本發(fā)明涉及一種用于測量車輛電池管理系統(tǒng)的電池內(nèi)阻的系統(tǒng)和方法，并且特別涉及一種通過反映車輛高電壓鋰電池的電壓和電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系來測量電池內(nèi)阻的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

大體上，使用以汽油或重油為主要燃料的內(nèi)燃機(jī)的車輛產(chǎn)生的污染物對(duì)大氣污染有很大影響。因此，為減少污染物的產(chǎn)生，汽車工業(yè)正在開發(fā)電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛。

電動(dòng)車輛是一種使用由電池輸出的電能驅(qū)動(dòng)的電池發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛。因?yàn)殡妱?dòng)車輛使用電池作為主要?jiǎng)恿υ?，其中多個(gè)可以充放電的二級(jí)電池形成一個(gè)電池組，所以電動(dòng)車輛不產(chǎn)生廢氣并且產(chǎn)生極小的噪聲。同時(shí)，混合動(dòng)力電動(dòng)車輛，其作為使用內(nèi)燃機(jī)的車輛和電動(dòng)車輛之間的中間階段車輛，是一種使用兩個(gè)或兩個(gè)以上動(dòng)力源，例如內(nèi)燃機(jī)和電池發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛?，F(xiàn)在，使用內(nèi)燃機(jī)和通過連續(xù)供應(yīng)的氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng)直接獲取電能的燃料電池，或使用電池和燃料電池等的混合型混合動(dòng)力電動(dòng)車輛已經(jīng)被開發(fā)出來。

同時(shí)，因?yàn)槭褂秒娔艿能囕v直接取決于電池的性能，電池的狀態(tài)可以通過測量每個(gè)電池單元的電壓、電流、電阻等診斷出來。隨著電池使用時(shí)間的增加，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)的電池特性由于電池內(nèi)部的不可逆反應(yīng)而發(fā)生變化。作為特性的一個(gè)代表性變化，電池的內(nèi)阻因?yàn)殡姵靥匦缘淖兓?，進(jìn)而會(huì)發(fā)生電壓特性、溫度特性、電池電容等下降。換言之，當(dāng)內(nèi)阻被準(zhǔn)確地測量時(shí)，可以診斷出關(guān)于電池特性下降的電池狀態(tài)。

作為典型的測量電池內(nèi)阻的方法，連接獨(dú)立的設(shè)備以測量電池內(nèi)阻的方法，或通過執(zhí)行對(duì)相對(duì)于電池輸入電流的輸出電壓建模分析來估計(jì)內(nèi)阻的方法被開發(fā)出來。

但是，當(dāng)電池裝安裝于車輛中時(shí)，可能難以分離電池以測量電池的內(nèi)阻，并且時(shí)間、費(fèi)用等可能會(huì)增加。另外，當(dāng)測量電池內(nèi)阻的獨(dú)立設(shè)備安裝到車輛中時(shí)，配件成本可能會(huì)增加。另外，使用建模方法分析相對(duì)于輸入值的輸出值的方法，在應(yīng)用到嵌入式環(huán)境中時(shí)可能很困難。另外，作為一種統(tǒng)計(jì)方法，使用電壓-電流分布獲得電阻的方法被開發(fā)出來，其中電流離散等于或大于一個(gè)定值。此外，基于電流離散(例如，標(biāo)準(zhǔn)差)和電流分布來確定臨界值的選擇標(biāo)準(zhǔn)可能很困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種通過分析電壓和電流之間的關(guān)系，使用有強(qiáng)相關(guān)的電壓值和電流值估計(jì)內(nèi)阻，以更準(zhǔn)確地測量電池內(nèi)阻的系統(tǒng)和方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，用于測量電池管理系統(tǒng)的電池內(nèi)阻的方法包括：測量電池的電流-電壓對(duì)；計(jì)算所測量的電流-電壓對(duì)中電流和電壓的相關(guān)性；以及使用具有等于或大于預(yù)設(shè)的臨界值的相關(guān)性的電流-電壓對(duì)，測量電池的內(nèi)阻。

附圖說明

本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)勢，將從以下詳細(xì)描述連同附圖中更加顯而易見。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的一個(gè)示例性的流程圖，其示出測量電池內(nèi)阻的過程；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的一個(gè)示例性的圖表，其描述分析電流和電壓之間的相關(guān)性的方法；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的一個(gè)示例性的圖表，其示出當(dāng)電流和電壓之間的相關(guān)性為0.9157(R²＝0.9157)時(shí)的電流-電壓分布以及此時(shí)的估計(jì)電阻值(線性斜率)(1.276mohm)；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的一個(gè)示例性的圖表，其示出當(dāng)電流和電壓之間的相關(guān)性為0.9111(R²＝0.9111)時(shí)的電流-電壓分布以及此時(shí)的估計(jì)電阻值(線性斜率)(1.265mohm)；

圖5是一個(gè)示例性的圖表，其示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)估計(jì)電池內(nèi)阻值的結(jié)果，其考慮到了溫度、電流的標(biāo)準(zhǔn)差、以及電流的分布。

具體實(shí)施方式

應(yīng)當(dāng)理解，本文使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語總體上包括機(jī)動(dòng)車輛，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的乘用車，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛、插入式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛、氫動(dòng)力車和其它代用燃料車輛(例如，來源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動(dòng)力車是具有兩種或更多種動(dòng)力源的車輛。

盡管示例性實(shí)施方式描述為使用多個(gè)單元來實(shí)施示例性操作，但可以理解的是，也可以通過一個(gè)或多個(gè)模塊來實(shí)施示例性操作。此外，可以理解的是術(shù)語控制器/控制單元是指包括存儲(chǔ)器和處理器的硬件裝置。存儲(chǔ)器配置成儲(chǔ)存模塊，并且處理器具體配置成執(zhí)行所述模塊以實(shí)施以下進(jìn)一步描述的一個(gè)或多個(gè)操作。

而且，本發(fā)明的控制邏輯可實(shí)施為含有通過處理器、控制器等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、優(yōu)盤、智能卡和光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。還能夠在聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中分布計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，使得例如通過遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)器或控制器局域網(wǎng)(CAN)以分布的方式存儲(chǔ)并且執(zhí)行計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

本文使用的術(shù)語僅僅是為了說明具體實(shí)施方式的目的而不是意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)、一種”和“該”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中清楚指明。還可以理解的是，在說明書中使用的術(shù)語“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本文所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)目的任何和所有組合。

除非特別說明或從上下文明顯得到，否則本文所用的術(shù)語“約”理解為在本領(lǐng)域的正常容許范圍內(nèi)，例如在均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)?！凹s”可以理解為在所述數(shù)值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％內(nèi)。除非另外從上下文清 楚得到，本文提供的所有數(shù)值都由術(shù)語“約”修飾。

下文將參考附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。在本申請(qǐng)的說明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語或詞語，不應(yīng)被理解為限于常規(guī)的或詞典意思，而應(yīng)基于發(fā)明者能適當(dāng)?shù)囟x術(shù)語的概念以便以最好的方式解釋其發(fā)明的原理而理解為符合技術(shù)精神的意思和概念。因此，在示例性實(shí)施方式和附圖中描述的配置不代表本發(fā)明全部的技術(shù)精神，而僅是示例性實(shí)施方式。因此，本發(fā)明應(yīng)理解為涵蓋所有變化方式、等同方式、替換方式，其均包括在本申請(qǐng)?zhí)峤粫r(shí)所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的一個(gè)示例性的流程圖，其示出測量電池內(nèi)阻的過程。首先，車輛的電池管理系統(tǒng)可以通過控制器執(zhí)行在一段預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)測量安裝在車輛中的電池的電流值和電壓值(S210)。特別地，電流值和電壓值可以在車輛行駛時(shí)通過連接至電池的電流傳感器和電壓傳感器測量，并且可以以預(yù)設(shè)的恒定的測量周期(例如，1秒)，測量一段預(yù)設(shè)的時(shí)間(例如，一段測量時(shí)間)，例如約60秒。測量周期和測量時(shí)間可以基于操作者的選擇來不同地控制。

此外，電池管理系統(tǒng)可以被配置為使用S210中測量的電流-電壓對(duì)分析電流和電壓之間的相關(guān)性(S220)。例如，電池管理系統(tǒng)可以被配置為使用回歸分析和相關(guān)分析來分析電流和電壓之間的相關(guān)性。當(dāng)因變量Y和自變量X之間的關(guān)系使用簡單線性回歸分析由簡單的回歸線(例如，回歸方程)表示時(shí)，所述關(guān)系可以由如下方程式1)表達(dá)。當(dāng)該簡單回歸方程式應(yīng)用到電池時(shí)，電池可以有和電流成比例地變化的輸出電壓，因此，因變量Y可以對(duì)應(yīng)于電壓V并且自變量X可以對(duì)應(yīng)于電流I。

Y_i＝a+bX_i＋e_i-------1)

在上述方程式中，Y_i代表情況i的實(shí)際觀察到的值，a代表Y_i的回歸常數(shù)，并且b代表作為回歸方程的斜率的回歸系數(shù)。此外，e_i作為情況i的誤差、殘差(residual)或估算誤差，可以被定義為未被描述為變量X和Y之間的模型的情況i的Y值。

