專利名稱：用于電能存儲(chǔ)器件的實(shí)時(shí)壽命估計(jì)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于電能存儲(chǔ)器件的預(yù)期壽命估計(jì)。
背景技術(shù)：
各種系統(tǒng)使用能量存儲(chǔ)器件向電機(jī)提供電能，該電機(jī)可操作成提供動(dòng)力轉(zhuǎn)矩。一種這樣的混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)包括雙模式復(fù)合分離的電動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置，它利用了從原動(dòng)機(jī)動(dòng)力源接收動(dòng)力的輸入構(gòu)件和將動(dòng)力從傳動(dòng)裝置傳遞到汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出構(gòu)件，它們通常與內(nèi)燃機(jī)相結(jié)合。第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)可操作地與電能存儲(chǔ)器件連接，用于在該存儲(chǔ)器件和第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)之間交換電能。提供一控制單元用于調(diào)節(jié)能量存儲(chǔ)器件和第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)之間的電能交換。該控制單元還調(diào)節(jié)第一和第二電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)之間的電能交換。
在汽車動(dòng)力系統(tǒng)中設(shè)計(jì)考慮的因素之一是能夠提供一致的汽車性能和元件/系統(tǒng)的使用壽命?；旌蟿?dòng)力汽車，更加特別地是其中采用了電池組系統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車給汽車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提出了新的挑戰(zhàn)和權(quán)衡。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，電能存儲(chǔ)器件如電池組系統(tǒng)的使用壽命隨著電池組的靜止溫度(resting temperature)的降低而延長(zhǎng)。然而，較冷的工作溫度限制了電池的充電/放電性能，直到電池組的溫度升高。較暖的電池組更加容易向汽車推進(jìn)系統(tǒng)提供所需的動(dòng)力，但是持續(xù)的較暖的工作溫度會(huì)導(dǎo)致使用壽命縮短。
現(xiàn)代的混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)管理混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作的各個(gè)方面，以獲得改進(jìn)的電池使用壽命。例如，控制電池放電深度，限制安培-小時(shí)(A-h)通過(guò)量，以及使用對(duì)流風(fēng)扇冷卻電池組。汽車工作的周圍環(huán)境條件在很大程度上被忽略了。然而，周圍環(huán)境條件對(duì)電池的使用壽命有很大的影響。特別地，投放到整個(gè)北美的各個(gè)地理區(qū)域的同一型號(hào)的混合動(dòng)力汽車不可能擁有相同的電池組壽命，即使所有汽車在同一循環(huán)下驅(qū)動(dòng)。如果要導(dǎo)出有用的電池壽命的估計(jì)，就必須考慮汽車的環(huán)境。附加地，顧客預(yù)期、競(jìng)爭(zhēng)和政府法規(guī)強(qiáng)加了必需滿足的多種性能標(biāo)準(zhǔn)，包括電池組的使用壽命。
電池組使用壽命終止可以用電池組的歐姆電阻來(lái)指示。典型地，電池組的歐姆電阻在汽車和電池組的大部分使用壽命期間是平的。然而，這會(huì)妨礙在大部分使用壽命中可靠地估計(jì)電池組的實(shí)時(shí)壽命狀態(tài)(‘SOL’)。相反地，歐姆電阻對(duì)指出電池組的使用壽命的初始終止是極其有用的。
因此，需要一種方法和設(shè)備，用來(lái)對(duì)混合動(dòng)力汽車的電能存儲(chǔ)器件提供可靠的實(shí)時(shí)壽命狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
一種確定電能存儲(chǔ)器件的壽命狀態(tài)的方法，包括監(jiān)控經(jīng)過(guò)電能存儲(chǔ)器件的電流，監(jiān)控電能存儲(chǔ)器件的電荷狀態(tài)，監(jiān)控在工作的活動(dòng)周期中電能存儲(chǔ)器件的溫度，以及監(jiān)控在工作的休止周期中電能存儲(chǔ)器件的溫度。該方法還包括根據(jù)在工作的活動(dòng)周期中和在工作的休止周期中電能存儲(chǔ)器件的電流、電荷狀態(tài)以及溫度來(lái)確定電能存儲(chǔ)器件的壽命狀態(tài)。


