电池测量的估计和补偿的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请总体上涉及计算电池荷电状态和电池功率容量。
【背景技术】
[0002] 混合动力电动车辆和纯电动车辆依靠牵引电池来提供用于推进的动力。为了确保 车辆的最优运转，可监测牵引电池的各种性能。一种有用的性能是电池功率容量，电池功率 容量指示在给定时间电池可提供或吸收多少电力。另一有用的性能是电池荷电状态，电池 荷电状态指示存储在电池中的电荷量。电池性能对于在充电/放电期间控制电池的操作是 重要的，使电池保持在操作限制内并平衡电池的电池单元。
【发明内容】
[0003] 一种车辆包括牵引电池，所述牵引电池包括多个电池单元和至少一个控制器。所 述控制器被配置为实现状态估计器，所述状态估计器被配置为基于牵引电池的持续激励参 数和牵引电池的测量偏差来估计电池状态，并根据状态估计器的输出来操作牵引电池，其 中，牵引电池的测量偏差取决于牵引电池的参数测量之间的时间差和温度差。
[0004] 在示例中，状态估计器应用递归估计和遗忘因子来产生输出。遗忘因子可以是基 于牵引电池的持续激励的水平的。
[0005] 在示例中，牵引电池可以受到持续激励。
[0006] 在示例中，遗忘因子可以是基于电池温度、电池温度的变化率中的至少一个的或 者是基于电池温度和电池温度的变化率两者的。
[0007] 在示例中，遗忘因子使用分布式扩展卡尔曼滤波器。
[0008] 在示例中，状态估计器使用Arrhenius模型来确定电池参数。
[0009] 在示例中，牵引电池包括多个电池单元。控制器将针对每个电池单元的电池单元 输出作为电池状态的一部分而输出。
[0010] 在此描述的各种方法可被用在车辆中或控制器中。一种控制车辆的方法可包括： 将电荷存储在牵引电池中的多个电池单元中，并使用牵引电池的持续激励参数和牵引电池 的测量偏差来从至少一个控制器输出电池状态估计，其中，牵引电池的测量偏差取决于牵 引电池的参数测量之间的时间差和温度差。可根据由状态估计器的输出定义的荷电状态来 操作牵引电池。
[0011] 在示例中，操作步骤包括根据由状态估计器的输出定义的电池功率限制来控制牵 引电池。
[0012] 在示例中，输出步骤包括应用递归估计和遗忘因子来产生输出。
[0013] 在示例中，遗忘因子是基于牵引电池的持续激励的水平的。
[0014] 在示例中，牵引电池受到持续激励。
[0015] 在示例中，遗忘因子是基于电池温度、电池温度的变化率中的至少一个的或者是 基于电池温度和电池温度的变化率两者的。
[0016] 在示例中，遗忘因子使用分布式扩展卡尔曼滤波器。
[0017] 在示例中，输出步骤包括使用Arrhenius模型来确定电池状态。
[0018] 在示例中，操作牵引电池的步骤包括使用针对每个电池单元的输出来操作多个电 池单元。
[0019] 在示例中，输出步骤包括降低状态估计器使用的加权因子，使得在状态估计器中 对较新的数据给予更大权重。
[0020] 在示例中，输出步骤包括基于查找表中的数据来设置遗忘因子。
[0021] 在示例中，输出步骤包括在状态估计器中使用遗忘因子，其中，基于有限离散水平 的持续激励、电池温度和电池温度变化率来计算所述遗忘因子。
【附图说明】
[0022] 图1是示出了典型的动力传动系统和储能组件的插电式混合动力电动车辆的示 图。
[0023] 图2是由多个电池单元组成并由电池控制模块监测和控制的可能的电池组布置 的示图。
[0024] 图3是示例电池单元等效电路的示图。
[0025] 图4是示出分布式遗忘扩展卡尔曼滤波器的示图。
[0026] 图5是示出针对牵引电池的示例的电池温度变化的曲线图。
[0027] 图6是示出针对牵引电池的示例的电阻相对于温度的曲线图。
[0028] 图7是示出针对牵引电池的示例的电池温度和温度变化率两者作为时间的函数 的曲线图。
[0029] 图8是示出针对牵引电池的示例的电池单元电压相对于荷电状态的曲线图。
[0030] 图9是示出扩展卡尔曼滤波器的示图。
【具体实施方式】
[0031] 在此描述了本公开的实施例。应理解的是，公开的实施例仅为示例，并且其他实施 例可采用各种替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定 组件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导 本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解， 参照任一附图示出和描述的各种特征可与一个或更多个其他附图中示出的特征组合以产 生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然 而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和修改可被期望用于特定应用或实施。
[0032] 图1描绘了典型的插电式混合动力电动车辆（HEV)。典型的插电式混合动力电动 车辆12可以包括机械地连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14能 够作为马达或发电机运转。另外，混合动力传动装置16机械地连接到发动机18。混合动力 传动装置16还机械地连接到驱动轴20,驱动轴20机械地连接到车轮22。当发动机18开 启或关闭时，电机14可以提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且能够通过回收 在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济效益。由于混合动力电动车 辆12可在特定状况下以电动模式运转，所以电动机14还可提供降低的污染物排放。
[0033] 牵引电池或电池组24存储可以被电机14使用的能量。车辆电池组24通常提供 高电压DC输出。牵引电池24可通过一个或更多个接触器42电连接到一个或更多个电力 电子模块26。所述一个或更多个接触器42在断开时使牵引电池24与其他组件隔离，并在 闭合时使牵引电池24连接到其他组件。电力电子模块26还电连接到电机14,并且提供在 牵引电池24和电机14之间双向传输能量的能力。例如，典型的牵引电池24可以提供DC 电压，而电机14可能需要三相AC电流以运转。电力电子模块26可以将DC电压转换为电 机14需要的三相AC电流。在再生模式下，电力电子模块26可以将来自用作发电机的电机 14的三相AC电流转换为牵引电池24需要的DC电压。在此的描述同样适用于纯电动车辆。 对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可以是连接到电机14的齿轮箱，并且发动机18可 以不存在。
[0034] 牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还可以提供用于其他车辆电气系统 的能量。典型系统可以包括DC/DC转换器模块28, DC/DC转换器模块28将牵引电池24的 高电压DC输出转换为与其他车辆负载兼容的低电压DC供应。其它高电压负载（诸如压缩 机和电加热器）可以直接连接到高电压而不使用DC/DC转换器模块28。在典型的车辆中， 低电压系统电连接到辅助电池30 (例如，12V电池）。
[0035] 车辆12可以是电动车辆或插电式混合动力车辆，其中，牵引电池24可以通过外部 电源36被再充电。外部电源36可以连接到电插座。外部电源36可以电连接到电动车辆 供电设备（EVSE) 38。EVSE 38可以提供电路和控制，以调节并管理在电源36和车辆12之 间的能量的传输。外部电源36可以向EVSE 38提供DC电力或AC电力。EVSE 38可以具有 用于插入到车辆12的充电端口 34中的充电连接器40。充电端口 34可以是被构造为将电 力从EVSE38传输到车辆12的任何类型的端口。充电端口 34可以电连接到充电器或车载 电力转换模块32。电力转换模块32可以调节从EVSE 38供应的电力，以向牵引电池24提 供合适的电压水平和电流水平。电力转换模块32可与EVSE38进行接口连接，以协调向车 辆12的电力传输。EVSE连接器40可具有与充电端口 34的相应凹槽匹配的插脚。
[0036] 所讨论的各种组件可具有一个或更多个相关联的控制器，以控制并监测所述组件 的操作。控制器可经由串行总线（例如，控制器局域网（CAN))或经由分立的导体进行通信。 控制器包括电路或处理器，当所述电路或处理器执行在此描述的指令和方法时构成适合于 本公开的专用处理机器。
[0037] 牵引电池24可以由各种化学配方构成。典型的电池组化学组成是铅酸、镍-金属 氢化物（NIMH)或锂离子。图2示出了 N个电池单元72的简单串联构造形式的典型的牵引 电池组24。然而，其他的电池组24可以由串联或并联或者它们的一些组合连接成的任意数 量的单独的电池单元组成。典型的系统可以具有一个或更多个控制器，诸如监测并控制牵 引电池24的性能的电池能量控制模块（BECM) 76。BECM 76可以监测若干个电池组水平特 性，诸如电池组电流78、电池组电压80和电池组温度82。BECM 76可以具有非易失性存储 器，使得当BECM 76处于断电状态时数据可以被保留。保留的数据可