流积分SOCi对应于区域E。相应地，使用电流积分SOCi的加权Wi 是0. 15(15% )或0.00(0% )。此情形中使用电压估计SOCv的加权是85%或100%。另一方面，如图5中所示，在电压改变率dV/dt小于3X 10_5的阈值Vth的情形中， 当比率dV/dt范围从0至100%时使用电流积分SOCi的加权Wi较大，如1.00(100% )、 0. 90(90% ) Mo. 90(90% )或 1. 00(100% )所表示的那样。现在参照图6，在下文中描述由具有如上所述配置的电池系统10中CPU 21执行的计算锂离子二次电池残余容量(在下文中称作“残余容量计算”)的处理。图6是示例了计算锂离子二次电池残余容量的处理的流程图。首先，在步骤Sl中， 获得必要信息以使得CPU 22的运算部22可以执行残余容量计算。具体地，CPU 21获得以下信息诸如来自电池组11中二次电池Ila的充/放电电压Va(也可以把“Va”表示成 “V”)(即，CCV)、来自二次电池Ila温度传感器12a的单元温度Ta(表示成“T”)、以及来自电流检测器31的充/放电电流I等。随后，根据充/放电电压Va计算随着时间的过去而改变的电压改变率dV/dt。此外，计算在单元温度Ta的真实电池容量Cp。运算部22的未示出的存储装置存储先前残余容量计算中计算出的SOC(n-1)。随后，在步骤S2中，运算部22计算电流积分SOCi。使用以上提供的表达式(1)执行此计算。具体地，当先前SOC(n-1)是40%和基于Σ (I X t)/Cp通过此次电流积分获得的残余容量是20%时，把电流积分SOCi计算为60%。随后，在步骤S3中，运算部22计算电压估计SOCv。此计算使用作为二次电池Ila 的CCV的充/放电电压V、充/放电电流I和单元温度T。把这些值应用于图3A中示出的第一 LUT 23。例如，当单元温度T是-5°C和充/放电电流I是7A时，CCV是3.409V。在此情形中，从图3A中示出的第一 LUT 23获得90%的视在S0C。随后，把获得的值90%应用于第二 LUT 24以由此获得82%的真实SOC (=电压估计SOCv)。随后，在步骤S4中，使用由运算部22计算出的电流积分SOCi和电压估计SOCv对充/放电电压线VL的电压加权。例如，在图2中示出的区域A中，电压改变率线AV表明的电压改变率dV/dt在很大程度上超过阈值Vth。在此情形中，如图4中所示，用100%的电压估计SOCv对充/放电电压线VL的电压加权。此外，在区域B中，电压改变率dV/dt的 50%等于或大于阈值Vth，电压改变率dV/dt的50%小于阈值Vth。在此情形中，用50%的电压估计SOCv和50%地方电流积分SOCi对电压加权。如图4中所示执行区域C至E中的加权。随后，在步骤S5中，运算部22把用电压估计SOCv加权的结果与用电流积分SOCi 加权的结果相加以获得此次的SOC(η) %。此次的SOC(n)在运算部的存储装置中覆盖先前的 SOC (n-1)。另一方面，在步骤S4中的加权中，当例如充/放电电压线VL中的电压改变率dV/ dt等于或大于3X 10_5的阈值Vth时，电流积分SOCi如图5中所示，落在70至80(% )的预定SOC范围内。在此情形中，在步骤S5执行修正R以允许此次的SOC (η) %无条件地等同于74%的预定残余容量。以此方式，作为根据本实施例的用于计算二次电池残余容量的设备的CPU 21包括作为计算装置的运算部22。运算部22基于与二次电池Ila的残余容量对应的充/放电电压V，估计和计算电压估计SOCv作为第一残余容量。随后，运算部22基于二次电池11的充/放电电流I的积分值，计算电流积分SOCi作为第二残余容量。