专利名称：通过简单的外部测量对单格电池核心温度的动态估算的制作方法
技术领域：
本公开涉及用于估算电池中至少一个单格电池的核心温度的方法和系统。更具体而言，本公开涉及用于在操作周期期间通过简单外部测量来动态估算电池中至少一个单格电池的核心温度的方法和系统。
背景技术：
逐渐增加的对改善车辆燃料经济性以及减少车辆排放的需求，已经导致混合动力车和纯电动车两者的发展。纯电动车可由电池组(其由多个较小的模块或单格电池(cell) 组成)来供能，而混合动力车包括两种或更多种能量源，诸如汽油(也称作内燃)发动机， 其作为电池组的备用品或与电池组协作。目前在使用中有两大类型的混合动力车。在第一类型(公知为电荷泄放的混合体系结构)中，电池由常规电网诸如120VAC或240VAC的电源线损耗。在第二类型(公知为电荷持续的混合体系结构)中，电池接纳来自内燃发动机和再生制动中的一个或两个的其全部充电。在任一构造中，可监测与电池组相关联的各种参数以确保适当操作。电池(或电池组)中单格电池的温度是与电池的寿命和性能有关的关键因素。所以，对单格电池的温度的准确确定对于电池的寿命和性能是必要的。虽然确定电池中单格电池的温度的一种方法是使传感器与电池中单格电池的核形成接触，但是该方法通常只能在实验室设定下实现，因为其置于电池的封闭区域中，这在生产环境中将是难以达到的。因此，目前电池中的单格电池的温度是通过使用传感器直接测量单格电池的表面温度来确定的。然而，电池中单格电池的表面温度与电池中单格电池的核心的温度通常是不同的。例如，在操作周期期间，电池中单格电池的表面温度和单格电池的核心温度之间的温度差可大至10°C。10°C的温度差可以明显改变电池的寿命和性能。例如，如果电池在25°C工作， 则电池运行可超过十二年；但是，如果电池在35°C工作，则电池可运行仅七年。另外，电池在0°C可提供大约14kW的动力；但是在-10°C，电池仅可提供大约SkW的动力。因此，使用表面温度作为核心温度的表示可引起对涉及电池中单格电池的核心温度的计算的误差并且还可对电池的寿命和性能有重大影响。
发明内容
根据一个实施例，公开了一种用于在操作周期期间动态估算电池中至少一个单格电池的核心温度的方法。该方法包括由至少一个控制器接收所述至少一个单格电池的表面温度、电流、电压和荷电状态、以及从休眠期的开始到休眠期的终止的时间周期；确定所述至少一个单格电池的集总内电阻的初始值；基于所述初始值、电流和电压来实时递归地确定所述集总内电阻的后续值；以及基于所述表面温度、电流、所获取的时间和集总内电阻确定所述至少一个单格电池的核心温度。可选地，独立于冷却空气温度、冷却空气流速以及电池的扇速中的至少一个来确定所述核心温度。可经由最小二乘关系来实时递归地确定所述集总内电阻的后续值。可基于表面温度和荷电状态在休眠期的终止时确定初始值。可选地，所述方法包括将表面温度限制到预定值范围内。该方法还可包括对表面温度、电流和电压中的至少一个经由低通滤波器方法来过滤。该方法还可包括经由移动平均法来对表面温度进行过滤。可选地，所述方法包括过滤所估算的内电阻。可选地，该方法还可包括在周期时间间隔更新所确定的核心温度。所述周期时间间隔可为大约25ms。该方法还可包括存储一个或多个单格电池故障时单格电池的温度信息。可选地，该至少一个单格电池的所确定的核心温度通过下式来表征Test (/c + 1) =Test (k) + — Tsur {k) +—aRmiI2 (k)
τττ其中τ是热力学时间常量，α是热传递常量，Test是该至少一个单格电池的所估算的核心温度，Tsur是该至少一个单格电池的表面温度，Δ T是从该至少一个单格电池的核心温度的先前估算到该至少一个单格电池的核心温度的当前估算的时间周期，Rint是该至少一个单格电池的内电阻，I是所述至少一个单格电池的电流。在另一实施例中，公开了一种用于在操作周期期间动态估算车辆中的电池中至少一个单格电池的核心温度的系统，在所述操作周期期间车辆从所述电池接收车辆的动力的至少一部分。所述系统包括多个传感器，其被构造为传送与电池的表面温度、电流和电压中的至少一个有关的信号；计时设备，其构造为传送与从休眠期的开始至休眠期的终止的时间周期有关的信号；以及与所述多个传感器信号通讯的控制系统，其中所述控制系统包括存储设备和控制器，所述控制器与所述存储设备通过指令进行信号通讯以便在操作周期期间以及休眠期之后动态估算电池中至少一个单格电池的核心温度。所述指令编写为接收该至少一个单格电池的表面温度、电流、电压和荷电状态并获得从休眠期的开始至休眠期的终止的时间周期，以确定集总内电阻的初始值、基于所述初始值、电流和电压实时递归地确定集总内电阻的后续值、以及基于所述表面温度、电流、所获取的时间以及集总内电阻确定该至少一个单格电池的核心温度。可选地，独立于至少一个冷却空气温度、冷却空气流速以及电池的扇速确定核心温度。在休眠期的终止时可基于表面温度和荷电状态确定初始值。所述指令还可编写为限制表面温度和所估算的集总内电阻中的至少一个。所述指令还可以进一步编写为对表面温度进行过滤。可选地，所述指令编写为在周期时间间隔内更新所确定的核心温度。所述指令还可以编写为该至少一个单格电池中的一个或多个故障时存储该至少一个单格电池的温度信息。同样，车辆可以包含该系统以便动态估算核心温度。根据本公开的这些以及其它各种实施例的这些以及其它特征和优点通过附图
