专利名称：充电状态估计装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及进行二次电池的充电状态(SOC :State Of Charge)估计的装置。
背景技术：
通常，在铁路系统中，在为了供给运行时的能量或对减速停止时的再生能量进行回收而使用电池的情况下，由于处理的电能大，所以将许多电池单元串并联地进行连接来使用。此时，在车辆的运行以及电池的充放电控制中需要把握S0C。以往，已知有如下方法，即，将使用充放电电流累计的方式和使用处于平衡状态的二次电池的开路电压与SOC的关系的方式一起使用来估计电池的SOC( 例如，下述专利文献I)。专利文献I所示的方法是在充放电时根据电流累计来估计S0C、在待机时通过估计开路电压来估计SOC的方法。此外，关于开路电压估计方法，有使用充放电后的电压变化来估计开路电压的例子等(例如，下述专利文献2)。现有技术文献 专利文献
专利文献I :日本特开2008-199723号公报；
专利文献2 :日本特开2007-333474号公报。
发明内容
发明要解决的课题
可是，上述专利文献I的方法存在如下问题，即，在开路电压的估计中使用电池的等效电路，这需要依赖于温度或SOC的内部电阻值，还必须考虑电池的劣化。另一方面，在进行由许多电池组成的蓄电装置的SOC估计的情况下，希望对构成蓄电装置的电池整体测定电池电压和电池电流，但测定电池电压和电池电流的传感器的分辨率、精度不高，在测定值中发现纹波(ripple)的情况较多。在上述专利文献2中，通过测定电池的总电压，并且在充放电后其变化率为规定值以下时加上规定值，从而估计开路电压。因此，能不使用等效电路常数，而是仅通过测定总电压值来进行估计。但是，只要电池单元的开路电压相差ImV就会在SOC中产生显著的差，因此，存在为了得到稳定的值而必须提闻电压测定精度的问题。本发明是鉴于上述而完成的，其目的在于，得到一种能够抑制SOC估计值的变动的充电状态估计装置。用于解决课题的方案
为了解决上述的课题，并实现目的，本发明是一种充电状态估计装置，与连接有多个电池单元的蓄电装置连接，估计所述蓄电装置的充电状态，其特征在于，具备第一运算部，将充电状态估计值的前次值作为初始值，基于来自检测器的电流，对电流累计值进行运算并将其作为第一充电状态估计值进行输出，所述检测器检测来自电力变换部的对所述蓄电装置流入流出的电流；第二运算部，在所述蓄电装置的充放电停止后，基于在所述电力变换部和所述蓄电装置的连接部位检测出的电压、所述电压的前次值、以及在所述蓄电装置充放电停止后随着时间经过而降低的增益，估计开路电压并将其作为第二充电状态估计值进行输出；以及选择部，选择所述第一充电状态估计值和所述第二充电状态估计值的任一个。发明效果
根据本发明，由于具备第一 SOC运算部，估计第一充电状态估计值；第二 SOC运算部，估计第二充电状态估计值；以及SOC突变防止部，基于可变增益和前次的SOC的值，抑制第二充电状态估计值的突变，所以起到即使在电池电压的测定精度低的情况下或在测定电压中发现纹波的情况下，也能够抑制SOC估计值的变动的效果。
图I是表示应用本发明的充电状态估计装置的电力机车的结构的图。图2是表示图I的蓄电装置的结构的图。图3是表示本发明实施方式I的充电状态估计装置的结构的图。图4是表示图3的第一 SOC运算部的结构的图。图5是表示图3的第一标志(flag)生成部的结构的图。图6是表示图3的第二标志生成部的结构的图。图7是表示图3的第二 SOC运算部的结构的图。图8是表示电池单元开路电压和SOC的关系的图。图9是表示图7所示的增益K3的一个例子的图。图10是表示图3的SOC突变防止部的结构的图。图11是表示图3的SOC选择部的结构的图。图12是表示设定图3所示的单位延迟部的初始值的电路的一个例子的图。图13是表示本发明实施方式2的充电状态估计装置的结构的图。图14是表示本发明实施方式3的第二 SOC运算部的结构的图。
具体实施例方式以下，基于附图对本发明的充电状态估计装置的实施方式详细地进行说明。再有，本发明不被该实施方式限定。实施方式I.
图I是表示应用本发明的充电状态估计装置10的电力机车的结构的图，图2是表示图I的蓄电装置11的结构的图，图3是表示本发明实施方式I的充电状态估计装置10的结构的图。图I所示的电力变换装置(电力变换部)12与集电装置14和成为返回电流的返回电路的车轮15连接，接收来自与成为直流电源的变电站(未图示)连接的架空线13的电力。图I所示的电压检测器18检测在电力变换装置12和蓄电装置11的连接部位的电压。电流检测器17检测对蓄电装置11流入流出的电流。充电状态估计装置10基于来自电力变换装置12的电流指令Iall *、由电压检测器18检测出的总电压Vail、以及由电流检测器17检测出的总电流Iall，对SOC估计值进行运算并输出。
在图2中，蓄电装置11构成为具有电池�？�21-1至2n_m。电池�？�21_1是串联连接了电池单元6-1至6-k的模块。同样地，电池�？�2n-l是串联连接了电池单元7-1至7-k的�？椋绯啬？�21-m是串联连接了电池单元4-1至4-k的�？椋绯啬？�2n_m是串联连接了电池单元5-1至5-k的�？�。各电池单元是像锂离子二次电池那样的能实现反复充放电的二次电池，各电池单元的SOC能通过测定开路电压值来进行观测。再有，虽然有时在蓄电装置11中设置断路器(breaker)、电池监视装置等，但在此省略。将蓄电装置11的端子间的电压设为总电压Val I。将充放电电流设为总电流Ial I，总电流Iall的值将充电设为正。此外，将蓄电装置11内的电池单元(�？�)的并联数设为m，将串联数设为η。其中，η=�？槭齒�？槟诘牡绯氐ピ�。再有，由于构成蓄电装置11的电池单元数较多，所以在充放电中起因于用于端子间的连接的导体或电缆的电阻分量的电压被加入到总电压Vall中。在图I中，虽然使用设置在电力变换装置12和蓄电装置11之间的电压检测器18 和电流检测器17来测定总电压Vall和总电流Iall，但不限定于此，也可以使用在未图示的充放电电路侧测定的总电压Vall和总电流Iall。在这些情况下，到充电状态估计装置10的电缆的电阻分量变得更大，因此，优选考虑由该电阻分量引起的衰减量。(充电状态估计装置10)
图3是表示本发明实施方式I的充电状态估计装置10的结构的图。充电状态估计装置10构成为作为主要的结构具有第一标志生成部21、第二标志生成部22、第二 SOC运算部24、第一 SOC运算部20、SOC选择部23、SOC突变防止部(变化量限制部)25、以及单位延迟部26。第一 SOC运算部20基于总电流Iall、由第一标志生成部21生成的第一标志(FLG1)、以及来自单位延迟部26的作为SOC前次值的SOCz (以下，称为“前次值SOCz”)，对第一充电状态估计值(以下，仅称为“第一估计值”)SOCl进行运算并输出。第二 SOC运算部24基于总电压Vail、以及来自第二标志生成部22的第二标志(FLG2)和第三标志(FLG3)，对第二充电状态估计值S0C20进行运算并输出。SOC突变防止部(以下，仅称为“突变防止部”)25基于来自第二 SOC运算部24的第二充电状态估计值(以下，仅称为“第二估计值”)S0C20和来自单位延迟部26的前次值SOCz，输出第三充电状态估计值(以下，仅称为“第三估计值”)S0C2。SOC选择部23根据来自第二标志生成部22的FLG2的值，将来自第一 SOC运算部20的第一估计值SOCl和来自突变防止部25的第三估计值S0C2的任一个作为SOC进行输出。充电状态估计装置10整体的运算周期tl秒例如为O. I秒。虽然蓄电装置11如上述那样由许多电池单元构成，但通常，在串联连接的电池中设置有未图示的电池电压均等化单元，并联连接的串联电池单元彼此为大致相同的电压值，因此，认为电池单元的SOC偏差不大。因此，将SOC作为单一的值进行处理。以下，对充电状态估计装置10的结构进行详细说明。(第一SOC 运算部 20)
图4是表示图3的第一 SOC运算部的结构的图，图5是表示图3的第一标志生成部的结构的图，图6是表示图3的第二标志生成部的结构的图。
在图4中，第一 SOC运算部20构成为具有增益部41、乘法器42、积分器43、增益部44、以及增益部45。增益部41对总电流Iall乘以增益I / m来求取电池单元电流平均值IcelI。即，通过用总电流Iall除以电池单元的并联数m，从而得到电池单元电流的平均值。乘法器42将来自增益部41的电池单元电流平均值Icell和FLGl相乘并输出。该乘法器42在FLGl为O的情况下停止累计，在FLGl为I的情况下执行累计。再有，FLGl由后面叙述的第一标志生成部21生成，在FLGl=I的情况下，表示执行累计，在FLGl=O的情况下，表示停止累计。积分器43对来自乘法器42的输出进行积分，在FLG2为I的情况下，每次进行复位。增益部45对前次值SOCz乘以增益K2，变换成电流累计初始值(初始值)。