专利名称：充电控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对输入至电池内的充电功率/电流进行控制的充电控制系统。
背景技术：
在对电池进行充电的情况下，通常，在电池充电的初始阶段，电池充电所用的充电电流值逐渐增加。之后，一旦该充电电流值达到了预定阈值电流，则将充电电流的供给量设置为预定恒定电流，以进行恒定电流充电。专利文献I已公开了这样的一种电池充电技术。 引f列表_4] 专利文献专利文献I :日本特开2007-143279 (A)，其对应于美国专利申请公开US2007/0108945A1。
发明内容
_6] 发明要解决的问题然而，在上述现有技术的电池充电技术中，电池充电操作由以下两个不同的充电阶段构成，即一个为电流逐渐增加充电阶段，另一个为恒定电流充电阶段。为了实现这两个不同的充电阶段，充电控制系统需要适合于各充电阶段的两种充电电流控制动作，换句话说，需要用于基于充电率和电池电压等来确定充电电流的多个控制映射。因而，该系统存在运算处理的运算负荷增大这一缺点。此外，在上述现有技术的电池充电技术中，通常在充分考虑到由于重复进行充电和放电的电池的充电/放电循环而产生的所谓的“电池循环劣化”的情况下对用于确定充电电流的控制映射进行预先设置或预先准备。因而，在劣化率较小的新电池的情况下，存在充电电流值不必要地受到限制的问题。相反，在由于“电池循环劣化”而导致电池严重劣化的情况下，存在电池被过充电的问题。用于解决问题的方案因此，考虑到现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种充电控制系统，其中该充电控制系统被配置为能够在降低该充电控制系统内所执行的运算处理的运算负荷的情况下，适当地对电池进行充电。为了实现本发明的前述目的和其它目的，提出了一种充电控制系统，被配置为计算内部阻抗线，其中该内部阻抗线表示对电池进行充电所用的充电电流的值和该电池的在该充电电流流入该电池的情况下所产生的电压的值之间的关系；获得与最大可输入功率/电流相应的最大可输入功率/电流点以及与当前输入至电池内的充电功率/电流相应的当前输入的充电功率/电流点，其中这些点存在于所计算出的内部阻抗线上；计算存在于所计算出的内部阻抗线上并且位于当前输入的充电功率/电流点和最大可输入功率/电流点之间的点作为目标功率/电流点；以及基于所计算出的目标功率/电流点来设置对电池进行充电所用的充电功率/电流。
发明的效果因此，根据本发明的充电控制系统，首先，计算内部阻抗线，其中该内部阻抗线表示对电池进行充电所用的充电电流的值和该电池的在该充电电流流入电池的情况下所产生的电压的值之间的关系。接着，计算存在于所计算出的内部阻抗线上并且位于充电功率/电流点和最大可输入功率/电流点之间的点作为目标功率/电流点。然后，基于所计算出的目标功率/电流点来设置对电池进行充电所需的充电功率/电流。这样消除了用于确定充电功率/电流的多个控制映射的必要性。因而，可以降低执行电池充电操作期间的运算处理的运算负荷。另外，根据本发明的充电控制系统，在设置或确定对电池进行充电所需的充电功率/电流时，可以在考虑到电池状态(例如，电池的电压和电池的内部阻抗等)的检测误差的情况下适当地设置充电功率/电流。因此，在劣化率较小的新电池的情况下，可以抑制充电电流值受到不必要的限制。此外，在发生严重劣化的电池的情况下，可以有效地防止电池被过充电。
图I是示出根据实施例的电池充电系统的框图。图2是在通过使用本实施例的充电控制系统内所计算出的目标充电功率PTKe对电池进行了充电的情况下所获得的充电曲线图。图3是说明用于在时间f时间h的时间段内计算可输入电流Imax的方法的图。图4是说明用于在时间f时间h的时间段内计算输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smax的方法的图。图5是说明用于在时间f时间^的时间段内计算目标充电功率Pra的方法的图。图6是说明用于在时间f时间h的时间段内计算目标充电功率P 的方法的另一图。图7是说明用于在时间时间t3的时间段内计算可输入电流Imax的方法的图。图8是说明用于在时间t2 时间t3的时间段内计算输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smax的方法的图。图9是说明用于在时间t2 时间t3的时间段内计算目标充电功率P 的方法的图。图10是说明本实施例的系统所执行的充电控制的流程图。
具体实施例方式以下参考附图来详细说明本发明的充电控制系统。图I是示出根据本实施例的电池充电系统的框图。本实施例的电池充电系统是在诸如混合电动车辆或电动车辆等的电驱动机动车中举例说明的。如图I所示，本实施例的电池充电系统I采用经由强电线(高电流线)2相互连接的充电装置3、电池4、PTC (正温度系数)陶瓷加热器(简称为PTC加热器)5、压缩机6和DC/DC(直流-直流)转换器7。电池充电系统I还被配置为能够经由强电线2电连接至外部交流(AC)电源100。为了对电池4进行充电，外部AC电源100通常经由强电线2连接至电池充电系统I。电池4是通过使诸如锂离子二次电池单元等的多个电池单元串联连接所构成的电池组。如图I清楚所示，电池4连接有电池控制器8，其中电池控制器8用于监视构成电池4的各电池单元。电池控制器8被配置为周期性监视或检测构成电池4的各电池单元的单元电压Vcell>电池4的总电压VBAT、电池4的充电电流Iaffi和电池4的温度T。电池控制器8还被配置为基于检测到的这些信息数据来计算最高电压单元的电压\、构成电池4的各电池单元的单元内部阻抗RCell、电池4的总内部阻抗Rbat、充电上限电压Vum和电池4的开路电压V。。