利用反向電流脈沖的電池開(kāi)路電壓測(cè)量的制作方法
【專利摘要】本公開(kāi)涉及一種利用反向電流脈沖的電池開(kāi)路電壓測(cè)量。一種用于車輛的電池管理系統(tǒng)包括控制器，所述控制器被配置為：施加使通過(guò)電池的電流反向的電流脈沖，以減小或消除電池單元極化。在電流脈沖之后，開(kāi)路電壓作為電池的端電壓被測(cè)量。在電流脈沖之后，用于使端電壓接近于開(kāi)路電壓的穩(wěn)定時(shí)間減小。電流脈沖的幅值是基于電池荷電狀態(tài)、電池溫度以及電流脈沖之前的電流幅值的。
【專利說(shuō)明】
利用反向電流脈沖的電池開(kāi)路電壓測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本申請(qǐng)總體上涉及用于車輛中的牽引電池的開(kāi)路電壓測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛利用牽引電池來(lái)提供用于推進(jìn)和附件負(fù)載的電力。在操作期間，電池的荷電狀態(tài)(SOC)隨著牽引電池被充電和放電而變化。SOC可被監(jiān)測(cè)以確保SOC保持在可接受的限制內(nèi)。在可接受的SOC限制以外操作牽引電池會(huì)影響電池壽命。SOC值可用于確定何時(shí)以充電模式或放電模式操作牽引電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—種電池管理系統(tǒng)包括控制器，所述控制器被配置為:響應(yīng)于測(cè)量電池的開(kāi)路電壓的請(qǐng)求，所述電池存在指示電池的端電壓與所述開(kāi)路電壓不同的狀況，在休眠時(shí)間段之前施加電流脈沖以使電池中的電流反向，使得電池的電池單元極化被減小。所述狀況可包括:對(duì)電池進(jìn)行充電持續(xù)大于預(yù)定時(shí)間的時(shí)間以及對(duì)電池進(jìn)行放電持續(xù)大于預(yù)定時(shí)間的時(shí)間。所述控制器還可被配置為:基于端電壓，估計(jì)電池的荷電狀態(tài)。
[0004]—種車輛包括電池，所述電池包括電池單元，當(dāng)電流流過(guò)所述電池時(shí)所述電池單元受到電池單元極化，從而使得所述電池的開(kāi)路電壓和所述電池的端電壓不同。所述車輛還包括控制器，所述控制器被配置為:響應(yīng)于測(cè)量所述電池的開(kāi)路電壓的請(qǐng)求，在休眠時(shí)間段之前施加使所述電流反向的電流脈沖，以減小所述電池單元極化。所述控制器還可被配置為:對(duì)所述電流的測(cè)量值進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生所述電流脈沖的幅值，從而使得所述幅值隨著電流幅值的增加而增加并且隨著電流持續(xù)時(shí)間的增加而增加。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述休眠時(shí)間段可以是由所述電流大約為零的時(shí)間段來(lái)定義的。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電流脈沖的幅值可以是基于以下項(xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè)的:所述電池的荷電狀態(tài)、所述電池的溫度以及流過(guò)所述電池的所述電流的幅值。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電流脈沖可以是當(dāng)所述電流從所述電池流出時(shí)的充電電流脈沖。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電流脈沖可以是當(dāng)所述電流流向所述電池時(shí)的放電電流脈沖。
[0009]—種方法包括:響應(yīng)于電池的荷電狀態(tài)請(qǐng)求，在休眠時(shí)間段之前，通過(guò)控制器根據(jù)電流脈沖曲線使通過(guò)電池的電流反向以減小電池單元極化。所述方法還包括:基于在休眠時(shí)間段之后獲得的電池的端電壓的測(cè)量值，通過(guò)控制器輸出電池的荷電狀態(tài)。
[0010]所述休眠時(shí)間段可以是由所述電流大約為零的時(shí)間段來(lái)定義的。所述電流脈沖的幅值可以是基于以下項(xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè)的:在使電流反向之前流過(guò)電池的電流的幅值、電池的荷電狀態(tài)和電池的溫度。電流脈沖的持續(xù)時(shí)間可以是預(yù)定的。
[0011]所述測(cè)量開(kāi)路電壓的請(qǐng)求可以是響應(yīng)于電池的荷電狀態(tài)的誤差大于預(yù)定誤差幅值或從緊接在前的請(qǐng)求開(kāi)始過(guò)去的時(shí)間大于預(yù)定時(shí)間段的。
[0012]當(dāng)在使電流反向之前電流從電池流出時(shí)，所述電流脈沖可以是充電電流脈沖。當(dāng)在使電流反向之前電流流向電池時(shí)，所述電流脈沖可以是放電電流脈沖。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，提供一種方法，所述方法包括:響應(yīng)于電池的荷電狀態(tài)請(qǐng)求，通過(guò)控制器根據(jù)包括休眠時(shí)間段的電流脈沖曲線使通過(guò)電池的電流反向，以減小電池的電池單元極化;基于在休眠時(shí)間段之后獲得的電池的端電壓的測(cè)量值，通過(guò)控制器輸出電池的荷電狀態(tài)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，與電流脈沖曲線關(guān)聯(lián)的幅值是基于以下項(xiàng)中的一個(gè)或更多個(gè)的:在使電流反向之前流過(guò)電池的電流的幅值、電池的荷電狀態(tài)和電池的溫度。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電流脈沖的持續(xù)時(shí)間是基于電池的參數(shù)的。
[0016]在此公開(kāi)的配置允許在電池操作時(shí)更準(zhǔn)確地估計(jì)荷電狀態(tài)。電流脈沖可被命令以減小或消除電池單元極化效應(yīng)，從而允許開(kāi)路電壓和端電壓趨于相等。在該處理之后的端電壓可被認(rèn)為是等于開(kāi)路電壓的。這準(zhǔn)許更頻繁的開(kāi)路電壓測(cè)量，從而允許更準(zhǔn)確的荷電狀態(tài)估計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是示出典型的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和能量存儲(chǔ)組件的混合動(dòng)力車輛的示圖；
[0018]圖2是由多個(gè)電池單元組成且由電池能量控制模塊監(jiān)測(cè)和控制的可行的電池組配置的示圖；
[0019]圖3是示例電池單元等效電路的示圖；
[0020]圖4是在有放電脈沖和沒(méi)有放電脈沖的情況下的在充電時(shí)間段之后的電池電壓穩(wěn)定時(shí)間的曲線圖；
[0021 ]圖5是用于產(chǎn)生電流脈沖的濾波器的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在此描述本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，應(yīng)理解的是，所公開(kāi)的實(shí)施例僅為示例，并且其它實(shí)施例可采用各種可替代形式。附圖不必按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，參照任一附圖示出和描述的各個(gè)特征可與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖中示出的特征組合以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代表性實(shí)施例。然而，與本公開(kāi)的教導(dǎo)一致的特征的多種組合和變型可被期望用于特定的應(yīng)用或?qū)嵤┓绞健?br>[0023]圖1描繪了典型的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)。典型的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛12可包括機(jī)械地連接到混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16的一個(gè)或更多個(gè)電機(jī)14。電機(jī)14能夠作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16機(jī)械地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)18?；旌蟿?dòng)力傳動(dòng)裝置16還機(jī)械地連接到驅(qū)動(dòng)軸20，驅(qū)動(dòng)軸20機(jī)械地連接到車輪22。電機(jī)14可在發(fā)動(dòng)機(jī)18開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)提供推進(jìn)和減速能力。電機(jī)14還用作發(fā)電機(jī)，并且能夠通過(guò)回收在摩擦制動(dòng)系統(tǒng)中通常作為熱損失掉的能量來(lái)提供燃料經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)允許發(fā)動(dòng)機(jī)以更高效的速度運(yùn)轉(zhuǎn)并允許混合動(dòng)力電動(dòng)車輛12在特定狀況下以發(fā)動(dòng)機(jī)18關(guān)閉的電動(dòng)模式運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)14還可減少車輛排放。
[0024]牽引電池或電池組24存儲(chǔ)可由電機(jī)14使用的能量。車輛電池組24通常提供高電壓直流(DC)輸出。牽引電池24電連接到一個(gè)或更多個(gè)電力電子模塊。一個(gè)或更多個(gè)接觸器42可在斷開(kāi)時(shí)使?fàn)恳姵?4與其它組件隔離，并在閉合時(shí)使?fàn)恳姵?4連接到其它組件。電力電子模塊26還電連接到電機(jī)14，并且在牽引電池24和電機(jī)14之間提供雙向傳輸能量的能力。例如，牽引電池24可提供DC電壓，而電機(jī)14可使用三相交流電(AC)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。電力電子模塊26可將DC電壓轉(zhuǎn)換為三相AC電以操作電機(jī)14。在再生模式下，電力電子模塊26可將來(lái)自用作發(fā)電機(jī)的電機(jī)14的三相AC電轉(zhuǎn)換為與牽引電池24兼容的DC電壓。在此的描述同樣適用于純電動(dòng)車輛。對(duì)于純電動(dòng)車輛，混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16可以是連接到電機(jī)14的齒輪箱，并且發(fā)動(dòng)機(jī)18可以不存在。
