電池電荷狀態(tài)跟蹤、等效電路選擇及基準測試方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請涉及電池電荷狀態(tài)跟蹤、等效電路選擇及基準測試方法及系統(tǒng)。該方法包括在第一時間計算電池的第一估計電荷狀態(tài)（SOC），在第二時間接收代表所述電池兩端的測量電壓的電壓值，在所述第二時間計算濾波器增益，以及在所述第二時間基于所述第一估計SOC、所述電壓值和所述濾波器增益計算所述電池的第二估計SOC。另一種方法包括在存儲器中存儲代表電池的等效電路模型的庫，基于與所述電池相關的負載來確定電池的運行模式，基于所確定的運行模式選擇所述等效電路模型之一，以及使用所選擇的等效電路模型來計算所述電池的電荷狀態(tài)（SOC）。
【專利說明】電池電荷狀態(tài)跟蹤、等效電路選擇及基準測試方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]實施例涉及計算電池的電荷狀態(tài)。
【背景技術】
[0002]電化學儲能裝置在未來能源戰(zhàn)略中起到重要作用。實際上，電池是目前和不久的將來可行的儲能技術。多種多樣的設備例如便攜式電子設備、移動家用電器、航空航天設備等日益由電池供電。使用已知系統(tǒng)和方法可能難以對例如電池的電荷狀態(tài)進行準確估計。因此，需要用以解決目前技術的不足并提供其他新穎和創(chuàng)新特征的系統(tǒng)、方法和設備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—個實施例包括一種方法。該方法包括在第一時間計算電池的第一估計電荷狀態(tài)(S0C)，在第二時間接收代表電池兩端的測量電壓的電壓值，在所述第二時間計算濾波器增益，以及在所述第二時間基于第一估計S0C、電壓值和濾波器增益計算電池的第二估計SOC。
[0004]另一個實施例包括一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電池和電池電量計模塊，其被配置為使用降階濾波器計算所述電池的估計電荷狀態(tài)(S0C)，所述降階濾波器為單狀態(tài)濾波器，所述單狀態(tài)濾波器被配置為基于之前計算出的SOC估計值來遞歸計算所述估計S0C。
[0005]又一個實施例包括一種計算機可讀介質(zhì)，其包括代碼段。代碼段在由處理器執(zhí)行時使所述處理器計算電池的估計電荷狀態(tài)(S0C)，將估計SOC存儲在緩沖器，使用降階濾波器計算電池的更新后的估計S0C，所述降階濾波器為單狀態(tài)濾波器，所述單狀態(tài)濾波器被配置為基于估計SOC來遞歸計算更新后的估計S0C。
[0006]再一個實施例包括一種方法。該方法包括在存儲器中存儲代表電池的等效電路模型的庫，基于與所述電池相關的負載來確定電池的運行模式，基于所確定的運行模式選擇等效電路模型之一，以及使用選擇的等效電路模型來計算電池的電荷狀態(tài)(S0C)。
[0007]另一個實施例包括一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被配置為存儲代表電池的等效電路模型的庫的數(shù)據(jù)存儲器，被配置為基于電池的運行模式來選擇等效電路模型的模型選擇模塊，以及被配置為基于選擇的等效電路模型來計算電池的估計電荷狀態(tài)(S0C)的濾波器模塊。
[0008]又一個實施例包括一種計算機可讀介質(zhì)，其包括代碼段。代碼段在由處理器執(zhí)行時使所述處理器基于電池的運行模式從代表電池的等效電路模型的庫中選擇等效電路模型；以及使用選擇的等效電路模型來計算所述電池的電荷狀態(tài)(S0C)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]根據(jù)本文以下給出的【具體實施方式】和附圖，將更全面理解示例性實施例，附圖中類似的元件由類似的參考標號表示，這些參考標號僅以舉例說明方式給出，因此不是對示例性實施例的限制，并且其中:
[0010]圖1和2示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的電池管理系統(tǒng)(BMS)的框圖。[0011]圖3示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的用于選擇電池等效模型的信號流的框圖。
[0012]圖4示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的用于計算電池電荷狀態(tài)(SOC)的信號流的框圖。
