估计蓄电池的电量状态的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于估计蓄电池的电量状态(SOC蓄电池)的方法，该蓄电池包括多个串联连接的电池单元(C1,...CN)，其特征为在给定时刻确定这些电池单元电压中的最小电池单元电压(UC最小)和最大电池单元电压(UC最大)，并且根据一个包括权重元素的等式来计算分析性地取决于该最小电池单元电压(UC最小)和该最大电池单元电压(UC最大)的一个物理量(Ump)，从而确保当这个相关联的电池单元的电量状态增大时与该最大电池单元电压(UC最大)相关联的这个权重增大，并且当这个相关联的电池单元的电量状态减小时与该最小电池单元电压(UC最小)相关联的这个权重减小。
【专利说明】估计蓄电池的电量状态
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于估计蓄电池的电量状态的方法和装置，该蓄电池包括多个串 联连接的电化学电池单元。
【背景技术】
[0002] 在电动和混合动力车辆的非限制领域中，这些驱动蓄电池的管理系统的主要挑战 之一是估计蓄电池的电量状态或S0C。这个信息是以"蓄电池量计"的形式显示在仪表板上 的，并且允许驾驶员知道剩余里程数自主性。由于电动车辆的自主性不及热动力车辆的自 主性，因此通过向驾驶员提供尽可能可靠的信息来使他/她安心是重要的。蓄电池量计的 估计误差可能确实会致使驾驶员发现他/她处于不愉快的境况（抛锚），或者甚至危险境况 (在超车时缺乏动力）。
[0003] 当前，如图1示意性地展示的，包括有串联连接的N个电化学电池单元Q的蓄电 池的电量状态S0C s%ft通常是基于与这个蓄电池相关的将其作为总体单元的多个测量值来 估计的。因此，一个第一装置1测量跨过串联的所有组电池单元的端子而取得的蓄电池总 电压U蓄电池，并且电流传感器和温度传感器（未示出）分别传送流过该蓄电池的电流I蓄电池 和该蓄电池的温度。使用这三个测量值，一个软件块2使用如安培小时计量方法或卡 尔曼滤波式建模等常规方法来计算电量状态S0C S4ft的估计值。基于全局测量值的这种估 计值大致上对应于这些电池单元的电量状态的平均值。
[0004] 然而，构成蓄电池的这些电化学电池单元由于其构造而具有在就这些电池单元的 容量散布及其内阻散布而言彼此不同的特性，而且由于这些电池单元在蓄电池中的位置会 经受不同的温度变化。其结果是，这些电池单元必然具有彼此不同的电量状态并且该蓄电 池是不平衡的。当这种情况发生时，蓄电池的使用范围受到带有最大电量的电池单元和带 有最少电量的电池单元的影响。在这种情况下，基于整体测量值的估计是不真实的。
[0005] 想象的其他估计装置包括单独估计每个电池单元的电量状态，以便考虑这些电池 单元的不平衡性而由此推导出该蓄电池的电量状态值。图2中示意性地示出的这种装置理 想地包括同时测量跨过构成蓄电池的电池单元Q各自的端子的电压仏至UN的第一件设备 la、对应地传送流过该蓄电池的N个电池单元的电流I 的一个电流传感器（未示出）、 以及提供各个构成蓄电池的电池单元Q的温度?\的多个温度传感器（未示出）。Ν个软 件块2a使用各自的测量值仏、?\和I ，通过使用如安培小时计量方法、或如在文件US 7, 315, 789中所描述的卡尔曼滤波式建模等常规方法来计算每个电池单元Q的电量状态 SOQ的估计值。然后一个计算模块2b基于这些软件块2a所传送的N个电量状态S0C；来 估计该蓄电池的电量状态S0Cs_。尽管这些装置的确是更加准确的，但从软件观点出发它 们的成本也更高并且也更加复杂。这些装置需要跨过构成蓄电池的电池单元各自的端子的 电压测量值以及用于描述每个蓄电池单元特性的多个复杂模型（值得注意的是卡尔曼滤 波器）。在高压蓄电池情况下，例如电动车辆所使用的那些，大量基本电池单元（在现有的 这些蓄电池中为96个双电池单元）使该装置成本显著。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是要克服现有技术的这些缺陷，以较低成本提供一种考虑这些电池 单元的不平衡性用于准确估计蓄电池的电量状态的方法。
[0007] 为此目的，本发明的主题是一种用于估计蓄电池的电量状态的方法，该蓄电池包 括若干串联连接的电化学电池单元，跨过该蓄电池的端子的电压对应于跨过电池单元各自 的端子的这些电压（所谓的电池单元电压）之和，其特征在于，该方法包括：
[0008] -用于在给定时刻确定所述多个电池单元电压中的最小电池单元电压和最大电池 单元电压的步骤；
[0009] -用于计算一个物理量的步骤，该蓄电池的电量状态直接或间接地取决于该物理 量，所述物理量根据一个包括权重元素的等式而分析性地、直接地或间接地取决于所述最 小电池单元电压和所述最大电池单元电压，从而确保当这个相关联的电池单元的电量状态 增大时与该最大电池单元电压相关联的这个权重增大，并且当这个相关联的电池单元的电 量状态减小时与该最小电池单元电压相关联的这个权重减小。
