[發明專利]具有基于過電位的可變電阻器的蓄電池狀態評估器

有效

• 申請號: 201310050165.5
• 申請日: 2013-02-08
• 公開（公告）號: CN103257317A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: B.J.科赫;K.S.哈里黑蘭;S.K.瓦迪韋盧
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 成城

技術領域

本發明總體涉及用于評估車輛上的蓄電池的充電狀態（SOC）的電路模型，并且更具體地涉及評估車輛運轉時車輛上的蓄電池的充電狀態的電路模型，其中該電路模型中的電阻是基于電壓可變的。

背景技術

電動車輛正日益流行。這些車輛包括混合動力車輛，例如結合了蓄電池和主動力源（例如內燃發動機、燃料電池系統等）的增程式電動車輛（EREV），以及僅純電動車輛，例如蓄電池電動車輛（BEV）。所有這些類型的電動車輛均使用包括多個蓄電池單元的高壓蓄電池。這些蓄電池能夠是不同蓄電池類型，例如鋰離子、鎳金屬氫化物、鉛酸等。蓄電池可以包括單獨的蓄電池模塊，其中每個蓄電池模塊可包括特定數量的蓄電池單元，例如十二個電池單元。各個蓄電池單元可以被串聯電聯接，或者一系列電池單元可以被并聯電聯接，其中模塊內的多個電池單元被串聯連接并且每個模塊被并聯電聯接到其他模塊。不同車輛設計包括針對具體應用采用各種權衡和優勢的不同蓄電池設計。

蓄電池在給電動車輛和混合動力車輛提供動力方面起到重要作用。已經證實對于混合電動車輛而言，鋰離子蓄電池是有前途的。蓄電池控制和電力管理的效率對于車輛性能、燃料經濟性、蓄電池壽命和乘客舒適度是重要的。對于蓄電池控制和電力管理，需要預測或評估并且實時監控蓄電池的兩個狀態，即充電狀態（SOC）和蓄電池功率容量，這是因為在車輛運轉期間它們是幾乎不可測的。不過，能夠通過求解描述蓄電池的等效電路模型的等式中的參數，由測量的蓄電池電流和電壓來評估蓄電池充電狀態和蓄電池功率。這些參數包括與電池單元內的電子導體相關聯的歐姆電阻、描述電極-電解質界面處的電化學反應和固態與液態中的擴散效應的RC對、以及隨反應中涉及的反應物和產物的濃度而變的開路電壓（OCV）。OCV可以被直接轉換成對充電狀態的評估，并且當其他參數的值已知時可以設置電路模型等式和求解功率容量。在本領域中已經使用不同的方法來研發出基于電路模型表征前提的許多蓄電池狀態評估算法，并且其中一些已經被實現到車輛中。

公知的是蓄電池動態大體是非線性的并且高度取決于蓄電池工況。不過，對于車載蓄電池參數評估而言，具有少許頻率模式的線性模型被用于針對特定應用（例如功率預測或SOC評估）來近似蓄電池的主導動態。其原因主要是由于車載應用可用的有限計算能力和存儲。事實上，即使存在無限的計算能力和存儲，仍然不能夠保證對具有盡可能多的頻率模式的復雜模型內的所有蓄電池參數的準確評估，這是因為針對任意給定的觀測激勵水平，會從測量的端電壓和端電流中缺失一些與全程動態行為有關的信息。因此，只要模型不確定性導致的評估誤差處于特定應用的可接受范圍內，則既不現實也不必要在一個模型中覆蓋所有頻率模式。

轉讓給本發明的受讓人且作為參考被并入本文的名稱為“Dynamically?Adaptive?Method?For?Determining?The?State?of?Charge?of?a?Battery”的2007年10月4日提交的美國專利申請序列號11/867,497，現在被公開為專利公開號U.S.2009/0091299，其公開了用于使用四個蓄電池參數來確定蓄電池充電狀態和蓄電池功率的方法，該四個蓄電池參數即蓄電池OCV、歐姆電阻和RC對的電阻和電容。

通常做法是測量已經停止工作顯著時段的蓄電池的電壓并且將這個電壓測量值轉換成對充電狀態的評估。在這種情況下，測量的端電壓被看作是等于開路電壓（OCV），并且可被直接觀測，因此不必要求解復雜的電路模型等式。不過，如果蓄電池上存在負載，這通常是車輛運轉時的情況，則必須從測量的端電壓去除或減去那些負載所導致的電壓損失以便評估OVC。對于使用等效電路的蓄電池SOC評估模型而言，模型是復雜的并且必須是準確的，以便能夠從端電壓準確地去除電路模型的各元件所涉及的電壓損失，從而得到對蓄電池SOC的正確評估。上述對蓄電池極化的簡化電路模型對于計算蓄電池SOC是大體有效的。不過，在某些工況期間，例如低溫、高或低蓄電池SOC等情況期間，實際蓄電池化學的復雜性不允許簡化電路模型來準確代表那些情況。

轉讓給本申請的受讓人并且作為參考并入本文的2010年1月12日授予Koch等人的名稱為“Method?and?Apparatus?for?Modeling?Diffusion?in?an?Electrochemical?System”的美國專利號7,646,166公開了用于模仿車輛蓄電池電路來確定蓄電池SOC的技術，該車輛蓄電池電路包括具有可變電阻的擴散電路元件以便更加準確地限定模型電路的擴散部分。基于該電路元件中RC對中的電容器的電容來控制擴散電路元件中的可變電阻。

發明內容