監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)在電池內(nèi)的電荷的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池電荷監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域。更具體地涉及用于確定例如機(jī)動(dòng)車中的電池電 源的電池的存儲(chǔ)能量的量和總能量存儲(chǔ)能力以及確定電池電流測(cè)量值中的系統(tǒng)誤差的方 法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電池荷電狀態(tài)可被定義為在給定時(shí)間存儲(chǔ)在電池內(nèi)的電量，表示為電池滿充時(shí)的 能量的百分比。在很多應(yīng)用中，例如在諸如電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車的機(jī)動(dòng)車中，存在準(zhǔn)確 估計(jì)電池電源的這種荷電狀態(tài)的需求。本領(lǐng)域公知的確定機(jī)動(dòng)車中電池的荷電狀態(tài)的方法 可能使用特定的重力(gravity)測(cè)量，電流的時(shí)間積分，電壓測(cè)量，或者它們的組合。
[0003] 例如，荷電狀態(tài)可通過電流積分來(lái)確定，其還被稱為庫(kù)侖計(jì)數(shù)，電荷計(jì)數(shù)或者安 培-小時(shí)測(cè)量。在電流積分方法中，放電電流被連續(xù)測(cè)量并且隨時(shí)間被積分以從一已知初始 電荷量中獲得總消耗電荷的估值。然而，為了在電池壽命期間保持準(zhǔn)確荷電狀態(tài)估計(jì)，可能 需要考慮作為電流放電歷史的函數(shù)的電池容量中的變化。
[0004] 此外，通過電流積分估計(jì)的荷電狀態(tài)可通過測(cè)量無(wú)負(fù)荷電池的空載電壓被周期性 地校準(zhǔn)，例如，在機(jī)動(dòng)車靜止擴(kuò)展周期之后。這種類型的方法在例如德國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)為 No. DE3520985中描述。盡管這種方法容易實(shí)施，但由于該荷電狀態(tài)可能僅僅很少重新校準(zhǔn) 或者通過測(cè)量空載電壓校正，估計(jì)誤差可能在機(jī)動(dòng)車的具有相對(duì)短的或者僅僅幾個(gè)休眠期 的長(zhǎng)期運(yùn)行階段累積起來(lái)。
[0005] 其它已知的方法可能基于用于確定帶負(fù)載電池的空載電壓的電池模型，并且因此 通過使用觀測(cè)變量，例如電池電壓，電池電流，和/或電池溫度來(lái)使一模型自適應(yīng)該實(shí)際電 池，荷電狀態(tài)可從這個(gè)空載電壓推導(dǎo)得出。然而，這種基于模型的方法可能相對(duì)復(fù)雜。
[0006] 電壓分析方法可測(cè)量端電壓并以各種方式確定荷電狀態(tài)。關(guān)于這樣的分析器，極 化效應(yīng)，例如由充電或快速放電產(chǎn)生的，可能不利地改變分析器儀表的指示，并且大多數(shù)這 種分析器趨向于只是單向的，例如，可能只在放電時(shí)工作準(zhǔn)確，沒有規(guī)定老化效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供電池參數(shù)的良好估計(jì)和監(jiān)測(cè)，該電池參數(shù)例如荷電狀 態(tài)和健康狀態(tài)或者例如在電池電流測(cè)量值中的系統(tǒng)誤差。
[0008] 上述目的通過根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0009] 第一方面，本發(fā)明提供一種監(jiān)測(cè)電池的電荷的方法。該方法包括獲得一電池電流 測(cè)量值和一電池電壓測(cè)量值;通過考慮該電池電流測(cè)量值應(yīng)用電流積分方法來(lái)更新代表了 電池內(nèi)存儲(chǔ)的電荷的一初始電荷估計(jì)值;通過考慮該電池電壓測(cè)量值使用一電池模型來(lái)確 定代表電池內(nèi)存儲(chǔ)的電荷的一輔助電荷估計(jì)值;確定所述輔助電荷估計(jì)值的一誤差值，其 中該誤差值表示考慮了該電池電壓測(cè)量值的電池模型的可靠性;基于輔助電荷估計(jì)值和誤 差值施加一校正至該初始電荷估計(jì)值;并且通過考慮對(duì)所述初始電荷估計(jì)值的校正來(lái)確定 電池電流測(cè)量值的系統(tǒng)誤差。根據(jù)本發(fā)明的方法具有一優(yōu)點(diǎn)，可使用較低成本的傳感器來(lái) 監(jiān)測(cè)一電池的電荷，而不需要偏差的特定校正。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法可進(jìn)一步包括考慮對(duì)所述初始電荷估計(jì)值的校正來(lái)確 定電池的總電荷容量的步驟。這樣，隨時(shí)間的容量的改變能夠被監(jiān)測(cè)，由此隨時(shí)間的容量改 變是電池老化或者健康狀態(tài)(SOH)的量度。
[0011] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)方法中，應(yīng)用電流積分方法可包括執(zhí)行一線性二次估 計(jì)方法的預(yù)測(cè)步驟以遞歸地更新估計(jì)量，例如反映諸如電池存儲(chǔ)的電荷的底層系統(tǒng)狀態(tài)的 所述初始電荷估計(jì)值，考慮了一系列噪聲輸入數(shù)據(jù)，由此濾波器可包括跟所述電池電流測(cè) 量值相當(dāng)?shù)目刂谱兞俊＿@樣的濾波器可以是卡爾曼濾波器以更新所述初始電荷估計(jì)值，其 中所述初始電荷估計(jì)值是對(duì)應(yīng)于電池存儲(chǔ)的電荷的隱藏狀態(tài)變量的卡爾曼預(yù)測(cè)值，并且所 述卡爾曼濾波器還包括一跟所述電池電流測(cè)量值相當(dāng)?shù)目刂谱兞俊？杀挥糜诖嫠枋龅?卡爾曼濾波器的替換的或者相當(dāng)?shù)臑V波器可以是下述的任何一種:順序卡爾曼濾波器，信 息濾波器，Cho Ie sky矩陣方根算法，Pot ter ' s方根測(cè)量更新算法，Hou seho Id算法， GramSchmidt算法，U-D測(cè)量更新，U-D時(shí)間更新，或者微粒過濾器。
[0012] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的這種方法中，應(yīng)用校正可包括應(yīng)用例如所述卡爾曼濾波器 的所述線性二次估計(jì)方法的更新步驟，其中所述例如所述卡爾曼濾波器的所述線性二次估 計(jì)方法進(jìn)一步包括一與所述輔助電荷估計(jì)值相當(dāng)?shù)挠^測(cè)變量，具有一與所述誤差值相當(dāng)?shù)?關(guān)聯(lián)變量。
[0013] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種方法中，例如所述卡爾曼濾波器的所述線性二次估計(jì) 方法可以是一維線性二次估計(jì)方法，例如一維卡爾曼濾波器。這對(duì)于其它卡爾曼濾波器方 法是優(yōu)勢(shì)的，其包括多個(gè)狀態(tài)變量，然而此處，使用一維線性二次估計(jì)方法例如一維卡爾曼 濾波，只需要考慮電池電荷作為諸如卡爾曼濾波器的濾波器的隱藏狀態(tài)變量。這極大地減 少了計(jì)算時(shí)間并且因此減少了嵌入式處理器的成本?？墒褂锰鎿Q的或者相當(dāng)?shù)臑V波器來(lái)代 替卡爾曼濾波器描述為例如可以是下述的任何一種：順序卡爾曼濾波器，信息濾波器， ChoIesky矩陣方根算法，Potter ' s方根測(cè)量更新算法，HousehoId算法，GramSchmidt算法， U-D測(cè)量更新，U-D時(shí)間更新，或者微粒過濾器。
[0014] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種方法中，所述輔助電荷估計(jì)值可包括表示為作為電池 的總電荷容量的分?jǐn)?shù)的荷電狀態(tài)值。
[0015] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種方法中，確定所述輔助電荷估計(jì)值可包括確定電池的 電動(dòng)勢(shì)(EMF)。
[0016] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種方法中，確定所述輔助電荷估計(jì)值可進(jìn)一步考慮電池 電流測(cè)量值和/或電池溫度測(cè)量值。
[0017] 在第二個(gè)方面，本發(fā)明提供一種監(jiān)測(cè)電池電荷的裝置。該裝置包括一電流傳感器 以提供一電池電流測(cè)量值;一電壓傳感器以提供一電池電壓測(cè)量值；以及一處理單元。所述 處理單元用于通過考慮該電池電流測(cè)量值應(yīng)用電流積分方法來(lái)更新代表了電池內(nèi)存儲(chǔ)的 電荷的一初始電荷估計(jì)值;通過考慮該電池電壓測(cè)量值使用一電池模型來(lái)確定代表電池內(nèi) 存儲(chǔ)的電荷的一輔助電荷估計(jì)值;確定所述輔助電荷估計(jì)值的一誤差值，其中該誤差值表 示考慮了該電池電壓測(cè)量值的電池模型的可靠性;基于輔助電荷估計(jì)值和誤差值施加一校 正至該初始電荷估計(jì)值;并且通過考慮對(duì)所述初始電荷估計(jì)值的校正來(lái)確定電池電流測(cè)量 值的系統(tǒng)誤差。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的裝置具有一優(yōu)點(diǎn)，可使用較低成本的傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)一電池的電荷， 不需要偏差的特定校正。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的裝置可進(jìn)一步包括考慮了對(duì)初始電荷估計(jì)值的校準(zhǔn)來(lái)確定電池的 總電荷容量的設(shè)備。這樣，隨時(shí)間的容量變化可被監(jiān)控，其中隨時(shí)間的容量變化是對(duì)電池老 化或者健康狀態(tài)(S0H)的量度。
[0020] 在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，適用于應(yīng)用電流積分的處理單元可包括執(zhí)行線性二次估 計(jì)方法的預(yù)測(cè)步驟以遞歸地更新估計(jì)量的設(shè)備，例如反映了諸如存儲(chǔ)在電池中的電荷的底 層系統(tǒng)狀態(tài)的所述初始電荷估計(jì)值，其考慮了一序列噪聲輸入數(shù)據(jù)，由此濾波器可包括與 所述電池電流測(cè)量值相當(dāng)?shù)目刂谱兞?。這樣的濾波器可以是卡爾曼濾波器以更新所述初始 電荷估計(jì)值，其中所述初始電荷估計(jì)值是與電池中存儲(chǔ)的電荷對(duì)應(yīng)的隱藏狀態(tài)變量的卡爾 曼估計(jì)值，并且所述卡爾曼濾波器進(jìn)一步包括與所述電池電流測(cè)量值相當(dāng)?shù)目刂谱兞??？?被用于代替所描述的卡爾曼濾波器的替代的或者相當(dāng)?shù)臑V波器例如可以是下述任何一種： 順序卡爾曼濾波器，信息濾波器，ChoIesky矩陣方根算法，Potter' s方根測(cè)量更新算法， Household算法，GramSchmidt算法，U-D測(cè)量更新，U-D時(shí)間更新，或者微粒過濾器。
[0021] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的這種裝置中，施加所述校準(zhǔn)的設(shè)備可包括用于應(yīng)用例如卡 爾曼濾波器的線性二次估計(jì)方法的更新步驟的設(shè)備，其中例如卡爾曼濾波器的所述線性二 次估計(jì)方法進(jìn)一步包括與輔助電荷估計(jì)值相當(dāng)?shù)挠^測(cè)變量，其具有與所述誤差值相當(dāng)?shù)年P(guān) 聯(lián)變化。
[0022] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置中，例如卡爾曼濾波器的所述線性二次估計(jì)方法可以 是一維線性二次估計(jì)方法，例如，一維卡爾曼濾波器。這相比其它卡爾曼濾波方法是有優(yōu)勢(shì) 的，其包括多個(gè)狀態(tài)變量，由此，使用例如所述一維卡爾曼濾波器的一維線性二次估計(jì)方 法，而這里，只有電池電荷需要被視為例如卡爾曼濾波器的所述濾波器的隱藏狀態(tài)變量。這 顯著減少了計(jì)算時(shí)間并且因此降低了嵌入式處理