用于確定電池系統(tǒng)功率容量的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)涉及用于確定電池系統(tǒng)的功率容量的系統(tǒng)及方法。更具體地，但不排外地， 本文公開(kāi)的系統(tǒng)和方法涉及確定與電池系統(tǒng)控制和/或管理決策相關(guān)的電池系統(tǒng)的功率 容量。
【背景技術(shù)】
[0002] 客運(yùn)交通工具通常包括用于操作交通工具的電力和傳動(dòng)系統(tǒng)的特征的電池。例 如，交通工具通常包括被構(gòu)造成供應(yīng)電能給交通工具起動(dòng)器系統(tǒng)(例如，起動(dòng)器馬達(dá))、照明 系統(tǒng)和/或點(diǎn)火系統(tǒng)的12V鉛酸汽車(chē)電池。在電動(dòng)、燃料電池("FC")和/或混合動(dòng)力交通 工具中，高壓("HV"）電池系統(tǒng)(例如，360V高壓電池系統(tǒng)）可以用于給交通工具的電動(dòng)傳動(dòng) 系統(tǒng)部件提供動(dòng)力(例如，電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等)。例如，包括在交通工具中的高壓可充電能量?jī)?chǔ)存 系統(tǒng)("ESS"）可以用于給交通工具的電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)部件提供動(dòng)力。
[0003] 關(guān)于電池系統(tǒng)的功率容量的信息可以用于對(duì)電池系統(tǒng)性能和/或與電池系統(tǒng)控 制和/或管理決策相關(guān)進(jìn)行建模。電池狀態(tài)估計(jì)("BSE"）系統(tǒng)可以用于預(yù)測(cè)電池系統(tǒng)的功 率容量。在大多數(shù)操作條件下，電池系統(tǒng)可能具有超過(guò)交通工具中的相關(guān)聯(lián)的馬達(dá)和動(dòng)力 電子設(shè)備的容量的功率容量。然而，對(duì)于低溫操作來(lái)說(shuō)，電池系統(tǒng)內(nèi)工作中的電化學(xué)過(guò)程可 能會(huì)下降到幾乎不存在滿足系統(tǒng)的功率需求的裕度的點(diǎn)。在這種條件下，電池系統(tǒng)功率容 量的準(zhǔn)確估算可能是重要的。功率容量的小預(yù)測(cè)過(guò)度可能會(huì)導(dǎo)致試圖開(kāi)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)失敗或不 穩(wěn)定的交通工具加速度，而類(lèi)似的功率的小的預(yù)測(cè)不足可能會(huì)暫時(shí)使推進(jìn)系統(tǒng)失效。因此， 期望的是合理地對(duì)低溫對(duì)電池的影響進(jìn)行解釋的BSE系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本文公開(kāi)的系統(tǒng)及方法可以改進(jìn)與電池系統(tǒng)功率容量有關(guān)的信息的確定。與電池 系統(tǒng)的功率容量有關(guān)的信息可以應(yīng)用于包括但不限于對(duì)電池系統(tǒng)性能和/或電池系統(tǒng)控 制和/或管理決策進(jìn)行建模的各種應(yīng)用中。
[0005] 溫度可能會(huì)影響電池能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)。傳質(zhì)、電荷轉(zhuǎn)移和電容現(xiàn) 象的第一原理模型可以表示隨著溫度下降而功率容量下降。然而，這種模型可能相當(dāng)復(fù)雜 并且可能涉及大的計(jì)算量。用于實(shí)時(shí)車(chē)載用途的電池狀態(tài)評(píng)估的計(jì)算上更高效的方法可以 使用可以以半經(jīng)驗(yàn)方式給電化學(xué)過(guò)程提供簡(jiǎn)單的電模擬的等效電路模型。通過(guò)串聯(lián)和并 聯(lián)電阻、電容器和電壓源的組合，等效電路可以接近電池電壓對(duì)電流的響應(yīng)。整體上，由于 具有由充分?jǐn)?shù)量的電路部件和參數(shù)提供的協(xié)調(diào)靈活性，該方法能夠提供所述電池的有效表 述。然而，難以將對(duì)電池性能的所觀察到的影響(例如，由于溫度)直接歸因于電路模型中的 特定元件。因此，在一些實(shí)施例中，可以使用電路模型的部件之間和相應(yīng)第一原理過(guò)程之間 的轉(zhuǎn)換。
[0006] 電路模型與第一原理的轉(zhuǎn)換可以用于使用相關(guān)聯(lián)的電路模型對(duì)電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力 學(xué)進(jìn)行解釋。在第一原理領(lǐng)域內(nèi)，電化學(xué)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)阻力可以是電極超電勢(shì)和溫度的函 數(shù)。低溫可能會(huì)引起動(dòng)力學(xué)阻力對(duì)于超電勢(shì)依賴(lài)性的大致增加和/或增強(qiáng)。這些因子可能 會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)阻力對(duì)大多數(shù)電池所經(jīng)歷的冷功率容量的減少很大程度上負(fù)有責(zé)任。
[0007] 當(dāng)使用電池系統(tǒng)時(shí)，至少可以觀察到以下情況：1)由電池估計(jì)器算法分配給相關(guān) 電路模型中的一個(gè)或多個(gè)部件中的參數(shù)值可以隨著超電勢(shì)和溫度而變化，2)在分配參數(shù)值 時(shí)，所述參數(shù)值可以與超電勢(shì)和溫度的主要狀態(tài)相關(guān)，以及3)相關(guān)性與用于動(dòng)力學(xué)阻力對(duì) 超電勢(shì)和溫度的依賴(lài)性的第一原理預(yù)測(cè)的形式可以至少具有定性的相似之處。由于參數(shù)值 可以與超電勢(shì)和溫度的主要狀態(tài)相關(guān)，因此這可能意味著使用這些模型參數(shù)的任何BSE功 率方程的解也可以與分配參數(shù)時(shí)成為主流的超電勢(shì)和溫度有關(guān)。為了將參數(shù)轉(zhuǎn)換成其峰值 超電勢(shì)值，參數(shù)以在給定溫度處與動(dòng)力學(xué)阻力的超電勢(shì)依賴(lài)性的第一原理的形式部分或完 全匹配的方式依比例被確定。在某些實(shí)施例中，模型參數(shù)值和動(dòng)力學(xué)阻力相反可以被表示 為電流的函數(shù)。相對(duì)于超電勢(shì)或電流依比例確定根據(jù)本文公開(kāi)的實(shí)施例的模型參數(shù)可以在 各種應(yīng)用中執(zhí)行并且可以與依賴(lài)該變量的任何模型參數(shù)一起使用。
[0008] 根據(jù)本文公開(kāi)的實(shí)施例，可以通過(guò)對(duì)超電勢(shì)的影響或者以等效的方式對(duì)電流大小 的影響補(bǔ)償電池系統(tǒng)電路模型中的回歸參數(shù)來(lái)改善功率容量估計(jì)的準(zhǔn)確度。具體地，所公 開(kāi)的系統(tǒng)及方法可以使用與功率容量估計(jì)相關(guān)的電流依賴(lài)電路模型參數(shù)，從而增加了這種 估計(jì)的準(zhǔn)確度。在某些實(shí)施例中，本文公開(kāi)的系統(tǒng)和方法可以在操作條件的較大窗口上增 加在電池系統(tǒng)控制和/或管理決策中使用的可用電池功率。在某些實(shí)施例中，電池系統(tǒng)的 功率容量可以針對(duì)其中電池系統(tǒng)達(dá)到電流和/或電壓極限的情況而限定。
[0009] 在某些實(shí)施例中，可以通過(guò)BSE系統(tǒng)和/或至少部分地使用的電池系統(tǒng)的電路模 型的另一個(gè)電池控制和/或監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行功率容量估計(jì)。除了其它因素，所述電路模型可 以在電池系統(tǒng)中并入對(duì)歐姆電阻、電荷轉(zhuǎn)移和/或傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行建模的元件。在某些實(shí)施 例中，這種過(guò)程可以通過(guò)電路模型中包括的電阻和/或電阻/電容對(duì)而被建模。根據(jù)本文 公開(kāi)的實(shí)施例，在一些實(shí)施例中，某些電路模型參數(shù)可以對(duì)電流大小的影響進(jìn)行補(bǔ)償。
[0010] 在某些實(shí)施例中，確定電池系統(tǒng)的峰值功率容量的方法可以包括識(shí)別電池系統(tǒng)的 峰值電流。在峰值功率容量包括限流峰值功率容量的實(shí)施例中，電池系統(tǒng)的峰值電流可以 是電池系統(tǒng)的最大電流極限。
[0011] 在峰值功率容量包括限壓峰值功率容量的實(shí)施例中，識(shí)別峰值電流的步驟可以包 括：生成推測(cè)電流；根據(jù)推測(cè)電流使用與電池系統(tǒng)的模型相關(guān)的電流依賴(lài)電阻信息來(lái)確定 推測(cè)電阻；根據(jù)推測(cè)電阻確定計(jì)算電流；以及確定計(jì)算電流和推測(cè)電流之間的差值是否在 一閾值之下。
[0012] 如果計(jì)算電流和推測(cè)電流之間的差值在所述閾值之下，則計(jì)算電流被識(shí)別為所述 峰值電流。然而，如果計(jì)算電流和推測(cè)電流之間的差值不在所述閾值之下，則所述識(shí)別峰值 電流的步驟包括：以迭代的方式生成隨后的推測(cè)電流，根據(jù)隨后的推測(cè)電流確定隨后的推 測(cè)電阻，以及根據(jù)隨后的推測(cè)電流確定隨后的計(jì)算電流直到最終的隨后的計(jì)算電流和最終 的隨后的推測(cè)電流之間的差值在所述閾值之下為止。最終的隨后的計(jì)算電流被識(shí)別為峰值 電流。
[0013] 所述方法還可以包括確定用于對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行建模的電池系統(tǒng)模型中的回歸歐 姆電阻。回歸歐姆電阻可以根據(jù)峰值電流被依比例確定以計(jì)算電池系統(tǒng)模型中的補(bǔ)償歐姆 電阻。在某些實(shí)施例中，這種依比例確定操作可以包括：根據(jù)峰值電流確定峰值電阻；根據(jù) 與用于計(jì)算回歸歐姆電阻的回歸操作相關(guān)聯(lián)的平均電流來(lái)確定平均回歸電阻；以及通過(guò)峰 值電阻與平均回歸電阻的比值依比例確定回歸歐姆電阻以計(jì)算補(bǔ)償?shù)臍W姆電阻。
[0014] 電池系統(tǒng)的峰值功率容量可以根據(jù)補(bǔ)償?shù)臍W姆電阻和電池系統(tǒng)模型來(lái)確定。在某 些實(shí)施例中，可以根據(jù)確定的峰值功率容量實(shí)施交通工具中與電池系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多 個(gè)控制動(dòng)作。例如，可以執(zhí)行與最大允許交通工具加速度、與交通工具的電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的啟 動(dòng)相關(guān)聯(lián)的動(dòng)作和/或與再生制動(dòng)(例如，再生制動(dòng)容許度）相關(guān)聯(lián)的動(dòng)作。
[0015] 本發(fā)明還公開(kāi)了以下方案。
[0016] 方案1. 一種確定電池系統(tǒng)的峰值功率容量的方法，包括以下步驟： 識(shí)別所述電池系統(tǒng)的峰值電流； 確定用于對(duì)所述電池系統(tǒng)進(jìn)行建模的電池系統(tǒng)模型中的回歸歐姆電阻； 根據(jù)所述峰值電流依比例確定所述回歸歐姆電阻以計(jì)算所述電池系統(tǒng)模型的補(bǔ)償歐 姆電阻；以及 根據(jù)所述補(bǔ)償歐姆電阻和所述電池系統(tǒng)模型確定所述電池系統(tǒng)的峰值功率容量。
[0017] 方案2.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述峰值功率容量包括限流峰值功率容 量，并且所述電池系統(tǒng)的所述峰值電流包括所述電池系統(tǒng)的最大電流極限。
[0018] 方案3.根據(jù)方案1所述的方法，其中，所述峰值功率容量包括限壓峰值功率容 量，并且識(shí)別所述峰值電流包括： 生成推測(cè)電流； 根據(jù)所述推測(cè)電流使用電流依賴(lài)電阻信息來(lái)確定推測(cè)電阻； 根據(jù)所述推測(cè)電阻確定計(jì)算電流；以及 確定所述計(jì)算電流和所述推測(cè)電流之間的差值是否在一閾值之下。
[0019] 方案4.根據(jù)方案3所述的方法，其中，如果所述計(jì)算電流和所述推測(cè)電流之間的 所述差值在所述閾值之下，則識(shí)別所述峰值電流包括： 識(shí)別所述計(jì)算電流作為所述峰值電流。
[0020] 方案5.根據(jù)方案3所述的方法，其中，如果所述計(jì)算電流和所述推