专利名称：电池扩散电压估算的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池的扩散电压估算过程。
背景技术：
一些客车和货车使用电池来为电子部件供电。在混合动力车辆中，一个或多个电池可用于为电动机提供电能，该电动机提供让车辆前进的扭矩。车辆中各个控制�？榈脑诵锌扇【鲇诘绯爻涞缱刺�(例如电池相对于反向电容的残余容量)。进而，车辆的司机会希望得知在电池必须充电之前车辆还可以使用多长。
发明内容
根据本发明的一种方法包括通过从查找表选择第一扩散电压值来估算电池的第一扩散电压值；使用估算过程来估算电池的第二扩散电压值；选择估算的第一和第二扩散电压值中的至少一个；和经由计算装置至少部分地基于选择的扩散电压值来确定电池的开路电压。。根据本发明的一种车辆包括电池、至少一个传感器，和计算装置。传感器配置为测量电池的端子电压、端子电流和温度中的至少一个。计算装置配置为估算电池的第一扩散电压值和第二扩散电压值。计算装置配置为从查找表估算第一扩散电压值和使用估算过程估算电池的第二扩散电压值。计算装置还配置为估算第一和第二扩散电压值中的至少一个并至少部分地基于所选的扩散电压值确定电池的开路电压。本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势将通过用于执行本发明的较佳模式的以下详细描述结合附图而显而易见。
图1是具有计算装置的车辆的示意图，该计算装置配置为确定电池的扩散电压值。图2是示例性电池的代表性电路，其可用在图1的车辆中以使用查找过程估算扩散电压值。图3是示例性电池的代表性电路，其可用在图1的车辆以使用估算过程来估算扩散电压值。图4是查找过程的示例性流程，其可被图1的计算装置用于确定电池的开路电压。图5显示了估算过程的示例性流程，其可被图1的计算装置用于确定电池的开路电压。图6是一过程的示例性流程，其可被图1的计算装置用于融合图4的查找过程和图5的估算过程。
具体实施例方式图1显示了具有计算装置的车辆100，该计算装置配置为基于至少两个估算的扩散电压值实时地确定电池的开路电压。一个扩散电压值可以从查找表选择而另一个可以使用估算过程来估算。开路电压的确定可以基于两个估算的扩散电压值中比另一个更准确或可靠的那个。车辆100可采取许多不同的形式且包括多个和/或不同的部件和设备。尽管在附图中显示了示例性车辆100，但是附图所示的部件并不是限制性的。实际上，额外的或替换的部件和/或实施方式可以使用。如图1所示，车辆100可包括电池105，一个或多个传感器110，计算装置115，和存储装置120。车辆100包括客车或商务汽车，如混合动力电动车，包括插电式混合动力电动车(plug-in electric vehicle :PHEV)或增禾呈式电动车(extended range electric vehicle :EREV)，天然气动力车辆，电池电动车(battery vehicle :BEV)等。电池105包括配置为储存电能并将给车辆100中的一个或多个电子部件提供电能的任何装置。例如，电池105可包括一个或多个电池单元，所述电池单元将储存的化学能转换为电能。电池105 的电池单元可以通过施加电流而被充电，所述电流将电池单元中的化学反应逆向，这种化学反应会在电池105提供电能时发生。在一个可行方法中，电池105可包括锂离子电池组。 而且，电池105可包括多个端子125，以将电能提供给车辆100中的电子部件。电池105可具有一个或多个参数值，这些值关联于电池105的充电状态。传感器110可包括配置为测量电池105的端子电压、端子电流或温度并产生一个或多个代表这些被测特征的信号的任何装置。尽管显示了仅一个传感器110，但是车辆100 可包括任何数量传感器110。例如，一个传感器可用于测量端子电压，另一个传感器可用于测量端子电流，且不同传感器可用于测量温度。为了测量端子电压，传感器110可包括数字或模拟电压计，其配置为测量跨过电池105的端子125的电势差。替换地，传感器110可配置为基于诸如电池105的电流输出、 电池105的温度以及电池105中的部件电阻这样的因素来估算或获取跨过端子125的电压。电压计可配置为产生并输出代表跨过端子125的电势的信号(例如端子电压)。为了测量端子电流，传感器110可包括配置为测量电流(例如直接电流)并产生代表被测电流大小的信号的任何装置。积累的电荷可从被测的端子电流获得。为了测量电池105的温度， 传感器110可包括任何装置，其配置为测量在电池105的一个或多个位置处(包括围绕电池105的周围空气)的热量，并产生代表最高、最低、平均和/或中间测量温度的一个或多个信号。计算装置115可包括配置为基于扩散电压的一个或多个估算值来确定电池105的开路(例如无负载)电压的任何装置(一个或多个)。开路电压可用在通过计算装置115 或车辆100中的其他控制�？�(未示出)做出的各种计算中。例如，开路电压可用于计算电池105的充电状态、健康状态，备用容量等。因而，计算装置115可配置为产生代表开路电压的信号并可输出该信号到车辆100中的其他部件，如控制�？�。计算装置115可配置为开发和/或获取限定出电池105的电压的表达式。用于展示目的的一个示例性表达式如下V(k) = θ J (k-1) + θ 2v (k-2) + θ 3I (k) + θ 4I (k-1) + θ 5I (k_2) + θ 6 ⑴其中V是端子电压，I端子电流，k代表当前时步(time st印)，且θ ^ θ 2、θ 3、θ 4、 θ 5、和θ 6是模型参数，所述模型参数可以是电池105的温度、充电状态和健康状态中的一个或多个的函数。其他参数值，如在下文详述的，可进一步限定在通过计算装置115开发的或被其获取的表达式中。计算装置115可配置为估算或获取关联于电池105的健康状态的一个或多个参数值，以及确定电池105的充电状态。在一个可行的方法中，计算装置115可配置为例如基于来自传感器110的信号确定电池105的开路电压随时间的变化和电池105的充电状态随时间的变化。计算装置115 可配置为识别开路电压的变化和充电状态变化之间的关系，或该关系可预先确定并存储在查找表中，例如，在存储装置120中。在一个可行的方法中，开路电压的变化和充电状态的变化之间的关系可以是电池105的这些特征之间的比例。计算装置115可从查找表获取开路电压的变化对充电状态的变化的比例。计算装置115可配置为识别出参数值可随着电池105的状况的改变而改变。例如，参数值可随着电池105老化而改变。从而，计算装置115可配置为通过设定初始参数值 (该初始参数值可以与最近使用的参数值相同)以及通过对该初始参数值施加一个或多个回归过程(如但不限于递归最小二乘法(Recursive Least Squares)过程)来更新参数值。而且，计算装置115可配置为识别出电池105的运行状态可影响到开路电压的确定。例如，电池105的信号激励水平和/或温度可影响到计算装置115估算电池105的扩散电压的能力。扩散电压是一个可用于确定开路电压的因素。因而，计算装置115可配置为计入电池105的信号激励水平和温度，使得开路电压的确定更鲁棒且准确。计算装置115可配置为在确定开路电压之前且在给定电池运行状态的情况下实施各种过程来估算扩散电压值。计算装置115还可配置为在给定电池105的运行状态情况下估算多个扩散电压值并确定哪一个对于用于确定开路电压来说是最合适的。仅出于展示的目的，所公开的计算装置115配置为使用不同过程估算两个估算扩散电压值。但是，计算装置115可配置为估算任何数量的扩散电压值。可被计算装置115使用以估算扩散电压值的一个过程可从查找表选择第一扩散电压值，该查找表例如存储在存储装置120中。计算装置115可配置为使用经确定的端子电压、积累的电荷(例如从被测端子电流获得)和/或电池105的温度而从查找表选择第一扩散电压值。存储在查找表中的扩散电压值可包括电池105的各个运行状态下的扩散电压值。用于估算第一扩散电压值的该“查找过程”的一个例子过程参照图4详述如下。另一过程(在后文称为“估算算过程”可被计算装置115使用，以适应性地估算第二扩散电压值。例如，使用估算过程，除了接通时(key-on)的端子电压、端子电流、累积的电荷、开路电压等，计算装置115可配置为估算并使用各种参数值(它们可通过一个或多个回归过程来更新)来估算第二扩散电压值。使用估算过程估算的第二扩散电压值可是在电池105运行在正常条件下时最合适的，如在电池105的信号激励水平满足或超过预定阈值时。该“估算过程”的一个例子参照图5更详细地描述如下。计算装置115可配置为执行查找过程和估算过程二者，并确定在给定电池105的运行状态的情况下两个估算的扩散电压值(例如第一扩散电压值和第二扩散电压值)中哪一个是最适于使用的。例如，计算装置115可配置为确定估算的扩散电压值中的一个或两个的有效性(validity)并基于如信号激励水平等因素选择被确定为是最有效的那一个。 而且，如果计算装置115在一次确定了第一扩散电压值是最准确的且随后确定第二扩散电压值是最准确的，则计算装置115可配置为施加过滤过程以在使用第一扩散电压值和第二扩散电压值来确定开路电压之间进行过渡。
通常，计算或装置115可以采用任何数量的计算机操作系统且通常包括计算机可执行指令。计算机可执行指令可以通过处理器在计算装置115中执行。计算机可读指令可用计算机程序编译或解读，所述程序用各种编程语言和/或技术来创建，包括但不限于且任意地或组合地使用JavaTM，C，C++, Visual Basic, Java Script, Perl等。通常，处理器 (例如微处理器)接收例如来自存储器、计算机可读介质等的指令，并执行这些指令，由此执行一个或多个过程，包括一个或多个本文所述的过程。这种指令和其他数据可以用各种公知的计算机可读介质存储和传递。计算机可读介质(还称为处理器可读介质)包括任何非瞬时(例如有形的)介质， 其参与提供数据(例如指令)，所述数据可被计算机读取(例如被计算机的处理器读取)。 这种介质可以采取的形式包括但不限于非易失介质和易失介质。非易失介质例如可以包括光盘或磁盘和其他永久存储器。易失介质例如包括动态随机访问存储器(DRAM)，其通常构成主存储器。这些指令通过一个或多个传递介质传递，包括同轴线缆、铜导线和光纤，包括系统连接到计算机处理器的导线。常见形式的计算机可读介质例如包括软盘、软性盘、硬盘、磁带任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、打孔卡片、纸带、任何其他具有孔图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPR0M、任何其他存储器芯片或卡带，或任何其他计算机可读的机制。存储装置120可包括任何装置，其配置为存储电子形式的信息并将信息提供给车辆100中的一个或多个电子装置，包括用在车辆100中的计算装置115和任何控制�？�。 如同关联于计算装置115的计算机可读介质，存储装置120可包括任何非瞬时的(例如有形的)存储介质，其具有非易失和/或易失的介质。在一个可行的方法中，存储装置120被包括在计算装置115的计算机可读介质中。替换地，存储装置120可与计算装置115分开 (例如实施在另一个电子装置中，未示出)。此外，尽管图1中显示了仅一个存储装置120， 但是车辆100可包括任何数量存储装置120，其存储了车辆100中的计算装置115和其他控制�？槭褂玫囊恍┗蛩行畔�。存储装置120可包括一个或多个数据库，所述数据库具有可被车辆100中的计算装置115或其他控制�？榉梦实男畔�。本文所述的数据库，数据储存器或其他数据存储部可包括各种类型的用于存储、访问和获取各类数据的机制，包括层数据库、文件系统中的一组文件、专用格式的应用数据库、相关的数据库管理系统(RDBMQ等。每个这种数据存储部可被包括在计算装置中(例如与图1所示的计算装置115相同或不同的)，其采用诸如上述之一的计算机操作系统，并经由网络以任何一种或多种不同方式访问。文件系统可从计算机操作系统中访问，且可包括存储为各种格式的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行所存储过程的语言外，RDBMS可采用结构队列语言(SQL)，如上述PL/SQL语言。在一个可行方法中，存储在存储装置120中的数据库可包括查找表，该查找表具有基于电池105的端子电压、累积电荷、被测端子电流、温度等中的一个或多个的、电池105 的扩散电压值之间的关系。可存储在各种查找表和/或数据库中的其他值可包括开路电压变化相对于充电状态变化之间的关系(例如比例)、最近和/或之前的估算参数值、以及通过传感器110测量和/或通过计算装置115确定的值，如之前且最近的被测端子电压、端子电流和温度。图2显示了示例性电池105的示例性两个电阻-电容对(例如两个RC对)的等效电路200，其可用在图1的车辆100中。图2的两个RC对电路200仅是展示本文所述的开路电压实时确定的实施方式的一个例子。在以端子电流作为输入和以端子电压作为输出方面将电池105的动态特性(dynamic behavior)进行特征化的其他电路模型可用于确定开路电压。电路200可被计算装置115使用，以基于从查找表选择的扩散电压值来确定开路电压，如参照图4在下文所述的查找过程中所描述的。出于展示的目的，电路200包括电压源205，第一和第二电阻元件210、215，第一和第二电容元件220、225，以及第三电阻元件230。电路200可具有任何数量的电压源、电阻元件和电容元件，以模拟电池105。电压源205代表跨过电池105的端子125的开路(例如无载荷)电压。第一和第二电阻元件210、215每一个设置为并联于一个电容元件(例如分别并联于第一和第二电容元件220、225)，形成在图2的电路200中的两个RC对。跨过RC 对中的一对(例如第一电阻元件210和第一电容元件220)的电压可代表电池105的双层电压(double layer voltage)，而跨过RC对中另一对(例如第二电阻元件215和第二电容元件22 的电压可代表电池105的扩散电压。因而，电路200的端子电压可被表达为V (k) = Voc (k) +1 (k) R (k) +Vdl (k) +Vdiff (k) (2)其中k代表当前时步，V是被测端子电压，I是被测端子电流，Voc是开路电压，R是欧姆电阻(例如第三电阻元件230的欧姆电阻)，以Vdl和Vdiff (例如跨过两个RC对的电压)分别是双层电压和扩散电压。使用等式0)，图2的电路200可用于建立扩散电压和开路电压之间的关系。具体地，扩散电压和开路电压之间的关系可被限定为等式(3)中的第一电压(VI)，如下V1 = Voc+Vdiff(3)其中，V。。是开路电压且Vdiff是扩散电压。第一电压(Vl)通过图2中的附图标记 235表示。求解开路电压，Voc = V1-Vdiff.(4)为了求解等式，扩散电压值(Vdiff)可基于电池105的通过传感器测量的端子电压、端子电流和温度中的一个或多个而从存储在存储装置120中的查找表选择。进而，第一电压(Vl)可以从传感器110测量的端子电压和/或端子电流获得或估算。图3显示了示例性电池105的两个示例性RC对等效电路电路300，其可被用在图 1的车辆100中。类似于图2的，图3两个RC对电路300仅是一个例子，以展示本文所述的开路电压实时确定的实施方式。其他电路�？�(以端子电流作为输入和以端子电压作为输出从而对电池105的动态特性化)可用于确定开路电压。电路300可被计算装置115使用来基于扩散电压值估算(例如使用如下参照图5所述的估算过程估算的)来确定开路电压。如图3所示，电压源205，第一和第二电阻元件210、215，第一和第二电容元件220、 225，以及第三电阻元件230可类似于参照图2中所示的电路200所述的那些。但是，电压源205可代表接通时(key-on)的电池105的开路电压。即，响应于接通事件，计算装置115 可确定开路电压。开路电压中的改变可由电压源245代表。计算装置115可配置为使用如下表达式限定出电路200的端子电压V (k) = θ J (k-1) + θ 2I (k) + θ 3I (k-1) + θ 4(5)
其中θ ρ θ 2、θ 3、θ 4每一个代表模型参数值，如电池105的一个或多个电阻元件其他特征的值，且k代表取样时步(sampling time step) 0而且，双层电压可限定为
权利要求
1.一种方法，包括通过从查找表选择第一扩散电压值来估算电池的第一扩散电压值；使用估算过程来估算电池的第二扩散电压值；选择估算的第一和第二扩散电压值中的至少一个；和经由计算装置至少部分地基于选择的扩散电压值来确定电池的开路电压。
2.如权利要求1所述的方法，还包括确定电池的端子电压、累积的电荷和温度中的至少一个。
3.如权利要求2所述的方法，其中估算第一扩散电压值包括至少部分地基于端子电压、累积的电荷和温度中的一个或多个从查找表选择第一扩散电压值。
4.如权利要求2所述的方法，其中估算过程包括 估算关联于电池健康状态的第一组参数值；经由计算装置至少部分地基于估算的参数值计算双层电压； 确定电池的开路电压随时间的变化；和估算关联于电池健康状态的第二组参数值。
5.如权利要求4所述的方法，其中确定开路电压的变化包括 确定电池充电状态的变化；和从充电状态的变化获得开路电压的变化。
6.如权利要求1所述的方法，其中选择估算的第一和第二扩散电压值中的至少一个包括确定第一和第二扩散电压值中的一个或多个的有效性。
7.如权利要求1所述的方法，还包括在确定开路电压之前施对所选择的扩散电压值施加过滤过程。
8.—种车辆包括 电池；至少一个传感器，配置为测量电池的端子电压、端子电流和温度中的至少一个；和计算装置，与至少一个传感器通讯并配置为通过从查找表选择第一扩散电压值来估算电池的第一扩散电压值，使用估算过程来估算电池的第二扩散电压值，选择估算的第一和第二扩散电压值中的至少一个，和至少部分地基于所选的扩散电压值来确定电池开路电压。
9.如权利要求8所述的车辆，其中计算装置配置为从测量的端子电流获得累积的电荷。
10.如权利要求9所述的车辆，其中计算装置配置为至少部分地基于选择的扩散电压值和端子电压、累积的电荷和温度中的一个或多个来确定开路电压。
全文摘要
本发明涉及电池的扩散电压估算。提供一种方法，包括通过从查找表选择第一扩散电压值来估算电池的第一扩散电压值，使用估算过程估算电池的第二扩散电压值，选择估算第一和第二扩散电压值中的至少一个，并至少部分地基于所选择的扩散电压值确定电池的开路电压。该方法可通过车辆中的计算装置执行。
文档编号G01R31/36GK102540090SQ20111038711
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者B.J.科克, B.索尔森, J.林, K.M.约翰森, X.唐 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司
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