[發明專利]電池荷電狀態觀測器

有效

• 申請號: 201310166240.4
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN103389468A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: X.毛;X.唐
• 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: 劉楨;楊楷

技術領域

一個實施例大體上涉及確定運輸車輛內的電池的荷電狀態。

背景技術

荷電狀態(SOC)是指相對于電池充滿電之后可用的電荷可用來做功的儲存的電荷。荷電狀態可視為熱力學量，其使得人們能夠評估系統的潛在能量。

開路電壓被用來確定SOC；然而，開路電壓的準確度對于確定荷電狀態是關鍵的并且在電池使用期間是難以估計的。如果存在測量誤差，那么荷電狀態估計將會根據測量誤差的因子而出錯。此外，對于常規車輛和電池系統來說，在可以獲得開路電壓之前，電池必須靜止(即，無負載或再充電)相應的時間長度。試圖在電池使用的同時估計開路電壓的現有技術系統是有缺陷的，因為它未能考慮諸如內阻、電容和將根據電池的壽命和溫度變化的其它電池參數的參數不確定性。

發明內容

一個實施例設想出一種在電池連接到多個負載的同時確定電池的荷電狀態的方法。在多個時步處測量電池的端電壓。在多個時步處測量與測量端電壓一致的電池的端電流消耗。在多個時步處測量與測量端電壓一致的電池的溫度。生成作為每個時步的電池參數、測量電壓、測量電流和測量溫度的函數的電池系統模型的狀態向量。電池參數包括電池內阻和電容。生成作為每個時步的標稱電池系統矩陣和電池參數不確定性的函數的估計狀態向量。為增廣系統生成作為每個時步的電池系統模型的狀態向量和估計狀態向量的函數的狀態向量。生成每個時步的增廣系統的狀態向量的協方差。通過遞歸地最小化每個時步的協方差的上界而確定協方差的上界。利用最小化的上界基于更新的狀態向量確定開路電壓。確定作為開路電壓的函數的電池的荷電狀態。響應于荷電狀態而調節電池。

一個實施例設想出一種用于車輛電池的診斷和控制系統。至少一個傳感器在多個時步處在車輛電池為多個負載供電的同時監測車輛電池的參數特性。電子控制模塊聯接到該至少一個傳感器用于接收參數特性。電子控制模塊包括用于基于電池系統模型的狀態向量確定開路電壓的處理單元。狀態向量被遞歸地更新為每個時步的電池系統模型的估計狀態向量的函數。生成作為每個時步的電池系統模型的標稱系統矩陣和電池參數不確定性的函數的估計狀態向量。通過最小化在每個時步處電池系統模型的增廣系統的狀態向量的協方差的上界而更新估計狀態向量。增廣系統生成為在每個時步處電池系統模型的狀態向量和電池系統模型的估計狀態向量的函數。控制模塊響應于作為開路電壓的函數的電池荷電狀態而調節車輛電池。

本發明提供下列技術方案。

技術方案1.?一種在電池連接到多個負載的同時確定所述電池的荷電狀態的方法，所述方法包括以下步驟：

在多個時步處測量所述電池的端電壓；

在所述多個時步處測量與所述測量的端電壓一致的所述電池的端電流消耗；

在所述多個時步處測量與所述測量的端電壓一致的所述電池的溫度；

生成作為每個時步的電池參數、所述測量電壓、所述測量電流和所述測量溫度的函數的電池系統模型的狀態向量，所述電池參數包括電池內阻和電容；

生成作為每個時步的標稱電池系統矩陣和電池參數不確定性的函數的估計狀態向量；

為增廣系統生成作為每個時步的所述電池系統模型的所述狀態向量和所述估計狀態向量的函數的狀態向量；

生成每個時步的所述增廣系統的所述狀態向量的協方差；

通過遞歸地最小化每個時步的所述協方差的上界而確定所述協方差的所述上界；

利用所述最小化的上界基于更新的狀態向量確定開路電壓；

確定作為所述開路電壓的函數的所述電池的所述荷電狀態；以及

響應于所述荷電狀態而調節所述電池。

技術方案2.?根據技術方案1所述的方法，其中，所述電池系統模型利用雙RC對等效電路模型，其中所述電路模型由下式表示：

V?=?V_oc?+?IR?+?Vdl?+?V_df

其中，V_oc為所述開路電壓，V_dl為雙層電壓，V_df為擴散電壓，I為電池端電流，并且R為歐姆電阻。

技術方案3.?根據技術方案2所述的方法，其中，所述電池系統模型被變換為離散對應形式。

技術方案4.?根據技術方案3所述的方法，其中，所述變換后的電池系統模型由以下矩陣表示：