电池功率状态估计方法和电池状态监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种估计用于电动车辆的电池(6)的功率状态(SOP)的方法，该方法包括：测量电池的温度(Tm)和电池的输出电压

Battery power state estimation method and battery state monitoring system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池功率状态估计方法和电池状态监测系统
本专利技术涉及一种用于稳健估计电池的功率状态(SOP)的方法。本专利技术还涉及一种包括执行该方法的步骤的程序代码的计算机程序、携载这种计算机程序的计算机可读介质、用于控制对电池状态的监测的控制单元、电池状态监测系统以及包括这种电池状态监测系统的电动车辆。该电动车辆可以是重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备，但也可以用于其它车辆，例如较小的电动工业车辆和轿车。
技术介绍
电化学存储装置作为电池在现代能源基础设施中是重要的。许多不同类型的设备依赖于电池能量存储。在交通行业中，电池一直在具有内燃机的车辆中用于辅助目的，但随着行业中开发出电动推进系统，对电池中的能量存储的要求增加了。用于电动车辆的电池的充电和放电必须快速、安全并且可靠。电池变得更大，必须输送更多电力，并且以更苛刻的方式被使用，其中放电更频繁且更深。在作为电动车辆的先进系统中，准确估计电池的功率状态(SOP)是重要的，以便能够确定最大充电电流和最大放电功率。功率状态(SOP)能力在具有电力传动系的车辆的能量管理中非常重要。SOP方法需要输入，例如充电状态(SOC)、电池单体端电压和电池单体温度，它们来自基于传感器测量值的估计(带有相关联的精度或不确定性)。在文献US2016/0131714A1中提出了一种SOP估计模型，该模型是先进的但是在正确的功率和电流估计方面有许多问题。因此，对于改进的、用于估计电池的SOP的方法、系统和装置，存在着需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进现有技术、解决上述问题，并提供一种改进的用于估计电池(例如，用于电动车辆)的功率状态的方法。根据本专利技术的第一方面，这些和其它目的通过一种估计用于电动车辆的电池的功率状态的方法来实现，该方法包括：测量电池的温度和电池的输出电压；接收基于电池模型的充电状态估计；提供电池的SOP估计模型，该SOP估计模型包括测量到的温度和测量到的输出电压。该方法的特征在于，该SOP估计模型还包括对测量到的参数和/或所估计的参数的误差的参数错误估计；并且该方法还包括基于电池的SOP估计模型来估计SOP。这些参数可以包括例如电池单体容量、欧姆电阻以及其它电阻和电容，它们被估计并且具有相关的误差或不确定性。由此，解决了现有技术的问题，其中所提出的方法将提高SOP估计的准确性，因为它将在SOP估计中分析电池模型参数和测量中的不确定性/误差的影响。这种不确定性和误差在现有技术的解决方案中可能导致例如低估最大放电/充电电流，并因此导致违反电压、功率等的限制。然而，根据本专利技术的方法处理了模型参数和测量误差中的不确定性，以克服对电流/功率的这些潜在低估。该SOP估计问题(SOPestimationproblem)可以被公式化为约束满足问题(constraintsatisfactionproblem)，其可以例如通过基于区间的技术或基于可达性分析工具和集合不变量理论(setinvarianttheory)来解决。该电池可以是一个电池单体(batterycell)或布置在电池组中的多个电池单体。根据本专利技术的另一方面，通过一种计算机程序实现了所述目的，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述计算机程序在计算机上运行时执行本文中所述的方法的步骤。根据本专利技术的另一方面，通过携载上述计算机程序的计算机可读介质实现了所述目的，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当该程序产品在计算机上运行时执行所述方法。根据本专利技术的另一方面，通过用于控制对电池状态的监测的控制单元实现了所述目的，该控制单元包括被配置成执行对电池的充电状态的稳健估计的电路，其中该控制单元被布置成执行本文中讨论的方法的步骤。根据本专利技术的另一方面，通过用于监测电池状态的电池状态监测系统实现了所述目的，该电池状态监测系统包括：温度传感器，该温度传感器被布置成感测所述电池的温度；电流传感器，该电流传感器被布置成测量所述电池的输出电流；电压传感器，该电压传感器被布置成测量所述电池的输出电流；和如上所述的控制单元。根据本专利技术的又一方面，通过包括这种电池状态监测系统的电动车辆实现了所述目的。在以下的描述和从属权利要求书中，公开了本专利技术的其它优点和有利特征。附图说明参考附图，下面是作为示例引用的本专利技术实施例的更详细描述。在这些图中：图1是执行用于估计电池的SOP的本专利技术的方法的电路的示意图。图2是用于监测电池状态的电池状态监测系统的示意图，该电池状态监测系统包括在控制单元中的图1的电路、用于测量电池属性的传感器和提供电池的充电状态(SOC)的电路。图3是示出用于估计电池的SOP的本专利技术的方法的框图。图4是包括图3的电池状态监测系统的电动车辆的示意图。图5是描述电池单体的等效电路模型的示意图。具体实施方式图1是执行本专利技术的方法M的电路1的示意图，该方法M用于根据电池的测量到的温度值Tm、所估计的SOC和输出电压来估计电池的SOP。在模型中，将中间SOP值(SOPint)和对于测量到的参数和/或所估计的参数的误差的参数错误估计(Pf)进行迭代，以优化所估计的SOP值(SOP)的值。图2是用于监测电池6的状态的电池状态监测系统10的示意图，该电池状态监测系统10包括含有图1的电路1的控制单元。电压传感器5测量电池6的输出电压，电流传感器4测量电池6的电流，温度传感器3测量电池6的单体的温度。充电状态估计单元8可用于提供根据本专利技术的模型所需的输入SOC。参考图3，将说明用于估计电池的SOP的、本专利技术的方法的主要步骤。在第一步骤S1中，该方法测量电池的温度和电池的输出电压。在第二步骤S2中，提供对电池SOC的估计。在第三步骤S3中，该方法提供电池的SOP估计模型，该SOP估计模型包括测量到的温度，测量到的输出电压、以及对于测量到的参数和所估计的参数的误差的参数错误估计。在第四步骤S4中，该方法基于电池的SOP估计模型来估计SOP。图4是电动车辆20的示意图，其包括图3中所示的电池状态监测系统10，电池状态监测系统10连接到该电动车辆的电池6。现在将通过用于实施该方法的示例性数学表达式更详细地讨论本专利技术的方法。在所述SOP估计中考虑了电池模型参数和测量误差的不确定性。电池的等效电路模型可以由以下部分组成：无源元件，例如电阻器和电容器，它们示意性地连接在代表电池的开路电压OCV的两个端子以及代表电池的所估计的电压值′y′的两个端子之间。图5中的电阻RO对应于欧姆电阻，而并联的电阻R1和电容器C1可以看作代表电池的动态属性。请注意，可以使用更多并联的RC分支(branches)来扩展该模型，以表示更复杂的动态特性。如图5中所示的电池模型的数学表示的表达式如下：其中x1是并联的RC分支的电压，x2是SOC，η是电池的库仑效率，Ts是采样时间，Cn是电池容量，并且w＝[w1w2]T是过程噪音。在更紧凑的表达式中，它可以写成：x(k+1)＝A·x(k)+B·i(k)+w(k)其中x(k)＝[x1(k)x2(k)]T.输出电压被定义为：y(k)＝OCV(x2(k))-R0(i(k))+x1(k)+v(k)其中，开路电压OCV在这种情况下是变量x2(即SOC)的函数；并且v是观测噪音。该表达式也能够以更紧凑的方式写成：y(k)＝g(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于估计(用于电动车辆的)电池(6)的功率状态(SOP)的方法，所述方法包括：‑测量所述电池的温度(Tm)和所述电池的输出电压

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于估计(用于电动车辆的)电池(6)的功率状态(SOP)的方法，所述方法包括：-测量所述电池的温度(Tm)和所述电池的输出电压-接收基于电池模型的充电状态(SOC)估计；-提供所述电池的SOP估计模型(M)，所述SOP估计模型(M)包括测量到的所述温度(Tm)和测量到的所述输出电压其特征在于-所述SOP估计模型(M)还包括对于测量到的参数和/或所估计的参数的误差的参数错误估计(Pf)；并且所述方法还包括基于电池的所述SOP估计模型(M)来估计所述SOP。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充电状态(SOC)估计是基于包括电池单体容量、欧姆电阻和电池单体电容的电池模型。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中测量到的所述电压的误差是基于电压传感器(5)中的误差，例如电压传感器(5)中的偏移或漂移。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述SOP估计模型(M)被公式化为约束满足问题(CSP)，并且通过基于区间的技术、或者基于可达性分析和集合不变量理论来求解。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述SOP估计模型(M)基于由以下表达式描述的电池单体：所述输出电压被定义为y(k)＝OCV(x2(k))-R0(i(k))+x1(k)+v(k)并且CSP被表示为：CSP＝(V，D，C(z))，其中(1)V＝{z1，...，zn}，一组数字变量，(2)D＝{Z1，...，Zn}，一组域，其中，Zi是一组数值，所述Zi是与所述变量zi相关联的域，(3)C(z)＝{C1(z)，...，Cm(z)}，一组约束，其中，约束Ci(z)由关联所考虑的一组变量的数值关系(方程、不等式、包含等)确定；其中，CSP的解，即，解(CSP＝(V，D，C(z)))，是能够满足所有约束Ci∈C的数值变量的集合∑。6.根据权利要求5所述的方法，其中∑＝{z∈Z|Ci(z)成立}假设在可用的时间步长k处的估计状...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃斯特班·杰尔索，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE