專利名稱：估計車載發(fā)電設備充電的可再充電電池電荷狀態(tài)的設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于估計由車栽發(fā)電機充電的可再充電電池的電荷狀 態(tài)的設備，所述車栽發(fā)電機輸出可變電壓.
背景技術(shù)：
作為這種估計設備，日本專利申請公開No. 2 004-16812 6公開了 一 種設備，該設備被配置成執(zhí)行一定過程來在第一電壓和低于第一電壓 的第二電壓之間周期性地改變由內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機的輸出電 壓，并且如果在交流發(fā)電機的輸出電壓最后一次被設置為笫一電壓之 后電池的充電電流的值變成預定值，則確定該電池已經(jīng)達到了預定電 荷狀態(tài).日本專利申請公開No. 2003-307557也公開了這樣一種估計設 備.
同時，已經(jīng)提出了一種控制方法，其中當交流發(fā)電機發(fā)電所需的 內(nèi)燃機燃料消耗的增量更小時，將該交流發(fā)電機的輸出電壓設置得更 大，以便降低內(nèi)燃機的燃料消耗.在實現(xiàn)這種控制方法時，希望當把 交流發(fā)電機的輸出電壓設成小值以利于電池的放電時，在有限范閨內(nèi) 對電池進行適當?shù)姆烹娨员憔S持電池的可靠性.為此目的，要求以高 精度估計電池的電荷狀態(tài).
在使用上述常規(guī)估計設備時存在一定問題.換言之，如果通過使 用所述估計設備來估計電池的電荷狀態(tài)并且之后依照電池的充電/放 電電流的積分值來更新電池的被估計狀態(tài)，那么由于電池的被估計電 荷狀態(tài)的精度低，因而不能充分地降低燃料消耗，可能出現(xiàn)的情況是， 所述估計設備以更短的間隔估計電池的電荷狀態(tài).然而，在這種情況 下，由于必須更加頻繁地進行用于估計目的的交流發(fā)電機的輸出電壓 控制，因而可能會阻止執(zhí)行用于降低燃料消耗的目的的交流發(fā)電機的 輸出電壓控制，

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于估計由車栽發(fā)電設備充電的可再充電電池的電
荷狀態(tài)的設備，所述車栽發(fā)電設備能夠產(chǎn)生可變輸出電壓，該估計設
備包含
檢測可再充電電池的充電/放電電流的檢測功能；以及
根據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)對電荷狀態(tài)進行估計的估計功能，所述關(guān)系數(shù)據(jù)定 義了輸出電壓、電荷狀態(tài)和收斂值之間的關(guān)系，充電/放電電流在改變 輸出電壓之后輸出電壓的變化低于預定值的狀態(tài)中經(jīng)過其暫態(tài)特性收 斂到所述收斂值.
本發(fā)明還提供了電荷控制系統(tǒng)，該電荷控制系統(tǒng)包括能夠產(chǎn)生可 變輸出電壓的車栽發(fā)電設備以及用于估計由車栽發(fā)電設備充電的可再 充電電池的電荷狀態(tài)的設備，該系統(tǒng)包含
檢測可再充電電池的充電/放電電流的檢測功能；以及
根據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)對電荷狀態(tài)進行估計的估計功能，所述關(guān)系數(shù)據(jù)定 義了輸出電壓、電荷狀態(tài)和收斂值之間的關(guān)系，充電/放電電流在改變 輸出電壓之后輸出電壓的變化低于預定值的狀態(tài)中經(jīng)過其暫態(tài)特性收 斂到所述收斂值.
依照本發(fā)明，可以精確地估計由車栽發(fā)電設備充電的可再充電電 池的電荷狀態(tài)，所述車栽發(fā)電設備能夠產(chǎn)生可變輸出電壓.
根據(jù)下面包括附圖和權(quán)利要求的說明，本發(fā)明的其他優(yōu)點和特征 將是顯然的.


在附圖中
圖1為示出了電荷控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的示圖，該電荷控制系統(tǒng) 包括本發(fā)明第一實施例的、用于估計可再充電電池的電荷狀態(tài)的設備;
圖2為示出了用于控制發(fā)電設備的輸出電壓的過程的流程圖，該 過程由包含在第一實施例的電荷控制系統(tǒng)中的ECU來執(zhí)行；
圖3為示出了在逐步增大發(fā)電設備的輸出電壓之后電池的充電電 流特性的時間圖4為示出了用于計算極化相關(guān)量的過程的流程圖，該過程由包 含在第一實施例的電荷控制系統(tǒng)中的ECU來執(zhí)行；
圖5為示出了在極化相關(guān)量為正的情況下極化相關(guān)量與電池的充 電電流之間的關(guān)系的時間困6為示出了在極化相關(guān)量為負的情況下極化相關(guān)量與電池的充 電電流之間的關(guān)系的時間圖7為示出了用于估計電池的SOC的過程的流程圖，該過程由包 含在第一實施例的電荷控制系統(tǒng)中的ECU來執(zhí)行；
困8為示出了在第一實施例中用于計算逐步增大發(fā)電設備的輸出 電壓之后電池電流收斂所需時間的配置的示困9A、 9B、 9C為用于解釋第一實施例中估計S0C的實例的時間圍IO為示出了用于估計電池的SOC的過程的流程圖，該過程由包 含在本發(fā)明第二實施例的電荷控制系統(tǒng)中的ECU來執(zhí)行.
具體實施方式
第一實施例
圖1為示出了電荷控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的示圖，該電荷控制系統(tǒng) 包括依照本發(fā)明第一實施例的、用于估計可再充電電池的電荷狀態(tài)的 設備.
在該系統(tǒng)中，發(fā)電設備10由交流發(fā)電機12和穩(wěn)定(regulate) 交流發(fā)電機12的輸出的穩(wěn)定器(regulator ) 14構(gòu)成.交流發(fā)電機12 在其轉(zhuǎn)子處機械地耦合到內(nèi)燃機(在該實施例中為汽油機)的曲軸22.
曲軸22的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn).
發(fā)電設備10具有電池終端TB，電池30 (在該實施例中為鉛酸電 池)連接到該電池終端TB.電力負荷42通過開關(guān)40并聯(lián)連接到電池 30.當打開點火開關(guān)(ignition switch) 44時，布置在電池終端TB 和電池30之間的電源線連接到發(fā)電設備10的點火終端TIG.在點火開 關(guān)44和點火終端TIG之間連接了充電燈(charge lamp) 46.
作為電力負荷的電子控制單元(此后稱為ECU) 50用于控制內(nèi)燃 機(internal combustion engine) 20和發(fā)電設備10,例如，ECU 50 控制電池終端TB的電壓，換言之，根據(jù)來自電流傳感器52的檢測值 以及來自溫度傳感器54的檢測值來控制發(fā)電設備10的輸出電壓，所 述電流傳感器52檢測從電池30放電的電流以及向電池30充電的電流， 所述溫度傳感器54檢測電池30的溫度.ECU 50向發(fā)電設備10的命令 終端TR輸出指定發(fā)電設備10的輸出電壓值的命令(此后稱為"命令 輸出電壓")，穩(wěn)定器14將發(fā)電設備10的輸出電壓穩(wěn)定在此命令輸
出電壓下.ECU 50通過發(fā)電設備10的監(jiān)視終端TF接收表示發(fā)電設備 IO的發(fā)電容量的發(fā)電狀態(tài)信號.發(fā)電容量由包含在穩(wěn)定器14中的開關(guān) 器件的占空比(打開時段與打開/關(guān)閉循環(huán)時段之比)度量.
在這個實施例中，控制輸出電壓，使得發(fā)電設備10發(fā)電所需的發(fā) 動機(engine) 20燃料消耗的增量在電池30的電荷狀態(tài)(此后稱為 SOC)的預定限度內(nèi)盡可能小.這里，將一般用5小時率容量(5-hour rate capacity)或10小時率容量表示的SOC量化成電池30的當前電 荷量與電池30的滿電荷量之比.已知可再充電電池的開路電壓(此后 稱為OCV)，即可再充電電池在其終端斷開時的輸出電壓隨著其SOC 的增大而增大.在這個實施例中，當SOC為IOOX時電池30的OCV為 12.8V,當SOC為OX時該OCV為11.8V.
接下來，參照圖2所示的流程圖來解釋該系統(tǒng)中的輸出電壓控制 過程.圖2為示出了用于設置輸出電壓的過程的流程困，該過程由該 實施例的ECU 50周期性地執(zhí)行.
由ECU 50周期性地執(zhí)行的這個過程通過在步驟S10確定電荷控制 系統(tǒng)安裝于其上的車輛是否處于減速狀態(tài)來開始.當車輛正在減速時， 由于車輛的驅(qū)動輪驅(qū)動曲軸22旋轉(zhuǎn)，因而用于交流發(fā)電機12發(fā)電的 能量從驅(qū)動輪側(cè)提供，并且相應地發(fā)動機20的燃料消耗降低(可能降 低至零).如果檢測出松開了車輛的加速板并且車輛速度在降低，那 么就可以確定車輛處于減速狀態(tài).
如果步驟S10的確定結(jié)果是肯定的，那么由于可以認為交流發(fā)電 機12發(fā)電所需的燃料消耗的增量相對小，因而該過程前進到步稞S12. 在步驟S12，將指定給發(fā)電設備10的命令輸出電壓設置為第一電壓VH 以利于對電池30充電.在這個實施例中，第一電壓VH例如設置為 14.7V,其高于當SOC為IOOX時電池30的OCV (例如為12.8V).
另一方面，如果步驟S10的確定結(jié)果是否定的，那么由于可以判
點，因而該過程前進到步猓S14.在步驟S14,確定車輛是否處于其中 要求大的發(fā)動機20轉(zhuǎn)矩的加速狀態(tài).如果檢測出加速板被壓低到超過 預定量并且車輛速度在增加，那么就可以確定車輛處于加速狀態(tài).
如果步騍S14的確定結(jié)果是肯定的，那么該過程前進到步驟S16， 在該步驟S16,將命令輸出電壓設置為比第一電壓VH低的第二電壓VL,
以便利于電池30的放電.
另一方面，如果步驟S14的確定結(jié)果是否定的，那么該過程前進 到步碟18,在該步驟中，執(zhí)行控制來調(diào)節(jié)命令輸出電壓，使得S0C保 持在恒定值.
當步驟S12、 S16和S18中的任何一個完成時，結(jié)束該過程.
如上所述設置命令輸出電壓使得在車輛處于某個駕駛狀態(tài)時產(chǎn)生 的電能在車輛處于其他駕駛狀態(tài)時被消耗掉成為可能，在所述某個駕 駛狀態(tài)下，發(fā)動機20燃料消耗的增量小.這使得降低發(fā)動機的燃料消 耗成為可能.然而，如果步稞S18中提及的SOC的精度低，那么降低 燃料消耗的效果就下降.例如，如果估計的SOC的精度低，那么在步 驟S18可以將實際的SOC控制在大于目標值的值上，其結(jié)果是，在步 驟S12的可充電功率量減小.這使得對電池30進行充分的充電在發(fā)電
所需的燃料消耗的增量小的時侯是困難的.
因此，在這個實施例中，以下述方式精確地估計SOC.圖3為示出 了在逐步增大發(fā)電設備10的輸出電壓之后電池30的充電電流特性的 時間圖.本申請的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當逐步增大發(fā)電設備10的輸出電 壓時，電池30的充電電流突然增大，然后逐漸收斂到由輸出電壓和SOC 確定的某個值，如圖3所示.然而，充電電流在直到其達到所述某個 值的時段期間的特性并不僅僅由輸出電壓和SOC來唯一地決定，而是 根據(jù)電池30的狀態(tài)而變化.可以認為，在緊接著發(fā)電設備10的輸出 電壓被改變之前，電池30的狀態(tài)是電池30的一種極化狀態(tài).這里的 極化是由于電池30的電極附近疏酸根離子的濃度分布而發(fā)生的現(xiàn)象。 極化狀態(tài)根據(jù)電池30的充電/放電歷史來決定.
在這個實施例中，將極化狀態(tài)量化成極化相關(guān)量P.在下文中，參 照圖4所示流程困來解釋計算極化相關(guān)量P的過程.
由ECU 50周期性地執(zhí)行的這個過程通過在步驟S20獲取電池30 的電流I(n)來開始.這里，"n"是表示采樣編號的參數(shù).在步驟S22, 確定先前計算的極化相關(guān)量P(n-l)是否等于或大于零，以便確定在電 池30中充電效果和放電效果中的哪一個保持更強烈.提供步稞S22的 原因在于，當在電池30中充電效果比放電效果保持更強烈時極化狀態(tài) 消失(dissolve)的速率不同于當在電池30中放電效果比充電效果保 持更強烈時極化狀態(tài)消失的速率.
如果步驟S22的確定結(jié)果是肯定的，那么由于可以確定在電池30 中充電效果比放電效果保持更強烈，因而該過程前進到步驟S24，在步
驟S24,將擴散時間常數(shù)T設置為充電時間常數(shù)TC.另一方面，如果
步驟S22的確定結(jié)果是否定的，那么由于可以確定在電池30中放電效 果比充電效果保持更強烈，因而該過程前進到步驟S26,在步驟S26, 將擴散時間常數(shù)t設置為放電時間常數(shù)Td ，該放電時間常數(shù)Td小于充 電時間常數(shù)TC，因為充電歷史比放電歷史更易于消失.
當步驟S24或步驟S26完成時，該過程前進到步驟S28以計算極 化相關(guān)量P(n).這里，極化相關(guān)量P(n)通過向先前計算的極化相關(guān)量 P(n-l)添加兩項來計算。兩項中的第一項為"yl(n).dt",其用于量 化充電/放電歷史.更詳細地說，該項用于根據(jù)該過程的采樣時間dt 和充電效率y來計算"rl(n)"的時間積分值，"yl(n)"表示與電池 30的電流I(n)相應的值.由于當電池30充電時電流I(n)為正，當電 池30放電時電流I(n)為負，因而可以量化充電/放電歷史.盡管在這 個實施例中充電效率Y是固定的，但是它可以根據(jù)電流I(n)的符號來 加以改變.
所述兩項中的第二項為"-P(n-l)'dt/T",其用于量化極化狀態(tài)的 衰減效應(電池30的電極附近的疏酸擴散現(xiàn)象). 當步驟S28完成時，結(jié)束該過程.
圖5為示出了在相關(guān)量P為正的情況下極化相關(guān)量P與電池30的 充電電流之間的關(guān)系的時間圖.如圖5所示，由于輸出電壓的變化引 起的充電電流的特性根據(jù)極化相關(guān)量P而發(fā)生改變。圖6為示出了在 極化相關(guān)量P為負的情況下極化相關(guān)量P與電池30的充電電流之間的 關(guān)系的時間圖.如圖6所示，在這種情況下，由于輸出電壓的變化引 起的充電電流的特性同樣根據(jù)極化相關(guān)量P而發(fā)生改變.
因此，在這個實施例中，充電電流收斂到收斂值所需的時間依照 極化相關(guān)量P來計算，以便根據(jù)SOC和收斂值之間的關(guān)系來估計SOC, 所述關(guān)系取決于輸出電壓.接下來，參照圖7所示流程圖來解釋用于 依照轉(zhuǎn)換值估計SOC的過程，該過程由ECU 50周期性地執(zhí)行.
在下文中，首先就其中圖2步驟S12的充電操作繼續(xù)直到完成對 SOC的估計的情況進行解釋.此后，就其中圖2步猓S12的充電操作在 完成對SOC的估計之前結(jié)束的情況進行解釋.
〈充電操作繼續(xù)直到完成對soc的估計的情況>
該估計過程通過在步驟S40檢查恒定電壓充電標志Fc是否為"1" 來開始，檢查的目的是確定命令輸出電壓是否被設置為笫一電壓VH以 利于對電池30充電.如果步驟S40的檢查結(jié)果是否定的，那么該過程 前進到步驟S42，在步驟S42，確定命令輸出電壓是否剛好被設置為第 一電壓VH以便確定是否在先前執(zhí)行的過程中沒有將命令輸出電壓設置 為第一電壓VH，并且在當前執(zhí)行的過程中剛好設置為第一電壓VH.如 果步稞S42的確定結(jié)果是肯定的，那么該過程前進到步騍S44.在步碟 S44,將恒定電壓充電標志Fc設置為"1",并且根據(jù)極化相關(guān)量P和 溫度BT計算充電電流收斂所需的時間.圖8為示出了實現(xiàn)步驟S44的 操作的配置的示圖.如圖8所示，該配置包括所需時間基值計算部分 B2、溫度補償部分B4和所需時間計算部分B6.
所需時間基值計算部分B2根據(jù)極化相關(guān)量P計算所需時間T的基 值.這里，在極化相關(guān)量P為正的區(qū)域中，當極化相關(guān)量P更大時將 所需時間T設置得更長.這是因為，當充電效果保持更強烈時，該效 果消失所需的時間更長.另一方面，在極化相關(guān)量P為負的區(qū)域中， 當所述相關(guān)量P的絕對值更大時將所需時間T設置得更長。這是因為， 當放電效果保持更強烈時，該效果消失所需的時間更長.如上所述， 由于放電效果比充電效果更難于消失，相比于當在電池30中充電效果 保持更強烈時，當在電池30中放電效果保持更強烈時將所需時間T設 置得更長.
溫度補償部分B4通過使用補償系數(shù)KT來量化所需時間T的溫度 依賴關(guān)系.補償系數(shù)KT的值隨著溫度BT的升高而增大.所需時間計 算部分B6將所需時間T的基值乘以補償系數(shù)KT來計算經(jīng)過溫度補償 的所需時間T.
在圖7的步驟S46,獲取電池30的電流I(n).在步驟S48,確定 所需時間T是否已經(jīng)流逝.在這個過程中，由于剛好已經(jīng)將命令輸出 電壓改變成第一電壓VH,因而步碟S48的確定結(jié)果變?yōu)榉穸?當在步 稞S48中做出否定的確定結(jié)果時，結(jié)束該過程.
當下一次啟動該過程時，由于步稞S48的確定結(jié)果變?yōu)榭隙?，?過程前進到步猓S50.在這種情況下，在步驟S50，確定命令輸出電壓 是否已經(jīng)從第一值VH改變成其他值以便確定電池30的充電搮作是否
已經(jīng)結(jié)束，電池30的充電操作期間輸出電壓固定為笫一電壓VH.如果 步躁S50的確定結(jié)果是否定的，那么該過程前進到步驟S46.重復步槺 S46和S48，直到所需時間T流逝.
在所需時間T流逝之后，在步驟S52確定電池電流的收斂值If為 電池30的電流I(n)的當前實際值.在步驟S54，確定是否允許執(zhí)行對 SOC的估計.即，判斷是否可以根據(jù)收斂值和SOC之間的關(guān)系準確地估 計SOC，所述關(guān)系取決于輸出電壓.在這個實施例中，如果下列兩個條 件(A)和(B)都滿足，則確定允許執(zhí)行對SOC的估計.
(A) 在對電流I采樣期間的時段內(nèi)，發(fā)電設備10可以提供給電 池30的電流量高于預定水平.
(B) 在采樣時段期間電流I的變化量低于預定值.
條件(B)是出于如下亊實而給出的當電流I的變化大時，由于 電力負荷42的電流消耗的變化大，因而SOC的估計誤差可能變?yōu)榇蟮?不可接受.
用于確定電流I是否可以為收斂值If的條件(A)是出于如下事 實而給出的當可提供的充電電流小于收斂值時，不可能根據(jù)收斂值 和SOC之間的關(guān)系來估計SOC,所述關(guān)系取決于輸出電壓。條件(A) 可以是下列條件(1) - (3)中的任何一個.
(1)發(fā)電設備10的發(fā)電容量低于預定容量.如上所述，發(fā)電容 量由穩(wěn)定器的占空比來限定，當占空比大并且相應地發(fā)電容量大時， 由于流入電力負荷的電流大，因而電池30可以提供的充電電流不能達 到收斂值，
(2 )發(fā)電設備10的發(fā)電電流低于根據(jù)其旋轉(zhuǎn)速度而確定的閾值. 發(fā)電設備10的發(fā)電容量取決于旋轉(zhuǎn)速度.當發(fā)電電流相對于旋轉(zhuǎn)速度 過大時，由于流入電力負荷的電流大，因而可以提供的充電電流不能 達到收斂值.
(3)電力負荷的電流消耗低于預定值.當電力負荷的電流消耗過 大時，可以提供的充電電流不能達到收斂值.
如果步驟S54的確定結(jié)果是肯定的，那么該過程前進到步驟S56， 在步猓S56，根據(jù)收斂值If和電池30的溫度BT來估計SOC.在估計 SOC中使用電池30的溫度BT的原因在于，依照輸出電壓和SOC的收斂 值If根據(jù)電池30的溫度而變化.更詳細地說，收斂值If隨著溫度的
升高而增大，在這個實施例中，在補償收斂值If和soc之間關(guān)系的溫 度依賴關(guān)系的同時執(zhí)行對S0C的估計，從而不管電池30的溫度BT,如 何都精確地估計出SOC. SOC可以通過使用定義溫度BT、收斂值If和 SOC之間關(guān)系的二維映射來估計.可替換地，可以依照溫度BT來校正 通過使用定義收斂值If和SOC之間關(guān)系的映射而計算的S0C,
當步驟S56完成或者步驟S54的確定結(jié)果為否定時，該過程前進 到步驟S58.在步猓S58，擦除電流的采樣值.
