[发明专利]使用注入电流振荡的电池状态估计

说明书

用于使用具有电池状态估计器（BSE）逻辑的控制器估计电池组的状态的方法，包括经由电池组接收或递送恒定基线电流。经由控制器响应于预定条件，选择性地将具有时变频率含量的电流振荡注入到基线电流中。基线电流和电流振荡组合以形成最终电流。该方法包括与电流振荡同时地经由BSE逻辑估计实施电池参数以生成估计电池参数，并且经由控制器使用估计电池参数估计电池组的当前状态。电气系统包括电连接到电池组并由电池组驱动的旋转电机，以及配置为执行该方法的控制器。

背景技术

本公开涉及多单元电池组的模型化电池参数和电池状态的实时估计。准确的估计允许相关联的控制器在电池充电、稳态、和放电操作模式期间有效地且有效率地控制多种不同的功率使用和利用决策。因此，本公开适用于电气化动力总成、动力装置、机器人、移动平台、和其他类型的电气系统的实时控制，其中改进的电池参数和状态估计准确性是期望的。

在确定性系统中，对给定输入的多种响应的持续进行的测量并不总是可能或可行的，这继而经常需要使用系统模型并基于这样的模型的响应估计。在典型的高能量电池组中，例如，诸如在电动或混合动力电动车辆的锂离子牵引电池组中，作为对电流的响应对电压和温度进行周期性测量和估计。可模型化不同的电压状态，包括平衡电位、基于滞后效应的电压响应、由于欧姆电阻的电压下降、由于电池组动态的电压下降，例如，双层和/或扩散电压等。示例性电压响应的每个可在模型中使用代数或微分函数描述，或通过使用卷积积分描述。上述电压响应特别是影响关键电池状态估计，例如充电状态（SOC）和功率状态（SOP）/功率容量。因此，等效电路模型通常与适应性电池状态估计（BSE）逻辑结合使用，以便估计电压响应和其他电池参数。

如本领域普通技术人员将理解的那样，如果时间充足，静置于开路条件下的电池单元将最终稳定在平衡电压处，该平衡电压在本领域中称为电池单元的开路电压（OCV）。理想地，给定电池单元的OCV对于每个SOC是唯一的，独立于电池单元是否在切换到开路状态之前紧接着的是充电还是放电，并且独立于电池电流的大小。尽管在处于关闭状态达较长持续时间的电池组中可准确地确定OCV，但是当尝试进行对主动充电或放电的电池组的电池状态估计时（特别是在动态改变的操作环境中），存在关键性的挑战。

特别是在锂离子电池中，OCV与SOC之间存在非线性关系。例如，在混合动力和电池电动车辆中，以编程算法形式的BSE逻辑可引用可用的OCV曲线以帮助实时估计SOC。替代地，可使用在本领域中称为库仑计数（Coulomb counting）的过程从初始SOC值随时间追踪SOC。其他BSE逻辑变型寻求平衡基于电压的估计和可用的基于库仑计数的估计以便产生复合估计。

发明内容

本文中公开了方法和相关系统，其旨在改善在具有多单元电池组的电气系统中的可用电池参数和状态估计准确性。作为所公开的方案的部分，控制器编程为执行体现本方法的指令，其中控制器使用如本文中描述的电池状态估计（BSE）逻辑和电流控制逻辑进行该操作。控制器使用专用等效电路模型以准确估计和回归一个或多个相关电池参数。在本公开的范围内，代表性的非限制性回归电池参数包括开路电压（OCV）、欧姆电阻（R-ohmic）、和电池组的阻抗，其中SOC和SOP是可使用所公开的方法从这样的电池参数中进行估计的代表性电池状态。

如本领域中理解的，在较高频电流输入期间，特别是当估计电池组的SOC和SOP/功率容量时，某些电池参数比其他电池参数享有更大的预测值。因此，期望的是针对这样的电池参数优化估计准确性。欧姆电阻是一个这样的参数。欧姆电阻，其通常定义为电池组的表观内电阻以及在电池组构造中使用的多种电导体的电阻。欧姆电阻倾向于表现为对电池电流中的改变的瞬时电池单元电压响应，这对SOP/功率容量估计特别显著。