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      電池開路電壓估計的系統(tǒng)及方法_3

      文檔序號:9563536閱讀:來源:國知局
      電池的歸一化鋰離子濃度的X軸402和表示每個電極的OCV的 y軸404。電池單元的OCV被計算為在給定SOC處正電極的OCV和負(fù)電極的OCV之間的差 異。鋰化范圍被限定與正電極在百分之一百(100% )406和百分之零(0% )408處的電池 荷電狀態(tài)對應(yīng),對于負(fù)電極其鋰化范圍與在百分之零(0% )412和百分之一百(100% )414 處的電池荷電狀態(tài)對應(yīng)。
      [0044] 在418中描述與正電極材料的鋰化相關(guān)的OCV曲線,在420中描述關(guān)于與負(fù)電極 材料的裡化相關(guān)的OCV曲線。
      [0045] 根據(jù)下面的等式計算在給定荷電狀態(tài)下的OCV :
      [0046] OCV = Up(9p)-Un(0n) (1)其中,U p(0p)為正電極的 〇CV,Un(0n)為負(fù)電極 的0CV。正電極Up(θρ)被表示為Up= f Jep),表示OCV曲線與正電極的歸一化鋰離子濃 度θρ相關(guān)的函數(shù)。負(fù)電極1]"(0。被表示Sun=f2(0n),表示OCV曲線與負(fù)電極的歸一 化鋰離子濃度θ η相關(guān)的函數(shù)。
      [0047] 使用下面的等式,限定正電極和負(fù)電極的歸一化鋰離子濃度:
      [0048] 在正電極處,
      [0049] 在負(fù)電極處,
      [0050] 其中,Cp為電池單元中的正電極的鋰離子濃度,c Ρι_為正電極的最大鋰離子濃度, 下標(biāo)SS表示電池動態(tài)特性的穩(wěn)定狀態(tài)。Cn為電池單元中的負(fù)電極的鋰離子濃度,c ni_為 負(fù)電極的最大鋰離子濃度。
      [0051] 正電極在百分之一百(100% ) SOC點406處的OCV具有比在百分之零(0 % ) SOC 點408處的數(shù)據(jù)點的值大的值。負(fù)電極在百分之一百(100% ) SOC點414處的OCV小于或 等于在百分之零(〇% ) SOC點412處的數(shù)據(jù)點的值。
      [0052] 使用下面的等式,表示在每個電極處的對應(yīng)荷電狀態(tài):
      [0054] 其中,該系統(tǒng)可使用每個電極的插值OCV曲線來確定正電極410和負(fù)電極416的 OCV數(shù)據(jù)點。
      [0055] 根據(jù)等式(3),使用下面的等式計算在每個電極處的歸一化鋰離子濃度:
      [0058] 其中,θρ』%為正電極在百分之零(〇% )S0C處的歸一化鋰離子濃度,θρ,1Μ%為正 電極在百分之一百(100% )S0C處的歸一化鋰離子濃度,θη(]%為負(fù)電極在百分之零(〇% ) SOC處的歸一化鋰離子濃度,θη,1(Μ%*負(fù)電極在百分之一百(l〇〇%)SOC處的歸一化鋰離子 濃度。
      [0059] 根據(jù)正電極在θρ0%、θρ1Μ%處的歸一化鋰離子濃度以及負(fù)電極在θη0%、θ η1。。% 處的歸一化鋰離子濃度,使用等式(I) - (4b)在整個SOC范圍內(nèi)(即,從百分之零(0%)到 百分之一百(100%))限定OCV曲線。
      [0060] 可通過求解具有使估計的OCV點和測量的OCV點之間的誤差最小化的多個約束條 件的優(yōu)化問題來確定參數(shù),如使用下面的等式表示:
      [0062] 等式(5)中的具有多個約束條件的優(yōu)化問題受制于下面的等式:
      [0069] 其中,為在第i個測量值處的估計OCV,Vniax為電池輸出電壓上限,V_ 為電池輸出電壓下限,SOC1為在第i個OCV測量值處的電池荷電狀態(tài),N為OCV測量值的數(shù) 量。
      [0070] 用于構(gòu)建OCV曲線的模型參數(shù)是通過求解受制于等式(6a)-(6f)中的約束條件的 等式(5)獲得的θ ρ,。%、θρ1Μ%處的正電極和θη,。%、θη1Μ%處的負(fù)電極。
      [0071] 等式(6d)和(6e)中的約束條件可能不能用于某些情況,而等式(6a)-(6c)以及 (6f)中的約束條件可以總是得到滿足。
      [0072] OCV測量值的數(shù)量可能是至少兩個,而OCV測量值的實際數(shù)量可以被確定為實現(xiàn) 關(guān)于鋰離子電池化學(xué)組成的所期望的OCV估計準(zhǔn)確性。
      [0073] 圖5是根據(jù)實施例的估計用于在電池管理系統(tǒng)中確定電池功率限制的OCV的算法 的流程圖。方法500使用包含在車輛控制模塊內(nèi)的軟件代碼來實現(xiàn)。在其它實施例中,方 法500在其它車輛控制器中實現(xiàn)或者散布在多個車輛控制器中。
      [0074] 再次參照圖5,在整個方法500的討論中參照圖1中示出的車輛及其組件,以幫助 理解本公開的各個方面。在混合動力電動車輛中控制電池參數(shù)預(yù)測的方法500可通過計算 機算法、機器可執(zhí)行代碼或被編程到車輛的合適的可編程邏輯裝置(比如車輛控制模塊、 混合動力控制模塊、與車輛計算系統(tǒng)通信的另一控制器或它們的組合)中的軟件指令來實 現(xiàn)。盡管在流程圖中示出的各個步驟似乎以時間順序發(fā)生,但是至少某些步驟可以以不同 的順序發(fā)生,并且某些步驟可以同時執(zhí)行或根本不執(zhí)行。
      [0075] 在步驟502,在允許車輛上電的接通事件期間,車輛計算系統(tǒng)可開始對一個或更多 個模塊進行通電。在步驟504,在啟用用于控制電池的一個或更多個算法之前,所述一個或 多個模塊的通電可使與電池管理系統(tǒng)相關(guān)的變量初始化。
      [0076] 所述一個或更多個模塊中的初始化參數(shù)可以是預(yù)定值或在上一次斷開事件中的 存儲值。在接通事件時啟用算法之前,參數(shù)應(yīng)該被初始化。例如,電池管理方法可初始化若 干變量,所述變量包括但不限于OCV數(shù)據(jù)點、電壓限制、電流限制、SOC范圍和/或其它電池 相關(guān)參數(shù)。
      [0077] 在步驟506,該系統(tǒng)可使用若干類型的傳感器和/或算法,來測量和/或估計在 SOC數(shù)據(jù)點處的0CV。在步驟508, 一旦該系統(tǒng)已經(jīng)接收到在SOC數(shù)據(jù)點處的0CV,則該系統(tǒng) 可計算從之前的OCV測量的時間步長(time step)到當(dāng)前時間的SOC變化。
      [0078] 在步驟510,如果SOC變化小于預(yù)定常量,則電池控制器等待預(yù)定的時間量以計算 SOC變化。在步驟512,如果SOC變化大于或等于預(yù)定常量,則索引k增加1。在步驟514, 如果電池處于充電狀態(tài)或放電狀態(tài),則該系統(tǒng)在測量新的SOC數(shù)據(jù)點之前可以等待,直到 電池處于穩(wěn)定狀態(tài)為止。
      [0079] 例如,在索引k處的SOC為百分之五十(50%),并且在索引k+Ι處的SOC為百分 之五十一(51% ),SOC變化可能很小;因此,可能需要大量的OCV測量值來覆蓋整個SOC范 圍并確定OCV曲線。相反,如果在索引k處的SOC為百分之六十(60% ),并且在索引k+1 處的SOC為百分之四十(40% ),則SOC變化可以足夠大到用少量的OCV測量值就覆蓋整個 SOC范圍。
      [0080] 在步驟516,該系統(tǒng)可確定其是否具有足夠的OCV數(shù)據(jù)點來確定OCV曲線。在步驟 518,如果接收到足夠的數(shù)據(jù)點,則該系統(tǒng)可使用基于該實施例的不同SOC點處的測量數(shù)據(jù) 來確定OCV曲線。
      [0081] 在步驟520,該系統(tǒng)可確定需要其它的確定信息來產(chǎn)生OCV曲線。電池性能可基 于多個因素在整個電池的壽命中變化,所述多個因素包括但不限于電極的鋰化程度、電極 容量比和/或電極化學(xué)組成。電池控制算法可使用確定的OCV曲線來對電池的壽命做出解 釋。
      [0082] 在步驟522,如果該系統(tǒng)檢測到斷開事件,則該系統(tǒng)可結(jié)束用于管理電池組和/或 一個或更
      當(dāng)前第3頁1 2 3 4 
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