评估蓄电池充电状态的方法、充电状态评估装置、电池组的制作方法
【专利摘要】本发明涉及评估蓄电池充电状态的方法、充电状态评估装置、电池组。一种评估蓄电池的充电状态的方法包括：预先计算值，假设Eemf为所述蓄电池的电动势，而T为所述蓄电池的温度；以及至少基于所述充电状态的值对其设置为变量的的值、所述蓄电池的温度测量值以及所述蓄电池的电流测量值，来计算所述充电状态。
【专利说明】评估蓄电池充电状态的方法、充电状态评估装置、电池组
【技术领域】
[0001]本公开涉及评估蓄电池的充电状态的方法、充电状态评估装置、包含该充电状态评估装置的电池组，电子设备以及电动车辆。
【背景技术】
[0002]考虑使用者的便利性，需频繁地评估和显示蓄电池中的充电状态(SOC)。在大多数的蓄电池中，从蓄电池的端子电压的测量结果中的约3至5个阶段显示充电状态。此外，例如锂离子蓄电池的蓄电池常用于电子设备中，例如个人电脑，并因此还通过电流积分计算充电状态。
[0003]一般地，可以通过准确地测量蓄电池的开路电压(开路电压或打开端电压:0CV)来评估充电状态。例如，日本未审查专利申请公开第11-204149号公开了锂电池剩余容量的测量方法，基于锂电池的端电压和电流的相应的采样数据根据锂电池的电极中的锂扩散浓度的梯度，校正电流对锂电池电动势的相依性，基于校正结果计算锂电池的开路电压，并基于所述开路电压测量锂电池的剩余容量。
【发明内容】
[0004]然而，在日本未审查专利申请公开第11-204149号所公开的技术中，需要计算联立微分方程或对数和指数。因此，问题在于，导致了运算电路的负担以及运算电路成本的增加，并且不能维持以恒定的电流充电和放电。
[0005]因此，期望提供一种评估蓄电池的充电状态的方法以及能使计算量小且消除运算电路的负担并维持以恒定的电流充电和放电且以高精度评估充电状态而不用测量蓄电池的开路电压的充电状态评估装置，以及提供包含所述充电状态评估装置的电池组、电子设备、电动车辆。
[0006]根据本公开的实施方式，提供了评估蓄电池的充电状态的方法。该方法包括:预先计算(aEemf/5T)值，假设Eanf为蓄电池的电动势而T为蓄电池的温度；并至少基于
UEemi?T)的值、蓄电池的温度测量值以及蓄电池的电流测量值，计算充电状态，对于所mBEeiJdD的值，将充电状态的值设置为变量。
[0007]根据本公开的另一个实施方式，提供了计算蓄电池的充电状态的充电状态评估装置。该充电状态评估装置包括:存储单元，存储(SEemiZ评估蓄电池充电状态的方法、充电状态评估装置、电池组
【技术领域】
[0001]本公开涉及评估蓄电池的充电状态的方法、充电状态评估装置、包含该充电状态评估装置的电池组，电子设备以及电动车辆。
【背景技术】
[0002]考虑使用者的便利性，需频繁地评估和显示蓄电池中的充电状态(SOC)。在大多数的蓄电池中，从蓄电池的端子电压的测量结果中的约3至5个阶段显示充电状态。此外，例如锂离子蓄电池的蓄电池常用于电子设备中，例如个人电脑，并因此还通过电流积分计算充电状态。
[0003]一般地，可以通过准确地测量蓄电池的开路电压(开路电压或打开端电压:0CV)来评估充电状态。例如，日本未审查专利申请公开第11-204149号公开了锂电池剩余容量的测量方法，基于锂电池的端电压和电流的相应的采样数据根据锂电池的电极中的锂扩散浓度的梯度，校正电流对锂电池电动势的相依性，基于校正结果计算锂电池的开路电压，并基于所述开路电压测量锂电池的剩余容量。
【发明内容】
[0004]然而，在日本未审查专利申请公开第11-204149号所公开的技术中，需要计算联立微分方程或对数和指数。因此，问题在于，导致了运算电路的负担以及运算电路成本的增加，并且不能维持以恒定的电流充电和放电。
[0005]因此，期望提供一种评估蓄电池的充电状态的方法以及能使计算量小且消除运算电路的负担并维持以恒定的电流充电和放电且以高精度评估充电状态而不用测量蓄电池的开路电压的充电状态评估装置，以及提供包含所述充电状态评估装置的电池组、电子设备、电动车辆。
[0006]根据本公开的实施方式，提供了评估蓄电池的充电状态的方法。该方法包括:预先计算(aEemf/5T)值，假设Eanf为蓄电池的电动势而T为蓄电池的温度；并至少基于
UEemi?T)的值、蓄电池的温度测量值以及蓄电池的电流测量值，计算充电状态，对于所mBEeiJdD的值，将充电状态的值设置为变量。
[0007]根据本公开的另一个实施方式，提供了计算蓄电池的充电状态的充电状态评估装置。该充电状态评估装置包括:存储单元，存储(SEemiZ?T)值，假设Eraif为蓄电池的电动势而T为蓄电池的温度；温度测量装置，测量蓄电池的温度；电流测量装置，测量蓄电池的电流；以及运算装置，至少基于(SEemp?T)值、蓄电池的温度测量值以及蓄电池的电流测量
值计算充电状态，对于所述(3Eemi/5T)的值，将充电状态的值设置为变量。
[0008]根据本公开的另一个实施方式，提供了一种电池组，包括:蓄电池；以及电池状态评估装置，计算蓄电池的充电状态。该电池组被配置包括根据本公开的上述实施方式的所T)值，假设Eraif为蓄电池的电动势而T为蓄电池的温度；温度测量装置，测量蓄电池的温度；电流测量装置，测量蓄电池的电流；以及运算装置，至少基于(SEemp?T)值、蓄电池的温度测量值以及蓄电池的电流测量
值计算充电状态，对于所述(3Eemi/5T)的值，将充电状态的值设置为变量。
[0008]根据本公开的另一个实施方式，提供了一种电池组，包括:蓄电池；以及电池状态评估装置，计算蓄电池的充电状态。该电池组被配置包括根据本公开的上述实施方式的所述充电状态评估装置。
[0009]仍根据本公开的另一个实施方式，提供了一种电子设备，该设备包括:蓄电池；以及计算蓄电池的充电状态的充电状态评估装置。该电子设备被配置包括根据本公开的上述实施方式的所述充电状态评估装置。
[0010]仍根据本公开的另一个实施方式，提供了一种电动车辆，该电动车辆包括:蓄电池；以及计算蓄电池的充电状态的充电状态评估装置。该电动车辆评估装置被配置包括根据本公开的上述实施方式的所述充电状态评估装置。
[0011]根据本公开的实施方式，在评估蓄电池的充电状态的方法、充电状态评估装置、电池组、电子设备或电动车辆中，预先计算(5Eemi/0T)值并至少基于充电状态(SOC)的值设
置为变量的(aEemi/3T)值、蓄电池的温度测量值，以及蓄电池的电流测量值，计算充电状
态。因此，使计算量较小，消除了运算电路的负担，并可维持以恒定的电流充电和放电。进一步地，不同于相关领域通过测量蓄电池的开路电压评估充电状态的技术，直接从蓄电池的测量温度改变来评估充电状态而不用测量蓄电池的开路电压。因此，蓄电池没必要几个小时保持不用，甚至在蓄电池在完全放电和完全充电之前被频繁地充电和放电时，充电状态的计算仍很少出现错误。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1示出了根据第一实施方式，包含计算蓄电池的充电状态的充电状态评估装置的电路图的电池组和电子设备的概念图；
[0013]图2A和图2B分别示出了根据第一实施方式的电池组的概念图和根据第三实施方式的混合车辆(hybrid vehicle)的配置的示图；
