在車輛起動(dòng)時(shí)的電池功率容量估計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及在車輛起動(dòng)時(shí)的電池功率容量估計(jì)，公開(kāi)了一種車輛，所述車輛包括電池和控制器?；谕ㄟ^(guò)電池阻抗參數(shù)估計(jì)模型產(chǎn)生的歷史參數(shù)值和預(yù)定的參數(shù)值計(jì)算預(yù)計(jì)的電池阻抗參數(shù)。根據(jù)與歷史阻抗參數(shù)值和電池的溫度相關(guān)的時(shí)間數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)所述值進(jìn)行加權(quán)。最近的歷史阻抗參數(shù)值可以比較為靠前的歷史阻抗參數(shù)值對(duì)預(yù)計(jì)的電池阻抗參數(shù)值具有更大的影響。在車輛初始化時(shí)，使用預(yù)計(jì)的參數(shù)值對(duì)模型初始化。在車輛初始化之后的一段時(shí)間內(nèi)，利用預(yù)計(jì)的參數(shù)值計(jì)算電池功率容量。在車輛初始化之后的一段時(shí)間內(nèi)，使用通過(guò)模型產(chǎn)生的阻抗參數(shù)計(jì)算電池功率容量。當(dāng)模型輸出已經(jīng)收斂到穩(wěn)定解時(shí)，在車輛初始化之后的一段時(shí)間可結(jié)束。
【專利說(shuō)明】在車輛起動(dòng)時(shí)的電池功率容量估計(jì)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及一種用于估計(jì)牽引電池功率容量的車輛系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 混合動(dòng)力電動(dòng)車輛或純電動(dòng)車輛具有牽引電池，用于為車輛推進(jìn)儲(chǔ)存并提供能 量。為了提高性能和電池壽命，必須在特定的極限內(nèi)操作電池。在極限之外操作電池會(huì)降 低電池的性能或壽命。用于控制和操作電池組的重要的量是電池功率容量。電池功率容量 指示電池能夠提供（放電）或接收（充電）多少電力，以滿足駕駛員和車輛需求。
[0003] 可通過(guò)具有阻抗部件配置的等效電路模型（ECM)對(duì)電池組進(jìn)行建模。ECM可取決 于使用的電池的類型和化學(xué)組分?？苫谀Ｐ偷碾姵刈杩共考涤?jì)算電池功率容量。電池 阻抗部件值可隨著電池的年齡和溫度而改變。
[0004] 可以使用遞歸參數(shù)估計(jì)方法（諸如擴(kuò)展卡爾曼濾波器（EKF))來(lái)識(shí)別電池等效電 路模型阻抗參數(shù)。EKF的缺點(diǎn)是：EKF需要一些時(shí)間收斂到真正的參數(shù)值。所述收斂時(shí)間可 以是用于初始化EKF的初始值的函數(shù)。EKF的收斂會(huì)受到初始參數(shù)值的有效選擇的影響。 初始EKF參數(shù)的較差的選擇會(huì)導(dǎo)致參數(shù)識(shí)別過(guò)程的發(fā)散，在這種情況下，將無(wú)法得到真正 的電池阻抗參數(shù)值的合理的估計(jì)值。此外，在EKF收斂之前，來(lái)自模型的電池阻抗參數(shù)估計(jì) 不能提供用于計(jì)算電池功率容量的可接受的結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] -種車輛包括電池和至少一個(gè)控制器。所述控制器被配置為：使用初始阻抗參數(shù) 值來(lái)初始化電池阻抗參數(shù)估計(jì)模型（所述電池阻抗參數(shù)估計(jì)模型可以是EKF)，其中，從通 過(guò)所述模型產(chǎn)生的歷史阻抗參數(shù)值和一組預(yù)定阻抗參數(shù)值導(dǎo)出所述初始阻抗參數(shù)值。根據(jù) 時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)所述預(yù)定阻抗參數(shù)值和歷史阻抗參數(shù)值進(jìn)行加權(quán)，所述時(shí)間數(shù)據(jù)與歷史阻抗參 數(shù)值以及初始化時(shí)的溫度相關(guān)。所述控制器還被配置為：根據(jù)模型估計(jì)阻抗參數(shù)值，基于所 估計(jì)的阻抗參數(shù)值計(jì)算電池功率容量，并且根據(jù)所述電池功率容量操作車輛。與較為靠前 的歷史阻抗參數(shù)值對(duì)初始阻抗參數(shù)值的影響相比，最近的歷史阻抗參數(shù)值對(duì)初始阻抗參數(shù) 值的影響可能更大些。當(dāng)溫度低于閾值時(shí)，歷史阻抗參數(shù)值可對(duì)初始阻抗參數(shù)值沒(méi)有影響。 初始化時(shí)的溫度可以是與電池相關(guān)的溫度?？梢曰谠诋?dāng)前進(jìn)行的點(diǎn)火循環(huán)期間獲得的阻 抗參數(shù)值來(lái)選擇所述預(yù)定阻抗參數(shù)值。
[0006] 一種車輛包括電池和至少一個(gè)控制器。所述至少一個(gè)控制器被配置為：（i)在車 輛初始化后的一段時(shí)間內(nèi)，基于從選擇的或一組預(yù)定阻抗參數(shù)值和歷史阻抗參數(shù)值導(dǎo)出的 電池阻抗參數(shù)計(jì)算電池功率容量，并根據(jù)時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)所述預(yù)定阻抗參數(shù)值和歷史阻抗參數(shù) 值進(jìn)行加權(quán)，所述時(shí)間數(shù)據(jù)與歷史阻抗參數(shù)值以及電池的溫度相關(guān)。所述至少一個(gè)控制器 還被配置為：（ii)根據(jù)所述電池功率容量操作車輛。所述至少一個(gè)控制器還可被配置為： 響應(yīng)于在車輛初始化后的一段時(shí)間期間電池的溫度值小于預(yù)定值，基于預(yù)定默認(rèn)數(shù)據(jù)計(jì)算 電池功率容量。當(dāng)通過(guò)電池參數(shù)估計(jì)模型輸出的電池阻抗參數(shù)已經(jīng)收斂到穩(wěn)定值時(shí)，所述 一段時(shí)間可結(jié)束。所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：在所述一段時(shí)間之后，基于通過(guò)電 池阻抗參數(shù)估計(jì)模型（所述電池阻抗參數(shù)估計(jì)模型可以是EKF)輸出的電池阻抗參數(shù)計(jì)算 電池功率容量。所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：將通過(guò)所述模型輸出的電池阻抗參數(shù) 與相關(guān)的時(shí)間數(shù)據(jù)儲(chǔ)存為其它歷史阻抗參數(shù)?？梢曰谠诋?dāng)前進(jìn)行的點(diǎn)火循環(huán)期間獲得的 阻抗參數(shù)來(lái)選擇預(yù)定的阻抗參數(shù)。選擇的或一組預(yù)定的阻抗參數(shù)的值可以基于電池荷電狀 態(tài)和電池溫度。當(dāng)電池溫度值低于閾值時(shí)，歷史阻抗參數(shù)值可對(duì)電池阻抗參數(shù)值沒(méi)有影響。 與較為靠前的歷史阻抗參數(shù)對(duì)阻抗參數(shù)值的影響相比，最近的歷史阻抗參數(shù)對(duì)阻抗參數(shù)值 的影響可能更大些。
[0007] -種控制電池的方法包括：計(jì)算從選擇的或一組預(yù)定阻抗參數(shù)值和歷史阻抗參數(shù) 值導(dǎo)出的預(yù)計(jì)的電池阻抗參數(shù)，其中，根據(jù)時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)所述預(yù)定阻抗參數(shù)值和歷史阻抗參 數(shù)值進(jìn)行加權(quán)，所述時(shí)間數(shù)據(jù)與歷史阻抗參數(shù)值以及電池的溫度相關(guān)。所述方法還包括：在 車輛初始化時(shí)，利用預(yù)計(jì)的電池阻抗參數(shù)值初始化電池參數(shù)估計(jì)模型并基于所述模型產(chǎn)生 阻抗參數(shù)值。所述方法還包括：在車輛初始化后的一段時(shí)間期間，基于預(yù)計(jì)的電池阻抗參數(shù) 值輸出電池功率容量，并且在車輛初始化后的一段時(shí)間后，基于由所述模型產(chǎn)生的阻抗參 數(shù)值輸出電池功率容量。所述方法還包括：根據(jù)電池功率容量控制電池。與較為靠前的歷 史阻抗參數(shù)值對(duì)預(yù)計(jì)的電池阻抗參數(shù)值的影響相比，最近的歷史阻抗參數(shù)值對(duì)預(yù)計(jì)的電池 阻抗參數(shù)值的影響可能更大些。當(dāng)電池的溫度低于閾值時(shí)，歷史阻抗參數(shù)值可對(duì)預(yù)計(jì)的阻 抗參數(shù)值沒(méi)有影響。當(dāng)通過(guò)所述模型輸出的電池阻抗參數(shù)已經(jīng)收斂到穩(wěn)定值時(shí)，所述一段 時(shí)間可結(jié)束。當(dāng)基于所估計(jì)的阻抗參數(shù)的一系列距離值減小并且所述系列的最終距離值小 于閾值時(shí)，可檢測(cè)到收斂。通過(guò)所述模型輸出的阻抗參數(shù)值與相關(guān)的時(shí)間數(shù)據(jù)可儲(chǔ)存為其 它歷史阻抗參數(shù)值。所述方法還可包括：在初始化后的一段時(shí)間期間，當(dāng)電池的溫度小于預(yù) 定值時(shí)，基于預(yù)定的默認(rèn)值輸出電池功率容量。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是示出典型的動(dòng)力傳動(dòng)系和能量?jī)?chǔ)存組件的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的示 意圖。
[0009] 圖2是包括多個(gè)電池單元并由電池控制模塊（BCM)監(jiān)視和控制的可能的電池組設(shè) 置的示意圖。
[0010] 圖3是示例的電池單元等效電路的示意圖。
[0011] 圖4是示出典型的電池單元的可能的開(kāi)路電壓（V。。）與電池荷電狀態(tài)（SOC)的關(guān) 系的曲線圖。
[0012] 圖5是不出基于循環(huán)壽命測(cè)試的一系列表格的可能的布置的不意圖。
[0013] 圖6是計(jì)算電池功率容量的可能的序列的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 在此描述了本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，應(yīng)理解的是，公開(kāi)的實(shí)施例僅為示例，并且其 它實(shí)施例可以以多種和替代形式實(shí)施。附圖無(wú)需按比例繪制；可放大或縮小一些特征以示 出特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此所公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制，而僅為用于 教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理 解的是，參照任一附圖示出和描述的多個(gè)特征可與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖中示出的特征相 組合，以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代表實(shí) 施例。然而，與本公開(kāi)的教導(dǎo)一致的特征的多種組合和變型可被期望用于特定應(yīng)用或?qū)嵤?br> [0015] 圖1描繪了典型的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛。典型的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛2 可包括機(jī)械地連接至混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置6的一個(gè)或更多個(gè)電動(dòng)機(jī)4。此外,混合動(dòng)力傳動(dòng)裝 置6機(jī)械地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)8?；旌蟿?dòng)力傳動(dòng)裝置6還可被機(jī)械地連接至驅(qū)動(dòng)軸10,驅(qū)動(dòng)軸 10機(jī)械地連接至車輪12。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)8開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，電動(dòng)機(jī)4能夠提供推進(jìn)和減速能力。 電動(dòng)機(jī)4還可以用作發(fā)電機(jī)，并且可通過(guò)回收在摩擦制動(dòng)系統(tǒng)中通常將作為熱量損失掉的 能量而提供燃料經(jīng)濟(jì)性效益。由于混合動(dòng)力電動(dòng)車輛2可以在特定狀況下按照電動(dòng)模式運(yùn) 轉(zhuǎn)，因此電動(dòng)機(jī)4還可減少污染物排放。
[0016] 電池組（battery pack) 14儲(chǔ)存可以由電動(dòng)機(jī)4使用的能量。車輛電池組14通常提 供高壓直流（DC)輸出。電池組14電連接到電力電子模塊（power electronics module) 16。 電力電子模塊16還電連接至電動(dòng)機(jī)4,并且提供在電池組14和電動(dòng)機(jī)4之間雙向傳輸能量 的能力。例如，典型的電池組14可以提供DC電壓，而電動(dòng)機(jī)4可能需要三相交流（AC)電 流來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。電力電子模塊16可以將DC電壓轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)4所需要的三相AC電流。在再 生模式下，電力電子模塊16將來(lái)自用作發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)4的三相AC電流轉(zhuǎn)換為電池組14 所需要的DC電壓。在此描述的方法同樣可應(yīng)用到純電動(dòng)車輛或者使用電池組的任何其它 裝直。
[0017] 電池組14除了提供用于推進(jìn)的能量之外，還可以提供用于其它車輛電氣系統(tǒng)的 能量。典型的系統(tǒng)可包括將電池組14的高壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與其它車輛負(fù)載兼容的低壓DC 輸出的DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊18。其它高壓負(fù)載（諸如壓縮機(jī)和電加熱器）可直接連接到從電 池組14引出的高壓總線。在典型的車輛中，低壓系統(tǒng)電連接至12V電池20。全電動(dòng)車輛可 具有相似的結(jié)構(gòu)，只是不具有發(fā)動(dòng)機(jī)8。
[0018] 電池組14可以通過(guò)外部電源26進(jìn)行再充電。外部電源26可以通過(guò)經(jīng)由充電端 口 24進(jìn)行電連接而向車輛2提供AC或DC電力。充電端口 24可以是被配置為從外部電源 26向車輛2傳輸電力的任何類型的端口。充電端口 24可以電連接至電力轉(zhuǎn)換模塊22。電 力轉(zhuǎn)換模塊22可以調(diào)節(jié)來(lái)自外部電源26的電力，以向電池組14提供適合的電壓和電流水 平。在一些應(yīng)用中，外部電源26可被配置為向電池組14提供適合的電壓和電流水平，并且 電力轉(zhuǎn)換模塊22可以不是必需的。在一些應(yīng)用中，電力轉(zhuǎn)換模塊22的功能可以存在于外 部電源26中。
[0019] 可以通過(guò)多種化學(xué)配方構(gòu)建電池組。典型的電池組的化學(xué)成分是鉛酸、鎳金屬氫 化物（NIMH)或鋰離子。圖2示出了 N個(gè)電池單元32簡(jiǎn)單串聯(lián)配置的典型的電池組30。然 而，其它電池組可由任何數(shù)量的單獨(dú)的電池單元按照串聯(lián)或并聯(lián)或者它們的特定組合連接 而組成。典型的系統(tǒng)可以具有一個(gè)或更多個(gè)控制器（諸如用于監(jiān)視并控制電池組30的性 能的電池控制模塊（BCM) 36)。BCM36還可被稱為電池能量控制模塊（BECM)。BCM36可以監(jiān) 視多個(gè)電池組水平特性（諸如電池組電流38、電池組電壓40以及電池組溫度42)。BCM36 可具有非易失性存儲(chǔ)器，使得當(dāng)BCM36處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)可被保留。所保留的數(shù)據(jù)可以 在下一個(gè)鑰匙循環(huán)時(shí)使用。
[0020] 除了測(cè)量和監(jiān)視電池組水平特性外，還可以測(cè)量和監(jiān)視電池單元水平特性。例如， 可以測(cè)量每個(gè)電池單元的端電壓、電流和溫度。系統(tǒng)可使用傳感器模塊34來(lái)測(cè)量電池單元 的特性。根據(jù)能力，傳感器模塊34可以測(cè)量一個(gè)或更多個(gè)電池單元32的特性。電池組30 可利用多達(dá)Nc個(gè)傳感器模塊34來(lái)測(cè)量所有電池單元32的特性。每個(gè)傳感器模塊34可將 測(cè)量值傳輸至BCM36,以進(jìn)行進(jìn)一步處理和協(xié)調(diào)。傳感器模塊34可將模擬形式或數(shù)字形式 的信號(hào)傳輸至BCM36。在一些實(shí)施例中，傳感器模塊34的功能可被一體地結(jié)合到BCM36。 艮P，傳感器模塊34的硬件可被集成為BCM36中的電路的一部分，并且BCM36可進(jìn)行原始信 號(hào)的處理。
[0021] 圖3示出了一個(gè)可能的電池單元等效電路模型（ECM)。電池單元可被模擬為電壓 源（V。。) 50,電壓源（V。。) 50具有與其相關(guān)聯(lián)的電阻器（52和54)和電容56。由于電池單元 阻抗，導(dǎo)致端電壓Vt58通常不與開(kāi)路電壓\。50相同。開(kāi)路電壓L50不容易測(cè)量，而只有 電池單元的端電壓58易于測(cè)量。因?yàn)殚_(kāi)路電壓入。50不容易測(cè)量，因此可以使用基于模型 的方法來(lái)估計(jì)入。50的值。模型可需要已知的或估計(jì)的阻抗和電容的值。電池單元模型可 取決于電池化學(xué)特性。對(duì)于所描述的方法來(lái)說(shuō)，針對(duì)電池單元選擇的精確模型未必是關(guān)鍵 的。
[0022] 對(duì)于典型的鋰離子電池單元來(lái)說(shuō)，荷電狀態(tài)（SOC)與開(kāi)路電壓（V。。）存在使得V。。 =f (SOC)的關(guān)系。圖4示出了典型的曲線96,曲線96示出了作為SOC的函數(shù)的開(kāi)路電壓 V。。?？蓮碾姵靥匦缘姆治龌蛘邚碾姵貑卧臏y(cè)試來(lái)確定SOC與V。。之間的關(guān)系。所述函數(shù) 可以使得SOC可被計(jì)算為f1 (V。。）?？梢酝ㄟ^(guò)查找表或等效方程式實(shí)現(xiàn)所述函數(shù)或反函數(shù)。 曲線96的精確形狀可基于鋰離子電池的精確的配方而變化。開(kāi)路電壓V。。可隨著電池充電 和放電的結(jié)果而變化。
[0023] 等效電路模型的控制方程可如下書寫：

【權(quán)利要求】
1. 一種車輛，包括： 電池； 至少一個(gè)控制器，被配置為：（i)使用初始阻抗參數(shù)值初始化電池阻抗參數(shù)估計(jì)模型， 其中，從根據(jù)時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)的通過(guò)所述模型產(chǎn)生的歷史阻抗參數(shù)值和選擇的預(yù)定阻抗 參數(shù)值導(dǎo)出所述初始阻抗參數(shù)值，所述時(shí)間數(shù)據(jù)與歷史阻抗參數(shù)值以及初始化時(shí)的溫度相 關(guān)；（ii)根據(jù)所述模型估計(jì)阻抗參數(shù)值；（iii)基于所估計(jì)的阻抗參數(shù)值計(jì)算電池功率容 量；（iv)根據(jù)所述電池功率容量操作車輛。
2. 如權(quán)利要求1所述的車輛，其中，與較為靠前的歷史阻抗參數(shù)值對(duì)初始阻抗參數(shù)值 的影響相比，最近的歷史阻抗參數(shù)值對(duì)初始阻抗參數(shù)值的影響更大。
3. 如權(quán)利要求1所述的車輛，其中，當(dāng)溫度低于閾值時(shí)，歷史阻抗參數(shù)值對(duì)初始阻抗參 數(shù)值沒(méi)有影響。
4. 如權(quán)利要求1所述的車輛，其中，初始化時(shí)的溫度是與電池相關(guān)的溫度。
5. 如權(quán)利要求1所述的車輛，其中，基于在當(dāng)前進(jìn)行的點(diǎn)火循環(huán)期間獲得的阻抗參數(shù) 值來(lái)選擇所述預(yù)定阻抗參數(shù)值。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK104417386SQ201410424300
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】王旭, 李勇華, 理查德·迪克·安德森, 凱文·范德·萊昂, 常曉光 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司