使用扩展卡尔曼滤波器技术估计混合动力及电动车辆的电池充电状态制造技术

本发明专利技术公开了使用扩展卡尔曼滤波器技术估计混合动力及电动车辆的电池充电状态。适应性估计技术形成电池状态估计器以估计车辆中电池包的电源容量。估计器适应性地更新用于计算电池包的ECM的电压状态的电路模型参数。适应性估计技术也可用于计算电池包内固态扩散电压效应。适应性估计器用于增加对传感器噪声、模拟误差和电池包退化的计算的强健性。

【技术实现步骤摘要】
使用扩展卡尔曼滤波器技术估计混合动力及电动车辆的电池充电状态
本公开总地涉及用于计算电池系统的充电状态(SOC)的系统和方法，并且更具体地涉及使用先进估计技术确定电池系统中的扩散。
技术介绍
电池用于广大范围的汽车领域中。例如，对改进燃料经济以及减小由车辆排出的污染物量的需求已经导致结合复杂电池系统的电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)以及由这样的系统所推进的车辆的发展。 所有类型的充电或电池推进车辆的共同点就是电池，随着电池向车辆和/或车辆部件供电，电池经受不同的充电和放电循环。重要的是获知由电池的SOC所表示的电池的状态。为了做出关于电池的用法和利用的决定，重要的是获知电池的S0C。 电池的SOC指明在给定时间下电池内存储的可使用能量的量。这与燃料箱中燃料的量类似。为了改进电池寿命以及整体电池性能，电池必须维持在最优SOC下。电池的健康状态(S0H)指明电池的状况。SOH是基于观察特定电池参数以确定无法观察的、内部损伤或退化的程度。 电池可以视作具有电流和热量流作为输入以及电压和温度的响应的系统。可以使用电压状态的组合来模拟电池对电流刺激的电压响应。这些电压状态包括平衡电势、由滞后效应导致的电压、由欧姆电阻导致的电压降、以及由电池中动态学导致的电压降(双层和/或扩散电压)。可以通过代数函数、微分方程或卷积积分来描述这些电压的每一个。 在使用(通过驾驶或者插入充电)期间，电池电阻、平衡电势、由滞后效应导致的电压、由欧姆电阻导致的电压降、双层电压、以及扩散电压不是直接可测的。这些数值影响了SOC以及指明电池的SOH的参数。因为它们不是直接可测量的，所以通常难以精确地确定电池的SOC和S0H。因此，难以将电池维持在最优SOC下或者难以确定SOH何时退化至明显影响电池性能的点。 已经开发出不同方法以确定S0C。确定SOC的一种方法是基于使用电池系统的等效电路以模拟电池。模拟电池的等效电路考虑诸如电池的极板上表面电荷的因素。尽管这样的方法提供了用于确定电池的SOC的模型，但是这些电路无法考虑到电池系统中的扩散。
技术实现思路
在第一实施例中，公开了一种电池管理系统。该系统包括多个传感器，其中，传感器可以是电联接至电池包的电压传感器、电联接至电池包的电流传感器、以及热联接至电池包的温度传感器。电池管理控制器可以电联接至所述多个传感器，并且配置以感测一个或多个电池特性，包括电池包的温度、电池包的电压、以及电池包的电流，并且电池管理控制器包括处理器和配置成运行算法的计算机可读媒介。算法进一步可以包括存储在计算机可读媒介中的一个或多个状态，存储在计算机可读媒介中的至少一个等效电路模型参数，以及使用电池包的电压、电池包的电流、电池状态和电路模型参数在处理器中执行以计算开路电压。或OCV)的扩展卡尔曼滤波器。查找表存储在计算机可读媒介中并且由电池管理控制器使用以基于开路电压和电池包的温度来确定电池包的充电状态，其中，充电状态用于管理电池包的功率输出。 在另一实施例中，公开了一种估计车辆中电池包的充电状态的方法。该方法包括感测电联接至电池包的多个传感器，其中，传感器可以是电联接至电池包的电压传感器、电联接至电池包的电流传感器、以及热联接至电池包的温度传感器。该方法包括在处理器中执行算法，电池管理控制器中的计算机可读媒介电联接至多个传感器并且配置以感测一个或多个电池特性，包括电池包的温度、电池包的电压、和电池包的电流。算法包括存储在计算机可读媒介中的一个或多个状态，存储在计算机可读媒介中的至少一个等效电路模型参数，以及使用电池包的电压、电池包的电流、电池状态和电路模型参数在处理器中执行以计算开路电压的扩展卡尔曼滤波器。该方法包括使用存储在计算机可读媒介中并且由电池管理控制器使用的查找表以基于开路电压和电池包的温度而确定电池包的充电状态，其中，充电状态用于管理电池包的功率输出。 一种计算电池的固态扩散电压效应的方法，包括:使用电联接至所述电池的至少一个传感器；以及在电池管理控制器中执行算法，所述电池管理控制器包括处理器和配置成运行所述算法的计算机可读媒介，并且电联接至所述至少一个传感器，所述至少一个传感器配置成感测包括所述电池的电压和所述电池的电流的一个或多个电池特性，所述算法进一步包括:固态扩散电压效应模型，以及适应性估计技术，在所述处理器中使用所述电池的电压、所述电池的电流、以及所述固态扩散电压效应模型来执行所述适应性估计技术以计算固态扩散电压效应。 根据方案I所述的方法，其中，所述适应性估计技术选自扩展的卡尔曼滤波器、递归最小平方估计器、滑模观测器和卡尔曼滤波器。 根据方案I所述的方法，其中，启动温度和关断温度记录在所述计算机可读媒介中并且用于改变启动时所述固态扩散电压效应模型。 根据方案I所述的方法，其中，关断时间记录在所述计算机可读媒介中并且用于补偿启动时所述固态扩散电压效应模型。 一种电池管理系统,包括:多个传感器，其包括:电压传感器，电联接至电池包，电流传感器，电联接至所述电池包，以及温度传感器，热联接至所述电池包；以及电池管理控制器，电联接至所述多个传感器并且配置成感测一个或多个电池特性，包括所述电池包的温度、所述电池包的电压和所述电池包的电流，以及所述电池管理控制器包括处理器和计算机可读媒介，配置所述电池管理控制器以运行算法来使用开路电压和所述电池包的温度估计所述电池包的充电状态，所述算法进一步包括:至少一个状态，存储在所述计算机可读媒介中，包括固态扩散电压效应， 至少一个等效电路模型参数，存储在所述计算机可读媒介中，以及扩展卡尔曼滤波器，在所述处理器中使用所述电池包的电压、所述电池包的电流、所述至少一个状态和电路模型参数执行扩展卡尔曼滤波器以计算所述开路电压。 根据方案5所述的系统，其中，所述至少一个等效电路模型参数选自欧姆电阻、电荷转移阻抗和双层电容。 根据方案5所述的系统，其中，查找表存储在所述计算机可读媒介中并且由所述电池管理控制器使用以确定所述电池包的充电状态。 根据方案5所述的系统，其中，启动温度和关断温度记录在所述计算机可读媒介中并且用于启动时改变存储在所述计算机可读媒介中的所述至少一个等效电路模型参数。 根据方案5所述的系统，其中，关断时间记录在所述计算机可读媒介中并且用于在启动时补偿所述至少一个等效电路模型参数。 根据方案5所述的系统，其中，在温度范围上计算所述开路电压。 一种估计车辆中电池包的充电状态的方法，包括:使用电联接至所述电池包的多个传感器，所述多个传感器包括:电压传感器，电联接至所述电池包，电流传感器，电联接至所述电池包，以及温度传感器，热联接至所述电池包；在电池管理控制器中执行算法，所述电池管理控制器电联接至所述多个传感器并且配置以感测一个或多个电池特性，所述一个或多个电池特性包括所述电池包的温度、所述电池包的电压和所述电池包的电流，所述算法进一步包括:至少一个状态，存储在计算机可读媒介中，包括固态扩散电压效应，至少一个等效电路模型参数，存储在所述计算机可读媒介中，以及适应性估计技术，在处理器中使用所述电池包的电压、所述电池包的电流、所述至少一个状态和电路模型参数来执行所述适应性估计技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算电池的固态扩散电压效应的方法，包括：使用电联接至所述电池的至少一个传感器；以及在电池管理控制器中执行算法，所述电池管理控制器包括处理器和配置成运行所述算法的计算机可读媒介，并且电联接至所述至少一个传感器，所述至少一个传感器配置成感测包括所述电池的电压和所述电池的电流的一个或多个电池特性，所述算法进一步包括：       固态扩散电压效应模型，以及       适应性估计技术，在所述处理器中使用所述电池的电压、所述电池的电流、以及所述固态扩散电压效应模型来执行所述适应性估计技术以计算固态扩散电压效应。

【技术特征摘要】
2013.03.12 US 13/795,8131.一种计算电池的固态扩散电压效应的方法，包括: 使用电联接至所述电池的至少一个传感器；以及 在电池管理控制器中执行算法，所述电池管理控制器包括处理器和配置成运行所述算法的计算机可读媒介，并且电联接至所述至少一个传感器，所述至少一个传感器配置成感测包括所述电池的电压和所述电池的电流的一个或多个电池特性，所述算法进一步包括:固态扩散电压效应模型，以及 适应性估计技术，在所述处理器中使用所述电池的电压、所述电池的电流、以及所述固态扩散电压效应模型来执行所述适应性估计技术以计算固态扩散电压效应。2.根据权利要求1所述的方法，其中，启动温度和关断温度记录在所述计算机可读媒介中并且用于改变启动时所述固态扩散电压效应模型。3.根据权利要求1所述的方法，其中，关断时间记录在所述计算机可读媒介中并且用于补偿启动时所述固态扩散电压效应模型。4.一种电池管理系统,包括: 多个传感器，其包括: 电压传感器，电联接至电池包， 电流传感器，电联接至所述电池包，以及 温度传感器，热联接至所述电池包；以及 电池管理控制器，电联接至所述多个传感器并且配置成感测一个或多个电池特性，包括所述电池包的温度、所述电池包的电压和所述电池包的电流，以及所述电池管理控制器包括处理器和计算机可读媒介，配置所述电池管理控制器以运行算法来使用开路电压和所述电池包的温度估计所述电池包的充电状态，所述算法进一步包括: 至少一个状态，存储在所述计算机可读媒介中，包括固态扩散电压效应， 至少一个等效电路模型参数，存储在所述计算机可读媒介中，以及扩展卡尔曼滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：P弗罗斯特，BJ科赫，DR弗里施，BB斯塔温斯基，PM拉斯科夫斯基，KM约翰逊，RC巴拉苏，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US