电池容量退化解决的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]在此描述了关于校正电池容量变化的系统和方法。
【背景技术】
[0002]混合动力电动车辆(HEV)利用内燃发动机与电动马达的组合来提供动力。所述设置提供超过只有内燃发动机的车辆的提高的燃料经济性。一种提高HEV的燃料经济性的方法是在发动机低效率运行并且不需要推进车辆期间关闭消耗燃料的发动机。在这些情况下，电动马达被用来提供推进车辆所需的全部动力。当驾驶员动力需求增加使得电动马达再也不能提供足够的动力以满足需求时，或在其它情况下(诸如，当电池荷电状态(S0C)下降到特定水平之下时)，发动机为车辆提供动力。
[0003]HEV包括电池管理系统，所述电池管理系统调节电池的运行，并且估计描述电池的当前运行状况的值。电池组和/或电池单元运行状况包括电池S0C、功率衰减、容量衰减以及瞬时可用功率。
【发明内容】
[0004]一种车辆包括牵引电池和控制器，所述控制器与所述牵引电池进行通信以使用说明电池老化的感测的电池电极容量来确定所述电池的状态。在示例中，所述感测的电池电极容量取决于在所述牵引电池的正电极处的活性锂离子。而且，所述控制器被配置为:将电池电压模型与在车辆行驶周期期间测量的电池电压进行比较。所述控制器可以接收电池的感测的电流吞吐量数据和开路电压，并且可以确定偏差阈值是否被超过。所述控制器可以使用所述电极容量余值(residual)的平均值来启动电极容量校正，以将容量误差校正为小于1安培小时。所述控制器还可以使用所述电极容量余值的方差来启动活性锂容量校正，以将所述容量误差校正为小于1安培小时。
[0005]可以使用上述车辆结构和计算模块来执行各种方法。一种方法可以包括:感测牵引电池的电流和电压，利用使用感测的电池电流和电压的反馈算法来估计荷电状态，使用感测的电流和荷电状态的变化来计算电池电极容量，确定在行驶时间段内的电极容量，并且如果电极容量超过阈值，则更新用于确定所述电池的荷电状态的参数。在示例中，所述方法可以包括:确定平均值阈值或方差阈值是否被违反。如果所述平均值阈值被违反，则平均值参数被降低。如果所述方差参数被违反，则在荷电状态计算中，方差参数被降低并且活性锂参数被更新。
[0006]如果所述方差参数被违反，则可以使用电流积分由荷电状态误差计算电压误差。如果方差参数被违反，则可以使用先前的活性锂参数、电压误差和负电极开路电压来估计活性锂。感测牵引电池电流和电压的步骤可以根据在所述牵引电池的正电极处的活性锂离子。在车辆行驶周期期间，牵引电池电流和电压可以被测量。感测牵引电池电流和电压的步骤可以包括:感测在给定荷电状态下的电流吞吐量数据和所述电池的开路电压。更新所述参数的步骤可以包括:使用所述电极容量的余值的平均值来启动电极容量校正，以将所述容量的误差校正为小于1安培小时。更新所述参数的步骤可以包括:使用所述电极容量的余值的方差来启动活性锂容量校正，以将所述容量的误差校正为小于1安培小时。所述车辆可以是插电式混合动力电动车辆(PHEV)或电池电动车辆(BEV)。
[0007]—种用于控制车辆的牵引电池的方法包括:响应于所述电池的电极容量超过阈值，更新反馈算法的输入，其中，所述反馈算法被配置为输出所述电池的荷电状态，其中，所述电极容量是基于在行驶周期期间的荷电状态的变化和感测的电流的。
[0008]根据本发明的一个实施例，所述方法还包括:响应于方差参数被违反，基于使用电流积分的荷电状态误差输出电压误差。
[0009]根据本发明的一个实施例，所述方法还包括:响应于方差参数被违反，基于先前的活性锂参数、电压误差和负电极开路电压而输出活性锂值。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述感测的电流受所述电池的正电极处的活性锂影响。
[0011 ] 根据本发明的一个实施例，所述感测的电流包括:感测的电流吞吐量数据。
[0012]根据本发明的一个实施例，更新所述输入的步骤包括:使用电极容量余值的平均值来启动电极容量校正，以将容量误差校正为小于1安培小时。
