用于确定电池系统功率容量的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及用于确定电池系统的功率容量的系统及方法。更具体地，但不排外地， 本文公开的系统和方法涉及确定与电池系统控制和/或管理决策相关的电池系统的功率 容量。
【背景技术】
[0002] 客运交通工具通常包括用于操作交通工具的电力和传动系统的特征的电池。例 如，交通工具通常包括被构造成供应电能给交通工具起动器系统(例如，起动器马达)、照明 系统和/或点火系统的12V铅酸汽车电池。在电动、燃料电池("FC")和/或混合动力交通 工具中，高压("HV"）电池系统(例如，360V高压电池系统）可以用于给交通工具的电动传动 系统部件提供动力(例如，电驱动马达等)。例如，包括在交通工具中的高压可充电能量储存 系统("ESS"）可以用于给交通工具的电动传动系统部件提供动力。
[0003] 关于电池系统的功率容量的信息可以用于对电池系统性能和/或与电池系统控 制和/或管理决策相关进行建模。电池状态估计("BSE"）系统可以用于预测电池系统的功 率容量。在大多数操作条件下，电池系统可能具有超过交通工具中的相关联的马达和动力 电子设备的容量的功率容量。然而，对于低温操作来说，电池系统内工作中的电化学过程可 能会下降到几乎不存在满足系统的功率需求的裕度的点。在这种条件下，电池系统功率容 量的准确估算可能是重要的。功率容量的小预测过度可能会导致试图开动发动机失败或不 稳定的交通工具加速度，而类似的功率的小的预测不足可能会暂时使推进系统失效。因此， 期望的是合理地对低温对电池的影响进行解释的BSE系统。
【发明内容】
[0004] 本文公开的系统及方法可以改进与电池系统功率容量有关的信息的确定。与电池 系统的功率容量有关的信息可以应用于包括但不限于对电池系统性能和/或电池系统控 制和/或管理决策进行建模的各种应用中。
[0005] 温度可能会影响电池能量转换过程的热力学和动力学。传质、电荷转移和电容现 象的第一原理模型可以表示随着温度下降而功率容量下降。然而，这种模型可能相当复杂 并且可能涉及大的计算量。用于实时车载用途的电池状态评估的计算上更高效的方法可以 使用可以以半经验方式给电化学过程提供简单的电模拟的等效电路模型。通过串联和并 联电阻、电容器和电压源的组合，等效电路可以接近电池电压对电流的响应。整体上，由于 具有由充分数量的电路部件和参数提供的协调灵活性，该方法能够提供所述电池的有效表 述。然而，难以将对电池性能的所观察到的影响(例如，由于温度)直接归因于电路模型中的 特定元件。因此，在一些实施例中，可以使用电路模型的部件之间和相应第一原理过程之间 的转换。
[0006] 电路模型与第一原理的转换可以用于使用相关联的电路模型对电化学反应动力 学进行解释。在第一原理领域内，电化学过程的动力学阻力可以是电极超电势和温度的函 数。低温可能会引起动力学阻力对于超电势依赖性的大致增加和/或增强。这些因子可能 会导致动力学阻力对大多数电池所经历的冷功率容量的减少很大程度上负有责任。
[0007] 当使用电池系统时，至少可以观察到以下情况：1)由电池估计器算法分配给相关 电路模型中的一个或多个部件中的参数值可以随着超电势和温度而变化，2)在分配参数值 时，所述参数值可以与超电势和温度的主要状态相关，以及3)相关性与用于动力学阻力对 超电势和温度的依赖性的第一原理预测的形式可以至少具有定性的相似之处。由于参数值 可以与超电势和温度的主要状态相关，因此这可能意味着使用这些模型参数的任何BSE功 率方程的解也可以与分配参数时成为主流的超电势和温度有关。为了将参数转换成其峰值 超电势值，参数以在给定温度处与动力学阻力的超电势依赖性的第一原理的形式部分或完 全匹配的方式依比例被确定。在某些实施例中，模型参数值和动力学阻力相反可以被表示 为电流的函数。相对于超电势或电流依比例确定根据本文公开的实施例的模型参数可以在 各种应用中执行并且可以与依赖该变量的任何模型参数一起使用。
[0008] 根据本文公开的实施例，可以通过对超电势的影响或者以等效的方式对电流大小 的影响补偿电池系统电路模型中的回归参数来改善功率容量估计的准确度。具体地，所公 开的系统及方法可以使用与功率容量估计相关的电流依赖电路模型参数，从而增加了这种 估计的准确度。在某些实施例中，本文公开的系统和方法可以在操作条件的较大窗口上增 加在电池系统控制和/或管理决策中使用的可用电池功率。在某些实施例中，电池系统的 功率容量可以针对其中电池系统达到电流和/或电压极限的情况而限定。
[0009] 在某些实施例中，可以通过BSE系统和/或至少部分地使用的电池系统的电路模 型的另一个电池控制和/或监控系统执行功率容量估计。除了其它因素，所述电路模型可 以在电池系统中并入对欧姆电阻、电荷转移和/或传质过程进行建模的元件。在某些实施 例中，这种过程可以通过电路模型中包括的电阻和/或电阻/电容对而被建模。根据本文 公开的实施例，在一些实施例中，某些电路模型参数可以对电流大小的影响进行补偿。
[0010] 在某些实施例中，确定电池系统的峰值功率容量的方法可以包括识别电池系统的 峰值电流。在峰值功率容量包括限流峰值功率容量的实施例中，电池系统的峰值电流可以 是电池系统的最大电流极限。
[0011] 在峰值功率容量包括限压峰值功率容量的实施例中，识别峰值电流的步骤可以包 括：生成推测电流；根据推测电流使用与电池系统的模型相关的电流依赖电阻信息来确定 推测电阻；根据推测电阻确定计算电流；以及确定计算电流和推测电流之间的差值是否在 一阈值之下。
[0012] 如果计算电流和推测电流之间的差值在所述阈值之下，则计算电流被识别为所述 峰值电流。然而，如果计算电流和推测电流之间的差值不在所述阈值之下，则所述识别峰值 电流的步骤包括：以迭代的方式生成随后的推测电流，根据随后的推测电流确定随后的推 测电阻，以及根据随后的推测电流确定随后的计算电流直到最终的随后的计算电流和最终 的随后的推测电流之间的差值在所述阈值之下为止。最终的随后的计算电流被识别为峰值 电流。
[0013] 所述方法还可以包括确定用于对电池系统进行建模的电池系统模型中的回归欧 姆电阻。回归欧姆电阻可以根据峰值电流被依比例确定以计算电池系统模型中的补偿欧姆 电阻。在某些实施例中，这种依比例确定操作可以包括：根据峰值电流确定峰值电阻；根据 与用于计算回归欧姆电阻的回归操作相关联的平均电流来确定平均回归电阻；以及通过峰 值电阻与平均回归电阻的比值依比例确定回归欧姆电阻以计算补偿的欧姆电阻。
[0014] 电池系统的峰值功率容量可以根据补偿的欧姆电阻和电池系统模型来确定。在某 些实施例中，可以根据确定的峰值功率容量实施交通工具中与电池系统相关联的一个或多 个控制动作。例如，可以执行与最大允许交通工具加速度、与交通工具的电动传动系统的启 动相关联的动作和/或与再生制动(例如，再生制动容许度）相关联的动作。
[0015] 本发明还公开了以下方案。
[0016] 方案1. 一种确定电池系统的峰值功率容量的方法，包括以下步骤： 识别所述电池系统的峰值电流； 确定用于对所述电池系统进行建模的电池系统模型中的回归欧姆电阻； 根据所述峰值电流依比例确定所述回归欧姆电阻以计算所述电池系统模型的补偿欧 姆电阻；以及 根据所述补偿欧姆电阻和所述电池系统模型确定所述电池系统的峰值功率容量。
[0017] 方案2.根据方案1所述的方法，其中，所述峰值功率容量包括限流峰值功率容 量，并且所述电池系统的所述峰值电流包括所述电池系统的最大电流极限。
[0018] 方案3.根据方案1所述的方法，其中，所述峰值功率容量包括限压峰值功率容 量，并且识别所述峰值电流包括： 生成推测电流； 根据所述推测电流使用电流依赖电阻信息来确定推测电阻； 根据所述推测电阻确定计算电流；以及 确定所述计算电流和所述推测电流之间的差值是否在一阈值之下。
[0019] 方案4.根据方案3所述的方法，其中，如果所述计算电流和所述推测电流之间的 所述差值在所述阈值之下，则识别所述峰值电流包括： 识别所述计算电流作为所述峰值电流。
[0020] 方案5.根据方案3所述的方法，其中，如果所述计算电流和所述推