用于评估混合动力车辆电池健康状态的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于估计混合动力车辆电池健康状态S0H的方法。进一步，本发明涉及一种功率变化大且快速的混合动力汽车用的高功率元件(100kW)。本发明在用于重型车辆，如卡车、公共汽车、施工车辆或类似物的电存储系统领域中特别有利。
【背景技术】
[0002]知晓电池剩余能量与电池充满状态能量的比值，向用户提供了一个在电池需要充电之前它可以持续运行多久的指示。这一比值被表示为电池充电状态或SOC。S0C表示为电池的可用容量与它的额定容量的百分比。混合动力汽车的电池具有的电压对比充电状态的特性，如图1的电压对S0C的曲线所示。电池S0C窗口表示的有用的范围，主要在特征曲线的“平台”区域。
[0003]S0C窗口显示可用的操作范围，其随着老化而缩小。老化的电池逐渐改变其特性以至于变得充电越来越困难。所述特性会随着老化轻微地改变，如图1所示，这种改变可用一个参数来表征，称作电池的健康状态或SOH。S0H是一种测量值，其反映了电池的一般状况和与新电池相比提供特定性能的能力。所述S0H参数考虑如充电接受，内阻/阻抗/电导率，容量，电能，自放电，接受电荷的能力和充放电循环周期数的因素。试图对一个越来越老化的电池充电的结果是，电压在较低的S0C水平上增加。这会导致触发高压监视器和故障代码而引起任务停止和/或损害混合动力车辆的部件。因此，估计电池的状态S0H并从而能够逐步降低电池的S0C窗口是非常重要的。
[0004]不同于S0C可以通过测量电池的实际电荷来确定，S0H没有绝对的定义。S0H是一个主观测量值，因为不同的用户从各种可测量的电池性能参数导出了 SOH。S0H是一个蓄电池(或发电电池，或电池组)状态与理想状态相比的指标数值。S0H的单位是百分点，其中100%对应于电池状态匹配于电池的规格。通常，电池的S0H在制造时为100%，并会随时间和使用逐渐降低。
[0005]在正常操作期间，很难估计S0H。如果估计过高，可能会引起触发不必要的监视器故障和任务停止，如果估计过低，可能引起不必要的电池性能损失和过早的报废。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的是提供一种方法，用于混合动力车辆中电池的健康状态S0H的估计和校准，是一种至少部分地避免上述问题的方法。这个目的是通过任何独立权利要求的特征来实现。
[0007]—种用于估计混合动力车辆电池的健康状态S0H的方法，该车辆包括电池管理单元，该方法包括以下步骤:
[0008]-通过确定电池的当前充电状态(S0C)的窗口来校准电池管理单元，其包括以下步骤:
[0009]-电池充电，同时连续测量开路电压(0CV)相对于所述充电状态的微商dOCV/dSOC ；
[0010]-当dOCV/dSOC高于最小dOCV/dSOC的两倍时，确定第一S0C水平；
[0011]-在预定时段期间，以第一高充电电流脉冲充电电池；
[0012]-放电电池，同时连续测量微商dOCV/dSOC；
[0013]-当微商dOCV/dSOC增加时，确一第二S0C水平；
[0014]-在预定的时段期间，以第二高电流脉冲放电电池；
[0015]-通过使用所确定的第一和第二S0C水平确定所述电池的当前S0C窗口 ；以及
[0016]-通过所确定的当前S0C窗口与标准的S0C窗口相比较，估计电池的S0H的特性。
[0017]在这种情况下，当微商dOCV/dSOC大于dOCV/dSOC的最小值的两倍时，确定第一S0C水平，所述最小值发生在图1中的电压对比S0C曲线的中央平台。同样，当微商dOCV/dSOC增大，即变得大于dOCV/dSOC的最小值时，第二 S0C水平被确定。
[0018]在充电和放电步骤，以高电流脉冲对电池进行充电/放电。相对于该电池的容量，所述电流是高的。在电池充电领域，某些电池充电结构向电池提供一个相对小量级的电流，例如，C/10的值，其中符号C被定义为电池的一小时容量。其他电池充电的结构向电池提供一个显著较高的电流，如，例如，一个C值(C = 1)。在此背景下，C ^ 1的电流脉冲将通常被认为是高的。当执行电池的放电时，使用车辆的内燃机以获得足够高的电流脉冲是有利的。
[0019]如上所述，所确定的当前S0C窗口与一个标准的S0C窗口相比较。标准的S0C窗口例如可以是一个检测到的初始S0C窗口或由电池制造商提供一个已知原始的S0C窗口。
