用于优化插电式车辆中的电池寿命的自适应系统和方法与流程

本发明涉及一种用于优化插电式车辆中的电池寿命的自适应系统和方法。

背景技术：

高电压电池可以用于向各种不同系统中的电机供电。例如，来自电机的输出转矩可以用于向插电式车辆(即，具有可以经由充电插座或其它非车载电源充电的电池组的车辆)中的变速器的输入构件供电。随着时间推移，电池组的单个电池逐渐老化和退化。因此，电池性能参数(诸如开路电压、电池单元电阻和充电状态)相对于已校准的/新值可能发生了变化。因此，电池退化通常由指定的控制器来监测以估计电池组中剩余的电能量。电动车辆里程估计可从已估计的电能产生，并且此后用于有效的路线规划和/或用于执行自动传动系控制动作。

若干因素可促成电池退化并且缩短电池寿命。例如，维持在高充电电平状态的电池组与维持在较低、更佳的充电状态范围内的电池组相比趋向于更快地退化。更高的电池充电电流和温度也可缩短电池寿命。通常在插电式车辆中使用的类型的电池组趋向于适合于更长的全电动驱动距离的更大尺寸，在某些情况中，充满电可行驶200英里以上。然而，里程焦虑和其它因素(诸如时间约束、个人驾驶习惯和受限制的电池物理学增值)可导致优选的电池充电习惯可缩短电池寿命。例如，如果在具有充满电能运行200英里里程的车辆中，给定操作员的正常日行电驱动里程为30英里至50英里，那么在每次充电事件中将电池组充满电的动作将导致在车辆的整个所有权持续时间内维持在高充电状态下。随着时间推移，这继而可缩短电池寿命，并且可不利地影响电动里程估计的精确度。

技术实现要素：

本文公开共同允许插电式车辆的操作员延长车辆电池组的寿命并且改进任何车载电动里程估计的总精确度的系统和自适应方法。随着时间推移，控制器监测并且学习操作员的个人驾驶习惯、能量使用和电池充电行为。响应于各种传感器输入而自动地控制电池组的充电。如本文所公开，由此针对已定的车辆操作员通过选择性地将电池组充电至某个充电状态(soc)电平(更接近地匹配用于优化电池寿命所需的最优soc电平)以及通过选择性地控制充电操作来延长并且优化电池组的寿命，以便填充对应于soc里程的指定数据箱。

具体而言，本文公开了一种在插电式车辆中使用的示例性系统。该系统包括传感器、全球定位系统(gps)接收器、用户接口和控制器。该传感器共同地可操作用于测量车辆的电池组的电池性能数据，其中该电池性能数据包括开路电压、soc电平、充电电流和/或电池组的温度。该gps接收器可操作用于确定车辆的位置，其接着随着时间推移而被跟踪以允许控制器建立并且记录给定操作员的驾驶历史。与用户接口和gps接收器通信的控制器编程成用于使用测量的电池性能数据来监测电池组随着时间推移的退化。

该控制器进一步被编程成使用测量的电池性能数据以及来自gps接收器的位置信号来确定操作员的驾驶历史和电池充电历史，其中该驾驶历史和电池充电历史分别识别操作员驾驶车辆和对电池组充电的日期、时刻和位置。该控制器还从多个soc数据箱(其各自配置成存储针对预定soc里程的测量的电池性能数据)中识别丢失了电池性能数据或包括相对于已校准的老化阈值的旧电池性能数据的数据箱。该控制器经由充电控制信号自动地控制电池组的充电操作，并且还记录针对已识别的数据箱的测量的电池性能数据。

本文还公开了一种用于优化插电式车辆中的电池组的寿命的方法。在特定实施例中，该方法包括经由多个传感器测量电池组的电池性能数据(包括测量电池组的开路电压)并且还使用gps接收器确定车辆的位置。该方法还包括经由控制器使用测量的电池性能数据来监测电池组随着时间推移的退化，以及使用测量的电池性能数据和来自gps接收器的位置信号来确定针对车辆的操作员的驾驶历史和电池充电历史。

