用于自動(dòng)停止應(yīng)用的鉛酸充電狀態(tài)估計(jì)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于自動(dòng)停止應(yīng)用的鉛酸充電狀態(tài)估計(jì)
[0001] 相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)主張于2013年4月16日提交的名稱為"用于自動(dòng)停止應(yīng)用的鉛酸充電狀 態(tài)估計(jì)"、序號(hào)為61/812, 534的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和利益，該申請(qǐng)通過(guò)引用的方式全部 并入本文中。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 本公開(kāi)大體上涉及電池和電池系統(tǒng)領(lǐng)域。更具體而言，本公開(kāi)涉及可以在車輛環(huán) 境中以及其它能源存儲(chǔ)/消耗應(yīng)用中使用的電池系統(tǒng)。
[0005] 本部分旨在向讀者介紹可以與以下描述和/或要求保護(hù)的本公開(kāi)的各方面相關(guān) 的領(lǐng)域的各個(gè)方面。相信這種論述有助于向讀者提供背景信息以促進(jìn)對(duì)本公開(kāi)各方面的更 好理解。從而，應(yīng)當(dāng)理解，這些陳述應(yīng)當(dāng)據(jù)此來(lái)閱讀，而不是作為現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。
[0006] 車輛一般使用一個(gè)或多個(gè)電池系統(tǒng)來(lái)給車輛中的部件供電，包括空調(diào)、無(wú)線電、報(bào) 警系統(tǒng)以及其它電子系統(tǒng)。為了減少所產(chǎn)生的不希望排放物的量并且提高車輛的燃料效 率，已經(jīng)對(duì)車輛技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。例如，一些車輛，諸如微混合動(dòng)力車輛，可以在車輛固定不 動(dòng)時(shí)禁用內(nèi)燃機(jī)，并且利用電池系統(tǒng)繼續(xù)給電子設(shè)備供電，以及在希望推進(jìn)力的時(shí)候重啟 (例如，起動(dòng)）發(fā)動(dòng)機(jī)。如在本文所使用的，當(dāng)車輛固定不動(dòng)時(shí)禁用發(fā)動(dòng)機(jī)和重啟發(fā)動(dòng)機(jī)的 能力被稱為"自動(dòng)停止"操作。
[0007] 從而，由于電池系統(tǒng)一般不能在自動(dòng)停止期間再充電，因此通過(guò)監(jiān)視電池系統(tǒng)向 車輛供電的能力，可以提高車輛操作的穩(wěn)定性并且可以優(yōu)化車輛的操作。例如，這可以包括 確定電池系統(tǒng)的充電狀態(tài)（state of charge，S0C)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 以下概述了在范圍上與所公開(kāi)的主題相當(dāng)?shù)哪承?shí)施例。這些實(shí)施例不旨在限制 本公開(kāi)的范圍，這些實(shí)施例僅僅旨在提供某些所公開(kāi)實(shí)施例的簡(jiǎn)要概述。實(shí)際上，本公開(kāi)可 以涵蓋可以與以下闡述的實(shí)施例相似或不同的各種形式。
[0009] 第一實(shí)施例描述了一種方法，該方法包括利用電池控制模塊預(yù)測(cè)車輛中電池模塊 的端子電壓。預(yù)測(cè)端子電壓包括利用析氣（gassing)電流模型確定電池模塊的析氣電流， 其中析氣電流量化未用于給電池模塊充電的端子電流；并且至少部分地基于測(cè)量模型和所 確定的析氣電流計(jì)算預(yù)測(cè)的端子電壓。該方法還包括利用通信地耦合到電池控制模塊的傳 感器測(cè)量電池模塊的端子電壓，并且通過(guò)利用電池控制模塊使預(yù)測(cè)的端子電壓與測(cè)得的端 子電壓之間的誤差最小化來(lái)確定電池模塊校正后的狀態(tài)。