[0014]图3A、图3B和图3C分别示意性地示出了蓄电池的电动势Eemf的温度微分值(3Eemf/0T)的示图，示意性地示出了充电状态的值与电动势Eraif的关系的示图，以及示意
性地示出了随着时间的推移，电流积分误差的变化状态的示图；
[0015]图4A、图4B、图4C、图4D和图4E示出了 AD转换的量化误差的示图；
[0016]图5示出了根据第三实施方式的蓄电池的(3Voc/3T)的测量装置的概念图；以及
[0017]图6A、图6B和图6C分别示意性地示出了在其长度方向上，蓄电池的温度分布的示图，示意性地示出了在该长度方向上，蓄电池的开路电压的分布的示图，以及示意性地示出
了充电状态对(3Voc/OT)的依赖性的示图。
【具体实施方式】
[0018]在下文中，将参照附图描述本公开的实施方式，但是本公开不局限于所述实施方式且所述实施方式中的不同数字和物质仅仅是示例性的。采用以下顺序，进行描述。
[0019]1.根据本公开实施方式的评估蓄电池的充电状态的方法、充电状态评估装置、电池组、电子设备以及电动车辆的一般描述。
[0020]2.第一实施方式(根据本公开实施方式的评估蓄电池的充电状态的方法、充电状态评估装置、电池组以及电子设备)。
[0021]3.第二实施方式(根据本公开实施方式的电动车辆)。
[0022]4.第三实施方式(具有第一和第二配置的蓄电池的评估充电状态的方法等)以及其他。
[0023]根据本公开实施方式的评估蓄电池的充电状态的方法、充电状态评估装置、电池组、电子设备以及电动车辆的其他一般描述。
[0024]根据本公开实施方式的评估蓄电池的充电状态的方法、充电状态评估装置、电池组、电子设备以及电动车辆有时统称为“根据本公开实施方式的评估蓄电池的充电状态的方法等”。根据本公开实施方式的充电状态评估装置、根据本公开实施方式的电池组中的充电状态评估装置、根据本公开实施方式的电子设备中的充电状态评估装置，以及根据本公开实施方式的电动车辆中的充电状态评估装置有时统称为“根据本公开实施方式的充电状态评估装置等”。
[0025]在根据本公开实施方式的评估蓄电池的充电状态的方法中，不仅基于充电状态的
值被设置为变量的(aEenil/aT)值、蓄电池的温度测量值以及蓄电池的电流测量值，还基于
蓄电池的内部电阻值，来计算充电状态。进一步地，“请求对象”或“校正对象”为充电状态评估装置，且更具体地，为包含在充电状态评估装置中的运算装置。其同样也适用于下面的描述。
[0026]根据本公开的优选实施方式的评估蓄电池的充电状态的方法等可基于h时刻的充电状态，计算h时刻的充电状态且从h时刻至h时刻的蓄电池的电流测量值可校正tQ时刻的充电状态，从而使得基于h时刻至h时刻的蓄电池的温度测量值的实际测量的温度增量Λ Treal与从h时刻至h时刻的蓄电池的计算的温度增量Δ Tcalc之间的差的绝对值Δ Tdiff ( = I ATreal-ATcalJ)在绝对值Δ Tdiff超过第一预定值时，变为第二预定值(其中，第二预定值<第一预定值)，从h时刻至h时刻的蓄电池的计算的温度增量Δ Tcalc至少基
于充电状态的值被设置为变量的(5Eemi/3T)的值、蓄电池的温度测量值以及蓄电池的电
流测量值来计算。
[0027]在根据本公开的优选实施方式的评估蓄电池的充电状态的方法等中，当蓄电池的温度变化等于或小于温度测量装置的温度测量限制且蓄电池的开路电压的变化等于或小于电压测量装置的电压测量限制时，可通过电压测量装置测量蓄电池的开路电压，可通过温度测量装置测量蓄电池的温度，并可基于所述开路电压测量结果和所述温度测量结果，来计算SEemf/σT的值。为了方便起见，将该配置称为“具有第一配置的评估蓄电池的充电状态的方法等”。
[0028]此外，在根据本公开的优选实施方式的评估蓄电池的充电状态的方法等中，所述蓄电池可包括锂离子蓄电池。其中在不发生锂离子扩散反应的状态中，可通过电压测量装置测量蓄电池的开路电压，可通过温度测量装置测量蓄电池的温度，并可基于所述开路电压测量结果和所述温度测量结果，计算SEemf/σT的值。为了方便起见，将该配置称为“具有第二配置的评估蓄电池的充电状态的方法等”。在该配置中，其中不发生锂离子扩散反应的状态可为其中的蓄电池的温度变化等于或小于温度测量装置的温度测量限制且蓄电池的开路电压的变化等于或小于电压测量装置的电压测量限制的状态。[0029]此外，在具有第一或第二配置的评估蓄电池的充电状态的方法等中，优选使用具有IX 10_6伏的电压测量限制的电压测量装置和具有IX IO-2oC的温度测量限制的温度测量装置，但是本公开的实施方式不局限于此。有关电压测量装置的电压测量限制的要求和有
关温度测量装置的温度测量限制的要求均基于(3Eemf/5T)值为10_4至10_3的量级。
[0030]在具有第一或第二配置的评估蓄电池的充电状态的方法等(有时称为“测量蓄电池的3voc/aT的方法”)中，当蓄电池的温度变化等于或小于温度测量装置的温度测量限制且蓄电池的开路电压的变化等于或小于电压测量装置的电压测量限制时或当不发生锂离子的扩散反应时，测量蓄电池的开路电压和温度。即，以高精度测量蓄电池的开路电压。
因此，可以以闻精度计算(SVoc/ST)。由于可以闻精度计算CdVocfdT)，因此可以闻精度
获得(3Eemt/5T)值。当蓄电池的温度变化等于或小于温度测量装置的温度测量限制且蓄
电池的开路电压的变化等于或小于电压测量装置的电压测量限制时或当不发生锂离子的扩散反应时，满足“E?f = \c”。因此，可基于所述开路电压测量结果和所述温度测量结果，
来计算(θΕα--/δΤ)的值。此外，(aEem/6T )的值可存储在包含在充电状态评估装置中的
存储单元中。如上所述，CdEaJdT)为充电状态(SOC)的值被设置为变量的值。
[0031]根据本公开的实施方式的蓄电池的示例包括锂离子蓄电池、镁离子蓄电池、铝离子蓄电池、铅蓄电池、镍-镉蓄电池、镍-氢蓄电池，但是本公开的实施方式不局限于此。可根据所必要的特性，适当地选择所要使用的蓄电池的种类。蓄电池的配置或结构可以是现有的配置或结构。蓄电池的形状可为圆筒状或角形形状。其电池组本身的配置或结构可以是现有的配置或结构。所述电池组可被配 置为使得多个蓄电池组(其中，多个蓄电池彼此串联连接)彼此并联连接。所述电池组可被配置为使得多个蓄电池组(其中，多个蓄电池彼此并联连接)彼此串联连接。所使用的温度测量装置和电流测量装置可以是现有的温度测量装置和现有的电流测量装置。运算装置可包括，例如，CPU和存储器。在具有第一或第二配置的评估蓄电池的充电状态的方法等中，控制蓄电池的温度的温度控制单元例如可包括加热或冷却蓄电池的Peltier元件以及控制Peltier元件运行的温度控制单元(温度控制电路)。
[0032]根据本公开的实施方式的电池组可通常地连接至功率消耗装置。可利用配线连接至所述功率消耗装置。例如，可使用被称为电磁感应方法或磁场共振方法的无线电力传输方法(无线电力传输电路)。功率消耗装置的示例包括电子设备，例如个人电脑，电视接收机，各种显示装置，便携式电话，PDA (个人数字助理)，电子书籍，电子纸如电子报纸，数字静态照相机或摄影机，可携式摄像机或音乐播放器，电力工具(electric power tool)如电钻，照明设备如室内灯，电存储单元或家庭能源服务器(家用电存储装置)，医疗设备以及玩具，但是本公开的实施方式不限制于此。此外，根据本公开的实施方式，该功率消耗装置可被示例为电子装置。电动车辆的示例包括电动汽车、电动摩托车、电动助力自行车、高尔夫球车、电动手推车，以及Segway (注册商标)。根据本公开的实施方式的所述电池组不仅适用于驱动电动车辆的电力驱动力转换装置(具体地，例如，电力发动机)，而且还适用于驱动飞机或轮船的电力驱动力转换装置(具体地，例如，电力发动机)。
[0033]利用现有的蓄电池充电装置对所述电池组进行充电。通常将所述蓄电池充电装置连接至电源。电源的示例包括商用电源、发电装置、电网、智能电网(新一代电网)。发电装置的示例包括太阳能电池或燃料电池、风力发电设备、微型液压发电设备，以及地热发电设备，但是本公开的实施方式不限制于此。可提供一个发电装置或可提供多个发电装置。可通过电线，将所述发电装置连接至所述蓄电池充电装置。例如，可使用被称为电磁感应方法或磁场共振方法的无线电力传输方法(无线电力传输电路)。根据本公开的实施方式的充电状态评估装置可嵌入在所述蓄电池充电装置中。
[0034]充电状态评估装置可通过通信方法连接至蓄电池。在这种情况下，通信方法的示例包括含互联网通信网络的普通的电话线或普通的光纤线，ZigBee, LAN, RC232，USB，含IrDA的红外线，蓝牙(注册商标)(其为无线LAN协议中的其中一个)，HomeRF，以及其组合，但是本公开的实施方式不局限于此。可将个人电脑实施为充电状态评估装置的一部分。可进一步提供包括显示装置的便携式终端，且充电状态评估装置和该便携式终端可被配置为通过通信方法连接。在该配置中，甚至在远处也可以确认充电状态评估装置的运行状态。在本文中，便携式终端的示例包括便携式电话、PDA,以及笔记本型个人电脑，但是本公开的实施方式不局限于此。
[0035]第一实施方式
[0036]本公开的第一实施方式涉及评估蓄电池的充电状态的方法、充电状态评估装置、电池组以及电子设备。图1示出了根据第一实施方式的包含计算蓄电池的充电状态的充电状态评估装置的电路图的电池组和电子设备的概念图；在该实施方式中，具体地，蓄电池包括，例如，具有现有配置或结构的锂离子蓄电池。
[0037]根据第一实施方式的评估蓄电池的充电状态的方法包括:预先计算(aEemf/0T)的值，假设Eanf为蓄电池的电动势而T为蓄电池的温度；并且不仅至少基于充电状态的值被设置为变量的(SEemi-T)的值、蓄电池的温度测量值以及蓄电池的电流测量值，而且在该
第一实施方式中，还根据该蓄电池的内部电阻值，来计算充电状态。
[0038]蓄电池的发热量Q可由下面的表达式(I)表示，假设1(在充电时刻被设置成正值且在放电时刻被设置成负值)为蓄电池的电流值，T为蓄电池的温度，Eemf为蓄电池的电动势，且Rsqc为蓄电池的直流内部电阻值。由于蓄电池的直流内部电阻值依赖于S0C，所以将
直流内部电阻值表示为Rs『如上所述，(aEemi/5T)为充电状态(SOC)的值被设置为变量
的值。充电状态(SOC)的值和与充电状态(SOC)的值对应的Raje值被列表并存储在下面所述的存储装置51中。此外，充电状态(SOC)的值和与充电状态(SOC)的值对应的Rsre值被列表和存储在下面所述的内部电阻值存储装置52中。
[0039]
【权利要求】
1.一种用于评估蓄电池的充电状态的方法，包括: 预先计算ωΕαη?/δΤ)的值，假设Eemf为所述蓄电池的电动势，而T为所述蓄电池的温度；以及 至少基于(SEeml T)的值、所述蓄电池的温度测量值以及所述蓄电池的电流测量值，计算所述充电状态，对于所述(aEmii/3T)的值，将所述充电状态的值设置为变量。
