电池系统容量估计系统和方法与流程

本公开涉及用于估计电池系统的容量的系统和方法。更具体地，但不仅限于，本文公开的系统和方法涉及在电池系统老化时估计该电池系统的容量。

背景技术：

载客车辆通常包括用于车辆的电气和动力传动系统的运行特征的电力电池。例如，车辆一般包括12V铅酸汽车电池，其配置为向车辆启动器系统(如，启动电动机)、照明系统和/或点火系统提供电能。在电力、燃料电池(“FC”)和/或混合动力车辆中，高压(“HV”)电池系统(如，360V HV电池系统)可以用于向车辆的电动传动部件(如，电动马达等)提供动力。例如，包括在车辆中的HV可充电能量存储系统(“ESS”)可以用于向车辆的电动传动部件提供动力。

电池系统的电学性能可能在电池系统老化时随时间变化。例如，电池系统的充电容量可随时间减小，且平衡电压(如，在给定充电状态(“SOC”)下电池系统的开路电压(“OCV”)可能偏移电池系统寿命开始(“BOL”)时的值。用于估计电池系统参数和/或性能信息，包括电池容量信息，的传统方法可能没有说明这种变化，且可能假定电池系统的OCV/SOC关系在其整个寿命期间是静态的。因此，这类方法可能导致估计的精确度随着时间推移而逐渐下降。

技术实现要素：

本文公开的系统和方法可以提供电池容量的改进的估计。在某些实施 例中，本公开的系统和方法可以说明在电池系统老化时电池系统的OCV和SOC之间关系的变化。本公开的系统和方法的实施例因而可以提高整个电池系统的寿命期间电池系统容量估计的精确度。在某些情况下，这些改进可以提高由电池系统驱动的车辆的可靠性和驾驶稳定性。

在一些实施例中，一种用于估计包括在车辆中的电池系统包的容量的方法可包括：基于测量的电池包的电压信息和在电池包BOL时的电池包的OCV与SOC之间的关系确定电池系统包的基于电压的SOC数据。在一些实施例中，电池包的OCV与SOC之间的关系可包括与电池包相关联的OCV/SOC曲线。

可基于库仑计数测量值确定电池包的BOL SOC数据，可基于电池包的BOL SOC数据和电池包的基于电压的SOC数据确定比率。在一些实施例中，该比率可包括电池包的BOL容量与电池包的估计当前容量之间的比率。在某些实施例中，该比可通过以下步骤确定：相对于电池包的基于电压的SOC数据绘制电池包的BOL SOC数据，执行直线拟合过程识别与电池包的BOL SOC数据的绘制相关联的线(如，递推最小二乘过程和/或任何其他适合的直线拟合过程)，确定所识别的线的斜率并基于所识别的斜率确定比率。电池包的估计当前容量可基于电池包的寿命开始容量和该比率确定。

本公开的系统和方法的某些实施例可以与估计整个电池系统、电池包、电池单元、和/或任何其他组成分部和/或电池系统部分的容量结合而应用。如本说明书所用，电池系统的一部分可包括整个电池系统和/或其他任何组成分部、电池包(如，具有多个电池单元的电池包)、电池单元和/或诸如此类。在一些实施例中，该方法可进一步包括在车辆中实施控制动作和/或基于更新的容量确定电池系统运行参数。在某些实施例中，前述方法可通过BSE系统和/或任何其他计算系统执行，和/或通过永久计算机可读介质存储相关可执行指令实施。

附图说明

描述了本公开的非限制性和非穷尽性实施例，包括参照附图的本公开的多种实施例，其中：

图1示出了符合本公开的实施例的一种用于估计包括在车辆中的电池系统的容量的示例性系统。

图2示出一幅图表，其显示了符合本公开的实施例的示例性电池系统的寿命开始SOC与OCV之间随时间推移的关系。

图3A示出了符合本公开的实施例的一种用于估计电池系统的容量的示例性方法的第一部分的流程图。

图3B示出了符合本公开的实施例的一种用于估计电池系统的容量的示例性方法的第二部分的流程图。

图4示出了一种用于实施本文公开的系统和方法的某些实施例的示例性系统。

具体实施方式

下面提供了符合本公开实施例的系统和方法的详细描述。尽管描述了几个实施例，应当理解的是，本公开不局限于任何一个实施例，而是涵括多种替代选择、修改和等效物。此外，虽然为了提供对本公开的实施例的透彻理解而在以下描述中阐述了许多具体细节，但在不具有某些或全部这些细节情况下，一些实施例仍能够实践。另外，为了清晰起见，未详细描述相关领域中公知的某些技术材料，以免不必要地混淆本公开。

参考附图将最深入地理解本公开的实施例，其中，相同零件可用相同数字标示。如本文附图中所大体描述且示出的本公开实施例的部件可以按各种不同的配置进行布置和设计。因此，以下对于本公开的系统和方法的实施例的详细说明无意限定所要求保护的本公开的范围，而仅仅表示本公开可能的实施例。此外，不一定需要以任何特定的次序，或者甚至按顺序执行方法的步骤，也不需要将所述步骤仅执行一次，除非另有说明。

本公开的系统和方法可提供电池系统容量的改进的估计。在一些实施 例中，本公开的系统和方法可由BSE系统和/或任何其他电池控制、监测、测试、建模和/或管理系统执行。符合所公开系统和方法的实施例，电池系统整个寿命周期内的SOC-OCV曲线的变化可结合电池系统容量估计进行说明。

在一些实施例中，所公开系统和方法可使用线拟合算法计算电池系统的BOL容量与当前电池容量的比率。基于BOL电池容量和所计算比率，可确定电池系统的当前容量。在一些实施例中，电池系统的SOC可使用标称BOL容量来计算(如，通过测量电池电流并对时间中积分经由库仑计数来计算)。当车辆控制器和/或BSE系统以平衡状态下的电池系统启动时，与测量的电池包和/或部分电压相关的数据、BOL SOC、以及当确定数据的有用性时(如，对于结合精确估计电池系统的容量来使用，数据是否太旧)可结合使用的时间能够被收集并存储。在一些实施例中，这些信息可基于电池系统的BOL SOC被存储进一个或多个数据仓。

当已收集足够多的数据且确定充分多样(如，覆盖多种SOC范围)时，可启动符合本公开的实施例的直线拟合过程。在某些实施例中，由于BOL OCV/SOC曲线是已知的，所存储的电压可转换成基于电压的SOC。在一些实施例中，电池系统的基于电压的SOC可包括当电池系统处于其BOL时所存储电压即为SOC的SOC。在某些情况下，基于电压的SOC可不同于上面讨论的由车辆控制器和/或BSE系统计算并存储的BOL SOC。符合本公开的实施例，BOL SOC可相对于基于电压的SOC绘制，形成一条线，该线的斜率可表示BOL容量与当前容量的比率。在某些实施例中，任何适合的线拟合算法(如，最小二乘法等)可被用来查找线的斜率，然后该斜率可被用来计算上述当前容量。在进一步的实施例中，所计算的当前容量估计可结合到先前估计中。

图1示出符合本公开实施例用于估计电池系统容量的示例性系统。在某些实施例中，电池系统102可包括在车辆100中。车辆100可以是机动车、船舶、飞机和/或任何其他类型车辆，并且可包括内燃机(“ICE”)动力传动系统、电机动力传动系统、混合动力传动系统、FC动力传动系统和/或任何其他类型适于并入本公开的系统和方法的动力传动系统。车辆100 可包括电池系统102，其在某些实施例中可以是HV电池系统。HV电池系统可被用来为电力传动部件提供动力(如在电力、混合或FC动力系统中)。

在进一步的实施例中，电池系统102可以是低电压电池(如，12V铅酸汽车电池)且可被配置为向各种车辆100系统包括，例如，车辆启动器系统(如，启动电动机)、照明系统、点火系统和/或诸如此类提供电能。尽管结合了包括在车辆100中的电池系统102示出，应当了解，本公开的系统和方法的实施例可结合多种电池系统实施，包括结合未包括在车辆中的电池系统。

电池系统102可包括电池控制系统104。该电池控制系统104可配置成监测并控制电池系统102的某些操作。例如，该电池控制系统104可配置成监测并控制电池系统102的充电和放电操作。在某些实施例中，电池控制系统104可结合本公开的方法用以估计、建模和/或以其他方式确定电池系统的容量。在某些实施例中，电池控制系统104可通信地耦接于一个或多个传感器106(如，电压传感器、电流传感器和/或诸如此类等)和/或其他系统(如，内部计算机系统108、外部计算机系统110等)，其配置成使得电池控制系统104能监测并控制电池系统102的操作和/或执行本公开的某些方法。例如，传感器106可为电池控制系统104提供用于估计SOC、估计阻抗、测量电流、测量电池包112和/或组成电池单元114的电压的信息和/或可结合本公开的实施例使用的任何其他信息。

电池控制系统104可进一步配置成将信息提供到和/或接收来自其他系统(如，内部计算机系统108)的信息，这些系统包括在车辆100中，在一些实施例中，该车辆100可包括BSE系统。例如，电池控制系统104可通信地耦接于内部车辆计算机系统108和/或外部计算机系统110(如，经由有线和/或无线电信系统或诸如此类)，其配置成执行与本公开的实施例一致的BSE方法。在一些实施例中，内部车辆计算机系统108和/或外部计算机系统110可与本公开的实施例一致地配置成在电池系统102的整个寿命周期内估计其容量。

在某些实施例中，电池控制系统104可至少部分地配置成将关于电池系统102的信息(例如，由传感器106测得的和/或由控制系统104确定的 信息)提供给用户，车辆100、车辆计算机系统108和/或外部计算机系统110的测试人员、服务人员和/或诸如此类人员。这些信息可包括但不限于电池SOC、能量状态(“SOE”)和/或健康状况(“SOH”)信息、电池能量性能和/或容量信息、电池操作时间信息、电池周期信息、电池操作温度信息、车辆里程信息和/或任何其他关于电池系统102的信息，这些信息可结合用于确定电池系统能量容量信息和/或结合电池系统102和/或车辆100的管理和/或控制操作使用的信息。

电池系统102可包括一个或多个大小适当的电池包112向车辆100提供电力。每个电池包112可包括一个或多个电池单元114。电池单元114可使用任何适合的电池技术或他们的组合。适合的电池技术可包括例如铅酸、镍金属氢化物(“NiMH”)、锂离子(“Li-Ion”)、锂离子聚合物、锌空气、锂空气、镍-镉(“NiCad”)、包括吸附式的玻璃纤维棉(“AGM”)的阀控式铅酸(“VRLA”)、镍-锌(“NiZn”)、熔盐(如，Na-NiCl2电池)和/或其他适合的电池技术。每个电池单元114可与传感器106相关联，这些传感器配置成测量与每个单元114相关联的一个或多个参数(如，电压、电流、温度等)。虽然图1示出了分别与每个电池单元114相关联的传感器106，但在一些实施例中，也可使用配置成与多个单元114相关联的测量多种电气参数的传感器。如本文使用的，术语“包”和/或“单元”可用于指代电池系统的任何分段和/或组成分部(如，电池单元、电池包和/或他们的任何组合)。

传感器106测量的信息可提供给电池控制系统104和/或一个或多个其他系统(如，内部计算机系统108和/或外部计算机系统110)。使用该信息，电池控制系统104和/或任何其他适合的系统可协调电池系统102的操作(如，充电操作、放电操作、平衡操作等)。电池控制系统104、内部计算机系统108、外部计算机系统110和/或任何其他适合实施BSE方法的系统可结合本公开的实施例，进一步利用这些信息估计电池系统102的容量，以作为监测、控制、表征和/或建模活动的一部分。

图2示出符合本公开的实施例的示例性电池系统的SOC和OCV之间关系的图表。具体地说，图表200说明了在电池的整个寿命周期内的各种 示例性SOC/OCV曲线(如，从BOL SOC/OCV曲线208至老化的SOC/OCV曲线210)。在所示图表中，x轴204代表电池系统被标准化为电池系统的BOL的百分比SOC，而y轴代表以伏特为单位的电池系统的OCV。

如图所示，当OCV/SOC曲线并未标准化成容量时，随着电池系统的老化，在相关电池系统的OCV曲线中的某些特征的位置可用于确定BOL容量和实际容量之间的比率。例如，如图所示，各种OCV/SOC曲线的电压下降点212可随着电池老化而改变，这可用于确定BOL容量和实际容量之间的比率。

