电池余量预测装置及电池组的制作方法

文档序号:13109946阅读:179来源:国知局
技术领域本发明涉及电池管理系统,尤其涉及Li离子充电池等的电池余量预测装置。

背景技术:
充电池以便携设备为首,使用于很多装置,因而管理充放电的电池管理系统是必需的。特别是当设备运转时需要更加正确知道运转时间,为此使用电池余量预测装置。在图5示出具备现有的电池余量预测装置的电池组。电池余量预测装置20具备:进行信号处理运算的CPU21;在信号处理运算时所使用的RAM22;用于检测以电平转换器26转换充电池6的1个单元的电池电压后的电池电压的ADC23;用于检测在检测充电池6的电流的电流读出电阻10产生的电压的ADC24;以及预先保持电池的特性数据等的非易失性存储器25。电池余量预测装置20根据充电池6的电压和用库仑计数器由利用电流读出电阻10计测的充电池6的电流值求出的移动电荷量等,求出电池余量。高精度的余量预测需要充电池6的电压及电流的高精度的计测。现有技术文献专利文献专利文献1:美国专利第6789026号说明书。

技术实现要素:
发明要解决的课题现有的电池余量预测装置将电池内阻预先作为电池内阻模型准备,存在不能立即对应电池特性的偏差的问题。另外,为了从电池内阻求出电压下降电压,必须进行电池消耗电流的计测,为此需要高精度且电流容许量大的电流读出电阻。提供低成本并且可进行充电池的电池余量的高精度预测的电池组。用于解决课题的方案为了解决上述课题,本发明的电池余量预测装置采用如以下的结构。一种电池余量预测装置,构成为设置有:测定电池电压的第一电压检测部;读出流过负载的负载电流的电流读出电阻;测定电流读出电阻的电压的第二电压检测部;基于电池电压及电流读出电阻的电压预测计算电池余量的运算控制部;以及将电池作为负载选择性地流过恒流的恒流源,在运算控制部中至少在3个点以上测定使恒流流过电池前后的电池电压,并基于所测定的电池电压算出电池内阻,从而预测所述电池的余量。发明效果依据本发明,由于能够直接计测电池内阻,所以能够提供能够对应电池特性偏差、低成本并且能够更加正确地进行充电池的电池余量预测的电池组。附图说明图1是具备本实施方式的电池余量预测装置的电池组的框图。图2是示出电池的等效电路的一个例子的电路图。图3是示出充电池的开路电压和充电状态的依赖性的一个例子的图表。图4是具备本实施方式的电池余量预测装置的电池组的框图的其他例子。图5是具备现有的电池余量预测装置的电池组的框图。具体实施方式图1是具备本实施方式的电池余量预测装置的电池组的框图。具备本实施方式的电池余量预测装置的电池组包括:电池余量预测装置1;充电池6;充放电控制用的MOSFET9;电流读出电阻10;以及充放电控制电路16。电池余量预测装置1具备:电压检测部11;运算控制部17;电压检测部12;恒流源4;以及电流源控制开关5。本实施方式的电池组如以下那样连接。电池余量预测装置1连接在充电池6的两端。电流读出电阻10设在充电池6的负极端子与MOSFET9之间。充放电控制电路16连接在充电池6的两端,输出端子与MOSFET9连接。对外部端子连接有成为负载8的应用系统。电压检测部11在输入端子连接有充电池6,输出端子与运算控制部17连接。电压检测部12在输入端子连接有电流读出电阻10的两端,输出端子与运算控制部17连接。恒流源4和电流源控制开关5设在充电池6的正极端子。电压检测部11计测充电池6的电池电压Vbat。电压检测部12检测对负载8的消耗电流进行计测的电流读出电阻10的两端的电压。运算控制部17基于电池电压Vbat和消耗电流预测电池余量。恒流源4使得用于计测电池的内阻的已知的恒流流过。图2是示出充电池6的等效电路的一个例子的电路图。充电池6设为由电压源18和内阻等效电路模型7构成。