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专利名称：电池组的充电状态检测装置以及充电状态检测方法
电池组的充电状态检测装置以及充电状态检测方法技术领域
本发明是关于电池组的充电状态检测装置以及充电状态检测方法，更特定的，是关于用于准确的检测具有串联连接的多个电池单元的电池组的全体的充电状态的技术。
背景技术：
在通过电动机产生车辆驱动力的电动车或者混合动力车、燃料电池车等电动车辆中，搭载二次电池(以下，也简称为电池)，通过此二次电池中储蓄的电力驱动电动机。并且，在电动车辆中，通过减速时产生电动机的再生制动力，进行通过此再生发电的电力对二次电池充电。
如此，在电动车辆搭载的二次电池，因为在车辆行驶中反复的充放电，所以车辆行驶中的二次电池的蓄电量的控制很重要。作为表示蓄电量的状态量，一直以来使用 SOC (State Of Charge，充电状态)。S0C，以当前时刻的蓄电量相对于满蓄电状态的蓄电量的比率表示。也就是说，满蓄电状态中SOC = 100(% )，完全没有蓄电的状态下SOC = O(Vo)0
通常，将SOC = 50 60(% )程度作为控制目标，控制行驶中的二次电池的充放电，使得SOC进入从控制下限值(例如30(%))到控制上限值(例如80(%))的范围内。 具体的，在SOC接近控制下限值的时候，执行促使二次电池的充电的车辆控制。作为一个例子，通过在混合动力车中使用内燃机的输出使发电机动作，产生二次电池的充电电力。另一方面，在SOC接近控制上限值的时候，执行车辆控制使得限制或者禁止再生制动。
并且，电动车辆中，为了得到高输出电压，一般使用串联连接多个电池单元的电池组。然而，电池组中电池间温度不均一，特别是在汽车的使用环境中，电池间的温度差比较容易产生。此结果是，因为电池间的充电效率和/或满容量不同，所以担心构成电池组的各个电池的实际的SOC会产生偏差。
此处，在特许3533076号公报(特许文献1)中记载了 即使是在构成电池组的电池间的SOC偏差变大的时候，也能够准确的检测电池组全体的蓄电状态的技术。
在特许3533076号公报(特许文献1)中，在将电池组分割为多个电池块，检测电池块间的蓄电量的偏差，并且基于检测出的偏差值和电池块的蓄电量的上下限值，计算蓄电量的可动范围。并且，对于此可动范围，根据当前的多个电池块的蓄电状态在怎样的位置分布的相对的位置关系，定义电池组全体的蓄电量(N-SOC)。
特许文献
特许文献1 特许3533076号公报发明内容
特许3533076号公报(特许文献1)的蓄电状态检测，是基于电池块间的蓄电量的偏差检测。也就是说，其特征在于，基于偏差检测值，设定电池组全体的蓄电量，使得最大限度使用当前状态下的实际的可动范围的控制成为可能。
此处，使用图12，说明二次电池的SOC以及电压(开路电压)的关系。参照图12， 二次电池，根据SOC-电压特性，划分为2个种类。具体的，存在如符号500所示，相对于 SOC的电压(开路电压)在很大的范围内为常值的这种类型的二次电池(代表性的是，镍氢电池)，和如符号510所示的，在SOC的全体区域内，相对于SOC变化的电压变化同样的平缓的类型的二次电池(代表性的是，锂离子电池)。
特许3533076号公报(特许文献1)，代表性的适用于镍氢电池。也就是说，鉴于上述的SOC-电压特性，任一个电池块中，SOC变得比下限值(相当于图12的Si)或者比上限值(相当于图12的S》高，是根据该电池块的电压急剧的变化而检测出为前提(特许文献 1中记载为“IV判定”)。并且，根据此IV判定，基于从检测到多个的电池块间的SOC最小值到达了下限值开始，之后，直到多个的电池块间的SOC最大值到达上限值之间的电流累计值，计算所述蓄电量的偏差。并且，根据偏差检测值求出电池组全体的蓄电量(N-SOC)。
然而，在以锂离子电池为代表的、图12的符号510那样特性的二次电池中，因为不存在相对于SOC的变化而电压动作急剧变化的SOC区域，不存在特许3533076号公报(特许文献1)的IV判定的机会。因此，将特许3533076号公报(特许文献1)的蓄电状态检测直接适用到以锂离子电池为代表的图12的符号510那样特性的二次电池是困难的。
本发明是为了解决此问题点，为了由相对于SOC变化的电压变化的特性比较一样的二次电池构成电池组的适当的充放电控制，准确的设定反映电池组的电池块间的蓄电量偏差的全体的SOC。
本发明的电池组的充电状态检测装置，是具有串联连接的多个电池单元的电池组的充电状态检测装置，包含蓄电量推定部和全体蓄电量设定出部。多个电池单元，分割为各自至少具有1个电池单元的多个电池块。蓄电量推定部，构成为基于多个电池块的各自的状态检测值，计算对应于多个电池块的各自的多个蓄电量推定值。全体蓄电量设定出部， 基于多个蓄电量推定值，设定电池组的全体蓄电量推定值。特别是，全体蓄电量设定部，构成为在多个蓄电量推定值中的最大值比控制上限值高的第一情况中，将全体蓄电量推定值设定为比控制上限值高，另一方面，在多个蓄电量推定值中的最小值比控制下限值低的第二情况中，将全体蓄电量推定值设定为比控制下限值低，并且，在多个蓄电量推定值的全部进入通过控制下限值以上且控制上限值以下定义的控制范围的第三情况中，基于当前的多个蓄电量推定值的分布将全体蓄电量推定值设定为控制范围内的值。
本发明的电池组的充电状态检测方法中，电池组具有串联连接的多个电池单元， 并且，多个电池单元，构成为分割为各自至少具有1个电池单元的多个电池块。并且，充电状态检测方法，包含基于多个电池块的各自的状态检测值，计算对应于多个电池块的各自的多个蓄电量推定值的步骤，求出多个蓄电量推定值中的最大值以及最小值的步骤，基于多个蓄电量推定值，设定电池组的全体蓄电量推定值的步骤。特别是，设定的步骤，在最大值比控制上限值高的第一情况中，将全体蓄电量推定值设定为比控制上限值高，另一方面， 在最小值比控制下限值低的第二情况G02)中，将全体蓄电量推定值设定为比控制下限值低，并且，在多个蓄电量推定值的全部进入通过控制下限值以上且控制上限值以下定义的控制范围的第三情况中，基于当前的多个蓄电量推定值的分布将全体蓄电量推定值设定为控制范围内的值。
根据所述电池组的状态检测装置以及状态检测方法，基于基于状态检测值依次计算的多个电池块的各自的蓄电量推定值(SOC)，在任一个电池块的SOC偏离从控制下限值直到控制上限值的控制范围的情况下，能够将电池组全体的蓄电量推定值(全体S0C)设定为此控制上限值或者控制下限值的更外侧。如此，对于进一步的过充电或者过放电的进行，能够进行安全侧的充放电控制。也就是说，能够反映电池组的电池块间的SOC偏差，在防止充放电或者过放电的方向上准确的设定全体S0C。
优选的，全体蓄电量设定部或者设定的步骤，在第三情况中，在最小值等于控制下限值的情况中，将全体蓄电量推定值设定为控制下限值，另一方面，在最大值等于控制上限值的情况中，将全体蓄电量推定值设定为控制上限值。
如此，在各个电池块的SOC进入从控制下限值到控制上限值的控制范围内的时候，能够将全体SOC设定为从控制下限值到控制上限值的控制范围内，使得表示电池组全体是在正常的SOC范围内。
进一步优选的，全体蓄电量设定部，构成为根据最大值以及最小值的差计算偏差量，并且根据从最大值减去偏差量以及控制幅度得到的第二值、相对于从表示控制范围的宽度的控制幅度减去偏差量的第一值的比，求出表示当前的多个蓄电量推定值位于控制范围的何处的参数，并且，根据该参数以及控制幅度的乘积值和控制下限值的和，设定全体蓄电量推定值。或者，求出的步骤，根据最大值以及最小值的差求出偏差量。并且，设定的步骤，包含根据从最大值减去偏差量以及控制幅度得到的第二值相对于从表示控制范围的宽度的控制幅度减去偏差量得到的第一值的比，求出表示当前的多个蓄电量推定值位于控制范围的何处的参数的步骤，以及根据该参数与控制幅度的乘积值和控制下限值的和，计算全体蓄电量推定值的步骤。
如此，通过反映电池块间的SOC偏差，计算表示当前时刻的多个电池块的SOC分布位于控制范围的何处的参数(α )，从而根据此参数，能够定量的表示相对于用于将电池组的充放电限制为控制范围内的可动范围的、当前时刻的SOC分布的相对的位置关系。并且， 因为根据此参数，设定全体S0C，使得表示相对于控制范围的当前时刻的实际的可动范围， 所以，不会引起由于过大的预测电池块间的SOC偏差而使得可动范围变狭窄的无用动作， 能够设定全体S0C，使得最大限度的发挥电池组的性能。
或者优选的，蓄电量设定部，构成为根据最大值以及最小值的差的偏差量大于预定值的时候，根据最大值设定全体蓄电量推定值。或者，求出的步骤，根据最大值以及最小值的差，进一步求出偏差量。并且，充电状态检测方法，进一步包含在偏差量大于预定值的时候，根据最大值设定全体蓄电量推定值的步骤。
进一步优选的，预定值被设定为从控制幅度减去预定的安全值得到的值。
如此，在电池块间的SOC偏差变大，从控制下限值到控制上限值的控制范围和偏差量几乎相等的时候，能够设定电池组的全体S0C，使得更优先的防止过充电。
根据本发明，关于对于通过相对于SOC变化的电压变化的特性比较一样的二次电池构成的电池组，能够反映当前时刻的电池组的电池块间的蓄电量偏差，准确的设定用于准确的控制电池组的蓄电量和/或充放电的全体的S0C。


图1是作为搭载了适用本发明的实施方式的电池组的充电状态检测装置以及充电状态检测方法的二次电池的电动车辆的代表例表示的混合动力车辆的控制框图。
图2是表示图1所示的混合动力车辆中的二次电池的充放电的结构的框图。
图3是表示本发明的实施方式的电池组的充电状态检测装置的结构的框图。
图4是说明按照本发明的实施方式的全体SOC的设定和电池块SOC的分布的关系的概念图。
图5是说明全部电池块SOC在控制范围内的时候的全体SOC的设定的概念图。
图6是表示本发明的实施方式的电池组的充电状态检测装置的全体SOC的设定例的第一图。
图7是表示本发明的实施方式的电池组的充电状态检测装置的全体SOC的设定例的第二图。
图8是表示本发明的实施方式的电池组的充电状态检测装置的全体SOC的设定例的第三图。
图9是用于说明电池块间的SOC偏差增大的时候的问题点的概念图。
图10是说明SOC偏差大的时候的全体SOC的设定的概念图。
图11是表示本发明的实施方式的电池组的充电状态检测方法的控制处理顺序的流程图。
图12是表示二次电池的SOC-电压特性的概念图。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式，参照附图详细的说明。并且，以下图中的同一或者相当部分，给予同一符号的说明，在原则上不再重复。
图1是作为搭载了适用本发明的实施方式的电池组的充电状态检测装置以及充电状态检测方法的二次电池的电动车辆的代表例表示的混合动力车辆的控制框图。
