用于估计电池单元的容量的方法技术

一种用于估计车辆(201)的能量储存系统(200)中的电池单元(202)的容量(Q)的方法，该方法包括：

Method for estimating the capacity of a battery cell

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于估计电池单元的容量的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于估计车辆的能量储存系统中的电池单元的容量的方法。本专利技术还涉及计算机程序、计算机可读介质、控制单元、电池管理系统和车辆。
[0002]本专利技术可以应用于任何类型的混合动力车辆或电动车辆，例如部分或完全电动车辆。尽管本专利技术将针对电动公共汽车进行描述，但是本专利技术不限于这种特定的车辆，而是也可以用于其他混合动力或电动车辆，例如电动卡车、电气建筑设备和电动汽车。本专利技术还可以应用于任何其他类型的电动车辆，例如电动建筑设备、电动工作机械，例如轮式装载机、铰接式运输机、自动倾卸卡车、挖掘机和挖掘装载机等。

技术介绍

[0003]电池正成为为车辆提供推进力的更常见的能源。这种电池通常是可充电电池，并且通常包括多个电池单体，这些电池单体可以串联或并联连接，形成用于车辆的完整电池组。通常，电池组包括多个电池单体。电池组的质量部分取决于每个电池单体的质量，因此对电池单体的生产质量有严格的要求。然而，尽管质量高，电池单体仍可能具有稍微不同的容量，并且还可能由于例如每个电池单体的不同操作温度而不同地老化。
[0004]为了确定充电状态(SOC)并提供串联单体电池配置的电池组的容量估计，可以使用关于电池单体电压和电池组电流的平均值的数据。这些估计通常假设所有电池单体的电化学特性大致相同。然而，电池单体的SOC水平将最终漂移开，导致不均匀的充电状态分布，这限制了电池组的操作性能。此外，当由于老化和电池单体不同的电化学特性而在电池单体之中存在差别时，平均电池单体电压的变化可能不能以准确的方式表示每个电池单体的容量。此外，电池组组件的总容量通常受到具有最低容量的单个电池单体的限制。
[0005]此外，电池的SOC、SOP(功率状态)和SOE(能量状态)水平通常使用电池组的一个或几个电池单体的模型来估计。普通类型的电池模型包括等效电路模型，通过该等效电路模型可以获得电池模型的电流
‑
电压特性。算法与模型一起使用，并且通常需要与电池相关的输入，例如电池的电池单体的容量和阻抗。然而，这种输入通常随着电池老化而改变，这使得估计更加复杂。此外，重要的是算法的输入是准确的，以避免对例如充电状态的不精确估计。
[0006]此外，在混合动力或电动车辆中，通常需要对各种操作条件下的电池特性有足够好的了解。因此，越来越需要在这种车辆中提供车载容量估计。
[0007]举例来说，电池单元的容量可以通过基于电压的估计方法来估计，该方法在车辆的空闲或操作时间期间使用开路电压和SOC相关性。Farmann,A.等人的“Critical review of on
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board capacity estimation techniques for lithium
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ion batteries in electric and hybrid electric vehicles.”Journal of Power Sources 281(2015):114
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130中描述了用于电池单体的容量估计的可能方法的一些示例。然而，由于算法复杂，用于估计电池单元的容量的至少一些可用方法需要长的计算时间。此外，一些可用的方法需要大量的信息存储，从而需要大量的车载存储器。此外，一些方法可能在某些电池操作情
况下给出良好的估计，但在其它情况下不能给出良好的估计，因此不适合在各种电池操作情况下使用。
[0008]一种常用的估计容量的方法是基于库仑计数，其中需要充电或放电期前后的SOC的值。为了获得可靠的估计，必须独立于容量来确定SOC值，例如使用开路电压(OCV)和当电池单元处于松弛状态时的SOC之间的关系，即处于完全平衡而没有连接到任何负载。然而，取决于应用，达到平衡可能需要几个小时，因此这种估计容量的方法相当耗时。
[0009]因此，希望提供一种有效估计电池单元的容量的方法。特别地，希望提供一种在各种条件下车辆的操作期间时间高效地确定电池单元的容量的方法。
[0010]定义
[0011]在下文和整个说明书中，“电池单元”这个措辞应该被解释为包括电池组，电池组本身可以包括一个或多个电池。更进一步，“电池单元”这个措辞应该被理解为也包括可以包括多个电池组的单元。然而，“电池单元”这个措辞也可以包括单个电池单体。因此，“电池单元”这个措辞可以是单个电池单体、可以包括多个电池单体的单个电池、包括多于单个电池的电池组，以及包括多于单个电池组的模块。
[0012]这里使用的“充电状态(SOC)”这个术语是指在电池单元的当前状态下的可用容量。SOC还可以包括或表示电池单体、单个电池单元、单个电池组、电能储存系统或其组合的电荷水平。SOC通常以新电池单元的可用容量和最大额定容量或电池单元的当前最大可用容量之间的百分比(％)来确定。
[0013]电池单元的容量应理解为电池单元的充电容量和/或放电容量。“容量”这个术语是指通常以由电池单元储存的电荷的安培小时(Ah)为单位的度量。电池容量代表在特定条件下可以从电池单元提取的最大电荷量或能量。
[0014]电池单元的空载条件应理解为没有能量供应到电池单元或从电池单元提取能量的条件，即，电池单元没有被充电或被任何外部负载放电。换句话说，在空载连接中，没有外部负载连接到电池单元。

技术实现思路

[0015]本专利技术的主要目的是提供一种至少在某些方面改进的方法，用于估计被包括在电气操作的车辆的能量储存系统中的电池单元的容量。特别地，目的是提供一种更时间高效的方法，用于在车辆的各种条件下估计容量。另一个目的是提供一种计算高效的方法，用于估计具有低存储器需求的容量。
[0016]至少主要目的是通过根据权利要求1的方法至少部分实现的。
[0017]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于估计车辆的能量储存系统中的电池单元的容量的方法。该方法包括：
[0018]‑
在电池单元的至少第一空载条件期间，在多个时间点测量电池单元的端电压以确定电池单元的瞬态电压响应，
[0019]‑
根据至少在第一空载条件期间电池单元的瞬态电压响应，借助于电池模型来估计电池单元的开路电压的至少第一值，
[0020]‑
至少基于开路电压的估计的至少第一值来估计电池单元的容量。
[0021]通过至少部分地基于从断开负载后的电池单元的瞬态电压响应确定的开路电压
来估计容量，有可能在移除负载后无需等待电池单元达到完全平衡或完全稳态就可以估计容量。因此，可以在断开负载后更快地估计容量，例如比等待达到完全平衡快5至10倍。与依赖于在电池单元的松弛稳态期间测量的开路电压值的现有技术方法相比，这使得可以以更时间高效的方式确定车载容量。
[0022]可选地，该方法还可以包括：
[0023]‑
在电池单元的充电过程或放电过程期间测量电池单元的电池电流，其中所述充电过程或放电过程在所述第一空载条件之前或之后，
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于估计车辆(201)的能量储存系统(200)中的电池单元(202)的容量(Q)的方法，所述方法包括：
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在所述电池单元的至少第一空载条件期间，在多个时间点测量(S11)所述电池单元(202)的端电压(V
b
)以确定所述电池单元(202)的瞬态电压响应，
‑
根据至少在所述第一空载条件期间所述电池单元(202)的瞬态电压响应，借助于电池模型估计(S12)所述电池单元(202)的开路电压(V
OC
)的至少第一值，
‑
至少基于所估计的开路电压(V
OC
)的至少第一值来估计(S13)所述电池单元(202)的容量(Q)。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
‑
在所述电池单元(202)的充电过程或放电过程期间测量(S10)所述电池单元(202)的电池电流(I
b
)，其中所述充电过程或放电过程在所述第一空载条件之前或之后，其中所述电池单元(202)的容量(Q)的估计进一步基于在所述充电过程或所述放电过程期间测量的电池电流(I
b
)。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
‑
在所述电池单元(202)的第二空载条件期间，确定(S9)所述电池单元(202)的开路电压(V
OC
)的第二值，其中所述充电过程或放电过程发生在所述第一空载条件和所述第二空载条件之间，其中所述电池单元(202)的容量(Q)的估计进一步基于所述电池单元(202)的开路电压(V
OC
)的所确定的第二值。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述电池单元(202)的前一充电过程或放电过程终止之后的预定时间段内测量用于确定所述瞬态电压响应的端电压(V
b
)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中至少基于所估计的开路电压(V
OC
)的至少第一值来估计所述电池单元(202)的容量(Q)包括使用库仑计数。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
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确定(S15)所估计的开路电压(V
OC
)的至少第一值的不确定性水平。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：