[0025]牽引電池24除了提供用于推進(jìn)的能量之外，還可以為其它車輛電力系統(tǒng)提供能量。車輛12可包括DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28，DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28將牽引電池24的高電壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與低電壓車輛負(fù)載相兼容的低電壓DC供電。DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28的輸出可電連接到輔助電池30(例如，12V電池)。低電壓系統(tǒng)可電連接到輔助電池。其它高電壓負(fù)載46(諸如，壓縮機(jī)和電加熱器)可連接到牽引電池24的高電壓輸出。
[0026]車輛12可以是可通過(guò)外部電源36對(duì)牽引電池24進(jìn)行再充電的電動(dòng)車輛或插電式混合動(dòng)力車輛。外部電源36可以是到電插座的連接。外部電源36可電連接到充電器或電動(dòng)車輛供電設(shè)備(EVSE)38。外部電源36可以是由公用電力公司提供的配電網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)。EVSE38可提供用于對(duì)電源36和車輛12之間的能量傳輸進(jìn)行調(diào)節(jié)和管理的電路和控制。外部電源36可向EVSE 38提供DC電力或AC電力。EVSE 38可具有用于插入到車輛12的充電端口34的充電連接器40。充電端口34可以是被構(gòu)造為將電力從EVSE 38傳輸?shù)杰囕v12的任何類型的端口。充電端口34可電連接到充電器或車載電力轉(zhuǎn)換模塊32。電力轉(zhuǎn)換模塊32可對(duì)從EVSE 38供應(yīng)的電力進(jìn)行調(diào)節(jié)，以向牽引電池24提供合適的電壓水平和電流水平。電力轉(zhuǎn)換模塊32可與EVSE 38進(jìn)行接口連接，以協(xié)調(diào)對(duì)車輛12的電力傳輸。EVSE連接器40可具有與充電端口34的相應(yīng)凹入緊密配合的插腳?？蛇x地，被描述為以電的方式結(jié)合或連接的各種組件可使用無(wú)線感應(yīng)耦合來(lái)傳輸電力。
[0027]一個(gè)或更多個(gè)車輪制動(dòng)器44可被提供用于使車輛12減速并阻止車輛12的運(yùn)動(dòng)。車輪制動(dòng)器44可以是液壓致動(dòng)的、電力致動(dòng)的或它們的某種組合。車輪制動(dòng)器44可以是制動(dòng)系統(tǒng)50的一部分。制動(dòng)系統(tǒng)50可包括用于操作車輪制動(dòng)器44的其它組件。為了簡(jiǎn)潔，附圖描繪了車輪制動(dòng)器44中的一個(gè)與制動(dòng)系統(tǒng)50之間的單一連接。制動(dòng)系統(tǒng)50和其它車輪制動(dòng)器44之間的連接是隱含的。制動(dòng)系統(tǒng)50可包括用于監(jiān)測(cè)和協(xié)調(diào)制動(dòng)系統(tǒng)50的控制器。制動(dòng)系統(tǒng)50可監(jiān)測(cè)制動(dòng)組件，并控制用于車輛減速的車輪制動(dòng)器44。制動(dòng)系統(tǒng)50可經(jīng)由制動(dòng)踏板對(duì)駕駛員命令做出響應(yīng)，并還可以自主運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)諸如穩(wěn)定控制的功能。當(dāng)被另一控制器或子功能請(qǐng)求時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)50的控制器可實(shí)現(xiàn)施加被請(qǐng)求的制動(dòng)力的方法。
[0028]一個(gè)或更多個(gè)電力負(fù)載46可連接到高電壓總線。電力負(fù)載46可具有適時(shí)地操作并控制電力負(fù)載46的關(guān)聯(lián)的控制器。電力負(fù)載46的示例可以是加熱模塊或空調(diào)模塊。
[0029]所討論的各種組件可具有一個(gè)或更多個(gè)關(guān)聯(lián)的控制器，以控制并監(jiān)測(cè)所述組件的操作。所述控制器可經(jīng)由串行總線(例如，控制器局域網(wǎng)(CAN))或經(jīng)由離散導(dǎo)線進(jìn)行通信。另外，可存在系統(tǒng)控制器48來(lái)協(xié)調(diào)各種組件的操作。
