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CN108206311B - 蓄电系统 - Google Patents

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CN108206311B CN201711295427.9A CN201711295427A CN108206311B CN 108206311 B CN108206311 B CN 108206311B CN 201711295427 A CN201711295427 A CN 201711295427A CN 108206311 B CN108206311 B CN 108206311B
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Abstract

一种蓄电系统，具备：蓄电装置，其包括并联连接的多个电池单元；一个电压传感器；一个电流传感器；数据取得部，其取得多个电压‑电流数据组；线性近似处理部，其针对所述多个电压‑电流数据组，将充放电时的端子间电压设为Y，将充放电电流设为X，以Y＝aX+b的函数形式进行一阶线性近似，求得常数a、b以及b/a；以及判定部，其在b/a处于预定的常数比范围内时，判定为在所述多个电池单元之间没有产生充电状态的不均，在b/a未包含于所述预定的常数比范围时，判定为在所述多个电池单元之间产生了充电状态的不均。

Description

蓄电系统
技术领域
本公开涉及蓄电系统，尤其涉及具备包括并联连接的多个电池单元的蓄电装置的蓄电系统。
背景技术
通过将多个输出电流小的电池单元并联连接而得到一个蓄电装置，能够输出所期望的大电流。关于并联连接的多个电池单元，当各电池单元的充电状态(State Of Charge：SOC)不同时，在充电时一部分的电池单元会先成为空电或者成为满电，蓄电装置整体的充放电特性降低。因此，需要在检测出各电池单元的SOC间的不均的有无的基础上进行蓄电装置的充放电控制。
例如，在日本特开2013-102563中，将电池单元与SOC调整装置串联连接而得到的构件设为一组，对多组相互并联连接而得到的蓄电装置进行与各电池单元的随时间劣化的特性相应的充放电控制。各电池单元的SOC基于各电池单元的充放电电流累计值和/或开路电压(Open Circuit Voltage：OCV)来求得。
作为与本公开相关的技术，在日本特开2016-019419中叙述了如下技术：关于将多个电池单元串联连接而得到的组件，为了使组件整体的单元电压不均幅度收敛于预定范围内而用电压传感器来取得各电池单元的单元电压。另外，在日本特开2015-061505中公开了如下技术：将多个电池单元并联连接而得到蓄电块，将多个所述蓄电块串联连接而得到蓄电装置，对有无电流路径被切断的电池单元进行检测的方法是对各蓄电块的SOC的变化量进行比较。
发明内容
为了对并联连接的多个电池单元之间的SOC的不均的有无进行检测，在各电池单元分别设置电流传感器，针对各电池单元求得基于充放电电流的累计值的SOC，并对各电池单元的SOC进行比较。此外，关于并联连接的多个电池单元，能够通过一个电压传感器来检测全部电池单元的各电压。这样，为了对并联连接的多个电池单元之间的SOC的不均的有无进行检测，需要数量与各电池单元的数量相同的电流传感器，蓄电装置会变得大型化，成本变高。因此，期望一种能够以最小限度的数量的电流传感器来检测各电池单元之间的SOC的不均的有无的蓄电系统。
申请人对如下情况进行了研究：在将多个电池单元并联连接而得到的蓄电装置中，是否能够不使用各电池单元的电流而仅使用蓄电装置的电流和电压来检测各电池单元中的SOC的不均。因此，将充放电电流流动时的端子间电压CCV(Closed Circuit Voltage：闭路电压)、OCV、电池的内阻R、以及充放电电流I的关系式应用于多个电池单元并联连接的情况并进行解析。结果，得到了如下见解：能够使用一个电流传感器和一个电压传感器来检测各电池单元之间的SOC的不均的有无。以下的公开基于这样的见解。
本公开的一技术方案的蓄电系统具备：蓄电装置，其包括相互并联连接的多个电池单元；一个电压传感器，其构成为对蓄电装置的端子间电压进行检测；一个电流传感器，其构成为对在蓄电装置的两端子间流动的充放电电流进行检测；数据取得部，其构成为，在预先确定的判定时间范围内的多个检测定时的各定时同时取得电压传感器的检测值和电流传感器的检测值，取得多个电压-电流数据组；线性近似处理部，其构成为，针对所取得的多个电压-电流数据组，将充放电时的端子间电压设为Y，将充放电电流设为X，以Y＝aX+b的函数形式进行一阶线性近似，求得常数a、b以及所述常数比b/a；以及判定部，其构成为，对所求得的常数比b/a与预定的常数比范围进行比较，当所求得的常数比b/a处于预定的常数比范围内时，判定为在多个电池单元之间没有产生充电状态的不均，当所求得的常数比b/a未被预定的常数比范围包含时，判定为在多个电池单元之间产生了充电状态的不均。
在本公开的上述技术方案的蓄电系统中，判定部可以构成为，将充放电电流为零时的端子间电压设为蓄电装置的开路电压OCV，将预定的常数比范围设为对OCV/a加上推定误差范围而得到的范围。
在本公开的上述技术方案的蓄电系统中，数据取得部可以构成为，将多个电池单元的各电池单元的充电状态的变动均保持在预先确定的变动范围内的时间范围，设定为预先确定的判定时间范围。
根据上述技术方案的蓄电系统，能够使用一个电压传感器、一个电流传感器来检测各电池单元之间的SOC的不均的有无。
附图说明
以下，参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和产业意义进行说明，在附图中相同的附图标记表示相同的要素，并且其中：
图1是实施方式的蓄电系统的构成图。
图2是将蓄电装置模型化了的图。
具体实施方式
以下，使用附图对实施方式进行详细说明。以下，电池单元的数量等是用于说明的例示，能够根据蓄电系统的规格进行适宜的变更。以下，对所有附图中相同的要素标注相同的标号，并省略重复的说明。
图1是蓄电系统10的构成图。蓄电系统10具备：蓄电装置20，其包括相互并联连接的多个电池单元22；和一个电压传感器30，其构成为对蓄电装置20的端子间电压V进行检测。蓄电系统10还具备：一个电流传感器32，其构成为对在蓄电装置20的两端子间流动的充放电电流I进行检测；和判定控制装置40，其构成为对多个电池单元22之间的SOC的不均的有无进行判定。
蓄电装置20是包括相互并联连接的多个电池单元22的电池组。通过使用多个该蓄电装置20并使其相互串联连接，能够输出高电压，通过将这些串联连接了的蓄电装置20进一步并联连接，能够输出大电流高电压，因此，所述蓄电装置20例如能够搭载于车辆，用于车辆驱动用的旋转电机的电源等。这是蓄电装置20的用途的一例，也可以用于车辆搭载以外的用途。
在图1中，n表示电池单元22的并联连接数。例举n的一例，n＝15。这只是例示，n也可以是15以外的其他数。电池单元22是能够进行充放电的二次电池，使用锂离子电池单元、镍氢电池单元等。也可以是除此以外的二次电池。例如，也可以是铅蓄电池、电容器。
电压传感器30是对蓄电装置20的端子间电压V进行检测的电压检测装置。对一个蓄电装置20使用一个电压传感器30。当充放电电流I流经蓄电装置20时，电压传感器30对蓄电装置20的CCV(Closed Circuit Voltage)进行检测，当充放电电流I没有流经蓄电装置20时，电压传感器30对蓄电装置20的OCV进行检测。
判定控制装置40具备数据取得部42、线性近似处理部44以及判定部46。能够使用适当的计算机作为这样的判定控制装置40。例如，当蓄电装置20为车载用时，可以使用适于车辆搭载的计算机。在该情况下，判定控制装置40既可以是独立的装置，根据情况也可以是搭载于车辆的其他控制装置的一部分。例如，也可以将车辆的综合控制装置的一部分设为判定控制装置40。换言之，判定控制装置40也可以是具备CPU、ROM、RAM以及输入输出接口的计算机系统(电子控制单元(ECU))。
判定控制装置40的数据取得部42在预先确定的判定时间范围内的多个检测定时的各定时同时取得电压传感器30的检测值和电流传感器32的检测值，取得多个电压-电流数据组。线性近似处理部44，针对所取得的多个电压-电流数据组，将充放电时的蓄电装置20的端子间电压设为Y，将充放电电流设为X，以Y＝aX+b的函数形式进行一阶线性近似，求得常数a、b和两个常数的常数比(b/a)。判定部46对所求得的常数比(b/a)与预定的常数比范围进行比较，当所求得的常数比(b/a)处于预定的常数比范围内时，判定为在多个电池单元22之间没有产生充电状态的不均。当所求得的常数比(b/a)未包含于预定的常数比范围时，判定为在多个电池单元22之间产生了充电状态的不均。
这样的功能通过执行安装于判定控制装置40的软件来实现。具体而言，判定控制装置40可以通过执行作为软件的SOC不均检测程序来实现。也可以通过硬件来实现这样功能的一部分。
关于上述构成的作用效果，尤其是判定控制装置40的各功能，根据图2的模型图对能够使用一个电压传感器30和一个电流传感器32来检测各电池单元22之间的SOC的不均的有无的原理进行详细说明。
图2是将取得蓄电装置20的端子间电压V和充放电电流I时的各电池单元22的状态模型化了的图。充放电电流I流动时的端子间电压V为CCV。在图2中，C1～Cn表示并联连接数为n个的各电池单元22。OCV1～OCVn是各电池单元22的OCV，I1～In是流经各电池单元22的充放电电流，R1～Rn是各电池单元22的内阻。
在将多个电池单元22并联连接而得到的蓄电装置20中，当各电池单元22的内阻Rn分别不同时，流经各电池单元22的充放电电流In也不同。将充放电电流In在各电池单元22流动时的各电池单元22的端子间电压设为CCVn。充放电电流In没有流经各电池单元22时的端子间电压为各电池单元22的开路电压OCVn，所以，对于各电池单元22而言，CCVn＝(OCVn-RnIn)成立。在此，各电池单元22相互并联连接，所以，对于所有的电池单元22而言，CCVn相同并且与蓄电装置20的端子间电压CCV相同，式子(1)成立。
CCV＝OCVn-Rn·In…(1)
当各电池单元22相互并联连接时，各电池单元22的充放电电流In的总和为蓄电装置20的充放电电流，所以式子(2)成立。
I＝∑In…(2)
改写式子(1)，则成为In＝-(CCV/Rn)+(OCVn/Rn)。使用这个式子进行式子(2)的运算，得到式子(3)。
Figure BDA0001500199440000061
在此，针对蓄电装置20，通过一个电压传感器30对CCV进行检测，通过一个电流传感器32对充放电电流I进行检测。并且，在预先确定的判定时间范围内的多个检测定时的各定时同时取得电压传感器30的CCV检测值和电流传感器32的I检测值。将所取得的多个(CCV，I)数据组设为多个电压-电流数据组。该处理步骤利用判定控制装置40的数据取得部42的功能来执行。
数据取得部42将在视多个电池单元22的整体为一个电池时的充电状态(SOC)的变动保持在预先确定的变动范围内的时间范围，设定为预先确定的判定时间范围。即，多个电压-电流数据组需要在一定的判定时间范围之间取得。例举一例，当为了判定各电池单元22的SOC不均的有无而将能够允许的SOC的变动范围设为1％以下时，分别求得各电池单元22的满充电容量的1％的安培小时(Ah)。并且，将所求得的全部的电池单元22的安培小时(Ah)的合计值设为车辆行驶时的充放电电流I的时间累计值(Ah)，求得SOC的变动范围保持在1％以下的范围内的时间范围，将所求得的时间范围设定为预先确定的判定时间范围。这只是用于说明的例示，除此以外，也可以通过实验和/或模拟等进行对预先确定的判定时间范围的设定。
使用所取得的多个电压-电流数据组来推定CCV与I之间的关系。关于蓄电装置20的CCV与I，设为式子(4)的一阶线性近似。
CCV＝a·I+b…(4)
作为根据多个电压-电流数据组即多个(CCV，I)数据组来算出式子(4)的近似式的两个常数a、b的方法，可以使用最小二乘法。也可以使用除此以外的回归分析法等。该处理步骤利用判定控制装置40的线性近似处理部44的功能来执行。
在此，通过对式子(3)和式子(4)进行比较可知，两个常数a、b分别由式子(5)、式子(6)表示。
Figure BDA0001500199440000071
Figure BDA0001500199440000072
根据式子(5)、(6)得到关于两个常数的常数比的式子(7)。
Figure BDA0001500199440000073
在此，假设多个电池单元22的各电池单元的开路电压OCVn全都相同，则蓄电装置20的开路电压OCV与各电池单元22的开路电压OCVn相同。即，若上述的假设正确，则式子(8)成立。
OCV＝OCVn…(8)
在上述假设正确的情况下，将式子(8)代入式子(7)，得到式子(9)。
Figure BDA0001500199440000074
将式子(5)代入式子(9)，得到式子(10)。
Figure BDA0001500199440000075
在式子(10)的右边，能够推定出蓄电装置20的OCV。例如，能够对由电流传感器32时刻取得的充放电电流I进行累计来求得蓄电装置20的SOC，SOC与OCV之间的关系预先通过实验和/或模拟来求得。对搭载于车辆的蓄电装置20进行SOC的监视以避免过放电和/或过充电而在适当的SOC范围内进行充放电，所以，也能够基于该监视数据来推定蓄电装置20的SOC和/或OCV。另外，在式子(10)的右边，常数a是根据多个(电压CCV，充放电电流I)数据组并且使用最小二乘法而算出的值。
因此，能够基于根据式子(4)并且通过一阶线性近似而求得的两个常数的常数比{-(b/a)}与通过推定和运算求得的预定值即式子(10)的右边的值是否一致，来判定各电池单元22之间的SOC不均的有无。即，当通过一阶线性近似求得的两个常数的常数比{-(b/a)}与预定值即式子(10)的右边的值不一致时，上述的假设错误，各电池单元22的OCVn不相同。像上述那样，OCV与SOC具有密切的关系，所以，当各电池单元22的OCVn不同时，在各电池单元22之间具有SOC不均。当通过一阶线性近似求得的两个常数的常数比{-(b/a)}与预定值即式子(10)的右边的值一致时，上述的假设正确，各电池单元22的OCVn相同，在各电池单元22之间没有SOC不均。
通过一阶线性近似求得的两个常数的常数比{-(b/a)}具有检测偏差等误差，预定值即式子(10)的右边的值也包含运算误差和/或推定误差等。因此，将对预定值即式子(10)的右边的值加上推定误差范围而得到的范围设为预定的常数比范围，对所求得的常数比{-(b/a)}与预定的常数比范围进行比较。当比较的结果为所求得的常数比{-(b/a)}处于预定的常数比范围内时，判定为在多个电池单元之间没有产生充电状态的不均。当所求得的常数比{-(b/a)}未包含于预定的常数比范围时，判定为在多个电池单元之间产生了充电状态的不均。在比较时，将负的符号移到预定的常数比范围，将两个常数的常数比简单地设为(b/a)，对它们进行比较也一样。另外，消去两边的a，对b＝OCV的正误进行判定也一样。该处理步骤利用判定控制装置40的判定部46的功能来执行。
本实施方式中的蓄电系统10具备包括相互并联连接的多个电池单元22的蓄电装置20。并且所述蓄电系统具备：一个电压传感器30，其对蓄电装置20的端子间电压进行检测；和一个电流传感器32，其对在蓄电装置20的两端子间流动的充放电电流进行检测。蓄电系统10具备数据取得部42、线性近似处理部44以及判定部46作为判定控制装置40。数据取得部42在预先确定的判定时间范围内的多个检测定时的各定时同时取得电压传感器的检测值和电流传感器的检测值，取得多个电压-电流数据组。线性近似处理部44，针对所取得的多个电压-电流数据组，将充放电时的蓄电装置20的端子间电压设为Y，将充放电电流设为X，以Y＝aX+b的函数形式进行一阶线性近似，求得常数a、b以及两个常数的常数比(b/a)。判定部46对所求得的常数比(b/a)与预定的常数比范围进行比较。当比较的结果为所求得的常数比(b/a)处于预定的常数比范围内时，判定为在多个电池单元之间没有产生充电状态的不均。当比较的结果为所求得的常数比(b/a)未包含于预定的常数比范围时，判定为在多个电池单元之间产生了充电状态的不均。
根据上述构成的蓄电系统10，能够使用一个电压传感器30和一个电流传感器32来检测各电池单元22之间的SOC的不均的有无。

Claims (3)

1.一种蓄电系统，其特征在于，具备：
蓄电装置，其包括相互并联连接的多个电池单元；
一个电压传感器，其构成为对所述蓄电装置的端子间电压进行检测；
一个电流传感器，其构成为对在所述蓄电装置的两端子间流动的充放电电流进行检测；
数据取得部，其构成为，在预先确定的判定时间范围内的多个检测定时的各定时同时取得所述电压传感器的检测值和所述电流传感器的检测值，取得多个电压-电流数据组；
线性近似处理部，其构成为，针对所取得的所述多个电压-电流数据组，将充放电时的所述端子间电压设为Y，将所述充放电电流设为X，以Y＝aX+b的函数形式进行一阶线性近似，求得常数a、b以及所述常数比b/a；以及
判定部，其构成为，对所求得的所述常数比b/a与预定的常数比范围进行比较，当所求得的所述常数比b/a处于所述预定的常数比范围内时，判定为在所述多个电池单元之间没有产生充电状态的不均，当所求得的所述常数比b/a未被所述预定的常数比范围包含时，判定为在所述多个电池单元之间产生了充电状态的不均。
2.根据权利要求1所述的蓄电系统，其特征在于，
所述判定部构成为，将所述充放电电流为零时的所述端子间电压设为所述蓄电装置的开路电压OCV，将所述预定的常数比范围设为对OCV/a加上推定误差范围而得到的范围。
3.根据权利要求1所述的蓄电系统，其特征在于，
所述数据取得部构成为，将所述多个电池单元的各电池单元的所述充电状态的变动均保持在预先确定的变动范围内的时间范围，设定为预先确定的所述判定时间范围。
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