[发明专利]电池充电状态的估计装置及电池恶化估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池充电状态的估计装置、特别是为了减小估计误差而使用电池模型的电池充电状态的估计装置、以及使用电池模型过程中的电池恶化状态的估计方法的改进。

背景技术

迄今，作为估计电池充电状态(SOC)的方法，已知有将充放电电流值的积分值加在电池初始的SOC上的方法。但是，在该方法中充放电电流值的积分自身有误差，在累积误差的同时，还存在电池在未使用状态下由自身放电产生的SOC的初始值的变化等，难以准确地估计电池的SOC。

因此，还采用了这样的方法：根据电池电压估计SOC，修正由充放电电流值的积分获得的SOC的估计结果来提高估计精度。例如在特开平9-96655号公报中也公开了这种估计方法的改进技术。

可是，在上述现有例中，根据电池电压估计SOC，因此尽管采用修正充放电电流值的累计误差的方法，也难以获得高的估计精度。这是因为根据电池电压来估计SOC本身就很困难。

图6表示SOC为68％的电池中的电池电流和电池电压的变化关系。如图6所示，电池的电流-电压的关系呈非线性、具有大的滞后现象。因此，在根据该电流-电压关系估计SOC的情况下，由于在电池电流和电池电压怎样变化的时刻来判断SOC而产生了大的误差。在图6所示的例中，尽管实际的SOC为68％，但在充电电流增大的阶段，SOC被断定为80％，在放电电流增大的阶段，SOC被断定为20％。

这样，尽管SOC相同，但反映以前的充放电状态，电池的电压变化很大，所以若根据电池电压估计SOC，则产生较大的误差。因此，用现有的方法不能准确地估计SOC。特别是在以短周期切换并反复进行充放电的混合环中，存在SOC的估计值的误差变大的问题。

另外，在电瓶车等中使用的电池，为了判断其更换的时间或预测故障的发生等对其恶化状态进行了估计。

通过求电池的内阻，来测定其恶化状态。作为求内阻的方法，有这样一种方法：例如在规定的充电状态(SOC)下，根据以规定的放电电流在一定时间内放电的情况下的电压，求内阻。另外，还有这样一种方法：在电瓶车中，根据行驶中的几个电流/电压值，用下式求内阻R。

Vb=-R×Ib+Voc               …(1)

Vb：电压值，Ib：电流值，Voc：开路电压。

可是，因为在上述规定的SOC下，在一定时间内用规定的放电电流放电的方法为脱机测定，所以在例如电瓶车中使用的电池的情况下，不能在行驶中估计电池的内阻。

另外，用上式(1)求电池的内阻的方法，即使电瓶车在行驶当中也能测定内阻。但是，因为在该方法中没有考虑电池极化的影响，所以存在内阻的估计值误差变大的问题。即，电池充放电电流和电池电压的关系如图10所示。在图10中，电流值为正的部分是放电状态，为负的部分表示充电状态。如图10所示，电池的电流/电压特性具有滞后现象，由于测定时刻的不同，电压/电流的斜率即内阻(-R)为不同的值。这是由于没有考虑上述极化的影响所致。因此，采用该现有的方法难以准确地估计电池的内阻。

鉴于以上原因，本发明的目的在于提供一种电池充电状态的估计装置，即使以短周期切换并反复进行充放电，该装置也能准确地估计SOC。

另外，另一个目的在于提供一种电池恶化状态的估计方法，该方法能在电池的使用过程中准确地测定电池的内阻的变化，能准确地把握电池的恶化状态。

发明的公开

为了达到上述目的，本发明是这样一种电池充电状态的估计装置，其特征在于：有电池模型，用来求虚拟SOC作为电池充电状态(SOC)的大致的值，与该虚拟SOC一起考虑电池状态的变化，估计电池电压，修正虚拟SOC，以便使估计的电池电压与实际测定的电池电压相等，估计实际的SOC。

另外，上述电池充电状态的估计装置的特征在于：电池模型具有虚拟SOC估计装置，根据电池的充放电电流求虚拟SOC；电动势估计装置，根据从上述虚拟SOC估计装置输出的虚拟SOC，估计电池电压；电压变动估计装置，估计由内阻引起的电池电压的变动；以及动态电压变动估计装置，根据电池充放电电流的变化，估计电池电压的变动，根据电动势估计装置、电压变动估计装置和动态电压变动估计装置的输出值的合计，估计电池电压。

另外，上述电池充电状态的估计装置的特征在于：虚拟SOC的修正量由与估计的电池电压和实际测定的电池电压的差成正比的分量、以及与该差的积分值成正比的分量构成。