〈充電操作在完成對S0C的估計之前中斷的情況〉
在這種情況下，由于步驟S50的確定結(jié)果變?yōu)榭隙ǎ蚨撨^程 前進到步稞S60.在步驟S60,將恒定電壓充電標志設置為"0".隨 后在步槺S62,確定電池30的電流的樣本數(shù)是否等于或者大于預定數(shù) N，以便確定是否可以從這些樣本中精確地估計收斂值。如果步稞S62 的確定結(jié)果是肯定的，那么該過程前進到步驟S64,在步驟S64，根據(jù) 在命令輸出電壓被設置為第一電壓VH的時段期間采用的電池電流I的 樣本，假設命令輸出電壓被設置為第一電壓VH的時段繼續(xù)，導出代表 充電電流的時間演變的關(guān)系表達式f.
更確切地說，假設如果命令輸出電壓被設置為第一電壓VH的時段 繼續(xù)，那么SOC不發(fā)生改變，則關(guān)系表達式f代表了充電電流的時間 演變.關(guān)系表達式f可以從這些樣本中的多個導出的原因在于，當命 令輸出電壓被設置為第一電壓VH時突然增大并且然后逐漸減小的充電 電流變化率，在收斂之后相比于收斂之前非常小.更詳細地說，在收 斂之后，由于充電電流隨著SOC的適度變化而逐漸減小，因而相比于 收斂之前充電電流表現(xiàn)出暫態(tài)特性的情況，充電電流的變化率絕對值 非常小.因此，可以從收斂之前采取的樣本中導出所述關(guān)系表達式， 假設在命令輸出電壓被設置為第一電壓VH的時段持續(xù)較長時間的情況 下SOC不發(fā)生變化，那么該關(guān)系表達式表示出時間和充電電流之間的 關(guān)系.
這個關(guān)系表達式f表明，充電電流的減小率隨著時間而降低并且
收斂到大于0的某個值.在這個實施例中，所執(zhí)行的關(guān)系表達式f的
推導滿足以下條件當分別針對多個不同的樣本組(每個組包含多個 所述樣本)來確定關(guān)系表達式f時，通過這些確定出的關(guān)系表達式而 估計的收斂值具有相同的值.這是因為，如圖3所示，由于極化等的
影響，即使對于相同值的soc，也不能唯一地確定收斂之前充電電流的
暫態(tài)特性.因此，不管關(guān)系表達式f從哪個樣本組導出，都要求該關(guān) 系表達式f允許以相同的值估計收斂值.這在關(guān)系表達式f具有不止 兩個參數(shù)的情況下是可能的.在這個實施例中，將表達式
"f-a*exp(-bt)+c"用作所述關(guān)系表達式f.參數(shù)a、 b、 c通過使用例 如最小二乘法從多個所述樣本中確定.
在后續(xù)步驟S66,依照關(guān)系表達式f來估計收斂值If.這里，將 常數(shù)項c (截距)確定為收斂值If.當步驟S66完成時，該過程前進 到步驟S54.
如圖9A所示，在命令輸出電壓被設置為第一電壓VH的時段比所 需時間T更長的情況下，所需時間T取決于這個時間的極化狀態(tài)，根 據(jù)在所需時間T流逝的時刻的充電電流的值，可以通過上述搮作將SOC 估計為收斂值If,由于以下原因，使用所需時間T流逝的時刻的充電 電流的值使得將估計SOC的精度保持在高水平成為可能.所需時間T 流逝的時機(timing)是命令輸出電壓改變?yōu)榈谝浑妷篤H之前極化的 影響消失的時機.換言之，這個時機是充電電流和SOC之間的關(guān)系變 得最明確的時機.如果使用所需時間T流逝之后的充電電流的值，那 么就降低了估計SOC的精度，因為SOC逐漸變化，并且此外由于電池 30的充電狀態(tài)的持續(xù)而引起的極化的影響變得突出，所述電池30的充 電狀態(tài)的持續(xù)是由把命令輸出電壓設置為第一電壓VH造成的.
通過將第一電壓VH設置為比SOC為IOOX時的電池30的0CV充分 大的電壓，那么變得可能的是，收斂值根據(jù)SOC的值而顯著不同，如 圖9B所示.這使得將估計SOC的精度保持在高水平成為可能.
另一方面，在命令輸出電壓被設置為第一電壓VH的時段比所需時 間T更短的情況下，依照圖9C中所示實線表示的相對表達式(relative expression )f估計收斂值If,然后根據(jù)該估計的收斂值If來估計S0C. 在圖9C中，白圍表示SOC的三個不同值中的每一個的樣本值.在這三 種情況中的每一種情況下，根據(jù)在從改變命令輸出電壓的時刻開始的6 秒鐘內(nèi)獲取的充電電流的樣本導出關(guān)系表達式f.實際上，在圖9C所 示的情況下，電流采樣搮作在已經(jīng)獲取了用于導出關(guān)系表達式f的樣 本之后繼續(xù)，以便依照關(guān)系表達式f來評估SOC的估計精度.由圖9C 可見，在這三種情況中的每一種情況下，依照關(guān)系表達式f而確定的
被估計充電電流與已經(jīng)獲取了用于導出關(guān)系表達式f的樣本之后測量 的實際充電電流十分相似.
上面描述的本發(fā)明的實施例提供了下列優(yōu)點.
(1) SOC是根據(jù)發(fā)電設備10的輸出電壓，以及S0C和電池30的 充電電流的收斂值之間的關(guān)系來估計的.這使得適當?shù)毓烙嬰姵?0的 電荷狀態(tài)成為可能.
(2 )SOC是通過在命令輸出電壓被設置為第一電壓VH之后使用多 個被檢測的充電電流的值來估計收斂值If而估計的.所需時間T，即 充電電流收斂所需的時間大約為IO秒.因此，如果僅在命令輸出電壓 固定長得足夠充電電流收斂的時段時執(zhí)行對SOC的估計，那么執(zhí)行對 SOC的估計的頻度就不可能足夠高.在這個實施例中，由于通過使用多 個檢測的充電電流的值來估計收斂值，因而即使命令輸出電壓保持不 變的時段沒有持續(xù)到充電電流收斂，也可以獲得有關(guān)收斂值的數(shù)據(jù). 這使得執(zhí)行對SOC的估計的頻度保持為高成為可能.
(3 )允許估計充電電流的時間變化的關(guān)系表達式f是根據(jù)多個檢 測的充電電流的值來導出的，并且然后依照導出的關(guān)系表達式f來計 算收斂值.這使得根據(jù)該計算的收斂值來適當?shù)毓烙婼OC成為可能. 這使得適當?shù)毓烙嬍諗恐党蔀榭赡?
(4) 當根據(jù)收斂值來估計SOC時，考慮了電池的溫度.這使得精 確地估計SOC成為可能，因為可以補償收斂值和SOC之間關(guān)系的溫度 依賴關(guān)系.
(5) 當命令輸出電壓被固定為第一電壓VH的時段比所需時間T 更長時，根據(jù)檢測的充電電流的值來估計電池30的SOC.這使得盡可 能精確地估計SOC成為可能.
(6) 所需時間T是根據(jù)極化相關(guān)量P來計算的.這使得適當?shù)赜?算所需時間T成為可能。
(7) 對SOC的估計是在發(fā)電設備10對電池30充電時執(zhí)行的.所 希望的是，輸出電壓顯著不同于電池30的開路電壓OCV，使得取決于 輸出電壓的收斂值明確地依照SOC而變化。另一方面， 一般情況下， 相比于以高電壓設置命令輸出電壓，在以低電壓設置命令輸出電壓方 面存在嚴格限制.在這個方面，由于SOC是在對電池30充電時估計的， 因而在這個實施例中可以將通過使用收斂值和SOC之間的關(guān)系來執(zhí)行
對soc的估計的頻度保持為高，所述關(guān)系取決于輸出電壓.
(8 )對S0C的估計是在發(fā)電設備10可以提供給電池30的電流量 高于預定值時執(zhí)行的，這使得精確地估計SOC成為可能.
(9 )可以使得命令輸出電壓根據(jù)發(fā)電所需的發(fā)動機燃料消耗的增 量而變化.由于經(jīng)常出現(xiàn)在充電電流收斂之前命令輸出電壓發(fā)生改變 的情況，因此在這種情況下依照關(guān)系表達式f來估計收斂值If是特別 有效的.
(10 )命令輸出電壓在車輛減速時被設置為笫一電壓VH以利于對 電池30的充電，并且在車輛處于正常運行模式時根據(jù)SOC來設置.為 了如上設置命令輸出電壓以便降低燃料消耗，要求在每個時刻檢測 SOC.依照其中每當命令輸出電壓被設置為笫一電壓VH時可以估計SOC 的這個實施例，可以有效地降低燃料消耗，因為SOC的估計精度可以 保持為高，
笫二實施例
接下來，以強調(diào)與第一實施例的區(qū)別的方式描述本發(fā)明的第二實 施例.
在第二實施例中，在發(fā)電設備10的輸出電壓固定并且電池30放 電時估計SOC.
圖IO為示出了用于估計SOC的過程的流程圖，該過程由這個實施 例的ECU 50來周期性地執(zhí)行.在圖10中，相同的步驟編號分別指定 與圖7所示步驟相同或相應的步猓，
這個步稞通過在步躁S40a確定恒定電壓放電標志Fd是否處于"l" 以表示應當執(zhí)行圖2中所示步驟S16來開始.如果步驟S40a的確定結(jié) 果是否定的，那么該過程前進到步碟S42a,在步騍S42a,確定是否剛 好將命令輸出電壓改變?yōu)榈诙妷篤L.如果步驟S42a的確定結(jié)果是肯 定的，那么該過程前進到步驟S44a,在步驟S44a，執(zhí)行除了恒定電壓 放電標志Fd被設置為"1"而不是恒定電壓充電標志Fc被設置為"1" 之外與圖7中所示步樣S44的搮作相同的操作，另一方面，如果步驟 S40a的確定結(jié)果是肯定的，那么該過程前進到步驟S50a，在步稞S50a， 確定命令輸出電壓是否剛好從笫二電壓VL改變?yōu)槠渌妷?如果步驟 S50a的確定結(jié)果是肯定的，那么該過程前進到步驟S60a,在步驟S60a, 將恒定電壓放電標志Fd設置為"0".在步驟S54a，確定是否允許執(zhí)
行對S0C的估計.在該過程中，當滿足上述條件(B)和(C)時，允 許執(zhí)行對SOC的估計.原因在于，如果電力負荷42的消耗電流過小， 那么電池30的放電電流的收斂值就與輸出電壓和SOC無關(guān).
