用于確定車輛電池中的荷電量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于確定車輛電池中的荷電量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于對(duì)燃料使用的關(guān)注，采取生態(tài)思維對(duì)汽車制造商而言變得刻不容緩。在這種思維下，在開(kāi)發(fā)新的車輛系統(tǒng)時(shí)效率起主導(dǎo)作用。新的汽車必須消耗盡可能少的燃料，由此增加汽車達(dá)到的里程，并因此降低運(yùn)行車輛的成本和其對(duì)環(huán)境的影響。
[0003]可以被引入用以使化石燃料的使用最小化的一個(gè)具體特征是停止起動(dòng)系統(tǒng)。停止起動(dòng)系統(tǒng)在汽車不在使用狀態(tài)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)，而在需要發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下立即再次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。停止起動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)閉不是完全關(guān)閉，而是使得發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在需要時(shí)立即重新起動(dòng)的部分關(guān)閉。通過(guò)在汽車在例如交通燈處掛空擋時(shí)使用停止起動(dòng)系統(tǒng)，能夠降低燃料消耗。類似的系統(tǒng)在混合動(dòng)力車輛中被頻繁地使用，在混合動(dòng)力車輛中，即使在汽車沒(méi)有靜止的情況下也能夠使用類似的系統(tǒng)。例如，在車輛的低功率使用期間以及在高電壓電池系統(tǒng)具有足夠功率來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛時(shí)，可以不使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。停止起動(dòng)系統(tǒng)還可以用在純內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛中以在靜止掛空擋期間節(jié)約燃料。
[0004]在停止起動(dòng)車輛中必須克服的一個(gè)主要問(wèn)題是如何在需要時(shí)不易察覺(jué)地重新發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以再次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。重新發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要來(lái)自汽車中的主電池一一通常為12伏電池一一的相當(dāng)大的功率，并且這樣的重新發(fā)動(dòng)可能造成可用于其他系統(tǒng)的電壓的下降。這可能造成控制模塊重啟，并且產(chǎn)生其他故障。如果車輛在起動(dòng)前完全被關(guān)閉(例如當(dāng)點(diǎn)火系統(tǒng)被停用時(shí))，則這些問(wèn)題不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)樵诔跏及l(fā)動(dòng)期間由于電壓下降而產(chǎn)生的任何故障代碼沒(méi)有被記錄。因?yàn)槌跏及l(fā)動(dòng)不是安全關(guān)鍵場(chǎng)景，所以可以安全地忽略這些故障代碼。然而，一旦車輛已經(jīng)被驅(qū)動(dòng)以及在重新發(fā)動(dòng)過(guò)程中，類似的錯(cuò)誤不能忽略。因此，車輛中的許多系統(tǒng)需要可靠的電壓以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并且防止不準(zhǔn)確的故障被記錄。這些系統(tǒng)可以包括控制部件，具體地，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)需要可靠的電壓并且在發(fā)生預(yù)定的電壓下降時(shí)通常會(huì)進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。由于汽車中的電氣系統(tǒng)中的若干電氣系統(tǒng)是安全關(guān)鍵的，所以重要的是提供可靠的電壓。安全關(guān)鍵系統(tǒng)包括一些制動(dòng)系統(tǒng)、穩(wěn)定控制等。如果汽車是混合動(dòng)力的，則當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)汽車仍然可以移動(dòng)，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也可以是安全關(guān)鍵的。
[0005]在駕駛員沒(méi)有聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)障礙一一如燈光變暗、收音機(jī)音量下降或任何類似的影響一一的情況下執(zhí)行重新發(fā)動(dòng)也很重要。
[0006]為了解決這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種新的硬件布局，其中兩個(gè)電池并聯(lián)，通常每個(gè)電池為12V。國(guó)際專利申請(qǐng)PCT/EP2012/051484描述了一種這樣的系統(tǒng)。在兩電池系統(tǒng)中，輔助電池可以用于支持控制模塊和其他系統(tǒng)，而主電池用于重新發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。這需要使主電池與車輛系統(tǒng)在重新發(fā)動(dòng)期間隔離的控制系統(tǒng)，否則，會(huì)失去兩個(gè)電池的效果。
[0007]在具有停止起動(dòng)系統(tǒng)的傳統(tǒng)車輛中，僅在重新發(fā)動(dòng)期間短暫地使用輔助電池。理想的是，輔助電池不被顯著地循環(huán)，使得其在需要更換之前持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。
[0008]相比之下，在混合動(dòng)力車輛中，通常理想的是，只要內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)被關(guān)閉，則將主電池與電氣系統(tǒng)的其余部分隔離。因此，每當(dāng)混合動(dòng)力車輛處于電動(dòng)模式時(shí)都使用12V輔助電池，以依賴于高壓電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)而不是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)?；旌蟿?dòng)力車輛通常具有至少三個(gè)電池，其中兩個(gè)是12V電池，其中一個(gè)是300V電池。
[0009]在PCT/EP2012/051484中建議，在正常操作期間隔離輔助電池以避免該循環(huán)問(wèn)題，這通過(guò)將輔助電池與車輛的其他電氣部件隔離的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，必須將輔助電池保持在完全荷電狀態(tài)以避免退化，并且確保電池可供停止起動(dòng)系統(tǒng)使用。
[0010]在傳統(tǒng)車輛中，通常通過(guò)從電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(BMS)獲取的信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)電池的狀態(tài)，電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量電池溫度、電池電壓和電池電流。通過(guò)該信息，BMS得到電池的荷電狀態(tài)(SOC)，使得能夠在必要時(shí)對(duì)電池充電。
[0011]對(duì)于具有兩個(gè)電池的汽車，如果要正確使用電池，則還需要測(cè)量輔助電池的屬性。具體地，輔助電池的性能(進(jìn)而在重新發(fā)動(dòng)期間依賴于輔助電池的任意系統(tǒng)的性能)取決于輔助電池的S0C。出于這個(gè)原因，附接至輔助電池的另一 BMS模塊可以用于確定S0C。然而，BMS模塊很昂貴，并且裝配另一 BMS模塊增加了制造成本。因此，如果能夠在不使用第二 BMS模塊的情況下實(shí)現(xiàn)輔助電池SOC的估計(jì)，則可以產(chǎn)生成本節(jié)約。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于確定電池中的荷電狀態(tài)的方法和系統(tǒng)。該方法包括提供主電池和輔助電池。該方法包括:將主電池連接至電氣負(fù)載，測(cè)量當(dāng)主電池連接至電氣負(fù)載時(shí)從主電池汲取的電流11;將輔助電池與主電池和電氣負(fù)載并聯(lián)；測(cè)量當(dāng)主電池連接至電氣負(fù)載和輔助電池時(shí)從主電池汲取的電流I2;以及基于至少I 1與I2之間的差異來(lái)估計(jì)輔助電池中的荷電狀態(tài)。
[0013]以這一方式，上述方法根據(jù)來(lái)自輔助電池的放電電流的大小來(lái)估計(jì)輔助電池的荷電狀態(tài)。因此可以估計(jì)輔助電池中的荷電狀態(tài)而不需要對(duì)輔助電池進(jìn)行直接測(cè)量。相反，可以僅使用附接至主電池的設(shè)備如電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(BMS)來(lái)得到上述估計(jì)。不需要將專用監(jiān)測(cè)設(shè)備附接至輔助電池，因此避免了第二 BMS或?qū)Ｓ秒娏鱾鞲衅鞯馁M(fèi)用。另外，電氣負(fù)載始終被提供有電力，這表示采用這樣的方法的車輛內(nèi)的電氣系統(tǒng)一一包括安全關(guān)鍵系統(tǒng)如制動(dòng)系統(tǒng)——會(huì)持續(xù)操作。上述方法可以用在車輛中，其中車輛包括主電池、輔助電池和電氣負(fù)載。
[0014]這一方法的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是在負(fù)載狀態(tài)下檢查電池的性能。這表示測(cè)試可以在包括上述系統(tǒng)的汽車的正常操作期間執(zhí)行。由于上述方法的結(jié)果不是安全關(guān)鍵的，并且故障通常僅會(huì)引起電池的充電周期，所以測(cè)試的成功通過(guò)穩(wěn)健地表示電池能夠在需要時(shí)提供電源。
[0015]估計(jì)電池的荷電狀態(tài)可以包括獲得與電池的荷電狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的值。替選地，估計(jì)電池的荷電量可以包括確定電池的荷電狀態(tài)相對(duì)于一個(gè)或更多個(gè)門限電平而言處于什么位置。
[0016]上述方法可以包括:得到IjP I 2的多個(gè)測(cè)量值；以及使用I郴I 2的多個(gè)測(cè)量值來(lái)得出對(duì)輔助電池中的荷電狀態(tài)的多個(gè)估計(jì)。
[0017]由于電氣負(fù)載的大小隨時(shí)間變化，其可以在I1的測(cè)量值與I 2的測(cè)量值之間變化。執(zhí)行多次檢測(cè)能夠幫助補(bǔ)償該誤差來(lái)源。上述方法可以包括取多個(gè)荷電狀態(tài)的估計(jì)的平均值，并且使用平均荷電狀態(tài)來(lái)確定輔助電池是否需要經(jīng)歷充電周期。
[0018]上述方法可以包括:將每個(gè)荷電狀態(tài)的估計(jì)分類為指示電池高于門限荷電量或電池低于該門限荷電量。上述方法然后可以包括:一旦預(yù)定數(shù)目的估計(jì)指示電池低于門限荷電量，則對(duì)電池充電。上述方法還可以或可以替選地包括:一旦預(yù)定數(shù)目的估計(jì)指示電池高于門限荷電量，則結(jié)束上述方法。
[0019]上述方法可以包括:確定主電池的溫度；以及基于至少^與I2之間的差異和主電池的溫度來(lái)估計(jì)輔助電池中的荷電狀態(tài)。
[0020]類似地，上述方法可以包括:確定輔助電池的溫度；以及基于至少1占I 2之間的差異和輔助電池的溫度來(lái)估計(jì)輔助電池中的荷電狀態(tài)。
[0021 ] 以這一方式，上述方法根據(jù)已知條件如溫度下來(lái)自輔助電池的放電電流的大小來(lái)估計(jì)輔助電池的荷電狀態(tài)。確定任一電池的溫度可以包括使用傳感器如熱敏電阻器來(lái)直接測(cè)量溫度。替選地，確定任一電池的溫度可以包括使用熱模型來(lái)計(jì)算估計(jì)溫度。估計(jì)溫度可以基于變量如車輛中其他位置的溫度(當(dāng)系統(tǒng)在車輛中時(shí))、環(huán)境溫度以及汽車已經(jīng)操作了多長(zhǎng)時(shí)間。在具體的實(shí)施方式中，可以通過(guò)BMS來(lái)測(cè)量主電池的溫度，可以使用熱模型來(lái)估計(jì)輔助電池的溫度。
[0022]上述方法可以包括:如果所估計(jì)的輔助電池中的荷電狀態(tài)在預(yù)定電平以下，則開(kāi)始輔助電池的充電周期。
[0023]上述方法可以包括:首先確定電氣負(fù)載的大?。灰约霸陔姎庳?fù)載在預(yù)定門限負(fù)載以下的情況下中斷上述方法