最高电压单元的电压Vh是构成电池4的电池单元中的端电压最高的单元的端电压。基于检测到的电池单元的单元电压Vcell来计算并确定最高电压单元的电压vh。单元内部阻抗Rcell是构成电池4的各电池单元的内部阻抗。针对每个电池单元，基于单元电压Vmi、充电电流Iaffi和电池劣化率等来计算单元内部阻抗RcelP总内部阻抗Rbat是电池4的总电阻抗。总内部阻抗Rbat是所有电池组件的电阻抗(包括使构成电池4 的电池单元彼此电连接的母线的电阻抗以及构成电池4的电池单元的电阻抗)的总和。例如，基于电池4的总电压VBAT、电池4的充电电流Iaffi和电池劣化率来计算总内部阻抗Rbat。充电上限电压Vum是对电池4进行充电时的上限电压、即为了防止电池4的劣化所设置的上限电压。例如，基于电池4的总电压VBAT、电池4的充电电流Ιι、电池4的温度T和电池4的总内部阻抗Rbat来计算充电上限电压VUM。可以将使得在构成电池4的所有电池单元的内部或构成电池4的一部分电池单元的内部开始发生锂沉积的电压(以下称为“锂沉积开始电压”)或者比该“锂沉积开始电压”低了给定电压值的给定电压设置为充电上限电压VUM。然而，充电上限电压Vum不限于这种“锂沉积开始电压”或者低于该“锂沉积开始电压”的这种给定电压。在所示实施例中，假定将充电上限电压Vum设置为“锂沉积开始电压”或低于该“锂沉积开始电压”的给定电压。在这种情况下，充电上限电压Vum具有以下特性也就是说，电池4的充电电流Iaffi越高，可以计算出的充电上限电压Vum越低。相反，电池4的充电电流Iaffi越低，可以计算出的充电上限电压Vum越高。此外，电池4的温度T越高，可以计算出的充电上限电压Vum越高。相反，电池4的温度T越低，可以计算出的充电上限电压Vum越低。此外，电池4的总内部阻抗Rbat越高，可以计算出的充电上限电压Vum越低。相反，电池4的总内部阻抗Rbat越低，可以计算出的充电上限电压Vum越高。可以基于处于无负载状态的电池4的总电压Vbat以及充电电流Iqk来确定开路电压V。。例如，通过将基于充电电流Iaffi的积分电流值所计算出的电压变化量(电压增/减量)与处于无负载状态的电池4的总电压相加来计算开路电压V。。电池控制器8还被配置为将与单元电压Vfcll、总电压Vbat、充电电流I,电池温度T、最高电压单元的电压Vh、单元内部阻抗Rmi、总内部阻抗Rbat、充电上限电压Vum和开路电压V。有关的信息发送至系统控制单元10。PTC加热器5是利用经由强电线2从电池4或外部AC电源100供给的电力所驱动的加热器，其中该PTC加热器5用于对传送至安装有电池充电系统I的机动车的车厢内的空调风进行加热。PTC加热器5具有如下所谓的PTC特性电阻抗值随着PTC加热器5的加热元件的温度上升而增加，由此降低电力消耗。压缩机6是制冷压缩机，其中该制冷压缩机用于对安装有电池充电系统I的机动车中所采用的空调(未示出)的制冷循环的制冷剂进行压缩。该空调压缩机利用经由强电线2从电池4或外部AC电源100供给的电力所驱动。
空调控制放大器9是为了控制PTC加热器5的操作和空调压缩机6的操作所设置的控制单元。空调控制放大器9被配置为接收与温度传感器(未示出)所检测到的车厢内部温度以及释放到车厢内的空调风的目标温度有关的信息，以基于该输入信息来设置或确定对PTC加热器5和压缩机6这两者进行驱动所需的驱动电力，并将与所设置的驱动电力相对应的驱动功率供给命令发送至系统控制单元IO。DC/DC转换器7是用于将经由强电线2从电池4供给的电力(一个直流电压)转换为另一电力的装置。利用DC/DC转换器7转换得到的电力经由弱电线(低电流线)11被供给至弱电配件12。充电装置3被配置为基于来自系统控制单元10的功率供给命令对来自外部AC电源100的电力进行AC/DC转换，并将AC/DC转换得到的电力分别供给至电池4、PTC加热器5和压缩机6。顺便提及，关于充电装置3的安装，充电装置3可以安装在车厢内或安装在车辆的车厢外部上。充电装置3还被配置为通过与外部AC电源100进行互相通信来获得 与外部AC电源100的可供给电力Pum有关的信息，并将所获得的与外部AC电源100的可供给功率Pum有关的信息发送至系统控制单元10。系统控制单元10是为了通过与电池控制器8、空调控制放大器9和充电装置3分别进行互相通信来控制电池充电系统I所设置的控制单元。在所示实施例中，系统控制单元10被配置为接收来自电池控制器8的输入信息(即，单元电压VCell、总电压Vbat、充电电流I 、电池温度T、最高电压单元的电压Vh、单元内部阻抗Rmi、总内部阻抗Rbat、充电上限电压Vum和开路电压V。)，以基于该输入信息计算目标充电功率P ，并将与所计算出的目标充电功率P 相对应的功率供给命令发送至充电装置3。充电装置3对来自系统控制单元10的功率供给命令作出响应，从而将基于该命令进行AC/DC转换得到的功率从外部AC电源100供给至电池4。顺便提及，关于系统控制单元10的安装，系统控制单元10可以安装在车厢内或安装在车辆的车厢外部上。以下说明用于计算与对电池4进行充电所需的充电功率相对应的目标充电功率P 的方法。在系统控制单元10内执行该运算处理。在此，图2是在通过使用本实施例的系统所计算出的目标充电功率P 对电池4进行了充电的情况下所获得的充电曲线图。图3飞是说明用于在时间时间h的时间段ItTt1 (参见图2)内计算对电池4进行充电所使用的目标充电功率P 的方法的图。在系统控制单元10中，针对目标充电功率Ptk的运算处理是作为针对每一预定时间间隔被触发的时间触发中断例程来执行的。首先，以下说明用于在充电操作的初始阶段内、即时间时间h的时间段 参见图2)内计算充电功率的方法。时间h与从外部AC电源100向电池4的充电功
