[go: up one dir, main page]

CN112829635A - 电动车辆电池中的析锂检测和缓解 - Google Patents

电动车辆电池中的析锂检测和缓解 Download PDF

Info

Publication number
CN112829635A
CN112829635A CN202011303106.0A CN202011303106A CN112829635A CN 112829635 A CN112829635 A CN 112829635A CN 202011303106 A CN202011303106 A CN 202011303106A CN 112829635 A CN112829635 A CN 112829635A
Authority
CN
China
Prior art keywords
traction battery
capacity
vehicle
cycle
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011303106.0A
Other languages
English (en)
Inventor
萨蒂什·B·奇卡南纳瓦尔
乔纳森·陶
马修·艾伦·托迈
克里斯汀·爱德华·谢弗
凯文·范德拉恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of CN112829635A publication Critical patent/CN112829635A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/14Preventing excessive discharging
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10Complex mathematical operations
    • G06F17/18Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/615Heating or keeping warm
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625Vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547Voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549Current
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本公开提供了“电动车辆电池中的析锂检测和缓解”。一种车辆包括牵引电池和控制器。所述控制器被编程为响应于在某一驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量与在先前驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量相差了阈值百分比,控制所述牵引电池以减少析锂。

Description

电动车辆电池中的析锂检测和缓解
技术领域
本公开涉及检测和缓解牵引电池中的析锂。
背景技术
电动化车辆(诸如混合动力、插电式混合动力和电池电动车辆)使用由牵引电池供电的电机来驱动车辆动力传动系统。例如,电池的充电和放电造成电化学过程,所述电化学过程影响可用于为车辆供电的电荷并且可能随环境条件和工况(诸如电池荷电状态(SOC)、温度、电池单元平衡和充电/放电速率或电流)而变化。在锂离子(Li离子)电池中,金属锂在一些工况下可能会沉积在电池单元的阳极上,这可能会影响电池性能。电池在低操作温度和高充电电流下特别地易受此过程(称为析锂)影响,但在其他环境条件和工况下也可能会发生析锂。
续航里程焦虑通常会妨碍电动化车辆的采用,并且是指客户担心没有足够的电池电量来到达特定目的地,或者必须等待数个小时来对电池再充电。已经开发了各种充电策略来为电池耗尽的车辆或当驾驶员没有足够的时间可供进行常规的充电时提供更快的充电。然而,这些充电策略可能会造成析锂,特别是当在低温下充电时。
发明内容
根据一个实施例,一种车辆包括牵引电池和控制器。所述控制器被编程为响应于在某一驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量与在先前驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量相差了阈值百分比,控制所述牵引电池以减少析锂。
根据另一个实施例,一种车辆包括牵引电池和控制器。所述控制器被编程为:在某一驾驶循环期间存储所述牵引电池的电压数据和电流数据;以及响应于从所述电压数据和所述电流数据得出的在所述驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量与在先前驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量相差了阈值百分比,在所述驾驶循环之后,执行所述牵引电池的探测循环。所述控制器还被编程为响应于在所述探测循环期间确定的所述牵引电池的容量比所述牵引电池的标定容量小另一个阈值百分比,控制所述牵引电池以减少析锂。
根据又一个实施例,一种车辆包括牵引电池和控制器。所述控制器被编程为:在某一驾驶循环期间存储所述牵引电池的电压数据和电流数据;以及响应于所述驾驶循环结束,基于所述电压数据和所述电流数据来计算所述驾驶循环的第一动态电阻。所述控制器将所述第一动态电阻与来自先前驾驶循环的所述牵引电池的第二动态电阻进行比较,并且响应于所述第一电阻比所述第二电阻超出了第一阈值百分比,基于所述电流数据来计算在所述驾驶循环内所述牵引电池的第一容量。所述控制器还被编程为响应于所述第一容量比来自所述先前驾驶循环的所述牵引电池的第二容量小第二阈值百分比,运行所述电池的探测循环以检测所述牵引电池的析锂。如果所述探测循环检测到析锂,则控制所述牵引电池以减少所述析锂。
附图说明
图1是示出电动化车辆的框图。
图2A和图2B示出了用于检测和缓解析锂的算法的流程图。
图3是在驾驶循环期间收集的牵引电池的电压数据和电流数据的曲线图。
具体实施方式
根据需要,本文中公开了详细实施例;然而,应理解,所公开的实施例仅表示所要求保护的主题并且可以各种且替代的形式体现。附图不一定按比例绘制;一些特征可能会放大或最小化以示出特定部件的细节。因此,本文中公开的具体的结构细节和功能细节不应被解释为限制性的,而是仅被解释为教导本领域的技术人员以不同方式采用实施例的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解,参考附图中的任一者示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示的特征的组合提供用于典型的应用的代表性实施例。然而,对于特定的应用或实施方式,可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
本公开的实施例可包括各种内部电路和外部电路或其他电气装置。所有对电路和其他电气装置以及由它们每一者提供的功能性的提及并不旨在限于仅涵盖本文中示出和描述的内容。尽管可将特定标签分配给所公开的各种电路或其他电气装置,但此类标签并不旨在限制电路和其他电气装置的操作范围。此类电路和其他电气装置可基于所期望的特定类型的电气实施方式来彼此组合和/或以任何方式分离。应认识到,本文中公开的任何电路或其他电气装置可包括任何数量的分立的无源部件和有源部件,诸如电阻器、电容器、晶体管、放大器、模拟/数字转换器(ADC或A/D转换器)、微处理器、集成电路、非暂时性存储器装置(例如,快闪存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或它们的任何合适的变型)以及彼此配合以执行本文中公开的操作的软件。另外,电气装置中的任一者或多者可被配置为执行计算机程序,所述计算机程序体现在非暂时性计算机可读存储介质中,所述计算机程序包括对计算机或控制器进行编程以执行所公开的任何数量的功能的指令。
图1是代表性电动化车辆实施例的框图,所述电动化车辆实施例具有被编程为检测并缓解析锂的至少一个控制器。尽管此代表性实施例中示出了具有内燃发动机的插电式混合动力车辆,但本领域的普通技术人员将认识到,所公开的实施例也可用于其他类型的电动化车辆。本文中公开的系统和方法独立于特定车辆动力传动系统,但例外情况也是本领域的普通技术人员显而易见的。例如,控制发动机以减小供应给牵引电池的电流将不适用于纯电动车辆。代表性车辆应用可包括混合动力车辆、电动车辆或具有经受与析锂相关联的性能劣化的电池的任何其他类型的车辆。
在图1中示出的代表性实施方式中,插电式混合动力电动车辆112可包括机械地连接到变速器116的一个或多个电机114。电机114可能能够作为马达或发电机来操作。对于混合动力车辆,变速器116机械地连接到内燃发动机118。变速器116还机械地连接到驱动轴120,所述驱动轴机械地连接到车轮122。本文中的描述同样地适用于电池电动车辆(BEV),其中混合动力变速器116可为连接到电机114的齿轮箱,并且发动机118可如先前所描述那样被省略。无论发动机118是否正在进行操作,电机114都可提供推进和减速能力。电机114还用作发电机并且可通过在回收原本通常在再生制动期间在摩擦制动系统中作为热量损失的能量来提供燃料经济性益处。
对于混合动力或电动车辆应用,牵引电池或牵引电池组124将能量存储在连接在一起的多个单独的电池单元中,以对电机114提供期望的电压和充电容量。在一个实施例中,电池组124包括锂离子电池单元阵列。析锂(在本文中也称为“镀覆(plating)”)是指这样的过程:金属锂沉积在电池单元的负电极或阳极上并且可能会引起长期效应(诸如容量损失、阻抗增大、效率降低,以及例如在一些情况下的内部短路),这取决于沉积的锂的特定结构特性。一定程度的镀覆在称为剥离的过程期间可能会逆转。不可逆的镀覆可能会造成电池阳极的永久性变化。可使用对电池充电和放电的控制来剥离可逆地镀覆的阳极以及减少或消除附加镀覆。电池单元在低温、高荷电状态(SOC)和高充电速率(高电流)下充电期间特别地易受镀覆影响。因此,对电池和/或车辆的控制可包括控制牵引电池电流以减少或逆转(剥离)析锂。
电池组124典型地向高电压总线150提供高电压DC输出,但电压和电流可根据特定的工况和负载而变化。牵引电池组124电连接到一个或多个外部电路152,所述外部电路可包括例如电力电子器件或逆变器电路126、DC/DC转换器电路128和/或电力转换模块或电路132。一个或多个接触器可在断开时将牵引电池组124与其他部件隔离,并且在闭合时将牵引电池组124连接到其他部件。牵引电池组124可包括各种内部电路来测量和监测各种操作参数,包括电池单元电流和电池单元电压。单独的电池单元、电池单元组和整个电池组的参数,诸如电压、电流和电阻(有时称为电池组电压和电池组电流)可由电池管理系统(BMS)146监测和/或控制。牵引电池124可包括相关联的电压传感器和电流传感器(未示出),所述电压传感器和电流传感器将电压数据和电流数据输出到BMS 146。
除了提供能量以用于推进之外,电池组124还可为连接到高电压总线150的其他外部电路152提供能量。车辆112的配电系统还可包括DC/DC转换器模块或电路128,所述DC/DC转换器模块或电路将牵引电池124的高电压DC输出转换为与可直接地连接的其他车辆负载兼容的低电压DC供电。其他外部高电压电路或负载(诸如用于车厢或部件加热器的那些)可在不使用DC/DC转换器模块128的情况下直接地连接到高电压总线50。
车辆112还可包括具有相对较低的标称电压(例如,诸如12V、24V或48V)的辅助电池130,并且可使用与牵引电池组124相同或不同的电池化学物质来实施。辅助电池130还可称为低电压电池、起动机电池或简称为车辆电池,这取决于各种应用。辅助电池130可用于为一般由电气负载160表示的各种低电压部件、控制器、模块、马达、致动器、传感器等供电。一个或多个继电器/电压转换器168可用于为车辆电气负载160供电。在此实施例中,继电器/电压转换器168包括由车辆控制模块(VCM)172所提供的继电器输入信号170控制的继电器,所述VCM也可用于使用BMS 146直接地或间接地控制车辆和/或牵引电池124。如下文更详细地描述的,一个或多个电气部件或附件可由VCM 172和/或BMS 146控制,以通过控制电池电流来控制析锂。在一些实施例中,辅助电池130可为易受析锂影响的锂离子电池。尽管结合牵引电池主要地讨论用于检测和缓解析锂的系统和方法,但在一些实施例中,它们也可应用于辅助电池。
电池组124可由外部电源136再充电。外部电源136可包括连接到电网的电源插座。外部电源136可电连接到电动车辆供电装备(EVSE)138。EVSE 138可提供电路和控件以调节和管理在电源136与车辆112之间的能量传输。外部电源136可向EVSE 138提供DC或AC电力。EVSE 138可具有用于插入到车辆112的充电端口134中的充电连接器140。充电端口134可电连接到充电器或车载电力转换模块132。替代地,被描述为电连接的各种部件可使用无线电感耦合来传输电力。如下文更详细地描述的,电力转换模块132是可通过控制电池电流来直接地或间接地控制以限制或逆转析锂的另一个代表性电气装置。在一些应用中,电池电流可在充电期间被减小或停止,或者可被逆转以向外部电源136提供电流来减少或逆转析锂。
