專利名稱：利用車輛起動期間的電池電壓監(jiān)測電池健康狀態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及對電池健康狀態(tài)的監(jiān)測。
背景技術(shù)：
車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)必須支持依靠電能運行的多種車輛功能。這些功能包括正 常的車輛操縱裝置和安全相關(guān)裝置，例如后窗除霧器、防抱死制動/穩(wěn)定系統(tǒng)、照明系統(tǒng) 等。除這些裝置以外，車輛的電力供應(yīng)系統(tǒng)還支持舒適性、便利性和娛樂裝置。一些實例 包括空氣調(diào)節(jié)、加熱的座椅、視頻/音頻系統(tǒng)、和附件出口便利裝置(accessory outlet convenience device) 0此外，隨著新的線控技術(shù)(例如，線控轉(zhuǎn)向、線控制動等)的出現(xiàn)， 必定需要更多的來自車輛電力系統(tǒng)的電力。結(jié)果，各種車輛電氣裝置的不斷增加的電力需 求會縮短車輛電池的使用壽命。電池中的電力消耗(drain)不僅與所使用電氣裝置的數(shù)量有關(guān)，而且與這些電氣 裝置的電汲取(electrical draw)和用途有關(guān)。因此，車載電池狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)試圖確定電 池會在什么時候失效。車載車輛健康狀態(tài)(SOH)信息通常是由等效電路電池模型的模型參 數(shù)導(dǎo)出的，該等效電路電池模型在起動(cranking)期間需要使用昂貴的電流傳感器來測量 大電流。這些方法在所選電池模型參數(shù)上使用恒定閾值來確定電池的壽命末期，但是由于 電池類型、車輛起動系統(tǒng)和運行環(huán)境的變化，因此對該恒定閾值的校準(zhǔn)是復(fù)雜的。

發(fā)明內(nèi)容
實施例的優(yōu)點是提供一種簡單且具有成本效益的、基于車輛起動期間的電池電壓 信號的相應(yīng)特征來監(jiān)測電池健康狀態(tài)以及確定電池壽命末期的方法和裝置。實施例構(gòu)思了一種確定電池健康狀態(tài)的方法。在發(fā)動機(jī)起動階段開始時在與起動 器接合相對應(yīng)的第一次電壓降發(fā)生時測量初始電池電壓VI。在發(fā)動機(jī)起動階段的剩余時間 內(nèi)，對電池電壓進(jìn)行監(jiān)測。在發(fā)動機(jī)起動階段的剩余時間內(nèi)，確定最低電池電壓V2。確定最 低電池電壓V2和在發(fā)動機(jī)起動階段開始時的初始電池電壓Vl之間的電壓差是否小于電壓 閾值。作為對電壓差小于電壓閾值的響應(yīng)，確認(rèn)為低的電池健康狀態(tài)。實施例構(gòu)思了一種確定電池健康狀態(tài)的方法。在發(fā)動機(jī)起動階段開始時在起動器 接合的瞬間測量初始電池電壓VI。在發(fā)動機(jī)起動階段期間確定第一電壓峰值。在檢測出第 一電壓峰值之時和發(fā)動機(jī)起動階段結(jié)束之時之間的時間間隔內(nèi)，確定最低電壓V2。確定最 低電壓和初始電池電壓之間的電壓差。將該電壓差與電壓閾值進(jìn)行比較。如果該電壓差小 于電壓閾值，則確定該電池具有低的電池健康狀態(tài)。作為對電壓差小于電壓閾值的響應(yīng)，執(zhí) 行控制動作來確認(rèn)低的電池健康狀態(tài)。


圖1是根據(jù)實施例的確定電池健康狀態(tài)的方法的流程圖。圖2是在發(fā)動機(jī)起動階段期間測量出的電池電壓波形的實例。
圖3是在發(fā)動機(jī)起動階段期間測量出的電池電壓波形的實例。
具體實施例方式電力供應(yīng)系統(tǒng)包括電源(例如車輛電池)，用于保持儲存能量，以便給各種車輛電 氣系統(tǒng)和部件提供能量。雖然該電力供應(yīng)系統(tǒng)可以包括額外的用于在發(fā)動機(jī)運行時增加提 供給車輛系統(tǒng)和部件的電力的發(fā)電部件(例如，交流發(fā)電機(jī))，但主要是車輛電池負(fù)責(zé)在發(fā) 動機(jī)起動階段期間給起動車輛提供電力。車輛起動系統(tǒng)通常包括但不限于車輛電池、起動電動機(jī)、和點火開關(guān)。當(dāng)把點火 鑰匙插入點火開關(guān)并將其轉(zhuǎn)向起動位置時，電能給起動器內(nèi)的電磁線圈提供能量，從而導(dǎo) 致起動器小齒輪與發(fā)動機(jī)的飛輪嚙合。起動電動機(jī)的小齒輪驅(qū)動飛輪以使車輛發(fā)動機(jī)起 動。當(dāng)發(fā)動機(jī)已起動時，放開點火鑰匙，起動電動機(jī)的小齒輪從飛輪收回，由此終止發(fā)動機(jī) 起動階段。這被稱為發(fā)動機(jī)起動階段。圖1示出了確定車輛中電池的健康狀態(tài)的實施例的方法的流程圖。該方法通過監(jiān) 測發(fā)動機(jī)起動階段期間的電池電壓特性來確定電池健康狀態(tài)。將起動器接合時的初始電池 電壓與在發(fā)動機(jī)起動階段期間從電池獲得的最低電壓進(jìn)行比較，提供了用于確定電池的功 率容量(power capability)的數(shù)據(jù)。在步驟10，確定是否存在發(fā)動機(jī)起動請求?？梢酝ㄟ^監(jiān)測起動器繼電器或者提供 識別發(fā)動機(jī)起動請求的信號的其他電氣裝置，來檢測發(fā)動機(jī)起動請求。在步驟11，作為對 檢測到存在發(fā)動機(jī)起動請求的響應(yīng)，在整個發(fā)動機(jī)起動階段期間，對電池電壓進(jìn)行監(jiān)測。在 步驟12，在發(fā)動機(jī)起動過程期間在起動器接合時，在第一次電壓降發(fā)生之后記錄電池電壓。 第一次電壓降通常是在給起動器線圈提供電力從而給起動器線圈提供能量之后發(fā)生。這可 以被定義為在時刻T1的初始電池電壓V1。在步驟13，確定何時被監(jiān)測的電池達(dá)到第一峰值。此時間值可以表示為T2?？梢?用各種方法來確定所述第一峰值。必須克服的問題是避免在電池電壓監(jiān)測中的任何波紋效 應(yīng)(ripple effect)，因為電壓的小的減量可能未必形成所述第一峰值。例如，當(dāng)電池電壓 至少減小了預(yù)定值或者減小了初始電壓增量(即，從起動器接合的開始到潛在峰值的電壓 增量)的某一百分率時，確定用于確定第一峰值的第一方法。用于確定峰值的另一個實例 是在窗口中提供被監(jiān)測的波形，并且使窗口縮小并因此使波形收縮，從而使信號變得平滑。 這將會消除波紋效應(yīng)，以便可以確定第一峰值。應(yīng)注意，上述用于確定第一峰值的方法是例 子，并不排除其他的可以用于確定第一峰值的方法。在步驟14，確定何時發(fā)動機(jī)起動階段成功完成。此時間值被表示為T3。在步驟15， 在確定第一峰值時的時間T1和發(fā)動機(jī)起動階段成功完成時的時間1~2之間，確定最低電池電 壓值V2。即，在T2到T3之間的時間間隔內(nèi)，確定最低電池電壓值V2。在步驟16，通過使最低電池電壓V2減去初始電壓V1來確定電壓差A(yù)V。在步驟 17，獲得電壓閾值。該電壓閾值可以是固定的電壓值、或者可以是從查找表中獲得的電壓 值。該查找表可以包括具有用于選擇各個閥值的額外標(biāo)準(zhǔn)的多個電池電壓值。額外標(biāo)準(zhǔn) 的例子可以包括但不限于電池的溫度、電池的荷電狀態(tài)、或者一個或多個標(biāo)準(zhǔn)的組合。例 如，可以對當(dāng)前的車輛電池溫度進(jìn)行監(jiān)測，并且基于當(dāng)前溫度，使用包含于查找表中的與在 車輛起動期間所記錄的當(dāng)前溫度相關(guān)聯(lián)的閥值。
