CN105034835B - 基于电池功率容量调节电池最小荷电状态极限的方法 - Google Patents

基于电池功率容量调节电池最小荷电状态极限的方法 Download PDF

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Abstract

提供一种基于电池功率容量调节电池最小荷电状态极限的方法。混合动力电动车辆包括牵引电池。控制器可在特定荷电状态和电压极限内操作牵引电池。控制器可定义最小操作电压或最小荷电状态，在低于最小操作电压或最小荷电状态的情况下，牵引电池中没有功率可被请求。最小操作电压和最小荷电状态可基于牵引电池的电阻。所述电压还可基于在满足排放标准的同时起动发动机所需要的最小功率水平。随着电池老化，最小电压水平可被调节，以使在最小电压水平下能够获得最小功率水平。

Description

基于电池功率容量调节电池最小荷电状态极限的方法
技术领域
本申请总体上涉及设置牵引电池的荷电状态极限。
背景技术
混合动力电动车辆包括提供用于驱动的电力的牵引电池。为了使电池寿命最大化，牵引电池可在限制的荷电状态(SOC)范围内操作。随着电池老化，电池的功率容量可减小。在电池寿命的起始端选择的SOC范围可随着电池老化而变得不充足。电池控制器可试图通过修改允许的SOC范围来针对电池老化进行补偿。电池控制器可调节可操作的SOC窗口，以保证在SOC窗口内有最大量的功率可用。所述最大量的功率可随着电池老化而减小，但是控制器可试图选择电池可提供用于驱动的电力的SOC范围。特定的现有的控制方案的关注点在于选择牵引电池可提供用于驱动的电力的SOC范围。
发明内容
一种车辆包括：牵引电池和至少一个控制器。所述至少一个控制器被配置为根据基于电阻和预定的最小功率的最小荷电状态来操作牵引电池，使得在最小荷电状态下能够获得预定的最小功率用于发动机起动。在低于最小荷电状态的情况下，牵引电池中没有功率被请求以用于驱动。所述电阻可包括牵引电池的内电阻。所述电阻可包括与连接到牵引电池的线束关联的导线电阻。预定的最小功率可包括安全裕度，以使得在车辆未运转的预定量的时间之后，能够获得预定量的功率用于发动机起动。所述至少一个控制器还被配置为估计所述电阻。所述电阻可基于牵引电池的年龄和使用中的一个或更多个。电阻可基于牵引电池的温度和荷电状态中的一个或更多个。最小荷电状态还可基于牵引电池的最大电流。预定的最小功率可被选择以在发动机起动期间减少排放。
一种控制器实现的方法包括：根据基于牵引电池的电阻和最小功率容量的最小荷电状态，通过控制器操作牵引电池，使得在最小荷电状态下能够获得预定的最小功率用于发动机起动，其中，当荷电状态低于最小荷电状态时，牵引电池中没有功率可被请求以用于驱动。所述方法还可包括：通过控制器估计牵引电池的电阻。预定的最小功率可以是在发动机起动期间满足排放标准所需要的最小功率。预定的最小功率可包括安全裕度，以使得在车辆未运转的预定量的时间之后，能够获得预定量的功率用于起动。
一种车辆包括：牵引电池和至少一个控制器。所述至少一个控制器被配置为根据基于电阻和预定功率的最小电压来操作牵引电池，使得在最小电压下能够获得预定功率用于发动机起动，其中，当牵引电池的电压低于最小电压时，牵引电池中没有功率被请求以用于驱动。在低于最小电压的情况下，可向牵引电池请求功率以用于发动机起动，在这种情况下，排放要求可能不被满足。最小电压还可基于牵引电池的最大电流，使得当最大电流小于与最大电池功率容量关联的电池电流时，最小电压被设置为Pmin/Imax+R*Imax，其中，Pmin是所述预定功率，Imax是最大电流，R是电阻。最小电压还可基于牵引电池的最大电流，使得当最大电流大于与最大电池功率容量关联的电池电流时，最小电压被设置为4*R*Pmin的平方根，其中，Pmin是所述预定功率，R是电阻。所述预定功率可被选择以在发动机起动期间减少排放。预定功率可被选择以在发动机起动和操作期间满足排放标准。所述预定功率可包括安全裕度，以使得在车辆未运转的预定量的时间之后，能够获得预定量的功率用于发动机起动。所述至少一个控制器还可被配置为估计牵引电池的电阻。牵引电池的电阻可基于牵引电池的服务时间。所述至少一个控制器还可被配置为根据基于最小电压的最小荷电状态来操作牵引电池，其中，当牵引电池的荷电状态低于最小荷电状态时，牵引电池中没有功率被请求以用于驱动。
