專利名稱：用于補償電池充電狀態(tài)的方法和使用該方法的電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池管理系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種充電狀態(tài)(SOC)補償方法和使用該SOC補償方法的電池管理系統(tǒng)，而且該SOC補償方法用于對使用電能的車輛所用的電池的SOC進(jìn)行補償。
背景技術(shù)：
使用汽油或重油內(nèi)燃機的車輛已經(jīng)造成嚴(yán)重的空氣污染。為減少空氣污染，近來已進(jìn)行各種努力來發(fā)展電動或混合動力車輛。
電動車輛使用通過電池輸出的電能運轉(zhuǎn)的電池發(fā)動機。電動車輛主要使用包括由多個可再充電/可放電二次電池所形成的電池組的電池。因此，電動車輛無氣體排放并且噪音較小。
混合動力車輛通常是指汽油-電力混合動力車輛，其使用汽油來驅(qū)動內(nèi)燃機并使用電池來驅(qū)動電動機。近年來，同時使用內(nèi)燃機和燃料電池的混合動力車輛以及同時使用電池和燃料電池的混合動力車輛已經(jīng)被開發(fā)出來。燃料電池通過在連續(xù)供應(yīng)氫氣和氧氣時產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)來直接獲取電能。
當(dāng)從引擎輸出的功率大于驅(qū)動車輛所需的功率時，使用電能的車輛利用來自運轉(zhuǎn)發(fā)電機的剩余功率對電池充電。依次，當(dāng)來自引擎的輸出較低時，車輛使用電池功率來輸出功率以運轉(zhuǎn)發(fā)動機。此時，該電池進(jìn)行放電。
由于電池性能直接影響使用電能的車輛，因此，每個電池單元(batteryccll)均需要良好的性能。而且，需要提供電池管理系統(tǒng)，用于測量總電池電壓和電流，以有效地管理對每個電池單元的充電/放電操作。
因此，常規(guī)的電池管理系統(tǒng)(BMS)檢測可再充電電池的電壓、電流和溫度，以估計電池的SOC，并且控制該SOC以使燃料消耗效率最優(yōu)化。
為了在車輛加速期間執(zhí)行穩(wěn)定的功率輔助操作以用于驅(qū)動車輛中使用的發(fā)動機，以及在車輛減速期間執(zhí)行穩(wěn)定的能量恢復(fù)操作(再生制動)，BMS可控制電池的SOC水平?？刂圃揝OC水平，以便當(dāng)SOC水平接近70％時防止電池過充電，而當(dāng)SOC水平接近50％時防止電池過放電。也就是說，BMS可將SOC水平控制在50-70％之間的范圍內(nèi)。
為了控制SOC水平，對于充電和放電電池的SOC水平需要具有基本準(zhǔn)確的估計。
用于估計SOC水平的常規(guī)方法分為使用積分電流的SOC估計方法和使用開路電壓(OCV)的SOC估計方法。在使用積分電流的SOC估計方法中，測量充電和放電電流值，將通過該測量的電流值與充電效率相乘而獲得的值在預(yù)定的時間段上積分，以計算電池的積分充電容量，并且基于該積分充電容量來估計SOC水平。該充電和放電電流為在電池被充電期間或電池被放電期間由電池產(chǎn)生的電流。
在使用OCV的SOC估計方法中，測量和存儲包括充電和放電電流以及對應(yīng)于該充電和放電電流的可再充電電池端子電壓的一對數(shù)據(jù)。多組包括電壓V-電流I的數(shù)據(jù)對，使用曲線擬合的最小二乘法而被擬合成曲線。計算對應(yīng)于零電流值的電壓值V0，即V-I曲線的V截距，作為對應(yīng)于零電流的OCV。最后，基于電池的OCV來估計SOC水平。
不過，在使用積分電流方法的SOC估計方法中，由于對電流值積分所需的充電效率取決于SOC水平、電流值和溫度，因此，難以檢測適于不同條件的充電效率。而且，當(dāng)電池未被使用時也難以計算自放電狀態(tài)。
此外，隨著時間的流逝，在使用積分電流的SOC估計方法中，實際SOC值與估計SOC值之間的差值增大，從而可能無法準(zhǔn)確地估計SOC水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供一種SOC補償方法，用于補償估計的電池SOC，以便從存在誤差的估計的SOC中獲得基本準(zhǔn)確的SOC。
本發(fā)明的實施例提供一種BMS，用于當(dāng)由電池的積分容量估計的SOC估計中的誤差超過閾值時，對于估計的電池SOC進(jìn)行補償，并且對車輛的引擎控制單元(ECU)提供更準(zhǔn)確的電池SOC估計。
