專利名稱：動(dòng)態(tài)電池容量估計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本披露內(nèi)容涉及動(dòng)態(tài)電池容量估計(jì)過程。
背景技術(shù)：
一些乘客和商用車輛使用電池來給電子部件供電。在混合動(dòng)力車輛中，一個(gè)或多個(gè)電池可被用于提供電能至馬達(dá)，該馬達(dá)提供推動(dòng)車輛的扭矩。車輛中的各個(gè)控制模塊的運(yùn)行可依賴于電池充電狀態(tài)(例如，電池相對(duì)于儲(chǔ)備容量的殘留容量)。而且，車輛的駕駛員可能希望知道在電池必須被在充電前車輛可被使用多長時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
一種實(shí)時(shí)確定電池的健康狀態(tài)的示例性方法包括估計(jì)與電池的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值和確定電池的端子電壓、累計(jì)充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個(gè)或多個(gè)。該方法進(jìn)一步包括至少部分地基于估計(jì)的參數(shù)值和電池的端子電壓、累計(jì)充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個(gè)或多個(gè)經(jīng)由計(jì)算設(shè)備實(shí)時(shí)確定電池的儲(chǔ)備容量。該方法可被例如車輛中的計(jì)算設(shè)備執(zhí)行。示例性車輛包括電池、至少一個(gè)傳感器、和計(jì)算設(shè)備。該傳感器被配置為測量電池的端子電壓、累計(jì)充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個(gè)或多個(gè)。計(jì)算設(shè)備被配置為確定電池的充電狀態(tài)和與電池的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值，以及至少部分地基于參數(shù)值和電池的端子電壓、累計(jì)充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)時(shí)地確定電池的儲(chǔ)備容量。


圖1是車輛的示意圖，其具有配置為確定電池儲(chǔ)備容量的計(jì)算設(shè)備；圖2示出了示例性電池的典型電路，其可被用于圖1的車輛中；圖3示出了可被圖1的計(jì)算設(shè)備使用以產(chǎn)生表示電池的儲(chǔ)備容量的信號(hào)的過程的示例性流程圖；圖4示出了可被計(jì)算設(shè)備在圖3中示出的過程中使用以確定儲(chǔ)備容量的過程的示例性流程圖；圖5示出了可被計(jì)算設(shè)備在圖3中示出的過程中使用以更新參數(shù)值的過程的示例性流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了車輛100，其具有配置為實(shí)時(shí)預(yù)測電池的儲(chǔ)備容量的計(jì)算設(shè)備。車輛 100可采取許多不同形式且包括多個(gè)和/或替換的部件和設(shè)備。雖然車輛100被示出于附圖中，但是這些附圖中示出的部件不是限制性的。實(shí)際上，附加的或替換的部件和/或應(yīng)用可被使用。如圖1所示，車輛100可包括電池105，一個(gè)或多個(gè)傳感器110，計(jì)算設(shè)備115和儲(chǔ)存裝置120。車輛100可以是任意乘客或商用汽車，例如混合動(dòng)力車輛，其包括插入式混合電動(dòng)車輛(PHEV)或增程式電動(dòng)車輛(EREV)，燃?xì)鈩?dòng)力車輛、電池電動(dòng)車輛(BEV)等。電池105可包括任意設(shè)備，其被配置為儲(chǔ)存和提供電能至車輛100中的一個(gè)或多個(gè)電子部件。例如，電池105可包括一個(gè)或多個(gè)電芯，其將儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。電池 105的電芯可通過施加電流(其將電芯中的化學(xué)反應(yīng)逆轉(zhuǎn)，所述化學(xué)反應(yīng)在電池105提供電能時(shí)發(fā)生)而被充電。在一個(gè)可能的方案中，電池105可包括鋰離子電池組。而且，電池 105可包括多個(gè)端子，以提供電能至車輛100中的一個(gè)或多個(gè)電子部件。如下詳述，電池105可具有一個(gè)或多個(gè)與電池105的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值。健康狀態(tài)可包括表示電池105相對(duì)于電池105的理想運(yùn)行狀況的狀況的量。由此，健康狀態(tài)可被用于確定電池105的剩余壽命。參數(shù)值可以是一些量，其被用于估計(jì)或?qū)С鼋】禒顟B(tài)。 