车辆、控制车辆的方法和估计电池包充电状态的方法
【专利摘要】本发明提供一种车辆、控制车辆的方法和估计电池包充电状态的方法。该车辆具有被分为小组的电池单体的电池包和被编程为对电池包充电和放电的至少一个控制器。基于在车辆启动时每个电池单体的初始充电状态和从车辆启动开始每个小组中的少于该小组中的所有的电池单体的电池单体中的每个电池单体积累或消耗的电荷进行推导的电池包充电状态来产生控制输出。在该估计电池包充电状态的方法中，通过识别具有相似的特性的电池单体的小组、并计算每个小组中的少于该小组中的所有的电池单体的电池单体积累或消耗的电荷，来计算电池包充电状态。基于积累或消耗的平均电荷来计算所有的电池单体的电池单体充电状态。电池包充电状态基于所有的电池单体充电状态。
【专利说明】车辆、控制车辆的方法和估计电池包充电状态的方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及电池包充电状态的确定。
【背景技术】
[0002]现代的混合动力和电动车辆利用电池包来提供用于牵引的能量并存储再生的能量。电池包通常由可以以并联、串联或它们的某种组合进行连接的多个独立的电池单体构成。电池包的一种特性在于充电状态(S0C)。电池包SOC是余留在电池包中的总荷电的分数的度量，并可以被视为与燃料表类似。SOC对于确定何时与如何对电池包进行充电或放电来说是重要的。SOC对于向驾驶员提供诸如车辆驱动范围的信息以及对于操作车辆来说也是重要的。
【发明内容】
[0003]公开了一种包括具有被分为小组的电池单体的电池包和被编程为对电池包充电或放电的至少一个控制器的车辆。电池包的充电和放电基于通过在车辆启动时的每个电池单体的初始充电状态和从车辆启动开始每个小组中的少于该小组中的所有的电池单体的电池单体中的每个电池单体积累或消耗的电荷而确定的电池包S0C。每个小组中的电池单体具有落入特定的值的范围内的特定组的电池单体参数值，其中，每个小组具有不同的值的范围。电池单体参数值可以包括特定范围的温度、初始充电状态或容量、或者电池寿命。电池单体可以被分为小组以使电池单体分散遍及电池包。
[0004]公开了一种控制包括电池包的车辆的方法。步骤包括:识别具有相似的参数值的电池单体的小组、以及计算由每个小组中的少于该小组中的所有的电池单体的电池单体积累或消耗的电荷。相似的参数值可以包括特定范围的温度、初始电池单体充电状态或电池单体寿命范围。在一个可能的实施例中，可以为每个小组中的一个电池单体来计算积累或消耗的电荷。基于每个小组的积累或消耗的电荷来计算电池包的积累或消耗的平均电荷。根据积累或消耗的平均电荷来计算电池包的每个电池单体的电池单体充电状态。基于所有电池单体充电状态来计算电池包充电状态。基于电池包充电状态来产生车辆的控制输出。识别小组的步骤可以在车辆启动时或在车辆驱动循环期间执行。
[0005]公开了一种估计电池包充电状态的方法，其中，电池包的电池单体被分为小组。基于每个电池单体在车辆启动时的初始充电状态和每个小组中的少于该小组中的所有电池单体的电池单体的自车辆启动开始积累或消耗的电荷电池包充电状态。将电池包充电状态用于输出信息以进行车辆控制或显示。可以基于温度、初始充电状态、容量和电池单体寿命来进行小组分组。一种控制车辆的方法，包括:识别形成电池包的多个小组的电池单体，其中，每个小组中的电池单体具有落入特定的值的范围内的特定组的电池单体参数值，每个小组的特定的值的范围不同；基于电池单体充电状态数据来计算由每个小组中的少于该小组中的所有的电池单体的电池单体中的每个电池单体积累或消耗的电荷；基于由每个小组中的少于该小组中的所有的电池单体的电池单体中的每个电池单体积累或消耗的电荷来态和从车辆启动开始由每个小组中的少于个电池单体积累或消耗的电荷来计算电池进行车辆控制或显示。
入特定的值的范围内的特定组的电池单体
