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专利名称：二次电池温度推定装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于推定二次电池的温度的二次电池温度推定装置，具体而言，涉及用于在不使用温度传感器的情况下精确地推定二次电池的温度的技术。
背景技术：
通常，在以锂离子电池和镍氢电池为代表的二次电池中，充电和放电特性随温度降低而劣化。当电池的温度低时，需要迅速升高电池温度。日本专利申请公开H11-3^516(JP-A-11-329516)描述了用于升高电池温度的装置。在该升温装置中，通过跨电池连接由电感器、电容器以及交流电源构成的串联电路而形成谐振电路。通过使交流电源产生该谐振电路的谐振频率下的交流电压而使电池的温度升
尚ο在该升温装置中，在谐振期间，几乎所有电力都消耗在内阻中，因而通过自发热而升高电池的温度。据称该升温装置能够以最小电力消耗有效地升高电池的温度(参见 JP-A-I1-329516)。为了安全并精确地将二次电池的温度升高到目标温度，精确地确定二次电池的温度是重要的。然而，温度传感器测量电池的表面温度，因此，检测结果不能精确地反映电池内部的实际温度。此外，使用温度传感器导致成本增加。JP-A-11-329516仅仅公开了升高电池温度的技术，上述公开不包括关于在使电池温度升高的同时精确地推定电池温度的方法的教导。

发明内容
本发明提供了一种能够在不使用温度传感器的情况下精确地推定二次电池的温度的二次电池温度推定装置。根据本发明的第一方面的二次电池温度推定装置包括纹波生成部、电流检测部、 电压检测部、阻抗推定部以及温度推定部。所述纹波生成部被连接到所述二次电池并适用于使预定频率的纹波电流在所述二次电池中流动。所述电流检测部检测所述二次电池的充电或放电电流。所述电压检测部检测所述二次电池的电压。所述阻抗推定部基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时由所述电流检测部检测的电流和由所述电压检测部检测的电压而推定所述二次电池的阻抗。所述温度推定部通过使用预先获得的所述二次电池的温度与所述二次电池的阻抗之间的关系并基于由所述阻抗推定部推定的阻抗而推定所述二次电池的温度。在第一方面中，可以采用这样的配置，其中，基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时由所述电流检测部检测的电流和由所述电压检测部检测的电压，所述阻抗推定部推定在所述预定频率下所述二次电池的交流阻抗；以及，通过使用预先获得的所述二次电池的温度与在所述预定频率下所述二次电池的交流阻抗之间的关系并基于由所述阻抗推定部推定的交流阻抗，所述温度推定部推定所述二次电池的温度。
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在第一方面中，可以采用这样的配置，其中，所述阻抗推定部包括偏移电流计算部、偏移电压计算部以及直流电阻推定部。所述偏移电流计算部基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时由所述电流检测部检测的电流而计算由所检测的电流的平均值表示的偏移电流。所述偏移电压计算部基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时由所述电压检测部检测的电压而计算偏移电压，所述偏移电压为所述二次电池的开路电压与所检测的电压的平均值之间的差。所述直流电阻推定部基于所述偏移电流和所述偏移电压而推定所述二次电池的直流电阻。通过使用预先获得的所述二次电池的温度与所述二次电池的所述直流电阻之间的关系并基于由所述直流电阻推定部推定的所述直流电阻，所述温度推定部推定所述二次电池的温度。在第一方面中，所述电流检测部和所述电压检测部中的每一个可以包括获取检测值的峰值的峰值获取部。根据本发明的第二方面的二次电池温度推定装置包括纹波生成部、电流检测部、 充电状态(SOC)推定部、损失推定部以及温度推定部。所述纹波生成部被连接到所述二次电池并适用于使预定频率的纹波电流在所述二次电池中流动。所述电流检测部检测所述二次电池的充电或放电电流。所述SOC推定部基于由所述电流检测部检测的电流而推定所述二次电池的S0C。所述损失推定部基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时推定的所述S0C，推定所述二次电池的能量损失。所述温度推定部基于由所述损失推定部推定的所述二次电池的所述能量损失而推定所述二次电池的温度的改变量，并基于所推定的温度的改变量而推定所述二次电池的温度。在第二方面中，所述SOC推定部可以包括偏移电流计算部、放电量推定部以及改变量推定部。所述偏移电流计算部基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时由所述电流检测部检测的电流而计算由所检测的电流的平均值表示的偏移电流。 所述放电量推定部推定通过对所述偏移电流积分而获得的所述二次电池的放电量。所述改变量推定部通过将由所述放电量推定部推定的所述二次电池的放电量除以所述二次电池的容量而推定所述二次电池的所述SOC的改变量。在第二方面中，所述电流检测部可以包括获取检测值的峰值的峰值获取部。根据本发明的第三方面的二次电池温度推定方法包括使预定频率的纹波电流在所述二次电池中流动；检测所述二次电池的充电或放电电流；检测所述二次电池的电压； 基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时检测的电流和电压，推定所述二次电池的阻抗；以及通过使用预先获得的所述二次电池的温度与所述二次电池的阻抗之间的关系并基于所推定的阻抗，推定所述二次电池的温度。在第三方面中，可以采用这样的模式，其中，在推定阻抗时，基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时检测的电流和电压，推定在所述预定频率下所述二次电池的交流阻抗；以及在推定温度时，通过使用预先获得的所述二次电池的温度与在所述预定频率下所述二次电池的所述交流阻抗之间的关系并基于所推定的交流阻抗，推定所述二次电池的温度。在第三方面中，可以采用这样的模式，其中，推定阻抗包括基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时检测的电流，计算由所检测的电流的平均值表示的偏移电流； 基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时检测的电压，计算偏移电压，所述偏移电压为所述二次电池的开路电压与所检测的电压的平均值之间的差；以及基于所述偏移电流和所述偏移电压，推定所述二次电池的直流电阻，并且，在推定温度时，通过使用预先获得的所述二次电池的温度与所述二次电池的所述直流电阻之间的关系并基于所推定的直流电阻，推定所述二次电池的温度。根据本发明的第四方面的二次电池温度推定方法包括使预定频率的纹波电流在所述二次电池中流动；检测所述二次电池的充电或放电电流；基于所检测的电流，推定所述二次电池的充电状态(SOC)；基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时推定的所述S0C，推定所述二次电池的能量损失；以及基于所推定的所述二次电池的能量损失而推定所述二次电池的温度的改变量，并基于所推定的温度的改变量而推定所述二次电池的温度。在第四方面中，推定所述SOC可以包括基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时检测的电流，计算由所检测的电流的平均值表示的偏移电流；推定通过对所述偏移电流的积分获得的所述二次电池的放电量；以及通过将所推定的所述二次电池的放电量除以所述二次电池的容量，推定所述二次电池的所述SOC的改变量。在本发明中，通过使预定频率的纹波电流在二次电池中流动而升高二次电池的温度。基于当使纹波电流在二次电池中流动时检测的二次电池的电流和电压，推定二次电池的阻抗。通过使用预先获得的二次电池的温度与二次电池的阻抗之间的关系并基于所推定的阻抗，推定二次电池的温度。在本发明中，基于所检测的电流而推定二次电池的S0C，且基于当使纹波电流在二次电池中流动时推定的SOC而推定二次电池的能量损失。然后基于所推定的能量损失而推定二次电池的温度改变量，且基于所推定的温度改变量而推定二次电池的温度。由此，根据本发明，可以在不使用温度传感器的情况下精确地推定二次电池的温度。


通过对示例性实施例的以下描述并参考附图，本发明的上述和其他目的、特征以及优点将被变得明显，其中相似的标号用于表示相似的要素，且其中图1为作为根据本发明的第一实施例的二次电池温度推定装置的应用实例给出的电动车辆的整体的框图；图2为示出了图1中所示的电动车辆的一部分的系统配置的图，该部分涉及对二次电池的纹波升温操作；图3为示出了二次电池的电压的细目(breakdown)的图；图4为示出了二次电池的阻抗特性(绝对值)的波特(Bode)图；图5为示出了二次电池的阻抗特性(相位)的波特图；图6为示出了在跨二次电池内阻产生的电压为约束条件(constraint)的情况下在极低温条件下可在二次电池中流动的纹波电流的峰值的图；图7为示出了在跨二次电池内阻产生的电压为约束条件的情况下在极低温条件下可在二次电池中产生的平均热量的图；图8为在纹波升温操作期间在二次电池中的电流和电压的波形图9为图2中示出的状态推定部的功能框图；图10为示出了第二实施例的状态推定部的功能框图；图11为示出了第三实施例的状态推定部的功能框图；图12为示出了在图11中示出的充电状态(SOC)推定部的更详细的功能框图；图13为示出了纹波电流的周期与传感器的取样周期之间的关系的图；图14为这样的图，其中在特定时刻的取样之后的一个周期的纹波波形与在N个周期之后的相同相位的纹波波形彼此叠加(superimpose)；以及图15为其中绘制了多个取样点的图。
具体实施例方式以下将参考附图详细描述本发明的实施例。注意，附图中的相同或相应的部分由相同的参考标号指示，并且不重复对其的描述。(第一实施例)图1是作为根据本发明的第一实施例的用于二次电池的二次电池温度推定装置的应用实例给出的电动车辆的整体的框图。参考图1，电动车辆100包括二次电池10、升压转换器22、电容器CH、逆变器30、电动发电机40以及驱动轮50。电动车辆100还包括电子控制单元(ECU) 60、电流传感器72以及电压传感器74和76。二次电池10为以锂离子电池或镍氢电池为代表的可再充电电池。二次电池10的正端子和负端子被分别连接到正极线PLl和负极线NL。升压转换器22包括功率半导体开关器件(switching device)(下文中，也可仅称为“开关器件”)Ql和Q2、二极管Dl和D2以及电抗器L。开关器件Ql和Q2被串联连接在正极线PL2与负极线NL之间。开关器件Ql的集电极被连接到正极线PL2，且开关器件Q2 的发射极被连接到负极线NL。二极管Dl和D2分别被反并联地(in anti-parallel)连接到开关器件Ql和Q2。电抗器L的一个端子连接到正极线PL1，而其另一端子连接到开关器件Ql和Q2之间的节点ND。作为上述开关器件Ql和Q2，例如可以使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)、功率金属氧化物半导体(M0Q晶体管等等。升压转换器22能够基于来自E⑶60的控制信号PWMC而将正极线PL2和负极线 NL之间的电压(下文中，也称为“系统电压”)升高到二次电池10的输出电压或更高。当系统电压低于希望的电压时，通过增大开关器件Q2的占空因子，使电流从正极线PLl流到正极线PL2，从而可以升高系统电压。另一方面，当系统电压高于希望的电压时，通过增大开关器件Ql的占空因子，使电流从正极线PL2流到正极线PL1，从而可以降低系统电压。升压转换器22和电容器CH形成将稍后描述的纹波生成部20。升压转换器22基于来自E⑶60的控制信号PWMC而使预定频率的纹波电流在二次电池10中流动，由此从其内部升高二次电池10的温度(这样的升温操作在下文中也称为“纹波升温操作”)。具体而言，在升压转换器22中，根据来自E⑶60的控制信号PWMC，开关器件Ql和Q2互补地开通和关断，从而升压转换器22依赖于开关器件Ql和Q2的开关频率而使纹波电流在二次电池10中流动。稍后将详细说明纹波升温操作。电容器CH被连接在正极线PL2与负极线NL之间，以使正极线PL2与负极线NL之间的电压平滑。使用电容器CH作为电力缓冲器，当对二次电池10进行纹波升温操作时，该电力缓冲器暂时存储从二次电池10输出的电力。逆变器30基于来自E⑶60的控制信号PWMI而将从正极线PL2和负极线NL供给的直流电力转变为三相交流，并将该三相交流输出到电动发电机40以驱动电动发电机40。 在车辆的制动期间，逆变器30基于控制信号PWMI而将由电动发电机40产生的三相交流转变为直流，以将该直流输出到正极线PL2和负极线NL。电动发电机40为交流电动机，该交流电动机例如为具有其中嵌入有永磁体的转子的三相交流电动机。电动发动机40被机械地连接到驱动轮50并产生用于驱动车辆的扭矩。此外，电动发动机40从驱动轮50接收车辆的动能以在车辆制动期间产生电力。电流传感器72检测输入到二次电池10和从二次电池10输出的电流I，并且检测值被输出到ECU 60。下文中，当电流I沿使二次电池10充电的方向流动时，电流I的符号为正。电压传感器74检测与二次电池10的输出电压对应的正极线PLl与负极线NL之间的电压V，并将检测值输出到E⑶60。电压传感器76检测正极线PL2与负极线NL之间的电压VH，并将检测值输出到E⑶60。E⑶60基于分别从电压传感器74和76提供的电压V和VH的检测值而产生用于驱动升压转换器22的脉冲宽度调制(PWM)信号。所产生的PWM信号作为控制信号PWMC而被输出到升压转换器22。当满足用于对二次电池10进行纹波升温操作的预定条件时，E⑶60产生用于使预定频率的纹波电流在二次电池10中流动的控制信号PWMC，并且所产生的控制信号PWMC 被输出到升压转换器22。作为实例，ECU 60将载波信号的频率设定为预定频率(下文中， 也称为“纹波频率”)并产生用于以该纹波频率开通和关断升压转换器22的开关器件Ql和 Q2的控制信号P丽C。此外，基于当使纹波电流在二次电池10中流动时由电流传感器72检测并提供的电流I的值和由电压传感器74检测并提供的电压V的值，E⑶60推定二次电池10的温度。稍后将详细描述在纹波升温操作期间基于电流I和电压V的检测值而通过由升压转换器22和电容器CH形成的纹波生成部20对二次电池10进行的纹波升温操作以及推定二次电池10的温度的方法。E⑶60产生用于驱动电动发电机40的控制信号PWMI，并将所产生的控制信号 PWMI输出到逆变器30。图2为示出了图1中所示的电动车辆100的一部分的系统配置的图，该部分涉及对二次电池10的纹波升温操作。参考图2，二次电池10包括内阻12。如稍后描述的，内阻 12具有温度依赖性并还依赖于在电池中流动的电流的频率而显著变化。如上所述，纹波生成部20由图1中示出的升压转换器22和电容器CH(未在图2中示出)形成。在纹波生成部20中，开关器件Ql和Q2(未在图2中示出)根据来自E⑶60 的控制信号PWMC而互补地开通和关断，从而纹波生成部20产生依赖于开关器件Ql和Q2 的开关频率的纹波电流。E⑶60包括状态推定部62和纹波控制部64。状态推定部62基于当纹波生成部 20使纹波电流在二次电池10中流动时检测的电流I和电压V的值而推定二次电池10的温度T。更具体而言，状态推定部62基于电流I和电压V的检测值而推定二次电池10的阻抗，并且，通过使用预先准备的限定了二次电池10的温度与阻抗之间的关系的图(map)并基于所推定的阻抗而推定二次电池10的温度T。状态推定部62然后将所推定的温度T输出到纹波控制部64。纹波控制部64基于从状态推定部62接收的二次电池10的温度T而控制纹波生成部20，以通过使纹波电流在二次电池10中流动而从二次电池10的内部升高二次电池10 的温度。