[發明專利]基于降階電化學模型的電池荷電狀態估計

有效

• 申請號: 201710135787.6
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN107179508B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 李泰京
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: G01R31/378
• 分類號: G01R31/378;G01R31/3842
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王秀君;魯恭誠

本發明涉及基于降階電化學模型的電池荷電狀態估計。一種車輛可包括具有正電極和負電極的電池。所述車輛還可包括控制器，所述控制器被配置為：根據荷電狀態對電池充電和放電，所述荷電狀態是基于電極中的一個的有效表面鋰離子濃度以及從電極中的所述一個的中心到表面鋰離子濃度分布曲線得到的電極中的另一個的有效表面鋰離子濃度。電極中的所述另一個的有效表面鋰離子濃度可經由將電極中的所述一個的中心到表面鋰離子濃度分布曲線映射到電極中的所述另一個的有效表面鋰離子濃度的關系被得到。

技術領域

本申請總體上涉及使用降階電池模型的電池荷電狀態估計。

背景技術

混合動力車輛和純電動車輛依賴牽引電池提供推進的動力。牽引電池通常包括以各種構造連接的多個電池單元。為了確保車輛的最佳操作，可以監測牽引電池的各種性質。一個有用的性質是指示電池中儲存的電荷的量的電池荷電狀態(SOC)。SOC可以針對牽引電池整體和針對每個電池單元來計算。牽引電池的SOC提供了剩余電荷的指示。針對每個單獨的電池單元的SOC提供了對于平衡電池單元之間的SOC有用的信息。除了SOC之外，電池可允許充電和放電功率限制可以用于確定電池操作的范圍并防止電池過度操作。

發明內容

一種車輛可包括具有正電極和負電極的電池。控制器可被配置為根據荷電狀態(SOC)對電池充電和放電。所述SOC可通過電極中的一個的有效鋰離子濃度分布曲線來計算，該有效鋰離子濃度分布曲線通過基于電化學電池模型的閉環估計器來估計。閉環估計器可被設計為估計正電極或負電極的有效表面鋰離子濃度。電極中的一個的有效表面鋰離子濃度可經由將電極中的所述一個的中心到表面鋰離子濃度分布曲線映射到電極中的另一個的有效表面鋰離子濃度的非線性關系通過電極中的另一個的有效鋰離子濃度分布曲線來計算。

根據本發明，提供一種車輛電力系統，所述車輛電力系統包括：控制器，被配置為：根據荷電狀態對電池充電和放電，所述荷電狀態是基于從與電池相關聯的電流輸入和電壓輸出得到的電池的電極的有效表面鋰離子濃度以及從所述電極的中心到表面鋰離子濃度分布曲線得到的電池的另一電極的有效表面鋰離子濃度的。

根據本發明的一個實施例，所述另一電極的有效表面鋰離子濃度經由將所述電極的中心到表面鋰離子濃度分布曲線映射到所述另一電極的有效表面鋰離子濃度的關系被得到。

根據本發明的一個實施例，所述關系是非線性的。

根據本發明的一個實施例，所述電極的有效表面鋰離子濃度是基于電池的測量的電流輸入和測量的電壓輸出的。

附圖說明

圖1是示出了典型的動力傳動系統和能量儲存組件的混合動力車輛的示圖。

圖2是由多個電池單元組成并被電池能量控制模塊監測和控制的可行的電池組布置的示圖。

圖3是卡爾曼濾波器系統中的基于閉環狀態的控制框架的示圖。

圖4是具有多孔電極的金屬離子電池的截面的圖示。

圖4A是由于放電期間的鋰離子擴散過程造成的負極中的代表性顆粒內部的鋰離子濃度分布的圖示。

圖4B是由于放電期間的鋰離子擴散過程造成的正極中的代表性顆粒內部的鋰離子濃度分布的圖示。

圖4C是活性物質固體顆粒和鋰離子的轉移與擴散過程的圖示。

圖5是響應于10秒電流脈沖輸入的過電位相對于電池單元厚度的曲線圖。

圖6是響應于10秒電流脈沖輸入的電解質中的電壓降相對于電池單元厚度的曲線圖。

圖7是示出正極和負極處的開路電位相對于電化學電池的陽極和陰極的歸一化鋰離子濃度的曲線的曲線圖。

圖8是示出電池荷電狀態(SOC)以及在正極和負極的代表性電極顆粒處的估計的鋰離子濃度分布相對于時間的曲線圖。