自適應的緩慢變化電流檢測的製作方法
2024-02-11 12:13:15
專利名稱：自適應的緩慢變化電流檢測的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種用於估計電池充電狀態(SOC)的系統和方法，更具體地涉及一種用於估計電池SOC的系統和方法，所述方法包括計算電流變化指數從而確定電池電流是否含有足夠的激勵以便車載實時估計算法-例如遞歸的最小二乘方(RLQ回歸算法可提供SOC的準確估計。
背景技術：
電動車輛變得越來越流行。這些車輛包括混合動力車輛-例如增程式電動車輛 (EREV)以及純電動車輛-例如電池電動車輛(BEV)，所述增程式電動車輛(EREV)將電池與主動力源-例如內燃發動機、燃料電池系統等相結合。所有這些類型的電動車輛都採用包括多個電池單元的高壓電池。這些電池可以是不同類型的電池-例如鋰離子電池、鎳金屬氫化物電池、鉛酸電池等。用於電動車輛的典型的高壓電池可包括提供大約400伏電壓的196個電池單元。所述高壓電池可包括單獨的電池模塊，其中每個電池模塊都可包括一定數量的電池單元-例如12個電池單元。單獨的電池單元可電串聯聯接、或者一系列電池單元可電並聯聯接，其中模塊中的多個電池單元串聯連接而每個模塊電並聯聯接至其他模塊。不同的車輛設計包括採用各種折衷方案和具體應用的優點的不同的電池設計。電池在為電動車輛和混合動力車提供動力方面輛起到重要作用。電池控制和功率管理的有效性對車輛性能、燃料經濟性、電池壽命以及乘客舒適性來說是必須的。對於電池控制和功率管理，電池的兩種狀態一即充電狀態(SOC)和電池功率狀態需要被預測、或估計，並且需要實時監測，因為在車輛運轉期間所述充電狀態和電池功率狀態是不可測量的。 電池充電狀態和電池功率狀態可以使用電池的等效電路模型來估計，所述電池的等效電路模型使用電池端電壓和電流來限定電池開路電壓(OCV)、電池歐姆電阻以及包括電阻和電容量的電阻電容對(RC pair)。因此，兩種電池狀態都必須從由電池端電壓和電流估計出的電池參數來導出。一些電池狀態估計算法已經在本領域中使用不同的方法被開發，並且某些已經在車輛中實施。眾所周知，電池動態特性通常是非線性的並且高度依賴於電池操作條件。然而對於車載電池參數估計來說，具有一些頻率模式的線性模型可用於大約估計具體應用的電池的主要動態特性-例如功率預測或SOC估計。對於車載應用來說這主要是由於有限的計算能力和可用存儲器。實際上，即使有極大的計算能力和存儲器，在複雜模型中用儘可能多的頻率模式也不能保證準確地估計所有的電池參數，因為信號激勵、正常電池端電壓和端電流是有限的。因此，只要對於具體應用來說模型不確定性引起的估計誤差在可接受的範圍內，將所有頻率模式覆蓋在一個模型中既不實用也不必要。為了使存儲器和計算成本最小化，簡單的電池模型是優選的。另一方面，需要用不同的頻率模式來確定不同應用的特徵。例如，代表電池的高頻電阻的特徵的特徵頻率比表徵電池功率變化的特徵頻率更高。具有有限頻率模式的簡單模型不可避免地引入誤差和不確定性，因為所述簡單模型不能充分覆蓋各種應用的所有特徵頻率。
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2007年10月4日提交的美國專利申請序號No. 11 / 867，497現以公布號 U. S. 2009 / 0091299公開，標題為「用於確定電池充電狀態的動態自適應方法」已轉讓給本發明的受讓人並且在此通過引用併入本申請中，所述美國專利申請公開了一種使用四個電池參數一即電池開路電壓(OCV)、歐姆電阻以及RC對的電阻和電容量來確定電池充電狀態和電池功率。—種用於估計電池SOC的公知技術是使用遞歸的最小二乘方(RLS)回歸算法以便通過測量的電池電流I和電池電壓V來估計電池開路電壓V『線性公式被用於採用矩陣的 RLS算法，所述矩陣需要有獨立的幾排數據以便求解所述公式。該數據是通過電池電流I來確定的，所述電池電流I需要從一個採樣時間到下一個採樣時間以不同速率變化以便得到公式的解。換句話說，如果電流沒有隨著時間的推移而顯著地變化那麼RLS算法將不能有效地確定電池S0C，因為從一個採樣時間到下一個採樣時間RLS計算中的公式是相同或幾乎相同的。用另一種方式來說，回歸的開路電壓Vre的質量是輸入參數激勵的函數，其中更多的激勵產生更優的電路電壓輸出。必須檢測缺少激勵的情況，以便低質量的輸出不會用於SOC估計。用於確定電流是否以足夠的不同速率變化的公知技術包括監測除零情形的回歸運算，然而所述檢測有時太慢而不能防止在所有狀況下SOC準確性的不穩定性和損失。當電池電流僅最低程度地變化時，線性公式的矩陣中的數值會提供解，但是不能保證該解是正確的，從而所述計算的準確性是不可接收的。由此，不能準確地確定所產生的電池SOC估計值。通常難於確定用於可接受的電池電流變化率的閾值應該是什麼，低於所述閾值的電池SOC估計值將是不準確的。當RLS算法不可用於給出準確的電池SOC時，所述RLS算法不被用於所述目的，而電池管理算法將使用不同的方法來計算電池SOC-例如庫倫或電流積分。通常不期望使用庫倫積分來排他地確定電池S0C，因為所述庫倫積分必須具有用於積分的電池電流的準確歷史，而通常在汽車應用中用於測量電池電流的電流傳感器是不夠準確的。由此，在不知道初始電流點的情況下，誤差會被引入計算並且隨著時間的推移而增大。
發明內容
根據本發明的教導，公開一種用於確定車載估計程序-例如遞歸的最小二乘方回歸程序是否可有效地計算電池的充電狀態的系統和方法。所述方法包括限定當前採樣時間和先前採樣時間並且測量電池電流。所述方法隨後計算測得電流的變化移動平均值以及電流變化率的指數，所述電流變化率的指數是通過使用測得電流和來自先前採樣時間的計算出的移動平均值對電流變化移動平均值的絕對值求平均值來確定的。所述方法隨後確定電流變化指數是否大於預定閾值，如果大於，則由車載估計程序產生的電池充電狀態的估計是有效的。方案1. 一種用於確定遞歸的最小二乘方程序是否可有效地用於計算電池的充電狀態(SOC)的方法，所述方法包括
限定當前採樣時間和先前採樣時間； 測量電池的電流；
計算後續採樣時間的測得電流的電流變化移動平均值；
通過對後續採樣時間的電流變化移動平均值的範數求平均值來計算電流變化指數；確定所述電流變化指數是否大於預定閾值；以及
如果所述電流變化指數大於所述閾值，則使用遞歸的最小二乘方程序來估計電池充電狀態。方案2.如方案1所述的方法，其中計算測得的電流變化的移動平均值包括使用如下公式
權利要求
1.一種用於確定遞歸的最小二乘方程序是否可有效地用於計算電池的充電狀態 (SOC)的方法，所述方法包括限定當前採樣時間和先前採樣時間； 測量電池的電流；計算後續採樣時間的測得電流的電流變化移動平均值；通過對後續採樣時間的電流變化移動平均值的範數求平均值來計算電流變化指數； 確定所述電流變化指數是否大於預定閾值；以及如果所述電流變化指數大於所述閾值，則使用遞歸的最小二乘方程序來估計電池充電狀態。
2.如權利要求1所述的方法，其中計算測得的電流變化的移動平均值包括使用如下公式lni(ij = a[l i(i — 1>] + 111) — Ht — I)其中Lii是移動平均值的變化，a是預定係數，I (i)是當前採樣時間的測得電流，I (i-1) 是來自先前採樣時間i-Ι的測得電流，並且^ii(i-l)是來自先前採樣時間的計算出的電流變化移動平均值。
3.如權利要求1所述的方法，其中計算電流變化指數包括使用如下公式Ic(i) =. !j[ir(i ~ 1)3 + (I ~ 6)[1 ι(ι)]其中Ic是作為電流變化移動平均值的絕對值的移動平均值的電流變化指數，b是預定係數，並且Lii是電流的變化移動平均值。
4.如權利要求1所述的方法，還包括如果電流的變化移動平均值的移動平均值小於所述閾值，則使用庫倫積分程序來確定電池充電狀態。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述電池是車輛電池。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述車輛電池是鋰離子電池。
7.一種用於確定遞歸的最小二乘方回歸程序是否可有效地用於計算車輛電池的充電狀態(SOC)的方法，所述方法包括限定當前採樣時間和先前採樣時間； 測量電池的電流；計算後續採樣時間的測得電流的電流變化移動平均值；通過對後續採樣時間的電流變化的移動平均值的範數求平均值來計算電流變化指數；確定所述電流變化指數是否大於預定閾值；如果所述電流變化指數大於所述閾值，則使用遞歸的最小二乘方程序來估計電池充電狀態；以及如果電流的變化移動平均值的移動平均值小於所述閾值，則使用庫倫積分程序來確定電池充電狀態。
8.如權利要求7所述的方法，其中計算測得電流的變化移動平均值包括使用如下公式Iin(i) =^ af/rn(f 『 1)] + /(O — Iii - I)其中Lii是移動平均值的變化，a是預定係數，I (i)是當前採樣時間的測得電流，I (i-1) 是來自先前採樣時間i-Ι的測得電流，並且^ii(i-l)是來自先前採樣時間的計算出的電流變化移動平均值，並且其中計算電流變化指數包括使用如下公式led) 二 bile α — 11] + (1 —娜ΙΗ_其中IC是電流的變化移動平均值的移動平均值，b是預定係數，並且Lii是電流的變化移動平均值。
9.如權利要求7所述的方法，其中所述車輛電池是鋰離子電池。
10.一種用於確定遞歸的最小二乘方回歸程序是否可有效地用於計算電池的充電狀態 (SOC)的系統，所述系統包括用於限定當前採樣時間和先前採樣時間的裝置；用於測量電池的電流的裝置；用於計算後續採樣時間的測得電流的電流變化移動平均值的裝置；用於通過對後續採樣時間的電流變化的移動平均值的範數求平均值來計算電流變化指數的裝置；用於確定所述電流變化指數是否大於預定閾值的裝置；以及如果所述電流變化指數大於所述閾值則使用遞歸的最小二乘方程序來估計電池充電狀態的裝置。
全文摘要
一種用於確定車載估計程序-例如遞歸的最小二乘方回歸程序是否能有效地計算電池的充電狀態的系統和方法。所述方法包括限定當前採樣時間和先前採樣時間並且測量電池電流。所述方法隨後計算測得電流的變化移動平均值以及電流變化率的指數，所述電流變化率的指數是通過使用測得電流和來自先前採樣時間的計算出的移動平均值對電流變化移動平均值的絕對值求平均數而確定的。所述方法隨後確定電流變化指數是否大於預定閾值，如果大於，則通過車載估計程序產生的電池充電狀態的估計是有效的。
文檔編號G01R31/36GK102455411SQ20111032030
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月20日 優先權日2010年10月20日
發明者J. 科赫 B., 林 J., 唐 X. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司