图3A-3B示出了符合本公开的实施例的用于估计电池系统容量的示例性方法的流程图300a、300b。在某些实施例中，该方法所示出的一个或多个组成要素可通过电池控制系统、内部计算机系统、外部计算机系统和/或任何其他系统或系统的组合来执行和/或实施，这些系统配置成实施BSE方法和/或监测、控制、建模和/或以其他方式表征电池系统的参数，包括电池系统的容量。

所示的方法可包括一个或多个SOC计算步骤301、数据有效性测定和捕获步骤303、数据充分性测定步骤305、容量估计步骤307和/或混合步骤309。该方法可在302处开始。用于电池系统的特定框架BOL SOC可在306处开始。电流可在308处积分用于计算电池系统的BOL SOC。如本文所使用，特定框架BOL SOC可以是与特定的软件功能分区相关联的BOL SOC。此信息可传递至324以结合该方法中的其他步骤使用。

在310处，可确定非易失性存储器复位是否已发生(如，是否在前一个时间周期或诸如此类内已发生复位)。如果是，可以在320处设置标志，该标志指示计算的SOC可能不能结合本公开的方法使用，这在某些实施例中可导致该方法终止。如果没有发生复位，可继续执行该方法至312处，在此处，自完成最近的充电周期以来的时间可与阈值进行比较以确定是否已过去了过长的时间。在一些实施例中，该阈值可以包括值，该值可表示所积分的电流传感器误差太高而无法计算精确的OCV/SOC曲线。如果自完成最近的充电周期以来的时间过长，可以在320处设置标志，该标志指示计算的SOC可能不能结合本公开的方法使用，这在某些实施例中可导致 该方法终止。如果不是，可以继续执行该方法至314处。

在314处，可确定充电周期完成是否已触发。如果是，可以继续执行该方法至318处，在此处，BOL SOC可重新设定为电池系统的充电终止点，并且可在322处设置标志，该标志指示计算的SOC可结合本公开的方法使用。否则，可以继续执行该方法至316处，在此处，可确定该标志在322处是否已被预先设置(如，在322处是否已设置指示可使用计算的SOC的标志)。如果不是，则可以在320处设置标志，该标志指示计算的SOC可能不能结合本公开的方法使用，这在某些实施例中可导致该方法终止。如果是，则可在322处设置标志，该标志指示计算的SOC可结合本公开的方法使用。

在某些实施例中，为了查找到容量，电流可以积分来计算不是由电压设置或静止的SOC，从而避免产生循环依赖。当电池完成完全充电时SOC可复位，因为OCV/SOC曲线随着电池的老化在高SOC处可显示较少的偏移。如果电池在特定的持续时间内尚未被完全充满或者执行本公开的系统和方法的系统的存储器已经被复位，所计算的SOC直到已经完成完全充电才能与符合本公开的实施例的优化流程结合使用。

可在326处判定该电池系统是否在使用中。如果不是，该方法可以等待，直到该电池系统在使用中。如果是，可继续执行该方法至328处，在此处，可确定该电池系统是否处于平衡状态。在一些实施例中，平衡状态可包括一状态，该状态下，电池在开路处已保持足够长的时间，以致通过电池充电和放电建立的极化已消退和/或者不存在和/或存在相对较小的瞬态效应。如果不是，当电池系统可能没有静止时该方法可在330处终止。如果是，可以继续执行该方法至332处。

在332处，如果指示可使用所计算的SOC的标志设置在322处，可确定所计算的SOC是否可用。如果不是，当电池系统可能没有静止时可继续执行该方法至330处终止。如果是，可继续执行该方法至334处。在334处，通过324处的电池系统的估计的容量SOC可以连同处于由相关联的BOL SOC确定的一个或多个数据仓中的相关时间信息一起存储。在一些实施例中，当给实施本公开的系统和方法的实施例的系统供电时(如，连接 至12V电池或诸如此类)，时间信息可包括与时间相关联的运行计数。

