估定機(jī)動(dòng)車(chē)輛電池中的能量的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于估定機(jī)動(dòng)車(chē)輛電池中恒定功率下的能量的方法，該方法包括：(a)確定(30)一個(gè)容量參數(shù)Q的值，(b)對(duì)于一個(gè)電量狀態(tài)參數(shù)(z)的N個(gè)值基于一個(gè)電流參數(shù)的值構(gòu)建(31)一個(gè)電池端子電壓參數(shù)的值表，(c)根據(jù)在該步驟(b)構(gòu)建的表基于電量狀態(tài)參數(shù)(z)來(lái)確定(32)一個(gè)內(nèi)電阻參數(shù)R(z)的值，(d)基于該電量狀態(tài)參數(shù)(z)來(lái)提供(33)一個(gè)開(kāi)路電壓參數(shù)Uoc(z)的值表，(e)估算(34)初始電量狀態(tài)參數(shù)(zo)的一個(gè)值，(f)使用該電量狀態(tài)參數(shù)(z)以及所述參數(shù)Q、R(z)和Uoc(z)的值的一個(gè)函數(shù)通過(guò)計(jì)算來(lái)估算(35)一個(gè)最終電量狀態(tài)與所述初始電量狀態(tài)之間的一個(gè)能量參數(shù)Ep的值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
估定機(jī)動(dòng)車(chē)輛電池中的能量
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及汽車(chē)車(chē)輛電池的控制。本發(fā)明具體涉及汽車(chē)車(chē)輛、特別是電動(dòng)車(chē)輛或 混合動(dòng)力車(chē)輛的電池中可用的或可提取的能量的估算。本發(fā)明還涉及有待在電池的充電階 段期間蓄積的能量的估算。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于給定的電量狀態(tài)或S0C，從電池可提取的能量是溫度的函數(shù)。實(shí)際上，電池的 溫度越低，該電池的內(nèi)電阻就越高。對(duì)于相同的電流水平，對(duì)于整個(gè)放電而言，平均電壓可 能變得更低。
[0003] 已知的是使汽車(chē)車(chē)輛例如裝配有尤其允許估算可用能量的電池管理系統(tǒng)、或BMS。 該可用能量的計(jì)算需要知曉電池的容量(單位為Ah)、其內(nèi)電阻以及隨電量狀態(tài)而變的該電 池的開(kāi)路電壓(0CV)。然而，電池的容量和內(nèi)電阻是在電池的使用壽命上變化的特征。因此， 確定可用能量的精確度與知曉這些值是相關(guān)聯(lián)的，然而這些值通常是通過(guò)多個(gè)圖譜來(lái)近似 的，從而使用于生成這些圖譜的大量的測(cè)試成為必然。
[0004] 文件US 2006/202663 A1描述了一種用于估算電池的剩余容量的方法，其中，S0C 的初始值是通過(guò)考慮到開(kāi)路電壓隨該電池的溫度和老化而變的變化來(lái)確定的。為此目的， 在BMS中建立并記錄了隨該溫度和該開(kāi)路電壓而變的S0C的圖譜，并且于是該溫度和開(kāi)路電 壓的測(cè)量允許確定該S0C的初始值。然而，該方法不允許將該電池的內(nèi)電阻或容量在時(shí)間上 的變化考慮在內(nèi)。此外，如果電池沒(méi)有處于足夠放松的狀態(tài)，則用于確定S0C的初始值所使 用的0CV的測(cè)量值可能是錯(cuò)誤的，從而導(dǎo)致S0C初始值的不正確的估算。
[0005] 因此，存在對(duì)于電池的能量的更精確的估算的需求，尤其是允許在電池的老化過(guò) 程中至少更新這些參數(shù)中的一部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 提供了一種用于在汽車(chē)車(chē)輛的電池的恒定功率下估算能量的方法，所述能量對(duì)應(yīng) 于可提取的能量或者對(duì)應(yīng)于有待蓄積的能量，所述方法包括：
[0007] (a)確定該電池的一個(gè)容量參數(shù)Q的一個(gè)值，
[0008] (b)值得注意地在該車(chē)輛的一個(gè)充電階段期間，針對(duì)于一個(gè)電量狀態(tài)參數(shù)(z)的N 個(gè)值構(gòu)建隨一個(gè)電流參數(shù)的值而變的跨該電池的端子的一個(gè)電壓參數(shù)的值表，
[0009] (c)基于在該步驟(b)構(gòu)建的表來(lái)確定隨所述電池的所述電量狀態(tài)參數(shù)(z)而變的 該電池的一個(gè)內(nèi)電阻參數(shù)R (z)的值，
[001 0] (d)提供隨該電池的電量狀態(tài)參數(shù)(z)而變的該電池的一個(gè)開(kāi)路電壓參數(shù)Uoc (z) 的值表，
[0011] (e)在對(duì)應(yīng)于該電池的一個(gè)初始電量狀態(tài)的一個(gè)初始時(shí)刻t0估算該電池的電量狀 態(tài)參數(shù)(ZQ)的一個(gè)值，
[0012] (f)使用一個(gè)函數(shù)f(z)通過(guò)計(jì)算來(lái)估算一個(gè)最終電量狀態(tài)與所述初始電量狀態(tài)之 間的一個(gè)能量參數(shù)EP的值，該函數(shù)的變量是該電量狀態(tài)參數(shù)(z)并且其參數(shù)是該電池的所 述容量參數(shù)Q的值、所述內(nèi)電阻參數(shù)R(z)的值以及所述開(kāi)路電壓Uoc(z)的值。