、具体描述以及后面所附的权利要求将变得更加清晰。本公开还提供下面的解决方案1. 一种用于在操作周期期间动态估算电池中至少一个单格电池的核心温度的方法，所述方法包括由至少一个控制器接收所述至少一个单格电池的表面温度、所述至少一个单格电池的电流、所述至少一个单格电池的电压、所述至少一个单格电池的荷电状态、以及从休眠期的开始至休眠期的终止的时间周期；确定所述至少一个单格电池的集总内电阻的初始值；基于所述初始值、所述电流和所述电压实时递归地确定所述集总内电阻的后续值；以及基于所述表面温度、所述电流、所获取的时间以及所述集总内电阻确定所述至少一个单格电池的所述核心温度。2.如解决方案1所述的方法，其特征在于，所述核心温度独立于冷却空气温度、冷却空气流速以及所述电池的扇速中的至少一个来确定。3.如解决方案1所述的方法，其特征在于，所述集总内电阻的所述后续值经由最小二乘关系来实时递归地确定。4.如解决方案1所述的方法，其特征在于，所述初始值基于所述表面温度和所述荷电状态在所述休眠期的终止时来确定。5.如解决方案1所述的方法，其特征在于，其还包括将所述表面温度限制到预定值范围。6.如解决方案1所述的方法，其特征在于，其还包括经由低通滤波器方法对所述表面温度、所述电压和所述电流中的至少一个进行过滤。7.如解决方案1所述的方法，其特征在于，其还包括经由移动平均法来过滤所述表面温度。8.如解决方案1所述的方法，其特征在于，其还包括在周期时间间隔更新所确定的核心温度。9.如解决方案8所述的方法，其特征在于，所述周期时间间隔包括大约25ms。10.如解决方案1所述的方法，其特征在于，其还包括存储所述至少一个单格电池的温度信息，其中所述至少一个单格电池中的一个或多个故障。11.如解决方案1所述的方法，其特征在于，所述至少一个单格电池的所确定的核心温度由下面关系式来表征Test {k + \)=Test (k) + — Tsur (k) +—aR,J2 (k)
τττ其中τ是热力学时间常量，α是热传递常量，Test是所述至少一个单格电池的所估算的核心温度，Tsur是所述至少一个单格电池的表面温度，ΔΤ是从所述至少一个单格电池的所述核心温度的先前估算到所述至少一个单格电池的所述核心温度的当前估算的时间周期，Rint是所述至少一个单格电池的内电阻，以及I是所述至少一个单格电池的电流。12. 一种用于在操作周期期间动态估算车辆的电池中至少一个单格电池的核心温度的系统，其中所述车辆从所述电池中接收车辆的动力的至少一部分，所述系统包括多个传感器，其构造为传送与所述电池的表面温度、电流和电压中的至少一个有关的信号；计时设备，其构造为传送与从休眠期的开始至所述休眠期的终止的时间周期有关的信号；与所述多个传感器和所述计时设备信号通讯的控制系统，其中所述控制系统包括存储设备和控制器，所述控制器与所述存储设备通过指令进行信号通讯以便在操作周期期间以及休眠期之后动态估算所述电池中至少一个单格电池的核心温度，所述指令编写为接收所述至少一个单格电池的表面温度、所述至少一个单格电池的电流、所述至少一个单格电池的电压、所述至少一个单格电池的荷电状态、以及从所述休眠期的开始至所述休眠期的终止的时间周期；确定所述至少一个单格电池的集总内电阻的初始值；以及基于所述初始值、所述电流和所述电压实时递归地确定所述集总内电阻的后续值；以及基于所述表面温度、所述电流、所获取的时间和所述集总内电阻确定所述至少一个单格电池的所述核心温度。13.如解决方案12所述的系统，其特征在于，所述核心温度独立于冷却空气温度、 冷却空气流速以及所述电池的扇速中的至少一个来确定。14.如解决方案12所述的系统，其特征在于，所述初始值基于所述表面温度和所述荷电状态在所述休眠期的终止时来确定。15.如解决方案12所述的系统，其特征在于，所述指令还被编写为限制所述表面温度和所估算的集总内电阻中的至少一个。16.如解决方案12所述的系统，其特征在于，所述指令还被编写为对所述表面温度、所述电压和所述电流中的至少一个进行过滤。17.如解决方案12所述的系统，其特征在于，所述指令被编写为在周期时间间隔更新所确定的核心温度。18.如解决方案12所述的系统，其特征在于，所述指令还被编写为存储所述至少一个单格电池的温度信息，其中所述至少一个单格电池中的一个或多个故障。19.如解决方案12所述的系统，其特征在于，所述指令被编写为根据下面关系式确定所述至少一个单格电池的所述核心温度
权利要求
1.一种用于在操作周期期间动态估算电池中至少一个单格电池的核心温度的方法，所述方法包括由至少一个控制器接收所述至少一个单格电池的表面温度、所述至少一个单格电池的电流、所述至少一个单格电池的电压、所述至少一个单格电池的荷电状态、以及从休眠期的开始至休眠期的终止的时间周期；确定所述至少一个单格电池的集总内电阻的初始值；基于所述初始值、所述电流和所述电压实时递归地确定所述集总内电阻的后续值；以及基于所述表面温度、所述电流、所获取的时间以及所述集总内电阻确定所述至少一个单格电池的所述核心温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述核心温度独立于冷却空气温度、冷却空气流速以及所述电池的扇速中的至少一个来确定。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述集总内电阻的所述后续值经由最小二乘关系来实时递归地确定。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始值基于所述表面温度和所述荷电状态在所述休眠期的终止时来确定。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括将所述表面温度限制到预定值范围。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括经由低通滤波器方法对所述表面温度、所述电压和所述电流中的至少一个进行过滤。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括经由移动平均法来过滤所述表面温度。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括在周期时间间隔更新所确定的核心温度。
9.一种用于在操作周期期间动态估算车辆的电池中至少一个单格电池的核心温度的系统，其中所述车辆从所述电池中接收车辆的动力的至少一部分，所述系统包括多个传感器，其构造为传送与所述电池的表面温度、电流和电压中的至少一个有关的信号；计时设备，其构造为传送与从休眠期的开始至所述休眠期的终止的时间周期有关的信号；与所述多个传感器和所述计时设备信号通讯的控制系统，其中所述控制系统包括存储设备和控制器，所述控制器与所述存储设备通过指令进行信号通讯以便在操作周期期间以及休眠期之后动态估算所述电池中至少一个单格电池的核心温度，所述指令编写为接收所述至少一个单格电池的表面温度、所述至少一个单格电池的电流、所述至少一个单格电池的电压、所述至少一个单格电池的荷电状态、以及从所述休眠期的开始至所述休眠期的终止的时间周期；确定所述至少一个单格电池的集总内电阻的初始值；以及基于所述初始值、所述电流和所述电压实时递归地确定所述集总内电阻的后续值；以及基于所述表面温度、所述电流、所获取的时间和所述集总内电阻确定所述至少一个单格电池的所述核心温度。
10. 一种包含权利要求9的系统的车辆。
全文摘要
本发明涉及通过简单的外部测量对单格电池核心温度的动态估算，具体地，用于在操作周期期间动态估算电池中至少一个单格电池的核心温度的方法和系统。该方法包括通过至少一个控制器接收表面温度、电流、电压、荷电状态和从休眠期的初始到休眠期的终止的时间周期；确定该至少一个单格电池的集总内电阻的初始值；基于所述初始值、电流和电压实时递归地确定集总内电阻的后续值；和基于表面温度、电流、所获取的时间和集总内电阻确定该至少一个单格电池的核心温度。用于动态估算电池中单格电池的核心温度的系统包括构造为传送与电池的表面温度、电流和电压有关的信号的多个传感器；构造为传送与从休眠期的初始到休眠期的终止的时间周期有关的信号的计时设备；以及控制系统，其中控制系统包括存储设备和控制器。
文档编号G01K7/22GK102331314SQ20111018768
公开日2012年1月25日 申请日期2011年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者A·H·罗伊托伊泽, C·华, J·J·诺尔特, M·E·弗兰彻特, M·M·肯克里, P·J·杜德利, W·刘 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司