率供给开始的电池充电开始时刻相对应。首先，系统控制单元10基于来自电池控制器8的输入信息(即，最高电压单元的电压Vh、单元内部阻抗Rmi、充电电流Iot^P充电上限电压Vum)，来计算作为可以输入至电池4内的电流的可输入电流I·。如上所述，最高电压单元的电压Vh是构成电池4的电池单元中的最高端电压单元的端电压。以下参考图3来详细说明用于计算可输入电流Imax的方法。在针对可输入电流Imax的运算处理中，首先，系统控制单元10基于来自电池控制器8的输入信息(具体为电池单元的单元内部阻抗Rw1)来计算构成电池4的各单元中具有最高端电压的最高电压单元的内部阻抗Rh。然后，如图3所示，系统控制单元10基于所计算出的最高电压单元的内部阻抗Rh来计算最高电压单元的内部阻抗线Lk h。在此，最高电压单元的内部阻抗线Lk h是表示流入电池4(最高电压单元)的充电电流和该最高电压单元的电压(端电压)之间的关系的直线。也就是说，最高电压单元的内部阻抗线LK h是表示用于对电池进行充电的特定充电电流的值和该电池的在特定充电电流流入了电池4的情况下产生的电压的值之间的关系的直线。更具体地，可以通过使用如上所述计算出的最高电压单元的内部阻抗Rh和从电池控制器8输入的开路电压V。来计算最高电压单元的内部阻抗线Lk h。作为替代，可以基于如上所述计算出的最高电压单元的内部阻抗Rh以及与最高电压单元的电压Vh和电池4的充电电流Iaffi有关的最新信息来计算最高电压单元的内部阻抗线LK h。此外，可以基于最高电压单元的电压Vh和充电电流Iaffi,通过对最高电压单元的电压Vh和充电电流Iqk这两个变量之间的关系进行线性回归来计算最高电压单元的内部阻抗线Lk h。然后，如图3所示，系统控制单元10基于从电池控制器8输入的充电上限电压Vum来计算充电上限电压线Lv UM。具体地，系统控制单元10基于从电池控制器8输入的充电上限电压Vum求出在电池4的充电电流变化的情况下的充电上限电压Vum的变化量。基于所求出的充电上限电压Vum的电压变化量来计算充电上限电压线Lv UM。作为替代，系统控制单元10可被配置为根据表示充电上限电压Vum和电池4的充电电流之间的关系的预先准备的查找表来计算充电上限电压线Ly—UM。数学式I然后，系统控制单元10确定或求出所计算出的最高电压单元的内部阻抗线·所计算出的充电上限电压线Lv UM的交点。计算出所计算出的充电上限电压线Lv UM上的与所求出的交点相对应的电压作为最大容许电压Vmax。通过计算所计算出的最大容许电压Vmax和最高电压单元的电压Vh之间的差来算术计算电压差AV(=VMX_Vh)。然后，系统控制单元10通过将所计算出的电压差△ V除以最高电压单元的内部阻抗Rh来算术计算可添加电流Iadd (= Δ V/Rh)。然后，系统控制单元10通过将所计算出的可添加电流Iadd与充电电流Iaffi相加来算术计算可输入电流Imax (=Ia^Iadd)。作为替代，系统控制单元10确定或求出所计算出的最高电压单元的内部阻抗线LK h和所计算出的充电上限电压线Lv UM的交点(参见图3)。可以计算与所求出的交点相对应的充电电流作为可输入电流IMX。如上所述，通过系统控制单元10来进行针对可输入电流Imax的算术计算。然后，系统控制单元10通过使用如上所述计算出的可输入电流Imax来计算作为可以输入至电池4内的功率的最大可输入功率Pmm。具体地，系统控制单元10通过将可输入电流Imax乘以电池4的总内部阻抗Rbat的平方来算术计算最大可输入功率Pmax (=I1AX (Rbat)')。作为替代，如根据图3可以理解，计算出与可输入电流Imax相对应的电压作为最大容许电压V1AP可以基于可输入电流I1A)(和最大容许电压Vmax来计算或确定最大可输入功率Pmx。作为具体的Pmax计算方法，可以通过将可输入电流Imax、最大容许电压Vmax和构成电池4的各单元的数量相乘到一起来计算最大可输入功率PMX。然后，系统控制单元10通过使用从电池控制器8输入的总内部阻抗Rbat来计算总内部阻抗线LK。之后，系统控制单元10计算或求出输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smax,其中该输入功率点Sinp与当前输入的充电功率Pinp相对应并且存在于所计算出的总内部阻抗线Lk上，该最大可输入功率点Smax与最大可输入功率Pmax相对应并且存在于所计算出的总内部阻抗线Lk上。以下参考图4来详细说明用于计算输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smax的方法。
在计算输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smax时，如图4所示，系统控制单元10计算总内部阻抗线LK。在此，总内部阻抗线Lk是表示流入电池4的充电电流和电池4的总电压之间的关系的直线。也就是说，总内部阻抗线Lk是表示用于对电池进行充电的充电电流的值和该电池的在该充电电流流入了电池4的情况下产生的电压的值之间的关系的直线。更具体地，可以通过使用从电池控制器8输入的电池4的总内部阻抗Rbat和开路电压V。这两者来计算总内部阻抗线LK。作为替代，可以基于从电池控制器8输入的电池4的总内部阻抗Rbat以及与电池4的总电压Vbat和充电电流Iqk有关的最新信息来计算总内部阻抗线LK。此外，可以基于总电压Vbat和充电电流Iqk,通过对总电压Vbat和充电电流Iaffi这两个变量之间的关系进行线性回归来计算总内部阻抗线LK。然后，系统控制单元10计算输入功率点Sinp，其中该输入功率点Sinp存在于所计算出的总内部阻抗线Lk上并且与当前输入的充电功率Pinp相对应。具体地，如图4所示，系统控制单元10基于来自电池控制器8的最新信息(即，当前施加至电池4的电池的总电压Vbat和当前输入至电池4内的充电电流Iaffi这两者)来计算输入功率点SINP。然后，系统控制单元10计算最大可输入功率点Smax，其中该最大可输入功率点Smax存在于总内部阻抗线Lk上并且与最大可输入功率Pmax相对应。具体地，在计算最大可输入功率点Smax时，首先，系统控制单元10计算如图4所示的最大可输入功率线Lp mx。在此，最大可输入功率线Lp Mx表示如下两个值之间的关系在将用于对电池4进行充电的充电功率设置为最大可输入功率Pmax的情况下所需的电流的值；以及该电池的在该所需电流流入了电池4的情况下产生的电压的值。可以基于如上所述计算出的最大可输入功率Pmax来计算最大可输入功率线Lp mx。然后，如图4所示，系统控制单元10确定或求出所计算出的总内部阻抗线Lk和所计算出的最大可输入功率线Lp max的交点。计算出所计算出的最大可输入功率线Lp max上的与所求出的交点相对应的功率作为最大可输入功率点Smx。接下来，系统控制单元10计算用于对电池4进行充电的目标充电功率P 。在此，图5是说明用于计算对电池4进行充电所使用的目标充电功率P 的方法的图。具体地，如图5所示,系统控制单元10计算如下的点作为目标充电功率点Srae,其中该点存在于所计算出的总内部阻抗线Lk上并且位于所计算出的输入功率点Sinp和所计算出的最大可输入功率点Smax之间。最后，系统控制单元10将与目标充电功率点Stk相对应的功率设置为目标充电功率PTRe。这样，可以计算出时间f时间h的时间段期间的目标充电功率P 。例如，如图6所示，假定在时间时间L之间的时间段参见图2)内的任意时间点tn处，将根据上述计算方法所计算出的输入功率点Sinp、最大可输入功率点Smax和目标充电功率点Stm这三者分别设置为输入功率点SINP—n、最大可输入功率点Smx—n和目标充电功率点Stkui。在这种情况下，当根据特定目标充电功率Ptkui来执行电池4的充电操作时，在从时间tn起经过了给定时间之后的时间t12处，电池4的总电压Vbat从电压值Vbat n上升至电压值Vbat 12，其中该特定目标充电功率PTKe n是基于目标充电功率点Stkui所计算出的并且在时间tn处将用于对电池4进行充电的目标充电功率P 设置为该特定目标充电功率P ^。然后，如图6所示，在从时间tn起经过了给定时间之后的时间t12处，根据上述计算方法来计算输入功率点Sinp 12和最大可输入功率点Smax 12。然后，基于所计算出的这些点Sinp12和Smax 12来计算目标充电功率点STKe 12。与时间tn处的所计算出的目标充电功率点Stegji相比，可以使时间t12处的所计算出的目标充电功率点Stku2更接近最大可输入功率点 Siax—12°同样，当根据特定目标充电功率Ptmu2来执行电池4的充电操作时，在从时间t12起经过了给定时间之后的时间t13处，电池4的总电压Vbat从电压值Vbat 12上升至电压值Vbat 13，其中该特定目标充电功率Ptku2是基于目标充电功率点Stku2所计算出的并且在时间t12处将用于对电池4进行充电的目标充电功率Pra设置为该特定目标充电功率P 12。然后，如图6所示，在从时间t12起经过了给定时间之后的时间t13处，根据上述计算方法来计算输入功率点Sinp 13和最大可输入功率点Smax 13。然后，基于所计算出的这些点Sinp13和Smax 13来计算目标充电功率点STKe 13。与时间t12处的所计算出的目标充电功率点Steg12相比，可以使时间t13处的所计算出的目标充电功率点Stmu3更接近最大可输入功率点 Siax—13°这样，本实施例的系统被配置为根据上述计算方法来计算目标充电功率P ，并将基于所计算出的目标充电功率P 所确定的充电功率从外部AC电源100供给至电池4，由此使得该充电功率能够逐渐接近最大可输入功率PMX。因而，根据图2中时间IcT时间h的时间段^t1内的充电功率的特性可以看出，在电池充电操作的初始阶段，充电功率可以逐渐增加。在图5中，作为示例,将目标充电功率点STffi；设置为输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smax之间的中点。应当理解，目标充电功率点Stk的设置不限于这样的两个功率点Sinp和Smax之间的中点。作为替代，可以将目标充电功率点STKe设置为位于输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smax之间的任意点。例如,一方面,通过将目标充电功率点STffi；设置于与最大可输入功率点Smax相比更接近输入功率点Sinp的位置(总内部阻抗线Lk上的点)，可以吸收电池控制器8所进行的单元内部阻抗Rcell和总内部阻抗Rbat的计算的误差以及电池4的总电压Vbat的检测误差等的各种误差。另一方面，通过将目标充电功率点Sra设置于与输入功率点Sinp相比更接近最大可输入功率点Smax的位置(总内部阻抗线Lk上的点)，可以缩短电池4的充电持续时间。 因而，在基于电池控制器8检测到的电池4的总电压Vbat设置目标充电功率点STKe的情况下，随着电池4的总电压Vbat变得越低，可以将目标充电功率点Stk设置于越接近最大可输入功率点Smax的位置(总内部阻抗线Lk上的点)。