[0013] 可以提供的是將根據(jù)因此估算出的能量而生成的信號(hào)發(fā)送到一個(gè)用戶(hù)接口。
[0014] 用于確定的容量參數(shù)Q和內(nèi)電阻參數(shù)R(z)的值的步驟允許在該電池的老化過(guò)程中 定期地更新這些值，并且因此允許在估算該能量的計(jì)算值中考慮到這種老化，這可以允許 改善這些值的精確度、并且因此改善估算該能量的計(jì)算的精確度。
[0015] 步驟(a)可以因此在電池的使用壽命上定期地迭代，尤其是獨(dú)立于其他步驟地執(zhí) 行。換言之，可以針對(duì)其他步驟的若干次迭代使用在步驟(a)確定的容量參數(shù)的值。步驟(a) 的迭代能夠以預(yù)定的時(shí)間間隔、或當(dāng)符合某些使用條件時(shí)來(lái)執(zhí)行，例如在該電池的總充電 階段期間、在預(yù)定數(shù)量的充電/放電循環(huán)之后、在某一行進(jìn)里程之后或其他。
[0016] 在步驟(a)所確定的容量參數(shù)Q的值可以是通過(guò)在該電池的充電階段期間對(duì)流動(dòng) 經(jīng)過(guò)該電池的電流量進(jìn)行計(jì)量來(lái)確定的。有利地，該確定可以是在該電池的整個(gè)充電階段 期間執(zhí)行的，但在部分充電階段期間進(jìn)行確定也是可能的。
[0017] 容量參數(shù)Q可以是一個(gè)容量值，具有與該容量的值成比例的參數(shù)或其他。
[0018] 還可以在該電池的使用壽命上定期地重復(fù)用于構(gòu)建一個(gè)表的步驟(b)，尤其是獨(dú) 立于其他步驟的執(zhí)行，具體是獨(dú)立于步驟(a)以及步驟(e)和(f)的迭代。
[0019]電量狀態(tài)參數(shù)(z)可以是S0C，允許確定S0C的參數(shù)或其他。
[0020]該電量狀態(tài)參數(shù)的這N個(gè)值可以分布在對(duì)應(yīng)于可實(shí)現(xiàn)的最小電量狀態(tài)（電池完全 放空)的電量狀態(tài)最小值與對(duì)應(yīng)于可實(shí)現(xiàn)的最大電量狀態(tài)（電池完全充電）的最大電量狀態(tài) 之間。通過(guò)舉例的方式，數(shù)量N可以小于或等于25,優(yōu)選是小于20、例如等于10,并且優(yōu)選是 大于或等于9。
[0021 ]表示電流的參數(shù)可以例如是一個(gè)電流值，具有與該電流的值成比例的參數(shù)，或其 他。表示跨該電池的端子間的電壓的參數(shù)可以例如是一個(gè)電壓值，具有與該電壓的值成比 例的參數(shù)，或其他。本發(fā)明并不以任何方式受限于這些參數(shù)的確切性質(zhì)。
[0022] 該構(gòu)建步驟(b)可以是在該電池的充電階段期間執(zhí)行的，例如通過(guò)針對(duì)該電池的 多個(gè)不同的電量狀態(tài)測(cè)量該電壓參數(shù)的值和該電流參數(shù)(充電電流)的值。
[0023] 通過(guò)提供基于一個(gè)構(gòu)建的值表而非基于圖譜來(lái)確定隨該電量狀態(tài)(z)而變的內(nèi)電 阻參數(shù)R(z)的值，根據(jù)本發(fā)明的方法就可以使得在該電池的老化過(guò)程中能夠更精確地確定 該內(nèi)電阻。
[0024] 在步驟(d)過(guò)程中，隨該電池的電量狀態(tài)參數(shù)(z)而變的值表Uoc(z)可以是從在步 驟(b)中構(gòu)建的表中獲得的，能夠在該電流參數(shù)的值為零并且該電池放松時(shí)確定該開(kāi)路電 壓參數(shù)的值。值得注意的是，Uoc(z)可以使用該表中的N個(gè)值通過(guò)小于或等于N-1階的多項(xiàng) 式來(lái)近似，例如基于最小二乘擬合用多項(xiàng)式來(lái)近似。然而，可以設(shè)想到其他近似，例如插值， 線(xiàn)性式或其他，優(yōu)選是線(xiàn)性式。此外，該表還可以是在先前步驟中建立(尤其是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè) 量)和記錄(例如呈圖譜的形式）的表。
[0025] 該初始電量狀態(tài)是在初始時(shí)刻t0時(shí)的電量狀態(tài)，該初始時(shí)刻對(duì)應(yīng)于例如當(dāng)車(chē)輛啟 動(dòng)時(shí)的任務(wù)開(kāi)始時(shí)刻、或者該車(chē)輛被駕駛時(shí)的時(shí)刻。
[0026] 有利地并且以非限制性的方式，用于估算該初始電量狀態(tài)參數(shù)（ZQ)的值的步驟 (e)在該初始時(shí)刻t0可以包括：
[0027] (i)測(cè)量跨該電池的端子間的電壓參數(shù)的值并且在該電池的放電階段期間在該電 池中流動(dòng)的電流參數(shù)的值持續(xù)一個(gè)預(yù)定時(shí)間周期穩(wěn)定時(shí)測(cè)量在該電流參數(shù)的所述值，
[0028] (ii)基于在該步驟(b)構(gòu)建的表由此推導(dǎo)出該初始電量狀態(tài)參數(shù)(zo)的值。
[0029] 所述電流參數(shù)的值當(dāng)其在一個(gè)預(yù)定的周期上不發(fā)生變化或當(dāng)其變化很少時(shí)被認(rèn) 為是穩(wěn)定的。通過(guò)舉例的方式，該電流參數(shù)的值在該預(yù)定周期(例如l〇s)上當(dāng)其相對(duì)于其平 均值變化不超過(guò)10%至20% (例如不超過(guò)15%)時(shí)可以認(rèn)為變化很少。不言而喻，本發(fā)明不 受限于該預(yù)定周期，也不受限于該變化百分比。