随后，根据电压改变率 dV/dt使用电压估计SOCv或电流积分SOCi对二次电池Ila的充/放电电压V加权。对加权的结果进行组合以由此获得二次电池Ila的残余容量。此配置提供以下优点。在传统技术中，当连接到二次电池Ila的负载装置被连续施加高负载时，无法在高准确性的情况下检测残余容量。这是因为使与二次电池Ila的残余容量对应的充/放电电压V的特性线VL平坦。在此方面，在本实施例中，根据充/放电电压V的电压改变率dV/dt对与残余容量对应的充/放电电压V进行加权。在此情形中，使用基于充/放电电压V计算出的电压估计SOCv或基于充/放电电流I的积分值计算出的电流积分SOCi对电压加权。具体地，在本实施例中，在充/放电电压V的特性线VL平坦的条件下，至少使用基于充/放电电流I的积分值计算出的电流积分SOCi对充/放电电压V加权。相应地，使充 /放电电压V的特性线VL倾斜，因而在高准确性的情况下计算二次电池Ila的残余容量。另外，在本实施例中，无需如传统技术中的情形一样添加阻抗测量装置。相应地， 不会增加设备的尺寸。换言之，提供简化和较小结构的本实施例使得能够对具有较大的充 /放电电压V的平坦充放电容量范围的二次电池Ila残余容量进行非常准确的检测。
确保运算部22基于作为二次电池Ila闭路电压的充/放电电压V来估计电压估计 SOCv。通过此配置，根据二次电池Ila的闭路电压来估计电压估计SOCv。与基于充/放电电流I的积分值计算出的电流积分SOCi —起使用所获得的电压估计SOCv，根据电压改变率dV/dt通过这两个残余容量对充/放电电压V加权，从而计算二次电池Ila的残余容量。在传统技术中，在估计残余容量的过程中，因为实际使用的闭路电压允许充/放电电压V的特性线VL随着充电量和温度的改变而改变，所以闭路电压在被借助于阻抗装置作为开路电压读取之后使用。在此方面，根据本实施例，不必读取作为开路电压的闭路电压，因而略去阻抗装置的使用。另外，在计算电流积分SOCi的过程中，确保运算部22根据时间对充/放电电流I 进行积分。随后，确保运算部22用积分的所得值除以二次电池Ila的实际电池容量并把除法的所得值与先前计算出的电流积分SOCi相加。随着二次电池Ila使用次数增加，用于基本上存储电量的二次电池Ila的容量减少。在此方面，本实施例的以上配置使得能够基于减少的实际电池容量对电流积分SOCi进行计算。在计算电压估计SOCv的过程中，运算部22参考作为第一表(在其中视在残余容量与二次电池Ila的闭路电压相关联)的第一 LUT 23。参考第一 LUT 23，运算部22把作为二次电池Ila闭路电压的充/放电电压V转换成视在残余容量。随后，运算部22参考作为第二表(在其中真实残余容量(即，实际残余容量)与视在残余容量相关联)的第二 LUT 24。参考第二 LUT 24，运算部22把通过参考第一 LUT 23获得的视在残余容量转换成用于作为电压估计SOCv使用的真实残余容量。通过此配置，运算部22参考预先准备的第一和第二 LUT 23和M以从而把作为二次电池Ila闭路电压的充/放电电压V转换成视在残余容量，以及随后把视在残余容量转换成用于作为与充/放电电压V相关的电压估计SOCv使用的真实残余容量。相应地，以上配置便于电压估计SOCv的估计。在执行加权的过程中，当二次电池Ila的充/放电电压V的电压改变率dV/dt等于或大于预定阈值时，运算部22使用电压估计SOCv使电压V权值大，或者，当小于预定阈值时，使用电流积分SOCi使电压V权值大。通过此配置，当充/放电电压V的电压改变率dV/dt等于或大于预定阈值时，即， 当充/放电电压V的特性线VL具有预定倾斜角度时，较之使用电流积分SOCi而言，使用基于充/放电电压V计算出的电压估计SOCv使充/放电电压V权值较大。因而，可以在高准确性的情况下计算二次电池Ila的残余容量。另一方面，当充/放电电压V的电压改变率dV/dt小于预定阈值时，即，当充/放电电压V的特性线VL平坦时，因为与传统技术中的充/放电电压V对应的残余容量的计算基于平坦的特性线VL，所以使用传统技术难以在高准确性的情况下检测残余容量。在此方面，在本实施例中，较之使用电压估计SOCv而言，使用基于充/放电流I的积分值计算出的电流积分SOCi使充/放电电压V权值较大。因而，可以在高准确性的情况下计算二次电池 Ila的残余容量。进一步地，在二次电池Ila的温度改变的条件下，电压改变率dV/dt在反转点处等于或大于预定阈值，反转点落在预定残余容量范围内。在这种反转点处，确保运算部22执行修正以允许二次电池Ua的残余容量为预定残余容量。通过此配置，在二次电池Ila的温度改变的条件下，使反转点处的二次电池Ila的残余容量为预定残余容量。例如，把反转点处的预定残余容量设置为74%。在此情形中，当把二次电池Ila设置为使用20Ah完全充电时，74%的预定残余容量对应于14. 8Ah。然而， 二次电池1 Ia在它恶化时可以使用16Ah完全充电，例如，同时，预定残余容量保持在14. 8Ah 的初始设置值。换言之，当电池通过16Ah完全充电时，74%的预定残余容量应当实际上对应于 11. 84Ah，然而，14. SAh的初始设置值保持原样，从而创建不利条件。相应地，在用16Ah对电池完全充电的情形中，可以向反转点处74%的预定残余容量强制做出修正。通过此修正，获得74%的正确预定残余容量，这基于如100%—样用16Ah对电池完全充电。可以把以上提到的阈值设置为3X10_5。因而，可以在等于或大于3X10_5与小于 3X 10_5之间清楚定义电压改变率dV/dt。二次电池Ila的充/放电电压V的特性线是(1/3) XC充/放电电压V线。在 (1/3) XC充/放电电压V线中，二次电池Ila的残余容量会在电压改变率dV/dt至少等于或大于3X10—5的情况下，落在10%至50%的范围和60%至90%的范围内。通过此配置，特性线为(1/3) X C充/放电电压V的二次电池1 Ia限于锂离子二次电池11a。在此锂离子二次电池Ila中，获得与上述的类似的优点。在下文中，将总结上述实施例的各方面。作为实施例的一方面，提供了用于计算二次电池的残余容量的设备，该设备计算充/放电的二次电池中的能量的残余容量。该设备包括运算单元，该运算单元基于与二次电池的残余容量相对应的充/放电电压来估计和计算第一残余容量，基于二次电池的充/ 放电电流的积分值来计算第二残余容量，根据电压改变率使用第一残余容量或第二残余容量对二次电池的充/放电电压进行加权，以及对加权的结果进行组合以获得二次电池的残余容量。此配置提供以下优点。在传统技术中，当连接到二次电池的负载装置被连续施加高负载时，无法在高准确性的情况下检测残余容量。这是因为使与二次电池的残余容量对应的充/放电电压的特性线平坦。在此方面，根据充/放电电压的电压改变率对与残余容量对应的充/放电电压加权。在此情形中，使用基于充/放电电压计算的第一残余容量或基于充/放电电流的积分值计算的第二残余容量对电压加权。具体地，在充/放电电压的特性线平坦的条件下，至少使用基于充/放电电流的积分值计算出的第二残余容量对充/放电电压加权。相应地，使充/放电电压的特性线倾斜， 因而在高准确性的情况下计算二次电池的残余容量。另外，无需如传统技术中的情形一样添加阻抗测量装置。相应地，将不会增加设备的尺寸。换言之，提供简化和小轮廓的本实施例使得能够对具有较大的充/放电电压的平坦充放电容量范围的二次电池的残余容量进行非常准确检测。在该设备中，在估计第一残余容量时，运算单元基于作为二次电池的闭路电压的充/放电电压来估计第一残余容量。
通过此配置，根据二次电池的闭路电压来估计第一残余容量。与基于充/放电电流的积分值计算出的第二残余容量一起使用所获得的第一残余容量，根据电压改变率对充 /放电电压加权，从而计算二次电池的残余容量。在传统技术中，在估计残余容量时，因为实际使用的闭路电压允许充/放电电压的特性线随着充电量和温度的改变而改变，所以闭路电压在被借助于阻抗装置作为开路电压读取之后使用。在此方面，根据本实施例，不必读取作为开路电压的闭路电压，因而略去阻抗装置的使用。在设备中，在计算第二残余容量的过程中，运算单元根据时间对充/放电电流积分，以及用积分的所得值除以二次电池的实际电池容量以把除法的所得值与先前计算的第
二残余容量相加。随着二次电池使用的次数增加，用于基本上存储电源的二次电池的容量减少。在此方面，本实施例的以上配置使得能够基于减少的实际电池容量对第二残余容量进行计
笪弁。在该设备中，在估计第一残余容量时，运算单元参考把视在残余容量与二次电池的闭路电压相关联的第一表，把作为二次电池的闭路电压的充/放电电压转换成视在残余容量，随后参考把实际残余容量与视在残余容量相关联的第二表，把通过参考第一表获得的视在残余容量转换成用于作为第一残余容量使用的实际残余容量。通过此配置，运算单元参考预先准备的第一表和第二表以从而把作为二次电池的闭路电压的充/放电电压转换成视在残余容量，以及随后把视在残余容量转换成用于作为与充/放电电压相关的第一残余容量使用的真实残余容量。相应地，以上配置便于第一残余容量的估计。在该设备中，在执行加权时，当二次电池的充/放电电压的电压改变率等于或大于预定阈值时，运算单元使用第一残余容量使电压的权值较大，或者，当二次电池的充/放电电压的电压改变率小于所述预定阈值时，使用第二残余容量使电压的权值较小。通过此配置，当充/放电电压的电压改变率等于或大于预定阈值时，即，当充/放电电压的特性线具有预定倾斜角度时，较之使用第二残余容量而言，使用基于充/放电电压计算出的第一残余容量使充/放电电压的权值更大。因而，在高准确性的情况下计算二次电池的残余容量。另一方面，当充/放电电压的电压改变率小于预定阈值时，即，当充/放电电压的特性线平坦时，因为与传统技术中的充/放电电压对应的残余容量的计算基于平坦的特性线，所以通过传统技术难以在高准确性的情况下检测残余容量。在此方面，在本实施例中， 较之使用第一残余容量而言，使用基于充/放电电压的积分值计算出的第二残余容量使充 /放电电压的权值更大。因而，在高准确性的情况下计算二次电池的残余容量。在二次电池的温度改变的条件下，在该设备中，运算单元执行修正以允许二次电池的残余容量在反转点处为预定残余容量，电压改变率在反转点处等于或大于预定阈值， 所述反转点落在预定残余容量范围内。使用此配置，在二次电池的温度改变的条件下，使反转点处二次电池的残余容量为预定残余容量。例如，把反转点处的预定残余容量设置为74%。在此情形中，当把二次电池设置为用20Ah完全充电时，74%的预定残余容量对应于14.8Ah。然而，二次电池在它恶
11化时可以通过16Ah完全充电，例如，同时，预定残余容量保持在14. SAh的初始设置值。换言之，当电池通过16Ah完全充电时，74%的预定残余容量应当实际上对应于 11. 84Ah，然而，14. SAh的初始设置值保持原样，从而创建不利条件。相应地，在通过16Ah对电池完全充电的情形中，可以向反转点处74%的预定残余容量强制做出修正。通过此修正， 获得74%的正确预定残余容量，这基于如100%—样用16Ah对电池完全充电。在该设备中，阈值是3X10_5。通过此配置，在等于或大于3 X 10_5与小于3X 10_5之间清楚定义电压改变率。