附图说明
图1是示出典型的动力传动系统和储能组件的混合动力车辆的示图。
图2是由多个电池单元组成并由电池能量控制模块监测和控制的可能的电池组布置的示图。
图3是示例性电池单元等效电路的示图。
图4是示出针对典型的电池单元的可能的开路电压(VOC)相对于电池荷电状态(SOC)的关系的曲线图。
图5是作为电池开路电压的函数的请求的电池功率和电池功率容量的示例性绘图。
图6是用于调节最小电压极限并相应地操作牵引电池的可能的一组步骤的流程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，将要理解的是，所公开的实施例仅是示例并且其它实施例可采用各种替换方式。附图不必按比例绘制；一些特征可被夸大或缩小以示出特定组件的细节。因此，在此所公开的特定结构性和功能性细节不被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，可将参照任何一个附图示出并描述的各种特征与在一个或更多个其它附图中示出的特征相结合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，针对特定应用或实施方式，可期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改。
图1描绘了典型的插电式混合动力电动车辆(HEV)。典型的插电式混合动力电动车辆12可包括机械地连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14可以能够作为马达或发电机运转。另外，混合动力传动装置16机械地连接到发动机18。混合动力传动装置16还机械地连接到驱动轴20，驱动轴20机械地连接到车轮22。当发动机18开启或关闭时，电机14可提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且能够通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济效益。通过允许发动机18以更有效的速度运转并允许混合动力电动车辆12在特定状况下随着发动机18关闭而以电动模式运转，电机14还可减少车辆排放。
牵引电池或电池组24储存可被电机14使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压DC输出。牵引电池24电连接到一个或更多个电力电子模块。一个或更多个接触器42在断开时可使牵引电池24与其它组件隔离，并在闭合时使牵引电池24连接到其它组件。电力电子模块26还电连接到电机14，并且提供在牵引电池24和电机14之间的双向传输能量的能力。例如，典型的牵引电池24可提供DC电压，而电机14可需要三相AC电流以运转。电力电子模块26可将DC电压转换为电机14所需要的三相AC电流。在再生模式下，电力电子模块26可将来自用作发电机的电机14的三相AC电流转换为牵引电池24所需要的DC电压。在此的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可以是连接到电机14的齿轮箱，并且发动机18可以不存在。
牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还可提供用于其它车辆电气系统的能量。典型系统可包括DC/DC转换器模块28，DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换为与其它车辆负载兼容的低电压DC供应。低电压系统可电连接到辅助电池30(例如，12V电池)。一个或更多个电力负载46可连接到高电压总线。电力负载46可具有适时运行电力负载46的关联的控制器。电力负载46的示例可以是加热模块或空调模块。
车辆12可以是电动车辆或插电式混合动力车辆，其中，牵引电池24可通过外部电源36被再充电。外部电源36可连接到电插座。外部电源36可电连接到电动车辆供应设备(EVSE)38。EVSE 38可提供电路和控制，以调节并管理在电源36和车辆12之间的能量的传输。外部电源36可向EVSE 38提供DC电力或AC电力。EVSE 38可具有用于插入到车辆12的充电端口34中的充电连接器40。充电端口34可以是被构造为将电力从EVSE 38传输到车辆12的任何类型的端口。充电端口34可电连接到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可调节从EVSE 38提供的电力，以向牵引电池24提供合适的电压电平和电流电平。电力转换模块32可与EVSE 38进行接口连接，以协调对于车辆12的电力传输。EVSE连接器40可具有与充电端口34的相应凹槽匹配的插脚。可选择地，被描述为电连接的各种组件可使用无线感应耦合来传输电力。
一个或更多个车轮制动器44可被提供以用于使车辆12减速并防止车辆12的运动。车轮制动器44可以是液压驱动的、电力驱动的或是它们的一些组合。车轮制动器44可以是制动系统50的一部分。制动系统50可包括操作车轮制动器44所需要的其它组件。为了简洁，附图描绘了在制动系统50和车轮制动器44之一之间的一种连接。隐含了在制动系统50和其它的车轮制动器44之间的连接。制动系统50可包括控制器以监测并协调制动系统50。制动系统50可监测制动组件，并控制车轮制动器44以得到期望的操作。制动系统50可响应于驾驶员命令，并也可自主运行以实现诸如稳定性控制的功能。制动系统50的控制器可实现当被另一控制器或子功能请求时应用请求的制动力的方法。
所讨论的各种组件可具有一个或更多个相关联的控制器，以控制并监测所述组件的操作。控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由离散的导体进行通信。另外，可存在系统控制器48，以协调各种组件的操作。
牵引电池24可由各种化学配方构建。典型的电池组化学组成可以是铅酸、镍-金属氢化物(NIMH)或锂离子。图2示出了N个电池单元72的简单串联构造形式的典型的牵引电池组24。然而，其它的电池组24可由串联或并联或者它们的一些组合连接成的任意数量的单独的电池单元组成。典型的系统可具有一个或更多个控制器，诸如监测并控制牵引电池24的性能的电池能量控制模块(BECM)76。BECM 76可监测若干个电池组的水平特性，诸如电池组电流78、电池组电压80和电池组温度82。BECM 76可具有非易失性存储器，使得当BECM 76处于断电状态时数据可被保留。保留的数据可在下一个点火循环时被使用。
除了电池组的水平特性之外，还可存在被测量并监测的电池单元72的水平特性。例如，可测量每个电池单元72的端电压、电流和温度。系统可使用传感器模块74测量电池单元72的特性。根据容量，传感器模块74可测量一个或多个电池单元72的特性。电池组24可利用多达Nc个传感器模块74来测量每个电池单元72的特性。每个传感器模块74可将测量值传输到BECM 76以进一步处理和协调。传感器模块74可将模拟形式或数字形式的信号传输到BECM 76。在一些实施例中，传感器模块74的功能可被合并到BECM 76内部。即，传感器模块74的硬件可被集成为BECM 76中的电路的一部分，并且BECM 76可操控原始信号的处理。
计算电池组的各种特性可以是有用的。诸如电池功率容量和电池荷电状态的量可用于控制电池组以及接收来自电池组的电力的任何电力负载的操作。电池功率容量是电池可提供的最大功率量或电池可接收的最大功率量的测量值。电池功率容量的获知允许电力负载被管理，以使请求的功率在电池可操控的限制之内。
电池组荷电状态(SOC)给出在电池组中剩余多少电荷的指示。与燃料表类似，电池组SOC可被输出以向驾驶员通知在电池组中剩余多少电荷。电池组SOC还可用于控制电动车辆或混合动力电动车辆的操作。电池组SOC的计算可通过各种方法来实现。计算电池组SOC的一种可能的方法执行随着时间对电池组电流进行积分。此方法在本领域中公知为安培小时积分。此方法的一种可能的缺点在于电流测量可能是有噪声的。由于此噪声信号随时间进行积分而可发生荷电状态的可能的不准确性。
可将电池单元建模为电路。图3示出了一种可能的电池单元等效电路模型(ECM)。电池单元可被建模为具有相关联的电阻(102和104)和电容106的电压源(Voc)100。Voc 100表示电池的开路电压。该模型包括内电阻r1 102、电荷转移电阻r2 104和双层电容C 106。电压V1 112是由于电流114流过电路而产生的、内电阻102两端的电压降。电压V2 110是由于电流114流过r2和C的并联组合而产生的、该组合两端的电压降。电压Vt 108是电池的端子两端的电压(端电压)。
由于电池单元的阻抗，使得端电压Vt 108可与开路电压Voc 100不同。由于仅电池单元的端电压108可被测量，因此开路电压Voc 100会不易于测量。当足够长的时间段内没有电流114流动时，端电压108可与开路电压100相同。为了允许电池的内部动态达到稳定状态，足够长的时间段可以是必需的。当电流114流动时，Voc 100可能不易于被测量，并且Voc100的值可基于电池SOC来推断。阻抗参数值r1、r2和C可以是已知的或通过在线估计策略来识别。所述参数的值可依赖于电池化学组成、电池的年龄和/或电池的操作状况，其中，电池的操作状况包括温度、SOC和电流。
对于典型的锂离子电池单元，在SOC和开路电压(Voc)之间存在关系，使得Voc＝f(SOC)。图4示出了显示开路电压Voc的典型曲线124，开路电压Voc是SOC的函数。可通过分析电池性能或者通过测试电池单元来确定SOC和Voc之间的关系。所述函数可使得SOC可被计算为f-1(Voc)。所述函数或反函数可被实现为控制器中的查找表或等效方程。曲线124的准确形状可基于锂离子电池的具体配方而变化。电压Voc由于电池的充电和放电而改变。
电池阻抗参数r1、r2和C可以随着电池的操作状况而改变。这些值可作为电池温度的函数而变化。例如，电阻值r1和r2可随着温度升高而减小，电容C可随着温度升高而增大。阻抗参数值还可依赖于电池的荷电状态。阻抗值可随着电池的年龄和/或使用而改变。
电池阻抗参数值r1、r2和C还可随着电池的寿命而改变。例如，电阻值可随着电池的寿命而增大。电阻的增大可随着电池寿命作为温度和荷电状态的函数而变化。较高的电池温度可引起电池电阻随着时间而较大地增大。例如，在一段时间之后，与在50℃下操作的电池的电阻相比，在80℃下操作的电池的电阻会增大较多。在恒定的温度下，与在50％的荷电状态下操作的电池的电阻相比，在90％的荷电状态下操作的电池的电阻会增大较多。这些关系可以依赖于电池化学组成。
使用电池阻抗参数值的恒定值的车辆动力系统会不准确地计算其它电池特性，诸如，荷电状态和电池功率容量。实际上，可期望在车辆操作期间估计阻抗参数值，使得参数的改变将被持续计算。可利用模型来估计电池的各种阻抗参数。
一种可能的模型可以是图3的等效电路模型。用于该等效模型的控制方程可被写为：
Vt＝Voc-V2-r1*i (2)
其中，i是电流，是V2基于时间的导数。可将提出的方法应用于单个电池单元和电池包二者。对于电池单元水平应用，变量Voc、Vt、V2、r1、r2和C可以是与电池单元相关联的参数。对于电池组水平应用，这些变量可以是与电池组相关联的参数。例如，当电池单元串联连接时，可通过对各个电池单元的Voc值求和来获得电池组水平Voc。
参照图3的模型，各种值可基于每个电池单元或基于整个电池组来测量。例如，可针对牵引电池的每个电池单元来测量端电压Vt 108。假定电池单元串联连接，由于相同的电流可流过每个电池单元，因此可针对整个牵引电池来测量电流i 114。不同的电池组构造可使用不同的测量组合。可针对整个电池组来执行估计模型，或者针对每个电池单元来执行估计模型，然后电池单元的值可被组合以得到整个电池组的值。
可基于荷电状态来计算等式(2)中的Voc的值。可使用电流114的安培小时积分来导出荷电状态。然后可基于图4从荷电状态值计算开路电压100。可基于在电池已经休息足够量的时间之后读取的开路电压从图4找到初始荷电状态值。
阻抗参数值可随时间而改变。一种可能的实施方式可利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)来递归估计参数值。EKF是通过以下形式的等式控制的动态系统：
xk＝f(xk-1，uk-1，wk-1) (3)
zk＝h(xk，vk-1) (4)
其中：xk可包括状态V2和其它电池ECM参数；uk是输入(例如，电池电流)；wk是过程噪声；zk可以是输出(例如，Voc-Vt)；vk是测量噪声。
用于针对等效模型的控制方程的一种可能的状态集可如下地选择：
基于这样的状态的选择，可以以等式(6)和等式(7)的形式表示通过等式(1)和等式(2)控制的用于ECM模型的等式(3)和(4)的时间离散的对应状态空间方程。
h(xk，uk)＝x1(k)+x4(k)i(k) (7)
其中，Ts是采样时间。
基于描述的系统模型，观测器(例如，EKF)可被设计为估计扩展状态(x1、x2、x3和x4)。一旦估计出状态，则可按照如下的状态的函数来计算电压和阻抗参数值(V2、r1、r2和C)：
完整的EKF等式集由时间更新等式和测量更新等式组成。EKF时间更新等式从先前的时间步长至当前的时间步长预测(project)状态和协方差估计值：
其中，表示xk的先验估计值；表示先验估计误差协方差矩阵；Ak表示f(x,u,w)相对于x的偏导数的雅可比矩阵；Pk-1表示最后步长的后验估计误差矩阵；表示矩阵Ak的转置矩阵；Wk表示f(x,u,w)相对于过程噪声变量w的偏导数的雅可比矩阵；Qk-1表示过程噪声协方差矩阵，表示矩阵Wk的转置矩阵。
可通过由等式(14)限定的状态方程集构建矩阵Ak。在这种情况下，输入u可包括电流测量值i。
测量更新等式利用测量值来校正状态和协方差估计值：
其中：Kk表示EKF增益；Hk表示h相对于x的偏导数的雅可比矩阵；为Hk的转置矩阵；Rk表示测量噪声协方差矩阵；Vk表示h相对于测量噪声变量v的偏导数的雅可比矩阵；zk表示测量的输出值；为Vk的转置矩阵。
在EKF模型中，可假定电阻和电容参数缓慢地变化并且导数近似于零。估计的目标可以为识别电路参数的时变值。在以上模型中，可识别三个阻抗参数：r1、r2和C。更全面的模型可将Voc额外估计为时变参数。其它的模型公式可包含第二对RC，以表示缓慢的电压恢复动态(voltage recovery dynamics)和快速的电压恢复动态。这些公式可增加模型中的状态的数量。
本领域的普通技术人员可构建并实现EKF给出的模型等式集。上述的等式系统是用于电池系统的系统模型的一个示例。其它公式是可行的，并且描述的方法将等同地良好应用于其它公式。
在以上示例中，i和Vt可以是测量的量。可从可使用电流的安培小时积分计算的荷电状态导出量Voc。一旦估计出V2和r1，则电池端电压可被估计为：
上述估计功能是一种估计电池阻抗参数的技术。以下讨论等效应用于估计参数的其它方法。
利用此模型，总的牵引电池电阻可被计算为r1和r2的总和。
可在电池系统中利用的有用的量是电池功率容量。电池功率容量可以是电池能够提供或接收的功率的量。单独的电池功率容量可针对充电和放电来定义。电池功率容量可被表述为荷电状态或开路电压的函数。也就是说，电池功率容量可具有针对不同的荷电状态的不同的值。牵引电池系统通常被设计为使电池功率容量大于电池将需要在任何给定时间提供的功率的量。由于电池老化的作用，电池功率容量可随着电池老化而减小。为了满足保证(warranty)和驾驶员预期，设计电池以使电池可随着电池老化依然满足车辆需求是明智的。
为了提高电池寿命，牵引电池可被设计为在特定的SOC范围内操作。SOC范围可被定义为满足电池寿命和车辆性能要求。典型的混合动力电动车辆可使用SOC值的特定中间范围。例如，混合动力电动车辆可在35％SOC和75％SOC之间的SOC范围内操作。SOC可被控制为不小于SOC下限(例如，35％)并且不大于SOC上限(例如，75％)。由于电压和SOC相关(见图4)，因此可依据电压或SOC来指定这些极限。
如图5所示，电池功率可被限制为电池开路电压的函数。最小电压VOCmin1 204可被定义为低于该电压没有电力可用于驱动车辆。在低于最小电压204的情况下，车辆可单独使用发动机动力来操作。发动机动力可用于对牵引电池再充电以增大电压和荷电状态。在特定的低电压值VOClow 206，可向电池请求最大功率水平Phi 210。低电压值VOClow 206可被定义为用于请求满功率的最低电压。针对低电压值之上的电压值，满功率可从电池引出。功率水平可在针对满功率的低电压值206和最小电压204之间缓降，以确保在电池功率使用中的平滑衰减。
最小电压204下的功率水平可被定义以便满足最小性能标准。在最低电压值206，可向电池请求功率或由电池提供功率。此操作点处提供的功率可保证车辆性能的最小的期望水平。最小功率水平可被选择以保证车辆满足排放标准。最小功率水平还可在全电动车辆中被选择，使得有足够的功率用于在紧急状况下将车辆推进短距离。例如，如果车辆停止在轨道上，则功率水平可被选择以使得车辆可运动通过铁路公路交叉道口。低电压值206可与最小电压极限204区分开，其中，在最小电压极限204，电池中没有功率可被请求或者没有功率可由电池提供。
以上讨论可用SOC值替代开路电压值，并且这样也适用。在SOC的情况下，最小SOC值可被定义为使得对于低于最小SOC值的荷电状态，没有功率可向牵引电池请求。同样地，低SOC值可被定义为对应于低电压值。
一些系统可在将最小SOC保持在恒定值的同时随着电池老化而改变针对满功率操作点的最低SOC。为了提高电池寿命，假定电池功率水平满足车辆要求，可优选地操作处于较低SOC值的新电池。随着电池老化，针对满功率的最小SOC值和/或最低SOC可被调节以满足车辆功率要求。
电池功率容量可利用图3的等效电路模型来建模。对于稳态功率容量，可忽略任何瞬态或动态模型元素。电池的功率输出可被定义为：
Pout＝Voci–Ri2 (19)
其中，R是可作为r1和r2的总和的电池的总电阻。
随着电池老化，电池的电阻可增大。电阻的改变影响电池组的功率输出。随着电阻增大，更多的功率在电池的电阻中损失。这趋向于减小电池功率输出以及电池功率容量。电池的电阻除了由于老化而改变之外，电池的电阻还可随着电池温度改变而改变。
电池功率容量可通过确定电池的最大功率输出来计算。可通过计算电池可提供的最大功率来找出电池的最大功率输出。利用等式(19)的导数并将其设置为零，以下表达式被发现：
对i求解得到：
在此电流值，功率输出可为最大值。将这个值插回等式(19)得到以下针对最大功率输出的表达式：
通过等式(22)清楚的是，随着电阻R增大，电池可提供的最大功率减小。由于Voc与SOC相关，因此最大功率还可被表示为SOC的函数(见图4)。描述的最大功率输出还可被称为处于电池功率容量水平。
为了满足特定车辆性能要求，可期望特定量的电池功率。例如，预定量的电池功率可被需要以起动发动机。作为另一示例，预定量的电池功率可被需要以在发动机起动期间满足排放要求。预定量的电池功率可被需要以在起动时满足排放要求。例如，电池功率可被需要以推进车辆或预热与排放相关的组件。另外，电池功率的可用性有助于达到燃料经济目标并提高车辆性能。期望随着电池功率容量随时间而减小，尽量保持车辆性能。随着车辆寿命而满足车辆性能目标可提高客户满意度。
总体上，开路电压随着SOC增大而增大。如等式(22)可见，电池提供较大功率的一种方式是在较高开路电压下工作。这意味着在较高的荷电状态值下工作。
可定义最小功率要求。最小功率要求可基于基本的排放要求或发动机起动要求。最小功率要求可定义最小的可接受的电池功率水平以在发动机起动期间满足车辆排放。最小功率要求可基于车辆测试或分析。
最小功率要求可乘以安全系数以提供操作裕度(margin)。安全系数可大于一。此系数可提供小容差，使得SOC或电压可落在最小值以下并且最小功率要求可仍然被满足。在车辆在接近最小极限的SOC(或电压)处断电的情况下，这种方法可以是有用的。如果车辆数天未运转，则电池的SOC可由于电池中的内部过程而减小。安全系数可被定义为使在车辆未被使用的时间段(例如，车辆在停车场31天)之后最终的最小开路电压(或SOC)依然有效。
可定义牵引电池的最大电流。最大电池电流可基于电池的端子处的允许的最小电压而针对每个开路电压值来定义。最大电池电流可被如下定义：
最大电池电流可以是在端子处的允许的最小电压和给定的开路电压由电池提供的最大电流。最大电池电流可以以其它方式来定义。电池电流可被内部电池导线的电流容量所限制。电池电流还可被电池组内的热要求所限制。电池控制器可实现针对不同的开路电压的最大电流值的表。电池控制器可试图将电流输出限制为小于或等于允许的最大电流。等式(23)给出了在端电压未降至最小电压阈值之下的情况下可提供的最大电流。
最大电流还可被连接到牵引电池的其它电力组件所限制。保险丝和导线可限制系统中可流动的电流的量。在一些情况下，这些限制可小于等式(23)的电池电流限制。在这些情况下，这些限制可控制可流动的最大电流量。总体上，电池电流限制和这些可替换的限制的最小值可用于定义最大电流。
在最大电池电流的以上公式中，最大电池电流的值将随着开路电压减小而减小。在较低的开路电压下，电池可具有较小的电流容量。最大电池电流还可随着电阻增大而减小。
最大电池电流可与最大电池功率输出的电流进行比较。如果电池组允许的最大电流Imax小于Voc/2R，则电池组可由于最大电流限制而不能提供最大功率。最大功率容量可被最大允许电流所限制。在这种情况下，最小开路电压可如下表示：
其中，Imax是电池组允许的最大电流。这提供了最小开路电压值以满足最小功率要求。可从开路电压和荷电状态之间的关系(见图4)导出相应的SOC值。
当电池组允许的最大电流Imax大于或等于Voc/2R时，电池组能够提供最大功率。电池的功率容量不被允许的电池电流最大值所限制。在这种情况下，可在小于最大电流的电流处实现最大功率。最大功率可被设置为最小功率要求以计算相应的开路电压值。最小开路电压可被表述为：
利用等式(24)和(25)，满足最小功率要求的最小开路电压可被确定。一旦知道了最小开路电压，则相应的最小SOC值就可被找到。最小SOC操作极限可基于最小开路电压被定义。电池控制器可执行操作策略，来使电池SOC和电压保持在最小操作极限之上以满足最小功率要求。
在等式(24)和(25)中使用的上面的Pmin值可通过增益系数被调节，以为最小开路电压提供裕度。期望的最小功率可乘以增益系数。增益系数可以是大于或等于一的值以在最小功率水平保证一定裕度。
最小SOC是在正常操作期间没有功率可从电池引出的SOC值。最小SOC值确保电池具有足够的功率以在需要时起动发动机。另外，最小SOC下的功率水平可被定义为使得发动机起动满足排放标准。
随着电池老化，最小SOC极限的值可增大。另外，最大SOC和最小SOC边界可被定义。计算出的最小SOC极限可被约束在此范围内。
在电池寿命的起始端，电池功率极限可固定在低于可能的最大电池功率容量的值。随着电池老化，电池功率容量可减小至低于电池寿命起始端的电池功率极限。
电池控制器可如上所述地估计电池阻抗参数。通过持续执行估计模型，电池控制器可获取电池电阻的值，其中，电池电阻的值反映老化和温度的作用。然后电阻值可用于计算最小电池电压极限以满足车辆的最小功率要求。此系统的优点在于，最小电压极限可随着电池温度改变而改变。因此，电池可始终至少具有在最小电压值下可用的最小功率水平。
电池的电阻还可随着温度而改变。电阻的实时估计可考虑到电池温度的改变。最小SOC极限可根据随着温度而变化的电阻来调节。特定电池年龄和使用下的最小SOC极限可依赖于温度。
图5描绘了移动最小电压水平以满足最小功率容量的示例。示出了作为开路电压的函数的可用请求的功率的第一绘图200。在小于最小电压VOCmin1 204的电压下，牵引电池中没有功率可被请求来用于驱动。对于混合动力车辆，可进入用于驱动的全部功率从发动机得到的操作模式。电机可在这种情况下操作为发电机，以将电池SOC提高至较高水平。这个最小电压204可被选择以提高电池寿命。在较高电压VOClow 206下，可被请求的功率可以是正常功率水平Phi 210。正常水平的功率可使得电机可使用电力来推进车辆。在功率水平Phi 210，牵引电池能够提供正常功率水平。在大于Vlow 206的电压下，可向电池请求正常功率水平。
第二绘图202示出了功率容量的绘图，功率容量是开路电压的函数。第一功率容量绘图P1 224可以是电池寿命的起始端附近的功率容量。在电压VOClow 206下，功率容量操作点218可高于正常功率水平Phi 210。在电压VOCmin1 204下，功率容量操作点222可高于最小功率水平214。
随着电池老化，功率容量曲线可转为下降，例如，下降为曲线P2 226。全部电压水平处的功率容量可随着电池老化而减小。VOClow处的相应的功率操作点220可减小并小于期望的正常功率水平210。另外，最小电压VOCmin1 204处的相应的功率操作点228可低于最小功率水平Pmin 214。如上所述，Pmin214可被选择以保证在满足排放标准的同时，在最小电压下有足够的功率可用于允许发动机的起动。在这种情况下，在初始最小电压204下可用的功率在满足排放要求的同时可能不足以起动发动机。
最小电压水平可被调节，以使在最小电压水平下最小功率Pmin 214可被获得。此电压水平可以是电压水平VOCmin2 208。在这个操作点216，功率容量是Pmin 214。在低于VOCmin2208的情况下，牵引电池中应该没有功率可被请求。这使得最小电压水平移动至高于先前值的值。另外，其它的逻辑可被实施以选择新的电压VOClow 206。一种技术可用于在VOClow 206和VOCmin2 208之间的差降至特定阈值之下时移动VOClow 206。总体上，可期望在VOClow和VOCmin之间使请求的可用功率缓慢下降以提供较平滑的转变。应注意的是，如果VOC值被描述为荷电状态值，则以上讨论也适用。在这种情况下，相应的SOC极限可被计算。
图6描绘了可在控制器中实现的可能的方法的流程图。可使用任何可用技术(诸如，较早描述的可能的方案)来估计电阻(302)。可计算最大电流(304)。最大电流可以是最大电池电流以及其它组件(例如，导线、保险丝)的最大电流极限中的最小值。可将最大电流与针对最大功率的电流进行比较(306)。如果最大电流小于针对最大可用功率的电流，则最小电压极限可利用电流限制的公式来计算(308)。如果最大电流大于或等于针对最大可用功率的电流，则最小电压极限可利用最大可用功率来计算(310)。然后最小电压极限可用于在必要时调节低电压极限(312)。例如，如果低电压极限和最小电压极限之间的差变为小于预定差，则低电压极限可被调节使得预定差被保持。然后电池可根据新的电压极限而操作(314)。所述操作可使得当电压小于最小电压极限时没有功率被请求以用于驱动。
在此公开的处理、方法或算法可传送到处理装置、控制器或计算机或者通过处理装置、控制器或计算机实现，其中，处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可被存储为可由控制器或计算机以多种形式执行的数据和指令，所述数据和指令包括但不限于永久存储在非可写存储介质(诸如ROM装置)中的信息以及可改变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置以及其它的磁性介质和光学介质)中的信息。所述处理、方法或算法还可在软件可执行对象中实现。可选地，可利用适当的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置，或者硬件、软件和固件组件的组合)来全部或部分地实现所述处理、方法或算法。
尽管在上面描述了示例性实施例，但是这些示例性实施例不意在描述权利要求所包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如前所述，可组合各种实施例的特征以形成本发明的可能未明确描述或示出的进一步的实施例。虽然关于一个或更多个期望的特性，各种实施例已经被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员意识到，根据具体应用和实施方式，可以折衷一个或更多个特征或特性以实现期望的整体系统属性。这些属性包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、维修保养方便性、重量、可制造性、易组装性等。如此，关于一个或更多个特性，被描述为不如其它实施例或现有技术实施方式的所描述的实施例不在本公开的范围之外，并且可以期望用于特定应用。

Claims (8)

1.一种车辆，包括：
牵引电池；
至少一个控制器，被配置为根据基于电阻和用于发动机起动的预定的最小功率的最小荷电状态来操作牵引电池，使得在最小荷电状态下能够获得所述预定的最小功率，其中，在低于最小荷电状态的情况下，牵引电池中没有功率被请求以用于驱动。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述电阻包括牵引电池的内电阻。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述电阻包括与连接到牵引电池的线束关联的导线电阻。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，预定的最小功率包括安全裕度，以使得在车辆未运转的预定量的时间之后，能够获得预定量的功率用于发动机起动。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被配置为估计所述电阻。
6.根据权利要求5所述的车辆，其中，所述电阻基于牵引电池的年龄和使用中的一个或更多个。
7.根据权利要求1所述的车辆，其中，最小荷电状态还基于牵引电池的最大电流。
8.根据权利要求1所述的车辆，其中，预定的最小功率被选择以在发动机起动期间减少排放。
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