專利名稱：用于監(jiān)測電能存儲裝置的方法和裝置的制作方法
用于監(jiān)測電旨^f^g的方法和驢
鵬頁域本發(fā)明^ir涉及電能存j^g，尤^^及一種用于確定這種錢的M)i汰態(tài)
的方法和體。
背景獄現代的^i^度^l^于電功率產生、剤諸和，的系統的適當,作。需
要可靠的鄉(xiāng)電能以便運^ §±^配的多個魏。從例如電池的電能存儲
裝置輸出遊賣穩(wěn)定的功率對于維持 ^行題^ 的。電池問題^3t^艮務
問題以，戶不滿意的問題。因此，需要監(jiān)測電,其^w^期間輸出功率的 能力?？煽康碾姽β使┙o對于 ^行超^ 的，尤其是在^^于電功率的
新型糊系統中，例如x-by-wire系鄉(xiāng)混歸力系統。戰(zhàn)動鵬亍期間檢測電 流和電壓的系^I常噪音大，從而難以提取電^^§^#數。而且， 一旦系，生 故障，月艮務人員^^于育,離柳章，從而有效修理糊電氣系統。因此，糊 地預測電池的功率能力以及可靠的i湖iJ電池中盼潛在柳章;W^的。在市場上， 有若干種用于測試電池的^t猶態(tài)的錢，它們是離線^ 式的。^^fiS 常需要附加硬件，而且比較昂貴。因此，需^f共一種用于制游f^fi的低淋監(jiān)觀孫統以働軍決戰(zhàn)問 題。

發(fā)明內容


圖1是臓本發(fā)明的蹄勝TO的蔬圖；圖2和3是職本發(fā)明的算法^f呈圖；以及圖4—6是根據本發(fā)明的表格形式的i^。
具體實脇式JI^參照附亂其中戶標附圖僅i^iffl于闡^:發(fā)明而非限偉體發(fā)明，圖1 示出根據本發(fā)明的一個實施例離的鵬的蔬圖。該^&括電能剤^S 10 (ESD)，電能剤^ai0鵬性^j^到鵬20，其中鵬20包括電力驅動裝 置25,電力驅動^ 25 ffi51開關16的致動經,^j^到ESD。該ESD的特 征在于以下方面內部電池電阻(Rb)、開路^E^電位(OCV)以鵬鄉(xiāng)12、 14兩端的電輸出，該電輸出包括^EVbatt和電流Ibatt。內部電池電阻Re是總體 內部阻抗的一，征，它可以包括由電容表征的頻率成分，但是&fc不加詳細說 明。鵬20的伊征在于電卩鵬，包括鵬電阻(Rc)。 ^fM實施例中，該ESDIO 包括傳統的鉛酸電池，該鉛酸電池TOf性，到電力驅動^a25并且向其衝共 電功率，該電力驅動體25包括啟動柳，雜動獻/L^于由^^j乍者赫 禾傭發(fā)^l停止啟動策略響應于由發(fā)^l^諱贖塊30產生的命令，而在開關16 致動時曲柄$1^內^*幾5，其中^:辦鵬第贖塊30作為 ^11分，■ 關16包括點火開關。控娜莫i央30翻于響棘自^^作者^M入Wt動開關16，并^M1贖 鄉(xiāng)12、 14兩端可測量的電輸出。i^^鵬i^t為鵬數字it^t幾，i^OT數
字計對腿常包括微鵬器或中^ba單元、存儲介質、高速時鐘、微(細
和辦莫(D/A)扭各、輸A/il出電路和^S (I/O)以及^S的信號調控和緩沖電 路，該存儲介質包括非易失性存儲錢，該非易失性存儲體包括只赫儲器 (ROM)，以及電可織呈只翻諸器(EPROM)、隨豐膽取存儲器(RAM)。雜 制模塊具有一組控制算法，包蹄駐禾Mm指令和校準值，它們存儲在剤諸器中并 且可IW^亍以提供^K十算機的相應功能。^^帝訴莫塊30可以經局域網(LAN) 信號驗到總體麯的其雄鵬塊。本發(fā)明包括用于在靜止周期艦通常在糊處于切斷電源模式的周期過后 監(jiān)測ESD10的方法。筋、跑括確定開路ffi (OCV)禾口驗(T)，并M31
這些物理量來確定ESD的電荷擾態(tài)(SOC)。在電路通過操作電力驅動裝置25而 釋放電流的期間，例如在發(fā)動機曲柄轉動/啟動事件期間，來測量ESD的最小腿 (Vmin)。該最小電壓和閾值電壓(Vth)進行比較。該閾值電ES于電能存儲裝置的電荷擾態(tài)來確定。通徵皮稱為電池M^擾態(tài)的ESD的剩
余使用壽命基于該最小腿和該閾值電壓來計算，其中該閾值電壓基于電能存儲裝置的電荷和溫度狀態(tài)來確定。娜喊格形式存儲控制模塊的存儲裝置之—
中的預定校準值，該方法優(yōu)選執(zhí)行為控制模塊中的算法。下面詳細說明方法的
實施例。5贓參照圖2，示出算法的瀬呈圖40,該算法優(yōu)選在該控制模塊中執(zhí)行，用 于確定ESD的#^狀態(tài)，其中ESD是根據圖1構造的系統的一個元件。該系統優(yōu)選處于靜止周期中，其中該系統被切斷電源，以使皿足以穩(wěn)定多種電池特性 的預定時間周期內有最小電流或沒有電流入或流出ESD。該靜止周期包括切斷 周期，它具有四至六小時的機時間范圍，當該系統在輔中實施時，該電源切 斷周期通常足以讓內部電 度T超杯境溫叟，雖然對于本發(fā)明有^g行來說 電池,不必達到環(huán)境皿。在足夠持續(xù)時間的靜止周期之后，，溫度塊測量 電池腿Vbatt、 通過接線端12、 14的電流Ibatt以及電池離T, M31^醜理 St:可以確定開路電池電壓(OCV)(步驟42)。利用公知的傳^I和信號處理算法來測量電池電壓和溫度狀態(tài)。使用傳感器或者作為替換地通過電池溫度估測器直接測量電池溫度，從而確定電池^S祝態(tài)。電池^S佐測器的豨泡括將發(fā)動
機冷卻劑溫度用作為溫度替代或挖根生溫度以接近在上述范圍中的靜止周期之
后的電池溫度。利用用于確定SOC的公失防法(步驟44)，電池電荷擾^S于電 路電池電壓和電池皿來確定。通常利用設置成表格格式且存儲，偉蝶塊的 非易失性剤^fi之一中的預校準繊，通過在電池溫度T測量的電池頓各腿 來估測電池SOC。當電池SOC低于予腚閾值電荷擾態(tài)(SOC—thr)(步驟46)時， 向操作者發(fā)出通告，并縣^^作麟進行(步驟60)。在步驟42、 44和46中 進行的動J站步驟48的動作之前的靜ihM期內發(fā)生，并且可以3te賴賴期。 [OO鵬靜止周期之后，iWm動開關16來激活該系統。艦電路20，例如通過曲柄式發(fā)動機以啟動其操作，致動開關16働盯短時間、高電流的電負載到電池。 在該高電流的電負載期間觀懂電池電壓，并且測量最小電池腿(Vmin),然后 將其存儲在一個存儲裝置中(步驟48)。該最小電池電壓和在相同M和SOC下確定的對應閾值TOVth進行比較(步驟50〉。下面參照圖3和圖4、 5和6來說 明確定閾值^ffiVth。比較結果(步驟50)存儲^^蝶塊糊塌失性^f^g中，以艦"^ 參考和分析。當最小電池電壓小于對應的閾值^EiN^^次數(其中N是被 校準數)，^"^S^'m，個曲柄糊^j牛中的'n'次(其中n、 m是可以校準的)，
(步驟52)則向操作者發(fā)出賴w^將盡的豁，泰示需要劍儲^ia行電測艮
務(步驟70)。否則，確定電池Mit優(yōu)態(tài)(SOH)(步驟54)，并Ml^^mJ:的儀 器^ffil在^ft息中心的通信和操作^^fffi信(步驟56)。電池SOH包括 當前最小電池M Vmin和閾值電壓值Vth之間的標準化i憤。該標準化計算參照 等式1來說明
卩]電池SOH計算為當前最小電池^JE Vmin和閾值電壓值Vth之間的標準化
計算的線性和指數函lfct—。線性函數參照等式2戶/f^: 脂(■其中V油(T， SOC)包括泖遣的最小腿。值(T， soc)包括當 電池為新電池時確定的觀糧的最小電壓，以及V也(T， SOC)包括最小腿閾值。 當電池為新電池時，SOH是100X。隨著電池的老化，SOH減小，不斷,0% 的標準化SOH。J贓參照圖3，示出用于構造電 峰小腿閾值Vth(T， SOC)的ii^呈圖80， 它可以基于電池^^和電荷狀^S^確定。絲統開鄉(xiāng)間，參照圖3戶腐的一些 步驟和動作離線進行，從而產生 以用于構^^于#^和隨后 帝贖塊中實 施動作的校a^格以供算^iOT。基于電池 和SOC的予 校準值，來確定電 池開路W^格(以^lt為單位)(步驟82)。參照圖5以表格形標出豨ij'臓 據集，包括在電池ag狀態(tài)T和SOC的范圍上的典型標準12 ，電皿置的多 佛各秘機態(tài)。在標準^i行劍牛下例如在25攝破下以及在高SOC (例如高于70%)條 件下進行曲柄糊期間，確定臨界^t及限電池電阻(Rb—lim)(步驟84)。在參照 圖1所示的電路中，用于曲柄，頓各20的示例性電池10可以具有大約8毫歐
姆的極限電池電阻值(Rb—lim)。該極限電池電阻通常fflil大嫩勤n速老化艦魏 確定，從而確定這樣的電阻值，艦該電阻值，電漸艮可能就不能有效曲柄糊
發(fā)^jt幾，即使在高soc下以及標MJTF或高于標MjS的割牛下。確定不包括電池電阻Rb的曲柄糊電機電路電阻Rc (步驟86)。曲柄糊 電機 電阻Rc包括^ 20的電阻l^^含和包括其所有部件，皿,電纜、 電機,訴唭它部件，并且tt^在試妒^^準和開發(fā)期間發(fā)生的標準化曲柄 ,測i^間確定。曲柄,電機電路電阻Rc通常被^為最小曲柄,電壓除 以在曲柄,期間出現的最小電流(Imin)，也就是，VmMmin。曲柄，甜幾電 路電阻Rc通^l據曲柄,電機TO的皿而變。對于圖1所示的系統的實施例， 用于示例性系統的，值B^確定為13.2毫 。極P艮電池電阻RbJim可以在曲柄,期間根據旨和SOC而變化。在i^ 例中，、鵬繊小一度(C)，電池電阻Rb—lim則增大0.03毫,；以及在50% 以下SOC織小10X，電池電阻RbJim貝贈大2.5X。因此，該極限電池電阻被 調節(jié)以說明不同盼，汰態(tài)和SOC。對于高SOC (25攝氏度點)利用8毫 的電池電阻，產CT于電池電阻Rb的校準 ^。確定與電池^J^汰態(tài)和SOC 相關的、曲柄轉動期間的電池電阻變化性(步驟88)。現在參照圖4，示出表格格 式的示樹 ^集，其包括單位為毫歐姆、在^S狀態(tài)T和SOC的范圍內確定的 多個極限電池電阻(Rb—ton)(步驟90)。調節(jié)該極限電池電阻以說明電池，和SOC。基于戶/F^信息，在M狀態(tài)T 和SOC的范圍內確定和調節(jié)閾值最小電池腿擾態(tài)Vth (T， SOC)。下面參照等 式3來說明用于確定Vth的，ij性等式
_朋一iim(wc,r)+Wc(r)
等式3用于在,拔態(tài)和SOC的范圍內產生Vth (T， SOC)的多，，從
而產生表格形式的校準值，^m碰第贖塊糊-易失性^i^s之一中(步驟
92)?，F在參照圖6，基于圖4和5的 ，以所述的蹄ij',統的表格形式說明 闡述総的予腚校準值。根據電MJt優(yōu)態(tài)T和電池SOC，標例縣統具有從 8.30伏特至6.34微寺的閾值電壓。再次參照圖2的步驟50、 52和54，觀糧的Vmin和用于^Jt和SOC的閾值 電壓Vth進行比較，并且存儲比較結果以^H分析。當最小電池^ffi小于相 應的閾值電壓時，向操作者發(fā)出電^命即將結束的警告。而且，g電池M^
機態(tài)的參數被確定荊專^系^^作者g向系^^作者示出。本發(fā)明e^ffil具修照雌實施例及其S^說明。艦閱讀和働軍本說
明書，可以進行其它z翅修改和變換。在本發(fā)明的范圍內包括所有這,翅和變 換。
權利要求
1.一種用于監(jiān)測電能存儲裝置的方法，其中該電能存儲裝置適用于傳輸電能以便驅動電機，該方法包括在穩(wěn)定周期過后，確定該電能存儲裝置的電荷狀態(tài)和溫度；選擇性致動該電機；測量在電機的選擇性致動期間從該電能存儲裝置輸出的最小電壓；基于該電能存儲裝置的電荷狀態(tài)和溫度來確定閾值電壓狀態(tài)；以及基于該最小電壓和該閾值電壓狀態(tài)來確定該電能存儲裝置的剩余使用壽命。
2. 根據權利要求i戶腿的方法，其中基于該電能存儲裝置的電荷狀態(tài)和溫度來確定閩電壓擾態(tài)的步驟包括基于該電荷狀態(tài)和溫度來選擇多個預定閾值電壓狀態(tài)之一。
3. 根據權利要求2所述的方法，還包括在電荷狀態(tài)范圍和溫度狀態(tài)范圍上確定電能存儲裝置的多個開路電壓狀態(tài)；確定電能存儲裝置的極限電阻；在放電事件期間確定電機的電阻；以及計算多個閾值電壓態(tài)，基于在電荷狀態(tài)范圍和溫度范圍上放電事件期間的多個開路狀態(tài)、電能存儲裝置的極限電阻和電機的電阻來計算每個閾值電壓狀態(tài)
4. 根據權利要求3所悉的方法，其中電機的電阻在放電事件期間基于電機電路的溫度來確定。
5. 根據權利要求3所述的方法，其中電能存儲裝置的極限電阻包括一電阻 值，超高該電阻值，電能存儲裝置則不能驅動電機。
6. —種用于監(jiān)測電池的方法，該電池適用于提供電功率給電機，該電機適用于曲柄轉動內燃機，該方法包括在穩(wěn)定周期之后確定電池的電荷狀態(tài)和溫度測量發(fā)動機曲柄轉動期間從電池輸出的最小電壓；基于電池的電荷狀態(tài)和溫度來擇多個預定閥值電壓狀態(tài)之一；將發(fā)動機曲柄糊期間從電池測量的最小電壓輸出和選擇的預定閾值狀態(tài)進行比較；以及，基于最小電壓和閾值電壓來計算電池的剩余使用壽命，其中該閾值電壓基于電池的電荷狀態(tài)和溫度而確定。
7. 根據權利要求6所述的方法，還包括基于電池的電荷和溫度狀態(tài)來確定多個預定閾值電壓步驟，該步驟包括在電荷狀態(tài)范圍和溫度狀態(tài)范圍上確定電能存儲裝置的多個開路電壓狀態(tài)確定電池的極限電阻；在放電事件期間確定包括電機的曲柄轉動系統的電阻； 基于在電荷拔態(tài)范圍和溫度拔態(tài)范圍上放電事件期間的多個開路電池電壓狀態(tài)、電池的極限電阻和曲柄,系統的電阻來計算多個閾值電壓擾態(tài)。
8. 根據權利要求6戶腿TO法，還包括當最小電壓值低于閾值時告知車輛操作者的步驟。
9. 根據權利要求6戶艦的方法，還包括當最小腿值低于閾值達預定數量的發(fā)動機啟動循環(huán)時告知車輛操作者的步驟。
10. 根據權利要求6所述的方法，其中在穩(wěn)定周期之后確定電池的電荷狀 態(tài)和溫度的步驟包括僅在電池足以達到環(huán)境溫度的時間周期延遲之后執(zhí)行該方法。
11.根據權利要求10所述的方法，其中電池足以 達到環(huán)境溫度的時間周期延遲包括6至10小時范圍的周期。
12. 根據權利要求11所述的方法，還包括在放電事件期間基于環(huán)境溫度來確定曲柄轉動系統的電阻。
13. 根據權利要求7所述的方法，其中電池的極限電阻包括一電阻值，在 該電池的電荷枕態(tài)和'鵬下，艦該電阻值，貝IJ該電池不能驅動電鵬曲柄糊 發(fā)動機。
14. 根據權利要求13戶腿的方法，其中確定電池的極限電阻的步驟包括基于溫度狀態(tài)和電荷來選擇電池的多個預校準極限電阻之一。
15. —種帝斷品，包括繊介質，縣有編鵬該存儲介質中的鵬可 執(zhí)行代碼，用于監(jiān)測電池的HJt拔態(tài)，該敏1^于 電功率給電機，該 適用于曲柄轉動內燃機，該代碼包括在穩(wěn)定周期之后確定電池的電荷擾態(tài)和溫度的代碼；測量在發(fā)動機曲柄轉動期間從電池輸出的最小電壓的代碼；將發(fā)動機曲柄轉動期間從電池輸出的最小電壓和閾值電壓擾態(tài)進行比較的代碼，其中該閾值基于電池的電荷狀態(tài)和溫度而確定以及，基于最小電壓和閾值電電壓來 計算電池的剩余使用壽命的代碼，其中該閾值電壓基于電池的電荷擾態(tài)和溫度而確定。
16. 根據權利要求15的產品，其中用于確定閾值電壓的代碼包括存儲在其 中的預定校準值，該校準值包括多個閾值狀態(tài)態(tài)，每個閾值狀態(tài)對應于電 池的電荷狀態(tài)和溫度。
17. 根據權利要求15的產品，還包括基于電池的電荷擾態(tài)和溫度來確定預 定校準值的過程， 該過程包括確定在電荷擾態(tài)范圍和MH擾態(tài)范圍上所確定的電池的多個開路狀態(tài)；確定電池的極限電阻；以及，確定綠辦幾曲柄轉動期間曲柄轉動系統的電阻；以及， 基于在電荷擾態(tài)范圍和溫度擾態(tài)范圍上放電事件期間的多個開路狀 態(tài)、極限電池電阻和曲柄轉動系統的電阻來計算多個閾值電壓狀態(tài)。
18. 根據權利要求17的產品，其中在電荷狀態(tài)范圍和溫度狀態(tài)范圍上計算多個閾值電壓機態(tài)，每個閾值基于開路電池電壓優(yōu)態(tài)、發(fā)動機曲柄轉動期間 的極限電池電阻和曲柄轉動系統的電阻來計算。
19. 根據豐又利要求15的產品，還包括基于最小電壓和選擇的預定閾值電壓來計算表示電池健康擾態(tài)的指標的代碼。
20. 根據權利要求19的產品，還包括向操作者傳送電池健康狀態(tài)的指標的代碼。
全文摘要
描述一種用于監(jiān)測電能存儲裝置的方法和制造產品，其中該電能存儲裝置適用于傳輸電能給可選擇性激活的電機。該方法包括在穩(wěn)定周期過后，確定該電能存儲裝置的電荷狀態(tài)和溫度；以及測量在電機的選擇性致動期間該電能存儲裝置的最小電壓輸出?；谠撾姾蔂顟B(tài)和溫度來選擇多個預定閾值電壓狀態(tài)之一。該最小電壓和該選擇的預定閾值電壓進行比較。
文檔編號G01R31/36GK101206248SQ20071030618
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權日2006年12月22日
發(fā)明者D·W·沃爾特斯, M·A·薩爾曼, N·S·卡普索卡瓦蒂斯, 張曉東, 湯曦東 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司