参照图1，混合动力车辆100，包含作为车辆驱动力产生源的、例如汽油发动机或者柴油发动机等的内燃机(以下，简称为发动机)120，和电动发电机(MG) 140。电动发电机 140，包含主要作为马达行驶功能的电动发电机(MG)140A(以下，为了说明的方便也表示为马达140A)，以及主要作为发电机行驶功能的电动发电机(MG) 140B(以下，为了说明的方便也表示为马达140B)。并且，根据混合动力车辆100的行驶状态，马达140A也作为发电机行驶功能，马达140B也作为马达行驶功能。
混合动力车辆100，在此外，包含向驱动轮160传达发动机120或者电动发电机 140A产生的动力或者向发动机120或者电动发电机140A传达驱动轮160的驱动力的减速器180、分配发动机120产生的动力到驱动轮160和电动发电机140B的2个路径的动力分配机构(例如行星齿轮机构)190、充电用于驱动电动发电机140A，140B的电力的主电池220、 变换主电池220的直流和电动发电机140A的交流，并且进行电流控制的变换器M0、和变换主电池220的直流和电动发电机140B的交流，并且进行电流控制的变换器Ml。
主电池220，相当于本发明的实施方式的适用了本发明的实施方式的电池组的充电状态检测装置以及充电状态检测方法的“电池组”。
混合动力车辆100，进一步的，包含管理控制主电池220的充放电的电池控制单元(以下，记为电池ECU (Electronic Control Unit)(电子控制单元))310 ；控制发动机120的动作状态的发动机ECU^O ；根据混合动力车辆的状态，控制电动发电机140A、140B以及电池E⑶310、变换器240等的MG_EOT300 ；相互管理控制电池E⑶310、发动机EOT^O以及 MG_ECU300等，控制混合动力系统全体，使得混合动力车辆100能够最有效率的运行的HV_ ECU320。各个ECU，内置未图示的CPU (Central Processing Unit)(中央处理单元)以及存储器而构成，构成为基于此存储器中存储的映射以及程序，进行使用各个传感器的检测值的运算处理。或者，也可以是，ECU的至少一部分，构成为通过电子电路等的硬件执行预定的数值、逻辑运算处理。并且，图1中，分别构成各个E⑶，也可以是构成为集成2个以上的 ECU的ECU (例如，图1中，如虚线所示，集成了 MG_ECU300和HV_ECU320的ECU，是此情况的一个例子)。连接加速踏板传感器415到由驾驶者操作的加速踏板410，加速踏板传感器415， 产生对应于驾驶者的加速踏板410操作量(踏入量)的输出电压。同样的，连接制动踏板传感器425到由驾驶者操作的制动踏板420，制动踏板传感器425，产生对应于驾驶者的制动踏板420操作量(踏力)的输出电压。加速踏板传感器415以及制动踏板传感器425的输出电压，传送到HV_EOT320。因此，HV_EOT320，能够检测到驾驶者的加速踏板410以及制动踏板420的操作量。本实施方式中，在主电池220和变换器240之间设置转换器M2。如此，即使是主电池220的额定电压，比电动发电机140A和/或电动发电机140B的额定电压低，通过由转换器242将电压升压或者降压，能够在主电池220以及电动发电机140A、140B之间授受电力。代表性的，动力分配机构190中，为了将发动机120的动力分配为驱动轮160和电动发电机140B的两方，使用行星齿轮机构(行星齿轮)。通过控制电动发电机140B的转速， 动力分配机构190也作为无级变速器行使功能。发动机120的旋转力被输入到行星架(C)， 此旋转力由太阳轮⑶传送到电动发电机140B，由齿圈(R)传送到马达以及输出轴(驱动轮160侧)。在旋转中的发动机120停止的时候，因为发动机120在旋转，此旋转的运动能由电动发电机140B变换为电气能量，降低发动机120的转速。在搭载了如图1所示的混合动力系统的混合动力车辆100中，在发动时或者低速行驶时等发动机120的效率差的情况下，仅仅通过电动发电机140的马达140A进行混合动力车辆的行驶，在通常行驶时，通过例如动力分配机构190将发动机120的动力分配为2个路径，一方面进行驱动轮160的直接驱动，另一方面驱动发电机140B进行发电。此时，由产生的电力驱动马达140A进行驱动轮160的驱动辅助。并且，高速行驶时，进一步的供给来自主电池220的电力到马达140A，增大马达140A的输出，对于驱动轮160进行驱动力的追加。另一方面，在减速时，能够由跟着驱动轮160从动的马达140A作为发电机行使功能，通过再生制动进行发电，将回收的电力储存到主电池220。并且，此处所述的再生制动， 包含存在驾驶混合动力车的驾驶者进行了脚制动操作的情况下的伴随着再生发电的制动和/或没有操作脚制动但在行驶中通过关闭加速踏板而进行再生发电并且使得车辆减速 (或者加速中止)的情况。能够再生发电的电力，对应于对主电池220的充电电力容许值(上限值)设定。也就是说，在主电池220的充电禁止时，禁止再生发电，将电动发电机140A的转矩指令值设定为零或者正。并且，在主电池220的充电量降低，充电特别必要的情况下，增加发动机120的输出，增加通过发电机140B产生的发电量，增加对于主电池220的充电量。当然，低速行驶时， 也根据需要，进行增加发动机120的输出的控制。例如，在如上所述的主电池220的充电为必要的情况下，在驱动空调等的辅助设备的情况下，提高发动机120的冷却水的温度直到预定温度的情况下等。在驱动轮160以及未图示的车轮的各自，设置制动机构460。制动机构460，构成为通过由制动致动器450的产生油压操作的制动片(摩擦件)按压对应于各个车轮设置的转子盘465产生的摩擦力，得到车辆的制动力。制动致动器450的油压产生量，由HV_ ECU320 控制。HV_EOT320，根据制动踏板420的操作量等计算车辆全体的要求制动力，控制为 由马达140A的再生制动力以及制动机构460的油压制动力协调的产生计算出的全体要求制动力。图2是表示图1所示的混合动力车辆的二次电池的充放电的结构的框图。参照图2，主电池220，由串联连接多个电池单元221的电池组构成。主电池220， 代表性的是，由锂离子电池构成。主电池220，通过变换器M0J41以及转换器对2，连接到电动发电机140A， 140B(MG(1)，MGQ))。也就是说，本实施方式中，由变换器M0，Ml以及转换器242构成的 PCU(Power Control Unit)(功率控制单元)以及电动发电机 140A，140B (MG(1)，MG(2))，一体的构成主电池220的“负荷”。并且，在主电池220，设置检测流入主电池220的电流的电流传感器222，以及传感器群224，使得能够测定由预定个数的电池单元221构成的电池块(在之后详细的说明)的各自的输出电压和电池温度。来自这些传感器的输出，发送到电池ECU310。电池E⑶310中，基于这些传感器输出值，计算电池的蓄电量(S0C)，进一步的执行电池充放电限制。特别是，电池E⑶310，对于由多个电池单元221构成的主电池220，设定表示电池组全体的蓄电量的全体S0C(S0C#)。进行主电池220的充放电控制，使得全体SOC与目标SOC—致。并且，电池E⑶310， 为了防止主电池220的过放电以及过充电，确定充电电力上限值Win (Win < 0)以及放电电力上限值 Wout (Wout 彡 0)，发送到 MG_ECU300 以及 HV_ECU320。例如，充电电力上限值Win，设定为防止由于过充电，电池电压Vb比最高容许电压(上限电压)高，全体SOC比控制上限值高。同样的，放电电力上限值Wout，设定为防止由于过放电，电池电压Vb比最低容许电压(下限电压)低，全体SOC比控制下限值低。此处，上限电压以及下限电压，按照主电池220的最高额定电压以及最低额定电压、或者，连接到主电池220的设备(负荷)的动作可能(保证)电压等。进一步的，充放电电力上限值WiruWout的绝对值，也根据电池温度Tb变化，高温时、低温时，与通常温度相比时抑制为低。特别是，HV_EOT300，设定各个电动发电机140A，140B的动作指令值(代表性的是转矩指令值)，使得在充电电力上限值Win以及放电电力上限值Wout的范围内，使主电池220充放电。例如，如上所述的，对应于行驶状况的发动机120以及马达140A之间的车辆驱动力的输出分配是，考虑为使得包含马达140A的消耗电力的主电池220的输出电力不超过放电电力上限值Wout。并且，再生制动时，通过考虑到包含电动发电机140A的发电电力的主电池220的输入电力不超过充电电力上限值Win的情况，设定电动发电机140A的转矩指令值(一般为负转矩)。并且，如上所述，HV_ECU320，在驾驶者的制动操作时，因为，进行协调控制，使得通过电动发电机140A的再生制动力以及制动机构460的油压制动力的和，得到对车辆全体的要求制动力，所以，即使通过充电电力上限值Win限制或者禁止电动发电机140A的再生制动力，也能够得到必要的车辆制动力。如此，全体SOC被反映到充放电电力上限值Win，Wout。如此，为了合适的控制主电池220的充放电，对于通过电池组构成而在其内部存在SOC偏差的情况，如何合适的设定全体SOC就很重要。图3是表示本发明的实施方式的电池组的充电状态检测装置的结构的框图。参照图3，构成主电池220的，串联连接的多个电池单元221，被分割为多个电池块 BB(I) BB (η) (η:自然数)。分别对应于电池块BB⑴ BB (η)，配置传感器群224 (1) 224 (η)。传感器群224 (1) 224 (η)，关于电池块BB (1) BB (η)，检测电池温度Tb (1) Tb (η)以及电池电压Vb⑴ Vb (η)。进一步的，通过图2所示的电流传感器222，检测电池组全体的电池电流让。在图3所示的结构中，因为电池块BB(I) BB (η)是串联连接的，电池电流Λ是各个电池块共通的值。并且，以下中，也将电池电压Vb(I) Vb (η)综合的称为电池电压Vb，也将电池温度Tb(I) Tb (η)综合的称为电池温度Tb。在电池块BB(I) BB (η)的各自中，电池电压 (Vb)、电池温度(Tb)以及电池电流Λ中的至少1个，对应于此电池块的“状态检测值”。SOC推定部312(1) 312 (η)，分别对应于电池块BB(I) BB (η)设定。以下中， 在综合的表示在电池块各自设置的SOC推定部312(1) 312(η)的情况下，也简单的表示为SOC推定部312。SOC推定部312(1) 312 (η)，基于对应的电池块的状态检测值，计算作为此电池块的SOC推定值的电池块S0C。也就是说，SOC推定部312(1) 312 (η)，分别计算分别对应于电池块BB(I) ΒΒ(η)的BSOC(I) BSOC(n)。关于各个电池块的SOC推定，能够适当的使用公知方法作为锂离子电池的SOC推定方法。例如，如图12所示，参照相对于电池电压 (特别是开路电压)的SOC-电压特性510，能够每隔一定周期根据电池电压Vb逐次算出电池块S0C。或者，也可以再增加考虑电池电流Λ的累计值和/或电池温度Tb，算出电池块 SOC0并且，参照图12的SOC-电压特性510，在本实施方式中，“状态检测值”至少包含电池电压(Vb)。全体SOC设定部315，基于由SOC推定部312 (1) 312 (η)分别算出的电池块S0C(BS0C(1) BSOC(n))，生成表示主电池220全体的蓄电状态(蓄电量)的全体 SOC(S0C#)。各个SOC推定部312以及全体SOC设定部315，是通过电池E⑶310进行的软件处理或者硬件处理实现的功能模块。接着，关于全体SOC设定部315的全体SOC的设定方法，进行说明。
图4中表示本发明的实施方式的全体SOC的设定的概念图。参照图4，电池块BB⑴ BB(n)的各自的电池块S0C，如上所述，不一样而具有一定的分布。图4中，表示如此的SOC的分布状态401 403，411，412。在各自的分布状态中， 左端的值表示电池块SOC间的最小值BSmin，右端的值表示电池块SOC间的最大值BSmax。 并且，根据最大值Smax以及最小值Smin的差，定义电池块SOC内的当前的偏差量DBS (以下，也简称为“S0C偏差”)。图4中，作为一个例子，SOC的控制下限值SOCl以及控制上限值SOCu，分别设定为 30(% )以及80(%)。从SOCl到SOCu，相当于SOC的控制范围，表示此控制范围的宽度的 SOC控制幅度WS0C，由WSOC = SOCu-SOCI定义。在图4的例子中，WSOC = 50(% ) 分布状态401中，最大值BSmax比控制上限值SOCu高，至少1个电池块超过控制上限值而被充电。从此状态进行进一步充电的时候，存在到达所有的电池块SOC高于控制上限值SOCu，所有的电池块，超过控制上限值而充电的分布状态411的担心。如此，分布状态401中，因为存在防止电池组(主电池220)的进一步充电的必要，全体SOC设定部315， 将全体S0C(S0C#)设定为比控制上限SOCu高。根据此，设定充电电力上限值Win，使得进行再生制动发电的限制、禁止等，限制或者禁止主电池220的充电。相反的，分布状态402中，最小值BSmin比控制下限值SOCl低，至少1个电池块超过控制下限值而被放电。从此状态进行进一步放电的时候，存在到达所有的电池块SOC低于控制下限值S0C1，所有的电池块超过控制下限值而放电的分布状态412的担心。如此，分布状态402中，因为存在防止电池组(主电池210)的进一步放电的必要，全体SOC设定部 315，将全体S0C(S0C#)设定为比控制下限SOCl低。根据此，设定放电电力上限值Wout，使得进行电动发电机140的转矩限制等，限制或者禁止主电池220的放电。在所有的电池块SOC进入控制范围(S0C1 SOCu)的分布状态403中，表示了电池组(主电池220)全体进入控制范围，全体SOC设定部315，将全体SOC (S0C#)设定为控制下限值SOCl以上控制上限值SOCu以下的范围。图5中，表示在图4的分布状态403中，也就是全部电池块SOC在控制范围内的时候的全体SOC的设定的概念图。在分布状态403a中，电池块SOC的最小值BSmin = SOCl，相当于控制范围内的放电侧的界限状态。相反的，分布状态40 中，电池块SOC的最大值BSmax = SOCu，相当于控制范围内的充电侧的界限状态。因此，全体SOC设定部315，在分布状态403a中，在将全体S0C(S0C#)设定为控制下限值SOCl，并且在分布状态40 中，将全体S0C(S0C#)设定为控制上限值SOCu。进一步的，全体SOC设定部315，在分布状态403a以及40 中间的状态中，设定为S0C1 < S0C# < SOCu。此时，按照相对于控制范围的当前时刻的电池块SOC的分布的相对的位置关系，设定全体soc(soc#)。特别是，导入用于定量表示相对于用于将电池组(主电池220)的充放电限制为控制范围内的可动范围的、当前的电池块SOC分布的相对的位置关系的参数α。此处，从分布状态403a开始充电直到分布状态40北，或者从分布状态40 开始放电直到分布状态 403a，这样的范围相当于“可动范围”。也就是说，可动范围是由(WSOC-DBS)表示。参数α， 由下述⑴式计算。
α = (BSmax-(SOCu+DBS)) / (WSOC-DBS) (1)式⑴中，反映电池块间的SOC偏差，定量的评价相对于可动范围的当前的电池块 SOC分布。全体SOC设定部315，根据电池块BB (1) BB (η)的各自的电池块SOC (BSOC(I) BSOC(η))，求得SOC偏差DBS以及最大值BSmax，并且按照上述式(1)计算参数α。进一步的，全体SOC设定部315，按照下述( 式，设定全体S0C(S0C#)。S0C# = S0C1+WS0C · α (2)分布状态403a中，因为根据(1)式得到α = 0，可以理解根据式(2)设定为S0C# =SOCl。并且，分布状态40 中，因为根据(1)式得到α = 1.0，可以理解根据式(2)设定为S0C# = SOCu。进一步的，在图4的分布状态401中，因为根据(1)式得到α > 1.0，可以理解根据式(2)设定为S0C#> SOCu。并且，在图4的分布状态402中，因为根据(1)式得到α < 0，可以理解根据式( 设定为S0C# < SOCl。并且，式(1), (2)的计算中，根据DBS的值，也存在算出S0C# <0(% )或者，S0C# > 100(% )的可能性，但能够通过在) 100(% )的范围设定上下限值保护进行应对。图6 图8中，分别表示偏差量DBS (DBS = BSmax-BSmin)为5 (%)、10 (%)以及 15(%)的时候的、相对于电池块SOC的最大值BSmax以及最小值BSmin的、按照式(1) “2) 的全体S0C(S0C#)的计算结果。图6 图8中也作为数值例，设SOCl = 30(% ), SOCu = 80(% )。参照图6，DBS = 5(%)的时候，在 BSmax = 80 )的时候，设定 S0C# = 80 )， 从此对电池组充电的时候(相当于图4的充电状态401)，设定S0C#>80(%)。并且，在 BSmax = 98 (% ) ,BSmin = 93(%)的时候，S0C# 到达 100 )。同样的，BSmin = 30 ) 的时候，设定S0C# = 30(% )，从此使电池组放电的时候(相当于图4的充电状态402)，设定 S0C# < 30(% ) ο 并且，在 BSmax = 8(% ),BSmin = 3(% )的时候，S0C# 设定为 0 )。参照图7，在DBS = 10(% )的时候，也在BSmax = 80(% )的时刻，设定S0C# = 80(% )，并且，进一步进行充电，成为BSmax = 96 (%), BSmin = 86(% )的时候，S0C#到达 100(% )0同样的，在BSmin = 30(% )的时刻，设定S0C# = 30 )，从此进行放电，成为 BSmax = 16(% )，BSmin = 6(% )的时候，设定 S0C# 为 0 )。参照图8，DBS= 15(%)的时候，在 BSmax = 80 )的时刻，设定 S0C# = 80 )， 并且，进一步进行充电，成为BSmax = 94(%), BSmin = 79(%)的时候，S0C#到达100 (% )。 同样的，在BSmin = 30(% )的时刻，设定S0C# = 30 (% )，从此进行放电，成为BSmax = 24 (%), BSmin = 9(% )的时候，设定 S0C# 为 0 )。根据图6 图8，按照图4中所示的电池块SOC的分布状态和控制上下限值SOCu， SOCl的关系，可以理解设定全体SOC(S0C#)的情况。进一步的，按照式(1)，O)，电池块间的SOC偏差(DBQ越大，针对充电的进行的全体SOC的上升程度以及针对放电的进行的全体SOC的降低程度越大。接着，关于随着主电池220(电池组)的使用，电池块间的SOC偏差增大的时候的问题点，进行说明。
如图9所示，考虑到因为电池块BB(I) BB(n)间的温度差扩大等的主要原因， 随着充放电的继续，SOC偏差DBS将接近SOC控制幅度WS0C。如此的情况下，存在由于式 (1)的分母为0，不能执行所述全体SOC的设定的担心。并且，图9的状态中，因为电池块SOC的分布与控制范围几乎一致，作为主电池220 的全体，能够解释为充电界限(控制上限值)以及放电界限(控制下限值)的任一个。也就是说，如此状态中，采用哪一的电池块的SOC设定全体SOC的定义成为问题。本实施方式的电池组的蓄电状态检测装置中，鉴于锂离子电池等的二次电池的特性劣化，在过充电时比过放电时更严重，在电池块间的SOC偏差变大的时候，在防止过充电的方向上定义全体S0C。也就是说，全体SOC设定部315 (图；3)，在SOC偏差DBC比预定的判定值大的时候， 不是通过进行式(1)，(2)的运算，而是按照电池块SOC的(BSOC(I) BSOC(n))中的最大值BSmax，设定全体SOC (S0C#)。代表性的，设定S0C# = BSmax。此处判定值，设定为比SOC控制幅度WSOC略小的值，也就是说，设定为从WSOC减去预定的余量的值。图9的例(WS0C = 50(% ))中，能够设定判定值为48(% )程度。参照图10，在SOC偏差DBC超过判定值的分布状态421 423的各个中，设定S0C# =BSmax0也就是说，能够设定全体S0C(S0C#)，使得与BSmax，BSmin无关地优先防止过充 H1^ ο图11中，表示整理了上述说明的，本发明的实施方式的电池组的充电状态检测方法的控制处理顺序的流程图。按照图11的控制处理，由电池ECU310以预定周期执行。参照图11，电池ECU310，在步骤SlOO中，关于电池块BB(I) BB(n)的各自，基于此电池块的状态检测值，算出电池块SOC (BSOC(I) BSOC (η))。并且，电池E⑶310，通过步骤Sl 10，从在步骤SlOO求得的电池块BB(I) BB(η)的各自的BSOC(I) BSOC(η))中，求出最大值 BSmax,最小值 BSmin,以及 SOC 偏差 DBS (DBS = BSmax-BSmin)。进一步的，电池E⑶310，通过步骤S120，比较由步骤SllO求得的SOC偏差DBS和预定的判定值。如上所述，此判定值，设定为比SOC控制幅度WSOC略小的值。并且，DBS比判定值大的时候(S120的是判定时)，电池ECU310，通过步骤S150，如图10所示，设定S0C# = BSmax0也就是说，这样的情况下，不执行按照式(1)，(2)的S0C# 的设定。