纹波控制部64基于二次电池10的阻抗的频率特性而控制纹波生成部20，以使在这样的范围内的频率的纹波电流在二次电池10中流动，在该范围内，二次电池10的阻抗的绝对值被相对减小。下面将提供对纹波升温操作的简要描述，然后将详细描述推定二次电池10的温度的状态推定部62的配置。(对纹波升温操作的简要描述)图3为示出了二次电池10的电压的细目的图。在图3中，为了简单起见，内阻仅具有实部而不存在由L、C等引起的虚部。参考图3，通过向开路电压OCV增加在通电期间跨内阻12产生的电压Δ V或从开路电压OCV减去该电压Δ V而获得在二次电池10的端子之间产生的电压V。具体而言，当充电电流流动时，V = 0CV+AV，而当放电电流流动时，V = OCV- Δ V ( Δ V > 0)。当内阻12的电阻值为R时，通过下式表达当电流I在二次电池10中流动时产生的热量Q Q=I2XR (1)=IXAV (2)= AV2/R (3)这些式(1)到( 彼此等价。根据式(1)，似乎通过增大利用纹波生成部20产生的纹波电流I可以有效地升高二次电池10的温度。然而，实际上，从安全性和耐久性角度， 对于二次电池10的电压V而言，需要符合上限和下限电压。具体而言，在极低温条件下，内阻12的电阻值R增大且电压M因此而增大，从而存在出现以下情况的可能性不可能在将二次电池10的电压V约束在上限和下限之间的范围内的同时使得用于产生热的足够的纹波电流I流动。具体而言，在其中内阻12的电阻值R增大的低温条件下(特别地，在超低温条件下)，存在出现以下情况的可能性电压ΔΥ成为限制(restriction)，从而不可能使纹波电流I在二次电池10中流动，这阻止了二次电池10的温度的有效升高。因而，关注式(3)和二次电池10的阻抗的频率特性，并且，通过纹波生成部20使得在这样的范围内的频率下的纹波电流流动，在该范围内，二次电池的阻抗的绝对值(内阻12的电阻值R)与该范围之外的频率情况下的相同阻抗的绝对值相比相对较低。以该方式，二次电池10中的发热量Q增大，因而可以有效地升高二次电池10的温度。图4和5为示出了二次电池10的阻抗特性的波特图。作为分析二次电池的电特性的方法，已知电化学阻抗谱(EIS)。波特图通过EIS的使用而示出了二次电池10的阻抗特性。图4示出了阻抗Z的绝对值|Z|的频率特性。图5示出了阻抗Z的相位θ的频率特性。在图4和5中，对数标度的水平轴表示在二次电池10中产生的交流(纹波电流)
10的频率。在图4中，对数标度的垂直轴表示阻抗Z的绝对值|Z|。在图5中，垂直轴表示阻抗Z的相位θ。如图4所示，在需要升高二次电池10的温度的低温条件下，与非低温条件下相比， 阻抗ζ的绝对值Izl增大。然而，当纹波电流的频率低时，该增大是显著的。具体而言，在 IkHz的频率附近，阻抗Z的绝对值|Ζ|小于当频率远离该频率范围(约IkHz)时阻抗Z的绝对值|ζ|。此外，即使在极低温条件下，该绝对值也至多为非低温条件下(例如，在室温下)的三倍(图4中的部分Δ)。此外，如图5所示，在该频率范围(约IkHz)，阻抗Z的相位θ接近零，因此功率因子为1，这意味着良好的效率。因而，基于二次电池10的阻抗的频率特性，通过纹波生成部20产生在这样的范围 (例如，基于图4，约IkHz)内的频率下的纹波电流，在该范围内，二次电池10的阻抗Z的绝对值|Ζ|相对低。以该方式，即使在跨二次电池10的内阻12产生的电压ΔΥ所施加的限制下，也可以有效地使纹波电流在二次电池10中流动，从而有效地升高二次电池10的温度。图6为示出了在跨二次电池10的内阻12产生的电压Δ V为约束条件的情况下在极低温条件下能够在二次电池10中流动的纹波电流的峰值的图。参考图6，水平轴表示纹波电流的频率，垂直轴表示在电压Δν的约束条件下可在二次电池10中流动的纹波电流 (假设为正弦)的峰值。注意，通过实例示出了以下情况电压八￥等于0.5￥，并且二次电池10的温度T等于-30°C (极低温)。如图6所示，在其中二次电池10的阻抗的绝对值相对小的频率范围(约IkHz)内， 能够在二次电池10中流动的电流增大。当频率低或电流为直流时，则几乎不可能使电流在二次电池10中流动以升高二次电池的温度。图7为示出了在跨二次电池10的内阻12产生的电压Δ V为约束条件的情况下在极低温条件下可在二次电池中产生的平均热量的图。参考图7，水平轴表示纹波电流的频率，垂直轴表示在一个纹波循环中在二次电池10中产生的平均热量。注意，同样在图7中， 通过实例示出了以下情况电压八￥等于0.5￥，且二次电池10的温度11等于-301(极低温)。如图7所示，在二次电池10的阻抗的绝对值相对低的频率范围(约IkHz)内，由二次电池10产生的热量增加。当频率低或电流为直流时，在约束条件(电压Δν = 0. 5V) 下则几乎不可能使电流在二次电池10中流动来升高二次电池的温度。如上所述，基于二次电池10的阻抗的频率特性，通过纹波生成部20使得在二次电池10的阻抗的绝对值相对低的范围(例如，约IkHz)内的频率下的纹波电流流动。以该方式，可以增加二次电池的发热量Q，并可以有效地升高二次电池10的温度。图8为在纹波升温操作期间二次电池10中的电流I和电压V的波形图。参考图 8，在纹波升温操作期间，纹波生成部20 (升压转换器2 的载波信号CR的频率被设定为纹波频率f (例如，约IkHz)。当载波信号CR在时刻tl超过占空命令值d( = 0.5)时，上臂的开关器件Ql被关断而下臂的开关器件Q2被开通。