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CN109716150B - 具有远程参数估计的二次电池管理系统 - Google Patents

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CN109716150B CN201780058228.8A CN201780058228A CN109716150B CN 109716150 B CN109716150 B CN 109716150B CN 201780058228 A CN201780058228 A CN 201780058228A CN 109716150 B CN109716150 B CN 109716150B
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Abstract

一种电池系统，具有电池管理系统，该电池管理系统被配置为确定二次电池的充电状态和健康状态。电池管理系统可以将数据输出到远程计算机并从远程计算机接收输入，该远程计算机计算电池的健康状态的至少一部分。

Description

具有远程参数估计的二次电池管理系统
关于联邦政府资助研究的声明
本发明是在美国能源部授予的ARPA-E奖序号DE-AR0000278的政府支持下完成的。美国政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本发明一般涉及电池，更具体地涉及管理电池的操作。
背景技术
可充电锂电池是用于便携式电气和电子设备以及电动和混动车辆的有吸引力的能量储存设备，因为与其他电化学能量储存设备相比，它们具有高比能。典型的锂电池包含负电极、正电极、和位于负电极和正电极之间的隔板。两个电极都包含可逆地与锂反应的活性物质。在一些情况下，负电极可以包括锂金属，锂金属可以被可逆地电化学溶解与沉积。隔板包含具有锂阳离子的电解质，并且用作电极之间的物理屏障，使得没有电极在电池单元内电连接。
通常，在充电期间，在正电极处产生电子并在负电极处消耗等量的电子。在放电期间，发生相反的反应。
在电池的反复充电/放电循环期间，发生不希望的副反应。这些不希望的副反应导致提供和存储电力的电池容量的降低。
发明内容
由于电池的状况随时间改变，电池管理系统可以用来调节电池的操作。电池管理系统采用电池的数学模型以便有效地管理电池操作。然而，对电池建模可能会涉及在处理上计算成本很高的复杂数学模型。为了降低置于电池管理系统上的计算负荷（并且从而降低实现电池管理系统所需的硬件材料的成本和复杂性），可以在本地电池管理系统和远程计算系统之间分配模型的各种状态和参数的识别和计算。
以下阐述本文公开的某些实施例的概述。应当理解，提供这些方面仅仅是为了向读者提供所述某些实施例的简要概述，并且这些方面不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可以包含可能未在下面阐述的各种方面。
本公开的实施例涉及一种电池系统，包括处理器和存储指令的存储器，所述指令在由处理器执行时使得所述电池系统：基于传感器的输出确定电池的至少一个测量的特性；将所述至少一个测量的特性从所述电池系统传送到远程处理系统；通过所述电池系统从所述远程处理系统接收由所述远程处理系统使用基于物理的电池模型并且基于所述至少一个测量的特性计算的至少一个参数值，所述至少一个参数值指示所述电池的物理状况；基于从所述远程处理系统接收的所述至少一个参数，由所述电池系统计算指示所述电池的状态的值；并基于计算的所述电池的状态来调节所述电池的操作。
另一个实施例包括一种电池网络，包括：处理器和存储指令的存储器，所述指令在由处理器执行时使得所述电池网络：在第一时间接收至少一个电池系统的至少一个参数；在第二时间接收至少一个电池系统的至少一个参数；基于在所述第一时间的所述至少一个参数和在所述第二时间的所述至少一个参数确定范数；以及基于所述电池系统的所述至少一个参数和所述范数识别所述电池系统中的故障。
在附图、具体实施方式和以下权利要求中阐述了本公开的一个或多个特征、方面、实现和优点的细节。
附图说明
图1是根据一些实施例的应用本地电池状态估计器和远程参数估计器的电池系统的框图。
图2是图示出根据一些实施例的估计电池系统的状态和参数的示例方法的流程图。
图3是根据一些实施例的应用本地电池状态和参数估计以及远程参数估计和验证的电池系统的框图。
图4是根据一些实施例的电池网络的框图，该电池网络聚合来自多个电池系统的数据并向联网的电池系统提供诊断支持。
具体实施方式
以下将描述一个或多个具体实施例。对于本领域技术人员来说，对所描述的实施例的各种修改是显而易见的，并且在不脱离所描述的实施例的精神和范围的情况下，可以将本文所定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，所描述的实施例不限于所示的实施例，而是与符合本文公开的原理和特征的最宽范围相一致。
图1中示出了电池系统100的实施例。电池系统100包括具有电池110的受电设备102（例如，客车、消费电子设备、家庭等），电池110可通信地连接到本地电池管理系统（BMS）104。在一个示例中，电池管理系统104经由电链路（例如，电线）电连接到电池110。在另一示例中，电池管理系统104可以经由无线通信网络无线地连接到电池110。本地电池管理系统104包括本地存储器120、状态估计器130和电池控制器140。电池管理系统104可以包括单独配置的组件——例如微处理器、存储器和输入/输出组件，或者可以包括微控制器（具有在单个芯片上或在单个外壳内的存储器和输入/输出组件）及其组合。
电池管理系统104还可以使用其他组件或组件的组合来加以实现，包括例如数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他电路。取决于所期望的配置，处理器可以包括一个或多个级别的高速缓存，诸如级别高速缓存存储器、一个或多个处理器核和寄存器。示例处理器核可以包括算术逻辑单元（ALU）、浮点单元（FPU）或其任何组合。电池管理系统104还可以包括用户接口、通信接口，并且用于执行本文未定义的特征的其他计算机实现的设备可以被合并到该系统中。在一些示例中，电池管理系统104可以包括其他计算机实现的设备，诸如通信接口、用户接口、网络通信链路和用于促进各种接口设备之间的通信的接口总线、计算实现的设备、以及到微处理器的一个或多个外围接口。
在图1的示例中，电池管理系统104的存储器120存储计算机可读指令，所述计算机可读指令当由电池管理系统104的电子处理器执行时，使得电池管理系统104的状态估计器130和电池控制器140执行或控制归因于本文的电池管理系统104的各种功能或方法的执行（例如，计算电池系统的估计状态、调节电池系统的操作、检测来自枝状晶体生长的内部短路）。存储器120可以包括任何暂时的、非暂时的、易失性的、非易失性的、磁性的、光学的或电的介质，诸如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、非易失性RAM（NVRAM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）、闪存或任何其他数字或模拟介质。归因于本文的电池管理系统104的功能——具体地，状态估计器130和电池控制器140——可以被体现为在电池管理系统104的电子处理器上执行的软件、固件、硬件或其任何组合。在以上示例中，电池管理系统104可以被配置为从各种源（例如，电池110、参数估计器160等）接收数据，并将数据发送到电子设备以用于显示为人类可读格式。计算设备可以是蜂窝电话、平板电脑、个人数字助理（PDA）、膝上型电脑、计算机、可穿戴设备或其他合适的计算设备。网络可以是云计算网络、服务器、无线区域网络（WAN）、局域网（LAN）、车载网络或其他合适的网络。
本地电池管理系统104可通信地连接到远程参数估计器160。远程参数估计器160可以包括例如主机、服务器、台式计算机、平板电脑、智能电话或其他包括微处理器、存储器、输入/输出组件、和/或通信组件的设备及其组合。
远程参数估计器160还可以使用其他组件或组件的组合来加以实现，包括例如数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他电路。取决于所期望的配置，参数估计器160的处理器可以包括一个或多个级别的高速缓存，诸如级别高速缓存存储器、一个或多个处理器核和寄存器。示例处理器核可以包括算术逻辑单元（ALU）、浮点单元（FPU）或其任何组合。远程参数估计器160还可以包括用户接口、通信接口，并且用于执行本文未定义的特征的其他计算机实现的设备可以被合并到该系统中。在一些示例中，远程参数估计器160可以包括其他计算机实现的设备（诸如通信接口、用户接口、网络通信链路和用于促进各种接口设备之间的通信的接口总线）、计算实现的设备、以及到微处理器的一个或多个外围接口。
在图1的示例中，参数估计器160包括存储计算机可读指令的存储器，所述计算机可读指令当由参数估计器160的电子处理器执行时，使得参数估计器160执行或控制归因于本文的参数估计器160的各种功能或方法的执行（例如，计算电池系统的参数）。参数估计器160的存储器可以包括任何暂时的、非暂时的、易失性的、非易失性的、磁性的、光学的或电的介质，诸如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、非易失性RAM（NVRAM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）、闪存或任何其他数字或模拟介质。归因于本文的参数估计器160的功能可以被体现为软件、固件、硬件或其任何组合。在以上示例中，参数估计器160可以被配置为从各种源（例如，电池110、状态估计器130等）接收数据，并将数据发送到电子设备以用于显示为人类可读格式。计算设备可以是蜂窝电话、平板电脑、个人数字助理（PDA）、膝上型电脑、计算机、可穿戴设备或其他合适的计算设备。网络可以是云计算网络、服务器、无线区域网络（WAN）、局域网（LAN）、车载网络或其他合适的网络。
已经开发了各种模型来对在电池110内发生的电化学反应进行建模。一个示例是由Fuller、Doyle和Newman开发的（纽曼模型），（J.Electrochem.Soc，第141卷，序号1，1994年1月，第1-10页），其内容通过引用整体并入本文。纽曼模型提供了一种数学模型，该数学模型可以用来基于所测量的特性来估计电池110内发生的电化学过程。
诸如纽曼模型的基于物理的电化学模型可以包括用以描述电池110内的各种参数（特别是涉及电池本身的化学成分的参数）的行为的许多常微分方程和偏微分方程。纽曼模型准确地建模了锂离子电池中发生的许多实际物理过程。然而，完整的纽曼模型极其复杂，并且需要识别大量潜在无法测量的物理参数。识别非线性PDE和DAE中涉及的如此大的参数集是计算密集型的。美国申请号15/010,873、15/011,148和15/011,118讨论了估计各种模型的结果的各种数学方法，其中每一个的全部内容都通过引用并入本文。
用于对电池状态和参数进行建模的计算的一些方面在计算上相对较不复杂。为了降低置于本地电池管理系统104上的计算负荷（并且从而降低实现本地电池管理系统所需的硬件材料的成本和复杂性），可以在本地电池管理系统104和远程计算系统（即参数估计器160）之间分配模型的各种状态和参数的识别和计算。
此外，经由状态估计器130和参数估计器160从电化学模型输出的集合包括电池110的快速变化状态的估计和电池110的缓慢变化参数的估计。电池110的状态和参数估计算法可以由于它们改变所基于的不同时间标度而分开。不是在本地电池管理系统104上而是可以远程地（例如，在云中）估计参数，这允许使用比通常在本地电池管理系统上运行的模型更准确但计算密集的参数估计模型。与本地系统相比，远程参数估计器160还可以允许基于较长测量历史（例如，由于增加的存储器和计算容量）的参数估计。参数估计器160还可以运行若干不同的算法来估计参数，确保结果的稳健性。
基于从参数估计器160到电池管理系统104的状态估计器130的适用计算时间标度，将参数估计器160根据模型所计算的参数作为周期性更新进行发送，其中这些参数被用来调节电池操作并且作为到状态估计器130的输入。在更新之间，电池管理系统104在控制电池的某些功能的过程中以及在计算估计的电池状态的过程中使用从参数估计器160接收的最新参数集。可以基于预期参数改变有多快、远程连接的可用性以及估计算法的复杂性来设置在更新之间的持续时间。
经由状态估计器130和参数估计器160从电化学模型输出的集合包括电池110的快速变化状态的估计和电池110的缓慢变化参数的估计。在一些实施例中，数学模型使用电池110的状态和电流输入的组合以预测电池110的输出。电池单元的状态可以例如包括充电状态、（锂电池的）锂化程度和电池的滞后水平。电池110的参数典型地比电池110的状态随时间更缓慢地变化。另外，模型可能不需要参数来预测电池110的当前输出。而是对电池110的参数的了解——其可以被称为电池的健康状态——涉及电池110的长期功能。例如，电池110在一个或多个充电/放电循环中的功能。另外，一些实施例包括不能从当前电池110特性（例如，电压、电流、电阻、功率、温度及其组合）的测量直接确定的参数。电池110参数的示例包括最大功率容量、内阻、活性材料的体积分数等。
通过电池110的状态和参数的准确估计，电池管理系统104能够调节电池110的操作，从而增强电池110的寿命和性能。例如，通过最小化电池110的参数中的改变，电池管理系统104可以允许电池110在更换之前经历增加数量的充电/放电循环。在一些实施例中，电池管理系统104可以调节电池110的充电，以允许可氧化物质的有效嵌入，而不是沉积在电极的表面上。这可以最小化枝状晶体生长，从而限制在电池110内形成内部短路的可能性。在其他实施例中，电池管理系统104可以调节电池110的放电以便获得例如从电池110输出的最大总功率。
图2中示出了电池系统的状态和参数的估计的实施例的操作的流程图。参照图1的电池系统100来描述图2。锂电池110的特性（例如电压、电流和/或温度）由电池管理系统104测量（框210）。将所测量的特性发送到远程参数估计器160（框220）。参数估计器160远程计算电池110的参数（框230）。然后将远程计算的参数发送到本地电池管理系统104（框240）。电池管理系统104（实现状态估计器130）基于电池110的所测量的特性和远程计算的参数来计算电池110的（一个或多个）状态（框250）。
尽管图2的示例图示出了线性过程，但是在一些实现中，不一定仅在从远程参数估计器160接收到更新的参数之后执行估计的电池状态的计算。而是在一些实现中，电池110的所测量的特性由电池管理系统104的远程参数估计器160和状态估计器130组件二者同时接收。使用状态估计器130，电池管理系统104访问存储到本地存储器120的最新参数，并使用这些参数以及当前测量的电池特性来执行状态估计（框250）。同时，远程参数估计器160基于所测量的电池特性来计算更新的参数，并且在计算完成时或周期性地异步更新存储在本地存储器120上的参数值。
因此，在一些实现中，估计的电池状态的计算是基于当前在本地存储器120中存储什么参数来执行的，并且可以在从远程参数估计器160接收新的参数集并将其存储到本地存储器120之前使用相同的已存储的参数集来执行/更新多次。类似地，尽管图2的示例示出了在将参数被传送到本地系统（框240）之后线性地执行“计算状态”的动作（框250），但是在一些实现中，独立地管控计算估计的电池状态的频率和远程计算电池参数的频率，并且从远程参数估计器160接收已更新的电池参数不一定触发估计的电池状态的新计算。
在上面的图1中所图示的电池系统中，所有估计的电池参数的计算由远程参数估计器160来执行，并且电池管理系统104不在本地计算电池参数。然而，在其他实现中，一些估计的电池参数在本地进行计算而不是由远程参数估计器来计算。在其他实现中，用于计算某些电池参数的简化技术由本地电池管理系统实现并且执行得更频繁，而用于计算相同参数的更高级/复杂的技术由远程参数估计器来执行。参数估计器的这些冗余计算可以比由电池管理系统本地执行的简化技术更不频繁地执行，但是它们通常提供更准确的参数估计。
图3图示出了一个这样的电池系统300的示例。电池系统300包括具有电池310的受电设备302（例如，客车、消费电子设备、家庭等），电池310可通信地连接到本地电池管理系统（BMS）304。在一个示例中，电池管理系统304经由电链路（例如，电线）电连接到电池310。在另一示例中，电池管理系统304可以经由无线通信网络无线连接到电池310。例如，电池管理系统304可以包括单独配置的组件——例如微处理器、存储器和输入/输出组件，或者可以包括微控制器（具有在单个芯片上或在单个外壳内的存储器和输入/输出组件）及其组合。本地电池管理系统304还包括本地存储器320，其存储由电池管理系统304的电子处理器执行的某些数据和指令，以提供状态估计器330、本地参数估计器335和电池控制器340。
电池管理系统304还可以使用其他组件或组件的组合来加以实现，包括例如数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他电路。取决于所期望的配置，处理器可以包括一个或多个级别的高速缓存，例如级别高速缓存存储器、一个或多个处理器核和寄存器。示例处理器核可以包括算术逻辑单元（ALU）、浮点单元（FPU）或其任何组合。电池管理系统304还可以包括用户接口、通信接口，并且用于执行本文未定义的特征的其他计算机实现的设备可以被合并到该系统中。在一些示例中，电池管理系统304可以包括其他计算机实现的设备（诸如通信接口、用户接口、网络通信链路和用于促进各种接口设备之间的通信的接口总线）、计算实现的设备、以及到微处理器的一个或多个外围接口。
为了降低置于本地电池管理系统上的计算负荷（并且从而降低实现本地电池管理系统所需的硬件材料的成本和复杂性），可以在本地电池管理系统和远程计算系统之间分配模型的各种状态和参数的识别和计算。在图1的示例中，在本地计算模型的状态，而远程计算模型的参数。在图3的示例中，本地计算模型的状态和至少一些参数，而远程计算至少一些参数。
在图3的示例中，电池管理系统304的存储器存储计算机可读指令，所述计算机可读指令当由电池控制器340的电子处理器执行时，使得电池管理系统304执行或控制归因于本文的电池管理系统304的各种功能或方法的执行（例如，计算电池系统的状态和/或参数、调节电池系统的操作、检测来自枝状晶体生长的内部短路）。存储器可以包括任何暂时的、非暂时的、易失性的、非易失性的、磁性的、光学的或电的介质，诸如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、非易失性RAM（NVRAM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）、闪存或任何其他数字或模拟介质。归因于本文的电池管理系统304的功能可以被体现为软件、固件、硬件或其任何组合。在以上示例中、电池管理系统304可以被配置为从各种源（例如，电池310、远程参数估计器360等）接收数据，并将数据发送到电子设备以用于显示为人类可读格式。计算设备可以是蜂窝电话、平板电脑、个人数字助理（PDA）、膝上型电脑、计算机、可穿戴设备或其他合适的计算设备。网络可以是云计算网络、服务器、无线区域网络（WAN）、局域网（LAN）、车载网络、云计算网络或其他合适的网络。
本地电池管理系统304可通信地连接到远程参数估计器360。远程参数估计器360可以包括例如主机、服务器、台式计算机、平板电脑、智能电话或其他包括微处理器、存储器、输入/输出组件、和/或通信组件的设备及其组合。远程参数估计器360还可以使用其他组件或组件的组合来加以实现，包括例如数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他电路。取决于所期望的配置，处理器可以包括一个或多个级别的高速缓存，诸如级别高速缓存存储器、一个或多个处理器核和寄存器。示例处理器核可以包括算术逻辑单元（ALU）、浮点单元（FPU）或其任何组合。电池管理系统304还可以包括用户接口、通信接口，并且用于执行本文未定义的特征的其他计算机实现的设备可以被合并到系统中。在一些示例中，电池管理系统304可以包括其他计算机实现的设备（诸如通信接口、用户接口、网络通信链路和用于促进各种接口设备之间的通信的接口总线）、计算实现的设备、以及到微处理器的一个或多个外围接口。
在图3的示例中，远程参数估计器360的存储器存储计算机可读指令，所述计算机可读指令当由远程参数估计器360的电子处理器执行时，使得远程参数估计器360执行或控制归因于本文的参数估计器360的各种功能或方法的执行（例如，计算电池系统的参数）。远程参数估计器260的存储器可以包括任何暂时的、非暂时的、易失性的、非易失性的、磁性的、光学的或电的介质，诸如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、非易失性RAM（NVRAM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）、闪存或任何其他数字或模拟介质。归因于本文的参数估计器360的功能可以被体现为软件、固件、硬件或其任何组合。在以上示例中，参数估计器360可以被配置为从各种源（例如，电池310、电池管理系统304（包括本地参数估计器335、状态估计器330和电池控制器340）等）接收数据，并将数据发送到电子设备以用于显示为人类可读格式。计算设备可以是蜂窝电话、平板电脑、个人数字助理（PDA）、膝上型电脑、计算机、可穿戴设备或其他合适的计算设备。网络可以是云计算网络、服务器、无线区域网络（WAN）、局域网（LAN）、车载网络或其他合适的网络。
经由状态估计器330、本地参数估计器335和远程参数估计器360从电化学模型输出的集合包括电池310的快速变化状态的估计和电池310的缓慢变化参数的估计。在一些实现中，电池310的状态结合对数学模型的当前输入允许模型预测电池310的当前输出。电池单元的状态可以例如包括充电状态、（针对锂电池的）锂化程度或电池的滞后水平。电池310的参数典型地比电池310的状态随时间更缓慢地变化。另外，模型可能不需要特定参数来预测电池310的当前输出。而是说，对电池310的参数的了解——其可以被称为电池的健康状态——涉及电池310的长期功能，例如，电池310在一个或多个充电/放电循环中的功能。一些实施例还估计和利用可能不能从当前电池310特性（例如，电压、电流、电阻、功率、温度及其组合）的测量直接可确定的参数。电池310参数的示例包括最大功率容量、内阻、活性材料的体积分数等。
电池310的状态和参数估计算法可以由于它们改变所基于的不同时间标度而分开——例如，电池系统300可以被配置为使用本地参数估计器335来计算在更快速时间标度上改变的参数并且使用远程参数估计器360来计算在缓慢时间标度上改变的参数。
在一些实现中，本地参数估计器335被配置为提供全参数集的子集的实时估计，尤其是如果存在预期相对于第二参数子集快速改变的某些参数的话，而远程参数估计器估计在较长时间范围内改变的第二参数子集。这通过仅计算预期更快速改变的参数来降低本地电池管理系统304上的计算负荷。其他参数不是在本地电池管理系统304上而是可以被远程估计（例如，在云中），这允许使用比通常在本地电池管理系统上运行的模型更精确但计算密集的参数估计模型。与本地系统相比，远程参数估计器360还可以允许基于较长测量历史（例如，由于增加的存储器和计算容量）的参数估计。远程参数估计器360还可以运行若干不同的算法来估计参数，确保结果的稳健性。
远程参数估计器360周期性地向在电池管理系统304的本地参数估计器335和状态估计器330上运行的算法发送参数更新。在更新之间，电池管理系统304操作电池310，计算估计的状态，并且使用从远程参数估计器360接收的最新参数集来执行本地参数估计。可以基于预期参数改变有多快、远程连接的可用性以及估计算法的复杂性来设置来自远程参数估计器360的更新之间的时间。
可替代地，在一些实现中，电池管理系统304被配置为使得本地参数估计器335计算与远程参数估计器360相同的电池参数中的一些或全部，但是本地参数估计器335使用可以在电池管理系统304的电子处理器上快速运行的简化算法以提供实时估计，而远程参数估计器360使用更繁杂和复杂的算法和/或更多数据以提供更稳健的估计，该更稳健的估计被用来周期性地更新由电池管理系统304在本地存储和利用的参数值。这种系统的一个优点是估计的冗余性，这确保了合理准确的估计总是可用的，并且远程连接的可用性的缺乏不会降低系统性能。决策算法也可以被合并到电池管理系统304中以决定是接受来自远程参数估计器360的参数更新还是继续使用由本地参数估计器335提供的机载估计。
在一些实现中，电池管理系统304被配置为调节电池310的操作，使得电池的寿命和性能得到增强。例如，通过最小化电池310的参数中的改变，电池管理系统304允许电池310在更换之前经历增加数量的充电/放电循环。在一些实施例中，电池管理系统304可以调节电池310的充电，以允许可氧化物质的有效嵌入，而不是沉积在电极的表面上。这可以最小化枝状晶体生长，从而限制在电池310内形成内部短路的可能性。在其他实施例中，电池管理系统304可以调节电池310的放电以便获得例如从电池310输出的最大总功率。
上面讨论的示例分别仅描述了单个电池管理系统104、304和单个远程参数估计器160、360。然而，在一些实施例中，基于云（远程）的网络可以连接到多个电池系统。可以聚合和分析来自多个电池的数据，以基于较大数据集内的趋势改善对各个电池的状态和参数的估计。可以识别例如可以指示在个体电池中出现的问题的统计异常值。还可以识别例如可以指示电池比作为整体的聚合体执行得更好的统计异常值，从而提供对可以被用来改善未来电池性能的条件的洞察力。
图4中示出了电池网络400的实施例。电池系统400包括参数聚合和诊断模块410，该参数聚合和诊断模块可通信地连接到一个或多个电池系统420A、420B、420C到420N，这将在下面的讨论中被表示为420，其中可以理解，420涵盖包含一个或多个电池系统的集合。
参数聚合和诊断模块410可通信地连接到每个电池系统420。参数聚合和诊断模块410可以包括例如主机、服务器、台式计算机、平板电脑、智能电话或其他包括微处理器、存储器、输入/输出组件和/或通信组件的设备及其组合。参数聚合和诊断模块410可以有线或无线可通信地连接到电池系统420。在一些示例中，参数聚合和诊断模块410可以通过诸如云计算网络、服务器、无线区域网络（WAN）、局域网（LAN）、车载网络或其他合适网络的网络可通信地连接到电池系统420。
参数聚合和诊断模块410还可以使用其他组件或组件的组合来加以实现，包括例如数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（ FPGA）或其他电路。取决于所期望的配置，处理器可以包括一个或多个级别的高速缓存，诸如级别高速缓存存储器、一个或多个处理器核和寄存器。示例处理器核可以包括算术逻辑单元（ALU）、浮点单元（FPU）或其任何组合。参数聚合和诊断模块410还可以包括用户接口、通信接口，并且用于执行本文未定义的特征的其他计算机实现的设备可以被合并到系统中。在一些示例中，参数聚合和诊断模块410可以包括其他计算机实现的设备（诸如通信接口、用户接口、网络通信链路和用于促进各种接口设备之间的通信的接口总线）、计算实现的设备、以及到微处理器的一个或多个外围接口。
电池系统420包括至少一个电池，其可通信地连接到参数聚合和诊断模块410。电池系统420除了电池之外还可以包括针对上面的参数聚合和诊断模块410描述的组件。参数聚合和诊断模块410聚合来自与其连接的一组电池的参数数据。例如，参数聚合和诊断模块410可以跟踪一组电池内的参数的聚合行为，可以对所述聚合行为进行分析以帮助识别个体电池中的故障，当与范数相比时所述故障显示出参数中的显著偏差并且通知用户需要维修或更换电池。来自电池的长期使用和参数数据也可以用来基于例如用于电池的典型操作方案来改善机载估计和/或控制算法。通过随时间跟踪多个类似电池的参数、对参数进行聚合、并将个体电池的参数与聚合体进行比较以确定一个或多个参数是否在针对该参数的预定值范围（例如，与平均值的一个标准偏差、与平均值的两个标准偏差、与平均值的三个标准偏差、与平均值的四个标准偏差、与平均值的五个标准偏差、或其他合适的预定范围）之外，可以确定个体电池是否偏离范数。
已经通过示例示出了上述实施例，并且应该理解，这些实施例可以容许各种修改和替代形式。例如，将图1中所图示的实现描述为电池管理系统104，其包括提供状态估计器130和电池控制器140的功能性的电子处理器。然而，在其他实现中，可以将多个电子处理器和多个存储器单元合并到单个电池管理系统中以实现各自在个体电子处理器上的状态估计器130和电池控制器140。类似地，可以使用单个电子处理器或多个电子处理器来实现图3的示例中所图示的组件。应进一步理解，权利要求不旨在局限于所公开的特定形式，而是涵盖落入本公开的精神和范围的所有修改、等同物和替代物。
可以相信，通过前面的描述将理解本文所描述的实施例及其许多附随的优点，并且显而易见的是，在不脱离所公开的主题的情况下或者在不牺牲其所有物质优势的情况下，可以对组件的形式、构造和布置进行各种改变。所描述的形式仅仅是说明性的，并且所附权利要求旨在涵盖和包括这些改变。
虽然已经参考各种实施例描述了本发明，但是应该理解，这些实施例是说明性的并且本公开的范围不限于此。许多变化、修改、添加和改善都是可能的。更一般地，已经在上下文或特定实施例中描述了根据本发明的实施例。在本公开的各种实施例中，功能性可以以不同的方框分离或组合，或者以不同的术语描述。这些和其他变化、修改、添加和改善可以落入如以下权利要求中限定的本公开的范围内。

Claims (18)

1.一种电池系统，包括处理器和存储指令的存储器，所述指令在由所述处理器执行时使得所述电池系统：
基于传感器的输出确定电池的至少一个测量的特性；
将所述至少一个测量的特性从所述电池系统传送到远程处理系统；
由所述电池系统从所述远程处理系统接收由所述远程处理系统使用基于物理的电池模型并且基于所述至少一个测量的特性计算的至少一个参数值，所述至少一个参数值指示所述电池的物理状况；
基于从所述远程处理系统接收的所述至少一个参数，由所述电池系统计算指示所述电池的状态的值；和
基于计算的所述电池单元的状态来调节所述电池的操作。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时还使得所述电池系统基于所述至少一个测量的特性计算第一组参数，其中由所述远程处理系统计算的所述至少一个参数值包括第二组参数。
3.根据权利要求2所述的电池系统，其中，所述第一组参数包括预期比所述第二组参数的参数更快地改变的参数。
4.根据权利要求2所述的电池系统，其中，所述第一组参数包括比所述第二组参数的参数计算密集度小的参数。
5.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述电池系统通过应用基于物理的电池模型来计算指示所述电池的状态的值，所述基于物理的电池模型应用差分代数方程来考虑所述电池单元的化学成分的物理参数。
6.根据权利要求5所述的电池系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述电池系统通过基于扩展卡尔曼滤波器的调整增益和计算的测量误差来计算指示所述电池的状态的值，从而计算指示所述电池的状态的值。
7.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述电池系统通过如下操作来计算指示所述电池的状态的值：
确定灵敏度协方差，和
减少递归最小二乘滤波器的参数的数量。
8.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述指令在由所述处理器执行时使得所述电池系统进一步通过如下操作来计算指示所述电池的状态的值：
基于所述至少一个测量的特性来确定移动水平估计方法的成本函数，和
基于移动水平估计方法的所述成本函数来更新所述基于物理的电池模型。
9.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述远程处理系统对所述至少一个参数值的计算在第一时间发生，并且其中所述指令在由所述处理器执行时还使得所述电池系统：
基于由所述远程处理系统在所述第一时间计算的所述至少一个参数来计算指示所述电池在第二时间的状态的值，并且基于由所述远程处理系统在所述第一时间计算的所述至少一个参数来计算指示所述电池在第三时间的状态的值，
其中所述第二时间不等于所述第三时间。
10.一种计算电池的状态和参数的方法，该方法包括：
基于传感器的输出确定电池的至少一个测量的特性；
将所述至少一个测量的特性从所述电池系统传送到远程处理系统；
由所述电池系统从所述远程处理系统接收由所述远程处理系统使用基于物理的电池模型并且基于所述至少一个测量的特性计算的至少一个参数值，所述至少一个参数值指示所述电池的物理状况；
基于从所述远程处理系统接收的所述至少一个参数，由所述电池系统计算指示所述电池的状态的值；和
基于计算的所述电池单元的状态来调节所述电池的操作。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括由所述电池系统基于所述至少一个测量的特性计算第一组参数，其中由所述远程处理系统计算的所述至少一个参数值包括第二组参数。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一组参数包括预期比所述第二组参数的参数更快地改变的参数。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一组参数包括比所述第二组参数的参数计算密集度小的参数。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，由所述电池系统计算指示所述电池的状态的值包括应用基于物理的电池模型，所述基于物理的电池模型应用差分代数方程来考虑所述电池单元的化学成分的物理参数。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，由所述电池系统计算指示所述电池的状态的值包括基于扩展卡尔曼滤波器的调整增益和计算的测量误差来计算指示所述电池的状态的值。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，由所述电池系统计算指示所述电池的状态的值还包括：
确定灵敏度协方差，和
减少递归最小二乘滤波器的参数的数量。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，由所述电池系统计算指示所述电池的状态的值还包括：
基于所述至少一个测量的特性来确定移动水平估计方法的成本函数，和
基于移动水平估计方法的所述成本函数来更新所述基于物理的电池模型。
18.根据权利要求10所述的方法，其中，计算由所述远程处理系统计算的所述至少一个参数值在第一时间发生，并且还包括：
由所述电池系统基于由所述远程处理系统在所述第一时间计算的所述至少一个参数来计算指示所述电池在第二时间的状态的值；和
由所述电池系统基于由所述远程处理系统在所述第一时间计算的所述至少一个参数来计算指示所述电池在第三时间的状态的值，
其中所述第二时间不等于所述第三时间。
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