[0030] 然而，本發(fā)明并不受限于這種基于在步驟(b)中構(gòu)建的表來(lái)確定電量狀態(tài)參數(shù)的 方法，并且可以使用其他方法。
[0031] 有利地并且以非限制性的方式，步驟(e)可以包括以下附加步驟：
[0032] (iii)通過(guò)另一預(yù)測(cè)方法估算該初始電量狀態(tài)參數(shù)(z'Q)的第二值，
[0033 ] (i v)將在該步驟(i i)確定的該初始電量狀態(tài)參數(shù)(ZQ)的第一值與在該步驟(i i i) 確定的該初始電量狀態(tài)參數(shù)(z'o)的第二值進(jìn)行比較，
[0034] (v)如果差值ZQ-Z'Q小于一個(gè)預(yù)定值，使用在該步驟(ii)確定的該初始電量狀態(tài)參 數(shù)(z〇)的值，否則使用在該步驟(iii)確定的該初始電量狀態(tài)參數(shù)(z'o)的第二值。
[0035] 該序列可以允許通過(guò)對(duì)由兩種不同的方法估算出的值進(jìn)行比較來(lái)改善該初始電 量狀態(tài)參數(shù)的值的確定。
[0036] 值得注意地，步驟(iii)可以使用一種基于庫(kù)侖計(jì)量的預(yù)測(cè)方法。
[0037]用于通過(guò)計(jì)算來(lái)估算最終電量狀態(tài)與所述初始電量狀態(tài)之間的能量參數(shù)匕的值 的步驟(f)是使用函數(shù)f(z)來(lái)執(zhí)行的，該函數(shù)的變量是該電量狀態(tài)參數(shù)(z)。該公式允許簡(jiǎn) 化計(jì)算，于是估算出了初始電量狀態(tài)參數(shù)值與最終電量狀態(tài)參數(shù)值之間的能量。該估算步 驟(f)是關(guān)于一個(gè)預(yù)定功率參數(shù)值來(lái)執(zhí)行的。該功率參數(shù)值可以是一個(gè)功率值，與該功率值 成比例的參數(shù)或其他。該預(yù)定功率參數(shù)值可以對(duì)應(yīng)于為使用該電池而提供的一個(gè)值。
[0038]能量參數(shù)匕可以是一個(gè)能量值，正比于該能量值的參數(shù)或其他。
[0039]該最終電量狀態(tài)是在最終時(shí)刻tf的電量狀態(tài)，該最終時(shí)刻對(duì)應(yīng)于晚于該初始時(shí)刻 的一個(gè)時(shí)刻。
[0040] 該最終電量狀態(tài)可以尤其被定義為對(duì)于跨該電池的端子間的電壓參數(shù)U最終的一 個(gè)預(yù)定閾值所達(dá)到的電量狀態(tài)。
[0041] 值得注意地，該最終電量狀態(tài)參數(shù)(Zf)因而可以通過(guò)求解以下等式來(lái)獲得：
[0043] 其中，Uoc(zf)是在該最終電量狀態(tài)下該電池的開(kāi)路電壓參數(shù)的值，R(Zf)是在該最 終電量狀態(tài)下該電池的內(nèi)電阻并且P是所討論的功率參數(shù)的值。
[0044] Uoc(z)可以是由該方法的步驟(d)中的表、尤其是通過(guò)上文描述的方法來(lái)確定的。
[0045 ] R (Zf)可以是由該方法的步驟(c)中的表來(lái)確定的。
[0046] 當(dāng)該方法被用于確定從該電池可提取的能量(尤其是在電池的放電階段期間）時(shí)， 電壓參數(shù)U最終的閾值可以被定義為該電池授權(quán)使用的最小值。
[0047] 當(dāng)該方法被用于確定剩下的有待蓄積在該電池中的能量(尤其是在電池的充電階 段期間）時(shí)，電壓參數(shù)U最終的閾值可以被定義為有待達(dá)到或可達(dá)到的最大值。
[0048] 有利地并且以非限制性的方式，在用于估算該能量的步驟(f)中所使用的函數(shù)f (z)可以被寫(xiě)成：
[0049] f(z)^Lhc(z}^ yjMz)⑵
[0050] 其中：
[0051]是將能量損失考慮在內(nèi)的項(xiàng)、是該電量狀態(tài)參數(shù)(z)的值的函數(shù)，
[0052 ] Uoc (z)表示隨該電量狀態(tài)參數(shù)(z)的值而變的該開(kāi)路電壓參數(shù)。該能量參數(shù)的值 于是是通過(guò)該初始狀態(tài)下的電量狀態(tài)參數(shù)(zo)的值與該最終狀態(tài)下的電量狀態(tài)參數(shù)(zf)的 值之間對(duì)這個(gè)函數(shù)f(z)進(jìn)行積分來(lái)獲得的，所述最終電量狀態(tài)參數(shù)（z f)的值是上述等式 (1)的解。
[0053]特別地，函數(shù)f(z)可以是通過(guò)階數(shù)小于或等于N-1的n階多項(xiàng)式來(lái)近似的。能量參 數(shù)匕的值于是可以被表達(dá)成：
[0055 ]其中r (z)是所述n階多項(xiàng)式的積分，并且Q表示該容量參數(shù)。
[0056] 有利地并且以非限制性的方式，在步驟(f)之后，該方法可以包括以下步驟：
[0057] (g)使用在該步驟（f)估算出的該能量參數(shù)EP的值來(lái)確定該初始電量狀態(tài)參數(shù) (z〃〇)的一個(gè)新值。