此外，相反地随着电池4的总电压Vbat变得越闻,可以将目标充电功率点Srae设置于越接近输入功率点Sinp的位置(总内部阻抗线Lk上的点)。如上所述,通过基于电池4的总电压Vbat来适当地设置目标充电功率点Stm,在电池4的总电压Vbat较低的情况下，构成电池4的各单元的单元电压Vfcll与充电上限电压Vum之间的电压差可能变得相对较大。因而，即使在利用相对较大的充电功率来执行电池4的充电操作的情况下，构成电池4的各单元的单元电压Vmi超过充电上限电压Vum的可能性也趋于变低。由于上述原因，通过在电池4的总电压Vbat较低的情况下将目标充电功率点Steg设置于更接近最大可输入功率点Smax的位置(总内部阻抗线Lk上的点)，可以缩短电池4的充电持续时间。相反，在电池4的总电压Vbat较高的情况下，构成电池4的各单元的单元电压Vmi和充电上限电压Vum之间的电压差可能变得相对较小。因而，通过在电池4的总电压Vbat较高的情况下将目标充电功率点Sra设置于更接近输入功率点Sinp的位置(总内部阻抗线Lk上的点)，可以更加适当地防止构成电池4的各单元的单元电压Vmi超过充电上限电压Vlimo此外，在基于电池控制器8检测到的电池4的温度T设置目标充电功率点STffi；的情况下，随着电池4的温度T变得越低，可以将目标充电功率点Stk设置于越接近输入功率点Sinp的位置(总内部阻抗线Lk上的点)。此外，随着电池4的温度T变得越高，可以将目标充电功率点Stk设置于越接近最大可输入功率点Smax的位置(总内部阻抗线Lk上的点)。因而，通过基于电池4的温度T来适当地设置目标充电功率点STffi；，在存在电池控 制器8所进行的单元内部阻抗Rmi和总内部阻抗Rbat的计算的误差以及电池4的总电压Vbat的检测误差等的各种误差的情况下以及/或者在充电控制系统受这些计算/检测误差所影响的可能性高的情况下(即，在电池温度T较低的情况下)，可以确定地吸收这些误差。作为对比，在充电控制系统受这些计算/检测误差所影响的可能性较低的情况下(即，在电池温度T较高的情况下)，可以在有效地吸收这些误差的同时缩短电池4的充电持续时间。此外，在基于电池控制器8所检测到的电池4的总内部阻抗Rbat设置目标充电功率点STKe的情况下，，随着电池4的总内部阻抗Rbat变得越低，可以将目标充电功率点Sra设置于越接近最大可输入功率点Smax的位置(总内部阻抗线Lk上的点)。此外，随着电池4的总内部阻抗Rbat变得越高，可以将目标充电功率点STKe设置于越接近输入功率点Sinp的位置(总内部阻抗线Lk上的点)。因而，通过基于电池4的总内部阻抗Rbat来适当地设置目标充电功率点STKe，在存在电池控制器8所进行的单元内部阻抗Rcell和总内部阻抗Rbat的计算的误差以及电池4的总电压Vbat的检测误差等的各种误差的情况下以及/或者在充电控制系统受这些计算/检测误差所影响的可能性较高的情况下(即，在总内部阻抗Rbat较高的情况下)，可以确定地吸收这些误差。作为对比，在充电控制系统受这些计算/检测误差所影响的可能性较低的情况下(即，在总内部阻抗Rbat较低的情况下)，可以在有效地吸收这些误差的同时缩短电池4的充电持续时间。由于充电功率的逐渐增加，一旦在图2的时间&处用于对电池4进行充电的目标充电功率P 变得与外部AC电源100的可供给功率Pum相同，根据外部AC电源100的可供给功率Pum来执行电池4的充电操作。即使在根据可供给功率Pum来执行电池充电操作的情况下，系统控制单元10也针对每一预定时间间隔重复地执行目标充电功率P 的运算处理。之后，在图2的时间〖2处，最高电压单元的电压Vh达到充电上限电压VUM。以下说明用于在时间t2 时间t3的时间段1243(参见图2)内(即，在最高电压单元的电压Vh达至IJ了充电上限电压Vum之后)计算与用于对电池4进行充电的充电功率相对应的目标充电功率P 的方法。在图2所示的时间段t2_t3内，以与上述相同的方式，首先，系统控制单元10计算可输入电流Ι Α) ，然后计算输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smx。以下参考图7来详细说明用于在时间段t2-t3内计算可输入电流Imax的方法。从图2和7可以看出，在时间时间t3的时间段t2_t3内，最高电压单元的电压Vh达到了充电上限电压Vum(图2的时间t2)，然后(在图2的时间t2之后)超过该充电上限电压VUM。结果，当前施加的充电电流Iqk变得高于可输入电流Imax，并且当前施加的最高电压单元的电压Vh变得高于最大容许电压Vmax (参见图7)。
由于上述原因，在时间段t2_t3内，如图8所示，输入功率点Sinp超过最大可输入功率点Smx(参见图8中的总内部阻抗线Lk上的右上位置)。因而，与时间段^t1内的目标充电功率P 的计算方法相比，在时间段t2-t3内的计算方法的情况下，将目标充电功率点Stk,设置于与最大可输入功率点Smax相同的位置(最大可输入功率线Lp maj^P总内部阻抗线Lk的交点)。也就是说,在时间段t2-t3内，将目标充电功率Prae设置为最大可输入功率P aX。这样，可以计算时间时间t3的时间段t2_t3内的目标充电功率P 。例如，如图9所示，假定在时间t2 时间t3之间的时间段t2_t3(参见图2)内的任意时间点t21处，将根据上述计算方法计算出的输入功率点Sinp、最大可输入功率线Lp mx、最大可输入功率点Smax和目标充电功率点STffi；这四者分别设置为输入功率点Sinp 21、最大可输入功率线LP—Mx—21、最大可输入功率点Smax 21和目标充电功率点Stkl21。在这种情况下，输入功率点Sinp 2ι超过充电上限电压VUM，因而目标充电功率点Stk 21被设置于与最大可输入功率点S1MJil相同的位置(最大可输入功率线Lp—Mx—21上的点)。基于被设置为与最大可输入功率点SMX—21相同的目标充电功率点STKe—21来计算目标充电功率PTKe—21。也就是说，通过将目标充电功率PTRe—21设置为与最大可输入功率PlMJil相同的值，目标充电功率PTRCJil可被设置或计算为比当前输入的充电功率PINP—21低的值。以与时间点t21相同的方式，在从时间t21起经过了给定时间之后的时间t22处，输入功率点Sinp 22超过充电上限电压VUM，因而目标充电功率点Stk 22被设置于与最大可输入功率点Smax 22相同的位置(最大可输入功率线Lp max 22上的点)。基于被设置为与最大可输入功率点Smajl22相同的目标充电功率点STKe—22来计算目标充电功率P —22。也就是说，通过将目标充电功率PTffi设置为与最大可输入功率相同的值，目标充电功率Ρτκ；—；^可被设置或计算为进一步降低的值。然后，在从时间t22起经过了给定时间之后的时间t23处以及之后在从时间t23起经过了给定时间之后的时间t24处，以与上述相同的方式，目标充电功率P 逐渐下降并被设置为进一步降低的值。由此，从图2可以看出，在时间段t2-t3ft，可以在使最高电压单元的电压Vh维持在与充电上限电压Vum相同的值的同时逐渐减少从外部AC电源100供给至电池4的充电功率，由此最终适当地使电池4进入充满电状态。以下参考图10的流程图来详细说明在本实施例的系统内所执行的充电控制的控制流程。系统控制单元10和电池控制器8将该充电控制例程作为针对每一预定时间间隔被触发的时间触发中断例程来执行。首先，在步骤SI中，电池控制器8对构成电池4的各单元的单元电压VM1、电池4的总电压VBAT、电池4的充电电流Iqk和电池4的温度T进行检测。然后，将与这些检测值有关的信息发送至系统控制单元10。在步骤S2中，基于电池控制器8经由步骤SI所检测到的所有电池单元的单元电压Vfell来执行最高电压单元的电压Vh的运算处理。然后，将与所计算出的最高电压单元的电压Vh有关的信息发送至系统控制单元10。在步骤S3中，基于电池控制器8经由步骤SI所检测到的与各单元的单元电压Vcell>电池4的总电压VBAT、电池4的充电电流Iaffi和电池4的温度T有关的信息，来执行各电池单元的单元内部阻抗Rcell和电池4的总内部阻抗Rbat的运算处理。然后，将与所计算出的单元内部阻抗Rw1和所计算出的总内部阻抗Rbat有关的信息发送至系统控制单元10。此时，如上所述，系统控制单元10基于来自电池控制器8的与电池单元内部阻抗Rcell有关的输入信息来计算构成电池4的各单元中具有最高端电压的最高电压单元的内部阻抗Rh。在步骤S4中，系统控制单元10执行最大容许电压Vmax的运算处理。具体地，基于电池控制器8经由步骤SI所检测到的电池4的充电电流Iqk和电池4的温度T来执行充电上限电压Vum的运算处理。然后，将与所计算出的充电上限电压Vum有关的信息发送至系统控制单元10。之后，系统控制单元10基于从电池控制器8输入的充电上限电压Vum来计算图3所示的充电上限电压线Lv UM。然后，从图3可以看出，系统控制单元10确定或求出所计算出的最高电压单元的内部阻抗线Lk h和所计算出的充电上限电压线Lv UM的交点。 然后，系统控制单元10计算出所计算出的充电上限电压线Lv um上的与所求出的交点相对应的电压作为最大容许电压VMX。顺便提及，如上所述，可以至少基于最高电压单元的内部阻抗Rh来计算最高电压单元的内部阻抗线Lk h(参见图3)。数学式2在步骤S5中，系统控制单元10执行电压差AV的运算处理。从图3可以看出，可以按照所计算出的最大容许电压Vmax和最高电压单元的电压Vh之间的差来计算该电压差Λ V、即 AV=VMX-Vh。数学式3在步骤S6中，系统控制单元10执行可添加电流Iadd的运算处理。可添加电流Iadd是可以从充电电流I —直上升至可输入电流Imax的电流值。具体地，基于经由步骤S5所计算出的电压差△ V和经由步骤S3所计算出的最高电压单元的内部阻抗Rh，根据表达式Iadd= Δ V/Rh来计算该可添加电流Iadd。然后，在步骤S7中，系统控制单元10执行可输入电流Imax的运算处理。具体地，基于经由步骤SI所检测到的充电电流Iaffi和经由步骤S6所计算出的可添加电流Iadd，根据表达式lMx=IaK+Iadd来计算可输入电流Irnx。数学式4在步骤S8中，系统控制单元10执行最大可输入功率Pmax的运算处理。具体地，基于经由步骤S3所计算出的总内部阻抗Rbat和经由步骤S7所计算出的可输入电流ΙΜΧ，根据表达式Ρ Α) = Μ) Χ (Rbat)2来计算最大可输入功率Ρ Α) 。数学式5然后，在步骤S9中，系统控制单元10执行当前输入的充电功率Pinp的运算处理。具体地，基于经由步骤SI所检测到的充电电流Iaffi和总电压Vbat这两者，根据表达式Pinp=IchgXVbat来计算当前输入的充电功率ΡΙΝΡ。数学式6然后,在步骤SlO中，进行经由步骤S8所计算出的最大可输入功率Pmax和经由步骤S9所计算出的当前输入的充电功率Pinp之间的比较。作为比较的结果，在当前输入的充电功率Pinp小于最大可输入功率Pm)(、即Prap〈Pm)i的情况下，该例程进入步骤S11。相反,在当前输入的充电功率Pinp大于或等于最大可输入功率ΡΜΧ、即Pinp ^ Pmx的情况下，该例程进入步骤S12。数学式7在当前输入的充电功率Pinp小于最大可输入功率Pmax(即，ΡΙΝΡ〈ΡΜΧ)的情况下，即在图2所示的时间段ItTt1内(换句话说，电池充电操作的初始阶段)的情况下，该例程进入步骤SI I。