像这样，以FLG2进行复位时的电流累计初始值根据前次值SOCz进行求取。增益部45的增益K2为 K2=电池容量(Ah) X3600秒/ 100 (%) 再有，FLG2由后面叙述的第二标志生成部22生成。增益部44对来自积分器43的电流累计值乘以增益Kl，变换成第一估计值SOCl。其中，Kl=I / 电池容量(Ah) / 3600 秒 X 100 (%) 第一 SOC运算部20构成为在FLGl为O的情况下，为了防止由于电流检测误差的影响导致的SOC值的误差扩大，而停止累计。对此进行说明，在为I Iall I < Iallmin的情况下，第一，为如下状态，即，电流指令Iall * =0，停止充放电，仅流过纹波电流。第二，为如下状态，即，虽然不是电流指令Iall * =0，但是以恒定电压充电而以比Iallmin小的电流值继续充电或放电。在电流小时，在电流累计时受到电流检测误差的影响。因此，第一 SOC运算部20以如下方式构成在FLGl为O的情况下，乘法器42停止累计，由此积分器43的输出值不变化，第一估计值SOCl成为固定值。图5 (a)是表示图3所示的第一标志生成部21的一个结构例的图，图5 (b)是表示图3所示的第一标志生成部21的另一结构例的图。图5 Ca)所示的第一标志生成部21a构成为具有绝对值运算器101a，对总电流Iall的绝对值进行运算；以及比较器102a，对来自绝对值运算器IOla的绝对值和电流阈值Iallmin进行比较，并将比较结果作为FLGl进行输出。在Iall的绝对值I Iall I (A)为电流阈值Iallmin (B)以上时，FLG1=1。在Iall的绝对值I Iall I (A)不足电流阈值Iallmin (B)时，FLGl=O0图5 (b)所示的第一运算值21b构成为具有绝对值运算器101b，对总电流Iall的绝对值进行运算；比较器102b，对来自绝对值运算器IOlb的绝对值和电流阈值Iallmin进行比较，输出比较结果；以及“或非” (NOR)门103，输入来自比较器102b的输出和来自充放电电路(未图示)的控制极封锁(gate block) GB，将它们的逻辑结果作为FLGl进行输出。如果以在感测到来自充放电电路的控制极封锁GB时输出FLGl=O的方式构成，那么能够比图5 Ca)所示的第一标志生成部21a精度更高地使FLGl的值变化。图6是表示图3的第二标志生成部22的结构的图。图6 (a)所示的第二标志生成部22a构成为具有比较器104a，在电流指令Iall*为O时，输出FLG3 ；以及ON延迟部105a，在从FLG3=1起经过规定时间t2秒后，将FLG2的值变化成I并进行输出。例如，在电流指令Iall *为O时，比较器104a的输出即FLG3的值为I。像这样，FLG3的值在电流指令Iall * =0的情况下为1，在除此以外的情况下为
O。此外，FLG2的值在从FLG3的值为I起经过规定时间t2秒后变为I。t2例如为20秒。图6 (b)所示的第二标志生成部22b构成为具有比较器104b，在电流指令Iall*为O时，输出I ;或(010门106，将来自比较器104b的输出和来自充放电电路(未图示)的控制极封锁GB的任一个作为FLG3进行输出；以及ON延迟部105b，在从FLG3=1起经过规定时间t2秒后，将FLG2的值变化为I进行输出。像这样，如果以从感测来自充放电电路的控制极封锁GB起经过规定时间t2秒后将FLG2的值变化为I的方式构成，那么能够比图6Ca)所示的第二标志生成部22b精度更高地使FLG2的值变化。再有，关于FLG2的值，在FLG2=0的情况下，表示在第一 SOC运算部20中计算第一估计值S0C1，在FLG2=1的情况下，表示在第二 SOC运算部24中计算第二估计值S0C20。
图6 Ca)的ON延迟部105a和图6 (b)的ON延迟部105b仅在FLG3的值从O变化到I时，使FLG2的值延迟地变化，但是在FLG3的值从I变化到O时，使FLG2的值不延迟地变化。由此，在充放电后的Vall突变的期间t2 (s)中，停止SOC估计。此外，由于图6 (a)的第二标志生成部22a或图6 (b)的第二标志生成部22b使用电流指令Iall *来求取FLG2，所以防止在虽然满足I Iall I < Iallmin，但以恒定电压充放电等继续充放电的期间中(例如t2期间中)，第二 SOC运算部24输出第二估计值S0C20。(第二SOC 运算部 24)
