[发明专利]基于瞬时响应来确定蓄电池的电荷状态的方法和系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电化学功率源，例如蓄电池，且更具 体地涉及用于确定蓄电池的电荷状态的方法和系统。

背景技术

近年来，技术的进步和风格的不断发展，导致在机动车 设计方面发生了根本性的变化。其中一种变化涉及机动车中的各种电 力系统的复杂性以及功率使用，尤其是替代燃料车辆，例如混合动力 车辆、电动车辆、和燃料电池车辆。

有时，除了其它功率源(例如内燃机)之外，这种车辆 通常使用电化学功率源，例如蓄电池、超电容器和燃料电池，以给电 动马达提供动力，所述电动马达驱动车轮。使用蓄电池的车辆的操作 中的重要参数是“电荷状态”(SOC)。电荷状态指的是相对于在蓄 电池充满电时可用的存储能量而言在任何给定时间可用的蓄电池中存 储的能量。电荷状态的准确确定允许车辆最大化性能和燃料经济性或 者最小化排放。

在机动车应用中，用于蓄电池的常规方法是将所测量的 或所计算的开路电压与电荷状态相关联。这是可行的，因为开路电压 (即没有施加负载时蓄电池的剩余电压)通常对蓄电池的电荷状态展 现出一定的可观察的依赖性。然而，存在在电荷状态的大部分范围内 具有几乎恒定的开路电压的蓄电池，例如镍金属氢化物和一些类型的 锂离子蓄电池，如锂离子磷酸盐蓄电池(例如，纳米磷酸盐 (nanophosphate)锂离子蓄电池)。换句话说，开路电压几乎没有显 现关于蓄电池的电荷状态的信息。例如，在一些纳米磷酸盐锂离子蓄 电池中，电荷状态从0％增加至100％导致开路电压的仅7％的变化。

因而，虽然这些蓄电池由于其低质量、高功率容量和大 的能量存储容量而高度希望作为电动和混合动力车辆的功率源，但是 它们具有关于控制的问题，因为非常难以任何程度的确定性来估计其 电荷状态。

已经使用其它技术来确定蓄电池的电荷状态，例如安培- 小时(Ah)计量和电化学阻抗谱分析(EIS)。然而，它们在机动车应 用中也具有缺陷，这是因为例如准确性和/或高实施成本。

因而，期望提供一种不基于或者不仅仅基于开路电压或 电流来确定蓄电池的电荷状态的方法和系统。另外，通过下面结合附 图的描述以及前面的技术领域和背景技术，本发明的其他理想的特点 和特征将变得显而易见。

发明内容

提供一种用于确定展现瞬时响应的蓄电池的电荷状态的 方法。测量所述蓄电池的至少一个属性。基于所述至少一个测量属性 和蓄电池的瞬时响应来确定蓄电池的电荷状态。

提供一种用于确定纳米磷酸盐锂离子蓄电池的电荷状态 的方法。测量所述纳米磷酸盐锂离子蓄电池的至少一个属性。基于所 述至少一个测量属性和常微分方程来确定纳米磷酸盐锂离子蓄电池的 系统极点的位置。基于纳米磷酸盐锂离子蓄电池的系统极点的位置来 确定纳米磷酸盐锂离子蓄电池的电荷状态。

提供一种机动车驱动系统。所述机动车驱动系统包括： 电动马达；联接到所述电动马达的蓄电池；传感器组件，所述传感器 组件联接到所述蓄电池且配置成检测所述蓄电池的至少一个属性并产 生表示所述蓄电池的至少一个属性的信号；和处理器，所述处理器与 所述传感器组件可操作通信。所述传感器配置成从所述传感器组件接 收信号并基于蓄电池的测量属性和瞬时响应来确定蓄电池的电荷状 态。

附图说明

本发明将在下文中结合附图加以描述，其中类似的附图 标记表示类似的元件，并且：

图1是根据本发明的一个实施例的示例性机动车的示意 图；

图2是图1的机动车中的变换器的示意图；

图3是在各个电荷状态时蓄电池的开路电压的图形对比；

图4是蓄电池的动态模型的示意图；

图5是蓄电池的瞬时响应与蓄电池的系统极点的位置相 比的示意图；

图6是用于将各个电荷状态(SOC)时所测量的蓄电池端 子电压与动态模型进行比较的图形；和

图7和8分别是在各个电荷状态时蓄电池的第一和第二 主极点的表。

具体实施方式

以下描述仅是说明性质，其并不意在对本发明或对本发 明的应用及使用构成任何限制。此外，本发明并不受明确指出或隐含 在上述“技术领域”、“背景技术”、“发明内容”或以下“具体实 施方式”部分中的任何理论的限制。