一种用于测量电池内阻的系统和方法与流程

本发明涉及一种用于测量车辆电池管理系统的电池内阻的系统和方法，并且特别涉及一种通过反映车辆高电压锂电池的电压和电流的对应关系来测量电池内阻的系统和方法。

背景技术：

大体上，使用以汽油或重油为主要燃料的内燃机的车辆产生的污染物对大气污染有很大影响。因此，为减少污染物的产生，汽车工业正在开发电动车辆或混合动力车辆。

电动车辆是一种使用由电池输出的电能驱动的电池发动机的车辆。因为电动车辆使用电池作为主要动力源，其中多个可以充放电的二级电池形成一个电池组，所以电动车辆不产生废气并且产生极小的噪声。同时，混合动力电动车辆，其作为使用内燃机的车辆和电动车辆之间的中间阶段车辆，是一种使用两个或两个以上动力源，例如内燃机和电池发动机的车辆。现在，使用内燃机和通过连续供应的氢气和氧气的化学反应直接获取电能的燃料电池，或使用电池和燃料电池等的混合型混合动力电动车辆已经被开发出来。

同时，因为使用电能的车辆直接取决于电池的性能，电池的状态可以通过测量每个电池单元的电压、电流、电阻等诊断出来。随着电池使用时间的增加，产生电化学反应的电池特性由于电池内部的不可逆反应而发生变化。作为特性的一个代表性变化，电池的内阻因为电池特性的变化而升高，进而会发生电压特性、温度特性、电池电容等下降。换言之，当内阻被准确地测量时，可以诊断出关于电池特性下降的电池状态。

作为典型的测量电池内阻的方法，连接独立的设备以测量电池内阻的方法，或通过执行对相对于电池输入电流的输出电压建模分析来估计内阻的方法被开发出来。

但是，当电池装安装于车辆中时，可能难以分离电池以测量电池的内阻，并且时间、费用等可能会增加。另外，当测量电池内阻的独立设备安装到车辆中时，配件成本可能会增加。另外，使用建模方法分析相对于输入值的输出值的方法，在应用到嵌入式环境中时可能很困难。另外，作为一种统计方法，使用电压-电流分布获得电阻的方法被开发出来，其中电流离散等于或大于一个定值。此外，基于电流离散(例如，标准差)和电流分布来确定临界值的选择标准可能很困难。

技术实现要素：

本发明提供一种通过分析电压和电流之间的关系，使用有强相关的电压值和电流值估计内阻，以更准确地测量电池内阻的系统和方法。

根据本发明的一个示例性实施方式，用于测量电池管理系统的电池内阻的方法包括：测量电池的电流-电压对；计算所测量的电流-电压对中电流和电压的相关性；以及使用具有等于或大于预设的临界值的相关性的电流-电压对，测量电池的内阻。

附图说明

本发明的上述和其它目的、特征和优势，将从以下详细描述连同附图中更加显而易见。

图1是根据本发明的示例性实施方式的一个示例性的流程图，其示出测量电池内阻的过程；

图2是根据本发明的示例性实施方式的一个示例性的图表，其描述分析电流和电压之间的相关性的方法；

图3是根据本发明的示例性实施方式的一个示例性的图表，其示出当电流和电压之间的相关性为0.9157(R²＝0.9157)时的电流-电压分布以及此时的估计电阻值(线性斜率)(1.276mohm)；

图4是根据本发明的示例性实施方式的一个示例性的图表，其示出当电流和电压之间的相关性为0.9111(R²＝0.9111)时的电流-电压分布以及此时的估计电阻值(线性斜率)(1.265mohm)；

图5是一个示例性的图表，其示出根据相关技术估计电池内阻值的结果，其考虑到了温度、电流的标准差、以及电流的分布。

具体实施方式

应当理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语总体上包括机动车辆，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的乘用车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力电动车辆、氢动力车和其它代用燃料车辆(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或更多种动力源的车辆。

尽管示例性实施方式描述为使用多个单元来实施示例性操作，但可以理解的是，也可以通过一个或多个模块来实施示例性操作。此外，可以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。存储器配置成储存模块，并且处理器具体配置成执行所述模块以实施以下进一步描述的一个或多个操作。

而且，本发明的控制逻辑可实施为含有通过处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、优盘、智能卡和光学数据存储装置。还能够在联网的计算机系统中分布计算机可读记录介质，使得例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分布的方式存储并且执行计算机可读介质。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

除非特别说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外从上下文清 楚得到，本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。

下文将参考附图对本发明的示例性实施方式进行详细说明。在本申请的说明书和权利要求中使用的术语或词语，不应被理解为限于常规的或词典意思，而应基于发明者能适当地定义术语的概念以便以最好的方式解释其发明的原理而理解为符合技术精神的意思和概念。因此，在示例性实施方式和附图中描述的配置不代表本发明全部的技术精神，而仅是示例性实施方式。因此，本发明应理解为涵盖所有变化方式、等同方式、替换方式，其均包括在本申请提交时所附权利要求限定的本发明的精神和范围之内。

图1是根据本发明的示例性实施方式的一个示例性的流程图，其示出测量电池内阻的过程。首先，车辆的电池管理系统可以通过控制器执行在一段预设时间内测量安装在车辆中的电池的电流值和电压值(S210)。特别地，电流值和电压值可以在车辆行驶时通过连接至电池的电流传感器和电压传感器测量，并且可以以预设的恒定的测量周期(例如，1秒)，测量一段预设的时间(例如，一段测量时间)，例如约60秒。测量周期和测量时间可以基于操作者的选择来不同地控制。

此外，电池管理系统可以被配置为使用S210中测量的电流-电压对分析电流和电压之间的相关性(S220)。例如，电池管理系统可以被配置为使用回归分析和相关分析来分析电流和电压之间的相关性。当因变量Y和自变量X之间的关系使用简单线性回归分析由简单的回归线(例如，回归方程)表示时，所述关系可以由如下方程式1)表达。当该简单回归方程式应用到电池时，电池可以有和电流成比例地变化的输出电压，因此，因变量Y可以对应于电压V并且自变量X可以对应于电流I。

Y_i＝a+bX_i＋e_i-------1)

在上述方程式中，Y_i代表情况i的实际观察到的值，a代表Y_i的回归常数，并且b代表作为回归方程的斜率的回归系数。此外，e_i作为情况i的误差、残差(residual)或估算误差，可以被定义为未被描述为变量X和Y之间的模型的情况i的Y值。

简单回归分析在变量X和Y之间的相关性下，获得残差的离差最小的回归模型，推倒出可以估计最适合数据的变量Y值的最佳线性回归线。因此，当推导出改进的回归模型时，回归模型方程可以由下列方程式2)表示，其以图2中所示的图表来表示。

${\hat{Y}}_i=a+b{X}_i-------2)$

在图2中，对于变量X在情况i下的X_i值，变量Y的实际观察值Y_i和根据回归线估计的预测值之间的差可能成为误差平方和(SSE)，其可以由如下方程式3)来表示。

$\mathrm{SSE}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\widehat{y_i})}^2-------3)$

对于X_i的预测值和变量Y的观察值的平均值之间的差可能成为回归平方和(SSR)，其可以由如下方程式4)来表示。

$\mathrm{SSR}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\widehat{y_i}-\stackrel{\‾}{y})}^2-------4)$

此外，误差平方和(SSE)与回归平方和(SSR)之和可以成为变量Y的总离差(total variation)，即总平方和(SST)，其可以由如下方程式5)来表示。

$\mathrm{SST}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2-------5)$

特别地，SSR是变量Y的总离差中根据变量X的离差(variation)而描述的变量Y的离差，而SSE是变量Y的总离差中不根据变量X的离差而被描述的变量Y的离差。因此，电池管理系统可以被配置为计算回归平方和(SSR)与总平方和(SST)之间的比率并且将所计算的值定义为表示电流和电压之间的相关性的值。根据本发明的示例性实施方式，表示电流和电压之间的相关性的值被定义为一个确定系数，其用于确定电池管理系统是否开始计算电池的内阻。

此外，电池管理系统可以被配置为比较确定系数和预设的临界值(例如，约0.9)，并且响应于确定相关系数等于或大于临界值(S230)，可以利用在S210中测定的电流-电压数据基于最小均方计算电池的内阻值(S240)。在计算电阻值的过程中也可以考虑电池的温度。例如， 当电池的温度在20℃至30℃之间时，其出现正常特性，因此电池管理系统可以被配置为使用温度传感器来测量电池的温度，并且当电池的温度T满足25℃<T<30℃的条件时，电池管理系统的控制器可以被配置为利用电压-电流数据计算电阻值。

图3是一个示例性的图表，其示出当电流和电压之间的相关性为0.9157(R²＝0.9157)时电流-电压分布以及此时的估计电阻值(线性斜率)(1.276mohm)，并且图4是一个示例性的图表，其示出当电流和电压之间的相关性为0.9111(R²＝0.9111)时电流-电压分布以及此时的估计电阻值(线性斜率)(1.265mohm)。如图3和图4所示，当电流和电压之间的相关性相当高时，可以知道电流-电压对会稠密地分布。

此外，图5是一个示例性的图表，其示出根据相关技术估计电池内阻值的结果，其考虑到了温度、电流的标准差、以及电流的分布。可以看出，通过如相关技术中考虑不同温度、电流的标准差以及电流分布的复杂过程估计出的电阻值(例如，约1.284nohm,1.255mohm)，与使用本发明的相关性估计出的电阻值(例如，约1.276mohm,1.265mohm)之差极小。

如上所述，根据本发明的示例性实施方式，在估计电池的内阻时，通过反映电压和电流之间的相关性来更准确地测量电池的内阻是可能的。提供如上所述的本发明的示例性实施方式旨在以说明为目的。本领域技术人员能够理解，可以在不偏离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行各种改变和变更，本发明的范围由所附的权利要求及其等同方式限定。