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专利名称：蓄电设备的状态检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及蓄电设备的状态检测方法及其装置，尤其涉及基于蓄电设备的充放电停止后的开放端电压来高精度地检测状态量的蓄电设备的状态检测方法及其装置。
背景技术：
近年来，对蓄电设备的需求变高，例如在汽车中安装很多从作为蓄电设备的蓄电池接收电源供应来进行动作的电设备，蓄电池的重要性也越来越高。近年来，线控化得到了发展，从而对以电动制动器(EPB)为代表的安全系统的部件得以进行电控制。此外，随着节能和二氧化碳的排放限制，被要求确保在十字路口等处短时停车时的怠速停止功能及其重起动能力。在汽车以外的领域，例如在推进太阳能发电或风力发电等自然能的使用的方面， 也使用蓄电设备用来发电量的平均化和剩余电能的蓄积。而且，停电时用于向电设备进行供电的稳定电源、辅助电源等备用电源也使用蓄电设备。在这样的蓄电设备中，使用二次电池或电容器等伴有电解液中或个体电解质中离子的移动的装置。本来，使用能斯特方程定义蓄电设备的剩余容量与电压的关系，并通过测定电压能够判断蓄电设备的性能。例如，在液式铅蓄电池中，充放电停止后充分稳定时的开放端电压(OCV)与剩余容量(SOC =State of charge)之间有如图9所示的I : I对应的关系。这种I : I的关系是针对从液式铅蓄电池停止充放电起经过足够长的时间后变稳定时的OCV而获得的。在专利文献I中记载了使用如图9所示的稳定时的OCV与SOC的关系进行蓄电池的状态检测的技术。但是，充放电停止后的蓄电设备会受到由电化学反应引起的极板表面上离子的生成和灭失反应、由电解液的扩散和对流引起的离子的移动等的影响。因此，要收敛到稳定的OCV将需要一定时间(例如20小时左右)，收敛之前的OCV与SOC不以I : I相对应。因此，在专利文献2中公开了测定充放电停止后的松弛中的开放端电压，并基于此进行状态检测的方法。在专利文献2中记载了如下的状态监测方法使用预定函数拟合被测定的开放端电压与基准OCV (稳定时0CV)的偏差电压，并根据松弛速度对其进行分量分解(F_fast、F_slow)，并由此使用预定的参考数据求出SOC、S0H。通过与松弛速度相应地进行分量分解，能够按照松弛速度不同的每个特性评价对状态量的影响来计算状态量的变化量。即，在专利文献2的状态检测方法中，将OCV的变化处理为电解液中松弛现象的统计总和。在先技术文献专利文献专利文献I :日本专利文献特开2007-178215号公报专利文献2 :日本专利文献特开2009-257784号公报
发明内容
发明要解决的问题但是，在专利文献2的状态检测方法中，由于直接使用开放端电压的测定值计算状态量，因而如图10所例示的那样，如果测定值中包含噪声Sn，则由于受其影响，参考数据R与算出的状态量X之间可能包含大的误差。此外，在专利文献2的状态检测方法中，将OCV的变化处理为电解液中的松弛现象的统计总和，因此当蓄电设备内部发生局部变化从而电压发生瞬时变化时，该时间点的状态检测受局部变化的影响，导致状态量的计算中包含误差。作为一个例子，如图11所示，如果在蓄电设备的极板90的一部分产生了剥离等异常部分91，在该区域就会发生与其他区域不同的局部的电压变化。在专利文献2的状态检测方法中，使用事先创建的参考数据进行状态量的计算，并且参考数据是在不包含这种局部变化的均质的条件下生成的。因此，由局部变化引起的电压变化被叠加到开放端电压的测定值上，受其影响，状态量的算出值就会包含误差。
而且，在专利文献2的状态检测方法中，为了高精度地进行状态检测，创建被用来拟合开放端电压与基准OCV的偏差电压的函数，以能够根据松弛速度来进行分量分解(F_fast,F_slow)0因此，还存在以下问题利用递推计算的拟合会花费时间，或者拟合运算中的功耗增大，或者需要很多用于保存测定数据的存储器容量，或者需要很多执行运算处理所需的库区域，或者需要很多执行运算程序所需的存储器区域。因此，本发明就是为了解决这些问题而完成的，其目的在于提供一种降低噪声和局部变动造成的影响并且降低了运算处理负荷的蓄电设备的状态检测方法以及状态检测
