專利名稱：電池組容量控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制由多個(gè)單電池(單元電池)構(gòu)成的電池組形成的二次電池的充電和放電的充電/放電控制裝置、方法和程序，以及電池控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知配備有除了車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之外的由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的混合動(dòng)力車輛。在這種混合動(dòng)力車輛中，安裝有通過串聯(lián)連接多個(gè)單電池(例如單格電池、電池塊等)形成的電池組。電池組通過向車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電來驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)，并利用來自發(fā)電機(jī)(在一些情況下，其也用作車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī))的電力充電。
圖5示出用于上述電池組的充電/放電控制的電池控制系統(tǒng)1100的構(gòu)造的示例。在圖5中，其中多個(gè)單格電池110串聯(lián)連接的電池組112連接到用于檢測每個(gè)單格電池110的電壓的電壓檢測器114?；陔妷簷z測器114的輸出，電池ECU 116計(jì)算與每個(gè)單格電池110的充電狀態(tài)(SOC)有關(guān)的值。電壓檢測器114檢測到的電壓值可以是上述每個(gè)單格電池110的電壓值。此外，由于電池組112具有串聯(lián)連接設(shè)置的多個(gè)電池塊，每個(gè)電池塊通過串聯(lián)連接多個(gè)單格電池110形成，所以電壓檢測器114檢測到的電壓值可以是每個(gè)電池塊的電壓值。在這種情況下，電池ECU 116從電池塊的電壓值計(jì)算每個(gè)電池塊的SOC?；谶@樣計(jì)算出的SOC值，HVECU118控制包括車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、逆變器等的負(fù)荷120，并執(zhí)行調(diào)節(jié)電池組112的充電或放電量的控制，以便電池組112的SOC值處于預(yù)定范圍內(nèi)。通常采用的SOC的控制范圍是例如20％到80％的范圍。例如日本專利申請公開公報(bào)No.2000-14029中公開了一種用于上述電池組112的SOC控制方法。
在前述相關(guān)技術(shù)的控制方法中，如果電池組112的SOC被控制在預(yù)定范圍，例如20％到80％的范圍內(nèi)，則如圖6A和6B(其中豎軸表示電池組的單電池的數(shù)量，橫軸表示每個(gè)單電池的SOC)所示，控制范圍的下限值(20％)和上限值(80％)提供了電池組112的SOC的不同代表值。即，如果參照控制范圍的下限值控制整個(gè)電池組112的SOC，則如下所述執(zhí)行控制。即，從每個(gè)單格電池110或每個(gè)電池塊的電壓確定其剩余容量。將單格電池或電池塊的剩余容量當(dāng)中的最小值確定為用于控制整個(gè)電池組112的SOC的代表SOC，即，執(zhí)行控制使得該代表SOC不低于下限值。如果參照控制范圍的上限值控制整個(gè)電池組112的SOC，則如下所述執(zhí)行控制。即，將各個(gè)單格電池110或各個(gè)電池塊的剩余容量當(dāng)中的最大值確定為電池組112的代表SOC，并且執(zhí)行控制使得該代表SOC不超過上限值。
各個(gè)單格電池110的充電/放電性能之間的差異(variation)隨著電池組112的使用時(shí)間的增加而增大。即，在電池組112使用的最初期間內(nèi)，如圖6A所示，單格電池110或電池塊之間的SOC的差異小。然而，隨著時(shí)間流逝，如圖6B所示，SOC的差異增大。然而，根據(jù)上述控制方法，由于使用變化的SOC值的最小值和最大值來控制該控制范圍的下限和上限，所以所有單格電池110或所有電池塊的SOC值總是處于控制范圍內(nèi)。
日本專利申請公開公報(bào)No.2000-14029中公開的方法的問題在于，由于參照控制范圍的下限和上限值控制SOC，所以用于SOC控制的計(jì)算復(fù)雜。為了解決這一問題以及其它問題，本發(fā)明人已提出一種能夠通過簡單的計(jì)算執(zhí)行SOC控制的電池組充電/放電控制方法(日本專利申請No.2002-43216)。該專利申請No.2002-43216的方法的特征在于，計(jì)算構(gòu)成電池組的單電池(例如單格電池或電池塊)的容量的最小值，并將該最小容量值設(shè)定為代表SOC，即基準(zhǔn)值，并使用該代表SOC(充電狀態(tài))進(jìn)行控制。
然而，根據(jù)上述專利申請的控制方法，如果單電池之間的容量差異(單電池之間的容量差)變得很大(例如，如果除了由電池的正常使用導(dǎo)致容量差異增大之外，由于電池中發(fā)生異常或類似情況而使容量差異迅速增大)，則有時(shí)會(huì)不能將代表SOC增大到控制中心值。
圖7A和7B(其中豎軸表示電池組中單電池的數(shù)量，橫軸表示每個(gè)單電池的SOC)中示出這種情況。圖7A示出電池組的單電池之間的容量差異小的情況，而圖7B示出容量差異已變得很大的情況。由于電池組中具有最大容量值的單電池被上限值限制在充電操作，所以單電池當(dāng)中的最小容量值的上限值，即代表SOC的上限值，隨著容量差異的增大而減小。因此，當(dāng)代表SOC的可變動(dòng)幅度由于代表SOC(上限值)的減小而減小并且容量差異增大到或超過一定程度時(shí)，不能將代表SOC增大到控制中心值(圖7B)。如果代表SOC不能增大到控制中心值，則會(huì)出現(xiàn)即使電池組實(shí)際上已充電至相當(dāng)大的程度而仍判定還未恢復(fù)到充分充電狀態(tài)的不利情況。
下面參照圖5中所示的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛說明這種情況。當(dāng)代表SOC增大到控制中心值時(shí)，電池ECU 116判定電池組112已被充分充電。在判定結(jié)果的指示傳遞到HVECU 118之前，HVECU 118繼續(xù)命令負(fù)荷120對電池組112充電。即，HVECU 118執(zhí)行向負(fù)荷120發(fā)送命令以便驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，從而除了用于通過車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛之外，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力還被分配以用于通過發(fā)電機(jī)對電池組充電。然而，當(dāng)容量差異變得相當(dāng)大時(shí)，代表SOC(上限值)不再增大到控制中心值(圖7B)。從而，即使電池組被相當(dāng)多地充電，電池ECU 116也判定代表SOC沒有增大到控制中心值。因此，電池ECU 116不會(huì)向HVECU 118輸出SOC已增大到控制中心值的指示，并且HVECU 118不會(huì)命令負(fù)荷120停止充電操作。如果發(fā)生這種情況，則對電池組的充電不會(huì)停止而是會(huì)不適當(dāng)?shù)乩^續(xù)進(jìn)行。在一些情況下，為了持續(xù)充電，發(fā)動(dòng)機(jī)不能停止。在另一些情況下，會(huì)出現(xiàn)在充電和停止充電之間反復(fù)交替的振蕩現(xiàn)象。此外，在車輛行駛期間，由于盡管已達(dá)到了實(shí)際的最大充電量而仍判定充電未完成，所以除了用于通過車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛之外，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的消耗還用于通過發(fā)電機(jī)對電池組112充電。因此，會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，即，在需要增加動(dòng)力的車輛行駛例如上坡行駛等期間，不能提供足夠的能量用于車輛的驅(qū)動(dòng)，從而不能滿足駕駛性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題等提出的，并且提供無論容量差(容量差異)如何，都能夠高精度地控制電池組的充電/放電的用于電池組的電池控制裝置、方法和程序以及電池控制系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于控制通過組合多個(gè)二次電池類型的單電池形成的電池組的充電/放電的電池組充電/放電控制裝置的特征在于包括基于構(gòu)成電池組的單電池的容量上限值和容量下限值中的至少一個(gè)限制充電/放電的充電/放電限制裝置；檢測構(gòu)成電池組的單電池的剩余容量的剩余容量檢測裝置；基于檢測到的剩余容量的最小值和最大值中的至少一個(gè)計(jì)算一控制充電狀態(tài)值的控制值計(jì)算裝置；計(jì)算剩余容量已被檢測的單電池當(dāng)中的第一單電池的剩余容量與第二單電池的剩余容量之間的剩余容量差以作為一容量差的容量差計(jì)算裝置，所述第二單電池的剩余容量小于所述第一單電池的剩余容量；存儲(chǔ)所述容量差與不同于所述控制充電狀態(tài)值的表觀充電狀態(tài)值之間的相互關(guān)系的存儲(chǔ)裝置；和基于所述容量差參照所述相互關(guān)系計(jì)算出表觀充電狀態(tài)值的表觀充電狀態(tài)值計(jì)算裝置。
根據(jù)上述電池組充電/放電控制裝置，引入了不同于控制充電狀態(tài)值的表觀充電狀態(tài)值。通過根據(jù)容量差值計(jì)算表觀充電狀態(tài)值，可防止例如由于容量差值而確定該控制充電狀態(tài)值不能增大到控制中心值的不利情況。
優(yōu)選地，該裝置還包括在所述容量差至少為預(yù)先存儲(chǔ)的預(yù)定的容量差時(shí)采用所述表觀充電狀態(tài)值的表觀充電狀態(tài)值采用裝置。
如果容量差值大于或等于預(yù)定的容量差，則采用表觀充電狀態(tài)值。如果容量差小于預(yù)定的容量差，則采用不同的充電狀態(tài)值。在本發(fā)明中采用此采用裝置可提供一種具有使用不同的充電狀態(tài)值的優(yōu)點(diǎn)的高精度的充電/放電控制裝置。
還優(yōu)選地，該充電/放電控制裝置還包括用于在所述容量差值小于預(yù)先存儲(chǔ)的預(yù)定的容量差值時(shí)，采用構(gòu)成電池組的單電池的最小剩余容量或該最小剩余容量與完全充電容量值的百分比作為用于控制電池組的控制充電狀態(tài)值的控制充電狀態(tài)值采用裝置。
如果容量差值小于預(yù)定的容量差，則引入使用日本專利申請No.2002-43216中提出的控制方法的控制裝置。即，計(jì)算構(gòu)成電池組的單電池當(dāng)中的最小容量值，并使用該最小容量值作為控制充電狀態(tài)值以執(zhí)行控制。因此，可利用該現(xiàn)有申請的優(yōu)點(diǎn)，以便可實(shí)現(xiàn)高精度的充電/放電控制。
還優(yōu)選地，所述容量差計(jì)算裝置包括用于檢測電池組中具有最大剩余容量的單電池的最大剩余容量檢測裝置，和用于檢測電池組中具有最小剩余容量的單電池的最小剩余容量檢測裝置，并計(jì)算所述最大剩余容量和所述最小剩余容量之間的剩余容量差以作為一容量差值。還優(yōu)選地，使用一最大容量差進(jìn)行判定。
