用于估计车辆的蓄电池容量的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于估计车辆的蓄电池容量的方法和系统。提供一种用于估计诸如混合动力电动车辆的车辆的蓄电池元件容量的系统和方法。在一个实施例中，该方法确定是否满足一个或多个阈值条件(如，与蓄电池温度或蓄电池电荷状态(SOC)有关的条件)，并计算蓄电池元件的内部阻值。当满足所述阈值条件时，该方法使用计算的内部阻值来估计所述蓄电池元件的容量。还提供了一种相应的蓄电池系统，所述蓄电池系统包括蓄电池元件、一个或多个蓄电池传感器、以及构造成实施上述方法的控制模块。
【专利说明】用于估计车辆的蓄电池容量的方法和系统【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及车辆蓄电池，且更具体地涉及用于估计诸如混合动力电动车辆的车辆的蓄电池元件的容量的方法和系统。
【背景技术】
[0002]在混合动力电动车辆中，具有精确的蓄电池容量估计可以是有益的。例如，蓄电池容量可以用作至其他算法的输入，举例来说，所述算法例如是用于确定蓄电池的电荷状态(SOC)的算法、用于平衡蓄电池组中电池单元的算法、或用于确定混合动力电动车辆的里程的算法。
[0003]估计蓄电池容量的一种传统方法是记录蓄电池在其是新蓄电池时的已知容量，跟踪各种与使用相关的参数(如，自从该蓄电池为新蓄电池开始流入和/或流出该蓄电池的总电荷量)，然后基于该历史估计随时间经过的蓄电池容量退化。然而，诸如此类的这种历史使用技术在精度、鲁棒性(稳健性)、成本有效性等方面可能无法满足需求。
[0004]例如，这种技术可能导致十分粗糙的估计，其缺乏用于特定目的(如车辆里程估计)的所需精度水平。而且，这些类型的技术不总是具有鲁棒性，这是因为历史使用数据的缺失可能导致系统无法精确计算蓄电池容量。考虑这样的车辆维修事件:包含历史使用数据的蓄电池控制模块已经发生故障并需要被更换。在正常情况下，新更换的模块将不会具有来自之前的受损模块的历史使用数据，因此将不能产生精确的蓄电池容量估计。当仅更换蓄电池组或蓄电池组的一部分但没有更换蓄电池控制模块时，可能发生相似的情形；这同样导致历史使用数据不能对应于被监控的实际蓄电池组的情形。鉴于此，蓄电池组和控制模块经常被成套地更换以避免上述问题的发生，从而导致附加成本。
【发明内容】
`
[0005]根据一个实施例，提供一种用于估计车辆的蓄电池元件的容量的方法。所述方法可包括以下步骤:(a)确定是否满足一个或多个阈值条件；(b)计算所述蓄电池元件的内部阻值；以及(C)当满足所述阈值条件时，使用所述蓄电池元件的计算的内部阻值来估计所述蓄电池元件的容量。
[0006]根据另一实施例，提供一种用于估计车辆的蓄电池元件的容量的方法。所述方法可包括以下步骤:(a)计算所述蓄电池元件的内部阻值；(b)获取属于所述蓄电池元件的一个或多个蓄电池相关参数的一个或多个值；以及(C)使用所述蓄电池元件的计算的内部阻值以及获取的所述一个或多个蓄电池相关参数值来估计所述蓄电池元件的容量。
[0007]根据另一实施例，提供一种用于车辆的蓄电池系统。该蓄电池系统可以包括:蓄电池元件；一个或多个蓄电池传感器，其构造成检测所述蓄电池元件的电气参数；以及电联接至所述一个或多个蓄电池传感器的控制模块。所述控制模块构造成:(a)确定是否满足一个或多个阈值条件；(b)使用所述蓄电池元件的检测到的所述电气参数来计算所述蓄电池元件的所述内部阻值；以及(C)当满足所述一个或多个阈值条件时，基于所述蓄电池元件的计算的内部阻值来估计所述蓄电池元件的容量。
[0008]本发明还进一步提供以下方案。
[0009]1、一种用于估计车辆的蓄电池元件的容量的方法，所述方法包括以下步骤:
[0010](a)确定是否满足一个或多个阈值条件；
[0011](b)计算所述蓄电池元件的内部阻值；以及
[0012](C)当满足所述阈值条件时，使用所述蓄电池元件的计算的内部阻值来估计所述蓄电池元件的容量。
[0013]2、根据方案I所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括:接收蓄电池温度值和蓄电池电荷状态(SOC)值；将所述蓄电池温度值与预定最小温度比较以及将所述蓄电池SOC值与预定SOC范围比较；以及当所述蓄电池温度值大于所述预定最小温度并且所述蓄电池SOC值处于所述预定SOC范围内时确定满足所述阈值条件。
[0014]3、根据方案I所述的方法，其中，所述步骤(C)还包括:使用所述蓄电池元件的计算的内部阻值和数据结构来估计所述蓄电池元件的容量，所述数据结构将所述内部阻值(输入)与所述容量(输出)相关联。
[0015]4、根据方案I所述的方法，还包括以下步骤:
[0016](d)将所述蓄电池元件的估计容量提供至将所述蓄电池容量用作输入的一个或多个算法，其中所述一个或多个算法包括以下算法中的至少一种:电池单元平衡算法或电荷状态(SOC)确定算法。
[0017]5、根据方案I所述的方法，其中，所述步骤(a)在所述步骤(b)之前被执行，并且仅在满足所述一个或多个阈值条件时执行所述步骤(b)。
[0018]6、根据方案I所述的方法，其中，所述步骤(C)还包括:获取属于所述蓄电池元件的一个或多个蓄电池相关参数的一个或多个值；以及使用所述一个或多个蓄电池相关参数值和所述蓄电池元件的计算的内部阻值来估计所述蓄电池元件的容量。
[0019]7、根据方案6所述的方法，其中，所述一个或多个蓄电池相关参数包括以下参数中的至少一个:蓄电池温度；蓄电池电压；蓄电池电荷状态(SOC);或蓄电池电流。
[0020]8、根据方案6所述的方法，还包括以下步骤:
[0021](d)将所述蓄电池元件的估计容量提供至将所述蓄电池容量用作输入的一个或多个算法，其中所述一个或多个算法包括以下算法中的至少一种:电池单元平衡算法；电荷状态(SOC)确定算法；或车辆的里程确定算法。
[0022]9、根据方案6所述的方法，其中，所述步骤(C)还包括:使用所述蓄电池元件的计算的内部阻值、所述一个或多个蓄电池相关参数值和多维数据结构来估计所述蓄电池元件的容量，所述数据结构将所述内部阻值(输入)和所述蓄电池参数(输入)与所述容量(输出)相关联。
[0023]10、根据方案I所述的方法，还包括以下步骤:
[0024]通过用第二控制模块更换第一控制模块来维修所述车辆的蓄电池系统，在所述第二控制模块被安装在所述蓄电池系统中之后执行所述步骤(a)-(c)。
[0025]11、根据方案I所述的方法，其中，所述车辆是混合动力电动车辆并且包括具有所述蓄电池元件的功率蓄电池系统，且所述蓄电池元件包括下述元件中的至少一种:蓄电池组；蓄电池组的一部分；蓄电池组中的电池单元组；或蓄电池组中的单个电池单元。[0026]12、一种用于估计车辆的蓄电池元件的容量的方法，所述方法包括以下步骤:
[0027](a)计算所述蓄电池元件的内部阻值；
[0028](b)获取属于所述蓄电池元件的一个或多个蓄电池相关参数的一个或多个值；以及
[0029](C)使用所述蓄电池元件的计算的内部阻值以及获取的所述一个或多个蓄电池相关参数值来估计所述蓄电池元件的容量。
[0030]13、根据方案12所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括:确定是否满足一个或多个阈值条件，并仅当已经满足所述一个或多个阈值条件时计算所述蓄电池元件的所述内部阻值。
[0031]14、根据方案13所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括:接收蓄电池温度值和蓄电池电荷状态(SOC)值；将所述蓄电池温度值与预定最小温度比较以及将所述蓄电池SOC值与预定SOC范围比较；以及当所述蓄电池温度值大于所述预定最小温度并且所述蓄电池SOC值处于所述预定SOC范围内时确定满足所述阈值条件。
[0032]15、根据方案12所述的方法，其中，所述一个或多个蓄电池相关参数包括以下参数中的至少一个:蓄电池温度；蓄电池电压；蓄电池电荷状态(SOC);或蓄电池电流。
[0033]16、根据方案12所述的方法，还包括以下步骤:
[0034](d)将所述蓄电池元件的估计容量提供至将所述蓄电池容量用作输入的一个或多个算法，其中所述一个或多个算法包括以下算法中的至少一种:电池单元平衡算法；电荷状态(SOC)确定算法；或车辆的里程确定算法。
[0035]17、根据方案12所述的方法，其中，所述步骤(C)还包括:使用所述蓄电池元件的计算的内部阻值、所述一个或多个蓄电池相关参数值和多维数据结构来估计所述蓄电池元件的容量，所述数据结构将所述内部阻值(输入)和所述蓄电池参数(输入)与所述容量(输出)相关联。
[0036]18、根据方案12所述的方法，其中，所述车辆是混合动力电动车辆并且包括具有所述蓄电池元件的功率蓄电池系统，且所述蓄电池元件包括下述元件中的至少一种:蓄电池组；蓄电池组的一部分；蓄电池组中的电池单元组；或蓄电池组中的单个电池单元。
[0037]19、根据方案12所述的方法，还包括以下步骤:
[0038]通过用第二控制模块更换第一控制模块来维修所述车辆的蓄电池系统，在所述第二控制模块被更换并安装在所述蓄电池系统中之后执行所述步骤(a)-(c)。
[0039]20、一种用于车辆的蓄电池系统，包括:
[0040]蓄电池元件；
[0041]一个或多个蓄电池传感器，其构造成检测所述蓄电池元件的电气参数；以及
[0042]电联接至所述一个或多个蓄电池传感器的控制模块，其中所述控制模块构造成:
[0043](a)确定是否满足一个或多个阈值条件；
[0044](b)使用所述蓄电池元件的检测到的所述电气参数来计算所述蓄电池元件的所述内部阻值；以及
[0045](C)当满足所述一个或多个阈值条件时，基于所述蓄电池元件的计算的内部阻值来估计所述蓄电池元件的容量。【专利附图】
【附图说明】
[0046]下文将结合附图描述优选的示例性实施例，其中相同的附图标记代表相同的元件，并且其中:
[0047]图1是示例性混合动力电动车辆的示意图；
[0048]图2是示例性车辆蓄电池组的一部分的示意性框图，所述蓄电池组具有多个单独蓄电池电池单元并可以用于多种不同车辆，例如图1中所示的车辆；
[0049]图3是流程图，示出了用于估计容量并且可结合蓄电池元件(例如，如图2所示的蓄电池组)使用的示例性方法的步骤中的一些；以及
[0050]图4是示出了在一些蓄电池相关条件下蓄电池组的内部阻值与容量之间的线性关系的图形图示。
【具体实施方式】
