CN114954012A - 采用基于单元因子来确定电池极限的方法的电气化动力系 - Google Patents

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Abstract

一种用于调整电池组的使用水平的方法，包括使用单元感测电路测量每个相应电池单元的单元感测数据，该单元感测数据包括单元电压、电流和温度。该方法包括通过控制器的多个电池状态函数来处理每个相应电池单元的单元感测数据，以生成数值单元劣化值（CDV）。电池状态函数是单元感测数据与预定电池故障状况的校准关系。此后，该方法包括在电池组操作期间，基于数值CDV，经由控制器自动调整电池组的使用水平。一种电动动力系***包括电池组、单元感测电路、旋转电机和被构造成执行上述方法的控制器。

Description

采用基于单元因子来确定电池极限的方法的电气化动力系
引言。
背景技术
旋转电机用于在许多移动和固定机电***的不同操作模式期间生成或接收扭矩。例如，电池电动车辆和混合电动车辆的电气化动力系包括至少一个电力推进马达，其输出轴联接到驱动轴。若干个电动推进马达可以用在其他构造中，以单独为不同的驱动轴和/或车轮提供动力。在再生模式期间，电机可以作为发电机操作，以捕获动能并将动能转换成充电电流，例如，以对高压推进电池组进行再充电。除了能够以这种方式充电之外，在一些构造中，推进电池组还可以通过非车载充电器、使用车载太阳能电池面板/太阳能电池单元或其他可能的充电技术来充电。
为了在典型的汽车应用中激励电动推进马达，上述电池组可以用作连接到DC电压总线的车载直流(DC)电源。当电动推进马达是单相或多相/交流(AC)装置时，功率逆变器模块的DC侧连接到DC电压总线，功率逆变器模块的AC侧连接到电力推进马达。功率逆变器模块的高速切换控制生成适合于激励相绕组的AC输出电压。在再生模式期间，AC输入电压馈送到功率逆变器模块中，其中内部切换操作为电池组提供DC输出电压。
典型的推进电池组由应用合适数量的电化学电池单元构成，在其内，充电的电极箔浸入电解质材料中。组成电池组单元的暴露的单元接线片以不同的构造以串联或并联的方式导电连结，以提供期望的DC输出电压。然而，在电池组操作寿命的某一点处，给定的电池单元可能表现出间歇性或持续性的内部电短路状况或其他故障。这种故障状况可能不容易与原本健康的老化电池的电行为区分开，并且因此在驱动性能和操作寿命方面，反应控制策略可能不太理想。
发明内容
本文公开了用于控制机动车辆或具有电气化动力系的其他移动平台上的高压推进电池组的充电或放电操作的***、相关联的控制逻辑和方法。如本领域中所理解的，检测高压推进电池组中的电短路或其他故障状况（甚至是瞬时性质中的一种）常常导致作为反应控制动作的充电或放电模式的抑制。在故障得到修复之前，机动车辆可能会变得无法操作，或者实际上无法操作。但是，旧的车辆可能不值得修理，这会大大降低残值。因此，本策略使得操作者能够通过自动区分和表征电短路状况、并随后根据这种表征确定对应的充电或放电电池极限来潜在地延长电池组/机动车辆的可使用寿命。
特别地，本公开设想了计算机可执行方法的实施方式，当在机动车辆上执行时，该方法自动调整电池使用极限以延长电池可用性和寿命。例如，降低电荷终止极限可能会降低存储的总能量，以及劣化的单元两端的电压电势。因此，降低充电终止极限的行为可以是延迟修复的长期方法，至少直到内电阻降低到不可能或不容许继续操作的点。
部分地基于电池组的组成电池单元的估计状态的使能策略旨在随着电池组老化和/或开始失效、但尚未实际达到其最终寿命终点来提高车辆可用性。所公开的方法密切监视电池单元行为，以便确定各个单元健康的指示，并且然后确定用于保持电池寿命并维持电池组操作的可用阈值。本方法可以单独使用，或者作为整体电池充电/电池控制仲裁策略的一部分使用，该策略还包括用于确保期望的电池寿命延长和能量利用的其他因子。
在非限制性示例性实施例中，本文描述了一种用于调整具有多个电池单元的电池组的使用水平的方法。该实施例中的方法包括使用单元感测电路测量电池单元的每个相应一者的单元感测数据。单元感测数据包括单元电压、电流和温度。该方法还包括通过控制器的多个电池状态函数来处理每个相应电池单元的单元感测数据。以这种方式，控制器生成多个数值电池劣化值（CDV），如本文详细描述的。电池状态函数是单元感测数据与预定电池故障状况的校准关系。作为该方法的一部分，控制器此后基于数值CDV在电池组操作期间自动调整电池组的使用水平。
预定的电池故障状况可随着预期的最终用途/应用而变化。在可能的实施例中，电池故障状况包括相应电池单元内的间歇性或持续性电短路状况。在这样的实施例中，电池状态函数可以包括指示间歇性或持续性电短路状况的电短路功能。
替代地或同时地，预定的电池故障状况可以包括相应电池单元的活性材料镀层，其中电池状态函数可能包括指示活性材料镀层水平的镀层函数。其他电池故障状况可以包括相应电池单元的降低的能量保持容量，在这种情况下，电池状态函数可以包括指示降低的能量保持容量的容量函数。除了对容量降低做出反应之外，本方法还可以在可能的情况下修改控制极限，以便保护容量，例如，在确定极限时使用导航/路线规划信息作为输入。
同样可以使用各个电池单元的升高或降低的温度，电池状态函数可能包括指示升高或降低的温度的温度函数。还有其他预定的电池故障状况可以包括相应电池单元的电解质泄漏状况，电池状态函数包括指示电解质泄漏状况的电解质泄漏函数。
在本方法的一些实施例中，自动调整电池组的使用水平可以包括在电池组的充电操作期间修改电池组的校准充电极限和/或热极限，和/或在电池组的放电操作期间修改电池组的校准放电极限和/或热极限。
例如，控制器可以通过自动修改非车载充电站和/或车载太阳能电池面板的充电行为来自动调整电池组的使用水平。
通过电池状态函数处理单元感测数据可以任选地包括通过控制器的仲裁逻辑块处理单元感测数据和上述机动车辆的至少一个附加动力系控制因子。在这种构造中，自动调整电池组的使用水平可以包括经由仲裁逻辑块为多个电池状态函数中的每个相应一者和附加动力系控制因子分配相对权重。
作为示例，附加动力系控制因子可以包括电动动力系的寿命建模极限、能量/再生优化极限和/或基于导航/路线规划的极限。
本文还公开了一种电气化动力系***。在示例性实施例中，动力系***包括具有多个电池单元和单元感测电路的电池组，单元感测电路被构造成测量每个电池单元的单元感测数据。另外，该实施例中的动力系***包括电连接到电池组的旋转电机。电池组被构造成在放电模式下向旋转电机供应电能，并在充电模式下接收电能，例如从非车载充电站、车载太阳能电池面板/***或电机接收电能。作为动力系***的一部分，控制器与单元感测电路和旋转电机通信，控制器被构造成执行上述示例性方法。
本发明提供了以下技术方案：
1. 一种用于调整具有多个电池单元的电池组的使用水平的方法，所述方法包括：
使用单元感测电路测量所述电池单元中的每个相应一者的单元感测数据，所述单元感测数据包括单元电压、单元电流和单元温度；
通过控制器的多个电池状态函数处理所述多个电池单元中的每个相应电池单元的单元感测数据，以由此生成多个数值电池单元劣化值（CDV），其中，所述多个电池状态函数是所述单元感测数据与预定电池故障状况的校准关系；以及
在所述电池组操作期间，基于数值CDV，经由所述控制器自动地调整所述电池组的使用水平。
根据技术方案1所述的方法，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元内的间歇性或持续性电短路状况，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示所述间歇性或持续性电短路状况的电短路函数。
根据技术方案1所述的方法，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元的活性材料镀层，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示所述活性材料镀层水平的镀层函数。
根据技术方案1所述的方法，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元的降低的能量保持容量，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示降低的能量保持容量的容量函数。
根据技术方案1所述的方法，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元的升高或降低的温度，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示升高或降低的温度的温度函数。
根据技术方案1所述的方法，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元的电解质泄漏状况，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示所述电解质泄漏状况的电解质泄漏函数。
根据技术方案1所述的方法，其中，自动调整电池组的使用水平包括在电池组的充电操作期间修改所述电池组的校准充电极限、充电速率和/或热极限。
根据技术方案1所述的方法，其中，自动调整电池组的使用水平包括在电池组的放电操作期间修改所述电池组的校准放电极限和/或热极限。
根据技术方案1所述的方法，其中，在电池组的操作期间自动调整电池组的使用水平包括在电池组的充电操作期间修改非车载充电站和/或车载太阳能电池面板的充电行为。
根据技术方案9所述的方法，其中，通过所述多个电池状态函数处理所述单元感测数据包括通过所述控制器的仲裁逻辑块来处理所述单元感测数据和所述机动车辆的至少一个附加动力系控制因子，并且其中，自动调整所述电池组的使用水平包括经由所述仲裁逻辑块为所述多个电池状态函数中的每个相应一者和所述附加动力系控制因子分配相对权重。
根据技术方案10所述的方法，其中，所述附加动力系控制因子包括机动车辆的寿命建模极限、能量/再生优化极限或基于导航/路线规划的极限。
一种电动动力系***，包括：
电池组，其具有多个电池单元和单元感测电路，所述单元感测电路被构造成测量所述电池单元中的每个相应一者的单元感测数据；
旋转电机，其电连接到所述电池组，其中，所述电池组被构造成在放电模式下向所述旋转电机供应电能，并且在充电模式下从所述旋转电机、非车载充电站和/或太阳能电池面板接收电能；和
控制器，其与所述单元感测电路和所述旋转电机通信，其中，所述控制器被构造成：
从所述单元感测电路接收所述电池单元中的每个相应一者的单元感测数据，所述单元感测数据包括单元电压、单元电流和单元温度；
通过多个电池状态函数处理所述多个电池单元中的每个相应电池单元的单元感测数据，以由此生成多个数值电池单元劣化值（CDV），其中，所述多个电池状态函数是所述单元感测数据与预定电池故障状况的校准关系；并且
基于数值CDV在电池组操作期间自动调整所述电池组的使用水平。
根据技术方案12所述的电动动力系***，其中，所述预定电池故障状况包括所述相应电池单元内的间歇性或持续性电短路状况，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示所述间歇性或持续性电短路状况的电短路功能。
根据技术方案12所述的电动动力系***，其中，所述预定电池故障状况包括所述相应电池单元的活性材料镀层状况和/或电解质泄漏状况，并且其中，所述多个电池状态函数包括分别指示所述活性材料镀层状况水平的镀层函数和/或指示所述电解质泄漏状况的电解质泄漏函数。
根据技术方案12所述的电动动力系***，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元的降低的能量保持容量，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示降低的能量保持容量的容量函数。
根据技术方案12所述的电动动力系***，其中，自动调整电池组的使用水平包括在电池组的充电周期期间使用非车载充电站和/或车载太阳能电池面板修改电池组的校准充电极限、充电速率和/或热极限。
根据技术方案12所述的电动动力系***，其中，所述控制器被构造成通过仲裁逻辑块处理所述单元感测数据和至少一个附加动力系控制因子，并且通过经由仲裁逻辑块为所述多个电池状态函数中的每个相应一者和所述附加动力系控制因子分配相对权重来部分地自动调整所述电池组的使用水平。
根据技术方案12所述的电动动力系***，其中，所述至少一个附加动力系控制因子包括寿命建模极限和/或能量/再生优化极限。
根据技术方案12所述的电动动力系***，其中，所述旋转电机是用于机动车辆的电力推进马达，并且其中，所述附加动力系控制因子包括基于导航/路线规划的机动车辆极限，在所述极限中，完全充电被延迟，直到达到优选的充电位置。
根据技术方案12所述的电力动力系***，其中，所述旋转电机是用于机动车辆的电力推进马达，并且其中，所述控制器被构造成自动识别充电终止极限（CTL）修改请求者，并且此后在其间仲裁所述CTL修改请求者。
当结合附图和所附权利要求时，本公开的上述和其他特征和优点将从实施例的以下详细描述和实施本公开的最佳模式中变得显而易见。
附图说明
图1是示例性机动车辆的示意图，该机动车辆具有电动动力系、高压推进电池组和被构造成执行本方法的控制器。
图2是图1所示控制器的代表性控制逻辑的示意图。
图3是描绘可在图1的机动车辆上使用的本方法的应用的示意性逻辑流程图。
图4是描述本方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
本公开容许许多不同形式的实施例。本公开的代表性示例在附图中示出，并且在本文中作为所公开原理的非限制性示例进行了详细描述。为此，在摘要、引言、发明内容和具体实施方式部分中描述的但在权利要求中没有明确阐述的元素和极限不应该通过暗示、推断或其他方式单独或共同地结合到权利要求中。
为了本说明书的目的，除非特别声明，单数的使用包括复数，且反之亦然，术语“和”和“或”应该是连接的和分离的，“任何”和“所有”应该都意味着“任何和所有”，词语“包括”、“包含”、“包含（comprising）”、“具有”等应该意味着“包括但不限于”。此外，近似词如“大约”、“几乎”、“基本上”、“一般”、“近似”等在此可以使用“在、接近或接近在”的意思，或者“在0-5%的范围内”，或者“在可接受的制造公差范围内”，或者它们的逻辑组合。
参考附图，其中相同的附图标记指代相同的部件，图1示意性地描绘了具有电气化动力系***11的机动车辆10。电气化动力系***11包括高压推进电池组16，例如多单元锂离子、镍金属氢化物或另一种适合应用的电化学电池。在所示的示例性构造中，机动车辆10还包括连接到一组车轮14的车身12，其中推进电池组16在合适位置处安装到车身12，诸如在代表性的低轮廓/平面布置中的底板面板(未示出)下方。
本文设想的电气化动力系***11还包括用控制逻辑50L和150L编程的控制器(C)50，控制逻辑50L和150L用于执行实施方法100的指令。下面分别参考图2和3描述控制逻辑50L和150L的代表性实施例，而方法100的示例性实施例在图4中示出。如下文详细描述的，方法100的执行允许控制器50密切监视推进电池组16的电池单元行为，以便表征其单个单元的健康状况，并且然后确定用于保持推进电池组16的寿命和维持其操作的可用阈值。如上所述，本解决方案可以单独使用，或者作为整体电池充电/电池控制仲裁策略的一部分使用，该策略还包括用于确保期望的电池寿命延长和能量利用的其他因子。
就推进电池组16的充电而言，在各种实施例中，机动车辆10及其电气化动力系***11可被构造成在再生事件期间向推进电池组16提供充电电流，即，通过在制动期间捕获动能并使用该动能来给旋转电机18或作为发电机的另一合适装置供电。推进电池组16也可以经由非车载充电站23充电，例如本领域中公知的直流(DC)快速充电站或家用充电插座。机动车辆10也可以配备有一个或多个太阳能电池面板26，从而使得机动车辆10能够产生车载充电电流。因此，各种充电方案和相关联的极限是作为本策略的一部分在本文中考虑的因子，如下详述。
如图1的简化示例性实施例中所描绘的机动车辆10包括旋转电机18的交流(AC)实施例。尽管旋转电机18作为马达-发电机单元就其能力而言既能够驱动又能够产生功能，但是为了简单起见，旋转电机18在下文中被称为牵引马达18。牵引马达18的相绕组19电连接到功率逆变器模块20，功率逆变器模块20进而包括直流(DC)链路电容器21(CL)或与之并联连接。功率逆变器模块20连接到DC电压总线25，其中链路电容器21连接在DC电压总线25的正(+)和负(-)轨之间，如图所示。
如本领域中所理解的，诸如代表性功率逆变器模块20的功率逆变器包括半导体开关管芯22，例如所示的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBTS)、可控硅整流器(SCR)、晶闸管等，它们布置在名义的顶部和底部位置中。因此，图1中所示的牵引马达19的每个电相具有对应的顶部/高/正和底部/低/负开关对。牵引马达18在图1的非限制性实施例中被实施为三相装置，并且因此功率逆变器模块20具有三相引线19，如图所示。可以在本公开的范围内设想单相实施例以及具有多于三相的实施例，并且因此牵引马达18和对应相的数量将随着机动车辆10或另一移动平台的预期应用和构造而变化。
电机18的主要扭矩功能经由来自控制器(C) 50的控制信号(箭头CCO)实时调节。用于实施根据本公开的控制策略的指令被实施为方法100，其示例将在下面参考图3进行解释。这种指令可以被记录在控制器50的存储器(M)中，并由其一个或多个处理器(P)执行，以提供本文描述的益处。
图1中未描绘的其他部件可以包括在电气化动力系***11中，诸如但不限于DC-DC转换器和辅助电池。如上所述，辅助电压电平通常为12-15V，并且因此如本领域所理解的，DC-DC转换器可通过内部开关操作和信号滤波来操作，以从DC电压总线25接收相对高的DC电压，并向辅助电池输出较低的辅助电压。因此，牵引马达18只是机动车辆10上可能需要从推进电池组16释放电能的若干个装置之一。
作为本方法100的一部分，控制器50确定用于控制高压推进电池组并且特别是用于最大化其可用性和寿命的电池极限。虽然术语“高压”是相对于上述典型的12-15V辅助/低电压电平而言的，并且因此“高压”可能需要超过其的电压电平，但是本文设想的类型的示例性混合动力电动车辆或全电池电动车辆推进应用可能需要推进电池组16具有例如300伏或更高的电压能力。
在本公开的范围内，控制器50确定图1的推进电池组16的组成电池单元的健康状态，并基于此进行充电/放电极限调节。作为方法100的结果，随着推进电池组16老化或开始失效，车辆可用性预计会增加。因此，当确定用于保持推进电池组16的寿命和维持期望操作的可用阈值时，方法100基于控制器50对单个单元行为的实时监控。
因此，控制器50被构造成使用本领域中已知类型的单元感测电路(CSC) 40来测量推进电池组16的电池单元16C中的每个相应一者的单元感测数据(箭头CC16)，其中单元感测数据(箭头CC16)包括单元电压、单元电流和单元温度，或者作为单独的数据流，或者作为到控制器50的一组输入信号(箭头CCI)的一部分。如本领域中所理解的，电阻和其他可能的值可以从这样的示例性数据中导出，并且因此被包括在该组输入信号(箭头CCI)的范围内。
作为控制器50的一般功能的一部分，在放电模式期间，其中来自推进电池组16的电能被引导至牵引马达18的单独相绕组19，控制器50接收输入信号(箭头CCI)，该输入信号进而共同指示总功率需求，例如驾驶员请求和/或自主确定的输出扭矩或速度请求。控制器50然后根据一组电池控制极限(例如电压、电流和温度极限)来使推进电池组16放电。
为描述简单起见，如本文使用的术语“控制器”可以包括一个或多个电子控制模块、单元、处理器及其相关联的硬件部件，例如专用集成电路(ASIC)、片上***(SoC)、电子电路和提供编程功能所需的其他硬件。控制器50可以实施为响应于输入信号(箭头CCI)的一个或多个电子控制单元或计算节点。控制器50包括专用数量和类型的存储器(M)和一个或多个处理器(P)，例如微处理器或中央处理单元，以及其他相关联的硬件和软件，例如数字时钟或定时器、输入/输出电路、缓冲电路等。
参考图2，以逻辑块B52和B54的形式示意性地示出了控制逻辑50L，其可以被实施为电子硬件和对应软件的组合，以提供所描述的功能。在所示的构造中，例如，逻辑块B52可以从图1所示的单元感测电路40接收单元感测数据(箭头CC16)，包括单元电压、温度和电流以及可能的其他值。通过第一组函数F(x)1来处理单元感测数据(箭头CC16)，以生成N个不同的输出信号(CC52)，其在本文中充当如下所述的方法100的上下文中的数字单元劣化值或CDV。在图2的非限制性说明性实施例中，为了说明清楚，这样的输出信号(CC52)被单独标记为52(1)、52(2)、…、52(N)。
虽然第一组函数F(x)1可以随着预期的最终用途和应用而变化，但是一个或多个所示的示例输出信号(CC52)可以用于典型的推进应用。例如，输出52(1)和52(2)可以分别对应于由控制器50在预定间隔内观察和计数的间歇性软短路和硬短路的数量。在这样的实施例中，输出52(3)和52(4)可以对应于观察到的这种间歇性短状况的持续时间和幅度。同样，输出52(5)和52(6)可以用于跟踪持续性软短路和持续性硬短路，其中输出52(7)可能对应于后者的幅度。附加输出52(8)和52(9)可以跟踪组成电池单元16C的容量和温度。
输出52(10)特别可以可能地是电池单元16C的估计镀层水平，例如使用基于时间的模型和/或基于公式的方法。如本领域所理解的，镀层响应于强充电或放电电流而发生。在镀层期间，活性材料沉积为固体膜，例如，当使用典型的锂离子电池组合物时，沉积为金属锂。给定电池单元16C上的镀层的存在，如果不加以处理，可能会导致诸如上述短路状况的电气故障，并且不利地影响推进电池组16的寿命、充电速率和耐用性。
在图2中名义上标记为52(N)的其他输出同样可以由逻辑块B52提供，包括例如来自给定电池单元16C的电解质泄漏水平。各种输出52(1)、52(2)、…、52(N)将再次随着应用而变化，并且因此所示的输出只是可以从单元感测数据(CC16)中的瞬时值和/或趋势检测或估计的一些可能的故障。
仍然参考图2，逻辑块B54包括第二组函数F(x)2，其被构造成从逻辑块B52接收输出信号(CC52)，并且此后生成用于控制图1的电气化动力系***11的控制信号(CC54)。因此，控制信号(CC54)是图1所示的更广泛的控制信号组(箭头CCO)的一部分。与逻辑块B54上游的逻辑块B52一样，控制信号(CC54)包括对应的一组输出，在这种情况下是输出54(1)、54(2)、……、54(N)。代表性输出54(1)和54(2)可以分别包括充电许可(“允许充电”)和充电极限。类似地，输出54(3)和54(4)可以对应于放电许可(“允许推进”)和推进极限，例如，在包括其他推进器的情况下，图1的牵引马达18和/或机动车辆10作为整体的扭矩和/或速度极限。输出54(5)可以分配热极限，诸如通过允许推进电池组16在降低的温度下进一步操作，作为附加的控制动作，这可以与热调节***(未示出)的流量控制一致。名义标记为54(N)(“其他极限”)的其他输出可以由逻辑块B54单独提供，或者除了代表性输出54(1)、54(2)、……、54(N)之外提供，并且因此图2的各种示例旨在说明本教导而非限制。
参考图3，控制逻辑150L以逻辑块B51、B52、B53和B54的形式示意性示出，其中逻辑块B52和B54大致参考图2描述。与逻辑块B52和B54一样，逻辑块B51和B53可以实施为电子硬件和对应软件的组合，以提供所描述的功能。在所示的构造中，逻辑块B51可以用作图1中示意性示出的单元感测板40的一部分，以测量各个电池单元16C，即16C(1)、……、16C(N)中的每一者的单元感测数据(箭头CC16)，如图所示。在典型的测量中，这种单元感测数据(箭头CC16)可以包括对应的单元电压、单元电流和单元温度，以及可能的其他测量特性。单元感测数据(箭头CC16)然后被传输到逻辑块B52。
在图2中更一般地示出的逻辑块B52提供了电池状态函数的集合组，当确定上述各种输出52(1)、……、52(N)时，各种功能可能经由对应的功能块B152-B552来实施。这些输出共同定义输出信号(箭头CC52)，其本身充当上述数字电池劣化值或CDV。例如，在简化的图3实施例中，逻辑块B52可以包括用于检测短路状况的专用功能块B152，以及用于检测电池单元16C的镀层的另一功能块B252。例如，功能块B152和B252可以观察电池电压和模式，然后将其与校准的性能表进行比较，以查看瞬时值或趋势是否指示这种故障状况。同样，单独的功能块B352可以处理单元感测数据(箭头CC16)以检测温度状况，例如高于或低于预期的单元温度，而功能块B452可以中继校准的电池寿命约束，例如来自控制器50的存储器(M)。
在逻辑块B52的下游，逻辑块B53可以用于通过对应的函数单独处理一个或多个输出信号(CC52)。例如，功能块B153(“单元寿命/健康确定”)可以输出数值健康状态(SOH)，例如作为归一化值，其中0对应于完全耗尽或失效的电池单元16C，并且1对应于正常操作的新电池单元16C，而功能块B253(“寿命建模”)可以输出估计的剩余寿命(箭头L)。功能块B353(“能量/再生优化”)可以基于电池单元16C的当前状态（例如根据由当前状态通知的成本函数）提供优化值(箭头OPT)。当响应于信号(箭头CC53)采取某些控制动作时，逻辑块B54可以在下游使用这样的优化值。同样可以实施另一个功能块B453来考虑导航/路线规划期望，从而向逻辑块B54输出导航请求(箭头NAV)。就可能的导航功能而言，当可能时，本方法可以基于导航/路线规划信息来修改控制极限，以便保护容量，例如以满足这样的导航请求(箭头NAV)。
关于逻辑块B54，也在上面描述并在图3中描绘，控制器50的编程功能的这个方面针对在充电和放电操作两者期间仲裁图1的推进电池组16的使用。像其他代表性逻辑块B51、B52和B53一样，逻辑块B54可以构造有单独的功能块，即图3的简化示例中的B154、B254和B354。在该示例中，功能块B154可用于在图1的电气化动力系***11上强制推进极限，诸如通过设置较低的最大扭矩或速度极限来考虑如由逻辑块B52在上游分析的状态。因此，功能块B154在放电模式期间起作用，以保护推进电池组16，同时相对于通过防止或严重减少推进操作来响应于检测到的短路状况的控制方法使得能够延长其使用。
图3的功能块B254类似于功能块B154，在充电模式期间起作用以强制充电电流或电压极限，或者根据需要减少或延长充电持续时间以保护推进电池组16。与功能块B154一样，功能块B254以相对于通过防止或严重减少充电操作来响应于检测到的短路状况的控制方法来扩展电池组16的使用的方式设置极限。功能块B354(“热极限”)可以通过调整电池组16的校准热最大/最小操作极限以类似的方式使用，这种控制动作可能包括控制热管理***(未示出)的操作，例如通过以较高的速率循环冷却剂通过推进电池组16以维持较低的电池温度。功能块B154、B254和B354的各种输出共同形成以上参考图3描述的控制信号(箭头CC54)，其最终用于控制图1的电气化动力系***11。
由图1所示的控制器50分别在图2和3的示例性控制逻辑50L和150L的帮助下执行的方法100因此需要使用图1的单元感测电路40来测量电池单元16C中的每个相应电池单元的单元感测数据(CC16)。如上所述并且如本领域中所理解的，对于每个相应的电池单元16C，单元感测数据(CC16)包括单元电压、单元电流和单元温度，它们可以使用对应的传感器迹线(未示出)来测量，例如安装到电池单元16C的暴露的电极接线片或其他合适的表面的印刷电路板的传感器迹线。
方法100包括例如使用图2和图3的逻辑块B52，通过控制器50的多个电池状态函数来处理每个相应电池单元16C的测量的单元感测数据(CC16)，以由此生成多个数值电池单元劣化值(CDV)，即输出信号CC52。在本公开的范围内，在图2中共同标记为F(x)1的多个电池状态函数是单元感测数据(CC16)与预定电池故障状况的校准关系，所述预定电池故障条件例如电短路状况的幅度和持续时间、电池单元16C的故障条件，例如电短路幅度、频率和持续时间、单元容量、单元温度、镀层估计和/或其他适合应用的特性。此后，控制器50在图1的推进电池组16的操作期间基于数值CDV自动调整推进电池组16的使用水平，诸如经由公式或基于阈值的调整和/或查找表辅助的控制动作，其至少在某种程度上用于延长电池组16的操作，而不管指示的故障状况如何。
控制器50采取的示例性控制动作包括在其充电操作期间修改推进电池组16的校准充电极限和/或热极限。类似地，控制器50可以在推进电池组16的放电操作（诸如驱动模式）期间修改推进电池组16的校准放电极限和/或热极限，诸如在驱动模式期间，图1的牵引马达18用于以扭矩或速度模式推进机动车辆10。
如上参考图2和图3所述，本公开范围内的预定电池故障状况可包括相应电池单元16C内的间歇性或持续性电短路状况，其中图2的逻辑块B52的多个电池状态函数可能包括指示间歇性或持续性电短路状况的电短路功能。这样的电池故障状况同样可以包括相应电池单元16C的活性材料镀层，在这样的实施例中，多个电池状态函数包括指示活性材料镀层水平的镀层函数。
电池故障状况的其他示例包括相应电池单元16C的降低的能量保持容量，其中逻辑块B52的多个电池状态函数包括指示降低的能量保持容量的容量函数。相应电池单元16C的温度升高或降低也可能是相关的故障状况，其中逻辑块B52的电池状态函数包括指示温度升高或降低的温度函数。也可以考虑其他故障状况，诸如相应电池单元16C的电解质泄漏状况，在这种情况下，电池状态函数可以包括指示电解质泄漏状况的电解质泄漏函数。
通过逻辑块B52的上述多个电池状态函数来处理单元感测数据(CC16)可以包括通过控制器50的仲裁逻辑块来处理单元感测数据(CC16)和图1所示的机动车辆10的至少一个附加动力系控制因子，该仲裁逻辑块可以驻留在图3的逻辑块B54内。在这样的示例性实施例中，控制器50可以通过经由仲裁逻辑块将相对权重分配给逻辑块B52的多个电池状态函数中的每个相应一者和附加动力系控制因子来自动调整电池组16的使用水平。作为示例而非限制，附加动力系控制因子包括寿命建模极限、能量/再生优化极限或基于导航/路线规划的电动动力系的改变或极限。也就是说，不是所有的修改本身都是限制。例如，由于即将发生或实际发生故障的早期警告，控制器50可以仅转向2级充电器对3级充电器，或者控制器50可以使用不同的路径来路由以到达不同的充电源。这种付出间接地保护和扩展电池组16，但是将被用户视为简单的路线修改。
参考图4，根据实施例描述了方法100，其中图1的控制器50跟踪电短路状况。本领域技术人员将理解，在本公开的范围内，可以监视其他故障状况，使用控制逻辑50L和150L进行处理，并由控制器50使用以延长图1的推进电池组16的寿命。因此，示例性电短路情况旨在说明本教导而非限制。
图4所示的方法100开始于块B102，由控制器50检测电短路情况。如上所述，控制器50使用经由图1的单元感测电路40传送的单元感测数据(箭头CC16)来检测这种故障，例如通过将单元电压或电压趋势/轨迹与预期的“正常”/非短路电压性能进行比较。当控制器50已经检测到电短路状况时，方法100前进到块B104。
块B104包括确定在块B102处检测到的短路状况的持续时间。例如，当检测到短路状况时，控制器50可以启动定时器，并在其存储器(M)中记录在短路情况下经过的时间。当短路状况是持续性短路状况时，即，短路状况至少在校准的持续时间内持续不减弱，则控制器50前进到块B105。也就是说，控制器50可以用阈值时间量来编程，低于该阈值时间量，短路状况被认为是瞬时的，且高于该阈值时间量，短路状况被认为是持续性的。相对于这样的阈值时间，当短状况是持续性的时，方法100前进到块B105，或者当控制器50确定短状况是间歇性时，前进到块B106。
图4的块B105需要评估持续性电短路状况的严重性。例如，控制器50可以将短路状况的幅度与预定值进行比较，以确定严重性是高还是低，这种预定值被校准或可能可校准以实现平台特定的灵活性。在示例性实施方式中，控制器50可以对经历持续性短路状况的图1的电池单元16C的数量进行计数，并且使用该数量和/或在这种持续短路状况下的总经过时间来确定严重性是高还是低，以用于块B105的目的。当控制器50确定持续短路状况的严重性为低时，方法100前进到块B109，或者当严重性被认为高时，前进到块B112。
在块B106，图1的控制器50在其存储器(M)中登记（例如，作为位标志或诊断代码）在块B102检测到的短路状态是间歇性的，即，不连续超过如上所述在块B104中评估的时间阈值。当间歇性短路状况已经被记录时，方法100前进到块B108。
块B108类似于上述块B105，并且因此可以以类似的方式执行，从而需要评估间歇性电短路状况的严重性。然而，与块B105在确定持续性短路状况的严重性时评估幅度不同，块B108处的评估可以关注与间歇性相关的其他因子。
块B109包括响应于在块B105处确定持续性电短路状况具有客观低的严重性而经由控制器50执行控制动作。例如，在推进电池组16的代表性充电期间，这可以包括允许充电事件在增加的电量状态极限(SOCLIM)下发生。例如，如果推进电池组16的耗尽到10-20%的SOC极限通常将会在充电启动之前发生，则控制器50可以结合非车载充电站23，允许充电以更高的SOC极限进行，例如20-30%或一些其他适当的SOC水平。在不同的实施例中，可以使用其他充电控制变量，以相对于用于触发正常运行/新的推进电池组16的充电事件的默认SOC极限来减少推进电池组16的电应力和负载。因此，控制动作可以包括修改非车载充电站23的充电行为，例如1级、2级或3级充电器。
彼此类似的块B110和B112，控制器50可以禁止通过上述非车载充电站23或通过太阳能电池面板26对推进电池组16充电。例如，当在块B106和B108处确定在推进电池组16的一个或多个电池单元16C中存在高严重性的间歇性故障时，到达块B110。类似地，块B112响应于在块B104和B105处确定在电池单元16C中存在高严重性的持续性故障而被执行。
在块B110和B112的上下文中，充电禁止可以包括禁止充电功能，诸如经由激活电接触器(未示出)来完全断开推进电池组16。替代地，块B110和B112可以允许非常有限的充电发生，直到阈值低SOC极限，例如50-60%或更低，以提供有限的推进能力，可能限于一定数量的充电循环，并在禁用充电之前向操作者发出伴随的警告。
任选地，作为方法100的一部分，控制器50可以被构造成自动识别充电终止极限(CTL)修改请求者，诸如来自图1的电气化动力系***11的其他部件***的输出信号，例如电池控制器或车辆集成控制模块(未示出)。在这样的实施例中，作为块B109、B10和B112的控制动作的一部分，控制器50可以在它们之间仲裁不同的CTL修改请求者。仲裁可能需要选择较低的充电极限，或者当通过方法100的执行要求充电极限时，当这样的外部请求者具有较高的优先级时，可能默认到块B110和B112。一些实施方式也可以与图1的非车载充电站23一起工作，以极限推进电池组16的充电速率，例如，出于寿命和/或可靠性的原因。因此，调整后的充电极限可以有利地应用于电量状态（SOC）域和/或相对于实际充电电压。
鉴于前述公开内容，本领域技术人员将会理解，本策略在电池单元16C的感知电气故障或其他异常单元行为与图1所示的机动车辆10的可用性之间建立了所定义的关系。这通过经由控制器50观察单元参数以及通过检测潜在的不利事件、同时考虑到指示可能的内部电短路的检测条件的频率和严重性来发生。因此，与控制***基于检测到的故障反应性地阻止电池充电操作的控制策略不同，本策略确定间歇性或持续性故障的严重性，诸如图4中处理的示例性内部电短路，并基于此做出机动车辆10的可用性决定。
由于电池单元劣化的自然变化，这种反应性方法会对显示类似单元行为的老化车辆造成问题。因此，本教导有助于建立一种框架，在该框架中，随着图1的控制器50更多地了解自然老化期间电池单元16的各种故障模式和行为，机动车辆10在推进或充电模式下的可用性增加。然后，控制器50使用该关系来以这样的方式调整电池使用极限和补救措施水平，以延长电池组16的使用寿命，同时保持在限定的操作极限内。本公开还使得能够将健康估计应用到整体电池充电/使用仲裁中，该仲裁可能包括其他因子，诸如但不限于策略寿命保护、基于导航/位置的能量优化、再生制动优化和/或摩擦制动最小化。鉴于前述公开内容，本领域技术人员将容易地理解这些和其他益处。
详细描述和附图或图形是对本教导的支持和描述，但是本教导的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实施本教导的一些最佳模式和其他实施例，但是存在各种替代设计和实施例来实践所附权利要求中限定的本教导。此外，本公开明确地包括上面和下面呈现的元素和特征的组合和子组合。

Claims (10)

1.一种用于调整具有多个电池单元的电池组的使用水平的方法，所述方法包括：
使用单元感测电路测量所述电池单元中的每个相应一者的单元感测数据，所述单元感测数据包括单元电压、单元电流和单元温度；
通过控制器的多个电池状态函数处理所述多个电池单元中的每个相应电池单元的单元感测数据，以由此生成多个数值电池单元劣化值（CDV），其中，所述多个电池状态函数是所述单元感测数据与预定电池故障状况的校准关系；以及
在所述电池组操作期间，基于数值CDV，经由所述控制器自动地调整所述电池组的使用水平。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元内的间歇性或持续性电短路状况，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示所述间歇性或持续性电短路状况的电短路函数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元的活性材料镀层，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示所述活性材料镀层水平的镀层函数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元的降低的能量保持容量，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示降低的能量保持容量的容量函数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元的升高或降低的温度，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示升高或降低的温度的温度函数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定电池故障状况包括相应电池单元的电解质泄漏状况，并且其中，所述多个电池状态函数包括指示所述电解质泄漏状况的电解质泄漏函数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，自动调整电池组的使用水平包括在电池组的充电操作期间修改所述电池组的校准充电极限、充电速率和/或热极限。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，自动调整电池组的使用水平包括在电池组的放电操作期间修改所述电池组的校准放电极限和/或热极限。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在电池组的操作期间自动调整电池组的使用水平包括在电池组的充电操作期间修改非车载充电站和/或车载太阳能电池面板的充电行为。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过所述多个电池状态函数处理所述单元感测数据包括通过所述控制器的仲裁逻辑块来处理所述单元感测数据和所述机动车辆的至少一个附加动力系控制因子，并且其中，自动调整所述电池组的使用水平包括经由所述仲裁逻辑块为所述多个电池状态函数中的每个相应一者和所述附加动力系控制因子分配相对权重。
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