当出现该情况时，在二次电池10中流动的电流I (当电池正被充电时为正)被反转并沿负方向增大。在电抗器L中存储的能量已经被放出(discharge)的时刻，电流I的符号从正变为负。电压V减小。当载波信号CR在时刻t2下降到低于占空命令值d时，上臂的开关器件Ql开通而下臂的开关器件Q2关断。于是，电流I反转并沿正方向增大。在电抗器L中存储的能量已经被放出的时刻，电流I的符号从负变为正。电压V增大。当载波信号CR在时刻t3再次超过占空命令值d时，开关器件Ql和Q2被分别关断和开通。电流被再次反向并沿负方向增大，且电压降低。以该方式，电流I和电压V在纹波频率f下变化。( 二次电池10的温度的推定)接下来，将描述使用在纹波升温操作期间测量的数据推定二次电池10的温度的方法。首先，使用图8中示出的波形图来定义将在用于推定二次电池10的温度的计算中使用的一些参数。当假设电流I的正侧峰值为充电最大电流Δ Il (> 0)且电流I的负侧峰值为放电最大电流Δ 12 (< 0)时，电流I的振幅(amplitude)，即，纹波电流的振幅Δ I由下式表示Δ I = Δ Il-Δ 12 (4)由于在纹波生成部20 (升压变换器2 中出现损耗，电流I的平均值偏移到放电侧。当偏移量为AIos时，偏移电流AIos由下式表示Δ Ios = (Δ 11+Δ 12)/2 (5)当电压V的最大峰值为最大电压Vl且电压V的最小峰值为最小电压V2时，电压 V的振幅，即，纹波电压的振幅M由下式表示AV = V1-V2 (6)电压V的平均值Vave以及相对于该平均值Vave的充电侧的振幅Δ Vl和放电侧的振幅Δ V2可以由下式表示Vave = (Vl+V2)/2(7)AVl = Vl-Vave = (Vl+V2)/2 (8)= AV2当电流在二次电池10中流动时，电压V的平均值Vave从二次电池10的开路电压 OCV偏移。当偏移量为AVos时，偏移电压AVos可以由下式表示AVos = OCV-Vave = OCV-(V1+V2)/2 (9)图9为图2中示出的状态推定部62的功能框图。参考图9，状态推定部62包括峰值保持电路(peak hold circuit) 102和104、交流阻抗推定部106以及温度推定部108。峰值保持电路102从电流传感器72(图幻接收电流I的检测值。峰值保持电路 102保持电流I的峰值，以输出充电最大电流Δ Il和放电最大电流Δ 12 (图8)。峰值保持电路104从电压传感器74(图幻接收电压V的检测值。峰值保持电路104保持电压V的峰值，以输出最大电压Vl和最小电压V2(图8)。注意，作为峰值保持电路102和104，可以使用例如其中时间常数或复位间隔被设定为等于或大于几十秒的公众可得的电路。交流阻抗推定部106基于当纹波生成部20 (图幻使纹波电流在二次电池10中流动时从峰值保持电路102接收的充电最大电流△ Il和放电最大电流△ 12以及从峰值保持电路104接收的最大电压Vl和最小电压V2而推定在该纹波频率下二次电池10的交流阻抗他。具体而言，交流阻抗推定部106使用下式中的一个推定交流阻抗Mi Rh = Δ V/ Δ I (10)Rh = Δ Vl/Δ Il (11)
Rh= Δ V2/Δ 12 (12)。注意，分别基于上式(6)、(4)和⑶计算AV、AI、AV1(AV2)。交流阻抗推定部 106将所推定的交流阻抗Mi输出到温度推定部108。温度推定部108基于从交流阻抗推定部106接收的交流阻抗Mi而推定二次电池 10的温度Τ。更具体而言，温度推定部108通过使用预先准备的限定了二次电池10的温度与在纹波频率下二次电池10的交流阻抗之间的关系的图并基于由交流阻抗推定部106推定的交流阻抗他，推定二次电池10的温度Τ。例如，基于图4中示出的二次电池10的阻抗特性而产生该示出了二次电池10的温度与在纹波频率下二次电池10的交流阻抗之间的关系的图。具体而言，图4中的部分A 示出了温度与纹波频率下的阻抗之间的关系。可以通过从图4的波特图提取该部分的数据来产生上述图。如上所述，在第一实施例中，通过使用纹波电流生成部20，使纹波电流在二次电池 10中流动而升高二次电池10的温度。基于当使纹波电流在二次电池10中流动时发生的二次电池10的电流I和电压V，推定在纹波频率下二次电池10的交流阻抗Μι。然后，使用预先获得的二次电池10的温度与纹波频率下的交流阻抗之间的关系并基于所推定的交流阻抗Mi而推定二次电池10的温度。由此，根据第一实施例，可以在不使用温度传感器的情况下精确地推定二次电池10的温度。(第二实施例)在上述第一实施例中，推定在纹波频率下二次电池10的交流阻抗Mi，并基于所推定的交流阻抗Mi而推定二次电池10的温度T。然而，在第二实施例中，推定二次电池10的直流电阻，并基于所推定的直流电阻而推定二次电池10的温度。根据第二实施例的系统的总体配置与图1和2中示出的系统相同。图10为示出了第二实施例的状态推定部62A的功能框图。参考图10，状态推定部 62A包括峰值保持电路102和104、偏移电流计算部116、偏移电压计算部118、直流电阻推定部120以及温度推定部22。基于当纹波生成部20(图幻使纹波电流在二次电池10中流动时从峰值保持电路 102接收的充电最大电流Δ Il和放电最大电流Δ 12并利用上式(5)，偏移电流计算部116 计算偏移电流AIos。基于当纹波生成部20使纹波电流在二次电池10中流动时从峰值保持电路104接收的最大电压Vl和最小电压V2并利用上式(9)，偏移电压计算部118计算偏移电压AVos。直流电阻推定部120基于由偏移电流计算部116计算的偏移电流Δ Ios和由偏移电压计算部118计算的偏移电压AVos而推定二次电池10的直流电流Rd。具体而言，直流电阻推定部120通过使用下式推定直流电阻Rd Rd = Δ Vos/I Δ Ios | (13)温度推定部22基于由直流电阻推定部120推定的直流电路Rd而推定二次电池10 的温度Τ。更具体而言，温度推定部22通过使用预先准备的限定了二次电池10的温度与二次电池10的直流电阻之间的关系的图并基于从直流电阻推定部120接收的直流电阻Rd而推定二次电池10的温度Τ。例如，基于在图4中示出的二次电池10的阻抗特性而产生该限定了二次电池10的温度与二次电池10的直流电阻之间的关系的图。具体地，可以说图4中的极低频区域基本上示出了在直流情况下的温度与阻抗之间的关系，因此，通过从图4提取极低频区域中的数据，可以产生上述图。如上所述，在第二实施例中，基于当使纹波电流在二次电池10中流动时的偏移电流AI0s和偏移电压八￥08，推定二次电池10的直流电阻1 (1。然后，使用预先获得的二次电池10的温度与直流电阻之间的关系并基于所推定的直流电阻Rd，推定二次电池10的温度。由此，第二实施例同样可以在不使用温度传感器的情况下精确地推定二次电池10的温度。此外，从图4可以看出，在极低频区域中的阻抗比在纹波频率(其为高频)下的阻抗更依赖于温度。因此，存在可以以更高的精确度推定二次电池10的温度的可能性。(第三实施例)在第三实施例中，推定二次电池10的因纹波升温操作导致的能量损失，并基于该推定的能量损失而推定二次电池10的温度。根据第三实施例的系统的总体配置与图1和2中示出的系统相同。图11为示出了第三实施例的状态推定部6 的功能框图。参考图11，状态推定部 62B包括SOC推定部132、能量损失推定部134以及温度推定部136。SOC推定部132推定当纹波生成部20(图幻使纹波电流在二次电池10中流动时二次电池10的剩余容量(下文中，也称为“S0C”，其是“充电状态(state of charge) ”的缩写)。图12为示出了图11中示出的SOC推定部132的更详细的功能框图。参考图12， SOC推定部132包括峰值保持电路102、偏移电流计算部116、放电量推定部142以及ASOC 推定部144。放电量推定部142通过对由偏移电流计算部116计算的偏移电流Δ Ios进行积分而推定在纹波升温操作期间的放电量AAh。AAh = / (Alos)dt (14)Δ SOC推定部144通过将由放电量推定部142推定的放电量AAh除以二次电池 10的容量C而推定在纹波升温操作期间的SOC的变化量Δ SOC0Δ SOC = Δ Ah/C (15)然后，通过将所推定的SOC的变化量Δ SOC加到进行纹波升温操作之前的SOC来计算二次电池10的S0C。再次参考图11，SOC推定部132向能量损失推定部134输出所推定的SOC和在计算过程中推定的在纹波升温操作期间的放电量AAh。能量损失推定部134使用预先准备的SOC-OCV(开路电压)图并基于由SOC推定部132推定的SOC而推定二次电池10的0CV。然后，因为OCV和放电量AAh的乘积与伴随纹波升温操作的二次电池10的能量损失AWh对应，因此能量损失推定部134基于所推定的OCV和放电量AAh而推定伴随纹波升温操作的二次电池10的能量损失AWh，其中所推定的OCV是基于由SOC推定部132推定的SOC而推定的，而放电量Δ Ah是由SOC推定部 132推定的。温度推定部136基于由能量损失推定部134推定的能量损失AWh而推定二次电池10的温度T。更具体而言，温度推定部136通过将能量损失AWh除以二次电池10的热容量并使所产生的值乘以效率η而推定二次电池10的温度变化量ΔΤ。然后，将所推定的温度变化量Δ T加到进行纹波升温操作之前的温度，由此推定二次电池10的温度Τ。如上所述，在第三实施例中，基于在纹波升温操作期间的二次电池10的电流I而推定二次电池10的S0C，并基于所推定的SOC而推定二次电池10的能量损失AWh。随后， 通过基于所推定的能量损失AWh而推定二次电池10的温度变化量，来推定二次电池10的温度。由此，第三实施例同样可以在不使用温度传感器的情况下精确地推定二次电池10的温度。(第四实施例)为了在通过使频率为约IkHz的纹波电流流动而升高二次电池10的温度的纹波升温操作期间测量二次电池10的充电最大电流ΔΙ1和放电最大电流ΔΙ2以及最大电压 Vl和最小电压V2，使用在上述实施例中使用的峰值保持电路或使用高速传感器是简单的方式，然而这却导致了成本的增加。由此，在第四实施例中，示出了一种使用常规电压传感器和常规电流传感器(例如，其取样周期为约10毫秒的传感器)精确地测量充电最大电流 Δ Il和充电最小电流△ 12以及最大电压Vl和最小电压V2的方法。图13为示出了纹波电流的周期与传感器的取样周期之间的关系的图。虽然在以下描述中将代表性地描述电流传感器，但该描述同样适用于电压传感器。参考图13，周期 τr为纹波电流的周期，周期τ s为电流传感器的电流取样周期。时间τ a被如下定义is= τ r X N+ τ a (16)其中0< τ&< τ r，N为自然数。将使用图14描述时间τ a。图14为这样的图，其中，在特定时刻的取样之后的一个周期的纹波波形与在N个周期之后的相同相位的纹波波形彼此叠加。参考图14，点Pl为在特定时刻的取样点，点P2 为随后的取样点。点Pl与点P2之间的间隔为由式(16)定义的时间Ta。纹波波形上的点 Pl与点P2之间的相位差Δ θ由下式表示Δ θ = τ a/ τ rX360° (17)当使用式(16)和(17)并基于预先已知的取样周期τ s和纹波周期τ r而计算时间τa或相位差Δ θ，并且从前一取样点移动时间τa或相位Δ θ而依次绘制取样点时， 获得图15中示出的数据。基于纹波生成部20的配置和由纹波生成部20进行的控制而预先确定纹波波形的形状(三角波形或锯齿波形)，并由此基于图15中示出的数据而推定纹波波形。基于所推定的纹波波形，可以计算充电最大电流△ Il和放电最大电流ΔΙ2以及最大电压Vl和最小电压V2。时间与纹波周期τι·相比越短，可以将图15中示出的数据获取间隔设定得越短。然而，在该情况下，获取纹波波形的一个周期的数据所花费的时间增加。由此，可以根据预定的希望精确度确定在纹波波形的一个周期期间获取的数据数目Μ，并可以利用下式确定纹波周期τΓ与时间τ a之间的关系，以使用上式(16)设定纹波周期τ r和/或取样周期τ s τι·/Ta = M且余数为 L (18)其中M为自然数，0≥L< 1。
当基于式(18)而限定纹波周期τΓ与时间τ a之间的关系时，需要(TsXM)的时间周期以获取纹波波形的一个周期的数据，基于依赖于电池的所需精确度(即，例如，二次电池10中的电压超出上限和低于下限、过电流等的检测周期及其控制周期)而确定该时间周期(即，M的值)。当式(18)中L为零时，在进行M次取样后进行相同相位点的取样。为了更精确地推定纹波波形，优选在进行了 M次取样之后移动取样点的相位。由此，式(18)被修改为下式τι·/Ta = M且余数为 p/q (19)其中ρ和q各自为自然数，p/q为不可约分数。以该方式，可以将在相同相位点再次进行取样的间隔设定到(τ sXMXq)。因此， 优选纹波周期τΓ和/或取样周期τ s被设定为使式(19)中的q最大化。这使得可以增加纹波波形上的不同相位处的取样点，因而提高推定纹波波形的精度。此外，通过将(τ sXMXq)秒(或(tSXM)秒)的间隔的取样时机(sampling timing)改变0与τ a秒之间的量(不包括0和τ a秒)，可以在(τ sXMXq)秒(或 (τ sXM)秒)之后移动取样点的相位。取样时机移动的时长被设定为不同于LX τ a并优选不同于前一移动时长。备选地，可以通过0与τ a之间的随机数(不包括0和来确定取样时机移动的时长。如上所述，根据第四实施例，可以使用常规电压传感器和常规电流传感器(例如， 其取样周期为约10毫秒的传感器)精确地测量充电最大电流△ Il和放电最大电流Δ 12 以及最大电压Vl和最小电压V2。结果，可以低成本地进行二次电池10的温度推定。在上述实施例中，电动车辆100可以为其中仅仅电动发电机40为行驶动力源的电动车辆，或者可以为其上附加地安装有引擎作为行驶动力源的混合动力车辆。此外，电动车辆100可以为燃料电池车辆，在该燃料电池车辆上除了二次电池10之外还安装有燃料电池作为直流电源。在第一到第三实施例中，替代峰值保持电路102和104，例如可以设置用于选择由模数转换电路取样的电流值和电压值的最大值和最小值的装置。电流传感器72和峰值保持电路102为本发明的“电流检测部”的实例。电压传感器74和峰值保持电路104为本发明的“电压检测部”的实例。交流阻抗推定部106为本发明的“阻抗推定部”的实例。峰值保持电路102和104为本发明的“峰值获取部”的实例。 能量损失推定部134为本发明的“损失推定部”的实例。应理解，上述实施例仅仅用于示例目的而不是限制性的。本发明的范围不是由对实施例的以上描述限定而是由权利要求限定，并且旨在包括落入权利要求及其等价物的范围内的所有修改。
1权利要求
1.一种用于推定二次电池的温度的二次电池温度推定装置，包括纹波生成部，其被连接到所述二次电池并适用于使预定频率的纹波电流在所述二次电池中流动；电流检测部，其检测所述二次电池的充电或放电电流；电压检测部，其检测所述二次电池的电压；阻抗推定部，基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时由所述电流检测部检测的电流和由所述电压检测部检测的电压，所述阻抗推定部推定所述二次电池的阻抗；以及温度推定部，通过使用预先获得的所述二次电池的温度与所述二次电池的阻抗之间的关系并基于由所述阻抗推定部推定的阻抗，所述温度推定部推定所述二次电池的温度。
2.根据权利要求1的二次电池温度推定装置，其中基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时由所述电流检测部检测的电流和由所述电压检测部检测的电压，所述阻抗推定部推定在所述预定频率下所述二次电池的交流阻抗；以及通过使用预先获得的所述二次电池的温度与在所述预定频率下所述二次电池的交流阻抗之间的关系并基于由所述阻抗推定部推定的交流阻抗，所述温度推定部推定所述二次电池的温度。
3.根据权利要求1的二次电池温度推定装置，其中，所述阻抗推定部包括偏移电流计算部，基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时由所述电流检测部检测的电流，所述偏移电流计算部计算由所检测的电流的平均值表示的偏移电流；偏移电压计算部，基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时由所述电压检测部检测的电压，所述偏移电压计算部计算偏移电压，所述偏移电压为所述二次电池的开路电压与所检测的电压的平均值之间的差； 以及直流电阻推定部，其基于所述偏移电流和所述偏移电压而推定所述二次电池的直流电阻，并且其中，通过使用预先获得的所述二次电池的温度与所述二次电池的所述直流电阻之间的关系并基于由所述直流电阻推定部推定的所述直流电阻，所述温度推定部推定所述二次电池的温度。
4.根据权利要求1到3中任一项的二次电池温度推定装置，其中，所述电流检测部和所述电压检测部中的每一个包括获取检测值的峰值的峰值获取部。
5.一种用于推定二次电池的温度的二次电池温度推定装置，包括纹波生成部，其被连接到所述二次电池并适用于使预定频率的纹波电流在所述二次电池中流动；电流检测部，其检测所述二次电池的充电或放电电流；充电状态(SOC)推定部，其基于由所述电流检测部检测的电流而推定所述二次电池的SOC ；损失推定部，基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时推定的所述S0C，所述损失推定部推定所述二次电池的能量损失；以及温度推定部，其基于由所述损失推定部推定的所述二次电池的所述能量损失而推定所述二次电池的温度的改变量，并基于所推定的温度的改变量而推定所述二次电池的温度。
6.根据权利要求5的二次电池温度推定装置，其中所述SOC推定部包括偏移电流计算部，基于当所述纹波生成部使所述纹波电流在所述二次电池中流动时由所述电流检测部检测的电流，所述偏移电流计算部计算由所检测的电流的平均值表示的偏移电流；放电量推定部，其推定通过对所述偏移电流积分而获得的所述二次电池的放电量；以及改变量推定部，通过将由所述放电量推定部推定的所述二次电池的放电量除以所述二次电池的容量，所述改变量推定部推定所述二次电池的所述SOC 的改变量。
7.根据权利要求5或6的二次电池温度推定装置，其中所述电流检测部包括获取检测值的峰值的峰值获取部。
8.一种用于推定二次电池的温度的二次电池温度推定方法，包括使预定频率的纹波电流在所述二次电池中流动；检测所述二次电池的充电或放电电流；检测所述二次电池的电压；基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时检测的电流和电压，推定所述二次电池的阻抗；以及通过使用预先获得的所述二次电池的温度与所述二次电池的阻抗之间的关系并基于所推定的阻抗，推定所述二次电池的温度。
9.根据权利要求8的二次电池温度推定方法，其中在推定阻抗时，基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时检测的电流和电压， 推定在所述预定频率下所述二次电池的交流阻抗；在推定温度时，通过使用预先获得的所述二次电池的温度与在所述预定频率下所述二次电池的所述交流阻抗之间的关系并基于所推定的交流阻抗，推定所述二次电池的温度。
10.根据权利要求8的二次电池温度推定方法，其中，推定阻抗包括基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时检测的电流，计算由所检测的电流的平均值表示的偏移电流；基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时检测的电压，计算偏移电压，所述偏移电压为所述二次电池的开路电压与所检测的电压的平均值之间的差；以及基于所述偏移电流和所述偏移电压，推定所述二次电池的直流电阻，并且其中，在推定温度时，通过使用预先获得的所述二次电池的温度与所述二次电池的所述直流电阻之间的关系并基于所推定的直流电阻，推定所述二次电池的温度。
11.一种用于推定二次电池的温度的二次电池温度推定方法，包括使预定频率的纹波电流在所述二次电池中流动；检测所述二次电池的充电或放电电流；基于所检测的电流，推定所述二次电池的充电状态(SOC)；基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时推定的所述S0C，推定所述二次电池的能量损失；以及基于所推定的所述二次电池的能量损失而推定所述二次电池的温度的改变量，并基于所推定的温度的改变量而推定所述二次电池的温度。
12.根据权利要求11的二次电池温度推定方法，其中推定所述SOC包括基于当使所述纹波电流在所述二次电池中流动时检测的电流，计算由所检测的电流的平均值表示的偏移电流；推定通过对所述偏移电流的积分获得的所述二次电池的放电量；以及通过将所推定的所述二次电池的放电量除以所述二次电池的容量，推定所述二次电池的所述SOC的改变量。
全文摘要
基于当纹波生成部使纹波电流在二次电池中流动时检测的二次电池的电流(I)和电压(V)，交流阻抗推定部(106)推定二次电池的交流阻抗(Rh)。通过使用预先获得的二次电池的温度(T)与在纹波频率下二次电池的交流阻抗(Rh)之间的关系并基于由所述交流阻抗推定部(106)推定的交流阻抗(Rh)，温度推定部(108)推定二次电池的温度(T)。
文档编号G01R31/36GK102472796SQ201080030438
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月7日 优先权日2009年7月8日
发明者松坂正宣, 海田启司, 田泽正俊, 西勇二, 高桥秀典 申请人:丰田自动车株式会社