CN102077408B - 利用车辆起动期间的电池电压监测电池健康状态的方法 - Google Patents

利用车辆起动期间的电池电压监测电池健康状态的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种确定电池健康状态的方法。在发动机起动阶段开始期间在第一次电压降发生之后对初始电池电压进行测量。在发动机起动阶段的剩余时间内，对电池电压进行监测。在发动机起动阶段的剩余时间内，确定最低电池电压。确定最低电池电压和在发动机起动阶段开始时的初始电池电压之间的电压差是否小于电压阈值。作为对所述电压差小于所述电压阈值的响应，确定为低的电池健康状态。

Description

利用车辆起动期间的电池电压监测电池健康状态的方法
技术领域
本发明总体上涉及对电池健康状态的监测。
背景技术
车辆的电力供应系统必须支持依靠电能运行的多种车辆功能。这些功能包括正常的车辆操纵装置和安全相关装置，例如后窗除雾器、防抱死制动/稳定系统、照明系统等。除这些装置以外，车辆的电力供应系统还支持舒适性、便利性和娱乐装置。一些实例包括：空气调节、加热的座椅、视频/音频系统、和附件出口便利装置(accessory outlet convenience device)。此外，随着新的线控技术(例如，线控转向、线控制动等)的出现，必定需要更多的来自车辆电力系统的电力。结果，各种车辆电气装置的不断增加的电力需求会缩短车辆电池的使用寿命。
电池中的电力消耗（drain）不仅与所使用电气装置的数量有关，而且与这些电气装置的电汲取(electrical draw)和用途有关。因此，车载电池状态监测系统试图确定电池会在什么时候失效。车载车辆健康状态(SOH)信息通常是由等效电路电池模型的模型参数导出的，该等效电路电池模型在起动（cranking）期间需要使用昂贵的电流传感器来测量大电流。这些方法在所选电池模型参数上使用恒定阈值来确定电池的寿命末期，但是由于电池类型、车辆起动系统和运行环境的变化，因此对该恒定阈值的校准是复杂的。
发明内容
实施例的优点是提供一种简单且具有成本效益的、基于车辆起动期间的电池电压信号的相应特征来监测电池健康状态以及确定电池寿命末期的方法和装置。
实施例构思了一种确定电池健康状态的方法。在发动机起动阶段开始时在与起动器接合相对应的第一次电压降发生时测量初始电池电压V1。在发动机起动阶段的剩余时间内，对电池电压进行监测。在发动机起动阶段的剩余时间内，确定最低电池电压V2。确定最低电池电压V2和在发动机起动阶段开始时的初始电池电压V1之间的电压差是否小于电压阈值。作为对电压差小于电压阈值的响应，确认为低的电池健康状态。
实施例构思了一种确定电池健康状态的方法。在发动机起动阶段开始时在起动器接合的瞬间测量初始电池电压V1。在发动机起动阶段期间确定第一电压峰值。在检测出第一电压峰值之时和发动机起动阶段结束之时之间的时间间隔内，确定最低电压V2。确定最低电压和初始电池电压之间的电压差。将该电压差与电压阈值进行比较。如果该电压差小于电压阈值，则确定该电池具有低的电池健康状态。作为对电压差小于电压阈值的响应，执行控制动作来确认低的电池健康状态。
附图说明
图1是根据实施例的确定电池健康状态的方法的流程图。
图2是在发动机起动阶段期间测量出的电池电压波形的实例。
图3是在发动机起动阶段期间测量出的电池电压波形的实例。
具体实施方式
电力供应系统包括电源(例如车辆电池)，用于保持储存能量，以便给各种车辆电气系统和部件提供能量。虽然该电力供应系统可以包括额外的用于在发动机运行时增加提供给车辆系统和部件的电力的发电部件(例如，交流发电机)，但主要是车辆电池负责在发动机起动阶段期间给起动车辆提供电力。
车辆起动系统通常包括但不限于：车辆电池、起动电动机、和点火开关。当把点火钥匙插入点火开关并将其转向起动位置时，电能给起动器内的电磁线圈提供能量，从而导致起动器小齿轮与发动机的飞轮啮合。起动电动机的小齿轮驱动飞轮以使车辆发动机起动。当发动机已起动时，放开点火钥匙，起动电动机的小齿轮从飞轮收回，由此终止发动机起动阶段。这被称为发动机起动阶段。
图1示出了确定车辆中电池的健康状态的实施例的方法的流程图。该方法通过监测发动机起动阶段期间的电池电压特性来确定电池健康状态。将起动器接合时的初始电池电压与在发动机起动阶段期间从电池获得的最低电压进行比较，提供了用于确定电池的功率容量(power capability)的数据。
在步骤10，确定是否存在发动机起动请求。可以通过监测起动器继电器或者提供识别发动机起动请求的信号的其他电气装置，来检测发动机起动请求。在步骤11，作为对检测到存在发动机起动请求的响应，在整个发动机起动阶段期间，对电池电压进行监测。在步骤12，在发动机起动过程期间在起动器接合时，在第一次电压降发生之后记录电池电压。第一次电压降通常是在给起动器线圈提供电力从而给起动器线圈提供能量之后发生。这可以被定义为在时刻T1的初始电池电压V1。
在步骤13，确定何时被监测的电池达到第一峰值。此时间值可以表示为T2。可以用各种方法来确定所述第一峰值。必须克服的问题是避免在电池电压监测中的任何波纹效应(ripple effect)，因为电压的小的减量可能未必形成所述第一峰值。例如，当电池电压至少减小了预定值或者减小了初始电压增量(即，从起动器接合的开始到潜在峰值的电压增量)的某一百分率时，确定用于确定第一峰值的第一方法。用于确定峰值的另一个实例是在窗口中提供被监测的波形，并且使窗口缩小并因此使波形收缩，从而使信号变得平滑。这将会消除波纹效应，以便可以确定第一峰值。应注意，上述用于确定第一峰值的方法是例子，并不排除其他的可以用于确定第一峰值的方法。
在步骤14，确定何时发动机起动阶段成功完成。此时间值被表示为T3。在步骤15，在确定第一峰值时的时间T1和发动机起动阶段成功完成时的时间T2之间，确定最低电池电压值V2。即，在T2到T3之间的时间间隔内，确定最低电池电压值V2。
在步骤16，通过使最低电池电压V2减去初始电压V1来确定电压差ΔV。在步骤17，获得电压阈值。该电压阈值可以是固定的电压值、或者可以是从查找表中获得的电压值。该查找表可以包括具有用于选择各个阀值的额外标准的多个电池电压值。额外标准的例子可以包括但不限于：电池的温度、电池的荷电状态、或者一个或多个标准的组合。例如，可以对当前的车辆电池温度进行监测，并且基于当前温度，使用包含于查找表中的与在车辆起动期间所记录的当前温度相关联的阀值。
在步骤18，确定所述电压差ΔV是否大于电压阈值。如果确定所述电压差ΔV大于电压阈值，那么在步骤19中认为车辆电池的SOH具有足够的用于起动的功率容量。如果所述电压差ΔV小于电压阈值，那么在步骤20中认为电池具有低的SOH。可以向驾驶员提供报警指示(包括但不限于视觉、听觉、或触觉的警示)，以指示车辆电池的当前状况。
图2中示出了在发动机起动阶段期间所测量的电池电压波形30的第一实例。图2中所示电池电压波形示出了具有足够的用以起动车辆的功率容量的车辆电池。时间值T1示出了起动器接合的时间。在时间T 1测量初始电压V1。V1是和响应于给起动器线圈提供能量而发生的第一次电压降相对应的电压。在时间T2，在发动机起动阶段期间的电池电压达到第一峰值。
时刻T3表示发动机起动阶段完成时的时间。在时刻T3，起动电动机与飞轮分离，并且不再给起动电动机提供电力。然后，在时刻T2和时刻T3之间的时间间隔内，由电池电压波形获得最低电压V2。通过使最低电压V2减去初始电压V1而确定电压差ΔV，并且将该电压差ΔV与电压阈值进行比较。例如，基于固定的数字将该电压阈值设定为0，或者根据一个或多个电池特性(例如，温度、荷电状态)将该电压阈值设定为从查找表中获得的值。应当理解的是，阀值0仅仅是用于示例的目的，阈值还可以是除0以外的数值。基于图2中所示的电池电压波形，电压差ΔV将会是正数，因为最低电压V2大于初始电压V1。由于为正值的电压差ΔV将会大于为0的电压阈值，所以确定该电池具有足够的使车辆起动和运行的功率容量。
图3中示出了在发动机起动阶段期间所测量的电池电压波形40的第二实例。图3中所示电池电压波形示出了具有低的(不能接受的)功率容量的车辆电池。利用与上述图1～图2中的过程相同的过程来确定时间值T1、T2、T3。类似地，利用与上述过程相同的过程来确定电压值V1、V2。对于图3，通过使最低电压V2减去初始电压V1来确定电压差ΔV,该电压差ΔV为负值。如果将阀值设定为0(即，仅仅是为了示例的目的)，那么电压差ΔV将会小于该阀值。结果，确定该电池具有低的SOH。然后，可以致动指示该电池的SOH状况的报警指示器。
本文所描述的实施例利用车辆起动期间的电池电压信号的特性来确定电池SOH。结果，使成本最小化，因为不需要大电流传感器。此外，因为电池寿命末期是基于车辆起动期间的电池电压信号的相应特征来确定的，所以减小了用于校准健康状态算法的时间和成本。
虽然已详细描述了本发明的某些实施例，但本发明相关领域的技术人员将会认识到用于实践如所附权利要求所限定的本发明的各种替代的设计和实施例。

Claims (10)

1.一种确定电池健康状态的方法，该方法包括以下步骤：
在发动机起动阶段开始期间，在第一次电压降发生之后测量初始电池电压；
在所述发动机起动阶段的剩余时间内，监测电池电压；
确定所述第一次电压降之后的第一峰值电压；
在所述第一峰值电压和所述发动机起动阶段的完成之间的时间间隔内，确定最低电池电压；
确定所述最低电池电压和所述初始电池电压之间的电压差是否小于电压阈值；以及
作为对所述电压差小于所述电压阈值的响应，确定为低的电池健康状态。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述最低电池电压是在所述电池的电压达到第一峰值电压之后和在所述发动机起动阶段完成之前测量出的最低电压值。
3.如权利要求1所述的方法，其中在发动机起动阶段开始时对电池电压的测量与起动器接合大致同时发生。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述电压阈值包括固定的电压值。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述电压阈值是基于所述电池的温度而从查找表中获得的。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述电压阈值是基于所述电池的荷电状态而从查找表中获得的。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述电压阈值是基于所述电池的温度和所述电池的荷电状态而从查找表中获得的。
8.一种确定电池健康状态的方法，该方法包括以下步骤：
在发动机起动阶段开始期间，测量初始电池电压；
在所述发动机起动阶段期间，测量第一电压峰值；
在检测出所述第一电压峰值时的时刻和所述发动机起动阶段的完成之间，确定最低电压；
确定所述最低电压和所述初始电池电压之间的电压差；
将所述电压差与电压阈值进行比较；
如果所述电压差小于所述电压阈值，则确定为低的电池健康状态；以及
作为对所述电压差小于所述电压阈值的响应，产生对所述低的电池健康状态的指示。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述电压阈值是基于所述电池的温度和所述电池的荷电状态而从查找表中检索出的。
10.如权利要求8所述的方法，其中在发动机起动阶段开始时对电池电压的测量与起动器接合大致同时发生。
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