[0051]本文描述的方法和系统可以用于估计或以其他方式确定车辆内的蓄电池元件(如，整个蓄电池组、蓄电池组的一部分、蓄电池组内的一组电池单元、单个电池单元等)的容量。蓄电池容量通常是指蓄电池元件能够存储或输送的电荷的量，并且有时表达为在特定条件集合下蓄电池元件能输送至负载的最大电荷(安培.小时(AMP.Hours))。本领域技术人员将理解，具有精确的蓄电池容量估计对于车辆(如混合动力电动车辆)中的一些功能或特征来说可以是有用的。例如，蓄电池容量值的精度可影响车辆的里程估计，并且所述里程估计通常是需要高精度水平的估计类型。电池单元平衡算法是依赖于蓄电池容量估计的功能的另一示例并且需要使其具有必需精度水平。当然还存在其他的这种功能和特征。
[0052]出于描述和澄清的目的，下述说`明总体上涉及蓄电池元件是整个蓄电池组的实施例。因此，被估计的容量是整个蓄电池组的容量。然而，将能理解，本方法和系统并不限于此，它们还可以用于估计其他蓄电池元件(如，蓄电池组的区域或一部分、蓄电池组中的一组电池单元、单个电池单元、或某种其他蓄电池元件)的容量。因此，涉及估计蓄电池元件而不是整个或全部蓄电池组的容量的实施例仍落在本公开的精神和范围内。在一个示例性实施例中，该系统和方法计算、估计和/或以其他方式确定蓄电池组的内部阻值，并然后使用该内部阻值来估计蓄电池组的容量。
[0053]参考图1，示出了示例性混合动力电动车辆10的一些部件，本方法和系统可以用于该电动车辆。尽管下述说明是在如图1中所示的具体混合动力电动车辆10的环境中提供的，但可以理解该车辆仅为示例性的，当然可以使用其他车辆。例如，本文描述的方法和系统可以用于具有高压蓄电池组的任何类型的车辆，举例来说包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、增程型电动车辆(EREV)或蓄电池电动车辆(BEV)。根据示例性实施例，车辆10总体上包括车辆蓄电池系统12、电动马达14、逆变器/转换器16、发动机18、发电机20、和控制模块22。
[0054]图1和2示出了示例性车辆蓄电池系统12的一部分，其包括蓄电池23、蓄电池组24、蓄电池控制模块30和蓄电池传感器32。蓄电池23可以存储电能以用于车辆推进、和/或满足车辆的其他电气需求，如车辆的功率应用需求。根据示例性实施例，蓄电池23包括高压蓄电池组24 (如40￥-600￥)，其具有多个单独的蓄电池电池单元26(8卩261； 262...26N)、多个电池单元组28 (即281; 282...28n)。蓄电池组24包括单独蓄电池电池单元26的集合，它们可以相互串联、并联、或串联和并联的组合地连接(混联)，以输送期望的电压、电流、容量、功率密度和/或者其他性能特征。在图2所示的示例中，三个蓄电池电池单元26^263并联接线以形成电池单元组28lt)相似地，蓄电池电池单元264-266形成电池单元组282，蓄电池电池单元267-269形成电池单元组283等等。电池单元组28^283继而串联接线以形成蓄电池组24的各部分。图2仅示出了蓄电池组24的一个可能实施例，因为其他布置、连接和/或实施例也是可能的。例如，多于或少于三个蓄电池电池单元可以形成电池单元组，或电池单元组不是仅以串联接线来接线到一起而是可以以串联和并联的组合的方式来接线到一起。
[0055]蓄电池系统12是功率蓄电池系统或能量蓄电池系统。在该蓄电池系统是功率蓄电池系统的实施例中，蓄电池组24用于所谓的“功率应用”，其大致包括这样的功能和应用，蓄电池组主要用于流入或流出蓄电池组的功率的短脉动或脉冲。蓄电池组提供功率的短暂脉动或脉冲的一些示例包括车辆启动事件、变速器换档、短暂的敞开节气门情况等。提供功率的短暂脉动或脉冲至蓄电池组的示例包括这样的示例，当马达用于减慢或者快速减缓发动机时，或在再生制动事件期间(这些事件产生需要到达某个其他地方的能量)。一般来说，功率蓄电池系统用于补给车辆的电气需求，并不像在导致较大的电荷状态(SOC)摆动(如摆动大于30%)的持续车辆推进期间所经历的那样规则地依赖于长时间的充放电循环。
[0056]替代性地，在蓄电池系统12是能量蓄电池系统的实施例中，蓄电池组24频繁地用于具有需要来自蓄电池组的大量能量的长时间充放电循环的应用。“能量应用”的一个示例包括长期或持续车辆推进，其中蓄电池组提供相当多的能量以驱动一个或多个电动马达，所述电动马达继而推进混合动力电动车辆(HEV)或蓄电池电动车辆(BEV)。这些类型的电池应用通常利用了蓄电池组的大得多的SOC摆动。虽然本文描述的方法和系统可能结合任何数量的不同蓄电池系统(包括功率和能量蓄电池系统二者)使用，但该方法和系统特别适合用于包括功率蓄电池系统的非插电式混合动力电动车辆。
[0057]不管蓄电池系统12是否包括功率蓄电池系统、能量蓄电池系统或一些其他类型的系统，蓄电池组24都可以使用任何合适的蓄电池化学性质，包括基于以下技术的蓄电池化学性质:锂离子、镍金属氢化物(NiMH)、镍镉(NiCd)、氯化钠镍(NaNiCl)或一些其它蓄电池技术。根据一个示例，蓄电池组24包括多个锂离子蓄电池电池单元。蓄电池组24应设计为耐受反复的充放电循环，并且可以与其他能量储存设备(如电容，超级电容，电感等)一起使用。本领域技术人员将理解，车辆蓄电池组可以根据任何数量的不同实施例提供，可以按照任何数量的不同构造来连接，并可以包括任何数量的不同子部件，如传感器、控制单元、和/或本领域已知的任何其他合适部件。
[0058]蓄电池控制 模块30可以包括任何种类的电子处理设备、存储器或存储设备、输入/输出(I/o)设备、以及任何其他已知部件，并可以执行各种控制、监控和/或通信相关功能。例如，蓄电池控制模块30可以从各个蓄电池传感器32接收传感器信号，并估计、分析和/或处理这些信号，以便控制或监控蓄电池系统12的一个或多个方面。在一个示例中，蓄电池控制模块30从蓄电池传感器32接收传感器信号并将其打包为传感器消息，然后将该消息通过合适的连接(如CAN总线、系统管理总线(SMBus)、专用通信链路等)发送至控制模块30或一些其他设备。蓄电池控制模块30能够收集蓄电池传感器读数并将它们连同相关蓄电池特性和背景信息一起存储在本地存储器中，所述蓄电池特性和背景信息涉及蓄电池的电池单元化学性质、电池单元容量、蓄电池电压上下限、蓄电池电流极限值、蓄电池温度极限值、温度曲线、蓄电池阻抗，充/放电事件的次数或历史等。另外，在示例性实施例中，蓄电池控制模块30构造成执行或实施将在下文更详细描述的本方法中的一个或多个步骤。能够理解，蓄电池控制模块30可以是独立电子模块，举例来说，其可以集成或包括在车辆的另一电子模块(如控制模块22)中,其可以是较大网络或系统的一部分,其可以位于车辆蓄电池组24之内，或其可以在蓄电池组24之外。蓄电池控制模块30并不限于图1所示和上述描述的示意性说明的。在一个实施例中，蓄电池控制模块30包括一个或多个蓄电池传感器32。
[0059]蓄电池传感器32可以包括任何多种不同的感测部件或元件，并且可以监控多种蓄电池相关参数或条件，如蓄电池组的电压、电流、S0C、健康状况(SOH)、温度等。蓄电池传感器32可包括这样的传感器，该传感器可以集成在蓄电池系统12或蓄电池组24(如智能或智慧蓄电池)中、在蓄电池系统12或蓄电池组24之外在外部定位、或根据一些其他已知的布置来提供。蓄电池传感器32可以以各电池单元为基础来监控、感测、检测、测量或以其他方式确定蓄电池相关参数或条件，以作为电池单元的集合或组或者蓄电池组24的区域的平均值，作为整个蓄电池组24的平均值，或根据本领域已知的一些其他方法实现。在示例性实施例中，蓄电池传感器32包括:一个或多个电压传感器(如传感器34-40)，以感测单个蓄电池电池单元或电池单元组的电压；用于感测蓄电池组24上的总电压的电压传感器42 ;用于感测流过蓄电池组24的电流的电流传感器44 ;用于感测或检测蓄电池组24的温度的一个或多个温度传感器(如传感器46-50)，以及本领域已知的任何数量的其他传感器。传感器34-50可以电连接(如通过有线连接或无线地)到蓄电池控制模块30、控制模块22和/或其他任何合适设备，并构造成与蓄电池控制模块30、控制模块22和/或其他任何合适设备通信。
[0060]电动马达14可以使用存储在车辆蓄电池组24中的电能来驱动一个或多个车轮，进而推进车辆。虽然图1示意性地描述了电动马达14作为单个分离的设备，但是举例来说，电动马达可以与发电机结合(称为MoGen)，或其可以包括多个电动马达(如用于前轮或后轮的单独马达，用于每个车轮的单独马达，用于不同功能的单独马达等)。车辆10并不限于任何一个特定类型的电动马达，因为可以使用许多不同的马达类型、尺寸、技术等。在一个示例中，电动马达14包括AC马达(如多相电感马达等)以及可以在再生制动期间被使用的发电机。电动马达14可以通过任何数量的不同实施例提供(如AC或DC马达，刷式或无刷马达，永磁马达等)，其可以以任何数量的不同构造来连接，并且其可以包括任何数量的不同部件，如冷却特征、传感器、控制单元和/或本领域已知的任何其他合适部件。
[0061]逆变器/变换器16可以用作在车辆蓄电池系统12和电动马达14之间的中间件，因为这两个设备通常设计成根据不同的操作参数来运行。例如，在车辆推进期间，逆变器/变换器16可以提高来自蓄电池系统12的电压，并将电流从DC转换为AC以驱动电动马达14 ;而在再生制动期间，逆变器/变换器16可以降低由制动事件产生的电压并且将电流从AC转换为DC，以使得该电流可以由蓄电池系统合适地存储。从某种意义来说，逆变器/变换器16管理这些不同的操作参数(即AC与DC的关系，各种电压水平等)如何一起工作。逆变器/变换器16可以包括:从DC转换至AC的逆变器；从AC转换至DC的整流器；用于提高电压的增压变换器或变压器；用于降低电压的降压变换器或变压器；其他合适的能量管理部件；或上述的一些组合。在所示的示例性实施例中，逆变器/变换器单元集成在单个双向设备中；然而，其他实施例当然也是可能的。应当认识到，逆变器/变换器16可以通过任何数量的不同实施例提供(如具有单独的逆变器和变换器单元，双向或非双向等)，可以通过任何数量的不同构造连接，并可以包括任何数量的不同部件，如冷却系统，传感器，控制单元和/或本领域已知的任何其他合适部件。
[0062]发动机18可以使用传统的内燃技术来驱动发电机20，并可以包括本领域公知的任何合适类型的发动机。合适发动机的一些示例包括汽油、柴油、乙醇、灵活燃料、自然吸气、润轮增压、机械增压、旋转式、奥托(Otto)循环、艾金森(Atkins)循环、和米勒(Miller)循环发动机，以及本领域已知的任何其它合适的发动机类型。根据在此示出的特定实施例，发动机18为小型节能发动机(如小排量、涡轮增压四缸发动机)，该发动机使用其机械输出来使得发电机20运转。本领域技术人员将理解，发动机18可以通过任何数量的不同实施例提供，可以通过任何数量的不同构造来连接(如发动机18可以是并联式混合动力系统的一部分，其中发动机还机械地联接到车轮，而不是仅仅用于产生电力)，并且可以包括任何数量的不同部件，如传感器，控制单元和/或本领域已知的任何其他合适的部件。
[0063]发电机20机械地联接于发动机18，使得发动机的机械输出致使发电机产生电能，该电能可以被提供至车辆蓄电池系统12、电动马达14、或车辆蓄电池系统12和电动马达14两者。值得注意的是，发电机20可以通过任何数量的不同实施例(如马达14的发电机和发电机20可以合并为单个单元)提供，可以通过任何数量的不同构造来连接，并且可以包括任何数量的不同部件，如传感器、控制单元和/或本领域已知的任何其他合适的部件。发电机20不仅限于任何特定的发电机类型或实施例。
[0064]控制模块22可以用于控制、管理或以其他方式监管车辆10或其一个或多个部件或模块(例如，蓄电池系统12)的特定操作或功能。在示例性实施例中，控制模块22包括处理设备52和存储设备54。处理设备52可以包括任何类型的合适电子处理器(如微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)等)，其执行用于软件、固件、程序、算法、脚本等的指令。该处理器不局限于任一类型的部件或设备。存储设备54可以包括任何类型的合适电子存储装置，并且可以存储多种数据和信息。例如，这包括:感测到的蓄电池-蓄电池相关条件；蓄电池相关参数值；查询表和其他数据结构:软件、固件、程序、算法、脚本、以及其他电子指令；部件特征和背景信息等。本方法(以及这种任务所需的任何其他电子指令和/或信息)也可以存储或以其他方式保持在存储设备54中，以使得控制模块22可以构造成执行在下文将更详细描述的该方法的一个或多个步骤。控制模块22可以通过I/O设备和合适的连接(如通信总线)电连接至其他车辆设备和模块(如蓄电池控制模块30)，使得它们可以根据需要来相互作用。当然，这里仅列出控制模块22的一些可能的布置、功能和能力，当然其他布置、功能和能力也是可能的。取决于具体实施例，举例来说，控制模块22可以是独立的电子模块(如车辆集成控制模块(VICM)，牵引功率变换器模块(TPIM)，蓄电池功率变换器模块(BPIM)等)，其可以集成或包括于车辆的另一电子模块中(如动力系控制模块、发动机控制模块、混合动力控制模块、蓄电池控制模块30等)，或其可以是较大网络或系统(如蓄电池管理系统(BMS)、车辆能量管理系统等)的一部分。[0065]而且，示例性混合动力电动车辆10的上述说明和图1中的视图仅意在说明一个可能车辆布置并以总体的方式来说明。相反可以使用任何数量的其他车辆布置和架构，包括那些与图1中所示的明显不同的车辆布置和架构。
[0066]转向图3，其示出了示例性方法100，其用于估计例如但不限于蓄电池系统的蓄电池组(例如，上述蓄电池系统12的蓄电池组24)的蓄电池元件的容量。将可以理解，虽然下述说明主要涉及用于估计包括蓄电池组的蓄电池元件的容量的本方法的使用，但是本公开并不意味着被如此限制。而是，本领域技术人员将理解，本方法可以用于估计任何数量的其他蓄电池元件(如蓄电池组的一部分、蓄电池组的成组电池单元、或蓄电池组中的单个电池单元)的容量。因此，本公开并不局限于任一特定类型的蓄电池元件。
[0067]该方法100可以使用各种读数、条件、参数、信息、比较、计算等来估计蓄电池组的容量。例如，该方法可以使用蓄电池组的一个或多个电气参数的值，可以得到所述参数值与蓄电池组容量的相互关系。在这种实施例中，以及如将在下面更详细描述的那样，该方法可以使用相关电气参数的值结合所述参数和蓄电池组容量之间的对应相互关系来估计蓄电池组的容量。替代性地，假设存在这种相互关系，该方法可以包括除了该相互关系外还使用参数值(如参数值可以代入蓄电池组容量估计等式或算法中)。
[0068]在示例性实施例中，该方法使用的电气参数是蓄电池组的内部阻值。更特别地，已经确定在一个或多个蓄电池相关条件(如蓄电池组的温度，蓄电池组的S0C，流过蓄电池组的电流，蓄电池组的总电压等)下，在蓄电池组的内部阻值和该蓄电池组的容量之间可形成相互关系。因此，在示例性实施例中，以及如将在下文更详细描述的，该方法使用蓄电池组的内部阻值来估计该蓄电池组的容量。更特别地，该方法可以使用蓄电池组的内部阻值以及内部阻值和容量之间建立的相互关系来估计蓄电池组的容量。替代性地，该方法可以除了该相互关系外还使用该蓄电池组的内部阻值(如内部阻值的值可以代入蓄电池组估计等式或算法)。
[0069]在蓄电池组的内部阻值用于估计蓄电池组容量的实施例中，内部阻值/容量的相互关系可以通过多种方式确定或建立。例如，基于当满足特定的蓄电池相关条件时存在于蓄电池组的内部阻值和容量之间的关系，可以确定或成立该相互关系。例如并结合图4，已经通过在一些蓄电池相关条件下并且对于具有特定蓄电池化学性质(如锂离子)的蓄电池来说的试验台试验和由此得到的经验数据发现，在内部阻值和蓄电池组容量之间存在线性关系(即，内部阻值的变化与蓄电池组容量的变化线性相关)，所述蓄电池相关条件即为蓄电池组的温度超过40° F(4°C)以及蓄电池组的SOC落入35-65%的范围内。这样，线性回归技术可以用于将具有适当蓄电池化学性质的蓄电池组的任何数量的内部阻值与对应的容量幅值相关联。然后，这种相互关系能用于估计具有适当化学性质的蓄电池组的容量幅值，并且当满足适当蓄电池相关条件时计算出内部阻值。
[0070]因此通过使用经验数据，可以针对一个或多个蓄电池相关条件来确定是否存在内部阻值/容量的关系，并且如果存在，该关系可以用于将在所述特定蓄电池相关条件下计算的内部阻值与对应的容量幅值相关联。如上所述，以及如在下面将更详细描述的，该相互关系然后可以用于针对在所述特定蓄电池相关条件下计算的任何给定内部阻值来估计具有适当蓄电池化学性质的蓄电池组的容量。
[0071]替代性地，即使在特定蓄电池相关条件下或在这些条件的组合下不存在内部阻值/容量的关系，只要收集足够的经验数据，就仍可以建立用于所述蓄电池相关条件的内部阻值/容量的相互关系。更特别地，通过确定与在特定蓄电池相关条件下计算的任何数量的内部阻值对应的容量幅值，严格按照试验台试验可以构造出具有特定化学性质的蓄电池组的内部阻值/容量的相互关系(与使用试验台试验以及现有的关系(例如，线性关系)不同)。然后如上所述，当在所述蓄电池相关条件下计算出的内部阻值是对应于试验中确定容量幅值所用的内部阻值时，该相互关系可以用于估计具有适当化学性质的蓄电池组容量。因此鉴于上述可以理解，可以以多种方式确定内部阻值和蓄电池组容量之间的相互关系。
[0072]因此，由于如上所述在示例性实施例中，蓄电池组的内部阻值可以与蓄电池组容量相关联，因此蓄电池组的内部阻值用于估计蓄电池组的容量。在这种实施例中，由于内部阻值/容量的相互关系依赖于一个或多个蓄电池相关条件，在诸如如图3所示的实施例中，该方法100包括步骤102:估计一个或多个预定或阈值蓄电池相关条件。估计步骤102可以包括多个子步骤。
[0073]例如，步骤102可以包括子步骤104:获取与被估计的蓄电池相关条件对应的一个或多个蓄电池相关参数的一个或多个值。这些蓄电池相关参数可以例如但不限于包括:蓄电池组的温度，蓄电池组的S0C，流过蓄电池组的电流，蓄电池组的总电压等。因此，如果要估计的条件之一涉及蓄电池组的温度，那么子步骤104包括获取蓄电池组的温度的值。相似地，如果条件之一涉及蓄电池组的S0C，那么子步骤104包括获取蓄电池组的SOC的幅值。无论哪个参数，它们的值都可以通过多种方式获取。
[0074]在示例性实施例中，可以使用一个或多个传感器(例如上述传感器32)来获取该值。在这种实施例中，传感器可操作以感测、测量或检测感兴趣的蓄电池相关参数或用于计算感兴趣的一个或多个蓄电池相关参数的值或幅值的参数的值。在示例性实施例中，传感器电连接至构造成估计感兴趣的蓄电池相关条件的部件(如车辆10的蓄电池控制模块30、控制模块22等)。因此，在这种实施例中，构造成执行估计步骤102的部件可以构造成直接从传感器获取感兴趣的蓄电池相关参数的值。
[0075]在另一示例性实施例中，感兴趣的参数值可以从部件的一个或多个存储器或其他存储设备获取，所述存储器或其他存储设备与所述传感器电连接并构造成存储由传感器感测、测量或检测的蓄电池相关参数值。例如，在示例性实施例中，感兴趣的参数值可以从控制模块22的存储器54、蓄电池控制模块30的存储器、或作为执行估计步骤102的部件的一部分或可由该部件访问的任何其他适合存储器或存储设备来获取。在这种实施例中，如果其存储器包括被获取的参数值的部件并不是正在获取所述参数值的部件，那么该正在获取的部件与其他部件电连接并构造成与其他部件通信，以允许获取该参数值。
[0076]一旦获取感兴趣的蓄电池相关参数的值,则在示例性实施例中估计步骤102包括子步骤106:处理获取的数据，以确定是否满足一个或多个预定或阈值蓄电池相关条件。确定是否满足预定或阈值条件的一个目的是确定是否存在建立的内部阻值/容量的相互关系，在一个示例性实施例中，该相互关系可以用于估计蓄电池容量。
[0077]更特别地，如上所述，在特定条件下，可以形成蓄电池组的内部阻值和容量之间的相互关系。因此，如果满足所述条件，在所述条件下计算的任何内部阻值都可以与相应的容量幅值相关。因此，在示例性实施例中，如果满足预定条件，方法100可以前进到下面描述的步骤。但是相反，如果没有满足所述条件，则就不能使用基于所述条件的相互关系，并且因此，方法100不能前进到下面描述的步骤。更确切地说，在示例性实施例中，方法100将停止，或返回至步骤102、特别地回到其子步骤104，其中步骤102将重复。
[0078]例如，对于锂离子蓄电池来说已经确定:当蓄电池组温度超过预定最小温度(如40° F(40C ))并且蓄电池组的SOC位于预定范围(35-65%)内时，蓄电池组的内部阻值与容量之间存在线性关系。因此，在示例性实施例中，获取特定蓄电池相关参数的一个或多个值的子步骤104包括:获取蓄电池组温度值(如使用温度传感器46-50测量该温度)；以及获取(如确定)蓄电池组的SOC值。子步骤106然后包括处理获取的温度和SOC值。在示例性实施例中，这要求必须将获取温度值与预定最小温度阈值(即40° F(4°C))比较、以及将获取SOC值与预定SOC范围(即35-65%)比较。基于所述比较，可以确定是否满足所述条件。如果确定事实上满足这两个条件，则对于在所述特定条件下计算的给定内部阻值来说，基于线性的内部阻值/容量关系的内部阻值和容量之间的相互关系可以用于估计蓄电池容量。因此，如果满足这些条件，则方法100将前进至下述接下来的步骤。另一方面，如果确定没有满足所需条件，该方法将不再继续前进。
[0079]在另一示例性实施例中，不是确定是否满足特定蓄电池相关阈值或预定条件并且然后仅当满足这些条件时前进到该方法接下来的步骤，而是子步骤106包括确定满足多个阈值或预定蓄电池相关条件中的哪一个或哪些。更特别地，如上所述，可以针对任何数量的条件来建立具有特定蓄电池化学性质的蓄电池的内部阻值和容量之间的相互关系。因此，一旦确定满足条件或条件的组合，对于在所述特定条件下计算的给定内部阻值来说，就可以使用适当的相互关系来估计蓄电池容量。因此，如果满足多个阈值条件中的特定一个或多个，方法100就可以前进到下述接下来的步骤。另一方面，如果没有满足多个阈值条件中的任何一个(或条件的数量不够)，该方法不再会继续前进。
[0080]例如，假设在示例性实施例中，内部阻值和容量之间的相互关系已经针对以下SOC范围被确定:25-45 %，46-65%和66-85 %。在这种实施例中，如果确定蓄电池的SOC为50%，那么可以确定满足第二条件，但不满足第一和第三条件。因此对于在所述条件下计算的给定内部阻值来说，对应于第二条件的相互关系可以用于估计蓄电池容量，并因此，该方法可以如下文所述那样地前进。然而，如果该SOC落在任何这些区域之外，因此没有满足任何条件，那么该方法不再会前进，而是会停止或回到子步骤104。
[0081]在示例性实施例中，并不必涉及蓄电池相关参数的附加阈值或预定条件可以连同上述那些条件一起使用。例如，附加阈值条件可以是存在估计蓄电池组容量的维修请求。在这种示例中，只有接收到维修请求才会估计蓄电池组的容量。另一个附加阈值条件可以是，车辆运行了预定时间段。因此，在这种示例中，只有车辆运行了至少该预定时间段才会估计蓄电池组的容量。又另一阈值条件可以是，蓄电池组具有特定的蓄电池化学性质。因此，在这种示例中，只有确定蓄电池组具有该特定化学性质才会估计蓄电池组容量。将理解的是，上述条件仅出于示例目的而被提供，并非旨在包括可以被使用和/或估计的阈值条件的详尽列表。因此，本领域技术人员将理解，也可以使用除上述阈值条件之外的阈值条件的实施例仍处于本公开的精神和范围内。
[0082]子步骤106可以由任何数量的部件或模块来执行。例如，在示例性实施例中，蓄电池控制模块30构造成执行处理子步骤106。替代性地，在另一示例性实施例中，子步骤106由控制模块22或车辆10的其他模块来执行。因此，可以理解，车辆10的任何数量的部件可以构造成执行子步骤106。
[0083]在示例性实施例中，一旦确定满足一个或多个所需的阈值条件、或确定满足多个阈值条件中的哪些条件(如果有的话)，方法100还包括步骤108:计算蓄电池组的内部阻值。虽然在示例性实施例中步骤108在步骤102之后被执行,但在另一示例性实施例中步骤108在步骤102之前被执行。因此，本公开并不限制步骤102和步骤108的任何特定顺序或次序。计算的内部阻值可以采用多种形式，并可以通过多种方式计算。
[0084]例如，计算的内部阻值可以包括蓄电池组的实时内部阻值，蓄电池组的平均内部阻值，或一些其他阻值相关参数。在任何情况下并且一般来说，内部阻估可以采用蓄电池组的电气参数的值来计算，所述电气参数例如是蓄电池组的总电压和流过蓄电池组的电流，它们由传感器(如传感器32，特别是电压传感器42和电流传感器44)来感测、测量或检测。
[0085]内部阻值的计算可以使用多种技术通过多种方式来执行。仅出于示例目的而提供的一种这样的技术如在于2011年9月9日提交的美国专利申请13/228,608中被描述，该文献的全部公开内容以引用的方式结合到本文。然而，概而言之，在计算步骤108的第一子步骤110中，确定蓄电池组电压和蓄电池组电流的值。更特别地，电压传感器(如电压传感器42)测量蓄电池组电压，其可以对应于经过整个蓄电池组的总压降；电流传感器(如电流传感器44)测量流过蓄电池组的电流。在示例性实施例中，由于蓄电池组中的电压和电流波动，这些测量是以同步方式获得的。
[0086]在步骤108的第二子步骤112中，对与蓄电池组电压和蓄电池组电流对应的一个或多个传感器读数进行调整或修正，以考虑/计入例如滞后和极化的现象。用于去除滞后、极化或可歪曲传感器读数或数据的任何其他非理想分量的影响的任何合适技术都可以用于执行该子步骤。
[0087]最后，在步骤108的第三子步骤114中，与蓄电池组电压和电流对应的一个或多个传感器读数可以用于确定蓄电池组内部阻值。在一个实施例中，这包括上述部件之一，例如蓄电池控制模块30、控制模块22或其他合适部件，其通过将蓄电池组电压和蓄电池组电流的值代入到欧姆定律的数学等式(V= I*R)中来计算或估计内部阻值。在示例性实施例中，该计算可以使用包括用于蓄电池组电压和电流的先前值(如，在预定时间段内收集的值或数据)的回归技术来执行。
[0088]将理解，虽然已经相对详细地描述了上述技术，但本发明并不意在局限于用于计算内部阻值的这种技术。而是，可以使用用于计算或确定蓄电池组内部阻值的任何数量的其他技术来替代上述技术。因此，本领域技术人员将理解，使用除上述技术之外的技术来计算蓄电池组内部阻值的方法100的实施例仍落在本公开的精神和范围内。而且为避免上述情况，将理解的是，步骤108可以由任何数量的部件来执行，所述部件例如是蓄电池控制模块30、控制模块22、或车辆10的其他任何合适模块。
[0089]在于步骤108中计算内部阻值之后，方法100还包括又一步骤116:基于步骤108计算的内部阻值来估计蓄电池组容量。
[0090]在示例性实施例中，步骤116包括将计算的内部阻值代入至等式或算法中，所述等式或算法的输出是蓄电池容量的估计幅值。在另一示例性实施例中，其他蓄电池相关参数值与计算的内部阻值一起被代入等式或算法中。例如，由于内部阻值/容量的相互关系取决于一个或多个预定蓄电池相关条件，步骤116可以包括:除计算的内部阻值外，还将对应于所述蓄电池相关条件的蓄电池相关参数值代入至等式或算法中。
[0091]在另一示例性实施例中，不是将计算的内部阻值代入到等式或算法中，而是步骤116包括借助数据结构来使用计算的内部阻值，所述数据结构例如是一维或多维查询表，其将内部阻值和对应的估计蓄电池容量幅值相关联。因此，在这种实施例中，步骤116包括:将计算的内部阻值输入到合适数据结构中或者查询合适数据结构中的所述内部阻值，以获取对应于该特定计算内部阻值的估计蓄电池容量幅值。
[0092]更特别地，如上所述，内部阻值/容量的相互关系取决于一个或多个蓄电池相关条件。因此，为了获得精确的蓄电池容量估计，对于给定内部阻值来说，用于确定估计蓄电池容量幅值的数据结构必须对应于所述相互关系所依赖的一个或多个预定蓄电池相关条件。
[0093]例如，对于特定蓄电池相关阈值条件来说，形成特定数据结构(如下述表1所阐述的)，该数据结构对于在特定蓄电池相关条件下计算的内部阻值来说将内部阻值与蓄电池容量相关联。
[0094]
【权利要求】
1.一种用于估计车辆的蓄电池元件的容量的方法，所述方法包括以下步骤: (a)确定是否满足一个或多个阈值条件； (b)计算所述蓄电池元件的内部阻值；以及 (c)当满足所述阈值条件时，使用所述蓄电池元件的计算的内部阻值来估计所述蓄电池元件的容量。
2.根据方案I所述的方法，其中，所述步骤(a)还包括:接收蓄电池温度值和蓄电池电荷状态(SOC)值；将所述蓄电池温度值与预定最小温度比较以及将所述蓄电池SOC值与预定SOC范围比较；以及当所述蓄电池温度值大于所述预定最小温度并且所述蓄电池SOC值处于所述预定SOC范围内时确定满足所述阈值条件。
3.根据方案I所述的方法，其中，所述步骤(c)还包括:使用所述蓄电池元件的计算的内部阻值和数据结构来估计所述蓄电池元件的容量，所述数据结构将所述内部阻值(输入)与所述容量(输出)相关联。
4.根据方案I所述的方法，还包括以下步骤: (d)将所述蓄电池元件的估计容量提供至将所述蓄电池容量用作输入的一个或多个算法，其中所述一个或多个算法包括以下算法中的至少一种:电池单元平衡算法或电荷状态(SOC)确定算法。
5.根据方案I所述的方法，其中，所述步骤(a)在所述步骤(b)之前被执行，并且仅在满足所述一个或多个阈值条件时执行所述步骤(b)。
6.根据方案I所述的方法，其中，所述步骤(c)还包括:获取属于所述蓄电池元件的一个或多个蓄电池相关参数的一个或多`个值；以及使用所述一个或多个蓄电池相关参数值和所述蓄电池元件的计算的内部阻值来估计所述蓄电池元件的容量。
7.根据方案6所述的方法，其中，所述一个或多个蓄电池相关参数包括以下参数中的至少一个:蓄电池温度；蓄电池电压；蓄电池电荷状态(SOC);或蓄电池电流。
8.根据方案6所述的方法，还包括以下步骤: (d)将所述蓄电池元件的估计容量提供至将所述蓄电池容量用作输入的一个或多个算法，其中所述一个或多个算法包括以下算法中的至少一种:电池单元平衡算法；电荷状态(SOC)确定算法；或车辆的里程确定算法。
9.一种用于估计车辆的蓄电池元件的容量的方法，所述方法包括以下步骤: (a)计算所述蓄电池元件的内部阻值； (b)获取属于所述蓄电池元件的一个或多个蓄电池相关参数的一个或多个值；以及 (C)使用所述蓄电池元件的计算的内部阻值以及获取的所述一个或多个蓄电池相关参数值来估计所述蓄电池元件的容量。
10.一种用于车辆的蓄电池系统，包括: 蓄电池元件； 一个或多个蓄电池传感器，其构造成检测所述蓄电池元件的电气参数；以及 电联接至所述一个或多个蓄电池传感器的控制模块，其中所述控制模块构造成: (a)确定是否满足一个或多个阈值条件； (b)使用所述蓄电池元件的检测到的所述电气参数来计算所述蓄电池元件的所述内部阻值；以及(C)当满足所述一个或多个阈值条件时，基于所述蓄电池元件的计算的内部阻值来估计所述蓄电池元件的容量。`
【文档编号】G01R31/36GK103823186SQ201310612909
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2012年10月12日
【发明者】J·C·吉布斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司