[0030]牽引電池24可由各種化學(xué)配方構(gòu)成。典型的電池組化學(xué)成分可以是鉛酸、鎳金屬氫化物(NBffl)或鋰離子。圖2示出了由N個(gè)電池單元72的串聯(lián)配置的典型的牽引電池組24。然而，其它的電池組24可由任意數(shù)量單獨(dú)的電池單元以串聯(lián)或并聯(lián)或者它們的某種組合形式連接而成。電池管理系統(tǒng)可具有監(jiān)測(cè)并控制牽引電池24的性能的一個(gè)或更多個(gè)控制器(諸如，電池能量控制模塊(BECM)76)。電池組24可包括用于測(cè)量各種電池組水平特性的傳感器。電池組24可包括一個(gè)或更多個(gè)電池組電流測(cè)量傳感器78、電池組電壓測(cè)量傳感器80和電池組溫度測(cè)量傳感器82AECM 76可包括用于與電池組電流測(cè)量傳感器78、電池組電壓測(cè)量傳感器80和電池組溫度測(cè)量傳感器82進(jìn)行接口連接的電路。BECM 76可具有非易失性存儲(chǔ)器，使得數(shù)據(jù)可在BECM 76處于斷電狀況時(shí)被保存。所保存的數(shù)據(jù)可在下一個(gè)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)循環(huán)時(shí)被使用。
[0031]除了測(cè)量和監(jiān)測(cè)電池組水平特性之外，還可測(cè)量和監(jiān)測(cè)電池單元72的水平特性。例如，可測(cè)量每個(gè)電池單元72的端電壓、電流和溫度。系統(tǒng)可使用傳感器模塊74來(lái)測(cè)量電池單元72的特性。取決于性能，傳感器模塊74可測(cè)量電池單元72中的一個(gè)或多個(gè)的特性。電池組24可利用多達(dá)N。個(gè)傳感器模塊74來(lái)測(cè)量所有電池單元72的特性。每個(gè)傳感器模塊74可將測(cè)量值傳送給BECM 76以作進(jìn)一步的處理和協(xié)調(diào)。傳感器模塊74可將信號(hào)以模擬形式或數(shù)字形式傳送給BECM 76。在一些配置中，傳感器模塊74的功能可被合并到BECM 76內(nèi)部。也就是說(shuō)，傳感器模塊74的硬件可作為BECM 76中的電路的一部分被集成，并且BECM 76可操控原始信號(hào)的處理。BECM 76還可包括用于與一個(gè)或更多個(gè)接觸器42進(jìn)行接口連接以斷開(kāi)和閉合接觸器42的電路。
[0032 ]計(jì)算電池組的各種特性會(huì)是有用的。諸如電池功率容量和電池荷電狀態(tài)的量對(duì)于控制電池組24以及從電池組接收電力的任何電力負(fù)載的操作會(huì)是有用的。電池功率容量是電池24可提供的最大功率量或電池24可接收的最大功率量的測(cè)量值。知道電池功率容量能允許電力負(fù)載被管理，使得請(qǐng)求的功率在電池24可承受的限制內(nèi)。
[0033 ]電池組荷電狀態(tài)(SOC)指示在電池組中剩余多少電荷。SOC可被表示為在電池組中剩余的總電荷的百分比。與燃料表類似，電池組SOC可被輸出以通知駕駛員在電池組中剩余多少電荷。電池組SOC還可被用于控制電動(dòng)或混合動(dòng)力電動(dòng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的操作模式。電池組SOC的計(jì)算可通過(guò)各種方法來(lái)完成。計(jì)算電池SOC的一種可行的方法是執(zhí)行電池組電流對(duì)時(shí)間的積分。此方法在本領(lǐng)域內(nèi)公知為安培小時(shí)積分。
[0034]牽引電池24可以以充電模式和放電模式進(jìn)行操作。在充電模式中，牽引電池24接受電荷，并且電池24的荷電狀態(tài)會(huì)升高。換言之，在充電模式中，電流流進(jìn)牽引電池24，以增加存儲(chǔ)在電池24中的電荷。在放電模式中，牽引電池24消耗電荷，并且電池24的荷電狀態(tài)會(huì)降低。換言之，在放電模式中，電流從牽引電池24流出，以減少存儲(chǔ)在電池24中的電荷。在車輛操作期間，牽引電池24可在充電和放電的交替循環(huán)下操作。
[0035]可以以各種方式對(duì)電池單元72建模。例如，電池單元可被建模為等效電路。圖3示出一種可行的電池單元等效電路模型(ECM)(可被稱作簡(jiǎn)化的Randles(蘭德?tīng)査?電路模型)。電池單元72可被建模為具有關(guān)聯(lián)的阻抗的電壓源100(被稱作開(kāi)路電壓(V。。))。所述阻抗可由一個(gè)或更多個(gè)電阻(102和104)和電容106組成。電池的開(kāi)路電壓(OCV) 100可被表示為電池SOC和溫度的函數(shù)。所述模型可包括內(nèi)電阻η 102、電荷轉(zhuǎn)移電阻r2 104和雙電層電容C 106。電壓V1 112是由于從電壓源100流出電流114而產(chǎn)生的內(nèi)電阻102兩端的電壓降。電壓V2 110是由于電流114流過(guò)r2 104和C 106的并聯(lián)組合而產(chǎn)生的所述并聯(lián)組合兩端的電壓降。端電壓(Vt)1S是電池的端子之間的電壓。參數(shù)η 102,r2 104和C 106的值可取決于電池單元設(shè)計(jì)、溫度和電池化學(xué)成分。牽引電池24可使用具有從電池單元72推導(dǎo)得到的總阻抗值的類似模型來(lái)建模。