[0013]圖5示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的電池電量計(BFG)系統(tǒng)的框圖。
[0014]圖6示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的用于BFG系統(tǒng)的參數(shù)模塊的信號流的框圖。
[0015]圖7示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的用于BFG系統(tǒng)的SOC模塊的信號流的框圖。
[0016]圖8示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的SOC模塊的框圖。
[0017]圖9示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的SOC模塊的總體最小二乘(TLS)模塊的框圖。
[0018]圖10示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的SOC模塊的遞歸最小二乘(RLS)模塊的框圖。
[0019]圖11和12示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的方法的流程圖。
[0020]圖13A-13D示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的電池等效模型的示意圖。
[0021]圖14為示出了便攜式鋰離子電池的OCV-SOC特性曲線的示意圖。
[0022]圖15A和15B為示出了負載曲線的圖。
[0023]圖16A和16B為示出了模擬負載曲線的圖。
[0024]圖17為示出了示例性系統(tǒng)實現(xiàn)的示意圖。
[0025]圖18為示出了可與系統(tǒng)實現(xiàn)結合使用的用戶界面的示意圖。
[0026]圖19A和19B包括示出了示例性放電電壓/電流曲線的圖。
[0027]圖20A和20B為示出了示例性庫侖計數(shù)評估方法的圖。
[0028]圖21A和21B為示出了關閉時間(TTS)評估方法的圖。
[0029]圖22A、22B和22C為表示電量計讀數(shù)的表。
[0030]應該指出的是，這些圖旨在示出某些示例性實施例中所使用的方法和/或結構的一般特征，并補充如下提供的書面說明書。然而，這些附圖未必按比例繪制并且可能未精確反映任何給定實施例的精確結構特征或性能特征，并且不應解釋為限定或限制由示例性實施例所涵蓋的值或性質(zhì)的范圍。例如，為清楚起見，可能減小或夸大結構元件的相對厚度和定位。
【具體實施方式】
[0031]雖然示例性實施例可包括各種修改形式和替代形式，其實施例在附圖中以舉例的方式示出并且將在本文中詳細描述。然而，應當理解，并非意圖將示例性實施例限于本發(fā)明所公開的特定形式，而是正相反，示例性實施例將涵蓋落入權利要求書范圍內(nèi)的所有修改形式、等同形式和替代形式。在對附圖的整個描述中，類似的數(shù)字是指類似的元件。
[0032]電池狀態(tài)例如電荷狀態(tài)(SOC)、健康狀態(tài)(S0H)和剩余使用壽命(RUL)的準確估計對于可靠、安全和廣泛使用由電池供電的裝置是至關重要的。估計這些數(shù)量稱為電池電量計量(BFG)。與許多當今汽車中的烴類燃料不同，電池的存儲容量不是常量。通常，電池容量隨電池使用年限、使用模式和溫度而變化，從而給BFG造成具有挑戰(zhàn)性的自適應估計問題，需要在考慮溫度變化、SOC變化和使用年限的基礎上對電池特性進行建模和在線參數(shù)識別。
[0033]圖1和2示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的系統(tǒng)100的框圖。如圖1所示，系統(tǒng)100包括電池105、電池管理系統(tǒng)(BMS)llO、顯示器120、無限制電源125 (如壁裝電源插座、汽車充電站等)以及開關130。
[0034]BMSllO可被配置為管理電池105的利用和/或狀態(tài)。例如，BMSllO可被配置為使用開關130將無限制電源125與電池105連接或斷開以對電池105進行充電。例如，BMSl 10可被配置為將負載(未示出)與電池105連接或斷開。例如，BFG115可被配置為計算電池105的電荷狀態(tài)(SOC)和/或健康狀態(tài)(SOH)。SOC和/或SOH可顯示(例如，以百分比的形式，以剩余時間的形式等)在顯示器120上。
