專利名稱：二次電池的狀態(tài)推定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二次電池的狀態(tài)推定裝置，更具體地說，涉及一種按照能夠動(dòng)態(tài) 地推定二次電池內(nèi)部狀態(tài)的電池模型的二次電池的狀態(tài)推定裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在使用一種電源系統(tǒng)利用可充放電的二次電池將電源提供給負(fù)載，并且根據(jù) 需要在該負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)中也能夠?qū)υ摱坞姵剡M(jìn)行充電。代表性的是，具備由二次電池驅(qū)動(dòng) 的電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力源的混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車裝載了這種電源系統(tǒng)。在這種電源系統(tǒng)中，除了二次電池的儲(chǔ)存電力被使用于作為驅(qū)動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)的 驅(qū)動(dòng)電力以外，通過該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行再生發(fā)電時(shí)的發(fā)電電力、隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)而發(fā)電的發(fā) 電機(jī)的發(fā)電電力等對(duì)該二次電池進(jìn)行充電。在這種電源系統(tǒng)中，對(duì)二次電池的狀態(tài)推定裝 置，代表性的是要求準(zhǔn)確地求出相對(duì)于滿充電狀態(tài)的充電率(S0C:state of charge) 0艮口， 需要在充放電期間、緊接著充放電之后準(zhǔn)確地依次推定二次電池的充電率，限制二次電池 的過量充放電。另外，當(dāng)隨著二次電池的使用而二次電池的狀態(tài)逐漸發(fā)生變化(二次電池 劣化)時(shí)，二次電池的電池參數(shù)(內(nèi)部電阻、滿充電容量等)發(fā)生變化。因而，要求與這樣 的經(jīng)年變化對(duì)應(yīng)地高精度地推定二次電池的狀態(tài)。例如在日本特開2005-37230號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中公開了一種劣化檢測(cè)裝置以 及方法，即，通過將根據(jù)測(cè)量出的電池電流的累計(jì)值求出的實(shí)測(cè)SOC與根據(jù)推定出的電池 電流的累計(jì)值求出的推定SOC之間的差，與預(yù)定量進(jìn)行比較，來檢測(cè)電池的劣化。例如在日本特開2003-2M901號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)中公開了一種電池容量管理 方法，即，根據(jù)無負(fù)載狀態(tài)的電池的開路電壓算出電池的S0C，并且算出直到無負(fù)載狀態(tài)為 止的負(fù)載狀態(tài)的電池放電電流累計(jì)量，根據(jù)所算出的SOC和放電電流累計(jì)量來算出電池的 總實(shí)力容量(總滿充電容量)。例如在日本特開2005-269760號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)中公開了一種用于能夠提高 剩余容量的算出精度的充電電池。根據(jù)該文獻(xiàn)，充電電池具備累計(jì)放電量算出單元，其在 充電電池處于放電狀態(tài)時(shí)算出累計(jì)放電量而進(jìn)行存儲(chǔ)；元件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其存儲(chǔ)充電電 池的等效電路的電路元件的數(shù)據(jù)；推定放電特性算出單元，其根據(jù)元件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的數(shù) 據(jù)和當(dāng)前放電電流值得到與充電率相應(yīng)的推定放電特性；充電率算出單元，其根據(jù)開始放 電時(shí)的充電電池的剩余容量以及之后由累計(jì)放電量算出單元算出的累計(jì)量來算出；以及放 電特性校正單元，其算出當(dāng)前充電率的充電電池的電壓值與滿充電時(shí)的電壓值之間的差和 根據(jù)與當(dāng)前充電率對(duì)應(yīng)的推定放電特性得到的電壓值與滿充電時(shí)的電壓值之間的差的比 率，根據(jù)比率來校正推定放電特性。充電電池根據(jù)校正后的推定放電特性得到上述開始放 電時(shí)的充電電池的剩余容量。專利文獻(xiàn)1 日本特開2005-37230號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2003-2M901號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2005-269760號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在日本特開2005-37230號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中，示出根據(jù)實(shí)測(cè)SOC和推定SOC 來判定電池的劣化這一點(diǎn)，但是沒有特別示出與劣化的電池有關(guān)的其它信息、例如用于算 出開路電壓特性或者滿充電容量等的技術(shù)。根據(jù)日本特開2003-2M901號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)所公開的方法，需要測(cè)量無負(fù)載 狀態(tài)下的開路電壓。但是，在構(gòu)成為能夠?qū)Χ坞姵剡M(jìn)行充放電的電源系統(tǒng)中，有可能產(chǎn)生 這種無負(fù)載狀態(tài)的機(jī)會(huì)少。另外，即便在產(chǎn)生無負(fù)載狀態(tài)的情況下，也會(huì)由電池內(nèi)部的反應(yīng) 參與物質(zhì)的擴(kuò)散而產(chǎn)生電壓變化，因此為了高精度地測(cè)量開路電壓，需要該無負(fù)載狀態(tài)長(zhǎng) 時(shí)間持續(xù)。例如在上述混合動(dòng)力汽車或者電動(dòng)汽車中，被認(rèn)為產(chǎn)生這種無負(fù)載狀態(tài)的機(jī)會(huì) 少并且無負(fù)載狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間也短。因而，被認(rèn)為在混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車中，通過該方 法來推定電池容量的機(jī)會(huì)少。另外，在日本特開2003-2M901號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)所公開 的方法中，以該電池的相對(duì)容量值由電池的放電后的開路電壓唯一地確定為前提條件，但 是在電池劣化的情況下有時(shí)開路電壓與相對(duì)容量值的關(guān)系發(fā)生變化，在這種情況下有可能 無法正確地推定總實(shí)力容量。日本特開2005-269760號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)所公開的方法是以放電期間的電流 值為固定的情況為前提的方法。