充電率估計裝置及充電率估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及充電率估計裝置及對充電率進行估計的充電率估計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]測量閉路電壓(CCV)并且通過利用所測量的閉路電壓來估計開路電壓(OCV)以通過利用開路電壓來估計充電率(state of charge (充電狀態(tài))，S0C)是一種用于估計電池的充電率的已知方法。
[0003]然而，對于需要長時間直至極化消除的二次電池，因為電池在其SOC-OCV特性中具有大的充電/放電時的滯后性，所以難以根據(jù)開路電壓準確地估計充電率。使用例如S1(—氧化硅)用于負電極的二次電池是一種需要長時間直至極化消除的已知二次電池。
[0004]此外，對可再充電電池中的剩余容量進行準確檢測的剩余可再充電電池容量檢測裝置是一種用于估計充電率的已知技術(shù)。參見例如專利文件I。
[0005]專利文件1:日本公開特許公報第2001-281306號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上面描述的問題完成本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種充電率估計裝置及對電池中的充電率進行準確估計的充電率估計方法，所述電池具有大的極化，需要長時間用于去極化，并且在其SOC-OCV特性中具有大的充電/放電滯后性。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種充電率估計裝置包括電壓測量單元、充電估計單元和放電估計單元。電壓測量單元對電池的閉路電壓進行測量。
[0008]充電估計單兀使用所測量的閉路電壓、參考充電模式信息來估計充電模式下的充電率，該充電模式信息將當用充電器進行恒定電流充電時電池的閉路電壓與充電率相關(guān)聯(lián)。
[0009]放電估計單元通過使用所測量的閉路電壓、參考放電模式信息來估計放電模式下的充電率，該放電模式信息將利用通過以預(yù)定操作模式操作車輛而獲得的電池的放電模式而生成的閉路電壓與電池的充電率相關(guān)聯(lián)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了以下優(yōu)點:對具有大極化、需要長時間用于去極化并且在電池的SOC-OCV特性中具有大的充電/放電滯后性的電池中的充電率進行準確估
i+o
【附圖說明】
[0011]圖1是充電/放電裝置的示例。
[0012]圖2是表示充電/放電時的SOC-OCV特性的示例的一組曲線圖。
[0013]圖3是表示充電/放電時的SOC-CCV特性的示例的曲線圖。
[0014]圖4是表示根據(jù)第一實施方式的操作的示例的流程圖。
[0015]圖5是表示充電模式信息和放電模式信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的示例的一組表格。
[0016]圖6是表示根據(jù)第二實施方式的操作的示例的流程圖。
[0017]圖7是表示根據(jù)第二實施方式的充電模式信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的示例的表。
[0018]圖8是表示根據(jù)第三實施方式的操作的示例的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]現(xiàn)在將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施方式。
[0020]現(xiàn)在將描述第一實施方式。
[0021]圖1是充電/放電裝置的示例。圖1中的充電/放電裝置I具有充電率估計裝置并且包括例如電池2、電壓測量單元3、控制單元4、存儲器5、充電器6以及開關(guān)SWl和SW2。圖1中的負載7是能夠通過從充電/放電裝置I接收電力而操作的裝置。例如，可操作的裝置可以是裝配在車輛上的馬達。
[0022]充電率估計裝置包括例如電壓測量單元3、控制單元4、存儲器5以及開關(guān)SWl和SW2。
[0023]電池2是例如具有大的極化、需要長時間用于去極化并且具有大的充電/放電滯后性的二次電池。二次電池可以是例如使用S1負電極作為負電極的鋰離子二次電池。然而，二次電池不限于使用S1作為負電極的鋰離子二次電池。
[0024]現(xiàn)在將描述根據(jù)本實施方式的二次電池，其具有大的極化、需要長時間用于去極化并且具有大的充電/放電滯后性。圖2是表示充電/放電時的SOC-OCV特性的示例的一組曲線圖。圖2中縱坐標為開路電壓(0CV[V])并且橫坐標為充電率(S0C[% ])的曲線圖201和202表示自從斷電(de-energizing)已在25°C處經(jīng)過了 3個小時的狀態(tài)。由曲線203來表示充電時的SOC-OCV特性，并且由曲線204來表示放電時的SOC-OCV特性。
[0025]具有大的極化的二次電池是例如以下的二次電池，該二次電池的極化與其中使用碳負電極作為負電極的常規(guī)二次電池的極化相比較大。
[0026]如在曲線圖202的示例中所看到的，如果使用具有S1負電極的二次電池，則在點A與點B之間的充電率的差(滯后性)在充電/放電時的開路電壓指示3.3[V]時是15.5±7.5[% ]。這意味著:曲線203上的點A與曲線204上的點B的充電率是與點A和B的平均充電率15.5[%]偏離7.5[%]。另外，針對具有碳負電極的二次電池，在自從斷電已在25°C處經(jīng)過了 3個小時的狀態(tài)中，假定當充電/放電時的開路電壓指示3.3[V]時，作為測量充電率(滯后性)之差的結(jié)果獲得4.4±0.2[% ]。在該情況下，具有S1負電極的二次電池的充電率之差與具有碳負電極的二次電池的充電率之差相比較大，因此具有S1負電極的二次電池具有大的極化。根據(jù)本實施方式，當充電/放電時的開路電壓指示3.3[V]時所獲得的充電率之差被用來進行比較，但是當充電率的差變成最大時的開路電壓不限于3.3 [V]。
[0027]需要長時間用于去極化的二次電池是例如以下二次電池，該二次電池需要的用于去極化的時間與其中使用碳負電極作為負電極的常規(guī)的二次電池所需要的用于去極化的時間相比較長。如果具有碳負電極的二次電池的極化例如在10分鐘內(nèi)消除，則在經(jīng)過大于10分鐘后極化仍未消除的二次電池是需要長時間用于去極化的二次電池。更具體地，如果在經(jīng)過大于10分鐘后極化仍未消除并且從SOC-OCV特性獲得的充電率不小于±1[% ]，則該二次電池是需要長時間用于去極化的二次電池。這是以下情況:充電時的曲線上的點與放電時的曲線上的點的充電率是偏離每個點的平均充電率大于或等于1[% ]。
[0028]圖1描述了使用一個電池的示例，但是它不限于一個電池，并且可以使用多個電池。
[0029]電壓測量單元3對電池2中的電壓進行測量。電壓測量單元3可以是例如電壓表。由電壓測量單元3所測量的數(shù)據(jù)被輸出至控制單元4。
[0030]可以使用CPU(中央處理單元)、多核CPU、可編程裝置(現(xiàn)場可編程門陣列FPGA)和/或PLD (可編程邏輯裝置)來配置控制單元4 (諸如計算機)。
[0031]存儲裝置5可以是存儲器或者硬盤，諸如只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)。存儲器5可以在其上存儲諸如參數(shù)值和變量值的數(shù)據(jù)，或者可以在執(zhí)行時用作工作區(qū)。當控制單元4具有存儲裝置時可以不使用存儲裝置5。
[0032]充電器6是從電源裝置接收電力以對電池2進行充電的裝置。
[0033]開關(guān)SWl和SW2根據(jù)來自控制單元4的指令來對充電和放電進行切換，在控制單元4中例如可以使用繼電器。根據(jù)本實施方式，使用兩個開關(guān)SWl和SW2來在充電與放電之間進行切換，但是實施方式不限于圖1中所示出的電路。
[0034]現(xiàn)在將描述控制單元。
[0035]控制單元4具有充電估計單元8，所述充電估計單元8利用由電壓測量單元3所測量的電池2中的閉路電壓通過參考充電模式信息來估計充電模式下的充電率。充電模式是通過充電器6從外面對電池2正進行充電的模式。充電模式信息是將當由充電器6執(zhí)行恒流充電時的電池2中的閉路電壓與充電率相關(guān)聯(lián)的信息。
[0036]此外，控制單元4具有放電估計單元9，所述放電估計單元9利用所測量的閉路電壓通過參考放電模式信息來估計放電模式的充電率。放電模式是車輛正在移動的模式。放電模式信息是將電池中的閉路電壓與充電率相關(guān)聯(lián)的信息，該閉路電壓是利用通過以預(yù)定操作模式操作例如車輛而獲得的電池2的放電模式而生成。
[0037]存儲器5可以在其上存儲充電模式信息和放電模式信息。
[0038]現(xiàn)在將描述在充電模式信息和放電模式信息下的閉路電壓與充電率之間的關(guān)系。
[0039]圖3是表示充電/放電時的SOC-CCV特性的示例的曲線圖。表示SOC-CCV特性的圖3中的曲線圖301中的曲線302示出了當由充電器6執(zhí)行恒流充電時的電池2中的閉路電壓與充電率之間的關(guān)系。通過例如實驗或者模擬來獲得充電模式下的閉路電壓與充電率之間的關(guān)系。
[0040]曲線圖301中的曲線303表示了閉路電壓與充電率之間的關(guān)系，該閉路電壓是利用通過以預(yù)定操作模式操作例如車輛而獲得的電池2的放電模式而生成。
[0041]預(yù)定操作模式可以是例如JC-08模式或LA#4模式，該預(yù)定操作模式是當車輛是電動車輛(EV)或者插電式混合動力車輛(PHV)時用于通過行進模式來測量燃料效率的方法。當車輛是鏟車時，可以使用預(yù)定行進模式或工作模式。
[0042]放電模式是當在行進模式或工作模式下操作車輛時裝備于車輛上的諸如電池2的電池中放電時的閉路電壓的模式。由實驗或模擬通過利用放電時的閉路電壓來獲得放電模式下的閉路電壓與充電率之間的關(guān)系。
[0043]現(xiàn)在將描述對控制單元的操作。
[0044]圖4是表示根據(jù)第一實施方式的操作的示例的流程圖。在步驟S401中，控制單元4從電壓測量單元3獲得閉路電壓。在步驟S402中，控制單元4確定模式是放電模式還是充電模式。當該模式是放電模式(是)時，該過程進行至步驟S403，并且當該模式是充電模式(否)時，該過程進行至步驟S404。
[0045]在步驟S403中，控制單元4通過參考放電模式信息來獲得與從電壓測量單元3所獲得的閉路電壓對應(yīng)的充電率。在步驟S404中，控制單元4通過參考充電模式信息來獲得與從電壓測量單元3所獲得的閉路電壓對應(yīng)的充電率。在步驟S405中，控制單元4確定充電率。
[0046]圖5是表示充電模式信息與放電模式信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的示例的一組表格。充電模式信息501包括:針對充電時的閉路電壓的存儲在“充電時的CCV”中的信息；以及針對與閉路電壓對應(yīng)的充電率的存儲在“充電率SOC[% ]”中的信息。根據(jù)本實施方式，“充電時的 CCV” 在其中存儲了表示閉路電壓 “ cmOO ”、“ cmOI