图1中示出的各种部件可具有一个或多个相关联的控制器、控制模块和/或处理器(诸如VCM 172)以控制车辆和牵引电池操作。控制器可经由串行外围接口(SPI)总线(例如,控制器局域网(CAN))或经由分立导体进行通信。可使用CAN或其他导体来广播或公布各种操作参数或变量,以供车辆控制模块或子模块用来控制车辆或车辆部件,例如,诸如牵引电池组124或电气负载160。一个或多个控制器可以独立方式操作而无需与一个或多个其他控制器通信。控制器可包括BMS 146以控制各种充电和放电功能、电池单元荷电平衡、电池组电压测量、单独的电池单元电压测量、电池过充电保护、电池过放电保护、电池寿命终止(end-of-life)确定、对析锂的控制、电池电流极性或方向(充电和放电)等。
控制器可包括各种类型的非暂时性计算机可读存储介质和/或与其通信,所述非暂时性计算机可读存储介质包括持久性和临时存储装置,以存储控制逻辑、算法、程序、操作变量等。在一个实施例中,BMS 146可与用于存储与电池124相关联的值(诸如动态电阻、电压、电流、容量、阈值等)的存储器通信。类似地,BMS 146可与具有存储在查找表或与牵引电池124相关联的阵列中的值(诸如标定容量、探测循环操作、温度、SOC、老化等)的存储器通信。BMS 146还可与存储对应于在析锂状况下供应的电池充电电力的累积的镀覆历史以供用来确定电池寿命估计值的存储器通信。
牵引电池或辅助电池(如果适用的话)的寿命可通过检测可逆析锂并采取缓解动作以逆转其效应来延长。本文中公开了基于随循环推移的动态电阻的变化和电池容量的变化的系统、方法和控制。例如,可将当前循环的动态电阻与先前循环的动态电阻进行比较。如果差值超过阈值,则这指示了析锂。还可将当前循环的容量与先前循环的容量进行比较。如果差值超过阈值,则这进一步指示了析锂。动态电阻和容量可结合使用来减少析锂检测的误报。如果动态电阻和容量的变化指示析锂,则在车辆关闭时(在钥匙关闭期间)执行诊断,包括一个或多个探测循环。在每个探测循环期间,使电池放电并且确定容量。将探测循环的容量与标定容量(即,理想容量)进行比较,并且如果它们相差超过阈值,则确认存在析锂。在确认析锂之后采取缓解动作。缓解动作包括例如以降低的速率充电和放电、使电池升温等。
电池的使用可分成多个循环。循环可为在钥匙接通与钥匙关闭之间的时间段,即,循环在钥匙接通时开始并且在钥匙关闭时结束。在其他实施例中,可使用其他分界来限定循环。通过将循环的测量值和计算值(诸如动态电阻和容量)彼此进行比较,可确定电池性能的劣化。本公开公开了用于通过将当前循环的动态电阻和容量与一个或多个先前循环和标定值进行比较来检测析锂的系统和方法。
由控制器执行的控制逻辑或功能可由一个或多个附图中的流程图或类似图表示。这些附图提供了可使用一种或多种处理策略(诸如,事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实施的代表性控制策略和/或逻辑。因此,所示的各种步骤或功能可按所示的顺序执行、并行地执行,或者在一些情况下被省略。尽管没有总是明确地示出,但本领域的普通技术人员将认识到,根据所使用的特定处理策略,可重复地执行所示的步骤或功能中的一者或多者。类似地,处理次序不一定是实现本文中描述的特征和优点所必需的,而是为了易于说明和描述而提供的。控制逻辑可主要地在由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如控制器)执行的软件中实施。当然,控制逻辑可根据特定应用在一个或多个控制器中以软件、硬件或软件与硬件的组合实施。当以软件实施时,控制逻辑可提供在一个或多个计算机可读存储装置或介质中,所述计算机可读存储装置或介质存储有表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或指令的数据。计算机可读存储装置或介质可包括使用电存储、磁性存储和/或光学存储来保存可执行指令和相关联的校准信息、操作变量等的多种已知物理装置中的一者或多者。
图2A和图2B示出了用于检测和缓解析锂的算法的流程图300。控制在操作302处开始,其中钥匙接通事件开始。(钥匙接通是指汽车正在起动)。钥匙接通开始当前驾驶循环。在驾驶循环期间,控制器在操作304处接收电池组电压数据并且在操作306处接收电池组电流数据。此数据可从电压传感器和/或电流传感器接收,或者可基于其他测量来估计或以其他方式计算。接收的电压数据和电流数据根据控制的循环时间(诸如每秒)在整个驾驶循环中周期性地被接收。在操作308处,将接收的电压数据和电流数据存储在与控制器相关联的存储器中。