但是，在負(fù)載狀態(tài)發(fā)生大變化的情況下，電流值發(fā)生大的變 化，因此難以應(yīng)用該方法。例如在混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車中，負(fù)載狀態(tài)根據(jù)車輛的行駛狀 態(tài)來發(fā)生大的變化，因此電流值也發(fā)生大變化。因而，在混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車中難以應(yīng) 用該方法。本發(fā)明是為了解決這樣的問題點(diǎn)而完成的，本發(fā)明的目的在于，在按照電池模型 推定二次電池的狀態(tài)量的二次電池的狀態(tài)推定裝置中，防止由與電池狀態(tài)的變化對(duì)應(yīng)的參 數(shù)值變化的影響而引起的推定精度的惡化，實(shí)現(xiàn)確保與電池的經(jīng)年變化對(duì)應(yīng)的電池模型的 推定精度。本發(fā)明的二次電池的狀態(tài)推定裝置具備檢測(cè)部、電池狀態(tài)推定部以及參數(shù)推定 部。檢測(cè)部檢測(cè)二次電池的電池電壓、電池電流以及電池溫度。電池狀態(tài)推定部構(gòu)成為基 于電池溫度的檢測(cè)值、以及作為電池電壓和電池電流中的一方的第一狀態(tài)量的檢測(cè)值，按 照電池模型公式，依次推定二次電池的充電率、二次電池的開路電壓以及作為電池電壓和 電池電流中的另一方的第二狀態(tài)量。參數(shù)推定部構(gòu)成為基于第二狀態(tài)量的檢測(cè)值和推定 值，算出表示第二狀態(tài)量的檢測(cè)值和推定值之間的差異的推定誤差，并且基于充電率和開 路電壓中的任一方以及推定誤差，推定電池模型公式中使用的參數(shù)群中的根據(jù)二次電池的 狀態(tài)變化而變化的預(yù)定參數(shù)。電池狀態(tài)推定部使參數(shù)推定部的預(yù)定參數(shù)的推定結(jié)果反映到 電池模型公式，由此校正正極開路電位和負(fù)極開路電位，并且基于經(jīng)校正的正極開路電位 和負(fù)極開路電位來推定開路電壓。根據(jù)上述二次電池的狀態(tài)推定裝置，檢測(cè)出電池狀態(tài)推定部所推定的第二狀態(tài)量 的推定值與檢測(cè)部所檢測(cè)出的第二狀態(tài)量的檢測(cè)值之間的差異(推定誤差)，根據(jù)該推定 誤差和充電率來推定使用于電池模型公式的參數(shù)群中的根據(jù)二次電池的狀態(tài)變化而變化 的預(yù)定的參數(shù)。在由于電池劣化而開路電壓特性發(fā)生變化的情況下，在由電池狀態(tài)推定部 算出的開路電壓的推定值與電池的實(shí)際開路電壓之間產(chǎn)生差異。在這種情況下，在由電池狀態(tài)推定部推定出的第二狀態(tài)量的推定值與由檢測(cè)部檢測(cè)出的第二狀態(tài)量的檢測(cè)值之間 也產(chǎn)生推定誤差。根據(jù)該推定誤差和充電率來校正用于電池模型的預(yù)定參數(shù)，由此校正正 極開路電位和負(fù)極開路電位，因此能夠校正電池模型的開路電壓特性。其結(jié)果是，能夠高精 度地推定由二次電池的劣化弓I起變化的開路電壓特性。優(yōu)選參數(shù)推定部以使得推定誤差相對(duì)于充電率的變化率變得最小的方式推定預(yù) 定的參數(shù)。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠?qū)⒂呻姵貭顟B(tài)推定部推定出的開路電壓特性校正為與實(shí) 際電池的開路電壓特性一致。推定誤差相對(duì)于充電率的變化率最小(例如變化率為0)意 味著由電池狀態(tài)推定部推定出的第二狀態(tài)量的推定值最接近由檢測(cè)部檢測(cè)出的第二狀態(tài) 量的檢測(cè)值。因而，以使得推定誤差相對(duì)于充電率的變化率變得最小的方式推定預(yù)定的參 數(shù)，由此能夠高精度地推定開路電壓特性。優(yōu)選第一狀態(tài)量和第二狀態(tài)量分別為電池電壓和電池電流。推定誤差為電池電流 的檢測(cè)值的累計(jì)結(jié)果與電池電流的推定值的累計(jì)結(jié)果之間的差。通過設(shè)為這種構(gòu)成，將檢測(cè)出的電池溫度和電池電壓輸入到電池模型而能夠得到 電池電流的推定值。根據(jù)該電池電流推定值以及由檢測(cè)部檢測(cè)出的電池電流的檢測(cè)值，能 夠得到電池電流的檢測(cè)值的累計(jì)結(jié)果與電池電流的推定值的累計(jì)結(jié)果之間的差，作為電池 狀態(tài)推定部的推定誤差。由此能夠高精度地推定由二次電池的劣化而變化的開路電壓特 性。優(yōu)選第一狀態(tài)量和第二狀態(tài)量分別為電池電流和電池電壓。推定誤差為電池電壓 的檢測(cè)值與電池電壓的推定值之間的差。 通過設(shè)為這種構(gòu)成，將檢測(cè)出的電池溫度和電池電流輸入到電池模型而能夠得到 電池電壓的推定值。并且，能夠得到該電池電壓推定值與由檢測(cè)部檢測(cè)出的電池電壓的檢 測(cè)值之間的差作為電池狀態(tài)推定部的推定誤差。由此能夠高精度地推定由二次電池的劣化 而變化的開路電壓特性。優(yōu)選參數(shù)推定部以使得推定誤差相對(duì)于開路電壓的變化變得最小的方式推定預(yù) 定的參數(shù)。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠?qū)⒂呻姵貭顟B(tài)推定部推定出的開路電壓特性校正為與實(shí) 際電池的開路電壓特性一致。相對(duì)于開路電壓的變化的推定誤差最小(例如推定誤差為0) 是表示由電池狀態(tài)推定部推定出的第二狀態(tài)量的推定值最接近由檢測(cè)部檢測(cè)出的第二狀 態(tài)量的檢測(cè)值。因而，以使得相對(duì)于開路電壓的推定誤差變得最小的方式推定預(yù)定的參數(shù)， 由此能夠高精度地推定由劣化而變化的開路電壓特性。優(yōu)選推定誤差為對(duì)開路電壓從第一開路電壓變化到第二開路電壓所需的電池電 流的累計(jì)值進(jìn)行推定而得到的結(jié)果與開路電壓從第一開路電壓變化到第二開路電壓時(shí)的 電池電流的檢測(cè)值的累計(jì)結(jié)果的差。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠高精度地推定由劣化而變化的開路電壓特性。并非累計(jì) 充電率的變化期間的推定電流而是根據(jù)兩個(gè)開路電壓的值來推定電流累計(jì)值，由此例如能 夠降低推定錯(cuò)誤的電池電流的可能性。由此能夠高精度地推定電池容量。優(yōu)選參數(shù)推定部，在充電率的推定值在預(yù)定的第一范圍內(nèi)且二次電池是緩和的狀 態(tài)的情況下，開始電池電流的檢測(cè)值的累計(jì)，在充電率的推定值在預(yù)定的第二范圍內(nèi)且電池是緩和的狀態(tài)的情況下，結(jié)束電池電流的檢測(cè)值的累計(jì)。。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠高精度地推定由劣化而變化的開路電壓特性。如果二次 電池緩和，就能夠結(jié)束電流值的累計(jì)，因此例如也可以不持續(xù)電流值的累計(jì)直到使用電池 模型得到的開路電壓達(dá)到實(shí)際開路電壓。于是，不容易產(chǎn)生由電流傳感器的檢測(cè)誤差累計(jì) 而引起的推定誤差，因此能夠提高開路電壓特性的推定精度。優(yōu)選參數(shù)推定部使用二分法來推定預(yù)定的參數(shù)。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠通過實(shí)驗(yàn)等預(yù)先求出預(yù)定參數(shù)的范圍，通過一次的推定 來求出其最佳值。優(yōu)選狀態(tài)推定裝置還具備滿充電容量推定部。滿充電容量推定部構(gòu)成為對(duì)電池 狀態(tài)推定部所推定的開路電壓從與二次電池(10)的完全放電狀態(tài)對(duì)應(yīng)的第一電壓成為與 二次電池的滿充電狀態(tài)對(duì)應(yīng)的第二電壓的期間內(nèi)的每單位極板面積的滿充電容量進(jìn)行推 定。滿充電容量推定部構(gòu)成為將該推定出的滿充電容量乘以二次電池的極板面積來推定 二次電池的滿充電容量。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠推定由劣化而變化的電池滿充電容量。電池的滿充電容 量，由電池的開路電壓從定義完全放電的電壓(例如3. 0V)變化為定義滿充電狀態(tài)的電壓 (例如4. IV)為止的所需電流累計(jì)量來定義。根據(jù)本發(fā)明的二次電池的狀態(tài)推定裝置，如上 所述，能夠推定劣化后的電池的開路電壓特性，因此能夠使用電池模型來算出在電池的開 路電壓從定義完全放電的電壓變化為定義滿充電狀態(tài)的電壓的期間從正極移動(dòng)到負(fù)極的 反應(yīng)參與物質(zhì)量。在對(duì)電池進(jìn)行充放電時(shí)在各電極中進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)參與物質(zhì)量與電荷量 之間成立某一種關(guān)系式，因此使用該關(guān)系式來算出滿充電所需的電荷量，由此能夠算出電 池的滿充電容量。優(yōu)選狀態(tài)推定裝置還具備劣化判定部。劣化判定部構(gòu)成為根據(jù)二次電池的初始 狀態(tài)下的二次電池的滿充電容量以及推定得到的二次電池的滿充電容量之間的差，來判定 二次電池的電池容量的劣化。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠?qū)⒊跏紶顟B(tài)(例如二次電池的新品時(shí))的滿充電容量與 當(dāng)前滿充電容量之間的差作為電池劣化的程度而使用，因此能夠判定二次電池的電池容量 的劣化。優(yōu)選狀態(tài)推定裝置還具備劣化判定部。劣化判定部構(gòu)成為根據(jù)二次電池的初始 狀態(tài)下的二次電池的滿充電容量以及推定得到的二次電池的滿充電容量之比，來判定二次 電池的電池容量的劣化。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠?qū)⒊跏紶顟B(tài)(例如二次電池的新品時(shí))的滿充電容量與 當(dāng)前滿充電容量之比作為電池劣化的程度而使用，因此能夠判定二次電池的電池容量的劣 化。優(yōu)選預(yù)定的參數(shù)包括正極中的單極容量的維持率；負(fù)極中的單極容量的維持 率；以及由正極活性物質(zhì)內(nèi)部的平均充電率與負(fù)極活性物質(zhì)內(nèi)部的平均充電率之間的對(duì)應(yīng) 關(guān)系的初始狀態(tài)起的變化引起的二次電池的電池容量的變動(dòng)量(正負(fù)極組成對(duì)應(yīng)偏差容
量)O通過設(shè)為這種構(gòu)成，僅決定三個(gè)參數(shù)，就能夠在電池模型上表現(xiàn)電池的容量劣化。優(yōu)選狀態(tài)推定裝置還具備存儲(chǔ)部。該存儲(chǔ)部構(gòu)成為存儲(chǔ)對(duì)正極活性物質(zhì)表面上的局部充電率與正極開路電位的關(guān)系以及負(fù)極活性物質(zhì)表面上的局部充電率與負(fù)極開路 電位的關(guān)系進(jìn)行定義的開路電位特性數(shù)據(jù)。電池狀態(tài)推定部根據(jù)由參數(shù)推定部推定得到的 預(yù)定參數(shù)的推定結(jié)果，來校正正極和負(fù)極的局部充電率，根據(jù)該校正后的局部充電率和開 路電位特性數(shù)據(jù)，來校正正極開路電位和負(fù)極開路電位。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠根據(jù)推定出的(校正后)預(yù)定參數(shù)、即正極中的單極容量 的維持率、負(fù)極中的單極容量的維持率以及正負(fù)極組成對(duì)應(yīng)偏差容量來校正正極開路電位 和負(fù)極開路電位。優(yōu)選正極的活性物質(zhì)內(nèi)部的平均充電率，由正極活性物質(zhì)內(nèi)的反應(yīng)參與物質(zhì)的平 均濃度相對(duì)于在正極活性物質(zhì)中反應(yīng)參與物質(zhì)能夠取得的最大濃度之比表示。負(fù)極的活性 物質(zhì)內(nèi)部的平均充電率，由負(fù)極活性物質(zhì)內(nèi)的反應(yīng)參與物質(zhì)的平均濃度相對(duì)于在負(fù)極活性 物質(zhì)中反應(yīng)參與物質(zhì)能夠取得的最大濃度之比表示。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠高精度地推定由劣化而產(chǎn)生正極和負(fù)極的容量減少以及 正負(fù)極間的相對(duì)組成對(duì)應(yīng)的偏差的情況下的正極開路電位和負(fù)極開路電位。由此，能夠高 精度地推定由二次電池的劣化引起的開路電壓特性的變化以及滿充電容量的降低。優(yōu)選電池狀態(tài)推定部根據(jù)正極開路電位與負(fù)極開路電位的電位差來推定開路電壓。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠高精度地推定由二次電池的劣化引起的開路電壓特性的變化。優(yōu)選電池模型公式為示出每單位極板面積的電池模型的公式。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠使電池模型公式相對(duì)于二次電池的設(shè)計(jì)容量一般化。優(yōu)選二次電池由充放電控制裝置進(jìn)行充放電，充放電控制裝置，基于充電率的當(dāng) 前值以及充電率的目標(biāo)值，控制二次電池的充放電量使得充電率接近目標(biāo)值。狀態(tài)推定裝 置還具備推定執(zhí)行判定部和目標(biāo)充電率設(shè)定部。推定執(zhí)行判定部構(gòu)成為判定用于執(zhí)行 由電池狀態(tài)推定部進(jìn)行的二次電池的狀態(tài)的推定的推定執(zhí)行條件是否成立，并且在判定為 推定執(zhí)行條件成立的情況下，使電池狀態(tài)推定部開始推定二次電池的狀態(tài)。目標(biāo)充電率設(shè) 定部構(gòu)成為在由推定執(zhí)行判定部判定為推定執(zhí)行條件成立的情況下，設(shè)定目標(biāo)值。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠可靠地推定開路電壓特性或者滿充電容量。在推定上述 開路電壓特性和滿充電容量的情況下，為了高精度地推定開路電壓特性和滿充電容量，需 要使充電率變化足夠的幅度。然而，例如在將二次電池裝載于混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車等電 動(dòng)車輛的情況下，通常以其電池的充電率接近預(yù)定的控制目標(biāo)值的方式控制電池的充放電 電力量。其結(jié)果是，一般認(rèn)為除了車輛行駛負(fù)載變大的情況以外充電率的變化量不會(huì)變大。 根據(jù)該構(gòu)成，以使得接近目標(biāo)充電率的方式控制充電率，由此能夠積極地使充電率變化。由 此，能夠創(chuàng)造機(jī)會(huì)高精度地推定開路電壓特性和滿充電容量。優(yōu)選在從電池狀態(tài)推定部的二次電池的狀態(tài)的推定結(jié)束起所經(jīng)過的時(shí)間在預(yù)定 期間以上的情況下，推定執(zhí)行判定部判定為推定執(zhí)行條件成立。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠以一定時(shí)間間隔來推定滿充電容量，因此算出由二次電 池的劣化引起的滿充電容量的減少速度變得容易。另外，能夠根據(jù)電池的劣化速度以適當(dāng) 的頻率來進(jìn)行推定。另外，能夠以適當(dāng)?shù)念l率推定開路電壓特性，因此能夠減小產(chǎn)生電池模 型的開路電壓特性與實(shí)際電池的開路電壓特性之間的差異的可能性。