2.根据权利要求1所述的评估蓄电池的充电状态的方法，其中，不仅基于所述充电状态的值被设置为变量的所述(SEemi T)值、所述蓄电池的所述温度测量值以及所述蓄电池的所述电流测量值，还基于所述蓄电池的内部电阻值，来计算所述充电状态。
3.根据权利要求1所述的评估蓄电池的充电状态的方法，进一步包括: 基于h时刻的充电状态和从h时刻至时刻的所述蓄电池的电流测量值，来计算时刻的充电状态；以及 校正h时刻的所述充电状态，从而使得基于从h时刻至时刻的所述蓄电池的所述温度测量值的实际测量温度增量ATral与从h时刻至时刻的所述蓄电池的计算的温度增量λ Tcal。之间的差的绝对值Λ Tdiff ( = I ATreal-ATcalcD在所述绝对值Λ Tdiff超过第一预定值时，变成第二预定值，其中，所述第二预定值 <所述第一预定值，至少基于所述充电状态的值被设置为变量的所述(aEemi/3T)的值、所述蓄电池的所述温度测量值以及所述蓄电池的所述电流测量值来计算从h时刻至时刻的所述蓄电池的计算的温度增量Λ Tcalc0
4.根据权利要求1所述的评估蓄电池的充电状态的方法，其中，当所述蓄电池的温度变化等于或小于温度测量装置的温度测量限制且所述蓄电池的开路电压的变化等于或小于电压测量装置的电压测量限制时，通过所述电压测量装置测量所述蓄电池的开路电压，通过所述温度测量装置测量所述蓄电池的温度，并基于所述开路电压测量结果和所述温度测量结果，来计算所述(dEanim )的值。
5.根据权利要求1所述的评估蓄电池的充电状态的方法， 其中，所述蓄电池包括锂离子蓄电池，以及 其中，在不发生锂离子的扩散反应的状态下，通过电压测量装置测量所述蓄电池的开路电压，通过所述温度测量装置测量所述蓄电池的温度，并基于所述开路电压测量结果和所述温度测量结果，计算所述(aEeraf/3T)的值。
6.根据权利要求5所述的评估蓄电池的充电状态的方法，其中，不发生锂离子的扩散反应的状态为所述蓄电池的温度变化等于或小于所述温度测量装置的温度测量限制且所述蓄电池的开路电压的变化等于或小于所述电压测量装置的电压测量限制的状态。
7.根据权利要求4所述的评估蓄电池的充电状态的方法，其中，使用具有1X10_6伏的电压测量限制的所述电压测量装置和具有IX 10_2°c的温度测量限制的所述温度测量装置。
8.一种计算蓄电池的充电状态的充电状态评估装置，包括: 存储单元，存储(5Eemf/3T)的值，假设Eailf为所述蓄电池的电动势，而T为所述蓄电池的温度； 温度测量装置，测量所述蓄电池的温度； 电流测量装置，测量所述蓄电池的电流；以及运算装置，至少基于所述充电状态的值被设置为变量的所述
9.根据权利要求8所述的充电状态的充电状态评估装置，其中，所述运算装置包括内部电阻值存储装置、温度计算单元、温度确定单元、充电状态SOC计算单元以及SOC存储器。
10.一种电池组，包括: 蓄电池；以及 充电状态评估装置，计算所述蓄电池的充电状态， 其中，所述充电状态评估装置包括: 存储单元，存储
11.一种电子设备，包括: 蓄电池；以及 电池组，包括计算所述蓄电池的充电状态的充电状态评估装置， 其中，所述充电状态评估装置包括: 存储单元，存储
12.—种电动车辆,包括: 蓄电池；以及 电池组，包括计算所述蓄电池的充电状态的充电状态评估装置， 其中，所述充电状态评估装置包括: 存储单元，存储
【文档编号】G01R31/36GK103454590SQ201310187661
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月20日 优先权日:2012年5月28日
【发明者】堀田慎 申请人:索尼公司