[0035]如圖2所示，BMSllO至少包括模數(shù)轉換器(ADC) 205、220，濾波器210、225，數(shù)字放大器215和電池電量計(BFG) 115。BFGl 15包括存儲器230、處理器235和控制器240。ADC205、220，濾波器210、225，數(shù)字放大器215和BFGl 15中的至少一者可為，例如專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和/或處理器，等等?；蛘撸珺MSllO可為包括所示功能塊的ASIC、DSP、FPGA和/或處理器，等等?；蛘?，系統(tǒng)100可實現(xiàn)為存儲在存儲器上并由例如處理器執(zhí)行的軟件。
[0036]BMSllO可被配置為使用數(shù)字轉換器(ADC)205、220，濾波器210、225和數(shù)字放大器215的組合將模擬測量值(如，Ib和Vb)轉換為數(shù)字值(例如，以供BFG115計算SOC和/或S0H)0例如，數(shù)字放大器215可為差分放大器，其根據(jù)電池105兩端的電壓降Vb (例如，正和負端子之間的電壓值的差)生成(如，產(chǎn)生)模擬信號，然后使用ADC220和濾波器225將該模擬信號轉換為經(jīng)濾波的數(shù)字值。
[0037]系統(tǒng)100可為利用電池供電的任何系統(tǒng)或電子設備的子系統(tǒng)。在一些具體實施中，電子設備可為或可包括(例如)具有傳統(tǒng)膝上型形式因素的膝上型設備。在一些具體實施中，電子設備可為或可包括(例如)有線設備和/或無線設備(例如，支持W1-Fi的設備)、計算實體(例如，個人計算設備)、服務器設備(例如，web服務器)、玩具、移動電話、音頻設備、電機控制設備、電源(例如，離線電源)、個人數(shù)字助理(PDA)、平板設備、電子閱讀器、電視和/或汽車，等等。在一些具體實施中，電子設備可為或可包括(例如)顯示設備(例如，液晶顯示(LCD)監(jiān)控器，用于向用戶顯示信息)、鍵盤、定點設備(例如，鼠標、觸控板，通過該設備，用戶可向計算機提供輸入)。
[0038]圖3示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的用于選擇電池等效模型的信號流的框圖300。如圖3所示，模型選擇塊310接收輸入320 (如，來自電池和/或負載的電壓和/或電流信號)并使用輸入320 (或其某些變型)從等效模型庫305中選擇代表(或?qū)?電池的等效模型。然后由電荷狀態(tài)計算器塊315使用該等效模型來計算電荷狀態(tài)(S0C)325。等效模型庫305可包括至少一個代表電池的等效模型。每個等效模型可基于電池(或等效電池)的運行模式。運行模式可基于與電池相關的負載。例如，運行模式可基于負載兩端的電壓降。例如，運行模式可基于負載兩端的電壓降是相對較高還是較低、是相對恒定還是動態(tài)和/或它們的組合。
[0039]等效模型(參見以下圖13A-13D)可包括電阻器、電壓(如，電壓降或電壓源)、電阻-電流(RC)電路和/或阻抗電路等等的任何組合。因此，可建立電池等效模型的數(shù)學(如，公式)等效形式。等效模型庫305可存儲與電池運行模式相關的數(shù)學等效形式。該數(shù)學等效形式可被電荷狀態(tài)計算器塊315用來進行SOC的計算。例如，數(shù)學等效形式可用于確定變量，作為用于計算SOC (或SOC的估計值)的公式的輸入。因此，BFG系統(tǒng)可基于運行模式選擇等效模型以提高計算效率和減少處理時間。下面針對圖5-12提供更多細節(jié)。
[0040]圖4示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的用于計算電池電荷狀態(tài)(SOC)的信號流的框圖400。如圖4所示，框圖400包括擴展卡爾曼濾波器(EKF)塊405、電荷狀態(tài)(SOC)塊410、420、濾波器增益參數(shù)塊41、425和緩沖器430。EKF塊505可被配置為基于之前計算的電荷狀態(tài)410和濾波器增益參數(shù)415，計算S0C420并確定濾波器增益參數(shù)425 (如，讀數(shù)和/或計算的SOC方差、測得的電壓、計算出的容量和/或與等效電路相關的變量，等等)。因此，緩沖器430可被配置為存儲例如處理循環(huán)中的之前計算出的SOC和濾波器增益參數(shù)。換句話講，可基于至少一個之前計算出的SOC計算當前(或下一個)SOC0換句話講，在第一時間計算出的SOC可用于計算在第二(稍后)時間的S0C。
[0041]在示例性具體實施中，可使用至少兩個S0C410和/或濾波器增益參數(shù)415的集合。因此，至少兩個SOC的向量、至少兩個SOC的數(shù)組、至少兩個SOC的平均以及至少兩個SOC的平均值和對應的濾波器增益參數(shù)可用于計算下一個S0C420 (或第二時間的S0C)并確定/計算對應的濾波器增益參數(shù)425。因此，緩沖器430可被配置為存儲多個之前計算出的S0C410和計算出的/確定的濾波器增益參數(shù)415。因此，BFG系統(tǒng)可利用之前計算出的SOC提高計算效率和減少處理時間。下面針對圖5-12提供更多細節(jié)。
[0042]圖5示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的電池電量計(BFG) 115系統(tǒng)的框圖。如圖5所示，BFGl 15包括估計模塊510、跟蹤模塊520、預測模塊530、開路電壓-電荷狀態(tài)(OCV-SOC)表征模塊540、離線參數(shù)估計模塊545以及電池壽命表征模塊550。此外，該系統(tǒng)包括離線數(shù)據(jù)收集模塊555和電池建模模塊560。
[0043]離線數(shù)據(jù)收集模塊555可被配置為在相對受控的測試環(huán)境中測量電池特性。例如，可在測試實驗室環(huán)境中收集電池105 (或等效電池)的開路電壓(OCV)測量值和SOC測量值。例如，電池105 (或等效電池)可被初始化為完全充電(如，接近完全充電、基本上完全充電)、靜置(rested)狀態(tài)?？蛇M行OCV和SOC測量。然后可使電池105 (或等效電池)緩慢放電，同時每隔一定時間(如，定期、周期性、不定期、預定時間)進行OCV和SOC測量，直到電池105 (或等效電池)完全(或基本上)放電。OCV和SOC測量值可用于確定、計算或估計電池參數(shù)(如，下文所述的OCV參數(shù)Ki e {K0 ；Κ2 ；Κ3 ；Κ4 ；Κ5 ；Κ6 ；Κ7})。
[0044]來自離線數(shù)據(jù)收集模塊555的數(shù)據(jù)可用在電池建模模塊560中以確定例如電池105 (或等效電池)的等效模型和/或等效模型的數(shù)學等效形式。來自離線數(shù)據(jù)收集模塊555的數(shù)據(jù)可用在離線參數(shù)估計模塊545中以確定和/或計算與電池105 (或等效電池)相關的參數(shù)(如，與上述等效模型相關的元件的值)。來自離線數(shù)據(jù)收集模塊555的數(shù)據(jù)可用在OVC-SOC表征模塊540中以確定和/或計算OCV和SOC電池參數(shù)(如，下文所述的OCV參數(shù)Ki e {K0 ；Κ2 ；Κ3 ；Κ4 ；Κ5 ；Κ6 ；Κ7})。來自離線參數(shù)估計模塊545的數(shù)據(jù)可用在電池壽命表征模塊550中。例如,來自離線參數(shù)估計模塊545的數(shù)據(jù)可用于由電池壽命表征模塊550計算初始健康狀態(tài)(SOH)特性(如，最大S0C)。
[0045]顯示器120被示出為具有SOC顯示565、S0H顯示570、關閉時間(TTS)顯示575和剩余使用壽命(RUL)顯示580。每個顯示可例如為顯示百分比的儀表?？捎葿FG115計算或確定每個顯示的值。例如，TTS可顯示為如由TTS模塊532計算出的時間值(如，小時和/或分鐘)。
[0046]估計模塊510包括參數(shù)模塊512和容量模塊510。估計模塊510可被配置為計算和/或確定電池105 (或等效電池)所特定的值(如，參數(shù)和容量值)。在穩(wěn)定環(huán)境(如，測試實驗室)中，參數(shù)和容量值可能是固定的(如，不變化)。然而，在真實世界環(huán)境中，參數(shù)和容量值可能是動態(tài)的或變化的。例如，完整的SOC跟蹤解決方案通常涉及(I)通過離線OCV表征對形成狀態(tài)空間模型的一部分的OCV參數(shù)的估計。OCV-SOC表征關于溫度變化和電池老化是穩(wěn)定的。一旦估計出這些參數(shù)，這些參數(shù)就形成具有已知參數(shù)的狀態(tài)空間模型的一部分。(2)動態(tài)等效電路參數(shù)的估計。已觀察到這些參數(shù)隨電池的溫度、SOC和使用年限而變化，因此應當在BFG運行的同時進行自適應地估計。(3)電池容量的估計:雖然電池的標稱容量由制造商所指定，但已知可用電池容量會因為制造工藝誤差、溫度變化、使用模式和老化而變化。以及(4)受模型參數(shù)約束的SOC跟蹤。一旦已知模型參數(shù)，SOC跟蹤就變成了非線性濾波問題。然而，已觀察到所得狀態(tài)空間模型包含相關過程和測量噪聲過程。恰當處理這些相關性效應將得出更好的SOC跟蹤精度。因此，在示例性具體實施中，為了計算參數(shù)和容量，跟蹤模塊520可將數(shù)據(jù)反饋到估計模塊510。
[0047]另外，典型的估計電池容量的方法忽視了滯后效應，并且假設靜置的電池電壓代表電池的真實開路電壓(0CV)。然而，根據(jù)示例性實施例，估計模塊510將滯后建模為電池105的OCV中的誤差，并采用實時線性參數(shù)估計和SOC跟蹤技術的組合來補償OCV中的誤差。
[0048]跟蹤模塊520包括SOC模塊522和SOH模塊524。SOC指示電池105中的“電量”。如上所述，SOC為可用容量，其表示為某個基準(如，額定容量或電流容量)的百分比。根據(jù)示例性實施例，SOC模塊522通過使用下文更詳細描述的跟蹤補償OCV中的誤差(與參數(shù)估計相結合)來計算SOC。SOH指示一電池與新或理想電池相比的狀態(tài)。SOH可基于充電接收能力、內(nèi)阻、電壓和/或自放電，等等。
[0049]預測模塊530包括TTS模塊532和RUL模塊534。TTS模塊532和RUL模塊534可被配置為基于SOC計算TTS和RUL。
[0050]圖6示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的用于BFGl 15的參數(shù)模塊412的信號流的框圖。BFG系統(tǒng)可基于運行模式選擇等效模型以提高計算效率和減少處理時間。如圖6所示，參數(shù)模塊412包括運行模式模塊605和模型選擇模塊610。運行模式模塊605可被配置為基于來自電池105的至少一個輸入和/或來自負載615的至少一個輸入確定(電池的)運行模式。所述至少一個輸入可基于與電池105和負載615中至少一個相關的電流和電壓中的至少一個。例如，負載615兩端的電壓降。例如，運行模式可基于負載615兩端的電壓降是相對較高還是較低、是相對恒定還是動態(tài)和/或它們的組合。模型選擇模塊610可基于確定的運行模式選擇等效模型(或其數(shù)學等效形式)。例如，模型選擇模塊610可生成用于搜索等效模型庫305的查詢項。
[0051]在一些具體實施中，可定義或表征多個運行模式。在示例性具體實施中，下文描述了與電池和使用電池的系統(tǒng)相關的四個運行模式。
[0052]在第一運行模式中，電池105可連接于重且變化的負載。換句話講，負載615可聯(lián)合使用相對較高電壓與動態(tài)或可變電流消耗(或消耗可變電流的高電壓負載)。例如，在移動電話中，第一運行模式可包括這樣的使用環(huán)境，其中移動電話使用包括長時間的視頻播放、多媒體和游戲應用程序等等。以下圖13A中所示的等效電路可表示連接至重且變化的負載的電池。
[0053]在第二運行模式中，電池105可連接至動態(tài)負載和/或可變電壓負載。換句話講，負載615可使用動態(tài)或變化的電壓。例如，在移動電話中，第二運行模式可包括這樣的使用環(huán)境，其中移動電話使用包括電話呼叫、web瀏覽和/或播放視頻剪輯的常規(guī)使用。以下圖13B中所示的等效電路可表示連接至動態(tài)負載的電池。
[0054]在第三運行模式中，電池105可連接至或消耗恒定電流。換句話講，負載615可正拖帶恒定的(或基本上恒定的)負載?；蛘?，電池105可正利用恒定電流被充電。例如，在充電周期，電池105可與負載615斷開(如，可使用開關130將無限制電源125連接至電池105以對電池105進行充電)。以下圖13C中所示的等效電路可表示連接至恒定電流的電池。
[0055]在第四運行模式中，電池105可連接至相對較低電壓的負載?；蛘撸姵?05可處于周期性靜置狀態(tài)，其中電池105經(jīng)受輕負載，隨后充電，然后靜置、最低或無負載。換句話講，負載615可很少使用最低電壓。例如，在移動電話中，第四運行模式可包括這樣的使用環(huán)境，其中移動電話使用包括在完全(或基本上完全)充電后，使用不頻發(fā)的電話呼叫對基站進行常規(guī)聯(lián)系。以下圖13D中所示的等效電路可表示連接至動態(tài)負載的電池。
[0056]圖7示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的用于BFGl 15系統(tǒng)的SOC模塊422的信號流的框圖。如圖7所示，SOC模塊422包括緩沖器塊705、模型估計塊710、SOC跟蹤塊715和電壓降預測模塊或塊720。
[0057]在不例性實 施例中，將滯后建模為電池105的OCV中的誤差。電壓降vD [k]可表示內(nèi)部電池模型元件Ro、Ri> R2和乂!^!^]兩端的電壓(參見圖13A)。xh[k]項可用于說明預測的SOC中的誤差。換句話講，xh[k]可為“瞬時滯后”，其可通過調(diào)整計算或估計出的SOC來修正為零。若計算或估計出的SOC等于S0C,則計算或估計出的xh[k]應等于零。換句話講，計算或估計出的xh[k]不等于零，則指示計算或估計出的SOC存在誤差。電壓降模型參數(shù)向量(b)包括對應于計算或估計出的xh[k]的元素。
[0058]因此，在圖7的流程中，來自SOC跟蹤塊715的當前計算或估計出的SOC用在電壓塊預測塊720中以計算電壓降vD[k]。至少一個過往的電壓降vD[k]存儲在緩沖器705中并用于參數(shù)向量b的估計。參數(shù)向量b中的對應計算或估計出的xh[k]為非零值指示存在瞬時滯后。這意味著SOC估計誤差。SOC跟蹤塊715的SOC跟蹤算法被配置為在計算或估計出的xh[k]為非零的任何時候修正S0C。下文(在數(shù)學上)描述了有關電壓降vD[k]、滯后、估計xh[k]、電壓降模型參數(shù)向量(b)和SOC跟蹤的更多細節(jié)。因此，BFG系統(tǒng)可利用之前計算出的SOC和SOC誤差準確估計S0C、提高計算效率和減少處理時間。
[0059]圖8示出了根據(jù)至少一個示例性實施例的SOC模塊422的框圖。如圖8所示，SOC模塊422包括擴展卡爾曼濾波器(EKF)塊805。EKF塊可被配置為計算S0C845和SOC誤差840。EKF塊805可被配置為使用方程I計算S0C845作為估計S0C，并使用方程2計算SOC誤差840作為估計SOC誤差(或方差)。在下列方程的每一個中，k是指瞬時迭代，k+1 |k是指上一個、前一個或之前迭代，并且k+1 |k+l是指當前、更新、下一個或后續(xù)迭代。s[k-t l|k+ I] = S[k 4- l|k] + G[k+ Ijvk41 ( | )
[0060]其中:[0061]t[k4 ilk+ i]是當前或更新迭代的估計SOC ；
[0062]t[k4 I Ik]是工一個或預測迭代的估計SOC ；
[0063]G[k+1]是上一個或預測迭代的濾波器增益；以及
[0064]vk+1是上一個或預測迭代的負載電壓。
[0065]
【權利要求】
1.一種方法，包括: 在第一時間計算電池的第一估計電荷狀態(tài)(SOC)； 在第二時間接收代表所述電池兩端的測量電壓的電壓值； 在所述第二時間計算濾波器增益；以及 在所述第二時間基于所述第一估計S0C、所述電壓值和所述濾波器增益來計算所述電池的第二估計SOC。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括: 將所述第二估計SOC存儲在緩沖器中；以及 在計算所述電池的所述第二估計SOC之前，從所述緩沖器讀取所述第一估計S0C。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括: 將所述第一估計SOC存儲在緩沖器中，在計算所述電池的所述第二估計SOC之前，從所述緩沖器讀取所述第一估計SOC作為下列之一: 至少兩個SOC的向量、 至少兩個SOC的數(shù)組、 至少兩個SOC的平均、以及 至少兩個SOC的均值。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括:從緩沖器讀取估計SOC方差，其中所述濾波器增益基于所述估計SOC方差。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，計算濾波器增益包括:使用加權遞歸最小二乘(RLS)算法和總體最小二乘(TLS)算法中的至少一個來計算至少一個容量值。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，計算濾波器增益包括:使用基于SOC跟蹤誤差協(xié)方差和電流測量誤差標準差的加權RLS算法來計算容量值。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，計算濾波器增益包括:使用基于協(xié)方差矩陣的遞歸更新的TLS算法來計算容量值。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，計算濾波器增益包括:使用開路電壓(OCV)查找來計算容量值。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中 所述第二估計SOC等于所述濾波器增益乘以所述電壓值加上所述第一估計S0C。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括: 基于庫侖計數(shù)誤差度量、OCV-SOC誤差度量和預測的達電壓時間(TTV)誤差度量中的至少一個，對所述第二估計SOC進行基準測試。
11.一種系統(tǒng),包括: 電池；以及 電池電量計模塊，其被配置為使用降階濾波器計算所述電池的估計電荷狀態(tài)(S0C)，所述降階濾波器為單狀態(tài)濾波器，所述單狀態(tài)濾波器被配置為基于之前計算出的SOC估計值來遞歸計算所述估計SOC。
12.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述電池電量計包括: 電壓降預測模塊，其被配置為基于所述估計SOC來計算電壓降； 模型估計模塊，其被配置為基于代表所述電池的等效模型來計算至少一個電壓降模型參數(shù)；以及 跟蹤模塊，其被配置為使所述至少一個電壓降模型參數(shù)變化以去除瞬時滯后。
13.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述電池電量計包括容量模塊，所述容量模塊被配置為使用基于協(xié)方差矩陣的遞歸更新的總體最小二乘(TLS)算法來計算所述電池的容量值。
14.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述電池電量計包括容量模塊，所述容量模塊被配置為使用開路電壓(OCV)查找來計算所述電池的容量值。
15.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，其中 所述電池電量計包括緩沖器，所述緩沖器被配置為存儲至少一個估計SOC值，并且 所述之前計算出的SOC估計值是從所述緩沖器讀取的。
16.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，還包括數(shù)據(jù)存儲器，所述數(shù)據(jù)存儲器被配置為存儲OCV參數(shù)、電壓測量誤差標準差和電流測量誤差標準差，其中與所述降階濾波器相關的至少一個電壓降模型參數(shù)由所述OCV參數(shù)、所述電壓測量誤差標準差和所述電流測量誤差標準差之一定義。
17.根據(jù)權利要求11所述的系統(tǒng)，還包括:顯示器，所述顯示器被配置為顯示所述估計SOC。
18.一種計算機可讀介質(zhì)，包括代碼段，所述代碼段在由處理器執(zhí)行時，使所述處理器: 計算電池的估計電荷狀態(tài)(SOC)； 將所述估計SOC存儲在緩沖器；以及 使用降階濾波器計算所述電池的更新后的估計S0C，所述降階濾波器為單狀態(tài)濾波器，所述單狀態(tài)濾波器被配置為基于所述估計SOC來遞歸計算所述更新后的估計S0C。
19.根據(jù)權利要求18所述的計算機可讀介質(zhì)，還包括代碼段，所述代碼段使所述處理器: 基于所述估計SOC計算電壓降； 基于代表所述電池的等效模型來計算至少一個電壓降模型參數(shù)；以及 改變所述至少一個電壓降模型參數(shù)以降低指示滯后的開路電壓(OCV)誤差。
20.根據(jù)權利要求18所述的計算機可讀介質(zhì)，還包括:代碼段，所述代碼段使所述處理器: 基于所述電池的容量和至少一個電壓降模型參數(shù)來計算濾波器增益，其中所述降階濾波器基于所述濾波器增益和所述估計SOC來計算所述更新后的估計S0C。
21.—種方法,包括: 在存儲器中存儲代表電池的等效電路模型的庫； 基于與所述電池相關的負載來確定電池的運行模式； 基于所確定的運行模式選擇所述等效電路模型之一；以及 使用所選擇的等效電路模型來計算所述電池的電荷狀態(tài)(SOC )。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中 所述運行模式基于消耗可變電流的高電壓負載， 所述運行模式包括對應的等效電路模型，所述等效電路模型包括第一電阻-電流(RC)電路和第二 RC電路。
23.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中 所述運行模式基于可變電壓負載， 所述運行模式包括對應的等效電路模型，所述等效電路模型包括電阻-電流(RC)電路。
24.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中 所述運行模式基于可變電壓負載， 所述運行模式包括對應的等效電路模型，所述等效電路模型包括電阻器和偏置元件。
25.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中 所述運行模式基于低電壓負載， 所述運行模式包括對應的等效電路模型，所述等效電路模型包括電阻器。
26.根據(jù)權利要求21所述的方法，其中 所述等效電路模型中的至少一個包括滯后元件，并且 所述滯后元件被建模為開路電壓(OCV)計算誤差。
27.根據(jù)權利要求21所述的方法，還包括: 在等效電池放電期間，測量所述等效電池的端電壓； 基于所測量的端電壓來確定線性方程；以及 基于所述線性方程使用加權最小二乘算法來計算至少一個參數(shù)，對所述電池的所述SOC的計算基于所述至少一個參數(shù)。
28.根據(jù)權利要求21所述的方法，還包括: 基于庫侖計數(shù)誤差度量、OCV-SOC誤差度量和預測的達電壓時間(TTV)誤差度量中的至少一個，對所述SOC進行基準測試。
29.—種系統(tǒng),包括: 數(shù)據(jù)存儲器，其被配置為存儲代表電池的等效電路模型的庫； 模型選擇模塊，其被配置為基于所述電池的運行模式來選擇等效電路模型；以及濾波器模塊，其被配置為基于所選擇的等效電路模型來計算所述電池的估計電荷狀態(tài)(SOC)0
30.根據(jù)權利要求29所述的系統(tǒng)，還包括: 運行模式模塊，其被配置為基于與所述電池相關的電流和與所述電池相關的電壓中的至少一個來確定所述電池的運行模式。
31.根據(jù)權利要求29所述的系統(tǒng)，其中 所述運行模式基于消耗可變電流的高電壓負載， 所述運行模式包括對應的等效電路模型，所述等效電路模型包括第一電阻-電流(RC)電路和第二 RC電路。
32.根據(jù)權利要求29所述的系統(tǒng)，其中 所述運行模式基于可變電壓負載， 所述運行模式包括對應的等效電路模型，所述等效電路模型包括電阻-電流(RC)電路。
33.根據(jù)權利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述運行模式基于可變電壓負載， 所述運行模式包括對應的等效電路模型，所述等效電路模型包括電阻器和偏置元件。
34.根據(jù)權利要求29所述的系統(tǒng)，其中 所述運行模式基于低電壓負載， 所述運行模式包括對應的等效電路模型，所述等效電路模型包括電阻器。
35.根據(jù)權利要求29的方法，其中 所述等效電路模型中的至少一個包括滯后元件，并且 所述滯后元件被建模為開路電壓(OCV)計算誤差。
36.根據(jù)權利要求29所述的系統(tǒng)，還包括: 模型估計模塊，所述模型估計模塊被配置為基于代表所述電池的所選擇的等效模型來計算至少一個電壓降模型參數(shù)，其中所述估計SOC基于所述至少一個電壓降模型參數(shù)來計笪
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37.根據(jù)權利要求29的系統(tǒng)，還包括顯示器，所述顯示器被配置為顯示所述估計S0C。
38.一種計算機可讀介質(zhì)，包括代碼段，所述代碼段在由處理器執(zhí)行時，使所述處理器: 基于所述電池的運行模式，從代表電池的等效電路模型的庫中選擇等效電路模型；以及 使用所選擇的等效電路模型來計算所述電池的電荷狀態(tài)(SOC )。
39.根據(jù)權利要求38所述的計算機可讀介質(zhì)，還包括代碼段，所述代碼段使所述處理器: 基于所選擇的等效模 型來計算至少一個電壓降模型參數(shù)，其中所述SOC是基于所述至少一個電壓降模型參數(shù)計算出的。
40.根據(jù)權利要求38所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述等效電路模型中的至少一個包括滯后元件，所述代碼段還使所述處理器: 基于所選擇的等效模型來計算至少一個電壓降模型參數(shù)；以及 改變所述至少一個電壓降模型參數(shù)以降低指示滯后的開路電壓(OCV)誤差。
【文檔編號】G01R31/36GK104007390SQ201410062166
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權日:2013年2月24日
【發(fā)明者】B·巴樂興艾姆, Y·巴-莎倫, B·弗倫奇, B·派迪派緹, K·R·派迪派緹, 詹姆斯·米查姆, 特萊維斯·威廉斯, G·V·艾沃瑞, 黃泰植 申請人:快捷半導體(蘇州)有限公司, 快捷半導體公司, 康涅狄格大學