用于使電池輸出需求電流的操作車輛動力傳動系統(tǒng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開設(shè)及預(yù)測電動車輛的電池系統(tǒng)的電池（包括并聯(lián)連接的不同化學(xué)類型的 電池）將如何操作W使電池系統(tǒng)輸出需求電流。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動車輛包括牽引電池系統(tǒng)。特定牽引電池系統(tǒng)包括相互并聯(lián)連接的電池。在 一些運(yùn)樣的電池系統(tǒng)中，電池具有彼此不同的化學(xué)類型。比如，牽引電池系統(tǒng)可W具有并 聯(lián)連接的兩個不同化學(xué)類型的電池，其中一個電池是鉛酸電池，而另一個電池是裡離子 化i-ion)電池。由于具有不同的化學(xué)成分，電池具有不同的動態(tài)特性和阻抗。預(yù)測電池對 于要通過電池系統(tǒng)輸出的需求電流的響應(yīng)可能是有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在實施例中，提供一種用于預(yù)測牽引電池系統(tǒng)的電池（即，電池組）將如何操作W使電池系統(tǒng)輸出需求電流的方法，其中，所述牽引電池系統(tǒng)包括并聯(lián)連接的不同化學(xué)類型 的電池。所述預(yù)測的步驟包括：預(yù)測電池對于需求電流命令將如何響應(yīng)，其中，所述需求電 流命令用于所述電池系統(tǒng)輸出需求電流。也就是說，將使所述電池系統(tǒng)輸出需求電流的電 池的操作被預(yù)測。換句話說，所述電池系統(tǒng)響應(yīng)于要通過所述電池系統(tǒng)輸出的需求電流的 操作被預(yù)測。
[0004] 所述方法包括：利用實時考慮電池內(nèi)阻抗和荷電狀態(tài)（S0C)的動態(tài)特性來預(yù)測電 池響應(yīng)的處理。所述方法包括：表示電力電子特性的處理，其中，電力電子特性將來自電池 系統(tǒng)控制器的電流需求分配給電池。預(yù)測的電池響應(yīng)包括：S0C動態(tài)特性、開路電壓（0CV) 變化、內(nèi)電阻變化、電池輸出電流和電池端電壓響應(yīng)。
[0005] 在實施例中，提供一種用于具有電池系統(tǒng)的動力傳動系統(tǒng)的方法，其中，所述電池 系統(tǒng)包括至少兩個并聯(lián)連接的不同化學(xué)類型的電池。所述方法包括：根據(jù)預(yù)測的電池對需 求電流命令的響應(yīng)來操作所述動力傳動系統(tǒng)，其中，所述需求電流命令用于所述電池系統(tǒng) 輸出需求電流。所述電池的響應(yīng)是通過使用所述電池系統(tǒng)的回顧化ackward-looking)模 型直接從需求電流被預(yù)測的。
[0006] 在實施例中，提供一種用于包括電池組件的動力傳動系統(tǒng)的系統(tǒng)，其中，電池組件 具有至少兩個并聯(lián)連接的不同化學(xué)類型的電池。所述系統(tǒng)包括控制器。所述控制器被配置 為：根據(jù)預(yù)測的電池對需求電流命令的響應(yīng)來操作所述動力傳動系統(tǒng)，其中，所述需求電流 命令用于電池組件輸出需求電流；基于電池組件的每個電池的荷電狀態(tài)（S0C)動態(tài)特性使 用回顧模型來直接從需求電流預(yù)測電池的所述響應(yīng)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，預(yù)測的電池的所述響應(yīng)包括：一起提供需求電流的電 池的輸出電流。
[000引根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，預(yù)測的電池的所述響應(yīng)包括：電池組件的輸出電壓。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制器還被配置為：使用電池組件的回顧模型并 考慮到電池中的每個電池的內(nèi)阻抗來直接從需求電流預(yù)測電池的所述響應(yīng)。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制器還被配置為：使用電池組件的回顧模型并 考慮到電池中的每個電池的開路電壓來直接從需求電流預(yù)測電池的所述響應(yīng)。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，電池組件的回顧模型表示電力電子特性，在電力電子 特性中需求電流命令被分配給電池。
[0012] 在實施例中，提供一種具有電池系統(tǒng)和控制器的動力傳動系統(tǒng)。所述電池系統(tǒng)包 括至少兩個并聯(lián)連接的不同化學(xué)類型的電池。所述控制器被配置為：使用所述電池系統(tǒng)的 回顧模型來預(yù)測電池響應(yīng)于需求電流命令的響應(yīng)，其中，所述電池響應(yīng)包括電池中的每個 電池的內(nèi)阻抗和荷電狀態(tài)動態(tài)特性，需求電流命令用于所述電池系統(tǒng)輸出需求電流；使用 預(yù)測的電池的所述響應(yīng)來預(yù)測一起提供需求電流的電池中的每個電池的輸出電流；根據(jù)預(yù) 測的電池的所述輸出電流來操作所述動力傳動系統(tǒng)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制器還被配置為：使用預(yù)測的電池的所述響應(yīng) 和預(yù)測的電池的所述輸出電流來預(yù)測所述電池系統(tǒng)的輸出電壓。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述控制器還被配置為：使用所述電池系統(tǒng)的回顧模 型并考慮到電池中的每個電池的開路電壓來直接從需求電流預(yù)測電池的所述響應(yīng)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述電池系統(tǒng)的回顧模型表示電力電子特性，在電力 電子特性中需求電流命令被分配給電池。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述動力傳動系統(tǒng)是電動車輛的動力傳動系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0017] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動車輛的動力傳動系統(tǒng)的框圖；
[0018] 圖2示出了代表電動車輛的動力傳動系統(tǒng)的牽引電池系統(tǒng)的內(nèi)電阻類型的等效 電路模型；
[0019] 圖3示出了描述用于預(yù)測牽引電池系統(tǒng)的電池的輸出電流和牽引電池系統(tǒng)的輸 出電壓的方法的操作的流程圖；W及
[0020] 圖4A至圖4F示出了呈現(xiàn)包括牽引電池系統(tǒng)的電池對于需求電流命令的響應(yīng)的牽 引電池系統(tǒng)的操作的示例的各種曲線圖。
【具體實施方式】
[0021] 在此描述本發(fā)明的詳細(xì)實施例；然而，應(yīng)理解的是，所公開的實施例僅為本發(fā)明的 示例，本發(fā)明可采用各種可替代形式來實現(xiàn)。附圖不必按比例繪制；可夸大或最小化一些特 征W示出特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而僅 僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員W多種形式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0022] 現(xiàn)參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動車輛12的動力傳動系統(tǒng)10的框圖被示 出。動力傳動系統(tǒng)10包括牽引電池系統(tǒng)（或組件）14、電機(jī)16 (諸如馬達(dá)/發(fā)電機(jī)）和控 制器18。電池系統(tǒng)14被配置為為馬達(dá)16提供電力。馬達(dá)16將電力轉(zhuǎn)換為用于推進(jìn)車輛 12的動力。
[0023] 電池系統(tǒng)14包括多個電池（旨|3,電池組）20(20a、2化......20η)。電池20相互之 間并聯(lián)連接。電池20中的至少兩個電池具有彼此不同的化學(xué)類型。比如，電池20a是鉛酸 電池，而電池20b是裡離子化i-ion)電池。如果電池系統(tǒng)14包括另一個電池（諸如電池 2化），則電池2化可W是鉛酸電池、裡離子電池或某一其它化學(xué)類型的電池。包括電池20a 和電池20b的不同化學(xué)類型的電池由于它們的化學(xué)成分不同而具有不同的動態(tài)特性和阻 抗。為了簡潔，除非另外指出，否則將假設(shè)電池系統(tǒng)14只包括鉛酸電池20a和裡離子電池 20b。
[0024] 控制器18被配置為監(jiān)測和控制電池系統(tǒng)14的操作。在運(yùn)行中，控制器18將需求 電流命令提供給電池系統(tǒng)14。電池系統(tǒng)14響應(yīng)于需求電流命令而輸出需求電流到馬達(dá)16。 電池20 -起運(yùn)行W使電池系統(tǒng)14輸出需求電流。
[00巧]控制器18還被配置為執(zhí)行用于預(yù)測電池20如何運(yùn)行W使電池系統(tǒng)14輸出需求 電流的方法。也就是說，控制器18還被配置為預(yù)測電池20將對需求電流命令如何做出響 應(yīng)（即，電池20的響應(yīng)）W使電池系統(tǒng)14輸出需求電流。因為電池具有不同的化學(xué)成分， 所W電池20具有彼此不同的動態(tài)響應(yīng)。每個電池20的響應(yīng)包括：荷電狀態(tài)（S0C)動態(tài)特 性、開路電壓（0CV)變化、內(nèi)電阻變化、電池輸出電流和電池端電壓響應(yīng)。
[0026] 控制器18可W執(zhí)行W下處理：實時地考慮到電池內(nèi)阻抗和S0C動態(tài)特性來 預(yù)測電池響應(yīng)，并呈現(xiàn)將電流需求從控制器分配到電池20的電力電子特性（power electronics)。從而控制18可W針對每個電池20預(yù)測S0C動態(tài)特性、0CV變化、內(nèi)電阻變 化、電池輸出電流和電池端電壓響應(yīng)。進(jìn)而，控制器18可W使用該信息W更好地控制動力 傳動系統(tǒng)10的操作。
[0027] 現(xiàn)參照圖2,表示牽引電池系統(tǒng)14的內(nèi)電阻型的等效電路模型30被示出。將使用 模型30來呈現(xiàn)控制器18在預(yù)測電池20將如何操作W使電池系統(tǒng)14輸出需求電流的過程 中的操作。然而，應(yīng)該注意的是預(yù)測操作不限于使用運(yùn)樣的模型。
[0028] 模型30包括：表示鉛酸電池20a的一部分和表示裡離子電池2化的另一部分。電 池20相互并聯(lián)連接在端電壓點(diǎn)32和地（Gnd)之間。電池20a包括：電壓源V。。1(鉛酸電池 的0CV)、電流ii(鉛酸電池的電流）和內(nèi)阻抗Rmt, 1 (鉛酸電池的內(nèi)阻抗）。類似地，電池20b 包括：電壓源Vec,2(裡離子電池的0CV)、電流iz(裡離子電池的電流）和內(nèi)阻抗Rmt,2(裡離 子電池的內(nèi)阻抗）。電池系統(tǒng)14的電壓Vt相對于地而位于端電壓點(diǎn)32。電池系統(tǒng)14的 電壓Vt是電池系統(tǒng)的輸出電壓。
[0029] 電池20a的內(nèi)阻抗是電池20a的S0C、溫度和使用分布W及其它狀態(tài)變量的 函數(shù)。類似地，電池2化的內(nèi)阻抗Rim,2是電池2化的S0C、溫度和使用分布W及其它狀態(tài)變 量的函數(shù)。內(nèi)阻抗Ri。^和R 可W由能夠捕獲電池動態(tài)特性的內(nèi)阻抗來代替。
[0030] 模型30還包括可調(diào)節(jié)的負(fù)載阻抗Rhad。負(fù)載阻抗Ri。。蟲接在端電壓點(diǎn)32和地 之間。負(fù)載阻抗Rk3d的可調(diào)節(jié)性代表在將需求電流命令提供給電池系統(tǒng)14的過程中控制 器18的操作。負(fù)載阻抗Rh3d被調(diào)節(jié)W將需求電流命令提供給電池系統(tǒng)14。需求電流命令 取決于負(fù)載阻抗Rkgd的值W及電池系統(tǒng)14的輸出電壓Vt的值。因此，將負(fù)載阻抗Rkgd調(diào) 節(jié)到給定值會引起相應(yīng)的需求電流命令。比如，將負(fù)載阻抗Rkgd調(diào)節(jié)到電池系統(tǒng)的阻抗值 (視為第一阻抗值和第二阻抗值）會引起需求電流命令W使電流具有系統(tǒng)的安培值。
[0031] 模型30還包括負(fù)載電流ikgd。負(fù)載電流ikgd是電池系統(tǒng)14將要輸出的需求電 流。電池系統(tǒng)14從端電壓點(diǎn)32輸出負(fù)載電流ihgd。如此，負(fù)載電流ihgd與通過將負(fù)載阻 抗Rhgd調(diào)節(jié)到給定阻抗值提供的需求電流命令相對應(yīng)。由于負(fù)載電流ihgd的值取決于負(fù) 載阻抗Rwd的值W及電池系統(tǒng)14的輸出電壓Vt的值，使得負(fù)載電流ikad與需求電流命令 相對應(yīng)。
[0032] 如上所述，在具有負(fù)載阻抗Rh3d和負(fù)載電流i的模型30中描述了在向電池系統(tǒng) 14提供需求電流命令的過程中控制器18的操作。假定需求電流命令對應(yīng)于負(fù)載電流ihgd， 則電池系統(tǒng)14將輸出負(fù)載電流i^gd。從而電池20將運(yùn)行W使電池系統(tǒng)14輸出負(fù)載電流 ikgd。然而，由于電池20因為它們的化學(xué)成分不同而具有不同的動態(tài)特性和阻抗，因此電池 將W彼此不同的方式運(yùn)行W使電池系統(tǒng)14輸出負(fù)載電流ikgd。也就是說，電池20由于它 們的化學(xué)成分不同而將對需求電流命令具有不同的動態(tài)響應(yīng)。如前所述，電池響應(yīng)包括S0C 動態(tài)特性、0CV變化、內(nèi)電阻變化、電池輸出電流和電池端電壓響應(yīng)?？刂破?8的操作包括 預(yù)測電池20的運(yùn)種響應(yīng)，從而預(yù)測電池20將如何響應(yīng)于需求電流命令W使電池系統(tǒng)14輸 出負(fù)載電流ikgd。如下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述的，運(yùn)種預(yù)測考慮到了電池20的內(nèi)阻抗和S0C 動態(tài)特性。
[0033] 模型30提供了被控制器18用來預(yù)測電池響應(yīng)的回顧化ackward-looking)建模 方法。所述回顧建模方