CN104044478B

CN104044478B - 电池参数估算的选择性更新

Info

Publication number: CN104044478B
Application number: CN201410088405.5A
Authority: CN
Inventors: 李勇华; 王旭
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2018-12-14
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: US20140266059A1; DE102014204208A1; CN104044478A

Abstract

本发明涉及电池参数估算的选择性更新，公开了一种车辆，所述车辆设置有：电机，所述电机被构造为提供驱动扭矩；电池，用于向所述电机供应电力。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置为基于指示由电池供应的电力的输入估算当前的电池参数。所述控制器还被配置为响应于电力的特征参数的变化率小于下边界，基于所述输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

Description

电池参数估算的选择性更新

技术领域

一个或更多个实施例涉及选择性地更新电池参数估算的车辆系统。

背景技术

在具有牵引电池系统的车辆(例如，混合动力电动车辆(HEV)、插电式HEV(PHEV)或电池电动车辆(BEV))中，车辆控制来估算电池中的荷电水平(荷电状态(SOC))以及电池能够提供(放电)或接收(充电)多少电力以满足驾驶员需求并优化能量使用(电力极限)。可以通过具有代表电池特征的电池ECM参数(电路元素)的等效电路模型(ECM)表示电池。可基于电池ECM参数计算SOC和电力容量。

电池管理系统也可以将SOC计算为相较于最大荷电容量的可用荷电的百分比。这样的一种用于计算SOC的方法是安培-小时积分法。例如，电池管理系统可以基于电池寿命、温度和SOC计算电池电力极限。然后可(例如)通过车辆系统控制器(VSC)将SOC和电池电力极限提供给多个其它车辆控制，使得可向牵引电池提供电力或从牵引电池汲取电力的系统可以使用该信息。

发明内容

在一个实施例中，提供一种车辆，所述车辆设置有：电机，所述电机被构造为提供驱动扭矩；电池，用于向所述电机供应电力。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置为基于指示由电池供应的电力的输入来估算当前的电池参数。所述控制器还被配置为响应于电力的特征参数的变化率小于下边界，基于所述输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

在另一实施例中，提供一种车辆系统，所述车辆系统设置有用于供应电力的电池和控制器。所述控制器被配置为接收指示第一电池电力的第一输入，以及接收指示第二电池电力的第二输入。所述控制器还被配置为响应于部件的第二输入的变化率小于下边界，基于所述第二输入和先前的基于所述第一输入的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

所述控制器还可被配置为：响应于第二电流的绝对值大于电流的上边界，基于所述第二输入和当前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出；响应于第二电流的绝对值小于电流的下边界，基于所述第二输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出，其中，所述电流的上边界大于所述电流的下边界。

所述控制器还可被配置为：响应于第二电压和第二电流的乘积小于电力的下边界，基于所述第二输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

所述控制器还可被配置为：响应于第二电压的变化率的绝对值小于电压导数的下边界，基于所述第二输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

所述控制器还可被配置为：响应于第二电流的变化率的绝对值小于电流导数的下边界，基于所述第二输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

在又一实施例中，提供一种用于控制混合动力车辆的方法。接收指示第一电池电力的第一输入。接收指示第二电池电力的第二输入。响应于部件的第二输入的变化率小于下边界，基于所述第二输入和对基于所述第一输入的第一电池ECM参数的估算，计算电池电力容量。

一种用于控制混合动力车辆的方法，所述方法包括：接收指示第一电池电力的第一输入；接收指示第二电池电力的第二输入；响应于部件的第二输入的变化率小于下边界，基于所述第二输入和对基于所述第一输入的第一电池ECM参数的估算，计算电池电力容量。

所述第二输入可包括第二电压和第二电流，所述方法还可包括：响应于第二电压和第二电流的乘积大于电力的上边界，基于所述第二输入和基于所述第二输入的第二电池ECM参数，计算电池电力容量。

所述方法还可包括：响应于第二电压和第二电流的乘积小于电力的下边界，基于所述第二输入和第一电池ECM参数，计算电池电力容量。

所述第二输入可包括第二电压和第二电流，所述方法还可包括：响应于第二电压的变化率的绝对值小于电池电压导数的下边界，基于所述第二输入和第一电池ECM参数，计算电池电力容量。

所述第二输入可包括第二电压和第二电流，所述方法还可包括：响应于第二电流的变化率的绝对值小于电池电流导数的下边界，基于所述第二输入和第一电池ECM参数，计算电池电力容量。

所述第二输入可包括第二电压和第二电流，所述方法还可包括：响应于第二电流的绝对值小于电流的下边界，基于所述第二输入和所述第一电池ECM参数，计算电池电力容量。

这样，相对于现有方法，当输入的信号特征(例如)低或稳定并因此不足以用于EKF估算时，所述车辆、车辆系统和所述方法通过绕过当前估算的EKF估算并引用先前的ECM参数而提供优点。这样选择性地更新电池ECM参数使得在电池运转范围内和在不同车辆状态下更精确地估算电池特征(例如，电力容量和SOC)。

附图说明

本公开的实施例在权利要求中特别指明。然而，通过结合附图参照接下来详细的描述，不同实施例的其他特征将变得更明显并且将更好地理解，其中：

图1是示出根据一个或更多个实施例的车辆的示意图，该车辆具有用于选择性地更新电池ECM参数的车辆系统；

图2是图1中的车辆系统可以使用以建立电池行为的模型的通用电路模型；

图3是基于图2中的通用电路模型的详细电路模型；

图4是示出根据一个或更多个实施例估算的电池ECM参数的图表；

图4A是图4中一部分的放大图；

图5是示出根据一个或更多个实施例用于选择性地更新电池ECM参数的方法的流程图。

具体实施方式

根据需要，在此公开了本发明具体的实施例；然而，应该理解的是，公开的实施例仅为可以以多种和替代形式实施的本发明的示例。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。

参照图1，示出了根据一个或更多个实施例的用于选择性地更新电池ECM参数的车辆系统并且总体上通过标号10表示。车辆系统10描述为在车辆12内。车辆系统10包括控制器，例如，彼此相互通信的电池控制模块(BECM)14和电池16。BECM 14接收包括电池温度、电压和电流的输入；并基于所述输入估算电池ECM参数。BECM 14还基于所述输入和电池ECM参数计算电池电力容量(power capability，P_cap)和电池SOC(BSOC)。车辆系统10被配置为基于所述输入的信号特征选择性地更新电池ECM参数。

示出的实施例描述作为HEV的车辆12，该HEV是通过电机18推进并通过内燃发动机20辅助的电动车辆。根据一个或更多个实施例，电机18是交流(AC)电动机，并且在图1中被描述为“电动机”18。电机18接收电力并提供驱动扭矩用于车辆推进。电机18还作为通过再生制动将机械能转换为电能的发电机而运转。

根据一个或更多个实施例，车辆12包括具有动力分配配置的变速器22。变速器22包括第一电机18和第二电机24。根据一个或更多个实施例，第二电机24是AC电动机，并且在图1中被描述为“发电机”24。类似于第一电机18，第二电机24接收电能并提供输出扭矩。第二电机24还作为用于将机械能转换为电能并通过变速器22优化动力传输的发电机而运转。

变速器22包括行星齿轮单元26，行星齿轮单元26包括中心齿轮28、行星齿轮架30和环形齿轮32。中心齿轮28连接至第二电机24的输出轴，用于接收发电机扭矩。行星齿轮架30连接至发动机20的输出轴，用于接收发动机扭矩。行星齿轮单元26合并发电机扭矩和发动机扭矩并通过环形齿轮32提供合并的输出扭矩。行星齿轮单元26作为无级变速器运转，没有任何固定的或“阶梯式”传动比。

根据一个或更多个实施例，变速器22还包括单向离合器(O.W.C)和发电机制动器33。O.W.C结合到发动机20的输出轴，以仅允许发动机的输出轴沿着一个方向旋转。O.W.C防止变速器22反向驱动(back-driving)发动机20。发电机制动器33结合到第二电机24的输出轴。可启用发电机制动器33以“制动”或阻止第二电机24和中心齿轮28的输出轴的旋转。在其它实施例中，没有O.W.C和发电机制动器33，而通过用于发动机20和第二电机24的控制策略代替。

变速器22包括具有第一齿轮34、第二齿轮36和第三齿轮38的中间轴。行星输出齿轮40结合到环形齿轮32。行星输出齿轮40与第一齿轮34啮合，用于在行星齿轮单元26和中间轴之间传输扭矩。输出齿轮42连接到第一电机18的输出轴。输出齿轮42与第二齿轮36啮合，用于在第一电机18和中间轴之间传输扭矩。变速器输出齿轮44连接到变速器输出轴46。变速器输出轴46通过差速器50连接至一对驱动轮48。变速器输出齿轮44与第三齿轮38啮合，用于在变速器22和驱动轮48之间传输扭矩。

尽管在HEV12的背景中示出和描述，但是应理解的是，可在其它类型的电动车辆(例如，通过电动机驱动而没有内燃发动机辅助的BEV)上实施本申请的实施例。

车辆12包括用于储存电能的电池16。电池16是能够输出电力以使第一电机18和第二电机24运转的高压电池。当第一电机18和第二电机24作为发电机运转时电池16还接收来自它们的电力。电池16是由多个电池模块(未示出)组成的电池组，其中每个电池模块包含多个电池单元(未示出)。车辆12的其它实施例预想不同类型的能量存储系统(例如，补充或代替电池16的电容器和燃料电池(未示出))。高压总线将电池16电连接到第一电机18和第二电机24。

