專利名稱：用于鋰離子電池的適應(yīng)性電池參數(shù)提取和soc評(píng)估的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種用于評(píng)估電池參數(shù)的系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及一種用于適應(yīng)性地從鋰離子電池提取六個(gè)內(nèi)部參數(shù)以基于電池開路電壓提供可靠的電池充電狀態(tài) (SOC)評(píng)估的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)車輛正變得越來越普及。這些車輛包括混合動(dòng)力車輛，諸如增程電動(dòng)車 (EREV)，其組合電池和主動(dòng)力源，諸如內(nèi)燃機(jī)、燃料電池系統(tǒng)等，以及純電力車輛，諸如電池電動(dòng)車(BEV)。所有這些類型的電動(dòng)車采用包括多個(gè)電池單元的高壓電池。這些電池可以是不同的電池類型，諸如鋰離子、鎳金屬氫化物、鉛酸等。用于電動(dòng)車輛的典型高壓電池可包括196個(gè)電池單元、提供大約400伏特。該電池可以包括各個(gè)電池模塊，其中每個(gè)電池模塊可包括一定數(shù)量的電池單元，諸如12個(gè)單元。各個(gè)電池單元可被串聯(lián)地電聯(lián)接，或者一組單元可被并聯(lián)地電聯(lián)接，其中在模塊中的多個(gè)單元被串聯(lián)連接以及每個(gè)模塊被并聯(lián)地電聯(lián)接至其他模塊。不同的車輛設(shè)計(jì)包括不同的電池設(shè)計(jì)，其為了特定應(yīng)用而采用各種不同的折衷和優(yōu)勢(shì)。電池在為電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛提供動(dòng)力中起著重要的作用。電池控制和功率管理的有效性對(duì)車輛性能、燃料經(jīng)濟(jì)、電池壽命以及乘客舒適性是必需的。對(duì)于電池控制和功率管理，電池的兩種狀態(tài)，S卩，充電狀態(tài)(SOC)和電池功率，需要被預(yù)測或評(píng)估，以及實(shí)時(shí)監(jiān)控，因?yàn)樗鼈冊(cè)谲囕v運(yùn)行期間是不可測量的。電池充電狀態(tài)和電池功率可以通過使用電池等效電路模型來評(píng)估，該電池等效電路模型通過使用電池的端電壓和電流來限定電池的開路電壓(0CV)，電池的歐姆電阻以及包括電阻和電容的RC對(duì)。因此，兩種電池狀態(tài)都必須從電池端電壓和電流評(píng)估的電池參數(shù)中獲得。少數(shù)電池狀態(tài)評(píng)估算法已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中通過使用不同的方法論而開發(fā)，并且一些算法已經(jīng)在車輛中實(shí)施。眾所周知，電池動(dòng)態(tài)通常是非線性的并且高度依賴于電池運(yùn)行條件。然而，對(duì)于機(jī)載(onboard)電池參數(shù)評(píng)估，具有少量頻率模式的線性模型被用于近似特定應(yīng)用的電池主導(dǎo)動(dòng)態(tài)，諸如功率預(yù)測或SOC評(píng)估。其原因主要是由于可用于機(jī)載應(yīng)用的有限的計(jì)算能力和存儲(chǔ)器。事實(shí)上，即使存在無限的計(jì)算能力和存儲(chǔ)器，也不能保證在具有盡可能多頻率模式的復(fù)雜模型中的所有電池參數(shù)的精確評(píng)估，因?yàn)樾盘?hào)的提取(正常情況下是電池端電壓和端電流)是有限的。因此，對(duì)于特定應(yīng)用，只要由模型的不確定性引發(fā)的評(píng)估誤差在可接受的范圍內(nèi)，那么在一個(gè)模型中包括所有的頻率模式是既不現(xiàn)實(shí)也沒有必要的。為了最小化存儲(chǔ)器和計(jì)算成本，簡單的電池模型是優(yōu)選的。另一方面，不同的應(yīng)用需要被不同的頻率模式特征化。例如，以電池的高頻電阻為特征的特征頻率比以電池功率變化為特征的特征頻率要高很多。具有有限頻率模式的簡單模型不可避免地引入了誤差和不確定性，因?yàn)槠洳荒苋姘▽?duì)于各種不同應(yīng)用的所有特征頻率。美國專利申請(qǐng)?zhí)朜o. 11/867，497，其于2007年10月4日提交、現(xiàn)在以公開號(hào)No. U. S. 2009/0091299公開、名稱為“Dynamically Adaptive Method For Determining State
3of Charge of電池”(用于確定電池充電狀態(tài)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性方法)、被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并在此引入?yún)⒖迹撋暾?qǐng)公開了一種通過使用四個(gè)電池參數(shù)，即，電池0VC，歐姆電阻，以及RC對(duì)的電阻和電容來確定電池充電狀態(tài)和電池功率的方法。鋰離子電池已經(jīng)被證明是混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的希望。為了更好地控制長電池壽命和良好燃料經(jīng)濟(jì)性的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中的推進(jìn)電池系統(tǒng)，例如0CV，歐姆電阻，電池電容等的知識(shí)是非常重要的。尤其地，OCV用于評(píng)估電池充電狀態(tài)(S0C)，其是電池控制的關(guān)鍵性指標(biāo)。對(duì)于一些鋰離子電池，例如納米磷酸鹽基鋰離子電池，由于從OCV到電池SOC的平面映射曲線，現(xiàn)有參數(shù)評(píng)估算法不同地給出了精確且魯棒的SOC評(píng)估。在這些類型的電池中，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的已知為擴(kuò)散的化學(xué)現(xiàn)象導(dǎo)致電池的開路電壓的評(píng)估在沒有電流從電池汲取時(shí)與其實(shí)際開路電壓不同。例如，對(duì)于每10%的SOC變化，OCV變化小于20 mV。因此，在沒有電流從電池汲取且電池SOC恒定時(shí)，評(píng)估的開路電壓和實(shí)際電池開路電壓之間的差是顯著的，其導(dǎo)致電池SOC評(píng)估中的誤差。因此，其可需要開發(fā)用于某些電池的新評(píng)估算法，其能夠通過從電池終端電壓減去所有電壓部件(包括具有慢動(dòng)態(tài)的小部件，例如擴(kuò)散電壓，其被認(rèn)為對(duì)于傳統(tǒng)鋰離子電池足夠小以忽略)更精確地更好地評(píng)估開路電壓。這要求強(qiáng)大的算法來以高效率和高精度提取更多對(duì)應(yīng)于更多電壓部件的電池參數(shù)。在利用電流車內(nèi)傳感器的評(píng)估誤差和測量誤差的考慮中，還需要算法對(duì)于初始條件，環(huán)境變化和測量噪音是高魯棒的從而提供可靠的SOC 評(píng)估。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了一種用于評(píng)估鋰離子電池的內(nèi)部參數(shù)以提供可靠的電池充電狀態(tài)評(píng)估的系統(tǒng)和方法。所述方法使用兩個(gè)RC-對(duì)等效電池電路模型來評(píng)估電池參數(shù)，所述電池參數(shù)包括電池開路電壓，歐姆電阻，雙層電容，電荷轉(zhuǎn)移電阻，擴(kuò)散電阻和擴(kuò)散電容。所述方法還使用等效電路模型來提供差分等式，電池參數(shù)通過差分等式被調(diào)適，所述方法還通過差分等式計(jì)算電池參數(shù)。本發(fā)明的其他特征將從結(jié)合附圖
的下面的描述和所附權(quán)利要求中變得明顯。本發(fā)明還提供了以下方案
1. 一種用于評(píng)估電池的電池參數(shù)的方法，所述方法包括 讀取當(dāng)前測量的電池電壓和測量的電池電流；
基于當(dāng)前測量的電池電壓和電流以及之前測量的電池電壓和電流計(jì)算信號(hào)向量； 使用所述信號(hào)向量和相關(guān)矩陣計(jì)算增益向量； 使用當(dāng)前測量的電池電壓和所述信號(hào)向量計(jì)算評(píng)估誤差； 使用所述增益向量和所述評(píng)估誤差調(diào)適所述電池參數(shù)；以及使用調(diào)適的電池參數(shù)計(jì)算電池開路電壓和電池電阻。方案2 根據(jù)方案1所述的方法，其中所述方法評(píng)估六個(gè)電池參數(shù)。方案3 根據(jù)方案1所述的方法，其中所述方法評(píng)估所述電池開路電壓，歐姆電阻， 雙層電容，電荷轉(zhuǎn)移電阻，擴(kuò)散電阻和擴(kuò)散電容。方案4 根據(jù)方案1所述的方法，其中所述方法使用兩個(gè)RC-對(duì)等效電池電路模型來評(píng)估所述電池參數(shù)。方案5 根據(jù)方案1所述的方法，其中計(jì)算增益向量包括使用等式
權(quán)利要求
1.一種用于評(píng)估電池的電池參數(shù)的方法，所述方法包括 讀取當(dāng)前測量的電池電壓和測量的電池電流；基于當(dāng)前測量的電池電壓和電流以及之前測量的電池電壓和電流計(jì)算信號(hào)向量； 使用所述信號(hào)向量和相關(guān)矩陣計(jì)算增益向量； 使用當(dāng)前測量的電池電壓和所述信號(hào)向量計(jì)算評(píng)估誤差； 使用所述增益向量和所述評(píng)估誤差調(diào)適所述電池參數(shù)；以及使用調(diào)適的電池參數(shù)計(jì)算電池開路電壓和電池電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法評(píng)估六個(gè)電池參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法評(píng)估所述電池開路電壓，歐姆電阻，雙層電容，電荷轉(zhuǎn)移電阻，擴(kuò)散電阻和擴(kuò)散電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法使用兩個(gè)RC-對(duì)等效電池電路模型來評(píng)估所述電池參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，幾屮卟兌增益卩仏丨乜怙使川等式
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中計(jì)算評(píng)估誤差包括使用等式
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其屮訓(xùn)適所述電池參數(shù)包括使用等式
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用所述電池開路電壓確定電池充電狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中確定所述電池充電狀態(tài)包括結(jié)合基于電壓的充電狀態(tài)和基于電流的充電狀態(tài)。
10.一種用于評(píng)估電池的電池參數(shù)的方法，所述方法包括限定所述電池的等效電池電路模型，其包括電池開路電壓，電池歐姆電阻，第一 RC對(duì)和第二 RC對(duì)，所述第一 RC對(duì)包括雙層電容和電荷轉(zhuǎn)移電阻，所述第二 RC對(duì)包括擴(kuò)散電容和擴(kuò)散電阻；讀取測量的電池電流中的測量的電池電壓；將所述電池電路模型表達(dá)為差分等式，其包括測量的電池電壓和電流以及多個(gè)電池參數(shù)；以及使用所述差分等式來確定所述電池參數(shù)，所述電池參數(shù)包括所述電池開路電壓，所述歐姆電阻，雙層電容，電荷轉(zhuǎn)移電阻，擴(kuò)散電阻和擴(kuò)散電容。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于鋰離子電池的適應(yīng)性電池參數(shù)提取和SOC評(píng)估。具體地，一種用于評(píng)估鋰離子電池的內(nèi)部參數(shù)以提供可靠的電池充電狀態(tài)評(píng)估的系統(tǒng)和方法。所述方法使用兩個(gè)RC-對(duì)等效電池電路模型來評(píng)估電池參數(shù)，所述電池參數(shù)包括電池開路電壓，歐姆電阻，雙層電容，電荷轉(zhuǎn)移電阻，擴(kuò)散電阻和擴(kuò)散電容。所述方法還使用等效電路模型來提供差分等式，電池參數(shù)通過差分等式被調(diào)適，所述方法還通過差分等式計(jì)算電池參數(shù)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102368091SQ201110169278
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者J. 科赫 B., R. 弗里施 D., M. 羅格拉索 J., 林 J., S. 納比 R., 唐 X. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司