Устройство оценки состояния заряда

Изобретение относится к контролю аккумуляторных батарей. Сущность: устройство оценки состояния заряда включает в себя первый и второй арифметические блоки, а также арифметический блок коррекции. Первый арифметический блок 30 выполнен с возможностью вычисления в качестве первого значения оценки состояния заряда текущего значения оценки состояния заряда, вычисляемого на основе емкости батареи, последнего значения оценки состояния заряда и электрического тока, протекающего между устройством 3 управления током и устройством 1 накопления энергии. Второй арифметический блок 31 выполнен с возможностью вычисления во время непрерывного управления током в качестве текущего значения второй оценки состояния заряда значения оценки состояния заряда, вычисляемого на основе модели эквивалентной схемы батареи и напряжения батареи, а во время непрерывного управления напряжением - с возможностью вычисления в качестве второго значения оценки состояния заряда текущего значения состояния заряда, вычисляемого с учетом изменения сопротивления батареи на основе модели эквивалентной схемы батареи и напряжения батареи. Арифметический блок 32 коррекции выполнен с возможностью периодической коррекции первого значения оценки состояния заряда на основе второго значения оценки состояния заряда. Технический результат: повышение точности оценки состояния заряда и износа батареи. 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству оценки состояния заряда, которое оценивает состояние заряда (SOC) батареи, например, литий-ионной аккумуляторной батареи, которая неоднократно заряжается и разряжается.

Уровень техники

В системе автомобильного или железнодорожного транспортного средства во время работы транспортного средства необходимо точно контролировать состояние заряда батареи в системе накопления энергии, которая осуществляет подачу электропитания в приводной двигатель во время работы транспортного средства и накопление электроэнергии во время замедления или остановки.

Ранее в качестве способа оценки состояния заряда использовались способ вычисления состояния заряда по суммарной величине заряда и значения разрядного тока и способ оценки состояния заряда по напряжению разомкнутой цепи батареи. В материалах, использованных при экспертизе заявки, в которых используются оба способа, принят способ оценки состояния заряда по накоплению тока при заряде и разряде батареи и оценки состояния заряда путем оценки напряжения разомкнутой цепи в режиме ожидания (например, см. Патентную литературу 1, описываемую ниже). Состояние заряда может оцениваться по напряжению разомкнутой цепи. Тем не менее, необходима технология прогноза напряжения разомкнутой цепи в замкнутой цепи, которая осуществляет заряд и разряд. Применительно к данной технологии существует способ вычисления внутреннего сопротивления по результатам измерений тока при включении питания и напряжения батареи при замкнутой цепи с помощью модели эквивалентной схемы батареи (например, см. Патентную литературу 1, 2 и 3, описываемую ниже).

Список библиографических ссылок

Патентная литература

Патентный документ 1: выложенная заявка на патент Японии № 2008-199723

Патентный документ 2: выложенная заявка на патент Японии № 8-140270

Патентный документ 3: выложенная заявка на патент Японии № 2003-075518

Сущность изобретения

Техническая проблема

Расстояние, пройденное железнодорожным транспортным средством или чем-то подобным, оснащенным системой накопления энергии, оценивается по состоянию заряда. Поэтому точный контроль состояния заряда батареи в системе накопления энергии обеспечивает эффективную эксплуатацию устройства. При оценке состояния заряда устройства накопления энергии, включающего в себя большое число батарей, расположенных последовательно и параллельно, целесообразно измерять или оценивать напряжения, электрические токи, состояние заряда всех батарей, входящих в устройство накопления энергии. Как правило, состояние заряда батареи имеет взаимно-однозначное отношение к напряжению разомкнутой цепи. Следовательно, можно оценивать состояние заряда по напряжению разомкнутой цепи.

В Патентной литературе 1 при оценке напряжения разомкнутой цепи используется модель эквивалентной схемы, получаемая упрощением батареи. Для вычисления напряжения разомкнутой цепи с помощью арифметической операции помимо напряжения и электрического тока используется управляющая информация в отношении температуры, сопротивления, емкости и т.п. и информация в отношении параметров, отражающих характеристики батареи. Однако ввиду того, что одни и те же параметры батареи используются и при непрерывном управлении напряжением, и при непрерывном управлении током, проблема состоит в том, что данный способ не может быть применим ко всем условиям управления.

В отношении Патентной литературы 2 и 3 аналогичным образом состояние заряда может оцениваться по напряжению разомкнутой цепи на основе измеренного электрического тока и измеренного напряжения с помощью модели эквивалентной схемы. Однако внутреннее сопротивление, которое существенно влияет на точность оценки состояния заряда, включает в себя диффузионное сопротивление и сопротивление электродной реакции, которые демонстрируют нелинейную характеристику относительно электрического тока и напряжения. Поэтому в прошлом было сложно оценивать состояние заряда с помощью модели эквивалентной схемы, описываемой линейным сопротивлением.

Настоящее изобретение создано с учетом вышеописанного, при этом задачей настоящего изобретения является создание устройства оценки состояния заряда, которое может точно оценивать состояние заряда и состояние износа батареи.

Решение проблемы

С целью решения вышеупомянутых проблем устройство оценки состояния заряда в соответствии с одним вариантом настоящего изобретения, соединенное с устройством накопления энергии, в котором соединено множество батарей, и сконфигурированное с возможностью оценки состояния заряда, показывающей остаточную емкость устройства накопления энергии, построено таким образом, что оно включает в себя: первый арифметический блок, сконфигурированный с возможностью вычисления в качестве первого значения оценки состояния заряда текущего значения оценки состояния заряда, вычисляемого на основе емкости батареи, последнего значения оценки состояния заряда и электрического тока, втекающего и вытекающего между устройством управления током, которое управляет степенью заряда и разряда устройства накопления энергии, и устройством накопления энергии; второй арифметический блок, сконфигурированный с возможностью вычисления - во время непрерывного управления током для заряда устройства накопления энергии непрерывным током - в качестве текущего значения второй оценки состояния заряда значения оценки состояния заряда, вычисляемого на основе модели эквивалентной схемы батареи и напряжения батареи и, в то же время, вычисления - во время непрерывного управления напряжением для заряда устройства накопления энергии с непрерывным напряжением - в качестве второго значения оценки состояния заряда текущего значения оценки состояния заряда, вычисляемого с учетом изменения сопротивления батареи на основе модели эквивалентной схемы батареи и напряжения батареи; и арифметический блок коррекции, сконфигурированный с возможностью периодической коррекции первого значения оценки состояния заряда на основе второго значения оценки состояния заряда.

Полезные эффекты изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, напряжение разомкнутой цепи и состояние заряда батареи оцениваются по модели эквивалентной схемы, включающей в себя нелинейное сопротивление, во время непрерывного управления напряжением на основе температуры, изменения тока и изменения напряжения при включении. Поэтому имеется эффект, состоящий в том, что возможна точная оценка состояния заряда и состояния износа батареи.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой диаграмму конфигурации устройства накопления энергии, в котором применяется устройство оценки состояния заряда в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой диаграмму конфигурации системы накопления энергии, в которой применяется устройство оценки состояния заряда в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему алгоритма для пояснения обработки результатов оценки состояния заряда с помощью устройства оценки состояния заряда в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 представляет собой диаграмму конфигурации первого арифметического блока в соответствии с данным вариантом осуществления.

Фиг. 5 представляет собой диаграмму модели эквивалентной схемы распределенной системы с постоянными параметрами устройства накопления энергии, применимого ко второй арифметической операции в соответствии с данным вариантом осуществления.

Фиг. 6 представляет собой диаграмму модели эквивалентной схемы сосредоточенной системы с постоянными параметрами устройства накопления энергии, применимого ко второй арифметической операции в соответствии с данным вариантом осуществления.

Фиг. 7-1 представляет собой диаграмму для пояснения соотношения между вторым арифметическим блоком 31 и банком 202 данных.

Фиг. 7-2 представляет собой диаграмму для пояснения выполнения второй обработки результатов оценки вторым арифметическим блоком 31.

Фиг. 8-1 представляет собой диаграмму конфигурации блока 35 вычисления степени износа.

Фиг. 8-2 представляет собой диаграмму для пояснения действия блока 231 моделирования напряжения и блока 232 вычисления сопротивления/емкости.

Фиг. 9 представляет собой диаграмму для пояснения соотношения между произведением сопротивления и емкости конденсатора и емкостью батареи.

Фиг. 10 представляет собой диаграмму для пояснения действия блока вычисления сопротивления в соответствии с данным вариантом осуществления.

Фиг. 11 представляет собой диаграмму для пояснения изменения сопротивления во время непрерывного управления напряжением.

Фиг. 12 представляет собой диаграмму точности вычисления состояния заряда в изношенной батарее.

Описание вариантов осуществления

Ниже по чертежам подробно описывается один вариант осуществления устройства оценки состояния заряда в соответствии с настоящим изобретением. Настоящее изобретение не ограничивается данным вариантом осуществления.

Вариант осуществления

Фиг. 1 представляет собой диаграмму конфигурации устройства 1 накопления энергии, в котором применяется устройство оценки состояния заряда в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Устройство 1 накопления энергии включает в себя модули с 11-1 по 1n-m батареи, с каждым из которых последовательно соединяются k одиночных элементов. Например, модуль 11-1 батареи является первым модулем батареи в первом ряду. В модуле 11-1 батареи последовательно соединяются одиночные элементы с 1-1 по 1-k. Аналогичным образом, модуль 12-1 батареи является вторым модулем батареи в первом ряду, а модуль 1n-1 батареи является n-ым модулем батареи в первом ряду. Модуль 11-2 батареи является первым модулем батареи во втором ряду, модуль 12-2 батареи является вторым модулем батареи во втором ряду, а модуль 1n-2 батареи является n-ым модулем батареи во втором ряду. Модуль 11-m батареи является первым модулем батареи в m-ом ряду, модуль 12-m батареи является вторым модулем батареи в m-ом ряду, а модуль 1n-m батареи является n-ым модулем батареи в m-ом ряду. Следовательно, общее число одиночных элементов составляет n×m×k.

Одиночные элементы с 1-1 по 1-k являются приборами накопления энергии, которые могут неоднократно заряжаться и разряжаться, например, литий-ионными аккумуляторными батареями. Состояние заряда одиночных элементов с 1-1 по 1-k можно наблюдать по значению напряжения разомкнутой цепи. В качестве прибора накопления энергии, которым оснащается устройство накопления энергии, может также использоваться никель-металл-гидридная батарея, свинцово-кислотная батарея, конденсатор с двойным электрическим слоем, литий-ионный конденсатор и т.п. Кроме того, в устройстве 1 накопления энергии иногда предусматриваются прерыватель, прибор контроля аккумуляторной батареи и т.п. Однако эти приборы в данном документе не объясняются.

Напряжение на клеммах всего устройства накопления энергии представлено в виде общего напряжения Vall, общий ток зарядного и разрядного токов представлен в виде Iall, а направление заряда представлено как положительное. Напряжение из-за резистивных компонентов проводника и кабеля, используемых для соединения клемм, добавляется к Vall во время заряда и разряда.

Для вычисления состояния заряда до заряда и разряда, когда устройство накопления энергии не включено, напряжение в момент времени, когда электрический ток является нулевым, представляется в виде напряжения разомкнутой цепи. В приборе накопления энергии, таком как литий-ионная аккумуляторная батарея, напряжение разомкнутой цепи и состояние заряда находятся во взаимно-однозначном соответствии в условиях постоянной температуры. Как правило, состояние заряда является монотонно возрастающей функцией относительно напряжения разомкнутой цепи.

В нижеследующем пояснении объясняется система накопления энергии, в которой используется устройство 1 накопления энергии. Затем поясняется конфигурация устройства оценки состояния заряда в соответствии с данным вариантом осуществления.

Фиг. 2 представляет собой диаграмму конфигурации системы накопления энергии, в которой применяется устройство оценки состояния заряда в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 1 накопления энергии управляется устройством 3 управления током на основе команды с контроллера 2. Контроллер 2 включает в себя аналого-цифровой преобразователь 203, банк 202 данных и блок 201 вычисления параметров. Контроллер 2 является устройством оценки состояния заряда в соответствии с данным вариантом осуществления.

Аналого-цифровой преобразователь 203 преобразует аналоговые сигналы, передаваемые с датчика 4а общего напряжения, датчика 4b общего тока и датчика 4с температуры в системе накопления энергии, и аналоговые сигналы 4d, передаваемые с датчиков напряжения элементов (на чертеже не показаны) в устройстве 1 накопления энергии, в цифровые сигналы.

В банке 202 данных хранятся данные батареи и формула, описывающая соотношение между напряжением разомкнутой цепи и SOC, таблица данных, отражающая это соотношение, и т.п. Соотношение между напряжением разомкнутой цепи и SOC является различным в зависимости от типа используемого прибора накопления энергии и типов материалов положительного электрода и отрицательного электрода. Поэтому данное соотношение вводится заранее или вычисляется с помощью измерения. В качестве способа вычисления этого соотношения в среде, управление которой осуществляется при постоянной температуре, осуществляется сбор данных напряжения разомкнутой цепи в момент времени, когда известный непрерывный ток подается в постоянное время для изменения состояния заряда в постоянном интервале. Желательно, чтобы напряжение разомкнутой цепи измерялось после поддержания состояния нулевого тока в течение приблизительно нескольких часов. Напряжение разомкнутой цепи может вычисляться также по состоянию, в котором устройство 1 накопления энергии входит в состав системы. Вычисление напряжения разомкнутой цепи может выполняться при пуске управляющей программы, либо исполнение программы может осуществляться вручную с использованием длительного периода бездействия или периода технического обслуживания.

В качестве способа вычисления соотношения между напряжением разомкнутой цепи и SOC используются способ вычисления соотношения по состоянию полного разряда и способ вычисления соотношения по состоянию полного заряда. Способ вычисления соотношения по состоянию полного разряда представляет собой способ установки состояния заряда при полном разряде, в котором батарея разряжена до нижнего предельного напряжения батареи - до нуля, заряда батареи в постоянном интервале SOC и вычисления напряжения разомкнутой цепи относительно SOC. Способ вычисления соотношения по состоянию полного заряда представляет собой способ - при предположении, что SOC в состоянии, в котором батарея заряжена непрерывным током и непрерывным напряжением до верхнего предела, составляет 100% - разряда батареи в постоянном интервале SOC и изменение SOC. При сравнении обоих способов достигается более стабильное состояние, при этом точность данных выше в том случае, когда соотношение вычисляется по состоянию заряда.

Устройство 3 управления током управляет степенью заряда и разряда устройства 1 накопления энергии в соответствии с командой с блока 201 вычисления параметров в контроллере 2. Если электропитание является недостаточным, устройство 3 управления током выдает в электродвигатель/генератор 5 как электроэнергию, поступающую из сети 7 переменного тока через устройство 6 преобразования питания, так и электроэнергию, накопленную в устройстве 1 накопления энергии. Устройство 3 управления током сохраняет электрическую энергию, генерируемую электродвигателем/генератором 5, в устройстве 1 накопления энергии. Устройство 3 управления током обеспечивает через устройство 6 преобразования питания повторное генерирование сетью 7 переменного тока электрической энергии, превышающей емкость устройства 1 накопления энергии. Сеть 7 переменного тока представляет собой, например, электросеть переменного тока, которая подает электропитание в железнодорожное транспортное средство.

Блок 201 вычисления параметров включает в себя, как показано на фиг. 2, первый арифметический блок 30, второй арифметический блок 31 и арифметический блок 32 коррекции. Первый арифметический блок 30 вычисляет первое значение оценки состояния заряда (именуемое далее просто «(первое SOC)») на основе емкости батареи (в ампер-часах) и суммарного значения подаваемого количества электричества во время заряда и разряда батареи. Второй арифметический блок 31 вычисляет второе значение оценки состояния заряда (именуемое далее просто «(второе SOC)») с помощью напряжения разомкнутой цепи, вычисляемого по модели эквивалентной схемы, включающей в себя резистивную компоненту и емкостную компоненту, и соотношение между напряжением разомкнутой цепи и значением оценки состояния заряда. В частности, второй арифметический блок 31 осуществляет вторую обработку результатов оценки для получения значения оценки состояния заряда в состоянии нулевого тока, третью обработку результатов оценки для получения значения оценки состояния заряда по напряжению разомкнутой цепи во время непрерывного управления током, при котором напряжение изменяется, и четвертую обработку результатов оценки для получения значения оценки состояния заряда по напряжению разомкнутой цепи во время непрерывного управления напряжением, при котором управление осуществляется при неизменном напряжении. Арифметический блок 32 коррекции периодически корректирует SOC, оцениваемое первым арифметическим блоком 30, на основе SOC, оцененной вторым арифметическим блоком 31.

Далее со ссылкой на фиг. 3 в общих чертах объясняется операция оценки SOC, выполняемая блоком 201 вычисления параметров. Фиг. 3 представляет собой блок-схему алгоритма для пояснения обработки результатов оценки SOC с помощью устройства оценки состояния заряда в соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения. Изображенная на фиг. 3 блок-схема повторяется в том же временном интервале, что и интервал для сбора данных. Указанный временной интервал означает интервал сбора данных, таких как электрический ток, напряжение и температура. Целесообразным является интервал от нескольких миллисекунд до нескольких минут.

Например, в банке 202 данных записываются SOC(N-1), получаемое в непосредственно предшествующем потоке вычислений, сопротивление электронов/ионов R0(N-1), сопротивление электродной реакции R(N-1), емкостная компонента C(N-1) и т.п. (этап S10).

Сначала второй арифметический блок 31 включает со второго по четвертый способ обработки результатов оценки в зависимости от того, является ли управление непрерывным управлением током или непрерывным управлением напряжением. Например, в состоянии нулевого тока разомкнутой цепи («Нет» на этапе S12 и «Да» на этапе S13) второй арифметический блок 31 выполняет вторую обработку результатов оценки (этап S14). Во время непрерывного управления током, при котором напряжение изменяется («Нет» на этапе S12 и «Нет» на этапе S13) второй арифметический блок 31 выполняет третью обработку результатов оценки (этап S15). Затем во время непрерывного управления напряжением, при котором управление осуществляется при неизменном напряжении («Да» на этапе S12) второй арифметический блок 31 выполняет четвертую обработку результатов оценки (этап S16). Арифметический блок 32 коррекции корректирует первое SOC на основе второго SOC.

В банке 202 данных записываются SOC(N), сопротивление электронов/ионов R0(N), сопротивление электродной реакции R(N) и емкостная компонента C(N), вычисляемая первым арифметическим блоком 30 и вторым арифметическим блоком 31 (этап S18).

Далее со ссылкой на фиг. 4 подробно объясняются конфигурация и действие первого арифметического блока 30 и второго арифметического блока 31.

Сначала объясняются конфигурация и действие первого арифметического блока 30. Фиг. 4 представляет собой диаграмму конфигурации первого арифметического блока 30 в соответствии с данным вариантом осуществления. Первый арифметический блок 30 включает в себя в качестве основных компонентов блок 211 вычисления среднего тока, блок вычисления 212 значения подаваемого количества электричества, блок 213 вычисления величины изменения SOC и блок 214 вычисления SOC.

Общий ток Iall, протекающий через устройство 1 накопления энергии, подается на блок 211 вычисления среднего тока. Блок 211 вычисления среднего тока умножает общий ток Iall на предварительно определенный коэффициент усиления для вычисления среднего значения тока. Иными словами, блок 211 вычисления среднего тока делит общий ток Iall на число m модулей батареи из массива с 11-1 по 1n-m для получения среднего значения электрических токов. Блок 212 вычисления значения подаваемого количества электричества устанавливает арифметический период равным Δt, интегрирует подаваемые токи во время заряда и разряда и вычисляет количество электричества после того, как электричество подается в течение заданного времени. Блок 213 вычисления величины изменения SOC делит количество электричества (в кулонах), получаемое блоком 212 вычисления значения подаваемого количества электричества, на емкость батареи (в ампер-часах) и 3600 (с) и умножает частное на 100 для вычисления степени изменения ΔSOC(%).

Блок 214 вычисления SOC во время заряда добавляет величину изменения ΔSOC к SOC(N-1), полученному в непосредственно предшествующем потоке вычислений, а во время разряда вычитает величину изменения ΔSOC из SOC(N-1) для получения текущего значения SOC(N) состояния заряда. SOC(N-1) запоминается в банке 202 данных. Блок 214 вычисления SOC оценивает SOC(N) с использованием SOC(N-1), хранящейся в банке 202 данных. Это простейший способ вычисления SOC. Однако данный способ часто включает в себя погрешность измеренного значения тока. Ввиду износа батареи из-за долговременного использования уменьшение SOC на 100% также вызывает погрешность. Поэтому информация о текущем значении емкости батареи (в ампер-часах) изменяется и вводится в банк 202 данных. Арифметический период Δt может генерироваться в блоке 201 вычисления параметров или может генерироваться вне блока 201 вычисления параметров.

Далее объясняется второй арифметический блок 31. Фиг. 5 представляет собой диаграмму модели эквивалентной схемы распределенной системы с постоянными параметрами, применимой ко второму арифметическому блоку 31 в соответствии с данным вариантом осуществления. Второй арифметический блок 31 оценивает SOC, сопротивление и емкость конденсатора на основе модели эквивалентной схемы. Более строго, второй арифметический блок 31 вычисляет напряжение разомкнутой цепи путем согласования измеренного значения электрического тока и измеренного значения напряжения с моделью численных значений, дискретизированной на основе эквивалентной схемы распределенной системы с постоянными параметрами, изображенной на фиг. 5. Формула вычислений включает в себя сопротивление 8а клеммы отрицательного электрода, сопротивление 8b клеммы положительного электрода, сопротивление 9а электронов слоя отрицательного электрода, сопротивление 9b электронов слоя положительного электрода, емкость 10а конденсатора на поверхности отрицательного электрода, емкость 10b конденсатора на поверхности положительного электрода, резистивную компоненту 11а на поверхности отрицательного электрода, резистивную компоненту 11b на поверхности положительного электрода, разность 12а потенциалов, которая возникает на поверхности отрицательного электрода, разность 12b потенциалов, которая возникает на поверхности положительного электрода, сопротивление 13а электролита в отрицательном электроде, сопротивление 13b электролита в положительном электроде и сопротивление 14 раствора электролита в разделителе модели эквивалентной схемы распределенной системы с постоянными параметрами, изображенной на фиг. 5. Второй арифметический блок 31 вычисляет множество сопротивлений, значений емкости и напряжений разомкнутой цепи аппроксимацией данных измерения изменения времени фактически измеренных электрических токов и напряжений и расчетных величин.

Емкость 10а конденсатора на поверхности отрицательного электрода и емкость 10b конденсатора на поверхности положительного электрода обусловлены активным материалом электрода и двойным электрическим слоем, сформированным на поверхности раствора электролита, и выражены в единицах Фарад. Емкость 10а конденсатора на поверхности отрицательного электрода и емкость 10b конденсатора на поверхности положительного электрода пропорциональны площади поверхности активного материала электрода и изменяются в соответствии с характеристиками раствора электролита и потенциалом электрода.

Резистивная компонента 11а на поверхности отрицательного электрода и резистивная компонента 11b на поверхности положительного электрода представляют собой сопротивления во время изменения носителей заряда с ионов на электроны и с электронов на ионы и являются сопротивлениями, формируемыми на электродах и поверхности раствора электролита. Резистивная компонента 11а на поверхности отрицательного электрода и резистивная компонента 11b на поверхности положительного электрода включают в себя сопротивление переноса зарядов и диффузионное сопротивление.

При использовании такой модели эквивалентной схемы распределенной системы с постоянными параметрами несмотря на то, что возможно точное вычисление, имеется недостаток, состоящий в том, что размер модели увеличивается. Поэтому необходимо установить длинный период вычислений, при этом сложно реагировать на быстрые изменения электрического тока и напряжения. Существует также проблема, состоящая в том, что необходимо большое число вычислительных ресурсов. В модели эквивалентной схемы распределенной системы с постоянными параметрами, изображенной на фиг. 5, имеется один одиночный элемент (например, 1-1), показанный на фиг. 1. Электрический ток I, протекающий в модель эквивалентной схемы распределенной системы с постоянными параметрами, является величиной, получаемой путем деления общего тока Iall на число модулей батареи из массива с 11-1 по 1n-m.

С другой стороны, на фиг. 6 изображена модель эквивалентной схемы сосредоточенной системы с постоянными параметрами, в которой период вычислений может быть сокращен, а вычислительные ресурсы могут быть сэкономлены. Фиг. 6 представляет собой диаграмму модели эквивалентной схемы сосредоточенной системы с постоянными параметрами прибора накопления энергии, применимого ко второму арифметическому блоку 31 в соответствии с данным вариантом осуществления. Модель эквивалентной схемы сосредоточенной системы с постоянными параметрами достигается упрощением модели эквивалентной схемы распределенной системы с постоянными параметрами, изображенной на фиг. 5. Электрический ток I, протекающий в модель эквивалентной схемы сосредоточенной системы с постоянными параметрами, является величиной, получаемой путем деления общего тока Iall на число модулей батареи из массива с 11-1 по 1n-m, как объяснялось выше. Элементы в этой модели сконфигурированы, как объясняется ниже. Модель эквивалентной схемы сосредоточенной системы с постоянными параметрами, изображенная на фиг. 6, включает в себя сопротивление 15, относящееся к электродной реакции (далее называемое попросту «сопротивление 15»), емкость 18 конденсатора, образуемого на поверхности электрода (далее называемую попросту «емкость 18»), сопротивление 16, относящееся к электронам и ионам (далее называемое попросту «сопротивление 16») и звено 17 электродвижущей силы, эквивалентное напряжению разомкнутой цепи. Сопротивление 15 и емкость 18 соединены параллельно.

Величина сопротивления 15 обозначена R, величина емкости конденсатора 18 обозначена С, а величина сопротивления 16 обозначена R0 (сопротивление электронов/ионов). Если электрический ток, протекающий через сопротивление 15, обозначен I1, а электрический ток, протекающий через емкость 18, обозначен I2, сумма электрических токов I1 и I2 представляет собой электрический ток I. Напряжение, приложенное к конденсатору (емкости 18), равно напряжению на обоих концах сопротивления 15, через которое протекает электрический ток I1. Изменение во времени заряда Q, накопленного в конденсаторе (емкости 18), эквивалентно электрическому току I2. Следовательно, получается дифференциальное уравнение, относящееся к зарядам Q, в Формуле (1).

d Q d t + 1 C R Q + I = 0 (1)

Если арифметический период обозначен Δt, а Формула (1) дискретизируется в отношении зарядов Q, получается формула (2). Заряды Q(N) в момент N могут быть выражены, как указано в Формуле (2), с помощью зарядов Q(N-1) в непосредственно предшествующий момент (N-1) и электрического тока I.

Q ( N ) = Q ( N 1 ) ( 1 Δ t C ( N 1 ) R ( N 1 ) ) + Δ t I (2)

Электрический ток I2, протекающий через конденсатор (емкость 18), может быть выражен временным изменением зарядов Q, показанных в Формуле (3).

I 2 = Q ( N ) Q ( N 1 ) Δ t (3)

Напряжение Voc разомкнутой цепи вычисляется по Формуле (4) с использованием Формул (1) и (2) и напряжения V батареи.

Voc=V+I·R0(N)+I 1 ·R(N) (4)

Фиг. 7 представляет собой диаграмму для пояснения конфигурации и действия второго арифметического блока 31 в соответствии с данным вариантом осуществления. Фиг. 7-1 представляет собой диаграмму для пояснения соотношения между вторым арифметическим блоком 31 и банком 202 данных. Фиг. 7-2 представляет собой диаграмму для пояснения выполнения второй обработки результатов оценки вторым арифметическим блоком 31.

Второй арифметический блок 31, показанный на фиг. 7-1, включает в себя блок 221 определения изменения напряжения, блок 222 определения включения, блок 223 вычисления величины заряда/тока, блок 224 вычисления напряжения разомкнутой цепи, блок 214 вычисления SOC и блок 36 вычисления сопротивления, причем блок 224 вычисления напряжения разомкнутой цепи дополнительно соединен с блоком 35 вычисления степени износа. Блок 36 вычисления сопротивления включает в себя блок 225 вычисления концентрации диффундирующих веществ, блок 226 вычисления величины тока и блок 227 вычисления диффузионного сопротивления.

Блок 221 определения изменения напряжения определяет, изменяется ли напряжение V батареи за арифметический период Δt или нет. Иными словами, блок 221 определения изменения напряжения выполняет определение на этапе S12 на фиг. 3.

Если напряжение V батареи изменяется («Нет» на этапе S12), блок 222 определения включения определяет, является ли электрический ток I нулевым. Иными словами, блок 222 определения включения выполняет определение на этапе S13 на фиг. 3.

Блок 223 вычисления величины заряда/тока вычисляет с использованием Формулы (2) заряды Q(N) по зарядам Q(N-1), накопленным в конденсаторе 18, в качестве начального значения вычисления, сопротивление электродной реакции R(N-1), величину емкости C(N-1), электрический ток I и арифметический период Δt и вычисляет электрический ток I2 с использованием Формулы (3). Предполагается, что заряды Q(N-1), сопротивление электродной реакции R(N-1) и величина емкости C(N-1) сохраняются в банке 202 данных. Кроме того, блок 223 вычисления величины заряда/тока вычисляет электрический ток I1 по соотношению I=I1+I2.

Блок 224 вычисления напряжения разомкнутой цепи с помощью формулы (4) вычисляет напряжение Voc разомкнутой цепи по напряжению V батареи и величине R0(N-1) сопротивления 16, хранящейся в банке 202 данных. Величина R0(N-1) сопротивления 16 хранится в банке 202 данных.

Блок 214 вычисления SOC получает напряжение Voc разомкнутой цепи из блока 224 вычисления напряжения разомкнутой цепи и оценивает SOC(N) с помощью соотношения между напряжением Voc разомкнутой цепи и SOC, хранящегося в банке 202 данных.

Ниже объясняются вторая обработка результатов оценки и третья обработка результатов оценки вторым арифметическим блоком 31. От состояния включения до нулевого тока напряжение значительно изменяется в соответствии с явлением поляризационной релаксации, а после этого постепенно приближается к неизменному напряжению. Блок 224 вычисления напряжения разомкнутой цепи устанавливает напряжение V батареи, сопротивление 15, сопротивление 16 и электрический ток I на нуль и вычисляет напряжение Voc разомкнутой цепи по формуле (4) на основе напряжения V батареи и величины R0(N-1) сопротивления 16, хранящейся в банке 202 данных. Блок 214 вычисления SOC получает напряжение Voc разомкнутой цепи из блока 224 вычисления напряжения разомкнутой цепи и оценивает второе SOC с помощью соотношения между напряжением Voc разомкнутой цепи и SOC, хранящегося в банке 202 данных.

Если величина тока является постоянной, блок 224 вычисления напряжения разомкнутой цепи вычисляет напряжение Voc разомкнутой цепи по Формуле (4) на основе напряжения V батареи, сопротивления 15, сопротивления 16 и электрического тока I. Блок 214 вычисления SOC оценивает второе SOC с помощью соотношения между напряжением Voc разомкнутой цепи и SOC, как объяснялось выше. При второй обработке результатов оценки для вычисления SOC без подачи электрического тока точность выше.

Далее со ссылкой на фиг. 8 и 9 описываются конфигурация и действие блока 35 вычисления степени износа. Фиг. 8 представляет собой диаграмму конфигурации блока 35 вычисления степени износа в соответствии с данным вариантом осуществления. Фиг. 8-1 представляет собой диаграмму конфигурации блока 35 вычисления степени износа. Фиг. 8-2 представляет собой диаграмму для пояснения действия блока 231 моделирования напряжения и блока 232 вычисления сопротивления/емкости. Фиг. 9 представляет собой диаграмму для пояснения соотношения между произведением сопротивления и емкости конденсатора и емкостью батареи.

Блок 35 вычисления степени износа, изображенный на фиг. 8-1, включает в себя в качестве основных компонент блок 231 моделирования напряжения и блок 232 вычисления сопротивления/емкости. Блок 35 вычисления степени износа оценивает состояние износа батареи по данным тока и напряжения в фиксированном интервале в соответствии с изменениями сопротивления 15, сопротивления 16 и емкости 18. В частности, блок 35 вычисления степени износа последовательно вычисляет резистивную компоненту и емкостную компоненту конденсатора в допустимом режиме управления с тем, чтобы при этом оценить степень ухудшения состояния износа батареи. Например, блок 35 вычисления степени износа согласовывает множество данных напряжения и расчетных значений друг с другом, чтобы определить значения сопротивления 15, сопротивления 16 и емкости 18, соответственно, в качестве сопротивления электродной реакции R(N), сопротивления электронов/ионов R0(N) и емкостной компоненты C(N).

Согласуемые данные напряжения представляют собой данные р с момента t1 по момент tp. Отдельный временной интервал данных составляет Δt. Точность вычислений дополнительно улучшается с увеличением количества данных, к которым осуществляется обращение. Однако, если принимать во внимание вычислительную нагрузку, целесообразно количество данных, равное или меньшее десяти. Ниже объясняется фактическая процедура вычислений. Блок 231 моделирования напряжения устанавливает заряды, накопленные в конденсаторе 18 непосредственно перед моментом t1, в качестве Q(k-1), заменяет непосредственно предшествующие значения, соответственно, в сопротивлении электродной реакции R(N), сопротивлении электронов/ионов R0(N) и емкостной компоненте C(N), заменяет значения, используемые при вычислении SOC, изображенном на фиг. 7-1, в электрическом токе I и напряжении Voc разомкнутой цепи и вычисляет напряжение Vk относительно момента t1 по Формуле (5). Заряды Q(N) в Формуле (5) вычисляются по Формуле (2).

V = V o c I R 0 ( N ) Q ( N ) C ( N ) (5)

Аналогичным образом, блок 231 моделирования напряжения выполняет вычисление с момента t2 по момент tp.

Блок 232 вычисления сопротивления/емкости сравнивает расчетные значения (напряжение Vk), вычисляемые блоком 231 моделирования напряжения, и данные измерений (Vp). Если разность между суммой ΣΔV разностей между измеренными значениями и расчетными значениями меньше произведения значения определения ε и количества данных р, блок 232 вычисления сопротивления/емкости считает расчетные значения и измеренные значения, совпадающими друг с другом. Напротив, если разность между суммой ΣΔV разностей между измеренными значениями и расчетными значениями равна или больше произведения значения определения ε и количества данных р, блок 232 вычисления сопротивления/емкости изменяет значения сопротивления электродной реакции R(N), сопротивления электронов/ионов R0(N) и емкостной компоненты C(N). Например, если напряжение разряда ниже расчетного значения, блок 232 вычисления сопротивления/емкости увеличивает сопротивление электродной реакции R(N), сопротивление электронов/ионов R0(N) и емкостную компоненту C(N). Напротив, если напряжение разряда выше расчетного значения, блок 232 вычисления сопротивления/емкости уменьшает сопротивление электродной реакции R(N), сопротивление электронов/ионов R0(N) и емкостную компоненту C(N).

В качестве согласующего параметра удобно использовать произведение сопротивления 15 и емкости 18. Блок 232 вычисления сопротивления/емкости вычисляет емкость батареи с помощью соотношения между этим произведением и емкостью изношенной батареи (см. фиг. 9). Однако износ батареи не является реакцией, которая внезапно ухудшается. Поэтому нет необходимости вычислять износ в период сбора данных. Достаточно вычислять износ с частотой один раз непосредственно после пуска или непосредственно перед остановкой.

Далее объясняется четвертая обработка результатов оценки. Сопротивление 15 возникает во время непрерывного управления напряжением с течением времени и не принимает постоянного значения. Величина сопротивления 15 возрастает, поскольку, как указано в Формуле (6), которая является формулой Нернста-Эйнштейна, это сопротивление обратно пропорционально концентрации литиевых ионов CLi (N) в активном материале электрода. При непрерывном управлении напряжением это сопротивление вызвано уменьшением числа подвижных ионов лития.

R ( N ) = A T C L i D L i (6)

DLi соответствует коэффициенту диффузии в активном материале литиевых ионов, Т соответствует температуре модуля, а А соответствует коэффициенту пропорциональности. В качестве временного изменения концентрации литиевых ионов CLi (N) для вычисления сопротивления 15 численно решается формула массопереноса, включающая в себя Формулу (7), которая является уравнением диффузии.

C L i t = D L i 2 C L i x 2 (7)

Ниже со ссылкой на фиг. 10 и 11 объясняются конфигурация и действие блока 36 вычисления сопротивления. Фиг. 10 представляет собой диаграмму для пояснения действия блока 36 вычисления сопротивления в соответствии с данным вариантом осуществления. Фиг. 11 представляет собой диаграмму для пояснения изменения сопротивления во время непрерывного управления напряжением.

Блок 225 вычисления концентрации диффундирующих веществ решает формулу (7) в граничных условиях по концентрации подвижных литиевых ионов CLi (N-1) и коэффициенту диффузии DLi в активном материале непосредственно перед началом непрерывного управления напряжением и вычисляет концентрацию литиевых ионов CLi (N) после арифметического периода Δt времени.

Блок 226 вычисления величины тока вычисляет величину тока в направлении, обратном изменению напряжения V батареи. Блок 227 вычисления диффузионного сопротивления на основе величины тока, вычисляемой блоком 226 вычисления величины тока, и напряжения во время непрерывного управления напряжением оценивает величину сопротивления 15 в момент, когда напряжение не является неизменным (заряд СС: заряд при неизменном токе). Далее блок 227 вычисления диффузионного сопротивления по Формуле (6) оценивает величину сопротивления 15 в момент, когда напряжение является неизменным (заряд CV: заряд при неизменном напряжении).

Величина сопротивления 15, относящегося к электродной реакции, не изменяется во время заряда СС, но изменяется, как показано на фиг. 11, во время заряда CV. Такое увеличение сопротивления является временным увеличением, которое возникает через интервал времени от нескольких секунд до нескольких часов в условиях непрерывного управления напряжением. Когда второй арифметический блок 31 оценивает увеличение сопротивления из-за износа батареи в реальном масштабе времени, второй арифметический блок 31 выполняет также обработку для исключения возрастания сопротивления во время неизменного напряжения, показанного на фиг. 11, из вычисления для оценки ухудшения емкости.

Скорость увеличения сопротивления в течение короткого периода, вычисленного выше, т.е. величина, получаемая делением степени увеличения сопротивления, показанной на фиг. 11, на время непрерывного управления напряжением свидетельствует об износе батареи относительно массопереноса. Таким образом, второй арифметический блок 31 в соответствии с данным вариантом осуществления прогнозирует срок службы батареи с учетом долговременного ухудшения, пользуясь тем, что эта величина возрастает по мере ухудшения износа.

Фиг. 12 представляет собой диаграмму точности вычисления SOC в изношенной батарее. Сравнительный пример 1 представляет собой преобразование первого SOC, вычисляемого первым арифметическим блоком 30 по интегрированию подаваемого количества электричества. Поскольку, как правило, в величины тока, используемые для вычисления, входит погрешность, SOC отличается от истинного значения.

В сравнительном примере 2 погрешность дополняется традиционной обработкой результатов оценки SOC с помощью модели эквивалентной схемы. В изначально заряженной батарее достигается удовлетворительное значение оценки SOC. Однако при оценке SOC литий-ионной батареи, изношенной из-за долговременного использования, возникает большая погрешность.

Пример 1 свидетельствует о преобразовании SOC, оцениваемой устройством оценки состояния заряда в соответствии с данным вариантом осуществления.

В точке 19 начала заряда и разряда и точке 20 конца заряда и разряда SOC представляет собой точную SOC, вычисляемую при оставлении батареи, нетронутой в течение трех или более дней в разомкнутой цепи. В способе оценки SOC в соответствии со сравнительным примером 1 детектируется и интегрируется меньшее значение тока, чем фактическое значение тока во время заряда, при этом обнаруживается и интегрируется большее значение тока, чем фактическое значение тока во время разряда. В результате SOC меньше, чем истинное значение во время всего заряда и разряда. С другой стороны, в способе оценки SOC в соответствии со сравнительным примером 2 SOC вычисляется без учета уменьшения емкости из-за износа. Поэтому ввиду того, что SOC вычисляется большим, чем истинное значение, как при заряде, так и при разряде, SOC чрезмерно изменяется.

В способе оценки SOC в соответствии с примером 1 блок 35 вычисления степени износа учитывает уменьшение емкости из-за износа батареи. Кроме того, блок 36 вычисления сопротивления исключает возрастание сопротивления во время неизменного напряжения из вычисления для оценки ухудшения емкости. Следовательно, точность вычисления SOC может быть улучшена.

Как указано выше, устройство оценки состояния заряда в соответствии с данным вариантом осуществления включает в себя первый арифметический блок 30, второй арифметический блок 31 и арифметический блок 32 коррекции. Первый арифметический блок 30 вычисляет в качестве первого значения оценки состояния заряда текущее значение оценки состояния заряда, вычисляемое на основе емкости батареи, последнего значения SOC(N-1) оценки состояния заряда и электрического тока, втекающего и вытекающего между устройством 3 управления током, которое управляет степенью заряда и разряда устройства 1 накопления энергии, и устройством 1 накопления энергии. Второй арифметический блок 31 вычисляет во время непрерывного управления током в качестве текущего значения второй оценки состояния заряда значение оценки состояния заряда, вычисляемое на основе модели эквивалентной схемы батареи и напряжения батареи и, в то же время, вычисляет во время непрерывного управления напряжением в качестве второго значения оценки состояния заряда текущее значение оценки состояния заряда, вычисляемое с учетом изменения сопротивления батареи на основе модели эквивалентной схемы батареи и напряжения батареи. Арифметический блок 32 коррекции периодически корректирует первое значение оценки состояния заряда на основе второго значения оценки состояния заряда. Следовательно, можно оценивать первое SOC на основе емкости батареи и суммарного значения подаваемого количества электричества во время заряда и разряда батареи, второе SOC в состоянии нулевого тока, третье SOC во время непрерывного управления током и четвертое SOC во время непрерывного управления напряжением. По сравнению с материалами, использованными при экспертизе заявки, можно точно оценивать состояние заряда и состояние износа батареи.

Модель эквивалентной схемы батареи, используемая во втором арифметическом блоке 31, включает в себя модель эквивалентной схемы сосредоточенной системы с постоянными параметрами, содержащую одну параллельную цепь конденсатора и нелинейного сопротивления, или модель эквивалентной схемы распределенной системы с постоянными параметрами, содержащую множество параллельных цепей конденсаторов и нелинейных сопротивлений. Следовательно, можно также экономить вычислительные ресурсы с помощью модели эквивалентной схемы сосредоточенной системы с постоянными параметрами или выполнять точное вычисление с помощью модели эквивалентной схемы распределенной системы с постоянными параметрами.

Второй арифметический блок 31 в соответствии с данным вариантом осуществления вычисляет второе значение оценки состояния заряда на основе зарядов Q(N-1), накопленных в конденсаторе, величины емкости C(N-1) конденсатора, сопротивлений (R(N-1) и R0(N-1)) батареи и напряжения V батареи. Поэтому возможна оценка второго значения оценки состояния заряда с использованием простой конфигурации.

Второй арифметический блок 31 включает в себя блок 35 вычисления степени износа. Блок 35 вычисления степени износа вычисляет величину емкости C(N) и сопротивлений R(N) и R0(N) до тех пор, пока сумма ΣΔV разностей между непрерывным множеством измеренных значений напряжения (Vp), измеренных после изменений электрического тока, и расчетным значением напряжения (Vk), вычисленным на основе зарядов Q(N-1), величины емкости C(N-1) и сопротивлений R(N-1) и R0(N-1), не достигнет предварительно определенного значения (произведения значения определения ε и количества данных р). Блок 35 вычисления степени износа выдает в качестве показателя для оценки состояния износа батареи емкость C(N) и сопротивления R(N) и R0(N) в момент, когда сумма ΣΔV разностей между измеренным значением напряжения (Vp) и расчетным значением напряжения (Vk) совпадает с предварительно определенным значением. Следовательно, по сравнению с материалами, использованными при экспертизе заявки, с помощью модели эквивалентной схемы можно точно оценивать значение состояния заряда.

Емкость батареи вычисляется на основе произведения емкости C(N) и сопротивлений R(N) и R0(N). Следовательно, первый арифметический блок 30 может точно вычислять первое значение оценки состояния заряда с использованием емкости батареи, вычисляемой блоком 35 вычисления степени износа.

Второй арифметический блок 31 включает в себя блок 36 вычисления сопротивления, который вычисляет сопротивление R(N) батареи во время непрерывного управления напряжением на основе концентрации подвижных литиевых ионов CLi (N-1) и коэффициента диффузии DLi в активном материале литиевых ионов. Следовательно, можно исключить увеличение сопротивления во время неизменного напряжения из вычисления для оценки ухудшения емкости и улучшить точность вычисления SOC.

Промышленная применимость

Как указано выше, настоящее изобретение применимо к устройству оценки состояния заряда, которое оценивает SOC в аккумуляторной батарее, такой как вторичная батарея и, в частности, полезно в качестве изобретения, которое может улучшить точность оценки SOC.

Список ссылочных позиций

1 устройство накопления энергии

1-1, 1-2, 1-k одиночные элементы

2 контроллер

3 устройство управления током

4а датчик общего напряжения

4b датчик детектирования общего тока

4с датчик температуры

4d аналоговый сигнал, передаваемый от датчика напряжения

5 электродвигатель/генератор

6 устройство преобразования питания

7 сеть переменного тока

8а сопротивление клеммы отрицательного электрода

8b сопротивление клеммы положительного электрода

9а сопротивление электронов слоя отрицательного электрода

9b сопротивление электронов слоя положительного электрода

10а емкость конденсатора на поверхности отрицательного электрода

10b емкость конденсатора на поверхности положительного электрода

11-1, 12-1, 1n-1, 11-2, 12-2, 1n-2, 11-m, 12-m, 1n-m модули батареи

11а резистивная компонента на поверхности отрицательного электрода

11b резистивная компонента на поверхности положительного электрода

12а разность потенциалов, которая возникает на поверхности отрицательного электрода

12b разность потенциалов, которая возникает на поверхности положительного электрода

13а сопротивление электролита в отрицательном электроде

13b сопротивление электролита в положительном электроде

14 сопротивление раствора электролита в разделителе

15 сопротивление, относящееся к электродной реакции

16 сопротивление, относящееся к электронам/ионам

17 звено электродвижущей силы, эквивалентное напряжению разомкнутой цепи

18 емкость конденсатора, образуемого на поверхности электрода

19 точка начала заряда и разряда

20 точка конца заряда и разряда

30 первый арифметический блок

31 второй арифметический блок

32 арифметический блок коррекции

35 блок вычисления степени износа

36 блок вычисления сопротивления

201 блок вычисления параметров

202 звено банка данных

203 аналого-цифровой преобразователь

211 блок вычисления среднего тока

212 блок вычисления значения подаваемого количества электричества

213 блок вычисления величины изменения SOC

214 блок вычисления SOC

221 блок определения изменения напряжения

222 блок определения включения

223 блок вычисления величины заряда/тока

224 блок вычисления напряжения разомкнутой цепи

225 блок вычисления концентрации диффундирующих веществ

226 блок вычисления величины тока

227 блок вычисления диффузионного сопротивления

231 блок моделирования напряжения

232 блок вычисления сопротивления/емкости

Iall общий ток

T температура модуля

Vall общее напряжение

Voc напряжение разомкнутой цепи

1. Устройство оценки состояния заряда, соединенное с устройством (1) накопления энергии, в котором соединено множество батарей (с 11-1 по 1n-m), и выполненное с возможностью оценки состояния заряда, отражающего остаточную емкость устройства накопления энергии, причем устройство оценки состояния заряда содержит:
первый арифметический блок (30), выполненный с возможностью вычисления в качестве первого значения оценки состояния заряда текущего значения оценки состояния заряда, вычисляемого на основе емкости батареи, последнего значения оценки состояния заряда и электрического тока, протекающего между устройством (3) управления током, которое управляет степенью заряда и разряда устройства накопления энергии, и устройством (1) накопления энергии;
второй арифметический блок (31), выполненный с возможностью вычисления в качестве второго значения оценки состояния заряда текущего значения оценки состояния заряда, вычисляемого на основе одного из следующего:
модели эквивалентной схемы батареи и напряжения батареи во время непрерывного управления током для заряда устройства (1) накопления энергии неизменным током; и
изменения сопротивления батареи, модели эквивалентной схемы батареи и напряжения батареи во время непрерывного управления напряжением для заряда устройства накопления энергии неизменным напряжением; и
арифметический блок коррекции, выполненный с возможностью периодической коррекции первого значения оценки состояния заряда на основе второго значения оценки состояния заряда.

2. Устройство оценки состояния заряда по п.1, в котором модель эквивалентной схемы батареи включает в себя модель эквивалентной схемы, содержащую одну параллельную цепь конденсатора и нелинейного сопротивления, или модель эквивалентной схемы, содержащую множество параллельных цепей конденсаторов и нелинейных сопротивлений.

3. Устройство оценки состояния заряда по п.2, в котором второй арифметический блок вычисляет второе значение оценки состояния заряда, применяя заряды, накопленные в конденсаторе, величину емкости конденсатора, сопротивление батареи и напряжение батареи к модели эквивалентной схемы.

4. Устройство оценки состояния заряда по п.1, в котором второй арифметический блок (31) включает в себя блок (35) вычисления степени износа, выполненный с возможностью вычисления величины емкости и сопротивления до тех пор, пока сумма разностей между непрерывным множеством измеренных значений напряжения, измеренных после изменений электрического тока, и расчетным значением напряжения, вычисленным на основе зарядов, величины емкости и сопротивлений, не достигнет предварительно определенного значения и выдачи в качестве показателя для оценки состояния износа батареи емкости конденсатора и сопротивления батареи в момент, когда сумма разностей между измеренным значением напряжения и расчетным значением напряжения совпадает с предварительно определенным значением.

5. Устройство оценки состояния заряда по п.4, в котором блок (35) вычисления степени износа вычисляет емкость батареи на основе произведения емкости конденсатора и сопротивления батареи.

6. Устройство оценки состояния заряда по п.1, в котором второй арифметический блок (31) включает в себя блок (36) вычисления сопротивления, который вычисляет сопротивление батареи во время непрерывного управления напряжением на основе концентрации подвижных литиевых ионов и коэффициента диффузии в активном материале литиевых ионов.

7. Устройство оценки состояния заряда по п.4, в котором второй арифметический блок вычисляет второе значение оценки состояния заряда, дополнительно используя емкость и сопротивление, вычисляемые блоком (35) вычисления степени износа.

8. Устройство оценки состояния заряда по п.6, в котором второй арифметический блок вычисляет второе значение оценки состояния заряда с использованием сопротивления батареи, вычисляемого блоком (36) вычисления сопротивления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам для контроля работоспособности и диагностики неисправностей аккумуляторных батарей, состоящих из n последовательно включенных элементов.

Изобретение относится к контролю неисправностей в батарее конденсаторов, подключенной к системе электропитания, при этом батарея конденсаторов содержит множество конденсаторных блоков, которые разделены на две Y-секции.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам диагностики литиевых химических источников тока. Способ включает разряд источника тока на внешнюю нагрузку и измерение его напряжения под нагрузкой.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при комплектовании батарей из аккумуляторов и диагностировании их технического состояния.

Изобретение относится к области технической диагностики и может использоваться для проверки исправности аккумуляторной батареи. Сущность: способ использует определение неравномерности распределения температуры по поверхности аккумуляторной батареи с последующим определением зон, имеющих повышенную температуру относительно смежного участка поверхности корпуса и местоположения выявленной зоны с повышенной температурой относительно элементов конструкции аккумуляторной батареи.

Изобретение относится к области техники измерений, в частности к устройству для измерения остаточной емкости аккумулятора. которое содержит последовательно соединенные блоки: шунт, операционный усилитель, первый АЦП, масштабный делитель, первый температурный корректор, сумматор, триггер, вычислитель среднего значения, счетчик энергии, вычислитель заряда и индикатор; выходы таймера связаны со входами сумматора, триггера, счетчика энергии, вычислителя саморазряда и вычислителя заряда, а выход вычислителя саморазряда соединен со входом счетчика энергии; также устройство содержит последовательно соединенные резистивный делитель, второй АЦП и второй температурный корректор; кроме того, в составе устройства присутствует датчик температуры, выход которого соединен со входами первого температурного корректора, второго температурного корректора и вычислителя саморазряда; выходы первого и второго логических устройств соединены со входом счетчика энергии, а входы первого и второго логических устройств - с выходами первого и второго температурных корректоров.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматике электрических сетей. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к химическим источникам тока, а именно к определению остаточной емкости электрических аккумуляторов. Технический результат: обеспечение возможности определения остаточной емкости литий-ионного аккумулятора с положительным электродом на основе феррофосфата лития, повышение достоверности такого определения.

Изобретение относится к оценке состояния аккумулятора. Сущность: устройство определяет ток и напряжение на клеммах аккумуляторной батареи; использует их значения, чтобы оценивать значение на клеммах аккумуляторной батареи на основе предварительно определенной модели аккумулятора; и последовательно идентифицирует параметр модели аккумулятора так, что разность между значением на основе значения измерения напряжения на клеммах и оцененным значением напряжения на клеммах сходится к нулю.

Изобретение относится к работе батарей с проточным электролитом, в частности к системам управления, контроля, зарядки и/или разрядки батарей с проточным электролитом.

Изобретение относится к области технической диагностики аккумуляторной батареи. Сущность: способ диагностирования аккумуляторной батареи с жидким электролитом использует определение неравномерности распределения температуры по поверхности аккумуляторной батареи с последующим определением зон, имеющих повышенную температуру относительно смежного участка поверхности корпуса и местоположения выявленной зоны с повышенной температурой относительно элементов конструкции аккумуляторной батареи. При этом определяют неравномерность температуры поверхности корпуса аккумуляторной батареи по высоте отдельной секции аккумуляторной батареи, определяют границу зоны с повышенной температурой поверхности корпуса для этой секции аккумуляторной батареи и эту границу зоны фиксируют как уровень заливки электролита в этой секции аккумуляторной батареи. Сравнивают эту определенную границу зоны с повышенной температурой с минимально допустимым уровнем электролита. Если этот определенный уровень электролита ниже минимально допустимого уровня, то диагностируют, что в данной секции имеется пониженный уровень электролита. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к комплексным контрольно-проверочным системам, а именно к бортовым системам для контроля работоспособности и диагностики неисправностей, обслуживаемых и необслуживаемых аккумуляторных батарей, состоящих из n последовательно включенных элементов, и в первую очередь Li-ion аккумуляторов, применяемых в системах автономного электроснабжения на транспортных средствах. Технический результат - автоматизация процесса определения технического состояния как аккумуляторной батареи в целом, так и ее элементов путем поэлементного контроля ее работоспособного состояния. Согласно изобретению способ автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи включает обработку информации результатов контроля в N+1 выходных зажимах подключения контролируемых аккумуляторов в n контрольных точках, нумерацию последовательно контрольных точек, масштабирование токов от каждого элемента аккумуляторной батареи с коэффициентом масштабирования от каждой контрольной точки, токи от каждой контрольной точки суммируют в точке суммирования и передают через канал связи в орган обработки информации, где преобразуют суммарный ток в пропорциональное напряжение. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх