確定多電池單元蓄電池中的電池單元容量值的系統和方法

2023-06-11 01:31:51

專利名稱：確定多電池單元蓄電池中的電池單元容量值的系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及確定多電池單元蓄電池中的電池單元容量，並且更具體地涉及基於蓄電池的充電狀態來確定電池單元容量值。
背景技術：
汽車技術在尋求將汽油作為車輛推進系統中的主要能量源的替代產品的領域中快速地發展。這些進展的許多進展利用了混合動力機電系統或純電動推進系統，混合機電系統再捕獲來自燃燒發動機的機械能中的一些作為存儲的電能，而純電動推進系統則完全消除了對內燃發動機的需要。在這些進展的情況下，車輛中的電能的存儲和管理變得尤其 重要。充電狀態(S0C)，相對於蓄電池容量，是對蓄電池中可用電荷量的常用量度。在利用純電動或混合動力電動推進系統的汽車應用中，SOC測量提供了關於可用於推進車輛的能量的量的有用指示。類似於燃料計所提供的信息，SOC測量能夠向電動車輛的駕駛員提供在耗盡能量之前車輛能夠行駛多長距離的指示。蓄電池的實際容量是表明能夠存儲在蓄電池中的總電荷量的另一重要量度。典型地，蓄電池在製造時被額定以一定容量。然而，隨著蓄電池的老化，其容量也減少。在汽車應用中，確定蓄電池的實際容量變得尤其重要，這是由於實際容量會對SOC測量具有影響。雖然蓄電池的SOC測量一定程度上類似於確定常規燃料箱相對於其總容積(例如，其容量)有多「滿」，但是蓄電池與常規燃料箱存在區別，這是因為蓄電池的總容量隨著時間而降低。例如，車輛的蓄電池在其老化時可能僅具有其初始容量的80%。因此，除了調節蓄電池的SOC估計外，蓄電池的實際容量還能夠被用於估計蓄電池的總體狀況和性能。當使用常規的蓄電池容量估計技術時，關於車輛蓄電池系統的狀況和性能的可用信息量受到限制。車輛蓄電池組通常包含多個模塊，這些模塊繼而又包括多個蓄電池電池單元。然而，常規技術僅估計在組級別上的蓄電池容量和/或包括許多誤差源。這種技術僅總計地提供了關於電池單元的有限信息，並且不能識別可能表現不佳的有缺陷的電池單元。將這些電池單元包括在組級別的容量估計中還可能歪曲關於組的總體結果。

發明內容
在一個實施方式中，公開了一種用於確定車輛蓄電池組的電池單元容量值的方法。該方法包括在處理器處接收指示了組電壓、組電流、以及所述組內多個電池單元的電壓的傳感器數據。該方法還包括對組的充電狀態低於下閾值時測量的傳感器數據以及蓄電池組的充電狀態高於上閾值時測量的傳感器數據使用基於電壓的策略，來確定關於多個電池單元的第一組充電狀態值和第二組充電狀態值。該方法還包括利用傳感器數據來確定蓄電池組的電荷計數值，其中，當蓄電池組的充電狀態低於下閾值時，開始所述電荷計數；且其中，當蓄電池組的充電狀態高於上閾值時，停止所述電荷計數。該方法還包括利用所述第一組充電狀態值和第二組充電狀態值之間的差來產生差值；通過將電荷計數值除以所述差值來計算電池單元容量值；以及將所述電池單元容量值存儲在存儲器中。在另一實施方式中，公開了車輛控制器。該控制器具有接口，所述接口構造成接收來自多個電壓和電流傳感器的指示了組電壓、組電流、以及所述組內多個電池單元的電壓的傳感器數據。該控制器還包括基於電壓的充電狀態發生器，所述基於電壓的充電狀態發生器構造成產生關於所述組的充電狀態值以及關於多個電池單元的第一組充電狀態值和第二組充電狀態值，其中當所述組的充電狀態低於下閾值時產生第一組充電狀態值，並且當所述蓄電池組的充電狀態高於上閾值時產生第二組充電狀態值。該控制器還另外包括電荷計數器，所述電荷計數器構造成利用傳感器數據來確定關於蓄電池組的電荷計數值。當蓄電池組的充電狀態低於下閾值時，可以開始所述電荷計數，並且當蓄電池組的充電狀態高於上閾值時，可以停止所述電荷計數。該控制器還可包括靜置計時器和差估計器，所述靜置計時器構造成確定蓄電池組的靜置時間，所述差估計器構造成利用所述第一組充電狀態值和第二組充電狀態值之間的差來產生差值。該控制器還可包括電池單元容量計算器，所述電池單元容量計算器構造成通過將電荷計數值除以所述差值來計算電池單元容量值。在另一實施方式中，公開了一種用於確定關於車輛蓄電池的電池單元容量值的系 統。該系統包括具有多個電池單元的車輛蓄電池；電壓傳感器，所述電壓傳感器構造成測量車輛蓄電池的電壓和電池單元的電壓；以及電流傳感器，所述電流傳感器構造成測量進出所述蓄電池的電流。該系統還可包括處理電路，所述處理電路具有接收來自電壓傳感器的電壓數據和來自電流傳感器的電流數據的接口。所述處理電路還具有處理器以及聯接到處理器的存儲器。存儲器存儲可執行的指令，所述可執行指令在由所述處理器執行時使處理器對在組的充電狀態低於下閾值時測量的電壓數據使用基於電壓的策略來確定關於多個電池單元的第一組充電狀態值。該指令還能夠使處理器對在蓄電池組的充電狀態高於上閾值時測量的電壓數據之類的傳感器數據使用基於電壓的策略來確定多個電池單元的第二組充電狀態值、以及利用電流數據來確定電荷計數。該指令還能夠使得處理器利用電荷計數以及第一組充電狀態值和第二組充電狀態值來計算電池單元容量值、以及將電池單元容量值存儲在存儲器中。本發明包括以下方案