[0058]可以使用在上述步驟(g)過(guò)程中所確定的初始電量狀態(tài)參數(shù)（z〃q)的新值來(lái)針對(duì) 功率參數(shù)P的另一個(gè)值執(zhí)行步驟(f)。換言之，可以對(duì)于功率參數(shù)P1的第一值執(zhí)行這些步驟 (e)至(f)，然后能夠?qū)τ诠β蕝?shù)P2(不同于P1)的第二值使用在該步驟(g)中確定的該初 始電量狀態(tài)參數(shù)(z"〇)的值來(lái)執(zhí)行該步驟(f)。
[0059] 如已經(jīng)提到的，用于步驟(e)和(f)的計(jì)算的功率參數(shù)P的值可以屬于一組可使用 的預(yù)定值，例如對(duì)應(yīng)于表示該車(chē)輛的多個(gè)用途的放電功率或?qū)?yīng)于充電功率。因此，可以對(duì) 于功率參數(shù)P的多個(gè)不同的值估算能量匕是有用的。對(duì)于功率參數(shù)P的多個(gè)不同的值，這些 估算可以是通過(guò)步驟(e)和(f)的迭代來(lái)獲得的。
[0060] 此外提供了一種用于在恒定功率下估算汽車(chē)車(chē)輛的電池的能量的設(shè)備，所述能量 對(duì)應(yīng)于可提取的能量或者對(duì)應(yīng)于有待蓄積的能量。該設(shè)備包括：
[0061] -被設(shè)計(jì)成接收多個(gè)不同的參數(shù)值的接收裝置，這些參數(shù)值包括跨該電池的端子 間的一個(gè)電壓參數(shù)的值、一個(gè)電流參數(shù)的值、以及可能的一個(gè)時(shí)間參數(shù)的值，
[0062] -被安排成用于存儲(chǔ)由該接收裝置接收的這些值的并且存儲(chǔ)對(duì)于所述電池的一個(gè) 電量狀態(tài)參數(shù)(z)的N個(gè)值隨一個(gè)電流參數(shù)的值而變的跨該電池的端子間的一個(gè)電壓參數(shù) 的值表和隨該電池的電量狀態(tài)參數(shù)(z)而變的該電池的一個(gè)開(kāi)路電壓參數(shù)Uo c (z)的值表的 裝置，
[0063] -被安排成用于以下各項(xiàng)的處理裝置
[0064] -確定該電池的一個(gè)容量參數(shù)Q的一個(gè)值，
[0065] -對(duì)于所述電池的一個(gè)電量狀態(tài)參數(shù)(z)的N個(gè)值構(gòu)建隨一個(gè)電流參數(shù)的值而變的 該電池的端子間的一個(gè)電壓參數(shù)的值表，
[0066] -使用所構(gòu)建的表來(lái)確定隨所述電池的所述電量狀態(tài)參數(shù)(z)而變的該電池的一 個(gè)內(nèi)電阻參數(shù)R( z)的值，
[0067] -在對(duì)應(yīng)于該電池的一個(gè)初始電量狀態(tài)的一個(gè)初始時(shí)刻t0估算值得注意地隨存儲(chǔ) 在該存儲(chǔ)裝置中的表而變的該電池的電量狀態(tài)參數(shù)(zo)的一個(gè)值，以及
[0068] -使用一個(gè)函數(shù)f(z)通過(guò)計(jì)算來(lái)估算一個(gè)最終電量狀態(tài)與所述初始電量狀態(tài)之間 的一個(gè)能量參數(shù)匕的值，該函數(shù)的變量是該電量狀態(tài)參數(shù)(z)并且其參數(shù)是該電池的所述 容量參數(shù)Q的值、所述內(nèi)電阻參數(shù)R(z)的值以及所述開(kāi)路電壓Uoc(z)的值。
[0069]此外，該設(shè)備可以包括被安排成用于將根據(jù)因此估算出的能量而生成的信號(hào)發(fā)送 到用戶(hù)接口的發(fā)送裝置。
[0070] 此外，提供了用于汽車(chē)車(chē)輛的結(jié)合有這樣的設(shè)備的電池管理系統(tǒng)，例如BMS或其 他。
[0071] 該系統(tǒng)和/或該設(shè)備可以包括、或被集成到一個(gè)或多個(gè)處理器中，例如微控制器、 微處理器或其他類(lèi)型。
[0072] 該接收裝置可以例如包括輸入引腳、輸入端口或其他。該存儲(chǔ)裝置可以包括RAM ("隨機(jī)存取存儲(chǔ)器"）、EEPR0M( "電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器"）、R0M( "只讀存儲(chǔ)器"）或其 他。該處理裝置可以例如包括處理器核或CPU("中央處理單元"）。該發(fā)送裝置可以例如包括 輸出端口、輸出引腳或其他。
[0073]此外，提供了一種汽車(chē)車(chē)輛，該汽車(chē)車(chē)輛包括一個(gè)如上文所描述的電池管理系統(tǒng)、 并且可能包括一個(gè)電池。該車(chē)輛可以例如是電動(dòng)車(chē)輛和/或混合動(dòng)力車(chē)輛。
[0074]此外，提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括多條指令，當(dāng)這些指令 被一個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，這些指令用于執(zhí)行在上文所描述的方法的步驟。
【附圖說(shuō)明】
[0075]通過(guò)參照這些展示了多個(gè)非限制性實(shí)施例的附圖將更好地理解本發(fā)明。
[0076] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的車(chē)輛的一個(gè)示例。
[0077] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法的一個(gè)示例的時(shí)序圖。
[0078]圖3示出了一組曲線(xiàn)，這組曲線(xiàn)示出了針對(duì)該電池的若干個(gè)電量狀態(tài)S0C該電池的 跨端子電壓隨電流而變的變化。
【具體實(shí)施方式】
[0079] 參照?qǐng)D1，汽車(chē)車(chē)輛1(例如電動(dòng)車(chē)輛)可以包括設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)該車(chē)輛的動(dòng)力電池2、用 于管理電池3的系統(tǒng)(稱(chēng)為BMS)、以及用戶(hù)接口 4(例如儀表板）。
[0080] BMS 3允許控制電池2的充電和放電，并且允許控制用戶(hù)接口4的屏幕(未示出）上 的消息的顯示。
[0081] BMS 3結(jié)合了用于估算可用能量或有待蓄積在電池2中的能量的設(shè)備5,例如處理 器的一部分。值得注意地，當(dāng)用戶(hù)轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙以啟動(dòng)車(chē)輛時(shí)，以及還在任務(wù)過(guò)程中，或者在電 池的充電階段期間，該設(shè)備5可以被激活。
[0082] BMS 3與諸如電芯電壓測(cè)量ASIC(ASIC:專(zhuān)用集成電路的縮寫(xiě)）和安培計(jì)（未示出） 的電壓和電流測(cè)量設(shè)備通信。
[0083]參照?qǐng)D2,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法可以包括步驟30,該步驟在于確定該電 池的容量Q。
[0084] 該容量Q可以例如來(lái)自于在該電池的部分或整個(gè)充電的過(guò)程中通過(guò)跨在該電池的 端子間的電流傳感器、或通過(guò)跨在該電池的這些電芯的端子間的若干個(gè)傳感器以及通過(guò)時(shí) 鐘來(lái)執(zhí)行的庫(kù)侖計(jì)量。值得注意地，該容量可以是由該BMS基于由這些傳感器測(cè)量的隨充電 時(shí)間而變的值并且可能基于該電池的初始電量狀態(tài)(如果該計(jì)算是在該電池的部分充電過(guò) 程中進(jìn)行的)來(lái)計(jì)算出的。
[0085] 可以定期地而不必在每次啟動(dòng)該車(chē)輛時(shí)、或者在該電池或車(chē)輛的特定狀態(tài)期間執(zhí) 行該步驟30,該電池的容量隨時(shí)間而變的變化是相對(duì)較緩慢的。因此可以設(shè)想到數(shù)天或數(shù) 周的周期。在步驟31的過(guò)程中，尤其是在充電階段期間，針對(duì)N個(gè)電量狀態(tài)z該電壓隨電流而 變的變化被記錄在存儲(chǔ)器中，這N個(gè)電量狀態(tài)例如從0變化到100%。對(duì)于這N個(gè)電量狀態(tài)中 的每一者，可以以表或圖3所示類(lèi)型的一組曲線(xiàn)的形式來(lái)記錄這些測(cè)量。圖3示出了跨形成 電池組一部分的電芯的端子間的隨電流K單位為A)而變的電壓U(單位為V)的變化。在圖3 中，只示出了對(duì)應(yīng)于電量狀態(tài)z =從10%至90%的S0C的曲線(xiàn)。
[0086]在該充電階段期間BMS使用由電流和電壓傳感器測(cè)量的這些值來(lái)構(gòu)建這些表或曲 線(xiàn)。這些表或曲線(xiàn)可以是定期地構(gòu)建的，例如在該電池的每次充電時(shí)或在該電池的每次完 全充電時(shí)或以預(yù)定的時(shí)間間隔構(gòu)建。
[0087] 在步驟32的過(guò)程中，使用先前在步驟31構(gòu)建和記錄的表來(lái)確定隨該電池的電量狀 態(tài)(z)而變的該電池的內(nèi)電阻R(z)。
[0088] 事實(shí)上，值得注意地，跨該電池的端子間的電壓U(z)與流動(dòng)經(jīng)過(guò)該電池的電流I之 間的關(guān)系可以由以下等式來(lái)表達(dá)：
[0089] U(z)=Uoc(z)+R(z)I (4)，
[0090] 其中：
[0091] U(z)表示隨電量狀態(tài)z而變的跨電池端子間的電壓，單位為V，
[0092] Uoc (z)表示隨電量狀態(tài)z而變的該電池的開(kāi)路電壓，單位為V，
[0093] I表示流動(dòng)經(jīng)過(guò)該電池的電流，單位為A，
[0094] R(z)表示隨電量狀態(tài)z而變的該電池的內(nèi)電阻，單位為Q，
[0095]通過(guò)考慮到該電池的內(nèi)電阻R(z)在充電（1>0)或放電（K0)中不變化，并通過(guò)考慮 到開(kāi)路電壓Uoc的值是不隨該電池的溫度和老化而變的，因此可以針對(duì)電量狀態(tài)z的這N個(gè) 值的每一者使用在步驟31構(gòu)建的表來(lái)確定該電池的內(nèi)電阻R(z)。
[0096]內(nèi)電阻的這N個(gè)值可以由該BMS來(lái)確定并被存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器中。
[0097]這種確定隨該電量狀態(tài)而變的該電池的內(nèi)電阻R(z)可以是在每次更新以表31構(gòu) 建的表格時(shí)、例如在該電池的每次充電時(shí)執(zhí)行的。
[0098]在步驟33的過(guò)程中，生成了隨該電池的電量狀態(tài)(z)而變的該電池的開(kāi)路電壓Uoc (z)的表。該表是基于在將該電池使用在該車(chē)輛中之前進(jìn)行的多個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)量來(lái)生成的。使用 步驟33構(gòu)建的表的N個(gè)值，可以基于最小二乘擬合通過(guò)階數(shù)小于或等于N-1的多項(xiàng)式或者通 過(guò)插值(優(yōu)選是線(xiàn)性式)來(lái)近似Uoc (z)。
[0099 ]然而，還可以設(shè)想到使用步驟31構(gòu)建的表通過(guò)針對(duì)每個(gè)電量狀態(tài)讀取電流為零時(shí) 的電壓值來(lái)生成該表Uoc(z)。在這種情況下，優(yōu)選的是在該車(chē)輛長(zhǎng)期停止之后啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行 在步驟31生成表Uoc(z)，以便在該電池完全放松的同時(shí)獲得該開(kāi)路電壓的測(cè)量值。
[0100] 在步驟34過(guò)程中，在初始時(shí)刻to估算該電池的初始電量狀態(tài)zo。
[0101] 為此目的，在該電池的放電階段的過(guò)程中，換言之在行駛過(guò)程中，可以例如測(cè)量和 記錄電壓和電流(U，I)的一對(duì)值，其中該電流1(放電電流）持續(xù)一個(gè)預(yù)定時(shí)間周期（例如 10 S)是穩(wěn)定的。例如，該電流I當(dāng)其在該10 S的周期內(nèi)相對(duì)于其計(jì)算出的平均值變化不超過(guò) 15 %就是穩(wěn)定的。該點(diǎn)（U，I)可以被復(fù)制到該表中或繪制在步驟31過(guò)程中構(gòu)建的這些曲線(xiàn) 上，這允許推導(dǎo)出值z(mì)o。這種相關(guān)性可以由BMS來(lái)執(zhí)行。在圖3中，對(duì)于10A和20A的放電電流 的值，繪制了若干個(gè)這樣的對(duì)(U，I)。
[0102] 任選地，因此估算出的初始電量狀態(tài)ZQ可以與通過(guò)另一種基于庫(kù)侖計(jì)量方法獲得 的初始電量狀態(tài)z'o進(jìn)行比較。于是如果zo與z'o相差一個(gè)預(yù)定值，可以將該初始電量狀態(tài)值 重新調(diào)整到值Z'Q。測(cè)試表明，電量狀態(tài)ZQ的所估算的值與通過(guò)庫(kù)侖計(jì)量來(lái)測(cè)量的電量狀態(tài) 的值僅相差約1 %至5 %。
[0103] 在步驟35過(guò)程中，最終電量狀態(tài)zf與先前估算出的初始電量狀態(tài)zo之間的能量EP 是通過(guò)計(jì)算來(lái)估算的。為此目的，使用了函數(shù)f(z)，其變量是電量狀態(tài)參數(shù)z并且其參數(shù)是 在步驟30確定的容量Q、從步驟32確定的內(nèi)電阻R(z)以及從步驟33確定的開(kāi)路電壓Uoc(z)。
[0104] 于是可以按以下方式寫(xiě)出這個(gè)函數(shù)f(z):
[0105] /(zH r.H'、⑥，
[0106] 其中：
[0107] 是將能量損失考慮在內(nèi)的項(xiàng)、是電量狀態(tài)Z的函數(shù)，單位為V2，
[0108] 能量EP則是通過(guò)該初始狀態(tài)下的電量狀態(tài)參數(shù)(zo)的值與該最終狀態(tài)下的電量狀 態(tài)參數(shù)(Zf)的值之間的這個(gè)函數(shù)f (z)的積分來(lái)獲得的，該最終狀態(tài)下的電量狀態(tài)參數(shù)的值 被限定成是等式(1)的解：
[0110] 其中：
[0111] u〇c(Zf)表示在該最終電量狀態(tài)下該電池的開(kāi)路電壓參數(shù)的值，
[0112] R(Zf)是在該最終電量狀態(tài)下該電池的內(nèi)電阻
[0113] P是該功率參數(shù)的值(常量）。
[0114]能量EP于是可以寫(xiě)成：
[0116] 其中
[0117] EP表示該能量，單位為W.h
[0118] Q表示該電池的容量，單位為A.h。
[0119] 值得注意地，由于功率P是恒定的，此功率由以下等式給出：
[0120] P = U(t)I(t) = Uoc(z(t)) I(t)+R(z(t)) I(t)2 (6)
[0121] 其中：
[0122] U(t)表示隨時(shí)間而變的跨該電池端子的電壓，單位為V，
[0123 ] I (t)表示隨時(shí)間而變的流動(dòng)經(jīng)過(guò)該電池的電流，單位為A，
[0124] z(t)表示隨時(shí)間而變的電量狀態(tài)，單位為％，
[0125] Uoc (z (t))表示隨該電量狀態(tài)而變的該電池的開(kāi)路電壓，單位為V，
[0126] R(z(t))表示隨該電量狀態(tài)而變的該電池的內(nèi)電阻，單位為Q。
[0127] 關(guān)于I的二次方的這一等式(6)是由電量狀態(tài)z來(lái)參數(shù)化的。因此，對(duì)于給定的z，I (z)可以通過(guò)求解等式(5)來(lái)計(jì)算出，該等式的判別式是來(lái)自等式(2)的項(xiàng)并且被寫(xiě)成：
[0128] A (z)=Uoc2(z)+4R(z)P (7)
[0129] 在一個(gè)有利的實(shí)施例中，為了簡(jiǎn)化函數(shù)f(z)的積分和該能量的計(jì)算，此函數(shù)f(z) 可以由具有的階數(shù)小于或等于N-1的n階多項(xiàng)式來(lái)近似。該能量于是被表述為：
[0131] 其中r(z)是所述n階多項(xiàng)式的原函數(shù)。
[0132] 更精確地講，想法是通過(guò)基于最小二乘擬合的多項(xiàng)式q(z)來(lái)近似f(z)。值得注意 地，如果存在隨z而變的Uoc和R的N個(gè)值(例如，根據(jù)步驟32和33)，該多項(xiàng)式q(z)則具有小于 或等于N-1的階數(shù)并且可以被寫(xiě)成：
[0133] q(z) =anzn+an-izn-h …+aiz+a。(8)
[0134] 其中，an，an-1，…已。是系數(shù)。
[0135] 于是
[0137] 其中，k是積分常數(shù)。
[0138] 應(yīng)當(dāng)指出的是，由于功率P是常數(shù)，則可以在達(dá)到最終電量狀態(tài)Zf時(shí)通過(guò)以下等式 確定最終時(shí)刻tf:
[0140]知曉該最終時(shí)刻tf就可以允許知曉在放電模式中是否將有足夠的能量可供使用 來(lái)保證功率P持續(xù)某一時(shí)間周期(例如:P為10秒，超車(chē)的時(shí)間）或確定電量以恒定功率P持續(xù) 時(shí)間，并且不論該初始電量狀態(tài)如何都如此。
[0141]應(yīng)當(dāng)指出的是，知曉能量EP允許通過(guò)求解關(guān)于zo的方程(3)來(lái)恢復(fù)初始電量狀態(tài) z"o(換言之，對(duì)其進(jìn)行重新計(jì)算）：
[0143] 最終電量狀態(tài)(Zf)是如前通過(guò)求解等式(1)地計(jì)算出的。
[0144] 可以使用這個(gè)經(jīng)重新計(jì)算的初始電量狀態(tài)z〃Q來(lái)確定對(duì)應(yīng)于恒定功率P2的新的能 量EP2，該恒定功率與用于確SE P的功率不同。
[0145] 最后應(yīng)當(dāng)指出的是，該方法的步驟30、31和33可以彼此獨(dú)立地迭代并且獨(dú)立于步 驟34和35而迭代。根據(jù)多個(gè)變體，可以在每次迭代步驟31時(shí)執(zhí)行步驟32和33。
[0146] 步驟30和步驟32的迭代允許在該電池的老化過(guò)程中考慮到該電池的容量和其內(nèi) 電阻的變化，從而可以允許更好地估算能量。
[0147] 此外，本發(fā)明中所描述的方法提供了能夠應(yīng)用到電池充電管理和其放電管理兩者 并且尤其允許估算在以恒定功率充電過(guò)程中剩余充電時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于在汽車(chē)車(chē)輛的電池的恒定功率下估算能量的方法，所述能量對(duì)應(yīng)于可提取 的能量或者對(duì)應(yīng)于有待蓄積的能量，所述方法包括： (a) 確定(30)該電池的一個(gè)容量參數(shù)Q的一個(gè)值， (b) 值得注意地在該車(chē)輛的一個(gè)充電階段期間，針對(duì)于一個(gè)電量狀態(tài)參數(shù)(z)的N個(gè)值 構(gòu)建(31)隨一個(gè)電流參數(shù)的值而變的跨該電池的端子的一個(gè)電壓參數(shù)的值表， (c) 基于在該步驟(b)構(gòu)建的表來(lái)確定(32)隨所述電池的電量狀態(tài)參數(shù)(z)而變的該電 池的一個(gè)內(nèi)電阻參數(shù)R(Z)的值， (d) 提供(33)隨該電池的電量狀態(tài)參數(shù)(z)而變的該電池的一個(gè)開(kāi)路電壓參數(shù)Uoc (z) 的值表， (e) 在對(duì)應(yīng)于該電池的一個(gè)初始荷電狀態(tài)的一個(gè)初始時(shí)刻tO估算(34)該電池的電量狀 態(tài)參數(shù)(ZQ)的一個(gè)值， (f) 使用一個(gè)函數(shù)f (z)通過(guò)計(jì)算來(lái)估算(35)-個(gè)最終電量狀態(tài)與所述初始電量狀態(tài)之 間的一個(gè)能量參數(shù)Ep的值，該函數(shù)的變量是該電量狀態(tài)參數(shù)(z)并且其參數(shù)是該電池的所 述容量參數(shù)Q的值、所述內(nèi)電阻參數(shù)RU)的值以及所述開(kāi)路電壓參數(shù)Uoc(Z)的值。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在用于估算該能量的步驟(f)中所使用的函數(shù)f (z) 被寫(xiě)成： 其中： 是將能量損失考慮在內(nèi)的項(xiàng)、是該電量狀態(tài)參數(shù)(z)的值的函數(shù)， Uoc (z)表示隨該電量狀態(tài)參數(shù)(z)的值而變的該開(kāi)路電壓參數(shù)，并且該能量參數(shù)的值是通過(guò)在該初始狀態(tài)下的電量狀態(tài)參數(shù)(ZO)的值與該最終狀態(tài)下 的電量狀態(tài)參數(shù)(Zf)的值之間對(duì)所述函數(shù)進(jìn)行積分來(lái)獲得的，所述最終電量狀態(tài)參數(shù)(Zf ) 的值是以下等式的解 其中： U最終表示該最終電量狀態(tài)(z f)下該電池的端子間的電壓的參數(shù) R(Zf)表示該最終電量狀態(tài)(Zf)下該電池的內(nèi)電阻參數(shù) Uoc (Zf)表示隨該最終電量狀態(tài)參數(shù)(Zf)的值而變的該開(kāi)路電壓參數(shù) P是該功率參數(shù)的恒定值。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，該函數(shù)f (z)是由一個(gè)η階多項(xiàng)式近似的，η小于或等 于N-I，并且所述能量參數(shù)En的倌被表沭為：其中： r(z)是所述η階多項(xiàng)式的積分 Q表示該容量參數(shù)4. 如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，這些步驟(a)和(b)在該電池的使用壽命上 彼此獨(dú)立地并且與所述方法的步驟(e)和(f)獨(dú)立地迭代。5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，用于估算該初始電量狀態(tài)參數(shù)(ZO)的值 的步驟(e)在該初始時(shí)刻t0包括： (i) 測(cè)量跨該電池的端子間的電壓參數(shù)的值并且在該電池的放電階段期間在該電池中 流動(dòng)的電流參數(shù)的值持續(xù)一個(gè)預(yù)定時(shí)間周期穩(wěn)定時(shí)測(cè)量在該電流參數(shù)的所述值， (ii) 基于在該步驟(b)構(gòu)建的表由此推導(dǎo)出該初始電量狀態(tài)參數(shù)(ZO)的值。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，該步驟(e)包括以下附加步驟： (iii) 通過(guò)另一預(yù)測(cè)方法估算該初始電量狀態(tài)參數(shù)(z'o)的第二值， (i V)將在該步驟（i i)確定的該初始電量狀態(tài)參數(shù)(ZO )的第一值與在該步驟(i i i)確定 的該初始電量狀態(tài)參數(shù)(z'o)的第二值進(jìn)行比較， (V)如果差值ZO-Z'〇小于一個(gè)預(yù)定值，使用在該步驟（ii)確定的該初始電量狀態(tài)參數(shù) (Z0)的值，否則使用在該步驟(iii)確定的該初始電量狀態(tài)參數(shù)(z'o)的第二值。7. 如權(quán)利要求1至6之一所述的方法，該方法在該步驟(f)之后包括以下附加步驟： (g)使用在該步驟(f)估算出的該能量參數(shù)Ep的值來(lái)確定該初始電量狀態(tài)參數(shù)(z"o)的 一個(gè)新值。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，能夠?qū)τ诠β蕝?shù)Pl的第一值執(zhí)行這些步驟(e)至 (g)，然后能夠?qū)τ诠β蕝?shù)P2的第二值使用在該步驟（g)確定的該初始電量狀態(tài)參數(shù) (z〃o)的值來(lái)執(zhí)行該步驟(f)。9. 一種用于在恒定功率下估算汽車(chē)車(chē)輛的電池的能量的設(shè)備（5)，所述能量對(duì)應(yīng)于可 提取的能量或者對(duì)應(yīng)于有待蓄積的能量，該設(shè)備包括： -被設(shè)計(jì)成接收多個(gè)不同的參數(shù)值的接收裝置，這些參數(shù)值包括跨該電池的端子間的 一個(gè)電壓參數(shù)的值、一個(gè)電流參數(shù)的值、以及可能的一個(gè)時(shí)間參數(shù)的值， -被安排成用于存儲(chǔ)由該接收裝置接收的這些值的并且存儲(chǔ)對(duì)于所述電池的一個(gè)電量 狀態(tài)參數(shù)(z)的N個(gè)值隨一個(gè)電流參數(shù)的值而變的跨該電池的端子間的一個(gè)電壓參數(shù)的值 表和隨該電池的電量狀態(tài)參數(shù)(z)而變的該電池的一個(gè)開(kāi)路電壓參數(shù)Uo c (z)的值表的裝 置， -被安排成用于以下各項(xiàng)的處理裝置 -確定該電池的一個(gè)容量參數(shù)Q的一個(gè)值， -對(duì)于所述電池的一個(gè)電量狀態(tài)參數(shù)(Z)的N個(gè)值構(gòu)建隨一個(gè)電流參數(shù)的值而變的跨該 電池的端子間的一個(gè)電壓參數(shù)的值表， -使用所構(gòu)建的表來(lái)確定隨所述電池的所述電量狀態(tài)參數(shù)(z)而變的該電池的一個(gè)內(nèi) 電阻參數(shù)R(z)的值， -在對(duì)應(yīng)于該電池的一個(gè)初始電量狀態(tài)的一個(gè)初始時(shí)刻to估算值得注意地隨存儲(chǔ)在該 存儲(chǔ)裝置中的表而變的該電池的電量狀態(tài)參數(shù)(ZQ )的一個(gè)值，以及 -使用一個(gè)函數(shù)f (Z)通過(guò)計(jì)算來(lái)估算一個(gè)最終電量狀態(tài)與所述初始電量狀態(tài)之間的一 個(gè)能量參數(shù)Ep的值，該函數(shù)的變量是該電量狀態(tài)參數(shù)(z)并且其參數(shù)是該電池的所述容量 參數(shù)Q的值、所述內(nèi)電阻參數(shù)RU)的值以及所述開(kāi)路電壓Uoc(Z)的值。10. -種汽車(chē)車(chē)輛（1)，包括一個(gè)電池(2)和一個(gè)如權(quán)利要求9所述的用于估算在恒定功 率下所述電池的能量的設(shè)備(5)。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK105899395SQ201480072518
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年12月2日
【發(fā)明人】S·萊倫斯, S·拉利希
【申請(qǐng)人】雷諾兩合公司