[0010] 根据本发明的其他可能特征：
[0011]-所述物理量是根据以下等式分析性地取决于所述最小电池单元电压并取决于所 述最大电池单元电压的一个权重平均电压：
[0012]
【权利要求】
1. 一种用于估计蓄电池的电量状态（SOCs_)的方法，该蓄电池包括若干串联连接的 电化学电池单元（ Cl，…CN)，跨过该蓄电池的端子的电压对应于跨过电池单元各自的端子的 这些电压之和，即多个所谓的电池单元电压之和，其特征在于，该方法包括： -用于在给定时刻确定所述多个电池单元电压中的最小电池单元电压和最大 电池单元电压（uc4±)的一个步骤； -用于计算一个物理量（Ump;SOCs%ft)的一个步骤，该蓄电池的电量状态（SOC s%ft) 直接或间接地取决于该物理量，所述物理量根据一个包括权重元素的等式而分析性地、直 接地或间接地取决于所述最小电池单元电压和所述最大电池单元电压（u c4±)，从 而确保当这个相关联的电池单元的电量状态增大时与该最大电池单元电压相关联 的这个权重增大，并且当这个相关联的电池单元的电量状态减小时与该最小电池单元电压 (u c4/>)相关联的这个权重减小。
2. 如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，所述物理量是根据以下等式分析性地 取决于所述最小电池单元电压和所述最大电池单元电压的一个权重平均 电压：
其中，队副、00和(k)对应地是在该给定时刻k对该最小电池单元电压和该最大 电池单元电压的采样值，￥1"€是在使用中于这个相关联的电池单元的最小电量状态相对 应的一个预定最小电压阈值，而￥ ± "€是在使用中与这个相关联电池单元的最大电量状态 相对应的一个预定最大电压阈值。
3. 如权利要求2所述的估计方法，其特征在于，该方法进一步包括由所述平均电压估 计该蓄电池的电量状态（SOCS4ft)的、测量在所述时刻流过这些电池单元的电流的、以及在 所述时刻测量该蓄电池的温度的一个步骤。
4. 如权利要求3所述的估计方法，其特征在于，所述估计步骤包括一种卡尔曼式滤波。
5. 如权利要求1所述的估计方法，其特征在于，该方法进一步包括： -使用所述最小电池单元电压（Uc4/>)、在所述时刻流过这些电池单元的电流的测量 值、以及所述时刻一个第一温度测量值来对与该最小电池单元电压相关联的该电 池单元的电量状态SOCc4/> (k)的进行第一估计；以及 -使用所述最大电池单元电压、在所述时刻流过这些电池单元的电流的所述测 量值、以及所述时刻一个第二温度测量值来对与该最大电池单元电压相关联的该 电池单元的电量状态(k)进行第二估计； 并且其特征在于，所述物理量直接是根据以下等式计算出的在所述时刻的该蓄电池的 电量状态（SOCstA)，该等式为
6. 如权利要求5所述的估计方法，其特征在于，所述第一估计和第二估计包括一种卡 尔曼式滤波。
7. 如权利要求5和6中任一项所述的估计方法，其特征在于，所述第一温度测量值和所 述第二温度测量值是表示该蓄电池的温度的同一个测量值。
8. 如权利要求5和6中任一项所述的估计方法，其特征在于，所述第一温度测量值和所 述第二温度测量值对应地是在与该最小电池单元电压相关联的这个电池单元附近 获取的和在与该最大电池单元电压相关联的这个电池单元附近获取的两个不同的 测量值。
9. 一种用于估计蓄电池的电量状态（SOCMft)的装置，该蓄电池包括若干串联连接的 电化学电池单元（ Cl，…CN)，跨过该蓄电池的端子的电压对应于跨过电池单元各自的端子上 的这些电压之和，即多个所谓的电池单元电压之和，其特征在于，该装置包括： -用于在给定时刻确定所述多个电池单元电压中的最小电池单元电压和最大 电池单元电压（Uc4±)的一个装置（3); -用于计算一个物理量（Ump;SOCSWft)的一个装置（4,40-41 ;4,43-44)，该蓄电池的电 量状态（SOCS4ft)直接地或间接地取决于该物理量，所述物理量根据一个包括权重元素的 等式而分析性地、直接地或间接地取决于所述最小电池单元电压和所述最大电池 单元电压（U@ ±)，从而确保当这个相关联的电池单元的电量状态增大时与该最大电池单元 电压相关联的这个权重增大，并且当这个相关联的电池单元的电量状态减小时与 该最小电池单元电压相关联的这个权重减小。
10. 如权利要求9所述的估计装置，其特征在于，该确定装置（3)是一个执行MIN-MAX 功能的模拟部件。
【文档编号】G01R31/36GK104303064SQ201380024661
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年5月3日 优先权日:2012年5月11日
【发明者】A-L·德里迈尔-佛朗哥, L·加尼厄尔, M·卢塞亚 申请人:雷诺两合公司