基于电气化车辆电池中的锂镀覆检测的车辆控制制造技术

本公开涉及基于电气化车辆电池中的锂镀覆检测的车辆控制。一种包括具有至少一个电池单元的牵引电池的车辆包括控制器，所述控制器连接至所述牵引电池并且被配置为：响应于由作为时间的函数的所述至少一个电池单元的微分电压与所述至少一个电池单元的电池单元充电速率的比值指示的所述至少一个电池单元中的锂镀覆，来控制所述牵引电池的充电和放电。可将所述比值与和当前电池荷电状态关联的阈值进行比较，以在所述比值低于所述阈值时指示锂镀覆。还可基于相对于先前存储的开路电压值的测量的电池单元开路电压来检测锂镀覆。可基于测量的电池单元电压和电流以及先前存储的电池单元内电阻来计算测量的电池单元开路电压值。

Vehicle control based on lithium coating detection in an electric vehicle battery

The present disclosure relates to vehicle control based on lithium coating detection in an electric vehicle battery. A vehicle includes a traction battery having at least one cell unit includes a controller, the controller is connected to the traction battery and is configured to response to a battery cell voltage differential ratio as a function of time of the at least one cell unit and the at least one battery unit charging rate indicating the at least one cell in lithium plating, charge and discharge control of the traction battery. The ratio can be compared with a threshold associated with the current battery charge state to indicate lithium coating when the ratio is lower than the threshold. The lithium plating can also be detected based on the open circuit voltage of the cell unit, which is measured with respect to previously stored open circuit voltage values. The measured open circuit voltage of the battery unit can be calculated based on the measured voltage and current of the cell unit and the resistance in the previously stored cell unit.

【技术实现步骤摘要】
基于电气化车辆电池中的锂镀覆检测的车辆控制
本公开涉及用于电气化车辆的控制系统的车辆电池中的锂镀覆(lithiumplating)的检测。
技术介绍
电气化车辆(诸如混合动力车辆、插电式混合动力车辆和电池电动车辆)使用由牵引电池供电的电机来驱动车辆动力传动系统。电池的充电和放电导致电化学过程，该电化学过程影响可用于给车辆供电的电荷并且可随着环境状况和操作状况(诸如电池荷电状态(SOC)、温度、电池单元平衡以及充电/放电速率或电流)的变化而变化。在锂离子(Li-ion)电池中，在一些操作状况下，金属锂可沉积在电池单元的负电极上，这可能降低电池性能和电荷可用性并且会导致内部短路。尽管可在其它环境状况和操作状况下发生锂镀覆，但是电池在低操作温度和高充电电流下特别容易受到该过程(被称作锂镀覆)的影响。
技术实现思路
在各个实施例中，一种包括具有至少一个电池单元的牵引电池的车辆包括控制器，所述控制器连接至牵引电池并且被配置为：响应于所述至少一个电池单元的锂镀覆来控制所述牵引电池的充电和放电，其中，所述至少一个电池单元的锂镀覆由作为时间的函数的所述至少一个电池单元的微分电压与所述至少一个电池单元的电池单元充电速率的比值来指示。所述电池单元充电速率可与电池单元电流相对应。所述控制器还可被配置为：响应于所述锂镀覆，降低所述电池单元充电速率。在各种实施例中，所述控制器还被配置为：响应于所述比值越过关联阈值，控制所述电池单元充电速率。所述关联阈值可基于牵引电池荷电状态而变化。根据本专利技术的一个实施例，所述控制器还被配置为：比较所述比值，以响应于所述比值越过关联阈值来控制所述电池单元充电速率。根据本专利技术的一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于所述比值小于关联阈值，控制所述牵引电池。根据本专利技术的一个实施例，所述关联阈值基于牵引电池的荷电状态而变化。在一个实施例中，一种车辆包括具有多个电池单元的牵引电池和控制器，所述控制器与所述牵引电池通信并且被配置为：响应于所述多个电池单元中的至少一个电池单元的锂镀覆的检测来控制所述牵引电池，其中，所述锂镀覆的检测是基于相对于关联阈值的所述至少一个电池单元的差分电池单元电压的。所述控制器可被配置为：响应于基于所述至少一个电池单元的测量的开路电压与关联阈值之间的差的锂镀覆的检测，来控制所述牵引电池电流，其中，所述关联阈值是先前存储的开路电压值。所述测量的开路电压可以是基于测量的电池单元电压、测量的电池单元电流和先前存储的或在线估计的电池单元内电阻的。在另一实施例中，所述控制器被配置为：响应于锂镀覆的检测来控制牵引电池电流，其中，所述锂镀覆是基于在所述牵引电池充电期间电池单元微分电压与电池单元电流的比值的。所述控制器还可被配置为：响应于锂镀覆的检测来控制所述牵引电池，其中，所述锂镀覆是基于作为时间的函数的所述比值与先前存储的比值模式的比较的。所述控制器可被配置为：响应于所述锂镀覆的检测，通过例如减小充电电流、利用外部加热使电池升温或者使电池循环以利用电池单元内电阻产生热或使牵引电池电流反向来控制所述牵引电池的充电和放电。实施例还可包括一种由具有牵引电池的车辆中的车辆控制器实现的方法。所述方法可包括：由所述控制器响应于一个或更多个牵引电池单元的锂镀覆来控制牵引电池电流，所述一个或更多个牵引电池单元的锂镀覆由a)电池单元电压变化速率与电池单元充电速率的比值或b)用于检测与锂镀覆关联的特殊模式的系统识别方法来指示，其中，所述比值响应于所述比值越过关联阈值而指示所述一个或更多个牵引电池电池单元的锂镀覆，所述关联阈值可取决于一个或更多个环境状况或电池状况(诸如电池荷电状态)。控制所述牵引电池电流可包括减小所述牵引电池电流。根据本专利技术的一个实施例，所述关联阈值相对于电池荷电状态而变化。根据本专利技术的一个实施例，所述电池单元充电速率与电池单元电流相对应。根据本公开的实施例可提供一个或更多个优点。例如，锂镀覆的在线非破坏性检测有助于电池控制和/或车辆控制以减轻不可逆的锂镀覆，从而延长电池寿命和扩展电池容量。各种实施例提供对于电池开路电压曲线的变化具有稳健性的锂镀覆检测，以在变化的操作状况下提供准确的检测。根据一个或更多个实施例的策略使用现有的车辆传感器和/或电池传感器来检测锂镀覆，使得无需添加传感器或硬件。通过下面在结合附图时进行的详细描述，与各个实施例相关联的上述优点和其它优点及特征对于本领域普通技术人员将变得显而易见。附图说明图1是示出在代表性实施例中具有锂镀覆检测和控制的电气化车辆的框图；图2是示出根据代表性实施例的用于检测锂镀覆的未镀覆的电池单元和镀覆的电池单元的电池单元电压(作为SOC的函数)的曲线图；图3是示出根据代表性实施例的用于检测锂镀覆的未镀覆的电池单元和镀覆的电池单元的电池单元电压变化速率与电池单元充电速率的比值(作为时间的函数)的曲线图；图4是示出根据代表性实施例的用于检测车辆电池中的锂镀覆并且作为响应而控制车辆或电池的车辆或方法的操作的流程图。具体实施方式根据需要，在此公开了详细的实施例；然而，应该理解的是，所公开的实施例仅代表所要求保护的主题并且可以以各种替代形式来实施。附图无需按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可以与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，可期望将与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型用于特定的应用或实施方式。本公开的实施例可包括各种内部电路和外部电路或其它电气装置。所有针对所述电路和其它电气装置以及由它们中的每个所提供的功能的引用并不意在限于仅包含在此示出和描述的内容。尽管特定的标签可被分配给所公开的各种电路或其它电气装置，但是这种标签并不意在限制所述电路和其它电气装置的操作范围。这种电路和其它电气装置可基于期望的特定类型的电气实施方式以任何方式彼此组合和/或分离。应认识到，在此公开的任何电路或其它电气装置可包括任何数量的分立的无源组件和有源组件(诸如电阻器、电容器、晶体管、放大器、模/数转换器(ADC或A/D转换器)、微处理器、集成电路、非暂时性存储器装置(例如，闪存、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或上述项的其它合适的变型))和软件，它们彼此协作以执行在此公开的操作。另外，所述电气装置中的任何一个或更多个可被配置为执行包含在非暂时性计算机可读存储介质中的计算机程序，该介质包括将计算机或控制器配置为执行所公开的任何数量的功能的指令。图1是具有至少一个控制器的代表性电气化车辆实施例的框图，所述至少一个控制器基于车辆电池中的锂镀覆的检测来控制车辆和/或电池。尽管在该代表性实施例中示出了具有内燃发动机的插电式混合动力车辆，但是本领域普通技术人员将认识到，所公开的实施例(示出了锂镀覆的检测以及响应所述检测的车辆和/或车辆电池的控制)也可用于其它类型的电气化车辆中。在代表性实施例中示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆，包括：牵引电池，具有多个电池单元；控制器，与所述牵引电池通信，并且被配置为：响应于所述多个电池单元中的至少一个电池单元的锂镀覆的检测来控制所述牵引电池，其中，所述锂镀覆的检测是基于相对于关联阈值的所述至少一个电池单元的差分电池单元电压的。

【技术特征摘要】
2016.01.20 US 15/001,5201.一种车辆，包括：牵引电池，具有多个电池单元；控制器，与所述牵引电池通信，并且被配置为：响应于所述多个电池单元中的至少一个电池单元的锂镀覆的检测来控制所述牵引电池，其中，所述锂镀覆的检测是基于相对于关联阈值的所述至少一个电池单元的差分电池单元电压的。2.如权利要求1所述的车辆，所述控制器还被配置为：响应于基于所述至少一个电池单元的测量的开路电压与关联阈值之间的差的锂镀覆的检测，来控制所述牵引电池电流，其中，所述关联阈值是先前存储的开路电压值。3.如权利要求2所述的车辆，所述测量的开路电压是基于测量的电池单元电压、测量的电池单元电流和先前存储的电池单元内电阻的。4.如权利要求1所述的车辆，所述控制器还被配置为：针对在所述牵引电池放电预定时间之后低于阈值的荷电状态值，基于开路电压与牵引电池荷电状态之间的关系来识别锂镀覆的电池单元，以允许完成锂剥离。5.如权利要求1所述的车辆，所述控制器还被配置为：响应于锂镀覆的检测来控制牵引电池电流，其中，所述锂镀覆的检测是基于在所述牵引电池充电期间电池单元微分电压与电池单元电...

【专利技术属性】
技术研发人员：何川，杰弗里·考埃尔，李峰，王旭，毛睿齐，布兰登·斯威舍，陈海岩，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US