另一量，稱為充電狀態(tài)，可指示電池105的相對(duì)于電池105的儲(chǔ)備容量的殘留(例如剩余) 容量。由此，充電狀態(tài)可指示在電池105必須被再充電前還可提供多少電能。傳感器110可包括任意設(shè)備，其配置為測量電池105的端子電壓、累計(jì)充電、或溫度，以及產(chǎn)生表示這些被測量特性的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。雖然僅一個(gè)傳感器110被示出，車輛 100可包括任意數(shù)量的傳感器110。例如，一個(gè)傳感器可被用于測量端子電壓，另一個(gè)傳感器可被用于測量累計(jì)充電，且不同的傳感器可被用于測量溫度。為了測量端子電壓，傳感器110可包括數(shù)字或模擬電壓計(jì)，其被配置為測量跨電池105的端子125的電勢(shì)的差異?？商鎿Q地，傳感器Iio可被配置為基于一些因素估計(jì)或?qū)С隹缍俗?25的電壓，該因素例如是電池105的電流輸出、電池105的溫度、和電池105 中的部件的電阻。電壓計(jì)可被配置為產(chǎn)生和輸出信號(hào)，該信號(hào)代表跨端子125的電勢(shì)(例如端子電壓)。為了測量累計(jì)充電，傳感器110可包括任意設(shè)備，其被配置為測量電流(例如直流)和產(chǎn)生代表被測量電流的大小的信號(hào)。累計(jì)充電可被從測量的端子電壓導(dǎo)出。為了測量電池105的溫度，傳感器110可包括任意設(shè)備，其被配置為測量電池105的一個(gè)或多個(gè)位置處的熱量的量(所述位置包括電池105周圍的環(huán)境空氣)，和產(chǎn)生代表被測量溫度的最高、最低、平均和/或中位溫度的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。計(jì)算設(shè)備115可包括任意一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，其被配置為基于端子電壓、累計(jì)充電、 溫度、充電狀態(tài)與參數(shù)值之間的關(guān)系來確定儲(chǔ)備容量。例如，計(jì)算設(shè)備115可被配置為利用和/或訪問定義電池105的電壓的表達(dá)式用于示例目的的示例性表達(dá)式可如下AV(k) = θ J (k-1) Δ t+ θ 2 Δ V (k-1) + θ 3 Δ V (k~2) + θ 4 Δ I (k) + θ 5 Δ I (k-Ι) + θ 6 Δ I(k-2) (1)其中V是端子電壓，I是端子電流，k表示當(dāng)前時(shí)間步驟，At是取樣時(shí)間間隔，且 V(k) = V (k)-V (k-1), I (k) = I(k)-I(k-1)，且 θρ θ2、θ3、θ4、05和 θ 6是模型參數(shù)，其可為溫度、充電狀態(tài)、包括儲(chǔ)備容量的電池105的健康狀態(tài)中的一個(gè)或多個(gè)的函數(shù)。計(jì)算設(shè)備115可被配置為估計(jì)或?qū)С雠c電池105的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值，以及確定電池105的充電狀態(tài)。在一個(gè)可能實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備115可被配置為由參數(shù)值、充電狀態(tài)、端子電壓、累計(jì)充電、溫度或這些的組合來確定電池105的儲(chǔ)備容量。例如，為了確定儲(chǔ)備容量，計(jì)算設(shè)備115可被配置為確定開路電壓在時(shí)間上的改變(例如其可從端子電壓在時(shí)間上的變化導(dǎo)出)和電池105中的充電狀態(tài)在時(shí)間上的改變。計(jì)算設(shè)備115可被配置為識(shí)別開路電壓中的改變和充電狀態(tài)中的改變之間的關(guān)系，或該關(guān)系可被提前確定和儲(chǔ)存于例如儲(chǔ)存裝置120中的查找表中。在一個(gè)可能方案中，開路電壓中的改變和充電狀態(tài)中的改變之間的關(guān)系可以是電池105的這些特性之間的比率。計(jì)算設(shè)備115可從查找表中訪問開路電壓中的改變對(duì)充電狀態(tài)中的改變的比率，并結(jié)合參數(shù)值來確定儲(chǔ)備容量。計(jì)算設(shè)備115可被配置為識(shí)別參數(shù)值可隨電池105的狀況的變化而變化。例如，參數(shù)值可隨電池105老化而改變。這樣，計(jì)算設(shè)備115可被配置為通過設(shè)定初始參數(shù)值(其可與最近使用的參數(shù)值相同)，和通過應(yīng)用車載估計(jì)/復(fù)原過程(例如至該初始參數(shù)值的遞歸最小二乘法(Recursive Least Squares procedure))，以更新參數(shù)值。其一實(shí)例在下面關(guān)于圖5中示出的過程500進(jìn)行描述。而且，計(jì)算設(shè)備115可被配置為識(shí)別電池105的運(yùn)行條件可影響儲(chǔ)備容量確定。因此，計(jì)算設(shè)備115可基于被測端子電壓、導(dǎo)出的累積充電(例如從端子電流導(dǎo)出)、被測溫度、充電狀態(tài)等的任意組合來確定電池105的信號(hào)激勵(lì)水平，和在確定電池105的儲(chǔ)備容量之前將該信號(hào)激勵(lì)水平與預(yù)定的值進(jìn)行比較。如果信號(hào)激勵(lì)水平低于預(yù)定值，計(jì)算設(shè)備115 可被配置為在確定儲(chǔ)備容量之前等待信號(hào)激勵(lì)水平。一旦信號(hào)激勵(lì)水平超過了預(yù)定值，計(jì)算設(shè)備115可被配置為繼續(xù)以更新參數(shù)值和確定儲(chǔ)備容量。一旦計(jì)算設(shè)備115已經(jīng)確定電池105的儲(chǔ)備容量，該計(jì)算設(shè)備115可進(jìn)一步被配置為產(chǎn)生代表儲(chǔ)備容量的信號(hào)和輸出該信號(hào)至車輛100中的其他部件，例如控制模塊。通常，計(jì)算設(shè)備115可使用任意數(shù)量的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)且通常包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可被計(jì)算設(shè)備115使用的處理器執(zhí)行。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可由利用各個(gè)編程語言和/或技術(shù)(包括但不限于Java ，C，C++, Visual Basic, Java Script, Perl等中的一個(gè)或其組合)建立的計(jì)算機(jī)程序匯編或翻譯。通常，處理器(例如微處理器) 接收指令，例如從儲(chǔ)存器、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)等，且執(zhí)行這些指令，由此進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)過程， 包括這里所述的一個(gè)或多個(gè)過程。這些指令和其他數(shù)據(jù)可被利用各種已知的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)儲(chǔ)存和傳輸。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(也稱為處理器可讀介質(zhì))包括任意非瞬時(shí)性(例如有形的)介質(zhì)，其參與提供數(shù)據(jù)(例如指令)，該數(shù)據(jù)可被計(jì)算機(jī)(例如通過計(jì)算機(jī)的處理器)讀取。這種介質(zhì)可采取許多形式，包括但不限于非易失性介質(zhì)和易失性介質(zhì)。非易失性介質(zhì)可包括， 例如光盤或磁盤和其他永久儲(chǔ)存器。易失性介質(zhì)可包括，例如動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問儲(chǔ)存器(DRAM)， 其可構(gòu)成主儲(chǔ)存器。這種指令可被一個(gè)或多個(gè)傳輸介質(zhì)傳輸，包括同軸電纜、銅線和光纖， 包括構(gòu)成連接到計(jì)算機(jī)的處理器的系統(tǒng)總線的電線。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的通常形式包括，例如軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶、任意其他磁性介質(zhì)、CD-ROM、DVD、任意其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、 紙帶、任意其他物理介質(zhì)(具有孔的樣式)、RAM、PROM、EPR0M、FLASH-EEPR0M、任意其他儲(chǔ)存芯片或盒、或計(jì)算機(jī)可從其讀取的其他介質(zhì)。儲(chǔ)存裝置120可包括任意設(shè)備，其被配置為儲(chǔ)存電子形式的信息，和提供該信息至車輛100中的一個(gè)或多個(gè)電子設(shè)備，包括計(jì)算設(shè)備115和車輛100中使用的任意控制模塊。如同與計(jì)算設(shè)備115關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，儲(chǔ)存裝置120可包括非瞬時(shí)性(例如有形的)介質(zhì)，其可具有非易失性和/或易失性介質(zhì)。在一個(gè)可能方案中，儲(chǔ)存裝置120被包括在計(jì)算設(shè)備115的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中。替換地，儲(chǔ)存裝置120可獨(dú)立于計(jì)算設(shè)備115(例如，嵌入另一電子設(shè)備中，未示出)。此外，盡管僅一個(gè)儲(chǔ)存裝置120被示出于圖1中，車輛100可包括任意數(shù)量的儲(chǔ)存裝置120，其儲(chǔ)存由計(jì)算設(shè)備115或車輛100中的其它控制模塊所使用的一些或所有的信息。儲(chǔ)存裝置120可包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫，其信息可被計(jì)算設(shè)備115或車輛100中的其它控制模塊訪問。這里所述的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫或其它數(shù)據(jù)儲(chǔ)存可包括各種類型的機(jī)構(gòu)，其用于儲(chǔ)存、訪問和取回各種類型的數(shù)據(jù)，包括分級(jí)數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)中的一組文件、專用格式的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、相關(guān)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMQ等。每個(gè)裝置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可被包括在計(jì)算設(shè)備中(例如和圖1中示出的計(jì)算設(shè)備115相同或不同的設(shè)備)，其使用例如上述的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，且經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)以多種方式中的任意一個(gè)或多個(gè)而被訪問。文件系統(tǒng)可被從計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)訪問，且可包括以各種格式儲(chǔ)存的文件。除了用于建立、儲(chǔ)存、
編輯和執(zhí)行儲(chǔ)存的程序的語言外，RDBMS可使用結(jié)構(gòu)查詢語言(SQL)，例如上述的PL/SQL語 、
曰ο在一個(gè)可能方案中，儲(chǔ)存在儲(chǔ)存裝置120中的數(shù)據(jù)庫可包括查詢表，其具有限定開路電壓中的改變相對(duì)于充電狀態(tài)中的改變的關(guān)系，其可被計(jì)算設(shè)備115使用，和參數(shù)值一起，用于確定儲(chǔ)備容量。而且，相同或不同的數(shù)據(jù)庫可包括由傳感器110測量的和/或由計(jì)算設(shè)備115確定的先前值。由此，除了由計(jì)算設(shè)備115確定的先前的和最近的參數(shù)值和充電狀態(tài)值，儲(chǔ)存裝置120可進(jìn)一步儲(chǔ)存由傳感器110測量的先前的和最近的端子電壓、累計(jì)充電、和溫度。圖2示出了示例性電池105的兩電阻電容對(duì)(例如兩個(gè)RC對(duì))等效電路，其可被用于圖1的車輛中。圖2的兩RC對(duì)電路200僅是示例，用于示出上述儲(chǔ)備容量的實(shí)時(shí)確定的實(shí)施。其它電路模型可被用于確定儲(chǔ)備容量，所述電路模型在端子電流作為輸入且端子電壓作為輸出方面來表征電池105的動(dòng)態(tài)行為。為了示例的目的，電路200包括電壓源205，第一和第二電阻元件210、215，以及第一和第二電容元件220、225。電路200可具有任意數(shù)量的電壓源、電阻元件、和電容元件以模擬電池105。電壓源205表現(xiàn)為跨電池105的端子125的開路電壓(例如沒有負(fù)載)。每個(gè)電阻元件210、315被布置為與電容元件220、225中的相應(yīng)一個(gè)并聯(lián)，在圖2的電路200 中呈現(xiàn)兩個(gè)RC對(duì)?？鏡C對(duì)的一個(gè)(例如第一電阻元件210和第一電容元件220)的電壓可表現(xiàn)為電池105的雙層電壓，而跨另一個(gè)RC對(duì)(例如第二電阻元件215和第二電容元件 225)的電壓可表現(xiàn)為電池105的擴(kuò)散電壓。 電路200的端子電壓可被表達(dá)為V (k) = Voc (k) = I (k) R (k) +Vdl (k) +Vdiff (k) (2)其中V是被測量端子電壓，I是被測量端子電流、V。。是開路電壓、R是歐姆電阻、且
Vdl和Vdiff (例如跨兩個(gè)RC對(duì)的電壓)分別是雙層電壓和擴(kuò)散電壓。雙層電壓(Vdl)可由方
程3動(dòng)態(tài)地描述且擴(kuò)散電壓(Vdiff)可由方程4動(dòng)態(tài)地描述如下 . \ . ^
權(quán)利要求
1.一種實(shí)時(shí)確定電池的健康狀態(tài)的方法，該方法包括 估計(jì)與電池的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值；確定電池的端子電壓、累計(jì)充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個(gè)或多個(gè)；和至少部分地基于估計(jì)的參數(shù)值和電池的端子電壓、累計(jì)充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個(gè)或多個(gè)，經(jīng)由計(jì)算設(shè)備實(shí)時(shí)確定電池的儲(chǔ)備容量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定儲(chǔ)備容量包括 確定開路電壓隨時(shí)間的改變，其中該開路電壓從端子電壓導(dǎo)出； 確定電池的充電狀態(tài)隨時(shí)間的改變；和至少部分地基于開路電壓中的改變、充電狀態(tài)中的改變和所述參數(shù)值來確定儲(chǔ)備容量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述確定儲(chǔ)備容量包括識(shí)別開路電壓中的改變和電池的充電狀態(tài)中的改變之間的關(guān)系。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于電池的端子電壓、端子電流、充電狀態(tài)和溫度中的一個(gè)或多個(gè)確定信號(hào)激勵(lì)水平；將該信號(hào)激勵(lì)水平與預(yù)定閾值比較；和如果該信號(hào)激勵(lì)水平高于預(yù)定閾值，更新參數(shù)值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括儲(chǔ)存估計(jì)的參數(shù)值和更新的參數(shù)值中的至少一個(gè)于儲(chǔ)存裝置中。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述更新參數(shù)值包括 設(shè)定初始參數(shù)值；和經(jīng)由計(jì)算設(shè)備應(yīng)用遞歸最小二乘法至初始參數(shù)值。
7.—種車輛，包括 電池；至少一個(gè)傳感器，其被配置為測量電池的端子電壓、端子電流、和溫度中的至少一個(gè)；和計(jì)算設(shè)備，其與該至少一個(gè)傳感器通訊且被配置為確定電池的累計(jì)充電、充電狀態(tài)、和與電池的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值；其中計(jì)算設(shè)備被進(jìn)一步配置為至少部分地基于所述參數(shù)值和電池的端子電壓、累計(jì)充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個(gè)或多個(gè)，實(shí)時(shí)確定電池的儲(chǔ)備容量。
8.如權(quán)利要求7所述的車輛，其中計(jì)算設(shè)備被配置為根據(jù)端子電壓確定開路電壓隨時(shí)間的改變，確定電池的充電狀態(tài)隨時(shí)間的改變，和至少部分地基于開路電壓中的改變、充電狀態(tài)中的改變和所述參數(shù)值來確定儲(chǔ)備容量。
9.如權(quán)利要求7所述的車輛，其中計(jì)算設(shè)備被配置為基于電池的被測端子電壓、被測端子電流、被確定的充電狀態(tài)和被測溫度中的一個(gè)或多個(gè)來確定信號(hào)激勵(lì)水平，且其中計(jì)算設(shè)備進(jìn)一步被配置為將該信號(hào)激勵(lì)水平與預(yù)定閾值比較，和如果該信號(hào)激勵(lì)水平高于預(yù)定閾值則更新參數(shù)值。
10.如權(quán)利要求7所述的車輛，其中計(jì)算設(shè)備被配置為通過設(shè)定初始參數(shù)值和應(yīng)用遞歸最小二乘法至該初始參數(shù)值來估計(jì)所述參數(shù)值。
全文摘要
一種實(shí)時(shí)確定電池的健康狀態(tài)的方法，包括估計(jì)與電池的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值和確定電池的端子電壓、累計(jì)充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個(gè)或多個(gè)。該方法進(jìn)一步包括至少部分地基于估計(jì)的參數(shù)值和電池的端子電壓、累計(jì)充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個(gè)或多個(gè)經(jīng)由計(jì)算設(shè)備確定電池的儲(chǔ)備容量。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102540089SQ20111038684
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者A.C.鮑赫曼, B.J.科克, D.R.福里什, J.林, X.唐, Y.張 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司