CN105759122A - 线上估测电池内阻的系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种线上估测电池内阻的系统与方法，适用于电动车或混合动力车，系统包含高压电池组、电压感知单元、电流感知单元、辅助电池、直流转换单元、驱动单元、车载充电单元及控制单元。由电压感知单元感知高压电池组的总电压值；由电流感知单元感知高压电池组的总电流值；由辅助电池提供低电压电源；由直流转换单元将高电压电源转换为低电压电源并传输至辅助电池；由驱动单元驱动车辆；由车载充电单元对高压电池组充电；由控制单元控制并量取一段时间固定电流的信息与固定电流发生前后的电压差值，以计算出高压电池组的内阻。

Description

线上估测电池内阻的系统与方法

技术领域

本发明涉及一种线上估测电池内阻的系统与方法，尤其涉及一种可经由控制并量取于特定一段时间的固定电流信息，与固定电流发生前后的电压差值，以推算出电池内阻的线上估测电池内阻的系统与方法。

背景技术

现有技术的单元电池电阻估测方法与策略，常常必须将负载端部分卸载，才能正确地测量电池内阻，尤其是由许多电池组串联组成的供电设备，必须停止运转，才能测量到每个电池的内阻，若未卸载情况下就进行量测，其检测信号会分流经负载端，影响量测准确度；若要在混合动力车载具上进行电池内阻量测，就得停车卸下车辆电池组进行检测，耗费时间及人力成本；再者，电池的电量会随着使用时间增加而减少，由于电池卸载的量测方式只能偶尔进行，真实电量将无法随着实际使用状况正常显示，造成车辆运行时驾驶者对于电池电量的误判。

由于电池电量估测补偿参数其中一项是由电池内阻的信息来提供，而现有技术通常都是以许多单元电池组作为测试平台，以不断进行实验测试的方式，针对电量补偿建立单元电池内阻补偿对应表；由于相同材料的电池组于不同使用情况时，其电阻会有不同的表现，因此对于电量估测准确度将是一大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种的线上估测电池内阻的系统与方法，不需额外增加装置，不受环境如温度、天候、道路状况的影响，亦无论是在充电及放电时，皆可达到电阻的估算，改善现有电池内阻不易量测的问题。

在一实施例中，本发明提出一种线上估测电池内阻的系统，适用于电动车或混合动力车，系统包含一高压电池组、一电压感知单元、一电流感知单元、一直流转换单元、一驱动单元、一车载充电单元及一控制单元；高压电池组用以提供高电压电源以驱动一车辆；电压感知单元用以感知高压电池组的总电压值；电流感知单元用以感知高压电池组的总电流值；直流转换单元用以将高电压电源转换为低电压电源；驱动单元用以驱动车辆；车载充电单元用以通过外部电力对高压电池组充电；控制单元用以接收电压感知单元与电流感知单元的信号，并据以进行计算高压电池组的内阻。

在一实施例中，本发明提出一种线上估测电池内阻的方法，适用于电动车或混合动力车，其是经由控制并量取高压电池组一段时间的固定电流的信息，与该固定电流发生前后的电压差值，以计算出高压电池组的内阻。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的线上估测电池内阻的系统实施例的架构示意图；

图2为本发明的线上估测电池内阻的方法的一实施例流程示意图，并显示其中一种判断模式；

图3及图4为本发明的线上估测电池内阻的方法的其他不同判断模式的流程示意图；

图5为本发明的线上估测电池内阻的方法另一实施例流程示意图；

图6为本发明于车辆驱动时的实施例的电压与电流量测关系图；

图7为本发明于车外充电时的实施例的电压与电流量测关系图。

其中，附图标记

100-线上估测电池内阻的系统

10-高压电池组

20-电压感知单元

30-电流感知单元

40-辅助电池

50-直流转换单元

60-驱动单元

70-车载充电单元

80-控制单元

200、200A-线上估测电池内阻的方法的流程

201～215-线上估测电池内阻的方法的流程的步骤

L61～L63、L71、L72-曲线

具体实施方式

请参阅图1所示实施例，为本发明的一种线上估测电池内阻的系统100，其包含一高压电池组10、一电压感知单元20、一电流感知单元30、一辅助电池40、一直流转换单元50、一驱动单元60、一车载充电单元70及一控制单元80。

本发明线上估测电池内阻的系统100适用于电动车、混合动力车或插电式混合动力车等车辆。高压电池组10用以提供高电压电源以驱动车辆；电压感知单元20用以感知高压电池组10的总电压值；电流感知单元30用以感知高压电池组10的总电流值；辅助电池40用以提供低电压电源供车辆使用，但非必要；直流转换单元50用以将高压电池组10的高电压电源转换为低电压电源(例如，12伏特电压)，并将转换后的低电压电源传输至辅助电池40；驱动单元60用以驱动车辆，就电动车而言，驱动单元60可为由马达或发电机组成的电机，就混合动力车或插电式混合动力车而言，驱动单元60可为引擎与马达的耦合系统所组成的电机；车载充电单元70用以通过外部电力对高压电池组10充电；控制单元80连接电压感知单元20、电流感知单元30、直流转换单元50、驱动单元60及车载充电单元70，控制单元80取得电压感知单元20所感知的总电压值，以及电流感知单元30所感知的该总电流值，并据以计算高压电池组10的内阻。

请参阅图1、图2所示，图2显示图1的线上估测电池内阻的系统100应用于电动车时的线上估测电池内阻的方法的流程200，本发明的判断流程200适用于许多种判断模式，图2显示其中一种判断模式A，依虚线所示顺序执行各步骤，判断模式A的步骤包含：

车辆启动后(步骤201)，首先判断车辆处于驾驶模式或车外充电模式(步骤202)；若车辆处于驾驶模式，则判断车辆是否处于静止状态(步骤203)；若车辆处于静止状态，则由控制单元80控制直流转换单元50控制车辆的高压电池组10以定电流稳定输出(步骤204)，而车辆启动且处于静止的状态，例如，停车或等红绿灯时；为确保高压电池组10以定电流稳定输出，因此必须进行观察(步骤205)，所称稳定的电流输出，代表可保持电流在一定值的误差范围内，该定值举例可设定具有5％的误差，此外，通常一开始输入的电流会比较大，待一段时间(例如一分钟)后，才会以稳定的电流输出，因此必须持续循环观察直至电流位于稳定的误差范围内；而后由控制单元80取得该稳定输出的电流值与当时的电压差值，并据以计算出高压电池组10的内阻(步骤206)，将所计算出的内阻储存于记忆装置(步骤207)，而后即可结束本次执行过程(步骤208)。储存于记忆装置中的内阻即可作为后续计算高压电池组10的电池电量之用。

请参阅图1及图3所示，图3显示另外二种判断模式B、C，分别为图3左右两侧虚线所示的执行步骤。必须说明的是图3所示流程图与图2相同，只是标示的判断模式(执行步骤)不同。

其中一种判断模式B，请参阅位于图3左侧的虚线执行步骤，判断模式B的步骤包含：

车辆启动后(步骤201)，首先判断车辆处于驾驶模式或车外充电模式(步骤202)；若判断车辆处于驾驶模式，则判断车辆是否处于静止状态(步骤203)；若车辆处于非静止状态，则判断车辆是否有动力输出(步骤209)。关于动力输出的判断，可根据驱动单元60是否有电流输入而加以判断；若车辆有动力输出，则由控制单元80观察高压电池组10是否以定电流稳定输出(步骤205)，亦即高压电池组10所输出的电流是否在一段时间内为一固定值，若否，则循环观察直至电流位于固定值的误差范围内；而后由控制单元80取得该稳定输出的电流值与当时的电压差值，并据以计算出高压电池组10的内阻(步骤206)，将所计算出的内阻储存于记忆装置(步骤207)，而后即可结束本次执行过程(步骤208)。

另外一种判断模式C，请参阅位于图3右侧的虚线执行步骤，判断模式C的步骤包含：

车辆启动后(步骤201)，首先判断车辆处于驾驶模式或车外充电模式(步骤202)；若判断车辆处于驾驶模式，则判断车辆是否处于静止状态(步骤203)；若车辆处于非静止状态，则判断车辆是否有动力输出(步骤209)；若车辆无动力输出(例如，驾驶未踩油门)，则判断车辆是否进入刹车回充模式(步骤210)。刹车回充模式是电动车的特性，表示电动车将动力转换成电力，例如踩刹车就会造成回充；若车辆处于非刹车状况，则将车辆的驱动单元60转为发电机，由控制单元80控制该发电机以小电流发电，以使得高压电池组10获得固定电流的回充(步骤211)；而后由控制单元80取得该稳定输出的电流值与当时的电压差值，并据以计算出高压电池组10的内阻(步骤206)，将所计算出的内阻储存于记忆装置(步骤207)，而后即可结束本次执行过程(步骤208)。

请参阅图1及图4所示，图4显示另外二种判断模式D、E，分别为图4左右两侧虚线所示的执行步骤。必须说明的是图4所示流程图与图2相同，只是标示的判断模式(执行步骤)不同。

其中一种判断模式D，请参阅位于图4左侧的虚线执行步骤，判断模式D的步骤包含：

车辆启动后(步骤201)，首先判断车辆处于驾驶模式或车外充电模式(步骤202)；若判断车辆处于驾驶模式，则判断车辆是否处于静止状态(步骤203)；若车辆处于非静止状态，则判断车辆是否有动力输出(步骤209)；若车辆无动力输出，则判断车辆是否进入刹车回充模式(步骤210)；若车辆处于刹车状况，则由控制单元80控制刹车回充电流为一固定值(步骤212)，而后由控制单元80取得该稳定输出的电流值与当时的电压差值，并据以计算出高压电池组10的内阻，将所计算出的内阻储存于记忆装置(步骤207)，而后即可结束本次执行过程(步骤208)。

另外一种判断模式E，请参阅位于图4右侧的虚线执行步骤，判断模式E的步骤包含：

车辆启动后(步骤201)，首先判断车辆处于驾驶模式或车外充电模式(步骤202)；若判断车辆处于车外充电模式，则由控制单元80控制车载充电单元70以定电流方式对高压电池组10进行充电(步骤213)，并至步骤206量测电压差值与电流值以计算内电阻并储存(步骤207)。

上述于图2～图4所示流程及判断模式A～E，是基于图1的驱动单元60为由马达或发电机所组成的电机时，亦即针对电动车。除此之外，如前所述，驱动单元60亦可为引擎与马达的耦合系统所组成的电机，亦即所应用的车辆为混合动力车或插电式混合动力车，于此情况下，请参阅图5所示线上估测电池内阻的方法的流程200A，其与图2所示流程200的差异在于本流程具有一判断引擎是否启动的步骤(步骤214)，请参阅图1及图5的虚线执行步骤，判断模式F的步骤包含：

车辆启动后(步骤201)，首先判断车辆的引擎是否启动(步骤214)，若判断引擎启动，则由引擎控制驱动单元60以定电流方式对高压电池组10进行充电(步骤215)；而后由控制单元80取得该稳定输出的电流值，并据以计算出高压电池组10的内阻(步骤206)，将所计算出的内阻储存于记忆装置(步骤207)，而后即可结束本次执行过程(步骤208)。若于步骤214时判断引擎未启动，则进入步骤202，判断车辆处于驾驶模式或车外充电模式，而后即可执行如前所述的判断模式A～E。

关于本发明欲进行电池内阻R_DC量测时，其所依据的计算公式为直流负载量测公式，如下：

$R_{\mathrm{DC}}=\frac{\mathrm{\Δv}}{i}\left(\mathrm{\Ω}\right)...\left(1\right)$

其中，

Δv为电池组充电或放电前后的电压差值

i为电池组的电流值

上述不同的判断模式A～F，皆可使用(1)式计算而得到高压电池组的内阻。综言之，本发明的线上估测电池内阻的方法，是运用「固定电流控制策略」与「直流负载量测方式」的特性，适用于电动车或混合动力车的车辆，经由控制并量取特定一段时间的固定电流的信息，与该固定电流发生前后的电压差值，以计算出高压电池组的内阻。而本发明的线上估测电池内阻的系统与方法，其「线上」(realtime/online)之意即代表当车辆启动后，即可自动进行检测，无须卸除负载。此外，控制单元不仅可针对高压电池组，同时也可以检测辅助电池。至于检测的次数，可由控制单元自行决定，或每当电量变化10％时执行一次。

关于本发明的一具体实施方式，请参阅图1、图3的判断模式B及图6所示，其主要在说明当车辆处于驾驶模式且有动力输出时的应用，其中，图6的曲线L61代表电压，曲线L62代表电流，曲线L63代表车辆的速度。车辆启动后(步骤201)，经判断为驾驶模式(步骤202)，并由于车辆在行进间，且具有动力输出的情况下(步骤209)，因此接下来持续判断是否有发生固定电流的稳定输出(步骤205)。由图6中可观察到，当进入约第9～11秒时，车辆以稳定电流在输出，因此准备进入电池内阻的计算，而在大约11秒后，此时动力驱动为0，电流输出亦为0，由于瞬间电流输出有变化，使得高压电池组10有一压升现象，因此记录此电压差值Δv，并且与先前的固定电流值i，即可计算出此时的电池内阻。经计算，该内阻为133mΩ。

关于本发明另一具体实施方式，请参阅图1、图4的判断模式E及图7所示，其主要在说明当车辆在车外充电模式时的应用，其中，图7的曲线L71代表电压，曲线L72代表电流。车辆启动后(步骤201)，经判断为车外充电模式，则由控制单元80控制车载充电单元70以固定电流充电。由图7中可观察到，一开始尚未启动充电之前，其电流是0，当进入大约第6秒时，车辆以稳定电流进行充电，电流绝对值为10A，因此进入电池内阻的计算，由于瞬间电流产生变化，使得高压电池组10有一压升现象，因此记录此电压差值Δv，并且与先前的固定电流值i，计算出此时的电池内阻。经计算，内阻为141mΩ。

综上所述，本发明所提供的线上估测电池内阻的系统与方法，利用「车辆行驶过程的驱动电流」、「车辆刹车过程的回充电流」、「直流转换单元的输出电流」及「车载充电过程的充电电流」的特性，通过控制单元与感知器所感知的电压/电流信息，计算出电池的内阻。本发明可应用于混合动力车、插电式混合动力车或电动车的车用高压电池组的内阻量测，直接量测电池组的电压值与电流值，而不以估测方式获得内阻信息，藉由电池内阻的获得，可作为电池电量估测的补偿，亦可估算电池组老化的程度。而由于本发明能线上即时估测内阻，在车辆使用过程即能获得内阻信息，经由数据密集地更新及应用，因此可以降低驾驶者对于车辆剩余里程的疑虑，亦能减少因系统无法判断电池老化所带来的风险，以提供给驾驶者更准确的行车信息。通过本发明提供的方法所计算的内阻，不需再装设额外的电源供应设备、电路设计等额外装置，并且该方法不受环境如温度、天候、道路状况的影响，亦无论是在充电及放电时，皆可实施，使得在几乎增加零成本的情况下，即可达到电阻的估算，改善现有电池内阻不易量测的问题。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种线上估测电池内阻的系统，适用于电动车或混合动力车的车辆，其特征在于，该系统包含：

一高压电池组，用以提供高电压电源以驱动该车辆；

一电压感知单元，用以感知该高压电池组的总电压值；

一电流感知单元，用以感知该高压电池组的总电流值；

一直流转换单元，用以将该高电压电源转换为低电压电源；

一驱动单元，用以驱动该车辆；

一车载充电单元，用以对该高压电池组充电；以及

一控制单元，用以连接该电压感知单元、该电流感知单元、该直流转换单元、该驱动单元及该车载充电单元，并根据该总电流值与该总电压值的一差值以计算该高压电池组的内阻。

2.根据权利要求1所述的线上估测电池内阻的系统，其特征在于，该驱动单元为马达或发电机所组成的电机，由该控制单元控制所需输入或输出该驱动单元的该总电流值和该总电压值的差值而计算该高压电池组的内阻。

3.根据权利要求1所述的线上估测电池内阻的系统，其特征在于，该驱动单元为引擎与马达所组成的电机，由该控制单元控制所需输入或输出该驱动单元的该总电流值和该总电压值的差值而计算该高压电池组的内阻。

4.根据权利要求1所述的线上估测电池内阻的系统，其特征在于，该总电压值的差值为当该总电流发生为一固定值时的前后电压值的差。

5.一种线上估测电池内阻的方法，适用于电动车或混合动力车的车辆，该车辆至少具有一高压电池组，该方法是经由控制以取得该高压电池组于一段时间的固定电流值，与该固定电流值发生前后的电压差值，以计算出该高压电池组的内阻。

6.根据权利要求5所述的线上估测电池内阻的方法，其特征在于，，若该车辆处于一驾驶模式，且该车辆处于静止状态时，控制该高压电池组以固定电流稳定输出，并取得该稳定输出的电流值与电压差值，以计算出该高压电池组的内阻。

7.根据权利要求5所述的线上估测电池内阻的方法，其特征在于，若该车辆处于一驾驶模式，且该车辆处于非静止状态，且该车辆有动力输出时，判断该高压电池组输出的电流是否在一段时间内为一固定值，若是，则取得该固定电流值与电压差值以计算出该高压电池组的内阻。

8.根据权利要求5所述的线上估测电池内阻的方法，其特征在于，若该车辆处于一驾驶模式，且该车辆处于非静止状态，且该车辆无动力输出，且该车辆处于非刹车状况时，则控制以一小电流发电，以使得该高压电池组获得固定电流的回充，并取得该固定电流值与电压差值以计算出该高压电池组的内阻。

9.根据权利要求5所述的线上估测电池内阻的方法，其特征在于，若该车辆处于一驾驶模式，且该车辆处于非静止状态，且该车辆无动力输出，且该车辆处于刹车状况时，则控制一刹车回充电流为一固定值，并取得该电流值与电压差值以计算出该高压电池组的内阻。

10.根据权利要求5所述的线上估测电池内阻的方法，其特征在于，若该车辆处于一车外充电模式，则控制以一固定电流对该高压电池组进行充电，并取得该固定电流值与电压差值以计算出该高压电池组的内阻。

11.根据权利要求5所述的线上估测电池内阻的方法，其特征在于，若该车辆的引擎启动时，则控制以一固定电流对该高压电池组进行充电，并取得该固定电流值与电压差值以计算出该高压电池组的内阻。