專利名稱：通過簡(jiǎn)單的外部測(cè)量對(duì)單格電池核心溫度的動(dòng)態(tài)估算的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于估算電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度的方法和系統(tǒng)。更具體而言，本公開涉及用于在操作周期期間通過簡(jiǎn)單外部測(cè)量來動(dòng)態(tài)估算電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
逐漸增加的對(duì)改善車輛燃料經(jīng)濟(jì)性以及減少車輛排放的需求，已經(jīng)導(dǎo)致混合動(dòng)力車和純電動(dòng)車兩者的發(fā)展。純電動(dòng)車可由電池組(其由多個(gè)較小的模塊或單格電池(cell) 組成)來供能，而混合動(dòng)力車包括兩種或更多種能量源，諸如汽油(也稱作內(nèi)燃)發(fā)動(dòng)機(jī)， 其作為電池組的備用品或與電池組協(xié)作。目前在使用中有兩大類型的混合動(dòng)力車。在第一類型(公知為電荷泄放的混合體系結(jié)構(gòu))中，電池由常規(guī)電網(wǎng)諸如120VAC或240VAC的電源線損耗。在第二類型(公知為電荷持續(xù)的混合體系結(jié)構(gòu))中，電池接納來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和再生制動(dòng)中的一個(gè)或兩個(gè)的其全部充電。在任一構(gòu)造中，可監(jiān)測(cè)與電池組相關(guān)聯(lián)的各種參數(shù)以確保適當(dāng)操作。電池(或電池組)中單格電池的溫度是與電池的壽命和性能有關(guān)的關(guān)鍵因素。所以，對(duì)單格電池的溫度的準(zhǔn)確確定對(duì)于電池的壽命和性能是必要的。雖然確定電池中單格電池的溫度的一種方法是使傳感器與電池中單格電池的核形成接觸，但是該方法通常只能在實(shí)驗(yàn)室設(shè)定下實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠渲糜陔姵氐姆忾]區(qū)域中，這在生產(chǎn)環(huán)境中將是難以達(dá)到的。因此，目前電池中的單格電池的溫度是通過使用傳感器直接測(cè)量單格電池的表面溫度來確定的。然而，電池中單格電池的表面溫度與電池中單格電池的核心的溫度通常是不同的。例如，在操作周期期間，電池中單格電池的表面溫度和單格電池的核心溫度之間的溫度差可大至10°C。10°C的溫度差可以明顯改變電池的壽命和性能。例如，如果電池在25°C工作， 則電池運(yùn)行可超過十二年；但是，如果電池在35°C工作，則電池可運(yùn)行僅七年。另外，電池在0°C可提供大約14kW的動(dòng)力；但是在-10°C，電池僅可提供大約SkW的動(dòng)力。因此，使用表面溫度作為核心溫度的表示可引起對(duì)涉及電池中單格電池的核心溫度的計(jì)算的誤差并且還可對(duì)電池的壽命和性能有重大影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，公開了一種用于在操作周期期間動(dòng)態(tài)估算電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度的方法。該方法包括由至少一個(gè)控制器接收所述至少一個(gè)單格電池的表面溫度、電流、電壓和荷電狀態(tài)、以及從休眠期的開始到休眠期的終止的時(shí)間周期；確定所述至少一個(gè)單格電池的集總內(nèi)電阻的初始值；基于所述初始值、電流和電壓來實(shí)時(shí)遞歸地確定所述集總內(nèi)電阻的后續(xù)值；以及基于所述表面溫度、電流、所獲取的時(shí)間和集總內(nèi)電阻確定所述至少一個(gè)單格電池的核心溫度?？蛇x地，獨(dú)立于冷卻空氣溫度、冷卻空氣流速以及電池的扇速中的至少一個(gè)來確定所述核心溫度?？山?jīng)由最小二乘關(guān)系來實(shí)時(shí)遞歸地確定所述集總內(nèi)電阻的后續(xù)值?？苫诒砻鏈囟群秃呻姞顟B(tài)在休眠期的終止時(shí)確定初始值?？蛇x地，所述方法包括將表面溫度限制到預(yù)定值范圍內(nèi)。該方法還可包括對(duì)表面溫度、電流和電壓中的至少一個(gè)經(jīng)由低通濾波器方法來過濾。該方法還可包括經(jīng)由移動(dòng)平均法來對(duì)表面溫度進(jìn)行過濾。可選地，所述方法包括過濾所估算的內(nèi)電阻?？蛇x地，該方法還可包括在周期時(shí)間間隔更新所確定的核心溫度。所述周期時(shí)間間隔可為大約25ms。該方法還可包括存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)單格電池故障時(shí)單格電池的溫度信息。可選地，該至少一個(gè)單格電池的所確定的核心溫度通過下式來表征Test (/c + 1) =Test (k) + — Tsur {k) +—aRmiI2 (k)
τττ其中τ是熱力學(xué)時(shí)間常量，α是熱傳遞常量，Test是該至少一個(gè)單格電池的所估算的核心溫度，Tsur是該至少一個(gè)單格電池的表面溫度，Δ T是從該至少一個(gè)單格電池的核心溫度的先前估算到該至少一個(gè)單格電池的核心溫度的當(dāng)前估算的時(shí)間周期，Rint是該至少一個(gè)單格電池的內(nèi)電阻，I是所述至少一個(gè)單格電池的電流。在另一實(shí)施例中，公開了一種用于在操作周期期間動(dòng)態(tài)估算車輛中的電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度的系統(tǒng)，在所述操作周期期間車輛從所述電池接收車輛的動(dòng)力的至少一部分。所述系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器，其被構(gòu)造為傳送與電池的表面溫度、電流和電壓中的至少一個(gè)有關(guān)的信號(hào)；計(jì)時(shí)設(shè)備，其構(gòu)造為傳送與從休眠期的開始至休眠期的終止的時(shí)間周期有關(guān)的信號(hào)；以及與所述多個(gè)傳感器信號(hào)通訊的控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括存儲(chǔ)設(shè)備和控制器，所述控制器與所述存儲(chǔ)設(shè)備通過指令進(jìn)行信號(hào)通訊以便在操作周期期間以及休眠期之后動(dòng)態(tài)估算電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度。所述指令編寫為接收該至少一個(gè)單格電池的表面溫度、電流、電壓和荷電狀態(tài)并獲得從休眠期的開始至休眠期的終止的時(shí)間周期，以確定集總內(nèi)電阻的初始值、基于所述初始值、電流和電壓實(shí)時(shí)遞歸地確定集總內(nèi)電阻的后續(xù)值、以及基于所述表面溫度、電流、所獲取的時(shí)間以及集總內(nèi)電阻確定該至少一個(gè)單格電池的核心溫度?？蛇x地，獨(dú)立于至少一個(gè)冷卻空氣溫度、冷卻空氣流速以及電池的扇速確定核心溫度。在休眠期的終止時(shí)可基于表面溫度和荷電狀態(tài)確定初始值。所述指令還可編寫為限制表面溫度和所估算的集總內(nèi)電阻中的至少一個(gè)。所述指令還可以進(jìn)一步編寫為對(duì)表面溫度進(jìn)行過濾。可選地，所述指令編寫為在周期時(shí)間間隔內(nèi)更新所確定的核心溫度。所述指令還可以編寫為該至少一個(gè)單格電池中的一個(gè)或多個(gè)故障時(shí)存儲(chǔ)該至少一個(gè)單格電池的溫度信息。同樣，車輛可以包含該系統(tǒng)以便動(dòng)態(tài)估算核心溫度。根據(jù)本公開的這些以及其它各種實(shí)施例的這些以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)通過附圖
、具體描述以及后面所附的權(quán)利要求將變得更加清晰。本公開還提供下面的解決方案1. 一種用于在操作周期期間動(dòng)態(tài)估算電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度的方法，所述方法包括由至少一個(gè)控制器接收所述至少一個(gè)單格電池的表面溫度、所述至少一個(gè)單格電池的電流、所述至少一個(gè)單格電池的電壓、所述至少一個(gè)單格電池的荷電狀態(tài)、以及從休眠期的開始至休眠期的終止的時(shí)間周期；確定所述至少一個(gè)單格電池的集總內(nèi)電阻的初始值；基于所述初始值、所述電流和所述電壓實(shí)時(shí)遞歸地確定所述集總內(nèi)電阻的后續(xù)值；以及基于所述表面溫度、所述電流、所獲取的時(shí)間以及所述集總內(nèi)電阻確定所述至少一個(gè)單格電池的所述核心溫度。2.如解決方案1所述的方法，其特征在于，所述核心溫度獨(dú)立于冷卻空氣溫度、冷卻空氣流速以及所述電池的扇速中的至少一個(gè)來確定。3.如解決方案1所述的方法，其特征在于，所述集總內(nèi)電阻的所述后續(xù)值經(jīng)由最小二乘關(guān)系來實(shí)時(shí)遞歸地確定。4.如解決方案1所述的方法，其特征在于，所述初始值基于所述表面溫度和所述荷電狀態(tài)在所述休眠期的終止時(shí)來確定。5.如解決方案1所述的方法，其特征在于，其還包括將所述表面溫度限制到預(yù)定值范圍。6.如解決方案1所述的方法，其特征在于，其還包括經(jīng)由低通濾波器方法對(duì)所述表面溫度、所述電壓和所述電流中的至少一個(gè)進(jìn)行過濾。7.如解決方案1所述的方法，其特征在于，其還包括經(jīng)由移動(dòng)平均法來過濾所述表面溫度。8.如解決方案1所述的方法，其特征在于，其還包括在周期時(shí)間間隔更新所確定的核心溫度。9.如解決方案8所述的方法，其特征在于，所述周期時(shí)間間隔包括大約25ms。10.如解決方案1所述的方法，其特征在于，其還包括存儲(chǔ)所述至少一個(gè)單格電池的溫度信息，其中所述至少一個(gè)單格電池中的一個(gè)或多個(gè)故障。11.如解決方案1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)單格電池的所確定的核心溫度由下面關(guān)系式來表征Test {k + \)=Test (k) + — Tsur (k) +—aR,J2 (k)
τττ其中τ是熱力學(xué)時(shí)間常量，α是熱傳遞常量，Test是所述至少一個(gè)單格電池的所估算的核心溫度，Tsur是所述至少一個(gè)單格電池的表面溫度，ΔΤ是從所述至少一個(gè)單格電池的所述核心溫度的先前估算到所述至少一個(gè)單格電池的所述核心溫度的當(dāng)前估算的時(shí)間周期，Rint是所述至少一個(gè)單格電池的內(nèi)電阻，以及I是所述至少一個(gè)單格電池的電流。12. 一種用于在操作周期期間動(dòng)態(tài)估算車輛的電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度的系統(tǒng)，其中所述車輛從所述電池中接收車輛的動(dòng)力的至少一部分，所述系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器，其構(gòu)造為傳送與所述電池的表面溫度、電流和電壓中的至少一個(gè)有關(guān)的信號(hào)；計(jì)時(shí)設(shè)備，其構(gòu)造為傳送與從休眠期的開始至所述休眠期的終止的時(shí)間周期有關(guān)的信號(hào)；與所述多個(gè)傳感器和所述計(jì)時(shí)設(shè)備信號(hào)通訊的控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括存儲(chǔ)設(shè)備和控制器，所述控制器與所述存儲(chǔ)設(shè)備通過指令進(jìn)行信號(hào)通訊以便在操作周期期間以及休眠期之后動(dòng)態(tài)估算所述電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度，所述指令編寫為接收所述至少一個(gè)單格電池的表面溫度、所述至少一個(gè)單格電池的電流、所述至少一個(gè)單格電池的電壓、所述至少一個(gè)單格電池的荷電狀態(tài)、以及從所述休眠期的開始至所述休眠期的終止的時(shí)間周期；確定所述至少一個(gè)單格電池的集總內(nèi)電阻的初始值；以及基于所述初始值、所述電流和所述電壓實(shí)時(shí)遞歸地確定所述集總內(nèi)電阻的后續(xù)值；以及基于所述表面溫度、所述電流、所獲取的時(shí)間和所述集總內(nèi)電阻確定所述至少一個(gè)單格電池的所述核心溫度。13.如解決方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述核心溫度獨(dú)立于冷卻空氣溫度、 冷卻空氣流速以及所述電池的扇速中的至少一個(gè)來確定。14.如解決方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述初始值基于所述表面溫度和所述荷電狀態(tài)在所述休眠期的終止時(shí)來確定。15.如解決方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述指令還被編寫為限制所述表面溫度和所估算的集總內(nèi)電阻中的至少一個(gè)。16.如解決方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述指令還被編寫為對(duì)所述表面溫度、所述電壓和所述電流中的至少一個(gè)進(jìn)行過濾。17.如解決方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述指令被編寫為在周期時(shí)間間隔更新所確定的核心溫度。18.如解決方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述指令還被編寫為存儲(chǔ)所述至少一個(gè)單格電池的溫度信息，其中所述至少一個(gè)單格電池中的一個(gè)或多個(gè)故障。19.如解決方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述指令被編寫為根據(jù)下面關(guān)系式確定所述至少一個(gè)單格電池的所述核心溫度
權(quán)利要求
1.一種用于在操作周期期間動(dòng)態(tài)估算電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度的方法，所述方法包括由至少一個(gè)控制器接收所述至少一個(gè)單格電池的表面溫度、所述至少一個(gè)單格電池的電流、所述至少一個(gè)單格電池的電壓、所述至少一個(gè)單格電池的荷電狀態(tài)、以及從休眠期的開始至休眠期的終止的時(shí)間周期；確定所述至少一個(gè)單格電池的集總內(nèi)電阻的初始值；基于所述初始值、所述電流和所述電壓實(shí)時(shí)遞歸地確定所述集總內(nèi)電阻的后續(xù)值；以及基于所述表面溫度、所述電流、所獲取的時(shí)間以及所述集總內(nèi)電阻確定所述至少一個(gè)單格電池的所述核心溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述核心溫度獨(dú)立于冷卻空氣溫度、冷卻空氣流速以及所述電池的扇速中的至少一個(gè)來確定。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述集總內(nèi)電阻的所述后續(xù)值經(jīng)由最小二乘關(guān)系來實(shí)時(shí)遞歸地確定。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始值基于所述表面溫度和所述荷電狀態(tài)在所述休眠期的終止時(shí)來確定。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其還包括將所述表面溫度限制到預(yù)定值范圍。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其還包括經(jīng)由低通濾波器方法對(duì)所述表面溫度、所述電壓和所述電流中的至少一個(gè)進(jìn)行過濾。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其還包括經(jīng)由移動(dòng)平均法來過濾所述表面溫度。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其還包括在周期時(shí)間間隔更新所確定的核心溫度。
9.一種用于在操作周期期間動(dòng)態(tài)估算車輛的電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度的系統(tǒng)，其中所述車輛從所述電池中接收車輛的動(dòng)力的至少一部分，所述系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器，其構(gòu)造為傳送與所述電池的表面溫度、電流和電壓中的至少一個(gè)有關(guān)的信號(hào)；計(jì)時(shí)設(shè)備，其構(gòu)造為傳送與從休眠期的開始至所述休眠期的終止的時(shí)間周期有關(guān)的信號(hào)；與所述多個(gè)傳感器和所述計(jì)時(shí)設(shè)備信號(hào)通訊的控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)包括存儲(chǔ)設(shè)備和控制器，所述控制器與所述存儲(chǔ)設(shè)備通過指令進(jìn)行信號(hào)通訊以便在操作周期期間以及休眠期之后動(dòng)態(tài)估算所述電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度，所述指令編寫為接收所述至少一個(gè)單格電池的表面溫度、所述至少一個(gè)單格電池的電流、所述至少一個(gè)單格電池的電壓、所述至少一個(gè)單格電池的荷電狀態(tài)、以及從所述休眠期的開始至所述休眠期的終止的時(shí)間周期；確定所述至少一個(gè)單格電池的集總內(nèi)電阻的初始值；以及基于所述初始值、所述電流和所述電壓實(shí)時(shí)遞歸地確定所述集總內(nèi)電阻的后續(xù)值；以及基于所述表面溫度、所述電流、所獲取的時(shí)間和所述集總內(nèi)電阻確定所述至少一個(gè)單格電池的所述核心溫度。
10. 一種包含權(quán)利要求9的系統(tǒng)的車輛。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過簡(jiǎn)單的外部測(cè)量對(duì)單格電池核心溫度的動(dòng)態(tài)估算，具體地，用于在操作周期期間動(dòng)態(tài)估算電池中至少一個(gè)單格電池的核心溫度的方法和系統(tǒng)。該方法包括通過至少一個(gè)控制器接收表面溫度、電流、電壓、荷電狀態(tài)和從休眠期的初始到休眠期的終止的時(shí)間周期；確定該至少一個(gè)單格電池的集總內(nèi)電阻的初始值；基于所述初始值、電流和電壓實(shí)時(shí)遞歸地確定集總內(nèi)電阻的后續(xù)值；和基于表面溫度、電流、所獲取的時(shí)間和集總內(nèi)電阻確定該至少一個(gè)單格電池的核心溫度。用于動(dòng)態(tài)估算電池中單格電池的核心溫度的系統(tǒng)包括構(gòu)造為傳送與電池的表面溫度、電流和電壓有關(guān)的信號(hào)的多個(gè)傳感器；構(gòu)造為傳送與從休眠期的初始到休眠期的終止的時(shí)間周期有關(guān)的信號(hào)的計(jì)時(shí)設(shè)備；以及控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)包括存儲(chǔ)設(shè)備和控制器。
文檔編號(hào)G01K7/22GK102331314SQ20111018768
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者A·H·羅伊托伊澤, C·華, J·J·諾爾特, M·E·弗蘭徹特, M·M·肯克里, P·J·杜德利, W·劉 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司