[发明专利]蓄电池磁性电荷状态传感器控制算法

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于估算蓄电池电荷状态的系统与方法，并且尤其涉及用于使用磁性传感器、并且提供来自磁性传感器的电流输出信号的偏差校正、温度校正以及电流校正来估算蓄电池电荷状态的系统与方法，该磁性传感器测量蓄电池中的一种或多种材料的磁化率变化。

背景技术

电动车辆变得越来越流行。这些车辆包括混合动力车辆，例如增程式电动车辆（EREV），其兼具蓄电池与例如内燃发动机、燃料电池系统等的主动力源，还包括纯电动车辆，例如蓄电池纯电动车辆（BEV）。所有这些类型的电动车辆均使用高电压蓄电池，其包括多个蓄电池单格电池。这些蓄电池可以是不同蓄电池类型，例如锂离子、镍金属氢化物、铅酸等。典型的电动车辆高电压蓄电池系统可以包括大量蓄电池单格电池或大量的包含了几个蓄电池单格电池的模块，以满足车辆动力与能量需求，其中，每个蓄电池模块均可以包括特定数量的蓄电池单格电池，例如12个单格电池。各个蓄电池单格电池可以串联电耦合，或一连串单格电池可以并联电耦合，其中，模块中的许多单格电池串联连接，并且每个模块并联电耦合至其他模块。不同车辆设计包括不同蓄电池设计，其对特定应用使用各种权衡与优势。

为了最大化蓄电池耐用性，并且向车辆的驾驶员提供有用的里程信息，重要的是能够准确地确定电动或混合动力车辆中的蓄电池的电荷状态（SOC）。用于估算蓄电池SOC的常见方法是通过测量跨过蓄电池的开路电压或空载电压。开路电压测量容易得到，但不幸的是，也易于产生误差。开路电压误差可以通过电压传感器自身引入，通过控制器中的电压传感电路引入，通过电子硬件、A/D转换器、滤波器增益的尺寸引入，或由这些以及其他因素的组合引入。

适合电动车辆的一些蓄电池，例如镍金属氢化物以及某些类型的锂离子蓄电池，产生在蓄电池电荷状态的大部分范围上的几乎恒定的开路电压。可以使用复杂的模型与算法估算负载下的开路电压，并且当蓄电池休眠时，可获得真实开路电压的非常准确的测量结果，但事实依然是在某些操作区域中，非常少的有关电荷状态的信息可以从电压确定。开路电压与电荷状态的弱相关可能导致对剩余蓄电池能量与车辆驱动范围的错误估算，并且还可能导致蓄电池的过度使用或不足使用。然而，这些类型的蓄电池作为电动混合动力车辆的动力源通常仍是非常令人满意的，因为它们的低重量、高功率能力以及更大的能量存储能力。因此，对于使用具有在蓄电池SOC的大部分范围上的几乎恒定的开路电压的蓄电池类型的车辆，需要提供用于不基于蓄电池开路电压而确定蓄电池SOC的系统与方法。

在一个特定的锂离子蓄电池设计中，各个蓄电池单格电池的正极端子板由磷酸铁组成，负极端子板由石墨组成，其中，正是磷酸铁的磁性随着蓄电池单格电池SOC的改变以线性方式改变。特别地，当蓄电池单格电池的SOC增加时，磷酸铁的磁化率降低。为此，公知的是，在现有技术中，使用磁性传感器以测量这些类型蓄电池的SOC。

美国专利申请公开号2010/0079145，题为使用磁致伸缩探测蓄电池材料的磁性响应而确定蓄电池电荷状态的系统与方法，其转让给本申请的受让人，并且通过参考合并在此，其公开了基于蓄电池材料的磁性响应确定蓄电池SOC的技术。’145申请公开了磁性传感器，其耦合至蓄电池单格电池，其中，传感器包括第一线圈与第二线圈。将AC信号提供至第一线圈，第一线圈在蓄电池单格电池中感生磁场，这进而在第二线圈中感生电流。测量在第二线圈中的电流，其中，蓄电池单格电池的磁性响应于蓄电池SOC的变化而变化。

发明内容

根据本发明的教导，公开了一种使用测量蓄电池单格电池中磁性变化的磁性传感器估算车辆中蓄电池单格电池的电荷状态（SOC）的系统与方法。该方法提供对来自磁性传感器的电流输出信号的偏差校正，其将电流输出信号标定至已知的磁场强度，提供对电流输出信号的温度校正，其基于磁性传感器的温度校正电流输出信号，并且提供对电流输出信号的电流校正，其去除该磁场的由其他蓄电池单格电池引起的部分，其中，将校正的电流输出信号转换为蓄电池单格电池SOC。如果蓄电池单格电池电压处于蓄电池单格电池电压与蓄电池单格电池SOC之间的关系不是平坦的的电压标志性位置，那么使用蓄电池单格电池电压确定蓄电池单格电池的SOC，而不使用校正的电流输出信号。同样地，如果磁场响应处于磁场与蓄电池单格电池SOC之间的关系是独特的的磁性标志性位置，那么使用磁场确定蓄电池单格电池SOC，而不使用校正的电流输出信号。

本发明还提供了如下方案：