優(yōu)選充放電控制裝置包括電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)使車輛行駛。在電池狀態(tài)推定部的二 次電池的狀態(tài)的推定結(jié)束之后車輛的行駛距離在預(yù)定距離以上的情況下，推定執(zhí)行判定部 判定為推定執(zhí)行條件成立。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠按每一定行駛距離來推定滿充電容量，因此算出由二次 電池的劣化引起的滿充電容量的減少速度變得容易。另外，能夠根據(jù)電池的劣化速度以適 當(dāng)?shù)念l率來進(jìn)行推定。另外，能夠以適當(dāng)?shù)念l率推定開路電壓特性，因此能夠減小產(chǎn)生電池 模型的開路電壓特性與實(shí)際電池的開路電壓特性之間的差異的可能性。優(yōu)選推定執(zhí)行判定部從電池狀態(tài)推定部獲取充電率和推定誤差，在充電率變化預(yù) 定量時(shí)的推定誤差在預(yù)定值以上的情況下，判定為推定執(zhí)行條件成立。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠可靠地掌握電池的容量劣化來執(zhí)行推定。在由于劣化而 電池的容量減少以及開路電壓特性發(fā)生變化的情況下，充電率變化預(yù)定量期間的電流累計(jì) 推定誤差也變大。在這種情況下，能夠推定開路電壓特性、滿充電容量，因此能夠可靠地掌 握電池的容量劣化來執(zhí)行推定。優(yōu)選目標(biāo)充電率設(shè)定部以使得由充放電控制裝置對(duì)二次電池放電的方式設(shè)定目 標(biāo)值。通過設(shè)為這種構(gòu)成，在對(duì)裝載于混合動(dòng)力汽車或者電動(dòng)汽車等電動(dòng)車輛的二次電 池進(jìn)行上述充電率控制(使充電率積極地變化的控制)的情況下，能夠以使得盡可能不會(huì) 產(chǎn)生乘坐的感覺惡化(在混合動(dòng)力汽車的情況下還需要考慮燃料消耗)的方式進(jìn)行充電率 控制。在通過對(duì)二次電池充電來接近目標(biāo)充電率的情況下，在車輛的行駛條件、例如加速多 的行駛、爬坡等車輛所需的功率(power，動(dòng)力)較大的行駛條件下，成為二次電池放電的傾 向，因此存在接近目標(biāo)充電率時(shí)費(fèi)時(shí)這種問題。通過使電池放電而降低充電率，來使充電率 接近目標(biāo)值，由此能夠避免這些問題。優(yōu)選目標(biāo)充電率設(shè)定部，在滿充電容量維持率為預(yù)定值以下的情況下，以使得與 滿充電容量維持率大于預(yù)定值的情況相比充電率的變化幅度變大的方式，設(shè)定目標(biāo)值，滿 充電容量維持率是二次電池的當(dāng)前的滿充電容量相對(duì)于初始狀態(tài)下的滿充電容量之比。通過設(shè)為這種構(gòu)成，在滿充電容量大幅減少的電池中也能夠充分?jǐn)U大充電率的變 化幅度，因此能夠高精度地推定使用于電池模型的預(yù)定的參數(shù)。優(yōu)選推定執(zhí)行判定部在二次電池的充放電電力超過基準(zhǔn)值的情況下，中止由電池 狀態(tài)推定部推定二次電池的狀態(tài)。通過設(shè)為這種構(gòu)成，能夠使充電率可靠地移動(dòng)到目標(biāo)值。若在電池負(fù)載大時(shí)繼續(xù) 進(jìn)行充電率控制，則有可能難以使充電率可靠地移動(dòng)到目標(biāo)值。在這種情況下中止充電率 控制，由此能夠避免上述問題。根據(jù)本發(fā)明的二次電池的狀態(tài)推定裝置，通過推定(更新)電池模型公式中的參 數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)確保與電池的經(jīng)年變化對(duì)應(yīng)的電池模型的推定精度，因此能夠高精度地推定 隨著電池的經(jīng)年變化而變化的滿充電容量或者開路電壓特性。另外，將推定出的開路電壓 特性使用于充電率的推定，由此能夠高精度地推定充電率。


圖1是表示應(yīng)用了本發(fā)明的實(shí)施方式的二次電池的狀態(tài)推定裝置的將二次電池作為電源的電源系統(tǒng)的概要構(gòu)成的框圖。圖2是說明通過電池模型表現(xiàn)的二次電池10的內(nèi)部構(gòu)成的概要的概念圖。圖3是表示示出開路電壓相對(duì)于局部SOC的變化的變化特性的映射的構(gòu)成例的概 念圖。圖4是表示擴(kuò)散系數(shù)相對(duì)于電池溫度的變化的變化特性的概念圖。圖5是說明使用了本發(fā)明的實(shí)施方式的電池模型公式的充電率(SOC)的推定方法 的流程圖。圖6是表示示出活性物質(zhì)模型內(nèi)的平均鋰濃度與充電率的關(guān)系的映射的構(gòu)成例 的概念圖。圖7是表示二次電池的初始狀態(tài)以及劣化后的、從滿充電狀態(tài)起開路電壓相對(duì)于 放電時(shí)間的變化特性的一例的圖。圖8是表示隨著單極容量的減少而產(chǎn)生的單極開路電位的變化的示意圖。圖9是表示正負(fù)極間的組成對(duì)應(yīng)的偏差的示意圖。圖10是說明由劣化引起的正負(fù)極組成的對(duì)應(yīng)偏差的示意圖。圖11是用于說明在正極活性物質(zhì)內(nèi)部的平均充電率θ lare與負(fù)極活性物質(zhì)內(nèi)部的 平均充電率θ 2■之間成立的關(guān)系式的圖。圖12是說明實(shí)施方式1的電池的容量劣化的推定構(gòu)成的框圖。圖13是說明圖12示出的構(gòu)成的電池的容量劣化的推定定時(shí)的圖。圖14是表示用于推定容量劣化參數(shù)的SOC推定值的條件的概念圖。圖15是表示二次電池劣化了的情況下的實(shí)際電流累計(jì)值Si和推定電流累計(jì)值Sie 相對(duì)于SOC推定值的關(guān)系的圖。圖16是表示基于圖15的電流累計(jì)推定誤差A(yù)Si與SOC的關(guān)系的圖。圖17是說明參數(shù)推定部130的容量劣化參數(shù)的推定處理的流程圖。圖18是說明由電池狀態(tài)推定部110在電池模型的初始化中執(zhí)行的使容量劣化參 數(shù)反映到電池模型的處理的流程圖。圖19是表示在反復(fù)進(jìn)行容量劣化參數(shù)的推定與向電池模型反映容量劣化參數(shù)時(shí) 的電流累計(jì)推定誤差Δ Si相對(duì)于SOC推定值的變化的圖。圖20是表示反復(fù)推定正負(fù)極組成對(duì)應(yīng)偏差容量ΔΑ而得到的結(jié)果的圖。圖21是表示沒有進(jìn)行容量劣化參數(shù)的學(xué)習(xí)的情況下的SOC推定值的時(shí)間推移的 圖。圖22是表示基于圖21的SOC推定誤差的圖。圖23是表示進(jìn)行了容量劣化參數(shù)的學(xué)習(xí)的情況下的SOC推定值的時(shí)間推移的圖。