優(yōu)選地，在所述容量差值至少為預(yù)先存儲(chǔ)的預(yù)定的容量差最大值時(shí)，采用所述預(yù)定的容量差最大值而不是所述容量差值。
這可防止容量差值變得過大，從而防止在使用容量差的計(jì)算中出現(xiàn)虧數(shù)(deficiency)。
還優(yōu)選地，所述相互關(guān)系由數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)表示SOC=SOCmid-SOClowQhigh-Qlow-Qd×(Qmin-Qlow)+SOClow---(1)]]>其中，SOC是表觀充電狀態(tài)值，SOCmid是充電狀態(tài)值的控制中心值，SOClow是充電狀態(tài)值的下限設(shè)定值，SOChigh是充電狀態(tài)值的上限設(shè)定值，Qlow是從SOClow換算出的容量值，Qhigh是從SOChigh換算出的容量值，Qd是容量差，Qmin是最小剩余容量，Qmax是最大剩余容量。
還優(yōu)選地，如果在數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中，在右側(cè)的由數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)表示的分母至多為預(yù)定的防止減小到過零的值，則采用該防止減小到過零的值代替由數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)表示的分母Qhigh-Qlow-Qd(2)
還優(yōu)選地，如果在數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中，左側(cè)的SOC變得大于一最大安全值，則采用該最大安全值代替數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中左側(cè)的項(xiàng)。
還優(yōu)選地，如果在數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中，左側(cè)的SOC變得小于一最小安全值，則采用該最小安全值代替數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中左側(cè)的項(xiàng)。
本發(fā)明還提供類似于或?qū)?yīng)于上述裝置的方法和程序。
對于方法，例如，一種用于控制通過組合多個(gè)二次電池類型的單電池形成的電池組的充電/放電的根據(jù)本發(fā)明的電池組充電/放電控制方法的特征在于包括以下步驟基于構(gòu)成電池組的單電池的容量上限值和容量下限值中的至少一個(gè)限制充電/放電；檢測構(gòu)成電池組的單電池的剩余容量；基于檢測到的剩余容量的最小值和最大值中的至少一個(gè)計(jì)算一控制充電狀態(tài)值；計(jì)算剩余容量已被檢測的單電池當(dāng)中的第一單電池的剩余容量與第二單電池的剩余容量之間的剩余容量差以作為一容量差，所述第二單電池的剩余容量小于所述第一單電池的剩余容量；存儲(chǔ)所述容量差與不同于所述控制充電狀態(tài)值的表觀充電狀態(tài)值之間的相互關(guān)系；以及基于所述容量差參照所述相互關(guān)系計(jì)算出表觀充電狀態(tài)值。
對于程序，例如，一種被讀入計(jì)算機(jī)以便控制通過組合多個(gè)二次電池類型的單電池形成的電池組的充電/放電的根據(jù)本發(fā)明的電池組充電/放電控制程序的特征在于包括基于構(gòu)成電池組的單電池的容量上限值和容量下限值中的至少一個(gè)限制充電/放電；檢測構(gòu)成電池組的單電池的剩余容量；基于檢測到的剩余容量的最小值和最大值中的至少一個(gè)計(jì)算一控制充電狀態(tài)值；計(jì)算剩余容量已被檢測的單電池當(dāng)中的第一單電池的剩余容量與第二單電池的剩余容量之間的剩余容量差以作為一容量差，所述第二單電池的剩余容量小于所述第一單電池的剩余容量；以及參照所述容量差與不同于所述控制充電狀態(tài)值的表觀充電狀態(tài)值之間的相互關(guān)系計(jì)算所述表觀充電狀態(tài)值。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面的電池控制系統(tǒng)的特征在于包括上述電池組充電/放電控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明的包括充電/放電控制裝置、電池組、控制計(jì)算機(jī)(例如電池ECU、HVECU等)、負(fù)荷等的電池控制系統(tǒng)提供了電池組的高精度充電/放電控制。
本發(fā)明提供了能夠高精度地控制電池組的充電/放電的用于電池組的電池控制裝置、方法和程序以及電池控制系統(tǒng)。


通過結(jié)合附圖閱讀下面對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，可更好地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)的和工業(yè)的價(jià)值，在附圖中圖1是示出其中本發(fā)明的充電/放電控制應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的電池控制系統(tǒng)的構(gòu)造的框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的充電/放電控制程序的流程圖；圖3是針對容量差異小的情況的SOC換算圖；圖4是針對容量差異大的情況的SOC換算圖；圖5是示出相關(guān)技術(shù)的電池控制系統(tǒng)的構(gòu)造的框圖；圖6A和6B是示出隨著時(shí)間流逝容量差異擴(kuò)大的圖；圖7A是示出在容量差異小的情況下執(zhí)行的充電/放電控制的圖；以及圖7B是示出在容量差異大的情況下執(zhí)行的充電/放電控制的圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的說明和附圖中，將根據(jù)示例性實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
〔其中本發(fā)明應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的構(gòu)造(電池控制系統(tǒng))〕圖1示出其中根據(jù)本發(fā)明的充電/放電控制程序應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的電池控制系統(tǒng)100。本發(fā)明的充電/放電控制程序安裝在電池ECU 200內(nèi)，該電池ECU 200為計(jì)算機(jī)。電池組12包括串聯(lián)連接的多個(gè)單電池(單格電池或電池塊)10。用于檢測每個(gè)單電池10的電壓的電壓檢測器14連接到電池組12?；陔妷簷z測器14的輸出，電池ECU 200計(jì)算構(gòu)成電池組12的每個(gè)電池塊10的SOC。電池ECU 200利用充電/放電控制程序從每個(gè)單電池10的SOC計(jì)算將傳遞給HVECU 18的SOC。電池ECU 200根據(jù)電池ECU 200計(jì)算出的SOC進(jìn)行關(guān)于SOC的判定，并控制包括車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、逆變器等的負(fù)荷20。即，電池ECU 200執(zhí)行調(diào)節(jié)電池組12的充電/放電量的控制，以便整個(gè)電池組12的SOC處于預(yù)定范圍內(nèi)。對于SOC的控制范圍，采用例如20％到80％的范圍。電池控制系統(tǒng)100由電池ECU 200、HVECU 18、電池組12、負(fù)荷20、電壓檢測器14等形成。
構(gòu)成電池組12的每個(gè)單電池10是由二次單格電池，例如鎳基單格電池、鎳金屬氫化物(Ni-MH)單格電池、鋰離子單格電池等形成的單獨(dú)一個(gè)單格電池或串聯(lián)連接的多個(gè)單格電池?？刹粌H考慮該電壓而且考慮單電池的溫度以及實(shí)際測量出的電流值來計(jì)算每個(gè)單電池10的SOC。
盡管在上述結(jié)構(gòu)中，HVECU 18和電池ECU 200相互分開，但是HVECU 18和電池ECU 200可組合成一個(gè)裝置。此外，盡管在上述說明中，將充電/放電控制程序讀入電池ECU 200，但是充電/放電控制程序也可安裝在HVECU 18內(nèi)。
負(fù)荷20的示例包括發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、電動(dòng)機(jī)ECU、逆變器、電動(dòng)發(fā)電機(jī)等。HVECU 18向發(fā)動(dòng)機(jī)ECU輸出控制發(fā)動(dòng)機(jī)等的輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出命令，并接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)ECU等的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出控制信息。此外，HVECU 18向電動(dòng)機(jī)ECU輸出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令等，并輸入來自電動(dòng)機(jī)ECU的電動(dòng)機(jī)控制信息。電動(dòng)機(jī)ECU執(zhí)行逆變器的切換控制。由于這種控制，可確定對電動(dòng)發(fā)電機(jī)的輸入，并可根據(jù)輸出驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪。
〔充電/放電控制方法〕下面將參照圖2說明由電池ECU 200執(zhí)行的充電/放電控制方法。執(zhí)行被讀入電池ECU 200的充電/放電控制程序(圖2)。電池ECU 200使用電壓檢測器14檢測構(gòu)成電池組12的所有單電池10的SOC。電池ECU 200從SOC(％)計(jì)算剩余容量(Ah)。在單電池10當(dāng)中，識(shí)別具有最小剩余容量的單電池10和具有最大剩余容量的單電池10。將從最大剩余容量減去最小剩余容量而得到的容量差值確定為單電池之間的容量差異值Qd(Ah)(步驟10，簡稱為“S10”)。
將容量差異值(Qd)與預(yù)先存儲(chǔ)的用于SOC計(jì)算的容量差異的上限安全值Q1(Ah)相比較(S12)，所述上限安全值是預(yù)定的最大容量差值(S12)。如果容量差異值Qd由于單電池的異?；蝾愃魄闆r而增大到最大值，則上限安全值Q1將值Qd抑制在固定值。即，根據(jù)本發(fā)明，將由單電池中的最小剩余容量值(Qmin)確定的SOC設(shè)定為控制充電狀態(tài)值(代表SOC)。值Qmin被確定為最大剩余容量值(Qmax)與容量差異值(Qd)之差(Qmin＝Qmax-Qd)。如果Qd小于或等于Q1，則可照常將最小剩余容量值(Qmin)確定為最大剩余容量值(Qmax)與容量差異值(Qd)之差(Qmin＝Qmax-Qd)(S14)。然而，如果Qd大于Q1，則用Q1代替值Qd，并將最小剩余容量值(Qmin)確定為Qmin＝Qmax-Q1(S16)。這種計(jì)算方式可防止控制充電狀態(tài)值由于Qd的突然增大或類似情況而減小到最小值或負(fù)值，從而防止出現(xiàn)數(shù)學(xué)虧數(shù)等。