图7是表示图3的第二 SOC运算部24的结构的图，图8是表示电池单元开路电压和SOC的关系的图，图9是表不图7所不的增益K3的一个例子的图。图7所示的第二 SOC运算部24构成为作为主要的结构具有增益部51a、增益部52、限制器53、表54a、单位延迟部55、减法器58、以及加法器59。第二 SOC运算部24在图6的FLG3为I时工作，运算周期为t3秒。t3例如为5秒，是充电状态估计装置10整体的运算周期的例如50倍。增益部51a对总电压Vall乘以增益I / η来求取电池单元电压平均值Vcell。即，通过用总电压Vall除以电池单元的串联数n，从而得到电池单元的平均电压值。单位延迟部55使来自增益部51a的电池单元电压平均值Vcell延迟I个样本(t3)的量来进行输出。即，输出电池单元电压平均值Vcell的前次值。减法器58对来自单位延迟部55的输出(前次值)和来自增益部51a的输出(当前值)的差分进行输出。增益部52对来自减法器58的差分乘以增益K3倍并进行输出。加法器59对来自增益部52的输出加上来自单位延迟部55的输出(前次值)来求取开路电压估计值(开路电压)Vocell。在充放电后，当经过充分的时间时，为Vocell=Vcell,但在刚充电后，为Vocell< Vcell,之后,该差逐渐减少。此外,在刚放电后,为VocelI > Vcell,之后,该差逐渐减少。因此，第二 SOC运算部24使用下式来求取当前(k)的开路电压估计值Vocell。Vocell (k) =Vcell (k— I) + K3X (Vcell (k) — Vcell (k— O)…(I)。S卩，对t3前的电池单元电压平均值Vcell (k_l)加上将k_l至k的电池单元电压平均值Vcell变化量乘以K3倍后的值。由此，在增益K3=l时，开路电压估计值Vocell与当前的电池单元电压平均值Vcell相等，在Κ3 < I时，降低了对开路电压估计值Vocell赋予的电池单元电压平均值Vcell的变化的影响。在此，增益K3为可变增益。限制器53在参照表54时，将来自加法器59的开路电压估计值Vocell的值限制为实际的值。在表54a中，如图8所示，将开路电压估计值Vocell和SOC进行对应。开路电压估计值Vocell和SOC的对应关系能够通过电池单元的充 放电试验来求取。第二 SOC运算部24参照表54a将以限制器53限制的开路电压估计值Vocell所对应的SOC的值作为第二估计值S0C20进行输出。再有，也可以使用近似式来代替表54a。如图9所示，对增益部52设定的增益K3的值以随着时间经过而变小并且最终值不足I的方式进行设定。在图9中，作为一个例子，示出在将t2设为20秒、t3=5秒的情况下的增益K3的值。将检测出FLG3=1的第二 SOC运算部24开始工作时设为O秒，在第二SOC运算部24每隔例如t3进行运算的情况下，t2期间(O 20秒)的增益K3的值约为6。像这样设定增益K3的值的理由如下。以下，作为一个例子，以蓄电装置11在放电中停止放电时的情况为例进行说明。在t2期间附近，由于是放电刚结束后，所以VcelKk-I^P Vcell(k)_Vcell(k_l)的差变大。如果在t2期间附近的增益K3的值小的情况下，那么开路电压估计值Vocell的变化大，因此，伴随于此第二估计值S0C20也较大地变动。到放电结束稍前，应通过电流累计来估计S0C，但在放电刚结束后的t2期间附近，总电压Vall急剧地恢复(上升)。为了抑制第二估计值S0C20的变动，估计稳定的S0C，本实施方式的第二 SOC运算部24在放电刚结束后的t2期间附近增大增益K3的值，防止SOC的过度。再有，SOC的过度意味着根据放电刚结束后的开路电压估计得到的SOC估计值低于根据放电刚结束后的电流累计得到的SOC估计值。增益K3的值以在经过了 t2期间之后逐渐减少并且在经过了约50秒的时间点为K3=0.5的方式进行设定。像这样设定增益Κ3的值的理由如下。由于是从放电结束起经过一段时间，所以电池单元电压平均值Vcell的变化本来应当�。词雇Ｖ狗诺纾捎诘缌Ρ浠蛔爸�12的开关继续，所以存在电流检测器17检测出纹波电流的情况或存在电压检测器18的电压检测误差等，因此电池单元电压平均值Vce 11变动。当开路电压估计值Voce 11根据该变动的量变化时，伴随于此第二估计值S0C20也变动。为了抑制这样的第二估计值S0C20的变动，本实施方式的第二 SOC运算部24在t2期间经过后，使增益Κ3的值逐渐减少，在经过了约50秒的时间点，为K3=0. 5，由此，抑制开路电压估计值Vocell的变化。再有，充电时的增益Κ3也与放电时同样地采用随着时间而降低的值。例如，增益Κ3的值在t2期间附近设定得较大，在经过了 t2期间之后设定为逐渐减少。这是因为虽然在放电后和充电后，开路电压估计值Vocell和电压平均值Vcell的大小关系相反，但是电压平均值Vcell的变化率的绝对值在放电后和充电后均从大变小。(S0C突变防止部25)
