專利名稱：蓄電池的狀態管理系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及管理電池組狀態的狀態管理系統，該電池組通過組合若干蓄電池(諸如鎳/氫蓄電池)而成，它可以用作可動物體(諸如電動車)的驅動電源。
背景技術：
密封的鎳/氫蓄電池具有優良的基本性能，諸如能量密度、輸出性能和使用壽命性能；它正在進入實用開發，作為可動物體(諸如電動車)的驅動電機或類似裝置的電源。在用作電動車的情況下，電池必須擁有約為50至150安培小時的電池容量以及約為100至350V的總電壓，提供預定的驅動輸出。
由于一個電池，即密封鎳/氫蓄電池的最小單元的輸出電壓約為1.2V，故將若干電池串聯連接以獲得預定的總電壓。
如果將十個此類電池串聯連接形成一個模塊電池，且如果將24個這樣的模塊電池串聯連接，則形成一個含有240個電池的電池組，以產生288V的總電壓。
在諸如其上安裝了此類電池組的電動車之類的可動物體中，由電池組向電機或類似的裝置供電，使車輛始終運行于穩定的狀態，而電池的狀態必須予以管理。
在大多數情況下常用鉛蓄電池作為可動物體諸如電動車中驅動電機或類似裝置的電源。對由鉛蓄電池組成的電池組性能的狀態監測，基本上通過監測電池的端電壓而實現。例如，總的說來，測量電池組正負端之間的電壓，即總電壓；通過一種恒壓充電法控制一個電壓并監測放電電壓和停機電壓。
此外，為了電池的安全控制，已經建議一種監測電池絕對溫度的方法。
然而，用作可動物體諸如電動車的驅動電機或類似裝置之電源的密封鎳/氫蓄電池，其電池性能與諸如鉛蓄電池之類傳統電池的性能大不相同，因此，所建議的針對鉛蓄電池的恒壓控制難以充分利用電池的性能，故無法充分利用電池的性能。
發明概述本發明的目的在于提供一種密封鎳/氫蓄電池的狀態管理系統，為此，可以充分利用密封鎳/氫蓄電池的性能，該密封鎳/氫蓄電池具有優良的基本性能，諸如能量密度、輸出性能和使用壽命性能。
在本發明中，用作可動物體之驅動電源的蓄電池的狀態管理系統包括通過若干蓄電池組合而成的蓄電池組；向所述蓄電池組提供冷卻空氣的通風部件；設置在所述蓄電池組附近的檢測單元，檢測有關蓄電池電壓、溫度和壓力以及環境溫度的狀態信息，所述檢測單元具有將獲得的檢測值從模擬值轉換為數字值的模—數轉換功能，以及以串行方式依次發送所述數字值的信號發送功能；可動物體信號控制部件用于控制蓄電池的放電電流、蓄電池的充電電流、在可動物體停止操作期間產生的至蓄電池的再生電流、以及各類與可動物體有關的信息；蓄電池狀態判斷單元，包括根據來自所述檢測單元和可動物體信號控制部件的信息執行計算的計算部件；向蓄電池充電器提供充電控制信號的充電控制信號部件，該充電器的輸入電源為交流電源；向顯示部件提供容量判斷信號的剩余容量判斷信號部件；向顯示部件提供壽命判斷信號的壽命判斷信號部件；以及向所述可動物體信號控制部件提供可動物體控制信號的可動物體控制信號部件；蓄電池充電器，在來自所述蓄電池狀態判斷單元的充電控制信號的控制下，向所述蓄電池組充電；以及顯示部件，在來自蓄電池狀態判斷單元的容量判斷信號和壽命判斷信號的控制下，顯示蓄電池的剩余容量和壽命判斷結果。
該系統中，通風單元均勻地冷卻組成所述蓄電池組的各個電池；檢測單元設置在所述蓄電池組的附近，檢測諸如蓄電池電壓、蓄電池溫度、蓄電池壓力和環境溫度之類的蓄電池狀態信息，并將該信息提供給蓄電池狀態判斷單元；可動物體信號控制部件為蓄電池狀態判斷單元提供蓄電池的放電電流和充電電流，向蓄電池提供在可動物體停止操作期間產生的再生電流，以及與可動物體有關的各類信息；蓄電池充電器在提供給蓄電池狀態判斷單元的充電控制信號的控制下，對所述蓄電池組充電；以及所述顯示部件顯示蓄電池的剩余容量和壽命判斷結果，因此，當顯示部件設置在可動物體的組成部分上，例如位于駕駛員座椅前面的儀表板上時，駕駛員自己可以方便地完成對蓄電池組的維護，諸如充電，同時，可以用肉眼確認系統的總體狀態。
盡管本發明的新穎特征是由所附的權利要求書特別表明的，但根據以下結合附圖所作的詳細描述中，對于本發明的組成和內容，連同其其它的目的和特征將會有更好的了解和理解。
附圖簡述

