高壓電池的退化估計方法和系統的製作方法

2023-06-01 02:15:21 2

高壓電池的退化估計方法和系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供高壓電池的退化估計方法和系統，從而檢測電池的退化。退化估計方法包括通過控制器獲得與慢充電器的輸入電壓、輸入電流、和外部溫度有關的信息。控制器被配置為基於根據輸入電壓和輸入電流計算的輸入功率計算用於充電電池的輸出功率。此外，該方法包括通過控制器基於輸出功率和電池充電電壓計算平均充電電流並且基於平均充電電流計算電池退化程度。
【專利說明】高壓電池的退化估計方法和系統

【技術領域】
[0001] 本公開涉及用於更準確地估計電動車輛(更準確地，插電式混合電動車輛）內部的 高壓電池的退化的方法和系統。

【背景技術】
[0002] 通常，高壓電池裝載於電動車輛（EV)、插電式混合電動車輛（P肥V)等內部W存儲 用作車輛驅動力的電能。當高壓電池被接連地連續使用時，會出現退化現象，由此電池的容 量降低。當退化出現時，充電狀態（S0C)的準確性也會劣化，從而每S0C的裡程油耗減少， 用於加速的功率劣化等。
[000引為此，已嘗試通過利用慢充電過程中電池電壓特性和EV或者閒EV的S0C來確定 電池的退化。具體地，在裝載於車輛內的高壓電池的慢充電過程中，計算充電量相對於預定 電壓改變的變化率並且基於相同規格的高壓電池的退化程度，與關於慢充電過程中充電量 相對於預定的電壓改變的變化率的已知數據相比較來檢測相應的退化程度。
[0004] 在已知技術中，當使用預定電壓區域中充電量的改變檢測退化程度時，檢測出的 電流值被求積分W測量充電量的改變。因為使用檢測出的充電電流值，所W會施加有電流 傳感器的測量誤差，從而影響最終退化程度計算結果。換言之，因為在已知技術中，通過傳 感器測量的值被用作用於檢測高壓電池退化的電流值，所W電流傳感器的誤差會被施加為 退化度的誤差。因此，當傳感器誤差增加時，計算的退化程度同樣具有增加的誤差。
[0005] 在高壓電池的慢充電過程中，慢充電器從外部電源接收電力W充電車輛電池。因 此，充電電流可根據輸入功率的規格改變(例如，輸出規格)。因此，在已知技術中，可檢測具 有預定規格的電源的退化。
[0006] 在本部分中公開的上述信息僅用於增強對本發明的【背景技術】的理解，並且因此上 述信息可包含沒有形成已為該國的本領域普通技術人員所知的現有技術的信息。


【發明內容】

[0007] 本發明提供高壓電池的退化估計方法和系統，與使用施加有通過傳感器(產生）的 誤差的測量的電流值的現有方法相比，該估計方法和系統可使用更精確的電流值來在高壓 電池的慢充電過程中更準確地檢測電池的退化和退化程度，該是因為充電過程中施加於電 池的平均電流是使用與由充電器輸出用於對電池充電的輸出功率有關的電池充電電壓計 算的。
[0008] 在本公開的一個方面中，高壓電池的退化估計方法可包括；獲得有關慢充電器的 輸入電壓（Vin)、輸入電流（lin)和外部溫度的信息；基於根據輸入電壓（Vin)和輸入電流 (lin)計算的輸入功率（Pin)計算用於充電電池的輸出功率（Pout);基於輸出功率（Pout) 和電池充電電壓（Vbatt)計算平均充電電流（Icorr ); W及基於平均充電電流（Icorr )計算 電池退化程度。
[0009] 輸出功率的計算可包括；獲得與慢充電器的外部溫度有關的效率；W及通過將效 率和輸入功率（Pin)相乘計算輸出功率（Pout)。與慢充電器的外部溫度有關的效率可從具 有外部溫度作為輸入並且慢充電效率作為輸出的表中讀取。此外，在本公開中，在平均充電 電流的計算中，平均充電電流（Icorr)可由[輸出功率（Pout) /電池充電電壓（Vbatt)]X 慢充電器的效率算得。
[0010] 電池退化程度的計算可包括：基於平均充電電流（Icorr)計算當前充電量（Ah_ aged);並且基於當前充電量（Ah_aged)計算電池退化程度。當前充電量（Ah_aged)可 通過將在與電池的初次充電階段相似的電壓區域中的平均充電電流（Icorr)進行積分 (integrate整合)來計算。此外，電池退化程度可由W下式子計算；100-[{當前充電量（Ah_ 3徑6(1)/初次充電量（411_111^131)}《100]。此外，當在慢充電過程中電池充電電壓（￥63的） 進入預定電壓區域時可獲得信息。
[0011] 在本公開的另一個方面中，高壓電池的退化估計方法可包括：獲得有關慢充電 器的輸出電壓（Vout)和輸出電流（lout)的信息；通過使用輸出電壓（Vout)和輸出電流 (lout)計算慢充電器的輸出功率（Pout);計算與計算的輸出功率（Pout)有關的平均充電 電流（I corr ) ; W及基於平均充電電流（I corr )計算電池退化程度。
[0012] 在平均充電電流的計算中，從預先制定的圖表中可讀取與輸出功率（Pout)有關的 平均充電電流，並且圖表可使用輸出功率（Pout)作為輸入並且使用平均充電電流（Icorr) 作為輸出。例如，圖表可被配置為使用通過對已退化的不同高壓電池的慢充電測試所獲得 的電池充電電壓（Vbatt)、慢充電器的輸出功率（Pout)和效率計算平均充電電流（Icorr), 並且平均充電電流（Icorr)可作為輸出功率（Pout)的輸出被讀取。
[0013] 此外，電池退化的計算可包括；基於平均充電電流（Icorr)計算當前充電量（Ah_ aged);及基於當前充電量（Ah_aged)計算電池退化程度。根據本公開示例性實施方式的高 壓電池的退化估計方法具有W下優點。
[0014] 1.因為可使用通過糾正由電流傳感器讀出的電流值獲得的平均充電電流 (Icorr)來計算精確的充電量，所W即使不使用與現有技術相比更精確的電流傳感器，也可 W使用精確的充電量檢測出具有更高精確度的退化，並且還可W減少控制器的成本。
[0015] 2.因為電池退化可基於平均充電電流（Icorr)來檢測，所W不管充電功率(輸入 功率）的規格如何，均可W檢測出退化程度。
[0016] 3.可W改善實際S0C的準確性並且可W確保車輛的更穩定的行駛狀態，因為EV、 P肥V等中裝載的高壓電池的退化可被更準確地估計出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 從W下結合附圖給出的一些示例性實施方式的描述中，本公開的W上及其他目 標、特徵和優點將變得顯而易見，其中：
[0018] 圖1是示出了根據本公開示例性實施方式的高壓電池的退化估計方法的示例性 示圖；
[0019] 圖2是示出了根據本公開另一個示例性實施方式的高壓電池的退化估計方法的 示例性示圖；
[0020] 圖3是示出了根據本公開示例性實施方式的用於檢測高壓電池的退化在慢充電 過程中出現的電壓和電流特性的示例性示圖；W及
[0021] 圖4是根據本發明示例性實施方式的充電電壓曲線隨著高壓電池的退化程度的 示例性示圖。
[0022] 應當理解，附圖沒必要按比例繪製，並且附圖呈現了本發明基本原理的多個示例 性特徵示意性一些簡化表示。本文中所公開的本發明的具體設計特徵包括例如具體尺寸、 方向、位置和形狀，並且部分通過特定的預期應用和使用環境確定。在圖中，貫穿附圖的幾 幅圖，參考標號指代本發明的相同或等效的部件。

【具體實施方式】
[0023] 應當理解，本文所使用的術語"車輛（vehicle)"或者"車輛的（vehi州lar)"或者 其他的類似術語包括廣義的機動車輛，諸如包括運動型多用途車輛（SUV)、公共汽車、卡車、 各種商用車輛的載客車輛，包括各種小船和海船的船隻，太空飛行器等，W及包括混合動力汽 車、電動車輛、插入式混合電動車輛、氨動力車輛、燃料電池車輛、及其他替代燃料車輛(例 女口，燃料來源於除石油W外的資源)。如本文中所提及的，混合動力車輛是具有兩種W上動 力源的車輛，例如，汽油動力和電動力車輛。
[0024] 儘管示例性實施方式被描述為使用多個單元來執行示例性處理，但是應當理解， 也可由一個或者多個模塊執行該示例性處理。此外，應理解的是，術語控制器/控制單元是 指包括存儲器和處理器的硬體裝置。該存儲器被配置為存儲模塊，並且該處理器具體地被 配置為執行所述模塊W執行下文中進一步描述的一個或多個處理。
[0025] 此外，本發明的控制邏輯可實施為計算機可讀介質上的非臨時性計算機可讀介 質，計算機可讀介質包括由處理器、控制器/控制單元等執行的可執行程序指令。計算機可 讀介質的實例包括但不限於，ROM、RAM、光碟（CD ) -ROM、磁帶、軟盤、快閃記憶體驅動、智慧卡W及光 數據存儲裝置。計算機可讀介質也可分布在網絡禪合的計算機系統中，從而W分布式方式 (例如由車載通信伺服器或控制器區域網路（CAN))存儲並執行該計算機可讀介質。
[0026] 在此使用的術語僅出於描述【具體實施方式】目的而並非旨在限制本發明。除非上下 文中明確指出不同，否則在此所使用的單數形式"一（a)"、"一個（an)"及"該（the)"也旨在 包括複數形式。將進一步理解的是，術語"包括（comprises)"和/或"包含（comprising)" 在用於此說明書中時指明所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一 個或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組的存在或添加。如在本文中所 使用的，術語"和/或"包括一個或多個相關所列條目的任意W及所有組合。
[0027] 除非在上下文中明確指出或者顯而易見，否則在此所使用的術語"大約"應理解為 在本該領域中標準容差的範圍內，例如平均值的2個標準偏差內。"大約"可被理解為在陳 述值的 10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0. 5%、0. 1%、0. 05% 或者 0. 01% 內。除非上下文 中清楚地表示並非如此，否則本文中提供的所有數值均由術語"大約"來限定。
[0028] 在下文中，現在將詳細地參考本發明的各種示例性實施方式，在附圖中示出其實 例並且被描述為如下。儘管已結合示例性實施方式描述了本發明，但應當理解的是，本描述 並非旨在將本發明限於該些示例性實施方式。相反，本發明旨在不僅涵蓋示例性實施方式 而且還涵蓋包含在由所附權利要求限定的本發明的精神和範圍內的各種替換、修改、等同 物W及其他實施方式。
[0029] 本公開的目的在於一種用於檢測裝載於電動車輛（EV)、插入式混合電動車輛 (P肥V)等內的高壓電池(例如，高壓裡電池）的退化的方法，其特徵在於，電池單元性能的退 化檢測可通過基於糾正的充電電流檢測高壓電池的退化來提高，該糾正充電電流即為通過 提高慢充電過程中電流傳感器測量電流的準確性所獲得的平均充電電流。
[0030] 在該方面，當檢測EV或者P肥V的高壓電池的退化時，施加於電池的平均充電電流 可使用慢充電過程中的電池充電電壓來計算，並且電池退化可基於平均充電電流來檢測。 換言之，在通過從外部電源接收輸入電力來執行慢充電的車輛系統(諸如電動車輛）中，根 據本公開示例性實施方式的高壓電池的退化估計方法可W通過基於車輛內裝載的慢充電 器用從外部電源接收的電力對高壓電池充電時的電池充電電壓糾正由傳感器測量的電池 充電電流，來計算平均測量電流，並且可W通過基於計算的平均電流計算當前充電量來檢 測電池退化。
[003。 如圖1所示，為了通過糾正充電電流(例如，由傳感器測量的電池電流值）來計算 平均充電電流（Icorr)，根據本公開示例性實施方式的高壓電池的退化估計方法可包括： 識別(例如，通過傳感器）關於被從外部(例如，車輛的外部）供電的慢充電器的輸入電流 (lin)、輸入電壓（Vin)、和充電器環境溫度(例如，外部溫度）的信息；將信息傳輸至車輛內 部裝載的電池管理系統（BMS)(例如，傳輸至控制器);通過控制器使用被傳輸到電池管理系 統的信息計算用於電池充電的輸出功率（Pout); W及通過控制器使用由電池管理系統(例 女口，控制器）計算的輸出功率（Pout)計算平均充電電流。
[0032] 在識別關於慢充電器的環境溫度等的信息之前，可W通過控制器確定慢充電過程 中電池充電電壓是否進入為檢測退化任意選擇的電壓區域中。在本公開中，因為電池退化 可基於計算的平均充電電流（Icorr)來檢測，所W用於檢測退化的電壓區域可任意確定。
[0033] 作為參考，如圖3所示，對於電動車輛或者插電式混合電動車輛內裝載的高壓電 池，隨著慢充電的進行(例如，隨著充電時間流逝)，充電電壓可逐漸增加並且充電電流可逐 漸減少。充電功率可保持在恆定值。作為確定的結果，響應於慢充電過程中電池充電電壓進 入用於檢測退化的電壓區域的確定，即，當慢充電過程中電池充電電壓進入用於檢測退化 的電壓區域時，可測量並收集慢充電器的輸入電流（lin)、輸入電壓（Vin)和外部溫度。當 從預先制定的表中讀取慢充電器的效率時可使用測量的外部溫度。表將在下文中描述。