在步驟18，確定所述電壓差A(yù)V是否大于電壓閾值。如果確定所述電壓差A(yù)V大 于電壓閾值，那么在步驟19中認(rèn)為車輛電池的SOH具有足夠的用于起動的功率容量。如果 所述電壓差Δ V小于電壓閾值，那么在步驟20中認(rèn)為電池具有低的S0H。可以向駕駛員提 供報警指示(包括但不限于視覺、聽覺、或觸覺的警示)，以指示車輛電池的當(dāng)前狀況。圖2中示出了在發(fā)動機(jī)起動階段期間所測量的電池電壓波形30的第一實例。圖 2中所示電池電壓波形示出了具有足夠的用以起動車輛的功率容量的車輛電池。時間值T1 示出了起動器接合的時間。在時間T工測量初始電壓力。V1是和響應(yīng)于給起動器線圈提供 能量而發(fā)生的第一次電壓降相對應(yīng)的電壓。在時間T2,在發(fā)動機(jī)起動階段期間的電池電壓 達(dá)到第一峰值。時刻T3表示發(fā)動機(jī)起動階段完成時的時間。在時刻T3，起動電動機(jī)與飛輪分離， 并且不再給起動電動機(jī)提供電力。然后，在時刻T2和時刻T3之間的時間間隔內(nèi)，由電池電 壓波形獲得最低電壓v2。通過使最低電壓V2減去初始電壓V1而確定電壓差Δν，并且將該 電壓差A(yù)V與電壓閾值進(jìn)行比較。例如，基于固定的數(shù)字將該電壓閾值設(shè)定為0，或者根據(jù) 一個或多個電池特性(例如，溫度、荷電狀態(tài))將該電壓閾值設(shè)定為從查找表中獲得的值。 應(yīng)當(dāng)理解的是，閥值0僅僅是用于示例的目的，閾值還可以是除0以外的數(shù)值?；趫D2中 所示的電池電壓波形，電壓差△ V將會是正數(shù)，因為最低電壓V2大于初始電壓Vp由于為 正值的電壓差△ V將會大于為0的電壓閾值，所以確定該電池具有足夠的使車輛起動和運 行的功率容量。圖3中示出了在發(fā)動機(jī)起動階段期間所測量的電池電壓波形40的第二實例。圖 3中所示電池電壓波形示出了具有低的(不能接受的)功率容量的車輛電池。利用與上述 圖1 圖2中的過程相同的過程來確定時間值I\、T2、T3。類似地，利用與上述過程相同的過 程來確定電壓值Vp V2。對于圖3，通過使最低電壓V2減去初始電壓V1來確定電壓差Μ, 該電壓差ΔΥ為負(fù)值。如果將閥值設(shè)定為0(即，僅僅是為了示例的目的)，那么電壓差A(yù)V 將會小于該閥值。結(jié)果，確定該電池具有低的S0H。然后，可以致動指示該電池的SOH狀況 的報警指示器。本文所描述的實施例利用車輛起動期間的電池電壓信號的特性來確定電池S0H。 結(jié)果，使成本最小化，因為不需要大電流傳感器。此外，因為電池壽命末期是基于車輛起動 期間的電池電壓信號的相應(yīng)特征來確定的，所以減小了用于校準(zhǔn)健康狀態(tài)算法的時間和成 本。雖然已詳細(xì)描述了本發(fā)明的某些實施例，但本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識 到用于實踐如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的各種替代的設(shè)計和實施例。
權(quán)利要求
1.一種確定電池健康狀態(tài)的方法，該方法包括以下步驟在發(fā)動機(jī)起動階段開始期間，在第一次電壓降發(fā)生之后測量初始電池電壓； 在所述發(fā)動機(jī)起動階段的剩余時間內(nèi)，監(jiān)測電池電壓； 確定所述第一次電壓降之后的第一峰值電壓；在所述第一峰值電壓和所述發(fā)動機(jī)起動階段的完成之間的時間間隔內(nèi)，確定最低電池 電壓；確定所述最低電池電壓和所述初始電池電壓之間的電壓差是否小于電壓閾值；以及 作為對所述電壓差小于所述電壓閾值的響應(yīng)，確定為低的電池健康狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述最低電池電壓是在所述電池的電壓達(dá)到第一峰 值電壓之后和在所述發(fā)動機(jī)起動階段完成之前測量出的最低電壓值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在發(fā)動機(jī)起動階段開始時對電池電壓的測量與起動 器接合大致同時發(fā)生。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電壓閾值包括固定的電壓值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述閾值電壓是基于所述電池的溫度而從查找表中 獲得的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述閾值電壓是基于所述電池的荷電狀態(tài)而從查找 表中獲得的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述閾值電壓是基于所述電池的溫度和所述電池的 荷電狀態(tài)而從查找表中獲得的。
8.一種確定電池健康狀態(tài)的方法，該方法包括以下步驟 在發(fā)動機(jī)起動階段開始期間，測量初始電池電壓； 在所述發(fā)動機(jī)起動階段期間，測量第一電壓峰值；在檢測出所述第一電壓峰值時的時刻和所述發(fā)動機(jī)起動階段的完成之間，確定最低電壓；確定所述最低電壓和所述初始電池電壓之間的電壓差； 將所述電壓差與電壓閾值進(jìn)行比較；如果所述電壓差小于所述電壓閾值，則確定為低的電池健康狀態(tài)；以及 作為對所述電壓差小于所述電壓閾值的響應(yīng)，產(chǎn)生對所述低的電池健康狀態(tài)的指示。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電壓差與電壓閾值的比較包括將所述電壓差與 固定電壓值比較。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電壓閾值是基于所述電池的溫度而從查找表 中檢索出的。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電壓閾值是基于所述電池的荷電狀態(tài)而從查 找表中檢索出的。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述電壓閾值是基于所述電池的溫度和所述電池 的荷電狀態(tài)而從查找表中檢索出的。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述最低電壓是在所述電池的電壓達(dá)到第一峰值 電壓之后和在所述發(fā)動機(jī)起動階段完成之前測量出的最低電壓值。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中對所述初始電池電壓的測量發(fā)生在所述發(fā)動機(jī)起動階段開始期間的第一次電壓降之后。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在發(fā)動機(jī)起動階段開始時對電池電壓的測量與起 動器接合大致同時發(fā)生。
全文摘要
提供了一種確定電池健康狀態(tài)的方法。在發(fā)動機(jī)起動階段開始期間在第一次電壓降發(fā)生之后對初始電池電壓進(jìn)行測量。在發(fā)動機(jī)起動階段的剩余時間內(nèi)，對電池電壓進(jìn)行監(jiān)測。在發(fā)動機(jī)起動階段的剩余時間內(nèi)，確定最低電池電壓。確定最低電池電壓和在發(fā)動機(jī)起動階段開始時的初始電池電壓之間的電壓差是否小于電壓閾值。作為對所述電壓差小于所述電壓閾值的響應(yīng)，確定為低的電池健康狀態(tài)。
文檔編號G01R19/165GK102077408SQ200980124073
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者D·W·沃特斯, M·A·薩爾曼, N·S·卡普索卡瓦蒂斯, X·唐, X·張, Y·張 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司