[發明專利]使用注入電流振蕩的電池狀態估計

在審

• 申請號: 202110340404.5
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113640672A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: M·王;王躍云;H·夏;J·布內爾;C·W·萬普勒
• 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: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/382
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄧雪萌;張一舟

用于使用具有電池狀態估計器（BSE）邏輯的控制器估計電池組的狀態的方法，包括經由電池組接收或遞送恒定基線電流。經由控制器響應于預定條件，選擇性地將具有時變頻率含量的電流振蕩注入到基線電流中。基線電流和電流振蕩組合以形成最終電流。該方法包括與電流振蕩同時地經由BSE邏輯估計實施電池參數以生成估計電池參數，并且經由控制器使用估計電池參數估計電池組的當前狀態。電氣系統包括電連接到電池組并由電池組驅動的旋轉電機，以及配置為執行該方法的控制器。

背景技術

本公開涉及多單元電池組的模型化電池參數和電池狀態的實時估計。準確的估計允許相關聯的控制器在電池充電、穩態、和放電操作模式期間有效地且有效率地控制多種不同的功率使用和利用決策。因此，本公開適用于電氣化動力總成、動力裝置、機器人、移動平臺、和其他類型的電氣系統的實時控制，其中改進的電池參數和狀態估計準確性是期望的。

在確定性系統中，對給定輸入的多種響應的持續進行的測量并不總是可能或可行的，這繼而經常需要使用系統模型并基于這樣的模型的響應估計。在典型的高能量電池組中，例如，諸如在電動或混合動力電動車輛的鋰離子牽引電池組中，作為對電流的響應對電壓和溫度進行周期性測量和估計。可模型化不同的電壓狀態，包括平衡電位、基于滯后效應的電壓響應、由于歐姆電阻的電壓下降、由于電池組動態的電壓下降，例如，雙層和/或擴散電壓等。示例性電壓響應的每個可在模型中使用代數或微分函數描述，或通過使用卷積積分描述。上述電壓響應特別是影響關鍵電池狀態估計，例如充電狀態（SOC）和功率狀態（SOP）/功率容量。因此，等效電路模型通常與適應性電池狀態估計（BSE）邏輯結合使用，以便估計電壓響應和其他電池參數。

如本領域普通技術人員將理解的那樣，如果時間充足，靜置于開路條件下的電池單元將最終穩定在平衡電壓處，該平衡電壓在本領域中稱為電池單元的開路電壓（OCV）。理想地，給定電池單元的OCV對于每個SOC是唯一的，獨立于電池單元是否在切換到開路狀態之前緊接著的是充電還是放電，并且獨立于電池電流的大小。盡管在處于關閉狀態達較長持續時間的電池組中可準確地確定OCV，但是當嘗試進行對主動充電或放電的電池組的電池狀態估計時（特別是在動態改變的操作環境中），存在關鍵性的挑戰。

特別是在鋰離子電池中，OCV與SOC之間存在非線性關系。例如，在混合動力和電池電動車輛中，以編程算法形式的BSE邏輯可引用可用的OCV曲線以幫助實時估計SOC。替代地，可使用在本領域中稱為庫侖計數（Coulomb counting）的過程從初始SOC值隨時間追蹤SOC。其他BSE邏輯變型尋求平衡基于電壓的估計和可用的基于庫侖計數的估計以便產生復合估計。

發明內容

本文中公開了方法和相關系統，其旨在改善在具有多單元電池組的電氣系統中的可用電池參數和狀態估計準確性。作為所公開的方案的部分，控制器編程為執行體現本方法的指令，其中控制器使用如本文中描述的電池狀態估計（BSE）邏輯和電流控制邏輯進行該操作。控制器使用專用等效電路模型以準確估計和回歸一個或多個相關電池參數。在本公開的范圍內，代表性的非限制性回歸電池參數包括開路電壓（OCV）、歐姆電阻（R-ohmic）、和電池組的阻抗，其中SOC和SOP是可使用所公開的方法從這樣的電池參數中進行估計的代表性電池狀態。

如本領域中理解的，在較高頻電流輸入期間，特別是當估計電池組的SOC和SOP/功率容量時，某些電池參數比其他電池參數享有更大的預測值。因此，期望的是針對這樣的電池參數優化估計準確性。歐姆電阻是一個這樣的參數。歐姆電阻，其通常定義為電池組的表觀內電阻以及在電池組構造中使用的多種電導體的電阻。歐姆電阻傾向于表現為對電池電流中的改變的瞬時電池單元電壓響應，這對SOP/功率容量估計特別顯著。