CN104977543B - 用于电池电压的基于模型的诊断 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于电池电压的基于模型的诊断。一种混合动力车辆或电动车辆包括牵引电池。电池测量诊断***对测量的电压和估计的电压进行比较。估计的电压基于阻抗参数估计值和电池的等效电路模型。当测量的电压和估计的电压之间的差的幅值大于阈值时，阻抗参数估计值基于来自先前的时间步长的阻抗参数估计值。如果在预定数量的时间步长内所述幅值超过阈值，则输出电压测量诊断标志。这样的逻辑使电压测量尖峰对估计的大小的影响最小化，并且可以向操作者指示上述状况。
Description
技术领域
本申请总体上涉及诊断电池电压测量。
背景技术
电动车辆和混合动力电动车辆包括牵引电池，以提供并储存用于车辆推进的能量。牵引电池可以包括多个单独的电池单元。电池单元和/或牵引电池的电压可以被测量并被用于计算其他的电池特性，诸如荷电状态(SOC)和功率容量。测量的电压还可以用于防止牵引电池的过度充电和过度放电。
由于测量的电压是用于控制牵引电池的关键量，因此许多***诊断电池电压测量问题。可以通过控制器进行电压测量。控制器可以具有用于测量并转换电压的适当的电路。各种电阻值和电容值可以被配置为对电压进行滤波和测量。被滤波和测量的电压可以被输入到模数(AD)转换器中以被转换成数字值。这些组件中的任意一个组件可以导致致使测量的电压值不正确的问题。可能的问题可以包括组件的短路或间断连接。这会导致测量的电压值的突变。
发明内容
一种车辆包括具有多个电池单元的牵引电池和至少一个控制器。所述至少一个控制器被配置为：当测量的电压和基于阻抗参数估计的电压之间的差的幅值小于或等于预定值时，在多个时间步长基于测量的电压输出阻抗参数；当测量的电压和基于阻抗参数估计的电压之间的差的幅值大于预定值时，基于来自所述时间步长中选择的先前的一个时间步长的阻抗参数估计值输出阻抗参数。所述至少一个控制器还可以被配置为：响应于在大于预定数量的时间步长内，测量的电压和基于阻抗参数估计的电压之间的差的幅值大于预定值而输出诊断标志。所述时间步长中选择的所述先前一个时间步长可以是测量的电压和基于阻抗参数估计的电压之间的差的幅值小于或等于所述预定值的最近的时间步长。所述至少一个控制器还可以被配置为：还基于测量的电流输出阻抗参数。所述至少一个控制器还被配置为：当所述幅值大于预定值并且所述差指示电压改变不同于通过测量的电流的改变指示的预期电压改变时，基于来自所述时间步长中选择的所述先前一个时间步长的阻抗参数估计值输出阻抗参数。
一种车辆包括具有多个电池单元的牵引电池和至少一个控制器。所述至少一个控制器被配置为：响应于在预定数量的时间步长内，在多个时间步长中的每个时间步长测量的电池单元电压和基于阻抗参数估计的电池单元电压之间的差的幅值大于预定值，而输出诊断标志。预定数量的时间步长可以是非连续的。所述至少一个控制器还可以被配置为：当所述差小于或等于预定值时，在多个时间步长基于测量的电池单元电压估计阻抗参数。所述至少一个控制器还可以被配置为：当所述差大于预定值时，在多个时间步长基于来自所述时间步长中选择的先前一个时间步长的阻抗参数估计阻抗参数。所述时间步长中选择的所述先前一个时间步长可以是所述差小于或等于预定值的最近的时间步长。所述至少一个控制器还可以被配置为：基于电池单元的等效电路模型来估计阻抗参数和所估计的电池单元电压。所述至少一个控制器还可以被配置为；还响应于在预定数量的时间步长内所述差指示电压改变不同于通过测量的电流的改变指示的预期电压改变，输出诊断标志。
一种电池电压估计的方法包括：在多个时间步长通过控制器测量电压；当测量的电压和基于阻抗参数估计值的估计的电压之间的差的幅值小于或等于预定值时，基于阻抗参数估计值输出估计的电压；当所述差的幅值大于预定值时，基于来自所述时间步长中选择的先前一个时间步长的阻抗参数输出估计的电压。所述方法还可以包括：响应于在预定数量的时间步长内所述差的幅值大于预定值而输出诊断标志。当所述差的幅值小于或等于预定值时，阻抗参数估计值可以基于测量的电压。所述方法还可以包括：测量电池电流，其中，当所述差的幅值小于或等于预定值时，阻抗参数估计值还基于测量的电池电流。所述方法还可以包括：当所述差的幅值大于预定值并且所述差指示电压改变不同于通过电池电流的改变指示的预期电压改变时，基于来自所述时间步长中选择的所述先前一个时间步长的阻抗参数估计值输出估计的电压。所述时间步长中选择的所述先前一个时间步长可以是所述差的幅值小于或等于预定值的时间步长中的最近的一个时间步长。所述方法还可以包括：基于电池的等效电路模型在所述多个时间步长估计阻抗参数并估计电压。所述方法还可以包括：响应于以下情况中的至少一种而输出诊断标志：在放电期间，在预定数量的时间步长内电池开路电压小于测量的电压；在充电期间，在预定数量的时间步长内电池开路电压大于测量的电压。
附图说明
图1是示出了典型的动力传动***和储能组件的混合动力车辆的示图。
图2是由多个电池单元组成并由电池能量控制模块监测和控制的可能的电池组布置的示图。
图3是示例的电池单元等效电路的示图。
图4是示出对于典型的电池单元的可能的开路电压(Voc)相对于电池荷电状态(SOC)的关系的曲线图。
图5是示出电流和测量的电压随时间的可能的性能的曲线图。
图6是示出在从图5的曲线图选择的时间间隔内的电流和测量的电压的可能的性能的曲线图。
图7是示出用于检测电压测量诊断的操作的可能的顺序的流程图。
图8是示出用于诊断电压测量条件的可能的***的框图。
具体实施方式
根据需要，将本发明的详细实施例公开于此；然而，将要理解的是，所公开的实施例仅是本发明的可以以各种方式和替换方式实施的示例。附图不必然按比例绘制；一些特征可以被夸大或缩小以示出特定组件的细节。因此，在此所公开的特定结构性和功能性细节不被解释为是限制性的，而仅作为用于教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的典型性基础。
在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅为示例，并且其他实施例可采用多种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可放大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的是，参照任一附图示出和描述的多种特征可与一个或更多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和修改可期望用于特定应用或实施。
图1描绘了典型的插电式混合动力电动车辆(HEV)。典型的插电式混合动力电动车辆12可以包括机械地连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14可以能够作为马达或发电机运转。另外，混合动力传动装置16机械地连接到发动机18。混合动力传动装置16还机械地连接到驱动轴20，驱动轴20机械地连接到车轮22。当发动机18开启或关闭时，电机14可以提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且能够通过回收在摩擦制动***中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济效益。通过允许发动机18以更有效的速度运转并允许混合动力电动车辆12在特定状况下随着发动机18关闭而以电动模式运转，电机14还可以减少车辆排放。
牵引电池或电池组24储存可以被电机14使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压DC输出。牵引电池24电连接到一个或更多个电力电子模块。一个或更多个接触器42在断开时可以使牵引电池24与其他组件隔离，并在闭合时使牵引电池24连接到其他组件。电力电子模块26还电连接到电机14，并且提供在牵引电池24和电机14之间的双向传输能量的能力。例如，典型的牵引电池24可以提供DC电压，而电机14可以使用三相AC电流以运转。电力电子模块26可以将DC电压转换为被电机14使用的三相AC电流。在再生模式下，电力电子模块26可以将来自用作发电机的电机14的三相AC电流转换为被牵引电池24使用的DC电压。在此的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可以是连接到电机14的齿轮箱，并且发动机18可以不存在。
牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还可以提供用于其他车辆电气***的能量。车辆可以包括DC/DC转换器模块28，DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换为与其他车辆负载兼容的低电压DC供应。其它高电压电力负载46(诸如压缩机和电加热器)可以直接连接到高电压而不使用DC/DC转换器模块28。电力负载46可以具有适时运行电力负载46的关联的控制器。低电压***可以电连接到辅助电池30(例如，12V电池)。
车辆12可以是电动车辆或插电式混合动力车辆，其中，牵引电池24可以通过外部电源36被再充电。外部电源36可以连接到电插座。外部电源36可以电连接到电动车辆供应设备(EVSE)38。EVSE 38可以提供电路和控制，以调节并管理在电源36和车辆12之间的能量的传输。外部电源36可以向EVSE 38提供DC电力或AC电力。EVSE 38可以具有用于***到车辆12的充电端口34中的充电连接器40。充电端口34可以是被构造为将电力从EVSE38传输到车辆12的任何类型的端口。充电端口34可以电连接到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可以调节从EVSE 38供应的电力，以向牵引电池24提供合适的电压电平和电流电平。电力转换模块32可与EVSE38进行接口连接，以协调向车辆12的电力传输。EVSE连接器40可具有与充电端口34的相应凹槽匹配的插脚。可选择地，被描述为电连接的各种组件可以使用无线电感耦合来传输电力。
一个或更多个车轮制动器44可以被提供以用于使车辆12减速并防止车辆12的运动。车轮制动器44可以是液压驱动的、电力驱动的或是它们的一些组合。车轮制动器44可以是制动***50的一部分。制动***50可以包括协同运行以操作车轮制动器44的其他组件。为了简洁，附图描绘了在制动***50和车轮制动器44之一之间的一种连接。隐含了在制动***50和其他的车轮制动器44之间的连接。制动***50可以包括控制器以监测并协调制动***50。制动***50可以监测制动组件，并控制车轮制动器44以使车辆减速或控制车辆。制动***50可以响应于驾驶员命令，并也可以自主运行以实现诸如稳定性控制的功能。制动***50的控制器可以实现当被另一个控制器或子功能请求时应用请求的制动力的方法。
所讨论的各种组件可具有一个或更多个相关联的控制器，以控制并监测所述组件的操作。控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由离散的导体进行通信。另外，可以存在***控制器48，以协调各种组件的操作。
牵引电池24可以由各种化学配方构建。典型的电池组化学组成可以是铅酸、镍-金属氢化物(NIMH)或锂离子。图2示出了N个电池单元72的简单串联构造形式的典型的牵引电池组24。然而，其他的电池组24可以由串联或并联或者它们的一些组合连接成的任意数量的单独的电池单元组成。典型的***可以具有一个或更多个控制器，诸如监测并控制牵引电池24的性能的电池能量控制模块(BECM)76。BECM 76可以监测若干个电池组的水平特性，诸如电池组电流78、电池组电压80和电池组温度82。BECM 76可以具有非易失性存储器，使得当BECM 76处于断电状态时数据可以被保留。保留的数据可以在下一个点火循环时被使用。
除了电池组的水平特性之外，还可以存在被测量并监测的电池单元72的水平特性。例如，可以测量每个电池单元72的端电压、电流和温度。***可以使用传感器模块74测量电池单元72的特性。根据容量，传感器模块74可以测量一个或多个电池单元72的特性。电池组24可以利用多达Nc个传感器模块74来测量每个电池单元72的特性。每个传感器模块74可以将测量值传输到BECM 76以进一步处理和协调。传感器模块74可以将模拟形式或数字形式的信号传输到BECM 76。在一些实施例中，传感器模块74的功能可以被合并到BECM 76内部。即，传感器模块74的硬件可以集成为BECM 76中的电路的一部分，并且BECM 76可以操控原始信号的处理。
可以使用电压传感器来测量电池单元72和电池组电压80。在传感器模块74和电池组电压测量电路80内的电压传感器电路可以包含各种电子组件，以测量电压信号并对电压信号进行抽样。测量信号可以被发送到BECM 76和传感器模块74内的模数(A/D)转换器的输入端以被转换为数字值。这些组件可能变成短路或断路而导致电压被不正确测量。此外，这些问题可能随时间间歇性地发生并出现在测量的电压数据中。传感器模块74、电池组电压传感器80和BECM 76可以包含电路以确定电压测量组件的状态。另外，BECM76或传感器模块74内的控制器可以基于期望的信号操作电平来执行信号边界检查。
可以通过对传感器模块74和电池组测量电路80的测量硬件进行查询(poll)来确定硬件传感器状态。例如，A/D转换器可以提供状态数据以指示转换处理的成功或失败。控制器76可以周期性地监测硬件状态，以确定是否存在妨碍可靠的信号转换的硬件问题。
可以利用电压测量的信号边界检查来诊断电池电压传感器问题。例如，可以限定测量的电压值的极限范围以诊断相对于电源和地的短路。每当电池单元电压或电池电压在该极限范围之外时，就可以设置诊断状态。这个方案趋向于对于检测相对于地和电源的短路而运行良好。然而，这个方案可能对于测量的电压会在值(例如，间歇性的电压尖峰(spike))的正常范围内的电压测量问题运行不良好。
信号边界检查是评定信号有效性的常用技术。测量电路可被设计以使极值通常不可能。电池单元电压测量值通常会被限制在电压的特定范围内。例如，边界检查电压范围可被限定在1.005伏特和4.995伏特之间。在该范围之外的电压测量值可以指示相对于地的短路或相对于电源的短路。当在预定时间段内电压测量值在特定范围之外时，控制器76可以指示诊断标志(diagnostic flag)。
这些方法的缺点在于，电压波动可能不会偏离到限定的边界检查电压范围之外。通过电阻相对于电源或地的短路的电池电压测量值可能落在有效的边界检查电压范围内。在不高于或不低于该范围的电压尖峰存在的情况下，将标识为没有问题并且不准确的电压数据会在控制器中被使用。这会导致不准确的荷电状态值或电池容量值。
可以将电池单元建模为电路。图3示出了一种可能的电池单元等效电路模型(ECM)。电池单元可以被建模为具有相关联的阻抗的电压源(Voc)100。阻抗可以由一个或更多个电阻(102和104)和电容106组成。Voc 100表示电池的开路电压。该模型可以包括内电阻r1102、电荷转移电阻r2104和双层电容C 106。电压V1112是内电阻102两端的由于电流114流过电路而产生的电压降。电压V2110是r2和C的并联组合的两端的、由于电流114流过该组合而产生的电压降。电压Vt 108是电池的端子两端的电压(端电压)。
由于电池单元的阻抗而使端电压Vt 108可与开路电压Voc 100不同。由于仅电池单元的端电压108可被测量，因此开路电压Voc 100会不易于测量。当足够长的时间段内没有电流114流动时，端电压108可与开路电压100相同。足够长的时间段可允许电池的内部动态达到稳定状态。当电流114流动时，Voc 100可能不易于被测量，并且Voc 100的值可基于图4所示的SOC来推断。参数值r1、r2和C可以是已知的或未知的。参数的值可以依赖于电池化学组成(chemistry)。
在电流和电压几乎恒定的稳态条件下，电容106可不影响电路运行。在这样的稳态条件下，等效电路模型的阻抗可以使用电阻式组件(102和104)来建模。可以将处于稳态条件的等效电阻值表示为作为r1102和r2104的总和的单个电阻值。
电池阻抗参数r1102、r2104和C 106可以随着电池的操作状态而变化。这些值可以根据电池温度的函数而变化。例如，电阻值r1102和r2104可以随着温度增大而减小，电容C106可以随着温度增大而增大。阻抗参数值还可以依赖于电池的荷电状态。
电池阻抗参数值r1102、r2104和C 106还可以随着电池的寿命而改变。例如，电阻(102、104)的值可以随着电池的寿命而增大。电阻的增大可以随着电池寿命而变化作为温度和荷电状态的函数。较高的电池温度可以引起电池电阻随着时间而较大地增大。例如，在一段时间之后，与在50℃下操作的电池的电阻相比，在80℃下操作的电池的电阻会增大较多。在恒定的温度下，与在50％的荷电状态下操作的电池的电阻相比，在90％的荷电状态下操作的电池的电阻会增大较多。这些关系可以依赖于电池化学组成。
对于典型的锂离子电池单元，在SOC和开路电压(Voc)之间存在关系，使得Voc＝f(SOC)。图4示出了将开路电压Voc示出为SOC的函数的典型曲线124。可以通过分析电池性能或者通过测试电池单元来确定SOC和Voc之间的关系。曲线124的准确形状可以基于锂离子电池的准确配方而变化。电压Voc由于电池的充电和放电而改变。
由于电池阻抗参数可以随时间和操作状态而改变，因此使用电池阻抗参数的恒定值的***会不准确地计算其他电池特性，诸如荷电状态。实际上，期望在车辆操作期间估计阻抗参数值，使得参数的改变将被持续计算。可以利用等效电路模型来估计电池的各种阻抗参数。
一种可能的模型可以是图3的等效电路模型。用于该等效模型的控制方程可以被写为：
Vt＝Voc-V2-r1*i (2)
其中，i是电流，是V2基于时间的导数。可以将提出的方法应用于单个电池单元和电池包二者。对于电池单元水平应用，变量Voc、Vt、V2、r1、r2和C可以是与电池单元相关的参数。对于电池组水平应用，这些变量可以是与电池组相关联的参数。例如，可以通过对各个电池单元的Voc值求和来获得电池组水平Voc。
参照图3的模型，各种值可以基于每个电池单元或基于整个电池组来测量。例如，可以针对牵引电池的每个电池单元来测量端电压Vt 108。由于相同的电流可以流过每个电池单元，因此可以针对整个牵引电池来测量电流I114。不同的电池组的构造可以使用不同的测量组合。可以针对整个电池组或针对每个电池单元来执行估计模型，然后电池单元的值可以被组合以得到整个电池组的值。
可以基于荷电状态来计算等式(2)中的Voc值。可以使用电流114的安培小时积分来导出荷电状态。然后可以基于图4从荷电状态值计算开路电压100。可以基于在电池已经休息足够量的时间之后读取的开路电压从图4找到初始荷电状态值。
阻抗参数值可以随时间而改变。一种可能的实施方式可以利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)来递归估计参数值。EKF是通过以下形式的等式控制的动态***：
xk＝f(xk-1，uk-1wk-1) (3)
zk＝h(xx，vk-1) (4)
其中：xk可以包括状态V2和其他电池ECM参数；uk是输入(例如，电池电流)；wk是过程噪声；zk可以是输出(例如，Voc-Vt)；vk是测量噪声。
用于针对等效模型的控制方程的一种可能的状态集可以如下地选择：
基于这样的状态的选择，可以以等式(6)和等式(7)的形式表示通过等式(1)和等式(2)控制的用于ECM模型的等式(3)和(4)的时间离散的对应状态空间方程。
h(xk，uk)＝x1(k)+x4(k)i(k) (7)
基于描述的***模型，观测器(例如，EKF)可被设计为估计扩展状态(x1、x2、x3和x4)。一旦估计出状态，则可以按照如下的状态的函数来计算电压和阻抗参数值(V2、r1、r2和C)：
完整的EKF等式集由时间更新等式和测量更新等式组成。EKF时间更新等式从先前的时间步长至当前的时间步长预测(project)状态和协方差估计值：
其中，表示xk的先验估计值；表示先验估计误差协方差矩阵；Ak表示f(x,u,w)相对于x的偏导数的雅可比矩阵；Pk-1表示最后步长的后验估计误差矩阵；表示矩阵Ak的转置矩阵；Wk表示f(x,u,w)相对于过程噪声变量w的偏导数的雅可比矩阵；Qk-1表示过程噪声协方差矩阵，表示矩阵Wk的转置矩阵。
可以通过由等式(14)限定的状态方程集构建矩阵Ak。在这种情况下，输入u可以包括电流测量值i。
测量更新等式利用测量值来校正状态和协方差估计值：
其中：Kk表示EKF增益；Hk表示h相对于x的偏导数的雅可比矩阵；为Hk的转置矩阵；Rk表示测量噪声协方差矩阵；Vk表示h相对于测量噪声变量v的偏导数的雅可比矩阵；zk表示测量的输出值；为Vk的转置矩阵。
在EKF模型中，可假定电阻和电容参数缓慢地变化并且导数近似于零。估计的目标可以为识别电路参数的时变值。在以上模型中，可以识别三个阻抗参数：r1、r2和C。更全面的模型可以将Voc额外估计为时变参数。其他的模型公式可以包含第二RC对，以表示缓慢的电压恢复动态(voltage recovery dynamics)和快速的电压恢复动态。这些公式可以增加模型中的状态的数量。
本领域的普通技术人员可以构建并实现EKF给出的模型等式集。上述的等式***是用于电池***的***模型的一个示例。其他公式是可行的，并且描述的方法将等同地良好应用于其它公式。
在以上示例中，i和Vt可以是测量的量。量Voc可以从可使用电流114的安培小时积分计算的荷电状态被导出。一旦估计出V2和r1，则电池端电压可以被估计为：
图5描绘了样品测量数据，其中，电压测量波动存在但保持在可接受的电压范围内。与测量的电池单元电压206随时间的对应的绘图202一起示出了电流204随时间的绘图200。绘图200、202可以描绘电池主要在放电的状态。注意的是，电压测量曲线206随着时间衰减。如所描绘的，随着电压测量值降至近似的阈值212之下，发生电压电平高于期望的电压电平的明显的电压测量波动210。注意的是，这些电压测量波动210可以随着时间重复(如突出显示的208)。电压测量波动210可能随着时间间歇性地发生并且不可被预测。电压测量波动210可以指示电池单元或相关联的电压测量电路的问题。电压测量波动210还可以指示电磁干扰问题。电压测量波动不限于增大。电压波动指示电压下降的类似的情况可以存在。
图6描绘了来自图5的绘图的小时间间隔。在时间范围的小部分内描绘电流224随时间的绘图216和测量的电压226随时间的对应的绘图218。使用这个时间标度，电压测量波动220、222较容易被识别。另外，注意的是，在电压测量波动220、222存在时，电流224是正向。通常，当电流是正向(电池正在向其他的负载供电或正在放电)并且正向电流的幅值增大时，测量电压不被预期增大。在当电池正在供电(例如，电流是正向或电池在放电)时电压测量值增加了大于预定电压的值的情况下，可以确定异常状态。如果这种异常状态存在，可通过电池控制器接收到不准确的电压测量值。从电压测量值计算出的结果电压值会不准确，导致车辆性能降低和电池寿命缩短。
可期望检测在边界检查电压范围内的错误的电压测量值的存在。例如，错误的电压测量值可由于间歇性的电压尖峰而产生。可以利用电池电流的测量值来进一步确认电压测量诊断状态的存在。可以通过与错误的电压测量值一致的非匹配电流行为来进一步确认电压测量诊断状态。例如，在电流测量值指示电池正在随着增大放电电流幅值而放电或正随着减小充电电流幅值而被充电的同时，指示电压增大的电压测量值可以指示不一致的电压测量值。作为另一示例，在电流测量值指示电池正在随着减小放电电流幅值而放电或正随着增大充电电流幅值而被充电的同时，指示电压减小的电压测量值也可以指示不一致的电压测量值。
可以利用电池的开路电压Voc与电池端电压Vt的比较来进一步确认电压测量诊断状态的存在。如果在电池正在被充电(例如，电池正在从外部电源接受电力)时Voc至少大于Vt预定量，或者如果在电池正在放电(例如，电池正在向电力负载供电)时Voc至少小于Vt预定量，则可以进一步确认电压测量诊断状态。在放电期间，可以预期电池开路电压大于端电压。在充电期间，可以预期电池开路电压小于端电压。
当由于异常的硬件状况而怀疑电压测量问题时，电池测量诊断功能可以试图对这些范围内的无效的电压测量值进行表征，并设置诊断标志。通过允许一些电压波动但不超过预定数量，诊断功能可以防止虚假指示。当检测到的电压波动的数量超过预定数量时，可以输出诊断标志。
图7描绘了用于电池测量诊断***300诊断电池电压传感器问题的可能的流程图。上述EKF或一些其他的估计方案可以在控制器中被实施并用于产生阻抗参数估计值。在诊断电压测量问题中的第一步骤302可以用于检查估计模型是否收敛。这可以指示参数估计值接近于真实值。可以通过将模型输出与测量的值进行比较来检查收敛。如果经过预定的时间段，在模型输出和测量的值之间的差的幅值低于预定值，则估计值可以被认为已收敛。例如，可以使用测量的端电压和估计的端电压。
如果参数估计值已收敛，则可以从阻抗参数估计值计算估计的端电压(304)。可以根据使用来自EKF的估计的状态的等式(18)计算电池单元或电池组的端电压。Voc的值可以被得出作为SOC的函数或可以被估计为估计模型的一部分。
在测量的端电压和估计的端电压之间的差的幅值可以被计算并与阈值进行比较(306)。如果所述差的幅值大于预定阈值e_max，则异常的电压测量可存在。在这种情况下，可以更新诊断估计器θ(308)。诊断估计器可以是积累时间步长的数量的计数器，在所述时间步长中，所述差的幅值超过预定幅值。每当所述差的幅值大于预定阈值e_max时，诊断估计器可以递增。诊断估计器可以保持对所述差的幅值超过预定阈值的时间步长的数量的累加计数。可选择地，当所述差的幅值小于或等于预定阈值时，诊断估计器可以递减或重置。
可以以如下的等式形式来表达更新过程。
其中，
可以将诊断估计器θ与阈值进行比较(310)。当诊断估计器θ大于校准值E时，可以报告电池电压测量诊断标志(310)。电压测量诊断标志可被用于向操作者提醒存在问题。电压测量诊断标志还可以触发在非易失性存储器中的诊断代码的存储以便随后检索。
诊断估计器可以基于差而递增，所述差指示电压的改变不同于基于电流的改变的预期的电压的改变。例如，在正常状态下，增加的充电电流(例如，流入电池的电流)或减少的放电电流(例如，从电池流出的电流)可以引起上升的电压。测量的电流可以实际指示减小的充电电流或增加的放电电流。可以通过电压差和测量的电流的非匹配行为使针对诊断估计器的递增条件符合。当电压的改变和电流测量值的改变不匹配时，更有可能存在电压测量诊断状况。
诊断估计器还可以基于针对预定时间步长的电池开路电压和电池端电压之间的失配而递增。例如，当电池正在放电并且开路电压小于端电压时，诊断估计器可以递增。当电池正在充电并且开路电压大于端电压时，诊断估计器也可以递增。
当诊断估计器θ还未大于校准值E时，电池电压估计可以继续运行。在这种情况下，***可以固定阻抗参数值(312)，而不是使用来自当前的时间步长的阻抗参数估计值。***可以将阻抗参数值固定为来自选择的先前的时间步长的阻抗参数值，在选择的先前的时间步长中，差的幅值小于或等于预定阈值。选择的先前的时间步长可以是差的幅值小于或等于预定阈值的最近的时间步长。用于估计V2的EKF等式可以表达为：
其中，值n是大于或等于零的整数，使得
控制器可以使用来自最后的执行间隔的估计的阻抗参数值，在所述执行间隔中，电压测量未呈现任何的电压测量诊断状态。在电压测量诊断状态下，因为由于异常的电压测量使得估计阻抗参数的任何尝试可能不准确，所以阻抗参数可以被暂时冻结。除了冻结所述值之外，***可以暂时暂停执行参数估计算法。
如果差的幅值小于或等于预定阈值e_max，则电压测量可以正确地运行。在这种情况下，***可以继续如描述的使用EKF估计阻抗参数(314)。可以使用EKF估计参数，并可以使用估计的阻抗参数来估计电压。
在控制器被加电的同时，描述的逻辑可以被执行。控制器断电状态可以被检查(316)。在点火循环(例如，钥匙在点火器中(key in ignition))期间，控制器可以被视为被加电。此外，电池控制器可以在其他的状态下运行，加电状态可以被视为电池控制器活跃的任意时间。当电池控制器已经断电时，逻辑可以停止执行(320)。
图8描绘了电池电压测量诊断***400的框图。***可以实施扩展卡尔曼滤波器408来估计阻抗参数和***电压。滤波器中的输入可以是SOC 410、电池温度412、测量的电池电流414和电池电压测量值416。电池电压测量值416可以是电池单元电压或整个电池组的电压。附加的输入426可以是指示在当前的时间步长期间阻抗参数不应被更新的输入。附加的输入426还可以指示阻抗参数应该被固定在先前值。滤波器408的输出418可以是估计的阻抗参数和估计的***电压。这些值可以被输入到可以输出电池或电池单元的端电压(420)的电压估计器402。求和元件404可以提供作为估计的电压和测量的电压之间的差的输出(422)。然后可以如先前描述地处理所述差(406)。所述差的幅值可以与预定阈值进行比较。如果在大于预定时间或大于预定数量的时间步长内，所述幅值在预定阈值之上，则可以输出电压测量诊断(424)。另外，当所述幅值大于预定阈值时，可以输出输出信号(426)以将阻抗参数固定在先前值。
当在电压测量中存在异常时，描述的方案可以通过呈现参数估计来改善参数估计方案的性能。通过现有的诊断功能不容易检测诸如电压测量尖峰的状况。可以在控制器中利用附加的硬件元件来实施检测方案。可以通过这个电压测量的附加处理来提高车辆和电池的性能。
尽管在上面描述了示例性实施例，但是这些示例性实施例并不意在描述本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。另外，可组合多种实施方式的实施例的特征，以形成本发明的进一步的实施例。
Claims (5)
1.一种车辆，包括：
牵引电池，包括多个电池单元；以及
至少一个控制器，
其特征在于，所述至少一个控制器被配置为：(i)当测量的电压和基于阻抗参数估计的电压之间的差的幅值小于或等于预定值时，在多个时间步长基于测量的电压输出阻抗参数；(ii)当测量的电压和基于阻抗参数估计的电压之间的差的幅值大于预定值时，基于来自所述时间步长中选择的先前一个时间步长的阻抗参数估计值输出阻抗参数。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被配置为：响应于在大于预定数量的时间步长内，测量的电压和基于阻抗参数估计的电压之间的差的幅值大于预定值，而输出诊断标志。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述时间步长中选择的所述先前一个时间步长是测量的电压和基于阻抗参数估计的电压之间的差的幅值小于或等于预定值的最近的时间步长。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被配置为：还基于测量的电流输出阻抗参数。
5.根据权利要求4所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被配置为：当所述幅值大于预定值并且所述差指示电压改变不同于通过测量的电流的改变指示的预期电压改变时，基于来自所述时间步长中选择的所述先前一个时间步长的阻抗参数估计值输出阻抗参数。
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