該第二實施例也提供了由第一實施例提供的上述優(yōu)點(1) - ( 6 )、 (9)和(10).
其他實施例
上述實施例可以如下所述進行修改.
在上面的實施例中，收斂值是只在命令輸出電壓固定的時段比所 需時間T更短時根據(jù)關(guān)系表達式來估計的.然而，收斂值可以根據(jù)關(guān) 系表達式來估計，而不管命令輸出電壓固定的時段比所需時間T更長 還是更短.在這種情況下，希望提供用于根據(jù)檢測的電池電流的值來 評估被估計的收斂值的可靠性的方法.這種方法可以被配置成，如果 在緊接著命令輸出電壓被改變之前檢測的電池電流的值比收斂值的估 計值小于預定值，那么就確定被估計的收斂值的可靠性為低.這種配 置使得禁止根據(jù)其可靠性已被評估為低的被估計收斂值來估計S0C或 者無效估計的SOC成為可能.
用于估計電池30的充電電流或放電電流的關(guān)系表達式并不限于在 上述實施例中例舉的表達式.例如，其可以是"f=a/(t.t)+b/t+c", 或者"f=a/t+b"，或者"f=l/(at+b)+c/t".
根據(jù)在估計之前檢測的充電或放電電流的多個值來估計充電或放 電電流的特性的方法并不限于使用該關(guān)系表達式的方法.例如，充電 或放電電流的特性可以通過使用一定方法來估計，所述方法用于根據(jù) 三個或多個檢測值中的每時間上相鄰的兩個之差以及所述三個或多個 檢測值中的最早的值來計算電池電流的收斂值.該方法可以通過定義 了每時間上相鄰的兩個檢測值之差、所述最早的檢測值以及收斂值之 間的關(guān)系的映射來實現(xiàn).此外，充電或放電電流的特性可以通過使用 一定方法來估計，所述方法用于通過根據(jù)上述差值計算檢測值的減小 率并且在減小率為零時計算電池電流的減小量來估計收斂值.同樣， 這種方法必須滿足如下條件分別針對多個不同樣本組估計的收斂值 具有相同的值，所述樣本組中的每一個包括多個所述樣本.
用于根據(jù)充電/放電歷史計算極化相關(guān)量P的表達式并不限于上述 實施例中例舉的表達式.例如，可以根據(jù)與困4的步驟S28中示出的
表達式相同的表達式來計算極化相關(guān)重P，在該表達式中，刪除了定量
表示硫酸擴散的項"-P(n-l)'dtAr".
在上面的實施例中，盡管SOC是根據(jù)電池30的電流的值或者根據(jù) 依照所述關(guān)系表達式估計的電池30的電流的收斂值來估計的，但是估 計SOC的方法并不限于此.例如，SOC可以根據(jù)在其變化變得低于預定 值時檢測的電池30的電流的值來估計.
用于依照發(fā)電所需的燃料消耗的增量改變輸出電壓的控制并不限 于上述控制.例如，在困2所示的過程中，如果步驟S10的確定結(jié)果 是否定的，那么可以一直執(zhí)行步驟S18.再例如，如日本專利申請公開 No. 2002-118905或者No. 2004-260908中所描述的，發(fā)電設備的輸出 電壓可以依照發(fā)電設備的每單位生成功率的發(fā)動機燃料消耗的增量來 控制.同樣在這種情況下，當其中輸出電壓的變化低于預定水平的狀 態(tài)繼續(xù)時，可以按照上面的實施例中描述的方式來估計S0C.在命令輸 出電壓發(fā)生各種變化的情況下，優(yōu)選的是，不僅依照極化相關(guān)量P而 且依照命令輸出電壓來計算所需時間T,因為所需時間T可以根據(jù)命令 輸出電壓而變化.此外，由于收斂值If也可以根據(jù)命令輸出電壓而變 化，因而優(yōu)選的是，在根據(jù)收斂值If估計SOC時考慮命令輸出電壓.
檢測電池30的電流的方法并不限于使用來自電流傳感器52的檢 測電流的方法。例如，電池30的電流可以根據(jù)電力負荷42的消耗電 流以及發(fā)電設備10的輸出電流來檢測.
電池30不一定必須為鉛酸電池.在將其輸出電流受到其極化狀態(tài) 很大影響的電池用作電池30的情況下，通過使用關(guān)系表達式f來計算 所需時間T、估計收斂值是特別有效的.
內(nèi)燃機20并不限于諸如汽油機之類的火花點火型發(fā)動機.例如， 發(fā)動機20可以是諸如柴油機之類的壓縮點火型發(fā)動機.
盡管上述實施例針對的是其中可再充電電池安裝在單個內(nèi)燃機作 為驅(qū)動功率源的車輛上的情況，但是本發(fā)明可應用于安裝在混合動力 車輛上的可再充電電池.
上述優(yōu)選實施例舉例說明了本申請的發(fā)明，其僅由下面隨附的權(quán) 利要求來限定.應當理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到對這些優(yōu)選實施 例做出各種修改.
權(quán)利要求
1.一種用于估計由車載發(fā)電設備充電的可再充電電池的電荷狀態(tài)的設備，所述車載發(fā)電設備能夠產(chǎn)生可變輸出電壓，該估計設備包含檢測所述可再充電電池的充電/放電電流的檢測功能；以及根據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)對所述電荷狀態(tài)進行估計的估計功能，所述關(guān)系數(shù)據(jù)定義了所述輸出電壓、所述電荷狀態(tài)和收斂值之間的關(guān)系，所述充電/放電電流在所述輸出電壓改變之后所述輸出電壓的變化低于預定值的狀態(tài)中經(jīng)過其暫態(tài)特性收斂到所述收斂值。
2. 依照權(quán)利要求l的設備，其中所述估計功能通過使用由所述檢 測功能檢測的所述充電/放電電流的多個值來進行所述估計.
3. 依照權(quán)利要求1的設備，其中所述估計功能依照所述充電/放 電電流的所述值中的所述多個來估計所述收斂值并且根據(jù)所述估計的 收斂值來進行所述估計。
4. 依照權(quán)利要求l的設備，其中所述估計功能包括導出關(guān)系表 達式的功能，該關(guān)系表達式允許隨著時間根據(jù)所述充電/放電電流的所 述值中的所述多個來估計所述充電/放電電流的變化；依照所述導出的 關(guān)系表達式來計算所述收斂值的功能；以及根據(jù)所述計算的收斂值和 所述關(guān)系數(shù)據(jù)來估計所述電荷狀態(tài)的功能，
5. 依照權(quán)利要求l的設備，其中所述估計功能在進行所述估計時 考慮了所述可再充電電池的溫度.
6. 依照權(quán)利要求l的設備，其中所述估計功能被配置成確定所述 充電/放電電流是否實際上已經(jīng)收斂到所述收斂值，并且當所述確定為 肯定時，根據(jù)確定已經(jīng)收斂到所迷收斂值的所述充電/放電電流的檢測 值來進行所述估計.
7. 依照權(quán)利要求6的設備，還包含量化所述可再充電電池的充電 /放電歷史的量化功能，所述估計功能根據(jù)所述量化的充電/放電歷史 來計算所述充電/放電電流達到所述收斂值所需的時間并且根據(jù)所述計算的時間來進行所述確定.
8. 依照權(quán)利要求l的設備，其中所述估計功能在所述可再充電電 池由所述發(fā)電設備充電時進行所述估計.
9. 依照權(quán)利要求l的設備，其中所述可再充電電池和所述發(fā)電設 備與電力負荷連接，并且所述估計功能在所述可再充電電池放電時進 行所述估計.
10. 依照權(quán)利要求1的設備，其中所述可再充電電池和所述發(fā)電設備與電力負荷連接，并且在其中所述發(fā)電設備可以提供給所述可再 充電電池的電流大于預定電流的狀態(tài)下，所述估計功能在所述可再充 電電池由所述發(fā)電設備充電時進行所述估計.
11. 依照權(quán)利要求1的設備，其中所述發(fā)電設備被配置成受車栽 內(nèi)燃機的輸出軸的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，并且所述發(fā)電設備的所述輸出電壓依 照所述發(fā)電設備發(fā)電所需的所述車栽內(nèi)燃機的燃料消耗的增量來加以 控制.
12. 依照權(quán)利要求1的設備，其中所述發(fā)電設備被配置成受車栽 內(nèi)燃機的輸出軸的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)，并且所述發(fā)電設備的所述輸出電壓在 所述發(fā)電設備發(fā)電所需的所述車栽內(nèi)燃機的燃料消耗的增量等于或低 于預定閾值時被設置為利于對所述可再充電電池充電的值，并且在所 述增量高于所述預定閾值時被設置為取決于所述電荷狀態(tài)的值.
13. —種電荷控制系統(tǒng)，包括能夠產(chǎn)生可變輸出電壓的車栽發(fā)電 設備以及用于估計由所述車栽發(fā)電設備充電的可再充電電池的電荷狀 態(tài)的設備，所述系統(tǒng)包含檢測所述可再充電電池的充電/放電電流的檢測功能；以及 根據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)對所述電荷狀態(tài)進行估計的估計功能，所述關(guān)系數(shù) 據(jù)定義了所述輸出電壓、所述電荷狀態(tài)和收斂值之間的關(guān)系，所述充 電/放電電流在所述輸出電壓改變之后所述輸出電壓的變化低于預定 值的狀態(tài)中經(jīng)過其暫態(tài)特性收斂到所述收斂值.
全文摘要
本發(fā)明提供估計車載發(fā)電設備充電的可再充電電池電荷狀態(tài)的設備。本設備用于估計由車載發(fā)電設備充電的可再充電電池的電荷狀態(tài)，所述車載發(fā)電設備能夠產(chǎn)生可變輸出電壓。該估計設備包含檢測所述可再充電電池的充電/放電電流的檢測功能；以及根據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)對所述電荷狀態(tài)進行估計的估計功能，所述關(guān)系數(shù)據(jù)定義了所述輸出電壓、所述電荷狀態(tài)和收斂值之間的關(guān)系，所述充電/放電電流在所述輸出電壓改變之后所述輸出電壓的變化低于預定值的狀態(tài)中經(jīng)過其暫態(tài)特性收斂到所述收斂值。
文檔編號H01M10/48GK101357618SQ20081014550
公開日2009年2月4日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者外村征幸, 小野博明 申請人:株式會社電裝