[0020]本发明还涉及一种替代的用于估计混合动力汽车电池健康状态(S0H)特性的方法，其包括以下步骤:
[0021]-在充电状态(S0C)窗口的上部区域充电和放电电池至少一次，其中所述电池:
[0022]i)在第一时段期间，被充电到在S0C窗口的上部区域的第一预定水平；
[0023]ii)在第二时段期间，以第一充电电流脉冲充电，以把电池的S0C水平推向高于第一预定水平；
[0024]iii)由一电机放电到S0C窗口内的第二预定水平；
[0025]-在S0C窗口的下部区域放电和充电电池至少一次，其中所述电池:
[0026]i)在第三时间V)期间，被充电到S0C窗口的第三预定水平；
[0027]ii)由一电机放电到S0C窗口内的第四预定水平；
[0028]iii)在第四时段期间，以第二电流脉冲放电，把电池的S0C水平推向低于第四预定水平；
[0029]-使用达到的S0C窗之外的水平，校准混合动力车辆中包含的的电池管理单元；
[0030]-使用所述电池管理单元，估计电池在充电和放电周期内的S0H特性；
[0031]其中:第一和第三时段分别比第二和第四时段更长；第一预定水平表示比第二预定水平更高的电压，第三预定水平表示比第四预定水平更高的电压。
[0032]根据本发明，所确定的当前S0C窗口与一个标准的S0C窗口相比较。标准的S0C窗口例如可以是一个检测到的初始S0C窗口或由电池制造商提供一个已知原始的S0C窗口。然后，电池的S0H特性可以通过所确定的当前S0C窗口和标准的S0C窗口之间的比较结果来估计。
[0033]由于SOH不对应特定的物理性质，关于S0H应如何确定不存在一个行业共识。本领域中已知的是，电池管理单元可以使用任何以下参数(单独或组合)与本发明的参数组合来导出S0H的估计值:
[0034]-内阻/阻抗/电导率
[0035]-容量
[0036]-电能
[0037]-自放电
[0038]-接受电荷的能力
[0039]-充放电循环次数
[0040]此外，电池管理单元可以被用于根据每个参数对S0H值的贡献，定义任意权重。通过比较一个或多个这样的测量(以及可能加权)参数和所确定的S0C窗口与存储的参数和已知的原有的S0C窗口，电池的S0H特性可以被估计。包含一种或多种额外的，已知的参数可以提供一个对电池的健康状态的更准确的估计。
[0041]本发明的一些实施方式提供了一种用于估计电池健康状态的改进的方法。
【附图说明】
[0042]本发明的进一步的目的，特点和优点将会在下面发明的详细描述中体现，其中本发明的实施例参照附图进行更详细的说明，其中:
[0043]图1示出典型的混合动力车辆电池的输出开路电压作为充电状态函数的曲线图；
[0044]图2示出执行本发明方法的充电和放电充电步骤的示例性图；
[0045]图3示出执行本发明方法的放电步骤的示例性流程图；
[0046]图4示出执行本发明方法的充电步骤的示例性流程图。
【具体实施方式】
[0047]参考附图，本发明的各个方面将在下文中更详细描述，其中描述了本发明的实施例。
[0048]但是，本发明可以体现为多种不同形式，且不应被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本发明将是彻底的和完整的，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。相同的参考符号始终表示相同的元件。
[0049]在电池的寿命期间，其条件和性能，健康，由于伴随电池使用和老化发生不可逆物理化学变化，往往会逐渐恶化，直到最后电池不可用或失效。S0H表示相对于新的电池在当前条件测量的在电池的生命周期已达到的点。其目的是提供一种可以根据电池当前状态预期性能的指示，或提供已消耗多少使用寿命和必须更换电池之前还剩余多少使用寿命的指示。由于混合动力汽车的电池是相当昂贵的，尽可能正确的做一个电池的S0H估计是重要的。根据本发明的方法提高了 S0H估计的精确度。
[0050]任何参数，如电池阻抗或电导率，其随着电池老化显著改变，因此可能被用来作为基础，以提供所述电池S0H的指示。由于S0H指示是相对于一个新电池的状态，电池管理单元BMU被配置成保存初始条件的记录，并提供当前/实际S0H的估计值。所述BMU可以被放置在混合动力车的内部或作为外部测量装置，如外部电荷粧或充电站。
[0051]为了能够提供一个尽可能精确的估计，在BMU做出估计之前