動態電池容量估計的製作方法
2023-05-30 04:30:26 3
專利名稱：動態電池容量估計的製作方法
技術領域：
本披露內容涉及動態電池容量估計過程。
背景技術：
一些乘客和商用車輛使用電池來給電子部件供電。在混合動力車輛中，一個或多個電池可被用於提供電能至馬達，該馬達提供推動車輛的扭矩。車輛中的各個控制模塊的運行可依賴於電池充電狀態(例如，電池相對於儲備容量的殘留容量)。而且，車輛的駕駛員可能希望知道在電池必須被在充電前車輛可被使用多長時間。
發明內容
一種實時確定電池的健康狀態的示例性方法包括估計與電池的健康狀態相關聯的參數值和確定電池的端子電壓、累計充電、充電狀態和溫度中的一個或多個。該方法進一步包括至少部分地基於估計的參數值和電池的端子電壓、累計充電、充電狀態和溫度中的一個或多個經由計算設備實時確定電池的儲備容量。該方法可被例如車輛中的計算設備執行。示例性車輛包括電池、至少一個傳感器、和計算設備。該傳感器被配置為測量電池的端子電壓、累計充電、充電狀態和溫度中的一個或多個。計算設備被配置為確定電池的充電狀態和與電池的健康狀態相關聯的參數值，以及至少部分地基於參數值和電池的端子電壓、累計充電、充電狀態和溫度中的一個或多個實時地確定電池的儲備容量。
圖1是車輛的示意圖，其具有配置為確定電池儲備容量的計算設備；圖2示出了示例性電池的典型電路，其可被用於圖1的車輛中；圖3示出了可被圖1的計算設備使用以產生表示電池的儲備容量的信號的過程的示例性流程圖；圖4示出了可被計算設備在圖3中示出的過程中使用以確定儲備容量的過程的示例性流程圖；圖5示出了可被計算設備在圖3中示出的過程中使用以更新參數值的過程的示例性流程圖。
具體實施例方式圖1示出了車輛100，其具有配置為實時預測電池的儲備容量的計算設備。車輛 100可採取許多不同形式且包括多個和/或替換的部件和設備。雖然車輛100被示出於附圖中，但是這些附圖中示出的部件不是限制性的。實際上，附加的或替換的部件和/或應用可被使用。如圖1所示，車輛100可包括電池105，一個或多個傳感器110，計算設備115和儲存裝置120。車輛100可以是任意乘客或商用汽車，例如混合動力車輛，其包括插入式混合電動車輛(PHEV)或增程式電動車輛(EREV)，燃氣動力車輛、電池電動車輛(BEV)等。電池105可包括任意設備，其被配置為儲存和提供電能至車輛100中的一個或多個電子部件。例如，電池105可包括一個或多個電芯，其將儲存的化學能轉換為電能。電池 105的電芯可通過施加電流(其將電芯中的化學反應逆轉，所述化學反應在電池105提供電能時發生)而被充電。在一個可能的方案中，電池105可包括鋰離子電池組。而且，電池 105可包括多個端子，以提供電能至車輛100中的一個或多個電子部件。如下詳述，電池105可具有一個或多個與電池105的健康狀態相關聯的參數值。健康狀態可包括表示電池105相對於電池105的理想運行狀況的狀況的量。由此，健康狀態可被用於確定電池105的剩餘壽命。參數值可以是一些量，其被用於估計或導出健康狀態。 另一量，稱為充電狀態，可指示電池105的相對於電池105的儲備容量的殘留(例如剩餘) 容量。由此，充電狀態可指示在電池105必須被再充電前還可提供多少電能。傳感器110可包括任意設備，其配置為測量電池105的端子電壓、累計充電、或溫度，以及產生表示這些被測量特性的一個或多個信號。雖然僅一個傳感器110被示出，車輛 100可包括任意數量的傳感器110。例如，一個傳感器可被用於測量端子電壓，另一個傳感器可被用於測量累計充電，且不同的傳感器可被用於測量溫度。為了測量端子電壓，傳感器110可包括數字或模擬電壓計，其被配置為測量跨電池105的端子125的電勢的差異。可替換地，傳感器Iio可被配置為基於一些因素估計或導出跨端子125的電壓，該因素例如是電池105的電流輸出、電池105的溫度、和電池105 中的部件的電阻。