使用电芯组电荷状态变化范围估计剩余电池组能量的方法和系统技术方案

使用电芯组电荷状态变化范围估计剩余电池组能量的方法和系统。一种用于估计具有串联连接的电芯/电芯组的电池组中的剩余能量的方法包括测量电池参数，所述电池参数包括电池电压、电流和温度。控制器使用这些参数来实时估计静态电荷状态差异（∆SOC）值和电流依存∆SOC值，包括将静态∆SOC值计算为电池组的平均SOC与最弱/最低能量的电芯组的SOC之间的差异。电流依存∆SOC值是电流的每单位百分比SOC。经由多参数状态估计器块来对静态∆SOC值和电流依存∆SOC值进行滤波。使用滤波后的状态值，控制器响应于所估计的剩余能量来执行控制动作，包括经由显示装置显示剩余能量和/或从剩余能量得出的量。一种动力总成系统包括控制器、电机和电池组。

【技术实现步骤摘要】
使用电芯组电荷状态变化范围估计剩余电池组能量的方法和系统
技术介绍
被配置成供用作车辆、移动系统、发电厂和其他电系统中的电源的高能电化学电池组可由互连的电芯堆叠的区段构造。每个电芯堆叠包括具有内部电芯叠层的若干个电池电芯，该内部电芯叠层继而包括定位于带相反电荷的电极箔之间的绝缘材料薄层。电芯叠层被密封在包含电解质材料的外袋中，其中电极箔的延伸部从袋边缘突出以形成正极电芯接线片和负极电芯接线片。电芯接线片最终经由互连构件或焊帽焊接在一起以构造成电池组。对电池组及组成其的电池电芯的动态变化的热电性质的实时监测有助于确保最佳的电池组性能。所监测的电池参数包括电池组的电荷状态（SOC），其中SOC常常被表达为新的/充满电的基准SOC电平的百分比。电芯平衡策略被用于根据需要将单独的电池电芯切换入电路中和从电路中切换出，以便大致平衡单独的电池电芯的SOC。各种电池电芯的单独的电芯电压/SOC的差异在使用基于温度的查找表的电里程估计方法中被计算在内。SOC查找表可填充有理想/平衡良好的电池组的预期性能数据。然而，上述电芯平衡策略或相关联的硬件中的潜在构造缺陷、故障或错误、和/或电池电芯的自平衡率变化会导致电压差异超过上述SOC查找表的编程等级。结果，电池控制器可对电池组中的剩余能量的量估计过高。
技术实现思路
本公开涉及供与动力总成系统一起使用的能量和里程估计技术，所述动力总成系统具有连接到多电芯电池组的电机或其他负载。电池组包括多个串联连接的电芯或电芯组。每个相应的电芯/电芯组由上文大致描述的类型的并联连接的电池电芯构造。如本文中所公开的算法可由电池控制器实时执行，以使得控制器能够估计电池组中的剩余能量的可用量并响应于剩余能量的量来执行适当的控制动作。如下文参考各个附图所详细描述的，控制器通过估计至少两个状态参数来实现改进的里程估计精度：静态电荷状态差异（∆SOC）值（即，电池组作为整体的平均SOC与电池组中的最弱/最低能量的电芯组的SOC之间的差异/delta（∆）），以及动态变化的电流依存∆SOC值。如本文中所使用的，术语“静态”意指该值不依赖于另一个输入，而不是“从不改变”。可使用其他状态参数，例如温度。控制器可对静态∆SOC值和电流依存∆SOC值进行滤波，其中电流依存∆SOC值可能地被计算为每单位电池电流的百分比SOC。此后，控制器使用滤波后的状态值来估计电池组中的剩余能量的可用量。控制器还可被编程为基于所估计的剩余能量来执行适当的控制动作。例如，当电池组被用作移动应用中的（例如，车辆、机器人或移动平台的）动力总成系统的一部分时，控制器可快速预测和显示剩余电里程和/或选择并执行动力总成模式，以根据需要将来自电池组的更多或更少的能量分配到被驱动负载。采用电池组并使用本方法学的固定系统也可受益于本方法的使用，诸如通过基于剩余能量的量来控制皮带轮驱动系统、提升机、动力工具或另一个被驱动负载的速度或关机程序，其中在这种情况下，术语“里程”可能地指代电池组的剩余操作时间或寿命，而不是行驶距离。在特定实施例中，该方法包括使用至少一个电传感器来测量一组电池参数，其中这些参数包括电池组的电池电压、电池电流和电池温度。该方法包括使用电池参数来实时估计静态电荷状态差异（∆SOC）值和电流依存∆SOC值，其中此类估计包括将静态∆SOC值计算为电池组的平均SOC与电芯/电芯组中的最弱/最低能量的电芯/电芯组的SOC之间的差异，其中，电流依存∆SOC值是每单位电流的百分比SOC。附加地，控制器经由多参数状态估计器块来对静态∆SOC值和电流依存∆SOC值进行滤波以得出滤波后的状态值，然后使用滤波后的状态值来估计电池组中的剩余能量。该方法包括响应于所估计的剩余能量对电池组执行控制动作，包括经由显示装置显示剩余能量和/或从剩余能量得出的量（例如，里程）。还公开了一种动力总成系统，其具有：上述电池组；被驱动负载，其连接到电机；（一个或多个）电传感器，其被配置成测量一组电池参数；显示装置；以及控制器，其被配置成执行上文所概述的功能。以上概述并不旨在代表本公开的每个可能的实施例或每个方面。相反，前述概述旨在举例说明本文中所公开的新颖方面和特征中的一些。当结合附图和所附权利要求书时，从用于实施本公开的代表性实施例和模式的以下详细描述中，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将容易显而易见。本专利技术还提供了以下技术方案：1.一种用于估计电池组中的剩余能量的方法，所述电池组具有多个串联连接的电芯或电芯组，所述方法包括：使用至少一个电传感器来测量一组电池参数，所述一组电池参数包括所述电池组的电池电压、电池电流和电池温度；使用所述一组电池参数来实时估计静态电荷状态差异（∆SOC）值和电流依存∆SOC值，包括将静态∆SOC值计算为所述电池组的平均SOC与所述电芯或电芯组中的最弱/最低能量的电芯或电芯组的SOC之间的差异，其中，所述电流依存∆SOC值是每单位电池电流的百分比SOC；经由控制器的多参数状态估计器块来对所述静态∆SOC值和所述电流依存∆SOC值进行滤波，以由此得出滤波后的状态值；使用所述滤波后的状态值来估计所述电池组中的剩余能量；以及响应于所估计的剩余能量关于所述电池组执行控制动作，包括经由显示装置显示剩余能量和/或从剩余能量得出的量。2.根据技术方案1所述的方法，其中，所述控制动作包括：基于所述剩余能量而将来自所述电池组的所述剩余能量中的至少一些分配给电机。3.根据技术方案2所述的方法，其中，所述电机联接到机动车辆的驱动轮，并且其中，所述控制动作包括：估计所述机动车辆的剩余电操作里程，并且经由所述显示装置将所述剩余电操作里程显示为所述从剩余能量得出的量。4.根据技术方案3所述的方法，其中，所述控制动作包括：基于所述剩余能量来修改所述电机的输出速度或输出扭矩。5.根据技术方案1所述的方法，其中，多状态估计器是卡尔曼滤波器。6.根据技术方案1所述的方法，其还包括：通过将所述电池电压除以所述电芯或电芯组的总数来确定所述电池组的平均电芯电压，并且然后从以所述平均电芯电压为索引的查找表中提取所述电池组的所述平均SOC。7.根据技术方案1所述的方法，其还包括：从电池组级开路电压中减去电芯电压变化范围以得出低电芯OCV，并且使用所述低电芯OCV从OCV-SOC查找表中提取所述电芯或电芯组中的最弱/最低能量的电芯或电芯组的SOC。8.根据技术方案1所述的方法，其中，执行控制动作包括：将潜在地有缺陷的电芯识别为低容量电芯、高电阻电芯或高的自放电电芯，并且然后响应于识别所述潜在地有缺陷的电芯来修理或更换所识别的电芯和/或所述电池组。9.根据技术方案1所述的方法，其中，所述控制动作包括：响应于所述剩余能量来动态地改变所述电池组的充电或放电目标。10.一种动力总成系统，其包括：电池组，其具有多个串联连接的电芯或电芯组；电机，其连接到所述电池组；被驱动负载，其连接到所述电机；至少一个电传感器，其被配置成测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于估计电池组中的剩余能量的方法，所述电池组具有多个串联连接的电芯或电芯组，所述方法包括：/n使用至少一个电传感器来测量一组电池参数，所述一组电池参数包括所述电池组的电池电压、电池电流和电池温度；/n使用所述一组电池参数来实时估计静态电荷状态差异（∆SOC）值和电流依存∆SOC值，包括将静态∆SOC值计算为所述电池组的平均SOC与所述电芯或电芯组中的最弱/最低能量的电芯或电芯组的SOC之间的差异，其中，所述电流依存∆SOC值是每单位电池电流的百分比SOC；/n经由控制器的多参数状态估计器块来对所述静态∆SOC值和所述电流依存∆SOC值进行滤波，以由此得出滤波后的状态值；/n使用所述滤波后的状态值来估计所述电池组中的剩余能量；以及/n响应于所估计的剩余能量关于所述电池组执行控制动作，包括经由显示装置显示剩余能量和/或从剩余能量得出的量。/n

【技术特征摘要】
20190111 US 16/2455071.一种用于估计电池组中的剩余能量的方法，所述电池组具有多个串联连接的电芯或电芯组，所述方法包括：
使用至少一个电传感器来测量一组电池参数，所述一组电池参数包括所述电池组的电池电压、电池电流和电池温度；
使用所述一组电池参数来实时估计静态电荷状态差异（∆SOC）值和电流依存∆SOC值，包括将静态∆SOC值计算为所述电池组的平均SOC与所述电芯或电芯组中的最弱/最低能量的电芯或电芯组的SOC之间的差异，其中，所述电流依存∆SOC值是每单位电池电流的百分比SOC；
经由控制器的多参数状态估计器块来对所述静态∆SOC值和所述电流依存∆SOC值进行滤波，以由此得出滤波后的状态值；
使用所述滤波后的状态值来估计所述电池组中的剩余能量；以及
响应于所估计的剩余能量关于所述电池组执行控制动作，包括经由显示装置显示剩余能量和/或从剩余能量得出的量。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制动作包括：基于所述剩余能量而将来自所述电池组的所述剩余能量中的至少一些分配给电机。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电机联接到机动车辆的驱动轮，并且其中，所述控制动作包括：估计所述机动车辆的剩余电操作里程，并且经由所述显示装置将所述剩余电操作里程显示为所述从剩余能量得出的量。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述控制动作包括：基于所述剩余能量来修改所述电机的输出速度或输出扭矩。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，多状态估计器是卡尔曼滤波器。


6.根据权利要求1所述的方法，其还包括：通过将所述电池电压除以所述电芯或电芯组的总数来确定所述电池组的平均电芯电压，并且然后从...

【专利技术属性】
技术研发人员：GM西曼，J布内尔，CA斯皮诺，
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