用于电池组的最大电流计算和功率预测制造技术

一种用于预测系统中的电池组的功率容量的方法，包括：通过控制器确定电池组的开路电压，使用在充电或放电事件过程中测量的电压和电流计算电池组的电阻，以及使用开路电压和内部电阻计算电池组的最大电流。所述方法包括选择计算的最大放电电流和预定的电流限制中每个的绝对值的较低者，使用所选择的较低的绝对值计算电池组的放电功率容量，并使用计算的功率容量来控制系统的状态。所述方法还在DC快速充电操作过程中控制充电电流和参数。系统包括电池组、电机和控制器。系统可以是具有电动动力系的车辆，其中电机由电池组供电。

Maximum current calculation and power prediction for battery packs

A method for predicting the power capacity of a battery pack in a system includes determining the open circuit voltage of the battery pack through a controller, calculating the resistance of the battery pack using the voltage and current measured during charging or discharging events, and calculating the maximum current of the battery pack using the open circuit voltage and internal resistance. The method includes selecting the lower absolute value of each of the calculated maximum discharge current and the predetermined current limit, using the lower absolute value selected to calculate the discharge power capacity of the battery pack, and using the calculated power capacity to control the state of the system. The method also controls charging current and parameters during DC fast charging operation. The system includes battery pack, motor and controller. The system can be a vehicle with an electric power system, in which the motor is powered by a battery pack.

【技术实现步骤摘要】
用于电池组的最大电流计算和功率预测引言车辆动力系可包括一个或多个电机。由电机产生的马达转矩可用于推进车辆、转动曲轴和启动内燃机，和/或执行其他高压功能。功率逆变器可以用作这种动力系的电气系统的一部分。在功率逆变器内执行的受控切换和信号滤波操作最终产生适合于为电机的各个相绕组供电的交流(AC)输出电压。电池组可以通过外部电源再充电，例如可用的AC墙壁插座。或者，可以使用直流(DC)快速充电过程来减少相对于标准AC充电过程的总充电时间。
技术实现思路
本文公开了一种控制器执行的方法，用于与具有由直流(DC)电池组供电的电机的车辆或其他系统一起使用。使用所述方法，控制器计算最大电流，即电池组的最大充电和放电电流，然后预测系统内电池组的真实功率容量。控制器还使用预测的功率容量控制电池组和/或系统的操作。多单元电池组的功率容量在很大程度上取决于电池组的电特性，例如其电流和电压水平、强制功率限制、温度和老化年龄。电流限制可以由电池组的制造商或供应商预先确定，其水平旨在防止过度的充电或放电速率。因此，电流限制或电池组的电压限制限制了电池组在特定时间窗口(例如10-20秒)内的连续功率输出。特别是在车辆中，给定的电机可以被配置为输出最终推进车辆的转矩的牵引马达。因此，对电池组进行这种限制有效地限制了最大可持续马达速度、加速度和/或转矩。本文认识到，鉴于实际操作条件和/或电池组老化，上述制造商定义的限制可能过于保守或过于激进。结果，控制器可能高估或低估真实的电池功率容量，这反过来可能导致控制器逻辑内的系统控制决策不够理想。因此，本公开旨在通过将控制器配置为根据情况将计算的最大电流代入电池功率容量计算函数以便优化电池组性能来提供专用于预定/制造商定义的电池限制的替代方法。在示例实施例中，一种用于计算系统中的电池组的最大电流和预测功率容量的方法包括：通过控制器确定电池组的开路电压，并且还使用测量的电压和电流计算电池组的内部电阻。所述方法包括使用开路电压和内部电阻计算最大电流，以及选择计算的最大电流的绝对值和预定的电流限制的绝对值中的较低者。此后，控制器使用所选择的较低的绝对值来预测功率容量，并使用计算的功率容量自动控制系统的状态。确定开路电压可以包括测量和/或反向计算整个电池组或电池组的各个电池单元中的开路电压。计算最大电流可以在电池组的各种充电状态和温度下发生。类似地，可以在电池组的不同老化年龄下计算最大电流，使得计算的功率容量对应于电池组的实际老化年龄。以这种方式，所述方法可以适应老化的电池以提高预测精度。所述系统可包括由电池组供电的电机。在这样的实施例中，控制系统的状态可以包括控制电机的速度、转矩和/或加速度。电机可以在具有发动机的系统中由电池组供电，控制系统的状态包括使用电机曲轴转动和启动发动机。系统(例如，车辆)可以被配置为通过DC快速充电过程在多个充电阶段中接收DC充电电流。这种实施例中的方法可以包括将开路电压和充电电压与电池组的相应充电状态相关联作为成组的相关数据，然后通过控制器使用相关数据预测每个DC充电阶段可达到的电池组的充电状态。控制器还可以预测用于实现目标SOC的充电时间。控制系统的状态可以包括使用预测的充电时间来控制DC快速充电过程的充电持续时间。在一些实施例中，可以随电池组老化计算测量的充电电压(并且因此计算充电电阻)，使得可以在整个电池组的操作中预测充电时间和可达到的充电状态。在另一个实施例中，一种车辆或其他系统包括多电池高压电池组，电连接到电池组并由电池组驱动的电机，以及与电池组通信的控制器。控制器通过控制器的处理器执行指令来预测电池组的功率容量。执行指令使控制器确定电池组的开路电压、使用测量的电压和电流计算电池组的内部电阻、并使用开路电压和内部电阻计算最大电流。代码执行还使得控制器选择计算的最大电流的绝对值和预定的电流限制的绝对值中的较低值，以使用所选择的较低值计算电池组的功率容量，并使用计算的功率容量控制系统的状态。还公开了一种车辆，其包括一组驱动轮、电池组、具有耦合到驱动轮的输出构件并且连接到电池组并由电池组驱动的电牵引马达，以及被编程为或被配置为执行上述方法的控制器。通过以下结合附图对实现本公开的最佳模式的详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。附图说明图1是具有电动动力系和控制器的示例性车辆的示意图，该控制器被配置为执行如本文所述的电流计算和电池功率容量预测方法。图2是电流(竖直轴)与充电状态(水平轴)的示意性曲线图，示出了预定/制造商提供的最大电流和根据本方法计算的最大电流之间的可能变化。图3A和图3B是在一组代表性条件下的电池组放电功率(竖直轴)与放电电流(水平轴)的示意性示例曲线图。图4是描述本公开的电流计算和电池功率容量预测方法的示例实施例的流程图。图5是DC快速充电电压(竖直轴)与百分比充电状态(水平轴)的示意性曲线图，示出了新的和老化的电池组之间的可能的变化。具体实施方式参考附图，其中相同的附图标记表示几个附图中的相同或相似的部件，在图1中示意性地示出电气系统10。电气系统10可以与示例性车辆20或具有高压电池组(BHV)26的另一系统一起使用，例如，多电池锂离子、锌-空气、镍-金属氢化物或铅酸直流(DC)电池组。在一些实施例中，可以使用车外电源30选择性地对电池组26进行再充电。在插入式充电操作中通过充电路径A可以发生充电功率流，其中交流电压(VAC)以合适的电压水平输送，例如110/220VAC。电池组26可以在车辆20的操作过程中再充电，例如通过再生制动事件过程中的能量回收。或者，车外电源30可以体现为DC“快速充电”电源，其在较高DC电压(例如240-480伏(VDC)或更高)下提供充电电流。电气系统10由控制器(C)50调节。作为其调节功能的一部分，控制器50可以用计算机可读指令100编程，该计算机可读指令100体现用于确定电池组26的最大充电或放电电流和相关功率容量的方法，以及用于此后控制电池组26和/或车辆20或使用电池组26的其他系统的操作。下面为了说明性的一致性参照图1-5描述车辆应用，更广泛的可能的电池应用可以从本公开的教导中受益，包括发电厂和移动平台、以及机器人和动力设备。电池组26的电势，特别是当用在图1的车辆20中时，可以在60-360VDC或更高的范围内。然而，出于本公开的目的，术语“高压”是指超过典型的12-15VDC辅助电压水平的电压水平。在电压水平超过60VDC时，电池组26可用于通过功率逆变器模块(PIM)28为电机(M)29供电。PIM28是半导体开关设备，其被配置为将AC功率转换为DC功率，反之亦然，例如，通过脉冲宽度调制和滤波技术，使得通电的电机29通过输出构件32产生输出转矩(箭头TO)。输出构件32例如通过行星齿轮变速器或齿轮箱(未示出)联接到车辆20的驱动轮16。在一些操作模式中，产生的输出转矩(箭头TO)可以被输送到驱动轮16，其中驱动轮16与路面19滚动接触，使得电机29最终推进车辆20。在“轻度混合动力”或扩展范围EV实施例中，车辆20可具有通过带式驱动装置15连接到电机29的内燃机(E)13，使得当电机29由电池组26供电时，电机29可操作用于转动曲轴和启动发动机13。尽管为了简化而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于计算系统中的电池组的最大电流和预测功率容量的方法，所述方法包括：通过控制器确定所述电池组的开路电压；在所述电池组的充电或放电事件过程中测量电压和电流；使用测量的电压和测量的电流计算所述电池组的内部电阻；使用所述开路电压和所述内部电阻计算所述电池组的所述最大电流；选择计算的最大电流的绝对值和预定的电流限制的绝对值中的较低者；使用所选择的较低的绝对值预测所述电池组的所述功率容量；以及使用计算的功率容量控制所述系统的状态。

【技术特征摘要】
2017.11.10 US 15/8093161.一种用于计算系统中的电池组的最大电流和预测功率容量的方法，所述方法包括：通过控制器确定所述电池组的开路电压；在所述电池组的充电或放电事件过程中测量电压和电流；使用测量的电压和测量的电流计算所述电池组的内部电阻；使用所述开路电压和所述内部电阻计算所述电池组的所述最大电流；选择计算的最大电流的绝对值和预定的电流限制的绝对值中的较低者；使用所选择的较低的绝对值预测所述电池组的所述功率容量；以及使用计算的功率容量控制所述系统的状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述开路电压包括测量所述开路电压。3.根据权利要求1所述的方法，其中由所述控制器在所述电池组的多种充电状态和温度下执行计算所述最大电流。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：计算所述电池组的不同老化年龄下的最大电流，使得计算的功率容量对应于所述电池组的实际老化年龄。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统包括由所述电池组供电的电机，并且其中控制所述系统的状态包括控制所述电机的速度、转矩或加速度。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统包括发动机和由所述电池组供电的电机，并且其中控制所述系统的状态包括使用所述电机曲轴转动和启动所述发动机。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池组被配置为通过直流(DC)快速充电过程在多个D...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·Y·应，
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