本發(fā)明一實施例提供一種SOC補償方法，用于補償在電池管理系統(tǒng)中使用的電池的SOC。在該SOC補償方法中，a)使用電池的充電和放電電流，計算電池的第一SOC和對應(yīng)于該第一SOC的第一電壓；b)使用該電池的充電和放電電流、電池電壓和電池內(nèi)阻，計算電池的基電壓(rheobasicvoltage)；c)計算對應(yīng)于該第一電壓與該基電壓之差的積分誤差；d)確定所計算的積分誤差是否在一預(yù)定的有效范圍之內(nèi)；以及e)當(dāng)該積分誤差超出該預(yù)定有效范圍時，在該第一SOC中加上或減去一SOC補償因子以補償該第一SOC，使得補償后的SOC在對應(yīng)該有效范圍的SOC范圍之內(nèi)。所述SOC補償因子可以在該第一SOC中被加上或減去。
在一實施例中，在所述步驟d)中，確定所述積分誤差是否大于所述預(yù)定有效范圍的第一閾值；當(dāng)所述積分誤差不大于該第一閾值時，確定所述積分誤差是否小于所述預(yù)定有效范圍的第二閾值。在一可選方案中，當(dāng)所述積分誤差大于該第一閥值時，指示該積分誤差大于該第一閥值；當(dāng)所述積分誤差小于該第二閥值時，指示該積分誤差小于該第二閥值；以及當(dāng)所述積分誤差不大于該第一閾值并且不小于該第二閾值時，指示正常狀態(tài)。
在一實施例中，在所述步驟e)中，當(dāng)所述積分誤差大于該第一閾值時，從所述積分SOC中減去所述SOC補償因子；而當(dāng)所述積分誤差小于該第二閾值時，在所述積分SOC上增加所述SOC補償因子。
在一實施例中，該第一閾值為正值，而該第二閾值為負(fù)值，并且該第一閾值的絕對值不同于該第二閥值的絕對值。該第一閾值的絕對值小于該第二閾值的絕對值。
在一實施例中，在所述步驟a)中，通過使用該電池的充電和放電電流的電流積分方法測量積分電流；計算對應(yīng)所測量的積分電流的該第一SOC；并且將所計算的第一SOC應(yīng)用于一預(yù)定的OCV表，以獲取該第一電壓。
本發(fā)明另一實施例提供一種用于電池管理系統(tǒng)的驅(qū)動方法，該電池管理系統(tǒng)連接至使用電能的車輛的ECU。根據(jù)該驅(qū)動方法a)測量電池的充電和放電電流以及電池電壓；b)使用該電池的充電和放電電流，計算第一SOC和對應(yīng)于該第一SOC的第一電壓；c)使用該電池的充電和放電電流、電池電壓和電池內(nèi)阻，計算電池的基電壓；d)計算對應(yīng)于該第一電壓與該基電壓之差的積分誤差；e)確定所計算的積分誤差是否在一預(yù)定的有效范圍之內(nèi)；f)當(dāng)該積分誤差超出該預(yù)定有效范圍時，在該第一SOC中加上或減去一SOC補償因子以補償該第一SOC，使得補償后的SOC在對應(yīng)該有效范圍的SOC范圍之內(nèi)；以及g)將該補償后的SOC輸出到所述ECU，作為該電池的當(dāng)前SOC。
在一實施例中，在所述步驟e)中，確定所述積分誤差是否大于所述預(yù)定有效范圍的第一閾值；當(dāng)所述積分誤差不大于該第一閾值時，確定該積分誤差是否小于所述預(yù)定有效范圍的第二閾值。在一可選方案中，當(dāng)所述積分誤差大于該第一閾值時，指示該積分誤差大于該第一閾值；當(dāng)所述積分誤差小于該第二閾值時，指示該積分誤差小于該第二閾值；并且當(dāng)所述積分誤差不大于該第一閾值并且不小于該第二閾值時，指示正常狀態(tài)。
在一實施例中，在所述步驟f)中，當(dāng)所述積分誤差大于該第一閾值時，從所述積分SOC中減去所述SOC補償因子；而當(dāng)所述積分誤差小于該第二閾值時，在所述積分SOC上增加所述SOC補償因子。
該第一閾值為正值，而該第二閾值為負(fù)值，并且該第一閾值的絕對值不同于該第二閥值的絕對值。該第一閾值的絕對值小于該第二閾值的絕對值。
在一可選方案中，在所述步驟b)中，通過使用該電池的充電和放電電流的電流積分方法來測量積分電流；計算對應(yīng)于所測量的積分電流的第一SOC；并且將所計算的第一SOC應(yīng)用于一預(yù)定的OCV表，以計算該第一電壓。
在一實施例中，在所述步驟g)中，當(dāng)接收正常狀態(tài)下的積分誤差信息時，將該第一SOC輸出到所述ECU，作為該電池的當(dāng)前SOC。
根據(jù)本發(fā)明又一實施例的一種電池管理系統(tǒng)，其管理電池并將該電池的SOC輸出到適于使用電能的車輛的ECU。該電池管理系統(tǒng)包括積分SOC計算器、積分電壓計算器、基電壓計算器、有效范圍確定單元、SOC補償單元，和SOC輸出單元。所述積分SOC計算器使用該電池的充電和放電電流計算第一SOC。所述積分電壓計算器計算對應(yīng)該第一SOC的積分電壓。所述基電壓計算器使用該電池的充電和放電電流、電池電壓和電池內(nèi)阻，來計算基電壓。所述有效范圍確定單元使用所述積分電壓和基電壓來計算積分誤差，確定所計算的積分誤差是否在一預(yù)定的有效范圍之內(nèi)，并且輸出超過(excess)有效范圍的信號和低于(below)有效范圍的信號。所述SOC補償單元當(dāng)接收超過該有效范圍的信號時，通過減去一SOC補償因子來補償該第一SOC，而當(dāng)接收低于該有效范圍的信號時，通過增加所述SOC補償因子來補償該第一SOC，使得補償后的SOC在對應(yīng)所述有效范圍的SOC范圍之內(nèi)。所述SOC輸出單元將所述SOC補償單元的輸出輸出到所述ECU，作為該電池的當(dāng)前SOC。