圖1是一個方框圖，表示根據本發明一個較佳實施例的蓄電池的狀態管理系統；圖2是一個方框圖，表示上述較佳實施例中一個電池狀態判斷單元的結構以及該電池狀態判斷單元與有關裝置之間的連接關系；圖3為表示一個電池組結構的示意圖；
圖4為表示一個模塊電池結構的示意圖；圖5為表示一個密封鎳/氫蓄電池結構的示意圖；圖6A表示在攝氏25度環境溫度下，用10安培恒定充電電流向密封鎳/氫蓄電池充電期間，其電池電壓、電池溫度、電池內壓以及電池溫升速度之間的關系；圖6B表示在相同條件但在攝氏45度環境溫度下向同一電池充電期間的相互關系；圖6C表示在相同條件但在攝氏0度環境溫度下向同一電池充電期間的相互關系；圖7為表示將電壓檢測線安裝到電極柱的示意圖；圖8為表示一個電池的蓄電池外蓋的透視圖，其中安裝了溫度傳感器；圖9為溫度傳感器安裝到蓄電池外蓋時的部分剖視圖；圖10為電壓/電流變換裝置安裝到蓄電池外蓋時的部分剖視圖；圖11為表示電池組、溫度傳感器和壓力發送器安裝位置間關系的示意圖；圖12為表示通過通風部件冷卻蓄電池與檢測環境溫度的溫度傳感器安裝到蓄電池的安裝條件之間關系的示意圖；圖13是一個電路方框圖，表示圖1所示檢測單元的內電路與電池組1之間的關系；圖14為表示圖1所示電池組和檢測單元配置的示意圖；圖15是表示充電期間電池性能的曲線圖；圖16是表示充電狀態的流程圖；圖17A表示電池恒流放電期間的電池電壓特性；圖17B表示經第一次剩余容量判斷發現的判斷性能；圖17C表示經第二次剩余容量判斷發現的判斷性能；
圖17D表示本實施例中剩余容量判斷性能；圖18為表示本實施例中剩余容量判斷功能的流程圖；圖19為表示本實施例中電池壽命判斷功能的流程圖。
可見，其中的某些或所有附圖作為說明的目的均為示意性的表示，并無必要描述所示元件的實際相對尺寸或其位置。
實施本發明的最佳方式以下將參照附圖描述本發明的較佳實施例。
圖1是一個方框圖，它表示根據本發明較佳實施例的一個系統。圖1所示的所有裝置都安裝在一個可動物體諸如電動車里。圖1中，檢測單元2連接到電池組1，以檢測電池狀態信息諸如電池電壓V、電池溫度TB、環境溫度TE和電池壓力P。
檢測單元2、可動物體信號控制部件4、電池充電器5和顯示部件6均連接到電池狀態判斷單元3。可動物體信號控制部件4控制電池的放電電流、電池的充電電流、當可動物體停止操作期間所產生的至電池的再生電流以及有關可動物體的各種類型的信息。電池充電器5在從電池狀態判斷單元3收到的充電控制信號的控制下，將交流電源用作輸入電源向電池組1充電。顯示部件6根據從電池狀態判斷單元3收到的信號顯示電池的狀態。
電池充電器5連接到電池組1，并在從電池狀態判斷單元3收到的充電控制信號的控制下向電池組1提供充電電流。為了在電池組1實現一種均勻的溫度，由通風部件7提供的冷卻空氣冷卻電池組1。為了向負載供電，將電池組1連接到負載8，諸如電動機。
圖2表示根據本實施例的電池狀態判斷單元3的結構。
電池狀態判斷單元3包括中央處理單元(CPU〕101、含有CPU102的檢測單元2、含有CPU103的可動物體信號控制部件4以及含有CPU104的電池充電器5。
電池狀態判斷單元3包括計算部件110，它根據檢測單元2和可動物體信號控制部件4提供的信息執行計算；充電控制信號部件111，向電池充電器5提供充電控制信號；剩余容量判斷信號部件112，向顯示部件6提供容量判斷信號；壽命判斷信號部件113，向顯示部件6提供壽命判斷信號；以及可動物體控制信號部件114，向可動物體信號控制部件4提供可動物體控制信號。
電池狀態判斷單元3、檢測單元2、可動物體信號控制部件4、電池充電器5和顯示部件6通過一組信號線路相互連接，該信號線路上提供串聯信號、數字信號、模擬信號以及其它類似的信號，以相互交換信息并控制信息。
圖3為表示蓄電池1結構的示意圖。蓄電池1通過連接24個模塊蓄電池201至224組成，每個模塊蓄電池包括十個電池401至410，它們相互串聯，這將在以下參照圖4描述。這些模塊蓄電池全部容納并固定在蓄電池支架105上。
因此，蓄電池1通過串聯連接240個電池而成，如圖5所示，蓄電池的總電壓為288V。蓄電池1安裝到可動物體的底面或座椅的背部，作為負載諸如電動機的電源。
圖4為表示模塊蓄電池結構的示意圖。模塊蓄電池通過串聯連接十個單元電池，并將它們固定在由金屬制成的模塊框架400內組成；即將十個電池以機械方式組合成一體，使模塊電池可以容易地作為一個電池處理。
在本實施例中，由于將十個電池相互串聯連接形成一個模塊電池，故模塊電池的總電壓為12V。
此外，蓄電池1也可以通過組合由不同數量的電池構成的模塊電池而成，諸如9個電池、10個電池和11個電池，考慮到安裝蓄電池的安裝空間而定。
圖5是一個透視圖，它表示根據本實施例的密封鎳/氫蓄電池的結構。一組電極22包括正極性板、負極性板和隔離器，安裝在蓄電池外殼21內，正極性板連接到正極端23，負極性板連接到負極端24。
除了端23和24外，在蓄電池外殼21的外蓋26中形成一個安全閥25，當施加一個超過規定電壓的電壓時，它能打開釋放氣體。
在本實施例中，制作并試驗了電池，每個電池具有1.2V的電壓和100安培小時的標稱容量。
圖6A表示在攝氏25度環境溫度下，用10安培恒定充電電流向密封鎳/氫蓄電池充電期間，其電池電壓(V/cell〕、電池溫度(℃〕、電池內壓(kgf/cm2〕以及每分鐘電池溫度增高速度(dT/dt〕之間的關系。
圖6B表示在攝氏45度環境溫度下，用10安培恒定充電電流向密封鎳/氫蓄電池充電期間的類似關系。
圖6C表示在攝氏0度環境溫度下，用10安培恒定充電電流向密封鎳/氫蓄電池充電期間的類似關系。
現在將參照圖6描述蓄電池的特性。
圖6A所示在攝氏25度時的電壓特性曲線，在充電開始時呈迅速上升，之后，則緩慢上升。在充電完成后，該特性曲線表明此時的電壓變得低于其峰值。然而，圖6B所示在攝氏45度時的特性曲線并不容易達到一個電壓峰值。而且，過充量趨于增加。
圖6C所示在攝氏0度時的溫度特性曲線，在充電開始時漸漸上升，但在充電接近結束時則迅速上升。
另一方面，在攝氏45度時，溫度從充電的初始階段起上升，它表示其溫度上升趨勢不同于在攝氏25度和攝氏0度時所觀察到的情況。
蓄電池內壓在攝氏25度和攝氏0度時都呈逐漸上升，但隨著充電接近結束而迅速上升。然而，在攝氏45度時，蓄電池內壓從充電的初始階段起就開始上升，比在攝氏25度和攝氏0度時觀察到的呈現更大的上升速率在攝氏25度和0度時，蓄電池的溫度上升特性曲線逐漸上升，但隨著充電接近結束而迅速上升。然而，在攝氏45度時，該曲線從充電的初始階段起就開始上升，比在攝氏25度和0度時所觀察到的呈現更大的上升速率。
因而，由于充電期間的特性隨蓄電池的溫度而有所不同，故必須考慮到充電特性而控制充電。
作為控制充電的一種方法，已經建議一種涉及蓄電池電壓的壓控方法。然而，在這種壓控方法中，由于蓄電池電壓隨著蓄電池使用次數的增加而改變，故此種方法不適合作為密封鎳/氫蓄電池的充電方法。
此外，已經建議一種涉及蓄電池絕對溫度的溫控方法。采用此種方法蓄電池的溫度不會很快跟隨環境溫度，當蓄電池再次充電時將發生過充，因此，此種方法也不適合作為密封鎳/氫蓄電池的充電方法。
盡管已經建議一種涉及充電結束時發生的蓄電池電壓降特性的溫控方法，但由于過充量太大，這種方法不適合作為密封鎳/氫蓄電池的充電方法。
再者，盡管已經建議一種涉及蓄電池內壓的壓控方法，但這種方法需要昂貴的電壓檢測裝置，因此，作為利用若干電池應用于可動物體的密封鎳/氫蓄電池的一種充電方法，它并不經濟。
當驅動驅動電機或類似的裝置時，約有100至300安培的大電流從蓄電池流出。為了精確測量蓄電池的電壓，減小該電流的影響很重要。為此，通常將連接到電流線路和電壓線路的墊圈插入正極端和負極端的電極柱，該正極端和負極端設置在所選電池的頂部，并通過螺母在上面固定。
在此結構中，由于電壓線路檢測蓄電池的電壓，包括因電極柱與墊圈之間的接觸電阻而產生的電位差，故不可能精確地測量蓄電池的電壓。
圖7為表示本實施例中用于電流線路和電壓線路的固定部件。
在本實施例中，在用作正極端23(見圖5〕和負極端24〔見圖5)的電極柱61的頂部形成螺釘部件66用以固定電壓線路，該正極端和負極端設置在電池60的頂部；通過將螺釘67旋入螺釘部件66，中間夾置與電壓線路65端頭相連的墊圈68，由此將電壓線路65固定到電極柱61。
電流線路64用常用的方式連接到電極柱61，其方法是用螺母63將位于電流線路64端頭的墊圈62緊固到電極柱61的周圍。
在此結構中，由于電壓線路65設置在電極柱61的頂部且檢測時無需檢測因電極柱61與墊圈62之間的接觸電阻所產生的電位差，故可以精確地測量蓄電池的電壓。此外，由于不存在因墊圈62的銹斑而產生的影響，故可以長期精確地檢測蓄電池的電壓。
圖8為表示電池的透視圖，其中在外蓋上形成一個溫度傳感器插入孔71和一個電壓—電流變換裝置安裝孔72。
圖9為一個剖面圖，表示一個溫度傳感器插入溫度傳感器插入孔的情況。
溫度傳感器通常用一種粘合劑固定到蓄電池的外部。由此溫度傳感器易受到蓄電池周圍環境溫度和風等等的影響，因此將難以精確地測量蓄電池的溫度。
在本實施例中，在蓄電池外殼21的外蓋26中形成溫度傳感器插入孔71，該孔可深達一組電極22頂面周圍，將溫度傳感器301插入溫度傳感器插入孔71，并通過粘合劑25固定(見圖9〕。
在此結構中，電池周圍的空氣不進入溫度傳感器插入孔71，因此，溫度傳感器不易受到環境溫度和風等等的影響。由于溫度傳感器插入孔71的底部接近于一組電極22的頂面，故可以測量幾乎與蓄電池的內部溫度相同的溫度，由此可以獲得有關蓄電池溫度的正確信息。
同時，可以防止溫度傳感器脫離電池外殼。
圖10表示電壓—電流變換裝置安裝孔以及其中電壓—電流變換裝置安裝在本實施例的情況。
本例中應用的電壓—電流變換裝置利用Nagano Seisakusho公司制造和銷售的“壓力發送器”以及半導體壓力傳感器組成。該電壓—電流變換裝置做成小尺寸，它利用因壓力造成半導體變形而產生的阻值變化。
在本實施例中，如圖8和10所示，在電池的蓄電池外殼21的外蓋26中形成壓力發送器安裝插入孔72，該壓力發送器通過螺母73固定到蓄電池外殼21的內表面。
壓力發送器304結構成在壓力發送器304的插入部分具有一個螺釘75，這樣，壓力發送器304就可以通過螺母73固定到蓄電池外殼21的外蓋26，在壓力發送器304下面設置一個橡皮圈74。
在此結構中，蓄電池保持不透氣，并且可以精確地檢測蓄電池內部的壓力，由此可以獲得與蓄電池內部壓力有關的正確信息。
圖11表示本實施例中，溫度傳感器和壓力發送器安裝到蓄電池組的情況。
溫度傳感器301安裝到設置在模塊蓄電池210內的電池之一，而溫度傳感器302安裝到設置在模塊蓄電池201內的電池之一。
模塊蓄電池210靠近蓄電池組1的中心設置，該模塊蓄電池210的四側由其它模塊蓄電池包圍；因此，在充電和放電期間，該模塊蓄電池210易受到周圍模塊蓄電池所產生的熱量的影響，故熱量容易保留在模塊蓄電池210中。另一方面，模塊蓄電池201設置在蓄電池組1的外圍部位，模塊蓄電池201只有兩側被其它的模塊蓄電池所包圍，因此，在充電和放電期間，模塊蓄電池201不易受到周圍模塊蓄電池所產生的熱量的影響，熱量也不易保留在模塊蓄電池201中。
壓力發送器304安裝到設置在模塊蓄電池211內的電池之一，而壓力發送器305則安裝到設置在模塊蓄電池215內的電池之一。模塊蓄電池211和215的每一個都靠近蓄電池組1的中心設置，每個模塊蓄電池的四側由其它的模塊蓄電池所包圍，因此，模塊蓄電池211和215的每一個均易受到周圍模塊蓄電池所產生的熱量的影響，且每個模塊蓄電池的電壓容易上升。
按如上所述結構，根據前面參照圖5所述，溫度傳感器301容易檢測高溫下的溫度上升速度。再者，如參照圖5所述，溫度傳感器302也容易檢測低溫下的溫度上升速度。
因此，當將溫度傳感器設置在上述兩個位置時，可以檢測到充電結束時蓄電池的溫度上升速度，它代表了整個蓄電池組1的情況，由此可以獲得精確控制充電所必需的蓄電池溫度信息。
再者，在壓力發送器304和305中，由于容易檢測高溫下的蓄電池壓力，且也可檢測充電結束時代表整個蓄電池組1的蓄電池壓力變化也可以被檢測，故可以獲得精確控制充電所必需的蓄電池溫度信息。
圖12是一個示意圖，它表示冷卻以及用以檢測蓄電池周圍環境溫度之溫度傳感器13的安裝情況，其中，冷卻是通過蓄電池組1的通風部件7(見圖1)的送風機7a和吸風機7b所提供的冷卻空氣來實現的。
經由空氣入口提供的風靠近蓄電池通過，并經由空氣出口釋放，其中，空氣入口在蓄電池1的底部形成，空氣出口在蓄電池1的頂部形成。
流通的風均勻了所有蓄電池的溫度。再者，檢測蓄電池周圍環境溫度的溫度傳感器13安裝在空氣入口附近。與本實施例不同，冷卻空氣可以通過在蓄電池頂部形成的空氣入口提供，流經蓄電池以冷卻該蓄電池，并通過在蓄電池底部形成的空氣出口釋放。當然，在此情況下，用以檢測環境溫度的溫度傳感器的安裝位置必須改變到在蓄電池頂部形成的空氣入口的附近。
在此種結構中，可以確保形成蓄電池組1的各電池的溫度幾乎是均勻的。此外，由于檢測環境溫度的溫度傳感器安裝在空氣入口附近，溫度傳感器可以檢測到不受蓄電池溫度影響的環境溫度，并且可以獲得精確控制充電所必需的蓄電池環境溫度信息。
圖13是圖1所示檢測單元2的內部電路的一個電路方框圖。
圖13中，檢測單元2包括CPU102。電壓檢測運算放大器501、502、…524分別連接在蓄電池組1的各個模塊蓄電池201、202、…224的端部之間。
另外，根據溫度而輸出電壓的溫度傳感器301、302和303分別連接到電壓檢測運算放大器525、526和527。
再者，根據蓄電池內壓而輸出電壓的壓力發送器304和305分別連接到電壓檢測運算放大器528和529。電壓檢測運算放大器501至529分別連接到模—數轉換部件AD1、AD2…AD29，將模擬值轉換為數字值，轉換結果通過含有各個信號端的一組信號端601，作為串行信號逐位加到蓄電池狀態判斷單元3(圖1)。
圖14是一個示意圖，它表示圖1所示的蓄電池組1和檢測單元2相互連接時的情況。
用于蓄電池信息諸如蓄電池電壓、蓄電池溫度、蓄電池壓力以及蓄電池周圍環境溫度的信號線通常直接連接到蓄電池充電器或類似的裝置。
然而，在本實施例中，檢測單元2設置在蓄電池組1的蓄電池支架105的附近。盡管圖13為了扼要說明作了省略，檢測單元2和蓄電池組1是通過用以分別檢測電壓V、溫度T和壓力P的信號線相互連接的，如圖1所示。
在此結構中，如果各根正信號線和負信號線相互獨立的話，將需要58根信號線，以便測量24個模塊蓄電池的蓄電池電壓、位于兩個位置的蓄電池溫度、位于一個位置的蓄電池周圍的環境溫度、以及位于兩個位置的蓄電池壓力；而由于檢測單元2設置在蓄電池組1的蓄電池支架105附近，故線路可以較短，由此使接線效率改善。
圖15表示根據本實施例由單個電池完成的充電，圖16是表示根據本實施例的充電流程的流程圖。
現在將描述圖1和圖2所示結構的充電，同時參見圖15和16。
實驗證明，對蓄電池組1進行的充電無異于對單個電池進行的充電，差別僅在于，其中的電壓變成組成蓄電池組1的若干單個電池的成倍數。因此，下面僅敘述對單個電池進行的充電。
充電包括兩部分，即第一充電周期和第二充電周期。
第一充電周期在充電開始時開始。在第一充電周期，用約為0.1C至0.2C(在本實施例中約為13A)的大充電電流進行充電。
蓄電池電壓隨著充電的進行而上升。在此階段，蓄電池充電器4(5)由來自蓄電池狀態判斷單元3的充電控制信號控制，故充電電流與充電電壓的乘積，即充電功率保持恒定(在本實施例中為4.5KW)(步驟1601)。
當第一剩余容量判斷結果低于一個預定值(在本實施例中為初始容量的90％)，或當蓄電池溫度上升速度的判斷結果低于一個預定值(在本實施例中為0.2℃/分鐘以下)時，該第一充電周期繼續下去，當第一剩余容量判斷結果達到該預定值，或當蓄電池溫度上升速度的判斷結果達到該預定值(步驟1602、1603)時，該第一充電周期完成。
由于所述蓄電池溫度上升速度的預定值，是根據事先設置在蓄電池狀態判斷單元3中CPU的存儲部件內的充電電流和蓄電池溫度校正的，故可以進行準確的判斷。
在第二充電周期期間，用大約0.02C(在本實施例中為3A)小的充電電流進行充電(步驟1604)。當第二剩余容量判斷結果低于一個預定值(在本實施例中為初始容量的110％以下)，或當第二充電周期的時間周期短于一個預定值(在本實施例中為3小時以下)時，該第二充電周期繼續下去；當第二剩余容量判斷結果達到預定值，或第二充電周期的時間周期達到預定值(步驟1605、1606)時，該第二充電周期完成。
這樣，在本實施例中，在第一充電周期期間用恒定功率進行充電，可以用接近于約定功率最大值充電到最大功率，由此，比之在第一充電周期期間用13A的恒定電流進行充電要節省充電時間大約一小時。
此外，由于在第二充電周期期間，當達到預定剩余量或預定時間時充電即停止，故可以無浪費地利用充電功率有效完成充電。
圖17表示根據本實施例的剩余容量判斷函數。
圖18是一個流程圖，表示根據本實施例的剩余容量判斷。
圖17A表示用恒流放電期間的蓄電池電壓特性。圖17B表示由第一剩余容量判斷提供的剩余容量的變化，其中，通過增加和減少蓄電池的放電量、蓄電池的充電量以及蓄電池的自放電量，判斷蓄電池的剩余容量。
圖17C表示由第一剩余容量判斷提供的剩余容量的變化，其中，在放電期間通過用放電電流校正蓄電池電壓并在加上恒定負載期間設定蓄電池電壓來判斷蓄電池的剩余容量。圖17D表示由根據本實施例的剩余容量判斷函數提供的蓄電池的剩余容量變化。
由于蓄電池的剩余容量通常是根據所述第一剩余容量判斷結果或所述第二剩余容量判斷結果來判斷的，故不可能在整個周期內精確地判斷蓄電池的剩余容量。
此外，由于在第一剩余容量判斷中是通過加減蓄電池的放電量、蓄電池的充電量以及蓄電池的自放電量來判斷蓄電池的剩余容量的，故難以掌握同存儲器效果有關聯的蓄電池剩余容量的變化。
尤其當剩余容量維持在大約20％至大約0％時，更難以顯示精確的剩余容量。
另一方面，由于通過在放電期間用放電電流校正蓄電池的電壓，并在加上恒定負載期間設定蓄電池的電壓來判斷剩余容量，故尤其當剩余容量維持在大約100％至大約20％時，蓄電池電壓的變化很小，因此，難以掌握蓄電池剩余容量的變化和顯示出精確的剩余容量。
然而，在圖18所示的本實施例中，剩余容量是通過第一剩余容量判斷(步驟1801)和第二剩余容量判斷(步驟1802)兩種方法來判斷的；當剩余容量維持在初始容量的大約100％至20％時，采用由第一剩余容量判斷提供的剩余容量(步驟1803、1804)；當在下降到初始容量的大約20％以后，根據第一剩余容量判斷的剩余容量從大約20％變化到大約0％時，顯示由第二剩余容量判斷提供的剩余容量(步驟1803、1805)。
這樣，根據本實施例，通過組合以放電量為基礎的第一剩余容量判斷與以放電電壓為基礎的第二剩余容量判斷，可以高精度地判斷剩余容量。
圖19是一個流程圖，它表示根據本實施例的壽命判斷。
將所獲得的有關蓄電池組每個模塊蓄電池的蓄電池狀態信息，即蓄電池電壓和剩余容量總和起來，(步驟1901)，然后，計算總和數據的平均值(步驟1902)。
將計算的平均值與有關每個模塊蓄電池的蓄電池狀態信息比較(步驟1903)，若兩者之差等于或大于一個預定值時判斷為劣化。
例如，在與平均值相比的模塊蓄電池的電壓同平均電壓值相差約1V的情況下，設定該模塊蓄電池內存在劣質蓄電池，因此，判斷其壽命已達到。此外，在模塊蓄電池的剩余容量經比較與平均剩余容量相差約20％時，設定在該模塊蓄電池內有一個蓄電池的剩余容量很差，因此判斷其壽命已達到。
根據以這一判斷結果為基礎的蓄電池狀態判斷單元的信號，顯示部件6顯示其壽命(步驟1904)。當根據比較結果判斷其壽命仍未達到時，則不顯示其壽命。
采用本方法，由于根據與每個模塊蓄電池有關的蓄電池狀態信息來判斷狀態，故可以精確地辨別諸如劣質蓄電池或具有低劣容量的蓄電池，并辨別蓄電池的壽命是否已達到。
盡管本發明是通過所述的較佳實施例來描述的，但顯然這種描述并不能表明為限制。毫無疑問，對與本發明有關的本領域的熟練人員來講，通過上述描述后，對于它的各種變化和變換將變得更加清楚。因此，在本發明的實際精神和范圍內，所附權利要求書覆蓋了其各種變化和變換。
工業應用性根據本發明的一種蓄電池狀態管理系統，該蓄電池作為可動物體諸如電動車的驅動電機或類似裝置的電源，所述系統包括由多個模塊蓄電池組成的蓄電池組，以及用以向蓄電池組提供冷卻空氣的通風部件；系統中，設置在蓄電池組附近的檢測單元檢測與蓄電池有關的信息，當顯示部件精確地顯示蓄電池的剩余容量和壽命時，利用根據檢測單元和可動物體信號控制部件所提供的信息的蓄電池狀態判斷單元的計算功能，合理控制蓄電池充電器的充電。
因此，可以用一種方便的方式掌握和維護蓄電池的狀態。
權利要求
1.一種蓄電池狀態管理系統，其特征在于包括通過組合若干蓄電池而成的蓄電池組，所述蓄電池組用作可動物體的驅動電源；向所述蓄電池組提供冷卻空氣的通風部件；設置在所述蓄電池組附近的檢測單元，檢測有關蓄電池電壓、溫度和壓力以及環境溫度的狀態信息，所述檢測單元具有將獲得的檢測值從模擬值轉換為數字值的模—數轉換功能，以及以串行方式依次發送所述數字值的信號發送功能；可動物體信號控制部件，控制蓄電池的放電電流、蓄電池的充電電流、在可動物體停止操作期間產生的至蓄電池的再生電流、以及各類與可動物體有關的信息；蓄電池狀態判斷單元，包括根據來自所述檢測單元和可動物體信號控制部件的信息執行計算的計算部件；向蓄電池充電器提供充電控制信號的充電控制信號部件，該充電器的輸入電源為交流電源；向顯示部件提供容量判斷信號的剩余容量判斷信號部件；向顯示部件提供壽命判斷信號的壽命判斷信號部件；以及向所述可動物體信號控制部件提供可動物體控制信號的可動物體控制信號部件；蓄電池充電器，在來自所述蓄電池狀態判斷單元的充電控制信號的控制下，向所述蓄電池組充電；以及顯示部件，在來自蓄電池狀態判斷單元的容量判斷信號和壽命判斷信號的控制下，顯示蓄電池的剩余容量和壽命判斷結果。
2.如權利要求1所述的蓄電池狀態管理系統，其特征在于，所述蓄電池組由多個模塊蓄電池組成，所述模塊蓄電池的每一個包括若干電池；為每一個模塊蓄電池檢測蓄電池的電壓；通過至少兩個溫度傳感器檢測蓄電池的溫度，其中一個溫度傳感器至少設置在容易蓄熱的一個模塊蓄電池或鄰近的模塊蓄電池的一個電池內，另一個溫度傳感器至少設置在不易蓄熱的一個模塊蓄電池或其鄰近的模塊蓄電池的一個電池內；通過壓力傳感器檢測蓄電池的壓力，該壓力傳感器至少設置在其中容易蓄熱的模塊蓄電池或其鄰近的模塊蓄電池的一個電池內；以及通過溫度傳感器檢測環境溫度，該溫度傳感器設置在通風部件的空氣入口附近。
3.如權利要求1所述的蓄電池狀態管理系統，其特征在于，組成所述蓄電池組之電池的電極柱包括用以提供電流的電流線路固定部件，以及蓄電池電壓測量線路固定部件；所述蓄電池電壓測量線路固定部件允許蓄電池電壓測量線路安裝到設置在電極柱頂部的螺釘部件，與所述電流線路固定部件分開，由此檢測蓄電池的電壓。
4.如權利要求2所述的蓄電池狀態管理系統，其特征在于，在組成蓄電池組的電池的蓄電池外殼的外蓋中形成凹槽，其深達蓄電池電極板的頂部，溫度傳感器設置在該凹槽部，以檢測蓄電池的溫度。
5.如權利要求2所述的蓄電池狀態管理系統，其特征在于，在組成蓄電池組的電池的蓄電池外殼的外蓋中形成通孔，且在該通孔中設置電壓—電流變換裝置，以檢測蓄電池的壓力。
6.如權利要求5所述的蓄電池狀態管理系統，其特征在于，組成蓄電池組的多個模塊蓄電池的若干電池的每一個，由密封鎳/氫蓄電池組成。
7.一種為系統蓄電池充電的方法，該系統包括通過組合若干蓄電池而成的蓄電池組，所述蓄電池組用作可動物體的驅動電源；向所述蓄電池組提供冷卻空氣的通風部件；設置在所述蓄電池組附近的檢測單元，檢測有關蓄電池電壓、溫度和壓力以及環境溫度的狀態信息，所述檢測單元具有將獲得的檢測值從模擬值轉換為數字值的模—數轉換功能，以及以串行方式依次發送所述數字值的信號發送功能；可動物體信號控制部件，控制蓄電池的放電電流、蓄電池的充電電流、在可動物體停止操作期間產生的至蓄電池的再生電流、以及各類與可動物體有關的信息；蓄電池狀態判斷單元，包括根據來自所述檢測單元和可動物體信號控制部件的信息執行計算的計算部件；向蓄電池充電器提供充電控制信號的充電控制信號部件，該充電器的輸入電源為交流電源；向顯示部件提供容量判斷信號的剩余容量判斷信號部件；向顯示部件提供壽命判斷信號的壽命判斷信號部件；以及向所述可動物體信號控制部件提供可動物體控制信號的可動物體控制信號部件；蓄電池充電器，在來自所述蓄電池狀態判斷單元的充電控制信號的控制下，向所述蓄電池組充電；以及顯示部件，在來自蓄電池狀態判斷單元的容量判斷信號和壽命判斷信號的控制下，顯示蓄電池的剩余容量和壽命判斷結果；其特征在于，所述方法包括以下步驟在所述蓄電池狀態判斷單元的充電控制信號的控制下，由蓄電池充電器對蓄電池組進行充電，充電包括第一充電周期和第二充電周期兩部分，利用充電電能進行充電，直至在第一充電周期期間，使第一剩余容量判斷結果達到初始容量的大約90％至100％，之后，開始第二充電周期，期間，利用極小的充電電流繼續充電，直至第二剩余容量判斷結果達到初始容量的大約100％至110％，然后停止充電。
8.如權利要求7所述的為蓄電池充電的方法，其特征在于，在利用蓄電池充電器對蓄電池組充電期間，該蓄電池充電器由來自所述蓄電池狀態判斷單元的充電控制信號所控制，當檢測到蓄電池溫度上升速度的判斷結果達到或超過一個預定值時，從所述第一充電周期轉移到第二充電周期，該用以判斷所述溫度上升速度的預定值，根據充電電流和蓄電池的溫度校正。
9.一種判斷系統中所用蓄電池的剩余容量的系統，該系統包括通過組合若干蓄電池而成的蓄電池組，所述蓄電池組用作可動物體的驅動電源；向所述蓄電池組提供冷卻空氣的通風部件；設置在所述蓄電池組附近的檢測單元，檢測有關蓄電池電壓、溫度和壓力以及環境溫度的狀態信息，所述檢測單元具有將獲得的檢測值從模擬值轉換為數字值的模—數轉換功能，以及以串行方式依次發送所述數字值的信號發送功能；可動物體信號控制部件，控制蓄電池的放電電流、蓄電池的充電電流、在可動物體停止操作期間產生的至蓄電池的再生電流、以及各類與可動物體有關的信息；蓄電池狀態判斷單元，包括根據來自所述檢測單元和可動物體信號控制部件的信息執行計算的計算部件；向蓄電池充電器提供充電控制信號的充電控制信號部件，該充電器的輸入電源為交流電源；向顯示部件提供容量判斷信號的剩余容量判斷信號部件；向顯示部件提供壽命判斷信號的壽命判斷信號部件；以及向所述可動物體信號控制部件提供可動物體控制信號的可動物體控制信號部件；蓄電池充電器，在來自所述蓄電池狀態判斷單元的充電控制信號的控制下，向所述蓄電池組充電；以及顯示部件，在來自蓄電池狀態判斷單元的容量判斷信號和壽命判斷信號的控制下，顯示蓄電池的剩余容量和壽命判斷結果；其特征在于，所述判斷蓄電池剩余容量的系統中所述蓄電池狀態判斷單元通過組合第一剩余容量判斷結果與第二剩余容量判斷結果判斷剩余容量，其中，第一剩余容量判斷結果以放電量為基礎，第二剩余容量判斷結果以放電電壓為基礎，當剩余容量維持為初始容量的大約100％至20％時，認可由第一剩余容量判斷得出的剩余容量，而當在下降到初始容量的大約20％后，根據第一剩余容量判斷的剩余容量從大約20％變化到大約0％時，認可由第二剩余容量判斷得出的剩余容量。
10.一種判斷系統中所用蓄電池的壽命的系統，該系統包括通過組合若干蓄電池而成的蓄電池組，所述蓄電池組用作可動物體的驅動電源；向所述蓄電池組提供冷卻空氣的通風部件；設置在所述蓄電池組附近的檢測單元，檢測有關蓄電池電壓、溫度和壓力以及環境溫度的狀態信息，所述檢測單元具有將獲得的檢測值從模擬值轉換為數字值的模—數轉換功能，以及以串行方式依次發送所述數字值的信號發送功能；可動物體信號控制部件，控制蓄電池的放電電流、蓄電池的充電電流、在可動物體停止操作期間產生的至蓄電池的再生電流、以及各類與可動物體有關的信息；蓄電池狀態判斷單元，包括根據來自所述檢測單元和可動物體信號控制部件的信息執行計算的計算部件；向蓄電池充電器提供充電控制信號的充電控制信號部件，該充電器的輸入電源為交流電源；向顯示部件提供容量判斷信號的剩余容量判斷信號部件；向顯示部件提供壽命判斷信號的壽命判斷信號部件；以及向所述可動物體信號控制部件提供可動物體控制信號的可動物體控制信號部件；蓄電池充電器，在來自所述蓄電池狀態判斷單元的充電控制信號的控制下，向所述蓄電池充電；以及顯示部件，在來自蓄電池狀態判斷單元的容量判斷信號和壽命判斷信號的控制下，顯示蓄電池的剩余容量和壽命判斷結果；其特征在于，所述判斷蓄電池壽命的系統中在用所述蓄電池狀態判斷單元進行壽命判斷期間，根據針對每個模塊蓄電池所獲得的蓄電池狀態信息計算總的數據的平均值，將所述平均值與每個模塊蓄電池比較，如果兩者之差等于或大于一個預定值，則判斷該蓄電池因性能劣化或劣質或蓄電池壽命已到而有缺陷。
全文摘要
一種蓄電池狀態管理系統，該蓄電池用作可動物體諸如電動車的驅動電源，它由若干密封鎳/氫蓄電池組成，包括蓄電池組1、檢測蓄電池組狀態的檢測單元2、蓄電池狀態判斷單元3、可動物體信號控制部件4、在蓄電池狀態判斷單元3提供的信號控制下向蓄電池組1充電的蓄電池充電器5以及顯示蓄電池狀態的顯示部件6。
文檔編號H01M6/42GK1138390SQ9519112
公開日1996年12月18日 申請日期1995年11月7日 優先權日1994年11月8日
發明者門內英治, 渡邊勇一, 木下惠, 伊藤登, 高田寬治 申請人:松下電器產業株式會社