高压电池的退化估计方法和系统的制作方法

高压电池的退化估计方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供高压电池的退化估计方法和系统，从而检测电池的退化。退化估计方法包括通过控制器获得与慢充电器的输入电压、输入电流、和外部温度有关的信息。控制器被配置为基于根据输入电压和输入电流计算的输入功率计算用于充电电池的输出功率。此外，该方法包括通过控制器基于输出功率和电池充电电压计算平均充电电流并且基于平均充电电流计算电池退化程度。
【专利说明】高压电池的退化估计方法和系统

【技术领域】
[0001] 本公开涉及用于更准确地估计电动车辆(更准确地，插电式混合电动车辆）内部的 高压电池的退化的方法和系统。

【背景技术】
[0002] 通常，高压电池装载于电动车辆（EV)、插电式混合电动车辆（P肥V)等内部W存储 用作车辆驱动力的电能。当高压电池被接连地连续使用时，会出现退化现象，由此电池的容 量降低。当退化出现时，充电状态（S0C)的准确性也会劣化，从而每S0C的里程油耗减少， 用于加速的功率劣化等。
[000引为此，已尝试通过利用慢充电过程中电池电压特性和EV或者閒EV的S0C来确定 电池的退化。具体地，在装载于车辆内的高压电池的慢充电过程中，计算充电量相对于预定 电压改变的变化率并且基于相同规格的高压电池的退化程度，与关于慢充电过程中充电量 相对于预定的电压改变的变化率的已知数据相比较来检测相应的退化程度。
[0004] 在已知技术中，当使用预定电压区域中充电量的改变检测退化程度时，检测出的 电流值被求积分W测量充电量的改变。因为使用检测出的充电电流值，所W会施加有电流 传感器的测量误差，从而影响最终退化程度计算结果。换言之，因为在已知技术中，通过传 感器测量的值被用作用于检测高压电池退化的电流值，所W电流传感器的误差会被施加为 退化度的误差。因此，当传感器误差增加时，计算的退化程度同样具有增加的误差。
[0005] 在高压电池的慢充电过程中，慢充电器从外部电源接收电力W充电车辆电池。因 此，充电电流可根据输入功率的规格改变(例如，输出规格)。因此，在已知技术中，可检测具 有预定规格的电源的退化。
[0006] 在本部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的【背景技术】的理解，并且因此上 述信息可包含没有形成已为该国的本领域普通技术人员所知的现有技术的信息。


【发明内容】

[0007] 本发明提供高压电池的退化估计方法和系统，与使用施加有通过传感器(产生）的 误差的测量的电流值的现有方法相比，该估计方法和系统可使用更精确的电流值来在高压 电池的慢充电过程中更准确地检测电池的退化和退化程度，该是因为充电过程中施加于电 池的平均电流是使用与由充电器输出用于对电池充电的输出功率有关的电池充电电压计 算的。
[0008] 在本公开的一个方面中，高压电池的退化估计方法可包括；获得有关慢充电器的 输入电压（Vin)、输入电流（lin)和外部温度的信息；基于根据输入电压（Vin)和输入电流 (lin)计算的输入功率（Pin)计算用于充电电池的输出功率（Pout);基于输出功率（Pout) 和电池充电电压（Vbatt)计算平均充电电流（Icorr ); W及基于平均充电电流（Icorr )计算 电池退化程度。
[0009] 输出功率的计算可包括；获得与慢充电器的外部温度有关的效率；W及通过将效 率和输入功率（Pin)相乘计算输出功率（Pout)。与慢充电器的外部温度有关的效率可从具 有外部温度作为输入并且慢充电效率作为输出的表中读取。此外，在本公开中，在平均充电 电流的计算中，平均充电电流（Icorr)可由[输出功率（Pout) /电池充电电压（Vbatt)]X 慢充电器的效率算得。
[0010] 电池退化程度的计算可包括：基于平均充电电流（Icorr)计算当前充电量（Ah_ aged);并且基于当前充电量（Ah_aged)计算电池退化程度。当前充电量（Ah_aged)可 通过将在与电池的初次充电阶段相似的电压区域中的平均充电电流（Icorr)进行积分 (integrate整合)来计算。此外，电池退化程度可由W下式子计算；100-[{当前充电量（Ah_ 3径6(1)/初次充电量（411_111^131)}《100]。此外，当在慢充电过程中电池充电电压（￥63的） 进入预定电压区域时可获得信息。
[0011] 在本公开的另一个方面中，高压电池的退化估计方法可包括：获得有关慢充电 器的输出电压（Vout)和输出电流（lout)的信息；通过使用输出电压（Vout)和输出电流 (lout)计算慢充电器的输出功率（Pout);计算与计算的输出功率（Pout)有关的平均充电 电流（I corr ) ; W及基于平均充电电流（I corr )计算电池退化程度。
[0012] 在平均充电电流的计算中，从预先制定的图表中可读取与输出功率（Pout)有关的 平均充电电流，并且图表可使用输出功率（Pout)作为输入并且使用平均充电电流（Icorr) 作为输出。例如，图表可被配置为使用通过对已退化的不同高压电池的慢充电测试所获得 的电池充电电压（Vbatt)、慢充电器的输出功率（Pout)和效率计算平均充电电流（Icorr), 并且平均充电电流（Icorr)可作为输出功率（Pout)的输出被读取。
[0013] 此外，电池退化的计算可包括；基于平均充电电流（Icorr)计算当前充电量（Ah_ aged);及基于当前充电量（Ah_aged)计算电池退化程度。根据本公开示例性实施方式的高 压电池的退化估计方法具有W下优点。
[0014] 1.因为可使用通过纠正由电流传感器读出的电流值获得的平均充电电流 (Icorr)来计算精确的充电量，所W即使不使用与现有技术相比更精确的电流传感器，也可 W使用精确的充电量检测出具有更高精确度的退化，并且还可W减少控制器的成本。
[0015] 2.因为电池退化可基于平均充电电流（Icorr)来检测，所W不管充电功率(输入 功率）的规格如何，均可W检测出退化程度。
[0016] 3.可W改善实际S0C的准确性并且可W确保车辆的更稳定的行驶状态，因为EV、 P肥V等中装载的高压电池的退化可被更准确地估计出。

【专利附图】

【附图说明】
[0017] 从W下结合附图给出的一些示例性实施方式的描述中，本公开的W上及其他目 标、特征和优点将变得显而易见，其中：
[0018] 图1是示出了根据本公开示例性实施方式的高压电池的退化估计方法的示例性 示图；
[0019] 图2是示出了根据本公开另一个示例性实施方式的高压电池的退化估计方法的 示例性示图；
[0020] 图3是示出了根据本公开示例性实施方式的用于检测高压电池的退化在慢充电 过程中出现的电压和电流特性的示例性示图；W及
[0021] 图4是根据本发明示例性实施方式的充电电压曲线随着高压电池的退化程度的 示例性示图。
[0022] 应当理解，附图没必要按比例绘制，并且附图呈现了本发明基本原理的多个示例 性特征示意性一些简化表示。本文中所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、 方向、位置和形状，并且部分通过特定的预期应用和使用环境确定。在图中，贯穿附图的几 幅图，参考标号指代本发明的相同或等效的部件。

【具体实施方式】
[0023] 应当理解，本文所使用的术语"车辆（vehicle)"或者"车辆的（vehi州lar)"或者 其他的类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆（SUV)、公共汽车、卡车、 各种商用车辆的载客车辆，包括各种小船和海船的船只，航天器等，W及包括混合动力汽 车、电动车辆、插入式混合电动车辆、氨动力车辆、燃料电池车辆、及其他替代燃料车辆(例 女口，燃料来源于除石油W外的资源)。如本文中所提及的，混合动力车辆是具有两种W上动 力源的车辆，例如，汽油动力和电动力车辆。
[0024] 尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性处理，但是应当理解， 也可由一个或者多个模块执行该示例性处理。此外，应理解的是，术语控制器/控制单元是 指包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器被配置为存储模块，并且该处理器具体地被 配置为执行所述模块W执行下文中进一步描述的一个或多个处理。
[0025] 此外，本发明的控制逻辑可实施为计算机可读介质上的非临时性计算机可读介 质，计算机可读介质包括由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可 读介质的实例包括但不限于，ROM、RAM、光盘（CD ) -ROM、磁带、软盘、闪存驱动、智能卡W及光 数据存储装置。计算机可读介质也可分布在网络禪合的计算机系统中，从而W分布式方式 (例如由车载通信服务器或控制器局域网络（CAN))存储并执行该计算机可读介质。
[0026] 在此使用的术语仅出于描述【具体实施方式】目的而并非旨在限制本发明。除非上下 文中明确指出不同，否则在此所使用的单数形式"一（a)"、"一个（an)"及"该（the)"也旨在 包括复数形式。将进一步理解的是，术语"包括（comprises)"和/或"包含（comprising)" 在用于此说明书中时指明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一 个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。如在本文中所 使用的，术语"和/或"包括一个或多个相关所列条目的任意W及所有组合。
[0027] 除非在上下文中明确指出或者显而易见，否则在此所使用的术语"大约"应理解为 在本该领域中标准容差的范围内，例如平均值的2个标准偏差内。"大约"可被理解为在陈 述值的 10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0. 5%、0. 1%、0. 05% 或者 0. 01% 内。除非上下文 中清楚地表示并非如此，否则本文中提供的所有数值均由术语"大约"来限定。
[0028] 在下文中，现在将详细地参考本发明的各种示例性实施方式，在附图中示出其实 例并且被描述为如下。尽管已结合示例性实施方式描述了本发明，但应当理解的是，本描述 并非旨在将本发明限于该些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式 而且还涵盖包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同 物W及其他实施方式。
[0029] 本公开的目的在于一种用于检测装载于电动车辆（EV)、插入式混合电动车辆 (P肥V)等内的高压电池(例如，高压裡电池）的退化的方法，其特征在于，电池单元性能的退 化检测可通过基于纠正的充电电流检测高压电池的退化来提高，该纠正充电电流即为通过 提高慢充电过程中电流传感器测量电流的准确性所获得的平均充电电流。
[0030] 在该方面，当检测EV或者P肥V的高压电池的退化时，施加于电池的平均充电电流 可使用慢充电过程中的电池充电电压来计算，并且电池退化可基于平均充电电流来检测。 换言之，在通过从外部电源接收输入电力来执行慢充电的车辆系统(诸如电动车辆）中，根 据本公开示例性实施方式的高压电池的退化估计方法可W通过基于车辆内装载的慢充电 器用从外部电源接收的电力对高压电池充电时的电池充电电压纠正由传感器测量的电池 充电电流，来计算平均测量电流，并且可W通过基于计算的平均电流计算当前充电量来检 测电池退化。
[003。 如图1所示，为了通过纠正充电电流(例如，由传感器测量的电池电流值）来计算 平均充电电流（Icorr)，根据本公开示例性实施方式的高压电池的退化估计方法可包括： 识别(例如，通过传感器）关于被从外部(例如，车辆的外部）供电的慢充电器的输入电流 (lin)、输入电压（Vin)、和充电器环境温度(例如，外部温度）的信息；将信息传输至车辆内 部装载的电池管理系统（BMS)(例如，传输至控制器);通过控制器使用被传输到电池管理系 统的信息计算用于电池充电的输出功率（Pout); W及通过控制器使用由电池管理系统(例 女口，控制器）计算的输出功率（Pout)计算平均充电电流。
[0032] 在识别关于慢充电器的环境温度等的信息之前，可W通过控制器确定慢充电过程 中电池充电电压是否进入为检测退化任意选择的电压区域中。在本公开中，因为电池退化 可基于计算的平均充电电流（Icorr)来检测，所W用于检测退化的电压区域可任意确定。
[0033] 作为参考，如图3所示，对于电动车辆或者插电式混合电动车辆内装载的高压电 池，随着慢充电的进行(例如，随着充电时间流逝)，充电电压可逐渐增加并且充电电流可逐 渐减少。充电功率可保持在恒定值。作为确定的结果，响应于慢充电过程中电池充电电压进 入用于检测退化的电压区域的确定，即，当慢充电过程中电池充电电压进入用于检测退化 的电压区域时，可测量并收集慢充电器的输入电流（lin)、输入电压（Vin)和外部温度。当 从预先制定的表中读取慢充电器的效率时可使用测量的外部温度。表将在下文中描述。
[0034] 在感测信息的过程中，当车辆内部装载的慢充电器接收外部电力时，从外部提供 的输入电流（lin)和输入电压（Vin)可通过使用传感器进行测量来识别，并且慢充电器的 外部温度可通过使用设置在车辆内部的温度传感器进行测量来识别。换言之，连接至慢充 电器的传感器提供与从外部电源提供的输入电压（Vin)和输入电流（lin)相对应的信息并 且提供与慢充电器的外部温度相对应的信息。
[00巧]在传输信息的过程中，感测到的有关慢充电器的输入电流（lin)和输入电压 (Vin)及外部温度的信息可被提供至电池管理系统。
[0036] 此外，计算功率过程（即，计算用于对电池充电的输出功率（Pout))可包括：通过 控制器执行的输入功率计算过程，该过程将输入电流（lin)和输入电压（Vin)相乘来计算 输入至慢充电器的功率(例如，输入功率，Pin) 及输出功率计算过程，该过程将计算的输 入功率（Pin)和基于慢充电器的环境温度的效率(参见表1)相乘来计算用于慢充电器对电 池充电的输出功率（Pout)。输入功率（Pin)可使用由连接至慢充电器的传感器提供的输入 电压（Vin)和输入电流（lin)的值来计算。
[0037] 基于慢充电器的环境温度的效率可用于计算输出功率，并且可使用从表中选出的 值，其中该表通过将慢充电器的环境温度和效率之间的关系进行映射而预先构成的。例如， 表可通过相对于每个温度时慢充电器的输出特性在各种环境温度条件下对每个高压电池 进行慢充电W计算慢充电器的效率，然后平均值化并且每个环境温度映射效率来构造。W 下表1是一个不例。
[0038] 因此，基于慢充电器的环境温度的效率可从预先制定的表中选择和读取W计算输 出功率（化ut)。例如，当慢充电器的环境温度是大约2(TC时，可读出充电效率为F%，并且充 电效率F%可与输入电压（Pin)相乘W计算输出功率（Pout)。
[0039] 衷 1
[0040]

【权利要求】
1. 一种电池退化估计方法，包括： 通过控制器获得关于慢充电器的输入电压（Vin)、输入电流（Iin)和外部温度的信息； 通过所述控制器基于根据所述输入电压（Vin)和所述输入电流（Iin)计算出的输入功 率（Pin)，计算用于充电所述电池的输出功率（Pout); 通过所述控制器基于所述输出功率（Pout)和电池充电电压（Vbatt)计算平均充电电 流（Icorr);以及 通过所述控制器基于所述平均充电电流（Icorr )计算电池退化程度。
2. 根据权利要求1所述的电池退化估计方法，其中，计算所述输出功率包括： 通过所述控制器获得与所述慢充电器的所述外部温度有关的效率；以及 通过所述控制器将所述效率和所述输入功率（Pin)相乘来计算输出功率（Pout)。
3. 根据权利要求2所述的电池退化估计方法，其中，与所述慢充电器的所述外部温度 有关的所述效率是从具有外部温度作为输入和所述慢充电器的效率作为输出的表中读取 的。
4. 根据权利要求1所述的电池退化估计方法，其中，所述平均充电电流（Icorr)通过以 下式子计算： [输出功率（Pout) /电池充电电压（Vbatt) ] X所述慢充电器的效率。
5. 根据权利要求1所述的电池退化估计方法，其中，计算所述电池退化程度包括： 通过所述控制器基于所述平均充电电流（Icorr)计算当前充电量（Ah_aged);以及 通过所述控制器基于所述当前充电量（Ah_aged)计算电池退化程度。
6. 根据权利要求5所述的电池退化估计方法，其中，通过对与所述电池的初次充电阶 段基本相似的电压区域中的平均充电电流（Icorr)进行积分来计算所述当前充电量(Ah_ aged)。
7. 根据权利要求5所述的电池退化估计方法，其中，所述电池退化程度通过以下式子 计算： 100-[当前充电量（Ah_aged)/初次充电量(Ah_initial) ]}X100]。
8. 根据权利要求1所述的电池退化估计方法，其中，当在慢充电过程中所述电池充电 电压（Vbatt)进入预定电压区域时获得所述信息。
9. 一种电池退化估计方法，包括： 通过所述控制器获得与慢充电器的输出电压（Vout)和输出电流（lout)有关的信息； 通过所述控制器使用所述输出电压（Vout)和所述输出电流（lout)计算所述慢充电器 的输出功率（Pout); 通过所述控制器计算与计算的所述输出功率（Pout)有关的平均充电电流（Icorr);以 及 通过所述控制器基于所述平均充电电流（Icorr)计算电池退化程度。
10. 根据权利要求9所述的电池退化估计方法，其中，与所述输出功率（Pout)有关的 所述平均充电电流（Icorr)是从使用输出功率（Pout)作为输入并且使用平均充电电流 (Icorr)作为输出的预先制定的图表中读取的。
11. 根据权利要求9所述的电池退化估计方法，其中，计算所述电池退化程度包括： 通过所述控制器基于所述平均充电电流（Icorr)计算当前充电量（Ah_aged);以及 通过所述控制器基于所述当前充电量（Ah_aged)计算电池退化程度。
12. 根据权利要求11所述的电池退化估计方法，其中，通过对与所述电池的初次充 电阶段基本相似的电压区域中的平均充电电流（Icorr)进行积分来计算当前充电量（Ah_ aged)。
13. 根据权利要求11所述的电池退化估计方法，其中，所述电池退化程度由以下式子 计算： 1〇〇-[{当前充电量(Ah_aged)/初次充电量(Ah_initial) }X100]。
14. 根据权利要求9所述的电池退化估计方法，其中，当在慢充电过程中所述电池充电 电压（Vbatt)进入预定电压区域时获得所述信息。
15. -种电池的退化估计系统，包括： 存储器，被配置为存储程序指令；以及 处理器，被配置为执行所述程序指令，所述程序指令在执行时被配置为： 获得关于慢充电器的输入电压（Vin)、输入电流（Iin)和外部温度的信息； 基于根据所述输入电压（Vin)和所述输入电流（Iin)计算的输入功率（Pin)，计算用于 充电所述电池的输出功率（Pout); 基于所述输出功率（Pout)和所述电池充电电压（Vbatt)计算平均充电电流（Icorr); 以及 基于所述平均充电电流（Icorr )计算电池退化程度。
16. 根据权利要求15所述的系统，其中，执行时用于计算输出功率的所述程序指令进 一步被配置为： 获得与所述慢充电器的外部温度有关的效率；以及 通过将所述效率和所述输入功率（Pin)相乘来计算输出功率（Pout)。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中，与所述慢充电器的外部温度有关的所述效率 是从具有外部温度作为输入和所述慢充电器的效率作为输出的图表中读取的。
18. 根据权利要求15所述的系统，其中，所述平均充电电流（Icorr)通过以下式子计 算： [输出功率（Pout) /电池充电电压（Vbatt) ] X慢充电器的效率。
19. 根据权利要求15所述的系统，其中，执行时用于计算所述电池退化程度的所述程 序指令被进一步执行为： 基于所述平均充电电流（Icorr)计算当前充电量（Ah_aged);以及 基于所述当前充电量（Ah_aged)计算电池退化程度。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中，通过对与所述电池的初次充电阶段基本相似 的电压区域中的平均充电电流（Icorr)进行积分来计算当前充电量(Ah_aged)。
21. -种非临时性计算机可读介质，所述非临时性计算机可读介质包括由控制器执行 的程序指令，所述计算机可读介质包括： 获得有关慢充电器的输入电压（Vin)、输入电流（Iin)和外部温度的信息的程序指令； 基于根据所述输入电压（Vin)和所述输入电流（Iin)计算的输入功率（Pin)计算用于 充电所述电池的输出功率（Pout)的程序指令； 基于所述输出功率（Pout)和所述电池充电电压（Vbatt)计算平均充电电流（Icorr )的 程序指令；以及 基于所述平均充电电流（I corr )计算电池退化程度的程序指令。
【文档编号】G01R31/36GK104422892SQ201310692974
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】金宇成 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社