專利名稱：動態(tài)電池容量估計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本披露內(nèi)容涉及動態(tài)電池容量估計過程。
背景技術(shù)：
一些乘客和商用車輛使用電池來給電子部件供電。在混合動力車輛中，一個或多個電池可被用于提供電能至馬達，該馬達提供推動車輛的扭矩。車輛中的各個控制模塊的運行可依賴于電池充電狀態(tài)(例如，電池相對于儲備容量的殘留容量)。而且，車輛的駕駛員可能希望知道在電池必須被在充電前車輛可被使用多長時間。

發(fā)明內(nèi)容
一種實時確定電池的健康狀態(tài)的示例性方法包括估計與電池的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值和確定電池的端子電壓、累計充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個或多個。該方法進一步包括至少部分地基于估計的參數(shù)值和電池的端子電壓、累計充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個或多個經(jīng)由計算設(shè)備實時確定電池的儲備容量。該方法可被例如車輛中的計算設(shè)備執(zhí)行。示例性車輛包括電池、至少一個傳感器、和計算設(shè)備。該傳感器被配置為測量電池的端子電壓、累計充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個或多個。計算設(shè)備被配置為確定電池的充電狀態(tài)和與電池的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值，以及至少部分地基于參數(shù)值和電池的端子電壓、累計充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個或多個實時地確定電池的儲備容量。


圖1是車輛的示意圖，其具有配置為確定電池儲備容量的計算設(shè)備；圖2示出了示例性電池的典型電路，其可被用于圖1的車輛中；圖3示出了可被圖1的計算設(shè)備使用以產(chǎn)生表示電池的儲備容量的信號的過程的示例性流程圖；圖4示出了可被計算設(shè)備在圖3中示出的過程中使用以確定儲備容量的過程的示例性流程圖；圖5示出了可被計算設(shè)備在圖3中示出的過程中使用以更新參數(shù)值的過程的示例性流程圖。
具體實施例方式圖1示出了車輛100，其具有配置為實時預(yù)測電池的儲備容量的計算設(shè)備。車輛 100可采取許多不同形式且包括多個和/或替換的部件和設(shè)備。雖然車輛100被示出于附圖中，但是這些附圖中示出的部件不是限制性的。實際上，附加的或替換的部件和/或應(yīng)用可被使用。如圖1所示，車輛100可包括電池105，一個或多個傳感器110，計算設(shè)備115和儲存裝置120。車輛100可以是任意乘客或商用汽車，例如混合動力車輛，其包括插入式混合電動車輛(PHEV)或增程式電動車輛(EREV)，燃?xì)鈩恿囕v、電池電動車輛(BEV)等。電池105可包括任意設(shè)備，其被配置為儲存和提供電能至車輛100中的一個或多個電子部件。例如，電池105可包括一個或多個電芯，其將儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。電池 105的電芯可通過施加電流(其將電芯中的化學(xué)反應(yīng)逆轉(zhuǎn)，所述化學(xué)反應(yīng)在電池105提供電能時發(fā)生)而被充電。在一個可能的方案中，電池105可包括鋰離子電池組。而且，電池 105可包括多個端子，以提供電能至車輛100中的一個或多個電子部件。如下詳述，電池105可具有一個或多個與電池105的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值。健康狀態(tài)可包括表示電池105相對于電池105的理想運行狀況的狀況的量。由此，健康狀態(tài)可被用于確定電池105的剩余壽命。參數(shù)值可以是一些量，其被用于估計或?qū)С鼋】禒顟B(tài)。 另一量，稱為充電狀態(tài)，可指示電池105的相對于電池105的儲備容量的殘留(例如剩余) 容量。由此，充電狀態(tài)可指示在電池105必須被再充電前還可提供多少電能。傳感器110可包括任意設(shè)備，其配置為測量電池105的端子電壓、累計充電、或溫度，以及產(chǎn)生表示這些被測量特性的一個或多個信號。雖然僅一個傳感器110被示出，車輛 100可包括任意數(shù)量的傳感器110。例如，一個傳感器可被用于測量端子電壓，另一個傳感器可被用于測量累計充電，且不同的傳感器可被用于測量溫度。為了測量端子電壓，傳感器110可包括數(shù)字或模擬電壓計，其被配置為測量跨電池105的端子125的電勢的差異?？商鎿Q地，傳感器Iio可被配置為基于一些因素估計或?qū)С隹缍俗?25的電壓，該因素例如是電池105的電流輸出、電池105的溫度、和電池105 中的部件的電阻。電壓計可被配置為產(chǎn)生和輸出信號，該信號代表跨端子125的電勢(例如端子電壓)。為了測量累計充電，傳感器110可包括任意設(shè)備，其被配置為測量電流(例如直流)和產(chǎn)生代表被測量電流的大小的信號。累計充電可被從測量的端子電壓導(dǎo)出。為了測量電池105的溫度，傳感器110可包括任意設(shè)備，其被配置為測量電池105的一個或多個位置處的熱量的量(所述位置包括電池105周圍的環(huán)境空氣)，和產(chǎn)生代表被測量溫度的最高、最低、平均和/或中位溫度的一個或多個信號。計算設(shè)備115可包括任意一個或多個設(shè)備，其被配置為基于端子電壓、累計充電、 溫度、充電狀態(tài)與參數(shù)值之間的關(guān)系來確定儲備容量。例如，計算設(shè)備115可被配置為利用和/或訪問定義電池105的電壓的表達式用于示例目的的示例性表達式可如下AV(k) = θ J (k-1) Δ t+ θ 2 Δ V (k-1) + θ 3 Δ V (k~2) + θ 4 Δ I (k) + θ 5 Δ I (k-Ι) + θ 6 Δ I(k-2) (1)其中V是端子電壓，I是端子電流，k表示當(dāng)前時間步驟，At是取樣時間間隔，且 V(k) = V (k)-V (k-1), I (k) = I(k)-I(k-1)，且 θρ θ2、θ3、θ4、05和 θ 6是模型參數(shù)，其可為溫度、充電狀態(tài)、包括儲備容量的電池105的健康狀態(tài)中的一個或多個的函數(shù)。計算設(shè)備115可被配置為估計或?qū)С雠c電池105的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的一個或多個參數(shù)值，以及確定電池105的充電狀態(tài)。在一個可能實施例中，計算設(shè)備115可被配置為由參數(shù)值、充電狀態(tài)、端子電壓、累計充電、溫度或這些的組合來確定電池105的儲備容量。例如，為了確定儲備容量，計算設(shè)備115可被配置為確定開路電壓在時間上的改變(例如其可從端子電壓在時間上的變化導(dǎo)出)和電池105中的充電狀態(tài)在時間上的改變。計算設(shè)備115可被配置為識別開路電壓中的改變和充電狀態(tài)中的改變之間的關(guān)系，或該關(guān)系可被提前確定和儲存于例如儲存裝置120中的查找表中。在一個可能方案中，開路電壓中的改變和充電狀態(tài)中的改變之間的關(guān)系可以是電池105的這些特性之間的比率。計算設(shè)備115可從查找表中訪問開路電壓中的改變對充電狀態(tài)中的改變的比率，并結(jié)合參數(shù)值來確定儲備容量。計算設(shè)備115可被配置為識別參數(shù)值可隨電池105的狀況的變化而變化。例如，參數(shù)值可隨電池105老化而改變。這樣，計算設(shè)備115可被配置為通過設(shè)定初始參數(shù)值(其可與最近使用的參數(shù)值相同)，和通過應(yīng)用車載估計/復(fù)原過程(例如至該初始參數(shù)值的遞歸最小二乘法(Recursive Least Squares procedure))，以更新參數(shù)值。其一實例在下面關(guān)于圖5中示出的過程500進行描述。而且，計算設(shè)備115可被配置為識別電池105的運行條件可影響儲備容量確定。因此，計算設(shè)備115可基于被測端子電壓、導(dǎo)出的累積充電(例如從端子電流導(dǎo)出)、被測溫度、充電狀態(tài)等的任意組合來確定電池105的信號激勵水平，和在確定電池105的儲備容量之前將該信號激勵水平與預(yù)定的值進行比較。如果信號激勵水平低于預(yù)定值，計算設(shè)備115 可被配置為在確定儲備容量之前等待信號激勵水平。一旦信號激勵水平超過了預(yù)定值，計算設(shè)備115可被配置為繼續(xù)以更新參數(shù)值和確定儲備容量。一旦計算設(shè)備115已經(jīng)確定電池105的儲備容量，該計算設(shè)備115可進一步被配置為產(chǎn)生代表儲備容量的信號和輸出該信號至車輛100中的其他部件，例如控制模塊。通常，計算設(shè)備115可使用任意數(shù)量的計算機操作系統(tǒng)且通常包括計算機可執(zhí)行指令。計算機可執(zhí)行指令可被計算設(shè)備115使用的處理器執(zhí)行。計算機可執(zhí)行指令可由利用各個編程語言和/或技術(shù)(包括但不限于Java ，C，C++, Visual Basic, Java Script, Perl等中的一個或其組合)建立的計算機程序匯編或翻譯。通常，處理器(例如微處理器) 接收指令，例如從儲存器、計算機可讀介質(zhì)等，且執(zhí)行這些指令，由此進行一個或多個過程， 包括這里所述的一個或多個過程。這些指令和其他數(shù)據(jù)可被利用各種已知的計算機可讀介質(zhì)儲存和傳輸。計算機可讀介質(zhì)(也稱為處理器可讀介質(zhì))包括任意非瞬時性(例如有形的)介質(zhì)，其參與提供數(shù)據(jù)(例如指令)，該數(shù)據(jù)可被計算機(例如通過計算機的處理器)讀取。這種介質(zhì)可采取許多形式，包括但不限于非易失性介質(zhì)和易失性介質(zhì)。非易失性介質(zhì)可包括， 例如光盤或磁盤和其他永久儲存器。易失性介質(zhì)可包括，例如動態(tài)隨機訪問儲存器(DRAM)， 其可構(gòu)成主儲存器。這種指令可被一個或多個傳輸介質(zhì)傳輸，包括同軸電纜、銅線和光纖， 包括構(gòu)成連接到計算機的處理器的系統(tǒng)總線的電線。計算機可讀介質(zhì)的通常形式包括，例如軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶、任意其他磁性介質(zhì)、CD-ROM、DVD、任意其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、 紙帶、任意其他物理介質(zhì)(具有孔的樣式)、RAM、PROM、EPR0M、FLASH-EEPR0M、任意其他儲存芯片或盒、或計算機可從其讀取的其他介質(zhì)。儲存裝置120可包括任意設(shè)備，其被配置為儲存電子形式的信息，和提供該信息至車輛100中的一個或多個電子設(shè)備，包括計算設(shè)備115和車輛100中使用的任意控制模塊。如同與計算設(shè)備115關(guān)聯(lián)的計算機可讀介質(zhì)，儲存裝置120可包括非瞬時性(例如有形的)介質(zhì)，其可具有非易失性和/或易失性介質(zhì)。在一個可能方案中，儲存裝置120被包括在計算設(shè)備115的計算機可讀介質(zhì)中。替換地，儲存裝置120可獨立于計算設(shè)備115(例如，嵌入另一電子設(shè)備中，未示出)。此外，盡管僅一個儲存裝置120被示出于圖1中，車輛100可包括任意數(shù)量的儲存裝置120，其儲存由計算設(shè)備115或車輛100中的其它控制模塊所使用的一些或所有的信息。儲存裝置120可包括一個或多個數(shù)據(jù)庫，其信息可被計算設(shè)備115或車輛100中的其它控制模塊訪問。這里所述的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫或其它數(shù)據(jù)儲存可包括各種類型的機構(gòu)，其用于儲存、訪問和取回各種類型的數(shù)據(jù)，包括分級數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)中的一組文件、專用格式的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、相關(guān)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMQ等。每個裝置數(shù)據(jù)存儲可被包括在計算設(shè)備中(例如和圖1中示出的計算設(shè)備115相同或不同的設(shè)備)，其使用例如上述的一個或多個計算機操作系統(tǒng)，且經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)以多種方式中的任意一個或多個而被訪問。文件系統(tǒng)可被從計算機操作系統(tǒng)訪問，且可包括以各種格式儲存的文件。除了用于建立、儲存、
編輯和執(zhí)行儲存的程序的語言外，RDBMS可使用結(jié)構(gòu)查詢語言(SQL)，例如上述的PL/SQL語 、
曰ο在一個可能方案中，儲存在儲存裝置120中的數(shù)據(jù)庫可包括查詢表，其具有限定開路電壓中的改變相對于充電狀態(tài)中的改變的關(guān)系，其可被計算設(shè)備115使用，和參數(shù)值一起，用于確定儲備容量。而且，相同或不同的數(shù)據(jù)庫可包括由傳感器110測量的和/或由計算設(shè)備115確定的先前值。由此，除了由計算設(shè)備115確定的先前的和最近的參數(shù)值和充電狀態(tài)值，儲存裝置120可進一步儲存由傳感器110測量的先前的和最近的端子電壓、累計充電、和溫度。圖2示出了示例性電池105的兩電阻電容對(例如兩個RC對)等效電路，其可被用于圖1的車輛中。圖2的兩RC對電路200僅是示例，用于示出上述儲備容量的實時確定的實施。其它電路模型可被用于確定儲備容量，所述電路模型在端子電流作為輸入且端子電壓作為輸出方面來表征電池105的動態(tài)行為。為了示例的目的，電路200包括電壓源205，第一和第二電阻元件210、215，以及第一和第二電容元件220、225。電路200可具有任意數(shù)量的電壓源、電阻元件、和電容元件以模擬電池105。電壓源205表現(xiàn)為跨電池105的端子125的開路電壓(例如沒有負(fù)載)。每個電阻元件210、315被布置為與電容元件220、225中的相應(yīng)一個并聯(lián)，在圖2的電路200 中呈現(xiàn)兩個RC對?？鏡C對的一個(例如第一電阻元件210和第一電容元件220)的電壓可表現(xiàn)為電池105的雙層電壓，而跨另一個RC對(例如第二電阻元件215和第二電容元件 225)的電壓可表現(xiàn)為電池105的擴散電壓。 電路200的端子電壓可被表達為V (k) = Voc (k) = I (k) R (k) +Vdl (k) +Vdiff (k) (2)其中V是被測量端子電壓，I是被測量端子電流、V。。是開路電壓、R是歐姆電阻、且
Vdl和Vdiff (例如跨兩個RC對的電壓)分別是雙層電壓和擴散電壓。雙層電壓(Vdl)可由方
程3動態(tài)地描述且擴散電壓(Vdiff)可由方程4動態(tài)地描述如下 . \ . ^
權(quán)利要求
1.一種實時確定電池的健康狀態(tài)的方法，該方法包括 估計與電池的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值；確定電池的端子電壓、累計充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個或多個；和至少部分地基于估計的參數(shù)值和電池的端子電壓、累計充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個或多個，經(jīng)由計算設(shè)備實時確定電池的儲備容量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定儲備容量包括 確定開路電壓隨時間的改變，其中該開路電壓從端子電壓導(dǎo)出； 確定電池的充電狀態(tài)隨時間的改變；和至少部分地基于開路電壓中的改變、充電狀態(tài)中的改變和所述參數(shù)值來確定儲備容量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述確定儲備容量包括識別開路電壓中的改變和電池的充電狀態(tài)中的改變之間的關(guān)系。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于電池的端子電壓、端子電流、充電狀態(tài)和溫度中的一個或多個確定信號激勵水平；將該信號激勵水平與預(yù)定閾值比較；和如果該信號激勵水平高于預(yù)定閾值，更新參數(shù)值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括儲存估計的參數(shù)值和更新的參數(shù)值中的至少一個于儲存裝置中。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述更新參數(shù)值包括 設(shè)定初始參數(shù)值；和經(jīng)由計算設(shè)備應(yīng)用遞歸最小二乘法至初始參數(shù)值。
7.—種車輛，包括 電池；至少一個傳感器，其被配置為測量電池的端子電壓、端子電流、和溫度中的至少一個；和計算設(shè)備，其與該至少一個傳感器通訊且被配置為確定電池的累計充電、充電狀態(tài)、和與電池的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值；其中計算設(shè)備被進一步配置為至少部分地基于所述參數(shù)值和電池的端子電壓、累計充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個或多個，實時確定電池的儲備容量。
8.如權(quán)利要求7所述的車輛，其中計算設(shè)備被配置為根據(jù)端子電壓確定開路電壓隨時間的改變，確定電池的充電狀態(tài)隨時間的改變，和至少部分地基于開路電壓中的改變、充電狀態(tài)中的改變和所述參數(shù)值來確定儲備容量。
9.如權(quán)利要求7所述的車輛，其中計算設(shè)備被配置為基于電池的被測端子電壓、被測端子電流、被確定的充電狀態(tài)和被測溫度中的一個或多個來確定信號激勵水平，且其中計算設(shè)備進一步被配置為將該信號激勵水平與預(yù)定閾值比較，和如果該信號激勵水平高于預(yù)定閾值則更新參數(shù)值。
10.如權(quán)利要求7所述的車輛，其中計算設(shè)備被配置為通過設(shè)定初始參數(shù)值和應(yīng)用遞歸最小二乘法至該初始參數(shù)值來估計所述參數(shù)值。
全文摘要
一種實時確定電池的健康狀態(tài)的方法，包括估計與電池的健康狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)值和確定電池的端子電壓、累計充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個或多個。該方法進一步包括至少部分地基于估計的參數(shù)值和電池的端子電壓、累計充電、充電狀態(tài)和溫度中的一個或多個經(jīng)由計算設(shè)備確定電池的儲備容量。
文檔編號G01R31/36GK102540089SQ20111038684
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者A.C.鮑赫曼, B.J.科克, D.R.福里什, J.林, X.唐, Y.張 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司