簡單回歸分析在變量X和Y之間的相關(guān)性下，獲得殘差的離差最小的回歸模型，推倒出可以估計(jì)最適合數(shù)據(jù)的變量Y值的最佳線性回歸線。因此，當(dāng)推導(dǎo)出改進(jìn)的回歸模型時(shí)，回歸模型方程可以由下列方程式2)表示，其以圖2中所示的圖表來表示。

${\hat{Y}}_i=a+b{X}_i-------2)$

在圖2中，對(duì)于變量X在情況i下的X_i值，變量Y的實(shí)際觀察值Y_i和根據(jù)回歸線估計(jì)的預(yù)測值之間的差可能成為誤差平方和(SSE)，其可以由如下方程式3)來表示。

$\mathrm{SSE}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\widehat{y_i})}^2-------3)$

對(duì)于X_i的預(yù)測值和變量Y的觀察值的平均值之間的差可能成為回歸平方和(SSR)，其可以由如下方程式4)來表示。

$\mathrm{SSR}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\widehat{y_i}-\stackrel{\‾}{y})}^2-------4)$

此外，誤差平方和(SSE)與回歸平方和(SSR)之和可以成為變量Y的總離差(total variation)，即總平方和(SST)，其可以由如下方程式5)來表示。

$\mathrm{SST}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2-------5)$

特別地，SSR是變量Y的總離差中根據(jù)變量X的離差(variation)而描述的變量Y的離差，而SSE是變量Y的總離差中不根據(jù)變量X的離差而被描述的變量Y的離差。因此，電池管理系統(tǒng)可以被配置為計(jì)算回歸平方和(SSR)與總平方和(SST)之間的比率并且將所計(jì)算的值定義為表示電流和電壓之間的相關(guān)性的值。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，表示電流和電壓之間的相關(guān)性的值被定義為一個(gè)確定系數(shù)，其用于確定電池管理系統(tǒng)是否開始計(jì)算電池的內(nèi)阻。

此外，電池管理系統(tǒng)可以被配置為比較確定系數(shù)和預(yù)設(shè)的臨界值(例如，約0.9)，并且響應(yīng)于確定相關(guān)系數(shù)等于或大于臨界值(S230)，可以利用在S210中測定的電流-電壓數(shù)據(jù)基于最小均方計(jì)算電池的內(nèi)阻值(S240)。在計(jì)算電阻值的過程中也可以考慮電池的溫度。例如， 當(dāng)電池的溫度在20℃至30℃之間時(shí)，其出現(xiàn)正常特性，因此電池管理系統(tǒng)可以被配置為使用溫度傳感器來測量電池的溫度，并且當(dāng)電池的溫度T滿足25℃<T<30℃的條件時(shí)，電池管理系統(tǒng)的控制器可以被配置為利用電壓-電流數(shù)據(jù)計(jì)算電阻值。

圖3是一個(gè)示例性的圖表，其示出當(dāng)電流和電壓之間的相關(guān)性為0.9157(R²＝0.9157)時(shí)電流-電壓分布以及此時(shí)的估計(jì)電阻值(線性斜率)(1.276mohm)，并且圖4是一個(gè)示例性的圖表，其示出當(dāng)電流和電壓之間的相關(guān)性為0.9111(R²＝0.9111)時(shí)電流-電壓分布以及此時(shí)的估計(jì)電阻值(線性斜率)(1.265mohm)。如圖3和圖4所示，當(dāng)電流和電壓之間的相關(guān)性相當(dāng)高時(shí)，可以知道電流-電壓對(duì)會(huì)稠密地分布。

此外，圖5是一個(gè)示例性的圖表，其示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)估計(jì)電池內(nèi)阻值的結(jié)果，其考慮到了溫度、電流的標(biāo)準(zhǔn)差、以及電流的分布?？梢钥闯?，通過如相關(guān)技術(shù)中考慮不同溫度、電流的標(biāo)準(zhǔn)差以及電流分布的復(fù)雜過程估計(jì)出的電阻值(例如，約1.284nohm,1.255mohm)，與使用本發(fā)明的相關(guān)性估計(jì)出的電阻值(例如，約1.276mohm,1.265mohm)之差極小。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，在估計(jì)電池的內(nèi)阻時(shí)，通過反映電壓和電流之間的相關(guān)性來更準(zhǔn)確地測量電池的內(nèi)阻是可能的。提供如上所述的本發(fā)明的示例性實(shí)施方式旨在以說明為目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，可以在不偏離本發(fā)明的原理和精神的情況下對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和變更，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等同方式限定。