另外，该方法包括经由控制器从多个soc数据箱(其各自配置成存储针对预定soc里程的测量的电池性能数据)中识别丢失了电池性能数据或包括相对于已校准的老化阈值的旧电池性能数据的数据箱，且接着经由控制器使用充电控制信号来自动地控制电池组的充电操作。该方法包括记录针对已识别的数据箱的测量的电池性能数据。以此方式，相对于使用常规方法的系统，可以优化电池组的寿命。

上述和本发明的其它特征和优点从用于实行结合附图取得的本发明的最佳模式的以下详细描述能够容易地显而易见。

附图说明

图1是具有可再充电电池组以及用于优化电池组寿命的系统的示例性插电式车辆的示意图。

图2是可用作在图1中所示的系统的部分的控制器的示意逻辑流程图。

图3是描述用于优化诸如图1中所示的示例性车辆的插电式车辆中的电池组的寿命的示例性自适应方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的参考标记用于识别各个视图中的相同或相似部件，图1示意地说明了示例性插电式车辆10，该车辆具有底盘11、可再充电电池组12和控制器(c)50，该控制器编程有一组电池退化监测逻辑30。如本领域中众所周知，车辆10还包括全球定位系统(gps)接收器16r，该全球定位系统接收器可操作用于从一组gps卫星(未示出)接收位置数据，以及用于向控制器50提供对应的位置信号(箭头16)，该位置信号描述了车辆10在地理编码地图上的地理坐标。

控制器50编程成记录车辆10的给定操作员随着时间推移的驾驶和充电历史，并且使用记录的驾驶和充电历史来改进电池退化监测逻辑30的精确度。另外，控制器50编程成如下文参考图2和3陈述般以在操作员的时间表中的预测间隙期间填充指定soc数据箱并且由此帮助延长电池组12的使用寿命的方式来自动地控制电池组12的充电操作。

图1的车辆10可以包括电传动系(未示出)，其中一个或多个电机从电池组12汲取电力并且经由一个或多个前驱动轴15f和/或后驱动轴15r向驱动轮14传递马达转矩。控制器50自动地执行实施方法100的指令以由此延长并优化电池组12的寿命，这部分是使用来自gps接收器16r的gps位置信号(箭头16)中所包括的信息以及来自电池退化监测逻辑30的信息而告知。

车辆10可以实施为电池组12可通过连接至非车载电源21(诸如120vac或240vac壁式插座或充电站)再充电的任何移动平台。车辆10可以包括本领域中已知的类型的车载充电模块(obcm)18。obcm18可经由电连接器22和合适的电缆23选择性地连接至电源21(如由箭头a所指示)。obcm18将来自电源21的ac电力转换为适用于增大电池组12的soc电平的dc电力。在各个实施例中，车辆10可以是增程型电动车或纯电动车，其中后者通常具有当此电池组12是新电池组时该电池组12充满电能够行使40英里至200英里或更大的电动车运行里程。

作为方法100的部分，图1的车辆10还可以包括可操作用于根据需要加热或冷却电池组12的热调节装置17，该加热或冷却可以经由从控制器50传输热控制信号(箭头13)来实现。另外，作为方法100的部分，车辆10配备有多个电池传感器(sx)，其各自可操作用于测量和/或确定电池组12的对应性能参数。例如，各个电池传感器sx可以用于直接测量或帮助确定充电状态(箭头soc)，并且可以包括可操作用于测量电池温度(箭头t)的温度传感器、可操作用于测量电池电压(箭头v)的电压传感器和/或用于确定电池组12的电池单元(未示出)中的个别电池单元或群组的电池电流(箭头i)的电流传感器，其中此类值传输或者报告至控制器50。

如本领域中已知，可以通过不同方法(诸如使用将电池组12模型化并且考虑电池组12的各个导电板(未示出)上的表面电荷的等效电路)确定电池(诸如电池组12)的soc。控制器50使用执行电池退化监测逻辑30时的收集的电池性能参数以由此确定或估计电池组12中剩余的电能量并且还估计剩余电动车里程，如本领域中众所周知。

在车辆10静止持续已校准持续时间之后(即，当车辆10停止或不运行时)，控制器50可以自动地确定电压(箭头v)作为开路电压。使用电池退化监测逻辑30可以选用地需要比较测量的开路电压曲线的形状与已校准的/新的开路电压曲线，并且基于ocv曲线的差值来估计电池组12中剩余的能量。接着可由控制器50使用估计的能量来估计车辆10的剩余电动运行里程。

使用方法100旨在通过使充电操作自动地适用于车辆10的给定操作员的唯一驾驶和充电行为来确保电池组12的最优里程和寿命。因而，控制器50可以记录车辆10的多个操作员的对应驾驶历史和充电历史，这大致上类似于其中针对不同操作员存储不同的就坐位置或方向盘海拔设定的方式。具体地，方法100考虑了收集电池组12的较低或较高soc电平时的电池信息的需要以更好地估计电池组12的真正电容量和剩余电里程。

使用方法100造成经由当电池组12插电并且主动充电时传送至obcm18的充电控制信号(箭头25)自动地调整正常使用的soc里程。此控制动作旨在更好地满足电池退化监测逻辑30提供最精确估计和电里程预测的需求，并同时仍然允许电池组12通过给定操作员的唯一驾驶和充电习惯来对车辆10供电。

车辆10的操作员可以设置有禁用方法100的执行的选项，并且因此以特定方式、经由从用户接口40(例如，蜂窝电话、平板电脑或触摸屏)接收超驰信号(箭头42)控制充电操作。在其中操作员希望偏离操作员的正常驾驶行为(诸如行驶至未预期汇合点而非仍然停靠在充电站)的情形中，操作员可以决定(例如)暂时阻止主动充电控制以优化电池退化监测逻辑30。控制器50可接着通过响应于接收到超驰信号(箭头42)而将电池组12充电至默认soc(诸如通过允许将电池组12充电至满程soc)自动地控制充电操作，因此向驾驶员提供电池组12的全部能量容量。

图1的控制器50可以实施为一个或多个不同装置，其各自可能具有一个或多个微控制器或中央处理单元(p)和存储器(m)，例如只读存储器、随机存取存储器和电可擦除可编程只读存储器。控制器50和交互式用户接口40可以包括日历52、如下文解释的已记录的充电控制目标36、高速时钟、输入/输出电路，和/或执行本文所述的功能可能所需要的任何其它电路。在不同配置中，用户接口40和控制器50可以是相同装置或不同装置。控制器50可以配置成运行/执行各种软件程序，包括电池退化监测逻辑30。

用户接口40和控制器50可以与存储器(m)以数字方式互连，并且可以配置成以本领域中已知的方式检索并且执行此类软件应用程序。同样地，用户接口40可以包括液晶显示器、发光二极管显示器、有机发光二极管显示器和/或可以存在或可以在后期开发的任何类似风格的显示器/监视器。在不同实施例中，用户接口40可以是位于车辆10的中心堆叠(未示出)中的导航或信息娱乐系统和/或蜂窝电话或其它便携式电子装置的触摸屏。电容式或触摸式数位板可以集成在用户接口40内并且可操作以检测来自操作员的接触作为超驰信号(箭头42)，且自动地将数字化接触转换为可由控制器50使用的合适输入信号。

关于电池退化监测逻辑30，方法100旨在使得能够收集全部所需soc里程或区域中的电池性能数据，包括原本可能并非以用于精确地监测或跟踪电池退化所需要的频率收集的这些数据。另外，对具有电传动系的车辆(诸如图1的示例性车辆10)的操作员的估计电里程的计算和显示是最小化操作员里程焦虑的重要部分。此里程焦虑是通常收集且可用于电池退化监测逻辑30的电池性能数据的里程中的间隙的根本原因。操作员趋向于在他们的办公室、家中或其它优选充电站的特定里程内感觉到舒适的操作，或趋向于当电池组12保持相对较高充电电平时起始电池组12的充电，这样做的目的是为了避免耗尽电池组12的可能性。此案例类似于当燃料箱保持半满时再填充燃料箱的常规车辆的操作员的案例或当充电状态保持远高于50％时总是对膝上型计算机充电的案例。然而，将soc维持在高电平可使电池组12随着时间推移而退化，如上所述。方法100旨在防止此退化，并同时优化电池退化监测逻辑30的性能。

参考图2(其描绘图1的通过控制器50的逻辑流)，控制器50可以编程有优化电池组12的充电的自适应学习模块(alm)38。如上所述，电池退化监测逻辑30在某些实施例中可以在车辆10静止/关闭持续已校准持续时间之后使用测量的开路电压(ocv)，其中控制器50比较绘制ocv的测量的ocv曲线相对于时间的形状与已校准/新的电池组12的已校准/新的ocv曲线，并且由此估计电池组12中剩余的能量，例如作为实际ocv曲线与新的ocv曲线之间的差值的函数。电池退化监测逻辑30可以编程成将电池组12的soc划分为数据soc区域或数据箱，例如5％或10％的soc增量。电池组12中的估计能量接着可用于估计车辆10的剩余电动车运行里程，其中估计的精确度取决于此ocv的存在和实效性或每个数据箱中的其它电池性能数据。

在逻辑块32处，例如，控制器50可以确定优化电池退化监测逻辑30所需要的特定充电状态里程。例如，电池组12的满充电状态里程可以划分为多个soc数据区域或段，例如上述使用10％的soc增量实例的十个数据箱。控制器50还可以编程有已校准的老化阈值，使得可以针对“折旧”(即，太旧或过期而无法使用)评估每个数据箱中的所收集的电池性能数据。控制器50可因此浏览每个数据箱并且确定包括最小、丢失的或失效的所收集的电池性能数据的这些数据箱。控制器50可接着产生请求收集ocv测量或用于所识别数据箱的其它电池性能数据的soc请求信号(箭头socr)。

控制器50还可以确定soc或能量状态(soe)的控制目标36以及用于实现此类目标的所需时间(tr)和可用时间(ta)。可用时间(ta)可以由控制器50使用操作员的过去驾驶历史(诸如通过准确地已知操作员在典型的工作日保持工作多久或电池组12针对给定充电操作保持插电至图1的非车载充电站21持续多久)来确定。自适应学习模块38还编程有用于电池组12的已校准的最优充电状态(socopt)(例如，50％至60％)，控制器50可以尝试在除主动地控制充电操作以填充特定数据箱之外的时间维持该充电状态。

控制器50接着确定要实施的特定充电策略。具体地，控制器50确定何时起始电池组12的充电、何时中断或中止此充电、要使用的充电电流的电平、何时完成充电和要使用的充电状态作为用于确定充电何时完成的阈值。下文参考图3中描绘的方法100进一步详细地解释由自适应学习模块38采取的各种动作。

自适应学习模块38接着输出状态信号37，其包括指示充电操作是挂起、有效还是已完成的充电状态信号(箭头stat)以及充电电流电平(箭头ic)。选用地，控制器50的热控制模块39或不同的控制装置可以用于控制图1中所示的热调节装置17的操作。热控制模块39可以接收测量温度(箭头t)，并且接着基于测量的温度(箭头t)确定在充电操作之前或进行充电操作的同时是否/何时命令加热或冷却图1的电池组12。热调节装置17可接着向热调节装置17传输热调节控制信号(箭头tcc)以命令所需加热或冷却动作，并且向自适应学习模块38传输状态信号(箭头139)。

电池组12的热调节可由控制器50以此方式自动地调整以在车辆10保持插电时最大化电池调节。使用更严格的最优温度约束可以具有使用来自非车载电源21的更多能量的结果。然而，这样做可以改进电池组12的寿命。控制器50在某些实施例中可以编程成降低电池组12的充电电流电平以将电池组12的soc维持在特定电平直至电池组12完成此热调节。

使用自适应学习模块38，控制器50可以选用地考虑归因于车辆10在操作员的正常驾驶路线的过程中升高的可用再生能量。无论操作员是否在更高海拔工作、生活、驾驶或充电，海拔历史可以由控制器50使用来调度再生充电事件，如本领域中已知，这涉及连接至电池组12并且控制作为发电机的更多电机(即，马达/发电机单元)中的一个的使用。自适应学习模块38因此考虑可整个再生期间引导至电池组12中的能量，并且可使用海拔知识允许捕获并使用所有可能能量以在针对soc数据箱中的给定数据箱的特定soc自动地调度或控制充电时优化电池寿命。

控制器50对正常充电行为的监测经由日历52跟踪通常在每周的每一天完成的充电事件的位置和次数，以尝试进一步优化电池组12的寿命。操作员可以选用地定制学习以根据优选最小距离结合另外的“里程缓冲器”以最小化里程焦虑。例如，操作员由于另外的里程缓冲器(例如，20英里至30英里)而可能感觉到更加舒适，使得电池组12总是保持至少足够能量来行驶该距离。默认里程缓冲器可以内置于控制器50的默认设定，其中操作员能够根据需要经由用户接口40增大或降低里程缓冲器。替代地，控制器50可以经由用户接口40接收指定里程缓冲器，并且使用指定里程缓冲器自动地控制充电操作使得电池组12在完成给定充电事件时具有等于或超过指定里程缓冲器的里程的估计里程。

参考图3，针对图1中所示的电池组12的示例性充电案例描绘方法100的实施例。方法100依赖于控制器50使用测量的电池性能数据以及来自图1的gps接收器16r的位置信号(箭头16)先前确定车辆10的操作员的驾驶历史和电池充电历史。过去驾驶历史和电池充电历史分别识别操作员驾驶车辆10或对电池组12充电的日期、时刻和位置。由于大部分操作员将趋向于在给定日期以某种方式驾驶/充电(诸如往返于工作日通勤和工作日以不同方式行使)且还将趋向于在两周之间重复这些模式，日历52可用于跟踪随着时间推移的实际行为并且基于如图3中陈述的此类历史控制充电操作。

作为方法100的根本部分，控制器50必须从多个soc数据箱(其各自配置成存储针对预定soc里程的测量的电池性能数据)中识别丢失了电池性能数据或包括相对于已校准的老化阈值的旧电池性能数据的soc数据箱。控制器50接着经由图1的充电控制信号(箭头25)自动地控制电池组12的充电操作直至电池组12的实际soc在限定已识别的soc数据箱的soc里程内，并且记录针对已识别的soc数据箱的已测量的电池性能数据。

在特定实施例中，方法100包括步骤s102，其中对于给定充电事件，控制器50确定将电池组12充电至满程/100％充电容量所需要的时间量。作为步骤s102的部分，控制器50收集关于电池组12的当前性能(例如，其当前soc、温度、电压、电流等)的信息以及对可经由电源21获得的电压/充电电流的了解。方法100在已确定对电池组12充电所需要的时间之后前进至步骤s104。

在步骤s104处，控制器50接着确定在没有任何中断的情况下是否有足够多时间可用于经由图1的电源21完成电池组12的插电充电事件。如果没有足够多时间可用(即，如果如经由图1的日历52以及操作员的过去充电/驾驶行为确定的操作员的当前时间表指示主动充电必须消耗充电的所有可用时间)，那么方法100前进至步骤s106。换言之，归因于对操作员的时间表的时间限制，要填充指定soc数据箱就不能延迟或中断充电。然而，如果已调度的充电中断持续足够多时间，那么方法100反而前进至步骤s108。

在步骤s106处，控制器50开始对电池组12充电，而不命令充电延迟或中断。步骤s106的执行因此是非车载电源21的普通或典型使用，其中操作员将电池组12连接至电源21且充电持续充电事件的整个持续时间直至经过用于充电的可用时间量或实现充满电。

在步骤s108处，控制器50确定步骤s102处检测到的当前soc与图2中所示的目标soc之间的soc“断点”的数量，并且接着前进至步骤s110。此类soc断点可以实施为上述soc数据箱，即，从0％至100％的soc的已校准带或soc里程。作为说明性实例，如果0％至100％的soc的整个soc里程划分为0％至10％、11％至20％、21％至30％等十个相等soc断点，且当前soc是50％，那么步骤s108的结果是确定存在五个剩余soc断点或数据箱，即，51％至60％、61％至70％、71％至80％、81％至90％和91％至100％。

步骤s110包括从步骤s108的已识别断点中确定在如步骤s102中确定的充电可用的时间中可捕获的此类soc断点的数量。方法100接着前进至步骤s112。

步骤s112包括从步骤s110选择最高优先级的soc断点，并且接着前进至步骤s114进行此断点内的数据收集。步骤s112可以包括针对诸如老化/“折旧”的给定准则或给定soc数据箱中缺少数据评估来自步骤s110的每个soc断点。例如，如果在已识别的数据箱中，四个此类数据箱具有折旧数据且一个数据箱没有数据，那么控制器50可以对没有数据的soc数据箱中的数据收集排定优先级。在剩余soc数据箱中，控制器50可以使用寿命来确定首先收集哪个数据箱(开始于先前收集的数据中的最旧或最折旧的数据)。

在步骤s114处，针对步骤s112处识别的最高优先级的断点，控制器50开始对电池组充电。电池(诸如图1的电池组12)的充电操作在本领域中是已知的，并且可以包括命令闭合电路中介于电池组12与obcm18之间的接触器或继电器(未示出)。接触器的闭合将电池组12电连接至非车载电源21以开始对电池组12充电。选用地，控制器50可以编程成通过延迟对电池组12的充电持续电池组12已插电至图1的非车载电源21中之后的预定持续时间来自动地控制充电操作。随着充电的正在进行，方法100前进至步骤s116。

步骤s116包括例如通过比较电池组12的实际soc与由控制器50在充电事件开始时确定的目标soc来确定步骤s114的充电事件是否已完成。当充电事件完成时，该方法前进至步骤s117。否则，方法100前进至步骤s118。

步骤s117必须例如通过命令断开电池组12与非车载电源21之间的电路来结束开始于步骤s116处的充电事件。

在步骤s118处，方法100确定电池组12的当前soc是否等于或超过soc断点的极限。例如，如果当前填充的soc数据箱是51％至60％，那么当该当前soc达到60％或更大时，控制器50确定当前soc超过soc断点的极限。该方法接着前进至步骤s120。重复步骤s118直至电池组12的当前soc等于或超过soc断点，且此后前进至步骤s120。

在步骤s120处，控制器50接着确定热调节是否有效，诸如热控制模块39是否经由图1中所示的热调节装置17加热或冷却电池组12。如果是，那么方法100前进至步骤s122。如果否，那么控制器50反而前进至步骤s124。

步骤s122可以包括降低流至电池组12的充电电流电平(箭头ic)以便维持电池组12的soc直至完成热调节。接着重复步骤s120。

步骤s124包括诸如通过命令断开电源21与电池组12之间的任何继电器或接触器而中断充电操作，或者中断充电电流至电池组12的流动。方法100接着前进至步骤s126。

步骤s126包括确定充电中断是否完成。方法100接着前进至步骤s128。

在步骤s128处，控制器50接着确定是否已对所有soc数据箱收集数据。如果是，那么方法100前进至步骤s130。如果没有对所有soc数据箱收集数据，那么方法100反而前进至步骤s132。

在步骤s130处，控制器150恢复对电池组12的充电直至完成此充电。例如，步骤s130可以包括命令电源21与电池组12之间的任何接触器或继电器闭合使得充电电流可流至电池组12。此后，充电可以继续不中断直至完成。

在步骤s132处，控制器50可以使用上述老化或丢失数据准则来选择另一个soc断点，并且接着前进至步骤s134。

步骤s134包括例如通过闭合电源21与电池组12之间的继电器或接触器来恢复电池组12的充电操作。方法100接着返回至步骤s116。

通过以由表现出的过去驾驶风格、能量使用、驾驶距离和诸如上文解释的电池调节任务告知的方式自适应地控制充电操作，方法100可以帮助在操作员的时间表(如通过操作员的唯一充电和驾驶历史表现)中所允许的时间内填充soc数据箱，并且帮助改进电池组12的寿命。同时，用户接口40向操作员提供快速地超驰此类自动充电控制动作(无论是来自车辆10内或经由移动装置)的选项。同时，通过确保电池退化监测逻辑30在整个满soc里程中总是及时设置有soc日期，操作员可以例如通过增大车辆10的转售价值而进一步获益于电池组12的可量化健康状态。即，面对两个另外的相似车辆10，一个车辆10的潜在买家可以选择电池组12具有最长剩余使用寿命或最高健康状态的车辆10。

虽然已经详细地描述了用于实行本发明的最佳模式，但是熟悉本发明所涉及的领域的技术人员将会认识到各种替代性设计和实施例是在所附权利要求书的范围内。期望上述描述中所包括和/或附图中所示的全部主题应被解释为仅为说明性的且不应被视为限制性。