在操作310处,控制器确定车辆是否切换到钥匙关闭,例如驾驶员已经关闭车辆。如果否,则控制循环回到操作304,并且驾驶循环继续。如果是,则驾驶循环结束并且车辆执行诊断以确定是否已经发生析锂。
在操作312处,控制器确定在驾驶循环内牵引电池的动态电阻。动态电阻是基于在驾驶循环期间收集的电压数据和电流数据。可使用线性回归来计算此数据集的动态电阻。图3示出了在驾驶循环期间确定的电压(y轴)和电流(x轴)的示例数据集。可对数据集执行线性回归以确定电压(V)相对于电流(I)的趋势线200。趋势线200的斜率是驾驶循环的动态电阻。这仅是从电压数据和电流数据计算动态电阻的一个示例,并且在其他实施例中可使用其他技术。在操作314处,可将驾驶循环的动态电阻存储在存储器中,以供之后使用。
在操作316处,控制器将当前循环(n)的动态电阻(Rdyn_n)与已经存储在与控制器相关联的存储器中的先前循环(n-1)的动态电阻(Rdyn_n-1)进行比较。比较Rdyn_n和Rdyn_n-1提供了对析锂的初始筛查。如果电阻增加了阈值百分比,诸如5%至50%,则可能存在析锂。方程1可用于比较循环的动态电阻。在方程中,动态电阻是绝对值。阈值(α)可在1.05至1.5之间,包括1.05和1.5。方程1仅是计算动态电阻的百分比增加的一个示例,并且可设想其他示例。
Rdyn_n>α×Rdyn_n-1 (方程1)
如果当前循环的动态电阻没有增加超过阈值,即,在操作316处为否,则用于检测析锂的诊断结束。如果在操作316处为是,则诊断的下一阶段是将当前循环的容量与先前循环中的一者或多者进行比较。
在操作318处,控制器确定在当前循环内牵引电池的容量。容量可以安培小时(Ah)为单位并且指示存储在电池中的电荷量。容量是基于电流数据306。可通过对在时间间隔[a,b]内的电流数据(I)进行积分来计算容量,例如,如方程2所示,其中a是电池在钥匙接通时处于第一SOC的时间,并且b是电池在钥匙关闭时处于第二SOC的时间。在操作320处,将该循环的计算的容量存储在存储器中。
Figure BDA0002787433830000091
在操作322处,将当前循环的容量(Cap_n)与先前循环的容量(Cap_n-1)进行比较以确定容量是否已经下降超过阈值百分比,例如2%至10%。方程3可用于比较循环的容量。在等式3中,容量是绝对值。例如,阈值β可在0.90至0.98之间,包括0.90和0.98。
Cap_n<β×Cap_n-1 (方程3)
如果在操作322处为否,则用于检测析锂的诊断结束。如果是,则存在析锂的指示,并且控制器可继续进一步诊断,例如运行探测循环,或者可立即标记析锂。在所示的实施例中,在操作324处执行探测循环。可在钥匙关闭期间执行探测循环。在探测循环期间,使电池放电并且确定容量。可在电池的窄SOC范围或全范围内执行探测循环。在探测循环期间,电池可以恒定电流或以变化电流放电。如果在探测循环期间容量减少超过预期,则指示析锂。通过电池测试,可确定多个放电事件的标定容量(理想容量),即,从开始SOC到结束SOC。标定容量存储在查找表中。然后可将这些标定容量中的对应一者与在探测循环期间确定的容量进行比较,以确定电池是否具有减小的容量。如果电池减少超过阈值百分比,则有可能存在析锂。例如,电池可在探测循环期间从70SOC放电到40SOC。在放电期间,收集电流数据和电压数据。基于此数据,控制器计算在探测循环期间电池的容量。然后,控制器从查找表中拉出适当的标定容量(即,与70SOC到40SOC的放电相关联的标定容量),并且在操作326处执行比较。可使用方程4,其中γ可在0.95至0.98之间。探测循环也可在电池的全范围内。这里,可将在探测循环期间的容量变化与牵引电池的额定容量进行比较。
Cap_探测<γ×Cap_标定 (方程4)
如果探测容量比标定容量小不到阈值百分比,则探测循环已经通过并且控制结束。然而,如果探测容量比标定操作容量小阈值量,则探测循环尚未成功,并且控制器在操作328处标记析锂。控制器可包括学习逻辑,所述学习逻辑随时间而修改标定容量以考虑到正常电池劣化。
如果存在标志则控制前进到操作330,并且采取缓解动作。可通过以较低速率使电池放电和充电来剥离可逆析锂。加热电池也可有助于剥离。例如,控制器可被编程为以较低C速率(诸如0.1C至0.3C)使牵引电池循环通过放电循环和充电循环。可在车辆连接到壁电力(wall power)的情况下在钥匙关闭期间执行循环。在混合动力车辆的情况下,也可在钥匙接通期间执行循环。