I度范围。
0始充电状态或容量范围。
孟池寿命范围。
I件的混合动力电动车辆的示图。
池控制模块监视和控制的可能的电池包排3。
5的取样电池单体分组的图表。功率电子模块16可以将IX:电压转换为电.电子模块16将来自用作发电机的电动机4。这里描述的方法可等同地应用于纯电动
1 14还可以提供用于其他车辆电动系统的玉00输出转换为与其他的车辆负载兼容的不使用0(:/0(:转换器模块18的情况下直接压系统电连接到12、电池20。
电型的电池包化学配方为铅酸、镍金属氢化52的简单串联构造的典型的电池包30。然某种组合进行连接的任何数量的独立的电、控制器，诸如监视和控制电池包30的性能电池包电流38、电池包电压40和电池包温存在需要测量和监视的电池单体水平特1电压、电流。系统可以使用传感器模块34
[0031]—些当前的SOC估计方法使用诸如卡尔曼滤波(Kalman filtering)的基于模型的方法，以确定更准确的S0C。基于模型的方法使用电池单体的模型，然后基于一些实际测量的值来预测电池单体的内部状态。估计的内部状态可以包括但不限于电压、电流或S0C。典型的方法为对电池包的每个电池单体应用卡尔曼滤波，然后使用这些电池单体的值来计算整个电池包的特性。这需要控制器执行次数等于电池包中存在的电池单体的数量的卡尔曼滤波。电池包中的电池单体的数量是可变的，但是当前车辆的电池包可以由80个或更多个电池单体构成。
[0032]图3示出了典型的电池单体等效电路模型。电池单体可以被建模为具有与其相关的电阻(52和54)和电容56的电压源(Voc) 50。因为电池单体的阻抗，导致端电压V58通常与开路电压Voc50不同。开路电压Voc50是不容易测量的，这是因为仅可以测量电池单体的端电压58。因为Voc50不容易测量，所以基于模型的方法可以用于估计这样的值。任何模型将需要已知或估计电阻和电容的值。注意，电池单体模型可能依赖于电池化学配方。电池单体的精确的模型选择对于所描述的方法来说不是关键的。
[0033]使用基尔霍夫电流电压定律和电路元件的公知性能，可以通过下面的等式来表示图3的等效电路:
[0034]Voc (t) =RX I (t) +Vc (t) +Vc (t) +V (t)⑴
[0035](2)
【权利要求】
1.一种车辆,包括: 电池包，包括被分组为多个小组的电池单体； 至少一个控制器，被编程为根据电池包充电状态来对电池包进行充电和放电，其中，通过在车辆启动时的每个电池单体的初始充电状态和从车辆启动开始每个小组中的少于该小组中的所有的电池单体的电池单体中的每个电池单体积累或消耗的电荷来推导电池包充电状态。
2.如权利要求1所述的车辆,其中，电池单体被分组为多个小组从而小组中的一个或更多个小组中的至少一些电池单体分散遍及电池包。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，每个小组中的所有的电池单体具有落入特定的值的范围内的特定组的电池单体参数值，每个小组的特定的值的范围不同。
4.如权利要求3所述的车辆，其中，特定组的电池单体参数值包括特定的温度范围。
5.如权利要求3所述的车辆，其中，特定组的电池单体参数值包括特定的初始充电状态或容量范围。
6.如权利要求3所述的车辆，其中，特定组的电池单体参数值包括特定的电池寿命范围。
7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被编程为在车辆启动时将电池单体分组为多个小组。
【文档编号】G01R31/36GK104049216SQ201410090919
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】李勇华, 理查德·迪克·安德森, 王旭 申请人:福特全球技术公司