專利名稱：補(bǔ)償電池充電狀態(tài)的方法、電池管理系統(tǒng)和混合動力車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各方面涉及電池管理系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明的各方面涉及一種補(bǔ)償在利用電能的車輛中所用的電池的充電狀態(tài)(SOC)的方法，以及一種利用該SOC補(bǔ)償方法的電池管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
利用采用汽油或柴油的內(nèi)燃機(jī)的車輛已經(jīng)造成嚴(yán)重的空氣污染。因此，為減少空氣污染，近來已進(jìn)行各種努力來發(fā)展電動或混合動力車輛。
電動車輛利用由電池輸出的電能進(jìn)行驅(qū)動的發(fā)動機(jī)。由于電動車輛通常利用包括多個可再充電/可放電二次電池的電池組，所以電動車輛的好處在于無氣體排放并且噪音較小。
混合動力車輛通常是指汽油-電力混合動力車輛，其利用汽油來驅(qū)動內(nèi)燃機(jī)并利用電池來驅(qū)動電動機(jī)。近年來，同時利用內(nèi)燃機(jī)和燃料電池的混合動力車輛以及同時利用電池和燃料電池的混合動力車輛已經(jīng)被開發(fā)出來。燃料電池通過連續(xù)供應(yīng)的氫或含氫燃料與氧之間的化學(xué)反應(yīng)來直接產(chǎn)生電能。
由于電池性能直接影響利用電能的車輛的性能，因此，用于車輛的電池的每個電池單元(battery cell)均需要具有最佳的性能。而且，需要提供電池管理系統(tǒng)(BMS)，用于測量總電池電壓和電流，以有效地管理各個電池單元的充電/放電操作。
電池管理系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題在于，當(dāng)利用電流積分方法來檢測電池的充電狀態(tài)(SOC)時，可能產(chǎn)生累積誤差。由于累積誤差所引起的不準(zhǔn)確的SOC降低了電池管理系統(tǒng)的可靠性，從而給車輛驅(qū)動操作帶來嚴(yán)重的問題。
該背景部分中所公開的上述信息，用于增進(jìn)對本發(fā)明背景的理解。對這些信息的論述并不用于明示或暗示這些信息構(gòu)成在本國家中對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說早已是公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面提供一種用于準(zhǔn)確地計算電池的充電狀態(tài)(SOC)的電池管理系統(tǒng)、一種SOC補(bǔ)償方法，以及包括這種電池管理系統(tǒng)的混合動力車輛。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，電池管理系統(tǒng)中所用的補(bǔ)償電池的SOC的SOC補(bǔ)償方法中，檢測至少具有兩個區(qū)域的第一SOC，并計算對應(yīng)于該第一SOC的第一開路電壓(OCV)；測量該電池的組電流和組電壓，利用該組電流、組電壓和內(nèi)電阻來計算第二OCV，并計算對應(yīng)于該第二OCV的第二SOC；比較該第一OCV和第二OCV，并當(dāng)該第一OCV與該第二OCV之差大于第一基準(zhǔn)值時，利用對應(yīng)于所述至少兩個區(qū)域的至少兩個第一補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第一SOC的第一補(bǔ)償值來補(bǔ)償該第一SOC；并在當(dāng)該第一OCV與該第二OCV之差小于第二基準(zhǔn)值時，利用對應(yīng)于所述至少兩個區(qū)域的至少兩個第二補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第一SOC的第二補(bǔ)償值來補(bǔ)償該第一SOC。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于補(bǔ)償電池的SOC的SOC補(bǔ)償方法，該SOC補(bǔ)償方法包括檢測第一SOC，并計算對應(yīng)于該第一SOC的第一OCV，其中SOC的可能范圍被分成至少兩個區(qū)域，每一區(qū)域都分配有一補(bǔ)償值；測量該電池的組電流和組電壓，利用該組電流、組電壓和內(nèi)電阻來計算第二OCV，并計算對應(yīng)于該第二OCV的第二SOC；以及比較該第一OCV和該第二OCV，并當(dāng)該第一OCV與該第二OCV之間的差別大于一預(yù)定值時，利用所述分配給該SOC可能范圍中對應(yīng)于該第一SOC的區(qū)域的補(bǔ)償值來補(bǔ)償該第一SOC。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電池管理系統(tǒng)連接至包括作為一個電池組的多個電池單元的電池。該電池管理系統(tǒng)包括估計SOC計算器、數(shù)據(jù)庫、基準(zhǔn)SOC和SOC補(bǔ)償器。所述估計SOC計算器利用該電池的組電流來計算估計SOC。所述數(shù)據(jù)庫存儲與對應(yīng)于所述估計SOC的OCV相關(guān)的數(shù)據(jù)。所述基準(zhǔn)SOC測量該電池的組電流和組電壓并利用內(nèi)電阻值來計算基準(zhǔn)OCV，以及利用所述數(shù)據(jù)庫來計算對應(yīng)于所述基準(zhǔn)OCV的基準(zhǔn)SOC。所述SOC補(bǔ)償器利用所述數(shù)據(jù)庫來檢測對應(yīng)于所述估計SOC的OCV，利用所述基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之差來確定是否執(zhí)行補(bǔ)償，并根據(jù)包含所述估計SOC的區(qū)域來改變補(bǔ)償值，以執(zhí)行所述補(bǔ)償。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種連接至電池的電池管理系統(tǒng)，所述電池包括作為一個電池組的多個電池單元，該電池管理系統(tǒng)包括估計SOC計算器，其利用該電池的組電流來計算估計SOC；數(shù)據(jù)庫，用于存儲與一SOC范圍上的OCV相關(guān)的數(shù)據(jù)，其中該SOC范圍分成至少兩個區(qū)域；基準(zhǔn)SOC計算器，其利用該電池的組電流值、組電壓值和內(nèi)電阻值來計算基準(zhǔn)OCV，并利用所述數(shù)據(jù)庫來計算對應(yīng)于該基準(zhǔn)OCV的基準(zhǔn)SOC；以及SOC補(bǔ)償器，其利用所述數(shù)據(jù)庫來檢測對應(yīng)于所述估計SOC的OCV，將所述基準(zhǔn)OCV與所檢測OCV之差與一預(yù)定基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以確定是否執(zhí)行補(bǔ)償，并在所述基準(zhǔn)OCV與所檢測OCV之間的差別大于該預(yù)定基準(zhǔn)值時，根據(jù)以包含所述估計SOC的區(qū)域?yàn)橐罁?jù)的補(bǔ)償值，來補(bǔ)償所述估計SOC。
另外，該第一基準(zhǔn)值和該第二基準(zhǔn)值是根據(jù)所述估計SOC的容許誤差范圍而分別確定的。此外，該第一基準(zhǔn)值與該第二基準(zhǔn)值的絕對值相同而符號相反。
根據(jù)與相對于估計SOC的OCV相關(guān)的數(shù)據(jù)中對應(yīng)于OCV變化的估計SOC變化，來確定包含所述估計SOC的區(qū)域?yàn)橹辽賰蓞^(qū)域中的一個區(qū)域。多個第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值分別對應(yīng)于所述至少兩個區(qū)域中的一個區(qū)域，并根據(jù)對應(yīng)于OCV變化的估計SOC變化來確定。另外，對應(yīng)于所述至少兩個區(qū)域中的相同區(qū)域的第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值具有相同的值。
所述估計SOC計算器對所述充電或放電的組電流進(jìn)行積分，以計算所述估計SOC。所述基準(zhǔn)SOC計算器通過將所述組電流與內(nèi)電阻的乘積與所述組電壓相加來計算所述基準(zhǔn)SOC。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種混合動力車輛包括電池管理系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)將電池的SOC傳送到用于控制該車輛引擎的引擎控制單元(ECU)。該混合動力車輛包括傳感單元、主控制單元(MCU)和通信單元。所述傳感單元用于測量該電池的組電流、組電壓和內(nèi)電阻。所述主控制單元利用從所述傳感單元傳送來的組電流、組電壓和內(nèi)電阻來確定所述SOC，并控制該電池進(jìn)行充電和放電。所述通信單元將所述SOC輸出從所述MCU傳送到所述ECU。所述MCU包括估計SOC計算器、基準(zhǔn)SOC計算器和SOC補(bǔ)償器。所述估計SOC計算器利用該電池的組電流來計算估計SOC。所述基準(zhǔn)SOC計算器利用從所述傳感單元接收的組電流值、組電壓值和內(nèi)電阻值來計算基準(zhǔn)OCV，并計算對應(yīng)于該基準(zhǔn)OCV的基準(zhǔn)SOC。所述SOC補(bǔ)償器檢測對應(yīng)于所述估計SOC的OCV，利用所述基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之差來確定是否執(zhí)行補(bǔ)償；并當(dāng)需要該SOC補(bǔ)償器執(zhí)行所述補(bǔ)償時，根據(jù)包含所述估計SOC的區(qū)域來改變補(bǔ)償值，以對所述估計SOC進(jìn)行補(bǔ)償，以及當(dāng)不需要該SOC補(bǔ)償器執(zhí)行補(bǔ)償時，輸出所述估計SOC。
當(dāng)所述基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之差大于第一基準(zhǔn)值時，所述SOC補(bǔ)償器檢測所述估計SOC的至少兩個區(qū)域中包含該估計SOC的第一區(qū)域，并從所述估計SOC中減去所述至少兩個第一補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第一區(qū)域的第一補(bǔ)償值。當(dāng)所述基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之差小于第二基準(zhǔn)值時，所述SOC補(bǔ)償器檢測所述至少兩個區(qū)域中包含該估計SOC的第二區(qū)域，并在所述估計SOC上增加所述多個第二補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第二區(qū)域的第二補(bǔ)償值。另外，所述電池管理系統(tǒng)進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)庫，其用于存儲與對應(yīng)于所述估計SOC的OCV相關(guān)的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的其他方面和/或優(yōu)點(diǎn)將在下文的描述中被部分地提出，并通過下文的描述中部分地變得明顯，或者可以通過對本發(fā)明的實(shí)施而獲得。


通過下文中結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見并且容易理解，在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用電池管理系統(tǒng)(BMS)的混合電動車輛系統(tǒng)的示意圖；圖2為根據(jù)圖1的BMS的主控制單元(MCU)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出積分充電狀態(tài)(SOC)和對應(yīng)于各個積分SOC的開路電壓(OCV)的數(shù)據(jù)表的曲線；和圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于補(bǔ)償積分SOC的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下文中將對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的示例在附圖中進(jìn)行圖示，其中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的部件。下面通過參照附圖對實(shí)施例進(jìn)行描述，以對本發(fā)明進(jìn)行解釋。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的前提下，可以對所描述的實(shí)施例以各種方式進(jìn)行修改。因此，附圖和描述在本質(zhì)上應(yīng)該被認(rèn)為是示例性的而非限制性的。在以下的整個說明書和權(quán)利要求書中，當(dāng)描述一部件被“連接(coupled)”至另一部件時，該部件可以直接連接至另一部件，或者通過第三部件而被電連接至另一部件。另外，除非明確地描述為與之相反，詞語“包括(comprise)”或諸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”之類的變體可以被理解為，包括有所述的部件但也不排除其它任何部件。
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用電池管理系統(tǒng)的混合電動車輛系統(tǒng)。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的混合電動車輛系統(tǒng)包括電池管理系統(tǒng)1、電池2、電流傳感器3、散熱風(fēng)扇4、保險絲5、主開關(guān)6、引擎控制單元(ECU)7、轉(zhuǎn)換器8，和電動發(fā)電機(jī)(motor generator)9。
電池2包括多個子組2a-2h，所述子組具有相互串聯(lián)連接的多個電池單元，電池2還包括輸出端子2_out1、輸出端子2_out2，和提供于子組2d與子組2e之間的安全開關(guān)2_sw。雖然本實(shí)施例示出8個子組2a-2h，且每個子組包括多個電池單元，不過可以理解，本發(fā)明并不局限于此。安全開關(guān)2_sw可手動開啟或關(guān)閉，以在對電池執(zhí)行維護(hù)或者更換電池時給工人提供安全性。在圖1的實(shí)施例中，安全開關(guān)2_sw提供于子組2d與子組2e之間，不過該安全開關(guān)的位置并不局限于此。輸出端子2_out1和輸出端子2_out2連接至轉(zhuǎn)換器8。
電流傳感器3測量電池2的輸出電流值，并將所測量的輸出電流值輸出到BMS 1的傳感單元10。作為非限制性示例，電流傳感器3可以是利用霍爾元件來測量電流值的霍爾電流互感器(hall current transformer)，并輸出對應(yīng)于所測量的電流值的模擬電流信號。
散熱風(fēng)扇4驅(qū)散由電池2的充電和放電所產(chǎn)生的熱量，并響應(yīng)BMS 1的控制信號而運(yùn)轉(zhuǎn)。驅(qū)散電池2的熱量，可防止電池2由于溫度增加而退化，從而防止充電和放電效率的惡化。
保險絲5可防止將由電池2的斷路或短路所導(dǎo)致的過電流傳送到電池2。也就是說，當(dāng)產(chǎn)生過電流時，保險絲5斷開以防止電流過流。
當(dāng)出現(xiàn)過諸如過流電壓、過電流或高溫之類的異?，F(xiàn)象時，主開關(guān)6響應(yīng)BMS 1的控制信號或ECU 7的控制信號，開啟或關(guān)閉電池2。
BMS 1包括傳感單元10、主控制單元(MCU)20、內(nèi)部電源30、電池平衡單元40、存儲單元50、通信單元60、保護(hù)電路單元70、啟動重置單元80，和外部接口90。
傳感單元10測量總電池組電流、總電池組電壓、各個電池單元的電壓、各個電池單元的溫度以及周邊溫度，將所測量的值轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并將該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到MCU 20。
MCU 20基于所述總電池組電流、總電池組電壓、各個電池單元的電壓、各個電池單元的溫度以及周邊溫度，估計電池2的充電狀態(tài)(SOC)和健康狀態(tài)(SOH)，并生成關(guān)于電池2的狀態(tài)的信息。另外，MCU 20根據(jù)所述SOC的區(qū)域，利用電池的開路電壓(OCV)來執(zhí)行補(bǔ)償，并計算更準(zhǔn)確的SOC。
內(nèi)部電源30利用備用電池向BMS 1供電。電池平衡單元40平衡各個電池單元的充電狀態(tài)。也就是說，充電充足的電池單元被放電，而充電相對少的電池單元被進(jìn)一步充電。存儲單元50在BMS 1的電源關(guān)閉時存儲當(dāng)前SOC和SOH的數(shù)據(jù)。存儲單元50可利用電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)。通信單元60可與車輛的ECU 7進(jìn)行通信。保護(hù)電路單元70利用穩(wěn)定器(Firmware)保護(hù)電池2免受沖擊、過電流和低電壓。啟動重置單元80在BMS 1的電源開啟時重置整個系統(tǒng)。外部接口90將用于BMS的輔助裝置，例如散熱風(fēng)扇4和主開關(guān)6連接至MCU 20。雖然本實(shí)施例示出散熱風(fēng)扇4和主開關(guān)6，不過可以理解，也可以通過外部接口90來連接用于BMS的其它輔助裝置。
ECU 7基于加速裝置(accelerator)、制動裝置(brake)和車輛速度信息來確定扭矩狀態(tài)，并控制電動發(fā)電機(jī)9的輸出，使得該輸出對應(yīng)于所述扭矩信息。也就是說，ECU 7控制轉(zhuǎn)換器8的開關(guān)操作，并控制電動發(fā)電機(jī)9的輸出，使得該輸出對應(yīng)于所述扭矩信息。此外，ECU 7通過通信單元60接收來自MCU 20的電池2的SOC，并將電池2的SOC水平控制為目標(biāo)水平(例如55％)。當(dāng)從MCU 20傳送來的SOC水平低于該目標(biāo)水平(例如55％)時，ECU 7控制轉(zhuǎn)換器8的開關(guān)，以向電池2輸出功率從而對電池2充電。在這種情況下，電池組電流I為正值(+)。而當(dāng)SOC水平高于該目標(biāo)水平(例如55％)時，ECU 7控制轉(zhuǎn)換器8的開關(guān)，以向電動發(fā)電機(jī)9輸出功率從而使電池2放電。在這種情況下，該電池組電流I為負(fù)值(-)。
轉(zhuǎn)換器8可響應(yīng)ECU 7的控制信號來控制電池2的充電和放電。
電動發(fā)電機(jī)9基于從ECU 7傳送來的扭矩信息，利用電池的電能來驅(qū)動車輛。
因此，由于ECU 7基于SOC水平來對電池2充電和放電，從而防止電池2被過充電或過放電，所以電池2可被有效地利用更長的時間。不過，由于在電池2被安裝在車輛上時，難以測量電池2的實(shí)際SOC水平，因此，需要BMS 1通過利用由傳感單元10檢測的電池組電流和電池組電壓來準(zhǔn)確地估計SOC水平，并將所估計的SOC傳送到ECU 7。
現(xiàn)在對用于輸出SOC水平的MCU進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
圖2為BMS 1的MCU 20的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖2所示，MCU 20包括估計SOC計算器21、基準(zhǔn)SOC計算器22、SOC補(bǔ)償器23、數(shù)據(jù)庫24，和SOC輸出單元25。
SOC輸出單元25將SOC輸出從SOC補(bǔ)償器23輸出到BMS 1的通信單元60。
數(shù)據(jù)庫24用于存儲通過估計積分SOC和對應(yīng)的開路電壓(OCV)而寫入的數(shù)據(jù)表。
估計SOC計算器21基于充電效率值和從傳感單元10傳送來的組電流I，來計算估計SOC。更具體地說，估計SOC計算器21利用電池2的實(shí)際效率η來計算估計SOC，并且所述估計SOC如等式1所示〔等式1〕SOC=∫(i×η)dtTAC×100[%]]]>其中，i表示充電和放電電流，即從傳感單元10輸出的組電流Ip，η表示電池2的實(shí)際充電效率，而TAC表示充電總量。
基準(zhǔn)SOC計算器22計算OCV，并計算對應(yīng)于所計算的OCV的積分SOC作為基準(zhǔn)SOC。一般而言，該OCV為在BMS 1處于開路狀態(tài)時的組電壓(即空載狀態(tài)下的組電壓)。例如，該OCV為BMS 1處于開通狀態(tài)時的電壓。該OCV基于所述組電壓、組電流和內(nèi)電阻進(jìn)行計算，如等式2所示〔等式2〕VOCV＝VP+IP×RiSOC補(bǔ)償器23將由基準(zhǔn)SOC計算器22計算的OCV(VOCV)與對應(yīng)于所述估計SOC的OCV(VOCVS)進(jìn)行比較，并根據(jù)上述比較結(jié)果對所計算的積分SOC進(jìn)行補(bǔ)償，以將補(bǔ)償后的積分SOC輸出到SOC輸出單元25，或者在不需要對積分SOC進(jìn)行補(bǔ)償時，將積分SOC輸出到SOC輸出單元25。首先，SOC補(bǔ)償器23將由基準(zhǔn)SOC計算器22計算的OCV(VOCV)與對應(yīng)于所述估計SOC的OCV(VOCVS)進(jìn)行比較，并計算對應(yīng)于VOCV與VOCVS之差的電壓ΔV。該電壓ΔV如等式3所示〔等式3〕ΔV＝VOCV-VOCVS由于當(dāng)電壓ΔV為正值(+)時基準(zhǔn)SOC大于當(dāng)前積分SOC，將電壓ΔV與基準(zhǔn)值a進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果，SOC補(bǔ)償器23利用對應(yīng)于當(dāng)前積分SOC的補(bǔ)償值來增加該當(dāng)前積分SOC。相反地，由于當(dāng)電壓ΔV為負(fù)值(-)時基準(zhǔn)SOC小于當(dāng)前積分SOC，將電壓ΔV與基準(zhǔn)值-a進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果，SOC補(bǔ)償器23利用對應(yīng)于當(dāng)前積分SOC的補(bǔ)償值來降低該當(dāng)前積分SOC。積分SOC可根據(jù)OCV而變化。例如，在具體實(shí)施例中，當(dāng)SOC在40％到60％之內(nèi)時，根據(jù)OCV變化的積分SOC變化可為最大。如所述地，由于根據(jù)OCV變化與積分SOC變化之間的比率來劃分區(qū)域，所以每個區(qū)域的補(bǔ)償值可以變化。也就是說，確定當(dāng)前積分SOC包含于哪個區(qū)域之中，并利用對應(yīng)于各個區(qū)域的補(bǔ)償值來對當(dāng)前積分SOC進(jìn)行補(bǔ)償。在ΔV不屬于一預(yù)定范圍時，SOC補(bǔ)償器23對ΔV進(jìn)行補(bǔ)償。在該預(yù)定范圍之中，由于VOCV與VOCVS之差較小，由VOCV與VOCVS之差所引起的積分SOC與基準(zhǔn)SOC之間的誤差是可接受的。也就是說，當(dāng)由ΔV的差所引起的SOC誤差足夠小且小到可以忽略時，不對積分SOC進(jìn)行補(bǔ)償，并且在這種情況下，ΔV的范圍在誤差范圍之內(nèi)。
現(xiàn)在將參照圖3，對通過改變根據(jù)SOC區(qū)域的補(bǔ)償值來補(bǔ)償積分SOC的方法進(jìn)行描述。
圖3示出基于存儲在數(shù)據(jù)庫24中的數(shù)據(jù)，積分SOC和對應(yīng)于各個積分SOC的OCV的數(shù)據(jù)表的曲線。
如圖3所示，在此處所示示例中，基于積分SOC變化對VOCVS的變化率，積分SOC被分成SOC區(qū)域T1、SOC區(qū)域T2、SOC區(qū)域T3以及SOC區(qū)域T4，其中T1包括從40％到60％的范圍，T2包括30％到40％的范圍以及60％到70％的范圍，T3包括20％到30％的范圍以及70％到80％的范圍，而T4包括0％到20％的范圍以及80％到100％的范圍。補(bǔ)償值A(chǔ)1到A4被分別分配給T1到T4(在圖3中，僅示出A1)。在具有較大變化率的區(qū)域中(也就是說，在SOC值具有相對于OCV的較大變化率的區(qū)域中)，補(bǔ)償值A(chǔ)1到A4具有較大值。這意味著在所提供的示例中，A1＞A2＞A3＞A4。
如圖3所示，在對應(yīng)于當(dāng)前積分SOC的OCV(VOCVS) 與由基準(zhǔn)SOC計算器22所計算的OCV(VOCV)之差為ΔV，當(dāng)前積分SOC P2屬于區(qū)域T1并設(shè)置補(bǔ)償值A(chǔ)1。因此，可通過從當(dāng)前積分P2中減去補(bǔ)償值A(chǔ)1而生成補(bǔ)償SOC P’2。
當(dāng)假定ΔV的容許范圍為“-a＜ΔV＜a”時，在相應(yīng)區(qū)域T1到T4中，可將相應(yīng)的補(bǔ)償值A(chǔ)1到A4設(shè)置為小于對應(yīng)的積分SOC與基準(zhǔn)SOC之差中的最小值。更具體地說，當(dāng)前積分SOC與基準(zhǔn)SOC之差在區(qū)域T1中可有所不同，并且可計算該當(dāng)前積分SOC與基準(zhǔn)SOC之差中的最小值作為補(bǔ)償值。補(bǔ)償值A(chǔ)1可以被設(shè)置為小于所計算的值。在這種情況下，a為用于確定ΔV是否在容許誤差范圍之中的基準(zhǔn)值，并且該基準(zhǔn)值a可以預(yù)先設(shè)定。當(dāng)對積分SOC進(jìn)行補(bǔ)償所需要的誤差范圍狹窄時，可以設(shè)置較小的基準(zhǔn)值。在此處所示的示例中，在當(dāng)前積分SOC處于相同區(qū)域(相應(yīng)的，T1到T4)之中時，可利用相同的補(bǔ)償值(A1到A4)來增加或減小積分SOC，不過所示補(bǔ)償值并不局限于此，在當(dāng)前積分SOC處于相同區(qū)域之中時，也可以利用不同的補(bǔ)償值來增加或減小積分SOC。另外，雖然基準(zhǔn)值a和基準(zhǔn)值-a的絕對值相同而符號相反，它們也可以分別具有不同絕對值。
現(xiàn)在將參照圖4，對根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于補(bǔ)償積分SOC的方法進(jìn)行描述。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于補(bǔ)償積分SOC的方法的流程圖。在步驟S100中，通過利用等式1，估計SOC計算器21利用從傳感單元10輸入的組電流Ip來計算積分SOC。在步驟S200中，基準(zhǔn)SOC計算器22利用組電流Ip、組電壓Vp、內(nèi)電阻Ri以及等式2來計算基準(zhǔn)OCV(VOCV)，并從積分SOC和對應(yīng)于積分SOC的OCV的數(shù)據(jù)表中檢測出對應(yīng)于VOCV的基準(zhǔn)SOC。在步驟S300中，SOC補(bǔ)償器23從估計SOC計算器21接收積分SOC，并從基準(zhǔn)SOC計算器22接收基準(zhǔn)SOC和VOCV。SOC補(bǔ)償器23從數(shù)據(jù)庫24的數(shù)據(jù)表中檢測對應(yīng)于輸入積分SOC的VOCVS。另外，在步驟S400中，SOC補(bǔ)償器23計算基準(zhǔn)OCV VOCV與OCV VOCVS之間的電壓差ΔV。
在步驟S500中，SOC補(bǔ)償器23將電壓差ΔV與基準(zhǔn)值a進(jìn)行比較。當(dāng)電壓差ΔV大于基準(zhǔn)值a時，表明實(shí)際SOC大于積分SOC，并且實(shí)際SOC與積分SOC之差超出容許誤差范圍。在這種情況下，對積分SOC進(jìn)行補(bǔ)償是有利的。因此，在步驟S600中，確定哪個SOC區(qū)域包含當(dāng)前積分SOC。在當(dāng)前積分SOC包含于區(qū)域T1之中時，在步驟S610中，在積分SOC上增加補(bǔ)償值A(chǔ)1。類似地，在當(dāng)前積分SOC包含于區(qū)域T2、T3或T4之中時，在步驟S620到S640中，在當(dāng)前積分SOC上增加對應(yīng)于各個相應(yīng)區(qū)域的補(bǔ)償值A(chǔ)2、A3或A4，以對當(dāng)前積分SOC進(jìn)行補(bǔ)償。
另一方面，在電壓差ΔV不大于基準(zhǔn)值a時，在步驟S700中，SOC補(bǔ)償器23將電壓差ΔV與負(fù)基準(zhǔn)值-a進(jìn)行比較。由于在電壓差ΔV小于負(fù)基準(zhǔn)值-a時，表明積分SOC大于實(shí)際SOC，并且積分SOC與實(shí)際SOC之差超出容許誤差范圍。在這種情況下，對積分SOC進(jìn)行補(bǔ)償是有利的。因此，在步驟S800中，確定哪個SOC區(qū)域包含當(dāng)前積分SOC。在當(dāng)前積分SOC包含于區(qū)域T1之中時，在步驟S810中，從積分SOC中減去補(bǔ)償值A(chǔ)1。當(dāng)確定當(dāng)前積分SOC包含于區(qū)域T2、T3或T4之中時，在步驟S820到S840中，從當(dāng)前積分SOC中減去對應(yīng)于各個相應(yīng)區(qū)域的補(bǔ)償值A(chǔ)2、A3或A4，以對當(dāng)前積分SOC進(jìn)行補(bǔ)償。
如上所述，通過將對應(yīng)于積分SOC的OCV(VOCVS)與利用當(dāng)前電池組的組電壓、組電流和內(nèi)電阻所計算的OCV(VOCV)進(jìn)行比較，可確定積分SOC的誤差率，并且由于在誤差率超出容許范圍時，可通過根據(jù)具有積分SOC的區(qū)域改變補(bǔ)償值，對積分SOC進(jìn)行補(bǔ)償，所以可計算出更準(zhǔn)確的SOC。因此，電池管理系統(tǒng)可執(zhí)行更準(zhǔn)確的電池控制操作，并可防止由積分SOC誤差所引起的故障。
雖然已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是實(shí)用的實(shí)施例對本發(fā)明的各方面進(jìn)行了描述，但可以理解的是，本發(fā)明并不局限于所公開的實(shí)施例，而是與此相反，本發(fā)明旨在涵蓋包含于所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種充電狀態(tài)(SOC)補(bǔ)償方法以及利用該SOC補(bǔ)償方法的電池管理系統(tǒng)，該SOC補(bǔ)償方法通過根據(jù)SOC水平改變補(bǔ)償值，而獲得更準(zhǔn)確的電池SOC。
另外，已經(jīng)對本發(fā)明的各方面進(jìn)行了努力，以提供一種用于通過利用補(bǔ)償后的估計SOC來防止故障的電池管理系統(tǒng)。
此外，已經(jīng)對本發(fā)明的各方面進(jìn)行了努力，以提供一種混合動力車輛，該混合動力車輛在對SOC進(jìn)行補(bǔ)償時，可通過根據(jù)SOC水平改變補(bǔ)償值，而獲得更準(zhǔn)確的電池SOC。
盡管只對本發(fā)明的幾個實(shí)施例進(jìn)行示出和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不偏離權(quán)利要求書和其等價物所限定的本發(fā)明的原理和精神的范圍下，可對所述實(shí)施例進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種補(bǔ)償電池的充電狀態(tài)SOC的SOC補(bǔ)償方法，該SOC補(bǔ)償方法包括檢測具有至少兩個區(qū)域的第一SOC，并計算對應(yīng)于該第一SOC的第一開路電壓OCV；測量該電池的組電流和組電壓，利用該組電流、該組電壓和內(nèi)電阻來計算第二OCV，并計算對應(yīng)于該第二OCV的第二SOC；以及比較該第一OCV和該第二OCV，并在該第一OCV與該第二OCV之差大于第一基準(zhǔn)值時，使用對應(yīng)于所述至少兩個區(qū)域的至少兩個第一補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第一SOC的第一補(bǔ)償值來補(bǔ)償該第一SOC；并在該第一OCV與該第二OCV之差小于第二基準(zhǔn)值時，使用對應(yīng)于所述至少兩個區(qū)域的至少兩個第二補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第一SOC的第二補(bǔ)償值來補(bǔ)償該第一SOC。
2.如權(quán)利要求1所述的SOC補(bǔ)償方法，進(jìn)一步包括，在該第一OCV與該第二OCV之差大于第一基準(zhǔn)值時確定該第一SOC是否包含于所述至少兩個區(qū)域中的第一區(qū)域內(nèi)；以及確定該第一SOC是否包含于所述至少兩個區(qū)域中不同于該第一區(qū)域的第二區(qū)域內(nèi)，其中當(dāng)該第一SOC包含于該第一區(qū)域內(nèi)時，從該第一SOC上減去所述多個第一補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第一區(qū)域的第一補(bǔ)償值，在該第一SOC包含于該第二區(qū)域內(nèi)時，從該第一SOC上減去對應(yīng)于該第二區(qū)域的第一補(bǔ)償值，并在該第一SOC既不包含于該第一區(qū)域內(nèi)又不包含于該第二區(qū)域內(nèi)時，從該第一SOC上減去另一第一補(bǔ)償值。
3.如權(quán)利要求1所述的SOC補(bǔ)償方法，進(jìn)一步包括，在該第一OCV與該第二OCV之差小于第二基準(zhǔn)值時確定該第一SOC是否包含于所述至少兩個區(qū)域中的第一區(qū)域內(nèi)；以及確定該第一SOC是否包含于所述至少兩個區(qū)域中不同于該第一區(qū)域的第二區(qū)域內(nèi)，其中在該第一SOC包含于該第一區(qū)域內(nèi)時，在該第一SOC上增加所述多個第二補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第一區(qū)域的第二補(bǔ)償值，在該第一SOC包含于該第二區(qū)域內(nèi)時，在該第一SOC上增加對應(yīng)于該第二區(qū)域的第二補(bǔ)償值，并在該第一SOC既不包含于該第一區(qū)域內(nèi)又不包含于該第二區(qū)域內(nèi)時，在該第一SOC上增加另一第二補(bǔ)償值。
4.如權(quán)利要求1所述的SOC補(bǔ)償方法，其中，對應(yīng)于第一OCV變化的第一SOC變化在所述至少兩個區(qū)域中各不相同。
5.如權(quán)利要求4所述的SOC補(bǔ)償方法，其中根據(jù)所述對應(yīng)于第一OCV變化的第一SOC變化來分別確定所述多個第一補(bǔ)償值。
6.如權(quán)利要求4所述的SOC補(bǔ)償方法，其中根據(jù)所述對應(yīng)于第一OCV變化的第一SOC變化來確定所述多個第二補(bǔ)償值。
7.如權(quán)利要求4所述的SOC補(bǔ)償方法，其中該第一基準(zhǔn)值的絕對值等于該第二基準(zhǔn)值的絕對值。
8.如權(quán)利要求4所述的SOC補(bǔ)償方法，其中分別對應(yīng)于所述至少兩個區(qū)域的第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值具有相同的值。
9.如權(quán)利要求1所述的SOC補(bǔ)償方法，進(jìn)一步包括，在該第一OCV與該第二OCV之差小于第一基準(zhǔn)值并大于第二基準(zhǔn)值時，將該第一SOC輸出到一通信單元，并且在該第一OCV與該第二OCV之差大于第一基準(zhǔn)值或小于第二基準(zhǔn)值時，輸出經(jīng)補(bǔ)償?shù)腟OC。
10.如權(quán)利要求9所述的SOC補(bǔ)償方法，其中該電池用于混合動力車輛，并且其中該第一SOC或經(jīng)補(bǔ)償?shù)腟OC輸出到一引擎控制單元ECU。
11.一種用于補(bǔ)償電池的SOC的SOC補(bǔ)償方法，該SOC補(bǔ)償方法包括檢測第一SOC，并計算對應(yīng)于該第一SOC的第一OCV，其中SOC的可能范圍劃分成至少兩個區(qū)域，每一區(qū)域都分配有一補(bǔ)償值；測量該電池的組電流和組電壓，利用該組電流、該組電壓和內(nèi)電阻來計算第二OCV，并計算對應(yīng)于該第二OCV的第二SOC；以及比較該第一OCV和該第二OCV，并在該第一OCV與該第二OCV之間的差別大于一預(yù)定值時，利用分配給所述SOC可能范圍中對應(yīng)于該第一SOC的區(qū)域的補(bǔ)償值來補(bǔ)償該第一SOC。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在該第一OCV大于該第二OCV超出所述預(yù)定值時，從該第一SOC中減去所述補(bǔ)償值。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在該第一OCV大于該第二OCV超出所述預(yù)定值時，在該第一SOC中減去所述補(bǔ)償值。
14.一種連接至電池的電池管理系統(tǒng)，所述電池包括作為一個電池組的多個電池單元，該電池管理系統(tǒng)包括估計SOC計算器，其利用該電池的組電流來計算估計SOC；數(shù)據(jù)庫，其存儲與對應(yīng)于估計SOC的OCV相關(guān)的數(shù)據(jù)；基準(zhǔn)SOC計算器，其利用該電池的組電流值、組電壓值和內(nèi)電阻值來計算基準(zhǔn)OCV，并利用所述數(shù)據(jù)庫來計算對應(yīng)于該基準(zhǔn)OCV的基準(zhǔn)SOC；以及SOC補(bǔ)償器，其利用所述數(shù)據(jù)庫來檢測對應(yīng)于所述估計SOC的OCV，比較該基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之差以確定是否執(zhí)行補(bǔ)償，并根據(jù)包含所述估計SOC的區(qū)域來改變補(bǔ)償值以執(zhí)行所述補(bǔ)償。
15.如權(quán)利要求13所述的電池管理系統(tǒng)，其中當(dāng)所述基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之差大于第一基準(zhǔn)值時，所述SOC補(bǔ)償器檢測包含所述估計SOC的區(qū)域，并從所述估計SOC上減去多個第一補(bǔ)償值中對應(yīng)于所檢測區(qū)域的第一補(bǔ)償值；以及當(dāng)所述基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之差小于第二基準(zhǔn)值時，所述SOC補(bǔ)償器檢測包含所述估計SOC的區(qū)域，并在所述估計SOC上增加多個第二補(bǔ)償值中對應(yīng)于所檢測區(qū)域的第二補(bǔ)償值。
16.如權(quán)利要求15所述的電池管理系統(tǒng)，其中根據(jù)所述估計SOC的容許誤差范圍來分別確定該第一基準(zhǔn)值和該第二基準(zhǔn)值。
17.如權(quán)利要求16所述的電池管理系統(tǒng)，其中該第一基準(zhǔn)值和該第二基準(zhǔn)值的絕對值相同而符號相反。
18.如權(quán)利要求15所述的電池管理系統(tǒng)，其中根據(jù)所述與對應(yīng)于估計SOC的OCV相關(guān)的數(shù)據(jù)中對應(yīng)于所述OCV變化的所述估計SOC變化，來確定所述包含估計SOC的區(qū)域?yàn)橹辽賰蓚€區(qū)域中的一個區(qū)域。
19.如權(quán)利要求18所述的電池管理系統(tǒng)，其中所述多個第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值分別對應(yīng)于所述至少兩個區(qū)域中的一個區(qū)域，并根據(jù)對應(yīng)于所述OCV變化的所述估計SOC變化來確定。
20.如權(quán)利要求19所述的電池管理系統(tǒng)，其中對應(yīng)于所述至少兩個區(qū)域中相同區(qū)域的第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值具有相同的值。
21.如權(quán)利要求13所述的電池管理系統(tǒng)，其中所述估計SOC計算器對充電或放電的組電流進(jìn)行積分以計算所述估計SOC。
22.如權(quán)利要求21所述的電池管理系統(tǒng)，其中所述基準(zhǔn)SOC計算器通過在所述組電流與所述內(nèi)電阻的乘積上加上所述組電壓來計算所述基準(zhǔn)SOC。
23.一種連接至電池的電池管理系統(tǒng)，所述電池包括作為一個電池組的多個電池單元，該電池管理系統(tǒng)包括估計充電狀態(tài)SOC計算器，其利用該電池的組電流來計算估計SOC；數(shù)據(jù)庫，用于存儲與一SOC范圍上的OCV相關(guān)的數(shù)據(jù)，其中該SOC范圍劃分成至少兩個區(qū)域；基準(zhǔn)SOC計算器，其利用該電池的組電流值、組電壓值和內(nèi)電阻值來計算基準(zhǔn)OCV，并利用所述數(shù)據(jù)庫來計算對應(yīng)于該基準(zhǔn)OCV的基準(zhǔn)SOC；以及SOC補(bǔ)償器，其利用所述數(shù)據(jù)庫來檢測對應(yīng)于該估計SOC的OCV，將該基準(zhǔn)OCV和所檢測的OCV之差與一預(yù)定基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以確定是否執(zhí)行補(bǔ)償，并在該基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之間的差別大于該預(yù)定基準(zhǔn)值時，根據(jù)以包含所述估計SOC的區(qū)域?yàn)橐罁?jù)的補(bǔ)償值，來補(bǔ)償所述估計SOC。
24.如權(quán)利要求23所述的電池管理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一SOC輸出單元，該SOC輸出單元用于輸出經(jīng)補(bǔ)償?shù)腟OC，或者在所述基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之間的差別小于所述預(yù)定基準(zhǔn)值時，輸出未經(jīng)補(bǔ)償?shù)乃龉烙婼OC。
25.一種包括電池管理系統(tǒng)的混合動力車輛，所述電池管理系統(tǒng)將電池的SOC傳送到用于控制該車輛引擎的引擎控制單元ECU，該混合動力車輛包括傳感單元，其用于測量該電池的組電流、組電壓和內(nèi)電阻；主控制單元MCU，其利用從所述傳感單元傳送來的組電流、組電壓和內(nèi)電阻來確定所述SOC，并控制該電池進(jìn)行充電和放電；和通信單元，其用于將所述SOC輸出從所述MCU傳送到所述ECU，其中所述MCU包括估計SOC計算器，其利用該電池的組電流來計算估計SOC；基準(zhǔn)SOC計算器，其利用從所述傳感器接收的組電流值、組電壓值和內(nèi)電阻值來計算基準(zhǔn)OCV，并計算對應(yīng)于該基準(zhǔn)OCV的基準(zhǔn)SOC；以及SOC補(bǔ)償器，其檢測對應(yīng)于所述估計SOC的OCV，利用所述基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之差來確定是否執(zhí)行補(bǔ)償，并在需要該SOC補(bǔ)償器執(zhí)行補(bǔ)償時，根據(jù)包含所述估計SOC的區(qū)域來改變補(bǔ)償值，以補(bǔ)償所述估計SOC，并在無需該SOC補(bǔ)償器執(zhí)行補(bǔ)償時，輸出所述估計SOC。
26.如權(quán)利要求25所述的混合動力車輛，其中所述SOC補(bǔ)償器在所述基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之差大于第一基準(zhǔn)值時，檢測所述估計SOC的至少兩個區(qū)域中包含該估計SOC的第一區(qū)域，并從所述估計SOC中減去至少兩個第一補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第一區(qū)域的第一補(bǔ)償值；以及所述SOC補(bǔ)償器在所述基準(zhǔn)OCV與所檢測的OCV之差小于第二基準(zhǔn)值時，檢測所述至少兩個區(qū)域中包含所述估計SOC的第二區(qū)域，并在所述估計SOC上增加所述多個第二補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第二區(qū)域的第二補(bǔ)償值。
27.如權(quán)利要求25所述的混合動力車輛，其中所述電池管理系統(tǒng)進(jìn)一步包括一數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫用于存儲與相對于所述估計SOC的OCV相關(guān)的數(shù)據(jù)。
全文摘要
在SOC補(bǔ)償方法中，檢測至少具有兩個區(qū)域的第一SOC，并計算對應(yīng)于該第一SOC的第一OCV；利用所測量的組電流和組電壓以及內(nèi)電阻來計算第二OCV，并計算對應(yīng)于該第二OCV的第二SOC；當(dāng)?shù)谝籓CV與第二OCV之差大于第一基準(zhǔn)時，利用對應(yīng)于所述兩個區(qū)域的至少兩個第一補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第一SOC的第一補(bǔ)償值來補(bǔ)償該第一SOC；并當(dāng)?shù)谝籓CV與第二OCV之差小于第二基準(zhǔn)時，利用對應(yīng)于所述兩個區(qū)域的至少兩個第二補(bǔ)償值中對應(yīng)于該第一SOC的第二補(bǔ)償值來補(bǔ)償該第一SOC值。
文檔編號H01M10/48GK1988242SQ20061017002
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者林啟鐘, 尹韓碩, 徐世旭 申請人:三星Sdi株式會社