尽管上文描述了示例性实施例,但这些实施例并不旨在描述权利要求所涵盖的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性而非限制性词语,并且应理解,在不脱离本公开的精神和范围的情况下,可做出各种改变。如先前所描述,各种实施例的特征可组合以形成可能未明确地描述或示出的本发明的另外的实施例。尽管各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式,但本领域的普通技术人员应认识到,可折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性,这取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维修性、重量、可制造性、易组装性等。因此,被描述为就一个或多个特性而言不如其他实施例或现有技术实施方式那样令人期望的实施例并非在本公开的范围之外并且可能是特定应用所期望的。
根据本发明,提供了一种车辆,所述车辆具有:牵引电池;以及控制器,所述控制器被编程为:在某一驾驶循环期间存储所述牵引电池的电压数据和电流数据;响应于从所述电压数据和所述电流数据得出的在所述驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量与在先前驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量相差了阈值百分比,在所述驾驶循环之后,执行所述牵引电池的探测循环;以及响应于在所述探测循环期间确定的所述牵引电池的容量比所述牵引电池的标定容量小另一个阈值百分比,控制所述牵引电池以减少析锂。
根据一个实施例,所述牵引电池具有相关联的电压传感器和电流传感器,所述电压传感器和所述电流传感器被配置为输出所述电压数据和所述电流数据。
根据一个实施例,所述动态电阻使用所述电压数据和所述电流数据的线性回归来进行计算。
根据一个实施例,所述驾驶循环的所述容量是基于所述电流数据的积分。
根据一个实施例,所述探测循环在所述车辆的钥匙关闭期间执行。
根据一个实施例,所述探测循环包括使所述牵引电池放电。
根据一个实施例,所述放电是以恒定速率。
根据一个实施例,所述控制所述牵引电池以减少析锂包括降低所述牵引电池的充电速率。
根据一个实施例,所述控制所述牵引电池以减少析锂还包括加热所述牵引电池。
根据一个实施例,本发明的特征还在于充电端口,所述充电端口电连接到所述牵引电池并且被配置为从充电站接收壁电力。
根据本发明,提供了一种车辆,所述车辆具有:牵引电池;以及控制器,所述控制器被编程为:在某一驾驶循环期间存储所述牵引电池的电压数据和电流数据;响应于所述驾驶循环结束,基于所述电压数据和所述电流数据来计算所述驾驶循环的第一动态电阻;将所述第一动态电阻与来自先前驾驶循环的所述牵引电池的第二动态电阻进行比较;响应于所述第一电阻比所述第二电阻超出了第一阈值百分比,基于所述电流数据来计算在所述驾驶循环内所述牵引电池的第一容量;响应于所述第一容量比来自所述先前驾驶循环的所述牵引电池的第二容量小第二阈值百分比,运行所述电池的探测循环以检测所述牵引电池的析锂;以及响应于所述探测循环检测到所述析锂,控制所述牵引电池以减少所述析锂。
根据一个实施例,所述探测循环包括:使所述牵引电池放电;在所述放电期间计算所述牵引电池的第三容量;将所述第三容量与标定容量进行比较;以及响应于所述第三容量比所述标定容量小第三阈值百分比,标记所述析锂。
根据一个实施例,所述放电是以恒定速率。
根据一个实施例,所述探测循环在钥匙关闭期间执行。
根据一个实施例,所述第一阈值百分比在10%与50%之间,包括10%和50%。
根据一个实施例,所述第二阈值百分比在2%与5%之间,包括2%和5%。
根据一个实施例,所述第一动态电阻使用所述电压数据和所述电流数据的线性回归来进行计算。
根据一个实施例,所述第一容量是基于所述电流数据的积分。
根据一个实施例,所述控制所述牵引电池以减少所述析锂包括降低所述牵引电池的充电速率。
根据本发明,提供了一种车辆,所述车辆具有:牵引电池;以及控制器,所述控制器被编程为响应于在某一驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量与在先前驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量相差了阈值百分比,控制所述牵引电池以减少析锂。

Claims (15)

1.一种车辆,所述车辆包括:
牵引电池;以及
控制器,所述控制器被编程为:
在某一驾驶循环期间存储所述牵引电池的电压数据和电流数据,
响应于从所述电压数据和所述电流数据得出的在所述驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量与在先前驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量相差了阈值百分比,在所述驾驶循环之后,执行所述牵引电池的探测循环,以及
响应于在所述探测循环期间确定的所述牵引电池的容量比所述牵引电池的标定容量小另一个阈值百分比,控制所述牵引电池以减少析锂。
2.如权利要求1所述的车辆,其中所述动态电阻使用所述电压数据和所述电流数据的线性回归来进行计算。
3.如权利要求1所述的车辆,其中所述驾驶循环的所述容量是基于所述电流数据的积分。
4.如权利要求1所述的车辆,其中所述探测循环在所述车辆的钥匙关闭期间执行,其中所述探测循环包括使所述牵引电池放电。
5.如权利要求4所述的车辆,其中所述放电是以恒定速率。
6.如权利要求1所述的车辆,其中所述控制所述牵引电池以减少析锂包括降低所述牵引电池的充电速率。
7.如权利要求1所述的车辆,所述车辆还包括充电端口,所述充电端口电连接到所述牵引电池并且被配置为从充电站接收壁电力。
8.一种车辆,所述车辆包括:
牵引电池;以及
控制器,所述控制器被编程为:
在某一驾驶循环期间存储所述牵引电池的电压数据和电流数据,
响应于所述驾驶循环结束,基于所述电压数据和所述电流数据来计算所述驾驶循环的第一动态电阻,
将所述第一动态电阻与来自先前驾驶循环的所述牵引电池的第二动态电阻进行比较,
响应于所述第一电阻比所述第二电阻超出了第一阈值百分比,基于所述电流数据来计算在所述驾驶循环内所述牵引电池的第一容量,
响应于所述第一容量比来自所述先前驾驶循环的所述牵引电池的第二容量小第二阈值百分比,运行所述电池的探测循环以检测所述牵引电池的析锂,以及
响应于所述探测循环检测到所述析锂,控制所述牵引电池以减少所述析锂。
9.如权利要求8所述的车辆,其中所述探测循环包括:
使所述牵引电池放电,
在所述放电期间计算所述牵引电池的第三容量,
将所述第三容量与标定容量进行比较,以及
响应于所述第三容量比所述标定容量小第三阈值百分比,标记所述析锂。
10.如权利要求9所述的车辆,其中所述放电是以恒定速率。
11.如权利要求8所述的车辆,其中所述探测循环在钥匙关闭期间执行。
12.如权利要求8所述的车辆,其中所述第一阈值百分比在10%与50%之间,包括10%和50%。
13.如权利要求12所述的车辆,其中所述第二阈值百分比在2%与5%之间,包括2%和5%。
14.如权利要求8所述的车辆,其中所述第一动态电阻使用所述电压数据和所述电流数据的线性回归来进行计算,并且所述第一容量是基于所述电流数据的积分。
15.一种车辆,所述车辆包括:
牵引电池;以及
控制器,所述控制器被编程为响应于在某一驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量与在先前驾驶循环内所述牵引电池的动态电阻和容量相差了阈值百分比,控制所述牵引电池以减少析锂。
CN202011303106.0A 2019-11-22 2020-11-19 电动车辆电池中的析锂检测和缓解 Pending CN112829635A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/692,726 2019-11-22
US16/692,726 US11603011B2 (en) 2019-11-22 2019-11-22 Lithium plating detection and mitigation in electric vehicle batteries

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112829635A true CN112829635A (zh) 2021-05-25

Family

ID=75784443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011303106.0A Pending CN112829635A (zh) 2019-11-22 2020-11-19 电动车辆电池中的析锂检测和缓解

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11603011B2 (zh)
CN (1) CN112829635A (zh)
DE (1) DE102020130681A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024119355A1 (zh) * 2022-12-06 2024-06-13 厦门新能安科技有限公司 电池状态检测方法、装置、设备、存储介质及程序产品

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4292860A1 (en) * 2022-06-15 2023-12-20 Scania CV AB Methods, an external battery monitoring module and an external battery monitoring system for obtaining one or more battery parameter values and/or for indicating if a critical condition is present for at least one propulsion battery

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090077657A (ko) * 2008-01-11 2009-07-15 에스케이에너지 주식회사 배터리 관리 시스템에서 배터리의 soc 측정 방법 및 장치
US9853466B2 (en) * 2014-05-01 2017-12-26 Advanced Battery Management Systems, Llc Method and apparatus for fast charging Li based rechargable batteries
KR101610530B1 (ko) * 2014-10-24 2016-04-07 현대자동차주식회사 배터리의 내부 저항 측정 방법
US11173775B2 (en) * 2016-01-20 2021-11-16 Ford Global Technologies, Llc Closed loop feedback control to mitigate lithium plating in electrified vehicle battery
US9758167B1 (en) 2016-03-08 2017-09-12 Gkn Driveline North America, Inc. Hill detection and grade percent estimation logic for an all-wheel drive system
US9840161B2 (en) 2016-03-10 2017-12-12 Ford Global Technologies, Llc Circuit and method for detection of battery cell degradation events
US11462774B2 (en) * 2016-10-03 2022-10-04 Cps Technology Holdings Llc State of charge dependent plating estimation and prevention
JP6432117B2 (ja) 2016-10-31 2018-12-05 Thk株式会社 レンズ移動機構
US11226374B2 (en) 2017-10-17 2022-01-18 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Data-driven model for lithium-ion battery capacity fade and lifetime prediction
US11159039B2 (en) * 2019-06-29 2021-10-26 Intel Corporation Apparatus and method for battery charging with lithium plating detection and battery degradation detection and separation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024119355A1 (zh) * 2022-12-06 2024-06-13 厦门新能安科技有限公司 电池状态检测方法、装置、设备、存储介质及程序产品

Also Published As

Publication number Publication date
US20210155114A1 (en) 2021-05-27
US11603011B2 (en) 2023-03-14
DE102020130681A1 (de) 2021-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10553896B2 (en) Battery capacity degradation resolution methods and systems
US10137792B2 (en) Vehicle control based on lithium plating detection in electrified vehicle battery
CN107128186B (zh) 用于电池健康状态监测的系统和方法
CN106985684B (zh) 用于减轻电气化车辆电池中的锂镀覆的闭环反馈控制
CN106985683B (zh) 用于减轻电气化车辆电池中的锂镀覆的充电策略
KR101589155B1 (ko) 전기 저장 시스템
US10809305B2 (en) System and method for detecting and responding to a battery over-discharge condition within a vehicle
EP3323184B1 (en) A method and system for balancing a battery pack
US20160049821A1 (en) Electrical storage system, and full charge capacity estimation method for electrical storage device
CN107300673B (zh) 电池过电流诊断系统
JP7199021B2 (ja) 管理装置、蓄電システム
CN105471020B (zh) 用于电池单元漏电检测的电路和方法
US20150285867A1 (en) Model-based diagnosis for battery voltage
CN112829635A (zh) 电动车辆电池中的析锂检测和缓解
CN113016099B (zh) 电池控制装置
CN110361669B (zh) 电池劣化判定装置
US11686777B2 (en) Power source control system for vehicle
WO2022030355A1 (ja) 蓄電装置、蓄電システム、内部抵抗推定方法及びコンピュータプログラム
WO2022138745A1 (ja) 電池制御装置及び電池システム
WO2014060810A1 (en) Storage system and abnormality determination method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination