用于高压锂离子电池的自适应的可用功率估计的制作方法
【专利说明】用于高压锂离子电池的自适应的可用功率估计
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年I月25日提交的、序列号为13/750，860、题目为“高压锂电池自适应的可用功率估计(ADAPTIVE AVAILABLE POWER ESTIMAT1N FOR HIGH VOLTAGELITHIUM 1N BATTERY) ”的美国非临时专利申请的优先权。本申请在此通过引用方式将其整体并入且用于所有目的。
发明领域
[0003]本发明通常涉及电池领域，且更具体地涉及与外部功率指令有关的电池可用功率的估计技术。
[0004]发明背景
[0005]电池的寿命取决于对电池内的单体电池的适当充电和放电，涉及操作中加载于电池的负载和需求。例如，高压(HV)锂离子(L1-1on)电池由可以被充电和放电至一定程度的多个单体电池组成，其中，该锂离子电池被看作保存电荷方面的更好执行者，且实质上不像其它电池类型那样放电。
[0006]在操作中，锂离子电池的性能与其单体电池电压直接相关，这也是电池的主要变化特性之一。如在欧姆定律下众所周知的，电池单体电池电压的动态特性直接受到电池电流的影响，其中在单体电池阻抗模型中具有一定的不确定度。电池的单体电池电压典型地具有在电池操作中的工作边界，电池被预计在该工作边界内进行操作。然而，由于电池上的负载可能会突然地改变，电压可随着瞬时电流的充电和放电而动态地改变。因此，可能会因负载的关系而超出电池的电压工作边界。
[0007]在涉及布置有发动机的电池的混合动力发动机操作中，发动机可用于对电池充电，并且电池和发动机中的一个或者二者可用于对连接的动力传动系统或底盘供电，确保当电池在其期望的工作边界内是可操作的时，其被准确地充电或放电是重要的。因为在上述的例子中，已经估计了电池的可用功率的量并且在电池上的负载产生导致电池超出其工作边界(换句话说，例如可用功率)的需求，混合解决方案将不会有效地从电池的操作中受益。
[0008]在如今的操作中，由于电池的操作常常涉及其充电状态(SOC)和其操作时的温度，查询表提供了关于电池和其可用功率的涉及SOC和单体电池温度的信息。然而此途径提供了可能关注于特定情况的电池的可用功率的信息，确定的信息没有说明瞬态期而且也不提供有利于混合系统的性能的信息。
[0009]例如，即使使用了查询表，电池的SOC和单体电池温度也是电池当前状态的滞后指标，产生的信息通常是历史的而不是瞬时的。同样地，在瞬态期中，可能有突然的功率需求或功率的激增，查询表实际上用来限制功率为快速瞬态变量，使得查询表的计算在实际瞬态功率需求变化和需求方面是滞后的。例如，在后面的情况中，查询表不能够保持或“赶上”功率的瞬变，电池的单体电池电压将会超出其工作边界，导致敞开的电池触头并终止混合系统的电气操作。同样地，对于电池系统(比如混合动力发动机、电池、具有至少部分地来自单个电池的功率的系统等)，对从该系统中获得的功率的确定是不准确的，当应用在电池系统中的负载达到功率极限时，有超出系统的极限或发生可能会禁用任务的过电压的风险。
[0010]所需要的是可以根据电池的涉及单体电池电压读取的操作极限来自适应地确定可用功率的方法，其中可用功率可以被调整且单体电池电压可以在预定的工作边界范围内来调节，以实现最小过调量。
[0011]发明概述
[0012]本发明提供了一种根据单体电池电压估计来自电池系统的可用功率的方法，包括:确定电池系统的单体电池电压、功率指令；以及单体电池电压阈值。方法还包含根据单体电池电压和单体电池电压阈值计算功率调整以及根据功率指令和计算的功率调整产生最终的功率指令。在一个或多个优选的实施方案中，计算功率调整的步骤包含，使用调节器以确定功率极限反馈。
[0013]本发明还提供了一种结合具有电池电源的发动机，根据单体电池电压来估计来自电池系统的可用功率的系统。系统包含发动机，该发动机与电池电源通信以接收来自该电池电源的功率并向该电池电源提供功率用于充电和放电；至少一个能够在特定时间确定电池源的单体电池电压的传感器；以及，至少一个可操作地耦合以检测发动机的至少一个或多个发动机特性的数据输入的数据传感器。
[0014]优选地，系统还包含用于发动机和电池源的控制系统；以及与至少一个数据传感器相连接的数据处理器，其用于确定电池源的单体电池电压和系统功率指令；确定单体电池电压阈值；根据单体电池电压和单体电池电压阈值计算功率调整；以及产生电池源的最终功率指令。
[0015]本发明的另外的实施方案包含储存在计算机可用媒介上的计算机程序产品，其用于根据单体电池电压估计来自电池系统的电池可用功率。程序产品包含计算机可读程序，用于促使计算机控制存储器控制设备中与发动机可操作通信的应用的执行。优选地当计算机执行计算机可读程序时用于:确定单体电池电压和功率指令；确定单体电池电压阈值；以及根据单体电池电压和单体电池电压阈值计算功率调整以便自适应地调节单体电池电压。程序产品还根据估计的电池可用功率、功率指令和计算的功率调整产生最终可用功率。
[0016]此外，本申请的实施方案、形式、目标、特征、优势、方面、以及益处将从本文包含的详述和附图中变得明显。
[0017]附图简述
[0018]图1是依据本发明的实施方案的、本发明的控制系统的一种形式的框图的图示；
[0019]图2是依据本发明的一个或多个实施方案的、本发明的方法的框图；
[0020]图3阐述了依据一个或多个优选的实施方案的、本发明的积分器和抗积分饱和处理的激活和未激活操作的框图层次；以及，
[0021]图4阐述了依据一个实施方案的本发明的流程图。
[0022]说明性实施方式的详述
[0023]介绍了下面的描述以使本领域中的一名普通技术人员能够制造和使用本发明，并且在专利申请的上下文和其需求中提供。对优选的实施方案的各种修改以及此处描述的通用原理和特征对于本领域中的技术人员将会是明显的。这样，本发明不旨在局限于所示的实施方案，而是应符合与此处描述的原理和特征一致的最宽范围。
[0024]出于促进理解本发明的原理的目的，现在将参考图中示出的实施方案且将使用特定语言来描述该实施方案。然而应该理解的是，因此不打算限制本发明的范围，这里阐述的本发明的原理的此类改变、修改以及更多应用被设想为对于本发明相关的领域技术中的技术人员而言将正常发生。
[0025]本发明提供了一种方法、控制系统、计算机程序产品，其提供了一种相对于已知方法，根据单体电池电压估计来自电池系统的电池可用功率，且适用于包括内燃和混合动力发动机的许多应用的方法。
[0026]图1是依据本发明的实施方案的、本发明的控制系统100的一种形式的框图的图示.
[0027]在图1中，内燃机，电池或能量源110与如发动机控制模块(ECM) 120的控制模块进行通信，该ECM 120为发动机、电池或其它组件的操作提供控制信息，如电压、电流和功率。此处术语ECM用于范例而不是意图限定本发明的范围。ECM 120与控制系统的处理器130进行通信，处理器130与控制器140进行通信以控制本发明的操作，但是其他配置也被本发明所设想。系统存储器150与系统处理器130相关联，且可保存与本发明的操作和活动相关联的信息。用于测量和接收与发动机操作相关联的来自被测