[0036]開(kāi)路電壓100可用于確定電池的S0C。電池SOC和開(kāi)路電壓100之間存在關(guān)系使得在開(kāi)路電壓100是已知的情況下可確定電池S0C(例如，S0C = f (V。。))。所述關(guān)系可被表示為可被存儲(chǔ)在控制器存儲(chǔ)器中的曲線圖或表。所述關(guān)系可根據(jù)電池測(cè)試或電池制造商數(shù)據(jù)推導(dǎo)得到。
[0037]在操作期間，電池單元72可受到由電流流過(guò)電池單元導(dǎo)致的極化。極化效應(yīng)可通過(guò)等效電路模型的電阻102、電阻104和電容106來(lái)建模。由于存在電池單元阻抗，所以端電壓Vt 108可能與開(kāi)路電壓100不同。開(kāi)路電壓100是不容易測(cè)量的，而只有電池單元的端電壓108是可測(cè)量的。當(dāng)沒(méi)有電流114流動(dòng)持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間段時(shí)，端電壓108可以與開(kāi)路電壓100相同。在足夠長(zhǎng)的時(shí)間段之后，所述兩個(gè)電壓可被均衡，以允許電池的內(nèi)部動(dòng)態(tài)特性達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。應(yīng)該注意的是，在沒(méi)有電流流過(guò)電池的足夠的穩(wěn)定時(shí)間之后，端電壓108和開(kāi)路電壓100可以是幾乎相等的。一種估計(jì)開(kāi)路電壓100的技術(shù)是:在測(cè)量端電壓108之前，在電池休眠時(shí)間段以后等待足夠長(zhǎng)的時(shí)間段，以確保所述兩個(gè)電壓相近。
[0038]圖4示出了在相對(duì)長(zhǎng)的充電時(shí)間段之后和在相對(duì)短的放電時(shí)間段之后的電池電壓的代表性電壓穩(wěn)定或弛豫時(shí)間的曲線圖300。曲線302表示在相對(duì)長(zhǎng)的充電循環(huán)之后的電池端電壓108的響應(yīng)。即，在時(shí)間零點(diǎn)之前，將充電電壓施加到電池持續(xù)大于預(yù)定時(shí)間段的時(shí)間，并且在時(shí)間零點(diǎn)停止充電(例如，電流為零)。如曲線圖所示，充電后穩(wěn)定時(shí)間306大約是五十秒。曲線304表示當(dāng)在相對(duì)長(zhǎng)的充電循環(huán)之后施加相對(duì)短的放電脈沖時(shí)的電池端電壓108。如曲線圖所示，放電后穩(wěn)定時(shí)間308減小至大約五秒。除了在相對(duì)長(zhǎng)的放電循環(huán)之后施加相對(duì)短的充電脈沖以外，在相對(duì)長(zhǎng)的放電時(shí)間段之后也可獲得類似的曲線。相關(guān)的觀察是:通過(guò)使流過(guò)電池的電流反向持續(xù)相對(duì)短的時(shí)間，開(kāi)路電壓100和端電壓108可在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到均衡。即，在充電或放電循環(huán)之后使通過(guò)電池的電流反向?qū)е码姵貎?nèi)的極化效應(yīng)在更短的時(shí)間內(nèi)消除?？赏ㄟ^(guò)施加具有相反極性的電流脈沖來(lái)減少電壓穩(wěn)定時(shí)間。在使電流流向電池(例如，充電)的相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間段之后，從電池引出相對(duì)短的電流脈沖(例如，放電)可減少電壓弛豫時(shí)間。
[0039]—些電池管理系統(tǒng)可在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)測(cè)量端電壓108，以確保電壓在測(cè)量前是穩(wěn)定的。這樣的系統(tǒng)假設(shè)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)間足夠使得牽引電池24中的任何動(dòng)態(tài)電壓和電流已經(jīng)穩(wěn)定。當(dāng)端電壓108和開(kāi)路電壓100達(dá)到均衡時(shí)，測(cè)量端電壓108可得到開(kāi)路電壓100的準(zhǔn)確估計(jì)值。假設(shè)在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)沒(méi)有電流流過(guò)電池24，端電壓108和開(kāi)路電壓100可以是大致相等的。這個(gè)初始的開(kāi)路電壓值可被用于初始化電池S0C。在點(diǎn)火循環(huán)的剩余時(shí)間內(nèi)，電池SOC可使用安培小時(shí)積分或其它方法來(lái)被更新。隨著電池隨時(shí)間進(jìn)行操作，誤差會(huì)由于安培小時(shí)積分而累積，這會(huì)導(dǎo)致電池SOC是不準(zhǔn)確的。
[0040]在車輛12的操作期間，牽引電池24可在充電時(shí)間段和放電時(shí)間段之間交替，使得通過(guò)測(cè)量端電壓108難以準(zhǔn)確地測(cè)量開(kāi)路電壓100。在牽引電池24的操作期間，電池組電壓或單獨(dú)的電池單元端電壓108可以被測(cè)量，但是不可準(zhǔn)確地反映開(kāi)路電壓100。為了獲得開(kāi)路電壓100的準(zhǔn)確的值，電池端電壓108應(yīng)該處于在沒(méi)有施加負(fù)載的情況下的穩(wěn)態(tài)狀況。即，端電壓108不應(yīng)該正在變化，并且應(yīng)該沒(méi)有電流114正在流過(guò)電池24。由于電池24的內(nèi)阻抗和極化效應(yīng)，使得端電壓108需要一定的時(shí)間以穩(wěn)定到穩(wěn)態(tài)值。這種效應(yīng)尤其存在于如關(guān)于圖4所討論的電池24的充電或放電的延伸時(shí)間段之后。經(jīng)過(guò)相對(duì)長(zhǎng)的充電或放電循環(huán)，電池24的等效內(nèi)電容106可變成被充電并且甚至在電流流動(dòng)停止之后還會(huì)保持電荷。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，電荷會(huì)消失，并且端電壓108可接近開(kāi)路電壓100。
[0041]參照?qǐng)D3的等效電路模型，在充電期間，電壓V2 110可隨時(shí)間變化為負(fù)的最終的極化電壓。當(dāng)充電停止(例如，零電流狀況)時(shí)，電壓V2 110可以以取決于電池單元的電容106和電阻r2 104的速率衰減到零。衰減到零的時(shí)間可被稱作電池弛豫時(shí)間。適當(dāng)?shù)姆烹婋娏鞯奶砑涌墒闺奡V2 110在更少的時(shí)間內(nèi)衰減到零。通過(guò)在充電循環(huán)之后將電流反向(例如，施加放電電流)，極化電壓110可在較短的時(shí)間段內(nèi)減小。
[0042]類似地，在放電期間，電壓V2110可隨時(shí)間變化為正的最終極化電壓。當(dāng)放電停止(例如，零電流狀況)時(shí)，電壓V2 110可以以取決于電池單元的電容106和電阻r2 104的速率衰減至零。適當(dāng)?shù)某潆婋娏鞯奶砑涌稍试S電壓V2 110在更少的時(shí)間內(nèi)衰減至零。通過(guò)在放電循環(huán)之后使電流反向，極化電壓110可在較短的時(shí)間段內(nèi)減小至零。
[0043]主動(dòng)消除極化電壓110的影響使得端電壓108和開(kāi)路電壓100能在較少的時(shí)間內(nèi)達(dá)到幾乎相等。在這種情況下，端電壓108的測(cè)量值變?yōu)殚_(kāi)路電壓100的準(zhǔn)確表示。
[0044]如果開(kāi)路電壓100可在點(diǎn)火循環(huán)期間被更頻繁且準(zhǔn)確地測(cè)量，則電池SOC的值可得到改善。由于電池24的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，使得端電壓108可能不會(huì)一直準(zhǔn)確地表示開(kāi)路電壓100。即使命令通過(guò)電池24的電流為零，也可能花費(fèi)一些時(shí)間用于使端電壓108和開(kāi)路電壓100達(dá)到均衡。例如，當(dāng)對(duì)電池24進(jìn)行充電(電流114流入電池24)時(shí)，可能花費(fèi)大約五十秒用于使端電壓108能準(zhǔn)確地表示開(kāi)路電壓100。在車輛操作期間，可能無(wú)法在不影響車輛性能的情況下命令流經(jīng)電池24的電流為零持續(xù)這樣的時(shí)間段。
[0045]電池管理系統(tǒng)可嘗試控制電池的充電和放電，以便確保開(kāi)路電壓100可被準(zhǔn)確地測(cè)量。電池管理系統(tǒng)可被配置為:在電流反向充電/放電脈沖之后測(cè)量端電壓108。電池管理系統(tǒng)還可被配置為產(chǎn)生電流脈沖，以便測(cè)量端電壓108。電流脈沖之后可以是休眠時(shí)間段，以允許端電壓108在測(cè)量之前穩(wěn)定至穩(wěn)態(tài)值。電流脈沖還可被定義為電流脈沖曲線，所述電流脈沖曲線詳細(xì)說(shuō)明電流脈沖在脈沖間隔的持續(xù)時(shí)間和幅值。控制器76可基于電池24的操作狀況生成所述電流脈沖曲線。電流脈沖的期望的效果是消除電池中的極化。在一些情況下，電流脈沖可按照可快速消失的小的量使極化反向。
[0046]當(dāng)開(kāi)路電壓100的測(cè)量被請(qǐng)求或期望時(shí)，電池管理系統(tǒng)可確保端電壓108在充電/放電循環(huán)之后的預(yù)定穩(wěn)定時(shí)間被測(cè)量。系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)端電壓108以及充電和放電狀態(tài)。在請(qǐng)求測(cè)量開(kāi)路電壓100的情況下，控制器可確保端電壓108的測(cè)量跟隨使通過(guò)電池的電流反向的電流脈沖。如果電池24當(dāng)前正在執(zhí)行放電循環(huán)，則控制器76可命令充電脈沖。如果電池24當(dāng)前正在執(zhí)行充電循環(huán)，則控制器76可命令放電電流脈沖以使電流從電池流出。充電/放電電流脈沖之后可以是電流被命令為零持續(xù)預(yù)定的穩(wěn)定時(shí)間的時(shí)間段?？刂破?6隨后可等待預(yù)定的穩(wěn)定時(shí)間，以測(cè)量端電壓108。此時(shí)，測(cè)得的端電壓108可以是等于開(kāi)路電壓100的。
[0047]開(kāi)路電壓100的測(cè)量可在各種情況下被請(qǐng)求。在一些配置中，可在電壓測(cè)量之間的預(yù)定時(shí)間段之后做出請(qǐng)求。在一些配置中，當(dāng)估計(jì)的SOC誤差大于預(yù)定閾值時(shí)可做出請(qǐng)求。在一些配置中，當(dāng)期望進(jìn)行電池SOC估計(jì)時(shí)可做出請(qǐng)求。其它情況是可能的，并且一些配置可利用所述情況中的一個(gè)或更多個(gè)來(lái)請(qǐng)求開(kāi)路電壓100的測(cè)量。
[0048]如果電池控制器76當(dāng)前正在執(zhí)行充電循環(huán)，則控制器76可中斷充電循環(huán)并命令放電電流脈沖。放電電流脈沖之后可以是電流大約為零的休眠時(shí)間段。放電電流脈沖可被施加，并且端電壓108可在休眠時(shí)間段之后被測(cè)量。注意的是，電池控制器76可與發(fā)動(dòng)機(jī)18和電機(jī)14協(xié)調(diào)，以確保適當(dāng)?shù)碾娏捎糜谕七M(jìn)和其它子系統(tǒng)。另外，電池控制器76可命令外部負(fù)載46從電池24接收機(jī)放電能量。放電電流脈沖可以是命令外部負(fù)載46中的一個(gè)或更多個(gè)從牽引電池24引出電流的結(jié)果。例如，加熱器可被啟動(dòng)，以從電池24引出電流持續(xù)預(yù)定的時(shí)間。
[0049]如果電池控制器76當(dāng)前正在執(zhí)行放電循環(huán)，則控制器76可中斷放電循環(huán)并命令充電電流脈沖。充電電流脈沖之后可以是電流大約為零的休眠時(shí)間段。電池控制器76可與發(fā)動(dòng)機(jī)18和電機(jī)14協(xié)調(diào)，以確保充電電流被提供給牽引電池24。
[0050]圖5描繪了一種可行的用于確定電流脈沖的幅值的配置的框圖。濾波器400可被利用以使得電流脈沖410的幅值是基于電池電流404的過(guò)濾后的版本的。濾波器400可以是具有濾波器時(shí)間常數(shù)(例如，Tau)的一階低通濾波器，所述濾波器時(shí)間常數(shù)可以是基于第一輸入406和第二輸入408的。第一輸入406可以是電池組S0C。第二輸入可以是電池組溫度。所述濾波器時(shí)間常數(shù)可來(lái)源于查找表402，查找表402輸入第一輸入406和第二輸入408并輸出濾波器時(shí)間常數(shù)。濾波器400可以這樣的方式被配置:使得經(jīng)過(guò)基于濾波器時(shí)間常數(shù)的時(shí)間段，濾波器400的輸出(例如，電流脈沖幅值410)接近于輸入(例如，電池電流404)。濾波器400可以以電池電流恒定的較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間將產(chǎn)生充電/放電電流脈沖幅值410的較大的幅值的方式進(jìn)行操作。如果持續(xù)時(shí)間等于若干個(gè)濾波器時(shí)間常數(shù)，則充電/放電電流脈沖的幅值可接近于恒定的電池電流幅值。
[0051 ]濾波器操作的原理是:充電/放電電流脈沖幅值410是電池電流404的幅值和持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。與被施加短的持續(xù)時(shí)間的大電池電流相比，被施加長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間的相同的大電池電流幅值將產(chǎn)生更大的充電/放電脈沖幅值410。
[0052]充電/放電電流脈沖的持續(xù)時(shí)間可以是固定值。例如，充電/放電電流脈沖可以被設(shè)置為一秒的預(yù)定時(shí)間。在一些配置中，充電/放電電流脈沖持續(xù)時(shí)間可以是基于其它參數(shù)的可變的時(shí)間量。預(yù)定時(shí)間可以是基于電池參數(shù)(諸如，電阻和等效電容)的。充電/放電電流脈沖的幅值和持續(xù)時(shí)間可以是足以完全或部分消除電池24的電池單元極化的，從而使得端電壓108將在值上接近于開(kāi)路電壓100。
[0053]所公開(kāi)的策略的實(shí)際應(yīng)用可以是在車輛停車(例如，在紅燈處、在停止標(biāo)識(shí)處)的情況下的。通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行充電的再生制動(dòng)，車輛的速度可能減小。當(dāng)車輛停止時(shí)，電池控制器可請(qǐng)求開(kāi)路電壓測(cè)量。電池控制器可命令放電脈沖減少或消除來(lái)源于電池充電循環(huán)的極化效應(yīng)。放電脈沖導(dǎo)致電流反向持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間段，以減少或消除電池單元的極化。在零電流的休眠時(shí)間段期間，端電壓可被測(cè)量。開(kāi)路電壓隨后可被確定為測(cè)得的端電壓。所公開(kāi)的策略允許在車輛操作期間進(jìn)行更頻繁的開(kāi)路電壓估計(jì)。
[0054]在此公開(kāi)的處理、方法或算法可被傳送到處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)/通過(guò)處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，所述處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)可包括任何現(xiàn)有的可編程電子控制單元或者專用的電子控制單元。類似地，所述處理、方法或算法可以以多種形式被存儲(chǔ)為可被控制器或計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)據(jù)和指令，所述多種形式包括但不限于永久地存儲(chǔ)在非可寫存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如，ROM裝置)上的信息以及可變地存儲(chǔ)在可寫存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如，軟盤、磁帶、CD、RAM裝置以及其它磁介質(zhì)和光學(xué)介質(zhì))上的信息。所述處理、方法或算法還可被實(shí)現(xiàn)為軟件可執(zhí)行對(duì)象?？蛇x地，所述處理、方法或算法可使用合適的硬件組件(諸如，專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、狀態(tài)機(jī)、控制器或者任何其它硬件組件或裝置)或者硬件、軟件和固件組件的組合被整體或部分地實(shí)現(xiàn)。
[0055]盡管上面描述了示例性實(shí)施例，但并不意在這些實(shí)施例描述了權(quán)利要求所涵蓋的所有可能形式。說(shuō)明書中使用的詞語(yǔ)為描述性詞語(yǔ)而非限制，并且應(yīng)理解，可在不脫離本公開(kāi)的精神和范圍的情況下作出各種改變。如前所述，各個(gè)實(shí)施例的特征可被組合，以形成可能未被明確描述或示出的本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。盡管各個(gè)實(shí)施例可能已被描述為提供優(yōu)點(diǎn)或者在一個(gè)或多個(gè)期望的特性方面優(yōu)于其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，一個(gè)或多個(gè)特征或特性可被折衷，以實(shí)現(xiàn)取決于具體應(yīng)用和實(shí)施方式的期望的整體系統(tǒng)屬性。這些屬性可包括但不限于成本、強(qiáng)度、耐久性、生命周期成本、可銷售性、外觀、包裝、尺寸、維護(hù)保養(yǎng)方便性、重量、可制造性、裝配容易性等。如此，被描述為在一個(gè)或更多個(gè)特性方面不如其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式的實(shí)施例并不在本公開(kāi)的范圍之外，并且可被期望用于特定的應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電池管理系統(tǒng)，包括: 控制器，被配置為:響應(yīng)于在指示電池的端電壓與電池的開(kāi)路電壓不同的狀況下測(cè)量電池的開(kāi)路電壓的請(qǐng)求，在休眠時(shí)間段之前施加用于使電池中的電流反向的電流脈沖，使得電池的電池單元極化減小。2.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述狀況包括對(duì)電池充電持續(xù)大于預(yù)定時(shí)間的時(shí)間。3.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述狀況包括電池放電持續(xù)大于預(yù)定時(shí)間的時(shí)間。4.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述休眠時(shí)間段由電池中的電流大約為零的時(shí)間段來(lái)定義。5.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述電流脈沖的幅值是基于電池的荷電狀態(tài)的。6.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述電流脈沖的幅值是基于電池的溫度的。7.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述電流脈沖的幅值是基于電池中的電流的幅值的。8.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，所述電流脈沖的持續(xù)時(shí)間是基于電池的參數(shù)的。9.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述電流為放電電流時(shí)所述電流脈沖為充電脈沖，并且當(dāng)所述電流為充電電流時(shí)所述電流脈沖為放電脈沖。10.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，測(cè)量所述開(kāi)路電壓的請(qǐng)求是響應(yīng)于電池的荷電狀態(tài)的誤差大于預(yù)定誤差幅值的。11.如權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其中，測(cè)量所述開(kāi)路電壓的請(qǐng)求是響應(yīng)于從緊接在前的請(qǐng)求開(kāi)始過(guò)去的時(shí)間大于預(yù)定時(shí)間段的。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK105988087SQ201610157206
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】常曉光, 王旭, 蘇申·何, 何川
【申請(qǐng)人】福特全球技術(shù)公司