在该设备中，二次电池的充/放电电压的线是(1/3) XC充/放电电压线，在 (1/3) XC充/放电电压线中二次电池的残余容量在电压改变率等于或大于3X 10_5的情况下落在10%至50%的范围内和60%至90%的范围内。使用此配置，具有(1/3) XC充/放电电压特性线的二次电池限于锂离子二次电池。在该锂离子二次电池中，获得与以上叙述的类似的优点。应当理解，本发明不限于上述配置，对本领域技术人员而言可进行的任何和所有修改、变化或等同物都落入本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于计算二次电池的残余容量的设备，所述设备计算充/放电的二次电池中的能量的残余容量，包括运算单元，其基于与所述二次电池的残余容量相对应的充/放电电压来估计和计算第一残余容量，基于所述二次电池的充/放电电流的积分值来计算第二残余容量，根据电压改变率使用所述第一残余容量或所述第二残余容量对所述二次电池的充/放电电压进行加权，以及对所述加权的结果进行组合以获得所述二次电池的残余容量。
2.如权利要求1所述的设备，其中在估计所述第一残余容量时，所述运算单元基于作为所述二次电池的闭路电压的充/ 放电电压来估计所述第一残余容量。
3.如权利要求1所述的设备，其中在计算所述第二残余容量时，所述运算单元根据时间对所述充/放电电流积分，以及用积分的所得值除以所述二次电池的实际电池容量以把除法的所得值与先前计算出的第二残余容量相加。
4.如权利要求2所述的设备，其中在估计所述第一残余容量时，所述运算单元参考把视在残余容量与所述二次电池的闭路电压相关联的第一表，把作为所述二次电池的闭路电压的充/放电电压转换成视在残余容量，随后参考把实际残余容量与所述视在残余容量相关联的第二表，把通过参考所述第一表获得的所述视在残余容量转换成用于作为所述第一残余容量使用的实际残余容量。
5.如权利要求1所述的设备，其中在执行加权时，当所述二次电池的充/放电电压的电压改变率等于或大于预定阈值时，所述运算单元使用所述第一残余容量使所述电压的权值更大，或者，当所述二次电池的充/放电电压的电压改变率小于所述预定阈值时，使用所述第二残余容量使所述电压的权值更大。
6.如权利要求5所述的设备，其中在所述二次电池的温度改变的条件下，所述运算单元执行修正以允许所述二次电池的残余容量在反转点处为预定残余容量，所述电压改变率在所述反转点处等于或大于所述预定阈值，所述反转点落在预定残余容量范围内。
7.如权利要求5所述的设备，其中所述阈值是3X10_5。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述二次电池的充/放电电压的线是(1/3) XC充/放电电压线，在(1/3) XC充/放电电压线中，所述二次电池的残余容量在所述电压改变率等于或大于3 X ΙΟ"5的情况下落在10%至50%的范围内和60%至90%的范围内。
全文摘要
提供了一种用于计算二次电池的残余容量的设备。该设备计算充/放电的二次电池中的能量的残余容量。该设备包括运算单元，该运算单元基于与二次电池的残余容量相对应的充/放电电压来估计和计算第一残余容量，基于二次电池的充/放电电流的积分值来计算第二残余容量，根据电压改变率使用第一残余容量或第二残余容量对二次电池的充/放电电压进行加权，以及对加权的结果进行组合以获得二次电池的残余容量。
文档编号G01R31/36GK102565716SQ201110444718
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者吉田周平, 铃木觉 申请人:株式会社电装