CN107031425A - 基于电流脉冲持续时间的电池荷电状态估计 - Google Patents

基于电流脉冲持续时间的电池荷电状态估计 Download PDF

Info

Publication number
CN107031425A
CN107031425A CN201610862320.7A CN201610862320A CN107031425A CN 107031425 A CN107031425 A CN 107031425A CN 201610862320 A CN201610862320 A CN 201610862320A CN 107031425 A CN107031425 A CN 107031425A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
duration
vehicle
current
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610862320.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107031425B (zh
Inventor
卢同吉·D·德什潘德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of CN107031425A publication Critical patent/CN107031425A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107031425B publication Critical patent/CN107031425B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12—Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3828—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC using current integration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本申请公开了一种基于电流脉冲持续时间的电池荷电状态估计。一种车辆包括牵引电池和控制器，所述控制器被配置为：响应于流过牵引电池的电流的持续时间超过预定的持续时间，输出基于第一电阻值的荷电状态，以对由牵引电池内的扩散过程所引起的电压降的改变进行补偿，其中，第一电阻值大于当所述持续时间小于所述预定的持续时间时使用的第二电阻值。

Description

基于电流脉冲持续时间的电池荷电状态估计
技术领域
本公开总体上涉及电池荷电状态估计。
背景技术
混合动力电动车辆和电池电动车辆包括牵引电池，以提供用于操作车辆的电力。可估计牵引电池的操作参数，以改善车辆的性能。例如，可估计牵引电池的荷电状态。荷电状态提供在牵引电池中剩余多少电荷指示，并且对于启动充电操作和放电操作是有用的。
发明内容
在一些配置中，一种车辆包括牵引电池。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置为：响应于流过牵引电池的电流的持续时间超过预定的持续时间，输出基于第一电阻值的荷电状态，以对由牵引电池内的扩散过程所引起的电压降的改变进行补偿，其中，第一电阻值大于当所述持续时间小于所述预定的持续时间时使用的第二电阻值。其它配置可包括对应的计算机系统、设备和在一个或更多个计算机存储装置上记录的计算机程序(每个计算机程序被配置为执行方法的操作)。
一些配置可包括下列特征中的一个或更多个。在所述车辆中，第一电阻值是基于在电流脉冲之后获取的至少一个电压测量值的，所述电流脉冲具有大于扩散过程已经达到稳态的预定时间的持续时间。在所述车辆中，第一电阻值是基于在电流脉冲之后获取的至少一个电压测量值的，所述电流脉冲具有至少100秒的持续时间。在所述车辆中，第二电阻值是基于在电流脉冲之后获取的至少一个电压测量值的，所述电流脉冲具有小于扩散过程未达到稳态的预定时间的持续时间。在所述车辆中，第二电阻值是基于在电流脉冲之后获取的至少一个电压测量值的，所述电流脉冲具有10秒的持续时间。在所述车辆中，第一电阻值和第二电阻值是基于电流的幅值的。在所述车辆中，第一电阻值和第二电阻值是基于牵引电池的温度的。在所述车辆中，第一电阻值和第二电阻值是基于牵引电池的端电压的。所描述的配置的实施方式可包括硬件、方法或处理或者计算机可访问介质上的计算机软件。
在一些配置中，一种车辆包括被配置为在电荷消耗模式下操作的牵引电池。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置为：基于随着放电电流脉冲持续时间的增加而至少增加一次的电阻值而在放电电流脉冲期间输出荷电状态，以对由牵引电池内的扩散过程引起的电压降的改变进行补偿。其它配置可包括对应的计算机系统、设备和在一个或更多个计算机存储装置上记录的计算机程序(每个计算机程序被配置为执行方法的操作)。
一些配置可包括下列特征中的一个或更多个。在所述车辆中，所述控制器还被配置为：响应于所述持续时间大于预定的持续时间而增加电阻值。在所述车辆中，所述控制器还被配置为根据所述荷电状态操作牵引电池。在所述车辆中，所述电阻值还是基于牵引电池的端电压、牵引电池的温度和放电电流脉冲的幅值的。在所述车辆中，所述电阻值根据基于所述持续时间而选择的多个特性表中的一个被推导得出。
