[发明专利]用于估算电池剩余电量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于估算电池剩余电量的方法。更具体地，本发 明涉及一种用于估算高压电池(主电池)剩余电量的方法，该高压电 池是用于驱动例如混合动力车辆和燃料电池车辆的电动车辆中的驱动 电机的能量源。

背景技术

一般地，混合动力车辆由至少两种不同类型的动力源来驱动。例 如，其由通过燃烧燃料(例如汽油的化石燃料)产生旋转力的发动机 和利用电池电能产生旋转力的电动机来驱动。

典型地，以电动车辆(EV)模式、混合动力电动车辆(HEV) 模式或再生制动(RB)模式来驱动混合动力车辆，其中电动车辆模式 是指仅使用电动机(驱动电机)的动力的纯电动车辆模式，混合动力 电动车辆模式将驱动电机的旋转力用作辅助动力源，同时将发动机的 旋转力用作主动力源的辅助模式，而在再生制动模式中，由制动或在 行驶过程中由惯性产生的车辆制动能或惯性能，通过驱动电机的发电 进行回收并被充入电池中。由于混合动力车辆在发动机和驱动电机的 最佳运行范围内同时使用发动机的机械能和电池的电能，并且由驱动 电机回收制动能，所以其提供了改善的燃料效率和有效的能源利用。

在将电池用作能量缓冲的混合动力车辆和燃料电池车辆中以及在 只将电池用作能量源的纯电动车辆中，电池是决定车辆质量的最重要 的部件之一。特别地，由于(供应用于驱动驱动电机的电力的)电池 用作在行驶过程中辅助发动机的输出并存储所产生能量的辅助能量 源，其控制技术是非常重要的。

因此，采用高压电池的例如混合动力车辆或燃料电池车辆的电动 车辆包括大体上控制电池的总体状态的电池管理系统(BMS)。BMS 防止电池的寿命被缩短，并向执行车辆总体控制的车辆控制器提供关 于电池的充电状态(SOC)的信息，从而支持发电控制和驱动控制。 另外，BMS执行各种其他功能，例如电池SOC(剩余电量)的估算、 完全充电的检测、各电池模块之间电压的平衡保持、根据电池SOC的 最大充放电电压的控制、安全管理和诊断、冷却控制等。在这些功能 当中，用于车辆的驱动策略的最重要技术是计算电池的剩余电量。

当电池的剩余电量被准确估算时，有可能实现这样的混合系统， 其可通过向电池充入剩余电能并在要求高功率时放电来提供所要求的 功率，从而最大化车辆的能耗降低和运行效率。

另一方面，如果剩余电量的计算不准确，则车辆的运行效率被降 低，并可能造成危险情况。例如，尽管实际容量是80％，如果计算容 量是30％，则车辆控制器确定电池需要充电，从而导致对电池过度充 电。反之，尽管实际容量是30％，如果计算容量是80％，则车辆控制 器确定电池需要放电，从而导致对电池过度放电。这样的过度充电和 过度放电可引起例如电池着火或爆炸的危险情况。

用于计算剩余电量的传统方法被分为两种类型：第一种类型简单 地积分充电/放电电流量并将积分值乘以充电/放电效率以计算剩余电 量；而第二种类型使用测量的电压值计算剩余电量。

尽管第一种电流积分方法被广泛使用，但该方法的缺点在于：电 流传感器的误差被连续累积从而破坏剩余电量计算的准确性，并且该 方法不能估算长时间不工作之后的自放电电量损耗。另外，难以计算 准确的充电/放电效率，并且如果错误估算了成为计算剩余电量的基准 的电池的初始SOC，则可能出现严重的累积误差。此外，由于使用初 始SOC值对车辆行驶过程中的电流量进行连续积分，所以因充电/放电 效率、温度、使用周期(电池的退化状态)等因素，误差逐渐发散或 收敛于0。实际上，在充电和放电的重复过程中，电池的充电/放电效 率会有变化，并且如果在行驶过程中频繁地重复充电和放电，则通过 由启动后的初始SOC进行的积分而更新的SOC值和实际值之间的差 值随着重复充电和放电而逐渐增大。

利用测量的电压值的第二种方法使用关于电量的电压值(电动 势)计算剩余电量，并且如果能够计算一定时刻的准确电动势值，则 该值可被用作绝对SOC值。然而，由于用于在混合电池系统的动态环 境下计算绝对电动势的方法非常复杂，计算结果存在误差，因此难以 提供剩余电量的准确计算结果。

近来提出的方法结合了以上两种方法，其中主要进行电流积分并 且使用计算的电动势修正积分电流。在这种情况下，计算的电动势被 用作积分效率，并且使用先前的电动势和当前计算的电动势之间的差 值进行修正。