图10是表示图3的突变防止部25的结构的图。突变防止部25构成为作为主要的结构具有减法器63、增益部61、限制器62、以及减法器64。减法器63输出前次值SOCz和第二估计值S0C20的差分。增益部61对来自减法器63的差分乘以K4倍，限制器62将来自增益部61的输出限制为每O. I秒±0.02 (%)来进行输出。减法器64对前次值SOCz加上来自限制器62的输出，并作为第三估计值S0C2进行输出。以具体例子进行说明。首先，第三估计值S0C2 (%)以下式进行运算。第三估计值S0C2 (%)=S0Cz-Limit (K4 (S0Cz_S0C20)) ... (2)其中，K4 的值例如为O. 8，限制器62的设定例如为±0. 02 (%)0在此，突变防止部25的运算周期为O. I秒，因此，第三估计值S0C2在O. I秒内最大变化O. 02 (%) 进而，图7所示的第二 SOC运算部24的运算周期t3为5秒。因此，来自第二 SOC运算部24的第二估计值S0C20在突变防止部25的运算执行了 50次时更新I次。SP，第二估计值S0C20在每5秒内最大变化O. 02X50=1 (%) 当示出具体例子时，在输入到突变防止部25的第二估计值S0C20的值从例如50%起减少的情况下，第二估计值S0C20在O. I秒后成为49. 98 (%)，在又一个O. I秒后成为49.96 (%)0即，从输入到突变防止部25起5秒后的第二估计值S0C20为减少了 I ( %)的49. O (%)0同样地，在第二估计值S0C20的值从50%起增加的情况下，5秒后的第二估计值S0C20为51. O (%) 像这样，突变防止部25通过将来自第二 SOC运算部24的第二估计值S0C20的变化在5秒内限制为1%，从而防止第三估计值S0C2的突变。再有，在没有限制器(Limit)62的情况下，突变防止部25将对第二估计值S0C20和前次值SOCz的差分乘以K4倍后的值作为第三估计值S0C2进行输出，例如，如果K4=l，那么第二估计值S0C20和前次值SOCz的差分直接反映到第三估计值S0C2。此外，上述的Κ4的值、限制器62的设定值为一个例子，不限定于这些。图11是表示图3的SOC选择部的结构的图。SOC选择部23用根据FLG2的值进行工作的开关71选择由第一 SOC运算部20估计出的第一估计值SOCl和由第二 SOC运算部24估计出并由突变防止部25限制了突变的第三估计值S0C2的任一个，并作为最终的SOC估计值即SOC进行输出。例如，在FLG2=0时，选择第一估计值S0C1，在FLG2=1时，选择第三估计值S0C2。具体而言，当充放电中时，从停止充放电起到经过约20秒的期间(t2期间)中，FLG2=0。因此，开关71选择来自第一 SOC运算部20的第一估计值SOCl并输出。S卩，在IIall I < Iallmin的情况下，停止第一 SOC运算部20的电流累计，因此，输入到SOC选择部23的SOCl为固定值。因此，在充放电中及充放电后后的t2期间中不进行SOC的更新。另一方面，从t2期间经过后到再次开始充放电的期间中，选择第三估计值S0C2。再有，在控制电源接通时，当将输出前次值SOCz的单位延迟部26的初始值设为O时，无法得到适当的S0C，因此，以下，示出初始值的设定方法。图12是表示设定图3所示的单位延迟部的初始值的电路的一个例子的图。图12的初始值设定电路24a构成为具有增益部51b和表54b。增益部51b对总电压Vall乘以增益I / η来求取电池单兀电压平均值Vcell。在表54b中，与图7的表54a同样地,将开路电压估计值Vocell和SOC进行对应。第二 SOC运算部24参照表54b将与电池单元电压平均值Vcell对应的SOC的值作为初始值进行输出。再有，也可以使用近似式来代替表54b。在从前次的充放电起经过充分的时间的情况下，能将从电压检测器18得到的蓄电装置11的开路电压视为固定，因此，能用初始值设定电路24a求取SOC的值(初始值)。由于可以认为例如在充放电结束后系统启动时，开路电压是大致固定的，所以图3所示的第一 SOC运算部20和突变防止部25使用来自初始值设定电路24a的初始值来执行第一估计值SOCl和第二估计值S0C20的运算。再有，在从前次充放电起未经过充分的时间的情况下，利用图7的第二 SOC运算部24更新成妥当的S0C。再有，由于在总电压Vall的测定值中包含纹波、噪声，所以也可以以如下方式构成，即，在向例如IOOHz的低通滤波器中输入总电压Vall之后，将该滤波器输出作为总电压Vall来估计SOC。在铁路系统中，总电压Vall为600V左右，此时的电池单元串联数超过160。另一方面，根据图8所示的表54a，开路电压和SOC的关系是随着开路电压和SOC上升而SOC /开路电压的值变大，因此，随着SOC变高，电压变动的影响变大。例如，也可以认为在开路电压变化了 IOmV (在串联160的情况下，总电压为I. 6V)时，SOC变化2 3%。因此，当考虑电压检测器18的分辨率、测定精度时，难以将SOC的变化抑制在1%水平。进而，在以电流指令O使内置于电力变换装置12并执行对蓄电装置11的充放电的DC-DC变换器(未图示)进行工作的情况下，也有可能产生起因于纹波电流的电压纹波。在这样的条件下，需要如下估计方法，即，容许在SOC估计值中包含少量的误差，并且不会引起与实际的SOC较大的偏差、估计值过量的变动。而且，在铁路系统中，设想为了提高电池的利用率以及保护电池，在 充放电时，不仅多用恒定电流工作，还多用恒定电压工作。本实施方式的充电状态估计装置10通过将利用电流累计的SOC运算(第一 SOC运算部20)和利用开路电压估计的SOC运算(第二 SOC运算部24) —起使用，从而能够兼顾充放电时和停止时的估计精度。此外，在开路电压估计中，不需要电池等效电路模型，仅使用总电压Vall的测定值，就能够得到避免了与实际的SOC较大的偏差、估计值过量的变动的稳定的估计值。此夕卜，还难以受到噪声的影响。进而，在利用电流累计的估计中，即使在以误差影响可能变大的低电流继续充放电的情况下，虽然不能进行估计值的更新，但继续充放电，尽管如此，也不会错误地进行开路电压估计。因此，本实施方式的充电状态估计装置10不仅能应对恒定电流充放电，还能应对恒定电压充放电。如以上说明的那样，本实施方式的充电状态估计装置10具备第一 SOC运算部20，以前次值SOCz为初始值，对由电流检测器17检测出的总电流Iall的电流累计值进行运算，基于电流累计值，对第一估计值SOCl进行运算；第二 SOC运算部24，将在蓄电装置11充放电停止后基于由电压检测器18检测出的总电压ValI的电池单元电压平均值VcelI、电池单元电压平均值Vcell的前次值、以及在充放电停止后随着时间经过进行变化的增益K3而运算出的开路电压估计值Vocell作为第二估计值S0C20进行输出；以及突变防止部25，基于前次值SOCz和第二估计值S0C20，将第二 SOC运算部24在运算周期t3中的第二估计值S0C20的变化量限制为规定值(1%)以下，因此，能提高充放电时及充放电停止时的SOC的估计精度。此外，本实施方式的第二 SOC运算部24仅用总电压Vall就能对开路电压估计值Vocell进行运算，因此，不用像现有技术那样使用等效电路模型就能对来自开路电压估计值Vocell的SOC进行估计。此外，本实施方式的第二 SOC运算部24使用增益部52来对开路电压估计值Vocell进行运算，因此，能够抑制在充放电结束后的开路电压估计值Vocell的变动，能够得到稳定的SOC估计值(第二估计值S0C20)。此外，本实施方式的第一 SOC运算部20以在FLGl=O的情况下，第一估计值SOCl为固定值的方式进行控制，因此，即使在能继续进行恒定电压充放电、不能估计开路电压估计值Vocell的期间(t2期间)中，也能够估计S0C。再有，虽然在上述说明中，将蓄电装置11的电池单元设为η串联Xm并联，但显然，η和m的值分别能以I以上的任意的数构成。此外，上述的运算周期tl t3为一个例子，不限定于这些值。此外，作为一个例子，图9所示的增益K3的值以在t2期间(O 20秒)中为固定，之后逐渐降低的方式进行设定，但即使例如以使增益K3的值从充放电结束时间点(O秒)起逐渐变化的方式构成，也能够得到同样的效果。实施方式2.
图13是表示本发明实施方式2的充电状态估计装置10的结构的图。以下，对与第一实 施方式相同的部分标注相同的附图标记并省略其说明，在此，仅针对不同的部分进行叙述。与图3的充电状态估计装置10不同的部分在于具有表9。应用于蓄电装置11的二次电池随着使用而劣化，容量减少。正确地把握该二次电池的SOC是重要的。例如，当不能正确地把握二次电池的SOC而对二次电池过度充电时，有时会损坏二次电池的寿命等的长期可靠性。因此，需要高精度地判定使用的二次电池的SOC来进行充电控制。如上所述，在第一 SOC运算部20中，设定有用于将来自积分器43的电流累计值变换成第一估计值SOCl的增益(Kl和K2)。具体而言，对增益部44设定增益K1，利用Kl=I /电池容量(Ah) / 3600秒XlOO (%)得到。此外，对增益部45设定增益K2，利用K2=电池容量(Ah) X 3600秒/ 100 (%)得到。增益Kl和K2根据电池容量(Ah)的值而变化，因此，在电池容量(Ah)的值与实际的电池容量不同的情况下，在估计的SOC中产生误差。因此，本实施方式的充电状态估计装置10以如下方式构成，即，不使用从电池的标称值等的固定值(电池容量)导出的增益Kl及K2，而使用根据蓄电装置11的劣化程度进行校正后的电池容量(Ah)来降低第一估计值SOCl的估计误差。在表9中，将从充放电时间累计值、充放电容量累计值等得到的电池容量即根据蓄电装置11的容量降低而校正了的电池容量和与该电池容量对应的增益K1、K2进行对应。第一 SOC运算部20参照表9，使用与校正后的电池容量对应的增益Κ1、Κ2来对第一估计值SOCl进行运算。如以上说明的那样，本实施方式的充电状态估计装置10使用与校正后的电池容量对应的增益Κ1、Κ2来对第一估计值SOCl进行运算，因此，除了实施方式I的充电状态估计装置10的效果以外，还能提高利用电流累计的SOC的运算精度。实施方式3.
图14是表示本发明实施方式3的第二 SOC运算部24的结构的图。以下，对与第一实施方式相同的部分标注相同的附图标记，并省略其说明，在此，仅针对不同的部分进行叙述。对与图7相同的方框标注相同的号码。与图7的第二 SOC运算部24不同的部分在于具有增益计算部56和乘法器57。增益计算部56计算在蓄电装置11充放电停止后随着时间经过依赖于�？槲露�(电池温度)Tl进行变化的增益Κ3。模块温度Tl是从图I的蓄电装置11得到的电池�？榈奈露�。乘法器57将来自减法器58的差分和来自增益计算部56的增益Κ3相乘，加法器59对来自乘法器57的输出加上来自单位延迟部55的输出来求取开路电压估计值Vocell。像这样，本实施方式的第二 SOC运算部24通过将来自增益计算部56的增益K3与来自减法器58的输出(电压平均值Vcell的差分)相乘，从而即使在充放电后的蓄电装置11的电压变化特性依赖于�？槲露萒l进行变化的情况下，也能够提高开路电压估计值Vocell的估计精度。再有，�？槲露萒l不限于�？槲露缺旧恚部梢允欠从车绯匚露鹊钠渌课坏奈露�。此外，本实施方式的第二 SOC运算部24也可以组合实施方式2的第一 SOC运算部20。进而，为了计算增益K3而输入到增益计算部56中的信息不限定于�？槲露萒l，也可以使用根据电池的温度而变化的信息，例如，电流、电压、SOC等值。如以上说明的那样，本实施方式的第二 SOC运算部24基于�？槲露萒l和总电压Vall对开路电压估计值Vocell进行运算，因此，除了实施方式I的第二 SOC运算部24的效果以外，还能够运算与�？槲露萒l的变化对应的开路电压估计值Vocell，因此，能提高第二估计值S0C20的估计精度。 再有，虽然实施方式1、2所示的充电状态估计装置10以如下方式构成，S卩，在蓄电装置11充放电停止后与时间经过对应地选择来自第一 SOC运算部20的第一估计值SOCl和来自SOC突变防止部25的第三估计值S0C2的任一个，但不限定于此，例如，也可以是如下方式，即，去除突变防止部25，将来自第二 SOC运算部24的第二估计值S0C20直接输入至SOC选择部23。在该情况下，SOC选择部23根据来自第二标志生成部22的FLG2的值，选择第一估计值SOCl和第二估计值S0C20的任一个。即使像这样构成，也由第二 SOC运算部24抑制在t2期间经过后的开路电压估计值Vocell的变动，因此，虽然无法期望实施方式1、2那样的第二估计值S0C20的突变防止的效果，但是与现有技术相比，抑制了开路电压估计值Vocell的变化，因此，能够提高第二估计值S0C20的估计精度。再有，实施方式1、2所示的第一 SOC运算部20以在增益部41求取电池单元电流平均值Icell来对第一估计值SOCl进行运算的方式构成，但也可以构成为不使用增益部41而对总电流Iall进行累计来求取第一估计值SOCl。此外，实施方式1、2所示的第二 SOC运算部24以在增益部51a求取电池单元电压平均值Vcell来对开路电压估计值Vocell进行运算的方式构成，但不限定于此。例如，也可以不使用增益部51a而对总电压Vall和总电压Vall的前次值的差分乘以增益部52，将来自增益部52的输出和总电压Vall的前次值相加来估计开路电压。再有，实施方式I 3所示的充电状态估计装置表示本发明的内容的一个例子，显然，也能进一步与其它公知的技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围内，也能省略一部分等进行变更而构成。产业上的可利用性
如上所述，本发明能应用于进行二次电池的SOC估计的装置，特别是，作为即使在电池电压的测定精度低的情况下、在测定电压中发现纹波的情况下也能够抑制SOC估计值的变动的发明是有用的。附图标记的说明
21_l、2n_l、21_m、2n_m 电池_旲块；
4-l、4-k、5-l、5-k、6-l、6-k、7-l、7-k 电池单元；9、54a、54b 表；
10充电状态估计装置；
11蓄电装置；
12电力变换装置；
13架空线；
14集电装置；
15车轮；
17电流检测器；
18电压检测器；
20第一 SOC运算部；
21、21a、21b第一标志生成部；
22、22a、22b第二标志生成部；
23 SOC选择部；
24第二 SOC运算部；
24a初始值设定电路；
25 SOC突变防止部(变化量限制部)；26,55单位延迟部；
41、44、45、51、51a、51b、52、61增益部；
42、57乘法器；
43积分器；
53,62限制器；
56增益计算部；
58、63、64减法器；
59加法器；
71开关；
IOlaUOlb绝对值运算器；
102a、102b、104a、104b 比较器；
103 “或非”门；
105a、105b ON 延迟部；
106 “或”门；
FLGl第一标志；
FLG2第二标志；
FLG3第三标志；
GB控制极封锁；
Iall总电流；
Iall *电流指令；
Icell电池单元电流平均值；
Iallmin电流阈值；
K1、K2、K3 增益；SOCl第一充电状态估计值；
S0C20第二充电状态估计值；
S0C2第三充电状态估计值；
SOCz SOC前次值；
Tl�？槲露龋�
tl蓄电装置整体的运算周期；t2充放电后的Vall突变的期间；t3第二 SOC运算部的运算周期；
Vall总电压；
Vcell电池单元电压平均值(电压平均值)；Vocell开路电压估计值(开路电压)。
权利要求
1.一种充电状态估计装置，与连接有多个电池单元的蓄电装置连接，估计所述蓄电装置的充电状态，其特征在于，具备 第一运算部，将充电状态估计值的前次值作为初始值，基于来自检测器的电流，对电流累计值进行运算并将其作为第一充电状态估计值进行输出，所述检测器检测来自电力变换部的对所述蓄电装置流入流出的电流； 第二运算部，在所述蓄电装置充放电停止后，基于在所述电力变换部和所述蓄电装置的连接部位检测出的电压、所述电压的前次值、以及在所述蓄电装置充放电停止后随着时间经过而降低的增益，估计开路电压并将其作为第二充电状态估计值进行输出；以及 选择部，选择所述第一充电状态估计值和所述第二充电状态估计值的任一个。
2.一种充电状态估计装置，与连接有多个电池单元的蓄电装置连接，估计所述蓄电装置的充电状态，其特征在于，具备 第一运算部，将充电状态估计值的前次值作为初始值，基于来自检测器的电流，对电流累计值进行运算并将其作为第一充电状态估计值进行输出，所述检测器检测来自电力变换部的对所述蓄电装置流入流出的电流； 第二运算部，在所述蓄电装置充放电停止后，基于在所述电力变换部和所述蓄电装置的连接部位检测出的电压、所述电压的前次值、以及在所述蓄电装置充放电停止后随着时间经过而降低的增益，估计开路电压并将其作为第二充电状态估计值进行输出； 变化量限制部，基于充电状态估计值的前次值和来自所述第二运算部的第二充电状态估计值，将所述第二运算部在运算周期中的第二充电状态估计值的变化量限制为规定值以下；以及 选择部，选择所述第一充电状态估计值和来自所述变化量限制部的输出的任一个。
3.根据权利要求I或2所述的充电状态估计装置，其特征在于， 所述第二运算部对所述电压平均值和所述电压平均值的前次值的差分乘以所述增益，对得到的值加上所述电压平均值的前次值来估计开路电压。
4.根据权利要求I或2所述的充电状态估计装置，其特征在于， 所述第二运算部求取在所述电力变换部和所述蓄电装置的连接部位检测出的电压的电池单元电压平均值，对所述电池单元电压平均值和所述电池单元电压平均值的前次值的差分乘以所述增益，对得到的值加上所述电池单元电压平均值的前次值来估计电池单元的开路电压。
5.根据权利要求I或2所述的充电状态估计装置，其特征在于， 具备表，将根据所述蓄电装置的容量降低而校正了的电池容量和将所述电流累计值变换成第一充电状态估计值的增益对应起来进行储存， 所述第一运算部参照所述表来运算与所述电池容量对应的第一充电状态估计值。
6.根据权利要求I或2所述的充电状态估计装置，其特征在于， 具备增益计算部，计算在所述蓄电装置充放电停止后随着时间经过而降低并且依赖于电池温度进行变化的增益， 第二运算部基于所述电压平均值、所述电压平均值的前次值、以及来自所述增益计算部的增益，对开路电压进行运算。
全文摘要
一种充电状态估计装置(10)，与连接有多个电池单元(4-1)～(7-k)的蓄电装置(11)连接，估计蓄电装置(11)的充电状态，其中，具备第一SOC运算部(20)，将SOC前次值作为初始值，基于来自电流检测器(17)的电流，对电流累计值进行运算，并将其作为第一充电状态估计值(SOC1)进行输出，该电流检测器(17)检测来自电力变换装置(12)的对蓄电装置(11)流入流出的总电流Iall；以及第二SOC运算部(24)，在蓄电装置(11)放电停止后，基于在电力变换装置(12)和蓄电装置(11)的连接部位检测出的总电压Vall、总电压Vall的前次值、以及在蓄电装置(11)放电停止后随着时间经过而降低的增益(K3)，估计开路电压，并将其作为第二充电状态估计值(SOC20)进行输出。
文档编号G01R31/36GK102822690SQ201080065769
公开日2012年12月12日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者田渕朗子, 吉冈省二, 畠中启太, 北中英俊 申请人:三菱电机株式会社
专业数控铣床产品供应商
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