[0034] 在感測信息的過程中，當車輛內部裝載的慢充電器接收外部電力時，從外部提供 的輸入電流（lin)和輸入電壓（Vin)可通過使用傳感器進行測量來識別，並且慢充電器的 外部溫度可通過使用設置在車輛內部的溫度傳感器進行測量來識別。換言之，連接至慢充 電器的傳感器提供與從外部電源提供的輸入電壓（Vin)和輸入電流（lin)相對應的信息並 且提供與慢充電器的外部溫度相對應的信息。
[00巧]在傳輸信息的過程中，感測到的有關慢充電器的輸入電流（lin)和輸入電壓 (Vin)及外部溫度的信息可被提供至電池管理系統。
[0036] 此外，計算功率過程（即，計算用於對電池充電的輸出功率（Pout))可包括：通過 控制器執行的輸入功率計算過程，該過程將輸入電流（lin)和輸入電壓（Vin)相乘來計算 輸入至慢充電器的功率(例如，輸入功率，Pin) 及輸出功率計算過程，該過程將計算的輸 入功率（Pin)和基於慢充電器的環境溫度的效率(參見表1)相乘來計算用於慢充電器對電 池充電的輸出功率（Pout)。輸入功率（Pin)可使用由連接至慢充電器的傳感器提供的輸入 電壓（Vin)和輸入電流（lin)的值來計算。
[0037] 基於慢充電器的環境溫度的效率可用於計算輸出功率，並且可使用從表中選出的 值，其中該表通過將慢充電器的環境溫度和效率之間的關係進行映射而預先構成的。例如， 表可通過相對於每個溫度時慢充電器的輸出特性在各種環境溫度條件下對每個高壓電池 進行慢充電W計算慢充電器的效率，然後平均值化並且每個環境溫度映射效率來構造。W 下表1是一個不例。
[0038] 因此，基於慢充電器的環境溫度的效率可從預先制定的表中選擇和讀取W計算輸 出功率（化ut)。例如，當慢充電器的環境溫度是大約2(TC時，可讀出充電效率為F%，並且充 電效率F%可與輸入電壓（Pin)相乘W計算輸出功率（Pout)。
[0039] 衷 1
[0040]

【權利要求】
1. 一種電池退化估計方法，包括： 通過控制器獲得關於慢充電器的輸入電壓（Vin)、輸入電流（Iin)和外部溫度的信息； 通過所述控制器基於根據所述輸入電壓（Vin)和所述輸入電流（Iin)計算出的輸入功 率（Pin)，計算用於充電所述電池的輸出功率（Pout); 通過所述控制器基於所述輸出功率（Pout)和電池充電電壓（Vbatt)計算平均充電電 流（Icorr);以及 通過所述控制器基於所述平均充電電流（Icorr )計算電池退化程度。
2. 根據權利要求1所述的電池退化估計方法，其中，計算所述輸出功率包括： 通過所述控制器獲得與所述慢充電器的所述外部溫度有關的效率；以及 通過所述控制器將所述效率和所述輸入功率（Pin)相乘來計算輸出功率（Pout)。
3. 根據權利要求2所述的電池退化估計方法，其中，與所述慢充電器的所述外部溫度 有關的所述效率是從具有外部溫度作為輸入和所述慢充電器的效率作為輸出的表中讀取 的。
4. 根據權利要求1所述的電池退化估計方法，其中，所述平均充電電流（Icorr)通過以 下式子計算： [輸出功率（Pout) /電池充電電壓（Vbatt) ] X所述慢充電器的效率。
5. 根據權利要求1所述的電池退化估計方法，其中，計算所述電池退化程度包括： 通過所述控制器基於所述平均充電電流（Icorr)計算當前充電量（Ah_aged);以及 通過所述控制器基於所述當前充電量（Ah_aged)計算電池退化程度。
6. 根據權利要求5所述的電池退化估計方法，其中，通過對與所述電池的初次充電階 段基本相似的電壓區域中的平均充電電流（Icorr)進行積分來計算所述當前充電量(Ah_ aged)。
7. 根據權利要求5所述的電池退化估計方法，其中，所述電池退化程度通過以下式子 計算： 100-[當前充電量（Ah_aged)/初次充電量(Ah_initial) ]}X100]。
8. 根據權利要求1所述的電池退化估計方法，其中，當在慢充電過程中所述電池充電 電壓（Vbatt)進入預定電壓區域時獲得所述信息。
9. 一種電池退化估計方法，包括： 通過所述控制器獲得與慢充電器的輸出電壓（Vout)和輸出電流（lout)有關的信息； 通過所述控制器使用所述輸出電壓（Vout)和所述輸出電流（lout)計算所述慢充電器 的輸出功率（Pout); 通過所述控制器計算與計算的所述輸出功率（Pout)有關的平均充電電流（Icorr);以 及 通過所述控制器基於所述平均充電電流（Icorr)計算電池退化程度。
10. 根據權利要求9所述的電池退化估計方法，其中，與所述輸出功率（Pout)有關的 所述平均充電電流（Icorr)是從使用輸出功率（Pout)作為輸入並且使用平均充電電流 (Icorr)作為輸出的預先制定的圖表中讀取的。
11. 根據權利要求9所述的電池退化估計方法，其中，計算所述電池退化程度包括： 通過所述控制器基於所述平均充電電流（Icorr)計算當前充電量（Ah_aged);以及 通過所述控制器基於所述當前充電量（Ah_aged)計算電池退化程度。
12. 根據權利要求11所述的電池退化估計方法，其中，通過對與所述電池的初次充 電階段基本相似的電壓區域中的平均充電電流（Icorr)進行積分來計算當前充電量（Ah_ aged)。
13. 根據權利要求11所述的電池退化估計方法，其中，所述電池退化程度由以下式子 計算： 1〇〇-[{當前充電量(Ah_aged)/初次充電量(Ah_initial) }X100]。
14. 根據權利要求9所述的電池退化估計方法，其中，當在慢充電過程中所述電池充電 電壓（Vbatt)進入預定電壓區域時獲得所述信息。
15. -種電池的退化估計系統，包括： 存儲器，被配置為存儲程序指令；以及 處理器，被配置為執行所述程序指令，所述程序指令在執行時被配置為： 獲得關於慢充電器的輸入電壓（Vin)、輸入電流（Iin)和外部溫度的信息； 基於根據所述輸入電壓（Vin)和所述輸入電流（Iin)計算的輸入功率（Pin)，計算用於 充電所述電池的輸出功率（Pout); 基於所述輸出功率（Pout)和所述電池充電電壓（Vbatt)計算平均充電電流（Icorr); 以及 基於所述平均充電電流（Icorr )計算電池退化程度。
16. 根據權利要求15所述的系統，其中，執行時用於計算輸出功率的所述程序指令進 一步被配置為： 獲得與所述慢充電器的外部溫度有關的效率；以及 通過將所述效率和所述輸入功率（Pin)相乘來計算輸出功率（Pout)。
17. 根據權利要求16所述的系統，其中，與所述慢充電器的外部溫度有關的所述效率 是從具有外部溫度作為輸入和所述慢充電器的效率作為輸出的圖表中讀取的。
18. 根據權利要求15所述的系統，其中，所述平均充電電流（Icorr)通過以下式子計 算： [輸出功率（Pout) /電池充電電壓（Vbatt) ] X慢充電器的效率。
19. 根據權利要求15所述的系統，其中，執行時用於計算所述電池退化程度的所述程 序指令被進一步執行為： 基於所述平均充電電流（Icorr)計算當前充電量（Ah_aged);以及 基於所述當前充電量（Ah_aged)計算電池退化程度。
20. 根據權利要求19所述的系統，其中，通過對與所述電池的初次充電階段基本相似 的電壓區域中的平均充電電流（Icorr)進行積分來計算當前充電量(Ah_aged)。
21. -種非臨時性計算機可讀介質，所述非臨時性計算機可讀介質包括由控制器執行 的程序指令，所述計算機可讀介質包括： 獲得有關慢充電器的輸入電壓（Vin)、輸入電流（Iin)和外部溫度的信息的程序指令； 基於根據所述輸入電壓（Vin)和所述輸入電流（Iin)計算的輸入功率（Pin)計算用於 充電所述電池的輸出功率（Pout)的程序指令； 基於所述輸出功率（Pout)和所述電池充電電壓（Vbatt)計算平均充電電流（Icorr )的 程序指令；以及 基於所述平均充電電流（I corr )計算電池退化程度的程序指令。
【文檔編號】G01R31/36GK104422892SQ201310692974
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】金宇成 申請人:現代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社