CN107132479B - 用于监测蓄电池劣化的系统与方法 - Google Patents

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Abstract

一种与蓄电池和可操作用于测量蓄电池数据的传感器一起使用的系统，包括交互式用户界面和控制器，其中控制器具有用于评估蓄电池状态的蓄电池劣化监测逻辑程序。作为方法的一部分，控制器识别数据仓中基于充电状态范围的蓄电池性能数据是否丢失或过时/失效，并自动提示操作员执行与所识别的数据仓对应的分配任务。完成分配的任务后，控制器记录所识别的数据仓的蓄电池性能数据，使用记录的蓄电池性能数据和蓄电池劣化监测逻辑来评估蓄电池的状态，并利用评估的状态执行与系统有关的控制动作。虚拟或真实反馈性征响应于完成所分配任务而被显示。

Description

用于监测蓄电池劣化的系统与方法
技术领域
本发明涉及一种用于监测蓄电池劣化的系统与方法。
背景技术
高压电能存储系统可用于对多种系统内的电机供电。例如，电机的输出力矩可以用于对某些发电厂以及混合动力电动车辆、纯电动车辆和增程式电动车辆中传动系统的输入元件进行供电。然而，随着电能存储系统单个电池单元的老化与劣化，电池容量、开路电压、电阻和充电状态等蓄电池性能参数可能相对于校准数值/新数值发生改变。因此，可以使用一个指定的控制器监测蓄电池劣化，从而确定不同电池单元中剩余的过量电能。根据剩余电能，可以对上述各种车辆的剩余电动操作里程等其他数据做出评估。评估的电动操作里程可供操作员用于进行路线规划，和/或供机载控制器执行动力系控制动作。
发明内容
本发明公开了一种采用最佳方式监测并联蓄电池劣化的系统，包括传感器、交互式用户界面、与传感器和用户界面通信的控制器，其中，控制器被编程，通过所述用户界面以最佳方式监测蓄电池劣化。如本发明所述，可以通过视觉激发某一驾驶和/或充电行为来控制用户界面。
例如，用户界面可以自动向车辆操作员发出目标或任务提示，从而改变既定驾驶周期的持续时间，更改充电起止时间，和/或延长或减少充电间隔时间。操作员收到提示任务后，启用控制器收集不能另外收集的驾驶或充电周期电荷控制区域状态的蓄电池性能数据，或者不能按照实现蓄电池劣化最佳监测或跟踪的需要频率收集的蓄电池性能数据。因而，所述用户界面用于使操作员以高度可视化、直观且交互的方式密切关注车辆的整体运行情况，并完成控制器通过虚拟或真实的反馈性征反馈的任何提示任务。
本公开实施例所述的系统可以与用于测量蓄电池的蓄电池性能数据的传感器一起使用。该系统可包括交互式用户界面和上述控制器，其中，控制器被编程，用于监测蓄电池的劣化和评估蓄电池状态。该控制器被进一步编程，用于识别测量的蓄电池数据不满足要求的基于充电里程数据仓的状态，例如数据丢失或过期/失效，即不能表明蓄电池当前能量等级的蓄电池性能旧数据。控制器通过控制交互式用户界面自动提示操作员执行所识别的“不满足要求”数据仓对应的分配任务，分配任务完成后，针对识别的数据仓记录测量的蓄电池性能数据。此外，控制器被编程，使用记录的蓄电池性能数据评估蓄电池的状态，然后使用所述评估状态执行系统有关的控制动作。
本发明还公开了一种方法，用于以最佳方式监测具有上述蓄电池和传感器的系统中蓄电池的劣化。该方法包括：通过控制器确定蓄电池性能数据是否丢失或失效，包括对若干蓄电池数据仓进行评估，每个数据仓的配置用于存储蓄电池预定充电状态范围的蓄电池性能数据，从而确定是否已经及时为每个数据仓收集了充分的数据，例如相对于临界值而言。该方法还包括通过交互式用户界面向操作员显示提示，提示操作员接受蓄电池性能数据丢失或失效的数据仓对应的分配任务。通过这种方式，控制器自动提示操作员执行分配的任务。
此外，该方法还包括检测操作员是否已经接受分配的任务，然后响应于接受检测记录用于与接受任务相对应的数据仓的蓄电池性能数据。然后，控制器在使用评估状态执行与系统有关的控制动作前，使用记录的蓄电池性能数据对蓄电池状态作出评估，作为方法的一部分。
结合附图，从以下对实现本发明的最佳模式的详细描述中，本发明的上述及其它特征与优点将是显而易见的。
附图说明
图1是如本文所述的一种示例车辆的示意图，其包括蓄电池、交互式用户界面和控制器，并且所述控制器被编程以启动驾驶行为，从而优化蓄电池劣化的监测。
图2是交互式用户界面的示例性显示屏和里程追踪器图标的示意图。
图3是交互式用户界面的示例性第二显示屏的示意图，其描述了示例性进度条。
图4A和4B是交互式用户界面的示例性第三显示屏的示意图，其描述了里程数据状态。
图5是交互式用户界面的示例性可选反馈屏幕的示意图。
图6是根据本发明的用于监测蓄电池劣化的示例性方法的流程图。
具体实施方式
参照附图，其中的附图标号用于标识不同视图中相似或相同的部件，图1是示例性车辆10的示意图，所述车辆10包括底座11、蓄电池12、显示设备40和控制器(C)50，所述显示设备40具有交互式用户界面42，所述控制器被编程，具有一套上文所述类型的蓄电池劣化监测逻辑30。结合图2-5，如下文所述，控制器50和交互式用户界面42都被编程，用于激励诸如车辆10给定系统操作员的特定行为，以及从视觉上提示操作员改变特定的行为，例如更改既定驾驶周期的持续时间、充电间隔、充电起止时间或使用蓄电池12的车辆10或其它系统的停机时间。
交互式用户界面42用于使蓄电池性能数据能够以全部所需的充电状态或区域范围来收集，包括基于逻辑30准确监测或跟踪蓄电池劣化所需的频率不能另外收集的性能数据。虽然图1所示的车辆10为受益于本公开的系统类型的一个示例，但是本领域的普通技术人员理解，所公开的方法可以扩展到任何可再充电的电气系统，例如计算机、机器人或此类使用蓄电池劣化监测逻辑30来评估蓄电池剩余电量或电动操作里程的设备。为了说明的一致性，图1的车辆10将在下文中描述，并不限于此种实施例的范围。
车辆10具体体现为混合动力电动车辆、纯电动车辆、增程式电动车辆或使用蓄电池12的电能为一个或多个电机供电的任何其它移动平台(未示出)。电机可操作用于将输出力矩传递到车辆10中安装在前驱动轴15F或后驱动轴15R上的前和/或后驱动轮14，从而实现对使用蓄电池12提供电能的车辆10的驱动。尽管为简便起见而省略，但是车辆10可以包括其它动力系部件，例如某些混合动力电动车辆结构中的内燃发动机或气体发生器。
车辆10还包括蓄电池传感器SX，每个传感器可操作用于测量或以其它方式确定蓄电池12的相应性能参数。例如，各个蓄电池传感器SX可以确定蓄电池12单个电池单元或电池组(未示出)的充电状态(箭头SOC)、蓄电池温度(箭头T)、蓄电池电压(箭头V)和/或蓄电池电流(箭头i)，得出的数值被传送或以其它方式报告给控制器50。控制器50使用蓄电池劣化逻辑30中的蓄电池性能参数来确定蓄电池12中剩余的过量电能。
例如，在车辆10静止达到校准持续时间后，即当车辆10的动力传动系关闭时，控制器50可以自动确定电压(箭头V)作为开路电压(OCV)。使用蓄电池劣化监测逻辑30需要将测量的OCV曲线的形状与校准的/新的OCV曲线形状进行比较，据此评估蓄电池12中剩余的电量，进而评估车辆10的电动车辆(EV)里程。
为配备电动动力系的车辆(如图1的示例车辆10)的操作员计算和显示评估的EV里程，是减少操作员里程焦虑的一个重要部分。对于通常收集的可用于蓄电池劣化监测逻辑30的蓄电池性能数据里程存在的差距而言，里程焦虑是一个基本原因。也就是说，操作员倾向于在充电站的特定范围内驾驶车辆，或者当蓄电池12仍处于相对高的能量等级时，倾向于对蓄电池12充电，以避免耗尽蓄电池12电量的可能性。这种情况类似于，当油箱中的燃油还剩一半时，常规车辆的操作员总是重新注满油箱，或者当电量状态远远高于50％时，对笔记本电脑充电的情况。因此，本文阐述的蓄电池劣化监测逻辑30的优化，使得操作员能够在评估里程内以更大的信心根据可用的充电站规划行车路线。
图1所示的交互式用户界面42和控制器50可具体体现为一个或多个不同的设备，每个设备可能具有一个或多个微控制器或中央处理单元(P)和存储器(M)，如只读存储器、随机存储器和电可擦除可编程只读存储器。控制器50和交互式用户界面40可以包括高速时钟、输入/输出电路和/或执行本文所述的功能需要的任何其它电路。在不同的配置中，交互式用户界面42和控制器50可以是相同或不同的设备。控制器50可以配置用于运行/执行各种软件程序，包括蓄电池劣化监测逻辑30。交互式用户界面42可以配置为从控制器50接收描述OCV或其它收集的蓄电池性能数据为最小、过时、失效或者完全不存在的数据区域或数据仓的蓄电池信息(箭头25)，并提供或输出数据流(箭头125)，其中一些能够经由用户界面42或控制器50有选择地显示。
交互式用户界面42和控制器50可以与存储器(M)数字互连，并且可以配置为以本领域已知的方式检索和执行这样的软件应用。同样，用户界面42包括液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、有机发光二极管显示器(OLED)和/或任何已有或未来可能开发的类似形式的显示器/监视器。在不同的实施例中，用户界面42可以是位于车辆10中央堆栈(未示出)中的导航或信息娱乐系统的触敏屏幕，和/或如图2所示的手机或其它便携式电子设备的触敏屏幕。也就是说，可以在用户界面42中集成电容性或基于触摸的数字转换器，并且可操作用以检测操作员的触摸作为输入信号(箭头13)，并将数字化触摸自动转换成数据流(箭头125)。数据流(箭头125)的图像、文本或其它图示可以通过用户界面42向操作员显示，并提供给控制器50，用于优化蓄电池劣化监测逻辑30的性能，和/或由交互式用户界面42保存，用于可选的虚拟或真实反馈性征，如下文图5所示。
图2描述了具有用户界面142的示例显示设备140。例如，显示设备140可以是图1车辆10的操作员手20中的手机，而用户界面142具体体现为显示设备140的触摸屏。为了参与图1的蓄电池劣化监测逻辑30的优化，操作员可以通过简单地触摸图标22来初始化方法100。图标22可以用诸如“里程追踪器”或“校准优化器”这样的文本说明或者如图所示的描述性标志或图示来标记，其中图标22和下面的方法100可供操作员下载到控制器50和/或交互式用户界面42和/或142，作为应用程序。然后，响应于触摸图标22，控制器50识别缺少充分的蓄电池性能数据或具有无法再准确描述蓄电池12当前状态的过时或“失效”数据的驾驶或充电周期。
非限制性示例任务包括：通过屏幕上可能用于方便执行任务的计时器，使蓄电池12的充电延迟预定持续时间，在充电周期的不同点间歇地暂停充电过程，以便收集不同充电状态下的蓄电池性能数据，或不对蓄电池12充电而驾驶一定距离，直到蓄电池充电状态达到特定级别。如上所述，考虑到充电车辆操作员的典型里程焦虑或正常驾驶/充电模式，在没有控制器50的专门提示的情况下，一些蓄电池性能数据可能不会被收集。因此，控制器50还可以在接受给定任务之前提示操作员识别目的地和最近的充电位置，或者控制器50可以主动将这些充电站的可用性视为生成任务的一个条件。
响应于选择图标22，控制器50可以通过用户界面42和/或142向操作员显示视觉提示。例如，显示这样一条文本提示“如果您选择接受任务，则连续驾驶至少4英里不停车，然后将车辆关闭至少2小时。”于是，操作员可以点击“接受”图标，开始收集该任务对应的蓄电池性能数据。然后便可以显示该示例任务的进度，如图3所示的指定文本区域32，包含了通知操作员任务进度的适当文本。
指定文本区域32可以填充适当的文本，例如“任务已被接受！您可以开始了。使用下方的完成状态条跟踪您的进度。”位于指定文本区域32附近的状态条34可以用图形表示所接受任务的进度，例如所示的具有里程[0-X]的渐填充式或渐变灰式状态条34，其中“X”表示特定的持续时间、驾驶距离或其它目标。当分配的任务完成时，状态条34会从用户界面42中消失，同时在指定文本区域32中显示的文本消息会变成对应的消息，例如“任务完成！您已成功收集用于提高蓄电池状态评估器精确度的数据。稍后返回此APP以获得更多改进机会。”
如果操作员在接受任务后不能完成所分配的任务，则会显示不同的文本消息，例如“哎呀！您的上一个任务中断了。好消息是，可以获得一个新任务！请按“接受”开始。”。然后，控制器50会自动分配一个新任务，例如“延迟充电至少45分钟。通过按“接受”，将在下次插电后45分钟自动开始充电。”具体任务取决于被评估的具体蓄电池12的数据是否失效或丢失。
如图3的右下角所示，详情图标(D)可以在显示屏42上显示。选择详情图标(D)可以弹出详细信息页面，图4A-B是两个可能的示例，它们都显示了在使用具有若干状态条41和每个状态条41的填充/空白里程对应的标志39或139(例如，如图所示的表情符号或其它卡通插图)的条形图的蓄电池充足电情况下行驶里数的示例。因此，每个状态条41对应其中一个数据仓。相对于图4A-B，行驶的距离可以划入数据仓，例如，如图所示的相对于充足电情况下的行驶距离里程。由于操作员倾向于在住宅或其它优选充电站的特定范围内驾驶车辆，所以一些数据仓可以填入充足且及时的数据，其中满足要求的数据量由图4A和4B中的“S”表示。在一个实施例中，可以对满足要求的数据仓进行颜色编码，例如使S区域呈现绿色或其它合适的颜色。
由于未在蓄电池的不同充电状态范围或里程中操作车辆10，相应的数据仓可能累积不充足和超时的数据，使得数据在数量或时间方面不满足要求。图4A和4B用“U”表示不满足要求的数据量，也可以采用彩色编码方式，例如灰色。此外，可以描述从先前完成的工作或任务新收集的数据，例如用“N”所示。在用户界面42上，可以设置附加图标31、33和35，使操作员能够退出到其它应用程序，如音频、电话或导航显示屏。图标36和38可以用于选择其它可能的详情或历史屏幕，或者输入一个可选的交互式虚拟或真实反馈性征，其示例如图5中所示。
参照图5，图1中车辆10的操作员可以被选择性地反馈或激励，以参与蓄电池性能数据的收集，供蓄电池劣化监测逻辑30以各种方式使用。例如，响应于完成分配任务，控制器50可以被编程用于显示真实或虚拟的反馈性征。作为示例，可以向操作员展示一个虚拟对象60(例如，如图所示的车辆)的图像，操作员可以通过完成所分配的任务来逐渐自定义。任务的完成可以用预定数量的积分(Cr)来反馈，其总数可以表示为62。操作员可以为虚拟组件64兑换获得的积分。虚拟组件64需要兑换相应数量的积分，并且对于图5所示的非限制性示例虚拟车辆，可以包括新的轮圈、赛车条纹、火焰或其它识别标记、扰流器、照明、悬挂套件、车窗贴膜、徽章或其它部件。操作员可以从彩色瓦片66A-F的滚动列表中选择期望的颜色66，每个彩色瓦片具有不同的颜色。图标47显示时可以“购买”一个选定的虚拟组件64，“后退”图标37显示时可以让操作员返回上一屏幕。
在本公开的范围内，可以设想图5的其它可能实施例。在可能的可替代实施例中，积分(Cr)可以用于服务或产品折扣兑换，例如打折的车辆服务或餐厅折扣。虚拟组件64可以是非车辆系统的组件，例如其它实施例中的对象或可定制化身。这些对象或字符的非限制性示例可以包括建筑物、人物、卡通形象等，其中的任何一个都可以逐步地配备或配置合适的虚拟组件64，例如当操作员完成分配任务时的覆盖物或组件。
图6所示是由控制器50执行的方法100的示例性实施例。如上所述，控制器50被编程，用于识别由蓄电池劣化监测逻辑30可用并且具有丢失和/或失效的蓄电池性能数据的充电状态范围索引的预定“数据仓”，并且通过交互式用户界面42或142自动提示操作员执行与所识别的数据仓对应的分配任务。完成分配的任务后，控制器50记录蓄电池12的测量性能参数，并使用记录的性能参数，通过蓄电池劣化逻辑30来评估蓄电池12的状态。
方法100的示例性实施例从步骤S102开始，其中图1的控制器50确定蓄电池劣化监测逻辑30可用的蓄电池性能数据是否完整，即是否未发生丢失或失效。步骤S102需要评估每个对应于预定充电状态范围的蓄电池数据仓，以确定是否针对每个数据仓收集了充足的蓄电池性能数据，以及数据仓中的数据是否在预定时间内收集，因而是及时的。也就是说，当蓄电池12是新的时，收集到特定数据仓中的数据，例如，蓄电池12在0-5％充电状态的示例数据仓处的OCV或电池充足电后行驶的0～5英里，可能不作为几年后当蓄电池12老化时蓄电池充电容量的有效预测值。因此，控制器50可以将现有数据与老化的和其它目标阈值进行比较，以确定蓄电池劣化监测逻辑30可用的蓄电池性能数据是否完整。当蓄电池性能数据完整时，步骤S102循环重复；当控制器50确定蓄电池性能数据的任何部分不完整或不满足要求时，如图4A-B所示在基于里程的示例数据仓中标记“U”，则方法100继续执行步骤S104。
步骤S104可以包括检测是否选择图2中的图标22，其也可以经由交互式用户界面42或142再次显示。当操作员没有选择图标22，或者表示愿意参与根据方法100对附加的蓄电池性能数据进行交互式收集时，则步骤S102可重复。当操作员选择图标22时，方法100继续执行步骤S106。
在步骤S106中，控制器50和/或交互式用户界面42/142自动生成一个对应于不满足要求的数据仓的任务，然后将其作为提示传递给操作员。例如，分配的任务可以是驾驶任务，其中要求操作员驾车行驶预定的距离，使电池电量耗尽以达到预定充电状态，和/或将车辆10关闭预定的时间。任务也可以是充电任务，其中要求操作员不对蓄电池12充电，或者在蓄电池12插电后将其充电延迟预定的时间。或者，可以使用免提操作，即在显示文本的同时，伴随着使用本领域公知的语音激活技术对语音命令作出响应的语音提示。可以显示广告作为提示的一部分，例如，可能结合位置搜索将操作员引导到具体位置。然后，方法100继续执行步骤S108。
步骤S108包括，通过检测对显示屏42或142的触摸输入，确定操作员是否已经接受步骤S106的任务提示。如果操作员拒绝接受任务，则方法100可以返回到步骤S106并选择一个不同的任务，或者根据操作员的意愿退出方法100。当操作员接受任务时，方法100继续执行步骤S110。
在步骤S110中，控制器50收集与在步骤S108接受的任务相对应的关联数据仓的蓄电池性能数据。步骤S110可以包括，处理图1的蓄电池传感器SX发出的信息，从而收集OCV数据或其它合适的数据以“填充”或更新未充分利用的数据仓中的数据。步骤S110可以包括，通过蓄电池劣化监测逻辑30，使用蓄电池传感器SX提供的蓄电池性能数据测量记录来评估蓄电池12的剩余电量或其它状态，然后利用评估的状态执行车辆10或其它使用蓄电池12的系统有关的控制动作。示例性控制动作包括，通过用户界面42或142显示评估的电动里程，从而减少操作员的里程焦虑，或者使用评估的电动里程以特定方式控制车辆10的动力系，例如通过改变操作模式或者将电和汽油产生的力矩组合。然后，方法100可以返回步骤S106并以新的任务重新开始，或者由操作员自行决定退出。
如上所述的方法100可以向操作员发出告警，提示其完成最终优化用于确定EV里程的蓄电池状态预测算法精度的目标或任务的机会。该方法可以进一步自定义，具备将智能应用于任务分配的能力。例如，在典型工作日结束的晚上，可以向操作员提供有吸引力的行程，例如“在米尔福德市中心的餐厅用餐”或“到肯辛顿公园度过美好的时光”。操作员可能被要求做一些日常工作以外的事情，如在一天结束的时候在插电之前完全耗尽蓄电池12的电量。
在可替代实施例中，当操作员执行位置搜索时，可以结合位置搜索参数来分配控制器50指派的目标或任务。例如，如果操作员搜索特定类型的餐厅，控制器可以分配步骤S106的任务，例如“开车到达位置Y的餐厅X”，提示操作员行驶一定距离，从而确保操作员在完成分配任务的同时，能够到达她选择的餐厅。为了便于执行任务，控制器50可以被编程，通过交互式用户界面42/142显示广告作为提示任务的一部分。例如，控制器50可以显示伴随位置搜索的广告，并鼓励操作员开得更远一些，或者可能根据分配的任务前往不同的设施。除了有助于蓄电池劣化逻辑30的优化，所述实施例还可以实现方法100的货币化。
虽然已经详细描述了实施本公开的最佳方式，然而本公开所涉及的本领域技术人员认可在所附权利要求范围内的各种替代设计和实施例。旨在表明，以上描述中包含的和/或附图中示出的所有内容应仅作为说明，而不是限制性的。

Claims (7)

1.一种用于监测具有控制器和可操作用于测量蓄电池的性能数据的蓄电池传感器的系统中的蓄电池劣化的方法，所述方法包括：
通过控制器确定所测量的蓄电池性能数据是否丢失或失效，包括对被配置用于存储针对预定充电状态范围测量的蓄电池性能数据的若干数据仓进行评估，以确定是否已经对每个数据仓测量了蓄电池性能数据；
通过交互式用户界面显示蓄电池性能数据丢失或失效的数据仓对应的分配任务，从而自动提示操作员执行所分配的任务；
检测操作员是否已经接受显示的分配任务；
响应于检测操作员是否接受所显示的分配任务，通过控制器记录来自用于接受的分配任务所对应的数据仓的蓄电池传感器的蓄电池性能数据；
使用记录的蓄电池性能数据评估蓄电池的状态；以及
使用评估的状态来执行与系统有关的控制动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中检测操作员是否已接受所显示的分配任务包括检测对所述交互式用户界面显示屏的触摸输入。
3.根据权利要求1所述的方法，其中记录所述蓄电池的性能数据包括使用所述蓄电池传感器测量所述蓄电池的开路电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统是车辆的一部分，并且其中所述的控制动作包括通过所述交互式用户界面显示所述车辆的评估电动里程。
5.根据权利要求1所述的方法，其中显示所分配的任务包括在所述交互式用户界面的显示屏上显示一个图标，其中检测操作员是否已接受所显示的分配任务包括检测所述图标是否已被触摸。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述的分配任务是驾驶任务，要求操作员驾驶所述车辆行驶预定的距离，从而将所述蓄电池电量耗尽，以达到预定充电状态。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述的分配任务是充电任务，要求操作员不对所述蓄电池充电，或者在蓄电池插电后将其充电延迟预定的时间。
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