CN101349713B - 混合动力汽车电池内阻检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时检测混合动力汽车电池内阻的方法，利用该方法可以比较精确地实时检测到混合动力汽车的电池内阻，以确定电池的状态，采用的技术方案是利用混合动力汽车中的整车控制器检测电池在汽车启动前后的一组输出电流和电压，并计算出汽车启动时的电流和电压的均值和启动后电流和电压的均值，然后通过公式计算内阻。该检测电池内阻的方法全部硬件都是混合动力汽车现有技术中存在的，不需要增加，另外本发明的一种优选方式将检测电流电阻频率高为100kHz，正是整车控制器检测电池的频率，这样基本不需要增加整车控制器的CPU开销。

Description

混合动力汽车电池内阻检测方法

技术领域

本发明涉及蓄电池的内阻在线实时检测方法，尤其是涉及一种混合动力汽车内电池内阻在线检测方法。

背景技术

电池内阻是指电池通过电池内部时所受的阻力，电池内阻是影响电池充放电效率和电池发热的主要因素，电池内阻也是决定电池耐充电及耐放电电流大小的关键。电池内阻与电池荷电状态有一定的关系，在一定温度下，在某一电池SOC范围内，电池的内阻是一个常数，当电池SOC小于某一阈值如30％时，电池内阻将很快增加，预示着，电池起动性能将迅速降低。当电池内阻过大时，例如内阻超过40mΩ，电池性能将变差，降低了起动发动机的可靠性。

混合动力汽车(HEV)具有发动机怠速停机/自动起动功能，其发动机怠速停机/自动启动功能是由HEV的整车控制器(HCU)统一控制的，HCU通过对汽车内的各种传感器的定期检测而得知汽车的工作状态和健康状态，并对汽车的下一步工作进行协调，自动控制汽车的工作状态，比如当混合动力车辆控制器检测到发动机处于怠速状态、电池电流小于某一阈值、车辆其它部件无动力需求，如空调关闭、制动真空度高时，将自动停止发动机；而当满足一些条件如停机过程中打开空调、制动真空度低、驾驶者踩离合等时，发动机会自动起动，而不需驾驶者通过起动钥匙起动发动机。

为实现发动机频繁地自动起/停，要求起动电池具有更好的频繁起动性能，而且需要HEV的整车控制器具有电池故障检测及性能预测功能，以确保电池有足够的起动发动机的能力。当整车控制器检测到电池性能小于设定的阈值，应屏蔽混合动力车辆的自动起停功能。因此对电池内阻进行检测，特别是检测利用电池启动发动机时刻的电池内阻具有重要的意义。而现有技术中整车控制器只对电池的输出电流和电压进行实时监测，但没有对电池内阻进行分析，因此对电池故障检测及性能预测功能受到限制。现有技术中有许多检测电池内阻的方法，主要有天津大学出版社出版的由朱松然编著的《蓄电池手册》，第4.4节，电池内阻章节中介绍的电池内阻测试方法，该文主要介绍了直流法和交流法，采用交流法测量得到的电池内阻实际是电池的阻抗，与电池内阻近似相等；交流内阻方法是通过测量电池两端对1kHz交流电流I_ac的响应电压U_ac来计算电池阻抗R_ac，计算公式为：

$R_{\mathrm{ac}}=\frac{\mathrm{Uac}}{\mathrm{Iac}}$

但以上内阻测试方法不适用于混合动力车辆内阻在线测试，这时因为混合动力车辆起动时间较短，要求混合动力车辆可实时的测试电池内阻，并综合考虑电池温度、起动电流、电池老化等因素的影响，并且以上提供的方法也不适于混合动力车辆的动态检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种混合动力汽车电池内阻实时检测的方法，以提高混合动力汽车电池故障检测及性能预测功能，进而提高混合动力汽车的自动起停功能的可靠性。

本发明为解决上述技术问题而采用如下的技术方案：混合动力汽车铅酸电池内阻检测方法，利用混合动力汽车的整车控制器在汽车启动过程中和启动后一段时间里按一定的频率采集电池的电压和电流然后计算电池的内阻，包括下列步骤：

A.整车控制器发出汽车启动命令，开始以特定的频率检测记录电池的输出电压和电流值直到汽车完成启动过程，并计算启动过程中记录的电压值的均值V_Bav和启动过程中电流值的均值I_Bav；

B.整车控制器确定汽车已启动，并开始检测记录一组电池在汽车启动后的输出电压和电流值对，并计算启动后的电压的均值V_Aav和启动后的电流的均值V_Aav；

C.按下列公式计算电池内阻并保存， $R=\frac{V_{\mathrm{Aav}}-V_{\mathrm{Bav}}}{I_{\mathrm{Bav}}-I_{\mathrm{Aav}}}.$

由于在混合动力汽车启动时，当发动机转速在50rpm～300rpm时，发动机转速较低、混合动力电机(ISG)扭矩大，电池电流大，因此，优选的方案是，计算电池内阻时只取发动机转速在50rpm～300rpm这段时间的电池输出电流和电压的均值。当混合动力汽车启动后，以发动机为动力，混合动力电机(ISG)可以不提供扭矩，因此此时电流和电压比较稳定，取电池在汽车启动后记录30对输出电压和电流对来计算均值较为合适。

由于整车控制器确定按每10ms检测一次所有检测器的输出，在这里优选的方法是整车控制器在汽车启动过程中和启动后一段时间里按100Hz频率采集电池的电压和电流，可以不增加整车控制器运行的开销，另外整车控制器也可以以1KHz的频率采样电池的输出电流和电压。

由于电池内阻变化是非常缓慢的，优选的方法是在步骤6中可按下列方式保存电池内阻的：在整车控制器的内存中设置一块可存放N组电池内阻的空间，这里将N设为9，其实按实际需要可设N也可以为其它数值，每次按FIFO(先进先出)的方式保存最近的N组电池内阻值，利用N组电池内阻值计算出其均值，该均值就是电池内阻值。

本发明利用汽车整车控制器对电池的输出电压与电流在汽车启动前后进行检测，是由于电池在汽车启动前后的输出电流和电压变化非常明显，利用汽车启动前后一段时间里电流和电压的均值计算电池内阻值，最能反映电池本身的特性，提高了混合动力汽车自动启停功能的可各靠性。对本方法优选的方法是将采样频率设置为100Hz，和混合动力汽车整车控制器对车内各检测器进行采样的周期一致，可以减少整车控制器在电池内阻检测中的开销。对本方案的步骤C进一步限制是根据电池内阻在一定时间里变化非常缓慢的特性，可以更准确地确定电池的状态。

下面结合实施例和附图来进一步说明本发明。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为本发明实施例1测量结果图。

图3为本发明实施例1测量结果图。

图4为整车控制器通过电流检测器与电池连接的拓扑图。

图中：1.整车控制器，2.电池，3.电流检测装置。

具体实施方式

实施例如图4示，整车控制器1通过安装在电池2输出电源处的电流检测器3，对电池2的电流进行每10ms一次的检测，并将结果保存，本方法为检测电池内阻，只提取在汽车启动前后的几组电流和电压值，如图1所示为本方法的流程图，有如下步骤：

1.整车控制器确定已发出汽车启动命令；此时整车控制器确认已发出汽车启动命令，同时检测到电池的电压较最高电压低，最高电压值存储于整车控制器内，同时还检测到发动机的转速在50rpm到300rpm之间，整车控制器记录电池的电压值{V_B1，V_B2，V_B3...V_B30}和对应的电流值{I_B1，I_B2，I_B3...I_B30}，存入内存。

2.整车控制器确定汽车已启动；此时整车控制器确定当点火钥匙转到Start档位后。

3.记录30组电池在启动后的电压值{V_A1，V_A2，V_A3...V_A30}和对应的电流值{I_A1，I_A2，I_A3...I_A30}，存入内存；

4.计算{V_B1，V_B2，V_B3...V_B30}的均值V_Bav，{I_B1，I_B2，I_B3...I_B30}的均值I_Bav，{V_A1，V_A2，V_A3...V_A30}的均值V_Aav，{I_A1，I_A2，I_A3...I_AN}的均值V_Aav；

5.按下列公式计算电池内阻并保存， $R=\frac{V_{\mathrm{Aav}}-V_{\mathrm{Bav}}}{I_{\mathrm{Bav}}-I_{\mathrm{Aav}}}.$

将上面计算出来的电池内阻值按下面的要求存入内存：在整车控制器的内存中设置一块可存放9组电池内阻的空间，每次按FIFO的方式保存最近的9组电池内阻值，利用9组电池内阻值计算出其均值，该均值即为电池的内阻。这是由于电池的内阻是由电池的本身特性决定的，在电池荷电量不发生太大变化时，其变化特别缓慢，而本方法测量的电池内阻的单个值可能有一定的误差，因为在汽车启动过程中，其电流和电压变化特别剧烈如图2、3所示，而整车控制器对其的采样是一个点一个点地采样的，难免有误差发生，若以一段时间里检测到的电池内阻做均值将会提高检测精度，下表为整车控制器内存中某一时刻检测的9组内阻值。

检测次数	内阻值(毫欧)
		1	6
2	5.5
		3	6
4	6.5
		5	5.8
6	6
		7	5.5
8	6
		9	6

Claims (4)

1.混合动力汽车电池内阻检测方法，利用混合动力汽车的整车控制器在汽车启动过程中和启动后各采集一组电池的输出电压和电流对，然后计算电池的内阻，包括下列步骤：

A.整车控制器发出汽车启动命令，开始以特定的频率检测记录一组电池的输出电压和电流值直到汽车完成启动过程，并计算启动过程中记录的电压值的均值V_Bav和启动过程中电流值的均值I_Bav；

B.整车控制器确定汽车已启动，并开始检测记录一组电池在汽车启动后的输出电压和电流对，并计算启动后的电压的均值V_Aav和启动后的电流的均值I_Aav；

C.按下列公式计算电池内阻并保存， $R=\frac{V_{\mathrm{Aav}}-V_{\mathrm{Bav}}}{I_{\mathrm{Bav}}-I_{\mathrm{Aav}}};$

其特征在于：所述的电池为铅酸电池；

所述整车控制器在汽车启动过程中和启动后按100Hz的频率采集电池的输出电压和电流；

所述的步骤A中，计算启动过程中记录的电压值的均值V_Bav和启动过程中电流值的均值I_Bav，所使用的电压值和电流值只使用了当汽车发动机转速在50rpm～300rpm之间时的电池输出电压值和电流值；

所述的一组电池的输出电压和电流对为30对。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车电池内阻检测方法，其特征在于：步骤B中整车控制器确定汽车已启动是按下列条件确定的：当点火钥匙转到点火档位后，整车控制器判断车辆已经启动。

3.根据权利要求1所述的混合动力汽车电池内阻检测方法，其特征在于：所述的步骤C中是按下列方式保存电池内阻的：在整车控制器的内存中设置一块可存放N组电池内阻的空间，每次按FIFO的方式保存最近的N组电池内阻值，利用N组电池内阻值计算出电池内阻均值。

4.根据权利要求3所述的混合动力汽车电池内阻检测方法，其特征在于：所述的N为9。

Images