[发明专利]用于估计电池状态的方法

说明书

一种用于使用至少双重估计器(301)来估计车辆(201)的能量存储系统(200)的电池状态的方法，其中能量存储系统包括电池单元(202)，并且其中双重估计器包括：‑第一估计器，其被配置用以使用预测模型来估计所述电池状态，第一估计器具有第一调谐参数；‑第二估计器，其被配置成跟踪一组电池参数的围绕标称值的变化，第二估计器具有第二调谐参数，在第一和第二估计器之间设有反馈回路，该方法包括：‑获得能量存储系统的操作数据，‑将操作数据馈送给估计器，‑使用第一估计器估计电池状态，‑使用第二估计器估计该组电池参数的围绕标称值的变化，以及以下步骤中的至少一个：‑自适应地调节第一和/或第二调谐参数，以解决由于变化的操作条件引起的快时间尺度变化，以及‑自适应地调节该组电池参数的标称值，以解决由于老化引起的慢时间尺度变化。

技术领域

本发明涉及一种用于估计车辆的能量存储系统的电池状态的方法。本发明还涉及计算机程序、计算机可读介质、控制单元、电池管理系统和车辆。

背景技术

电动车辆的能量存储系统(ESS)通常基于具有复杂非线性动力的锂离子电池。为了能够有效地控制和管理这样的能量存储系统，跟踪能量存储系统的电池状态(例如其健康状态(SoH)和其荷电状态(SoC))是至关重要的。然而，能量存储系统的SoC和SoH不是可测量的量，而是需要使用电池模型来估计的状态。因此，ESS的电池管理系统(BMS)需要能够准确估计电池状态以及各种电池参数，例如ESS的阻抗、开路电压(OCV)和容量。然后，BMS可以使用估计的电池状态和电池参数来例如预测驾驶或充电期间的最大可用电池能量和功率。这些预测又用于确定例如电池负载，以保证ESS的安全、最佳和可靠运行。

双重估计器通常用于基于ESS的操作条件(例如电流、电压和温度)的测量值来估计ESS的一个或多个电池状态。这种双重估计器使用耦合的双重估计器/观测器，即估计方案或估计算法，以便一方面基于某个预测模型分别确定电池状态并且另一方面确定一组电池参数。在估计器之间设有反馈回路，使得所估计的电池状态用于电池参数的估计，并且反之亦然。

然而，电池状态和电池参数的估计与由电池参数在不同时间尺度上的时间相关变化和状态相关变化产生的问题相关联。一方面，由于ESS的操作条件的变化，存在例如阻抗的短期变化。另一方面，由于ESS的老化，存在电池参数如容量、阻抗和OCV的长期缓慢的变化。这些长期参数变化用于根据电池类型和车辆应用限定SoH的各种范围(variousdimensions)。此外，在极端操作条件下，例如分别在低温以及非常低和非常高的SoC水平下，ESS的行为可能与在更平均/正常的操作条件下不同。

因此，需要精确且计算高效的方法来估计不同操作条件下和ESS寿命期间的电池状态。

定义

措辞“电池单元”在下文和整个说明书中应该被解释为也包括电池组，电池组本身可以包括一个或多个电池。此外，措辞“电池单元”应该理解为还包括可以包括多个电池组的单元。因此，措辞“电池单元”可以是可以包括多个电池单体的单个电池、包括多个单个电池的电池组以及包括多个单个电池组的模块。

“估计器”在下文和整个说明书中是指估计算法或估计方案或观测器，即用于估计系统状态或参数的计算机实现的算法。

术语“电池参数”在下文和整个说明书中应理解为包括可基于预测模型估计的电池参数，例如电阻和电容或内部电压损失的电阻和时间常数、开路电压(OCV)和充电/放电容量。因此，电池参数将被理解为所使用的预测模型的参数。

发明内容

本发明的主要目的是至少在某些方面提供一种用于估计能量存储系统(ESS)的电池状态的改进方法，该方法可以在ESS的寿命期间以及在变化的操作条件下使用。特别地，目的是提供这样一种方法，该方法计算效率高，并且通过该方法可以减少数据的存储。另一个目的是提供这样一种方法，通过该方法可以准确预测电池的荷电状态(SoC)和健康状态(SoH)，而不管电池老化和操作条件如何。