用于估算混合二次电池的电压的装置及其方法_3

文档序号:9872331阅读:来源:国知局
动装置可以为例如:电驱动移动装置诸如电动汽车(EV)、混合动力汽车 (HEV )、插电式混合动力汽车(PHEV)或电动自行车;手持设备诸如移动电话、智能电话或智 能平板;可移动计算机诸如便携式计算机;可移动摄像设备诸如摄像机或数码相机;或用于 电网或不间断电源的大容量储能系统(ESS),但不限于此。
[0087] 尽管本公开不限于负载的具体类型,但负载可以为旋转动力装置诸如电动机、电 力转换装置诸如换流器等而没有限制。
[0088] 另外,装置100还可以可选地包含存储单元160。存储单元160不限于任何具体类型 的存储介质,只要其能够记录和擦除信息即可。在一个实例中,存储单元160可以为RAM、 ROM、寄存器、硬盘、光学记录介质或磁记录介质。此外,可以通过例如数据总线等将存储单 元160与控制单元130连接以允许控制单元130的访问。存储单元160存储和/或更新和/或擦 除和/或传输由控制单元130执行的包含各种控制逻辑的程序和/或在执行控制逻辑时生成 的数据。存储单元160逻辑上可分为两个或多个,且包含在控制单元130中而没有限制。 [0089] 另外,装置100还可以可选地包含显示单元150。显示单元150不限于任何具体的类 型,只要其能够作为图形界面显示由控制单元130生成的信息即可。在一个实例中,显示单 元150可以为液晶显示器、LED显示器、OLED显示器、E-INK显示器、柔性显示器等。显示单元 150可以直接或间接地与控制单元130连接。在后者的情况下,显示单元150可以位于与控制 单元130所处的区域物理地隔开的区域。此外,可以将第三方控制单元(未示出)配置在显示 单元150与控制单元130之间,在该情况下第三方控制单元可以接受要显示在显示单元150 上的来自控制单元130的信息并且将接受的信息显示在显示单元150上。为此,可以通过通 讯接口连接第三方控制单元和控制单元130。
[0090] 在控制单元130的控制下,传感器单元120可以以一定的时间间隔重复地测量混合 二次电池110的工作电流I,并且向控制单元130输出测得的工作电流I。本文中所用的"工作 电流Γ指的是混合二次电池110的充电电流或放电电流。
[0091] 可选地,在控制单元130的控制下,传感器单元120可以测量混合二次电池110的电 压,并且向控制单元130输出测得的电压。进行这一电压测量以设定用于电路模型的一些参 数的初始条件,这将在以下进行详细说明。
[0092] 传感器单元120可以包含电压测量装置和电流测量装置。所述电压测量装置可以 被构造为基于参比电势测量混合二次电池110的电压的电路。所述电流测量可以被构造为 被安装在充电电流或放电电流所流经的线上的检测电阻。然而,本公开不限于电压测量装 置和电流测量装置的具体构造。
[0093] 电压测量装置和电流测量装置可以包含在一个传感器单元120中,但可以彼此物 理地隔开。在这种实例中,必须将传感器单元120理解为包含彼此隔开的电压测量装置和电 流测量装置的概念。
[0094] 控制单元130为能够执行用于估算混合二次电池110的电压所必需的至少一个或 多个控制逻辑的组成元件,并且在非限制性实例中,可以使用预定义的电路模型估算混合 二次电池110的电压。
[0095] 在优选的实施方式中,电路模型可以包含串联和/或并联连接从而模拟混合二次 电池110的电压变化的至少一个或多个电路单元。
[0096] 图4为说明根据本公开的实施方式的电路模型200的电路图。
[0097]参照图4,为了模拟混合二次电池110的电压变化,电路模型200包含并联连接的第 一电路单元210和第二电路单元220。
[0098] 提供第一电路单元210以模拟第一二次电池的电压变化,且第一电路单元210包含 均为串联连接的第一开路电压元件210a和可选的第一阻抗元件210b。
[0099] 类似地,提供第二电路单元220以模拟第二二次电池的电压变化,且第二电路单元 220包含均为串联连接的第二开路电压元件220a和可选的第二阻抗元件220b。
[0100] 在混合二次电池110充电或放电期间,在第一开路电压元件210a的两端处形成按 照第一二次电池的第一荷电状态Zc=I的量值变化的第一开路电压OCVc=I (Zc=I),且在第二开路 电压元件220a的两端处形成按照第二二次电池的第二荷电状态Zd的量值变化的第二开路 电压OCVc2(Zc2) 〇
[0101] 优选地,基于第一二次电池的第一荷电状态Zc^与相应的开路电压之间预定义的相 关性可以确定第一开路电压OCVcl(Z cl)。
[0102] 类似地,基于第二二次电池的第二荷电状态Zc;2与相应的开路电压之间预定义的相 关性可以确定第二开路电压OCV c2(Zc2)。
[0103] 优选地,从根据荷电状态变化测得的开路电压曲线可以获得所述预定义的相关 性。
[0104] 根据一个实施方式,预定义的相关性可以为查找表,所述查找表可以映射与各荷 电状态对应的开路电压。通过使用关于第一和第二二次电池的每一荷电状态测得的开路电 压数据可以获得这种查找表。在本实例中,可以通过试验获得开路电压数据。
[0105] 根据另一个实施方式,预定义的相关性可以为查找函数,所述查找函数可以分别 包含荷电状态和开路电压作为输入参数和输出参数。通过对包含在关于第一和第二二次电 池的每一荷电状态测得的开路电压曲线中的坐标数据的数值分析可以获得这种查找函数。
[0106] 优选地,第一阻抗元件210b和第二阻抗元件220b可以各自包含至少一个电路元件 以模拟在第一二次电池和第二二次电池的工作期间生成的IR电压和/或极化电压。
[0107] 本文中所用的"IR电压"指的是由二次电池充电或放电期间的二次电池的内电阻 生成的电压。
[0108] 由于IR电压,在二次电池充电期间二次电池的电压高于开路电压,且在二次电池 的放电期间低于开路电压。
[0109] 包含在第一阻抗元件210b和第二阻抗元件220b中的电路元件的数目和类型以及 电路元件间的连接关系可以根据第一二次电池和第二二次电池的电化学性质而确定,优选 可以通过关于AC阻抗测量试验的试错法进行确定。此外,通过如下可以将各电路元件的电 学特性值调节至最佳值:利用AC阻抗测量试验设定合适的值,然后通过调整使根据本公开 的电压估算与在准确试验条件下获得的电压测量之间的误差减到最小。
[0110] 根据一个方面,第一阻抗元件210b和/或第二阻抗元件220b可以包含至少一个电 阻器、至少一个电容器、至少一个电感器或它们的选择性组合。当第一阻抗元件210b和/或 第二阻抗元件220b包含多个电路元件时,各电路元件可以彼此串联和/或并联连接。
[0111] 在【具体实施方式】中,第一阻抗元件210b可以包含至少一个由并联连接的电阻器和 电容器构成的RC电路RC n,cl,和与其串联连接的电阻器Ro,cl。如本文中所用的,η为表示第η个 RC电路的序号。
[0112] 类似地,第二阻抗元件220b可以包含至少一个由并联连接的电阻器和电容器构成 的RC电路RCm,。2,和与其串联连接的电阻器Ro,。2。如本文中所用的,m为表示第m个RC电路的序 号。
[0113] RC电路RU,cl、RCm,c2对应于提供用来模拟在第一二次电池和第二二次电池的工作 期间生成的极化电压的电路元件。包含在RC电路RC n, cl、RCm,。2中的电阻器和电容器的元件的 电学特性值和数目以及RC电路RU, cl、RCm,c2的数目可以根据第一二次电池和第二二次电池 的极化电压特性而变化。此外,当第一二次电池和第二二次电池的极化电压小至可省略不 计时,可以省略RC电路RC n, cl、RCm, c2。
[0114] 串联电阻器Ro,对应于提供用来模拟在第一二次电池和第二二次电池的工 作期间生成的IR电压的电路元件。串联电阻器Ro,的电学特性值可以根据IR电压特性 而变化。此外,根据需要,串联电阻器Ro,的数目可以为两个或更多。当第一二次电池 和第二二次电池的四电压小至可省略不计时,可以省略串联电阻器 Rq,c1、R(),c2。
[0115] 优选地,通过使用从第一阻抗元件210b中包含的电路元件的连接关系和电学特性 值导出的第一阻抗电压方程,控制单元130可以确定由第一阻抗元件210b形成的第一阻抗 电压V 1, η。类似地,通过使用第二阻抗元件220b中包含的电路元件的连接关系和电学特性 值导出的第二阻抗电压方程,控制单元130可以确定由第二阻抗元件220b形成的第二阻抗 电压V 1,。2。如本文中所用的,基于对应的电路元件的类型可以确定各个电路元件的电学特 性值,且所述电学特性值可以为电阻值、电容值和电感值中的任一种。
[0116] 基于通过包含在第一阻抗元件210b中串联连接的电路元件形成的电压的总和可 以确定第一阻抗电压V1, cl,且基于通过包含在第二阻抗元件220b中串联连接的电路元件形 成的电压的总和可以确定第二阻抗电压V1,。 2。
[0117] 优选地,当第一阻抗元件210b和第二阻抗元件220b包含串联电阻器时,在确定第 一阻抗电压V 1,cl和第二阻抗电压1,。2时可能不会将由串联电阻器形成的电压考虑在内。
[0118] 当第一阻抗元件210b和/或第二阻抗元件220b包含至少一个或多个RC电路时,可 以基于如下方程(1)的时间离散方程确定由各RC电路形成的电压。由于以下时间离散方程 是公知的,所以在此不再详细说明该方程的推导方法。
[0120] 在方程(I)中,k表示时间序号,Δ t表示时间序号k与时间序号k+1之间的时间间 隔,R和C分别表示包含在RC电路中的电阻器的电阻值和电容器的电容值,I RC [ k ]表示流经RC 电路的电流。
[0121] 同时,工作电流I等于流经第一电路单元210的第一电流Icl和流经第二电路单元 220的第二电流1。 2的总和。因
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