专利名称：电池组输入/输出控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池组输入/输出控制系统。更具体而言，本发明涉及基于电池组的表面温度限制电池组的输入/输出的电池组输入/输出控制系统，该电池组通过组合多个单元电池而形成。
背景技术：
为了获得希望的高输出电压或高输出电力(electric power)，串联或并联连接多个单元电池，或将这些单元电池组合成单一的组装的电池或电池组中。电池通过化学反应而产生电力。由此，电池在充电和放电期间产生热。电池温度的升高会不利地影响电池的输出特性。因此，要监视电池温度以限制电池输入/输出。在电池组中，在单元电池之间存在变化。并且，由于电池组的构成，电池组的端部和中心呈现不同程度的散热，导致在电池组的端部与中心之间的温度差。由此，基于在电池组的多个位置处监视的温度来限制电池组的输入/输出。日本专利申请公开11-187577 (JP-A-11-187577)公开了一种二次电池的充电/放电控制器。该控制器根据电池的温度而预先确定充电/放电电力的上限，同时根据充电状态(SOC)而预先确定充电/放电电力的上限。该电池具有多个温度传感器。该控制器将电池的充电/放电控制为使充电/放电电力不超过上限。日本专利申请公开2006-101674(JP-A-2006-101674)公开了一种二次电池的充电/放电控制器。该控制器通过将电流值的平方与电池内阻相乘来计算所产生的内热的量，由此基于所产生的内热的量来估计电池温度。或者，该控制器使用开路电压(OCV)来估计由电极-电解质界面处的化学反应损耗而导致的电池温度。基于所估计的电池温度和测量出的温度中的较高者，限制充电/放电电力。对充电/放电电力的限制使用在0和1之间的值的输出限制比率与电池温度之间的关系。当输出限制比率较接近0时，要更严格地限制充电/放电电力。日本专利申请公开11-111349 (JP-A-11-111349)公开了一种电池电源系统。电池组被分为多个电池块，基于整个电池组的电压、每个电池块的电压、整个电池组的充电/放电电流、单个电池的温度、每个电池块的温度等等，将电池风扇控制为使电池组保持在适宜的温度。日本专利申请公开2001-196102 (JP-A-2001-196102)公开了一种组装电池控制
器。该组装电池由多个电池块形成。修正每个电池块的温度并计算电池块的内阻。基于检测到的异常内阻，确定温度是否异常升高。多个单元电池被组合成电池组。使用检测电池组的表面温度的有限数目的传感器来监视电池组的温度。实际上，电池的表面温度与内部温度之间存在差异，同时电池内的单元电池之间的内阻也存在变化。此外，传感器与电池表面的接触状态存在变化，并且传感器之间存在测量的温度误差。如上所述，在电池组中，各单元电池之间存在变化，并且各传感器之间也存在变化。因此，这些变化需要被直接反应在电池组的测量温度中以确定电池组
4的实际最大内部温度。根据上述相关技术，在通过组合多个单元电池而形成的电池组中，使用多个传感器监视电池温度，并且基于电流而估计电池温度，同时计算电池的内阻以监视内阻是否异常。在基于电池组的测量温度而估计电池组的内部温度时，没有直接反应映出单元电池之间的变化，换言之，来自传感器的检测结果的变化。由此，没有充分正确地计算出电池组的内部温度。这可能会阻止对电池组的输入/输出的充分限制。对电池组的输入/输出的这种不充分的限制会使电池组过热，此外，如果电池组具有例如冒烟点(smoke point)特性， 这会导致冒烟。
发明内容
本发明提供了一种电池组输入/输出控制系统，其估计电池组的最大内部温度以允许基于所估计的最大内部温度而限制电池组的输入/输出。本发明的第一方面涉及一种电池组输入/输出控制系统，包括电池组，其是通过组合多个单元电池而形成的；环境温度获得部，其获得所述电池组的环境温度；多个电池温度传感器，其在所述电池组的表面上的多个位置处检测所述电池组的表面温度；多个电压检测部，其在所述电池组的多个任意预定位置处检测部分所述单元电池的电压；电流值获得部，其获得输入到所述电池组的电流值/从所述电池组输出的电流值；最大温度估计部，其估计所述电池组的最大内部温度；以及输入/输出限制部，其基于所估计的最大内部温度而限制所述电池组的输入/输出。在所述电池组输入/输出控制系统中，所述最大温度估计部包括内部-外部温度差估计装置，其用于基于所述环境温度而估计电池内部-外部温度差或所述电池组的内部温度与表面温度之间的差；以及内阻依赖性温度差估计装置，其用于基于所述电流值和在所述多个任意预定位置处检测到的所述电压而估计每个所述单元电池的内阻，由此基于所估计的所述每个单元电池的内阻而估计依赖于所述单元电池之间的内阻差的内阻依赖性温度差或在所述电池组内的温度差，其中通过将所述电池内部-外部温度差和所述内阻依赖性温度差的和与检测到的所述电池组的表面温度的最大值相加而估计所述电池组的所述最大内部温度，所述电池内部-外部温度差由所述内部-外部温度差估计装置估计，所述内阻依赖性温度差由所述内阻依赖性温度差估计装置估计。根据上述配置，在估计电池组的最大内部温度时，反映了环境温度和在单元电池之间的内阻的变化，由此更加充分地限制电池组的输入/输出。根据本发明的第一方面的电池组输入/输出控制系统还可包括内部-外部温度差存储部，其存储所述环境温度与所述电池内部-外部温度差的预定值之间的关系，其中所述内部-外部温度差估计装置可通过参照存储在所述内部-外部温度差存储部中的所述关系而基于所述环境温度估计所述电池内部-外部温度差。根据上述配置，可以容易地获得所述电池内部-外部温度差。在根据本发明的第一方面的电池组输入/输出控制系统中，当所估计的每个所述单元电池的内阻与标准内阻之间的差等于或低于预定的可识别阈值时，所述内阻依赖性温度差估计装置使用所述标准内阻与所述可识别阈值的量的内阻差的和作为所述每个单元电池的内阻以估计所述内阻依赖性温度差。
通常，电池具有某些内阻变化，因此过于精确地计算内阻是不切实际的。根据上述配置，仅仅选择内阻的某些实质变化(material variation)，而内部的其他非实质变化都包括在这些实质变化中。这允许将由内阻差导致的温度差预设为安全水平或较大值，由此更充分地限制电池组的输入/输出。在根据本发明的第一方面的电池组输入/输出控制系统中，所述最大温度估计部还可包括接触状态依赖性温度差估计装置，其用于估计所述电池组的实际表面温度与由所述电池温度传感器检测到的表面温度的值之间的依赖于所述多个电池温度传感器与所述电池组的表面的接触状态而引起的温度差的最大值。所述多个电池温度传感器不总是以传感器与电池组的表面之间的均勻接触状态而被安装到电池组的表面。根据上述配置，预先确定依赖于所述接触状态的所述温度差的最大值。这允许将由电池温度传感器的不同接触状态导致的温度差预设为安全水平或较大值，由此充分地限制电池组的输入/输出。接触状态的变化会作为由电池组的位置导致的对电池组的冷却程度的差异而出现。因此，接触状态的变化被考虑为电池组冷却变化。电池组冷却变化可被预设到安全水平。在根据本发明的第一方面的电池组输入/输出控制系统中，所述最大温度估计部还可包括传感器依赖性温度差估计装置，其用于基于所述环境温度而估计依赖于所述多个电池温度传感器之间的不同检测特性的检测到的温度误差。所述多个电池温度传感器具有各自的差异，因此会从相同的温度获得各自不同的检测值。这样的检测到的温度误差受环境温度影响。根据上述配置，在估计依赖于电池温度传感器之间的变化的温度差时反映了环境温度。这允许更充分地限制电池组的输入/输出特性。在根据本发明的第一方面的电池组输入/输出控制系统中，所述输入/输出限制部可依赖于所估计的最大内部温度与预定温度之间的比较而改变上限使用温度，在所述上限使用温度处所述输入/输出限制部开始限制所述电池组的所述输入/输出；并且当所估计的最大内部温度等于或低于所述预定温度时，可防止所述电池组冒烟。已知即使电池被激活，锂离子或其他类型的电池在达到大于等于冒烟点的温度时也会冒烟。用户经常观察到作为电池异常的冒烟。根据上述配置，考虑了冒烟点以限制电池组的输入/输出。这允许即使对于用户而言也可以充分地限制电池组的输入/输出。在根据本发明的第一方面的电池组输入/输出控制系统中，所述环境温度为被并入在所述电池组中以冷却所述电池组的介质的温度。本发明的第二方面涉及一种限制具有多个单元电池的电池组的输入/输出的方法。所述方法包括检测所述多个单元电池中的至少两个的电压值；检测输入到所述电池组的电流值/从所述电池组输出的电流值；在所述电池组的表面上的多个位置处检测所述电池组的表面温度；基于检测到的电压值和检测到的电流值而计算所述至少两个单元电池的内阻值；基于计算出的每个所述单元电池的内阻值和在所述电池组的表面上的所述多个位置中的相对于所述每个单元电池的最近位置处检测到的表面温度而估计计算了其内阻值的所述至少两个单元电池中的每一个的内部温度；以及如果所估计的所述至少两个单元电池的内部温度的最大值超过预定温度，则限制输入到所述电池组的电流/从所述电池组输出的电流。
根据本发明的第二方面的限制具有多个单元电池的电池组的输入/输出的方法还可包括检测被并入在所述电池组中以冷却所述电池组的介质的温度。可以基于所述介质的温度而估计所述单元电池的内部温度。
通过参考附图对示例性实施例的以下描述，本发明的上述和其他目的、特征以及优点将显而易见，其中使用相似的标号表示相似的要素，并且其中图1示例出根据本发明的实施例的电池组输入/输出控制系统的配置；图2为示例出根据本发明的实施例的基于所估计的电池组的最大内部温度而限制电池组的输入/输出的过程的流程图；图3为示出了根据本发明的实施例的在环境温度与内部-外部温度差之间的关系的图；图4示例出根据本发明的实施例如何估计电阻依赖性温度差；图5示意性地示出了根据本发明的实施例的多个温度传感器与电池组表面的接触状态；图6示出了根据本发明的实施例的三个温度传感器在电池组上的安装状态；图7为示出了根据本发明的实施例的环境温度与测量温度误差(measured temperature error)之间的关系的图；图8示例出根据本发明的实施例的控制电池组的输入/输出的处理流程；图9示例出根据本发明的实施例的计算输入/输出电力的详细流程；图10从温度构成的观点示出了根据本发明的实施例如何估计电池组的最大内部温度以及如何基于所估计的最大内部温度而限制电池组的输入/输出；以及图11示出了使用电池组输入/输出电力特性图如何基于电池表面温度而限制电池组的输入/输出以及如何基于所估计的电池组的最大内部温度而限制电池组的输入/输出ο
具体实施例方式下面将参考附图详细描述本发明的实施例。在以下描述中，电池组是指通过组合多个锂离子单元电池而形成的锂离子电池组。备选地，电池组可以为例如镍-金属氢化物电池组。在以下描述中，电池组是通过串联连接多个单元电池而形成的。然而，很明显，电池组可以是通过并联连接多个单元电池而形成的。备选地，可以部分地串联且部分地并联连接多个单元电池而形成单个电池组。将在下面描述的每种类型的传感器的数目及其位置仅仅是本发明的实例。很明显，所使用的每种类型的传感器的数目不限于下述数目，并可以任意地选择传感器的位置。 例如，在以下描述中，使用进气(intake)温度传感器来检测环境温度。作为进气温度传感器的备选，可以使用外部空气温度传感器或者检测电池组附近的温度的温度传感器。在以下描述中，包括电池组的电源电路具有诸如系统主继电器、电压变换器、平滑电容器(smoothing condenser)以及逆变器(inverter)。根据需要还可包括附加的部件。 DC/DC转换器和低电压电源可以作为附加的部件的实例。
在以下描述中，使用单台的电动发电机(motor generator)。电动发电机被连接到包括电池组的电源电路。电动发电机既用作电动机又用作发电机。备选地，可以使用两台电动发电机或者使用单台电动机和单台发电机。在对附图的以下描述中，使用相似的标号表示相似的要素，而不重复对其的描述。 在对本发明的实施例的以下描述中，根据需要，一些要素被表示为之前已提到的标号。图1示例出电池组输入/输出控制系统10或混合动力车辆控制系统的一部分，其控制具有电池组和电动发电机的混合动力车辆的操作。电池组输入/输出控制系统10控制电池组的输入/输出。电池组输入/输出控制系统10具有基于电池组的表面温度而限制电池组的输入/输出的功能。更具体而言，电池组输入/输出控制系统10具有估计电池组的最大内部温度和基于所估计的最大内部温度来限制电池组的输入/输入的功能。电池组输入/输出控制系统10包括通过组合多个单元电池12而形成的电池组 14 ；系统主继电器16 ；电池组侧平滑电容器18 ；电压变换器20 ；逆变器侧平滑电容器22 ；逆变器M ；电动发电机沈；与电池组14关联地设置的电流传感器30 ；电压传感器34 ；温度传感器32 ；作为环境温度传感器的进气温度传感器36 ； I/V/T检测部40 ；以及控制器50。I/ V/T检测部40被连接到上述传感器以检测电流I、电压V以及温度T。控制器50整体上控制这些部件的操作。在该情况下，控制器50等价于电池组输入/输出控制系统。通过串联连接多个锂离子单元电池或单元电池12而形成电池组14以获得希望的输出电压和输出电流。电池组14是作为可充电/可放电二次电池的组装电池。例如，希望的输出电压可被限定为约200V的端子电压。在该情况下，可以通过串联连接至少100个锂离子单元电池12来形成电池组14。在电池组输入/输出控制系统10中设置电流传感器30。电流传感器30具有检测电池组14的输入/输出电流的功能。电流传感器30与电池组14的两个端子中的至少一个串联连接。在电流传感器30被设置在电池组14的端子中的一个的情况下，由电流传感器30检测到的电流值指示出电池组14的电流值。在电流传感器30被设置在电池组14的两个端子上的情况下，I/V/T检测部40获得在两个电流传感器值之间的差。如果该差超过了预定的可允许的差，例如，电流传感器30被检测为是异常的。如上所述，设置电流传感器30以获得输入到电池组14的电流值/从电池组14输出的电流值。电流传感器30为本发明的电流值获得部的实例。电流传感器30被连接到I/ V/T检测部40。电流值的数据通过I/V/T检测部40而被发送到控制器50。当使用多个电流传感器30并监视到在电流传感器30之间的电流值的异常的差时，I/V/T检测部40输出该异常的差的信息以进行修正电流值的处理，从而确定单一的正确值。关于该单一的正确电流值的数据被发送到控制器50。在电池组输入/输出控制系统10中设置电压传感器34。电压传感器34具有检测每一个形成电池组14的单元电池12的电压的功能。使用多个电压传感器34。如图1的实例所示，沿着设置形成单个电池组14的单元电池12的方向等间隔地设置五个电压传感器 34。由此，电压传感器34具有在电池组14上的电压传感器34的多个预定位置处检测部分单元电池12的电压的功能。电压传感器34是本发明的电压检测部的实例。电压传感器34被连接到I/V/T检测部40。与部分单元电池12的电压值有关的数据通过I/V/T检测部40而被发送到控制器50。 在电池组输入/输出控制系统10中设置温度传感器32。温度传感器32位于电池组14的表面上，并具有检测电池组14的表面温度的功能。使用多个温度传感器32。如图1的实例所示，沿设置形成单个电池组14的单元电池12的方向等间隔地设置三个温度传感器32。 例如，温度传感器32可以为热敏电阻器或其他温度感测器件。温度传感器34通过适宜的安装方式而被安装到电池组14的表面。该安装方式可以采用适宜的粘合材料。备选地，可以采用一体模制技术。一体模制技术被设计为使用将与电池组14 一体形成的树脂材料来模制热敏电阻器或其他温度感测器件。在以下描述中，通过一体模制技术将温度传感器32安装到电池组14。温度传感器32具有检测电池组14的表面温度的功能。温度传感器32可以被称为本发明的电池表面温度传感器或电池温度传感器。温度传感器32被连接到I/V/T检测部40。与电池组14的表面温度有关的数据通过I/V/T检测部40而被发送到控制器50。进气温度传感器36具有检测电池组14周围的环境温度的功能。进气温度传感器 36被设置在进气口(intake port)中，该进气口被设计为冷却电池组14。进气温度传感器 36检测进气温度或被引入到电池组14中以冷却电池组14的空气的温度。由此，进气温度传感器36具有获得电池组14的环境温度的功能。进气温度传感器36为本发明的环境温度获得部的实例。可以在进气口中设置多个进气温度传感器36。备选地，除了进气温度传感器36之外，可以设置另一传感器作为环境温度检测装置。在这些情况下，由各传感器检测到的值可被平均化，并且可将经平均化的值的结果确定为电池组14的环境温度。I/V/T检测部40是被设置在几种类型的传感器与控制器50之间的接口电路。由几种类型的传感器检测到的值的一个实例为模拟电压值。Ι/ν/Τ检测部40具有将传感器的不同模拟信号水平转变为归一化的(normalized)模拟信号或数字信号以适合控制器50中的各处理步骤的功能。系统主继电器16为在电池组14或高电压二次电池与包括电动发电机沈的负载侧之间提供电连接与断开电连接的电源开关。系统主继电器16使用多个继电器。这些继电器被设置为独立于正极母线和负极母线，以防止各继电器中的端子因为由高电压连接或断开造成的电弧放电等等而焊接到彼此。这些继电器以彼此适宜地区分的其各自的预定时序在电池组14与负载侧之间连接或断开。这防止了各继电器中的端子被焊接到彼此。电压变换器20位于电池组14与逆变器M之间，并具有变换电压的功能。电压变换器20可包括电抗器和切换元件。在控制器50的控制下激活该切换元件。转换电压的功能包括升压功能和降压功能。升压功能被设计为通过电抗器的能量存储效应而使电池组侧的电压升压，由此向逆变器侧提供经升压的电压。降压功能被设计为降低逆变器侧的电压， 由此将经降压的电压作为充电电压而供给到电池组侧。电池组侧平滑电容器18被设置在电池组14与电压变换器20之间。逆变器侧平滑电容器22被设置在电压变换器20与逆变器M之间。这些电容器18和22具有降低电压变化和电流变化以平滑电压和电流的功能。逆变器M是在交流(AC)与直流(DC)之间进行转换的电路。逆变器M包括在控制器50的控制下激活的多个切换元件。逆变器M被设计为既用于AC到DC转换也用于DC
9到AC转换。当电动发电机沈用作发电机时，逆变器M具有AC到DC转换功能。该功能被设计为将来自电动发电机26的三相再生AC电力转换为DC电力，由此向电池组侧供应DC 电力作为充电电流。当电动发电机26用作电动机时，逆变器M在车辆加速期间具有DC到 AC转换功能，而在车辆制动期间具有AC到DC转换功能。DC到AC转换功能被设计为将来自电池组侧的DC电力转换为三相AC驱动电力，由此向电动发电机沈供应三相AC驱动电力作为驱动电力。相反地，AC到DC转换功能被设计为将来自电动发电机沈的三相再生AC 电力转换为DC电力，由此向电池组侧供应DC电力作为充电电流。电池组14、系统主继电器16、电池组侧平滑电容器18、电压变换器20、逆变器侧平滑电容器22以及逆变器M被连接到电动发电机沈，形成单个电源电路。电动发电机沈是被安装到车辆的三相同步电动发电机(MG)。当由包括电池组14 的电源电路向电动发电机26供应电力时，电动发电机沈用作马达。否则，在车辆引擎(未示出)操作期间或在车辆制动期间，电动发电机26用作发电机。控制器50具有在整体上控制电池组输入/输出控制系统10的各部件的操作的功能。更具体而言，控制器50具有以下功能估计电池组的最大内部温度，基于所估计的最大内部温度而控制电压变换器20和逆变器M的操作，由此限制电池组14的输入/输出电力。该控制器50可以为车载计算机或其他适宜的设备。控制器50包括最大温度估计部52 ；温度差图存储部62 ；以及输入/输出限制部 64。最大温度估计部52被设计为估计电池组14的最大内部温度。温度差图存储部62被设计为存储由最大温度估计部52所使用的温度差图。输入/输出限制部64被设计为基于所估计的最大内部温度而限制电池组14的输入/输出电力。最大温度估计部52包括内部-外部温度差估计模块M ；电阻依赖性温度差估计模块56 ；接触状态依赖性温度差估计模块58 ；以及传感器依赖性温度差估计模块60。内部-外部温度差估计模块M被设计为估计内部-外部温度差，更具体而言，电池组14的表面温度与内部温度之间的差。电阻依赖性温度差估计模块56被设计为估计依赖于单元电池12的不同内阻的电池组内的温度差。接触状态依赖性温度差估计模块58被设计为估计依赖于温度传感器32与电池组14的接触状态的温度差。传感器依赖性温度差估计模块60 被设计为估计依赖于温度传感器32之间的不同检测特性的温度差。上述功能通过软件实现。更具体而言，通过实施电池组输入/输出控制程序实现上述功能。这些功能的一部分可以通过硬件实现。参考图2到图11，将在下面详细说明由此配置的控制器50的操作，更具体地，控制器50的功能。图2为示例出基于所估计的电池组14的最大内部温度而限制电池组14的输入/输出的过程的流程图。图3到图7示例出控制器50中的最大温度估计部52的各功能。图8到图11示例出如何限制电池组14的输入/输出。如上所述，图2为示例出基于所估计的电池组14的最大内部温度而限制电池组14 的输入/输出的过程的流程图。每个过程步骤对应于电池组输入/输出控制程序的每个步骤。为了限制电池组14的输入/输出，首先获得环境温度、电池表面温度、电流I以及电压 V(步骤S10)。更具体而言，通过进气温度传感器36获得环境温度；通过温度传感器32获得电池表面温度；通过电流传感器30获得电流值；以及通过电压传感器34获得部分单元电池的电压。
然后，估计四个温度差。也就是，估计内部-外部温度差(步骤SU)；估计电阻依赖性温度差(步骤S14)；估计传感器接触状态依赖性温度差(步骤S16)；以及估计传感器依赖性温度差(步骤S18)。参考图3到图7，将在下面描述这些估计。估计内部-外部温度差的步骤(SU)被设计为基于环境温度而估计电池内部-外部温度差或电池组14的内部温度与表面温度之间的差。由温度传感器32实际检测表面温度。通过控制器50中的最大温度估计部52的内部-外部温度差估计模块M的功能而实施该步骤。更具体而言，通过考虑由进气温度传感器36获得的环境温度而估计由温度传感器32实际检测到的电池组14的表面温度与电池组14的内部温度之间的差。该估计由此使用图3中示出的图。该图示出了环境温度与内部-外部温度差之间的关系。该图是通过实验确定的数据而绘制的。水平轴表示环境温度。垂直轴表示以电池组14的表面温度用作基准的内部-外部温度差。通过从电池组14的内部温度减去由温度传感器32测量的电池组14的表面温度而获得内部-外部温度差。内部-外部温度差具有随着环境温度从室温(RT)降低而增大的特性。这样的特性由电池组14的结构限定，因此，预先获得表明环境温度与内部-外部温度差之间的关系的图。所获得的图被存储在控制器50中的温度差图存储部62中。由此，为了估计内部-外部温度差，使用环境温度作为搜索关键字来搜索表明环境温度与内部-外部温度差之间的关系的图，由此读出对应的内部-外部温度差。除了表明环境温度与内部-外部温度差之间的关系的图之外，可以使用任何数据形式，只要该数据使环境温度与内部-外部温度差相关联即可。例如，可以采用查找表的形式，在该查找表中，限定环境温度与内部-外部温度差之间的关系。备选地，可以采用函数形式，在该函数中，具有环境温度的输入的函数产生内部-外部温度差的输出。估计电阻依赖性温度差的步骤(S14)被设计为从在电压传感器34的多个位置处检测到的电压值V和电流值I估计每个单元电池12的内阻R，由此估计依赖于单元电池12 之间的内部R的差的电池组14内的温度差。通过最大温度估计部52的电阻依赖性温度差估计模块56的功能而实施该步骤。图4示例出如何估计电阻依赖性温度差。在图4中，水平轴表示在电池组14中的单元电池12的位置。并且，垂直轴按从图4的底部到顶部的顺序表示电流值I、单元电池 12的电压值V以及电池组14的表面温度。电池组14具有对电流I的一个测量。设置有电压传感器34的部分单元电池12 具有对其各自的电压值V的自己的测量数据。作为实例，图4示出了五个电压值V的数据。 在图4中，通过内插法(interpolation)估计在这五个测量数据点之间的中间点处的其他单元电池12的电压值V。图4通过用直线连接这五个测量数据点而示出了所有单元电池 12的电压值V。以该方式，确定每个单元电池12的电压值V和电流值I，并由此将电压值V 和电流值I输入到式R = V/I中，从而计算出每个单元电池12的内阻R。自然地，在单元电池12之间存在内部R的显著变化。假设由此计算出的内阻R 的值被直接用于估计所产生的热的量，所估计的所产生的热的量会小于所产生的热的实际量。因此，为了将依赖于内阻R的温度差预先设定到安全水平，将计算出的每个单元电池12 的内阻值与标准内阻值比较。如果计算出的值与标准值之间的差等于或低于预定的可识别阈值，则认为每个单元电池具有与标准内阻值相差可识别阈值的量的内阻。也就是，将每个单元电池的内阻值估计为等于标准内阻值与可识别阈值的量的内阻差的和。由此，即使当所计算的内阻值小于实际内阻值时，所计算的值与标准值之间的内阻差也增加到预定的可识别阈值。这允许依赖于内阻R的温度差被预先设定到安全水平，即，较大的值。基于电流值I与每个电压值V的积而估计依赖于内阻R的电池温度的升高。根据本发明的实施例，电流值I是恒定的。因此假设依赖于内阻R的电池温度的升高显示出与电压值V基本上相同的分布图形。图4示出了温度传感器32的三个测量点。在这三个测量点之间的中间点处的温度通过直接内插依赖于内阻R的电池温度的分布而确定。在图4 的实例中，根据电压值V的分布图形来内插在温度传感器32的三个测量点之间的中间点。 该实例示出了依赖于各内阻R的所估计的单元电池12的温度。如图4所示，依赖于各内阻R的所估计的单元电池的温度的最大值72高于通过温度传感器32检测到的三个测量点的最大值70。所估计的最大值72与所测量的最大值70 之间的差对应于依赖于内阻R的温度差。以该方式，估计依赖于内阻R的温度差。估计传感器接触状态依赖性温度差的步骤(S16)被设计为提前估计电池组14的实际表面温度与由温度传感器32检测到的温度值之间的温度差的最大值。这些温度差依赖于多个温度传感器32与电池组14的表面的接触状态。通过最大温度估计部52的接触状态依赖性温度差估计模块58的功能来实施该步骤。图5示意性示出了多个温度传感器32与电池组14的表面的接触状态。如图5所示，将三个温度传感器32安装到电池组14，其中这三个温度传感器32与电池组14之间的间距(clearance)分别为屯、d2和d3。该间距实质上不是必需的。然而，确实存在一定的间距。这些间距导致由温度传感器32检测到的温度值与电池组14的实际内部温度之间的差。虽然实际上存在由这些间距导致的宽的温度差变化，但温度差被估计在特定的值范围内。在该情况下，从限制电池组14的输入/输出的观点出发，以安全的值(也就是，相对较大的值)估计将依赖于上述接触状态的温度差。例如，可将温度差估计在预设的恒定的安全值。虽然温度差的估计依赖于传感器32如何被安装到电池组14，但可以将落入10°C到 20 0C的适宜范围内的温度差估计为传感器接触状态依赖性温度差。电池组14与温度传感器32之间的间距或接触状态的变化被认为是作为在温度传感器32位于电池组14上的位置处的部分单元电池12的冷却程度的差异而出现的。估计传感器依赖性温度差的步骤(S18)被设计为基于环境温度而估计依赖于多个温度传感器32之间的不同检测特性的检测到的温度误差。通过最大温度估计部52的传感器依赖性温度差估计模块60的功能而实施该步骤。图6示出了三个温度传感器32在电池组14上的安装状态。在图6中，电池组14 的表面温度Tb是恒定的，且三个温度传感器32各自的与电池组14之间的间距彼此相同。 尽管如此，由三个温度传感器32检测到的值会全部都与表面温度Tb不同。图6的实例表示了由三个温度传感器32检测到的温度值与Tb的偏差分别为Δ \、ΔΤ3。如上所述，三个温度传感器32由于在传感器32之间不同的检测特性而检测出彼此不同的温度值。 不同的检测特性不仅包括各温度传感器32之间不同的温度感测特性，还包括由一体化树脂模制造成的不同条件，例如，树脂模制的温度感测装置之间的不同位置关系。图7示出了当环境温度降低时传感器依赖性温度差同样增大，这与参考图3描述的内部-外部温度差的情况相同。在图7中，水平轴表示环境温度，而垂直轴表示测量温度误差或温度传感器之间的检测到的温度值的差异。预先根据经验获得关于环境温度与测量温度误差之间的关系的数据，并将其绘制在图中。表明环境温度与测量温度误差之间的关系的图被存储在控制器50中的温度差图存储部62中，这与参考图3描述的图的情况相同。由此，为了估计传感器依赖性温度差，使用环境温度作为搜索关键字来搜索表明环境温度与测量温度误差之间的关系的图，由此读出对应的测量温度误差作为传感器依赖性温度差。除了表明环境温度与测量温度误差之间的关系的图之外，可以采用任何数据形式，只要该数据使环境温度与测量温度误差相关联即可。例如，可以采用查找表的形式，在该查找表中，限定环境温度与测量温度误差之间的关系。备选地，可以采用函数的形式，在该函数中，具有环境温度的输入的函数产生测量温度误差的输出。回到图2，当完成了估计温度差的四个步骤时，估计电池组14的最大内部温度(步骤S20)。然后，确定所估计的最大内部温度是否等于或大于预定的阈值温度(步骤S22)。 优选地，阈值温度是作为锂离子电池的特性的冒烟点 ；。如果最大内部温度低于Ttl，可以防止锂离子电池冒烟。如果电池组14不是锂离子电池，则根据所使用的电池类型的特性来预先确定阈值温度I。然后，如果在步骤S22中的确定是肯定的，则限制电池组14的输入/ 输出电力以防止电池组14冒烟(步骤S24)。当实施步骤S24时或者如果步骤S22中的确定为否定时，用于控制电池组输入/输出的一系列步骤结束。图8示例出用于控制电池组输入/输出的一系列步骤的流程。在图8中，监视由多个电流传感器30检测到的电流值之间的差异，然后确定单一电流值。此外，监视由多个进气温度传感器36所检测的环境温度值之间的差异，然后通过平均化这些值或其他适宜的处理来确定环境温度。此外，从最大值到最小值来排列由多个温度传感器32检测到的电池表面温度的值，并且监视最大电池表面温度以及电池表面温度值与Tb的偏差，然后确定最大电池表面温度。接着，基于电流值、环境温度以及最大电池表面温度而计算电池组14的输入/输出电力。根据该计算，限制输入/输出电力。图9示例出计算电池组14的输入/输出电力的详细流程。如图9所示，基于电流值和环境温度而计算电阻依赖性温度差，同时基于环境温度而计算内部-外部温度差。然后，将电阻依赖性温度差、内部-外部温度差、传感器接触状态依赖性温度差以及传感器依赖性温度差与电池组14的上限使用温度T1相加，由此估计电池组14的最大内部温度。然后，比较所估计的最大内部温度与冒烟点Ttl或临界温度以防止锂离子电池冒烟。根据比较结果，限制上限使用温度。基于对该上限使用温度的限制，限制电池组14的输入/输出电力。图10从温度构成的观点示出了如何估计电池组14的最大内部温度以及如何基于所估计的最大内部温度而限制电池组14的输入/输出。图10中的最左侧的图表示出了如何确定所估计的电池组14的最大内部温度。在该图表中，水平轴表示时间，而垂直轴表示温度。实线示出了由温度传感器32测量的最大电池表面温度。虚线示出了所估计的电池组14的最大内部温度。在实线与虚线之间存在四个空心白箭头。这些箭头指示出在图3 到图7中描述的四个估计的温度差。更具体而言，通过将内部-外部温度差、电阻依赖性温度差、传感器接触状态依赖性温度差以及传感器依赖性温度差与测量出的最大电池表面温度相加而获得所估计的电池组14的最大内部温度。在图10的右侧的两个棒状图(bar graph)示出了电池组14的上限使用温度T1与冒烟点Ttl之间的关系，其中所估计的电池组14的最大内部温度被表示为TM。基于由温度传感器32检测到的电池表面温度而确定电池组14的上限使用温度1\。换言之，通常将电池组14的输入/输出电力限制为使由温度传感器32检测到的值不超过上限使用温度1\。图10的右侧的棒状图中的一个示出了比较例。在该比较例中，通过通常地实施输入/输出限制处理而将电池表面温度控制在上限使用温度1\。该实例表明，虽然实施了通常的输入/输出限制处理，但所估计的电池组14的最大内部温度Tm超过了冒烟点 ；。这导致锂离子电池冒烟。由此，根据本发明的实施例，基于所估计的电池组14的最大内部温度Tm而限制电池组14的输入/输出。图10中的右侧的另一棒状图示出了基于Tm来限制电池组14的输入/输出的情况。在该图表中，将所估计的电池组14的最大内部温度Tm与冒烟点Ttl相比较。然后，将上限使用温度T1降低到T/，以便Tm不超过Ttlt5因此，将所估计的电池组14的最大内部温度Tm降低到TM’，其降低量为上限温度的降低量。以该方式，基于所估计的电池组14的最大内部温度Tm而限制电池组14的输入/输出，由此防止锂离子电池冒烟。图11示出了使用电池组14的输入/输出电力特性图如何基于电池表面温度而限制电池组14的输入/输出以及如何基于所估计的电池组14的最大内部温度而限制电池组 14的输入/输出。在图11中，水平轴表示电池组14的表面温度，而垂直轴表示电池组14 的输入/输出电力或充电/放电电力。如上所述，当基于电池表面温度而限制电池组14的输入/输出时，电池组14的表面温度等于或低于上限使用温度1\。相反地，当基于所估计的电池组14的最大内部温度而限制电池组14的输入/输出时，如果所估计的最大内部温度Tm等于或高于冒烟点Ttl，电池组14的表面温度被降低到 T/，以便所估计的最大内部温度TM’不超过冒烟点Ttl，如图10所述。以该方式，基于所估计的电池组14的最大内部温度Tm而限制电池组14的输入/输出，由此防止锂离子电池冒烟。本发明可适用于一种限制具有多个单元电池的电池组的输入/输出的方法。该方法包括检测所述多个单元电池中的至少两个的电压值；检测输入到所述电池组的电流值 /从所述电池组输出的电流值；在所述电池组的表面上的多个位置处检测所述电池组的表面温度；基于检测到的电压值和检测到的电流值而计算所述至少两个单元电池的内阻值； 基于计算出的每个所述单元电池的内阻值和在所述电池组的表面上的所述多个位置中的相对于所述每个单元电池的最近位置处检测到的表面温度而估计计算了其内阻值的所述至少两个单元电池中的每一个的内部温度；以及如果所估计的所述至少两个单元电池的内部温度的最大值超过预定温度，则限制输入到所述电池组的电流/从所述电池组输出的电流。该限制具有多个单元电池的电池组的输入/输出的方法还可包括检测被并入在所述电池组中以冷却所述电池组的介质的温度。可以基于所述介质的温度而估计所述单元电池的内部温度。虽然已在上面示例出本发明的一些实施例，但应理解，本发明并不局限于所示例的实施例的细节，而是可以在不背离本发明的范围的情况下通过对本领域的技术人员显而易见的各种改变、修改或改进而被实施。
权利要求
1.一种电池组输入/输出控制系统，其特征在于包括 电池组，其是通过组合多个单元电池而形成的； 环境温度获得部，其获得所述电池组的环境温度；多个电池温度传感器，其在所述电池组的表面上的多个位置处检测所述电池组的表面温度；多个电压检测部，其在所述电池组的多个任意预定位置处检测部分所述单元电池的电压；电流值获得部，其获得输入到所述电池组的电流值/从所述电池组输出的电流值； 最大温度估计部，其估计所述电池组的最大内部温度；输入/输出限制部，其基于所估计的最大内部温度而限制所述电池组的输入/输出， 其中所述最大温度估计部包括内部-外部温度差估计装置，其用于基于所述环境温度而估计电池内部-外部温度差或所述电池组的内部温度与表面温度之间的差；内阻依赖性温度差估计装置，其用于基于所述电流值和在所述多个任意预定位置处检测到的所述电压而估计每个所述单元电池的内阻，由此基于所估计的所述每个单元电池的内阻而估计依赖于所述单元电池之间的内阻差的内阻依赖性温度差或在所述电池组内的温度差，并且其中通过将所述电池内部-外部温度差和所述内阻依赖性温度差的和与检测到的所述电池组的表面温度的最大值相加而估计所述电池组的所述最大内部温度，所述电池内部-外部温度差由所述内部-外部温度差估计装置估计，所述内阻依赖性温度差由所述内阻依赖性温度差估计装置估计。
2.根据权利要求1的电池组输入/输出控制系统，还包括内部-外部温度差存储部， 其存储所述环境温度与所述电池内部-外部温度差的预定值之间的关系，其中所述内部-外部温度差估计装置通过参照存储在所述内部-外部温度差存储部中的所述关系而基于所述环境温度估计所述电池内部-外部温度差。
3.根据权利要求1或2的电池组输入/输出控制系统，其中当所估计的每个所述单元电池的内阻与标准内阻之间的差等于或低于预定的可识别阈值时，所述内阻依赖性温度差估计装置使用所述标准内阻与所述可识别阈值的量的内阻差的和作为所述每个单元电池的内阻以估计所述内阻依赖性温度差。
4.根据权利要求1到3中任一项的电池组输入/输出控制系统，其中所述最大温度估计部还包括接触状态依赖性温度差估计装置，其用于估计所述电池组的实际表面温度与由所述电池温度传感器检测到的表面温度的值之间的依赖于所述多个电池温度传感器与所述电池组的表面的接触状态而引起的温度差的最大值。
5.根据权利要求1到4中任一项的电池组输入/输出控制系统，其中所述最大温度估计部还包括传感器依赖性温度差估计装置，其用于基于所述环境温度而估计依赖于所述多个电池温度传感器之间的不同检测特性的检测到的温度误差。
6.根据权利要求1到5中任一项的电池组输入/输出控制系统，其中所述输入/输出限制部依赖于所估计的最大内部温度与预定温度之间的比较而改变上限使用温度，在所述上限使用温度处所述输入/输出限制部开始限制所述电池组的所述输入/输出。
7.根据权利要求1到6中任一项的电池组输入/输出控制系统，其中当所估计的最大内部温度等于或低于所述预定温度时，防止了所述电池组冒烟。
8.根据权利要求1到7中任一项的电池组输入/输出控制系统，其中所述环境温度为被并入在所述电池组中以冷却所述电池组的介质的温度。
9.一种限制具有多个单元电池的电池组的输入/输出的方法，所述方法的特征在于包括检测所述多个单元电池中的至少两个的电压值； 检测输入到所述电池组的电流值/从所述电池组输出的电流值； 在所述电池组的表面上的多个位置处检测所述电池组的表面温度； 基于检测到的电压值和检测到的电流值而计算所述至少两个单元电池的内阻值； 基于计算出的每个所述单元电池的内阻值和在所述电池组的表面上的所述多个位置中的相对于所述每个单元电池的最近位置处检测到的表面温度而估计计算了其内阻值的所述至少两个单元电池中的每一个的内部温度；以及如果所估计的所述至少两个单元电池的内部温度的最大值超过预定温度，则限制输入到所述电池组的电流/从所述电池组输出的电流。
10.根据权利要求9的限制具有多个单元电池的电池组的输入/输出的方法，还包括 检测被并入在所述电池组中以冷却所述电池组的介质的温度，其中基于所述介质的温度而估计所述单元电池的内部温度。
全文摘要
一种用于估计电池组14的最大内部温度的控制器50处理电池组输入/输出限制。该控制器50估计电池组14的表面温度与内部温度之间的差；依赖于单元电池12的不同内阻的温度差；依赖于多个温度传感器32与电池组14的接触状态的温度差；以及依赖于在温度传感器32之间不同的检测特性的温度差。该控制器50还基于所估计的最大内部温度而限制电池组14的输入/输出电力。
文档编号H01M10/44GK102204003SQ200980143314
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月29日 优先权日2008年10月30日
发明者南浦启一 申请人:丰田自动车株式会社