专利名称：利用置信度值来确定蓄电池的充电状态的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及确定蓄电池的充电状态，且更具体地涉及利用置信度值来确定充电状态的系统和方法。
背景技术：
汽车技术在寻求将汽油作为车辆推进系统中的主要能量源的替代产品的领域中迅速地发展。这些进展中的许多进展要么使用混合动カ机电系统要么使用纯电动推进系统，混合动カ机电系统将来自燃烧发动机的机械能的ー些再捕获作为存储的电能，纯电动推进系统则完全消除了对内燃发动机的需要。在这些进展的情况中，车辆中的电能的存储和管理变得尤其重要。充电状态(SOC)是相对于蓄电池的总容量而言蓄电池中可用的电荷量的常用量度。在利用纯电动或混合动カ电动推进系统的汽车应用中，SOC測量提供了关于可用于推进车辆的能量的量的有用指示。类似于燃料计所提供的信息，充电状态的测量结果能够向电动车辆的驾驶员提供车辆在耗尽能量之前能够行进多远的指示。蓄电池的常规SOC估计分为两个一般类别基于电压的方法和基于电流的方法。基于电压的方法一般利用蓄电池的电压和充电状态之间的通常非线性的关系。因此，測量蓄电池的电压以及知晓蓄电池的电压-SOC曲线能够被用于确定蓄电池的当前充电状态。比较而言，基于电流的方法通过跟踪进出蓄电池的电流量来估计蓄电池的S0C。对从蓄电池采集的电流测量值的积分对应于在给定时间跨度期间进入或离开蓄电池的电荷量，从而导致这些技术有时被称为“库伦计数”技木。基于电压的技术经受许多潜在误差源。蓄电池的測量电压取决于许多因素，包括蓄电池的温度和蓄电池相对于该蓄电池的扩散时间常数的静置时间。还存在关于蓄电池的另ー潜在误差源，即蓄电池展现出近似平坦的电压-SOC特性，该蓄电池例如是基于锂的蓄电池。对于这类蓄电池而言，蓄电池电压相对于其充电状态的变化可能是十分微小的，从而使得电压测量中的任何不确定度成为了另一潜在的误差源。因此，电压传感器自身的公差也可能是关于例如基于电压的SOC估计的重要误差源。基于电流的技术也经受许多潜在误差源。与基于电流的技术相关的第一潜在问题在于，这些技术依赖于将进入或离开蓄电池的电荷量与初始测量结果进行比较。因此，初始測量结果中的不准确性可能提供关于SOC估计的ー个潜在误差源。第二潜在误差源源自将电流读数进行积分随着时间的流逝，在測量中存在的任何小量的误差都被积分过程放大。例如，电流传感器的公差可能对测量的蓄电池电流和实际的蓄电池电流之间的差做出贡献。该差可能借助于积分过程继续变大，从而导致随着时间的増加越来越不准确的SOC估计。第三潜在误差源是蓄电池的基准容量自身，该基准容量取决于蓄电池的温度和寿命。该值必须被估计，从而引入了附加的误差源。例如，Sascha Schaefer的名称为“SYSTEMSAND METHODS FOR DETERMINING CELL CAPACITY VALUES IN A MULTI-CELL BATTERY” 的美国专利申请No. _就公开了这种估计技术，该申请以引用的方式被全文结合到本文。最近的努力致力于将基于电压的技术和基于电流的技术结合。例如，当SOC接近零或百分之百时(即，蓄电池几乎放空或接近全满时)可以使用基于电压的技木。当蓄电池的SOC位于中值范围中时，例如在20-90%之间时，可以使用基于电流的技术来估计SOC。然而，这种混合方法仍然经受当使用基于电压的技术或基于电流的技术时会出现的潜在不准确性。
发明内容
在一个实施方式中，公开了ー种用于确定车辆蓄电池的充电状态的方法。所述方法包括在处理器处接收表示了所述蓄电池的电压、电流和温度的传感器数据。该方法还包括对所述传感器数据使用基于电压的策略来确定第一充电状态值。该方法还包括计算关于所述第一充电状态值的第一置信度值。该方法又还包括对所述传感器数据使用基于 电流的策略来确定第二充电状态值。该方法又还包括计算关于所述第二充电状态值的第ニ置信度值，并且将所述第一置信度值与所述第二置信度值比较。该方法还包括基于所述比较，在所述第一充电状态值和所述第二充电状态值之间进行选择。该方法还附加地包括将选定充电状态值作为总充电状态值存储在存储器中。在另ー实施方式中，公开了ー种用于确定车辆蓄电池的充电状态的系统。所述系统包括接ロ，所述接ロ构造成接收来自于被连接到所述蓄电池的电压传感器、电流传感器和温度传感器的传感器数据。所述系统还包括基于电压的充电状态发生器，所述基于电压的充电状态发生器构造成通过对所述传感器数据使用基于电压的策略来产生第一充电状态值。该系统附加地包括基于电压的置信度值发生器，所述基于电压的置信度值发生器构造成计算关于所述第一充电状态值的第一置信度值。所述系统还包括基于电流的充电状态发生器，所述基于电流的充电状态发生器构造成通过对所述传感器数据使用电流累积策略来产生第二充电状态值。所述系统还包括基于电流的置信度值发生器，所述基于电流的置信度值发生器构造成计算关于所述第二充电状态值的第二置信度值。所述系统又还包括置信度值评估器，所述置信度值评估器构造成将所述第一置信度值和所述第二置信度值比较。该系统附加地包括充电状态存储装置，所述充电状态存储装置构造成基于所述比较将所述第一或第二充电状态值存储为总充电状态值。在另ー实施方式中，公开了ー种用于确定车辆蓄电池的充电状态的系统，所述系统包括车辆蓄电池；以及，构造成分别测量所述蓄电池的温度、电流和电压的温度传感器、电流传感器和电压传感器。该系统还包括存储器，所述存储器存储关于所述蓄电池的一个或多个充电状态值。该系统还包括处理器，所述处理器联接到所述存储器，并且构造成接收来自所述传感器的表示了所述蓄电池的电压、电流和温度的传感器数据。该处理器还构造成对所述传感器数据使用基于电压的策略来确定第一充电状态值。该处理器还构造成计算关于所述第一充电状态值的第一置信度值。该处理器还附加地构造成对所述传感器数据使用基于电流的策略来确定第二充电状态值。该处理器还构造成计算关于所述第二充电状态值的第二置信度值。该处理器还构造成将所述第一置信度值和所述第二置信度值比较。该处理器又还构造成基于所述比较在所述第一充电状态值和所述第二充电状态值之间进行选择。该处理器附加地构造成将所述选定充电状态值作为总充电状态值存储在所述存储器中。本发明还包括以下方案
I.一种用于确定车辆蓄电池的充电状态的方法，所述方法包括
在处理器处接收表示了所述蓄电池的电压、电流和温度的传感器数据；
对所述传感器数据 使用基于电压的策略来确定第一充电状态值；
计算关于所述第一充电状态值的第一置信度值；
对所述传感器数据使用基于电流的策略来确定第二充电状态值；
计算关于所述第二充电状态值的第二置信度值；
将所述第一置信度值与所述第二置信度值比较；
基于所述比较在所述第一充电状态值和所述第二充电状态值之间进行选择；以及 将选定的充电状态值作为总充电状态值存储在存储器中。2.根据方案I所述的方法，其中，利用电压传感器的公差、所述蓄电池的静置时间以及所述蓄电池的扩散常数来计算所述第一置信度值。3.根据方案I所述的方法，其中，利用电流传感器的公差来计算所述第二置信度值。4.根据方案I所述的方法，还包括将所述总充电状态值提供给显示器装置。5.根据方案I所述的方法，其中，所述基于电压的策略利用线性回归来确定开路电压值。6.根据方案I所述的方法，还包括部分地基于所述第一置信度值来计算关于所述第一充电状态值的非対称置信度范围。7. 一种用于确定车辆蓄电池的充电状态的系统,所述系统包括
接ロ，所述接ロ构造成接收来自于被连接到所述蓄电池的电压传感器、电流传感器和温度传感器的传感器数据；
基于电压的充电状态发生器，所述基于电压的充电状态发生器构造成对所述传感器数据使用基于电压的策略来产生第一充电状态值；
基于电压的置信度值发生器，所述基于电压的置信度值发生器构造成计算关于所述第一充电状态值的第一置信度值；
基于电流的充电状态发生器，所述基于电流的充电状态发生器构造成对所述传感器数据使用电流累积策略来产生第二充电状态值；
基于电流的置信度值发生器，所述基于电流的置信度值发生器构造成计算关于所述第ニ充电状态值的第二置信度值；
置信度值评估器，所述置信度值评估器构造成将所述第一置信度值和所述第二置信度值比较；以及
充电状态存储装置，所述充电状态存储装置构造成基于所述比较将所述第一充电状态值或所述第二充电状态值存储为总充电状态值。8.根据方案7所述的系统，还包括
蓄电池静置计时器，所述蓄电池静置计时器构造成确定所述蓄电池的静置时间；以及其中，所述基于电压的置信度值发生器构造成利用所述电压传感器的公差、所述蓄电池的静置时间以及所述蓄电池的扩散常数来计算所述第一置信度值。
9.根据方案8所述的系统，其中，所述基于电流的置信度值发生器构造成利用所述电流传感器的公差来计算所述第二置信度值。10.根据方案7所述的系统，还包括构造成将所述总充电状态值提供给显示器装置的接ロ。11.根据方案7所述的系统，其中，所述基于电压的充电状态发生器利用线性回归来确定所述第一充电状态值。12.根据方案7所述的系统，其中，所述基于电压的充电状态发生器利用直接的电压测量结果来确定所述第一充电状态值。13.根据方案7所述的系统，其中，所述基于电压的充电状态发生器利用线性回归和直接的电压测量结果两者来确定所述第一充电状态值。
14. 一种用于确定车辆蓄电池的充电状态的系统,所述系统包括
车辆蓄电池；
温度传感器，所述温度传感器构造成測量所述蓄电池的温度；
电流传感器，所述电流传感器构造成測量所述蓄电池的电流；
电压传感器，所述电压传感器构造成測量所述蓄电池的电压；
存储器，所述存储器存储关于所述蓄电池的一个或多个充电状态值；以及 处理器，所述处理器联接到所述存储器并且构造成
接收来自所述传感器的表示所述蓄电池的电压、电流和温度的传感器数据；
对所述传感器数据使用基于电压的策略来确定第一充电状态值；
计算关于所述第一充电状态值的第一置信度值；
对所述传感器数据使用基于电流的策略来确定第二充电状态值；
计算关于所述第二充电状态值的第二置信度值；
将所述第一置信度值和所述第二置信度值比较；
基于所述比较在所述第一充电状态值和所述第二充电状态值之间进行选择；以及 将所述选定的充电状态值作为总充电状态值存储在所述存储器中。15.根据方案14所述的系统，其中，所述存储器还存储所述电压传感器的公差、所述蓄电池的静置时间以及所述蓄电池的扩散常数；并且其中，所述处理器还构造成利用所述电压传感器的公差、所述蓄电池的静置时间以及所述蓄电池的扩散常数来计算所述第一置信度值。16.根据方案14所述的系统，其中，所述存储器还存储所述电流传感器的公差；并且其中，所述处理器还构造成利用所述电流传感器的公差来计算所述第二置信度值。17.根据方案14所述的系统，其中，所述处理器还构造成将所述总充电状态值提供给显示器装置。18.根据方案14所述的系统，其中，所述基于电压的策略利用线性回归来确定所述第一充电状态值。19.根据方案14所述的系统，其中，所述处理器还构造成确定关于所述第一充电状态值和所述第二充电状态值的非対称置信度范围，并且构造成利用所述非对称置信度范围在所述第一充电状态值和所述第二充电状态值之间进行选择。20.根据方案14所述的系统，其中，所述蓄电池是锂铁磷酸盐蓄电池。
当结合附图阅读时，对具体实施方式
的下述详细说明能够被最佳地理解，在附图中，相同的结构用相同的附图标记指示，并且在附图中
图I是具有蓄电池电池单元的车辆的示意 图2是LiFePO4蓄电池电池单元的开路电压根据该蓄电池电池单元的充电状态而变化的图形；
图3是基于电流的SOC估计根据时间而变化的图形；
图4示出了根据本发明的ー个方面的用于计算蓄电池的充电状态的方法；
图5示出了根据本发明的ー个方面的用于计算蓄电池的充电状态的第二方法；
图6是由图5的方法确定的SOC估计根据时间而变化的图形；
图7示出了图I的车辆的详细视图；以及 图8是如图7所示的SOC模块的详细视图。在附图中描绘的实施方式本质上是描述性的，并且不被认为是对由权利要求限定的实施方式的限制。此外，附图以及实施方式的単独方面将通过后述的详细说明被更完整地显现和理解。
具体实施例方式如上所述，确定蓄电池的充电状态(SOC)的当前技术一般被分类为基于电压的或基于电流的，它们的示例在Verbrugge等人的美国专利No. 6，639，385中被更详细地描述，该文献由此以引用的方式结合到本文。根据本发明的ー个方面，置信度值允许采用混合方法，所述混合方法利用基于电压和基于电流的技术来计算充电状态。这种混合方法允许始终更精确地计算蓄电池的S0C，这是因为由不同技术确定的SOC估计值始終彼此相互比较。现參考图I，其示出了根据示例性实施方式的车辆100。车辆100包括蓄电池102，该蓄电池提供电功率以利用混合动カ电动或纯电动推进系统来推动车辆100。蓄电池102可以是单个蓄电池电池单元、多个蓄电池电池单元、或联系起来工作以向车辆100提供推进功率的离散蓄电池的集合。车辆100还包括车辆控制器104。车辆控制器104可操作地连接到蓄电池102并且对蓄电池102的操作提供监测和控制。车辆控制器104还监测或控制车辆的一个或多个其他功能。例如，车辆控制器104能够将关于蓄电池102的操作状态的信息提供给车辆100内的电子显示器，以将该信息传送给车辆的驾驶员。车辆控制器104还提供对车辆100的其他系统的控制。例如，车辆控制器104能够控制车辆的发动机、电气系统或排气系统的操作。车辆控制器104可以包括任何数量的硬件部件和软件部件。例如，车辆控制器104能够包括微处理器、专用集成电路(ASIC)或现场可编程逻辑门阵列(FPGA)。车辆控制器104还能够包括被存储在其存储装置内的机器指令，这些机器指令在由车辆控制器104执行时能够执行ー个或多个监测或控制功能。例如，车辆控制器104能够包括ー个或多个非暂态存储装置，例如RAM、R0M、EEPR0M、闪存、或能够存储用于车辆控制器104的机器指令的任何其他存储器。基于电压的SOC估计现參考图2，其将LiFeO4蓄电池电池单元的开路电压的图形示出为蓄电池的SOC的函数。在该SOC的中值范围内，蓄电池的开路电压十分微小地改变，从而导致了基于蓄电池的电压测量值的任何SOC估计中的潜在误差。例如，提供測量值的电压传感器的公差就可能对蓄电池的实际电压的总体不确定度做出贡献。作为另外的考虑因素，电压-SOC关系还取决于蓄电池的温度、蓄电池的静置时间(例如，当蓄电池未提供或接收电荷吋)、以及蓄电池的扩散常数。存在利用測量电压来估计蓄电池的SOC的若干基于电压的技木。例如，SOC的估计可以通过将原始开路电压值与已知的电压-SOC关系比较来进行。在其他技术中，能够利用线性回归来确定S0C。例如，Lin等人的美国专利No. 7，768，233公开了利用等效电路模型和回归技术来确定开路电压并估计SOC值，该文献也以引用的方式结合到本文中。能够利用下述方程来确定利用基于电压的技术的SOC估计值(SOCv)与用于蓄电池的实际SOC (SOCreal)之间的置信度值ASOCv = f (VtoifTfIrestfT),
其中，ASOCv是关于SOCv的估计的偏差范围，Vttjl是电压传感器的公差，T是蓄电池的温度，t_t是蓄电池的静置时间，以及T是蓄电池的扩散时间常数。当蓄电池处于静置状态时(例如，没有电荷从蓄电池中汲取、或被添加到该蓄电池)，在蓄电池中仍可能存在扩散效应，从而导致除了电压传感器的公差之外的关于蓄电池的计算开路电压中的其它不确定度。本领域技术人员将理解的是，克服扩散效应的影响所需的时间量取决于蓄电池的温度和蓄电池的扩散常数。如果蓄电池处于静置状态并持续足以克服扩散效应的时间量，那么ASOCv严格地是电压传感器的公差的函数。然而，如果已经消逝的静置时间量不足以克服扩散效应，那么f(T，trest, T )可以大于零，由此添加到关于SOCv的不确定度的范围中。因此，f(T，trest, T )对于ASOCv的贡献量在蓄电池静置时随着时间增加而减少。作为示例，由于对蓄电池的扩散效应減少，因此ASOCv能够在时间进程中从5%减小至2%。于是，向SOCv加上ASOCv以及从SOCv减去ASOCv提供了 S0(；eal所处的估计范围。函数f从如图2所示的Voc-SOC曲线获得。当蓄电池未静置吋，ASOCv可以仅仅是电压传感器的公差的函数，或者还能够包括附加考虑因素。例如，如果在蓄电池操作期间利用等效电路模型和线性回归技术来估计蓄电池的开路电压，那么回归算法的激励水平和/或在离散化过程中的噪音也可能被添加到电压传感器的公差。在另选的实施方式中，独立的ASOCv值能够被计算为高于以及低于SOCv估计值(未示出)。例如，AS0CV_1可限定高于SOCv的不确定度，并且AS0CV_2可限定低于SOCv的不确定度。于是，如果AS0CV_1和AS0CV_2不同的话，那么将AS0CV_1添加到SOCv以及从SOCv减去AS0CV_2可提供非対称范围。 基于电流的SOC估计
基于电流的SOC估计技术一般通过将电流測量值在时间上积分来进行操作，以确定进出蓄电池的电荷量。例如，下述方程能够被用于估计蓄电池的SOC
权利要求
1.一种用于确定车辆蓄电池的充电状态的方法，所述方法包括 在处理器处接收表示了所述蓄电池的电压、电流和温度的传感器数据； 对所述传感器数据使用基于电压的策略来确定第一充电状态值； 计算关于所述第一充电状态值的第一置信度值； 对所述传感器数据使用基于电流的策略来确定第二充电状态值； 计算关于所述第二充电状态值的第二置信度值； 将所述第一置信度值与所述第二置信度值比较； 基于所述比较在所述第一充电状态值和所述第二充电状态值之间进行选择；以及 将选定的充电状态值作为总充电状态值存储在存储器中。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，利用电压传感器的公差、所述蓄电池的静置时间以及所述蓄电池的扩散常数来计算所述第一置信度值。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，利用电流传感器的公差来计算所述第二置信度值。
4.根据权利要求I所述的方法，还包括将所述总充电状态值提供给显示器装置。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述基于电压的策略利用线性回归来确定开路电压值。
6.根据权利要求I所述的方法，还包括部分地基于所述第一置信度值来计算关于所述第一充电状态值的非対称置信度范围。
7.一种用于确定车辆蓄电池的充电状态的系统，所述系统包括 接ロ，所述接ロ构造成接收来自于被连接到所述蓄电池的电压传感器、电流传感器和温度传感器的传感器数据； 基于电压的充电状态发生器，所述基于电压的充电状态发生器构造成对所述传感器数据使用基于电压的策略来产生第一充电状态值； 基于电压的置信度值发生器，所述基于电压的置信度值发生器构造成计算关于所述第一充电状态值的第一置信度值； 基于电流的充电状态发生器，所述基于电流的充电状态发生器构造成对所述传感器数据使用电流累积策略来产生第二充电状态值； 基于电流的置信度值发生器，所述基于电流的置信度值发生器构造成计算关于所述第ニ充电状态值的第二置信度值； 置信度值评估器，所述置信度值评估器构造成将所述第一置信度值和所述第二置信度值比较；以及 充电状态存储装置，所述充电状态存储装置构造成基于所述比较将所述第一充电状态值或所述第二充电状态值存储为总充电状态值。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括 蓄电池静置计时器，所述蓄电池静置计时器构造成确定所述蓄电池的静置时间；以及其中，所述基于电压的置信度值发生器构造成利用所述电压传感器的公差、所述蓄电池的静置时间以及所述蓄电池的扩散常数来计算所述第一置信度值。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述基于电流的置信度值发生器构造成利用所述电流传感器的公差来计算所述第二置信度值。
10.一种用于确定车辆蓄电池的充电状态的系统，所述系统包括车辆蓄电池；温度传感器，所述温度传感器构造成測量所述蓄电池的温度；电流传感器，所述电流传感器构造成測量所述蓄电池的电流；电压传感器，所述电压传感器构造成測量所述蓄电池的电压；存储器，所述存储器存储关于所述蓄电池的一个或多个充电状态值；以及处理器，所述处理器联接到所述存储器并且构造成接收来自所述传感器的表示所述蓄电池的电压、电流和温度的传感器数据；对所述传感器数据使用基于电压的策略来确定第一充电状态值；计算关于所述第一充电状态值的第一置信度值；对所述传感器数据使用基于电流的策略来确定第二充电状态值；计算关于所述第二充电状态值的第二置信度值；将所述第一置信度值和所述第二置信度值比较；基于所述比较在所述第一充电状态值和所述第二充电状态值之间进行选择；以及将所述选定的充电状态值作为总充电状态值存储在所述存储器中。
全文摘要
本发明涉及利用置信度值来确定蓄电池的充电状态的系统和方法。利用基于电压的估计策略以及基于电流的估计策略来确定充电状态SOC估计。还产生关于基于电压的SOC估计和基于电流的SOC估计的置信度值，以量化与SOC估计相关的不确定度的量。通过比较置信度值并且选择具有最小量的不确定度的SOC估计，从而确定总SOC估计。
文档编号G01R31/36GK102778652SQ20121014530
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月11日 优先权日2011年5月13日
发明者A.克内坎普, S.谢菲尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司