在確定Qmin之后，電池ECU 200基于Qmin和Qd確定將報(bào)告給HVECU 18的SOC。在此階段，將值Qd與值Q2(用于確定是否切換SOC計(jì)算方法的標(biāo)準(zhǔn))相比較。值Q2是預(yù)先存儲(chǔ)的。如果容量差異值(Qd)小于或等于Q2，則采用上述日本專利申請No.2002-43216中所述的方法。即，用完全充電狀態(tài)的容量值(Qfull)除值Qmin，并將這樣確定的百分比設(shè)定為將報(bào)告給HVECU 18的SOC(S20)。它們之間的關(guān)系在圖3中示出。即，最小剩余容量值(Qmin)與將報(bào)告給HVECU 18的SOC具有比例關(guān)系。這是因?yàn)樵诖饲闆r下容量差異Qd小，從而由Qmin換算出的SOC可返回到充電狀態(tài)的控制中心值(SOCmid)。在此狀態(tài)期間，優(yōu)選地利用上述現(xiàn)有申請的優(yōu)點(diǎn)，即容量差異的預(yù)期減小等。特別地，如果僅使用對應(yīng)于Qmin的最小SOC(控制充電狀態(tài)值，代表SOC)執(zhí)行充電/放電控制，則即使在具有最大SOC或接近最大SOC的單電池10中的充電量增大到超過控制范圍的情況下，仍可抑制容量差異。在每個(gè)單電池10中，隨著SOC增大，充電效率降低并且自放電增加。因此，即使通過使用單電池10的不同的SOC中的最小SOC來執(zhí)行充電/放電控制，仍可抑制在不同的SOC中單電池的較大的SOC增大。從而，可防止SOC差異繼續(xù)增大到超過固定值，而不需要對所有單電池10過度充電以便平衡其SOC。因此，不同容量的基本平衡或者容量差異的減小使得不需要執(zhí)行平衡控制，并且獲得了避免由于過度充電而導(dǎo)致電池壽命縮短的優(yōu)點(diǎn)。
如果容量差異值(Qd)大于Q2，則由最小剩余容量值(Qmin)(控制充電狀態(tài)值或代表SOC)換算出的SOC有時(shí)不能返回到控制中心值。在這種情況下，計(jì)算出表觀SOC，并將該表觀SOC報(bào)告給HVECU 18，從而避免缺陷，例如HVECU 18一直不能輸出停止充電的命令的缺陷。特別地，執(zhí)行操作以便經(jīng)由圖4中所示的實(shí)線部分計(jì)算出的SOC大于以圖3中所示的方式(對應(yīng)于圖4中的虛線部分)計(jì)算出的SOC。即，與如圖4中的虛線部分所示相對于最小剩余容量值Qmin設(shè)定SOC值相比，通過如圖4中的實(shí)線部分所示相對于相同的最小剩余容量值Qmin設(shè)定增大的SOC來克服上述缺陷。計(jì)算根據(jù)容量差異(Qd)的幅度的增大的SOC值，并將該SOC值設(shè)定為表觀SOC。在將這樣設(shè)定的表觀SOC報(bào)告給HVECU18時(shí)，判定已超過控制中心值(SOCmid)。Qd和Qmin的關(guān)系表達(dá)式(對應(yīng)于圖4中的實(shí)線部分)如數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)。
SOC=SOCmid-SOClowQhigh-Qlow-Qd×(Qmin-Qlow)+SOClow---(1)]]>其中，SOC是表觀SOC(％)，SOCmid是控制中心值(％)，SOClow是SOC下限設(shè)定值(％)，SOChigh是SOC上限設(shè)定值(％)，Qlow是從SOClow換算出的容量值(Ah)，Qhigh是從SOChigh換算出的容量值(Ah)。SOCmid(控制中心值(％))、SOClow(SOC下限設(shè)定值(％))和SOChigh(SOC上限設(shè)定值(％))均被預(yù)先設(shè)定并存儲(chǔ)。
為了確定表觀SOC，在對應(yīng)于數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)的分母的數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)中確定數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中的分母(對應(yīng)于圖4中的(A))(S22)。
分母(A)＝Qhigh-Qlow-Qd (2)為了防止數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)表示的分母變成接近零的值或者減小到負(fù)值，將由數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)提供的值與預(yù)先設(shè)定的值Q3(分母下限安全值)相比較以防止減小到過零(S24)。如果通過數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)確定的值小于Q3，則用數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中的分母代替值Q3(S26)。這樣，可避免數(shù)學(xué)虧數(shù)。在確定數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中的分母之后，將該分母、SOCmid(％)、SOClow(％)、SOChigh(％)、Qlow(Ah)、Qd(Ah)和Qmin(Ah)的值代入數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中以確定表觀SOC，并采用這樣確定的表觀SOC作為將報(bào)告給HVECU 18的SOC(S28)。
