電池容量退化解決的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]在此描述了關于校正電池容量變化的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]混合動力電動車輛(HEV)利用內(nèi)燃發(fā)動機與電動馬達的組合來提供動力。所述設置提供超過只有內(nèi)燃發(fā)動機的車輛的提高的燃料經(jīng)濟性。一種提高HEV的燃料經(jīng)濟性的方法是在發(fā)動機低效率運行并且不需要推進車輛期間關閉消耗燃料的發(fā)動機。在這些情況下，電動馬達被用來提供推進車輛所需的全部動力。當駕駛員動力需求增加使得電動馬達再也不能提供足夠的動力以滿足需求時，或在其它情況下(諸如，當電池荷電狀態(tài)(S0C)下降到特定水平之下時)，發(fā)動機為車輛提供動力。
[0003]HEV包括電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)調(diào)節(jié)電池的運行，并且估計描述電池的當前運行狀況的值。電池組和/或電池單元運行狀況包括電池S0C、功率衰減、容量衰減以及瞬時可用功率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]一種車輛包括牽引電池和控制器，所述控制器與所述牽引電池進行通信以使用說明電池老化的感測的電池電極容量來確定所述電池的狀態(tài)。在示例中，所述感測的電池電極容量取決于在所述牽引電池的正電極處的活性鋰離子。而且，所述控制器被配置為:將電池電壓模型與在車輛行駛周期期間測量的電池電壓進行比較。所述控制器可以接收電池的感測的電流吞吐量數(shù)據(jù)和開路電壓，并且可以確定偏差閾值是否被超過。所述控制器可以使用所述電極容量余值(residual)的平均值來啟動電極容量校正，以將容量誤差校正為小于1安培小時。所述控制器還可以使用所述電極容量余值的方差來啟動活性鋰容量校正，以將所述容量誤差校正為小于1安培小時。
[0005]可以使用上述車輛結(jié)構(gòu)和計算模塊來執(zhí)行各種方法。一種方法可以包括:感測牽引電池的電流和電壓，利用使用感測的電池電流和電壓的反饋算法來估計荷電狀態(tài)，使用感測的電流和荷電狀態(tài)的變化來計算電池電極容量，確定在行駛時間段內(nèi)的電極容量，并且如果電極容量超過閾值，則更新用于確定所述電池的荷電狀態(tài)的參數(shù)。在示例中，所述方法可以包括:確定平均值閾值或方差閾值是否被違反。如果所述平均值閾值被違反，則平均值參數(shù)被降低。如果所述方差參數(shù)被違反，則在荷電狀態(tài)計算中，方差參數(shù)被降低并且活性鋰參數(shù)被更新。
[0006]如果所述方差參數(shù)被違反，則可以使用電流積分由荷電狀態(tài)誤差計算電壓誤差。如果方差參數(shù)被違反，則可以使用先前的活性鋰參數(shù)、電壓誤差和負電極開路電壓來估計活性鋰。感測牽引電池電流和電壓的步驟可以根據(jù)在所述牽引電池的正電極處的活性鋰離子。在車輛行駛周期期間，牽引電池電流和電壓可以被測量。感測牽引電池電流和電壓的步驟可以包括:感測在給定荷電狀態(tài)下的電流吞吐量數(shù)據(jù)和所述電池的開路電壓。更新所述參數(shù)的步驟可以包括:使用所述電極容量的余值的平均值來啟動電極容量校正，以將所述容量的誤差校正為小于1安培小時。更新所述參數(shù)的步驟可以包括:使用所述電極容量的余值的方差來啟動活性鋰容量校正，以將所述容量的誤差校正為小于1安培小時。所述車輛可以是插電式混合動力電動車輛(PHEV)或電池電動車輛(BEV)。
[0007]—種用于控制車輛的牽引電池的方法包括:響應于所述電池的電極容量超過閾值，更新反饋算法的輸入，其中，所述反饋算法被配置為輸出所述電池的荷電狀態(tài)，其中，所述電極容量是基于在行駛周期期間的荷電狀態(tài)的變化和感測的電流的。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述方法還包括:響應于方差參數(shù)被違反，基于使用電流積分的荷電狀態(tài)誤差輸出電壓誤差。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述方法還包括:響應于方差參數(shù)被違反，基于先前的活性鋰參數(shù)、電壓誤差和負電極開路電壓而輸出活性鋰值。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述感測的電流受所述電池的正電極處的活性鋰影響。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述感測的電流包括:感測的電流吞吐量數(shù)據(jù)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，更新所述輸入的步驟包括:使用電極容量余值的平均值來啟動電極容量校正，以將容量誤差校正為小于1安培小時。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，更新所述輸入的步驟包括:使用電極容量余值的方差來啟動活性鋰容量校正，以將容量誤差校正為小于1安培小時。
[0014]一種牽引電池控制系統(tǒng)包括:牽引電池；至少一個處理器，所述至少一個處理器被配置為:響應于指示所述電池的年齡的電極容量超過閾值，更新對被實施以輸出針對所述電池的荷電狀態(tài)的反饋算法的輸入，其中所述電極容量基于所述荷電狀態(tài)的變化和針對所述電池的行駛周期的感測的電流。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述至少一個處理器還被配置為:響應于方差參數(shù)被違反，基于使用電流積分的荷電狀態(tài)誤差輸出電壓誤差。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述至少一個處理器還被配置為:響應于方差參數(shù)被違反，基于先前的活性鋰參數(shù)、電壓誤差和負電極開路電壓而輸出活性鋰值。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述感測的電流受所述電池的正電極處的活性鋰離子影響。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述感測的電流包括:感測的電流吞吐量數(shù)據(jù)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，更新所述輸出的步驟包括:使用電極容量余值的平均值啟動電極容量校正，以將容量誤差校正為小于1安培小時。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，更新所述輸出的步驟包括:使用電極容量余值的方差啟動活性鋰容量校正，以將容量誤差校正為小于1安培小時。
【附圖說明】
[0021]圖1是可以與描述的系統(tǒng)和方法一起使用的混合動力電動車輛。
[0022]圖2是用于混合動力電動車輛的電池的詳細示圖。
[0023]圖3至圖5是用于確定電池參數(shù)的方法的流程圖。
[0024]圖6是示出作為荷電狀態(tài)的函數(shù)的先前的電池開路電壓和當前的電池開路電壓的曲線圖。
[0025]圖7是在車輛使用期間在牽引電池中的感測的電壓和電流的曲線圖。
[0026]圖8是實際的荷電狀態(tài)值和估計的荷電狀態(tài)值的曲線圖。
[0027]圖9是計算出的電極容量的曲線圖。
[0028]圖10是電極容量計算的曲線圖。
[0029]圖11是計算出的作為荷電狀態(tài)變化的函數(shù)的電壓變化的曲線圖。
[0030]圖12是對電池容量變化有貢獻的活性組分(active component)的曲線圖。
[0031]圖13是針對電池容量變化的活性組分的余值的處理的曲線圖。
[0032]圖14是校正電池模型中的誤差的曲線圖。
【具體實施方式】
[0033]根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的具體實施例；然而，應當理解，所公開的實施例僅為本發(fā)明的示例，其可以以多種替代形式實施。附圖無需按比例繪制；可夸大或縮小一些特征以顯示特定組件的細節(jié)。因此，在此所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應被解釋為限制，而僅僅作為教導本領域技術人員以多種形式利用本發(fā)明的代表性基礎。
[0034]在此描述的系統(tǒng)和方法估計對電池容量減少或衰減的特定貢獻，例如，在電動車輛(諸如，插電式混合動力電動車輛(PHEV)或電池電動車輛(BEV))中電極對電池容量衰減的貢獻。在示例中，電池電壓模型與在行駛周期期間的電池電壓的測量值進行比較以基于估計的容量生成余值(residual)，從而確定所述電池何時已經(jīng)老化了顯著的量，并且如果電池已經(jīng)老化了顯著的量，則更新電池管理系統(tǒng)(BMS)的參數(shù)以反映電池性能退化。電池性能退化是電池的自然發(fā)生的現(xiàn)象。可以有電池性能模型的幾個示例，包括現(xiàn)象學模型或第一性原理模型，需要提醒的是電極的電位被單獨預測，并且電極的電位差接近于在電池端子處測量的電壓。在此描述的示例可以使用數(shù)學模型(例如，具有非線性輸出方程的線性動態(tài)模型)，但是線性和非線性模型的其它變形是可能的。所述數(shù)學模型可以包括用于在模塊和處理器上執(zhí)行的存儲在車輛中的指令、參數(shù)和數(shù)據(jù)。在示例中，測量的電池端電壓和電流被供應到模塊或處理器以實施性能模型。所述性能模型將所述預測的負電極電位與所述測量的端電壓相加，以獲得測量的正電極電位。
[0035]圖1描繪了混合動力電動車輛102 (例如，插電式混合動力電動車輛)的不例100。插電式混合動力電動車