使用擴展卡爾曼濾波器技術估計混合動力及電動車輛的電池充電狀態(tài)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了使用擴展卡爾曼濾波器技術估計混合動力及電動車輛的電池充電狀態(tài)。適應性估計技術形成電池狀態(tài)估計器以估計車輛中電池包的電源容量。估計器適應性地更新用于計算電池包的ECM的電壓狀態(tài)的電路模型參數。適應性估計技術也可用于計算電池包內固態(tài)擴散電壓效應。適應性估計器用于增加對傳感器噪聲、模擬誤差和電池包退化的計算的強健性。
【專利說明】使用擴展卡爾曼濾波器技術估計混合動力及電動車輛的電池充電狀態(tài)

【技術領域】
[0001]本公開總地涉及用于計算電池系統(tǒng)的充電狀態(tài)(SOC)的系統(tǒng)和方法，并且更具體地涉及使用先進估計技術確定電池系統(tǒng)中的擴散。

【背景技術】
[0002]電池用于廣大范圍的汽車領域中。例如，對改進燃料經濟以及減小由車輛排出的污染物量的需求已經導致結合復雜電池系統(tǒng)的電動車輛(EV)和混合動力電動車輛(HEV)以及由這樣的系統(tǒng)所推進的車輛的發(fā)展。
[0003]所有類型的充電或電池推進車輛的共同點就是電池，隨著電池向車輛和/或車輛部件供電，電池經受不同的充電和放電循環(huán)。重要的是獲知由電池的SOC所表示的電池的狀態(tài)。為了做出關于電池的用法和利用的決定，重要的是獲知電池的S0C。
[0004]電池的SOC指明在給定時間下電池內存儲的可使用能量的量。這與燃料箱中燃料的量類似。為了改進電池壽命以及整體電池性能，電池必須維持在最優(yōu)SOC下。電池的健康狀態(tài)(S0H)指明電池的狀況。SOH是基于觀察特定電池參數以確定無法觀察的、內部損傷或退化的程度。
[0005]電池可以視作具有電流和熱量流作為輸入以及電壓和溫度的響應的系統(tǒng)?？梢允褂秒妷籂顟B(tài)的組合來模擬電池對電流刺激的電壓響應。這些電壓狀態(tài)包括平衡電勢、由滯后效應導致的電壓、由歐姆電阻導致的電壓降、以及由電池中動態(tài)學導致的電壓降(雙層和/或擴散電壓)?？梢酝ㄟ^代數函數、微分方程或卷積積分來描述這些電壓的每一個。
[0006]在使用(通過駕駛或者插入充電)期間，電池電阻、平衡電勢、由滯后效應導致的電壓、由歐姆電阻導致的電壓降、雙層電壓、以及擴散電壓不是直接可測的。這些數值影響了SOC以及指明電池的SOH的參數。因為它們不是直接可測量的，所以通常難以精確地確定電池的SOC和S0H。因此，難以將電池維持在最優(yōu)SOC下或者難以確定SOH何時退化至明顯影響電池性能的點。
[0007]已經開發(fā)出不同方法以確定S0C。確定SOC的一種方法是基于使用電池系統(tǒng)的等效電路以模擬電池。模擬電池的等效電路考慮諸如電池的極板上表面電荷的因素。盡管這樣的方法提供了用于確定電池的SOC的模型，但是這些電路無法考慮到電池系統(tǒng)中的擴散。


【發(fā)明內容】

[0008]在第一實施例中，公開了一種電池管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多個傳感器，其中，傳感器可以是電聯接至電池包的電壓傳感器、電聯接至電池包的電流傳感器、以及熱聯接至電池包的溫度傳感器。電池管理控制器可以電聯接至所述多個傳感器，并且配置以感測一個或多個電池特性，包括電池包的溫度、電池包的電壓、以及電池包的電流，并且電池管理控制器包括處理器和配置成運行算法的計算機可讀媒介。算法進一步可以包括存儲在計算機可讀媒介中的一個或多個狀態(tài)，存儲在計算機可讀媒介中的至少一個等效電路模型參數，以及使用電池包的電壓、電池包的電流、電池狀態(tài)和電路模型參數在處理器中執(zhí)行以計算開路電壓。或OCV)的擴展卡爾曼濾波器。查找表存儲在計算機可讀媒介中并且由電池管理控制器使用以基于開路電壓和電池包的溫度來確定電池包的充電狀態(tài)，其中，充電狀態(tài)用于管理電池包的功率輸出。