[0010] 第二實(shí)施例描述了一種有形非瞬時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該介質(zhì)存儲(chǔ)可由車輛中電池 控制模塊的處理器執(zhí)行的多條指令。指令包括利用處理器預(yù)測(cè)車輛中電池模塊的端子電壓 的指令。預(yù)測(cè)端子電壓的指令包括利用析氣電流模型確定電池模塊的析氣電流的指令，其 中析氣電流量化未用于給電池模塊充電的端子電流；以及利用測(cè)量模型和所確定的析氣電 流計(jì)算預(yù)測(cè)的端子電壓的指令。指令還包括利用通信地耦合到電池控制模塊的傳感器測(cè)量 電池模塊的端子電壓的指令，以及通過(guò)利用電池控制模塊使預(yù)測(cè)的端子電壓與測(cè)得的端子 電壓之間的誤差最小化來(lái)確定電池模塊校正后的狀態(tài)的指令。
[0011] 第三實(shí)施例描述了一種車輛，該車輛包括電池模塊，該電池模塊向車輛中的電氣 系統(tǒng)供給電力；以及電池控制模塊，該電池控制模塊利用狀態(tài)空間模型和預(yù)測(cè)電池模塊的 操作參數(shù)的測(cè)量模型遞歸地確定電池模塊校正后的狀態(tài)。測(cè)量模型包括使電池控制模塊能 夠確定實(shí)際用于給電池模塊充電的電流量的析氣電流模型。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 當(dāng)參考附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本公開(kāi)的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得 更好理解，其中在所有附圖中相同的標(biāo)號(hào)都代表相同的部分，其中：
[0013] 圖1是根據(jù)本方法實(shí)施例的車輛（例如，微混合動(dòng)力車輛）的透視圖；
[0014] 圖2是根據(jù)本方法實(shí)施例的在圖1中繪出的車輛的示意圖，示出了通過(guò)車輛的電 力分配；
[0015] 圖3是根據(jù)本方法實(shí)施例的鉛酸電池系統(tǒng)的示意圖；
[0016] 圖4是根據(jù)本方法實(shí)施例的在圖3中繪出的鉛酸電池系統(tǒng)的模型的電路圖；
[0017] 圖5是根據(jù)本方法實(shí)施例的用于確定被用來(lái)給圖3中繪出的鉛酸電池系統(tǒng)充電的 實(shí)際電流量的過(guò)程的流程圖；
[0018] 圖6是根據(jù)本方法實(shí)施例的用于基于圖3中繪出的鉛酸電池系統(tǒng)的狀態(tài)來(lái)控制車 輛操作的過(guò)程的流程圖；
[0019] 圖7是根據(jù)本方法實(shí)施例的用于遞歸地確定圖3中繪出的鉛酸電池系統(tǒng)狀態(tài)，包 括校正后的充電狀態(tài)（SOC)過(guò)程的流程圖；
[0020] 圖8A是根據(jù)本方法實(shí)施例的描述用于圖3中繪出的鉛酸電池系統(tǒng)的端子電流的 圖；
[0021] 圖8B是根據(jù)本方法實(shí)施例的描述基于本文對(duì)圖3中繪出的鉛酸電池系統(tǒng)所描述 的技術(shù)計(jì)算出的測(cè)得的端子電壓（V)、估計(jì)的端子電壓（Vest)、開(kāi)路的圖；及
[0022] 圖8C是根據(jù)本方法實(shí)施例的描述基于庫(kù)侖計(jì)數(shù)計(jì)算出的充電狀態(tài)（SOC) (SOCint) 和基于本文對(duì)圖3中繪出的鉛酸電池系統(tǒng)所描述的技術(shù)計(jì)算出的充電狀態(tài)（SOC) (SOCest) 的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下將描述本技術(shù)的一種或多種具體實(shí)施例。為了提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)明描述， 并沒(méi)有在說(shuō)明書(shū)中描述實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式的所有特征。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在任何此類實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式 的開(kāi)發(fā)中，就像在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須做出很多特定于實(shí)現(xiàn)的決定來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者 特定的目的，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)的限制，這些限制在不同的實(shí)現(xiàn)方式中會(huì)有所 不同。而且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，這種開(kāi)發(fā)工作可能復(fù)雜而且耗時(shí)，但對(duì)于受益于本公開(kāi)的普通技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)卻是進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)造和制造的例行任務(wù)。
[0024] 如以上所論述的，與更傳統(tǒng)的以燃?xì)鉃閯?dòng)力的車輛相比，車輛技術(shù)已經(jīng)改進(jìn)，以增 加燃料經(jīng)濟(jì)性和/或減少不希望的排放物。例如，當(dāng)車輛固定不動(dòng)時(shí)，微混合動(dòng)力車輛（例 如，混合動(dòng)力電動(dòng)車輛或者插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛）禁用車輛的內(nèi)燃機(jī)，而不是讓內(nèi)燃 機(jī)空轉(zhuǎn)。在車輛的內(nèi)燃機(jī)被禁用時(shí)，電池系統(tǒng)可以繼續(xù)給車輛的電氣系統(tǒng)供電，這些電氣系 統(tǒng)可以包括車輛的無(wú)線電、空調(diào)、電子控制單元，等等。類似地，包括被動(dòng)助推的車輛可以選 擇性地?cái)嚅_(kāi)交流發(fā)電機(jī)，以便使內(nèi)燃機(jī)能夠使用全部生成的電力來(lái)推進(jìn)。照此，諸如自動(dòng)停 止或被動(dòng)助推的操作，電池系統(tǒng)可以在無(wú)需再充電的情況下繼續(xù)供給電力，并且在稍后更 高效的時(shí)候再充電。
[0025] 從而，為了方便穩(wěn)定的車輛操作，監(jiān)視電池系統(tǒng)向車輛供電的能力將是有益的。例 如，如果確定電池系統(tǒng)不能繼續(xù)供電，則可以重啟內(nèi)燃機(jī)，以補(bǔ)償和/或再充電電池系統(tǒng)。 一般而言，電池系統(tǒng)供電的能力取決于電池系統(tǒng)的充電狀態(tài)（SOC)。如本文所使用的，"充 電狀態(tài)"是要描述電池系統(tǒng)被使用的存儲(chǔ)容量的百分比。例如，100%充電狀態(tài)指示電池系 統(tǒng)完全充電并且0 %充電狀態(tài)指示電池系統(tǒng)完全放電。換句話說(shuō)，車輛的操作可以至少部分 地基于電池系統(tǒng)的充電狀態(tài)。
[0026] 基于優(yōu)于傳統(tǒng)燃?xì)鈩?dòng)力車輛的優(yōu)點(diǎn)，通常生產(chǎn)傳統(tǒng)燃?xì)鈩?dòng)力車輛的制造商可能希 望在其車輛生產(chǎn)線中使用改進(jìn)的車輛技術(shù)（例如，微混合動(dòng)力技術(shù)）。這些制造商常常利用 其傳統(tǒng)車輛平臺(tái)之一作為起點(diǎn)。一般而言，傳統(tǒng)燃?xì)鈩?dòng)力車輛被設(shè)計(jì)為使用12伏的電池系 統(tǒng)（例如，電壓在7-18伏之間），諸如單個(gè)12伏的鉛酸電池。從而，單個(gè)鉛酸電池可以適于 改進(jìn)的車輛技術(shù)。例如，鉛酸電池可以在自動(dòng)停止或被動(dòng)助推期間向電氣系統(tǒng)供電。因此， 使得能夠確定鉛酸電池系統(tǒng)的充電狀態(tài)將是有益的。
[0027] 但是，鉛酸電池中可能發(fā)生的析氣反應(yīng)使得確定鉛酸電池系統(tǒng)的充電狀態(tài)變得復(fù) 雜。為了幫助說(shuō)明，用于給鉛酸電池充電和放電的化學(xué)反應(yīng)如下：
[0028]
[0029] 但是，當(dāng)鉛酸電池重復(fù)充電時(shí)，可能發(fā)生副反應(yīng)。例如，鉛酸電池中的水（即，H2O) 可離解成氧氣和氫氣，這種離解消耗了否則可以用于給電池充電的電子。從而，鉛酸電池的 庫(kù)侖效率和/或鉛酸電池的能量存儲(chǔ)能力可隨著析氣反應(yīng)的發(fā)生而改變，這使得難以確定 鉛酸電池的充電狀態(tài)。
[0030] 照此，通過(guò)考慮析氣反應(yīng)，本實(shí)施例提高了鉛酸電池的充電狀態(tài)確定的精確性。例 如，如以下將更詳細(xì)描述的，可以開(kāi)發(fā)出量化析氣反應(yīng)的析氣電流模型。更具體而言，析氣 電流模型可以被用來(lái)確定鉛酸電池實(shí)際使用（例如，存儲(chǔ)為能量）的電流量以及由于析氣 反應(yīng)而被浪費(fèi)的電流量?；谖鰵怆娏髂Ｐ?，可以開(kāi)發(fā)出估計(jì)鉛酸電池的端子電壓的測(cè)量 模型。換句話說(shuō)，測(cè)量模型使用模型中的模型來(lái)考慮析氣反應(yīng)。此外，測(cè)量模型以及狀態(tài)空 間模型可以在Kalman過(guò)濾器中使用，以遞歸地確定校正后的鉛酸電池狀態(tài)，包括校正后的 鉛酸電池充電狀態(tài)。然后，校正后的鉛酸電池充電狀態(tài)可以被用來(lái)控制車輛的操作（例如， 重啟內(nèi)燃機(jī)或斷開(kāi)交流發(fā)電機(jī)）。
[0031] 鑒于上述內(nèi)容，圖1是車輛10,諸如微混合動(dòng)力車輛的實(shí)施例的透視圖。雖然以 下論述是針對(duì)微混合動(dòng)力車輛而提出的，但是本文所述的技術(shù)可以應(yīng)用到其它車輛，包括 電力驅(qū)動(dòng)和燃?xì)怛?qū)動(dòng)車輛。如以上所論述的，將希望讓電池系統(tǒng)12與傳統(tǒng)的車輛設(shè)計(jì)在很 大程度上兼容。從而，電池系統(tǒng)12可被放在微混合動(dòng)力車輛10中已經(jīng)容納傳統(tǒng)電池的位 置。例如，如所說(shuō)明的，微混合動(dòng)力車輛10可以包括與典型內(nèi)燃機(jī)車輛的鉛酸電池相似地 定位（例如，在車輛10的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋下面）的電池系統(tǒng)12A。作為進(jìn)一步的例子，在某些實(shí)施 例中，微混合動(dòng)力車輛10可以包括定位在微混合動(dòng)力車輛10的質(zhì)量中心附近，諸如在駕駛 員或乘客座位的下面的電池系統(tǒng)12B。作為更進(jìn)一步的例子，在某些實(shí)施例中，微混合動(dòng)力 車輛10可以包括定位在后排乘客座位下面或者車輛行李箱附近的電池系統(tǒng)12C。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí) 至Ij，在某些實(shí)施例中，將電池系統(tǒng)12 (例如，電池系統(tǒng)12B或12C)定位在車輛內(nèi)飾件中或其 周圍可以使得能夠使用來(lái)自車輛內(nèi)飾件的空氣冷卻電池系統(tǒng)12(例如，利用散熱片或強(qiáng)制 空氣冷卻設(shè)計(jì)）。
[0032] 為了簡(jiǎn)化電池系統(tǒng)12的論述，將針對(duì)布設(shè)在車輛10發(fā)動(dòng)機(jī)蓋下面的電池系統(tǒng)12A 來(lái)論述電池系統(tǒng)12,如圖2中所繪出的。如所繪出的，電池系統(tǒng)12包括耦合到點(diǎn)火系統(tǒng) 16 (IG.)的電池模塊14、內(nèi)燃機(jī)18以及交流發(fā)電機(jī)20 (ALT.)。更具體而言，電池模塊14可 以向點(diǎn)火系統(tǒng)16 (IG.)供電，以啟動(dòng)（即，起動(dòng)）內(nèi)燃機(jī)18。交流發(fā)電機(jī)20 (ALT.)可以把 例如由內(nèi)燃機(jī)18產(chǎn)生的機(jī)械能量轉(zhuǎn)化為電能，以便給電池模塊14充電。此外，在一些實(shí)施 例中，點(diǎn)火系統(tǒng)16 (IG.)和交流發(fā)電機(jī)可以包括帶式起動(dòng)發(fā)電機(jī)（BSG)，以方便自動(dòng)停止和 /或再生制動(dòng)。