電池測量的估計和補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請總體上涉及計算電池荷電狀態(tài)和電池功率容量。
【背景技術(shù)】
[0002] 混合動力電動車輛和純電動車輛依靠牽引電池來提供用于推進(jìn)的動力。為了確保 車輛的最優(yōu)運轉(zhuǎn)，可監(jiān)測牽引電池的各種性能。一種有用的性能是電池功率容量，電池功率 容量指示在給定時間電池可提供或吸收多少電力。另一有用的性能是電池荷電狀態(tài)，電池 荷電狀態(tài)指示存儲在電池中的電荷量。電池性能對于在充電/放電期間控制電池的操作是 重要的，使電池保持在操作限制內(nèi)并平衡電池的電池單元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 一種車輛包括牽引電池，所述牽引電池包括多個電池單元和至少一個控制器。所 述控制器被配置為實現(xiàn)狀態(tài)估計器，所述狀態(tài)估計器被配置為基于牽引電池的持續(xù)激勵參 數(shù)和牽引電池的測量偏差來估計電池狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)估計器的輸出來操作牽引電池，其 中，牽引電池的測量偏差取決于牽引電池的參數(shù)測量之間的時間差和溫度差。
[0004] 在示例中，狀態(tài)估計器應(yīng)用遞歸估計和遺忘因子來產(chǎn)生輸出。遺忘因子可以是基 于牽引電池的持續(xù)激勵的水平的。
[0005] 在示例中，牽引電池可以受到持續(xù)激勵。
[0006] 在示例中，遺忘因子可以是基于電池溫度、電池溫度的變化率中的至少一個的或 者是基于電池溫度和電池溫度的變化率兩者的。
[0007] 在示例中，遺忘因子使用分布式擴(kuò)展卡爾曼濾波器。
[0008] 在示例中，狀態(tài)估計器使用Arrhenius模型來確定電池參數(shù)。
[0009] 在示例中，牽引電池包括多個電池單元?？刂破鲗⑨槍γ總€電池單元的電池單元 輸出作為電池狀態(tài)的一部分而輸出。
[0010] 在此描述的各種方法可被用在車輛中或控制器中。一種控制車輛的方法可包括： 將電荷存儲在牽引電池中的多個電池單元中，并使用牽引電池的持續(xù)激勵參數(shù)和牽引電池 的測量偏差來從至少一個控制器輸出電池狀態(tài)估計，其中，牽引電池的測量偏差取決于牽 引電池的參數(shù)測量之間的時間差和溫度差?？筛鶕?jù)由狀態(tài)估計器的輸出定義的荷電狀態(tài)來 操作牽引電池。
[0011] 在示例中，操作步驟包括根據(jù)由狀態(tài)估計器的輸出定義的電池功率限制來控制牽 引電池。
[0012] 在示例中，輸出步驟包括應(yīng)用遞歸估計和遺忘因子來產(chǎn)生輸出。
[0013] 在示例中，遺忘因子是基于牽引電池的持續(xù)激勵的水平的。
[0014] 在示例中，牽引電池受到持續(xù)激勵。
[0015] 在示例中，遺忘因子是基于電池溫度、電池溫度的變化率中的至少一個的或者是 基于電池溫度和電池溫度的變化率兩者的。
[0016] 在示例中，遺忘因子使用分布式擴(kuò)展卡爾曼濾波器。
[0017] 在示例中，輸出步驟包括使用Arrhenius模型來確定電池狀態(tài)。
[0018] 在示例中，操作牽引電池的步驟包括使用針對每個電池單元的輸出來操作多個電 池單元。
[0019] 在示例中，輸出步驟包括降低狀態(tài)估計器使用的加權(quán)因子，使得在狀態(tài)估計器中 對較新的數(shù)據(jù)給予更大權(quán)重。
[0020] 在示例中，輸出步驟包括基于查找表中的數(shù)據(jù)來設(shè)置遺忘因子。
[0021] 在示例中，輸出步驟包括在狀態(tài)估計器中使用遺忘因子，其中，基于有限離散水平 的持續(xù)激勵、電池溫度和電池溫度變化率來計算所述遺忘因子。
【附圖說明】
[0022] 圖1是示出了典型的動力傳動系統(tǒng)和儲能組件的插電式混合動力電動車輛的示 圖。
[0023] 圖2是由多個電池單元組成并由電池控制模塊監(jiān)測和控制的可能的電池組布置 的示圖。
[0024] 圖3是示例電池單元等效電路的示圖。
[0025] 圖4是示出分布式遺忘擴(kuò)展卡爾曼濾波器的示圖。
[0026] 圖5是示出針對牽引電池的示例的電池溫度變化的曲線圖。
[0027] 圖6是示出針對牽引電池的示例的電阻相對于溫度的曲線圖。
[0028] 圖7是示出針對牽引電池的示例的電池溫度和溫度變化率兩者作為時間的函數(shù) 的曲線圖。
[0029] 圖8是示出針對牽引電池的示例的電池單元電壓相對于荷電狀態(tài)的曲線圖。
[0030] 圖9是示出擴(kuò)展卡爾曼濾波器的示圖。
【具體實施方式】
[0031] 在此描述了本公開的實施例。應(yīng)理解的是，公開的實施例僅為示例，并且其他實施 例可采用各種替代的形式。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定 組件的細(xì)節(jié)。因此，在此所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制，而僅作為用于教導(dǎo) 本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式使用本發(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， 參照任一附圖示出和描述的各種特征可與一個或更多個其他附圖中示出的特征組合以產(chǎn) 生未明確示出或描述的實施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代表性實施例。然 而，與本公開的教導(dǎo)一致的特征的多種組合和修改可被期望用于特定應(yīng)用或?qū)嵤?br>[0032] 圖1描繪了典型的插電式混合動力電動車輛（HEV)。典型的插電式混合動力電動 車輛12可以包括機(jī)械地連接到混合動力傳動裝置16的一個或更多個電機(jī)14。電機(jī)14能 夠作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)運轉(zhuǎn)。另外，混合動力傳動裝置16機(jī)械地連接到發(fā)動機(jī)18?；旌蟿恿?傳動裝置16還機(jī)械地連接到驅(qū)動軸20,驅(qū)動軸20機(jī)械地連接到車輪22。當(dāng)發(fā)動機(jī)18開 啟或關(guān)閉時，電機(jī)14可以提供推進(jìn)和減速能力。電機(jī)14還用作發(fā)電機(jī)，并且能夠通過回收 在摩擦制動系統(tǒng)中通常將作為熱損失掉的能量來提供燃料經(jīng)濟(jì)效益。由于混合動力電動車 輛12可在特定狀況下以電動模式運轉(zhuǎn)，所以電動機(jī)14還可提供降低的污染物排放。
[0033] 牽引電池或電池組24存儲可以被電機(jī)14使用的能量。車輛電池組24通常提供 高電壓DC輸出。牽引電池24可通過一個或更多個接觸器42電連接到一個或更多個電力 電子模塊26。所述一個或更多個接觸器42在斷開時使?fàn)恳姵?4與其他組件隔離，并在 閉合時使?fàn)恳姵?4連接到其他組件。電力電子模塊26還電連接到電機(jī)14,并且提供在 牽引電池24和電機(jī)14之間雙向傳輸能量的能力。例如，典型的牽引電池24可以提供DC 電壓，而電機(jī)14可能需要三相AC電流以運轉(zhuǎn)。電力電子模塊26可以將DC電壓轉(zhuǎn)換為電 機(jī)14需要的三相AC電流。在再生模式下，電力電子模塊26可以將來自用作發(fā)電機(jī)的電機(jī) 14的三相AC電流轉(zhuǎn)換為牽引電池24需要的DC電壓。在此的描述同樣適用于純電動車輛。 對于純電動車輛，混合動力傳動裝置16可以是連接到電機(jī)14的齒輪箱，并且發(fā)動機(jī)18可 以不存在。
[0034] 牽引電池24除了提供用于推進(jìn)的能量之外，還可以提供用于其他車輛電氣系統(tǒng) 的能量。典型系統(tǒng)可以包括DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28, DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28將牽引電池24的 高電壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與其他車輛負(fù)載兼容的低電壓DC供應(yīng)。其它高電壓負(fù)載（諸如壓縮 機(jī)和電加熱器）可以直接連接到高電壓而不使用DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28。在典型的車輛中， 低電壓系統(tǒng)電連接到輔助電池30 (例如，12V電池）。
[0035] 車輛12可以是電動車輛或插電式混合動力車輛，其中，牽引電池24可以通過外部 電源36被再充電。外部電源36可以連接到電插座。外部電源36可以電連接到電動車輛 供電設(shè)備（EVSE) 38。EVSE 38可以提供電路和控制，以調(diào)節(jié)并管理在電源36和車輛12之 間的能量的傳輸。外部電源36可以向EVSE 38提供DC電力或AC電力。EVSE 38可以具有 用于插入到車輛12的充電端口 34中的充電連接器40。充電端口 34可以是被構(gòu)造為將電 力從EVSE38傳輸?shù)杰囕v12的任何類型的端口。充電端口 34可以電連接到充電器或車載 電力轉(zhuǎn)換模塊32。電力轉(zhuǎn)換模塊32可以調(diào)節(jié)從EVSE 38供應(yīng)的電力，以向牽引電池24提 供合適的電壓水平和電流水平。電力轉(zhuǎn)換模塊32可與EVSE38進(jìn)行接口連接，以協(xié)調(diào)向車 輛12的電力傳輸。EVSE連接器40可具有與充電端口 34的相應(yīng)凹槽匹配的插腳。
[0036] 所討論的各種組件可具有一個或更多個相關(guān)聯(lián)的控制器，以控制并監(jiān)測所述組件 的操作?？刂破骺山?jīng)由串行總線（例如，控制器局域網(wǎng)（CAN))或經(jīng)由分立的導(dǎo)體進(jìn)行通信。 控制器包括電路或處理器，當(dāng)所述電路或處理器執(zhí)行在此描述的指令和方法時構(gòu)成適合于 本公開的專用處理機(jī)器。
[0037] 牽引電池24可以由各種化學(xué)配方構(gòu)成。典型的電池組化學(xué)組成是鉛酸、鎳-金屬 氫化物（NIMH)或鋰離子。圖2示出了 N個電池單元72的簡單串聯(lián)構(gòu)造形式的典型的牽引 電池組24。然而，其他的電池組24可以由串聯(lián)或并聯(lián)或者它們的一些組合連接成的任意數(shù) 量的單獨的電池單元組成。典型的系統(tǒng)可以具有一個或更多個控制器，諸如監(jiān)測并控制牽 引電池24的性能的電池能量控制模塊（BECM) 76。BECM 76可以監(jiān)測若干個電池組水平特 性，諸如電池組電流78、電池組電壓80和電池組溫度82。BECM 76可以具有非易失性存儲 器，使得當(dāng)BECM 76處于斷電狀態(tài)時數(shù)據(jù)可以被保留。保留的數(shù)據(jù)可