在步骤Sll中，系统控制单元10根据上述计算方法来计算位于输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smax之间的点作为目标充电功率点STK；，然后将与所计算出的目标充电功率点Stk相对应的功率设置为目标充电功率Ρ (参见图Γ5)。数学式8相反,在当前输入的充电功率Pinp大于或等于最大可输入功率Pmax (即,Pinp彡Pmax)·的情况下，即在图2所示的时间段ti_t3内(换句话说，电池充电操作的中间阶段和最后阶段)的情况下，该例程进入步骤S12。在步骤S12中，系统控制单元10根据上述计算方法，将与最大可输入功率点Smax相对应的功率设置为目标充电功率PTffi；(参见图8)。在所示实施例中，通过重复执行图10的一系列步骤Sf S12来进行电池4的充电控制。也就是说，根据本实施例的系统，顺次检测电池4的状态(即，单元电压V&11、总电压Vbat、充电电流Iqk；、电池温度T、单元内部阻抗Rmi和总内部阻抗Rbat等)，然后根据检测到的电池4的状态来设置目标充电功率P 。按照图2所示的方式来进行电池4的充电操作。在本实施例的系统中，如上所述，通过使用总内部阻抗Rbat来计算总内部阻抗线LK。然后，计算输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smax，其中该输入功率点Sinp与当前输入的充电功率Pinp相对应并且存在于所计算出的总内部阻抗线Lk上，该最大可输入功率点Smax与最大可输入功率Pmax相对应并且存在于所计算出的总内部阻抗线Lk上。然后，计算出存在于所计算出的总内部阻抗线Lk上并且位于所计算出的输入功率点Sinp和所计算出的最大可输入功率点Smax之间的点作为目标充电功率点STKe。将与所计算出的目标充电功率点Sra相对应的功率设置为用于对电池4进行充电的目标充电功率P 。根据本实施例的系统，在计算用于对电池4进行充电的目标充电功率P 时，通过适当地设置位于输入功率点Sinp和最大可输入功率点Smax之间的任意点，可以吸收电池控制器8所进行的单元内部阻抗Rcell和总内部阻抗Rbat的计算的误差以及电池4的总电压Vbat的检测误差等的各种误差。结果，当对电池4进行充电时，可以有效地防止电池4的总电压Vbat (或构成电池4的各单元的单元电压Vmi)超过其预定的上限电压。特别地，根据所示实施例，针对每一预定时间间隔，根据与电池4的状态(例如，电池4的总电压Vbat和电池4的总内部阻抗Rbat等)有关的最新信息来计算总内部阻抗线LK。然后，根据上述计算方法，通过使用所计算出的总内部阻抗线Lk来设置目标充电功率P 。因而，根据本实施例的系统，在劣化率较小的新电池的情况下，可以抑制对充电电流值的不必要限制。作为对比，即使在严重劣化的电池的情况下，也可以有效地防止对电池进行过充电。另外，根据本实施例的系统，与多个电池充电阶段无关地(例如，与图2的时间段to-t!内的初始充电阶段、时间段&、内的中间充电阶段和时间段t2_t3内的最后充电阶段无关地)，可以利用与上述方法相同的计算方法来设置用于对电池4进行充电的目标充电功率P 。这样消除了对根据各电池充电阶段来预先设置或预先准备彼此不同的多个充电控制映射的必要性，由此使得能够降低运算处理的运算负荷。另外，根据本实施例的系统，仅在最终计算出目标充电功率P 的情况下，才设置吸收如上所述的各种检测/计算误差所需的余量。这样消除了针对每一计算/检测步骤来设置吸收这些检测/计算误差所需的余量的必要性。因而，可以在使充电控制系统内所执行的运算处理的运算负荷最小的情况下实现电池4的充电控制。此外,在所示实施例中,在计算最大可输入功率点Pmax时,使用最高电压单元的电压Vh和最高电压单元的内部阻抗Rh。在此，当然，构成电池4的各电池单元的电压小于或等于最高电压单元的电压\。由于该原因，当计算最大可输入功率Pmax时，可以通过使用最高端电压单元的最高电压单元的电压Vh和最高电压单元的内部阻抗Rh计算出最大可输入功率Pmax作为基准，来计算适合于包含该最高端电压单元的各电池单元的最大可输入功率。通过适当地设置最大可输入功率，可以更加有效地防止电池4的总电压Vbat (或构成电池4的各单元的单元电压Vcell)超过其预定的上限电压。 在所示实施例中，电池控制器8用作电压检测部件、上限电压计算部件、内部阻抗计算部件和温度检测部件。系统控制单元10用作最大可输入功率计算部件(最大可输入值计算部件)、内部阻抗线计算部件、目标功率点计算部件(目标点计算部件)和输入功率设置部件(输入值设置部件)。尽管以上是针对执行本发明的优选实施例的说明，但上述特定实施例是为了提高这些实施例的可理解性以及最佳理解而在这里示出的。可以理解，本发明不限于这里所示和所述的特定实施例，而且可以在没有背离本发明的范围或精神的情况下进行各种改变和修改。本实施例的充电控制系统是采用如下的系统结构来举例说明的当计算最大可输入功率Pjm时，使用最闻电压单兀的电压Vh和最闻电压单兀的内部阻抗Rh。代替使用最闻电压单元的电压Vh和最高电压单元的内部阻抗Rh，本发明的充电控制系统可被配置成如下方式通过使用电池4的总电压Vbat和总内部阻抗Rbat来计算最大可输入功率PMX。作为替代，本发明的充电控制系统可被配置成如下方式通过使用构成电池4的电池单元中的任意单元的单元电压Vcell和单元内部阻抗R&11来计算最大可输入功率PMX。此外，在所示实施例中，充电控制系统是采用如下的系统结构来举例说明的计算目标充电功率PTRe，然后根据所计算出的目标充电功率PTRe来执行电池4的充电操作。