一般的充电池的内阻等效电路模型是以由串联连接的第一电阻及第二电阻和对第二电阻并联连接的电容器构成的电路为单位电路,串联连接多个该单位电路的结构。若想要以等效电路更加正确地近似电池的内阻,则会增加该单位电路的级数,因此计算变复杂。图2所示的充电池6的内阻等效电路模型7为简化的电路结构,但是作为用于电池余量预测的内阻等效电路模型,十分具有实用性。在本实施方式中,基于图2所示的充电池6的内阻等效电路模型7进行说明。若将负载8的消耗电流设为Isys、并将恒流源4的电流设为Idi,求出电流Idi与充电池6连接的情况下的充电池6的电池电压Vbat(t)及电池开路电压Vocv(t)的时间变化,则由式1表示。。此外,式1是设恒流源4在时刻t=t0连接,即在t<t0时Idi=0,在t≥t0时Idi>0,τ≡Cp·Rb的情况。在期间t<to,由充电池6消耗的电流为负载8的电流Isys。该情况下的电池电压Vbat成为因电池内阻7和电流Isys而从电池开路电压Vocv电压下降后的电压。电压下降量由-(Ra+Rb)Isys表示,将此时的电池开路电压设为Vocv(t),电池电压Vbat(t)成为式2。。在时刻t≥t0,增多恒流源4的电流Idi导致的电压下降,下降电压成为式3。。若将恒流源4即将附加前及刚刚附加后的电池电压分别设为Vbat(t0-δ)、Vbat(t0+δ),则如下述那样表示。。。在认为将恒流源4刚刚附加后的时间设为较短的情况下电池开路电压Vocv的变化较小时,电池内阻7的第一电阻的电阻值Ra由式7表示,能够从电池电压Vbat的变化量和恒流源4的电流Idi求出。。。另外,在时刻t=T+to及t=nT+to的2个点的电池电压Vbat能够由式8及式9表示。。。解析性求解式8和式9,从而能够求出电池内阻7的2个变量、Rb、Cp。即,通过计测电池电压Vbat的时间变化,能够求出内阻等效电路模型7中的电阻值Ra及Rb、容量值Cp。此外,为了从上述式求出电池内阻7,需要知道电池开路电压Vocv。电池开路电压Vocv与充电池6的充电状态SOC具有较强的相关。图3是示出电池开路电压Vocv和充电状态SOC的依赖性的一个例子的图表。在此Vmax为充电池6的充电时的最大电压,Vmin为预先规定的充电池6的所期望的下限电压。Qmx是从电池电压Vmin满充电到Vmax所需要的充电电荷量。在设充电池6的某一时刻的充电电荷量为Qc的情况下,此时的充电状态SOC由式10规定。。若将对充电池6即将附加恒流Idi前的充电状态设为Soco,则此时的对充电池6充电的电荷量Qco由式11表示。。设恒流Idi附加后的经过时间为n·T(n为整数),充电池6被充电的电荷量的变化Qcms成为式12。。此时的充电状态Soc(n·T)由式13表示。。此时的充电池6的开路电压Vocv(n·T)能够基于由上述的式求出的充电状态值从图3所示的电池开路电压Vocv和充电状态的依赖性求出。此外,在本实施方式中,说明了将电流读出电阻10设在充电池6的负极侧的例子,但是如图4所示设置在充电池6的正极侧也发挥同样的效果。如以上说明的那样,依据本发明的电池余量预测装置,可以直接计测电池内阻7,从而能够使实际的电池内阻7立刻反映于电池余量预测,可进行更加正确的电池余量预测。此外,设为在电压检测部11和12的每一个设置电压检测部,但是也可以通过在时间上共享电压计测定时,从而仅在一个电压检测部进行。另外,设为由电流源控制开关5进行恒流源4的导通/截止控制,但是已知能够通过向恒流源4自身附加睡眠功能等而容易实现。另外,负载8的电流Isys当然也可为Isys=0。标号说明1电池余量预测装置4恒流源5电流源控制开关6充电池7内阻等效电路模型10电流读出电阻11、12电压检测部16充放电控制电路17运算控制部18电压源。
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