使用老化补偿的电动车辆电池荷电状态监控的制作方法
【专利说明】使用老化补偿的电动车辆电池荷电状态监控
【背景技术】
[0001] 本发明总体涉及电动车辆中电池荷电状态的确定，以及更具体地涉及电池老化监 控，以跟踪荷电状态和开路电压之间的关系的变化。
[0002] 直流（DC)电源（例如，电池）和用于电动车辆（例如全电动和混合动力）的电力 驱动器的其它元件需要监控，以便使效率和性能最大化，以及确定电池荷电状态（S0C)以 预测在电池供电的情况下剩余的行驶里程。像锂离子（Li-Ion)这样的常见电池种类使用 一起堆放（串联和/或并联连接）在电池组中的大量单独的电池单元。除了监控由电池组 输出的总电压以外，通常还分别监控每个单元，以确定它们的电压产量、电流、以及其它参 数。通常监控每个单元的温度，以便防止过热。
[0003] 由于涉及的高电压水平、各个单元在堆栈中操作时的中间电压的范围以及所需的 高水平的精度，可靠地监控各种电池状态是非常具有挑战性的。各种电池监控集成电路装 置已经在商业上开发，以在车辆环境中使用。商用电池监控集成电路（1C)装置的示例包 括可以从马萨诸塞州，诺伍德的美国模拟器件股份有限公司（Analog Devices, Inc)购买 的AD7280A装置、可以从加利福尼亚州，米尔皮塔斯的凌力尔特公司（Linear Technology Corporation)购买的LTC6804装置、以及可以从加利福尼亚州，米尔皮塔斯的英特砂尔公 司（Intersil Corporation)购买的ISL94212多单元锂离子电池管理器。电力驱动器中典 型的部件是电池能量控制器模块（BECM)，其包括或可以编程为包括除了监控功能以外的各 种电池管理和通信功能。
[0004] S0C尤其是要监控的关键参数，这是由于其被用于估算剩余容量、供电能力、以及 其它电池状态。虽然电流测量值可以被用于跟踪S0C的值，但更精确的方法是基于测量电 池单元的开路电压（0CV)，其与S0C通过作为每个特定的电池设计的特征的已知关系与S0C 相互关联。特别是在锂离子电池的情况下，这种S0C-0CV曲线由于电池老化和使用而变化 (即，偏移）。不精确的S0C-0CV曲线的使用有损精确的S0C估算。
【发明内容】
[0005] 本发明使用通过测量用于与一系列预定的S0C对（vs. )0CV老化曲线进行比较的 充电电压对（vs. )S0C曲线而获得的分段线性模型，并且挑选具有最佳拟合的一个S0C对 (vs.) 0CV老化曲线作为最精确地代表电池或单元的老化状态的一个S0C对（vs.) 0CV老化 曲线。
[0006] 在本发明的一方面，提供一种使用开路电压（0CV)监控电池单元荷电状态（S0C) 的方法。对电池单元应用充电电流。响应于预定的充电电流检测充电状态。充电状态期 间编译包含相对于各个荷电状态增量的多个斜率值的充电斜率矢量。对应于多个储存的 S0C-0CV老化曲线确定多个S0C-0CV斜率矢量，每个S0C-0CV斜率矢量包含相对于等效荷电 状态增量的多个斜率值。选择储存的soc-ocv老化曲线中的具有与充电斜率矢量最佳拟合 的S0C-0CV斜率矢量的一个，用于将测量的0CV值转换成电池单元的S0C值。
[0007] 根据本发明，提供一种使用开路电压（0CV)监控电池单元的方法，其包含：
[0008] 给电池单元充电；
[0009] 响应于预定的充电电流来检测充电状态；
[0010] 在充电之后的电池单元使用期间测量0CV ;以及
[0011] 使用选择的储存的soc-ocv老化曲线来将测量的0CV值转换为电池单元S0C值， 选择的储存的S0C-0CV老化曲线具有与充电斜率矢量最佳拟合的S0C-0CV斜率矢量，其中 基于a)在充电状态期间编译的、包含相对于各个荷电状态（S0C)增量的多个斜率值的充电 斜率矢量以及b)对应于多个储存的soc-ocv老化曲线的多个soc-ocv斜率矢量来选择选 择的soc-ocv老化曲线，每个soc-ocv斜率矢量包含相对于等效荷电状态增量的多个斜率 值。
[0012] 根据本发明的一个实施例，响应于预定的安培-小时电荷增加来检测各个荷电状 态增量。
[0013] 根据本发明的一个实施例，方法进一步包含：
[0014] 在应用充电电流之前测量电池单元的开路电压；
[0015] 其中，每个S0C-0CV斜率矢量具有响应于测量的开路电压而确定的起始值。
[0016] 根据本发明的一个实施例，通过斜率值的最小平方和根据最佳拟合来确定最佳拟 合的soc-ocv斜率矢量。
[0017] 根据本发明的一个实施例，将预定的充电电流检测为在预定的时间内保持在预定 的范围内的准稳态电流。
[0018] 根据本发明的一个实施例，预定的范围对应于用于感测充电电流的峰值精度。
[0019] 根据本发明的一个实施例，响应于预定的温度范围来进一步检测充电状态。
[0020] 根据本发明，提供一种电动车辆，其包含：
[0021] 多单元电池；
[0022] 电池充电器；
[0023] 控制器，控制器编译包含相对于各个荷电状态增量的斜率值的充电斜率矢量，编 译储存的S0C-0CV老化曲线的相对于等效荷电状态增量的多个S0C-0CV斜率矢量，以及选 择储存的soc-ocv老化曲线中的具有与充电斜率矢量最佳拟合的soc-ocv斜率矢量的一个 储存的soc-ocv老化曲线用于将测量的0CV值转换为电池单元S0C值。
[0024] 根据本发明的一个实施例，电动车辆进一步包含用于测量充电电流的电流传感 器，其中各个荷电状态增量是基于测量的充电电流响应于预定的安培-小时电荷增加而被 检测的。
[0025] 根据本发明的一个实施例，电动车辆进一步包含用于在充电之前测量开路电压的 电压传感器，其中每个soc-ocv斜率矢量具有响应于测量的开路电压而获取的起始值。
[0026] 根据本发明的一个实施例，最佳拟合的S0C-0CV斜率矢量是通过斜率值的最小平 方欧氏距离根据最佳拟合来识别的。
[0027] 根据本发明的一个实施例，最佳拟合的S0C-0CV斜率矢量是使用每个斜率的显著 性通过斜率值的最小加权平方欧氏距离根据最佳拟合来识别的。
[0028] 根据本发明的一个实施例，电动车辆进一步包含用于测量充电电流的电流传感 器，其中当预定的充电电流被检测为在预定的时间内保持在预定的范围内的准稳态电流时 充电斜率矢量被编译。
[0029] 根据本发明的一个实施例，预定的范围对应于电流传感器的峰值精度。
[0030] 根据本发明的一个实施例，电动车辆进一步包含测量电池的温度的温度传感器， 其中当测量的温度在预定的温度范围内时充电斜率矢量被编译。
[0031] 根据本发明，提供一种监控电池荷电状态（S0C)的方法，其包含：
[0032] 给电池充电；
[0033] 编译充电斜率矢量，充电斜率矢量包含相对于各个荷电状态增量的斜率值；
[0034] 编译储存的S0C-0CV老化曲线的相对于等效荷电状态增量的多个S0C-0CV斜率矢 量；以及
[0035] 选择储存的S0C-0CV老化曲线中的具有与充电斜率矢量最佳拟合的S0C-0CV斜率 矢量的一个储存的S0C-0CV老化曲线用于将测量的0CV值转换为电池单元S0C值。
【附图说明】
[0036] 图1是对应于特定电池单元的老化的一系列S0C-0CV曲线的曲线图，示出开路电 压和荷电状态之间的关系如何随时间变化；
[0037] 图2是示出在充电过程中增加的单元电压的曲线图连同将要在重叠的时间期间 精确地表征电池单元的一部分S0C-0CV曲线；
[0038] 图3是示出充电斜率矢量的分段确定的曲线图；
[0039] 图4是示出S0C-0CV斜率矢量的分段确定的曲线图；
[0040] 图5是示出使用本发明操作的一种类型的电动车辆的框图；
[0041] 图6是示出依据实施本发明的一个优选实施例的多单元电池以及传感器和控制 器元件的框图；
[0042] 图7是示出本发明的一个优选方法的流程图；
[0043] 图8是示出