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CN1809758A - 用于判断电池老化的方法和设备 - Google Patents

用于判断电池老化的方法和设备 Download PDF

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CN1809758A
CN1809758A CNA2004800176431A CN200480017643A CN1809758A CN 1809758 A CN1809758 A CN 1809758A CN A2004800176431 A CNA2004800176431 A CN A2004800176431A CN 200480017643 A CN200480017643 A CN 200480017643A CN 1809758 A CN1809758 A CN 1809758A
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CN
China
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battery
discharge
dischargeable capacity
charge
voltage
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Application number
CNA2004800176431A
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荒井洋一
西乡勉
佐竹周二
竹本寿
伊藤健
宫崎良也
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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    • G—PHYSICS
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Abstract

提供了一种用于判断电池老化的方法和设备，从而能够及时执行对电池老化的正确判断，以便如果需要则用另一电池替换该电池。判断用于为负载提供电能的电池的老化的设备包括：存储装置23c，用于存储最小保证电压，最小保证电压被预定作为当给定电流流入负载时电池13的端电压的最小值；电压降计算装置23a，用于计算由于当给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；第一比较装置23a，用于比较存储在存储装置23c中的最小保证电压与第一差值，第一差值是通过从对应于电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由电压降23a所计算的电压降而获得的；以及第一老化判断装置23a，用于如果作为第一比较装置23a的比较结果，第一差值变为等于或小于最小保证电压，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化。

Description

用于判断电池老化的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于判断为负载提供电能的电池老化的方法和设备。
背景技术
由于车载电池被广泛地用作用于启动发动机和操作车载电子设备的电源，所以准确地识别车载电池电荷状态非常重要。
然而，通常，当电池反复进行充电和放电过程时，电池的内阻抗增加，因此其可放电容量从其充满电状态逐渐退化。
因此，如果希望准确地识别电池的电荷状态，则最重要的一点是要了解实际能够提供的容量。即，需要准确识别在电池充满电的状态下的现时容量。以下，将充满电状态下的容量称为满充容量。相应地，已经认为找出怎样识别电池的最近老化状态(即老化程度)很重要，老化程度直接影响电池的满充容量。
在判断为负载提供电能的电池的老化的通常方法中，准备电池的内部电阻的正常值作为数据表，并且通过比较所测得的内部电阻值与数据表中的内部电阻正常值来判断电池的老化。
然而，电池的电阻包括欧姆电阻、活化极化电阻(activationpolarization resistance)和浓差极化电阻(concentration polarizationresistance)，其中特别由于极化电阻根据充电和放电的历史、测量内部电阻时所使用的电流大小、以及导电时间周期(conducting period oftime)而以多种方式变化，即除了老化以外还存在很多因素，因此，不可能准确地判断电池的老化程度。
此外，在另一种识别电池老化程度的方法中，预先识别当电池是新的时它的满充容量的值，然后将这个值与电池的满充容量的现时值比较。在这种情况下，通常，通过将放电电流值乘以电池从充满电状态开始到完全放电的放电时间周期来计算放电电流量，然后将由此计算的放电电流量设置为电池的现时满充容量的值。
对于安装在具有普通发动机作为唯一驱动源的车辆或者其中使用电动发电机的动力作为辅助手段的混合动力车辆上的车载电池，其中电动发电机在发动机的输出扭矩不足时作为马达，主要在发动机启动时消耗车载电池的大量容量，然而，随后，在以作为发电机的交流发电机或电动发电机所产生的电能运行车辆时，车载电池被充电到它的充满电状态。
因此，当需要为上述这些车辆测量电池的满充容量的现时值时，需要执行不切实际的工作，其中将电池从车辆上取下，使得对电池进行从其充满电状态开始的完整放电。然而，当然从来不能进行这样的不切实际的工作。
因此，为了识别电池的最近老化状态(即老化程度)，非常重要的是，从可通过使用在电池安装在车辆上的条件下可测量的值计算的因素中找到响应于电池老化而变化的因素，然后监控所找出的因素的值从它在电池还没有老化时的初始值开始如何变化，从而在电池安装在车辆上的条件下了解电池的老化状态(即老化程度)。
关于这一点，响应于电池老化而变化的因素是电池的内部阻抗(即合成电阻)，其导致电池的端电压(terminal voltage)的电压降。电压降可以被分为由电池结构所引起的IR损失(由于纯电阻，即欧姆电阻，的电压降)和由于由化学反应所引起的极化电阻分量(活化极化和浓差极化)的电压降。
因此，监控作为电池端电压电压降的主要因素的纯电阻、活化极化和浓差极化如何从它们各自的、在电池还没有老化时所获得的初始值开始变化，由此能够识别电池的最近老化状态(老化程度)。
然而，对于电池的实际老化，似乎存在多种老化模式，诸如其中纯电阻增加的老化和其中活化极化和浓差极化增加的老化。因此，可能存在这样的问题，即通过只监控一个电阻分量(例如，仅仅纯电阻)而错误地识别电池的实际老化。也就是说，例如，当只监控纯电阻时，可能存在这样的情况，其中当电荷状态(state of charge，即SOC)等于或大于40％时，电阻值相对于没有电池老化时的初始值的变化不是很大，另一方面，当电荷状态变得小于40％时，电阻值快速增加。而且，对于活化极化或浓差极化，甚至在电荷状态等于或大于40％时，也可能存在这样的现象，即电阻值变化，从而变得比电池没有老化时的初始值大。
由于纯电阻、活化极化或浓差极化响应于电池老化的变化似乎没有规律性，而且相应电阻之间似乎存在协作关系，因此，当只选择并监控纯电阻、活化极化和浓差极化中一个以基于所观察到的、所选择并监控的电阻的值的变化而判断电池的老化状态时，不能获得对于电池老化状态的准确判断。
发明内容
因此，本发明的目的是解决上述问题，并提供一种判断电池老化的方法和设备，通过其可以及时执行对电池老化的正确判断，以在需要时更换电池。
为了解决上述问题，权利要求1所定义的发明是一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
将被预定为在给定电流流入负载时电池端电压最小值的最小保证电压(guaranteed voltage)与第一差值比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态(即SOC)的开路电压(open circuit voltage)减去由于在电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻而产生的电压降而得到第一差值；以及
基于比较结果判断电池的老化。
根据权利要求1所定义的发明，判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法包括以下步骤：
将被预定为在给定电流流入负载时电池端电压最小值的最小保证电压与第一差值比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于在电池放电期间所出现的欧姆电阻和极化电阻而产生的电压降而获得第一差值；以及
基于比较结果判定电池的老化，
因此，可以相对于预定最小保证电压适当地判定电池的老化状态。
为了解决上述问题，权利要求2所定义的发明是判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
将被预定为在给定电流流入负载时电池端电压最小值的最小保证电压与第一差值比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于在电池放电期间所出现的欧姆电阻和极化电阻而产生的电压降而获得第一差值；以及
如果第一差值等于或小于最小保证电压，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化。
根据权利要求2所定义的发明，判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法包括以下步骤：
将被预定为在给定电流流入负载时电池端电压最小值的最小保证电压与第一差值比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
如果第一差值等于或小于最小保证电压，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化，
因此，相对于预定最小保证电压，可以及时地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求3所定义的发明是判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
将预定为在给定电流流入负载时电池端电压最小值的最小保证电压与第一差值比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；
如果第一差值等于或小于最小保证电压，并且放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转变为第一特定值的电荷状态；
比较最小保证电压与第二差值，其中通过从对应于被转换的第一特定值电荷状态的开路电压中减去电压降而获得第二差值；以及
如果第二差值等于或小于最小保证电压，则判定电池老化，
因此，即使在其中甚至对于正常电池，端电压可能低于最小保证电压的低电荷状态中也可以关于预定最小保证电压准确地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求4所定义的发明是判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
将预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量(可放电容量：dischargeablecapacity；ADC)与基于第一差值估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
基于比较结果判断电池的老化。
根据权利要求4所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法包括以下步骤：
将预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
基于比较结果判断电池的老化，
因此，关于预定的最小保证可放电容量，可适当地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求5所定义的发明是判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
将预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
如果第一估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化。
根据权利要求5所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法包括以下步骤：
将预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
如果第一估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化，
因此，关于预定的最小保证可放电容量，可及时判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求6所定义的发明是判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
将预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；
如果第一估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，并且放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换为第一特定值的电荷状态；
将最小保证可放电容量与为转换的第一特定值电荷状态估计的第二估计可放电容量比较；以及
如果第二估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，则判定电池老化。
根据权利要求6所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法包括以下步骤：
将预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；
如果第一估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，并且放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换到第一特定值的电荷状态；
将最小保证可放电容量与为转换的第一特定值电荷状态估计的第二估计可放电容量比较；以及
如果第二估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，则判定电池老化，
因此，即使在其中甚至对于正常电池，端电压可能低于最小保证电压的低电荷状态中，也可以关于预定最小保证可放电容量，准确地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求7所定义的发明是判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
将(a)预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量与(b)可放电容量的检测误差的和值与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
基于比较结果判断电池的老化。
根据权利要求7所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法包括以下步骤：
将(a)预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量与(b)可放电容量的检测误差的和值与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
基于比较结果判断电池的老化，
因此，在也考虑可放电容量的检测误差的情况下，关于预定的最小保证可放电容量，可适当地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求8所定义的发明是判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
将(a)预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量和(b)可放电容量的检测误差的和值与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
如果第一估计可放电容量等于或小于和值，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化。
根据权利要求8所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法包括以下步骤：
将(a)预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量和(b)可放电容量的检测误差的和值与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
如果第一估计可放电容量等于或小于和值，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化，
因此，在也考虑可放电容量的检测误差的情况下，关于预定最小保证可放电容量，可以即使判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求9所定义的发明是判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
将(a)预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量和(b)可放电容量的检测误差的和值与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；
如果第一估计可放电容量等于或小于和值，并且放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换到第一特定值的电荷状态；
将最小保证可放电容量与为转换的第一特定值电荷状态估计的第二估计可放电容量比较；以及
如果第二估计可放电容量等于或小于和值，则判定电池老化。
根据权利要求9所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的方法包括以下步骤：
将(a)预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量和(b)可放电容量的检测误差的和值与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量比较，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；
如果第一估计可放电容量等于或小于和值，并且放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换到第一特定值的电荷状态；
将最小保证可放电容量与为转换的第一特定值电荷状态估计的第二估计可放电容量比较；以及
如果第二估计可放电容量等于或小于和值，则判定电池老化，
因此，即使在其中甚至对于正常电池，端电压可能低于最小保证电压的低电荷状态中，在也考虑可放电容量的检测误差的情况下，关于预定最小保证可放电容量，可准确地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求10所定义的发明是根据权利要求1-9中任一项的判断电池老化的方法，其中如果电池的电荷状态等于或小于被设置为小于第一特定值的第二特定值，则判定电池老化。
根据权利要求10定义的发明，由于如果电池的电荷状态等于或小于被设定为小于第一特定值的第二特定值则判定电池老化，所以当从电池提供电能到必须被控制以处于低电荷状态中的系统中的负载时，对于由于某种原因，例如由于电池已经被搁置(leave)长达长于保证时间段的时间段，已经至少曾经经历低于第二特定值的电荷状态的电池，可以准确地判断电池的老化，以保证系统的高可靠性。
为了解决上述问题，权利要求11所定义的发明是根据权利要求2、3、5、6、8、9或10的判断电池老化的方法，其中当电池被判定为老化时，进行显示，以通知电池老化。
根据权利要求11所定义的发明，由于当电池被判定为老化时进行显示以通知电池老化，所以电池的用户可以及时知道电池老化，以用非老化电池替换该电池。
为了解决上述问题，权利要求12所定义的发明是判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储被预定作为在给定电流流入负载时电池端电压最小值的最小保证电压；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第一比较装置，用于比较存储在存储装置中的最小保证电压和第一差值，其中通过从对应于电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由电压降计算装置所计算的电压降而获得第一差值；以及
第一老化判断装置，如果作为第一比较装置的比较结果，第一差值等于或小于最小保证电压，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化。
根据权利要求12所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备包括：
存储装置，用于存储被预定作为在给定电流流入负载时电池端电压最小值的最小保证电压；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第一比较装置，用于比较存储在存储装置中的最小保证电压和第一差值，其中通过从对应于电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由电压降计算装置所计算的电压降而获得第一差值；以及
第一老化判断装置，如果作为第一比较装置的比较结果，第一差值等于或小于最小保证电压，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化，
因此，关于预定最小保证电压，可以及时地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求13所定义的发明是判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储预定作为在给定电流流入负载时电池端电压最小值的最小保证电压；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第一比较装置，用于比较存储在存储装置中的最小保证电压与第一差值，其中通过从对应于在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由电压降计算装置所计算的电压降而获得第一差值；
转换装置，用于如果作为第一比较装置的比较结果，第一差值等于或小于最小保证电压，并且放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换到第一特定值的电荷状态；
第二比较装置，用于比较最小保证电压与第二差值，其中通过从对应于转换装置所转换的第一特定值电荷状态的开路电压中减去电压降而获得第二差值；
第一老化判断装置，如果第二差值等于或小于最小保证电压，则判定电池老化。
根据权利要求13所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备包括：
存储装置，用于存储预定作为在给定电流流入负载时电池端电压最小值的最小保证电压；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第一比较装置，用于比较存储在存储装置中的最小保证电压与第一差值，其中通过从对应于在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由电压降计算装置所计算的电压降而获得第一差值；
转换装置，用于如果作为第一比较装置的比较结果，第一差值等于或小于最小保证电压，并且放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换为第一特定值的电荷状态；
第二比较装置，用于比较最小保证电压与第二差值，其中通过从对应于转换装置所转换的第一特定值电荷状态的开路电压中减去电压降而获得第二差值；
第一老化判断装置，如果第二差值等于或小于最小保证电压，则判定电池老化，
因此，即使在其中甚至对于正常电池，端电压可能低于最小保证电压的低电荷状态中，关于预定最小保证电压，可以准确地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求14所定义的方法是判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较存储在存储装置中的最小保证可放电容量与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于在电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
第一老化判断装置，用于如果作为第三比较装置的比较结果，第一估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化。
根据权利要求14所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备包括：
存储装置，用于存储预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较存储在存储装置中的最小保证可放电容量与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于在电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
第一老化判断装置，用于如果作为第三比较装置的比较结果，第一估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化，
因此，关于预定最小保证可放电容量，可以及时地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求15所定义的发明是判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较存储在存储装置中的最小保证可放电容量与基于第一差值估计的第一估计可放电容量，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于在电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；
转换装置，用于如果作为第三比较装置的比较结果，第一估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换为第一特定值的电荷状态；
第四比较装置，用于比较最小保证可放电容量与为由转换装置所转换的第一特定值电荷状态估计的第二估计可放电容量；以及
第一老化判断装置，用于如果第二估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，则判定电池老化。
根据权利要求15所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备包括：
存储装置，用于存储预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较存储在存储装置中的最小保证可放电容量与基于第一差值估计的第一估计可放电容量，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于在电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；
转换装置，用于如果作为第三比较装置的比较结果，第一估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换为第一特定值的电荷状态；
第四比较装置，用于比较最小保证可放电容量与为由转换装置所转换的第一特定值电荷状态估计的第二估计可放电容量；以及
第一老化判断装置，用于如果第二估计可放电容量等于或小于最小保证可放电容量，则判定电池老化，
因此，即使在其中甚至对于正常电池，端电压可能低于最小保证电压的低电荷状态中，关于预定最小保证可放电容量，可以准确地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求16所定义的发明是判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储(a)预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量与(b)可放电容量的检测误差；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较(a)存储在存储装置中的最小保证可放电容量和(b)可放电容量的检测误差的和值与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
第一老化判断装置，用于如果作为第三比较装置的比较结果，第一估计可放电容量等于或小于和值，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化。
根据权利要求16所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备包括：
存储装置，用于存储(a)预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量以及(b)可放电容量的检测误差；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较(a)存储在存储装置中的最小保证可放电容量和(b)可放电容量的检测误差的和值与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于在电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；以及
第一老化判断装置，用于如果作为第三比较装置的比较结果，第一估计可放电容量等于或小于和值，并且放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定电池老化，
因此，可以在也考虑可放电容量的检测误差的情况下，关于预定最小保证可放电容量，及时地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求17所定义的发明是判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储(a)预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量，以及(b)可放电容量的检测误差；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较由存储装置所存储的最小保证可放电容量与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于在电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；
转换装置，用于如果作为第三比较装置的比较结果，第一估计可放电容量等于或小于存储在存储装置中的(a)最小保证可放电容量和(b)可放电容量检测误差的和值，并且放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换为第一特定值的电荷状态；
第四比较装置，用于比较最小保证可放电容量与为由转换装置所转换的第一特定值电荷状态估计的第二估计可放电容量；以及
第一老化判断装置，用于如果第二估计可放电容量等于或小于和值，则判定电池老化。
根据权利要求17所定义的发明，判断用于向负载提供电能的电池的老化的设备包括：
存储装置，用于存储(a)预定用于在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的最小保证可放电容量，以及(b)可放电容量的检测误差；
电压降计算装置，用于计算由于在给定电流从电池流入负载时响应于电池放电而出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较由存储装置所存储的最小保证可放电容量与基于第一差值所估计的第一估计可放电容量，其中通过从对应于响应于电池以该给定电流放电在电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于在电池放电期间所出现的电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得第一差值；
转换装置，用于如果作为第三比较装置的比较结果，第一估计可放电容量等于或小于存储在存储装置中的(a)最小保证可放电容量和(b)可放电容量检测误差的和值，并且放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换为第一特定值的电荷状态；
第四比较装置，用于比较最小保证可放电容量与为由转换装置所转换的第一特定值电荷状态估计的第二估计可放电容量；以及
第一老化判断装置，用于如果第二估计可放电容量等于或小于和值，则判定电池老化，
因此，在也考虑可放电容量的检测误差的情况下，即使在其中甚至对于正常电池，端电压低于最小保证电压的低电荷状态中，关于预定最小保证可放电容量，可准确地判断电池的老化。
为了解决上述问题，权利要求18所定义的发明是根据权利要求12-17中任一项的判断电池老化的设备，还包括第二老化判断装置，用于如果电池的电荷状态等于或小于被设定为低于第一特定值的第二特定值，则判定电池老化。
根据权利要求18所定义的发明，由于设备还包括第二老化判断装置，用于如果电池的电荷状态等于或小于设定为低于第一特定值的第二特定值，则判定电池老化，所以当电能从电池提供到必须被控制以处于低状态中的系统中的负载时，对于由于某种原因，例如由于电池已经被搁置长达比保证时间段更长的时间段，已经至少曾经经历低于第二特定值的电荷状态的电池，可以准确地判断电池老化，以保证系统的高稳定性。
为了解决上述问题，权利要求19所定义的发明是根据权利要求12-18中任一项的判断电池老化的设备，还包括通知显示装置，用于在电池被判定为老化时执行显示，以通知电池的老化。
根据权利要求19所定义的发明，由于设备还包括通知显示装置，用于在电池被判定为老化时执行显示，以通知电池的老化，所以电池的用户能够及时地了解电池的老化，从而用非老化电池代替该电池。
附图说明
图1是表示车载电池控制系统的主构造的框图，该系统包括实现根据本发明一个优选实施例的判断电池老化的方法的判断电池老化的设备。
图2是表示电池的老化判断过程的流程图，其中该过程由CPU根据存储在图1所示车载电池控制系统中的ROM中的控制程序而执行。
图3是表示图2所示流程图中利用最小保证电压的电池老化判断过程子程序的流程图。
图4是表示图2所示流程图中利用可放电容量的电池老化判断过程子程序的流程图。
图5表示设定最小保证电压和最小保证可放电容量。
图6表示转换电荷状态(SOC)
图7是表示利用可放电容量的电池老化判断过程子程序的另一例子，其与图4所示流程图相似。
图8表示包括在启动电动机以驱动时的冲击电流(rush current)的放电电流的例子。
图9表示由二次逼近表达式所表示的I-V特征的例子。
图10表示如何从电流增加时的近似表达式中去除浓差极化分量的方式的例子。
图11表示如何从电流降低时的近似表达式中去除浓差极化分量的方式的例子。
图12表示由电流增加时的线性近似表达式所表达的I-V特征的例子。
图13表示如何从电流降低时的近似表达式中去除浓差极化分量的方式的另一个例子。
图14表示如何从在电流降低时的近似表达式中去除浓差极化分量的方式的再一个例子。
图15表示如何计算在平衡状态中或其中发生放电极化(discharge polarization)的状态中放电期间的饱和极化的方式。
图16表示如何计算在其中发生充电极化(charge polarization)的状态中放电期间的饱和极化的方式。
图17表示如何计算在其中发生放电极化或充电极化的状态中放电期间的饱和极化的方式。
图18表示放电期间在电池内出现的电压降。
图19表示满充状态的电压和放电结束时的电压。
具体实施方式
下面，将参考附图介绍本发明的优选实施例。图1是表示车载电池控制系统的主构造的框图，该系统包括判断电池老化的设备，该设备实现根据本发明一个优选实施例的判断电池老化的方法。
在图1中，车载电池控制系统1被安装在包括发动机3和电动发电机5的混合动力车辆上。
通常，经由差速器箱(differential case)9只将发动机3的输出从从动轴(drive shaft)7传输到车轮11，以驱动车辆，另一方面，当以高负载行进时，电动发电机5通过来自电池13，例如铅蓄电池(leadbattery)13，的电能用作马达，以便电动发电机5的输出与发动机3的输出一起被从从动轴7传输到车轮11，从而执行辅助驱动。
在这种混合动力车辆中，电动发电机5在减速或制动时用作发电机，以将动能转换为电能，从而对电池13充电。
此外，当响应于接通起动器开关(在图中未示出)而启动发动机3时，电动发电机5用作起动电动机，其强制地旋转发动机3的飞轮(flywheel)。在这种情况下，大电流在很短的时间段里流入电动发电机5。当在起动器开关被接通后发动机3被电动发电机5启动时，响应于取消点火钥匙(ignition key)(图中未示出)操作，起动器开关被切断，从而点火开关和附属开关(accessory switch)被接通，并且从电池13流出的放电电流变成稳态电流(steady-state current)。
根据这个优选实施例的车载电池控制系统1包括：电流传感器15，用于检测从作为发电机的电动发电机5流出的电池13的充电或放电电流、以及电池13的流入电气设备，诸如用于辅助驱动的马达和用作起动电动机的电动发电机5，的放电电流I；以及电压传感器17，其电阻为大约1M欧姆，与电池13并联，用于检测电池13的端电压V。
根据这个优选实施例的车载电池控制系统1还包括微计算机23，电流传感器15和电压传感器17的输出当在接口电路21(以下称为I/F21)中执行模拟/数字(以下称为A/D)转换以后被存储在微计算机中。
微计算机23包括CPU 23a，其用作电压降计算装置、第一比较装置、转换装置、第二比较装置、第三比较装置、第一和第二老化判断装置；RAM 23b；以及ROM 23c，其用作存储装置。CPU 23a还用作内部电阻监控装置和可放电容量监控装置。CPU 23a除了连接到RAM 23b和ROM 23c之外，还连接到I/F 21和用作通知显示装置的显示设备25。CPU 23a还连接到起动器开关、点火开关、附属开关以及除了电动发电机5之外的电气设备(负载)的开关。
RAM 23b具有用于存储各种数据的数据区以及用于各种处理的工作区。用于使CPU 23a执行各种处理的控制程序被安装在ROM 23c中。
在ROM 23c中，各种数据被可写和可读的记录，并且提供了非易失性存储器(图中未示出)，用于无需电源地保存所记录的数据，用于电池13的各种基本数据和更新数据被保存在非易失性存储器中。例如，非易失性存储器事先存储基本数据，诸如电池13在其非老化状态(即新电池或设计时的电池)时在满充状态时的开路电压(OCVf；单位为V(伏特))、放电完成时的开路电压(OCVe；单位为V)、作为OCVf和OCVe之间可充电或可放电的总电量的初始电量(SOCf；单位为Ah(安培·小时))等等。
此外，非易失性存储器事先存储关于电池13在其非老化状态(即新电池或设计时的电池)时对于特定放电电流值的欧姆电阻和极化电阻(活化极化电阻和浓差极化电阻)值的数据。
而且，非易失性存储器事先存储：预定作为在给定电流流入负载时电池端电压最小值的最小保证电压；以及预定在给定电流流入负载的特定时间段中向负载提供最低要求电量的电池最小保证可放电容量(可放电容量＝ADC)。根据从电池13向其提供电能的负载的形式预先确定最小保证电压和最小保证可放电容量。
例如，如图5所示，如果从电池13向其提供电能的负载具有这样的特征，即在从时间t1到时间t2的短时间段中流过大电流，随后在从时间t2到时间t3的时间段T2-T1中流过小电流(即T2是持续时间)，则当大电流流过时，电池13的端电压在短时间段T1中快速降低。为了端电压的该快速降低不影响负载的工作，当要求一个值时，电池13的端电压不低于所述值，所述值被设置为(即被确定为)最小保证电压。
而且，将用于为负载提供最低要求电量以在持续时间T2中保持负载工作的电池13的可放电容量设置(即确定)为最小保证可放电容量。这个最小保证可放电容量的单位为Ah(安培·小时)，以由图5中斜线所表示的区域来表示该容量。
作为分别来自电流传感器15和电压传感器17的电流值和电压值通过I/F 21提供给微计算机23的CPU 23a，然后在它们被更新的特定时间段之前关于来自它们的电流值和电压值地被存储在RAM 23b的数据区域(对应于存储装置)中。这些被存储的实际数据被用于测量电池的欧姆电阻和极化电阻，通过欧姆电阻和极化电阻判断电池的老化。
以下，将参考图2-4所示的流程图介绍CPU 23a根据存储在ROM 23c中的控制程序而执行的电池老化判断处理。
通过接通点火开关开始动作，CPU 23a首先在图2的步骤S1中判断是否检测到电池13的电荷状态(SOC)变为等于或小于第二特定值(例如，在这个优选实施例中为10％；但是，这个值可以根据情况而改变)的低SOC(步骤S1)。
一般地，对于设计时的电池13，即非老化的电池13，可以预先确定满充状态的开路电压(OCVf；单位为V(伏特))、放电结束时的开路电压(OCVe；单位为V)、以及作为OCVf和OCVe之间可充电或可放电的总电量的初始电量(SOCf；单位为Ah(安培·小时))。根据它们的关系，如果已知给定时间点的开路电压(OCV)，则可以知道作为对应于已知OCV的电量的电荷状态(SOC)。相反，如果已知给定时间点的SOC，则可以知道对应于已知SOC的OCV。
因此，当电池13放电时，测量放电前后的OCV，使得获得电池13在该时间点的SOC，从而可以执行上述判断。
在步骤S1，如果答案为是，则判定电池13老化，并且显示设备25显示通知显示，以指示需要更换电池13。即，在其中执行控制使得电池13的端电压在电池13被使用时决不变为低SOC状态的系统中，如果一旦电池13的端电压由于某种原因，例如由于电池已经被搁置长达比保证时间段更长的特定时间段，而经历等于或低于特定值的低SOC则可靠的系统应该判断必须更换电池。然后，用户能够确认显示设备25的通知显示，使得用户能够用非老化的新电池更换电池13。
另一方面，在步骤S1中，如果答案为否，则执行高效放电(步骤S2)，然后执行利用最小保证电压的老化判断处理(步骤S3)，然后，执行利用可放电容量的老化判断处理(步骤S4)。
图3为表示利用最小保证电压的电池老化判断处理的子程序的流程图，其在图2所示流程图的步骤S3中执行。在图3所示流程图中，首先执行对电池13的内部电阻(欧姆电阻+极化电阻)的估计(步骤S31)，然后计算由于内部电阻(欧姆电阻+极化电阻)的电压降分量(步骤S32)。这个电压降分量(V1)由以下表达式表示：
V1＝(欧姆电阻+极化电阻)×供给电流，其中供给电流表示在放电期间从电池13流入负载的放电电流。
随后，判断(OCV-V1)是否等于或小于最小保证电压(例如10伏特)(步骤S33)。例如，如果当10A(安培)作为供给电流流动时最小保证电压被设置为放电时10伏特，则判断(OCV-V1)是否等于或小于10伏特。如果答案为否，则过程返回到图2中的步骤S4，另一方面，如果答案为是，则过程前进到步骤S34。
在步骤S34，判断SOC是否小于第一特定值(例如，在这个优选实施例中为50％；但是，这个值可根据情况改变)。如果答案为否，则判定电池老化，并且显示设备25显示通知显示，以指示需要更换电池13(步骤S35)。
例如，通过执行高效放电，如图6所示，当在刚放电后估计的SOC1等于或大于50％时，如果尽管SOC等于或大于50％，仍然估计(OCV-V1)小于最小保证电压(例如10伏特)，则判定电池13必须被更换。然后，用户能够确认显示设备25的通知显示，使得用户能够以非老化的新电池替换电池13。
另一方面，在步骤S34中，如果答案为是，则小于50％的SOC被转换为50％的SOC(步骤S36)。这里，可以执行充电，使得小于50％的SOC变为50％，但是，在这个优选实施例中，小于50％的SOC被转换为50％的SOC。即，如图6所示，当根据在刚放电后所测量的OCV2估计的SOC2小于50％时，SOC2被转换为50％的SOC，对于50％的SOC计算为OCV50。
随后，判断(OCV50-V1)是否等于或小于最小保证电压(例如10伏特)(步骤S37)。例如，如果SOC低并等于或小于50％，则甚至对于正常电池，端电压可能小于最小保证电压，相应地，低SOC被转换为50％的SOC，从而执行老化判断。
然后，如果步骤S37的答案为否，则过程返回到图2的步骤S4，另一方面，如果步骤S37的答案为是，则过程前进到步骤S35。在步骤S35，显示设备25显示通知显示，以指示需要更换电池13。于是，用户能够确认显示设备25的通知显示，使得用户能够用非老化的新电池替换电池13。
图4是表示利用可放电容量的电池老化判断处理的子程序的流程图，其在图2所示流程图中的步骤S4处执行。
在图4所示流程图中，首先判断刚执行高效放电后电池的可放电容量是否等于或小于最小保证可放电容量(单位为Ah)(步骤S41)。例如，最小保证可放电容量被设置为3A(三安培)，判断可放电容量是否等于或小于3A。
如果步骤S41的答案为否，则过程返回到图2所示流程图，以完成处理，另一方面，如果步骤S41的答案为是，则过程前进到步骤S42。
在步骤S42，判断SOC是否小于50％。如果答案为否，则电池13被判定为老化，并且显示设备25显示通知显示，以指示需要更换电池13(步骤S43)。即，如果尽管SOC等于或大于50％，但是估计SOC小于最小保证可放电容量，则判定电池13必须被更换。然后，用户能够确认显示设备25的通知显示，使得用户能够用非老化的新电池更换电池13。
另一方面，在步骤S42，如果答案为是，则小于50％的SOC被转换为50％的SOC(步骤S44)。这里，可以执行充电，使得小于50％的SOC变为50％，但是，在这个优选实施例中，小于50％的SOC被转换为50％的SOC。
随后，判断转换为50％的SOC的可放电容量是否等于或小于最小保证可放电容量(步骤S45)。这里，如果SOC低且等于或小于50％，则甚至对于正常电池，端电压可能小于最小保证电压，相应地，低SOC被转换为50％的SOC，从而执行老化判断。
如果步骤S45的答案为否，则过程返回到图2所示流程图，以完成处理，另一方面，如果步骤S45的答案为是，则过程前进到步骤S43，判定电池13老化，并且显示设备25显示通知显示，以指示需要更换电池13。然后，用户能够确认显示设备25的通知显示，使得用户能够用非老化的新电池替代电池13。
于是，可以通过使用最小保证电压或最小保证可放电容量作为标准来执行电池13的老化的判断，使得如果电池13被判定为老化，则用户能够迅速用非老化的新电池替换电池13。
图7是表示利用可放电容量的电池老化判断处理的子程序的另一例子的流程图，其与图4所示流程图相似。
在图7所示流程图中，首先判断刚执行高效放电以后电池的可放电容量是否等于或小于最小保证可放电容量(单位为Ah)和可放电容量的检测误差(单位为Ah)的和值(步骤S41)。
这里，可放电容量的检测误差是检测可放电容量时允许的误差。例如，对于总电量为20Ah的电池，当最小保证可放电容量被设置为3Ah时，(可放电容量的估计检测精度±5％＝20Ah×±0.05＝±1Ah)被加到3Ah。即，如果对于估计的可放电容量的保证为±5％，则可能进行误差为-5％的估计。
在步骤S41中，例如，判断执行高效放电以后的可放电容量是否等于或小于[3Ah(最小保证可放电容量)+1Ah(检测误差)]＝4Ah。
如果步骤S41处的答案为否，则过程返回到图2所示流程图，以完成处理，另一方面，如果步骤S41的答案为是，则过程前进到步骤S42。
在步骤S42，判断SOC是否小于50％。如果答案为否，则判定电池13老化，显示设备25显示通知显示，以指示需要更换电池13(步骤S43)。然后，用户能够确认显示设备25的通知显示，使得用户能够用非老化的新电池替换电池13。
另一方面，在步骤S42，如果答案为是，则将小于50％的SOC转换为50％的SOC(步骤S44)。
随后，判断转换为50％的SOC的可放电容量是否等于或小于(最小保证可放电容量+可放电容量的检测误差)的和值(步骤S45)。例如，判断转换为50％的SOC的可放电容量是否等于或小于[3Ah(最小保证可放电容量)+1Ah(检测误差)]的和值。如果步骤S45处的答案为否，则过程返回到图2所示流程图，以完成处理，另一方面，如果步骤S45的答案为是，则过程前进到步骤S43。
在步骤S43，显示设备25显示通知显示，以指示需要更换电池13。然后，用户能够确认显示设备25的通知显示，使得用户能够用非老化的新电池替换电池13。
以下将参考图8-19介绍在上述老化检测处理中所使用的电池13的测量参数(即欧姆电阻、饱和极化(saturation polarization)和可放电容量)的方法。
作为从电池接收电能以工作的负载，需要大电流的负载，诸如起动电动机、电动发电机或行驶马达(motor for traveling)，被安装在12V车辆、42V车辆、EV车辆和HEV车辆上。例如，当需要大电流的起动电动机或恒定负载被接通时，首先当这样的驱动开始时，在初始阶段，冲击电流流入负载，随后，具有根据负载大小的稳态值的电流流入负载。
如果直流电动机用作起动电动机，如图8所示，则流入励磁线圈的冲击电流在短的时间段内，例如在开始具有恒定负载的驱动后3ms(毫秒)内，单调地从大约0增加到显著大于稳态电流的峰值，例如500A(安培)，随后冲击电流在短时间段内，例如150ms内，单调地从峰值减小到根据恒定负载的大小的稳态值，从而作为放电电流被从电池提供。因此，当冲击电流流入恒定负载时，测量电池的放电电流和对应于放电电流的端电压，使得能够测量电池的放电电流-端电压特性(即I-V特性)，其表示相对于电流在从0到峰值的宽范围上的变化，端电压的变化。
因为对应于在起动电动机被接通时流动的冲击电流的模拟放电(simulative discharge)，电池通过使用电子负载被放电，在该放电中，电流在0.25秒内从0增加到大约200A，然后在0.25秒内从峰值减小到0。在上述放电期间，电池的放电电流和端电压成对地以短的恒定周期被测量，并且，因此所获得的成对数据被绘制，横轴为放电电流，纵轴为端电压，从而获得图9所示的图。可以由以下利用最小二乘法(least squares method)的二次表达式来近似图9中图所示的放电电流增加和减小时的I-V特性：
V＝a1I2+b1I+c1    (1)
V＝a2I2+b2I+c2    (2)
在图9中，还画出了上述二次近似表达式的曲线。
在图9中，作为电流增加的近似曲线的截距(intercept)与电流减小的近似曲线的截距之间的差的电压差(c1-c2)是当没有电流流动时I＝0的电压差。因此，这个电压差(c1-c2)被认为是只由于因放电而新出现的浓差极化而产生的电压降，不包括由于欧姆电阻和活化极化所产生的电压降。电流＝0A(0安培)的这个浓差极化被表示为Vpolc0。一般地，任何浓差极化与电流大小与电流流动的时间段的乘积成比例，即Ah(以下用Asec(安培·秒)表示，因为时间段很短)。
以下，介绍利用电流＝0A时的浓差极化Vpolc0计算电流＝峰值处的浓差极化的方法。如果电流＝峰值处的浓差极化被表示为Vpolcp，则Vpolcp表示如下：
Vpolcp＝[(电流增加时的Asec)/(整个放电的Asec)]×Vpolc0(3)
这里，整个放电的Asec表示如下：
整个放电的Asec＝(电流增加时的Asec+电流减小时的Asec)。
如上计算的电流＝峰值处的浓差极化Vpolcp被加到式(1)中电流增加时峰值处的电压中，使得如图10所示，去除峰值处的浓差极化。如果去除了峰值处的浓差极化以后的电压被表示为V1，则V1表示如下：
V1＝a1Ip2+b1Ip+c1+Vpolcp。
这里，Ip是电流＝峰值处的电流值。
图10所示的电流增加时只由于欧姆电阻和活化极化所得到的I-V特性的近似表示被设定如下：
V＝a3I2+b3I+c3    (4)。
从电流＝0A的点开始，即在放电开始之前，考虑极化，将c1作为对于活化极化和浓差极化的标准，因此c3＝式(1)中的c1。而且，假设电流从电流增加的初始状态快速增加，而浓差极化的反应很慢并且几乎不变化，所以电流＝0A处式(1)和(4)的微分值相同，因此b3＝b1。相应地，通过替换c3＝c1和b3＝b1，式(4)可以表示如下：
V＝a3I2+b1I+c1    (5)。
因此，未知量只有a3。
如果将电流增加时电流峰值处的坐标(Ip，V1)代入式(5)，则获得以下表达式：
a3＝(V1-b1Ip-c1)/Ip2。
因此，由式(5)确定只由于欧姆电阻和活化极化的I-V特性的近似表达式(4)。
一般地，由于欧姆电阻不响应于化学反应而出现，并且如果电池的SOC或温度不变则欧姆电阻保持不变，所以欧姆电阻在起动电动机的一个动作期间保持不变。另一方面，由于当离子和电子被传送时活化极化电阻响应于化学反应出现，并且由于活化极化和浓差极化相互影响，所以电流增加时的活化极化的曲线与电流减小时的活化电阻(activation resistance)的曲线不完全吻合。因此，式(5)被认为是电流增加时欧姆电阻和活化极化的曲线，其中去除了浓差极化分量。
以下，将介绍如何从电流减小时的曲线中去除浓差极化分量的方式。可以以与删除电流峰值处的浓差极化相似的方式获得电流减小时欧姆电阻和活化极化之间的关系。设定两个点，即除了峰值点之外的A点和B点，各点处的浓差极化VpolcA和VpolcB被计算如下：
VpolcA＝[(从电流增加的开始到A点的Asec)/(整个放电的Asec)]×Vpolc0    (6)
VpolcB＝[(从电流增加的开始到B点的Asec)/(整个放电的Asec)]×Vpolc0    (7)
如果利用三个点，即这两个点(即A点和B点)和峰值点，的坐标，由式(6)和(7)，除了峰值点地获得其中去除了浓差极化分量的两个点，则获得图11所示的电流减小时的欧姆电阻和活化极化的曲线，其由以下表达式表示：
V＝a4I2+b4I+c4    (8)。
这里，系数a4、b4和c4可以通过求解联立方程(simultaneousequation)而确定，联立方程通过将A点、B点和峰值点的相应电流值和电压值代入式(8)中而获得。
以下，将介绍计算电池欧姆电阻的方式。由于其中去除了浓差极化分量的、电流增加时欧姆电阻和活化极化的曲线(由(5)表示)之间的差和其中去除了浓差极化分量的、在电流减小时欧姆电阻和活化极化的曲线(由(5)表示)之间的差是由于活化极化分量的差，所以可以通过去除活化极化分量而获得欧姆电阻。
观察这两条曲线的峰值，在那里活化极化的相应值变为相同的值，由以下表达式计算出在峰值处在电流增加时的微分值R1和在电流减小时的微分值R2：
R1＝2×a3×Ip+b3    (10)
R2＝2×a4×Ip+b4    (11)。
由上述表达式所计算的微分值R1和R2之间的差是由于其中一个是电流增加时的活化极化的峰值，而另一个是电流减小时的活化极化的峰值。当由于对应于冲击电流的模拟放电，电池通过使用电子负载而被放电时，其中在该放电中电流在0.25秒内从0增加到200A，然后在0.25秒内从峰值减小到0，由于这两个微分值各自在峰值附近的改变率相同，并且可以理解在这两个微分值中间存在由于欧姆电阻的电流-电压特性，所以可以通过将两个微分值相加并随后将相加值除以2来获得欧姆电阻R，如下式(在这个例子中，通过相对于时间比成比例地对微分值进行的除法所获得的值等于通过将和值除以2所获得的值)：
R＝(R1+R2)/2。
在以上描述中，给出了对这样的情况的解释，其中由于对应于冲击电流的模拟放电，电池通过使用电子负载而被放电。但是，在实际车辆的情况下，当直流电动机被用作起动电动机时，在冲击电流流入励磁线圈时，电流达到其峰值，并且转动曲柄(cranking)以这样的电流工作，其在达到峰值电流以后减小到等于或小于峰值电流。
相应地，电流增加时的放电在短的时间段中，即3毫秒(3ms)中完成，电流变化如此快，以至于浓差极化在电流增加时在峰值处几乎不出现。但是，在电流减小时，电流流动150ms的时间段，其比电流增加时的上述时间段(3ms)长很多，因此尽管电流减小，但是大的浓差极化出现。但是，由于在摇转期间(cranking period)出现与冲击电流流动的时间段不同的现象，所以电池在该摇转期间的放电电流和端电压不应该被用作用于计算电流减小时的电流-电压特性的数据。
在这种情况下，在实际车辆中，如图12所示，电流增加时的I-V特性可以由连接电流增加的开始点与峰值电流点所形成的直线来近似。而且，在峰值500A处的浓差极化的出现可以被近似为0A。在这种情况下，对于电流增加时的放电，电流增加时的近似直线的倾斜度被用作峰值电流处的微分值。
但是，在上述情况下，电流增加时的近似直线的倾斜度与电流减小时的二次近似表达式中峰值点处的切线的倾斜度不能被简单地平均。因为在这种情况下，电流达到峰值前活化极化的发生程度与电流达到峰值后完全不同，因此不再实现峰值电流附近的改变率相同的假设。
在这样的情况下，当计算欧姆电阻时，在其中去除了由于浓差极化所产生的电压降的第一和第二近似表达式中对应于峰值的相应点处每单位电流变化的端电压变化的两个值，即两个倾斜度值，乘以单调电流增加的时间段和单调电流减小的时间段相对于冲击电流流动时的总时间段的比，并且随后将两个乘积值相加在一起。即，倾斜度值乘以各自的标度比(division ratio)，其中标度比通过比例地将总时间段分为单调电流增加所需的时间段和单调电流减小所需的时间段，并且随后将由此获得的两个值相加在一起。因此，能够在考虑活化极化和浓差极化相互影响的情况下，计算欧姆电阻。
即，尽管活化极化一般根据电流值而出现，但是活化极化在每种情况下被浓差极化影响，并且不根据原理出现。当浓差极化小时，活化极化也小。当浓差极化大时，活化极化也大。总之，在其中去除了由于浓差极化所引起的电压降的第一和第二近似表达式中对应于峰值的相应点处每单位电流变化的端电压的两个变化值的中间值可以被测量作为电池的欧姆电阻值。
对于新近的车辆，需要三相输入的交流电动机，诸如DC无刷的，诸如磁电机，已经经常被用作电动机。在这种情况下，冲击电流不在非常短的时间段内达到峰值电流，而是需要100ms。因此，由于在电流增加时的放电期间出现浓差极化，所以电流增加时的电流变化曲线应该由曲线近似来近似。
而且，当要近似电流减小时的欧姆电阻和活化极化时，当要确定峰值点和其他两个点时，如图13所示，使用电流＝0A的点作为B点，从而简化获得近似表达式的计算。
而且，当用于去除浓差极化的点被确定为对应于大约为峰值电流一半的电流值的点时，如图14所示，可以以对由连接这个点和峰值点所形成的直线的线性近似来进行近似。在这种情况下，对于电流增加时的放电，电流减小时的近似直线的倾斜度被用作峰值的微分值，从而能够获得准确的欧姆电阻，其几乎与利用二次曲线所获得的值相同。
简言之，在其中去除了由于浓差极化的电压降的第一和第二近似表达中对应于峰值的相应点处每单位电流变化的端电压的两个变化值的中间值可以被测量作为电池的欧姆电阻的值。
以下，将在使用恒定负载，例如起动电动机的例子中介绍测量车载电池的欧姆电阻的方法，其中冲击电流流动，而在放电电流增加和减小这两种情况中都出现浓差极化。
当恒定负载工作时，放电电流流动，其中电流单调地增加超过稳态值，并从峰值单调减小到稳态值。在此期间，周期地测量电池的放电电流和端电压，例如以100微秒(μs)的周期，从而获得大量电池放电电流和端电压对。
将由此获得的最近一对电池放电电流和端电压存储并收集在作为可写存储装置的存储器中，例如RAM，长达特定时间段。通过使用最小二乘法，根据由此所存储和收集的电池放电电流和端电压对，对于指示放电电流和端电压之间相互关系的、增加的放电电流和减小的放电电流的电流-电压特性，获得表达式(1)和(2)所示的两个曲线近似表达。随后，从这两个近似表达中去除由于浓差极化分量的电压降，从而获得不包括浓差极化分量的修正的曲线近似表达。
为此，以这样的方式计算电流＝0A(没有电流流动)时表达式(1)和(2)中电压值之间的电压差，即电压差是只由于浓差极化所引起的电压降。通过使用这个电压差，计算在用于增加的放电电流的I-V特性的近似表达式(1)上电流峰值处由于浓差极化分量所产生的电压降。为此，利用这样的事实，即浓差极化以电流与时间段的乘积而变化，其通过将电流大小乘以电流流动的时间段而获得。
在计算用于增加的放电电流的I-V特性的近似表达上在电流峰值处由于浓差极化分量而产生的电压降以后，将各个常量和线性系数代入从中去除了浓差极化的近似表达式和包括浓差极化的近似表达式的，从而确定从中去除了浓差极化的近似表达的二次系数，使得计算由用于增加的放电电流的I-V特性的近似表达修正的修正的曲线近似表达式(5)。
随后，对于用于减小的放电电流的I-V特性，根据近似表达式(2)计算不包括浓差极化分量的近似表达。为此，除了峰值电流点外，确定从中去除了浓差极化分量的两个点。此时，考虑浓差极化分量以电流和时间段的乘积变化，该乘积通过电流大小乘以时间段而获得。如果确定了从中去除了浓差极化分量的两个点，则通过使用包括这两个点和峰值点的坐标的三个坐标，计算根据用于减小的放电电流的I-V特性的近似表达式(2)修正的修正的近似表达式(8)。
由于表达式(5)所表示的电流增加时的从中去除浓差极化分量的欧姆电阻和活化极化的修正的曲线近似表达与表达式(8)所表示的电流减小时的从中去除了浓差极化分量的欧姆电阻和活化极化的修正的曲线近似表达之间的差是由于各自活化极化分量的差，因此，如果去除了活化极化分量，则能够获得欧姆电阻。即，注意两个近似表达的峰值，峰值电流处电流增加时的微分值与电流减小时的微分值之间的差是由于其中一个是活化极化增加时的值，而另一个是活化极化减小时的值，因此，假设在峰值电流附近的两个变化率的中间存在由于欧姆电阻的I-V特性，首先，两个微分值乘以单调电流增加的时间段和单调电流减小的时间段分别与冲击电流流动时总时间段的比，然后，由此乘积的微分值被相互相加，从而获得欧姆电阻。
例如，如果电流增加和减小的时间段分别为3ms和10ms，并且峰值电流处电流增加时和电流减小时的微分值为Rpolk1和Rpolk2，则可计算欧姆电阻Rn如下：
Rn＝Rpolk1×100/103+Rpolk2×3/103。
只要执行其中出现冲击电流的高效放电，例如只要启动起动电动机以驱动，则计算和更新欧姆电阻Rn。
作为车辆电池在其平衡状态的开路电压，使用当电池在其平衡状态时测量的电池端电压，在平衡状态中，由于先前的充电或放电而在电池中出现的极化的影响消失了，使得由于极化而出现的电池端电压的下降和增加消失了，或者，根据通过观察在刚充电或放电后短的时间段内电池端电压的变化而获得的结果而估计的电池端电压被保持(halt)。
以下，将介绍根据本发明的检测电池饱和极化的方法和检测可放电容量的方法。
电池能够实际提供给负载的能量是通过从对应于电池开路电压值的充电容量(即电流和时间段的乘积)中减去对应于在放电时电池内出现的电压降分量的容量，即由于电池的内部电阻而不能被放电的容量而获得的容量。
如图15所示，放电期间在电池内出现的电压降可被分为由于电池的欧姆电阻分量的电压降分量(图15中用IR降表示)和由于除了欧姆电阻分量以外的内部电阻分量所产生的电压降分量，即由于极化的电压降分量(图15中由饱和极化表示)。
如果电池状态是相同的，则上述IR降不变。另一方面，由于极化的电压降与放电电流和放电时间段成比例地增加，但是，它从不增加超过饱和极化。相应地，如果监控由于极化的电压降达到饱和极化的点，则能够监控由于极化的电压降到达其最大值的点。
首先，当平衡状态中的电池被放电时，或者当放电开始时的端电压低于放电开始时的开路电压OCV0的状态中、即仍然存在放电极化的状态中，的电池被放电时，如图15中粗曲线所示，根据在放电期间从放电开始在一个特定时间段(大约为其中极化行为出现，并且时间段不长于大约1秒的时间段)中周期测量的电池放电电流和端电压，计算以下表达式(12)所表示的端电压V相对于放电电流I的近似表达。
另一方面，当放电开始时的端电压高于放电开始时的开路电压OCV0的状态中、即仍然存在充电极化的状态中，的电池被放电时，如图16中粗曲线所示，根据在放电期间当从放电开始已经经过了特定时间段使得充电极化基本消除时所周期测量的电池的放电电流和端电压，计算以下的表达式(12)中所表示的端电压V相对于放电电流I的近似表达。这是因为根据在仍然存在充电极化时在特定时间段中所检测到的电池的放电电流和端电压所获得的近似表达与根据从电池平衡状态开始的放电过程实际可能获得的I-V特性的相关性很差。
V＝aI2+bI+c    (12)
上述电池端电压V也由具有由于电池的欧姆电阻Rn分量的电压降分量和由于除了欧姆电阻分量以外的内部电阻分量的电压降VR(即由于极化的电压降)之和的以下表达式(13)表示：
V＝c-(Rn×I+VR)    (13).
根据表达式(12)和(13)，能够获得以下表达式，由于欧姆电阻的电压降、和由于极化的电压降：
aI2+bI＝-(Rn×I+VR)    (14).
通过对表达式(14)微分，获得由于除了电池欧姆电阻分量以外的内部电阻分量的电压降的变化率dVR/dI，如下；
dVR/dI＝-2aI-b-Rn    (15)。
以上变化率dVR/dI变为0时的放电电流对应于用于在由于除了电池欧姆电阻分量之外的内部电阻分量的电压降分量达到其最大值(即饱和值)时的端电压降的饱和电流值Ipol(＝-(Rn+b)/2a)。
于是，如果放电是从平衡状态开始的放电，则所获得的用于端电压降的饱和电流值与电池的欧姆电阻Rn一起被代入表达式(14)作为放电电流I。于是，将由此所获得的由于极化的电压降分量VR(＝-aIpol2-bIpol-Rn×Ipol)设定为饱和极化VRpol。
另一方面，如果放电是从其中仍然存在充电极化或放电极化的状态开始的放电，则所获得的用于端电压降的饱和电流值Ipol与电池的欧姆电阻Rn值一起被代入表达式(14)，作为放电电流I。于是，由此获得的、由于极化的电压降分量VR被加到当放电电流为0时的端电压C-其由表达式(12)获得-与由估计所获得的放电开始时的开路电压OCV0之间的差中。由此而获得的值(＝-aIpol2-bIpol-Rn×Ipol+(OCV0-c))被设定为饱和极化VRpol。
以下将解释为什么要加上上述(OCV0-c)的原因。如果基于从其中仍然存在充电极化或放电极化的状态中在上述特定时间段中所实际测量的放电电流和端电压，根据近似表达式(12)计算当放电电流为0时的端电压c，则所计算的端电压C如图17所示。如图17所示，由近似表达所获得的电压降的饱和值等于实际获得的I-V特性中电压降的饱和值。
关于这一点，即使放电是从其中仍然存在充电极化的状态开始的放电，通过将从放电开始特定时间段以后的特定时间设定为特定时间段，所计算的在放电电流为0时的端电压c-其由近似表达表示-低于放电开始时的开路电压OCV0。
在那时，如图17所示，通过将Ipol代入表达式(14)而获得的、由于极化的电压降分量VR(＝-aIpol2-bIpol-Rn×Ipol)是通过从具有端电压c作为参考的电压降中减去由于欧姆电阻的电压降分量Rn×Ipol而获得的值。相应地，为了根据开路电压OCV0计算饱和极化VRpol-其是通过从电池的电压降中减去由于欧姆电阻的电压降分量Rn×Ipol而获得的值，需要将(OCV0-c)加到上述电压降VR(＝-aIpol2-bIpol-Rn×Ipol)。只要电池被放电，就计算和更新饱和极化VRpol。
如果如上所述地计算饱和极化VRpol，通过使用饱和极化VRpol，执行以下将介绍的检测可再充电容量，例如，只要电池被放电，所述放电具有这样的大小，以至于需要重新检测可放电容量。
首先，当执行放电时，在放电时，计算饱和极化VRpol，并且求解以下表达式：
VADC＝OCV0-Rn×Ip-VRpol    (16)。
这里，VADC是指示当前可放电容量的电压值，而Ip是放电的峰值电流。
即，为了求解上面的表达式，通过从放电开始时的开路电压OCV0中减去对应于电池欧姆电阻Rn值的电压降分量和饱和极化VRpol而计算对应于当前可放电容量的电压值VADC。
然后，通过转换表达式，根据指示当前可放电容量的电压值VADC计算可放电容量ADC：
ADC＝SOC×[(VADC-Ve)/(Vf-Ve)]×100(％)，
其中
SOC＝[(OCVn-Ve)/(Vf-Ve)]×100(％)。
这里，Vf是满充状态时的电压，而Ve是放电结束时的电压。
这里，如图19所示，可通过从新电池在其满充状态(电荷状态：SOC＝100％)时的开路电压OCVf中减去对应于新电池在其满充状态(SOC＝100％)时的欧姆电阻Rnf0值的电压降而获得电池在满充状态时的电压Vf，如下：
Vf＝OCVf-Rnf0×Ip。
可通过从新电池在其放电结束(电荷状态：SOC＝0％)时的开路电压OCVe中减去对应于新电池在其放电结束(SOC＝0％)时的欧姆电阻Rne0值的电压降而获得电池在放电结束时的电压Ve，如下：
Ve＝OCVe-Rne0×Ip。
可通过下面所示的转换表达式，根据指示当前可放电容量的电压值VADC计算可放电容量ADC：
ADC＝SOC×[(VADC-OCVe)/(OCV0-Rne0×Ip-OCVe)]×100(％)。
对应于电池欧姆电阻Rn的电压降分量-其将被从电池在放电开始时的开路电压OCVn中减去-反映各个电池的特性之间的差别。电池的当前饱和极化VRpol反映由于放电电流已经保持流动而产生的可放电容量减小程度的差别和/或由于由温度变化引起的电池内部电阻变化而产生的可放电容量减小程度的差别。
因此，在执行放电时如上所述而获得的可放电容量ADC是正确的可放电容量，其中各个电池特性之间差别的影响或者由于放电电流已经保护流动而产生的可放电容量减小程度差别和/或由于由温度变化引起的电池内部电阻变化而产生的可放电容量减小程度差别的影响作为误差不存在。
如上所述，可能估计在放电期间由于峰值电流处的内部电阻而产生的电压降分量，即可能估计在由于欧姆电阻-即放电过程中除了极化以外的内部电阻分量-的电压降变为其最大值时由于内部电阻的电压降。
总结上述测量方法，响应于电池的放电，内部电阻监控装置监控在由于放电期间所出现的极化所产生的端电压的电压降分量饱和时由于电池内部电阻的电压降。因此，可能估计在由于极化所产生的电压降变为最大值时由于内部电阻所产生的电压降。
而且，响应于电池放电，可放电容量监控装置根据通过从对应于电池电荷状态(SOC)的开路电压中减去当由于放电期间所出现的极化而产生的端电压的电压降分量饱和时由于电池内部电阻所产生的电压降分量而获得的值，检测可放电容量。相应地，可能估计在由于极化所产生的电压降变为最大值时的可放电容量。
此外，内部电阻监控装置监控通过将放电期间在峰值电流流动时由于电池的纯电阻所产生的电压降分量加到由于极化的端电压的电压降分量的饱和值而获得的电压降分量。相应地，在放电过程中，可估计当由于电池的纯电阻-即除了极化以外的内部电阻的分量-所产生的电压降变为最大时由于内部电阻的电压降。
而且，可放电容量监控装置监控基于通过以下方式所获得的值而计算的可放电容量，即通过从对应于电池SOC的开路电压中减去放电期间在峰值电流流动时由于电池的纯电阻所产生的电压降和由于极化所产生的端电压的电压降分量的饱和值获得该值。相应地，可能估计在由于纯电阻-即除了放电过程中的极化以外的内部电阻的分量-所产生的电压降变为其最大值时的可放电容量。
当电池被放电时，由在放电的特定时间段中所检测到的电池的放电电流和端电压，获得端电压相对于放电电流的近似表达。基于由此获得的近似表达和电池的纯电阻检测饱和极化。即，可以基于根据在实际放电的特定时间段中所检测到的放电电流和端电压以及被测量或估计的纯电阻而计算的近似表达来检测饱和极化。
近似表达、由于纯电阻所产生的电压降分量以及由于极化的电压降分量之间的关系表达通过放电电流来求微分，从而计算由于极化所产生的电压降分量相对于放电电流的变化率的表达。随后，根据变化率的表达，计算当变化率变为0时的放电电流值作为电池的端电压降饱和电流值。然后，通过将所计算的端电压降饱和电流值代入上述关系表达中而获得的由于极化的电压降分量被检测作为饱和极化。相应地，可以通过观察由于极化所产生的电压降分量达到最大值，即当电压降相对于放电电流的变化率变为0时的饱和值，来计算饱和极化。
如果放电电流变为0时的端电压-其根据近似表达而计算出-低于放电开始时的开路电压，则近似表达、由于纯电阻所产生的电压降分量以及由于极化所产生的电压降分量之间的关系表达通过放电电流来求微分，从而计算由于极化所产生的电压降分量相对于放电电流的变化率的表达。随后，根据变化率的表达，计算当变化率变为0时的放电电流值作为电池的端电压降饱和电流值。然后，将通过将根据近似表达所计算的当放电电流为0时的端电压和放电开始时的开路电压之间的差加到通过将由此计算出的端电压降饱和电流值代入上述关系表达中而获得的由于极化所产生的电压降分量中所获得的值检测作为饱和极化。
相应地，可通过观察由于极化所产生的电压降分量达到最大值，即电压降相对于放电电流的变化率变为0时的饱和值，计算饱和极化。而且，通过加上根据近似表达所计算出的当放电电流为0时的端电压与放电开始时的开路电压之间的差，准确地计算饱和极化，即使电池在放电开始时不在平衡状态中。
上述关系表达是这样一种表达，其中用由于纯电阻所产生的电压降和由于极化所产生的电压降来表示由近似表达所表示的端电压。相应地，可根据简单的关系表达来计算饱和极化。
端电压相对于放电电流的近似表达-其根据在充电极化发生时在一个时间段中所检测的电池放电电流和端电压而计算-与由从电池平衡状态开始的放电过程可实际获得的放电电流-端电压特性具有差的相关性。因此，对于其中出现充电极化的电池的放电，根据在这样的特定时间段中所检测的电池的放电电流和端电压计算端电压相对于放电电流的近似表达，使得在放电开始以后已经经过特定时间段之后充电极化几乎被消除了。即，根据在这样的时间段中所检测的电池的放电电流和端电压来计算端电压相对于放电电流的近似表达，使得充电极化基本被消除，从而能够计算准确的放电极化。
内部电阻监控装置监控基于通过使用上述检测饱和极化的方法所检测的饱和极化而计算的、由于电池内部电阻所产生的电压降分量。因此，可能更准确地检测在由于极化所产生的电压降饱和时由于内部电阻所产生的电压降。
通过从放电开始时的电池开路电压中减去对应于电池放电开始时的纯电阻和利用上述检测饱和极化方法所检测的饱和极化的电压降分量而获得的电压值是对应于电池极化饱和时的可放电容量的电压值。
对应于电池纯电阻的电压降分量-其将被从放电开始时的电池开路电压中减去-反映各个电池的特性之间的差别。利用上述检测饱和极化方法而检测到的电池的饱和极化反映由于放电电流已经保持流动所产生的可放电容量减小程度的差别和/或由于由温度变化引起的电池内部电阻变化所产生的可放电容量减小程度的差别。
因此，在进行放电时如上所述所获得的可放电容量是正确的可放电容量，其中各个电池的特性之间的差别的影响或由于放电电流已经保持流动所产生的可放电容量减小程度差别和/或由于由温度变化引起的电池内部电阻变化所产生的可放电容量减小程度差别的影响作为误差不存在。
如果放电电流变为0时的端电压-其根据近似表达计算-低于放电开始时的开路电压，则通过从放电开始时的电池开路电压中减去对应于电池放电开始时的纯电阻的电压降分量、利用上述检测饱和极化方法所检测到的饱和极化、以及根据近似表达所计算的在放电电流为0时的端电压与放电开始时的开路电压之间的差而获得的电压值是对应于电池极化饱和时的可放电容量的电压值。
对应于电池纯电阻的电压降分量-其将被从放电开始时的电池开路电压中减去-反映各个电池的特性之间的差别。利用上述检测饱和极化方法所检测的电池饱和极化反映由于放电电流已经保持流动所产生的可放电容量减小程度的差别和/或由于由温度变化引起的电池内部电阻变化所产生的可放电容量减小程度的差别。
因此，在进行放电时如上所述地获得的可放电容量是正确的可放电容量，其中各个电池的特性之间的差别的影响或者由于放电电流已经保持流动而产生的可放电容量减小程度差别和/或由于由温度变化引起的电池内部电阻变化所产生的可放电容量减小程度差别的影响作为误差不存在。而且，通过减去根据近似表达所计算的当放电电流为0时的端电压与放电开始时的开路电压之间的差，准确地计算饱和极化，即使电池在放电开始时不在平衡状态中。
而且，在考虑电池的电荷状态-开路电压特性变化的情况下计算可放电容量，该变化由于电池的老化而出现。因此，当要基于电池端电压，诸如开路电压和由于电池内部电阻所产生的电压降分量来计算可放电容量时，可以考虑电池的电荷状态-开路电压特性的变化，该变化由于电池的老化而出现。
第一变化率是对应于由于放电而减小的电荷状态的、用于计算的新电池开路电压的变化率。第二变化率是对应于由于放电而减小的电荷状态的、估计的或测量的开路电压的变化率。
当在电池电解液中传送电荷的活性材料的量与水量之比相对于新电池的比发生变化时，第一变化率与第二变化率之比改变，使得开路电压的变化率与电荷状态的变化率之比变大。
因此，基于第一变化率与第二变化率之比以及上述被减去的值，计算可放电容量，从而在考虑电池活性材料的失活(inactivation)的情况下计算可放电容量。
可放电容量检测装置通过使用上述检测可放电容量的方法检测可放电容量。相应地，可能更准确地检测在由于极化所产生的电压降饱和时的可放电容量。
在这一点上，可以忽略用于响应活性材料量与水量之比的变化的、用于根据指示当前可放电容量的电压值VADC计算可放电容量ADC的转换表达式的变化。
在上述解释中，当在从其中仍然存在充电极化或放电极化的状态放电时计算饱和极化时，饱和极化被设置为通过将(OCV0-c)加到由于极化的电压降VR(＝-aIpol2-bIpol-Rn×Ipol)中而获得的值，该电压降VR通过将Ipol代入表达式(14)而获得。但是，实际上，例如，由于极化的电压降VR(＝-aIpol2-bIpol-Rn×Ipol)-其通过将Ipol代入表达式(14)而获得-可被设置为饱和极化，即使极化在放电开始时仍然存在，或者即使电池在放电开始时还不在平衡状态中，使得随后从电压VADC被消除时的开路电压OCV0中减去(OCV0-c)。
微计算机23基于来自电流传感器15和电压传感器17的输出，检测电池放电期间的多个量，从而检测和监控在电池13的极化饱和时由于电池13的内部电阻所产生的电压降以及电池13的可放电容量ADC。即，微计算机23作为内部电阻监控装置和可放电容量监控装置。
由于能够估计在由于极化所产生的电压降变为最大值时由于内部电阻所产生的电压降以及可放电容量，因此能够准确估计电池的状态。
介绍了以上优选实施例以帮助理解本发明，本领域技术人员可以进行变体或应用，而不背离本发明的精神和范围。
例如，在上述优选实施例中，利用百分比(％)值为单位表示电荷状态(SOC)，其中该百分比值是电池给定状态时的容量与电池满充状态时的容量之比。但是，实际上，可以使用安培·小时(Ah)作为单位，通过其以绝对大小表示电量。
工业实用性
如前面所介绍的，根据权利要求1所定义的发明，能够相对于预定最小保证电压，适当地判断电池的老化状态。
根据权利要求2所定义的发明，能够相对于预定的最小保证电压，及时地判断电池的老化。
根据权利要求3所定义的发明，能够相对于预定的最小保证电压，准确地判断电池的老化，即使在其中甚至对于正常电池，端电压可能低于最小保证电压的低电荷状态中。
根据权利要求4所定义的发明，能够相对于预定的最小保证可放电容量，适当地判断电池的老化。
根据权利要求5所定义的发明，能够相对于预定的最小保证可放电容量，及时地判断电池的老化。
根据权利要求6所定义的发明，能够相对于预定的最小保证可放电容量，准确地判断电池的老化，即使在其中甚至对于正常电池，端电压可能低于最小保证电压的低电荷状态中。
根据权利要求7所定义的发明，能够在也考虑可放电容量的检测误差的情况下，相对于预定的最小保证可放电容量，适当地判断电池的老化。
根据权利要求8所定义的发明，能够在也考虑可放电容量的检测误差的情况下，相对于预定的最小保证可放电容量，及时地判断电池的老化。
根据权利要求9所定义的发明，能够在也考虑可放电容量的检测误差的情况下，相对于预定的最小保证可放电容量，准确地判断电池的老化，即使在其中甚至对于正常电池，端电压可能低于最小保证电压的低电荷状态中。
根据权利要求10所定义的发明，当电能被从电池提供给系统中的负载-其必须被控制以便不处于低电荷状态中-时，对于由于某种原因，例如由于电池已经被搁置长达比保证时间段更长的特定时间段，已经至少曾经经历过低于第二特定值的电荷状态的电池，能够准确地判断电池的老化，以保证系统的高可靠性。
根据权利要求11所定义的发明，电池的用户能够及时地了解电池的老化，以用非老化电池替换该电池。
根据权利要求12所定义的发明，能够相对于预定的最小保证电压，及时地判断电池的老化。
根据权利要求13所定义的发明，能够相对于预定的最小保证电压，准确地判断电池的老化，即使在其中甚至对于正常电池，端电压可能低于最小保证电压的低电荷状态中。
根据权利要求14所定义的发明，能够相对于预定的最小保证可放电容量，及时地判断电池的老化。
根据权利要求15所定义的发明，能够相对于预定的最小保证可放电容量，准确地判断电池的老化，即使在其中甚至对于正常电池，端电压可能低于最小保证电压的低电荷状态中。
根据权利要求16所定义的发明，能够在也考虑可放电容量的检测误差的情况下，相对于预定的最小保证可放电容量，及时地判断电池的老化。
根据权利要求17所定义的发明，能够在也考虑可放电容量的检测误差的情况下，相对于预定的最小保证可放电容量，准确地判断电池的老化，即使在其中甚至对于正常电池，端电压呢感低于最小保证电压的低电荷状态中。
根据权利要求18所定义的发明，当电能从电池提供给系统中的负载-其必须被控制以便不处于低电荷状态中-时，对于由于某种原因，例如由于电池已经被搁置长达比保证时间段更长的特定时间段，已经至少曾经经历过低于第二特定值的电荷状态的电池，能够准确地判断电池的老化，以保证系统中的高可靠性。
根据权利要求19所定义的发明，电池的用户能够及时了解电池的老化，以用非老化的电池替换该电池。

Claims (19)

1.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
比较最小保证电压与第一差值，其中所述最小保证电压被预定作为当给定电流流入负载时所述电池的端电压的最小值，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得的；以及
基于所述比较的结果，判断所述电池的老化。
2.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
比较最小保证电压与第一差值，其中所述最小保证电压被预定作为当给定电流流入负载时所述电池的端电压的最小值，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得的；以及
如果所述第一差值变为等于或小于所述最小保证电压，并且所述放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定所述电池老化。
3.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
比较最小保证电压与第一差值，其中所述最小保证电压被预定作为当给定电流流入负载时所述电池的端电压的最小值，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得的；
如果所述第一差值变为等于或小于所述最小保证电压，并且所述放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于所述第一特定值的电荷状态转换为所述第一特定值的电荷状态；
比较所述最小保证电压与第二差值，其中所述第二差值是通过从对应于所转换的、所述第一特定值的电荷状态的开路电压中减去所述电压降而获得的；以及
如果所述第二差值等于或小于所述最小保证电压，则判定所述电池老化。
4.一种判定用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
比较最小保证可放电容量与第一估计可放电容量，其中所述最小保证可放电容量被预定用于在给定电流流入所述负载的特定时间段中为所述负载提供最低要求电量，所述第一估计可放电容量是基于第一差值而估计的，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于所述电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得的；以及
基于所述比较的结果，判断所述电池的老化。
5.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
比较最小保证可放电容量与第一估计可放电容量，其中所述最小保证可放电容量预定用于在给定电流流入所述负载的特定时间段中为所述负载提供最低要求电量，所述第一估计可放电容量是基于第一差值而估计的，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于所述电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得的；以及
如果所述第一估计可放电容量变为等于或小于所述最小保证可放电容量，并且所述放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定所述电池老化。
6.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
比较最小保证可放电容量与第一估计可放电容量，其中所述最小保证可放电容量被预定用于在给定电流流入所述负载的特定时间段中为所述负载提供最低要求电量，所述第一估计可放电容量是基于第一差值而估计的，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于所述电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得的；
如果所述第一估计可放电容量变为等于或小于所述最小保证可放电容量，并且所述放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于所述第一特定值的电荷状态转换为所述第一特定值的电荷状态；
比较所述最小保证可放电容量与第二估计可放电容量，其中所述第二估计可放电容量是为所述转换的、所述第一特定值的电荷状态而估计的；以及
如果所述第二估计可放电容量等于或小于所述最小保证可放电容量，则判定所述电池老化。
7.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
比较(a)最小保证可放电容量和(b)所述可放电容量的检测误差的和值与第一估计可放电容量，其中所述最小保证可放电容量预定用于在给定电流流入所述负载的特定时间段中为负载提供最低要求电量，所述第一估计可放电容量是基于第一差值而估计的，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于所述电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得的；以及
基于所述比较的结果判断所述电池的老化。
8.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
比较(a)最小保证可放电容量和(b)所述可放电容量的检测误差的和值与第一估计可放电容量，其中所述最小保证可放电容量预定用于在给定电流流入所述负载的特定时间段中为所述负载提供最低要求电量，所述第一估计可放电容量是基于第一差值而估计的，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于所述电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；以及
如果所述第一估计可放电容量变为等于或小于所述和值，并且所述放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定所述电池老化。
9.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的方法，包括以下步骤：
比较(a)最小保证可放电容量和(b)所述可放电容量的检测误差的和值与第一估计可放电容量，其中所述最小保证可放电容量预定用于在给定电流流入所述负载的特定时间段中为所述负载提供最低要求电量，所述第一估计可放电容量是基于第一差值而估计的，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于所述电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得；
如果所述第一估计可放电容量变为等于或小于所述和值，并且所述放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于所述第一特定值的电荷状态转换为所述第一特定值的电荷状态；
比较所述最小保证可放电容量与第二估计可放电容量，其中所述第二估计可放电容量是为所述转换的、所述第一特定值的电荷状态而估计的；以及
如果所述第二估计可放电容量等于或小于所述和值，则判定所述电池老化。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的判断电池老化的方法，其中如果所述电池电荷状态变为等于或小于第二特定值，则判定所述电池老化，其中所述第二特定值被设定为低于所述第一特定值。
11.根据权利要求2、3、5、6、8、9或10所述的判断电池老化的方法，其中当判定所述电池老化时，进行显示，以通知所述电池老化。
12.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储最小保证电压，所述最小保证电压被预定作为当给定电流流入所述负载时所述电池的端电压的最小值；
电压降计算装置，用于计算由于当给定电流从所述电池流入所述负载时，响应于所述电池的放电而出现的所述电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第一比较装置，用于比较存储在所述存储装置中的所述最小保证电压与第一差值，其中所述第一差值是通过从对应于所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由所述电压降计算装置所计算的电压降而获得的；以及
第一老化判断装置，用于如果作为所述第一比较装置的比较结果，所述第一差值变为等于或小于所述最小保证电压，并且所述放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定所述电池老化。
13.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储最小保证电压，所述最小保证电压预定作为当给定电流流入所述负载时所述电池的端电压的最小值；
电压降计算装置，用于计算由于当给定电流从所述电池流入所述负载时响应于所述电池的放电而出现的所述电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第一比较装置，用于比较存储在所述存储装置中的所述最小保证电压与第一差值，其中所述差值通过从对应于所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由所述电压降计算装置所计算的电压降而获得的；
转换装置，用于如果作为所述第一比较装置的比较结果，所述第一差值变为等于或小于所述最小保证电压，并且所述放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于所述第一特定值的电荷状态转换为所述第一特定值的电荷状态；
第二比较装置，用于比较所述最小保证电压与第二差值，其中所述第二差值通过从对应于由所述转换装置所转换的第一特定值电荷状态的开路电压中减去所述电压降而获得；以及
第一老化判断装置，用于如果所述第二差值等于或小于所述最小保证电压，则判定所述电池老化。
14.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储最小保证可放电容量，其中所述最小保证可放电容量被预定用于当给定电流流入所述负载的特定时间段中为负载提供最低要求电量；
电压降计算装置，用于计算由于当给定电流从所述电池流入所述负载时响应于所述电池的放电而出现的所述电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较由所述存储装置所存储的所述最小保证可放电容量与第一估计可放电容量，其中所述第一估计可放电容量是基于第一差值而估计的，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于所述电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得；以及
第一老化判断装置，用于如果作为所述第三比较装置的比较结果，所述第一估计可放电容量变为等于或小于所述最小保证可放电容量，并且所述放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定所述电池老化。
15.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储最小保证可放电容量，其中所述最小保证可放电容量被预定用于在给定电流流入所述负载的特定时间段中为负载提供最低要求电量；
电压降计算装置，用于计算由于当给定电流从所述电池流入所述负载时响应于所述电池的放电而出现的所述电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较由所述存储装置所存储的所述最小保证可放电容量与第一估计可放电容量，其中所述第一估计可放电容量是基于第一差值而估计的，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于所述电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得的；
转换装置，用于如果作为所述第三比较装置的比较结果，所述第一估计可放电容量变为等于或小于所述最小保证可放电容量，并且所述放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则将等于或小于所述第一特定值的电荷状态转换为所述第一特定值的电荷状态；
第四比较装置，用于比较所述最小保证可放电容量与第二估计可放电容量，其中所述第二估计可放电容量是为由所述转换装置所转换的、所述第一特定值的电荷状态估计的；以及
第一老化判断装置，用于如果所述第二估计可放电容量等于或小于所述最小保证可放电容量，则判定所述电池老化。
16.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储(a)最小保证可放电容量和(b)所述可放电容量的检测误差，其中所述最小保证可放电容量预定用于当给定电流流入所述负载的特定时间段中，为所述负载提供最低要求电量；
电压降计算装置，用于计算由于当给定电流从所述电池流入所述负载时响应于所述电池的放电而出现的所述电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较存储在所述存储装置中的(a)所述最小保证可放电容量和(b)所述可放电容量的检测误差的和值与第一估计可放电容量，其中所述第一估计可放电容量是基于第一差值而估计的，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于所述电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得的；以及
第一老化判断装置，用于如果作为所述第三比较装置的比较结果，所述第一估计可放电容量变为等于或小于所述和值，并且所述放电开始时的电荷状态超过第一特定值，则判定所述电池老化。
17.一种判断用于为负载提供电能的电池的老化的设备，包括：
存储装置，用于存储(a)最小保证可放电容量和(b)所述可放电容量的检测误差，其中所述最小保证可放电容量被预定用于当给定电流流入所述负载的特定时间段中为所述负载提供最低要求电量；
电压降计算装置，用于计算由于当给定电流从所述电池流入所述负载时响应于所述电池的放电而出现的所述电池的欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降；
第三比较装置，用于比较所述存储装置所存储的所述最小保证可放电容量与第一估计可放电容量，其中所述第一估计可放电容量是基于第一差值而估计的，所述第一差值是通过从对应于响应于所述电池以所述给定电流放电而在所述电池放电开始时的电荷状态的开路电压中减去由于所述电池放电期间所出现的电池欧姆电阻和极化电阻所产生的电压降而获得的；
转换装置，用于如果作为所述第三比较装置的比较结果，所述第一估计可放电容量变为等于或小于存储在所述存储装置中的(a)所述最小保证可放电容量和(b)所述可放电容量的检测误差的和值，并且所述放电开始时的电荷状态等于或小于第一特定值，则将等于或小于第一特定值的电荷状态转换为所述第一特定值的电荷状态；
第四比较装置，用于比较所述最小保证可放电容量和第二估计可放电容量，其中所述第二估计可放电容量是为由所述转换装置所转换的、所述第一特定值的电荷状态而估计的；以及
第一老化判断装置，用于如果所述第二估计可放电容量等于或小于所述和值，则判定所述电池老化。
18.根据权利要求12-17中任一项所述的判断电池老化的设备，还包括第二老化判断装置，用于如果所述电池的电荷状态变为等于或小于第二特定值，则判定所述电池老化，其中所述第二特定值被设定为低于所述第一特定值。
19.根据权利要求12-18中任一项所述的判断电池老化的设备，还包括通知显示装置，用于当所述电池被判定为老化时执行显示，以通知所述电池的老化。
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