本發(fā)明在某些部件和部件的布置方面采用物理形式，并詳細(xì)地在隨附的附圖中描述和示出了這些部件的一個(gè)實(shí)施例，這些附圖構(gòu)成本發(fā)明的一部分，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明用于控制系統(tǒng)和動(dòng)力系的一個(gè)示例性結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的算法框圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，其中所示出的僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的目的，而不是為了限制本發(fā)明，圖1示出了控制系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的示例性混合動(dòng)力系統(tǒng)。該示例性混合動(dòng)力系統(tǒng)包括多個(gè)操作成向傳動(dòng)裝置提供動(dòng)力轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生裝置，該傳動(dòng)裝置向傳動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)提供動(dòng)力轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生裝置優(yōu)選包括內(nèi)燃機(jī)14和第一和第二電機(jī)56、72，該第一和第二電機(jī)操作成將從電能存儲(chǔ)器件74提供的電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)力轉(zhuǎn)矩。該示例性傳動(dòng)裝置10包括雙模式復(fù)合分離的電動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置，其具有四個(gè)固定的齒輪比，其還包括多個(gè)齒輪，該齒輪操作成通過(guò)包含在該傳動(dòng)裝置中的多個(gè)轉(zhuǎn)矩傳遞裝置將動(dòng)力轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出軸64和傳動(dòng)系統(tǒng)。示例性傳動(dòng)裝置10的機(jī)械性質(zhì)在標(biāo)題為“具有四個(gè)固定比的雙模式復(fù)合分離的混合動(dòng)力電動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置”的美國(guó)專利No.6,953,409中詳細(xì)公開(kāi)，在此將該專利引入作為參考。
該控制系統(tǒng)包括通過(guò)局域通信網(wǎng)絡(luò)交互的分布式控制模塊結(jié)構(gòu)，用于向動(dòng)力系統(tǒng)提供行動(dòng)控制(ongoing control)，該動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)14，電機(jī)56、72以及傳動(dòng)裝置10。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以構(gòu)造示例性的動(dòng)力系統(tǒng)。由于來(lái)自存儲(chǔ)于電能存儲(chǔ)器件(ESID)7 4中的燃料或電勢(shì)的能量轉(zhuǎn)換，該混合傳動(dòng)裝置10從轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生裝置接收輸入轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)14和電機(jī)56、72。典型地，該ESD74包括一個(gè)或多個(gè)電池。在不改變本發(fā)明的思想的條件下，可以使用能夠存儲(chǔ)電能并分配電能的其它電能存儲(chǔ)器件代替電池。該ESD74優(yōu)選根據(jù)多種因素確定尺寸，該因素包括再生要求、與通常的道路坡度和溫度相關(guān)的應(yīng)用問(wèn)題、以及諸如排放物的推進(jìn)要求、動(dòng)力輔助和電灶(electric range)。該ESD74通過(guò)直流電線與傳動(dòng)功率變換器模塊(TPIM)19高壓直流耦合，該直流電線表示為傳遞導(dǎo)線27。該TPIM1 9通過(guò)傳遞導(dǎo)線29將電能傳遞給第一電機(jī)56，類似地，該TPIM19通過(guò)傳遞導(dǎo)線31將電能傳遞給第二電機(jī)72。電流可根據(jù)ESD74是否被充電或放電而在電機(jī)56、72和ESD74之間傳遞。TPIM19包括一對(duì)功率變換器和相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)控制模塊，該電動(dòng)機(jī)控制模塊配置成接收電動(dòng)機(jī)控制命令并由此控制變換器的狀態(tài)，從而提供電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或再生功能。
電機(jī)56、72優(yōu)選包括已知的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)裝置。在電動(dòng)機(jī)控制中，相應(yīng)的變換器從ESD接收電流，并通過(guò)傳遞導(dǎo)線29和31向相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)提供交流電流。在再生控制中，相應(yīng)的變換器通過(guò)相應(yīng)的傳遞導(dǎo)線從電動(dòng)機(jī)接收交流電流，并向直流電線27提供電流。提供給變換器或者從變換器提供的凈直流電流可確定電能存儲(chǔ)器件74的充電或放電工作模式。優(yōu)選地，電機(jī)A56和電機(jī)B72是三相交流電機(jī)，并且變換器包括輔助性三相電力電子器件。