在一些配置中，一种方法包括：生成多个电阻表，每个电阻表与以不同持续时间的电流脉冲来操作电池相对应。所述方法还包括：将电阻表存储在控制器的非易失性存储器中。所述方法还包括：基于来自电阻表中的一个的电阻值而通过控制器输出荷电状态，电阻表中的所述一个基于电池操作期间施加的电流脉冲的持续时间而被选择。其它配置可包括对应的计算机系统、设备和在一个或更多个计算机存储装置上记录的计算机程序(每个计算机程序被配置为执行所述方法的操作)。
一些配置可包括下列特征中的一个或更多个。在所述方法中，所述电流脉冲中的至少一个具有使得电池的扩散过程达到稳态的持续时间。在所述方法中，所述电流脉冲中的至少一个具有大于100秒的持续时间。在所述方法中，所述电流脉冲中的至少一个具有使得电池的扩散过程处于瞬态的持续时间。在所述方法中，所述电流脉冲中的至少一个具有小于或等于10秒的持续时间。在所述方法中，所述电阻值基于端电压、电池温度和电流幅值从电阻表中的所述一个被选择。所描述配置的实施方式可包括硬件、方法或处理或者在计算机可访问介质上的计算机软件。
附图说明
图1是示出典型动力传动系统和能量储存组件的混合动力车辆的图示。
图2是由多个电池单元组成并通过电池能量控制模块监测和控制的可行的电池组布置的图示。
图3描绘了牵引电池的开路电压与荷电状态之间的可行的关系。
图4描绘了牵引电池的可行的模型。
图5描绘了用于生成牵引电池的荷电状态的控制器实现的操作的可行的流程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解，公开的实施例仅为示例并且其它实施例可以采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征会被夸大或最小化以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种形式利用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组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，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
图1描绘了典型的插电式混合动力电动车辆(PHEV)。典型的插电式混合动力电动车辆12可包括一个或更多个电机14，电机14机械地连接到混合动力传动装置16。电机14能够作为马达或发电机运转。此外，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。电机14可在发动机18开启或关闭时提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且可通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量而提供燃料经济性利益。通过允许发动机18以更高效的转速运转并允许混合动力电动车辆12在特定状况下以发动机18关闭的电动模式操作，电机14还可减少车辆的排放。
牵引电池或电池组24储存可由电机14使用的能量。电池组24通常提供高电压直流(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可在断开时将牵引电池24与其它组件隔离，并且可在闭合时将牵引电池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与电机14之间双向传输能量的能力。例如，牵引电池24可提供DC电压，而电机14可使用三相交流(AC)电流来运转以起作用。电力电子模块26可将DC电压转换为三相AC电流，以运转电机14。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电流转换为与牵引电池24兼容的DC电压。这里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。车辆12可包括将牵引电池24的高电压DC输出转换为与低电压车辆负载兼容的低电压DC供应的DC/DC转换器模块28。DC/DC转换器模块28的输出可电连接到辅助电池30(例如，12V电池)。低电压系统可电连接到辅助电池。其它高电压负载46(诸如压缩机和电加热器)可连接到牵引电池24的高电压输出。
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进行再充电。外部电源36可以是到电插座的连接。外部电源36可电连接到充电器或电动车辆供电设备(EVSE)38。外部电源36可为由电力公共事业公司提供的电力分配网络或电网。EVSE 38可提供电路和控制，以调节和管理电源36与车辆12之间的能量传输。外部电源36可将DC电力或AC电力提供至EVSE 38。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可为被配置为将电力从EVSE 38传输至车辆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供应的电力，以将适当的电压水平和电流水平提供至牵引电池24。电力转换模块32可与EVSE 38进行接口连接以协调到车辆12的电力传输。EVSE连接器40可具有与充电端口34的对应凹入匹配的插脚。可选地，被描述为电耦合或电连接的各种组件可使用无线感应耦合来传输电力。
可提供一个或更多个车轮制动器44，用于使车辆12减速并防止车辆12移动。车轮制动器44可被液压致动、电致动或它们的某种组合。车轮制动器44可为制动系统50的一部分。制动系统50可包括用于操作车轮制动器44的其它组件。出于简要的目的，附图描绘了制动系统50与车轮制动器44中的一个之间的单一连接。隐含了制动系统50与其它车轮制动器44之间的连接。制动系统50可包括用于监测和协调制动系统50的控制器。制动系统50可监测制动组件并且控制车轮制动器44以用于车辆减速。制动系统50可对驾驶员命令做出响应，并且还可自主运行以实现诸如稳定性控制的功能。制动系统50的控制器可在被另一控制器或子功能请求时实施施加请求的制动力的方法。
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可具有适时地操作和控制电力负载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中的电子模块可通过一个或更多个车辆网络进行通信。车辆网络可包括多个用于通信的信道。车辆网络的一个信道可以是诸如控制器局域网(CAN)的串行总线。车辆网络的信道中的一个可包括由电气与电子工程师协会(IEEE)802标准族定义的以太网。车辆网络的其它信道可包括模块之间的离散连接，并可包括来自辅助电池30的功率信号。不同的信号可通过车辆网络的不同信道进行传输。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)进行传输，而控制信号可通过CAN或离散信号进行传输。车辆网络可包括协助在模块之间传输信号和数据的任何硬件组件和软件组件。车辆网络未在图1中示出，但可暗示车辆网络可连接到存在于车辆12的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(VSC)48以协调各个组件的操作。
可以以各种化学配方构造牵引电池24。典型的电池组的化学配方为铅酸、镍金属氢化物(NIMH)或锂离子。图2示出了N个电池单元72的简单串联构造的典型的牵引电池组24。然而，其它电池组24可由串联连接或并联连接或它们的某种组合连接的任意数量的各个电池单元组成。电池管理系统可具有监测并控制牵引电池24的性能的一个或更多个控制器，诸如，电池能量控制模块(BECM)76。电池组24可包括用于测量各种电池组水平特性的传感器。电池组24可包括一个或更多个电池组电流测量传感器78、电池组电压测量传感器80和电池组温度测量传感器82。BECM 76可包括用于与电池组电流传感器78、电池组电压传感器80和电池组温度传感器82进行接口连接的电路。BECM 76可具有非易失性存储器，使得在BECM 76处于关闭状况时数据可被保存。保存的数据在下个点火开关循环时可用。
除了存在电池组水平特性以外，还可存在被测量和监测的电池单元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来测量电池单元72的特性。取决于能力，传感器模块74可测量电池单元72中的一个或更多个电池单元的特性。电池组24可利用多达Nc个传感器模块74来测量全部电池单元72的特性。每个传感器模块74可将测量结果传输到BECM 76，以用于进一步的处理和协调。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。在一些配置中，传感器模块74的功能可并入BECM 76内。即，传感器模块74的硬件可作为BECM 76中的电路的一部分被集成，并且BECM76可进行原始信号的处理。BECM 76还可包括用于与一个或更多个接触器42接口连接的电路，以断开和闭合接触器42。
计算电池组的各个特性会是有用的。诸如电池功率容量和电池荷电状态的量对于控制电池组的操作以及任何从电池组接收电力的电力负载的操作会是有用的。电池功率容量是电池可提供的功率的最大量或者电池可接收的功率的最大量的测量值。知道电池功率容量允许电力负载被管理，使得请求的功率在电池可处理的限制之内。
电池组荷电状态(SOC)给出在电池组中剩余多少电荷的指示。可将SOC表示为在电池组中剩余的总电荷的百分比。类似于燃料表，可输出电池组SOC以通知驾驶员在电池组24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的一种可行的方法是执行电池组电流在时间上的积分。这就是本领域公知的安培小时积分。
牵引电池可以以不同的速率进行充电或放电。充电和放电的速率可表示为C速率(C-rate)。牵引电池24可具有可以以安培小时表示的额定容量。例如，1-C放电速率可被定义为汲取等于额定容量的电流使得电池放电一小时。10-C放电速率可汲取十倍于额定容量的电流并使电池放电十分之一小时。0.1-C放电速率可汲取额定容量的十分之一的电流并使电池放电十小时。
BECM 76可操作牵引电池24以管理牵引电池24的荷电状态。牵引电池24可根据与当前荷电状态比较的目标荷电状态而进行充电或放电。例如，当当前荷电状态大于目标荷电状态时，牵引电池可放电。可通过命令电机14的扭矩以从牵引电池24汲取电流或向牵引电池24提供电流来实现牵引电池24的操作。牵引电池24的操作还可包括命令发动机18的操作以向电机14提供电力。
电池单元72的荷电状态可与电池单元72的开路电压有关。在图3中描绘了一种可行的关系。开路电压与荷电状态之间的关系可从测试中得出。为了使用所述关系来确定荷电状态，开路电压应以高准确度被获知。然而，当牵引电池24运行时，仅端电压可被测量并被控制器76获知。在运行期间，端电压和开路电压可不相同。
端电压与开路电压之间的差可以是电池电阻和正流过电池电阻的电流的函数。可将电池单元72建模为包括电阻值的电路。在图4中描绘了表示电池单元的电路的简化模型。注意，可使用其它模型。
电池单元72的电路模型可包括表示电池单元72的开路电压的电压源100。电路模型可包括电压源与电池单元72的端子之间的电阻102。电池单元72的端电压104可被定义为跨越电池单元72的端子的电压。事实上，可测量电池的端电压104。在受限制的状况下，端电压104可与开路电压100相同。例如，在空闲期(period of rest)(例如，流过电池单元的电流为零)之后，端电压104可与开路电压100相等。然而，当电流106流过电池单元72时，端电压104和开路电压100不必然是相同值。当电流106流过电池单元72时，电阻102和电流的大小确定开路电压100与端电压104之间的关系。
所述关系可表示为：
VOC＝VT+IR (1)
电阻102(R)可受温度影响。如果端电压104、电流106和电阻102已知，则可计算开路电压100。可使用电压传感器测量端电压104。可通过电流传感器测量流过电池单元72的电流106。可基于之前的测试实验性地推导得到电阻值。此外，可基于之前的测试数据确定电阻102与温度之间的关系。此外，如果开路电压100已知，则可基于图3中的图示来计算荷电状态。该信息可被组合到被称为电压、电流和温度(VIT)表的查找表中。
VIT表可被离线计算并存储在电池控制器76的非易失性存储器中。VIT表可被配置为基于端电压104、电池电流106和电池温度输出荷电状态。在操作期间，电池控制器76可测量端电压104、电池电流106和电池温度。端电压104、电池电流106和电池温度可被用于索引到VIT表中，以产生荷电状态值。注意，VIT表可针对单个电池单元、电池单元的组合和/或整个电池组被构建。
VIT表可通过收集各种状况下的测量数据来填充。在将电池保持在恒定的温度水平的同时可进行一系列的测量。在给定的电池温度处，牵引电池24可以以不同的恒定放电速率(例如，恒定的电流水平)从第一荷电状态放电到第二荷电状态。可基于图3在第一荷电状态和第二荷电状态处获知电池的开路电压。电压降可以是第二荷电状态下的电流和电池电阻的乘积的函数。电阻值可被计算为：
其中，VOC是第二荷电状态下的开路电压，VT是第二荷电状态下测量的端电压，I是恒定电流水平。可以以不同的温度、不同的放电速率和不同的荷电状态的起点和终点来重复所述测试。最终，通过端电压、电流和温度索引的电阻值的表可被确定。
在这种系统中，荷电状态的准确度取决于VIT表的准确填充。在诸如混合动力车辆的一些车辆构造中，大部分充电和放电电流脉冲可具有相对短的持续时间(例如，10秒以内)。在混合动力车辆应用中，可使用单个VIT表，所述单个VIT表具有表示持续时间相对短的脉冲的值。例如，可在各种温度和荷电状态下使用持续时间为10秒的电流脉冲来执行测试。来自该测试的数据可用于填充VIT表。
可在电荷消耗模式下操作的PHEV和BEV构造可允许更长的电流脉冲。例如，以巡航速度操作的BEV可使用长持续时间的电流脉冲(例如，几分钟)对牵引电池24进行放电。电池单元72的特性可基于电流脉冲的持续时间而不同。在长电流脉冲期间，电池单元72的电化学状态可达到稳态状况。在短电流脉冲期间，电池单元72的电化学状态可处于瞬态。其结果是，电池单元72的电阻可在电流脉冲期间变化，直到达到稳态电阻值。
在一些配置中，电池控制器76可通过随着时间累加电流测量值来计算安培小时积分。控制器76还可基于VIT表来计算荷电状态。系统可周期性地将安培小时积分荷电状态与基于VIT的荷电状态进行比较。如果荷电状态相差超过预定量，则可调整荷电状态。电池控制器76可被配置为输出荷电状态以供其它控制器使用。
电阻的变化可由在电池单元中发生的各种化学过程引起。跨越电池单元的电压降可在电流脉冲期间改变。电解质中的离子扩散表示跨越电解质层的锂离子的分布。扩散过程花费时间并最终达到稳态电压。在空闲时(例如，没有电流流过电池单元)，在整个电解质中LiPF6的浓度可以是均匀的。当施加电流时，LiPF6的浓度曲线稳定变化并最终达到稳态。达到稳态的时间可在100秒到200秒的数量级上。其效果可被视为不断增加的跨越电池单元的电压降以及由此产生的电阻的增加。
对电池单元的进一步影响是电极中的固态扩散过程。当电池空闲时，整个电极中的锂的浓度可以是均匀的。当施加电流时，锂的浓度曲线稳定变化并在一个时间段之后达到稳态。所述时间段也可在100秒到200秒的数量级上。效果是：端子之间的电压降随时间变化，直到达到稳态状况为止。
扩散过程的净效应是电池单元的电阻随着电流脉冲的持续时间的增加而变化。因此，在电流脉冲持续时间不同于被用于推导特性表的电流脉冲持续时间时，使用基于单个预定脉冲持续时间的单个特性表可在操作期间产生不够准确的结果。为了解决这个问题，可采用基于不同脉冲持续时间的多个特性表。额外的特性表可对由牵引电池24内的扩散过程引起的电压降的变化进行补偿。
例如，可根据长持续时间的电流脉冲推导得到第二特性表。可在长持续时间的电流脉冲期间收集数据(所述电流脉冲被选择以导致达到稳态)。例如，可施加100秒到200秒的电流脉冲以收集数据。可基于数据创建长持续时间VIT表。可在施加长电流脉冲并且生成存储在长持续时间VIT表内的数据之后测量电池的电压和温度。可以以荷电状态、电流幅值和电池温度的多种组合来重复处理。可预期的是，随着电流脉冲的持续时间增加，电阻值将增大，直到达到稳态的电压降为止。
在牵引电池24的操作期间，电池控制器76可监测电流极性的持续时间以选择VIT表中的一个。例如，可根据短期电流脉冲(例如，10秒)推导得到第一VIT表，并且可根据长期电流脉冲(例如，200秒)推导得到第二VIT表。第一VIT表和第二VIT表可存储在电池控制器76的非易失性存储器中。在车辆操作期间，可通过电池控制器76来监测流过牵引电池24的电流。在电流以给定的极性(正极或负极)流动的时间段期间，可监测电流的持续时间。响应于电流流动的持续时间小于预定的持续时间，可使用第一VIT表来确定荷电状态。响应于电流流动的持续时间大于或等于预定的持续时间，可使用第二VIT表来确定荷电状态。第二VIT表可提供比由第一VIT表所提供的电阻值更大的电阻值。
可将预定的持续时间选为在短期电流脉冲时间与长期电流脉冲时间之间的值。例如，可将预定的持续时间选为短期电流脉冲时间和长期电流脉冲时间的平均值。在其它配置中，可将预定的持续时间选为与短期脉冲时间或长期脉冲时间中的一个对应。
在一些配置中，可针对多种电流脉冲持续时间生成额外的特性表。例如，可以以从10秒上至稳态电流脉冲持续时间(例如，100秒)的电流脉冲间隔生成特性表。这种方法可改善荷电状态计算的准确度。一个限制可以是可用于存储特性表数据的非易失性存储器的容量。
由于针对牵引电池内的扩散过程对电阻值进行了补偿，因此产生的电池管理系统提供改善的电池SOC的估计。假设端电压、电流大小和温度对于两个不同的电流脉冲持续时间是相同的，可基于持续时间输出不同的SOC值。
在一些配置中，牵引电池24可以以电荷消耗模式进行操作。在放电电流脉冲期间，电阻值可至少在放电电流脉冲期间增加一次。随着放电电流脉冲的持续时间增加，预定的持续时间可被超越，在此时，可选择不同的VIT表(所述不同的VIT表具有更大的电阻值)。在使用多于两个VIT表的配置中，电阻值可随着持续时间增加而多次增加。
图5描绘了用于计算和输出牵引电池24的荷电状态的可行的操作序列的流程图。在操作200处，可测量输入值。输入值可包括电池电流、端电压和电池温度。在操作202处，可检查电池电流的极性(例如，正极或负极)，以确定极性是否已从先前的执行循环被改变(例如，从正极到负极)。如果极性已改变，则可执行操作206，以重新设置与电流极性相关联的持续时间。如果极性未改变，则可执行操作204，在操作204中，使用从先前的执行循环开始过去的时间来更新持续时间。持续时间的值可被保存为周期性增加的计数值。在操作204和206完成之后，可执行操作208以检查持续时间。如果持续时间小于或等于阈值，则可执行操作210。如果持续时间大于阈值，则可执行操作212。操作210和212可访问存储在控制器76的非易失性存储器中的表214的数据库。如所描述的，表214可被填充，并且可包括通过电压、电流和温度索引的多个电阻表。操作210可从数据库中选择短期电阻值，而操作212可选择长期电阻值。在操作216处，可基于选择的电阻值计算牵引电池24的荷电状态。在操作218处，可输出荷电状态值以用于控制牵引电池24。操作可在下一执行循环返回到操作200。
在一些配置中，可在操作206之后计算和输出荷电状态。这可防止电阻值在电流脉冲期间改变，直到获知电流脉冲的持续时间时为止。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机来实现，其中，所述处理装置、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、方法或算法可按照多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如ROM装置)上的信息和可变地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、CD、RAM装置以及其它磁性介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选地，所述处理、方法或算法可利用合适的硬件组件(诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合来整体或部分地实现。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可组合各个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特性，各种实施例可能已被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并非在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (8)

1.一种车辆，包括：
牵引电池；
控制器，被配置为：响应于流过牵引电池的电流的持续时间超过预定的持续时间，输出基于第一电阻值的荷电状态，以对由牵引电池内的扩散过程所引起的电压降的改变进行补偿，其中，第一电阻值大于当所述持续时间小于所述预定的持续时间时使用的第二电阻值。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，第一电阻值是基于在电流脉冲之后获取的至少一个电压测量值的，所述电流脉冲具有大于扩散过程已经达到稳态的预定时间的持续时间。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，第一电阻值是基于在电流脉冲之后获取的至少一个电压测量值的，所述电流脉冲具有至少100秒的持续时间。
4.如权利要求1所述的车辆，其中，第二电阻值是基于在电流脉冲之后获取的至少一个电压测量值的，所述电流脉冲具有小于扩散过程未达到稳态的预定时间的持续时间。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，第二电阻值是基于在电流脉冲之后获取的至少一个电压测量值的，所述电流脉冲具有10秒的持续时间。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，第一电阻值和第二电阻值是基于电流的幅值的。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，第一电阻值和第二电阻值是基于牵引电池的温度的。
8.如权利要求1所述的车辆，其中，第一电阻值和第二电阻值是基于牵引电池的端电压的。
CN201610862320.7A 2015-09-28 2016-09-28 基于电流脉冲持续时间的电池荷电状态估计 Active CN107031425B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/867,579 2015-09-28
US14/867,579 US10137797B2 (en) 2015-09-28 2015-09-28 Battery state of charge estimation based on current pulse duration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107031425A true CN107031425A (zh) 2017-08-11
CN107031425B CN107031425B (zh) 2021-07-09

Family

ID=58282144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610862320.7A Active CN107031425B (zh) 2015-09-28 2016-09-28 基于电流脉冲持续时间的电池荷电状态估计

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10137797B2 (zh)
CN (1) CN107031425B (zh)
DE (1) DE102016117370A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109895653A (zh) * 2017-12-08 2019-06-18 福特全球技术公司 高负荷事件的电池电力预测
CN113030749A (zh) * 2021-03-17 2021-06-25 北京酷能科技有限公司 电流检测方法及装置、设备、系统以及存储介质
CN114200309A (zh) * 2021-12-08 2022-03-18 广州小鹏汽车科技有限公司 车辆电池的仿真测试方法、装置、车辆以及存储介质
CN115327419A (zh) * 2022-10-18 2022-11-11 长兴太湖能谷科技有限公司 一种蓄电池内阻参数的在线辨识方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10202043B2 (en) * 2016-04-18 2019-02-12 Ford Global Technologies, Llc Structure to optimize electricity generation in a vehicle
DE102019129799A1 (de) * 2019-11-05 2021-05-06 Lisa Dräxlmaier GmbH Verfahren und vorrichtung zum laden eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs
US11855469B1 (en) 2023-03-10 2023-12-26 Beta Air, Llc Systems and methods for bidirectional charging
CN116872792B (zh) * 2023-08-22 2024-04-02 杭州鸿途智慧能源技术有限公司 一种基于快速更换补能动力电池混合动力控制系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008243373A (ja) * 2007-03-23 2008-10-09 Toyota Motor Corp 二次電池の状態推定装置
CN102368091A (zh) * 2010-06-22 2012-03-07 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于锂离子电池的适应性电池参数提取和soc评估
CN102736031A (zh) * 2011-04-01 2012-10-17 美商源捷有限公司 用于确定电池的充电状态的方法和装置
CN103917885A (zh) * 2012-03-03 2014-07-09 古河电气工业株式会社 二次电池状态检测装置及二次电池状态检测方法
WO2014155921A1 (ja) * 2013-03-28 2014-10-02 三洋電機株式会社 二次電池の充電状態推定装置及び二次電池の充電状態推定方法
CN104723895A (zh) * 2013-12-19 2015-06-24 福特全球技术公司 车辆和用于估计电池的衰减的方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020075003A1 (en) 2000-11-15 2002-06-20 Enrev Power Solutions, Inc. Adaptive battery charging based on battery condition
US6618681B2 (en) 2001-05-02 2003-09-09 Honeywell International Inc. Method and apparatus for predicting the available energy of a battery
CN101569052B (zh) 2006-12-26 2012-08-29 松下电器产业株式会社 非水性电解质二次电池的充电方法、电子设备、电池组件及充电器
JP5331493B2 (ja) * 2009-01-13 2013-10-30 日立ビークルエナジー株式会社 電池制御装置
US8170818B2 (en) * 2010-03-10 2012-05-01 GM Global Technology Operations LLC Battery state estimator using multiple sampling rates
JP2011257219A (ja) * 2010-06-08 2011-12-22 Nissan Motor Co Ltd 二次電池の内部抵抗又は開放電圧を演算する演算装置
US20120136595A1 (en) * 2010-11-29 2012-05-31 GM Global Technology Operations LLC Battery diffusion voltage estimation
JPWO2012120620A1 (ja) * 2011-03-07 2014-07-07 株式会社日立製作所 電池状態推定方法および電池管理システム
US9176198B2 (en) * 2012-02-17 2015-11-03 GM Global Technology Operations LLC Battery state estimator with overpotential-based variable resistors
JP5393837B2 (ja) * 2012-05-11 2014-01-22 カルソニックカンセイ株式会社 バッテリの充電率推定装置
DE102012222457A1 (de) 2012-12-06 2014-06-12 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Ladezustandsüberwachung eines elektro-chemischen Energiespeichers und Ladezustandsüberwachung
US10189366B2 (en) * 2013-04-11 2019-01-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Battery system
FR3015048B1 (fr) * 2013-12-12 2015-12-18 Renault Sas Evaluation de la quantite d'energie dans une batterie de vehicule automobile
TWI616667B (zh) * 2014-04-01 2018-03-01 鴻海精密工業股份有限公司 電池健康狀態的估算方法及其裝置
US9381823B2 (en) * 2014-07-17 2016-07-05 Ford Global Technologies, Llc Real-time battery estimation
KR20160017341A (ko) * 2014-08-05 2016-02-16 현대모비스 주식회사 배터리 충전 상태 추정 장치 및 방법
US20160178706A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 National Chung Shan Institute Of Science And Technology Method and apparatus of detecting states of battery

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008243373A (ja) * 2007-03-23 2008-10-09 Toyota Motor Corp 二次電池の状態推定装置
CN102368091A (zh) * 2010-06-22 2012-03-07 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于锂离子电池的适应性电池参数提取和soc评估
CN102736031A (zh) * 2011-04-01 2012-10-17 美商源捷有限公司 用于确定电池的充电状态的方法和装置
CN103917885A (zh) * 2012-03-03 2014-07-09 古河电气工业株式会社 二次电池状态检测装置及二次电池状态检测方法
WO2014155921A1 (ja) * 2013-03-28 2014-10-02 三洋電機株式会社 二次電池の充電状態推定装置及び二次電池の充電状態推定方法
CN104723895A (zh) * 2013-12-19 2015-06-24 福特全球技术公司 车辆和用于估计电池的衰减的方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109895653A (zh) * 2017-12-08 2019-06-18 福特全球技术公司 高负荷事件的电池电力预测
CN113030749A (zh) * 2021-03-17 2021-06-25 北京酷能科技有限公司 电流检测方法及装置、设备、系统以及存储介质
CN114200309A (zh) * 2021-12-08 2022-03-18 广州小鹏汽车科技有限公司 车辆电池的仿真测试方法、装置、车辆以及存储介质
CN114200309B (zh) * 2021-12-08 2024-01-09 广州小鹏汽车科技有限公司 车辆电池的仿真测试方法、装置、车辆以及存储介质
CN115327419A (zh) * 2022-10-18 2022-11-11 长兴太湖能谷科技有限公司 一种蓄电池内阻参数的在线辨识方法
CN115327419B (zh) * 2022-10-18 2023-04-28 长兴太湖能谷科技有限公司 一种蓄电池内阻参数的在线辨识方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10137797B2 (en) 2018-11-27
CN107031425B (zh) 2021-07-09
US20170088002A1 (en) 2017-03-30
DE102016117370A1 (de) 2017-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107031425A (zh) 基于电流脉冲持续时间的电池荷电状态估计
US10569660B2 (en) Systems and methods for battery state-of-health monitoring
CN107102266B (zh) 电气化车辆中的电池健康状态的虚拟评估
US10137792B2 (en) Vehicle control based on lithium plating detection in electrified vehicle battery
CN104773083B (zh) 混合动力传动系统及车辆
CN105083037B (zh) 电池单元荷电状态估计
US20160020618A1 (en) Fast Charge Algorithms for Lithium-Ion Batteries
US10124696B2 (en) Estimation and compensation of battery measurement and asynchronization biases
Mocera et al. Battery performance analysis for working vehicle applications
CN104723895B (zh) 车辆和用于估计电池的衰减的方法
CN105984356A (zh) 使用放电循环的电池充电策略
US11161428B2 (en) Adaptive open circuit voltage based soc reset method at the end of charge based on temperature and charging rate
CN104044482A (zh) 用于电动车辆的双锂离子电池系统
US9533598B2 (en) Method for battery state of charge estimation
CN105988087A (zh) 利用反向电流脉冲的电池开路电压测量
US11345254B2 (en) EKF state relay strategy in battery online identification
CN105785272A (zh) 用于电池泄漏检测的电路和方法
CN107472049B (zh) 在线车辆电池容量诊断系统与方法
US11135939B2 (en) System and method for hybrid-electric vehicle battery capacity estimation
US11498446B2 (en) Plug-in charge current management for battery model-based online learning
US11787306B2 (en) Electrified vehicle control to reduce battery sensor heat generation
Rao et al. Automated battery management system for electric/hybrid electric vehicle
Albanas Marcis Constant-temperature constant-voltage charging method for lithium-ion battery technology
胡晓松 et al. SOC distribution—based modeling for lithium-ion batteryfor electric vehicles using numerical optimization

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant