CN111114385B - 用于老化蓄电池快速容量损失的检测与缓解 - Google Patents

用于老化蓄电池快速容量损失的检测与缓解 Download PDF

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Abstract

本发明题为“用于老化蓄电池快速容量损失的检测与缓解”。一种用于车辆的蓄电池控制系统包括蓄电池状态估计器，该蓄电池状态估计器被配置为响应于充电系统将蓄电池充电到最大充电电压而获得蓄电池的蓄电池单元开路电压(OCV)。系统包括负电压确定模块，该负电压确定模块被配置为基于获得的电池或蓄电池OCV确定蓄电池的负OCV。系统包括电压偏移确定模块，该电压偏移确定模块被配置为识别蓄电池的负OCV与蓄电池的先前负OCV之间的差值。系统还包括充电电压模块，该充电电压模块被配置为基于差值将最大充电电压选择性地减小到减小的最大充电电压，并将减小的最大充电电压传输到充电系统。指示充电系统对蓄电池进行充电，使得蓄电池不超过减小的最大充电电压。

Description

用于老化蓄电池快速容量损失的检测与缓解
背景技术
本公开涉及车辆推进系统，并且更具体地涉及识别车辆的蓄电池的快速电池容量损失的开始的系统和方法。
本章节提供了与本公开相关的背景技术信息，该背景技术信息不一定是现有技术。
高能量密度电化学电池，诸如锂离子蓄电池和锂硫蓄电池，可用于各种消费产品和车辆，诸如混合动力电动车辆和电动车辆。典型的锂离子蓄电池和锂硫蓄电池包括第一电极(例如，阴极)、第二电极(例如，阳极)、电解质材料和隔板。随着蓄电池老化，蓄电池的电池容量可能会下降。在一些情况下，蓄电池可能逐渐老化，并且然后经历快速电池容量损失。
发明内容
本章节提供了对本公开的总体概述，并未全面公开其全部范围或其所有特征。
本公开涉及用于老化蓄电池快速容量损失的检测和缓解。一种用于车辆的蓄电池控制系统包括蓄电池状态估计器，该蓄电池状态估计器被配置为响应于充电系统将蓄电池充电到最大充电电压而获得蓄电池的蓄电池单元开路电压(OCV)。该系统还包括负电压确定模块，该负电压确定模块被配置为基于所获得的电池或蓄电池OCV确定蓄电池的负OCV。该系统还包括电压偏移确定模块，该电压偏移确定模块被配置为识别蓄电池的负OCV与蓄电池的先前负OCV之间的差值。该系统还包括充电电压模块，该充电电压模块被配置为基于该差值将最大充电电压选择性地减小到减小的最大充电电压，并将减小的最大充电电压传输到充电系统。指示充电系统对蓄电池进行充电，使得蓄电池不超过减小的最大充电电压。
在其他特征中，蓄电池状态估计器被配置为响应于在充电系统将蓄电池充电到最大充电电压之后的预先确定的时段内测量所获得的蓄电池单元OCV，以存储蓄电池的所获得的蓄电池单元OCV。在其他特征中，电压传感器被配置成测量蓄电池的OCV。在其他特征中，充电系统接收来自电压传感器的测量的电压，并响应于来自电压传感器的测量的电压，减小供应给蓄电池的充电电流，达到以下中的至少一者：(i)最大充电电压和(ii)减小的最大充电电压。
在其他特征中，超电势识别模块被配置为在充电系统将蓄电池充电到最大充电电压之后的预先确定的时段内获得蓄电池的OCV，并且确定与蓄电池的OCV相关联的蓄电池的电池超电势。在其他特征中，充电电压模块被配置为通过确定的电池超电势或基于确定的电池超电势的量选择性地减小最大充电电压。在其他特征中，蓄电池状态估计器被配置为在蓄电池达到充满电或最大充电电压之后的预先确定的时段内获得蓄电池的OCV。在其他特征中，蓄电池在预先确定的时段期间处于零负载下。在其他特征中，蓄电池控制系统包括在车辆中，并且该车辆包括显示器。在其他特征中，电压偏移确定模块将电池容量警报传输到显示器，并且响应于接收到该电池容量警报，显示器产生以下中的至少一者：视觉警报、听觉警报和触觉反馈警报。
在其他特征中，最大充电电压减小的量是基于蓄电池的负OCV与蓄电池的先前负OCV之间的差值。在其他特征中，负OCV历史包括蓄电池的初始负OCV和蓄电池的先前OCV。在其他特征中，蓄电池的先前负OCV是蓄电池的初始负OCV。在其他特征中，充电电压模块响应于差值超过阈值而选择性地减小蓄电池的最大充电电压。在其他特征中，充电电压模块将蓄电池的先前负OCV设定为等于蓄电池的负OCV。
一种用于车辆的蓄电池控制系统，该蓄电池控制系统包括：超电势识别模块，该超电势识别模块被配置为在充电系统将蓄电池充电到最大充电电压之后的预先确定的时段内获得蓄电池的开路电压(OCV)。该系统还包括电池超电势变化确定模块，该电池超电势变化确定模块被配置为基于所获得的OCV确定蓄电池的电池超电势。该系统还包括电压偏移确定模块，该电压偏移确定模块被配置为使用蓄电池的电池超电势和蓄电池的先前电池超电势来确定电池超电势的斜率。该系统还包括充电电压模块，该充电电压模块被配置为基于该斜率将最大充电电压选择性地减小到减小的最大充电电压，并将减小的最大充电电压传输到充电系统。指示充电系统对蓄电池进行充电，使得蓄电池不超过减小的最大充电电压。在其他特征中，超电势识别模块包括电压传感器，该电压传感器被配置为测量蓄电池的端子上的OCV。
一种用于车辆的蓄电池控制方法，该蓄电池控制方法包括：响应于将蓄电池充电到最大充电电压而获得蓄电池的开路电压(OCV)，以及基于所获得的OCV确定蓄电池的负OCV。该方法还包括：识别蓄电池的负OCV与蓄电池的先前负OCV之间的差值，以及基于该差值将最大充电电压选择性地减小到减小的最大充电电压。该方法还包括：将减小的最大充电电压传输到充电系统，以及指示充电系统对蓄电池进行充电，使得蓄电池不超过减小的最大充电电压。
在其他特征中，在将蓄电池充电到最大充电电压之后的预先确定的时段内发生获得蓄电池的OCV。在其他特征中，该方法包括：确定对应于蓄电池的OCV的蓄电池的电池超电势，以及将最大充电电压选择性地减小基于电池超电势的量。在其他特征中，在蓄电池处于零负载时获得蓄电池的OCV。在其他特征中，最大充电电压减小的量是基于蓄电池的负OCV与蓄电池的先前负OCV之间的差值。在其他特征中，响应于差值超过阈值，选择性地减小蓄电池的最大充电电压。
根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并非旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文所述的附图仅用于所选实施方案的说明性目的，并非所有可能的具体实施，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是示例车辆的功能框图。
图2是蓄电池充电调节模块的示例具体实施的功能框图。
图3A是描绘基于蓄电池的负开路电压(OCV)调节蓄电池的最大电压的示例具体实施的流程图。
图3B是描绘基于蓄电池的电池超电势调节蓄电池的最大电压的示例具体实施的流程图。
图4A是在特定蓄电池循环期间蓄电池的测量的OCV迹线、正OCV迹线和负OCV迹线的图形描绘。
图4B是在另一个特定蓄电池循环期间蓄电池的测量的OCV迹线、正OCV迹线和负OCV迹线的图形描绘。
图4C是在又一个特定蓄电池循环期间蓄电池的测量的OCV迹线、正OCV迹线和负OCV迹线的图形描绘。
图5是蓄电池寿命期间电池容量和充满电负OCV的变化的图形描绘。
图6A是蓄电池寿命期间在一小时休息时段后测量的电池容量和电池超电势的变化的图形描述。
图6B是蓄电池寿命期间在一分钟休息时段后测量的电池容量和电池超电势的变化的图形描述。
图7是蓄电池寿命期间电池容量、电池超电势和负OCV的变化的图形描绘。
在附图的若干视图中，对应的附图标号指示对应部件。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方案。
本发明提出了一种蓄电池充电调节系统，以响应于蓄电池的开路电压(OCV)(指示蓄电池的电池容量正在下降)调节蓄电池的最大电压。当OCV指示蓄电池的电池容量正在下降时，蓄电池充电调节系统可以降低蓄电池的最大电压，以限制蓄电池在后续循环中充电的程度。降低蓄电池的最大电压可以避免或延迟快速电池容量损失的开始，从而延长蓄电池的寿命。
蓄电池的OCV可以通过测量蓄电池的端子上的电压来测量，或者可以从车辆的车载蓄电池状态估计器获得。使用化学计量拟合模型，可以从OCV确定正OCV对准和负OCV对准。根据定义，蓄电池的OCV等于正OCV减去负OCV。在各种具体实施中，可以监测最大充电下的负OCV，以识别指示蓄电池正在经历电池容量损失的变化。例如，蓄电池正在进入快速电池容量损失的指示是负OCV开始偏移至更高的平稳状态。
电池超电势还可以指示蓄电池何时正在进入快速电池容量损失。在各种具体实施中，可以基于所测量的OCV确定蓄电池的电池超电势。电池超电势是表示在两种不同操作条件下蓄电池的电压的差值的电池阻抗的量度。电池超电势可以被计算为由目前公开的系统设定和调节的充电下的蓄电池的最大电压减去所测量的OCV，该OCV在蓄电池已充满电并且在零负载下休息预先确定的时段之后测量。电池超电势可以增加与负OCV的偏移相同的量。因此，蓄电池正在进入快速电池容量损失的方案的指示可能是电池超电势开始快速增加。
一旦系统发现蓄电池可能正在进入快速电池容量损失，蓄电池充电调节系统就可能会降低蓄电池的最大电压：例如，通过蓄电池的初始负OCV平稳状态与蓄电池的目前负OCV平稳状态之间的差值。这样，对于后续循环，调节蓄电池的最大电压，从而防止蓄电池被充电到更高的电压并且延迟快速电池容量损失。
现在参见图1，呈现了示例车辆100的功能框图。虽然车辆100被示出并描述为混合动力车辆，但是本公开也适用于非混合动力车辆、电动车辆和燃料电池车辆。本公开适用于自主车辆、半自主车辆、非自主车辆和其他类型的车辆。
引擎104燃烧空气/燃料混合物，以产生驱动扭矩。引擎控制模块(ECM)108基于扭矩请求(诸如基于一个或多个驾驶员输入确定的扭矩请求)控制引擎104。例如，ECM 108可以控制引擎致动器的致动，诸如节流阀、一个或多个火花塞、一个或多个燃料喷射器、阀致动器、凸轮轴相位器、废气再循环(EGR)阀、一个或多个增压设备以及其他合适的引擎致动器。
引擎104可以将扭矩输出到变速器110。变速器控制模块(TCM)112控制变速器110的操作。例如，TCM 112可以控制变速器110内的档位选择以及一个或多个扭矩传递设备(例如，变矩器、一个或多个离合器等)。
车辆100可包括一个或多个电动马达。例如，单个电动马达116可以联接到变速器110，如图1的示例中所示。在各种具体实施中，电动马达116可位于变速器120的壳体内。在各种具体实施中，电动马达116可在充当发生器与马达之间进行交替。当充当发生器时，电动马达116将机械能转换成电能。电能可以例如用于经由功率控制设备(PCD)128对蓄电池124进行充电。当充当马达时，电动马达116生成扭矩，该扭矩可用于例如补充或替换引擎104输出的扭矩。虽然提供了一个电动马达的示例，但是车辆可以包括零个或多于一个的电动马达。
功率反相器模块(PIM)132可以控制电动马达116和PCD 128。PCD 128基于来自PIM132的信号将来自蓄电池124的直流功率转换成电动马达116的交流。PCD 128还可以将电动马达116的功率输出提供给蓄电池124。
车辆100的模块可经由网络136诸如控制器局域网络(CAN)来共享参数。在车辆中，CAN也可以代表汽车局域网络。网络136可包括一个或多个数据总线。各个参数可以经由网络136来由一个控制模块提供给其他控制模块。
驱动输入可包括例如加速器踏板位置(APP)，该加速器踏板位置可提供给ECM108。可将范围选择器(诸如停车、倒车、空挡、驱动、低(PRNDL)选择器)的位置提供给TCM112。
车辆也可包括传感器140。传感器140的示例包括一个或多个激光成像距离和测距(LIDAR)传感器、一个或多个雷达传感器、一个或多个相机以及一个或多个声纳传感器。一个或多个控制模块可基于来自传感器140中的一个或多个传感器的输入来控制相应设备。例如，ECM 108可基于来自传感器140的输入来控制引擎104。
车辆系统还包括信息娱乐模块144。信息娱乐模块144控制在显示器148上显示的内容。显示器148可以是各种具体实施中的触摸屏显示器，并且经由信息娱乐模块144将指示用户输入的信号传输到显示器148。信息娱乐模块144可以附加地或另选地从一个或多个其他用户输入设备(诸如一个或多个开关、按钮、旋钮等)接收指示用户输入的信号。
信息娱乐模块144还可以经由一个或多个其他设备来生成输出。例如，信息娱乐模块144可经由车辆100的一个或多个扬声器来输出声音。车辆100可包括一个或多个未示出的附加控制模块，诸如底盘控制模块、蓄电池组控制模块等。车辆100可以省略所示出和所讨论的控制模块中的一个或多个控制模块。
充电系统152可接收功率并对蓄电池124进行充电。可以从提供例如AC功率的壁装插座处接收功率。蓄电池充电调节模块156可以调节经由充电系统152对蓄电池124进行充电的量。例如，蓄电池充电调节模块156可以将最大电压值传输到充电系统152。充电系统152可对电池124进行充电，直到达到最大电压值。
在各种具体实施中，蓄电池充电调节模块156可响应于最大电压值的调节而向信息娱乐模块144发送警报。然后，信息娱乐模块144可以在显示器148上显示警报，该警报指示已调节了蓄电池124的最大电压值，从而降低蓄电池124的充电。这可以允许信息娱乐模块144在显示器148上显示蓄电池124的预期可用寿命。
参考图2，描绘了蓄电池充电调节模块156的示例具体实施的功能框图。蓄电池充电调节模块156包括超电势识别模块204，该超电势识别模块接收蓄电池124的所测量的OCV。例如，电压传感器可以测量蓄电池124的OCV，并将所测量的OCV传输到超电势识别模块204。另选地，超电势识别模块204可以包括用于测量蓄电池124的OCV电压传感器。
超电势识别模块204监测蓄电池124的所测量的OCV。一旦蓄电池124已达到最大电压，如充电系统152所指示的，超电势识别模块204可以存储蓄电池124的最大电压，该电压等于蓄电池124由充电系统152以量充电。在各种具体实施中，充电系统152所使用的最大电压为预先确定的值。然后，超电势识别模块204在蓄电池124空载时等待预先确定的时段。在空载的预先确定的时段已过期之后，触发超电势识别模块204以存储蓄电池124的所测量的OCV。使用下面讨论的公式2和3，超电势识别模块可以基于对蓄电池124进行充电的最大电压和在预先确定的时段之后蓄电池124的测量的OCV来计算超电势。
在各种具体实施中，在存储蓄电池124的OCV之前，超电势识别模块204在蓄电池124的任何充电或放电之后等待预先确定的时段。每次蓄电池124充满电时，超电势识别模块204保持蓄电池124的所测量的OCV的存储，这指示一个蓄电池循环的完成。蓄电池循环是当蓄电池124至少部分耗尽并随后充满电。在多个循环之后，蓄电池124的电池容量可以稳定的速率下降。在各种具体实施中，当基于负OCV识别蓄电池中的快速电池容量损失时，如下所述，蓄电池充电调节模块156可以排除超电势识别模块204。
在各种具体实施中，蓄电池充电调节模块156可以在各种SOC增量期间从车辆的蓄电池状态估计器208接收蓄电池124的所测量的OCV。蓄电池状态估计器208监测并存储蓄电池124的SOC以及蓄电池124的OCV。在各种具体实施中，蓄电池充电调节模块156可以从蓄电池状态估计器208接收蓄电池124的所测量的OCV。
在各种具体实施中，电池容量会快速下降，从而导致蓄电池124的使用寿命终止。负OCV的偏移和蓄电池124的电池超电势的增加可以指示快速电池容量下降的开始。化学计量拟合模块212(也称为负OCV确定模块)接收存储在蓄电池状态估计器208中的所测量的OCV，并确定蓄电池124的负OCV。
化学计量拟合模块212基于所测量的OCV确定蓄电池124的正OCV与蓄电池124的负OCV的对准。具体地，所测量的OCV等于正OCV减去负OCV。在各种具体实施中，将化学计量拟合模块212应用于所测量的OCV，以确定负电极和正电极的对准，从而分别表示负OCV和正OCV。在各种具体实施中，化学计量拟合模块212可以最大电压或充满电来输出蓄电池的负OCV。
可以在化学计量的背景下描述负电极和正电极对准，这指示化学反应中产物与反应物之间的定量关系。对准的化学计量术语是在放电期间锂从阳极或负电极转移到阴极或正电极的量，并且相对于每个电极的总锂存储容量表示。在各种具体实施中，化学计量拟合模块212可以使用下文的公式1来计算蓄电池124的正OCV和负OCV的对准。
OCV(SOC)＝Up(yf-SOC*(yf-yi))-Un(xf+SOC*(xi-xf)) (1)
其中SOC是蓄电池124的充电状态，OCV(SOC)是在SOC处测得的OCV，Up是在SOC处的正OCV对准，Un是在SOC处的负OCV对准，yi是蓄电池充满电时的初始正OCV，yf是蓄电池完全放电时的最终正OCV，xi是蓄电池充满电时的初始负OCV，并且xf是蓄电池完全放电时的最终负OCV。
正OCV、Up表示正电极与参考电极之间的电势差，并且负OCV、Un表示负电极与相同参考电极之间的电势差。在各种具体实施中，参比电极可以是锂金属，该锂金属具有固定且不变的电势，该电势可以是0.0V。参考电极可以由具有不同但固定和不变的电势的锂金属以外的材料制成。应当理解使用参考电极来测量正OCV和负OCV的方法和设备。在美国专利8,586,222中公开了此类基于参考电极的测量技术的示例，该专利的公开内容通过引用方式全文并入本文。
所测得的OCV、OCV表示正OCV与负OCV之间的差值，该差值可以在给定的SOC量值下确定。关于确定正OCV和负OCV的附加细节在美国公开2018/0284195中公开，该专利的公开内容通过引用方式全文并入本文。在各种具体实施中，蓄电池充电调节模块156可以包括查找表，该查找表包括由所测量的OCV索引的估计的负OCV值。该查找表可以基于在实验室或仪表化车辆中执行的蓄电池的测量来凭经验填充。
如图4A至图4B所示，当蓄电池124充满电时并且当蓄电池124为新时，负OCV保持在第一平稳状态。随着蓄电池124老化，当蓄电池124充满电时，负OCV偏移至第二值，从而以第二值保持平稳状态，如图4C所示。负OCV的偏移在快速电池容量下降或翻转的同时发生(如图5所示)。
在各种具体实施中，蓄电池124的电池超电势可以由超电势识别模块204来确定。类似于快速电池容量下降并且与负OCV偏移同时，电池超电势开始快速增加，通过电池超电势的变化来识别。例如，可以通过观察电池超电势的增加的变化率来识别变化。例如，可以将电池超电势的分段斜率的指数加权移动平均值(EWMA)与阈值进行比较。超过阈值的EWMA可以识别电池超电势的更快增加。
以下公式2示出了电池超电势与充满电时的负OCV(SOC＝1)之间的关系：
Figure BDA0002089844100000091
其中Vmax是蓄电池124的最大电压，
Figure BDA0002089844100000092
是蓄电池124的正OCV，
Figure BDA0002089844100000093
是蓄电池124的负OCV，并且OPo是蓄电池124的电池超电势。
为了测量电池超电势，超电势识别模块204可以在预先确定的时段与蓄电池124空载之后存储蓄电池124的所测量的OCV。然后，超电势识别模块204可以根据以下公式3计算电池超电势：
OPo＝Vmax-OCVo， (3)
其中OCVo等于
Figure BDA0002089844100000101
电压偏移确定模块220可以从化学计量拟合模块212接收负OCV。电压偏移确定模块220可以将负OCV存储在负OCV和超电势历史224中。电压偏移确定模块220可以访问负OCV和超电势历史224，以将蓄电池124的负OCV与先前负OCV进行比较。
电压偏移确定模块220将负OCV与先前负OCV进行比较。先前负OCV可以是当蓄电池124是新时记录的初始负OCV。另选地，可以在测量目前OCV之前的任何时间已测量先前负OCV。
如果电压偏移确定模块220确定负OCV不同于先前负OCV，则电压偏移确定模块220可将差值传输到充电电压模块228。当负OCV与先前负OCV之间的差值超过阈值时，电压偏移确定模块220可以将差值发送到充电电压模块228。例如，如上所述，某些蓄电池可具有介于第一平稳状态与第二平稳状态之间的设定值。如后续附图所示，两个平稳状态之间的差值的一个示例是36mV。因此，对于所描绘的蓄电池124，如果差值大于阈值诸如18mV、30mV、33mV或35mV，则电压偏移确定模块220可以仅将差值传输到充电电压模块228。
在各种具体实施中，如果在负OCV与先前负OCV之间存在任何差值，则电压偏移确定模块220可将差值发送到充电电压模块228。这样，当存在任何差值时，蓄电池充电调节模块156可以调节蓄电池124的最大电压，以延迟快速电池容量损失的开始。
在各种具体实施中，超电势识别模块204可以将在每个循环开始时测量的蓄电池124的所测量的电池超电势传输到电压偏移确定模块220，并且电压偏移确定模块220可以将计算的电池超电势存储在负OCV和超电势历史224中。电压偏移确定模块220可将目前计算的电池超电势与从负OCV和超电势历史224检索的先前电池超电势进行比较，以确定电池超电势的变化率。
在各种具体实施中，可以将目前计算的电池超电势与蓄电池124的寿命期间的电池超电势进行比较，以识别电池超电势是否开始以更快的速率增加。如上所述，在各种具体实施中，电压偏移确定模块220可以通过将目前计算的电池超电势的斜率与先前计算的电池超电势的斜率进行比较，来识别电池超电势的变化率。响应于该斜率(或斜率的过滤后的版本，诸如斜率的EMWA)超过阈值，计算目前电池超电势与最早电池超电势之间的差值。电压偏移确定模块220将差值传输到充电电压模块228。
一旦充电电压模块228接收到差值，充电电压模块228就确定蓄电池124的最大电压的调节。在监测负OCV的各种具体实施中，充电电压模块228可以通过该差值来使最大电压变化。例如，如果初始负OCV是92mV并且目前负OCV是128mV，则充电电压模块228可以将蓄电池124的最大电压减小36mV。充电电压模块228还可以基于该差值来使最大电压变化的量。例如，充电电压模块228可以使最大电压变化超过差值10mV的量。
在各种具体实施中，充电电压模块228可以将最大电压降低负OCV与降低最大电压时最后计算的负OCV之间的第二差值。充电电压模块228指示充电系统152将蓄电池124充电到计算的最大电压。在监测电池超电势的其他具体实施中，充电电压模块228可以通过目前计算的电池超电势来减小蓄电池124的最大电压。蓄电池124的最大电压可以减小基于目前计算的电池超电势的量。例如，蓄电池124的最大电压可以减小与计算的电池超电势成比例的量，诸如比计算的电池超电势高10％的量。在各种具体实施中，随着电池124达到最大电压或减小的最大电压，充电系统152可降低充电电流，以便不超过最大电压或减小的最大电压。
在各种具体实施中，电压偏移确定模块220可以生成警报并将警报传输到信息娱乐模块144。响应于蓄电池124经历快速电池容量损失的开始的指示—例如，蓄电池124的负OCV的增加，传输该警报。响应于接收到该警报，信息娱乐模块144经由显示器148显示警报。在各种具体实施中，警报可以是视觉警报或听觉警报，并且可以提供触觉反馈。
参考图3A，流程图描绘了基于蓄电池的负OCV的蓄电池最大电压调节的示例具体实施。控制在车辆启动时在304处开始，其中控制确定是否已安装了新的蓄电池。如果是，则控制(i)前进至308以清除初始负OCV，并将蓄电池的最大电压设定为预先确定的最大值，并且(ii)继续至312。否则，控制继续至312。在其他具体实施中，代替在车辆启动时开始，控制总是在操作并且在空载下获得蓄电池的所测量的OCV。
然后，在312处，控制确定蓄电池是否已充满电(即，达到最大电压)。如果否，则控制等待直到蓄电池已充满电。如果是，则控制前进至316，其中控制等待预先确定的时间段。在各种具体实施中，预先确定的时段可以是蓄电池在已充满电后休息的一分钟、一小时或另一设定的时间量。在各种具体实施中，控制等待直到蓄电池在已充满电之后的预先确定的时段内连续处于零负载下。
在等待预先确定的时段之后，控制继续至320以测量和存储目前OCV。图2的蓄电池状态估计器216可以测量蓄电池的各种SOC处的蓄电池的OCV，同时蓄电池正在循环内放电。当蓄电池处于零负载时，蓄电池状态估计器216在每个循环期间以各种增量测量蓄电池的OCV。在324处，控制使用化学计量拟合模型来确定目前OCV的负OCV。
在328处，控制确定初始负OCV是否被清除(尚未设定值)。如果控制确定初始负OCV被清除，则最近已安装了新的蓄电池，并且初始负OCV需要设定值，因此控制继续至332，其中初始负OCV设定为目前确定的负OCV。然后，控制前进至334，以确定蓄电池是否以预先确定的量放电。在各种具体实施中，预先确定的量可以对应于完全放电、部分放电或者小于充满电的任何量。如果否，则控制等待直到蓄电池放电。否则，控制返回至312，以确定蓄电池是否充电至最大电压。
然而，如果在328处已经设定了初始负OCV，则控制继续至336。在336处，控制确定目前负OCV与初始负OCV之间的差值。在340处，如果差值大于阈值，则控制继续至344以将蓄电池的最大电压设定为等于预先确定的最大值减去目前负OCV。换句话讲，如果目前负OCV已从初始负OCV偏移了阈值，则控制将蓄电池的最大电压偏移相同的量。这样，降低蓄电池可以充电的最大量以延迟快速电池容量损失的开始，因为负OCV的偏移指示蓄电池可能开始以更高的速率延缓。然后控制继续至334以确定蓄电池是否放电。如果在340处差值不大于阈值，则控制直接前进至334。
图3B是根据本公开的原理的蓄电池充电的示例修改的流程图。控制在350处开始，诸如在车辆通电时或车辆的蓄电池充电系统通电时。在其他具体实施中，控制从不结束。例如，当车辆的蓄电池充电系统始终监测蓄电池的充电状态并准备再充电时，这可能是真实的。
在350处，控制确定是否已安装了新的蓄电池。如果是，则控制转移至354以初始化变量。否则，控制转移至358。在354处，控制清除名为平稳状态_标志的标志。此标志指示已达到超电势的平稳状态。平稳状态在电池的超电势快速上升之前：因此，一旦平稳状态_标志已设定，控制就可以开始监测上升。
控制还将最大电压值设定为预先确定的最大值。最大电压值用于约束蓄电池的充电。可以基于蓄电池化学来设定预先确定的最大值，并且可以在制造期间将预先确定的最大值编程到车辆中。控制还将名为循环_次数的变量设定为零。该变量计数蓄电池经历的充电循环/放电循环数目。然后控制继续至358。
在358处，控制指示蓄电池充电系统使用最大电压值。换句话讲，指示蓄电池充电系统仅将蓄电池充电到最大电压值而不是充电到更高的电压。蓄电池充电系统可以对何时对蓄电池进行充电作出独立判断。例如，蓄电池充电系统可以在开始再充电之前等待直到蓄电池已以预先确定的量放电。
在各种具体实施中，蓄电池充电系统使用恒定电流和恒定电压充电的组合。例如，蓄电池充电系统可以使用近似恒定电流(诸如1C)来对蓄电池首先进行充电，直到已达到最大电压值。然后，蓄电池充电系统切换到恒定电压模式并继续向蓄电池供应电流，同时将蓄电池电压保持在最大电压值。当递送到蓄电池的电流量逐渐减小至预先确定的水平(例如0.05C)时，可以终止恒压充电。
在362处，控制确定蓄电池是否已充满电。如果是，则控制转移至366；否则，控制保持在362处。可以基于来自蓄电池充电系统的信号来确定蓄电池已充满电，这可以指示恒定电流和恒定电压方案都已完成。
在366处，控制启动从预先确定的值向零计数的定时器。例如，该值可以表示一分钟、一小时或另一时间段。在一些具体实施中，预先确定的值可以为零，基本上跳过由定时器施加的任何延迟。在370处，控制确定定时器是否已过期。如果是，则控制转移至372；否则，控制转移至374。在374处，定时器尚未过期，因此控制确定是否已在蓄电池上放置负载。如果是，则可能无法获得可靠的超电势读数，并且然后控制转移至376。否则，如果蓄电池已不存在负载，则控制返回至370以确定定时器是否已过期。
在372处，控制测量蓄电池的开路电压。开路电压可以定义为当不存在负载并且不存在施加充电电流时对蓄电池端子上的电压的测量。控制在378处继续，其中控制计算超电势作为最大电压值减去所测量的OCV。控制在380处继续，其中控制将过滤器应用于超电势的斜率(即，目前超电势与先前超电势之间的差值)。例如，过滤器可以是指数加权移动平均值。
控制在382处继续，其中控制确定循环_次数变量是否大于阈值。如果是，则控制转移至384；否则，控制转移至376。可以设定阈值，使得可以确定过滤后的斜率的可靠值。换句话讲，在过滤器可以赶上斜率之前，前几个循环的超电势的读数可能不可靠。
在384处，控制确定是否已设定平稳状态_标志。如果是，则控制转移至386；否则，控制转移至388。在388处，平稳状态_标志尚未设定，并且因此控制尝试确定是否已达到超电势的平稳状态方案。因此，如果过滤后的斜率小于平稳状态的阈值，指示相对平坦的超电势，则控制转移至390；否则，控制转移至376。在390处，控制设定平稳状态_标志并在376处继续。
在386处，平稳状态_标志已设定，指示已达到超电势的平稳状态方案。如果过滤后的斜率现在显著增加，则控制可以推断出快速容量延缓的开始。因此，如果在386处，过滤后的斜率大于上升阈值，则控制转移至392；否则，控制转移至376。
在392处，控制降低最大电压值。例如，控制可以将最大电压值设定为预先确定的最大值减去所测量的超电势。然后控制在376处继续。在各种具体实施中，控制可以从预先确定的最大值减去量，而不是从预先确定的最大值减去当前所测量的超电势。该量可以是当前所测量的超电势与新的电池的所测量的超电势之间的差值(例如，在前几个新的蓄电池循环中的一个新的蓄电池循环内)。
在376处，控制确定蓄电池是否已放电。如果是，则控制传递至394；否则，控制保持在376处。可以基于来自蓄电池充电系统的信号或基于蓄电池的电压以一定量减少来确定蓄电池是否已放电。该一定量可以与蓄电池的充电状态或预先确定的电压值相关。在394处，蓄电池现已从充满电放电，并且因此循环_次数变量递增。然后控制返回至350。
在图4A中，曲线图包括在第五蓄电池循环中的用于测量的OCV的迹线400、用于正OCV的迹线404以及用于蓄电池的负OCV的迹线408。在各种具体实施中，来自图2的化学计量拟合模块输出正OCV迹线404和负OCV迹线408。对于图4A至图4C，x轴描绘了被测蓄电池的充电状态(SOC)。随着蓄电池的SOC达到零，所测量的OCV迹线400和正OCV迹线404也减小。在左侧y轴上描绘了以伏特为单位的阴极电压电平，示出了2.8伏至4.4伏的范围。对于所测量的OCV迹线400和正OCV迹线404，左侧y轴指示所测量的OCV和正OCV的电压电平，以伏特为单位。在右侧y轴上，阳极电压电平的范围为0伏至0.8伏。对于负OCV迹线408，右侧y轴指示负OCV的电压电平，以伏特为单位。随着蓄电池的SOC降低，负OCV增加。
当蓄电池充满电时，负OCV迹线408在接近0.1V的第一平稳状态412处开始，其中充电状态(SOC)迹线416等于1(即，100％充电)。随着蓄电池的SOC减小，负OCV迹线408到达第二平稳状态420(当SOC接近60％充电时)。图4A描绘了在第五循环期间测量的电池OCV和所估计的正OCV和负OCV。由于当电池充满电时负OCV还没有偏移至第二平稳状态420，因此最大电压应该保持不变，因为所测量的OCV迹线400不指示蓄电池已开始快速电池容量下降。
参考图4B，曲线图包括在第6160次蓄电池循环期间的用于测量的OCV的迹线424、用于正OCV的迹线428以及用于蓄电池的负OCV的迹线432。负OCV迹线432描绘了第一平稳状态436和第二平稳状态440。SOC＝1处的线444示出了当蓄电池已经历6160次循环时，充满电的蓄电池的负OCV保持在第一平稳状态436处。然而，与图4A中所示的蓄电池的第五次循环相比，第二平稳状态440在蓄电池的第6160次循环期间更靠近线444。
参考图4C，曲线图包括在第6679次蓄电池循环期间的用于测量的OCV的迹线448、用于正OCV的迹线452以及用于蓄电池的负OCV的迹线456。负OCV迹线456包括第一平稳状态460和第二平稳状态464。SOC＝1处的线468示出了当蓄电池充满电时，蓄电池的负OCV在第二平稳状态464内。因此，当蓄电池已达到第6679次循环时，蓄电池表现出指示快速电池容量损失的开始的行为，如图5和图6A至图6B所示。因此，如上所述，可以调节蓄电池的最大电压以适应负OCV的偏移。在各种具体实施中，对蓄电池充电的最大电压的调节可以等于第一平稳状态460与第二平稳状态464之间的差值。也就是说，一旦蓄电池达到的值等于最大电压减去差值，该差值为第一平稳状态460与第二平稳状态464之间，则蓄电池将被认为是充满电的。
参考图5，示出了蓄电池寿命期间电池容量和充满电负OCV的变化的图形描绘。用于电池容量的迹线500示出了电池容量在蓄电池的寿命期间降低。负OCV迹线示出了在蓄电池的寿命期间的第一平稳状态504和第二平稳状态508。值得注意的是，大约6500个循环内，充满电的蓄电池的负OCV开始从第一平稳状态504转移到第二平稳状态508。在相同的循环内，电池容量迹线500也以更快的速率降低，示出为容量翻转，从而表明蓄电池可能正在进入快速电池容量损失。当负OCV开始偏移至第二平稳状态508时，蓄电池的最大电压可以降低偏移量，以减缓快速电池容量损失的开始。
参考图6A，示出了蓄电池寿命期间在一小时休息时段后测量的电池容量和电池超电势的变化的图形描述。一旦蓄电池充满电，则在蓄电池休息一小时时段后测量电池容量和电池超电势。用于电池容量的迹线600描绘了大约6000次循环内的容量翻转，类似于图5中所示的容量翻转。此外，用于电池超电势的迹线604示出了蓄电池的电池超电势的变化。如上所述，一旦蓄电池充满电，可以立即测量OCV，然后在预先确定的时段之后再次测量OCV。可以将电池超电势计算为最大充电电压与所测量的OCV之间的差值。
电池超电势迹线604示出了电池超电势平稳约6000个循环内，然后迅速增加。因此，当电池超电势或电池容量指示蓄电池可能很快进入快速电池容量损失时，电池超电势变化是可识别的并且蓄电池的最大电压可以降低。快速电池容量损失会缩短蓄电池的寿命。
图6B是蓄电池寿命期间在一分钟休息时段后测量的电池容量和电池超电势的变化的图形描述。一旦蓄电池充满电，则在蓄电池休息一分钟时段后测量电池容量和电池超电势。用于电池容量的迹线608描绘了在大约6000个循环内发生的电池容量翻转。类似地，在大约6000个循环内，电池超电势的迹线612示出了电池超电势平稳状态，并且然后是后续循环的快速增加。在图6B中，在确定电池超电势之前的休息期或预先确定的时段是一分钟。因此，使用一小时和一分钟的预先确定的时段两者观察到电池超电势值发生的平稳状态效应。
图7是蓄电池寿命期间电池容量、电池超电势和负OCV的变化的图形描绘。用于电池容量的迹线700示出了在大约6000个循环内发生的容量翻转。负OCV的迹线704也示出了大约6000个循环内发生的从第一平稳状态到第二平稳状态的偏移。类似地，用于电池超电势平稳状态的迹线708并且然后开始在与负OCV迹线704偏移并且发生电池容量迹线700的容量翻转时大约相同的循环内快速增加。在各种具体实施中，可以将电池超电势的目前斜率与阈值斜率进行比较，以识别电池超电势的快速变化，并确定蓄电池何时可能进入快速电池容量损失。在大约相同循环内发生的这些变化指示，电池超电势和所测量的OCV的负OCV可用于识别蓄电池何时可能开始进入快速电池容量损失。通过调节蓄电池的最大电压可以缓解快速电池容量损失。
前面的描述本质上仅是说明性的并且决不是要限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可能以各种形式实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但本公开的真实范围不应受此限制，因为在研究附图、说明书和以下权利要求书时，其他修改将变得显而易见。应当理解，方法内的一个或多个步骤可能以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。此外，尽管上面将实施方案中的每个实施方案描述为具有某些特征，但相对于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个特征可能以其他实施方案中的任何其他实施方案的特征来实现和/或与其组合，即使没有明确描述该组合。换句话讲，所描述的实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的排列仍然在本公开的范围内。
使用各种术语描述元件之间的空间关系和功能关系(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)，该术语包括“连接”、“接合”、“联接”、“邻近”、“旁边”、“在…之上”、“上方”、“下方”和“设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上面的公开中描述第一元件与第二元件之间的关系时，这种关系可以是其中在第一元件和第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，但也可以是其中在第一元件与第二元件之间存在(空间或功能上)一个或多个中间元件的间接关系。
如本文所用，短语A、B和C中的至少一个应该被理解为表示使用非排他逻辑或的逻辑(A或B或C)，并且不应该被理解为“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。术语子集不一定需要适当的子集。换句话讲，第一集合的第一子集可以与第一集合共延(等于)。
在图中，如箭头所指示的，箭头方向通常表示图示中感兴趣的信息流(诸如数据或指令)。例如，当元件A和元件B交换各种信息，但从元件A传输到元件B的信息与图示相关时，箭头可以从元件A指向元件B。该单向箭头并不意味着没有其他信息从元件B传输到元件A。此外，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可以向元件A发送对信息的请求或接收信息的确认。
在本申请中，包括下面的定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”替换。术语“模块”可以指代、是其中的一部分、或包括：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或组)；提供所述功能的其他合适硬件部件；或者一些或所有的上述组合，诸如在片上系统中。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，一个或多个接口电路可以实现连接到控制器局域网络(CAN)或无线个人局域网(WPAN)的有线接口或无线接口。模块可以使用一个或多个接口电路与其他模块通信。尽管可以在本公开中将模块描绘为与其他模块直接逻辑通信，但在各种具体实施中，模块实际上可以经由通信系统进行通信。
在各种具体实施中，模块的功能性可以分布在经由通信系统连接的多个模块中。例如，多个模块可以实现由负载平衡系统分布的相同功能性。在另一个示例中，模块的功能性可以在服务器(也称为远程或云)模块与客户端(或用户)模块之间分开。
可以使用用于硬件描述的语言来定义模块的一些或所有硬件特征，诸如IEEE标准1364-2005(通常称为“Verilog”)和IEEE标准1076-2008(通常称为“VHDL”)。硬件描述语言可用于制造和/或编程硬件电路。在一些具体实施中，模块的一些或所有特征可以由语言诸如IEEE 1666-2005(通常称为“SystemC”)定义，该语言包括如下所述的代码和硬件描述两者。
如上所使用，术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包括执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语组处理器电路包括与附加处理器电路组合来执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用包括分立管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或上述的组合。术语共享存储器电路包括存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语组存储器电路包括与附加存储器组合来存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文所使用，术语计算机可读介质不包括通过介质(诸如在载波上)传播的瞬时电信号或电磁信号；因此术语计算机可读介质可以被认为是有形的和非暂态的。非暂态计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(诸如闪存存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光学存储介质(诸如CD、DVD或蓝光盘)。
本申请中描述的装置和方法可以由专用计算机部分或全部实现，通过将通用计算机配置成执行计算机程序中包含的一个或多个特定功能来创建。上述功能块和流程图元件充当软件规范，这可以通过熟练技术人员或程序员的例行工作转换成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂态计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与特殊用途计算机的特定设备交互的设备驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)待解析的描述性文本，诸如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript对象表示法)，(ii)组件代码，(iii)编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，可以使用来自语言的语法来编写源代码，包括C、C++、C#、Objective C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、
Figure BDA0002089844100000201
Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、
Figure BDA0002089844100000202
HTML5(超文本标记语言第5版)、Ada、ASP(动态服务器网页)、PHP(PHP超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、
Figure BDA0002089844100000203
Visual
Figure BDA0002089844100000204
Lua、MATLAB、SIMULINK和
Figure BDA0002089844100000205

Claims (9)

1.一种用于车辆的蓄电池控制系统，所述蓄电池控制系统包括：
蓄电池状态估计器，所述蓄电池状态估计器被配置为响应于充电系统将所述蓄电池充电到最大充电电压而获得蓄电池的蓄电池单元开路电压(OCV)；
超电势识别模块，所述超电势识别模块被配置为在所述充电系统将所述蓄电池充电到所述最大充电电压之后的预先确定的时段内获得所述蓄电池的所述OCV；
负电压确定模块，所述负电压确定模块被配置为基于所获得的蓄电池单元OCV确定所述蓄电池的负OCV；
电池超电势变化确定模块，该电池超电势变化确定模块被配置为：
基于所获得的OCV确定蓄电池的电池超电势；并且
使用蓄电池的电池超电势和蓄电池的先前电池超电势来确定电池超电势的斜率；
电压偏移确定模块，所述电压偏移确定模块被配置为识别所述蓄电池的所述负OCV与所述蓄电池的先前负OCV之间的差值；和
充电电压模块，所述充电电压模块被配置为基于所述差值和所述斜率中的至少一个，将所述最大充电电压选择性地减小到减小的最大充电电压，并将所述减小的最大充电电压传输到所述充电系统，其中指示所述充电系统对所述蓄电池进行充电，使得所述蓄电池不超过所述减小的最大充电电压。
2.根据权利要求1所述的蓄电池控制系统，其中所述蓄电池状态估计器被配置为响应于在所述充电系统将所述蓄电池充电到所述最大充电电压之后的预先确定的时段内测量所获得的蓄电池单元OCV，以存储所述蓄电池的所获得的蓄电池单元OCV。
3.根据权利要求1所述的蓄电池控制系统，还包括电压传感器，所述电压传感器被配置为测量所述蓄电池的所述电压，其中所述充电系统接收来自所述电压传感器的测量的电压，并响应于来自所述电压传感器的所述测量的电压，降低供应给所述蓄电池的充电电流，达到以下中的至少一者：(i)所述最大充电电压和(ii)减小的最大电压。
4.根据权利要求1所述的蓄电池控制系统，其中所述充电电压模块被配置为通过所确定的电池超电势或基于所确定的电池超电势的量选择性地减小所述最大充电电压。
5.根据权利要求1所述的蓄电池控制系统，其中所述蓄电池状态估计器被配置为在所述蓄电池达到充满电或所述最大充电电压之后的预先确定的时段内获得所述蓄电池的所述OCV，并且其中所述蓄电池在所述预先确定的时段期间处于零负载下。
6.根据权利要求1所述的蓄电池控制系统，其中所述最大充电电压减小的量是基于所述蓄电池的所述负OCV与所述蓄电池的所述先前负OCV之间的所述差值。
7.根据权利要求6所述的蓄电池控制系统，还包括负OCV历史，其中所述蓄电池的所述先前负OCV是包括在所述负OCV历史中的所述蓄电池的初始负OCV。
8.根据权利要求1所述的蓄电池控制系统，其中所述充电电压模块响应于所述差值超过阈值而选择性地减小所述蓄电池的所述最大充电电压。
9.根据权利要求8所述的蓄电池控制系统，其中所述充电电压模块将所述蓄电池的所述先前负OCV设定为等于所述蓄电池的所述负OCV。
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