將要報(bào)告給HVECU 18的SOC與預(yù)先存儲(chǔ)的最大安全(MAX安全)值和預(yù)先存儲(chǔ)的最小安全(MIN安全)值進(jìn)行數(shù)學(xué)比較。從而對SOC進(jìn)行過濾。如果SOC大于最大安全值(例如100％的SOC)(S30)，則將最大安全值而不是SOC報(bào)告給HVECU 18(S32)。如果SOC小于最小安全值(例如0％的SOC)(S34)，則將最小安全值而不是SOC報(bào)告給HVECU 18(S36)。以這種方式，報(bào)告將由HVECU 18使用以進(jìn)行判定的SOC(S38)，以便可高精度地執(zhí)行電池組的充電/放電控制。重復(fù)執(zhí)行圖2中所示的S10到S38的SOC計(jì)算，從而可一直向HVECU 18報(bào)告適合于控制的SOC值。
即使容量差異顯著增大(尤其是如果電池中發(fā)生內(nèi)部異常，而不是隨時(shí)間流逝發(fā)生的容量差異的正常增大)，執(zhí)行上述控制方法仍可防止發(fā)生不希望的情況，即，控制充電狀態(tài)值即代表SOC(上限值)不能增大到控制中心值。因此，該方法可防止電池ECU 200不向HVECU 18輸出指示SOC已增大到控制中心值的指示的情況持續(xù)存在。因此，該方法將防止以下情況，即，對電池的充電不停止而是不適當(dāng)?shù)乩^續(xù)進(jìn)行，并且由于持續(xù)充電發(fā)動(dòng)機(jī)不能停止，以及將防止在充電和停止充電之間反復(fù)交替的振蕩現(xiàn)象。此外，該方法將防止發(fā)生以下情況，即，在車輛行駛期間，由于盡管已達(dá)到了實(shí)際的最大充電量但是仍判定充電未完成，所以除了用于通過車輛驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛之外，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的消耗還用于通過發(fā)電機(jī)對電池組112充電。結(jié)果，可提供足夠的能量以便驅(qū)動(dòng)車輛，從而在需要增加動(dòng)力的車輛行駛例如上坡行駛等期間可滿足駕駛性能要求。
盡管在上述實(shí)施例的方法中，基于單電池的上限容量值受限的情況通過使用單電池的最小剩余容量值來執(zhí)行充電/放電控制，但是還可執(zhí)行這樣的方法，即，基于單電池的下限容量值受限的情況通過使用單電池的最大剩余容量值來執(zhí)行充電/放電控制。即，本發(fā)明也能夠防止出現(xiàn)不希望的情況，例如隨著容量差異增大，單電池不能放電到控制中心值的情況。
本發(fā)明可用作基本所有具有二次電池組的電動(dòng)車輛(例如燃料電池電動(dòng)車輛、裝有燃料電池和內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛)的充電/放電控制裝置、方法和程序以及電池控制系統(tǒng)。本發(fā)明的充電/放電控制和電池控制系統(tǒng)可用于各種汽車?yán)巛p型轎車(或小型轎車)、一般的乘用車、大型和小型專用車、大型車輛(公共汽車、卡車)等。
本發(fā)明的應(yīng)用并不局限于機(jī)動(dòng)車輛。相反，本發(fā)明基本可應(yīng)用于基本上所有具有二次電池(例如鋰離子二次電池、鎳基電池(例如Ni-MH電池、Ni-Cd蓄電池)的裝置和設(shè)備。本發(fā)明還可應(yīng)用于安裝在上述裝置或設(shè)備內(nèi)的二次電池組的充電/放電控制。例如，本發(fā)明可用于檢測在家用或商用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)電力的二次電池的劣化。還可設(shè)想將本發(fā)明應(yīng)用于安裝在移動(dòng)裝置例如手機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)相關(guān)設(shè)備、船舶、航空器等內(nèi)的二次電池組的充電/放電控制。
權(quán)利要求
1.一種用于控制通過組合多個(gè)二次電池類型的單電池(10)形成的電池組(12)的充電/放電的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于包括基于構(gòu)成電池組(12)的單電池(10)的容量上限值和容量下限值中的至少一個(gè)限制充電/放電的充電/放電限制裝置(200)；檢測構(gòu)成電池組(12)的單電池(10)的剩余容量的剩余容量檢測裝置(14，200)；基于檢測到的剩余容量的最小值(Qmin)和最大值(Qmax)中的至少一個(gè)計(jì)算控制充電狀態(tài)值的控制值計(jì)算裝置(200)；計(jì)算剩余容量已被檢測的單電池(10)當(dāng)中的第一單電池的剩余容量與第二單電池的剩余容量之間的剩余容量差以作為容量差(Qd)的容量差計(jì)算裝置(200)，所述第二單電池的剩余容量小于所述第一單電池的剩余容量；存儲(chǔ)所述容量差(Qd)與不同于所述控制充電狀態(tài)值(代表SOC)的表觀充電狀態(tài)值(表觀SOC)之間的相互關(guān)系的存儲(chǔ)裝置(200)；和基于所述容量差(Qd)參照所述相互關(guān)系計(jì)算表觀充電狀態(tài)值(表觀SOC)的表觀充電狀態(tài)值計(jì)算裝置(200)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，還包括在所述容量差(Qd)至少為預(yù)先存儲(chǔ)的預(yù)定的容量差(Q2)時(shí)，采用所述表觀充電狀態(tài)值(表觀SOC)的表觀充電狀態(tài)值采用裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，所述容量差計(jì)算裝置(200)包括用于檢測電池組(12)中具有最大剩余容量(Qmax)的單電池(10)的最大剩余容量檢測裝置，和用于檢測電池組(12)中具有最小剩余容量(Qmin)的單電池(10)的最小剩余容量檢測裝置，并計(jì)算所述最大剩余容量(Qmax)和所述最小剩余容量(Qmin)之間的剩余容量差以作為容量差(Qd)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，還包括在所述容量差(Qd)小于預(yù)先存儲(chǔ)的預(yù)定的容量差(Q2)時(shí)，采用構(gòu)成電池組(12)的單電池(10)的最小剩余容量(Qmin)或該最小剩余容量(Qmin)與完全充電容量值(Qfull)的百分比作為用于控制電池組(12)的控制充電狀態(tài)值(代表SOC)的控制充電狀態(tài)值采用裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，在所述容量差(Qd)至少為預(yù)先存儲(chǔ)的預(yù)定的容量差最大值時(shí)，采用所述預(yù)定的容量差最大值而不是所述容量差(Qd)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，所述相互關(guān)系由數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)表示SOC=SOCmid-SOClowQhigh-Qlow-Qd×(Qmin-Qlow)+SOClow---(1)]]>其中，SOC是表觀充電狀態(tài)值，SOCmid是充電狀態(tài)值的控制中心值，SOClow是充電狀態(tài)值的下限設(shè)定值，SOChigh是充電狀態(tài)值的上限設(shè)定值，Qlow是從SOClow換算出的容量值，Qhigh是從SOChigh換算出的容量值，Qd是容量差，Qmin是最小剩余容量，Qmax是最大剩余容量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，如果在數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中，在右側(cè)的由數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)表示的分母至多為預(yù)定的防止減小到過零的值(Q3)，則采用該防止減小到過零的值(Q3)代替由數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)表示的分母Qhigh-Qlow-Qd (2)
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，如果在數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中，SOC變得大于最大安全值，則采用該最大安全值代替數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中左側(cè)的項(xiàng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，如果在數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中，SOC變得小于最小安全值(MIN安全值)，則采用該最小安全值(MIN安全值)代替數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中左側(cè)的項(xiàng)。
10.一種用于控制通過組合多個(gè)二次電池類型的單電池(10)形成的電池組(12)的充電/放電的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于包括檢測構(gòu)成電池組(12)的單電池(10)的剩余容量的剩余容量檢測器(14，200)；以及控制器(200)，該控制器基于構(gòu)成電池組(12)的單電池(10)的容量上限值和容量下限值中的至少一個(gè)限制充電/放電，基于檢測到的剩余容量的最小值(Qmin)和最大值(Qmax)中的至少一個(gè)計(jì)算控制充電狀態(tài)值，計(jì)算剩余容量已被檢測的單電池(10)當(dāng)中的第一單電池的剩余容量與第二單電池的剩余容量之間的剩余容量差以作為容量差(Qd)，所述第二單電池的剩余容量小于所述第一單電池的剩余容量，存儲(chǔ)所述容量差(Qd)與不同于所述控制充電狀態(tài)值(代表SOC)的表觀充電狀態(tài)值(表觀SOC)之間的相互關(guān)系，并且基于所述容量差(Qd)參照所述相互關(guān)系計(jì)算出表觀充電狀態(tài)值(表觀SOC)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，如果所述容量差(Qd)至少為預(yù)先存儲(chǔ)的預(yù)定的容量差(Q2)，則所述控制器(200)采用所述表觀充電狀態(tài)值(表觀SOC)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，所述控制器(200)檢測電池組(12)中具有最大剩余容量(Qmax)的單電池(10)和電池組(12)中具有最小剩余容量(Qmin)的單電池(10)，并計(jì)算所述最大剩余容量(Qmax)和所述最小剩余容量(Qmin)之間的剩余容量差以作為容量差(Qd)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，如果所述容量差(Qd)小于預(yù)先存儲(chǔ)的預(yù)定的容量差(Q2)，則所述控制器(200)采用構(gòu)成電池組(12)的單電池(10)的最小剩余容量(Qmin)或該最小剩余容量(Qmin)與完全充電容量值(Qfull)的百分比作為用于控制電池組(12)的控制充電狀態(tài)值(代表SOC)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，如果所述容量差(Qd)至少為預(yù)先存儲(chǔ)的預(yù)定的容量差最大值，則采用所述預(yù)定的容量差最大值而不是所述容量差(Qd)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，所述相互關(guān)系由數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)表示SOC=SOCmid-SOClowQhigh-Qlow-Qd×(Qmin-Qlow)+SOClow---(1)]]>其中，SOC是表觀充電狀態(tài)值，SOCmid是充電狀態(tài)值的控制中心值，SOClow是充電狀態(tài)值的下限設(shè)定值，SOChigh是充電狀態(tài)值的上限設(shè)定值，Qlow是從SOClow換算出的容量值，Qhigh是從SOChigh換算出的容量值，Qd是容量差，Qmin是最小剩余容量，Qmax是最大剩余容量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，如果在數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中，右側(cè)的由數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)表示的分母至多為預(yù)定的防止減小到過零的值(Q3)，則采用該防止減小到過零的值(Q3)代替由數(shù)學(xué)表達(dá)式(2)表示的分母Qhigh-Qlow-Qd (2)
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，如果在數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中，SOC變得大于最大安全值，則采用該最大安全值代替數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中左側(cè)的項(xiàng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所述的電池組充電/放電控制裝置，其特征在于，如果在數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中，SOC變得小于最小安全值(MIN安全值)，則采用該最小安全值(MIN安全值)代替數(shù)學(xué)表達(dá)式(1)中左側(cè)的項(xiàng)。
19.一種用于控制通過組合多個(gè)二次電池類型的單電池形成的電池組的充電/放電的電池組充電/放電控制方法，其特征在于包括以下步驟基于構(gòu)成電池組(12)的單電池(10)的容量上限值和容量下限值中的至少一個(gè)限制充電/放電；檢測構(gòu)成電池組(12)的單電池(10)的剩余容量；基于檢測到的剩余容量的最小值(Qmin)和最大值(Qmax)中的至少一個(gè)計(jì)算控制充電狀態(tài)值；計(jì)算剩余容量已被檢測的單電池(10)當(dāng)中的第一單電池的剩余容量與第二單電池的剩余容量之間的剩余容量差以作為容量差(Qd)，所述第二單電池的剩余容量小于所述第一單電池的剩余容量；存儲(chǔ)所述容量差(Qd)與不同于所述控制充電狀態(tài)值(代表SOC)的表觀充電狀態(tài)值(表觀SOC)之間的相互關(guān)系；以及基于所述容量差(Qd)參照所述相互關(guān)系計(jì)算出表觀充電狀態(tài)值(表觀SOC)。
20.一種被讀入計(jì)算機(jī)以便控制通過組合多個(gè)二次電池類型的單電池形成的電池組的充電/放電的電池組充電/放電控制程序，其特征在于包括基于構(gòu)成電池組(12)的單電池(10)的容量上限值和容量下限值中的至少一個(gè)限制充電/放電；檢測構(gòu)成電池組(12)的單電池(10)的剩余容量；基于檢測到的剩余容量的最小值(Qmin)和最大值(Qmax)中的至少一個(gè)計(jì)算控制充電狀態(tài)值(代表SOC)；計(jì)算剩余容量已被檢測的單電池(10)當(dāng)中的第一單電池的剩余容量與第二單電池的剩余容量之間的剩余容量差以作為容量差(Qd)，所述第二單電池的剩余容量小于所述第一單電池的剩余容量；以及參照所述容量差(Qd)與不同于所述控制充電狀態(tài)值(代表SOC)的表觀充電狀態(tài)值(表觀SOC)之間的相互關(guān)系，計(jì)算出所述表觀充電狀態(tài)值(表觀SOC)。
21.一種電池控制系統(tǒng)，其特征在于包括由權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)限定的電池組充電/放電控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了電池組容量控制系統(tǒng)。如果容量差異(Qd)大于預(yù)先存儲(chǔ)的值，則從Qmin換算出的SOC有時(shí)不能恢復(fù)到控制中心值。在這種情況下，通過計(jì)算表觀SOC并將該表觀SOC報(bào)告給HVECU(18)，可防止HVECU(18)一直不能輸出停止充電的命令的不利情況。表觀SOC是根據(jù)容量差異(Qd)的幅度通過增加SOC的值計(jì)算出的。通過電池ECU將這樣計(jì)算出的表觀SOC報(bào)告給HVECU，從而可確定已超過控制中心值。因此，無論容量差異(Qd)如何，都可提供能夠高精度地控制電池組的充電/放電的用于電池組的電池控制裝置、方法和程序以及電池控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1829921SQ200480021768
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者石下晃生 申請人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社