所述有效范圍確定單元將所述積分誤差與所述有效范圍的第一閾值和第二閾值進(jìn)行比較；當(dāng)所述積分誤差大于該第一閾值時或小于該第二閾值時告知閾值超出，而當(dāng)所述積分誤差小于該第一閾值且大于該第二閾值時告知正常狀態(tài)。
當(dāng)所述積分誤差大于該第一閾值時，所述SOC補償單元從所述積分SOC中減去所述SOC補償因子，而當(dāng)所述積分誤差小于該第二閾值時，所述SOC補償單元在所述積分SOC上增加所述SOC補償因子。該第一閾值為正值，而且該第二閾值為負(fù)值，且該第一閾值的絕對值不同于該第二閾值的絕對值。在一實施例中，該第一閾值的絕對值小于該第二閾值的絕對值。所述積分SOC計算器利用使用該電池的充電和放電電流的電流積分方法以測量積分電流，計算對應(yīng)所測量的積分電流的第一SOC，并且將所計算的第一SOC應(yīng)用于一預(yù)定的OCV表，以計算該第一電壓。當(dāng)被告知所述積分誤差處于正常狀態(tài)時，所述SOC輸出單元將第一SOC輸出到ECU，作為該電池的當(dāng)前SOC。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的使用電能的車輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2示出圖1中車輛系統(tǒng)的BMS的主控制單元(MCU)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3示出將電池OCV表示為電池SOC的函數(shù)的曲線，其對應(yīng)于OCV相對SOC的列表，其中OCV以伏特(V)為單位而SOC為百分?jǐn)?shù)值；和圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的表示用于電池的SOC補償方法的流程圖。
具體實施例方式
下文中參照附圖，對根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的電池的SOC補償方法以及使用該SOC補償方法的電池管理系統(tǒng)(BMS)進(jìn)行描述。
如圖1所示，該車輛系統(tǒng)包括BMS1、電池2，電流傳感器3、散熱風(fēng)扇4、保險絲5、主開關(guān)6、引擎控制單元(ECU)7、轉(zhuǎn)換器8，和電動發(fā)電機(motor generator)9。
電池2包括許多子組2a-2h，每個子組均具有相互串聯(lián)連接的多個電池單元。電池2還包括第一輸出端子2_out1、第二輸出端子2_out2，和提供于子組2d與子組2e之間的安全開關(guān)2_sw。一示例性實施例示出，其包括8個子組2a-2h，而每個子組示為一組電池單元。不過本發(fā)明并不局限于所示的示例性實施例。安全開關(guān)2_sw可被手動開啟或關(guān)掉，以當(dāng)對電池執(zhí)行維護(hù)和其他不同的操作時或者當(dāng)更換電池時保證工作人員的安全。在本發(fā)明的第一示例性實施例中，安全開關(guān)2_sw被提供于子組2d與子組2e之間，不過在其它實施例中，安全開關(guān)的位置也可以改變。第一輸出端子2_out1和第二輸出端子2_out2被連接至轉(zhuǎn)換器8。
電流傳感器3測量電池2的輸出電流值，并將所測量的輸出電流值輸出到BMS 1的傳感單元10。電流傳感器3可以是使用霍爾元件來測量電流值的霍爾電流變壓器，并輸出對應(yīng)于所測量的電流值的模擬電流信號。
散熱風(fēng)扇4響應(yīng)由BMS 1提供的控制信號，來除去由電池2的充電和放電而產(chǎn)生的熱量。對電池進(jìn)行散熱，可減少或防止由于溫度增加而導(dǎo)致的電池2的退化，從而減少充電和放電效率的惡化。
保險絲5可防止將由電池2的斷路或短路所導(dǎo)致的過流電流傳送到BMS 1并傳送回電池2。當(dāng)產(chǎn)生過電流時，保險絲5斷開以阻斷電流。
當(dāng)出現(xiàn)過電壓、過電流、高溫或類似的不希望發(fā)生的狀況時，主開關(guān)6響應(yīng)由BMS 1提供的控制信號或由ECU 7提供的控制信號，開啟或關(guān)掉電池2。
BMS 1包括傳感單元10、主控制單元(MCU)20、內(nèi)部功率供應(yīng)器30、電池平衡單元40、存儲單元50、通訊單元60、保護(hù)電路單元70、啟動重置單元80，和外部接口90。
傳感單元10測量總電池電流、總電池電壓、每個電池單元的電壓、每個電池單元的溫度和周邊溫度，將所測量的值轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并將該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送到MCU 20。
MCU 20基于該總電池電流、總電池電壓、每個電池單元的電壓、每個電池單元的溫度和周邊溫度，估計電池2的SOC和健康狀態(tài)(SOH)。MCU20然后生成關(guān)于電池2的狀態(tài)的信息，并將所產(chǎn)生的信息傳送到ECU 7。因此，車輛的ECU 7基于由MCU 20傳送來的SOC和SOH，對電池2進(jìn)行充電和放電。
內(nèi)部功率供應(yīng)器30使用備用電池向BMS 1供電。電池平衡單元40對每個電池單元的充電狀態(tài)進(jìn)行平衡。也就是說，充電充足的電池單元被放電，而具有相對較低電量的電池單元被進(jìn)一步充電。
存儲單元50當(dāng)BMS 1的電源關(guān)閉時存儲SOC和SOH數(shù)據(jù)的當(dāng)前值?？梢允褂每呻姴脸目删幊讨蛔x存儲器(EEPROM)，以實現(xiàn)存儲單元50。通訊單元60可與車輛的ECU 7進(jìn)行通訊。
保護(hù)電路單元70使用穩(wěn)定器(firmware)以保護(hù)電池2免受沖擊、過流電流和低電壓。啟動重置單元80當(dāng)BMS 1的電源開啟時重置整個系統(tǒng)。外部接口90將用于BMS的輔助裝置，例如散熱風(fēng)扇4和主開關(guān)6連接至MCU 20。不過，本發(fā)明并不局限于所示的示例性實施例，即包括散熱風(fēng)扇4和主開關(guān)6作為BMS的輔助裝置，而是可以包括其它的或更多的BMS的輔助裝置。
ECU 7基于來自加速器和制動器(break)的信息，而且還基于車輛速度確定轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，并控制電動發(fā)電機9的輸出，使得該輸出對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)矩的信息。ECU 7控制轉(zhuǎn)換器8的開關(guān)操作，其中轉(zhuǎn)換器8可控制電動發(fā)電機9的輸出。此外，ECU 7通過通訊單元60接收來自MCU 20的電池2的SOC，并控制電池2的SOC水平為目標(biāo)水平(例如55％)。
例如，當(dāng)由MCU 20傳送來的SOC水平低于55％時，ECU 7控制轉(zhuǎn)換器8的開關(guān)，以向電池2輸出功率從而對電池2充電。在這種情況下，每個子組中的電池電流I具有負(fù)值(-)。而當(dāng)該SOC水平高于55％時，ECU 7控制轉(zhuǎn)換器8的開關(guān)，以向電動發(fā)電機9輸出功率從而使電池2放電。在這種情況下，該電池電流I具有正值(+)。
轉(zhuǎn)換器8可響應(yīng)ECU 7的控制信號來控制電池2的充電或放電。
電動發(fā)電機9基于從ECU 7傳送的轉(zhuǎn)矩信息，使用電池的電能來驅(qū)動車輛。
因此，由于ECU 7通過基于SOC水平來對電池2充電和放電，從而防止電池2被過充電或過放電，所以電池2可被有效地使用更長的時間。不過，當(dāng)電池2被安裝在車輛上時，難以測量電池2的實際SOC水平。因此，BMS1需要使用由傳感單元10檢測的電池電流和電池電壓來基本準(zhǔn)確地估計SOC水平，并將所估計的SOC傳送到ECU 7。
現(xiàn)在將對用于輸出SOC水平的MCU進(jìn)行更詳細(xì)的描述。圖2示出BMS1的MCU 20的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖2所示，MCU 20包括積分SOC計算器21、積分電壓計算器22、基電壓計算器23、有效范圍確定單元24、SOC補償單元25，和SOC輸出單元26。
積分SOC計算器21采用SOC估計方法，以使用電池的積分容量計算電池的SOC水平。例如，積分SOC計算器21測量并確定從傳感單元10提供的充電和放電電流電平。在一實施例中，當(dāng)電池2被充電時電流值為正值，而當(dāng)電池2被放電時該電流值為負(fù)值。當(dāng)確定所述SOC水平時，積分SOC計算器21將所述電流值乘以充電效率，將所述電流值與充電效率相乘的乘積在預(yù)定的時間段上積分，以計算電池的積分容量，并基于該積分容量計算SOC水平。
積分SOC計算器21將充電或放電電流與時間增量的乘積(I×Δt)加到先前的積分SOC水平上，以計算更新的SOC水平，其被提供作為當(dāng)前的積分SOC，具體為當(dāng)前積分SOC＝先前積分SOC+(I×Δt)其中，I表示測量的電流，而時間增量Δt表示從先前周期到當(dāng)前周期的時間(Δt通常為控制循環(huán)的1個周期時間)。
積分電壓計算器22將當(dāng)前的積分SOC水平存儲在OCV表中，并使用該OCV表計算對應(yīng)于從積分SOC計算器21接收的當(dāng)前積分SOC水平的積分電壓Vsoc。該OCV表將在下文中參照圖3進(jìn)行描述。
