基于RC模型的电池电流限制估计制造技术

本发明专利技术公开了一种在指定预测时间过程中估计用于电池单元操作的电池电流限制的方法。该方法包括通过多个电流限制估计子方法来生成多个电流限制估计，其中，至少一个电流限制估计子方法基于电池单元的RC等效电路模型来生成其电流限制估计，并且通过在多个电流限制估计中找到最低幅值的电流限制估计来确定充电电流限制。RC等效电路模型的至少一个参数是基于指定预测时间和来自以下集合中的至少一个变量来设置的：电池单元的充电状态(SOC)、电池单元的温度、电池单元的健康状态(SOH)、电池单元的容量、和电池单元的电流。单元的容量、和电池单元的电流。单元的容量、和电池单元的电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于RC模型的电池电流限制估计


[0001]本公开涉及一种电池电流限制估计方法，其中，该方法基于用于电池单元的RC等效电路模型。

技术介绍

[0002]锂离子电池被用作许多电气系统的能量源，特别是在混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)中。在这些车辆中，电池通过电池管理系统(BMS)与其他部件交互以为车辆提供电力并满足车辆的能量需求，同时保持电气系统的安全。
[0003]这些电气系统的可靠性高度依赖于电池的健康和安全，并且因此依赖于BMS提供操作数据的能力，这些操作数据允许实现峰值性能而不会危及电池的健康和安全。如果没有由BMS使用的电池的快速且准确的模型，那么控制和监测安装在HEV或EV中的电池是不可能的。锂离子电池模型用于估计电池的指标，包括充电状态(SOC)、健康状态(SOH)、能量状态(SOE)和功率状态(SOP)。此外，电池模型用于帮助BMS执行电池控制、实时观察、参数估计和电池优化等功能。
[0004]在所有HEV和EV中，需要BMS将电池组的实时功率能力报告回混合动力控制单元(HCU)。对电池组的功率能力的估计越准确，HCU可以获取的功率就越多，而没有损坏系统的风险。为了估计功率能力，BMS中的SOP应基于电池电流、SOC、温度和SOH来计算电池的放电电流限制和充电电流限制。这些电流限制通常针对不同的时间步长来计算，包括但不限于2s、10s和30s的步长。
[0005]为了估计电池电流限制，需要查阅由单元制造商报告的单元放电电流能力和单元充电电流能力。这些电流限制由制造商从在电池单元上进行的一系列放电测试和充电测试来确定，其中这些测试是在从完全休整初始条件开始的电池上进行的。然而，在实践中，电池通常在完全休整初始条件以外的开始条件下进行操作，例如，用户可以在仅5分钟的中断后重新启动其车辆以购买杂货。这样，基于完全休整初始条件所报告的电流限制对于许多情况下可能是过高估计，尤其是在高工作温度和低工作温度以及老化电池单元的条件下。
[0006]为了解决这个问题，需要有模型来计算在不同SOC、电池单元温度和SOH条件下的电池电流限制。然而，所有目前可用的BMS都使用简化的结构来确定电流限制，或者以其他方式在计算电池组电流限制期间忽略不同的重要参数。这导致了不准确的电流限制计算，特别是在老化电池、低温条件和具有低SOC的电池中。
[0007]用于计算电池电流限制的常规方法是基于由电池单元制造商针对不同时间步长提供的电流限制表来采用的。该方法基于电池SOC和温度来估计电流限制。然而，其没有考虑电池极化水平的影响来估计电流限制。因此，该方法在许多情况下不准确，尤其是在低SOC和高SOC以及低温下。为了解决这个问题，需要一种基于电池模型的交互方法来计算电池极化并在确定放电电流限制和充电电流限制时考虑盖电池极化。

技术实现思路

[0008]本文公开了一种通过考虑所有单元限制(包括但不限于机械限制、电荷守恒、动力学限制和单元动态限制)在指定预测时间的过程中估计锂离子电池电流限制的方法。在一个实施例中，该方法通过从放电电流限制估计的集合中找到最大放电电流限制来确定放电电流限制。在一个实施例中，该方法通过从充电电流限制估计的集合中找到最小充电电流限制来确定充电电流限制。在一个实施例中，放电电流限制估计和充电电流限制估计由多个电流限制估计方法提供。在一个实施例中，多个电流限制估计方法包括(但不限于)混合脉冲功率特性(HPPC)方法、充电状态(SOC)限制方法、和RC模型方法。在一个实施例中，该方法采用用于电池单元的RC模型来预测电池单元在不同SOC、温度、电流、电压和SOH条件下在特定时间的电压。在一个实施例中，该方法使用RC模型基于多个电池条件来找到放电电流限制估计和充电电流限制估计，其中，多个电池条件包括充电状态、温度、电流、电压、和健康状态。在一个实施例中，多个电流限制估计方法中的至少一个使用RC模型。在一个实施例中，该方法使用缓冲函数来考虑所有上述列出的的电池限制以用于电流限制计算。在一个实施例中，该方法可以由车辆，例如(但不限于)电动车辆、混合动力电动车辆、和插电式混合动力电动车辆，使用来计算安装在车辆中的电池组的峰值电流和/或峰值功率。
[0009]鉴于以下实施例的具体详细描述，其他方面、特征和技术对于本领域的技术人员将是明显的。
附图说明
[0010]所公开的实施例的特征、目的和优点将从下文结合附图阐述的详细描述而变得更加明显，附图中相同的附图标记贯穿全文对应地标识，并且其中：
[0011]图1是包括使用峰值功率估计方法的电池组的车辆的示例性实施例的透视图。
[0012]图2是使用峰值功率估计方法的电池组的示例性实施例的框图。
[0013]图3A和图3B是电流限制估计方法的示例性实施例的框图。图3A是放电电流限制估计方法的示例性实施例的框图。图3B是充电电流限制估计方法的示例性实施例的框图。
[0014]图4是用于电池单元的两个分支RC模型等效电路的示例性实施例的电路图。
[0015]图5是HPPC电流限制估计方法的示例性实施例的框图。
[0016]图6是SOC限制电流限制估计方法的示例性实施例的框图。
[0017]图7是RC模型电流限制估计方法的示例性实施例的框图。
具体实施方式
[0018]本公开的一个方面涉及一种峰值功率估计方法。
[0019]贯穿本文对“一个实施例”、“某些实施例”、“一实施例”或类似术语的引用意指结合该实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各种位置出现的这样的短语并非都指同一实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施例上以任何合适的方式组合而不受限制。例如，本文描述的两个或更多个创新方法可以组合在单个方法中，但本申请不限于本文描述的方法的特定示例性组合。
[0020]如本文所用，术语“一”或“一个”应当意指一个或多于一个。术语“多个”应当意指两个或多于两个。术语“另一个”被定义为第二个或更多个。术语“包括”和/或“具有”是开放
式的(例如，包含)。如本文所用，术语“或”应被解释为包含性的或意指任何一个或任何组合。因此，“A、B或C”意指“以下中的任何一种：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。只有当元件、功能、步骤或行为的组合在某种程度上固有地相互排斥时，才会出现该定义的例外情况。
[0021]字符“N”在下文中指的是集合的最后一个成员或集合中成员的总数。字符“X”在下文中指的是集合的变量成员。字符“A”、“B”、“C”等指的是集合的特定的但却未定义的成员。
[0022]提供了各种实施例的详细描述；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例性的并且可以用各种替代形式来实施。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的特定的结构细节和功能细节并不被解释为限制性的，而仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式采用所公开的实施例的代本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在指定预测时间过程中估计用于电池单元操作的电池电流限制的方法，包括：通过多个电流限制估计子方法来生成多个电流限制估计，其中，至少一个电流限制估计子方法基于所述电池单元的RC等效电路模型生成其电流限制估计，并且其中，所述RC等效电路模型的至少一个参数是基于所述指定预测时间和来自以下集合中的至少一个变量来设置的：电池的充电状态(SOC)、所述电池单元的温度、所述电池单元的健康状态(SOH)、所述电池单元的容量、以及所述电池单元的电流；以及通过在所述多个电流限制估计中找到最低幅值电流限制估计来确定所述电池电流限制。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池电流限制是放电电流限制，并且所述多个电流限制估计中的每个均是放电电流限制估计。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池电流限制是充电电流限制，并且所述多个电流限制估计中的每个均是充电电流限制估计。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电流限制估计子方法中的至少一个是混合脉冲功率特性(HPPC)方法。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述混合脉冲功率特性(HPPC)方法基于由所述RC等效电路模型建模的所述电池单元的内阻来生成电流限制估计。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电流限制估计子方法中的至少一个是充电状态(SOC)限制方法。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电流限制估计子方法中的至少一个是RC模型方法，其中，电流限制估计的RC模型方法包括根据以下方程使用所述RC等效电路模型的包括R0、C1、R1、C2、R2和OCV的参数以找到所述至少一个电流限制估计：其中，U
1,k
‑1和U
2,k
‑1是所述RC等效模型的第一分支和第二分支上的电压，Δt是电池单元测量的增量采样周期，k是采样步数，K是已采取的采样步数(使得1≤k≤K并且KΔt＝t
K
)，I
k
是所述至少一个电流限制估计，以及V
t
是所述预测时间过去后的最终电压。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述RC模型方法的所述电流限制估计是放电电流限制估计并且所述最终电压是最低允许电池单元电压V
min
。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述RC模型方法的所述电流限制估计是充电电流限制估计并且所述最终电压是最高允许电池单元电压V
max
。10.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述电池电流限制的值设上限使得所述电池电流限制的幅值小于或等于上限值。11.一种包括电池单元的车辆...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪兢，S，
申请(专利权)人：凯莱汽车公司，
类型：发明
国别省市：