>J-U ρ α装直。用于解决问题的手段本发明的蓄电设备的状态检测方法的第一方面是一种蓄电设备的状态检测方法，用于基于蓄电设备的停止充电或放电(以下称为充放电停止)后的开放端电压来检测该蓄电设备的状态量，所述状态检测方法的特征在于，事先创建用于从电压积分值计算所述状态量的参考数据或参考函数，所述电压积分值基于充放电停止后的预定期间内的所述开放端电压来计算；在所述蓄电设备的充放电停止后的所述预定期间内以预定的时间间隔获取所述开放端电压的测定值；基于所述开放端电压测定值来计算所述电压积分值；使用所述参考数据或参考函数来计算与所述电压积分值对应的所述状态量。本发明的蓄电设备的状态检测方法的其他方面的特征在于，通过用所述开放端电压测定值对预定的电压计算式进行最优近似，并对所述最优近似的电压计算式进行所述预定期间的时间积分，来算出所述电压积分值。本发明的蓄电设备的状态检测方法的其他方面的特征在于，通过将所述预定期间的所述开放端电压测定值相加，并对此乘以所述时间间隔来计算所述电压积分值。本发明的蓄电设备的状态检测方法的其他方面的特征在于，当将充放电停止后经过了预定的基准时间时的开放端电压作为基准开放端电压时，用所述开放端电压测定值对预定的电压计算式进行最优近似，对所述最优近似的电压计算式进行所述预定期间的时间积分，进而减去对所述基准开放端电压乘以所述预定期间而得到的值，来计算所述电压积分值。本发明的蓄电设备的状态检测方法的其他方面的特征在于，当将充放电停止后经过了预定的基准时间时的开放端电压作为基准开放端电压时，在相加所述预定期间的所述开放端电压测定值后乘以所述时间间隔，进而减去对所述基准开放端电压乘以所述预定期间而得到的值，来计算所述电压积分值。本发明的蓄电设备的状态检测方法的其他方面是一种蓄电设备的状态检测方法，用于基于蓄电设备的停止充电或放电(以下称为充放电停止)后的开放端电压来检测该蓄电设备的状态量，所述状态检测方法的特征在于，事先创建参考数据或参考函数，所述参考数据或参考函数用于基于所述开放端电压的积分值达到预定阈值时的从充放电停止后的预定的积分开始时间点起算的经过时间来计算所述状态量；从所述蓄电设备的充放电停止后的所述积分开始时间点起以预定的时间间隔获取所述开放端电压的测定值来计算所述积分值；求出所述积分值达到所述阈值时的从所述积分开始时间点起算的经过时间，并使用所述参考数据或参考函数来计算与所述经过时间对应的所述状态量。本发明的蓄电设备的状态检测方法的其他方面的特征在于，所述状态量通过将使用所述参考数据或参考函数算出的状态量变化量加到在上一次充放电停止后算出的上一次的状态量上来计算。 本发明的蓄电设备的状态检测方法的其他方面的特征在于，所述预定期间是基于所述充放电停止后的所述开放端电压的变化速度而选择的一个以上的期间。本发明的蓄电设备的状态检测方法的其他方面的特征在于，所述状态量是相对于所述蓄电设备为新产品时的容量的劣化度(SOH)、相对于满充电容量的剩余容量(SOC)、放电能力、充电能力中的任意一个以上。本发明的蓄电设备的状态检测装置的第一方面是一种蓄电设备的状态检测装置，用于基于蓄电设备的停止充电或放电(以下称为充放电停止)后的开放端电压来检测该蓄电设备的状态量，所述状态检测装置的特征在于，包括存储部，所述存储部事先创建并保存用于从电压积分值计算所述状态量的参考数据或参考函数，所述电压积分值基于充放电停止后的预定期间的所述开放端电压来计算；状态检测部，所述状态检测部在所述蓄电设备的充放电停止后的所述预定期间内以预定的时间间隔获取所述开放端电压的测定值，基于所述开放端电压的测定值计算所述电压积分值，并使用所述参考数据或参考函数来计算与所述电压积分值对应的所述状态量；以及状态输出单元，所述状态输出单元从所述状态检测部输入所述状态量并将其输出至外部。本发明的蓄电设备的状态检测装置的其他方面是一种蓄电设备的状态检测装置，用于基于蓄电设备的停止充电或放电(以下称为充放电停止)后的开放端电压来检测该蓄电设备的状态量，所述状态检测装置的特征在于，包括存储部，所述存储部事先创建并保存参考数据或参考函数，所述参考数据或参考函数用于基于所述开放端电压的积分值达到预定阈值时的从充放电停止后的预定的积分开始时间点起算的经过时间来计算所述状态量；状态检测部，所述状态检测部从所述蓄电设备的充放电停止后的所述积分开始时间点起以预定的时间间隔输入所述开放端电压的测定值，基于所述开放端电压的测定值计算所述电压积分值，求出从所述积分值达到所述阈值时的从所述积分开始时间点起算的经过时间，并使用所述参考数据或参考函数来计算与所述经过时间对应的所述状态量；以及状态输出单元，所述状态输出单元从所述状态检测部输入所述状态量并将其输出至外部。发明效果
根据本发明，可提供一种在降低噪声和局部变动带来的影响的同时降低运算处理负荷的蓄电设备的状态检测方法以及状态检测装置。


图I是用于说明本发明第一实施方式的蓄电设备的状态检测方法的处理流程的流程图。图2是示出第一实施方式的蓄电设备的状态检测装置的结构的框图。图3是示出处于松弛过程的蓄电设备的开放端电压的变化与电压积分值的一个示例的说明图。图4是示出具有两个以上的积分时间区时的电压积分值的一个示例的说明图。图5是用于说明本发明第二实施方式的蓄电设备的状态检测方法的处理流程的 流程图。图6是示出充电停止后的开放端电压的变化以及放电停止后的开放端电压的变化的说明图。图7是用于说明本发明第三实施方式的蓄电设备的状态检测方法的处理流程的流程图。图8是用于说明第三实施方式的状态检测方法的处理方法的模式图。图9是示出稳定OCV与SOC的关系的说明图。图10是模式性地示出测定数据中包含的噪声的影响的说明图。图11是示出极板上的局部变化的一个示例的模式图。
具体实施例方式参考附图对本发明优选实施方式中的蓄电设备的状态检测方法以及状态检测装置进行详细说明。为了简化图示和说明，对于具有相同功能的各个结构部，标注相同的附图标号。(第一实施方式)使用图I、图2，对本发明第一实施方式涉及的蓄电设备的状态检测方法以及状态检测装置进行说明。图I是用于说明本实施方式的蓄电设备的状态检测方法的处理流程的流程图，图2是示出本实施方式的蓄电设备的状态检测装置的结构的框图。图2所示的本实施方式的状态检测装置100对安装在对象系统I中的蓄电设备(蓄电池)10进行状态检测。对象系统I包括用于充电蓄电设备10的充电单元11、以及控制充电单元11的充电等的控制单元12。此外，安装在对象系统I中的负荷20与蓄电设备10连接，由蓄电设备10向负荷20进行供电。蓄电设备10中设置有电压测定单元30以及电流测定单元31，状态检测装置100输入它们的测定值来进行状态检测。此外，根据需要，也可以在蓄电设备10中设置温度测定单元32，并输入蓄电设备10的温度测定值以用于状态检测。状态检测装置100包括状态检测部110、存储部120、以及状态输出单元130。状态检测部Iio从电压测定单元30以及电流测定单元31分别输入蓄电设备10的电压测定值以及电流测定值，并进行基于本实施方式的状态检测方法的处理来进行蓄电设备10的状态检测。此外，也可以在蓄电设备10中设置温度测定单元32，并从该温度测定单元32输入温度测定值用于蓄电设备10的状态检测。存储部120保存在状态检测的处理中所需的各种参考数据或测定数据等。此外，状态输出单元130是将状态检测结果等通知给使用者等的单元。状态检测装置100也可以采用合并到对象系统I的控制装置12中的方式。或者，如图2(b)所例示的那样，也可以采用将状态检测装置100设置在对象系统I的外部、并将记录测定数据的测定数据记录装置40包括在对象系统I内的结构。记录在测定数据记录装置40中的数据也可以无论有线或无线使用远程通信，或者使用可移动的存储介质输入到设置在对象系统I的外部的状态检测装置100中，并在该状态检测装置100中判定状态来进行状态检测。本实施方式的蓄电设备的状态检测方法是在蓄电设备10停止充放电后的内部状态变得稳定的过程(以下称为松弛过程)中测定蓄电设备10的OCV来检测预定状态量的方法。以下，将状态检测装置100判断满足了进行该状态检测的条件时称为状态检测模式。通过本实施方式的状态检测方法检测的预定状态量是蓄电设备10相对于满充电容量的剩 余容量(SOC)、相对于新产品时的容量的劣化度(SOH)、放电能力、充电能力中的一种以上。如果在蓄电设备的状态检测中直接使用OCV的测定值，有可能受噪声或局部变化的很大影响，因此在本实施方式的状态检测方法中，基于OCV测定值来计算预定的电压积分值，并使用该电压积分值来检测预定状态量。通过将OCV测定值变换成电压积分值，能够降低噪声或局部变化的影响。以下，使用图3，对电压积分值的计算方法进行说明。图3是示出处于松弛过程的蓄电设备的开放端电压的变化与电压积分值的一个例子的说明图。在图3中，电压积分值是对期间ta tb中的开放端电压进行时间积分而得的值，相当于该图所示的斜线部分的面积。以下，将进行该积分的期间称为积分时间区。可以采用以下方法作为计算这种电压积分值的方法。以下，将积分时间区ta tb中的电压积分值表示为Slta_tb，将充放电停止起的经过时间表示为t，并将测定开放端电压的周期(时间间隔)表示为At。(I)至少基于积分时间区ta tb中的开放端电压的测定值对由预定函数组成的电压计算式FV (t)进行最优近似，并通过下式计算电压积分值Slta_tbSlta.tb = ￡bFV(t)dt (D(2)从积分时间区ta tb中的开放端电压的测定值OCVi (i = na nb),通过下式来计算电压积分值Slta_tb。Slta_tb = OCVnaX At+... +OCVnbX Δ t= (OCVna+. · · +OCVnb) X Λ t (2)(3)将使用时间ta、tb处的每个开放端电压的测定值0CVta、0CVtb直线近似而得的方程式作为电压计算式FV(t)，并使用上式(I)计算电压积分值Slta_tb。(4)事先创建用于参考的电压计算式FVref (t)，至少基于积分时间区ta tb中的开放端电压的测定值调整对于FVref (t)的修正参数来求电压计算式FV(t)，并使用上式(I)计算电压积分值Slta_tb。使用上述⑴ (4)中任意的计算方法也能够降低OCV测定值中包含的噪声或局部变化的影响。对开放端电压进行时间积分的积分时间区ta tb虽能够事先适当设定，但优选基于充放电停止后的开路电压的变化速度来进行设定。接着，以下，对使用通过上述⑴ ⑷中任意的方法算出的电压积分值31^,来检测蓄电设备10的状态量的方法进行说明。这里，对检测作为蓄电设备10的状态量的一个例子的SOC的方法进行说明。在SOC的检测中，可以使用在从上一次的状态检测模式至这次的状态检测模式的期间内变化的SOC变化量(作为ASOC)与电压积分值的相关。在本实施方式的状态检测方法中，为了使用电压积分值Slta_tb检测S0C，事先创建电压积分值sita_tb与Λ SOC的相关作为参考数据并保存在存储部120中。或者，也可以作为将参考数据以预定的函数形式表示的参考函数保存在存储部120中。作为一个例子，以下，使用从电压积分值Slta_tb计算Λ SOC的参考函数Gl (Slta_tb)。通过使用参考函数Gl (Slta_tb)，在状态检测模式下能够如下求出蓄电设备10的状态量S0C。 ASOC = Gl(Slta_tb) (3)SOCn = SOClri+ Δ SOC (4)在上式中，SOClri是在前一次的状态检测模式中求出的SOC，SOCn是在这次的状态检测模式中求出的SOC。在上述中，将积分时间区仅作为ta tb的一个期间，但不限于此，也可以设置两个以上的积分时间区。作为一个例子，如图4所示，除ta tb的积分时间区之外，还设置与其不同的时间区域tc td的积分时间区，并在各个区域中计算电压积分值Slta_tb、Sltc;_td。此外，将参考函数设为电压积分值Slta_tb与Sltrtd的函数Gl’(Slta_tb、Sltrtd)，并将该函数事先创建后保存在存储部120中。如此，通过使用两个以上的积分时间区中的电压积分值求出状态量，能够更高精度地计算SOC。当设置两个以上的计算电压积分值的积分时间区时，可基于开放端电压的变化速度(松弛速度)来设定各个积分时间区。即，优选基于开放端电压的变化速度(松弛速度)来设定每个积分时间区的开始时间点和时间长度。由此，能够反映松弛速度不同的时间区域的电压积分值来求出状态量，可更高精度地进行状态检测。此外，也可以创建参考数据或参考函数，以使其具有能够相对于蓄电设备的温度变化而对其进行修正的温度依赖性。由此，也可以使用蓄电设备10的温度测定值对电压积分值进行温度修正，并使用经温度修正的电压积分值来计算Λ S0C。以下，依照图I的流程图，对本实施方式的蓄电设备的状态检测方法进行说明。这里，作为一个例子，将检测对象的状态量设为S0C，并且通过上述(I)的方法来计算电压积分值sita_tb。在本实施方式的状态检测装置100中，状态检测部110通过进行图I所示的处理来进行蓄电设备10的状态检测。此外，状态检测所需的参考数据或参考函数等事先保存在存储部120中。而且，OCV测定值或算出的SOC等也被保存在存储部120中。在状态检测部110中，状态检测模式依据来自状态检测装置100的内部或外部的请求而开始(步骤SI)。当在每个时间间隔At内自动判定出充放电停止等状态检测模式的条件被满足时，从状态检测装置100的内部发出请求，时间间隔△ t是用于周期地进行状态检测所需的处理的时间间隔。此外，作为来自状态检测装置100的外部的请求，可考虑来自对象系统I的使用者或定期维护时的维护人员等的请求、或者来自与蓄电设备10连接的对象系统I内的设备等的请求信号、或者来自与对象系统I连接的外部系统的请求信号等。一旦状态检测开始，以后则以时间间隔At周期地进行处理。在步骤S2中，判定状态检测的周期，并在从上一次的状态检测周期尚未经过At时，不进行以下的处理并结束(进行等待)。当在步骤S2中判定为是状态检测周期时，在步骤S3中判定蓄电设备10是否处于充放电停止中。在步骤S3的判定中，可以从电流测定单元输入电流测定值并在电流测定值小于预定阈值时判定为处于充放电停止中。当在步骤S3中判定为处于充放电停止中时，进入下一个步骤S4的处理，另一方面，当判定为不是充放电停止中(充放电当中)时，进入步骤S5的处理。在步骤S5中，由于状态检测模式的条件尚未成立，因此将状态检测模式设定为关闭。状态检测模式的状态检测变为可进行的时机不仅是蓄电设备10的电流为O的时候，也包含测定到如下的电流和电压的情况。在满足下述任一条件的情况下，可将电压测定值当做OCV来进行状态检测
(I)虽然测量器、控制器、通信机等中消耗着微小电流(暗电流)，但该微小电流给松弛量带来的影响可修正并且该微小电流处于可被虚拟地视作OCV的允许范围内的时候；(2)虽然有超过上述允许范围的电流被消耗，但基于在同样的条件下事先测定的松弛量创建有参考数据，并且通过使用基于电流值而选中的参考数据来将测定电压当作OCV的时候。在步骤S4中，判定是否为充放电刚停止后，并在判定为是充放电刚停止后时，进入步骤S6，另一方面，当判定为不是充放电刚停止后时，进入步骤S8中。当在上一次的检测周期中不是充放电停止中时，状态检测模式处于关闭，因此在步骤S4的判定中，如果状态检测模式处于关闭，就能够判定为是充放电刚停止后。当在步骤S4中判定为不是充放电刚停止后时，在步骤S8中，在那之前的经过时间t上加时间间隔At来更新该经过时间t，然后进入步骤S9。另一方面，当在步骤S4中判定为是充放电刚停止后时，在步骤S6中将状态检测模式设定为开启，并且更新状态检测模式的执行次数(这里，将执行次数设为η)。并且，将从充放电停止起的经过时间t初始化为O。然后，进入步骤S7。在步骤S7中，作为状态检测前充放电控制，对蓄电设备10实施预定容量的充电控制或放电控制。这是为了通过将实施状态检测模式时的蓄电设备10的电解液的状态设为重现性尽可能高的状态，来使得可在稳定的条件下进行状态检测。作为状态检测前充放电控制而进行的充电量或放电量根据蓄电设备10的种类、型号、容量、组合数量等来适当决定。作为一个例子，在Jis标准55D23的液式铅蓄电池的情况下，最好实施在新品容量换算下为5%左右的充电。根据蓄电设备10的松弛过程的状况或对象系统I的运用方式等，也可以省去步骤S7的状态检测前充放电控制。在步骤S7的处理结束后，接着进入步骤S9。在步骤S9中，判定经过时间t是否处于积分时间区ta tb内。当判定为经过时间t处于积分时间区ta tb内时，进入下一个步骤S10，另一方面，当判定为在积分时间区ta tb之外时，返回到步骤S2并等待至下一个周期。在步骤SlO中，从电压测定单元30输入蓄电设备10的开放端电压，并将该开放端电压作为开放端电压测定值OCVi保存到存储部120中。之后，进入步骤SI I。
在步骤Sll中，判定经过时间t是否为积分时间区的结束时间点tb，当经过时间t是结束时间点tb时，进入步骤S12，另一方面，当不是结束时间点tb时，返回到步骤S2并等待至下一个周期。在步骤S12中，使用那之前保存在存储部120中的开放端电压测定值OCVi对电压计算式FV(t)进行最优近似。然后，使用经最优近似的电压计算式FV(t)通过式(I)来计算电压积分值Slta_tb。之后，进入步骤S13。在步骤S13中，读取预先保存在存储部120中的参考函数Gl (Slta_tb)，并通过向该参考函数Gl(Slta_tb)中代入在步骤S12中算出的电压积分值Slta_tb来计算SOC变化量ASOC0然后，将SOC变化量Λ SOC加到被保存在存储部120中的那之前的SOC上来更新SOC0更新后的SOC被保存到存储部120中以在下一次的状态检测模式中使用，并且适当地被输出至状态输出单元130。当在步骤S13中检测到状态量SOC时，结束第η次状态检测模式的处理。但是，为了监视下一次状态检测模式的成立，返回到步骤S2中等待至下一周期。状态检测模式虽然在下一个充放电重新开始之前被保持在开启的状态，但由于步骤S9的条件不满足，因而不 中关闭状态检测模式，之后充放电停止时再次将状态检测模式设定为开启，并执行步骤S4及其以后的处理。当在经过时间t达到积分时间区的结束时间点tb之前充放电被重新开始从而状态检测模式结束时，也可以使用在上一次的状态检测模式中算出的S0C。或者，也可以使用存储部120中那之前保存的开放端电压测定值OCVi对在上一次的状态检测模式时最优近似的电压计算式FV(t)进行修正，并使用修正后的电压计算式FV(t)和参考函数Gl(Slta_tb)来估计AS0C。此外，当存在两个以上的积分时间区时分别计算电压积分值，并使用将两个以上的电压积分值作为变量的参考函数来计算ASOCt5在此情况下，也可以预先准备参考函数，以便当状态检测模式在算出所有电压积分值之前就结束时，能够使用一部分的积分值来计算 ASOCo如上所述，根据本发明，由于使用电压积分值进行状态检测，因此能够降低电压测定值中包含的噪声和局部变动所造成的影响，能够高精度地进行状态检测。此外，由于不需要通过递推计算等的复杂计算，因此可提供减少了运算处理负荷的蓄电设备的状态检测方法以及状态检测装置。(第二实施方式)使用图5，对本发明第二实施方式涉及的蓄电设备的状态检测方法进行说明。图5是用于说明本实施方式的蓄电设备的状态检测方法的处理流程的流程图。在第一实施方式中，是从开放端电压的测定值OCVi求出电压积分值的，相对于此，在本实施方式中从开放端电压下降到预定的基准电压的电压下降量Vdrap计算电压积分值。这里，上述的基准电压是从充放电停止起经过了预定的基准时间(设为tbaJ时的开放端电压。以下，对如上述将充放电停止后的松弛过程中的预定时间点的开放端电压用作基准电压的情况进行说明，但不限于此，例如也可以将基准电压设定得比松弛过程中的开放端电压高，或者设定得比松弛过程中的开放端电压低。作为一个例子，既可以将基准电压设定为比充电刚停止后的松弛开始时的开放端电压高的值，或者也可以将基准电压设定为比放电刚停止后的松弛开始时的开放端电压低的值。不管在哪一情况下，均从开放端电压减去基准电压来计算电压下降量Vdrap。在图6中示出了蓄电设备10停止充电后的开放端电压的变化、以及蓄电设备10停止放电后的开放端电压的变化。当充放电停止前的蓄电设备10处于充电时，松弛过程的开放端电压逐渐减少(下降)并向稳定OCV逐渐接近。相对于此，当充放电停止前的蓄电设备10处于放电时，松弛过程的开放端电压逐渐增加并向稳定OCV逐渐接近。由此，当将相对于稳定OCV的电压变化量视作电压下降量时，在充电后的状态检测中电压下降量为正，而在放电后的状态检测中电压下降量则为负。同样地，电压积分值在充电后的状态检测中也为正，而在放电后的状态检测中为负。为了将基准电压设为稳定0CV，需要从充放电停止后到蓄电设备变稳定等待很长 时间后测定0CV，但有可能在此之前充放电重新开始从而无法获得稳定0CV。因此，优选将从充放电停止后到蓄电设备10的松弛速度变得较小的时间点的经过时间设定为上述的基准时间tbase。由此，基准电压接近稳定OCV的值，因此电压下降量Vdrop大致与充放电停止后的过渡的电压下降量相当。由此，通过将电压积分值设为电压下降量Vdrap的积分值，能够高精度地求出SOC等状态量的变化量与电压下降量Vdrap的积分值的相关来作为参考数据或参考函数。在从电压下降量Vdrop计算积分时间区ta tb中的电压积分值(设为S2ta_tb)的情况下，电压积分值S2ta_tb的计算方程式如下式表示。S2ta_tb = ￡(FV(t)-OCVbaJdt …= FV(t)dt-OCVb X(tb-ta)
Jta这里，OCVbase表示基准电压。在上式中，从电压计算式FV(t)的积分值减去OCVbaseX (tb-ta)。由此，与每个开放端电压测定值OCVi减去OCV b_来进行最优近似并对经最优近似的(OCVi-OCV b_)进行积分的情况相比，可获得能够减少减去OCV b_的运算次数的效果。为了使用上述的电压积分值S2ta_tb例如检测S0C，事先创建电压积分值S2ta_tb与Λ SOC的关系作为参考数据并保存在存储部120中。或者，也可以作为将参考数据以预定的函数形式表示的参考函数保存在存储部120中。在本实施方式中，由于能够使用相对于正的电压积分值的参考数据或参考函数进行充电停止后的状态检测，并能够使用相对于负的电压积分值的参考数据或参考函数进行放电停止后的状态检测，因此可将参考数据或参考函数分成充电后和放电后来高精度地进行设定和使用。以下，作为一个例子，假定使用从电压积分值S2ta_tb计算Λ SOC的参考函数G2(S2ta_tb)。与第一实施方式一样，在状态检测模式中算出的最新的SOCn通过将使用参考函数G2(S2ta_tb)算出的Λ SOC加到在上一次的状态检测模式中获得的SOClri上来计算。依照图5的流程图，对本实施方式的蓄电设备的状态检测方法进行说明。这里，作为一个例子，将检测对象的状态量设为S0C，并且使用式(5)来计算电压积分值S2ta_tb。以下，重点说明处理内容与第一实施方式不同的部分。在本实施方式中，关于步骤SI S8的状态检测模式的开启/关闭的设定和持续时间等的更新，与第一实施方式同样地进行。在本实施方式中，为了获取基准电压ocvb_，在步骤S21中判定经过时间t是否处于积分时间区ta 基准时间tbase内，并通过步骤S22获取该期间内的开放端电压测定值OCVi。由于所需的OCVi仅为积分时间区ta tb和基准时间tbase的测定值，因此tb < t < tbase的期间也可以不获取OCV测定值。在下一个步骤S23中，判定经过时间t是否为基准时间tb_，当是基准时间tb_时进入步骤S24，另一方面，当不是基准时间tb_时返回到步骤S2，等待至下一周期。在步骤S24中，使用存储部120中保存的积分时间区ta tb的开放端电压测定值OCVi对电压计算式FV(t)进行最优近似。并且，使用经最优近似的电压计算式FV(t)和基准电压OCVbase (基准时间中的开放端电压测定值OCVi)通过式(5)来计算电压积分值S2ta_tb。之后，进入步骤S25。在步骤S25中，读取预先保存在存储部120中的参考函数G2 (S)，并通过向该参考函数G2(S)中代入在步骤S24中算出的电压积分值S2ta_tb来计算SOC变化量AS0C。然后，将SOC变化量△ SOC加到被保存在存储部120中的上一次状态检测模式中的SOC来更新SOC0更新后的SOC被保存到存储部120中以在下一次的状态检测模式中使用，并且适当地 被输出至状态输出单元130。在本实施方式中，也能够设置两个以上的积分时间区，从第一个积分时间区的开始时间点到基准时间tb_，获取开放端电压测定值OCVi，在每个积分时间区内计算电压积分值，并使用将两个以上的电压积分值作为变量的参考函数计算ASOCtj根据上述说明的本实施方式的状态检测方法，由于能够使用相对于正的电压积分值的参考数据或参考函数进行充电停止后的状态检测，并使用相对于负的电压积分值的参考数据或参考函数进行放电停止后的状态检测，能够将参考数据或参考函数分成充电后和放电后来高精度地进行设定和使用，可高精度地检测蓄电设备的状态量。(第三实施方式)使用图7，对本发明第三实施方式涉及的蓄电设备的状态检测方法进行说明。图7是用于说明本实施方式的蓄电设备的状态检测方法的处理流程的流程图。这里，也对求出作为状态量的一个例子的SOC的方法进行说明。在第一实施方式以及第二实施方式中，是基于预先设定的积分时间区中的电压积分值来求状态量的，但在本实施方式中，从达到预定的经过时间的时间点(积分开始时间Atp)起依次进行电压的时间积分，求出该电压积分值达到预定阈值(参考阈值)时从积分开始时间点ta所经过的时间(设为ts)，并使用预先创建的经过时间-Λ SOC的参考数据或参考函数来求出与经过时间ts相当的AS0C。作为一个例子，如图8中所例示的那样，从达到充放电停止后的预定经过时间的积分时间开始时间点tp开始计算电压积分值S”本实施方式的电压积分值Si的计算方法在每个状态检测周期，计算时间间隔At中的电压积分增量ASJ = OCViX At)，并将其加到那之前的电压积分值Sm。然后，将算出的电压积分值Si与参考阈值(设为Sth)进行比较，当判定为电压积分值Si大于等于参考阈值Sth时，从参考数据或参考函数求出与从积分开始时间点tp到此时刻所经过的时间ts对应的AS0C。然后，将求出的Λ SOC加到在上一次的状态检测模式中算出的SOCg上来计算当前状态量SOCi。依照图7的流程图，对本实施方式的蓄电设备的状态检测方法进行说明。以下，重点说明处理内容与第一实施方式不同的部分。在本实施方式中，第一实施方式的状态检测方法的处理流程中的步骤S9及其以后的处理内容不同，而关于步骤SI S8的状态检测模式的开启/关闭的设定和持续时间等的更新，则与第一实施方式同样地进行。在本实施方式中，在步骤S31判定经过时间t是否已达到积分开始时间点tp，并在经过时间t达到积分开始时间点tp后，在每个周期进行步骤S32及其以后的处理。在步骤S32中，获取开放端电压测定值OCVi，在步骤S33中计算电压积分增量ASp然后，在步骤S34中通过将电压积分增量ASi加到上一周期的电压积分值Sp1上来计算电压积分值Sitj在步骤S35中，判定电压积分值Si是否大于等于参考阈值Sth，当判定为大于等于参考阈值Sth时,在步骤S36中给予此时的经过时间ts和参考数据或参考函数来计算当前状态量 SOCi。
在通过步骤S36算出当前状态量SOCi后，设置适当的标志等来绕过步骤S31 S36，以使得在下一次及其以后的周期中不进行步骤S31 S36的处理。在本实施方式的状态检测方法中，在每个周期进行步骤S33 S36的计算和判定处理，因此给状态检测部110的运算处理装置带来的负荷较大，但能够高精度地进行状态检测。本发明的蓄电设备的状态检测方法及其装置例如能够应用于发动机驱动的汽车、电动汽车、便携式电话、停电时运行的备用电池、甚至在与系统电力的协作中用于通过太阳能或风力的自然能发电的电能平均化的蓄电装置、以及包含该蓄电装置的系统等、安装有蓄电设备并需要进行监视或状态检测的装置。此外，本发明的状态检测方法以及状态检测装置被应用的蓄电设备是蓄电设备或电容器等，能够应用于通过电子或离子的移动来提高或降低设备内部的能量、并能够将其内部能量以电能的形式从外部获取的装置。即，不限于安装在汽车等中的液式铅蓄电设备，也能够应用于例如Li离子电池、Ni氢电池、钠-硫黄电池、电容器等中，进而还能够应用于将它们组合的蓄电系统中。本实施方式中的记载用于示出本发明涉及的蓄电设备的状态检测方法及其装置的一个例子，但并不限定于此。本实施方式中的蓄电设备的状态检测方法及其装置的详细结构以及详细动作等可在不脱离本发明要旨的范围内适当进行改变。符号说明I :对象系统10:蓄电设备11 :充电单元12 :控制单元20 :负荷30:电压测定单元31:电流测定单元32:温度测定单元100 :状态检测装置110:状态检测部120 :存储部130:状态输出单元
权利要求
1.一种蓄电设备的状态检测方法，用于基于蓄电设备的停止充电或放电(以下称为充放电停止)后的开放端电压来检测该蓄电设备的状态量，所述状态检测方法的特征在于， 事先创建用于从电压积分值计算所述状态量的参考数据或参考函数，所述电压积分值基于充放电停止后的预定期间内的所述开放端电压而计算； 在所述蓄电设备的充放电停止后的所述预定期间内以预定的时间间隔获取所述开放端电压测定值； 基于所述开放端电压测定值来计算所述电压积分值； 使用所述参考数据或参考函数来计算与所述电压积分值对应的所述状态量。
2.根据权利要求I所述的蓄电设备的状态检测方法，其特征在于， 通过用所述开放端电压测定值对预定的电压计算式进行最优近似，并对所述最优近似的电压计算式进行所述预定期间的时间积分，来算出所述电压积分值。
3.根据权利要求I所述的蓄电设备的状态检测方法，其特征在于， 通过将所述预定期间的所述开放端电压测定值相加，并对此乘以所述时间间隔来计算所述电压积分值。
4.根据权利要求I所述的蓄电设备的状态检测方法，其特征在于， 当将充放电停止后经过了预定的基准时间时的开放端电压作为基准开放端电压时，用所述开放端电压测定值对预定的电压计算式进行最优近似，对所述最优近似的电压计算式进行所述预定期间的时间积分，进而减去对所述基准开放端电压乘以所述预定期间而得到的值，来计算所述电压积分值。
5.根据权利要求I所述的蓄电设备的状态检测方法，其特征在于， 当将充放电停止后经过了预定的基准时间时的开放端电压作为基准开放端电压时，在相加所述预定期间的所述开放端电压测定值后乘以所述时间间隔，进而减去对所述基准开放端电压乘以所述预定期间而得到的值，来计算所述电压积分值。
6.一种蓄电设备的状态检测方法，用于基于蓄电设备的停止充电或放电(以下称为充放电停止)后的开放端电压来检测该蓄电设备的状态量，所述状态检测方法的特征在于， 事先创建参考数据或参考函数，所述参考数据或参考函数用于基于所述开放端电压的积分值达到预定阈值时的从充放电停止后的预定的积分开始时间点起算的经过时间来计算所述状态量； 从所述蓄电设备的充放电停止后的所述积分开始时间点起以预定的时间间隔获取所述开放端电压的测定值来计算所述积分值； 求出所述积分值达到所述阈值时的从所述积分开始时间点起算的经过时间； 使用所述参考数据或参考函数来计算与所述经过时间对应的所述状态量。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的蓄电设备的状态检测方法，其特征在于， 所述状态量通过将使用所述参考数据或参考函数算出的状态量变化量加到在上一次充放电停止后算出的上一次的状态量上来计算。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的蓄电设备的状态检测方法，其特征在于， 所述预定期间是基于所述充放电停止后的所述开放端电压的变化速度而选择的一个以上的期间。
9.根据权利要求I至8中任一项所述的蓄电设备的状态检测方法，其特征在于，所述状态量是相对于所述蓄电设备为新产品时的容量的劣化度(SOH)、相对于满充电容量的剩余容量(SOC)、放电能力、充电能力中的任意一个以上。
10.一种蓄电设备的状态检测装置，用于基于蓄电设备的停止充电或放电(以下称为充放电停止)后的开放端电压来检测该蓄电设备的状态量，所述状态检测装置的特征在于，包括 存储部，所述存储部事先创建并保存用于从电压积分值计算所述状态量的参考数据或参考函数，所述电压积分值基于充放电停止后的预定期间的所述开放端电压来计算； 状态检测部，所述状态检测部在所述蓄电设备的充放电停止后的所述预定期间内以预定的时间间隔输入所述开放端电压的测定值，基于所述开放端电压的测定值计算所述电压积分值，并使用所述参考数据或参考函数来计算与所述电压积分值对应的所述状态量；以及 状态输出单元，所述状态输出单元从所述状态检测部输入所述状态量并将其输出至外部。
11.一种蓄电设备的状态检测装置，用于基于蓄电设备的停止充电或放电(以下称为充放电停止)后的开放端电压来检测该蓄电设备的状态量，所述状态检测装置的特征在于，包括 存储部，所述存储部事先创建并保存参考数据或参考函数，所述参考数据或参考函数用于基于所述开放端电压的积分值达到预定阈值时的从充放电停止后的预定的积分开始时间点起算的经过时间来计算所述状态量； 状态检测部，所述状态检测部从所述蓄电设备的充放电停止后的所述积分开始时间点起以预定的时间间隔输入所述开放端电压的测定值，基于所述开放端电压的测定值计算所述电压积分值，求出从所述积分值达到所述阈值时的从所述积分开始时间点起算的经过时间，并使用所述参考数据或参考函数来计算与所述经过时间对应的所述状态量；以及 状态输出单元，所述状态输出单元从所述状态检测部输入所述状态量并将其输出至外部。
全文摘要
提供一种在降低噪声和局部变动带来的影响的同时降低运算处理负荷的蓄电设备的状态检测方法以及状态检测装置。在第一实施方式的状态检测方法中，当充放电停止后的经过时间(t)在积分时间区(ta～tb)内时(步骤S9)，在步骤S10中获取开放端电压(OCVi)，当经过时间(t)达到积分时间区的结束时间点(tb)时(步骤S11)，在步骤S12中计算电压积分值。之后在步骤S13中使用参考数据或参考函数与电压积分值来计算状态量。
文档编号G01R31/36GK102893169SQ20108003607
公开日2013年1月23日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者温井克弥 申请人:古河电气工业株式会社