電壓計可被配置為產生和輸出信號，該信號代表跨端子125的電勢(例如端子電壓)。為了測量累計充電，傳感器110可包括任意設備，其被配置為測量電流(例如直流)和產生代表被測量電流的大小的信號。累計充電可被從測量的端子電壓導出。為了測量電池105的溫度，傳感器110可包括任意設備，其被配置為測量電池105的一個或多個位置處的熱量的量(所述位置包括電池105周圍的環境空氣)，和產生代表被測量溫度的最高、最低、平均和/或中位溫度的一個或多個信號。計算設備115可包括任意一個或多個設備，其被配置為基於端子電壓、累計充電、 溫度、充電狀態與參數值之間的關係來確定儲備容量。例如，計算設備115可被配置為利用和/或訪問定義電池105的電壓的表達式用於示例目的的示例性表達式可如下AV(k) = θ J (k-1) Δ t+ θ 2 Δ V (k-1) + θ 3 Δ V (k~2) + θ 4 Δ I (k) + θ 5 Δ I (k-Ι) + θ 6 Δ I(k-2) (1)其中V是端子電壓，I是端子電流，k表示當前時間步驟，At是取樣時間間隔，且 V(k) = V (k)-V (k-1), I (k) = I(k)-I(k-1)，且 θρ θ2、θ3、θ4、05和 θ 6是模型參數，其可為溫度、充電狀態、包括儲備容量的電池105的健康狀態中的一個或多個的函數。計算設備115可被配置為估計或導出與電池105的健康狀態相關聯的一個或多個參數值，以及確定電池105的充電狀態。在一個可能實施例中，計算設備115可被配置為由參數值、充電狀態、端子電壓、累計充電、溫度或這些的組合來確定電池105的儲備容量。例如，為了確定儲備容量，計算設備115可被配置為確定開路電壓在時間上的改變(例如其可從端子電壓在時間上的變化導出)和電池105中的充電狀態在時間上的改變。計算設備115可被配置為識別開路電壓中的改變和充電狀態中的改變之間的關係，或該關係可被提前確定和儲存於例如儲存裝置120中的查找表中。在一個可能方案中，開路電壓中的改變和充電狀態中的改變之間的關係可以是電池105的這些特性之間的比率。計算設備115可從查找表中訪問開路電壓中的改變對充電狀態中的改變的比率，並結合參數值來確定儲備容量。計算設備115可被配置為識別參數值可隨電池105的狀況的變化而變化。例如，參數值可隨電池105老化而改變。這樣，計算設備115可被配置為通過設定初始參數值(其可與最近使用的參數值相同)，和通過應用車載估計/復原過程(例如至該初始參數值的遞歸最小二乘法(Recursive Least Squares procedure))，以更新參數值。其一實例在下面關於圖5中示出的過程500進行描述。而且，計算設備115可被配置為識別電池105的運行條件可影響儲備容量確定。因此，計算設備115可基於被測端子電壓、導出的累積充電(例如從端子電流導出)、被測溫度、充電狀態等的任意組合來確定電池105的信號激勵水平，和在確定電池105的儲備容量之前將該信號激勵水平與預定的值進行比較。如果信號激勵水平低於預定值，計算設備115 可被配置為在確定儲備容量之前等待信號激勵水平。一旦信號激勵水平超過了預定值，計算設備115可被配置為繼續以更新參數值和確定儲備容量。一旦計算設備115已經確定電池105的儲備容量，該計算設備115可進一步被配置為產生代表儲備容量的信號和輸出該信號至車輛100中的其他部件，例如控制模塊。通常，計算設備115可使用任意數量的計算機作業系統且通常包括計算機可執行指令。計算機可執行指令可被計算設備115使用的處理器執行。計算機可執行指令可由利用各個程式語言和/或技術(包括但不限於Java ，C，C++, Visual Basic, Java Script, Perl等中的一個或其組合)建立的電腦程式彙編或翻譯。通常，處理器(例如微處理器) 接收指令，例如從儲存器、計算機可讀介質等，且執行這些指令，由此進行一個或多個過程， 包括這裡所述的一個或多個過程。這些指令和其他數據可被利用各種已知的計算機可讀介質儲存和傳輸。計算機可讀介質(也稱為處理器可讀介質)包括任意非瞬時性(例如有形的)介質，其參與提供數據(例如指令)，該數據可被計算機(例如通過計算機的處理器)讀取。這種介質可採取許多形式，包括但不限於非易失性介質和易失性介質。非易失性介質可包括， 例如光碟或磁碟和其他永久儲存器。易失性介質可包括，例如動態隨機訪問儲存器(DRAM)， 其可構成主儲存器。這種指令可被一個或多個傳輸介質傳輸，包括同軸電纜、銅線和光纖， 包括構成連接到計算機的處理器的系統總線的電線。計算機可讀介質的通常形式包括，例如軟盤、柔性盤、硬碟、磁帶、任意其他磁性介質、CD-ROM、DVD、任意其他光學介質、穿孔卡、 紙帶、任意其他物理介質(具有孔的樣式)、RAM、PROM、EPR0M、FLASH-EEPR0M、任意其他儲存晶片或盒、或計算機可從其讀取的其他介質。儲存裝置120可包括任意設備，其被配置為儲存電子形式的信息，和提供該信息至車輛100中的一個或多個電子設備，包括計算設備115和車輛100中使用的任意控制模塊。如同與計算設備115關聯的計算機可讀介質，儲存裝置120可包括非瞬時性(例如有形的)介質，其可具有非易失性和/或易失性介質。在一個可能方案中，儲存裝置120被包括在計算設備115的計算機可讀介質中。替換地，儲存裝置120可獨立於計算設備115(例如，嵌入另一電子設備中，未示出)。此外，儘管僅一個儲存裝置120被示出於圖1中，車輛100可包括任意數量的儲存裝置120，其儲存由計算設備115或車輛100中的其它控制模塊所使用的一些或所有的信息。儲存裝置120可包括一個或多個資料庫，其信息可被計算設備115或車輛100中的其它控制模塊訪問。這裡所述的資料庫、數據倉庫或其它數據儲存可包括各種類型的機構，其用於儲存、訪問和取回各種類型的數據，包括分級資料庫、文件系統中的一組文件、專用格式的應用資料庫、相關的資料庫管理系統(RDBMQ等。每個裝置數據存儲可被包括在計算設備中(例如和圖1中示出的計算設備115相同或不同的設備)，其使用例如上述的一個或多個計算機作業系統，且經由網絡以多種方式中的任意一個或多個而被訪問。文件系統可被從計算機作業系統訪問，且可包括以各種格式儲存的文件。除了用於建立、儲存、
編輯和執行儲存的程序的語言外，RDBMS可使用結構查詢語言(SQL)，例如上述的PL/SQL語 、
曰ο在一個可能方案中，儲存在儲存裝置120中的資料庫可包括查詢表，其具有限定開路電壓中的改變相對於充電狀態中的改變的關係，其可被計算設備115使用，和參數值一起，用於確定儲備容量。而且，相同或不同的資料庫可包括由傳感器110測量的和/或由計算設備115確定的先前值。由此，除了由計算設備115確定的先前的和最近的參數值和充電狀態值，儲存裝置120可進一步儲存由傳感器110測量的先前的和最近的端子電壓、累計充電、和溫度。圖2示出了示例性電池105的兩電阻電容對(例如兩個RC對)等效電路，其可被用於圖1的車輛中。圖2的兩RC對電路200僅是示例，用於示出上述儲備容量的實時確定的實施。其它電路模型可被用於確定儲備容量，所述電路模型在端子電流作為輸入且端子電壓作為輸出方面來表徵電池105的動態行為。為了示例的目的，電路200包括電壓源205，第一和第二電阻元件210、215，以及第一和第二電容元件220、225。電路200可具有任意數量的電壓源、電阻元件、和電容元件以模擬電池105。電壓源205表現為跨電池105的端子125的開路電壓(例如沒有負載)。每個電阻元件210、315被布置為與電容元件220、225中的相應一個並聯，在圖2的電路200 中呈現兩個RC對。跨RC對的一個(例如第一電阻元件210和第一電容元件220)的電壓可表現為電池105的雙層電壓，而跨另一個RC對(例如第二電阻元件215和第二電容元件 225)的電壓可表現為電池105的擴散電壓。 電路200的端子電壓可被表達為V (k) = Voc (k) = I (k) R (k) +Vdl (k) +Vdiff (k) (2)其中V是被測量端子電壓，I是被測量端子電流、V。。是開路電壓、R是歐姆電阻、且
Vdl和Vdiff (例如跨兩個RC對的電壓)分別是雙層電壓和擴散電壓。雙層電壓(Vdl)可由方
程3動態地描述且擴散電壓(Vdiff)可由方程4動態地描述如下 . \ . ^
權利要求
1.一種實時確定電池的健康狀態的方法，該方法包括 估計與電池的健康狀態相關聯的參數值；確定電池的端子電壓、累計充電、充電狀態和溫度中的一個或多個；和至少部分地基於估計的參數值和電池的端子電壓、累計充電、充電狀態和溫度中的一個或多個，經由計算設備實時確定電池的儲備容量。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述確定儲備容量包括 確定開路電壓隨時間的改變，其中該開路電壓從端子電壓導出； 確定電池的充電狀態隨時間的改變；和至少部分地基於開路電壓中的改變、充電狀態中的改變和所述參數值來確定儲備容量。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述確定儲備容量包括識別開路電壓中的改變和電池的充電狀態中的改變之間的關係。
4.如權利要求1所述的方法，還包括基於電池的端子電壓、端子電流、充電狀態和溫度中的一個或多個確定信號激勵水平；將該信號激勵水平與預定閾值比較；和如果該信號激勵水平高於預定閾值，更新參數值。
5.如權利要求4所述的方法，還包括儲存估計的參數值和更新的參數值中的至少一個於儲存裝置中。
6.如權利要求4所述的方法，其中所述更新參數值包括 設定初始參數值；和經由計算設備應用遞歸最小二乘法至初始參數值。
7.—種車輛，包括 電池；至少一個傳感器，其被配置為測量電池的端子電壓、端子電流、和溫度中的至少一個；和計算設備，其與該至少一個傳感器通訊且被配置為確定電池的累計充電、充電狀態、和與電池的健康狀態相關聯的參數值；其中計算設備被進一步配置為至少部分地基於所述參數值和電池的端子電壓、累計充電、充電狀態和溫度中的一個或多個，實時確定電池的儲備容量。
8.如權利要求7所述的車輛，其中計算設備被配置為根據端子電壓確定開路電壓隨時間的改變，確定電池的充電狀態隨時間的改變，和至少部分地基於開路電壓中的改變、充電狀態中的改變和所述參數值來確定儲備容量。
9.如權利要求7所述的車輛，其中計算設備被配置為基於電池的被測端子電壓、被測端子電流、被確定的充電狀態和被測溫度中的一個或多個來確定信號激勵水平，且其中計算設備進一步被配置為將該信號激勵水平與預定閾值比較，和如果該信號激勵水平高於預定閾值則更新參數值。
10.如權利要求7所述的車輛，其中計算設備被配置為通過設定初始參數值和應用遞歸最小二乘法至該初始參數值來估計所述參數值。
全文摘要
一種實時確定電池的健康狀態的方法，包括估計與電池的健康狀態相關聯的參數值和確定電池的端子電壓、累計充電、充電狀態和溫度中的一個或多個。該方法進一步包括至少部分地基於估計的參數值和電池的端子電壓、累計充電、充電狀態和溫度中的一個或多個經由計算設備確定電池的儲備容量。
文檔編號G01R31/36GK102540089SQ20111038684
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者A.C.鮑赫曼, B.J.科克, D.R.福裡什, J.林, X.唐, Y.張 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司