在圖1中示出的并在下文描述的部件包括整個(gè)汽車控制結(jié)構(gòu)的附屬設(shè)備，這些部件操作成對(duì)這里描述的動(dòng)力系統(tǒng)提供協(xié)調(diào)的系統(tǒng)控制。該控制系統(tǒng)操作成收集和綜合相關(guān)的信息和輸入，然后執(zhí)行算法以控制各個(gè)致動(dòng)器進(jìn)而獲得控制目標(biāo)，包括一些參數(shù)，例如燃料經(jīng)濟(jì)性、排放物、性能、驅(qū)動(dòng)性能，以及硬件保護(hù)，該硬件包括ESD7 4的電池和電動(dòng)機(jī)56、72?？刂葡到y(tǒng)的分布式控制模塊結(jié)構(gòu)包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(‘ECM’)23、傳動(dòng)裝置控制模塊(‘TCM’)17、電池組控制模塊(‘BPCM’)21，以及傳動(dòng)功率變換器模塊(‘TPIM’)19?；旌蟿?dòng)力控制模塊(‘HCP’)5提供上述控制模塊的拱形(overarching)控制和協(xié)調(diào)。一用戶界面(‘UI’)13可操作地與多個(gè)裝置連接，通常汽車駕駛員可通過(guò)這些裝置控制或調(diào)整動(dòng)力系的操作，該動(dòng)力系包括傳動(dòng)裝置10。對(duì)用戶界面13的示例性汽車駕駛員的輸入包括油門(mén)踏板、剎車踏板、變速齒輪選擇器和車輛速度巡航控制。在控制系統(tǒng)內(nèi)，每一上述控制模塊通過(guò)局域網(wǎng)(‘LAN’)通信總線6與其他控制模塊、傳感器和致動(dòng)器通信。該LAN總線6允許各個(gè)控制模塊之間的控制參數(shù)和命令進(jìn)行結(jié)構(gòu)化通信。所采用的特殊通信協(xié)議是應(yīng)用特定的。作為實(shí)例，一個(gè)通信協(xié)議是汽車工程師學(xué)會(huì)J1939。LAN總線和合適的協(xié)議在上述的控制模塊和其他模塊之間提供健壯的消息傳送和多控制模塊接口，該其他模塊可提供諸如防鎖剎車、牽引控制和車輛穩(wěn)定性的功能。
HCP5提供混合動(dòng)力系統(tǒng)的全部控制，用于ECM23、TCM17、TPIM19以及BPCM21的協(xié)調(diào)工作。根據(jù)來(lái)自用戶界面1 3和動(dòng)力系的各個(gè)輸入信號(hào)，HCP5產(chǎn)生各種命令，包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令，用于混合傳動(dòng)裝置10的各離合器的離合器轉(zhuǎn)矩命令；以及分別用于電機(jī)A和B的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令。
ECM23可操作地與發(fā)動(dòng)機(jī)14連接，其功能是從各個(gè)傳感器獲取數(shù)據(jù)，和通過(guò)多個(gè)離散的電線控制發(fā)動(dòng)機(jī)14的各個(gè)相應(yīng)的致動(dòng)器，該離散電線共同地示出為集合線35。ECM23從HCP5接收發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩命令，并產(chǎn)生軸向轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，示出的ECM23通常通過(guò)集合線35和發(fā)動(dòng)機(jī)14雙向?qū)?。由ECM23感測(cè)的各個(gè)參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、傳動(dòng)裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)輸入速度、歧管壓力、環(huán)境溫度和環(huán)境壓力。利用ECM23進(jìn)行控制的各個(gè)致動(dòng)器包括燃料噴射器、點(diǎn)火模塊和風(fēng)門(mén)控制模塊。
TCM17可操作地與傳動(dòng)裝置10連接，其功能是從各個(gè)傳感器獲取數(shù)據(jù)，和向傳動(dòng)裝置的離合器提供命令控制信號(hào)，即離合器轉(zhuǎn)矩命令。
BPCM21與和ESD74相聯(lián)的各個(gè)傳感器交互，以便向HCP5導(dǎo)出有關(guān)ESD74的狀態(tài)的信息。該傳感器包括電壓傳感器和電流傳感器，以及可操作成測(cè)量ESD74的工作條件的氣溫傳感器，該工作條件例如包括在ESD74的終端(未示出)兩端測(cè)量的溫度和電阻。感測(cè)的參數(shù)包括ESD電壓VBAT、ESD電流IBAT以及ESD溫度TBAT。導(dǎo)出的參數(shù)優(yōu)選包括ESD電流IBAT、如可在ESD74的終端兩端測(cè)量的ESD內(nèi)電阻RBAT、ESD電荷狀態(tài)SOC以及ESD的其他狀態(tài)，包括可獲得的電能PBAT_MIN和PBAT_MAX。
傳動(dòng)功率變換器模塊(TPIM)19包括上述的功率變換器和機(jī)械控制模塊，該機(jī)械控制模塊配置成接收電動(dòng)機(jī)控制命令并由此控制變換器的狀態(tài)，從而提供電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或再生功能。TPIM19可操作成根據(jù)來(lái)自HCP5的輸入給電機(jī)A和B產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩命令，該HCP由通過(guò)UI 13的駕駛員輸入和系統(tǒng)工作參數(shù)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由包括TPIM19的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，以控制電機(jī)A和B。各個(gè)電動(dòng)機(jī)速度信號(hào)由TPIM19從電動(dòng)機(jī)相位信息或傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器導(dǎo)出。該TPIM19確定和傳送電動(dòng)機(jī)速度給HCP5。
控制系統(tǒng)的每一上述控制模塊優(yōu)選是通用的數(shù)字計(jì)算機(jī)，其通常包括微處理器或中央處理單元、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、電可編程序只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、高速時(shí)鐘、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)和數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)電路，輸入/輸出電路和設(shè)備(I/O)以及合適的信號(hào)調(diào)節(jié)和緩沖電路。每一控制模塊具有一組控制算法，包括駐留的程序指令和校準(zhǔn)，其存儲(chǔ)在ROM中并被執(zhí)行以提供每一計(jì)算機(jī)的相應(yīng)功能。各個(gè)計(jì)算機(jī)之間的信息傳遞優(yōu)選使用上述的LAN6實(shí)現(xiàn)。
在每一控制模塊中用于控制和狀態(tài)估計(jì)的算法通常在預(yù)置的循環(huán)中執(zhí)行，使得每一算法在每一循環(huán)中執(zhí)行至少一次。利用預(yù)置的校準(zhǔn)，存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器件中的算法由一個(gè)中央處理單元執(zhí)行，并操作成監(jiān)控來(lái)自傳感器的輸入和執(zhí)行控制和診斷例程，從而控制相應(yīng)設(shè)備的操作。典型地以規(guī)則的間隔執(zhí)行循環(huán)，例如在行進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車工作過(guò)程中為每隔3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。可替換地，響應(yīng)于發(fā)生的事件執(zhí)行算法。
在汽車的活動(dòng)工作期間即在當(dāng)汽車駕駛員使發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)工作時(shí)，發(fā)生下文描述的動(dòng)作，典型地是通過(guò)一個(gè)‘接通’動(dòng)作。休止周期包括當(dāng)汽車駕駛員使發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的工作停止時(shí)的時(shí)間周期，典型地是通過(guò)一個(gè)‘切斷’動(dòng)作。響應(yīng)于通過(guò)用戶界面13捕獲的駕駛員的動(dòng)作，HCP的監(jiān)控控制模塊5和一個(gè)或多個(gè)其它控制模塊可確定所需的傳動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩T0?；旌蟼鲃?dòng)裝置10的選擇性操縱的部件是適當(dāng)受控的，并操縱成響應(yīng)于駕駛員的要求。例如，在圖1示出的示例性實(shí)施例中，當(dāng)駕駛員已經(jīng)選擇了前進(jìn)的換檔位置并操縱油門(mén)踏板或剎車踏板時(shí)，HCP5確定汽車如何以及何時(shí)加速或減速。HCP5還監(jiān)控轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生裝置的參數(shù)狀態(tài)，并確定實(shí)現(xiàn)加速或減速的期望速度所需的傳動(dòng)裝置輸出。在HCP5的指導(dǎo)下，傳動(dòng)裝置10在從低到高的輸出速度范圍上操作以滿足駕駛員的要求。
現(xiàn)在參考圖2，該顯示的示意圖示出了一種示例性的方法，該方法用于根據(jù)監(jiān)控的輸入實(shí)時(shí)地估計(jì)ESD74的壽命狀態(tài)。該方法優(yōu)選作為控制系統(tǒng)的一個(gè)控制模塊典型地是HCP5中的一個(gè)或多個(gè)算法執(zhí)行。該ESD74的估計(jì)的壽命狀態(tài)(‘SOLK’)優(yōu)選作為純量值存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器的位置中，用于參考、更新和重置，這些操作的每一個(gè)在汽車和ESD74的壽命中的合適點(diǎn)被執(zhí)行。
總之，確定SOL的參數(shù)值包括實(shí)時(shí)地監(jiān)控ESD電流IBAT(安培)、ESD溫度TBAT、ESD電 VBAT、ESD內(nèi)電阻RBAT以及ESD的電荷狀態(tài)。這些參數(shù)IBAT、TBAT、VBAT、RBAT用于確定隨時(shí)間而積分的ESD電流110的參數(shù)值，放電深度因數(shù)112的參數(shù)值，驅(qū)動(dòng)溫度因數(shù)114的參數(shù)值，以及靜止溫度因數(shù)116的參數(shù)值。優(yōu)選地，可通過(guò)求和運(yùn)算使每一上述因數(shù)即積分的ESD電流、放電深度、驅(qū)動(dòng)溫度因數(shù)以及靜止溫度因數(shù)與前面確定的壽命狀態(tài)因數(shù)SOLK組合，從而確定SOL的參數(shù)值即SOLK+1，其示出為方框120的輸出。優(yōu)選地，在每一次行程(trip)(限定為發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)周期)中多次執(zhí)行確定壽命狀態(tài)因數(shù)SOLK的算法。
當(dāng)汽車駕駛員使發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)工作時(shí)，典型地是通過(guò)一個(gè)“接通”動(dòng)作，開(kāi)始啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)存在一個(gè)初始?jí)勖鼱顟B(tài)因數(shù)SOLK，該因數(shù)用于計(jì)算SOL的隨后的值，其示出為SOLSAVED128。在每一個(gè)行程中僅使用該SOLSAVED因數(shù)128一次，然后該行程期間在以后的計(jì)算中用SOLK+1因數(shù)替代，該SOLK+1因數(shù)輸出自方框120、122和124，并示出為方框130。類似地，在發(fā)動(dòng)機(jī)/汽車被初始啟動(dòng)或開(kāi)動(dòng)之后在第一次執(zhí)行計(jì)算SOL的算法的過(guò)程中僅使用從方框116輸出的靜止溫度因數(shù)，正如用INIT方框126所表示的。在隨后執(zhí)行計(jì)算SOL的算法時(shí)，從SOL的計(jì)算中省略靜止溫度因數(shù)。
在算法的每次執(zhí)行中，估計(jì)方框120的輸出即SOLK+1以確定其是否已經(jīng)達(dá)到飽和值，如方框122所示。當(dāng)ESD內(nèi)電阻RBAT指示ESD74接近壽命終止時(shí)，如從方框118輸出的，該算法進(jìn)一步用于‘鎖定’或固定SOL的參數(shù)值。在任何情況下，都將從方框124輸出的SOL值保存在非易失性存儲(chǔ)器件中作為SOLK，以便在以后的SOL計(jì)算中使用，如用方框130所表示的。下文更詳細(xì)地描述了該操作。
計(jì)算包括放電深度(‘DOD’)的ESD電荷狀態(tài)(‘SOC’)包括監(jiān)控在ESD工作的活動(dòng)和休止周期中的ESD溫度。ESD工作的休止周期的特征在于ESD的功率通量微乎其微，而ESD工作的活動(dòng)周期的特征在于ESD的功率通量不是微乎其微。也就是說(shuō)，ESD工作的休止周期通常的特征在于沒(méi)有或者有最小的電流流入或流出ESD。關(guān)于與混合動(dòng)力汽車推進(jìn)系統(tǒng)相聯(lián)的ESD，例如ESD工作的休止周期可以和汽車的不活動(dòng)周期(例如，包括電機(jī)的動(dòng)力系例如在汽車未被驅(qū)動(dòng)以及附屬負(fù)載斷開(kāi)的周期期間不工作，該周期可以包括這樣的周期，即其特征是繼續(xù)某種控制器操作所需的寄生電流移動(dòng)，該操作例如包括與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的操作)相聯(lián)。相反地，ESD操作的活動(dòng)周期與汽車活動(dòng)的周期(例如，附屬負(fù)載接通和/或包括電機(jī)的動(dòng)力系例如在汽車被驅(qū)動(dòng)時(shí)的周期期間工作，其中電流可以流入或流出ESD)相聯(lián)。
按照下面的方式導(dǎo)出發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)后初始執(zhí)行算法的過(guò)程中所用的SOLk因數(shù)，其在圖2中示出為SOLSAVED因數(shù)128。當(dāng)在汽車裝配廠最初啟動(dòng)汽車時(shí)，將SOLK的參數(shù)值初始化為基準(zhǔn)值，在該實(shí)施例中該基準(zhǔn)值等于零。當(dāng)更換ESD74時(shí)，該SOLK的值也可以設(shè)定成零。在某些可確認(rèn)的情況下，該SOLK因數(shù)可以減小到非零值，即大于基準(zhǔn)值，如在汽車維修的過(guò)程中。在這種情況下，使用校準(zhǔn)以允許維修區(qū)域的構(gòu)件偏離現(xiàn)有的SOLK因數(shù)。這種可確認(rèn)的情況包括ESD74內(nèi)模塊的部分更換；利用已知的方法刷新ESD74，以便延長(zhǎng)ESD的工作壽命；用具有已知SOLK因數(shù)的已知系統(tǒng)替換ESD。此外，如圖2所示，當(dāng)ESD在相鄰的發(fā)動(dòng)機(jī)工作周期之間的休止周期中經(jīng)受低于校準(zhǔn)值的靜止溫度時(shí)，SOLK因數(shù)的大小可以減小SOL靜止溫度因數(shù)。
從方框112輸出的DOD因數(shù)優(yōu)選包括在控制系統(tǒng)中對(duì)于每一ESD74都周知的和可確定的值。DOD的每一參數(shù)值包括100％DOD循環(huán)的數(shù)量測(cè)量，即單個(gè)ESD被100％放電的次數(shù)。例如，已知的是混合動(dòng)力汽車中典型的鎳氫(NiMh)電池系統(tǒng)在700次100％-DOD循環(huán)后會(huì)失效。當(dāng)放電的幅度(按％-DOD的方式測(cè)量)減小時(shí)，已知的是ESD的預(yù)期壽命和性能會(huì)按指數(shù)規(guī)律提高。為了說(shuō)明性的目的，SOL因數(shù)的參數(shù)值范圍與DOD因數(shù)在同一數(shù)量級(jí)內(nèi)，即0至1000個(gè)單位。該SOL因數(shù)優(yōu)選具有足夠的分辨率，以捕獲每一循環(huán)的作用以及有效的靜止或休止周期。
優(yōu)選地在汽車工作過(guò)程中確定放電深度(DOD)因數(shù)的參數(shù)值。該DOD因數(shù)包含和合并了大于校準(zhǔn)值的所有DOD事件，例如總ESD容量的0.5％。DOD事件包括ESD放電和隨后對(duì)電荷初始狀態(tài)的充電的循環(huán)。對(duì)于每個(gè)100％-DOD事件來(lái)說(shuō)，該實(shí)施例的DOD因數(shù)設(shè)定在0.5％的值，因此對(duì)于小于100％-DOD的其它DOD事件來(lái)說(shuō)是按比例確定的。DOD因數(shù)的參數(shù)值的計(jì)算包括使用電荷的實(shí)際狀態(tài)SOC作為輸入值。SOS的確定是已知的，這里不再描述。
該DOD因數(shù)112包括計(jì)算延長(zhǎng)的靜止周期對(duì)ESD的SOL的影響。已知的在汽車和其它應(yīng)用上使用的ESD系統(tǒng)具有可確定的自放電速率。通常已知的自放電速率是每天0.5％，并可根據(jù)設(shè)備溫度即TBAT進(jìn)行調(diào)節(jié)。較高的溫度通常會(huì)導(dǎo)致較高的自放電速率。本發(fā)明在汽車停機(jī)時(shí)確定ESD的SOC，并在隨后的啟動(dòng)操作時(shí)重新計(jì)算SOC，從而確定DOD因數(shù)作為來(lái)自112的輸出，其反映了自放電速率。得到的從方框輸出的DOD因數(shù)112可在SOL計(jì)算中使用，如120所示。
作為實(shí)例，可以這樣確定DOD因數(shù)112的參數(shù)值。具有新式ESD的新制造的混合動(dòng)力汽車的汽車駕駛員會(huì)忽略在汽車中放置燃料，并使ESD74從100％完全放電到0％。DOD因數(shù)監(jiān)控器傳遞為1的值，該值被添加到現(xiàn)有的為0的SOL上，從而獲得的SOL近似為1。由于其它計(jì)算對(duì)SOL因數(shù)的貢獻(xiàn)，該SOL因數(shù)可以略微更大。
作為實(shí)例，利用與延長(zhǎng)的靜止或休止?fàn)顟B(tài)有關(guān)的特征，可以這樣確定DOD因數(shù)112的參數(shù)值。汽車駕駛員到達(dá)機(jī)場(chǎng)并關(guān)閉當(dāng)前具有70％SOC的混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)。當(dāng)消費(fèi)者返回并啟動(dòng)汽車時(shí)，DOD因數(shù)監(jiān)控器檢測(cè)到60％的SOC。該DOD因數(shù)監(jiān)控器可增加0.2％的值到計(jì)算的SOL，該SOL可通過(guò)受控的模塊校準(zhǔn)表獲得，該校準(zhǔn)表包括與從汽車靜止?fàn)顟B(tài)導(dǎo)出的壽命成函數(shù)關(guān)系的％DOD。
監(jiān)控ESD的電流優(yōu)選包括在每次實(shí)際的充電和放電事件中測(cè)量和積分作為時(shí)間的函數(shù)的電流IBAT的幅度。通常在汽車工作中執(zhí)行的安培-小時(shí)(A-h)監(jiān)控器110包括測(cè)量通過(guò)ESD74的電能的累積量。用于追蹤電能存儲(chǔ)器件的使用的標(biāo)準(zhǔn)方法典型地是通過(guò)A-h/mile計(jì)算，其利用了IBAT、經(jīng)過(guò)的時(shí)間和驅(qū)動(dòng)的汽車?yán)锍套鳛檩斎雲(yún)?shù)。特別設(shè)計(jì)的ESD的投料前生產(chǎn)試驗(yàn)可產(chǎn)生滿足ESD74的預(yù)期壽命目標(biāo)所需的典型的平均A-h/mile的量。示例性的A-h監(jiān)控器實(shí)時(shí)地計(jì)算對(duì)SOL120的貢獻(xiàn)。A-h貢獻(xiàn)可實(shí)時(shí)地傳遞數(shù)據(jù)以更新SOL，或者可替換地，在每一驅(qū)動(dòng)循環(huán)的結(jié)束時(shí)更新SOL。使用追蹤ESD用途的A-h/mile方法使得SOL的確定120對(duì)靜止在零速度的汽車的延長(zhǎng)周期更健壯，并在其對(duì)SOL的計(jì)算的貢獻(xiàn)之前調(diào)節(jié)A-h/mile參數(shù)。
作為實(shí)例，這樣確定A-h監(jiān)控器110的參數(shù)值。駕駛員具有里程為50000英里以及現(xiàn)有的SOL因數(shù)為195.98 7的ESD的混合動(dòng)力汽車。驅(qū)動(dòng)汽車工作，其中累積計(jì)算的A-h/mile值是6.52A-h/mile。利用預(yù)先校準(zhǔn)的查詢表，該監(jiān)控器為該計(jì)算繪圖，并確定A-h監(jiān)控器因數(shù)為0.003。將該A-h監(jiān)控器因數(shù)加到SOL，從而變成195.990。
作為另一個(gè)實(shí)例，利用下面的例外可以確定A-h監(jiān)控器110的參數(shù)值。駕駛員操縱處于空轉(zhuǎn)的示例性汽車，混合動(dòng)力系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式和ESD單獨(dú)的模式之間循環(huán)。該A-h監(jiān)控器計(jì)算第一值，例如32A-h/mile，并利用汽車在零速度被操作的總時(shí)間的百分比來(lái)校正第一值。
確定在116所示出的靜止溫度因數(shù)的參數(shù)值包括在休止周期或靜止溫度監(jiān)控中監(jiān)控ESD的溫度，其稱為T(mén)REST。該靜止溫度因數(shù)優(yōu)選在發(fā)動(dòng)機(jī)/汽車啟動(dòng)時(shí)確定，并且僅用于在每一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)中第一次執(zhí)行SOL算法時(shí)計(jì)算SOLK+1，如用方框126所表示的。在每一發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)中隨后計(jì)算SOL時(shí)，從計(jì)算中省略該靜止溫度因數(shù)。當(dāng)汽車沒(méi)有工作時(shí)，在代理案號(hào)為No.GP-307585、標(biāo)題為“用于量化在電能存儲(chǔ)器件上溫度對(duì)休止周期的影響的方法和設(shè)備”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.__/______中詳細(xì)地公開(kāi)了一種用于在休止周期中確定ESD溫度的示例性方法和設(shè)備，在此將其引入作為參考。