在336处，可以确定电池系统各部分(如，电池系统分部)是否具有一致和/或基本一致的容量。如果这些部分不具有一致和/或基本一致的容量，可继续执行该方法至340处，这些部分的的平均电压可以按比例缩小到一个包级电压，可在此处存储在由相关联的BOL SOC确定的一个或多个数据仓中。如果这些部分具有一致和/或基本一致的容量，可继续执行该方法至338处，在此处，包级电压可存储在由相关联的BOL SOC确定的一个或多个数据仓中。

在342处，可确定足够数量的数据仓自之前的更新后是否包括新的数据。如果不是，可在352处终止此方法，因为继续该方法的不充足的数据可能已经被收集。如果是，可继续执行该方法至344处，在此处，可确定该数据的传播是否足够。如果不是，可在352处终止此方法，因为该方法的不充足的数据可能已经被收集。如果是，可继续执行该方法至346处。

在346处，可确定新数据是否集中在50％左右。如果不是，可在352处终止此方法，因为该方法的不充足的数据可能已经被收集。如果是，可继续执行该方法至348处，在此处，可确定新数据的位置是否充分改变。如果不是，可在352处终止此方法，因为该方法的不充足的数据可能已经被收集。如果是，可在350处触发直线拟合过程。在某些实施例中，除其他事项外，步骤342-348确保跨越足够宽范围的足够的数据被存储，以便可以在整个相关SOC范围内计算准确的直线拟合。

通过从所存储电压和在354处的BOL OCV/SOC曲线创建一排基于电压的SOC数据来开始直线拟合法。在356处，可确定电池系统各部分(如，电池系统分部)是否具有一致和/或基本一致的容量。如果这些部分具有一致和/或基本一致的容量，可继续执行该方法至358处，在此处，可使用单一调用(如，N＝1)来执行直线拟合过程。否则，可继续执行该方法至360处，在此处，可以对每部分执行直线拟合过程(如，1＜n＜＝12)。

在一些实施例中，可基于可用测量信息将本公开方法的某些实施例结合整个电池包、数个部分的一包和/或单个电池单元进行应用。在一些实施例中，这些方法可结合电池系统最薄弱部分和/或电池单元(如，第一电池 部分)使用。如果电池各部分/电池单元相对一致，第一部分可被认为代表该包，从而可结合本公开方法的实施例使用。

可在364处执行直线拟合过程以确定表示电池系统BOL SOC的直线的斜率，该直线是相对于电池系统基于电压的SOC而绘制的。在某些实施例中，任何适合的直线拟合算法(如，最小二乘法等)可以结合步骤364用于查找直线的斜率。在362处，可确定是否已经对每一相关部分执行了364的直线拟合过程(如，可通过步骤358、360进行确定一样)。如果是，可继续执行该方法至366处。如果不是，可继续重复执行364处的直线拟合过程，直至确定已经对每一相关部分执行了该过程。

在366处，可基于BOL电池容量和基于估计的直线斜率计算所得的比率来计算所得到的估计容量值，并将其存储于混合缓冲区。可在368处计算混合缓冲区数值的平均值和方差。在370处，可基于计算的平均值和方差来计算递推最小二乘(“RLS”)滤波器常数。使用计算的RLS常数可将滤波器应用于新容量估计值及在372处预先存储的容量估计值。新混合容量估计值可存储在374处，BSE系统可以结合各种运行和/或进行参数确定的电池系统使用此值。

图4示出了一种用于实施本公开的系统和方法的某些实施例的示例性系统400。在某些实施例中，计算机系统400可以是个人计算机系统、服务器计算机系统、车载或内部车辆计算机、电池控制系统、外部计算机系统和/或任何其他类型的适合实施本公开的系统和方法的系统。在进一步实施例中，计算机系统400可以是任意便携式电子计算机系统或电子设备，包括，例如笔记本电脑、智能电话和/或平板电脑。

如图所示，除其他事项外，计算机系统400可包括一个或多个处理器402、随机存取存储器(“RAM”)404、通信接口406、用户接口408以及永久计算机可读存储介质410。处理器402、RAM404、通信接口406、用户接口408以及计算机可读存储介质410可通过公用数据总线412彼此通信地耦合。在某些实施例中，可以使用硬件、软件、固件和/或其任意组合来实施计算机系统400的各种组件。

用户接口408可包括任意数量的允许用户与计算机系统400交互的装 置。例如，用户接口408可用于为用户显示交互式接口。用户接口408可以是与计算机系统400通信耦接的单独接口系统，或者可以是集成系统，如用于笔记本电脑或其他类似装置的显示接口。在某些实施例中，可在触摸显示屏上生产用户接口408。用户接口408也可包括任意数量的其他输入装置，包括例如键盘、轨迹球和/或鼠标装置。

通信接口406可为任意能够与其他计算机系统、外围装置和/或其他通信耦接到计算机系统400的设备进行通信的接口。例如，通信接口506可使计算机系统400与其他计算机系统(如，关联外部数据库和/或因特网的计算机系统)通信，可实现从这些系统转移及接收资料。除其他事项外，通信接口406可包括调制解调器、卫星数据传输系统、以太网卡和/或其他适合的装置，这些装置能使计算机系统400连接至数据库和网络，如局域网(LANs)、城域网(MANs)、广域网(WANs)以及因特网。

处理器402可包括一个或多个通用处理器、专用处理器、可编程微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列器件(FPGAs)、其他可定制或可编程处理装置和/或任意其他装置或装置排列，这些装置能够执行本公开的系统和方法。

处理器402可配置成执行存储在永久计算机可读存储介质410上的计算机可读指令。计算机可读存储介质410可按需要存储其他数据或信息。在一些实施例中，计算机可读指令可包括计算机可执行功能模块414。例如，计算机可读指令可包括一个或多个功能模块，这些功能模块配置成实施上述系统和方法的部分或全部功能。可存储在计算机可读存储介质410上的具体功能模块可包括估计电池系统和/或任何其他模块的容量的模块，或被配置成实施本公开的系统和方法的模块。

本文所述系统和方法可独立于用来创建计算机可读指令的编程语言和/或在计算机系统400上操作的任何操作系统来实施。例如，计算机可读指令可以任何适合的编程语言编写，其示例包括但不限于，C、C++、Visual C++和/或Visual Basic、Java、Perl或任何其他适合的编程语言。此外，计算机可读指令和/或功能模块可为如下形式：独立程序或模块的集合、和/或较大程序中的程序模块或程序模块的一部分。计算机系统500对数据的 处理可响应于用户命令、前处理的结果或由其他处理机器发出的请求。应当了解，计算机系统400可使用任何适合的操作系统，包括，例如，Unix、DOS、Android、Symbian、Windows、iOS、OSX、Linux和/或诸如此类。

尽管为了明确起见，前文已经进行了某种程度上的详细描述，显而易见的是，可在不背离本公开原则的情况下作出某些变化和修改。应注意，存在许多可替代方式来实施本文所述的过程和系统二者。因此，本实施例应被认为是示例性的而非限制性的，并且本发明不限于本文给出的细节，而可以在所附权利要求书的范围和等效物之内进行修改。

已参照多个实施例描述了上述说明书。然而，本领域普通技术人员应了解，可在不背离本公开范围的情况下作出多种修改和变化。例如，可以根据特定应用或考虑与系统操作相关联的任何数量的成本函数以可替代方式实现各种操作步骤以及用于执行操作步骤的部件。因此，任何一个或多个步骤可被删除、修改或与其他步骤结合。此外，本公开应被视为示例性而非限制性意义，并且所有这些修改拟纳入本公开的范围内。同样地，上文已就多种实施例描述了益处、其他优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可使任何益处、优点或解决方案发生或变得更为突出的任何元素不应当被理解为一个关键的、必要的、或根本的特征或元素。

如本说明书所使用，术语“包含”和“包括”以及其任何其他变型旨在涵盖非排他性包括物，这样使得包含一系列元件的过程、方法、物件或设备不仅仅包括这些元件，也可以包括那些没有明确列出或该过程、方法、系统、物件或设备所固有的其他元件。同样，如本文所使用，术语“被耦合”、“耦合”以及其任何其他变型旨在涵盖物理连接、电气连接、磁性连接、光学连接、通信连接、功能连接和/或任何其他连接。

本领域技术人员应当了解，可在不背离本发明的基础原理的情况下对上述实施例的细节作出多种改变。因此，本发明的范围应仅由权利要求书确定。