专利名称：使用多个采样率的电池状态评估器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种使用多个采样率评估电池参数的方法，并尤其是，一种使用两个不同的采样时间评估电池参数的方法，其中以高采样率采样电池端电压和电流来评估电池开路电压(OCV)和高频电阻，以及以低采样率再次采样电池端电压和电流来评估可以被用于评估电池功率的电池参数。
背景技术：
电动车辆正变得越来越普及。这些车辆包括混合动力车辆，诸如增程电动车 (EREV)，其组合电池和主动力源，诸如内燃机、燃料电池系统等，以及纯电力车辆，诸如电池电动车(BEV)。所有这些类型的电动车采用包括多个电池单元的高压电池。这些电池可以是不同的电池类型，诸如锂离子、镍金属氢化物、铅酸等。用于电动车辆的典型高压电池可包括196个电池单元、提供大约400voltS功率。该电池可以包括各个电池模块，其中每个电池模块可包括一定数量的电池单元，诸如12个单元。各个电池单元可被串联地电联接， 或者一组单元可被并联地电联接，其中在模块中的多个单元被串联连接以及每个模块被并联地电联接至其他模块。不同的车辆设计包括不同的电池设计，其为了特定应用而采用各种不同的折衷和优势。电池在为电动车辆和混合动力车辆提供动力中起着重要的作用。电池控制和功率管理的有效性对车辆性能、燃料经济、电池寿命以及乘客舒适性是必需的。对于电池控制和功率管理，电池的两种状态，g卩，充电状态(SOC)和电池功率，需要被预测或评估，以及实时监控，因为它们在车辆运行期间是不可测量的。电池充电状态和电池功率可以通过使用简单的电池等效电路模型来评估，该简单的电池等效电路模型通过使用电池的端电压和电流来定义电池的开路电压(OCV)，电池的欧姆电阻以及包括电阻和电容的RC对。因此，两种电池状态都必须从电池端电压和电流评估的电池参数中获得。少数电池状态评估算法已经在现有技术中通过使用不同的方法论而发展，并且一些算法已经在车辆中实施。众所周知，电池动态通常是非线性的并且高度依赖于电池运行条件。然而，对于机载(onboard)电池参数评估，具有少量频率模式的线性模型被用于近似特定应用的电池主导动态，诸如功率预测或SOC评估。其原因主要是由于可用于机载应用的有限的计算能力和存储器。事实上，即使存在无限的计算能力和存储器，也不能保证在具有尽可能多频率模式的复杂模型中的所有电池参数的精确评估，因为信号的激励(正常情况下是电池端电压和端电流)是有限的。因此，对于特定应用，只要由模型的不确定性引发的评估误差在可接受的范围内，那么在一个模型中包括所有的频率模式是既不现实也没有必要的。为了最小化存储器和计算成本，尽可能简单的电池模型受到更多偏爱。另一方面， 不同的应用需要被不同的频率模式特征化。例如，以电池的高频电阻为特征的特征频率比以电池功率变化为特征的特征频率要高很多。具有有限频率模式的简单模型不可避免地引入了误差和不确定性，因为其不能全面包括对于各种不同应用的所有特征频率。美国专利申请号No. 11/867，497，其于2007年10月4日提交、现在以公开号No. U. S. 2009/0091299公开、名称为“Dynamically Adaptive Method For Determining The State of Charge of a Battery”(用于确定电池充电状态的动态自适应方法)、被转让给本发明的受让人并在此引入参考，该申请公开了一种通过使用四个电池参数，即，电池0VC， 欧姆电阻，以及RC对的电阻和电容来确定电池充电状态和电池功率的方法。现有存在的电池状态评估算法基于单个的采样率。在未增加更多动态分量(即， 额外的频率模式)到电池模型中的情况下，这些算法在捕获SOC评估中的快动态和功率预测中的慢动态方面都存在困难。因此，算法的精确性和鲁棒性在多个应用中被折衷。换句话说，测量电池端电压和电流的采样率通常太快而不能精确地确定从RC对产生的参数，其导致了在时间中任一给定点的电池功率容量的有些不精确的表示。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种用于评估车辆电池参数的方法，其使用两种不同的采样率。该方法以高采样率采样电池的端电压和电流来评估该电池的开路电压和高频电阻。该电池的充电状态(SOC)根据该开路电压而获得。接着，该电池的端电压和电流以低采样率被再次采样。其他电池参数可以从该低率采样的信号中提取。接着，根据这两种采样率而获得的所有电池参数被一起用来预测电池的功率。本发明进一步包括下面的解决方案解决方案1. 一种用于确定电池的参数的方法，所述方法包括定义该电池的等效电路模型，其包括电池开路电压、电池欧姆电阻、以及包括RC 对电压、RC对电阻和RC对电容的RC对；定义第一采样率和第二采样率，其中第一采样率比第二采样率快；以第一采样率采样电池端电压、电池端电流和电池温度；定义电池端电压关系；定义RC电压关系；使用该电池端电压关系和该RC对电压关系来确定包含多个第一系数的电池动态关系；回归该电池动态关系来获得该多个第一系数；使用该多个第一系数来确定该电池开路电压和该电池欧姆电阻；使用该电池开路电压和所采样的电池温度来确定电池充电状态；以第二采样率再次采样该电池端电压、该电池端电流和该电池温度；在第二采样时间再次计算该RC对电压；回归再次计算的RC对电压来获得多个第二系数；使用该多个第二系数来评估该RC对电阻和电容；以及使用该开路电压、该欧姆电阻、该RC对电阻和该RC对电容来确定经过一定时间周期的电池的预测功率。解决方案2.根据解决方案1的方法，其中第一采样时间为0. 1秒以及第二采样时间为1秒。解决方案3.根据解决方案1的方法，其中定义该电池端电压关系使用等式V (kl\) = Voc+I (kl\) R+Vd (kl\)
其中T1是快采样率，k = 1,2,3...，V是该电池端电压，I是该电池端电流，V。c是该开路电压，R是该欧姆电阻，Vd是该RC对上的电压，以及kl\是瞬时时间。解决方案4.根据解决方案1的方法，其中定义该RC对电压使用等式
权利要求
1.一种用于确定电池的参数的方法，所述方法包括定义该电池的等效电路模型，其包括电池开路电压、电池欧姆电阻、以及包括RC对电压、RC对电阻和RC对电容的RC对；定义第一采样率和第二采样率，其中第一采样率比第二采样率快； 以第一采样率采样电池端电压、电池端电流和电池温度； 定义电池端电压关系； 定义RC电压关系；使用该电池端电压关系和该RC对电压关系来确定包含多个第一系数的电池动态关系；回归该电池动态关系来获得该多个第一系数； 使用该多个第一系数来确定该电池开路电压和该电池欧姆电阻； 使用该电池开路电压和所采样的电池温度来确定电池充电状态； 以第二采样率再次采样该电池端电压、该电池端电流和该电池温度； 在第二采样时间再次计算该RC对电压； 回归再次计算的RC对电压来获得多个第二系数； 使用该多个第二系数来评估该RC对电阻和电容；以及使用该开路电压、该欧姆电阻、该RC对电阻和该RC对电容来确定经过一定时间周期的电池的预测功率。
2.根据权利要求1的方法，其中该第一采样时间为0.1秒以及该第二采样时间为1秒。
3.根据权利要求1的方法，其中定义该电池端电压关系使用等式 VGiT1) = Voc+I (W1) R+Vd (W1)其中T1是快采样率，k= 1,2,3...,V是该电池端电压，I是该电池端电流，Voc是该开路电压，R是该欧姆电阻，Vd是该RC对上的电压，以及kl\是瞬时时间。
4.根据权利要求1的方法，其中定义该RC对电压使用等式K (坏)=((k-DTi) + Rdi (1 - exp(--^))/((^ —1)7；)其中Vd是该RC对的电压，k是瞬时时间，T1是该第一采样率，Rdl是在第一采样率的RC 对电阻，Cdl是在第一采样率的RC对电容以及I是该电池端电流。
5.根据权利要求1的方法，其中该电池动态关系使用等式 V (W1) = θ 1+θ2ν( (k-1) T1) + θ 3Ι (kl\) + θ 4I ((k-1) T1)其中θρ θ2，03和θ4是该多个第一系数，ν是该电池端电压，k是瞬时时间，T1是该第一采样率以及I是该电池端电流。
6.根据权利要求5的方法，其中该多个第一系数由以下等式定义 01 = (1-exp [-T1/(RdlCdl)]) Vocθ2 = exp [-T1/(RdlCdl)]Q3 = Rθ4 = (1-exp [T1/(RdlCdl)]) Rdl其中Rdl是在第一采样率的该RC对电阻，Cdl是在第一采样率的该RC对电容，Voc是该开路电压以及R是该欧姆电阻。
7.根据权利要求6的方法，其中使用该多个第一系数来确定该电池开路电压和欧姆电阻包括使用等式Voe= θ!/( -θ2)R = θ 3。
8.根据权利要求1的方法，其中确定该电池充电状态包括使用查询表。
9.一种用于确定电池的参数的方法，所述方法包括定义该电池的等效电路模型，其包括电池开路电压、电池欧姆电阻、以及包括RC对电阻和RC对电容的RC对；定义第一采样率和第二采样率，其中第一采样率比第二采样率快；以第一采样率采样电池端电压和电池端电流；使用以第一采样率采样的该电池端电压和该电池端电流来确定电池开路电压和电池欧姆电阻；以第二采样率再次采样该电池端电压和该电池端电流；以及使用该再次采样的电池端电压和电池端电流来确定该RC对电阻和该RC对电容。
10.一种用于确定电池的参数的方法，所述方法包括定义该电池的等效电路模型，其包括电池开路电压、电池欧姆电阻、以及包括RC对电阻和RC对电容的RC对；定义第一采样率和第二采样率，其中第一采样率比第二采样率快；以第一采样率采样电池端电压和电池端电流；使用以第一采样率采样的电池端电压和电池端电流来确定电池开路电压和电池欧姆电阻，包括使用电池端电压关系和RC对电压关系来确定包含多个系数的电池动态关系、回归该电池动态关系来获得该多个系数并使用该多个系数来确定该电池开路电压和该电池欧姆电阻；以第二采样率再次采样该电池端电压和该电池端电流；以及使用再次采样的电池端电压和电池端电流来确定该RC对电阻和该RC对电容，包括在第二采样时间计算RC对电压、并回归该RC对电压来获得多个系数以及使用该多个系数来评估该RC对电阻和电容。
全文摘要
本发明涉及使用多个采样率的电池状态评估器。一种用于评估车辆电池参数的方法，其使用两种不同的采样率。该方法以高采样率采样电池的端电压和电流来评估该电池的开路电压和高频电阻。电池的充电状态(SOC)根据该开路电压而获得。接着，该电池的端电压和电流以低采样率被再次采样。其他电池参数可以从该低率采样的信号中提取。接着，根据这两种采样率而获得的所有电池参数被一起用来预测电池的功率。
文档编号G01R31/36GK102253342SQ20111009390
公开日2011年11月23日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者B·J·科奇, J·林, M·W·费尔布鲁格, X·唐 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司