另一方面，DBS彡判定值的时候(S120的否判定时)，电池ECU310，通过步骤S130， 按照式(1)，计算用于定量的表示相对于用于将电池组(主电池220)的充放电限制在控制范围内的可动范围的、当前的电池块SOC的分布的相对的位置关系的参数α，进一步的通过步骤S140，按照式0)，根据控制下限值S0C1，S0C控制幅度WSOC以及参数α，设定全体 SOC(soc#)。根据如图11所示的控制处理顺序，能够实现图4 图10中说明的电池组的蓄电状态检测。根据如此的本实施方式的电池组的充电状态，基于多个电池块的各自的S0C(电池块S0C)，在任一个电池块的SOC在控制范围(S0C1 SOCu)之外的情况下，能够将电池组全体的全体SOC设定在比控制上限值SOCu或者控制下限值SOCl更外侧。如此，能够对进一步的过充电或者过放电的进行，进行安全侧的充放电控制。也就是说，能够反映电池组的电池块间的SOC偏差，在防止充放电或者过放电的方向上准确的设定全体soc。并且，各个电池块的SOC进入控制范围内的时候，能够将全体SOC设定在SOCl SOCu的控制范围内，使得表示电池组全体在正常的SOC范围内。进一步的，根据式(1)“2)的全体SOC的计算中，能够按照参数α，基于当前时刻的电池块SOC的分布，设定全体S0C，使得表示相对于控制范围的当前时刻的实际的可动范围。如此，通过基于基于检测值的可动范围，设定全体S0C，不会引起由于过大的预测电池块间的SOC偏差，使得可动范围减小的无用动作，能够设定全体S0C，使得最大限度的发挥电池组的性能。并且，电池块间的SOC偏差变大，控制范围宽度和SOC偏差几乎相等的时候，能够不使用根据式(1)“2)的全体SOC的计算，设定电池组的全体S0C，使得更优先的防止过充
H1^ O并且，本实施方式及其变形例中，虽然展示了锂离子电池作为构成主电池220的二次电池举例，但是即使是锂离子以外的电池，只要具有图12的符号510所示的特性的种类的电池，能够同样的适用本发明的实施方式的全体SOC的设定。并且，本实施方式中，电动车辆的电池组(主电池220)的负荷的结构，没有限定为图示的结构，能够是包含产生车辆驱动力的结构的任意的结构。也就是说，本发明，针对包含没有搭载发动机的电动车以及燃料电池车，以及搭载了发动机的混合动力车，搭载了构成为能够通过二次电池的电力驱动的车轮驱动力产生用的电动机的电动车辆，能够共通的适用。或者，本发明的适用，也能够适用于在电动车辆搭载的二次电池(电池组)以外。 也就是说，关于相对于SOC变化的电压变化的特性比较一样的二次电池构成的电池组的充电状态检测，能够不考虑二次电池的负荷的状态，共通的适用。此处展示的实施例，所有的点均为示例，绝对不能认为是对本发明的限制。本发明的范围，不是由上述说明，而是由权利要求的范围展示，与权利要求的范围均等的意义以及范围内的所有变更均包含其中。工业上利用的可能性本发明用于由相对于SOC变化的电压变化的特性比较一样的二次电池构成的电池组全体的充电状态检测。符号的说明100混合动力车辆、120发动机、140，140Α, 140Β电动发电机、160驱动轮、180减速器、190动力分配机构、220主电池、221电池单元、222电流传感器、2 ，2 (1) 224 (η)传感器群、240，241变换器、242转换器、280发动机ECU、300MG_ECU、310电池ECU、312(1) 312 (n) SOC 推定部(按各电池块)>315 全体 SOC 设定部、320HV_ECU、401 403，403a，403b, 411，412，421 423分布状态(电池块S0C)、410加速踏板、415加速踏板传感器、420制动踏板、425制动踏板传感器、450制动致动器、460制动机构、465转子盘、500，510S0C-电压特性、BSmax最大值(电池块SOC)、BSmin最小值(电池块SOC)、DBS偏差量(电池块S0C)、 Ib电池电流、S0C#全体SOC (电池组)、SOCl SOC控制下限值、SOCu SOC控制上限值、Tb， Tb(I) Tb (η)电池温度、Vb，Vb(I) Vb (η)电池电压、Win充电电力上限值、Wout放电电力上限值、WSOC SOC控制幅度。
权利要求
1.一种电池组的充电状态检测装置，是具有串联连接的多个电池单元021)的电池组 (220)的充电状态检测装置，所述多个电池单元，分割为各自至少具有1个所述电池单元的多个电池块 (BB(l)-BB (η)),所述充电状态检测装置，包含蓄电量推定部(312 (1)-312 (η))，构成为基于所述多个电池块各自的状态检测值，计算对应于所述多个电池块各自的多个蓄电量推定值(BSOC(l)-BSOC(η))；和全体蓄电量设定出部(315)，构成为基于所述多个蓄电量推定值，设定所述电池组的全体蓄电量推定值(S0C#)，所述全体蓄电量设定部，构成为在所述多个蓄电量推定值中的最大值(BSmax)比控制上限值(SOCu)高的第一情况 (401)中，将所述全体蓄电量推定值设定为比所述控制上限值高，另一方面，在所述多个蓄电量推定值中的最小值(BSmin)比控制下限值(SOCl)低的第二情况(402)中，将所述全体蓄电量推定值设定为比所述控制下限值低，并且，在所述多个蓄电量推定值全部进入通过所述控制下限值以上且所述控制上限值以下定义的控制范围的第三情况G03)中，基于当前的所述多个蓄电量推定值的分布将所述全体蓄电量推定值设定为所述控制范围内的值。