[0013]根据本发明的一个实施例，更新所述输入的步骤包括:使用电极容量余值的方差来启动活性锂容量校正，以将容量误差校正为小于1安培小时。
[0014]一种牵引电池控制系统包括:牵引电池；至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为:响应于指示所述电池的年龄的电极容量超过阈值，更新对被实施以输出针对所述电池的荷电状态的反馈算法的输入，其中所述电极容量基于所述荷电状态的变化和针对所述电池的行驶周期的感测的电流。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述至少一个处理器还被配置为:响应于方差参数被违反，基于使用电流积分的荷电状态误差输出电压误差。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述至少一个处理器还被配置为:响应于方差参数被违反，基于先前的活性锂参数、电压误差和负电极开路电压而输出活性锂值。
[0017]根据本发明的一个实施例，所述感测的电流受所述电池的正电极处的活性锂离子影响。
[0018]根据本发明的一个实施例，所述感测的电流包括:感测的电流吞吐量数据。
[0019]根据本发明的一个实施例，更新所述输出的步骤包括:使用电极容量余值的平均值启动电极容量校正，以将容量误差校正为小于1安培小时。
[0020]根据本发明的一个实施例，更新所述输出的步骤包括:使用电极容量余值的方差启动活性锂容量校正，以将容量误差校正为小于1安培小时。
【附图说明】
[0021]图1是可以与描述的系统和方法一起使用的混合动力电动车辆。
[0022]图2是用于混合动力电动车辆的电池的详细示图。
[0023]图3至图5是用于确定电池参数的方法的流程图。
[0024]图6是示出作为荷电状态的函数的先前的电池开路电压和当前的电池开路电压的曲线图。
[0025]图7是在车辆使用期间在牵引电池中的感测的电压和电流的曲线图。
[0026]图8是实际的荷电状态值和估计的荷电状态值的曲线图。
[0027]图9是计算出的电极容量的曲线图。
[0028]图10是电极容量计算的曲线图。
[0029]图11是计算出的作为荷电状态变化的函数的电压变化的曲线图。
[0030]图12是对电池容量变化有贡献的活性组分(active component)的曲线图。
[0031]图13是针对电池容量变化的活性组分的余值的处理的曲线图。
[0032]图14是校正电池模型中的误差的曲线图。
【具体实施方式】
[0033]根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅为本发明的示例，其可以以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可夸大或缩小一些特征以显示特定组件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。
[0034]在此描述的系统和方法估计对电池容量减少或衰减的特定贡献，例如，在电动车辆(诸如，插电式混合动力电动车辆(PHEV)或电池电动车辆(BEV))中电极对电池容量衰减的贡献。在示例中，电池电压模型与在行驶周期期间的电池电压的测量值进行比较以基于估计的容量生成余值(residual)，从而确定所述电池何时已经老化了显著的量，并且如果电池已经老化了显著的量，则更新电池管理系统(BMS)的参数以反映电池性能退化。电池性能退化是电池的自然发生的现象。可以有电池性能模型的几个示例，包括现象学模型或第一性原理模型，需要提醒的是电极的电位被单独预测，并且电极的电位差接近于在电池端子处测量的电压。在此描述的示例可以使用数学模型(例如，具有非线性输出方程的线性动态模型)，但是线性和非线性模型的其它变形是可能的。所述数学模型可以包括用于在模块和处理器上执行的存储在车辆中的指令、参数和数据。在示例中，测量的电池端电压和电流被供应到模块或处理器以实施性能模型。所述性能模型将所述预测的负电极电位与所述测量的端电压相加，以获得测量的正电极电位。
[0035]图1描绘了混合动力电动车辆102 (例如，插电式混合动力电动车辆)的不例100。插电式混合动力电动车