影響ESD使用壽命的另一個(gè)貢獻(xiàn)包括在每個(gè)休止或者靜止的周期中ESD所經(jīng)受的條件。本發(fā)明根據(jù)輸入?yún)?shù)TBAT確定ESD的靜止平均靜止溫度，并在此基礎(chǔ)上，每當(dāng)汽車/發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，向SOL施加一個(gè)偏差值。由于ESD的壽命數(shù)據(jù)通常是在大約25C的溫度下確定，因此在該水平向靜止溫度施加零偏差。對(duì)于更低和更高的靜止溫度來(lái)說(shuō)該偏差值按指數(shù)規(guī)律施加。在一些應(yīng)用中，由于難以合適地在以后幾天中估計(jì)汽車的靜止溫度，因此該算法包括處于大約25C的溫度下和處于大約25C的溫度附近的較大零偏差區(qū)域，同時(shí)禁用該監(jiān)控器的輸入，例如靜止時(shí)間的長(zhǎng)度。
確定從方框114輸出的驅(qū)動(dòng)溫度因數(shù)TDRIVE的參數(shù)值包括在汽車工作中監(jiān)控ESD溫度TBAT，并優(yōu)選實(shí)時(shí)地執(zhí)行。當(dāng)操作汽車時(shí)，根據(jù)ESD溫度輸入?yún)?shù)TBAT，利用運(yùn)行中平均溫度計(jì)算來(lái)計(jì)算SOL的小分量。這與靜止溫度監(jiān)控器的應(yīng)用類似，但是其幅度更小，并且在目前的應(yīng)用中執(zhí)行的計(jì)算速度比基準(zhǔn)處理小。
從方框118輸出的壽命終止電阻監(jiān)控器，包括監(jiān)控ESD的電阻RBAT。ESD電阻RBAT的計(jì)算優(yōu)選從ESD電流IBAT和ESD電壓VBAT的測(cè)量導(dǎo)出。在典型ESD的使用壽命終止附近，在測(cè)量到的電阻曲線上存在一個(gè)特征‘拐點(diǎn)’，如在119所示出的，該拐點(diǎn)可容易地利用在時(shí)間上監(jiān)控RBAT并優(yōu)選由控制系統(tǒng)執(zhí)行的算法來(lái)確定。計(jì)算出的ESD電阻在其整個(gè)壽命期間通常沒(méi)有使用信息，因?yàn)樗鄬?duì)平緩并取決于溫度。但是，在壽命終止附近的點(diǎn)處，已知的是電阻RBAT的幅度會(huì)在相對(duì)短的時(shí)間長(zhǎng)度上以不典型的方式發(fā)生變化。該變化是可通過(guò)隨時(shí)間監(jiān)控電阻來(lái)檢測(cè)電阻，當(dāng)電阻值變化的量大于最小量時(shí)，如在118所示出的，設(shè)定軟件標(biāo)記，并通過(guò)鎖定或固定SOL的參數(shù)值改變算法的運(yùn)算，如在124所示出的。
特征‘拐點(diǎn)’的檢測(cè)向汽車控制系統(tǒng)提供信息，這樣就允許改進(jìn)地預(yù)測(cè)ESD的使用壽命終止(EOL)，并給控制系統(tǒng)充分的時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)汽車的控制，特別是當(dāng)有必要時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)14和電機(jī)56、72的控制。響應(yīng)于被設(shè)定為ESD性能變化結(jié)果的軟件標(biāo)記，控制系統(tǒng)的典型動(dòng)作包括減小對(duì)電機(jī)56、72的電能限制水平，以延長(zhǎng)ESD的使用壽命，從而獲得更長(zhǎng)的期限來(lái)維修/替換ESD。當(dāng)ESD包括啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)14的唯一電能源時(shí)，這在較低的環(huán)境溫度下就變得重要。示例性的電阻監(jiān)控算法監(jiān)控ESD的電阻，并且當(dāng)檢測(cè)到‘拐點(diǎn)’時(shí)，將確定的SOL值增箝位到已知的值，該已知的值由控制系統(tǒng)識(shí)別以指示接近或逼近ESD使用壽命終止，該終止是在方框124執(zhí)行的動(dòng)作。這里將該值表示為“SOL因數(shù)鎖定”。
在工作中，當(dāng)SOL值的參數(shù)值低于100％和低于“SOL因數(shù)鎖定”(例如95％)時(shí)，在達(dá)到指示使用壽命終止的電阻閾值之前，該參數(shù)值在已知的值(例如90％)122處飽和。這為控制系統(tǒng)提供清楚的指示，即ESD74的使用壽命終止快到了，同時(shí)顯示未知的ESD的殘余使用壽命。
已經(jīng)具體參考了優(yōu)選的實(shí)施例和其變型描述了本發(fā)明。在閱讀和理解了說(shuō)明書(shū)時(shí)可以其作進(jìn)一步的修改和替換。期望的是包括所有這樣的修改和替換，只要它們屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種確定電能存儲(chǔ)器件的壽命狀態(tài)的方法，包括監(jiān)控經(jīng)過(guò)電能存儲(chǔ)器件的電流；監(jiān)控電能存儲(chǔ)器件的電荷狀態(tài)；監(jiān)控在工作的活動(dòng)周期中電能存儲(chǔ)器件的溫度；監(jiān)控在工作的休止周期中電能存儲(chǔ)器件的溫度；以及根據(jù)在工作的活動(dòng)周期中和在工作的休止周期中電能存儲(chǔ)器件的電流、電荷狀態(tài)以及溫度來(lái)確定電能存儲(chǔ)器件的壽命狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中監(jiān)控經(jīng)過(guò)電能存儲(chǔ)器件的電流包括計(jì)算在工作的活動(dòng)周期中電流的時(shí)間積分。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定電能存儲(chǔ)器件的預(yù)期壽命在混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)中使用。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電能存儲(chǔ)器件操作成和電機(jī)交換電能。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中監(jiān)控在工作的活動(dòng)周期中電能存儲(chǔ)器件的溫度包括當(dāng)電機(jī)工作時(shí)監(jiān)控所述溫度。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中監(jiān)控在工作的休止周期中電能存儲(chǔ)器件的溫度包括當(dāng)電機(jī)不工作時(shí)監(jiān)控所述溫度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括監(jiān)控電能存儲(chǔ)器件的內(nèi)電阻，其中確定壽命狀態(tài)進(jìn)一步以所述內(nèi)電阻為基礎(chǔ)。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中確定壽命狀態(tài)包括當(dāng)所述內(nèi)電阻指示電能存儲(chǔ)器件的壽命的初始終止時(shí)將壽命狀態(tài)固定在一個(gè)預(yù)定值。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括當(dāng)指示電能存儲(chǔ)器件的壽命的初始終止時(shí)減小電能存儲(chǔ)器件的功率極限。
10.如權(quán)利要求3所述的方法，其中工作的活動(dòng)周期包括當(dāng)電機(jī)工作時(shí)的周期。
11.如權(quán)利要求3所述的方法，其中工作的休止周期包括當(dāng)電機(jī)不工作時(shí)的周期。
12.一種用于確定電能存儲(chǔ)器件的壽命狀態(tài)的設(shè)備，包括溫度傳感器，其適于感測(cè)電能存儲(chǔ)器件的溫度；和基于計(jì)算機(jī)的控制器，其適于接收表示感測(cè)到的電能存儲(chǔ)器件溫度的信號(hào)；所述基于計(jì)算機(jī)的控制器包括存儲(chǔ)介質(zhì)，該存儲(chǔ)介質(zhì)中具有被編碼的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括用于監(jiān)控經(jīng)過(guò)電能存儲(chǔ)器件的電流的代碼；用于監(jiān)控電能存儲(chǔ)器件的電荷狀態(tài)的代碼；用于監(jiān)控在工作的活動(dòng)周期中電能存儲(chǔ)器件的溫度的代碼；用于監(jiān)控在工作的休止周期中電能存儲(chǔ)器件的溫度的代碼；用于根據(jù)在工作的活動(dòng)周期中和在工作的休止周期中電能存儲(chǔ)器件的電流、電荷狀態(tài)以及溫度來(lái)監(jiān)控電能存儲(chǔ)器件的壽命狀態(tài)的代碼；以及用于根據(jù)在工作的活動(dòng)周期中和在工作的休止周期中電能存儲(chǔ)器件的電流、電荷狀態(tài)以及電能存儲(chǔ)器件的溫度來(lái)確定電能存儲(chǔ)器件的壽命狀態(tài)的代碼。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中用于監(jiān)控電流的代碼包括用于在工作的活動(dòng)周期中計(jì)算電流的時(shí)間積分的代碼。
14.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中該計(jì)算機(jī)程序還包括監(jiān)控電能存儲(chǔ)器件的內(nèi)電阻的代碼，其中確定壽命狀態(tài)的代碼進(jìn)一步以所述內(nèi)電阻為基礎(chǔ)。
15.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中確定壽命狀態(tài)的代碼包括當(dāng)所述內(nèi)電阻指示電能存儲(chǔ)器件的壽命的初始終止時(shí)將壽命狀態(tài)固定在一個(gè)預(yù)定值的代碼。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中計(jì)算機(jī)程序還包括當(dāng)指示電能存儲(chǔ)器件的壽命的初始終止時(shí)減小電能存儲(chǔ)器件的功率極限的代碼。
17.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述電能存儲(chǔ)器件包括車載電能存儲(chǔ)器件。
全文摘要
提供了一種用于電能存儲(chǔ)器件的實(shí)時(shí)壽命估計(jì)的方法和設(shè)備。根據(jù)在工作的活動(dòng)和休止周期中電能存儲(chǔ)器件的電流、電荷狀態(tài)以及溫度來(lái)預(yù)先地確定電能存儲(chǔ)器件的壽命狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101086521SQ20071010826
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者A·M·策特爾, A·H·希普 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司