基電壓計算器23使用總電池電流、總電池電壓、電池單元電壓、電池單元溫度和周邊溫度，并計算電池基電壓V0的當(dāng)前值。
基電壓V0對應(yīng)于當(dāng)電池的SOC水平基本上為零時的電池的開路電壓。開路條件對應(yīng)于基本為零電流的條件。
基電壓V0通過從電池輸出電壓中減去在電池內(nèi)阻R上的電壓降而獲得。
基電壓計算器23使用接收的電壓、電流和溫度來計算電池的內(nèi)阻R。此后，基電壓計算器23通過由傳感單元10輸出的電池電壓V計算基電壓V0，其中使用公式V0＝V+R×I。
有效范圍確定單元24確定從積分SOC計算器21輸出的積分SOC中是否存在誤差，并確定該誤差是否處于允許的SOC范圍之內(nèi)。因此，有效范圍確定單元24接收從積分電壓計算器22輸出的積分電壓Vsoc以及從基電壓計算器23輸出的基電壓V0，通過同時接收的積分電壓Vsoc與基電壓V0之間的差值，計算誤差分量(在下文中稱為“積分誤差”)，并將計算出的積分誤差與預(yù)定的有效范圍進(jìn)行比較。
該積分誤差ΔV0通過下面的公式1計算ΔV0＝Vsoc-V0公式1因此，積分誤差ΔV0當(dāng)積分電壓Vsoc大于基電壓V0時具有正值，而當(dāng)積分電壓Vsoc小于基電壓V0時具有負(fù)值。
在有效范圍確定單元24中，所述預(yù)定的有效范圍被設(shè)置為λ＜ΔV0＜α。在下文中，α被稱為最大閾值，而λ被稱為最小閾值，該最小閾值具有負(fù)值。
在此，最小閾值λ的絕對值大于最大閾值α的絕對值。
當(dāng)基電壓V0的估計值小于其實際值時，所估計的基電壓V0錯誤地顯示為接近積分電壓Vsoc。其結(jié)果是，雖然所述剩余SOC實際上并不足夠低，但該積分誤差可顯示為低值，而且該SOC可顯示為足夠。
因此，有效范圍確定單元24確定積分誤差ΔV0是否處于有效范圍之內(nèi)，積分誤差ΔV0是否大于最大閾值α，或者積分誤差ΔV0是否小于最小閾值λ。當(dāng)積分電壓Vsoc大于基電壓V0時，積分誤差ΔV0大于α；而當(dāng)積分電壓Vsoc小于基電壓V0時，積分誤差ΔV0小于λ。隨后，有效范圍確定單元24根據(jù)所確定的結(jié)果改變其輸出，并將該輸出提供給SOC補償單元25。
SOC補償單元25根據(jù)有效范圍確定單元24的輸出，確定是否對從積分SOC計算器21接收的積分SOC進(jìn)行補償。當(dāng)確定應(yīng)該補償該積分SOC時，SOC補償單元25可隨后使用對應(yīng)于所述積分誤差的一預(yù)定SOC補償因子來補償該SOC。從SOC補償單元25獲得的所述積分SOC可被稱為補償后的SOC。
也就是說，當(dāng)積分誤差ΔV0未處于所述有效范圍之內(nèi)并大于最大閾值α?xí)r，SOC補償單元25通過從所述積分SOC中減去SOC補償因子β來執(zhí)行補償；而當(dāng)積分誤差ΔV0小于最小閾值λ時，SOC補償單元25通過在所述積分SOC中加上SOC補償因子β來執(zhí)行補償；并且，SOC補償單元25還輸出補償結(jié)果。
SOC輸出單元26將由SOC補償單元25提供的SOC水平輸出到ECU 7。隨后SOC的初始值被重置，以使該系統(tǒng)準(zhǔn)備下一輪的SOC估計和補償。
圖3為對應(yīng)于OCV和SOC表的OCV與SOC之間關(guān)系的曲線圖。使用建立OCV值與SOC值間對應(yīng)關(guān)系的表中的數(shù)值，可繪制相對于電池充電狀態(tài)的電池開路電壓。如圖3所示，使用開路電壓相對于充電狀態(tài)的曲線，可以獲得對應(yīng)于給定開路電壓的充電狀態(tài)。因此，當(dāng)提供開路電壓時，可從圖3的曲線得出對應(yīng)的電池充電狀態(tài)。相反，當(dāng)提供充電狀態(tài)時，也可獲得電池的開路電壓。例如，當(dāng)提供積分電壓Vsoc或基電壓V0時，其積分SOC的相應(yīng)的SOC值和估計的基SOC可從所示曲線中得出。相反，當(dāng)提供積分SOC或估計的基SOC時，也可從所示曲線中得出電壓Vsoc和V0。
現(xiàn)在將參照圖4對根據(jù)本發(fā)明實施例的SOC補償方法進(jìn)行描述，其中，圖4為電池充電狀態(tài)補償方法的流程圖。
在步驟S401中，積分SOC計算器21對從傳感單元10接收的電流值在預(yù)定時間段上積分以確定積分電流，使用該積分電流來計算積分SOC，并將該積分SOC的計算值提供給積分電壓計算器22和SOC補償單元25。
在可與步驟S401同時進(jìn)行的步驟S402中，基電壓計算器23使用總電池電流、總電池電壓、每個電池單元電壓、每個電池單元溫度和周邊溫度，以確定電池的內(nèi)阻R和經(jīng)過電池的電流I，并根據(jù)公式V0＝V+R×I計算基電壓V0，其中V為檢測的總電池電壓。
基電壓計算器23將所計算的基電壓V0提供給有效范圍確定單元24。
在步驟S403中，當(dāng)接收所述積分SOC時，積分電壓計算器22使用所接收的積分SOC，以從所存儲的OCV表確定的積分電壓Vsoc，并將該積分電壓Vsoc提供給有效范圍確定單元24。
在步驟S404中，有效范圍確定單元24將基電壓V0從積分電壓Vsoc輸入中減去，并同時計算積分誤差ΔV0。
在步驟S405中，有效范圍確定單元24通過確定積分誤差ΔV0是否大于最大閾值α，而將積分誤差ΔV0與有效范圍[λ，α]進(jìn)行比較。
如果在步驟S405中確定積分誤差ΔV0大于最大閾值α，則有效范圍確定單元24將正向超出信號輸出到SOC補償單元25，而流程轉(zhuǎn)向步驟S406。
在步驟S406中，響應(yīng)于該正向超出信號，SOC補償單元25通過從接收自積分SOC計算器21的積分SOC中減去SOC補償因子β，執(zhí)行SOC補償(即，補償后的積分SOC＝積分SOC-β)。SOC補償單元25將所得到的補償后的積分SOC提供給SOC輸出單元26。該補償后的積分SOC也可稱為補償后的SOC。
如果在步驟S405中確定積分誤差ΔV0小于最大閾值α，則流程轉(zhuǎn)向步驟S407。
在步驟S407中，有效范圍確定單元24將積分誤差ΔV0與最小閾值λ進(jìn)行比較，并確定積分誤差ΔV0是否小于最小閾值λ。
如果在步驟S407中確定積分誤差ΔV0小于最小閾值λ，則有效范圍確定單元24將負(fù)向超出信號輸出到SOC補償單元25，而流程轉(zhuǎn)向步驟S408。
在步驟S408中，響應(yīng)該負(fù)向超出信號，SOC補償單元25通過在接收自積分SOC計算器21的積分SOC中加上SOC補償因子β，執(zhí)行SOC補償(即，補償后的積分SOC＝積分SOC+β)。SOC補償單元25將所得到的補償后的積分SOC提供給SOC輸出單元26。而且，由此得到的該補償后的積分SOC也可稱為補償后的SOC。
此外，當(dāng)在步驟S407中確定積分誤差ΔV0不小于最小閾值λ時，則有效范圍確定單元24確定電池充電狀態(tài)為正常，并將正常信號輸出到SOC補償單元25。其結(jié)果是，SOC補償單元25將積分SOC從積分SOC計算器21提供到SOC輸出單元26，而無需進(jìn)行補償。
現(xiàn)在將參照圖3對有效范圍確定單元24和SOC補償單元25的操作進(jìn)行描述。當(dāng)如圖3的曲線中所示的積分誤差ΔV0的范圍處于有效范圍[λ，α]之內(nèi)而積分SOC處于相應(yīng)的有效SOC范圍ΔSOC之外時，則在所述積分SOC中加上或減去β，使得所述積分SOC與估計的基SOC之間的差值移回到對應(yīng)于ΔV0的所述有效SOC范圍ΔSOC之內(nèi)。
在此，當(dāng)所述積分SOC與估計的基SOC之間的差值超過設(shè)定誤差時，使用β來補償所述積分SOC，從而將所述積分SOC引入對應(yīng)于積分誤差ΔV0的有效范圍[λ，α]的有效SOC范圍ΔSOC之內(nèi)。進(jìn)行補償之所以必要，還因為使用電流積分方法來估計的SOC的誤差隨著時間的流逝而增加，而且對應(yīng)在較長時間段上進(jìn)行積分的電流來獲取所述積分SOC。
因此，在設(shè)置SOC補償因子β的過程中，在用于補償?shù)臅r間段間隔被設(shè)置得較長時，β值被設(shè)置為相對較高。相反，在用于補償?shù)臅r間段間隔被設(shè)置得較短時，β值被設(shè)置為相對較低。
上述方法和裝置不僅可通過本發(fā)明的示例性實施例來實現(xiàn)，而且也可以通過用于實現(xiàn)若干功能的程序來實現(xiàn)，這些功能對應(yīng)于本發(fā)明的示例性實施例的結(jié)構(gòu)，或者可通過用于記錄所述程序的記錄介質(zhì)來實現(xiàn)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明一示例性實施例，基SOC的實際值與估計值之間的差值，通過使用電池的積分電流隨著時間的流逝而產(chǎn)生。這兩種充電狀態(tài)之間的差值，通過得出電池的積分電壓與基電壓之間的差值來確定。然后對于所述積分充電狀態(tài)進(jìn)行補償，以將估計充電狀態(tài)與積分充電狀態(tài)之間的差值保持在允許的范圍之內(nèi)。因此，可基本準(zhǔn)確地檢測出電池的SOC。
此外，由于提供了積分誤差的允許的范圍，因此系統(tǒng)過程不會過載。
進(jìn)一步地，非對稱地提供了閾值，以防止不準(zhǔn)確地估計所述積分SOC與估計的基SOC之間的差值。采取這種安全措施是因為，相比于所述估計的基SOC水平被錯誤地顯示為低于實際SOC值的情況，所述估計的基SOC水平被錯誤地顯示為高于實際SOC水平則更為常見。因此，使用具有較小絕對值的閾值來確定積分SOC是否超過所述SOC有效范圍，使用具有較大絕對值的閾值來確定積分SOC是否低于所述SOC有效范圍。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是實用的示例性的實施例進(jìn)行了描述，但可以理解，本發(fā)明并不局限于所公開的實施例，而與此相反，本發(fā)明旨在涵蓋包含于所附權(quán)利要求書及其等同物的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等效設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種用于補償電池充電狀態(tài)的充電狀態(tài)補償方法，該補償方法包括a)使用電池的充電和放電電流，計算電池的第一充電狀態(tài)和對應(yīng)于該第一充電狀態(tài)的第一電壓；b)使用該電池的充電和放電電流、電池電壓和電池內(nèi)阻，計算電池的基電壓；c)計算對應(yīng)于該第一電壓與該基電壓之差的積分誤差；d)確定該積分誤差是否在一預(yù)定的有效范圍之內(nèi)；以及e)當(dāng)該積分誤差超出該預(yù)定有效范圍時，在第一充電狀態(tài)中加上或減去一充電狀態(tài)補償因子，以獲得補償后的充電狀態(tài)，使得該補償后的充電狀態(tài)屬于對應(yīng)該預(yù)定有效范圍的充電狀態(tài)范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的充電狀態(tài)補償方法，其中所述步驟d)包括確定所述積分誤差是否大于第一閾值；以及當(dāng)所述積分誤差不大于該第一閾值時，確定該積分誤差是否小于第二閾值；其中該第一閾值和該第二閾值為所述預(yù)定有效范圍的界限，并且當(dāng)所述積分誤差不大于該第一閾值并且不小于該第二閾值時，確定為正常狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的充電狀態(tài)補償方法，其中所述步驟e)包括當(dāng)所述積分誤差大于該第一閾值時，通過從第一充電狀態(tài)中減去所述充電狀態(tài)補償因子，獲得所述補償后的充電狀態(tài)；以及當(dāng)所述積分誤差小于該第二閾值時，通過在第一充電狀態(tài)上增加所述充電狀態(tài)補償因子，獲得所述補償后的充電狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求2所述的充電狀態(tài)補償方法，其中該第一閾值為正值，而且該第二閾值為負(fù)值。
5.如權(quán)利要求4所述的充電狀態(tài)補償方法，其中該第一閾值的絕對值不同于該第二閾值的絕對值。
6.如權(quán)利要求4所述的充電狀態(tài)補償方法，其中該第一閾值的絕對值小于該第二閾值的絕對值。
7.如權(quán)利要求1所述的充電狀態(tài)補償方法，其中所述步驟a)包括使用所述電池的充電和放電電流，測量積分電流；計算對應(yīng)于該積分電流的第一充電狀態(tài)；以及將該第一充電狀態(tài)應(yīng)用于一預(yù)定的開路電壓表，以計算該第一電壓。
8.一種用于電池管理系統(tǒng)的驅(qū)動方法，該電池管理系統(tǒng)連接至使用電能的車輛的引擎控制單元，該驅(qū)動方法包括；a)測量電池的充電和放電電流以及電池電壓；b)使用該電池的充電和放電電流，計算第一充電狀態(tài)和對應(yīng)于該第一充電狀態(tài)的第一電壓；c)使用該電池的充電和放電電流、電池電壓和電池內(nèi)阻，計算電池的基電壓；d)計算對應(yīng)于該第一電壓與該基電壓之差的積分誤差；e)確定該積分誤差是否在一預(yù)定的有效范圍之內(nèi)；f)當(dāng)該積分誤差超出該預(yù)定有效范圍時，通過在第一充電狀態(tài)中加上或減去一充電狀態(tài)補償因子來補償所述充電狀態(tài)，以獲得補償后的充電狀態(tài)，使得該補償后的充電狀態(tài)在對應(yīng)該預(yù)定有效范圍的充電狀態(tài)范圍之內(nèi)；以及g)將該補償后的充電狀態(tài)輸出到所述引擎控制單元，作為該電池的當(dāng)前充電狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動方法，其中所述步驟e)包括確定所述積分誤差是否大于第一閾值，當(dāng)所述積分誤差不大于該第一閾值時，確定該積分誤差是否小于第二閾值；當(dāng)所述積分誤差大于該第一閾值時，指示該積分誤差大于該第一閾值；當(dāng)所述積分誤差小于該第二閾值時，指示該積分誤差小于該第二閾值；以及當(dāng)所述積分誤差不大于該第一閾值并且不小于該第二閾值時，指示正常狀態(tài)，其中該第一閾值和第二閾值為所述預(yù)定有效范圍的界限。
10.如權(quán)利要求9所述的驅(qū)動方法，其中所述步驟f)包括當(dāng)所述積分誤差大于該第一閾值時，通過從該第一充電狀態(tài)中減去所述充電狀態(tài)補償因子，補償所述充電狀態(tài)；以及當(dāng)所述積分誤差小于該第二閾值時，通過在該第一充電狀態(tài)上增加所述充電狀態(tài)補償因子，補償所述充電狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求9所述的驅(qū)動方法，其中該第一閾值為正值，而且該第二閾值為負(fù)值。
12.如權(quán)利要求11所述的驅(qū)動方法，其中該第一閾值的絕對值不同于該第二閾值的絕對值。
13.如權(quán)利要求11所述的驅(qū)動方法，其中該第一閾值的絕對值小于該第二閾值的絕對值。
14.如權(quán)利要求9所述的驅(qū)動方法，其中所述步驟b)包括通過使用該電池的充電和放電電流的電流積分方法，測量積分電流；計算對應(yīng)于該積分電流的第一充電狀態(tài)；以及通過將該第一充電狀態(tài)應(yīng)用于一預(yù)定的開路電壓表，計算該第一電壓。
15.如權(quán)利要求9所述的驅(qū)動方法，其中在所述步驟g)中當(dāng)指示為正常狀態(tài)時，將第一充電狀態(tài)輸出到所述引擎控制單元，作為電池的當(dāng)前充電狀態(tài)。
16.一種電池管理系統(tǒng)，用于管理電池并將該電池的充電狀態(tài)輸出到使用電能的車輛的引擎控制單元，該電池管理系統(tǒng)包括積分充電狀態(tài)計算器，用于使用該電池的充電和放電電流，計算第一充電狀態(tài)；積分電壓計算器，用于計算對應(yīng)該第一充電狀態(tài)的積分電壓；基電壓計算器，用于使用該電池的充電和放電電流、電池電壓和電池內(nèi)阻，計算基電壓；有效范圍確定單元，用于使用該積分電壓和基電壓計算積分誤差，確定該積分誤差是否在一預(yù)定的有效范圍之內(nèi)，以及輸出超過有效范圍的信號和低于有效范圍的信號；充電狀態(tài)補償單元，用于當(dāng)接收超出該有效范圍的信號時，從該第一充電狀態(tài)中減去一充電狀態(tài)補償因子，補償該第一充電狀態(tài)；以及當(dāng)接收低于該有效范圍的信號時，在該第一充電狀態(tài)中加上所述充電狀態(tài)補償因子，補償該第一充電狀態(tài)，以便獲得補償后的充電狀態(tài)，使得該補償后的充電狀態(tài)屬于對應(yīng)該預(yù)定有效范圍的充電狀態(tài)范圍；和充電狀態(tài)輸出單元，用于將所述充電狀態(tài)補償單元輸出的所述補償后的充電狀態(tài)輸出到所述引擎控制單元，作為該電池的當(dāng)前充電狀態(tài)。
17.如權(quán)利要求16所述的電池管理系統(tǒng)，其中所述有效范圍確定單元當(dāng)所述積分誤差大于第一閾值時，輸出超過該有效范圍的信號；當(dāng)所述積分誤差小于第二閾值時，輸出低于該有效范圍的信號；以及當(dāng)所述積分誤差不大于該第一閾值并且不小于該第二閾值時，輸出正常狀態(tài)信號。
18.如權(quán)利要求17所述的電池管理系統(tǒng)，其中該第一閾值為正值，而且該第二閾值為負(fù)值。
19.如權(quán)利要求18所述的電池管理系統(tǒng)，其中該第一閾值的絕對值不同于該第二閾值的絕對值。
20.如權(quán)利要求18所述的電池管理系統(tǒng)，其中該第一閾值的絕對值小于該第二閾值的絕對值。
21.如權(quán)利要求16所述的電池管理系統(tǒng)，其中所述積分充電狀態(tài)計算器利用使用該電池的充電和放電電流的電流積分方法，以測量積分電流；計算對應(yīng)所測量的積分電流的第一充電狀態(tài)；以及將該第一充電狀態(tài)應(yīng)用于一預(yù)定的開路電壓表，以計算該第一電壓。
22.如權(quán)利要求17所述的電池管理系統(tǒng)，其中當(dāng)所述有效范圍確定單元將正常狀態(tài)信號輸出到所述充電狀態(tài)補償單元時，所述充電狀態(tài)輸出單元將該第一充電狀態(tài)輸出到所述引擎控制單元，作為該電池的當(dāng)前充電狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電池的充電狀態(tài)(SOC)補償方法以及使用該SOC補償方法的電池管理系統(tǒng)。使用電池的充電和放電電流，計算第一SOC和對應(yīng)于該第一SOC的第一電壓；使用電池的充電和放電電流、電池組電壓和電池內(nèi)阻，計算電池的基電壓；計算對應(yīng)于該第一電壓與該基電壓之差的積分誤差；并且在第一SOC中加上或減去對一應(yīng)于該誤差的SOC補償因子，以確定更準(zhǔn)確的電池的SOC。
文檔編號G01R31/36GK101013822SQ200610170538
公開日2007年8月8日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者徐世旭, 尹韓碩, 林啟鐘 申請人:三星Sdi株式會社