[0009]在另一實施例中，公開了一種估計車輛中電池包的充電狀態(tài)的方法。該方法包括感測電聯接至電池包的多個傳感器，其中，傳感器可以是電聯接至電池包的電壓傳感器、電聯接至電池包的電流傳感器、以及熱聯接至電池包的溫度傳感器。該方法包括在處理器中執(zhí)行算法，電池管理控制器中的計算機可讀媒介電聯接至多個傳感器并且配置以感測一個或多個電池特性，包括電池包的溫度、電池包的電壓、和電池包的電流。算法包括存儲在計算機可讀媒介中的一個或多個狀態(tài)，存儲在計算機可讀媒介中的至少一個等效電路模型參數，以及使用電池包的電壓、電池包的電流、電池狀態(tài)和電路模型參數在處理器中執(zhí)行以計算開路電壓的擴展卡爾曼濾波器。該方法包括使用存儲在計算機可讀媒介中并且由電池管理控制器使用的查找表以基于開路電壓和電池包的溫度而確定電池包的充電狀態(tài)，其中，充電狀態(tài)用于管理電池包的功率輸出。
[0010]一種計算電池的固態(tài)擴散電壓效應的方法，包括:
使用電聯接至所述電池的至少一個傳感器；以及
在電池管理控制器中執(zhí)行算法，所述電池管理控制器包括處理器和配置成運行所述算法的計算機可讀媒介，并且電聯接至所述至少一個傳感器，所述至少一個傳感器配置成感測包括所述電池的電壓和所述電池的電流的一個或多個電池特性，所述算法進一步包括:固態(tài)擴散電壓效應模型，以及
適應性估計技術，在所述處理器中使用所述電池的電壓、所述電池的電流、以及所述固態(tài)擴散電壓效應模型來執(zhí)行所述適應性估計技術以計算固態(tài)擴散電壓效應。
[0011]根據方案I所述的方法，其中，所述適應性估計技術選自擴展的卡爾曼濾波器、遞歸最小平方估計器、滑模觀測器和卡爾曼濾波器。
[0012]根據方案I所述的方法，其中，啟動溫度和關斷溫度記錄在所述計算機可讀媒介中并且用于改變啟動時所述固態(tài)擴散電壓效應模型。
[0013]根據方案I所述的方法，其中，關斷時間記錄在所述計算機可讀媒介中并且用于補償啟動時所述固態(tài)擴散電壓效應模型。
[0014]一種電池管理系統(tǒng),包括:
多個傳感器，其包括:
電壓傳感器，電聯接至電池包，
電流傳感器，電聯接至所述電池包，以及溫度傳感器，熱聯接至所述電池包；以及
電池管理控制器，電聯接至所述多個傳感器并且配置成感測一個或多個電池特性，包括所述電池包的溫度、所述電池包的電壓和所述電池包的電流，以及所述電池管理控制器包括處理器和計算機可讀媒介，配置所述電池管理控制器以運行算法來使用開路電壓和所述電池包的溫度估計所述電池包的充電狀態(tài)，所述算法進一步包括:
至少一個狀態(tài)，存儲在所述計算機可讀媒介中，包括固態(tài)擴散電壓效應， 至少一個等效電路模型參數，存儲在所述計算機可讀媒介中，以及擴展卡爾曼濾波器，在所述處理器中使用所述電池包的電壓、所述電池包的電流、所述至少一個狀態(tài)和電路模型參數執(zhí)行擴展卡爾曼濾波器以計算所述開路電壓。
[0015]根據方案5所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個等效電路模型參數選自歐姆電阻、電荷轉移阻抗和雙層電容。
[0016]根據方案5所述的系統(tǒng)，其中，查找表存儲在所述計算機可讀媒介中并且由所述電池管理控制器使用以確定所述電池包的充電狀態(tài)。
[0017]根據方案5所述的系統(tǒng)，其中，啟動溫度和關斷溫度記錄在所述計算機可讀媒介中并且用于啟動時改變存儲在所述計算機可讀媒介中的所述至少一個等效電路模型參數。
[0018]根據方案5所述的系統(tǒng)，其中，關斷時間記錄在所述計算機可讀媒介中并且用于在啟動時補償所述至少一個等效電路模型參數。
[0019]根據方案5所述的系統(tǒng)，其中，在溫度范圍上計算所述開路電壓。
[0020]一種估計車輛中電池包的充電狀態(tài)的方法，包括:
使用電聯接至所述電池包的多個傳感器，所述多個傳感器包括:
電壓傳感器，電聯接至所述電池包，
電流傳感器，電聯接至所述電池包，以及溫度傳感器，熱聯接至所述電池包；
在電池管理控制器中執(zhí)行算法，所述電池管理控制器電聯接至所述多個傳感器并且配置以感測一個或多個電池特性，所述一個或多個電池特性包括所述電池包的溫度、所述電池包的電壓和所述電池包的電流，所述算法進一步包括:
至少一個狀態(tài)，存儲在計算機可讀媒介中，包括固態(tài)擴散電壓效應，
至少一個等效電路模型參數，存儲在所述計算機可讀媒介中，以及適應性估計技術，在處理器中使用所述電池包的電壓、所述電池包的電流、所述至少一個狀態(tài)和電路模型參數來執(zhí)行所述適應性估計技術以計算開路電壓；以及使用所述開路電壓和所述電池包的溫度估計所述電池包的充電狀態(tài)。
[0021]根據方案11所述的方法，其中，所述電路模型參數包括歐姆電阻、電荷轉移阻抗和雙層電容。
[0022]根據方案11所述的方法，其中，查找表存儲在所述計算機可讀媒介中并且由所述電池管理控制器使用以確定所述電池包的充電狀態(tài)。
[0023]根據方案11所述的方法，其中，所述適應性估計技術選自擴展卡爾曼濾波器、遞歸最小平方估計器、滑模觀察器和卡爾曼濾波器。
[0024]根據方案11所述的方法，其中，啟動溫度和關斷溫度記錄在所述計算機可讀媒介中并且用于啟動時改變存儲在所述計算機可讀媒介中的所述電路模型參數。
[0025]根據方案11所述的方法，其中，關斷時間記錄在所述計算機可讀媒介中并且用于在啟動時補償所述電路模型參數。
[0026]根據方案11所述的方法，其中，在溫度范圍上計算所述開路電壓。
[0027]由于下面的詳細描述、結合附圖，在本文描述的實施例所提供的這些和額外的特征將得到更完整的理解。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]附圖中闡述的實施例本質上是說明性的和示例性的，并且沒有意圖限制由權利要求所限定的主題。當結合以下附圖閱讀時可以理解說明性實施例的以下詳細描述，其中，相同結構用相同附圖標記來標注，以及其中:
圖1描繪了根據本文所示和所描述的一個或多個實施例的具有混合動力推進系統(tǒng)的車輛；
圖2示出了根據本文所示和所描述的一個或多個實施例的電池等效電路的示例性實施例；
圖3示出了根據本文所示和所描述的一個或多個實施例的電池管理系統(tǒng)；以及圖4示出了根據本文所示和所描述的一個或多個實施例的電池狀態(tài)估計器。

【具體實施方式】
[0029]電池管理控制器可以從多個傳感器感測電池特性，并且使用適應性估計技術(AET)以估計電池系統(tǒng)中電池包的各種狀態(tài)，包括固態(tài)擴散電壓效應。AET可以是擴展卡爾曼濾波器(EKF)或滑模觀察器，并且另外稱作電池狀態(tài)估計器。電池狀態(tài)估計器使用代表電池包的電學特性的等效電路模型(ECM)，并且適應性地嘗試基于精確估計至少一個ECM電壓狀態(tài)和/或參數以及電池包的固態(tài)擴散電壓效應來確定開路電壓。可以從OCV確定電池包的SOC和電源容量，允許精確預測電池的操作參數。
[0030]首先參照圖1，車輛10可以包括形式為電池包15和傳統(tǒng)內燃機(ICE) 20的混合動力推進系統(tǒng)。這種車輛也可以已知為HEV。電池包15利用布置成模塊(未不出)的眾多電池單元，通常布置為重復陣列。在一個典型示例中，電池包15可以包含在約兩百至三百個之間的單獨電池單元，盡管本領域技術人員將知曉的是可以取決于功率或能量需求而需要附加或更少的單元。本領域技術人員將進一步知曉的是車輛10可以不需要ICE20 ;在這種情況下，車輛不是HEV，而是電動車輛；每種形式均落入本發(fā)明的范圍內。
[0031]電池包15可以如圖2所示使用ECM 200來模擬。電池包15也可以是單個電池單元或電池。圖2示出了 ECM 200的示例性實施例，包括擴散電路元件205和傳統(tǒng)等效電路210。傳統(tǒng)等效電路210包括與電池電壓源Vo串聯的磁滯電壓源Vh，以及串聯電阻Ro。在負端子點215和正端子點220之間，限定了開路電壓Vre。開路電壓等于磁滯電壓源Vh和電池電壓源\的總和。第一電容器C1與第一電阻R1并聯聯接(第一狀態(tài)235)，并且限定了第一電壓V1。
[0032]傳統(tǒng)等效電路210的元件是已知傳統(tǒng)等效電路的部分，其可以用于模擬圖1的電池包15行為、并且考慮諸如一個或多個電池單元(未示出)的極板上的表面電荷的因素。傳統(tǒng)等效電路210及其行為公開在2003年10月28日提交的主題為“State of Charge Methodand Apparatus”的美國專利N0.6639385、以及2003年2月8日提交的主題為“Method andApparatus for Generalized Recursive Least-Squares Process for Battery State ofCharge and State of Health”的美國專利公開N0.US2004/0162683中，出于所有目的它們被結合到本文。
[0033]本發(fā)明的示例性ECM 200包括擴散電路元件205 (其公開在主題為“Methodand Apparatus for Modeling Diffus1n in an Electrochemical System，，的美國專利N0.7646166中，并且該專利通過引用全部結合到本文中)以模擬電池中的固態(tài)擴散電壓效應。以下描述的電路元件沒有意圖限制用在本文件中的所述電池狀態(tài)估計器中的固態(tài)擴散電壓效應的模擬和特征化。擴散電路元件205包括與擴散電阻器255 Rdiff并聯聯接的擴散電容器250 Cdiff0擴散電路兀件205模擬電化學電池中的固態(tài)擴散過程。電化學電池對于本公開的目的也可以稱作電池單元。擴散是離子響應于濃度梯度的移動。換言之，擴散離子運輸的發(fā)生以直接正比于離子擴散率和梯度幅值的速率從高濃度區(qū)域至低濃度區(qū)域。在電化學過程中，梯度由反應物在電極處轉變至產物而形成。電極可以是電池單元的電池正極端子和/或電池負極端子。
[0034]電池狀態(tài)估計器可以基于ECM，并且使用可以適應地估計一個或多個狀態(tài)230 (并且可以包括第一狀態(tài)235)的擴展卡爾曼濾波器(EKF)和ECM參數以模擬電池包15。例如，第一狀態(tài)235包括與第一電阻器R1并聯聯接的第一電容器C1,并且限定第一電壓Vp —個或多個狀態(tài)230可以與第一狀態(tài)235具有相同形式，具有用于電阻和/或電容的不同值，并且有助于模擬電池包15的額外特性。本公開不是僅限于第一狀態(tài)235，或者一個或多個狀態(tài)230。此外，固態(tài)擴散電壓效應的擴散電路元件205可以在ECM KEF框架(如下面所討論的，其用在所述電池狀態(tài)估計器中)內模擬，或者單獨使用第二 EKF框架或其他AET (例如遞歸最小平方估計器、滑模觀察器、或其他各種卡爾曼濾波器——取決于ECM和車輛應用的需求)來模擬。
[0035]參照圖3，示出了電池管理系統(tǒng)303。電池管理控制器300可以用于執(zhí)行電池狀態(tài)估計器。電池狀態(tài)估計器可以是用于使用AET精確估計SOC和電源容量的算法。電池管理控制器300可以具有處理器305和計算機可讀媒介310以及輸入/輸出端口 315，以將電池管理控制器300電聯接至多個傳感器320。電池管理控制器300通過多個傳感器320感測一個或多個電池包15特性。
[0036]在一個實施例中，例如，電池管理控制器300可以直接電聯接至多個傳感器320。例如，電池管理控制器300可以電聯接至所述一個或多個傳感器320的電壓傳感器、電流傳感器、以及溫度傳感器。電壓傳感器和電流傳感器可以電聯接至電池包15的端子(未示出)，并且溫度傳感器可以熱聯接至電池包15 (未示出)。電池管理控制器300可以使用一個或多個傳感器320感測電池包15的一個或多個電池特性。該一個或多個電池特性可以包括電池包15的溫度、電池包15的電壓、以及電池包15的電流。
[0037]在另一個實施例中，電池管理控制器300可以通過一個或多個車輛模塊325而間接地電聯接至多個傳感器。電池管理控制器300可以電聯接至所述一個或多個車輛模塊325，并且所述一個或多個車輛模塊325可以電聯接至所述一個或多個傳感器320。在又一實施例中，電池管理控制器300可以電聯接至OCM 330，并且OCM 330可以電聯接至一個或多個車輛模塊325，而一個或多個車輛模塊進而電聯接至一個或多個傳感器320。OCM 330是控制許多車輛功能的車輛模塊。在如圖3所示兩個間接的實施例中，電池管理系統(tǒng)300從如下所述那樣被使用的所述一個或多個傳感器320獲得所述一個或多個電池特性。該一個或多個電池特性可以包括電池包15的溫度、電池包15的電壓、以及電池包15的電流。
[0038]參照圖4，電池狀態(tài)估計器可以是算法400，由處理器305執(zhí)行并且使用圖3的計算機可讀媒介310，以使用開路電壓(Vre)和至少一個ECM參數精確估計電池包15的SOC和電源容量。ECM參數可以包括但是不限于電池包15的歐姆電阻、電池包15的電荷轉移電阻、電池包15的雙層電容、以及電池包15和/或電池單元的其他模型參數?？梢栽跍囟确秶嫌嬎汩_路電壓，因為電池包15的溫度影響性能。溫度范圍可以是車輛10的操作溫度。溫度范圍也可以是由制造商規(guī)定的電池額定操作范圍的溫度。ECM也可以施加至電池包15的個體電池單元，一組或一串電池單元和/或平均電池單元數值。電池包15的歐姆電阻是電池包15中電導體的表觀電阻，并且表示為電壓對電流的改變的瞬時響應。電池包15的電荷轉移電阻代表電子轉移跨過電極和電介質之間的界面的電阻，并且是電化學反應動力學的度量。雙層電容代表非感應電流電荷累積和耗散在電極界面處以與電介質電容器中發(fā)生的過程同樣的方式可以發(fā)生的程度。AET的使用大大提高了在電池包15的充電和放電循環(huán)期間賦給前述ECM參數的數值的精確度和保真度，因為它能夠在它們中結合老化效應、溫度和SOC。可以估計ECM參數和一個或多個狀態(tài)230以模擬電池包15的SOC和電源容量。
[0039]圖3的電池管理控制器300可以在405處喚醒，這時車輛處于預定狀態(tài)下。預定狀態(tài)可以包括并且不限于開啟狀態(tài)、運行狀態(tài)、空閑狀態(tài)或類似狀態(tài)。預定狀態(tài)也可以包括OCM 330需要電池包15的SOC的任何車輛狀態(tài)。喚醒步驟405可以忽略，如果電池管理控制器300已經處于就緒狀態(tài)下，即電池管理控制器300即將開始運行算法400并且感測一個或多個電池特性。電池管理控制器300可以隨后檢查以了解計算機可讀媒介310是否已經在步驟410初始化。如果計算機可讀媒介310在步驟400處尚未初始化，則電池管理控制器300可以在步驟415處將一個或多個狀態(tài)230和至少一個ECM參數存儲到計算機可讀媒介310中。如果電池管理控制器300在步驟410處已經初始化(即一個或多個狀態(tài)230和至少一個ECM參數已經在步驟415處存儲到計算機可讀媒介310中)，則電池管理控制器300將在步驟420處從一個或多個傳感器320感測電池特性。
[0040]算法400可以在步驟425處基于電池包15的溫度和關斷時間對在步驟415處存儲到計算機可讀媒介310中的所述一個或多個狀態(tài)230和所述至少一個ECM參數進行補償。當車輛10關斷時，記錄關斷時間以調整在步驟415處存儲到計算機可讀媒介310中的所述一個或多個狀態(tài)230和所述至少一個ECM參數。例如，隨著關斷時間的長度增大，狀態(tài)230開始放電，這時電池包15的電流為零。因為當車輛10在啟動處開啟時，與每個狀態(tài)230相關的電壓可以更低，算法400必須在步驟425處補償以確保由算法400計算的SOC和電源容量的精確度。有重大意義的是，擴散電壓動態(tài)學可以在擴展車輛10關斷之后充分地持續(xù)以實際上具有非零數值。在另一實施例中，關斷時間可以僅是控制器沒有執(zhí)行如圖4所述算法400的時間。此外，可以基于電池包15的溫度調整所述一個或多個狀態(tài)230和所述至少一個ECM參數。記錄電池包15的溫度可以是在于步驟415處存儲到計算機可讀媒介310中的所述一個或多個狀態(tài)230和所述至少一個ECM參數在步驟415處被記錄的時候和/或在于步驟405處喚醒(啟動)控制器的時候。可以在關斷和喚醒(啟動)溫度下以壽命開始數值的比來縮放所述一個或多個狀態(tài)230和所述至少一個ECM參數。壽命開始(beginning-of-life)數值可以存儲在查找表(LUT)中。因為算法400隨著車輛10操作而迭代地處理所述一個或多個狀態(tài)230和所述至少一個ECM參數，所述算法400將使所述一個或多個狀態(tài)230和所述至少一個ECM參數“漫游”到正確數值，但是在步驟425處的補償允許算法400在步驟405處喚醒控制器之后更快的預測電池包15的SOC和電源容量。
[0041]電池管理控制器300可以電聯接至接觸傳感器，或者替代地電聯接至至少一個接觸器，以在步驟430處感測或確定是否閉合了至少一個接觸器。所述至少一個接觸器可以是高電壓總線接觸器。如果它們閉合了，則電池連接至可用于向電動馬達供電的高電壓總線。電池的使用要求對SOC估計。如果所述至少一個接觸器斷開，就沒有電荷離開電池，因此不需要計算S0C，并且不需要運行算法400。如果在步驟430處所述至少一個接觸器未閉合，算法400在步驟435處將確定是否關斷控制器300。如果在步驟435處關斷電池管理控制器300，算法400將在步驟440處結束。當算法400在440處結束時，在步驟415處存儲到計算機可讀媒介310中的所述一個或多個狀態(tài)230和所述至少一個ECM參數將被保存至非易失性存儲器以便算法400稍后使用。如果在步驟435處未關斷電池管理控制器300，算法400將返回以在步驟430處感測或確定是否閉合所述至少一個接觸器。
[0042]當算法400在步驟430處感測或確定閉合了所述至少一個接觸器時，算法400可以使用固態(tài)擴散效應模型計算固態(tài)擴散電壓效應。在步驟455處從在電池包15端子處感測到的電池包15的電壓減去固態(tài)擴散電壓效應(如果在工作期間電池化學展現出足夠的擴散效應)，并且差值用于估計作為電池包15處觀察到的輸出。完成該步驟以便于確保電壓的分布在圖2的估計狀態(tài)230上是精確的。如果在遞歸之前去除了固態(tài)擴散效應，遞歸得到的ECM參數和導致的開路電壓將不具有嵌入在結果內的固態(tài)擴散效應的任何部分。換言之，算法400不必決定當去除固態(tài)擴散效應時改變遞歸的ECM參數到什么程度。
[0043]在預測階段460 (預測量)，計算雙層電壓和電路參數估計值，以及每一個的協方差。對于每個EKF公式，可以使用估計得到的過程協方差(相對于其他狀態(tài)估計不確定性，例如第一電壓相對于第一電阻變化的程度)以及雙層電壓和電路參數的非線性狀態(tài)方程的線性化近似來確定預測量的協方差。在步驟470處基于預測量協方差和線性化輸出函數(意在模擬輸出)計算校正增益。此外，在步驟475處，使用預測量的雙層電壓和電路參數從預測階段計算模擬的輸出，即端子電壓(如果合適的話，減去擴散效應)。電池管理控制器300在步驟420處如上所述再次通過多個傳感器感測一個或多個電池包15特性。隨后可以在步驟480處從感測到的電池包15特性計算輸出模型誤差。在更新階段485，基于480處的輸出模型誤差，在步驟490處更新計算機可讀媒介310中的狀態(tài)230和ECM參數。
[0044]算法400隨后可以在步驟495處對狀態(tài)230和ECM參數濾波，導致了濾波得到的狀態(tài)230和濾波器ECM參數。完成濾波以平滑算法400的輸出，這時這些輸出用在用于車輛10操作的其他計算。下游算法可以對快速改變的輸入敏感。使用濾波得到的狀態(tài)230在步驟497計算S0C。在步驟499使用濾波的狀態(tài)230和濾波的ECM參數計算電池包15的電源容量。算法400在步驟497處可以輸出SOC并且在步驟499處輸出電源容量以便于OCM使用，并且返回以在步驟430處感測或檢測是否至少一個接觸器閉合。Vtj。估計作為所感測到和/或測量到的電池包15的電壓、電池包15的電流、和/或電池包15的平均溫度的函數。SOC是開路電壓和電池包15的溫度的非線性函數。因為SOC的非線性，電池管理控制器300可以使用存儲在計算機可讀媒介中的查找表以確定電池包15的S0C。電池管理控制器300使用Vre和電池包15的溫度以確定查找表的哪個單元是代表SOC的正確數值。SOC可以用于管理電池包15的功率輸出。
[0045]所公開的EKF框架允許將作為電池包15壽命的通常接受的模擬參數與算法中后續(xù)計算的大大降低的復雜性做直接比較，諸如例如步驟497處的恒流SOC計算(充電和/或放電)和步驟499處的電源容量。電池狀態(tài)估計器400可以使用電池包15的估計得到的開路電壓以模擬SOC。擴展卡爾曼濾波器是狀態(tài)空間估計器，設計用于明確地考慮噪聲和過程中缺乏激勵以及輸出動態(tài)，這使得它們與諸如最小平方估計法的其他AET相比是有利的。擴展卡爾曼濾波器設計用于當測量更新可用時校正預測以可靠地估計系統(tǒng)動態(tài)。
[0046]當算法400在步驟430處感測或確定至少一個接觸器閉合時，算法400可以使用AET采用一個或多個可變參數并聯RC電路元件(狀態(tài)230)來經驗地計算固態(tài)擴散電壓。例如，在一個實施例中，固態(tài)擴散模型可以包括在非線性狀態(tài)方程中，這些方程適應性地使用以上所公開的EKF框架(framework)更新,或者分立地采用EKF或不同AET更新。使用所公開的EKF框架可以提高固態(tài)擴散模型對傳感器噪聲、模擬誤差、和/或電池退化的強健性。
[0047]傳感器噪聲可以是電信號中隨機波動，其部分或者完全扭曲了電信號并且模糊了有用信息。傳感器噪聲可以是電池包15和/或電聯接在電池系統(tǒng)中的電學部件的制造公差的函數。電信號可以是多個傳感器320與電池管理控制器300之間的傳感器信號。模擬誤差可以是估計和/或計算電池包15的內在特性的不精確的結果。例如，電池包15的內在特性可以但是不限于歐姆電阻、雙層電容、和/或電荷轉移阻抗。電池退化可以是電池包15的內部化學物擊穿的函數。隨著估計固態(tài)擴散模型的精確性增大，充電狀態(tài)的精確性提聞。
[0048]應該注意的是術語“基本上”和“大約”可以在本文使用以代表可以歸因于任何定量比較、數值、測量或其他表示法的不確定性的固有程度。這些術語也在本文用于代表定量表示法可以從規(guī)定參考變化而不導致在此討論主題的基本功能變化的程度。
[0049]本公開可以實施在硬件和/或軟件(包括固件、常駐軟件、微代碼或類似物)中。系統(tǒng)控制器可以具有至少一個處理器和計算機可讀媒介。計算機可用或計算機可讀媒介可以是任何媒介，可以包含、存儲、通信、傳播或傳輸用于使用或與指令執(zhí)行系統(tǒng)、設備、或裝置相關的程序。
[0050]計算機可用或計算機可讀媒介可以是，例如但是不限于電子、磁性、光學、電磁、紅夕卜、或半導體系統(tǒng)、設備、裝置或傳播媒介。計算機可讀媒介的更具體示例(非窮舉列表)可以包括以下:具有一個或多個電線的電連接，便攜式計算機軟盤，隨機訪問存儲器(RAM)，只讀存儲器(ROM)，可擦除可編程只讀存儲器(EPROM或閃存)，光纖，以及便攜式小型盤只讀存儲器(CD-ROM)。注意到的是計算機可用或計算機可讀媒介甚至可以是紙張或其上印刷程序的其他合適的媒介，因為程序可以經由例如對紙張或其他媒介的光學掃描、隨后編譯、翻譯、或以合適方式另外處理，(如果需要的話)，并且隨后存儲在計算機存儲器中。
[0051]用于執(zhí)行本公開的操作的計算機程序代碼可以以高級編程語言編寫，諸如C或C++，以便于開發(fā)。此外，用于執(zhí)行本公開的操作的計算機程序代碼也可以以其他編程語言編寫，諸如但是不限于翻譯語言。一些模塊或方法可以以匯編語言或甚至微代碼編寫以增強性能和/或存儲器使用。然而，本公開的軟件實施例不取決于采用特性編程語言的實施方式。將進一步知曉的是，也可以使用分立硬件元件、一個或多個專用集成電路(ASIC)、或已編程的數字信號處理器或微控制器來實施程序模塊的任一或所有功能。
[0052]盡管已經在本文示出和描述了特定實施例，但是應該理解的是可以不脫離所請求保護的主題的精神和范圍而做出各種其他改變和修改。此外，盡管已經在本文描述了所請求保護主題的各個方面，這些方面無需組合利用。因此意在所附權利要求覆蓋落入請求保護主題的范圍內的所有這些改變和修改。
【權利要求】
1.一種計算電池的固態(tài)擴散電壓效應的方法，包括: 使用電聯接至所述電池的至少一個傳感器；以及 在電池管理控制器中執(zhí)行算法，所述電池管理控制器包括處理器和配置成運行所述算法的計算機可讀媒介，并且電聯接至所述至少一個傳感器，所述至少一個傳感器配置成感測包括所述電池的電壓和所述電池的電流的一個或多個電池特性，所述算法進一步包括:固態(tài)擴散電壓效應模型，以及 適應性估計技術，在所述處理器中使用所述電池的電壓、所述電池的電流、以及所述固態(tài)擴散電壓效應模型來執(zhí)行所述適應性估計技術以計算固態(tài)擴散電壓效應。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，啟動溫度和關斷溫度記錄在所述計算機可讀媒介中并且用于改變啟動時所述固態(tài)擴散電壓效應模型。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，關斷時間記錄在所述計算機可讀媒介中并且用于補償啟動時所述固態(tài)擴散電壓效應模型。
4.一種電池管理系統(tǒng),包括: 多個傳感器，其包括: 電壓傳感器，電聯接至電池包， 電流傳感器，電聯接至所述電池包，以及 溫度傳感器，熱聯接至所述電池包；以及 電池管理控制器，電聯接至所述多個傳感器并且配置成感測一個或多個電池特性，包括所述電池包的溫度、所述電池包的電壓和所述電池包的電流，以及所述電池管理控制器包括處理器和計算機可讀媒介，配置所述電池管理控制器以運行算法來使用開路電壓和所述電池包的溫度估計所述電池包的充電狀態(tài)，所述算法進一步包括: 至少一個狀態(tài)，存儲在所述計算機可讀媒介中，包括固態(tài)擴散電壓效應， 至少一個等效電路模型參數，存儲在所述計算機可讀媒介中，以及擴展卡爾曼濾波器，在所述處理器中使用所述電池包的電壓、所述電池包的電流、所述至少一個狀態(tài)和電路模型參數執(zhí)行擴展卡爾曼濾波器以計算所述開路電壓。
5.根據權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，啟動溫度和關斷溫度記錄在所述計算機可讀媒介中并且用于啟動時改變存儲在所述計算機可讀媒介中的所述至少一個等效電路模型參數。
6.根據權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，關斷時間記錄在所述計算機可讀媒介中并且用于在啟動時補償所述至少一個等效電路模型參數。
7.根據權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，在溫度范圍上計算所述開路電壓。
8.一種估計車輛中電池包的充電狀態(tài)的方法，包括: 使用電聯接至所述電池包的多個傳感器，所述多個傳感器包括: 電壓傳感器，電聯接至所述電池包， 電流傳感器，電聯接至所述電池包，以及 溫度傳感器，熱聯接至所述電池包； 在電池管理控制器中執(zhí)行算法，所述電池管理控制器電聯接至所述多個傳感器并且配置以感測一個或多個電池特性，所述一個或多個電池特性包括所述電池包的溫度、所述電池包的電壓和所述電池包的電流，所述算法進一步包括:至少一個狀態(tài)，存儲在計算機可讀媒介中，包括固態(tài)擴散電壓效應， 至少一個等效電路模型參數，存儲在所述計算機可讀媒介中，以及適應性估計技術，在處理器中使用所述電池包的電壓、所述電池包的電流、所述至少一個狀態(tài)和電路模型參數來執(zhí)行所述適應性估計技術以計算開路電壓；以及使用所述開路電壓和所述電池包的溫度估計所述電池包的充電狀態(tài)。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述電路模型參數包括歐姆電阻、電荷轉移阻抗和雙層電容。
10.根據權利要求8所述的方法，其中，查找表存儲在所述計算機可讀媒介中并且由所述電池管理控制器使用以 確定所述電池包的充電狀態(tài)。
【文檔編號】B60L11/18GK104049215SQ201410089176
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權日:2013年3月12日
【發(fā)明者】P.弗羅斯特, B.J.科赫, D.R.弗里施, B.B.斯塔溫斯基, P.M.拉斯科夫斯基, K.M.約翰遜, R.C.巴拉蘇 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司