BECM 14控制电池16。BECM 14接收指示车辆状况和电池状况(例如，电池温度、电压和电流)的输入。BECM 14基于所述输入估算对应于电池特征的电池ECM参数。BECM 14还基于所述输入和电池ECM参数计算电池SOC和电池电力容量(P_cap)。BECM 14将指示SOC和电池电力容量的输出(SOC、P_cap)提供至其它车辆系统和控制器。在另一个实施例中，BECM 14接收电池SOC作为输入。

车辆12包括沿高压总线电连接的可变电压转换器(VVC)52和逆变器(INV)54。VVC52提升或阶梯升高(step up)由电池16提供的电能的电压电势。根据一个或更多个实施例，VVC 52还可以“降低(buck)”或阶梯减小提供至电池16的电能的电压电势。逆变器54将电池16(通过VVC 52)提供的直流(DC)能量转换为用于使电机18、24运转的交流(AC)能量。逆变器54还将电机18、24提供的AC电力整流为用于向主电池16充电的DC电力。

变速器22包括用于控制电机18和24、VVC 52和逆变器54的变速器控制模块(TCM)58。TCM 58配置用于监视电机18、24的位置、转速和电力消耗等。根据一个或更多个实施例，TCM 58还监视VVC 52和逆变器54内多个位置处的电力参数(例如，电压和电流)。TCM 58将与这些信息对应的输出信号提供至其它车辆系统。

车辆12包括车辆系统控制器(VSC)60，VSC 60与其它车辆系统和用于协调它们的功能的控制器进行通信。尽管VSC 60示出为单个控制器，但是VSC60也可以包括可用于根据整体的车辆控制逻辑或软件控制多个车辆系统的多个控制器。

包括VSC 60和BECM 14的车辆控制器通常包括任何数量的微处理器、专用集成电路(ASIC)、集成电路(IC)、存储器(例如，闪存(FLASH)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)和/或电可擦除只读存储器(EEPROM))以及软件代码，以彼此协作执行一系列操作。控制器还包括基于计算和测试数据并存储在存储器中的“查值表”或预定的数据。VSC 60使用共用总线协议(例如，控制器局域网(CAN)或局域互联网(LIN))通过一个或更多个硬线或无线车辆连接与其它车辆系统和控制器(例如BECM 14和TCM 58)通信。VSC 60接收代表变速器22的当前位置(例如泊车挡、倒挡、空挡或行驶挡)的输入(PRND)。VSC 60还接收代表加速器踏板位置的输入(APP)。VSC 60向TCM 58提供代表期望的车轮扭矩、期望的发动机转速和发电机制动指令的输出；并向BECM 14提供接触器控制。

车辆12包括制动系统(未示出)，制动系统包括用于产生摩擦制动的制动踏板、增压器、主缸并且至驱动轮48的机械连接。制动系统还包括用于提供信息(例如，对应于驾驶员请求制动扭矩的制动踏板位置(BPP))的位置传感器、压力传感器或一些它们的组合。制动系统还包括与VSC 60通信以协调再生制动和摩擦制动的制动系统控制模块(BSCM)62。根据一个实施例，BSCM 62向VSC60提供再生制动指令。

车辆12包括用于控制发动机20的发动机控制模块64。VSC 60将基于多个输入信号(包括APP)以及对应于驾驶员请求车辆推进的输出(期望的发动机扭矩)提供至发动机控制模块64。

根据一个或更多个实施例，车辆12被配置为从外部源接收电力。电池16经由充电端口66从外部电力供应源或电力网定期接收AC能量。充电端口66可被配置为容纳外部电力插头或连接器(“插电”)，或者可被配置用于感应充电。车辆12还包括车载充电器68，车载充电器68从充电端口66接收AC能量。充电器68是将接收的AC能量转换为适合向电池16充电的DC能量的AC/DC转换器。从而，在再充电期间充电器68向电池16提供DC能量。

参照图1和图2，BECM 14被配置为接收指示车辆状况和电池状况(例如，电池温度、电压和电流)的输入。BECM 14基于所述输入估算电池ECM参数。BECM 14还基于电池ECM参数和所述输入计算电池SOC和电池电力容量(P_cap)。BECM 14将P_cap和SOC提供至向电池16提供电力或从电池16接收电力的其它车辆系统和控制器。例如，当SOC低于较低SOC阈值时，TCM58可以限制向电机18、24供应的电力量。当SOC高于较高SOC阈值时，TCM 58还可以减少从电机18、24向电池16供应的电力量。在一个或更多个实施例中，BECM 14接收SOC作为输入，并且部分基于SOC计算P_cap。

图2描述代表电池16和它的内阻抗(Z)的通用等效电路模型210。电池负载可以是从电池16汲取电流的电子部件(例如电机18、24)。电路模型210中具体有开环电路电压(V_oc)、电池电流(I)、路端电压(V_t)以及通用阻抗子电路(Z)。应理解的是，子电路(Z)可以包含多个不同的电子元件(例如，电阻器、电容器、电感器等)。如下文详细讨论地，电路210的目的是提供关于电池的可用于确定SOC和P_cap的信息。因此，如果子电路(Z)包含相对较大数量的电子部件，那么电路模型210可以更加精确地代表电池的行为。然而，随着子电路(Z)中部件数量的增加，控制电路模型的方程式的复杂度也相应增加。如上文关于图1描述的，电池16是由多个电池模块(未示出)组成的电池组，其中每个电池模块包含多个电池单元(未示出)。ECM210代表电池组，并且车辆系统10估算与整体电池组对应的电池参数。然而，车辆系统10的其它实施例期望用于估算电池单元参数的电池单元等效电路模型。

图3示出了基于图2的通用电路模型210简化的兰德尔(Randle)等效电路模型310。子电路(Z)由三个分立的电子元件组成，具体地讲，子电路(Z)由两个电阻器(r1、r2)和一个电容器(c)组成。用于电路模型310的一对控制方程式可以写成如下：

V_oc-V_t＝V₂+Ir₁ 方程式2

其中：v₂是电路模型中c或r₂两端的电压；是v₂基于时间的导数；r₂是电池的电荷转移阻抗；c是电池的双电层电容(double layer capacitance)；I是测量的电池电流；V_oc是电池的开环电压；V_t是测量的电池电极两端的电池电压(路端电压)；并且r₁是电池的内阻抗。

可以以某种预定频率定期测量电池电流(I)和电压(V_t)，使得其它车辆控制系统能够使用这些值。在电池的开环电压(V_oc)的情况下，如果认为电池内扩散程序已经停止，那么当在闭合电接触器(未示出)之前启动车辆时，能够直接测量该值。然而，当车辆行驶并且接触器闭合时，估算开环电压(V_oc)。另外，电池ECM参数(r1、r2和c)是估算的值。

可存在多种方式根据SOC确定V_oc；使用的方法可以取决于(例如)SOC对于作为整体的电池组是否是已知的、或者SOC对于单独的电池单元中的每个是否是已知的。在SOC对于每个电池单元是已知的情况中，如下所示的方程式3可用于确定电池组V_oc。

其中：N是电池组中电池单元的数量，并且在单元V_oc和单元SOC之间存在一一对应关系。

使用每个电池单元的已知SOC值，可以从预定数据(例如，查值表)或者从V_oc和SOC之间的一些其它已知关系确定对应的V_oc值。然后，可以将针对单个电池单元计算的V_{oc_cell}中的每个求和，以提供用于电池组的总的V_oc。在该模型中，假设电池单元是串联连接，从而使得它们的电压相加。在该实施例中计算V_oc提供非常精确的电池V_oc的估算，在闭合接触器之后不能直接测量所述V_oc。通过将所有V_{oc_cell}值相加在一起，电压最低的电池单元将降低用于电池组的总的V_oc，确保它的值不是不切实际的高。

下面的方程式4和方程式5示出了确定用于电池组的V_oc的另一种方式。

V_oc＝N×V_{oc_min}＝N×f(SOC_min) 方程式4(放电期间适用)

V_oc＝N×V_{oc_max}＝N×f(SOC_max) 方程式5(充电期间适用)

其中：SOC_min指的是串联连接的所有单元之间最小的SOC，而SOC_max指的是串联连接的所有单元之间最大的SOC。V_{oc_min}是最小开环电压，V_{oc_max}是最大开环电压。

如方程式4和方程式5所示，取决于电池当前在放电(方程式4)还是在充电(方程式5)，使用不同的方程式计算开环电压(V_oc)。对此其原因是存在两个不同的电池电力容量，一个与电池放电相关而另一个与电池充电相关。通过不同的V_oc值限制这些电池电力容量中的每个。例如，通过用于电池组的最小V_oc限制放电电池的电力容量；相反，通过用于电池组的最大的V_oc限制充电电池的电力容量。即使每个电池单元的SOC是已知的，还是可以使用方程式4和方程式5代替方程式3。在这种情况中，最小的电池单元SOC将会在方程式4中使用，而最大的电池单元SOC将在方程式5中使用。

尽管方程式1和方程式2中出现的一些变量(例如，(I)和(Vt))是可以直接测量的，但是其它变量的确定可能需要不同的方法。例如，确定用于方程式1和方程式2中的至少一些变量的值的一种方法是应用递归参数估算方法(例如，用于方程式的卡尔曼滤波器或扩展卡尔曼滤波器(EKF，Extended Kalman Filter))。卡尔曼滤波器用于估算用于线性系统的状态。EKF可通过利用每个时间步骤处的线性化程序而用于非线性系统，以通过线性时变系统估算非线性系统。根据一个或更多个实施例，由于电池参数估算基本上是非线性的，所以车辆系统使用EKF估算电池ECM参数。可应用EKF的一种方式是考虑电流(I)作为输入、电压(V₂)作为状态，而项(V_oc–V_t)作为输出。电池ECM参数(r₁、r₂和c)或它们的各种组合也作为将被识别的状态处理。一旦电池ECM参数和其它未知量被识别，那么可以基于电池电压和电流的运转极限以及当前的电池状态计算SOC和电力容量。

EKF是动态系统，通过下面的方程式控制它：

X_k＝f(X_k-1，u_k-1，w_k-1)

Y_k＝h(X_k，V_k-1) 方程式6

其中：X_k包括状态V₂和其它三个电池ECM参数；u_k是输入(例如，电池电流)；w_k是过程噪声(process noise)；Y_k是输出(V_oc–V_t)；并且v_k是测量噪声。

考虑的用于电池模型的方程式的这样一种系统可以如下所示：

可以以方程式6的形式获取离散或连续时间中对应的状态空间(state space)方程式。

基于系统方程式6示出的系统模型，探测器(observer)设计用于估算扩展的状态(x₁、x₂、x₃和x₄)，并且根据如下所示的方程式7至方程式10对应地估算(V₂、r₁、r和c)：

整组EKF方程式由时间更新方程式和测量更新方程式组成。EKF时间更新方程式推断(project)从上个时间步骤到当前步骤的状态和协方差估算：

其中：代表x_k的先验估算(priori estimate)；代表先验估算误差协方差矩阵；A_k代表f相对于X的偏导数的雅可比(Jacobian)矩阵；P_k-1代表上个步骤的后验估算误差矩阵；代表矩阵A_k的转置；W_k代表f相对于过程噪声变量w的偏导数的Jacobian矩阵；Q_k-1代表过程噪声协方差矩阵，而代表矩阵W_k的转置。

测量更新方程式通过所述测量来校正状态和协方差估算：

其中：K_k代表EKF增益；H_k代表h相对于X的偏导数的Jacobian矩阵；是H_k的转置；R_k代表测量噪声协方差矩阵；V_k代表h相对于测量噪声变量v的偏导数的Jacobian矩阵；而是V_k的转置。

使用方程式7至方程式10估算的电池ECM参数可解答方程式1和方程式2中的一阶微分方程，以产生下面的用于电池电流(I)的表达式。

其中：t_d是预定时间值；是V₂的当前值，并且e是自然对数的底数。

通常，一旦通过方程式15确定(I)的值，那么可得出电池电力容量。当期望确定电池的充电电力容量时，可以解答方程式15得到(I)的最小值(I_min，例如，方程式16所示)。习惯上，当从电池流出(放电)时电流定义为正数(+)，并且当流进电池(充电)时电流定义为负数(-)。

其中：(t_d)的值是预定的，并且(例如)可以在1秒和10秒之间；并且V_max是用于电池的最大工作电压，并且可以认为是极限电池电压。

然后将该电流与系统充电电流极限(I_{lim_ch})比较。如果I_min(t_d，V_max)<I_{lim_ch}，那么根据如下所示的方程式17计算第二电压值：

时间值(t_d)可以基于车辆系统控制器怎样使用电池电力容量。例如，可通过车辆制造商或电池制造商确定作为允许电池达到的最大电压的电压(V_max)。

可以根据方程式18写出作为时间(t_d)的函数的用于电池的充电电力容量(P_{cap_ch}(t_d))。

除了确定用于电池的充电电力容量之外，本发明的实施例还提供确定用于电池的放电电力容量的方法。对于确定放电电力容量，电池电流(I)的最大值和电池电压的最小值一起使用。如方程式19所示，方程式15可用于以解答(I_max)。

其中：V_min是电池组的最小工作电压。

然后将该电流与系统放电电流极限(I_{lim_dch})进行比较。如果I_max(t_d，V_min)>I_{lim_dch}，那么根据如下所示的方程式20计算第二电压值：

可按照如下所示的方程式21确定作为时间(t_d)的函数的用于电池的放电电力容量(P_{cap_dch}(t_d))。

方程式15-21使用通过EKF(方程式7至方程式10)估算的电池ECM参数(例如r₁、r₂和c)计算电力容量。

测量的电池电力信号(例如，电池电流I和路端电压V_t)的信号特征影响EKF估算。EKF估算在特定情况下可从实际值“偏移”或偏离实际值。例如，当电池电力水平低(通常指的是，电流小且与高电流状况相比，电流传感器测量误差会变得更明显的状况)时，EKF可使用与实际值相比明显偏离的传感器读取值，这将会导致EKF估算偏离实际值。另一示例是当测量信号稳定时。在这种情况下，当计算测量信号的导数时，信号噪声变得明显。又一示例基本上涉及模块本身。有时候，ECM模块不能精确地与实际电池行为相关。如果EKF仍试图使用实际电池测量数据估算模块参数，那么一些EKF估算会超出范围。

图4示出了随时间变化的测量的电池电流(I)和估算的电池内阻抗的曲线图410。通过EKF估算的电池的内阻抗由曲线(r_{1_EKF})表示。图4描述了在时间T₀和T₁之间的驱动循环，在驱动循环过程中，车辆至少部分地通过电机18、24(如图1所示)被推进或被驱动。通常，当车辆在行进中时，由于不同的车辆运转模式使得向电机18、24提供的电流发生波动。在时间T ₁处，车辆停止并怠速，直到时间T₂为止。然后，在时间T₂处，车辆开始驱动并且至少部分地通过电机18、24被推进。

当电机18、24运转以推进车辆时，电机18、24可汲取超过一百安培的电流(如总体上由标号412所表示的)。当车辆处于怠速时，电机18、24可从电池16汲取很少电流或者不汲取电流。当车辆处于怠速时，其他车辆系统(例如，音频系统或热力系统)仍可运转，因此，这些系统的电力负载仍可汲取电池电流，但是，汲取的电池电流基本上是稳定的(如通过标号414所表示的)。当电池电流低并且稳定(例如，在点414处)时，输入信号不足以用于EKF估算，并且EKF估算(例如，r₁)开始与标准值偏离(如点416所示)。一旦车辆在时间T₂处开始再次运行，则电池电流(I)将增加，并且EKF估算将返回至标准值(如标号418所示)。图4A是曲线410的一部分的放大图。

参照图5，示出了根据一个或更多个实施例的基于信号特征选择性地更新电池ECM参数的方法并且总体上通过标号510表示。根据一个或更多个实施例，使用包含在BECM 14内的软件代码执行方法510。在其它实施例中，在其它车辆控制器或多个车辆控制器中执行方法510。

在操作512中，BECM 14进行初始化并将LOCK_flag设置为等于TRUE(真)。BECM 14包括持续更新的作为校准值的多个标记。当LOCK_flag等于TRUE时，BECM 14绕过(bypass)当前确定的EKF估算，并参照先前确定的ECM参数用于计算电池特征(例如，P_cap、SOC和电池的健康状态)。

在操作514中，BECM 14接收指示电池路端电压(V_t)、电池电流(I)的输入。根据一个或更多个实施例，所述输入由电池传感器提供。BECM 14还接收通过EKF估算的当前的EKF估算(例如，r₁,r₂和c)。BECM 14将先前的ECM参数存储在其存储器中。

在操作516中，BECM 14确定与不同电池电力信号特征的上边界和下边界对应的电池控制参数。这些边界包括电池电力边界(P_HIGH和P_LOW)，其中，电池电力(P)是电池路端电压(V_t)和电池电流(I)的乘积。所述边界还包括路端电压的导数或变化率的边界((dV_t/dt)_HIGH和(dV_t/dt)_LOW)、电池电流的导数或变化率的边界((dI/dt)_HIGH和(dI/dt)_LOW)和电池电流边界(I_HIGH和I_LOW)。在一个或更多个实施例中，在操作516处BECM 14确定下面的控制参数的值：电力上边界(P_HIGH)在200W和2.0kW之间，电力下边界(P_LOW)在-100kW和0kW之间，电压导数的上边界((dV_t/dt)_HIGH)大约为20V/s，电压导数的下边界((dV_t/dt)_LOW)大约为10V/s，电流导数的上边界((dI/dt)_HIGH)大约为40A/s，电流导数的下边界((dI/dt)_LOW)约为12A/s，电流的上边界(I_HIGH)约为5A，并且电流的下边界(I_LOW)约为1A。使用上边界和下边界而非使用阈值，以提供滞后并避免在状态之间过多的转换。虽然边界被称为“HIGH(高)”或“LOW(低)”，但这些称号与EKF估算相关并且在其他语境中可以不称为“HIGH”或“LOW”。

在操作518中，BECM 14分析LOCK_flag，以确定LOCK_flag是TRUE还是FALSE(假)。如果在操作518处确定为正(例如，LOCK_flag为TRUE)，那么BECM 14进行到操作520、522、524和526，以评估下面四个“UNLOCK(不锁定)”条件，在下面四个“UNLOCK”条件中，电池电力信号特征与上边界控制参数进行比较：

1. V_t*I＞P_HIGH

4. |I|＞I_HIGH

如果满足上面全部“UNLOCK”条件，那么BECM 14将确定当前的电池输入信号足够进行EKF估算。

更具体地讲，第一UNLOCK条件在操作520处进行评估。电池电力(V_t×I)与电池电力上边界(P_HIGH)进行比较，以确定电池电力输入是否足够用于EKF估算。如果在步骤520处确定为正(例如，V_t×I大于P_HIGH)，那么BECM 14进行到操作522。

在操作522处，评估第二UNLOCK条件。电池路端电压的导数的绝对值(|dV_t/dt|)与电池路端电压导数的上边界(dV_t/dt)_HIGH进行比较，以确定电池路端电压的导数是否足够用于EKF估算。如果在操作522处确定为正(例如，|dV_t/dt|大于(dV_t/dt)_HIGH)，那么BECM 14进行到操作524。

在操作524处评估第三UNLOCK条件。电池电流的导数的绝对值(|dI/dt|)与电池电流导数的上边界(dI/dt)_HIGH进行比较，以确定电池电流的导数是否足够用于EKF估算。如果在操作524处确定为正(例如，(|dI/dt|)大于(dI/dt)_HIGH)，那么BECM 14进行到操作526。

在操作526处，评估第四UNLOCK条件。电池电流(I)的绝对值与电池电流的上边界(I_HIGH)进行比较，以确定电池当前提供的电流是否足够用于EKF估算。如果在操作526处确定为正(例如，I大于I_HIGH)，那么BECM 14进行到操作528。

一旦BECM 14确定在操作520、522、524和526中分析的全部电池电力信号特征足够用于EKF估算，那么在操作528处，BECM 14将LOCK_flag设置为等于FALSE(UNLOCK)。

如果在操作518处确定为负(例如，LOCK_flag为FALSE)，那么BECM 14进行到操作530、532、534和536，以评估下面四个“LOCK(锁定)”条件，在下面四个“LOCK”条件中，电池电力信号特征与下边界控制参数进行比较：

1. V_t*I＜P_LOW

4. |I|＜I_Low

如果满足上述条件中的任何一个，那么BECM 14将确定当前的电池输入信号不足够进行EKF估算。

更具体地讲，在操作530处评估第一LOCK条件。电池电力(V_t×I)与电池电力下边界(P_LOW)进行比较，以确定电池当前提供的电力是否不足够用于EKF估算。在一个实施例中，P_LOW等于0W。如果在操作530处确定为负(例如，V_t×I不小于P_LOW)，那么BECM 14进行到操作532。

在操作532处，评估第二LOCK条件。电池路端电压的导数的绝对值(|dV_t/dt|)与电池路端电压导数的下边界(dV_t/dt)_LOW进行比较，以确定电池电压的导数是否不足够用于EKF估算。如果在操作532处确定为负(例如，(|dV_t/dt|)不小于(dV_t/dt)_LOW)，那么BECM 14进行到操作534。

在操作534处，评估第三LOCK条件。电池电流的导数的绝对值(|dI/dt|)与电池电流导数的下边界(dI/dt)_LOW进行比较，以确定电池电流的导数是否不足够用于KEF估算。如果在操作534处确定为负((|dI/dt|)不小于(dI/dt)_LOW)，那么BECM 14进行到操作536。

在操作536处，评估第四LOCK条件。电池电流(I)的绝对值与电池电流的下边界(I_LOW)进行比较，以确定电池当前提供的电流是否不足够用于EKF估算。

如果在操作530、532、534和536中任何一处确定为正，那么BECM 14将确定当前的电池输入信号不足以用于EKF估算并进行到操作538。在操作538处，BECM 14将LOCK_flag设置为等于TRUE。

在完成操作528或538之后，BECM 14进行到操作540。如果在操作520、522、524或526中任何一处确定为负，那么BECM 14保持将LOCK_flag设置为TRUE并进行到操作540。另外，如果在操作530、532、534和536处全部确定为负，那么BECM 14保持将LOCK_flag设置为FALSE并进行到操作540。

在操作540处，BECM 14再次分析LOCK_flag，以确定LOCK_flag为TURE还是FALSE。如果在操作540处确定为正(例如，LOCK_flag为TRUE)，那么BECM 14进行到操作542并绕过在操作514中接收的当前KEF估算，且引用先前的ECM参数。然后在操作544处，BECM 14使用先前的ECM参数计算电池特征(例如，Pcap和SOC)。如果在操作540处确定为负(例如，LOCK_flag为FALSE)，那么BECM 14进行到操作546并更新在操作514中接收的ECM参数和当前的EKF估算。然后在操作544处，BECM 14基于当前的EKF估算计算电池特征(例如，Pcap和SOC)。在操作544完成后，BECM 14返回到操作514用于方法510的另一次循环。

图4和图4A示出了方法510的影响。如上所述，曲线410包括测量的电池电流(I)，和通过EKF(r_{1_EKF})估算的电池内阻抗。曲线410还包括表示通过EKF估算的电池内阻抗的电池ECM参数的曲线(r_{1_ECM})，并通过方法510选择性地更新曲线410。

参照图4A，曲线I上的点550示出了电流未发生明显变化的点。因此，在所述方法的操作534处，BECM 14可确定电池电流的导数的绝对值(|dI/dt|)小于电池电流导数的下边界(dI/dt)_LOW。然后BECM 14进行到操作538并设置LOCK_flag等于TRUE。然后在操作542处，BECM 14绕过当前的EKF估算(例如，r_{1_EKF}上的点552)，并引用先前的ECM参数(如通过曲线r_{1_ECM}上的点554所示)。

另外，曲线I上的点560示出了电流改变的点，然而，电流的绝对值低。因此，在所述方法的操作536处，BECM 14可确定电池电流的绝对值(|I|)小于电池电流的下边界I_LOW。然后BECM 14进行到操作538并将LOCK_flag设置为等于TURE。然后在操作542处，BECM 14绕过当前的EKF估算(曲线r_{1_EKF}上的点562)并引用先前的ECM参数(如曲线r_{1_ECM}上的点564所示)。

然而，曲线I上的点570示出了电流明显变化的点并且电流不低。因此，在所述方法的操作524处，BECM 14可确定电池电流的变化率的绝对值(|dI/dt|)大于电池电流变化率的上边界(dI/dt)_HIGH。然后BECM 14进行到操作526。在操作526处，BECM 14确定电池电流的绝对值(|I|)大于电池电流的上边界I_HIGH。然后BECM 14进行到操作528并将LOCK_flag设置为等于FALSE。然后在操作546处，BECM 14更新ECM参数和当前估算的EKF估算(如曲线r_{1_ECM}上的点574对应的曲线r_{1_EKF}上的点572所示)。

这样，相对于现有方法，车辆系统10通过当输入的信号特征(例如，V_t和I)例如低或稳定并因此不足以用于EKF估算时，绕过当前估算的EKF估算并引用先前的ECM参数而提供优点。这样选择性地更新电池ECM参数使得在电池操作范围内和不同车辆状况下能够更精确地估算电池特征(例如，P_cap和SOC)

尽管上文描述了示例性实施例，但是并非意味着这些实施例描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可作出各种改变。此外，可组合各种执行实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。

Claims

1.一种车辆，所述车辆包括：

电机，被构造为提供驱动扭矩；

电池，用于向电机供应电力；

控制器，被配置为：

基于指示由电池供应的电力的输入，估算当前的电池参数；

响应于电力的特征参数的变化率大于上边界，基于当前的电池参数产生指示电池电力容量的输出；

响应于电力的特征参数的变化率小于下边界，基于所述输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出，

其中，所述上边界大于所述下边界。

2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：

使用预测滤波器产生电池估算；

响应于电力的特征参数的变化率大于上边界，利用电池估算更新当前的电池参数；

响应于电力的特征参数的变化率小于下边界，绕过电池估算并引用先前的电池参数。

3.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：

接收指示电池电压和电池电流的输入；

响应于电池电压和电池电流的乘积小于电力的下边界，基于所述输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：

接收指示电池电压的输入；

响应于电池电压的变化率的绝对值小于电池电压导数的下边界，基于所述输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

5.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：

接收指示电池电流的输入；

响应于电池电流的变化率的绝对值小于电池电流导数的下边界，基于所述输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：

接收指示电池电流的输入；

响应于电池电流的绝对值小于电流的下边界，基于所述输入和先前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

7.一种车辆系统，所述车辆系统包括：

电池，用于供应电力；

控制器，被配置为：

接收指示第一电池电力的第一输入；

接收指示第二电池电力的第二输入；

响应于第二输入的特征参数的变化率大于上边界，基于所述第二输入和当前的基于所述第二输入的电池参数，产生指示电池电力容量的输出；

响应于第二输入的特征参数的变化率小于下边界，基于所述第二输入和先前的基于所述第一输入的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

8.如权利要求7所述的车辆系统，其中，所述第二输入包括第二电压和第二电流，其中，所述控制器还被配置为：

响应于第二电压和第二电流的乘积大于电力的上边界，基于所述第二输入和当前的基于所述第二输入的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

9.如权利要求8所述的车辆系统，其中，所述控制器还被配置为：

响应于所述第二电压的变化率的绝对值大于电压导数的上边界，基于所述第二输入和当前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。

10.如权利要求9所述的车辆系统，其中，所述控制器还被配置为：

响应于第二电流的变化率的绝对值大于电流导数的上边界，基于所述第二输入和当前的电池参数，产生指示电池电力容量的输出。