代替使用目标充电功率P ，本发明的充电控制系统可被配置成如下方式计算目标充电电流I 、并根据所计算出的目标充电电流I 来执行电池4的充电操作。此外，在所示实施例中，充电控制系统是采用如下的系统结构来举例说明的从通常缩写为“S0C”并且以百分比(%)给出的充电状态相对较低的电池状态开始电池4的充电操作。可以理解，本发明不限于从这种较低的“S0C”开始的电池充电控制。本实施例的充电控制系统可适用于如下电池，其中从该电池具有相对较高的“S0C”或该电池接近满充电的电池状态开始该电池的充电操作。此外。在从相对较高的“S0C”或接近满充电状态的电池状态开始电池4的充电操作的情况下，以与上述充电控制相同的方式，首先根据图2的时间段^^内(即，电池充电操作的初始阶段)的计算方法来设置目标充电功率P ，其次根据图2的时间段^-^内(即，电池充电操作的中间阶段)的计算方法来将目标充电功率P 固定为外部AC电源100的可供给功率PUM，随后根据图2的时间段t2-t3内(S卩，电池充电操作的最后阶段)、即最高电压单元的电压Vh达到了充电上限电压Vum之后的计算方法来设置目标充电功率PT Re。
权利要求
1.一种充电控制系统，用于控制对电池进行充电所用的充电功率或充电电流，包括 电压检测器，其检测所述电池的电压； 上限电压计算部，其计算所述电池的上限电压； 内部阻抗线计算部，其计算表示充电电流的值和所述电池的在该充电电流流入所述电池的情况下所产生的电压的值之间的关系的内部阻抗线； 最大可输入值计算部，其基于所检测到的所述电池的电压、所计算出的所述电池的上限电压和所计算出的内部阻抗线，来计算与能够输入至所述电池内的最大可输入功率或最大可输入电流相对应的最大可输入值； 目标点计算部，其计算位于最大可输入值点和当前输入值点之间的点作为与目标充电功率点或目标充电电流点相对应的目标点，其中所述最大可输入值点存在于所述内部阻抗线上并且与所述最大可输入值相对应，以及所述当前输入值点存在于所述内部阻抗线上并且与当前输入至所述电池的充电功率或充电电流相对应；以及 输入值设置部，其基于所计算出的目标点，来设置对所述电池进行充电所用的充电功率或充电电流。
2.根据权利要求I所述的充电控制系统，其中， 所述电池是由多个电池单元构成的电池组； 所述电压检测器检测构成所述电池的所述多个电池单元中的指定单元的电压以及所有电池单元的总电压，作为所述电池的电压； 所述上限电压计算部计算所述指定单元的上限电压； 所述内部阻抗线计算部计算指定单元内部阻抗线和总电池单元内部阻抗线，其中所述指定单元内部阻抗线表示所述指定单元的充电电流的值和所述指定单元的在所述指定单元的充电电流流入所述指定单元的情况下所产生的电压的值之间的关系，以及所述总电池单元内部阻抗线表示所述电池的充电电流的值和所述电池的在所述电池的充电电流流入所述电池的情况下所产生的电压的值之间的关系； 所述最大可输入值计算部基于所述指定单元的电压、所述指定单元的上限电压和所述指定单元内部阻抗线来计算作为能够输入至所述指定单元内的功率的指定单元最大可输入功率或作为能够输入至所述指定单元内的电流的指定单元最大可输入电流，并且还基于所计算出的指定单元最大可输入功率或所计算出的指定单元最大可输入电流来计算作为能够输入至所述电池内的功率的总电池单元最大可输入功率或作为能够输入至所述电池内的电流的总电池单元最大可输入电流；以及 所述目标点计算部计算位于总电池单元最大可输入值点和当前输入值点之间的点作为与目标充电功率点或目标充电电流点相对应的目标点，其中所述总电池单元最大可输入值点存在于所述总电池单元内部阻抗线上并且与所计算出的总电池单元最大可输入功率或总电池单元最大可输入电流相对应，以及所述当前输入值点存在于所述总电池单元内部阻抗线上并且与当前输入至所述电池的充电功率或充电电流相对应。
3.根据权利要求2所述的充电控制系统，其中， 所述指定单元是构成所述电池的所述多个电池单元中具有最高端电压的最高电压单
4.根据权利要求I所述的充电控制系统，其中，随着所检测到的所述电池的电压变得越低，所述目标点计算部将所述目标点计算为越接近所述最大可输入值点的点。
5.根据权利要求I所述的充电控制系统，其中，还包括 温度检测器，其检测所述电池的温度， 其中，随着所检测到的所述电池的温度变得越低，所述目标点计算部将所述目标点计算为越接近所述当前输入值点的点。
6.根据权利要求I所述的充电控制系统，其中，还包括 内部阻抗检测器，其检测所述电池的内部阻抗， 其中，随着所检测到的所述电池的内部阻抗变得越高，所述目标点计算部将所述目标点计算为越接近所述当前输入值点的点。
7.根据权利要求I所述的充电控制系统，其中， 所述目标点计算部将所述电压检测器所检测到的所述电池的电压与所述上限电压计算部所计算出的所述电池的上限电压进行比较，并且进一步地在所述电池的电压超过所述电池的上限电压的情况下，将所述目标点设置为所述最大可输入值点。
全文摘要
一种充电控制系统，用于计算表示充电电流的值和电池的在该充电电流流入该电池的情况下所产生的电压的值之间的关系的内部阻抗线，以获得与最大可输入功率/电流相对应的最大可输入值点SMAX以及与当前输入至该电池的充电功率/电流相对应的当前输入值点SINP，其中这些点存在于所计算出的内部阻抗线上。该充电控制系统还计算位于最大可输入值点SMAX和当前输入值点SINP之间的点作为与目标充电功率/电流点相对应的目标点STRG，并基于所计算出的目标点STRG来设置对电池进行充电所用的充电功率/电流。
文档编号H01M10/44GK102934325SQ201180028340
公开日2013年2月13日 申请日期2011年6月7日 优先权日2010年6月9日
发明者长仓只人 申请人:日产自动车株式会社