圖M是表示基于圖23的SOC推定誤差的圖。圖25是表示在進(jìn)行了二次電池的加速劣化試驗(yàn)時(shí)的滿充電容量維持率dQrate的推 定結(jié)果的圖。圖沈是說明實(shí)施方式2的電池的容量劣化的推定構(gòu)成的框圖。圖27是說明根據(jù)電池電流Λ和電池溫度Tb來算出電池的充電率推定值和電池 電壓推定值\的方法的流程圖。圖28是表示電池電壓推定值與電池電壓測(cè)量值的誤差Δ V相對(duì)于SOC的變化量ASOC的關(guān)系的示意圖。圖四是說明參數(shù)推定部130A的容量劣化參數(shù)的推定處理的流程圖。圖30是說明圖1示出的電源系統(tǒng)中的SOC移動(dòng)控制的框圖。圖31是用于推定容量劣化參數(shù)的SOC移動(dòng)控制的概念圖。圖32是說明實(shí)施方式3的容量劣化參數(shù)的推定以及SOC移動(dòng)控制的框圖。圖33是表示實(shí)施方式3的SOC移動(dòng)控制的第一變形例的框圖。圖34是表示實(shí)施方式3的SOC移動(dòng)控制的第二變形例的框圖。圖35是表示實(shí)施方式3的SOC移動(dòng)控制的第三變形例的框圖。圖36是表示實(shí)施方式3的SOC移動(dòng)控制的第四變形例的框圖。圖37是表示本實(shí)施方式的推定容量劣化參數(shù)用的SOC移動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的示 例的圖。圖38是表示實(shí)施方式4的電池的容量劣化的推定構(gòu)成的框圖。圖39是說明參數(shù)推定部130B的容量劣化參數(shù)的推定處理的流程圖。圖40是詳細(xì)說明圖39示出的步驟S285的搜索處理的流程圖。圖41是作為開路電壓從OCVl變化到0CV2時(shí)的開路電壓而示出算出的開路電壓 特性以及劣化了的實(shí)際的二次電池的開路電壓特性的圖。附圖標(biāo)記說明10 二次電池；12 負(fù)極；13,16 集電器(current collector) ；14 分隔件；15 正 極；18 活性物質(zhì)；20 電流傳感器；30 電壓傳感器；40 溫度傳感器；50 負(fù)載；60 負(fù)載控 制裝置；100 :E⑶；110、IlOA 電池狀態(tài)推定部；115 電池模型部；120 參數(shù)特性映射存儲(chǔ) 部；130、130A、130B 參數(shù)推定部；150 滿充電容量推定部；160 劣化判定部；170 推定執(zhí) 行條件判定部；175 計(jì)數(shù)器；180 目標(biāo)值設(shè)定部；200 容量劣化推定部；210 車輛ECU。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。此外，對(duì)以下圖中相同或相當(dāng)?shù)牟糠?標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記而原則上不進(jìn)行重復(fù)說明。(整體構(gòu)成)圖1是表示應(yīng)用了本發(fā)明的實(shí)施方式的二次電池的狀態(tài)推定裝置的將二次電池 作為電源的電源系統(tǒng)的概要構(gòu)成的框圖。參照?qǐng)D1，二次電池10提供負(fù)載50的驅(qū)動(dòng)電力。負(fù)載50例如由裝載于電動(dòng)汽車、 混合動(dòng)力汽車等的行駛用電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。并且，負(fù)載50利用電動(dòng)機(jī)的再生電力對(duì)二次電池10 進(jìn)行充電。二次電池10代表性的是由鋰離子電池構(gòu)成。在二次電池10中設(shè)置有用于測(cè)量電池電流的電流傳感器20、用于測(cè)量電池電壓 的電壓傳感器30以及用于測(cè)量電池溫度的溫度傳感器40。下面，將由電流傳感器20測(cè)量 得到的測(cè)量值記載為電池電流Ib，將由電壓傳感器30測(cè)量得到的測(cè)量值記載為電池電壓 Vb，將由溫度傳感器40測(cè)量得到的測(cè)量值記載為電池溫度Tb。將由傳感器20 40測(cè)量得到的電池電流lb、電池電壓Vb以及電池溫度Tb傳輸 到電子控制裝置(E⑶)100。與本發(fā)明的實(shí)施方式的二次電池的狀態(tài)推定裝置對(duì)應(yīng)的ECU 100包括未圖示的微處理器、存儲(chǔ)器、A/D變換器以及D/A變換器等，構(gòu)成為通過執(zhí)行預(yù)先保存在存儲(chǔ)器中的 預(yù)定程序，使用來自傳感器等的輸入信號(hào)/數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)定的運(yùn)算處理，根據(jù)運(yùn)算處理結(jié)果 來生成輸出信號(hào)/數(shù)據(jù)。在本實(shí)施方式中，ECU 100根據(jù)由電流傳感器20、電壓傳感器30 以及溫度傳感器40檢測(cè)出的電池?cái)?shù)據(jù)(將lb、Vb、Tb總括地記載)，按照后述的電池模型 來動(dòng)態(tài)地推定二次電池10的內(nèi)部狀態(tài)，推定充電率(SOC)。并且，E⑶100通過進(jìn)行后述的 推定處理對(duì)隨著二次電池10的經(jīng)年劣化而變化的二次電池10的滿充電容量以及開路電壓 特性進(jìn)行推定學(xué)習(xí)。ECU 100使用該推定出的滿充電容量來推定定義為滿充電容量的減少 率、減少量的電池劣化程度，并且使用推定出的開路電壓特性來推定充電率。特別是，E⑶100能夠根據(jù)利用二次電池10來運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載50中、即利用二次電池10 的供給電力來驅(qū)動(dòng)負(fù)載50時(shí)、利用來自負(fù)載50的再生電力對(duì)二次電池10進(jìn)行充電時(shí)的實(shí) 際的負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)中的電池?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)后述的電池模型公式，來進(jìn)行電池模型公式中的參數(shù)推 定。因而，如果設(shè)為根據(jù)該參數(shù)推定結(jié)果求出二次電池10的劣化狀態(tài)(劣化程度)的構(gòu)成， 則能夠根據(jù)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載50的聯(lián)機(jī)(on-line)中的電池?cái)?shù)據(jù)來推定電池劣化程度。即，即 便不為了推定電池的劣化狀態(tài)而停止負(fù)載50的運(yùn)轉(zhuǎn)或者以特別的充放電模式使二次電池 10充放電或者從負(fù)載50斷開二次電池10，也能夠推定電池劣化度。根據(jù)本實(shí)施方式，即使SOC的變化比較小也能夠推定二次電池10的滿充電容量， 因此能夠高精度地推定二次電池10的劣化程度。在電動(dòng)汽車或者混合動(dòng)力汽車中，難以使 二次電池成為完全的放電狀態(tài)或者完全的充電狀態(tài)，因此這一點(diǎn)變得重要。另外，在本實(shí)施方式中，通過將參數(shù)推定結(jié)果依次反映給電池模型，能夠與參數(shù)值 的經(jīng)年變化對(duì)應(yīng)地確保電池模型的推定精度。具體地說，不僅高精度地推定電池的滿充電 容量，還能夠高精度地推定開路電壓特性。通過將推定出的開路電壓特性使用于充電率推 定，在劣化后的電池中也能夠高精度地推定充電率。將由E⑶100求出的充電率(SOC)等電池信息傳輸?shù)截?fù)載控制裝置60。負(fù)載控制 裝置60根據(jù)電池信息產(chǎn)生控制負(fù)載50的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)用的控制指令。例如在二次電池10的 充電率低于預(yù)先確定的下限值的情況下，生成限制負(fù)載50的使用電力的控制指令。相反， 在二次電池10的充電率大于預(yù)先確定的上限值的情況下，生成抑制由負(fù)載50產(chǎn)生再生電 力的控制指令。此外，負(fù)載50和負(fù)載控制裝置60構(gòu)成充放電控制裝置，該充放電控制裝置 控制二次電池10的充放電量。(電池模型公式的說明)接著，說明使用于二次電池10的狀態(tài)推定的電池模型的一例。下面說明的電池模 型是以下那樣構(gòu)筑的，即，包括非線形模型使得考慮二次電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)來能夠動(dòng) 態(tài)地推定內(nèi)部動(dòng)作。圖2是說明通過電池模型表現(xiàn)的二次電池10的內(nèi)部構(gòu)成的概要的概念圖。參照?qǐng)D2，二次電池10包括負(fù)載12、分隔件14以及正極15。分隔件14通過使電 解液浸透到設(shè)置于負(fù)載12與正極15之間的樹脂而構(gòu)成。負(fù)載12與正極15分別由球狀的活性物質(zhì)18的集合體構(gòu)成。在二次電池10放電 時(shí)，在負(fù)載12的活性物質(zhì)18的界面上，進(jìn)行放出鋰離子Li+和電子e_的化學(xué)反應(yīng)。另一方 面，在正極15的活性物質(zhì)18的界面上進(jìn)行吸收鋰離子Li+和電子e_的化學(xué)反應(yīng)。此外，在 二次電池10的充電時(shí)，關(guān)于電子e_的放出和吸收，進(jìn)行與上述反應(yīng)相反的反應(yīng)。
在負(fù)極12上設(shè)置吸收電子e_的集電器13，在正極15上設(shè)置放出電子e_的集電 器16。負(fù)極的集電器13代表性地由銅構(gòu)成，正極的集電器16代表性地由鋁構(gòu)成。在集電 器13上設(shè)置有負(fù)極端子，在集電器16上設(shè)置有正極端子。通過分隔件14交換鋰離子Li+， 從而在二次電池10中進(jìn)行充放電，產(chǎn)生充電電流或者放電電流。S卩，二次電池內(nèi)部的充放電狀態(tài)根據(jù)電極(負(fù)極12和正極15)的活性物質(zhì)18內(nèi) 的鋰濃度分布不同而不同。該鋰相當(dāng)于鋰離子電池中的反應(yīng)參與物質(zhì)。負(fù)極12和正極15對(duì)于電子e_的移動(dòng)的純電氣性的電阻(純電阻)Rd以及在活 性物質(zhì)界面中的產(chǎn)生反應(yīng)電流時(shí)等效地作為電阻而起作用的電荷移動(dòng)電阻(反應(yīng)電阻)Rr 合起來的電阻，相當(dāng)于宏觀觀察二次電池10的情況下的直流電阻。下面，將該宏觀直流電 阻還表示為直流電阻Ra。另外，活性物質(zhì)18內(nèi)的鋰Li的擴(kuò)散由擴(kuò)散系數(shù)Ds支配。接著，說明ECU 100使用的電池模型的一例。此外，在在此所說明的電池模型公式 中，考慮到常溫時(shí)的雙電層電容器的影響小，構(gòu)筑了忽視該影響的電池模型。并且，將電池 模型定義為電極的每單位極板面積的模型。通過使用電極的每單位極板面積的模型，能夠 使該模型相對(duì)于設(shè)計(jì)容量一般化。首先，對(duì)于作為二次電池10的輸出電壓的電池電壓V，使用了電池溫度T、電池電 流I、開路電壓OCV以及上述二次電池10整體的宏觀直流電阻Ra的以下公式(1)成立。在 此，電池電流I表示每單位極板面積的電流值。即，當(dāng)將流過正負(fù)極端子的電池電流(能夠 利用電流表測(cè)量的電流值)設(shè)為Λ而將電池的雙面極板面積設(shè)為S時(shí)，通過I = rt/S來 定義電池電流I。下面，只要沒有特別說明，在電池模型中所說的“電流”和“電流推定值”， 就指上述每單位極板面積的電流。[數(shù)學(xué)式1]V = OOKei, θ 2)-Ra( θ θ 2, τ) XI=^(6^-^(02)-^(0^ Θ2,Τ)ΧΙ...(1)θ工以及θ 2分別表示正極活性物質(zhì)表面上的局部SOC以及負(fù)極活性物質(zhì)表面上的 局部S0C。開路電壓OCV作為正極開路電位U1與負(fù)極開路電位U2的電位差而表示。如圖3 所示，正極開路電位U1和負(fù)極開路電位U2分別具有依賴于局部SOC θ i和局部SOC θ 2而變 化的特性。因而，能夠通過在二次電池10的初始狀態(tài)下測(cè)量局部SOC θ i與正極開路電位 U1的關(guān)系以及局部SOC θ 2與負(fù)極開路電位U2的關(guān)系，制作特性映射(map，映射圖)，該特性 映射預(yù)先存儲(chǔ)相對(duì)于局部SOC θ i的變化的正極開路電位U1 (θ i)的變化特性以及相對(duì)于局 部SOC θ 2的變化的負(fù)極開路電位U2(θ 2)的變化特性。另外，直流電阻Ra具有根據(jù)局部S0C( θ J、局部S0C( θ 2)以及電池溫度T的變化 而變化的特性。即，直流電阻Ra表示為局部SOCO1, θ2)以及電池溫度T的函數(shù)。因而， 能夠基于二次電池10的初始狀態(tài)下的實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，，制作特性映射(直流電阻映射)，該 特性映射與局部SOCO1, θ2)以及電池溫度T的組合對(duì)應(yīng)地決定直流電阻Ra的值。如上所述，在負(fù)極12和正極15各自的球狀活性物質(zhì)模型中，活性物質(zhì)表面(與電 解液的界面)上的局部SoceiG = 1,2)利用以下公式(2)來定義。此外，與局部SOC Gi 同樣地，在以下說明中，定義為以i表示的下標(biāo)在1的情況下表示正極，在2的情況下表示 負(fù)極。[數(shù)學(xué)式2]
14
^=-^^-0- = 1,2)…(2)
.ν,/,max在公式⑵中，Csea為活性物質(zhì)界面上的鋰平均濃度，C^max為活性物質(zhì)中的臨界 鋰濃度。以球狀模型處理的活性物質(zhì)內(nèi)，鋰濃度Csa在半徑方向上具有分布。即，假設(shè)為球 狀的活性物質(zhì)內(nèi)的鋰濃度分布通過以下公式C3)示出的極坐標(biāo)系的擴(kuò)散方程式來規(guī)定。[數(shù)學(xué)式3]
dc .d2c . 2 d c .=^ +0'= U)…⑶
ator r orv ‘在公式(3)中，Ds,i為活性物質(zhì)中的鋰的擴(kuò)散系數(shù)。如圖4所示，擴(kuò)散系數(shù)Ds,i具 有依賴于電池溫度而發(fā)生變化的特性。因而，與上述直流電阻Ra同樣地，對(duì)于擴(kuò)散系數(shù)Ds, i也能夠根據(jù)二次電池10的初始狀態(tài)下的實(shí)測(cè)結(jié)果，作成特性映射(擴(kuò)散系數(shù)映射)，該特 性映射預(yù)先存儲(chǔ)圖4示出的特性相對(duì)于電池溫度變化的擴(kuò)散系數(shù)Ds, i (T)的變化特性。另外，以下公式(4)、(5)那樣設(shè)定公式(3)的擴(kuò)散方程式的邊界條件。[數(shù)學(xué)式4] Qc—^i = 0(r = 0,/ = 1,2)…⑷
drv ‘
dc . dc .iLi
-(5)
S,I S,ι在公式中，示出活性物質(zhì)中心的濃度梯度為0。在公式(5)中，意味著活性 物質(zhì)的電解液界面中的鋰濃度變化隨著鋰從活性物質(zhì)表面出入而變化。在公式(5)中I^i表示活性物質(zhì)半徑，ε 表示活性物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)，表示每 電極單位體積的活性物質(zhì)表面積。根據(jù)通過各種電化學(xué)測(cè)量法測(cè)量得到的結(jié)果來決定這些 值。另外，F(xiàn)為法拉第常數(shù)。并且，公式(5)中的j"為每單位體積/時(shí)間的鋰生成量，方便起見，假設(shè)為在電極 厚度方向上反應(yīng)均勻，則使用電極厚度Li以及每單位極板面積的電池電流I利用以下公式 (6)示出。[數(shù)學(xué)式5]/ = XiZ2=-^Z1…(6)將電池電流I或者電池電壓V作為輸入，使這些公式⑴ (6)聯(lián)立來求解，由此 能夠算出電壓推定值或者電流推定值，并且推定二次電池10的內(nèi)部狀態(tài)，推定充電率。通過使用該電池模型，能夠?qū)㈦姵仉妷篤作為輸入來推定二次電池的充電率。在 輸入電池電壓V的情況下，使用表示活性物質(zhì)模型內(nèi)的平均鋰濃度與充電率的關(guān)系的映射 (圖6)來算出充電率。下面，首先說明以下方法，S卩，將由傳感器測(cè)量得到的電池電壓Vb和電池溫度Tb 作為輸入使用上述電池模型來算出電池的充電率(SOC)推定值以及電流推定值。圖5是說明使用了本發(fā)明的實(shí)施方式的電池模型公式的充電率(SOC)的推定方法的流程圖。圖5示出的處理在ECU 100中按每預(yù)定的運(yùn)算周期調(diào)用來執(zhí)行。此外，為了便 于說明，圖5的流程圖示出沒有考慮二次電池劣化的影響而根據(jù)電池溫度和電池電壓推定 二次電池的充電率的方法。參照?qǐng)D5，在步驟SlOO中，E⑶100利用電壓傳感器30測(cè)量電池電壓Vb。測(cè)量出 的電池電壓Vb被使用作電池模型公式中的電池電壓V。進(jìn)而，在步驟SllO中，ECU利用溫 度傳感器40測(cè)量電池溫度Tb。測(cè)量出的電池溫度Tb被使用作模型公式中的電池溫度T。在步驟S120中，E⑶100利用公式( 根據(jù)前一次運(yùn)算時(shí)的鋰濃度分布cse,i來算 出活性物質(zhì)表面的局部SoceiO1* θ2)。然后，在步驟S130中，E⑶100根據(jù)圖3示出 那樣的開路電位Ui (θ i)相對(duì)于局部SOC θ i的特性映射算出開路電位Ui(U1和U2)，作為該 算出的開路電位仏和U2的電位差，算出開路電壓推定值u#。進(jìn)而，在步驟S140中，E⑶100根據(jù)所算出的局部SOC θ ,以及測(cè)量出的電池溫度 Τ，按照預(yù)先存儲(chǔ)的直流電阻映射來算出直流電阻Ra。然后，在步驟S150中，E⑶100使用 測(cè)量出的電池電壓Vb、所算出的開路電壓推定值U#以及直流電阻Ra基于以下公式(7)算 出電池電流的推定值Ite。[數(shù)學(xué)式6]
權(quán)利要求
1.一種二次電池(10)的狀態(tài)推定裝置，具備檢測(cè)部(20、30、40)，其用于檢測(cè)二次電池(10)的電池電壓、電池電流以及電池溫度；電池狀態(tài)推定部(110、110A)，其構(gòu)成為基于上述電池溫度的檢測(cè)值、以及作為上述 電池電壓和上述電池電流中的一方的第一狀態(tài)量的檢測(cè)值，按照電池模型公式，依次推定 上述二次電池(10)的充電率、上述二次電池(10)的開路電壓以及作為上述電池電壓和上 述電池電流中的另一方的第二狀態(tài)量；以及參數(shù)推定部(130、130A、130B)，其構(gòu)成為基于上述第二狀態(tài)量的檢測(cè)值和推定值，算 出表示上述第二狀態(tài)量的檢測(cè)值和推定值之間的差異的推定誤差，并且基于上述充電率和 上述開路電壓中的任一方以及上述推定誤差，推定上述電池模型公式中使用的參數(shù)群中的 根據(jù)上述二次電池(10)的狀態(tài)變化而變化的預(yù)定參數(shù)，上述電池狀態(tài)推定部(110、110A)，使上述參數(shù)推定部(130、130A、130B)的上述預(yù)定參 數(shù)的推定結(jié)果反映到上述電池模型公式，由此校正正極開路電位和負(fù)極開路電位，并且基 于經(jīng)校正的正極開路電位和經(jīng)校正的負(fù)極開路電位來推定上述開路電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述參數(shù)推定部(130、130A)以使得上述推定誤差相對(duì)于上述充電率的變化率成為最 小的方式推定上述預(yù)定參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述第一狀態(tài)量和上述第二狀態(tài)量分別為上述電池電壓和上述電池電流，上述推定誤差為上述電池電流的檢測(cè)值的累計(jì)結(jié)果與上述電池電流的推定值的累計(jì) 結(jié)果的差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述第一狀態(tài)量和上述第二狀態(tài)量分別為上述電池電流和上述電池電壓，上述推定誤差為上述電池電壓的檢測(cè)值與上述電池電壓的推定值的差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述參數(shù)推定部(130B)以使得相對(duì)于上述開路電壓的上述推定誤差成為最小的方式 推定上述預(yù)定參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述推定誤差為對(duì)上述開路電壓從第一開路電壓變化到第二開路電壓所需的上述電 池電流的累計(jì)值進(jìn)行推定而得到的結(jié)果與上述開路電壓從上述第一開路電壓變化到上述 第二開路電壓時(shí)的上述電池電流的檢測(cè)值的累計(jì)結(jié)果的差。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述參數(shù)推定部(130B)，在上述充電率的推定值在預(yù)定的第一范圍內(nèi)且上述二次電池 (10)是緩和的狀態(tài)的情況下，開始上述電池電流的檢測(cè)值的累計(jì)，在上述充電率的推定值 在預(yù)定的第二范圍內(nèi)且上述電池是緩和的狀態(tài)的情況下，結(jié)束上述電池電流的檢測(cè)值的累 計(jì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述參數(shù)推定部(130B)使用二分法來推定上述預(yù)定參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述狀態(tài)推定裝置還具備滿充電容量推定部(150)，該滿充電容量推定部(150)構(gòu)成為對(duì)上述電池狀態(tài)推定部(110、110A)所推定的上述開路電壓從與上述二次電池(10)的 完全放電狀態(tài)對(duì)應(yīng)的第一電壓成為與上述二次電池(10)的滿充電狀態(tài)對(duì)應(yīng)的第二電壓的 期間內(nèi)的每單位極板面積的滿充電容量進(jìn)行推定，并且將該推定出的滿充電容量乘以上述 二次電池(10)的極板面積來推定上述二次電池(10)的滿充電容量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述狀態(tài)推定裝置還具備劣化判定部(160)，該劣化判定部(160)構(gòu)成為基于上述二 次電池(10)的初始狀態(tài)下的上述二次電池(10)的滿充電容量與推定出的上述二次電池 (10)的滿充電容量的差，判定上述二次電池(10)的電池容量的劣化。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述狀態(tài)推定裝置還具備劣化判定部(160)，該劣化判定部(160)構(gòu)成為基于上述二 次電池(10)的初始狀態(tài)下的上述二次電池(10)的滿充電容量與推定出的上述二次電池 (10)的滿充電容量之比，判定上述二次電池(10)的電池容量的劣化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述預(yù)定參數(shù)包括正極中的單極容量的維持率；負(fù)極中的單極容量的維持率；以及由上述正極的活性物質(zhì)內(nèi)部的平均充電率與上述負(fù)極的活性物質(zhì)內(nèi)部的平均充電率 之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的初始狀態(tài)起的變化引起的上述二次電池(10)的電池容量的變動(dòng)量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述狀態(tài)推定裝置還具備存儲(chǔ)部(120)，該存儲(chǔ)部(120)構(gòu)成為存儲(chǔ)對(duì)上述正極的活 性物質(zhì)表面上的局部充電率與上述正極開路電位之間的關(guān)系、以及上述負(fù)極的活性物質(zhì)表 面上的局部充電率與上述負(fù)極開路電位之間的關(guān)系進(jìn)行定義的開路電位特性數(shù)據(jù)，上述電池狀態(tài)推定部(110、110A)，基于由上述參數(shù)推定部(130、130A、130B)的上述預(yù) 定參數(shù)的上述推定結(jié)果，校正上述正極和上述負(fù)極的局部充電率，基于該經(jīng)校正的局部充 電率和上述開路電位特性數(shù)據(jù)，校正上述正極開路電位和上述負(fù)極開路電位。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述正極的活性物質(zhì)內(nèi)部的平均充電率，由正極活性物質(zhì)內(nèi)的反應(yīng)參與物質(zhì)的平均濃 度相對(duì)于在上述正極活性物質(zhì)中上述反應(yīng)參與物質(zhì)能夠取得的最大濃度之比表示，上述負(fù)極的活性物質(zhì)內(nèi)部的平均充電率，由負(fù)極活性物質(zhì)內(nèi)的上述反應(yīng)參與物質(zhì)的平 均濃度相對(duì)于在上述負(fù)極活性物質(zhì)中上述反應(yīng)參與物質(zhì)能夠取得的最大濃度之比表示。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述電池狀態(tài)推定部(110、110A)，基于上述正極開路電位與上述負(fù)極開路電位的電位 差，推定上述開路電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述電池模型公式為示出每單位極板面積的電池模型的公式。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述二次電池(10)由充放電控制裝置(50、60)進(jìn)行充放電，上述充放電控制裝置(50、 60)，基于上述充電率的當(dāng)前值以及上述充電率的目標(biāo)值，控制上述二次電池(10)的充放 電量使得上述充電率接近上述目標(biāo)值，上述狀態(tài)推定裝置還具備推定執(zhí)行判定部(170)，其構(gòu)成為判定用于執(zhí)行由上述電池狀態(tài)推定部(110)進(jìn)行的 上述二次電池(10)的狀態(tài)的推定的推定執(zhí)行條件是否成立，并且在判定為上述推定執(zhí)行 條件成立的情況下，使上述電池狀態(tài)推定部(110)開始推定上述二次電池(10)的狀態(tài)；以 及目標(biāo)充電率設(shè)定部(180)，其構(gòu)成為在由上述推定執(zhí)行判定部(170)判定為上述推定 執(zhí)行條件成立的情況下，設(shè)定上述目標(biāo)值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述推定執(zhí)行判定部(170)，在從由上述電池狀態(tài)推定部(110)進(jìn)行的上述二次電池 (10)的狀態(tài)的推定結(jié)束起經(jīng)過的時(shí)間為預(yù)定期間以上的情況下，判定為上述推定執(zhí)行條件成立。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述充放電控制裝置包括用于使車輛行駛的電動(dòng)機(jī)，上述推定執(zhí)行判定部(170)，在由上述電池狀態(tài)推定部(110)進(jìn)行的上述二次電池 (10)的狀態(tài)的推定結(jié)束之后上述車輛的行駛距離為預(yù)定距離以上的情況下，判定為上述推 定執(zhí)行條件成立。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述推定執(zhí)行判定部(170)，從上述電池狀態(tài)推定部(110)獲取上述充電率和上述推 定誤差，在上述充電率變化預(yù)定量時(shí)的上述推定誤差為預(yù)定值以上的情況下，判定為上述 推定執(zhí)行條件成立。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述目標(biāo)充電率設(shè)定部(180)設(shè)定上述目標(biāo)值，使得上述二次電池(10)由上述充放電 控制裝置放電。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述目標(biāo)充電率設(shè)定部(180)，在滿充電容量維持率為預(yù)定值以下的情況下，以使得與 上述滿充電容量維持率大于上述預(yù)定值的情況相比上述充電率的變化幅度變大的方式，設(shè) 定上述目標(biāo)值，上述滿充電容量維持率是上述二次電池(10)的當(dāng)前的滿充電容量相對(duì)于 初始狀態(tài)下的滿充電容量之比。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的二次電池的狀態(tài)推定裝置，上述推定執(zhí)行判定部(170)，在上述二次電池(10)的充放電電力超過基準(zhǔn)值的情況 下，使由上述電池狀態(tài)推定部(110)進(jìn)行的上述二次電池(10)的狀態(tài)的推定中止。
全文摘要
電池狀態(tài)推定部(110)按照電池模型公式按每個(gè)運(yùn)算周期推定二次電池內(nèi)部狀態(tài)，根據(jù)推定結(jié)果來推定充電率(SOC)和電池電流。參數(shù)推定部(130)獲取由傳感器測(cè)量得到的電池電流(Ib)、以及由電池狀態(tài)推定部(110)推定得到的充電率(SOC)和電池電流(Ite)。參數(shù)推定部(130)以使得實(shí)際電流的累計(jì)值與推定電流的累計(jì)值的誤差(推定誤差)相對(duì)于充電率(SOC)的變化率變得最小的方式推定容量劣化參數(shù)。容量劣化參數(shù)的推定結(jié)果通過電池狀態(tài)推定部(110)反映給電池模型。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102144169SQ20098013408
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者天野也寸志, 戶村修二, 梅野孝治, 淵本哲矢, 竹本毅, 芳賀伸烈, 西勇二 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社