I. 一種用於確定車輛蓄電池組所用的電池單元容量值的方法，所述方法包括
在處理器處接收表示了所述組的電壓、所述組的一個或多個電流、以及所述組中多個電池單元的電壓的傳感器數據；
當所述組的充電狀態低於下閾值時對所述傳感器數據使用基於電壓的策略，從而確定關於所述多個電池單元的第一組充電狀態值；
當所述組的充電狀態高於上閾值時對所述傳感器數據使用基於電壓的策略，從而確定關於所述多個電池單元的第二組充電狀態值；
利用所述傳感器數據來確定關於所述組的電荷計數值，其中，當所述組的充電狀態低於所述下閾值時，開始所述電荷計數；並且其中，當所述組的充電狀態高於所述上閾值時，停止所述電荷計數；
利用所述第一組充電狀態值和第二組充電狀態值之間的差來產生差值；
通過將所述電荷計數值除以所述差值來計算電池單元容量值；以及 將所述電池單元容量值存儲在存儲器中。
2.根據方案I所述的方法，還包括
調節至所述多個電池單元的電流的流動，其中，利用所述電池單元容量值來確定流動到每個電池單元的電流量。3.根據方案I所述的方法，還包括利用下述方程來確定電池單元容量誤差
Qcbrtl dSOC cell_ cap error,· =令· t AF0f ，
■Asocr Λ,ο :
其中，cell_cap_errori是關於第i個電池單元的電池單元容量誤差值，Qchrg是關於所述組的電荷計數值，是關於第i個電池單元的差值，是所述組的充電狀態，Voc是 所述組的開路電壓，並且是與測量Voc的電壓傳感器相關的誤差值。4.根據方案I所述的方法，其中，僅在所述組的靜置時間高於時間閾值的情況下才執行所述步驟。5.根據方案I所述的方法，還包括由處理器利用所述電池單元容量值來確定整個組上的電池單元容量分布。6.根據方案I所述的方法，還包括
使所述組放電，直到所述充電狀態低於所述下閾值時為止；以及 將放電能量存儲在低壓蓄電池中。7.根據方案I所述的方法，還包括
利用所述電池單元容量值來確定哪個電池單元具有最低電池單元容量值；以及 利用所述最低電池單元容量值來估計所述組的容量。8. 一種車輛控制器，包括
接口，所述接口構造成接收來自多個電壓和電流傳感器的傳感器數據，其中所述傳感器數據表示了組的電壓、所述組的電流、以及所述組中多個電池單元的電壓；
基於電壓的充電狀態發生器，所述基於電壓的充電狀態發生器構造成
產生所述組的充電狀態值；
當所述組的充電狀態低於下閾值時，產生關於所述多個電池單元的第一組充電狀態值；以及
當所述蓄電池組的充電狀態高於上閾值時，產生關於所述多個電池單元的第二組充電狀態值；
電荷計數器，所述電荷計數器構造成利用所述傳感器數據來確定所述蓄電池組的電荷計數值，其中，當所述蓄電池組的充電狀態低於所述下閾值時，開始所述電荷計數；並且其中，當所述蓄電池組的充電狀態高於所述上閾值時，停止所述電荷計數；
靜置計時器，所述靜置計時器構造成確定所述蓄電池組的靜置時間；
差估算器，所述差估算器構造成利用所述第一組充電狀態值和所述第二組充電狀態值之間的差來產生差值；以及
電池單元容量計算器，所述電池單元容量計算器構造成通過將電荷計數值除以所述差值來計算電池單元容量值。9.根據方案8所述的控制器，其中，所述處理電路還包括電池單元平衡器，所述電池單元平衡器構造成調節至所述多個電池單元的電流的流動，其中，利用所述電池單元容量值來確定流動到每個電池單元的電流量。10.根據方案8所述的控制器，其中，所述處理電路還包括容量誤差估算器，所述容量誤差估算器構造成利用下述方程來確定電池單元容量誤差
權利要求
1.一種用於確定車輛蓄電池組所用的電池單元容量值的方法，所述方法包括 在處理器處接收表示了所述組的電壓、所述組的一個或多個電流、以及所述組中多個電池單元的電壓的傳感器數據； 當所述組的充電狀態低於下閾值時對所述傳感器數據使用基於電壓的策略，從而確定關於所述多個電池單元的第一組充電狀態值； 當所述組的充電狀態高於上閾值時對所述傳感器數據使用基於電壓的策略，從而確定關於所述多個電池單元的第二組充電狀態值； 利用所述傳感器數據來確定關於所述組的電荷計數值，其中，當所述組的充電狀態低於所述下閾值時，開始所述電荷計數；並且其中，當所述組的充電狀態高於所述上閾值時，停止所述電荷計數； 利用所述第一組充電狀態值和第二組充電狀態值之間的差來產生差值； 通過將所述電荷計數值除以所述差值來計算電池單元容量值；以及 將所述電池單元容量值存儲在存儲器中。
2.根據權利要求I所述的方法，還包括 調節至所述多個電池單元的電流的流動，其中，利用所述電池單元容量值來確定流動到每個電池單元的電流量。
3.根據權利要求I所述的方法，還包括利用下述方程來確定電池單元容量誤差
4.根據權利要求I所述的方法，其中，僅在所述組的靜置時間高於時間閾值的情況下才執行所述步驟。
5.根據權利要求I所述的方法，還包括由處理器利用所述電池單元容量值來確定整個組上的電池單元容量分布。
6.根據權利要求I所述的方法，還包括 使所述組放電，直到所述充電狀態低於所述下閾值時為止；以及 將放電能量存儲在低壓蓄電池中。
7.根據權利要求I所述的方法，還包括 利用所述電池單元容量值來確定哪個電池單元具有最低電池單元容量值；以及 利用所述最低電池單元容量值來估計所述組的容量。
8.—種車輛控制器,包括 接口，所述接口構造成接收來自多個電壓和電流傳感器的傳感器數據，其中所述傳感器數據表示了組的電壓、所述組的電流、以及所述組中多個電池單元的電壓； 基於電壓的充電狀態發生器，所述基於電壓的充電狀態發生器構造成 產生所述組的充電狀態值；當所述組的充電狀態低於下閾值時，產生關於所述多個電池單元的第一組充電狀態值；以及 當所述蓄電池組的充電狀態高於上閾值時，產生關於所述多個電池單元的第二組充電狀態值； 電荷計數器，所述電荷計數器構造成利用所述傳感器數據來確定所述蓄電池組的電荷計數值，其中，當所述蓄電池組的充電狀態低於所述下閾值時，開始所述電荷計數；並且其中，當所述蓄電池組的充電狀態高於所述上閾值時，停止所述電荷計數； 靜置計時器，所述靜置計時器構造成確定所述蓄電池組的靜置時間； 差估算器，所述差估算器構造成利用所述第一組充電狀態值和所述第二組充電狀態值之間的差來產生差值；以及 電池單元容量計算器，所述電池單元容量計算器構造成通過將電荷計數值除以所述差值來計算電池單元容量值。
9.根據權利要求8所述的控制器，其中，所述處理電路還包括電池單元平衡器，所述電池單元平衡器構造成調節至所述多個電池單元的電流的流動，其中，利用所述電池單元容量值來確定流動到每個電池單元的電流量。
10.一種用於確定車輛蓄電池組所用的電池單元容量值的系統，所述系統包括 包括多個電池單元的車輛蓄電池組； 電壓傳感器，所述電壓傳感器構造成測量所述組的電壓以及所述電池單元的電壓； 電流傳感器，所述電流傳感器構造成測量進出所述組的電流；以及 處理電路，所述處理電路包括 接口，所述接口接收來自所述電壓傳感器的電壓數據和來自所述電流傳感器的電流數據； 處理器；以及 存儲器，所述存儲器聯接到所述處理器，其中，所述存儲器存儲可執行指令，所述可執行指令在由所述處理器執行時能夠使所述處理器實施下列操作 在所述組的充電狀態低於下閾值時對測量的電壓數據使用基於電壓的策略，從而確定關於所述多個電池單元的第一組充電狀態值； 在所述組的充電狀態高於上閾值時對測量的電壓數據之類的傳感器數據使用基於電壓的策略，從而確定關於所述多個電池單元的第二組充電狀態值； 利用所述電流數據確定電荷計數； 利用所述電荷計數以及所述第一組充電狀態值和所述第二組充電狀態值來計算電池單元容量值；以及 將所述電池單元容量值存儲在存儲器中。
全文摘要
本發明涉及確定多電池單元蓄電池中的電池單元容量值的系統和方法。具體地，提供了確定車輛蓄電池組的電池單元容量的系統和方法。可以利用電池單元的充電狀態SOC估計值和蓄電池組的電荷計數來確定電池單元容量。當蓄電池組的SOC低於下閾值和高於上閾值時，可以確定SOC估計值。還可以產生關於電池單元容量值的誤差值。
文檔編號B60L11/18GK102778651SQ20121014527
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月11日 優先權日2011年5月13日
發明者S.謝菲爾 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司