專利名稱：估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的系統(tǒng)與方法。
技術(shù)背景許多電子與電力設備會使用到電池。所以需要能夠估計電池的內(nèi)部狀態(tài)，包括充電狀態(tài)(soc) 。 soc指的如下值，其表示電池可用于工作的當前可用容量。電池監(jiān)控系統(tǒng)會測量輸入至電池的電流與從 電池輸出的電壓的歷史以估計電池狀態(tài)。一般來說，當電池會在沒有電負載的某段時間內(nèi)放電，且電池狀 態(tài)會改變。然而，電池監(jiān)控系統(tǒng)在這段時間會中斷測量和計算的歷史。 此系統(tǒng)的缺點是，當電池從負載電路電解耦一段時間之后，當其與負 載電路電耦合時，不能準確地確定電池的狀態(tài)。因此，本發(fā)明人認識到，當電池從負載電路電解耦一段時間之后， 當其與負載電路電耦合時，需要有估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的系統(tǒng) 與方法。發(fā)明內(nèi)容依據(jù)實施例，本發(fā)明提供一種估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的方法。本方法包括確定電池從負載電路解耦的時間間隔。時間間隔起云貴 于第一時間。本方法進一步包括從存儲器中獲得與電池相關(guān)的第一 狀態(tài)向量。第一狀態(tài)向量是于第一時間前就已確定。本方法進一步包 括以第一狀態(tài)向量與時間間隔為基礎(chǔ)來計算以預測與預測與與電池 相關(guān)的第二狀態(tài)向量。本方法進一步包括當電池再度與負載電路耦 合時，測量電池的輸出電壓，以在第一時間間隔后獲得第一電池電壓值。本方法進一步包括以預測的第二狀態(tài)向量為基礎(chǔ)來估算與電池 相關(guān)的第二電池電壓值。本方法進一步包括以第一電池電壓值與第 二電池電壓值為基礎(chǔ)，計算出電壓誤差值。本方法進一步包括以預 測的第二狀態(tài)向量與電壓誤差值為基礎(chǔ)來預測與與電池相關(guān)的第三狀 態(tài)向量。依據(jù)另一實施例，本發(fā)明提供一種估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括用以測量電池的輸出電壓的電壓傳感器。本系統(tǒng)進一步包括實際耦合至電壓傳感器的計算機。計算機是被配置以確定電池從負載電路解耦的時間間隔。時間間隔起始于第一時間。更且，計算機是被配置為可從存儲器中獲得與電池相關(guān)的第一狀態(tài)向量。第一狀態(tài)向量是于第一時間前就已確定。更且，計算機是被配置為可以第一狀態(tài)向量與時間間隔為基礎(chǔ)做計算，以預測與與電池相關(guān)的第二狀態(tài)向量。更且，計算機是被配置為其可在當電池再度與負載電路耦合時，在第一時間間隔后讓電壓傳感器測量電池的輸出電壓，以獲得第一電池電壓值。更且，計算機是被配置為其可利用預測的第二狀態(tài)向量，估算與與電池相關(guān)的第二電池電壓值。更且，計算機是被配置 為其可以第一電池電壓值與第二電池電壓值為基礎(chǔ)來計算電壓誤差值。更且，計算機是被配置為其可以預測的第二狀態(tài)向量與電壓誤差 值為基礎(chǔ)做計算，預測與與電池相關(guān)的第三狀態(tài)向量。依據(jù)另一實施例，本發(fā)明提供制造產(chǎn)品。產(chǎn)品制造包括計算機 儲存介質(zhì)，其具有計算機程式，是用以估算與與電池相關(guān)的狀態(tài)向量。 計算機儲存介質(zhì)包括確定電池從負載電路解耦時的時間間隔的程序 代碼。時間間隔起始于第一時間。計算機儲存介質(zhì)進一步包括從存 儲器中獲得與與電池相關(guān)的第一狀態(tài)向量的程序代碼。第一狀態(tài)向量 是于第一時間前就已確定。計算機儲存介質(zhì)進一步包括以第一狀態(tài) 向量與時間間隔為基礎(chǔ)做計算，預測與電池相關(guān)的第二狀態(tài)向量的程 序代碼。計算機儲存介質(zhì)進一步包括當電池再度與負載電路電耦合 時，在第一時間間隔后測量電池的輸出電壓，以獲得第一電池電壓值的程序代碼。計算機儲存介質(zhì)進一步包括以預測的第二狀態(tài)向量為 基礎(chǔ)，估算與電池相關(guān)的第二電池電壓值的程序代碼。計算機儲存介 質(zhì)進一步包括以第一電池電壓值與第二電池電壓值為基礎(chǔ)，計算電 壓誤差值的程序代碼。計算機儲存介質(zhì)進一步包括以預測的第二狀 態(tài)向量與電壓誤差值為基礎(chǔ)做計算，預測與電池相關(guān)的第三狀態(tài)向量 的程序代碼。從下列圖示及說明可更了解其他依據(jù)實施例的系統(tǒng)或方法。這些 所有附加的系統(tǒng)與方法均屬于本發(fā)明的范疇，并受到權(quán)利要求范圍的 保護。


圖1示出了根據(jù)示例性實施例的估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的系 統(tǒng)示意圖。圖2-3示出了另一示例性實施例的估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的 方法流程圖。圖4-5示出了另一示例性實施例的估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的 方法流程圖。
具體實施方式
參考圖1，其說明用以估算與電池12相關(guān)的狀態(tài)向量的系統(tǒng)10。 電池12包括至少電池單元14。當然，電池12可以包括多個其他電池 單元。系統(tǒng)10包括一個或多個電壓傳感器20、負載電路26、計算單 元，如計算機28，也可包括一個或多個溫度傳感器22，以及電流傳感 器24。電壓傳感器20被配置為產(chǎn)生第一輸出信號，其表示電池12的一 個或多個電池單元產(chǎn)生的電壓。電壓傳感器20電耦合在計算機28的 輸入/輸出接口 46與電池12之間。電壓傳感器20將第一輸出信號傳輸 至計算機28。為使說明簡明，在此將描述一個電壓傳感器。然而，要注意的是，在系統(tǒng)10的可選實施例中，系統(tǒng)10采用了多個電壓傳感 器(如每個電池單元一個電壓傳感器)。溫度傳感器22被配置為產(chǎn)生第二輸出信號，其表示電池12的一 個或多個溫度。溫度傳感器22被設置為靠近電池12，并以與計算機 28的輸入/輸出接口 46電性耦合。溫度傳感器22將第二輸出信號傳輸 至計算機28。為了使說明簡明，在此將描述一個溫度傳感器。然而， 要注意的是，在系統(tǒng)10的可選實施例中，系統(tǒng)IO采用多個溫度傳感 器(如每個電池單元一個溫度傳感器)。電流傳感器24被配置為產(chǎn)生第三輸出信號，其表示電池12的電 池單元提供或吸取的電流。電流傳感器24電性耦合在電池12與負載 電路26之間。電流傳感器24進一步與計算機28的輸入/輸出接口 46 電性耦合。電流傳感器24將第三輸出信號傳輸至計算機28。負載電路26是與電流傳感器24電性耦合，且從電池12吸取或提 供電流。負載電路26包括任何能夠與電池12電性耦合的電子裝置。計算機28被配置為確定與電池12相關(guān)的狀態(tài)向量，下面將做更 詳細的說明。計算機28包括中央處理器(CPU)40、只讀存儲器(ROM) 44、易失性存儲器，如隨機存取存儲器(RAM) 45、以及輸入/輸出接 口 46。中央處理器40可操作地與ROM 44、 RAM 45、及輸入/輸出接 口46通信。中央處理器40包括時鐘42。包括ROM 44及RAM 45的 計算機可讀取介質(zhì)可以被實現(xiàn)為是任何個數(shù)的已知的存儲器裝置，如 PROM、 EPROM、 EEPROM、快閃存儲器或其他可儲存數(shù)據(jù)的電、磁、 光或組合的存儲器裝置；其中的一些代表了中央處理器40可使用的可 執(zhí)行指令。在詳細討論如何確定與電池12相關(guān)的狀態(tài)向量的方法之前，先描 述概要。狀態(tài)向量包括至少與電池12相關(guān)的充電狀態(tài)(SOC)值。SOC值是從0%至100%，其表示的是電池12可工作的目前可用容量。估算 的狀態(tài)向量是在負載電路26被供給能量時利用下述參數(shù)確定的(i) 已測量的電池電壓；(ii)之前儲存的估算的狀態(tài)向量(包括SOC值)； 以及(iii)負載電路未被供給能量或從電池12電解耦的時間間隔。這 些參數(shù)被用在電池單元行為的數(shù)學模型中，以計算出改善估算的電池 12狀態(tài)向量，其可以包括磁滯現(xiàn)象、電壓極化現(xiàn)象及自放電的補償。 裝置未被供給能量時的時間段可使用計算機28的時鐘42測量。下述假設電池單元動態(tài)的數(shù)學模型是已知，且可用包括狀態(tài)方程 及輸出方程的離散時間狀態(tài)空間模型來表示。下述為所采用的狀態(tài)方程，用于確定與電池12相關(guān)的狀態(tài)向量<formula>formula see original document page 8</formula>其中Xk是時間指標k時與電池12相關(guān)的狀態(tài)向量； Uk是表示電池12的已知/確定性的輸入的變數(shù)；Wk是方法噪聲或干擾，其對某些未測量但卻會影響系統(tǒng)狀態(tài)的輸入進行建模；以及/fe—i ，n 》-1 ，&)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)。在此，狀態(tài)向量Xk包括SOC值。進一步，已知/確定性的輸入Uk 包括下列至少其中一項(i)當前電池12提供或吸取的電流，以及(ii) 電池12的溫度。采用下面的方程可確定與電池12相關(guān)的輸出向量其中，A(H外,/C)是測量函數(shù)；以及Vk是傳感器噪聲，其在無存儲器模式下會影響電池12的輸出的測量，但是不會影響電池12的狀態(tài)向量。已知所有觀察結(jié)果Yk={y。， yP…，yk}，下述系統(tǒng)采用概率推論 以確定狀態(tài)向量Xk的估算狀態(tài)向量^。經(jīng)常使用的估計量為以下的條 件均值其中，Rxk是Xk的范圍，且E[]是統(tǒng)計期望計算子。前述方程會遞 歸地計算后驗概率密度p(XklYk)。由于要求解前述方程是很困難的，因 此需采用數(shù)值方法來近似該方程以計算估計的狀態(tài)向量^，此方法將 于之后詳述。為了能更容易了解，將說明下述方法的方程所采用的標記。彎折符號表示是估算量(如義指的是實際量X的估算)。上標符號"-"表示的是先前的估計(a priori estimate)(也即依據(jù)過去數(shù)據(jù)而對目前 數(shù)量的值所做的預測)。上標符號"+ "表示的是后驗估計(如《是 根據(jù)直到包括時間k所獲得的所有測量的時間指標k處的實際量x的 估計)。彎曲符號(加在西班牙語n字上的發(fā)音符號)表示的是估算 量的誤差(如:《=&一^及。符號2砂-殿^/l表示的 是下標中變量的相關(guān)性或交互相關(guān)性(此處所描述的量是零平均 (zero-mean)，因此相關(guān)性與協(xié)方差相同)。符號L表示的量與L^ 相同。上標"T"是矩陣/向量轉(zhuǎn)置算子。參考圖2-3，其說明的是采用通用序貫概率推論方法來計算估算的 狀態(tài)向量^的方法。在步驟60，計算機28確定電池12從負載電路26電解耦的時間 間隔。時間間隔起始于第一時間。在步驟62，計算機28從存儲器46中獲得與電池12相關(guān)的第一狀態(tài)向量Xk.,。第一狀態(tài)向量Xk.,是第一時間前確定的。在步驟64,計算機28根據(jù)第一狀態(tài)向量Xk-t與時間間隔，利用方 程《-4/^屮"w，w,&-l)lYwI來計算與電池12相關(guān)的第二預測的 狀態(tài)向量& 。在步驟66，計算機28利用方程S"-4(《)(《)"1計算與第二預測狀態(tài)向量^相關(guān)的第一協(xié)方差值2"。在步驟68，在當電池12與負載電路26電耦合時，在第一時間間 隔后，計算機28使電壓傳感器20測量從電池12輸出的電池電壓，以獲得第一電池電壓值。在步驟70，計算機28以第二預測的狀態(tài)向量《為基礎(chǔ)并采用方 程^ =五0"，^』)1^1來估算與電池12相關(guān)的第二電池電壓值。在步驟72，計算機28以第一電池電壓值與第二電池電壓值為基 礎(chǔ)計算電壓誤差值。在步驟74，計算機28以第二預測的狀態(tài)向量^-與電壓誤差值 義為基礎(chǔ)并采用方程《A]來計算與電池12相關(guān) 的第三預測狀態(tài)向量《，其中，U是由方程 4 = ￡bDrM(W(3Ur]T確定的。第三預測狀態(tài)向量《是由前述方法所產(chǎn)生的電池12實際狀態(tài)的 最準確估計。在步驟76，計算機28采用方程S" —"^2^《來計算與第三預測狀態(tài)向量《相關(guān)的第二協(xié)方差值2^,1在步驟76之后，該方 法便結(jié)束了。要注意的是，有許多方法可大致近似上述的第三預測狀態(tài)向量《。舉例來說， 一種方法是采用線性Kalman濾波器；另一種方法采用非線 性的擴展型Kalman濾波器；另一種方法采用的是非線性sigma點 Kalman濾波器。這些方法利用了不同程度的計算量且在獲得狀態(tài)向量 方面產(chǎn)生了不同精確度。舉例來說，參考圖4-5，其描述采用非線性的擴展型Kalman濾波 器來估算狀態(tài)向量^的方法。下述定義是本方法所釆用的方程<formula>formula see original document page 11</formula>在步驟80，計算機28確定電池12從負載電路26電解耦的時間 間隔。該時間間隔起始于第一時間。在步驟82，計算機28從存儲器46中獲得與電池12相關(guān)的第一 狀態(tài)向量《—,。該第一狀態(tài)向量《_,是于第一時間前就已確定。在步驟84，計算機28以第一狀態(tài)向量《_,與時間間隔為基礎(chǔ)并采 用方程《i，W*-iJ —L幻來計算與電池12相關(guān)的第二預 測狀態(tài)向量《。在步驟86，計算機28利用方程2^ -^w^w^-i+A-P^A:i來計算與第二預測狀態(tài)向量^相關(guān)的第一協(xié)方差值。在步驟88，當電池12與負載電路26電耦合時，在第一時間間隔 后，計算機28使電壓傳感器20測量從電池12輸出的電池電壓，以獲得第一電池電壓值。在步驟90，計算機28以第二預測狀態(tài)向量《為基礎(chǔ)并采用方程 A -/<^，""&，^估算與電池12相關(guān)的第二電池電壓值。在步驟92，計算機28以第一電池電壓值與第二電池電壓值為基 礎(chǔ)計算電壓誤差值。在步驟94，計算機28以第二預測狀態(tài)向量《與電壓誤差值為基礎(chǔ)并采用方程《-《+A[A—iU來計算，tl池、2相，的，三預測狀態(tài)向量《，其中，Lk是由方程A-S,^HASLAr+A2V^廣確定的。在步驟96，計算機28采用方程2^-" —A^)^,4十算與第三預 測狀態(tài)向量《相關(guān)的第二相關(guān)值2^。此方法于步驟96之后便結(jié)束了 。需注意的是，在可選實施例中，可采用線性Kalman濾波器、非線 性sigma點Kalman濾波器、平方根線性Kalman濾波器、平方根擴展 型Kalman濾波器、平方根sigma點Kalman濾波器、粒子濾波器等， 來計算電池12的估算狀態(tài)向量^。與其他系統(tǒng)及方法相比，用以估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的本系 統(tǒng)及本方法提供了實質(zhì)性的優(yōu)點。具體來說，當電池從負載電路電解 耦某一時間間隔后，當電池和負載電路電耦合時，本系統(tǒng)及方法提供 了一種能準確估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的技術(shù)效果。上述方法是以計算機程序代碼的方式實現(xiàn)的，所述計算機程序代 碼包括實際介質(zhì)中實現(xiàn)的指令，所述實際介質(zhì)例如是軟盤、CDROM、 硬盤或其他任何計算機可讀取的儲存介質(zhì)，其中，當計算機載入計算 機程序代碼并執(zhí)行時，該計算機成為執(zhí)行本發(fā)明的裝置。上述方法也 可以計算機程序代碼的方式實現(xiàn)，舉例來說，無論儲存在儲存介質(zhì)中， 由計算機載入和/或執(zhí)行，或通過某些傳輸介質(zhì)來傳送，如通過電線或電纜，通過光纖或經(jīng)由電磁輻射，其中，當計算機載入并執(zhí)行該計算 機程序代碼時，該計算機成為實現(xiàn)本方法的裝置。當在通用的微處理器上執(zhí)行時，計算機程序代 碼段配置該微處理器以產(chǎn)生特定邏輯電路。盡管參考了示例性實施例描述了本發(fā)明，然而應當理解對于本領(lǐng) 域技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的保護范圍的情況下可以對其部件 進行替換和做出多種等效改變。此外，在不背離本發(fā)明的保護范圍的 情況下可以對本發(fā)明的教導做出多種改型，以適應特定情況。因此， 其意圖是本發(fā)明并不限于為了實現(xiàn)本發(fā)明所公開的實施例，而是本發(fā) 明包括落入本發(fā)明希望的范圍內(nèi)的所有實施例。此外，所使用的術(shù)語， 如第一、第二、…等，并非重要性的順序，而這些術(shù)語第一、第二 等只是用來區(qū)分不同的元件而已。
權(quán)利要求
1.一種估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的方法，該方法包括如下步驟確定該電池從負載電路電解耦的時間間隔，該時間間隔起始于第一時間；從存儲器獲得與該電池相關(guān)的第一狀態(tài)向量，在該第一時間之前確定該第一狀態(tài)向量；以該第一狀態(tài)向量與該時間間隔為基礎(chǔ)來計算與該電池相關(guān)的第二預測狀態(tài)向量；在該第一時間間隔后，當該電池再次與負載電路電耦合時，測量從該電池輸出的電池電壓以獲得第一電池電壓值；以該第二預測狀態(tài)向量為基礎(chǔ)來估算與該電池相關(guān)的第二電池電壓值；以該第一電池電壓值與該第二電池電壓值為基礎(chǔ)來計算電壓誤差值；以及以該第二預測狀態(tài)向量與該電壓誤差值來計算與該電池相關(guān)的第三估算狀態(tài)向量。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，進一步包括計算與該第三估算狀態(tài) 向量相關(guān)的協(xié)方差值。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中計算該第二預測狀態(tài)向量的步 驟包括以該第一狀態(tài)向量與該時間間隔為基礎(chǔ)，使用以下至少其中之 一來計算與該電池相關(guān)的該第二預測狀態(tài)向量Kalman濾波器、擴展型Kalman濾波器、sigma點Kalman濾波器、平方根sigma點Kalman濾波器以及粒子濾波器。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中計算該第三估算狀態(tài)向量的步 驟包括以該第二預測狀態(tài)向量與該電壓誤差值間隔為基礎(chǔ)，使用以下至少其中之一來計算與該電池相關(guān)的該第三估算狀態(tài)向量Kalman濾 波器、擴展型Kalman濾波器、sigma點Kalman濾波器、平方根sigma 點Kalman濾波器以及粒子濾波器。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該第二預測狀態(tài)向量至少表示 該電池的預測充電狀態(tài)。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該第三預測狀態(tài)向量至少表示 該電池的預測充電狀態(tài)。
7. —種估算與電池相關(guān)的狀態(tài)向量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 電壓傳感器，被配置為測量從該電池輸出的電壓；以及 計算機，可操作地耦合至該電壓傳感器，該計算機被配置為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的步驟。
8. —種其中具有編碼的計算機程序的計算機儲存介質(zhì)，用于估算 與電池相關(guān)的狀態(tài)向量，該計算機儲存介質(zhì)包括執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1 至6中任意一項的方法的程序。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于提供一種估算電池相關(guān)的狀態(tài)向量的系統(tǒng)與方法。本方法包括確定電池從負載電路電性解耦的時間間隔。時間間隔起始于第一時間。本方法進一步包括從存儲器中獲得電池相關(guān)的第一狀態(tài)向量。第一狀態(tài)向量是于第一時間前就已確定。本方法進一步包括以第一狀態(tài)向量與時間間隔為基礎(chǔ)來計算與電池相關(guān)的第二預測狀態(tài)向量。
文檔編號G01R31/36GK101248365SQ200680030881
公開日2008年8月20日 申請日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月23日
發(fā)明者圭葛里·L·普力特 申請人:Lg化學株式會社