2.如权利要求1所述的电池组的充电状态检测装置，其中，所述全体蓄电量设定部(315)，构成为在所述第三情况003)中，在所述最小值 (BSmin)等于所述控制下限值(SOCl)的情况003a)中，将所述全体蓄电量推定值(S0C#) 设定为所述控制下限值，另一方面，在所述最大值(BSmax)等于所述控制上限值(SOCu)的情况G03b)中，将所述全体蓄电量推定值设定为所述控制上限值。
3.如权利要求1或者2所述的电池组的充电状态检测装置，其中，所述全体蓄电量设定部(315)，构成为根据所述最大值(BSmax)与所述最小值 (BSmin)的差计算偏差量(DBS)，并且根据从所述最大值减去所述偏差量以及表示所述控制范围的大小的控制幅度(WSOC)得到的第二值、相对于从所述控制幅度减去所述偏差量得到的第一值的比，求出表示当前的所述多个蓄电量推定值(BSOC(l)-BSOC(η))位于所述控制范围的何处的参数(α )，并且根据该参数与所述控制幅度的乘积值和所述控制下限值 (SOCl)之和，设定所述全体蓄电量推定值(S0C#)。
4.如权利要求1所述的电池组的充电状态检测装置，其中，所述全体蓄电量设定部(315)，构成为在根据所述最大值(BSmax)与所述最小值 (BSmin)的差的偏差量(DBQ大于预定值时，根据所述最大值设定所述全体蓄电量推定值 (S0C#)。
5.如权利要求4所述的电池组的充电状态检测装置，其中，所述预定值，被设定为从所述控制幅度(SOCw)减去预定的安全值得到的值。
6.一种电池组的充电状态检测方法，是具有串联连接的多个电池单元021)的电池组 (220)的充电状态检测方法，所述多个电池单元，分割为各自至少具有1个所述电池单元的多个电池块 (BB(l)-BB (η)),所述充电状态检测方法，包含基于所述多个电池块各自的状态检测值，计算对应于所述多个电池块各自的多个蓄电量推定值(BSOC(l)-BSOC(η))的步骤(S100)；求出所述多个蓄电量推定值中的最大值(BSmax)以及最小值(BSmin)的步骤(SllO)；和基于所述多个蓄电量推定值，设定所述电池组的全体蓄电量推定值(S0C#)的步骤 (S130, S140)，所述设定的步骤，在所述最大值比控制上限值(SOCu)高的第一情况G01)中，将所述全体蓄电量推定值设定为比所述控制上限值高，另一方面，在所述最小值比控制下限值 (SOCl)低的第二情况(402)中，将所述全体蓄电量推定值设定为比所述控制下限值低，并且，在所述多个蓄电量推定值的全部进入通过所述控制下限值以上且所述控制上限值以下定义的控制范围的第三情况G03)中，基于当前的所述多个蓄电量推定值的分布将所述全体蓄电量推定值设定为所述控制范围内的值。
7.如权利要求6所述的电池组的充电状态检测方法，其中，所述设定的步骤(S130，S140)，在所述第三情况003)中，在所述最小值(BSmin)等于所述控制下限值(SOCl)的情况G03a)中，将所述全体蓄电量推定值(S0C#)设定为所述控制下限值，另一方面，在所述最大值(BSmax)等于所述控制上限值(SOCu)的情况003b) 中，将所述全体蓄电量推定值设定为所述控制上限值。
8.如权利要求6或者7所述的电池组的充电状态检测方法，其中，所述求出的步骤(SllO)，还根据所述最大值(BSmax)与所述最小值(BSmin)的差求出偏差量(DBS)，所述设定的步骤(S130，S140)，包含根据从所述最大值减去所述偏差量以及表示所述控制范围的大小的控制幅度(WSOC) 得到的第二值、相对于从所述控制幅度减去所述偏差量得到的第一值的比，求出表示当前的所述多个蓄电量推定值(BSOC(l)-BSOC(η))位于所述控制范围的何处的参数(α)的步骤(S 130)；和根据所述参数与所述控制幅度的乘积值和所述控制下限值(SOCl)之和，计算所述全体蓄电量推定值(S0C#)的步骤(S140)。
9.如权利要求6所述的电池组的充电状态检测方法，其中，所述求出的步骤(SllO)，还根据所述最大值(BSmax)与所述最小值(BSmin)的差，求出偏差量(DBS)，所述充电状态检测方法还包含在所述偏差量大于预定值时，根据所述最大值设定所述全体蓄电量推定值(S0C#)的步骤(S150)。
10.如权利要求9所述的电池组的充电状态检测方法，其中，所述预定值，被设定为从所述控制幅度(SOCw)减去预定的安全值得到的值。
全文摘要
基于表示多个电池块的各自的蓄电量的多个电池块SOC算出作为多个电池块的集合体的电池组的全体SOC。在电池块SOC最大值(BSmax)比控制上限值(SOCu)高的情况(401)中，算出全体SOC为比控制上限值高，另一方面，在电池块SOC最小值(BSmin)比控制下限值(SOCl)低的情况下(402)中，算出全体SOC为比控制上限值低。进一步的，在各个电池块SOC进入控制下限值以上且控制上限值以下的范围的情况(403)下，算出全体SOC为控制下限值以上且控制上限值以下的范围内。
文档编号G01R31/36GK102483441SQ20098016125
公开日2012年5月30日 申请日期2009年9月3日 优先权日2009年9月3日
发明者松本润一 申请人:丰田自动车株式会社