本公开总体上涉及电池容量估算方法与系统。
背景技术：
电池是一种存储电能并输送电能以便为设备供电的电化学装置。电池用在许多设备上，包括混合动力车辆或电动车辆、手机等等。电池用于为系统提供能量存储。电池可以是可再充电的。电池容量或电池充电容量（chargecapacity）是电池存储多少电荷的量度。随着电池循环地用于提供能量并随后再充电，电池容量可能退化。
技术实现要素：
提供了一种电池容量估算方法。该方法包括在计算机化的电池容量估算控制器中，监测可操作以采集关于电池的数据的传感器，基于来自传感器的数据收集多个数据点，其中所述数据点中的每一个包括基于电压的荷电状态值以及与所述基于电压的荷电状态值同时期收集的相应积分电流值，在所述多个数据点中，基于在第一时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第一数据集，在所述多个数据点中，基于在第二时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第二数据集，确定与第二数据集相关的积分电流误差，将与第二数据集相关的积分电流误差与阈值积分电流误差进行比较，当与第二数据集相关的积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时，基于来自第一时间段的积分电流值中的一个重置第二数据集，将第一数据集与第二数据集组合以创建组合的数据集，将所述组合的数据集的斜率确定为积分电流相对于基于电压的荷电状态的变化，将所述组合的数据集的斜率定义为电压斜率容量估算结果（estimate），并基于所述电压斜率容量估算结果来管理电池。
在一些实施方案中，重置第二数据集包括确定直接库仑计数误差，通过方差传播确定估算的库仑计数值，将直接库仑计数误差与估算的库仑计数值进行比较，并且当直接库仑计数误差大于估算的库仑计数值时，利用库仑计数锚值来校正第二数据集。
在一些实施方案中，重置第二数据集包括确定来自数据集二的所选数据点的直接库仑计数值，估算选择为所述来自数据集二的所选数据点的锚点的来自数据集一的所选数据点的积分电流值，基于直接库仑计数值和估算的积分电流值确定混合（blended）的积分电流值，基于直接库仑计数值确定直接库仑计数误差方差值，基于估算的积分电流值确定积分电流值方差值，基于直接库仑计数误差方差值和积分电流值方差值确定混合的积分电流误差方差值作为加权平均值，并基于所述混合的积分电流值和所述混合的积分电流误差方差值校正所述第二数据集。
在一些实施方案中，重置第二数据集包括确定随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差，确定基于电压的荷电状态的方差，将随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差与等于基于电压的荷电状态的方差的两倍的值进行比较，并且当随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差大于所述等于基于电压的荷电状态的方差的两倍的值时，将随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差重置为等于基于电压的荷电状态的方差。
在一些实施方案中，重置第二数据集包括将第二数据集的基于电压的荷电状态值与第一数据集的基于电压的荷电状态值进行比较，基于小于阈值的来自第一数据集的数据点的基于电压的荷电状态值与来自第二数据集的数据点的基于电压的荷电状态值之间的差值，将来自第一数据集的数据点中的一个识别为第一数据集的锚点，并将来自第二数据集的数据点中的一个识别为第二数据集的锚点，基于第一数据集的锚点重置第二数据集的锚点，并基于第二数据集的锚点的重置来校正第二数据集的积分电流值。
在一些实施方案中，基于第一数据集的锚点重置第二数据集的锚点包括设定第二数据集的锚点的积分电流值等于第一数据集的锚点的积分电流值。
在一些实施方案中，基于第一数据集的锚点重置第二数据集的锚点包括参考电压斜率容量估算结果的历史值并基于第一数据集的锚点的积分电流值和电压斜率容量估算结果的历史值来设定第二数据集的锚点的积分电流值。
在一些实施方案中，将与第二数据集相关的积分电流误差与阈值积分电流误差进行比较包括确定第一数据集的锚点的积分电流误差方差值，将第一数据集的锚点的积分电流误差方差值定义为阈值方差值，并确定第二数据集的第一数据点的积分电流误差方差值与第二数据集的第二数据点的积分电流误差方差值之间的差值。在一些实施方案中，该方法进一步包括当所述差值大于所述阈值方差值时，将与第二数据集相关的积分电流误差定义为超过所述阈值积分电流误差。
在一些实施方案中，该方法进一步包括，在计算机化的电池容量估算控制器中，通过重复地收集多个数据点并重置一部分数据点来递归地确定所述组合的数据集的斜率。
在一些实施方案中，该方法进一步包括，在计算机化的电池容量估算控制器中，基于对所述组合的数据集的斜率表现出最小影响的数据点，删除数据点中的一个。
在一些实施方案中，监测传感器包括监测可操作以测量随时间推移的电池使用的传感器，监测可操作以测量电池电流的传感器，监测可操作以测量电池电压的传感器，以及监测可操作以测量电池温度的传感器。
在一些实施方案中，确定所述组合的数据集的斜率包括将加权总体最小二乘法（atotalweightedleastsquaresprocess）应用于所述组合的数据集。
根据一个替代实施方案，提供了一种电池容量估算方法。该方法包括，在计算机化的电池容量估算控制器中，监测可操作以采集关于电池的数据的传感器，基于来自所述传感器的数据收集多个数据点，其中所述数据点中的每一个包括基于电压的荷电状态值以及与所述基于电压的荷电状态值同时期收集的相应积分电流值，在所述多个数据点中，基于在第一时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第一数据集，并在所述多个数据点中，基于在第二时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第二数据集。该方法进一步包括确定与第二数据集相关的积分电流误差并将与第二数据集相关的积分电流误差与阈值积分电流误差进行比较。当与第二数据集相关的积分电流误差超过阈值积分电流误差时，该方法包括基于来自第一时间段的积分电流值中的一个重置第二数据集，所述重置包括将第二数据集的基于电压的荷电状态值与第一数据集的基于电压的荷电状态值进行比较，并且基于小于阈值的来自第一数据集的数据点的基于电压的荷电状态值与来自第二数据集的数据点的基于电压的荷电状态值之间的差值，将来自第一数据集的数据点中的一个识别为第一数据集的锚点，并将来自第二数据集的数据点中的一个识别为第二数据集的锚点。所述重置进一步包括基于第一数据集的锚点重置第二数据集的锚点，其中基于第一数据集的锚点重置第二数据集的锚点包括参照电压斜率容量估算结果的历史值，并基于第一数据集的锚点的积分电流值和电压斜率容量估算结果的历史值设定第二数据集的锚点的积分电流值，并基于第二数据集的锚点的重置校正第二数据集的积分电流值。该方法进一步包括将第一数据集与第二数据集组合以创建组合的数据集，将所述组合的数据集的斜率确定为积分电流相对于基于电压的荷电状态的变化，将所述组合的数据集的斜率定义为电压斜率容量估算结果，并基于所述电压斜率容量估算结果来管理电池。
在一些实施方案中，该方法进一步包括，在计算机化的电池容量估算控制器中，通过重复地收集多个数据点并重置一部分数据点来递归地确定所述组合的数据集的斜率。
在一些实施方案中，该方法进一步包括，在计算机化的电池容量估算控制器中，基于对所述组合的数据集的斜率表现出最小影响的数据点，删除数据点中的一个。
在一些实施方案中，监测传感器包括监测可操作以测量随时间推移的电池使用的传感器，监测可操作以测量电池电流的传感器，监测可操作以测量电池电压的传感器，以及监测可操作以测量电池温度的传感器。
在一些实施方案中，确定所述组合的数据集的斜率包括将加权总体最小二乘法应用于所述组合的数据集。
根据一个替代实施方案，提供了一种电池容量估算系统。该系统包括电池和可操作以采集关于电池的信息的传感器。该系统进一步包括计算机化的电池容量估算控制器，其编程为监测可操作以采集关于电池的数据的传感器，基于来自传感器的数据收集多个数据点，其中所述数据点中的每一个包括基于电压的荷电状态值以及与所述基于电压的荷电状态值同时期收集的相应积分电流值，在所述多个数据点中，基于在第一时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第一数据集，在所述多个数据点中，基于在第二时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第二数据集，确定与第二数据集相关的积分电流误差，将与第二数据集相关的积分电流误差与阈值积分电流误差进行比较，当与第二数据集相关的积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时，基于来自第一时间段的积分电流值中的一个重置第二数据集，将第一数据集与第二数据集组合以创建组合的数据集，将所述组合的数据集的斜率确定为积分电流相对于基于电压的荷电状态的变化，并将所述组合的数据集的斜率定义为电压斜率容量估算结果。该系统进一步包括计算机化的电池维护控制器，其编程为使用所述电压斜率容量估算结果来管理电池。
在一些实施方案中，该系统进一步包括可操作以测量随时间推移的电池使用的传感器、可操作以测量电池电流的传感器、可操作以测量电池电压的传感器和可操作以测量电池温度的传感器。
本发明公开了以下实施方案：
方案1.电池容量估算方法，包括：
在计算机化的电池容量估算控制器中，
监测可操作以采集关于电池的数据的传感器；
基于来自所述传感器的数据收集多个数据点，其中所述数据点中的每一个包括基于电压的荷电状态值以及与所述基于电压的荷电状态值同时期收集的相应积分电流值；
在所述多个数据点中，基于在第一时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第一数据集；
在所述多个数据点中，基于在第二时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第二数据集；
确定与所述第二数据集相关的积分电流误差；
将与所述第二数据集相关的积分电流误差与阈值积分电流误差进行比较；
当与所述第二数据集相关的所述积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时，基于来自所述第一时间段的所述积分电流值中的一个重置所述第二数据集；
将所述第一数据集与所述第二数据集组合以创建组合的数据集；
将所述组合的数据集的斜率确定为所述积分电流相对于所述基于电压的荷电状态的变化；
将所述组合的数据集的斜率定义为电压斜率容量估算结果；以及
基于所述电压斜率容量估算结果来管理所述电池。
方案2.根据方案1所述的方法，其中重置所述第二数据集包括：
确定直接库仑计数误差；
通过方差传播确定估算的库仑计数值；
将所述直接库仑计数误差与所述估算的库仑计数值进行比较；以及
当所述直接库仑计数误差大于所述估算的库仑计数值时，利用库仑计数锚值来校正所述第二数据集。
方案3.根据方案1所述的方法，其中重置所述第二数据集包括：
确定来自数据集二的所选数据点的直接库仑计数值；
估算选择为所述来自数据集二的所选数据点的锚点的来自数据集一的所选数据点的积分电流值；
基于所述直接库仑计数值和所述估算的积分电流值确定混合的积分电流值；
基于所述直接库仑计数值确定直接库仑计数误差方差值；
基于所述估算的积分电流值确定积分电流值方差值；
基于所述直接库仑计数误差方差值和所述积分电流值方差值确定混合的积分电流误差方差值作为加权平均值；以及
基于所述混合的积分电流值和所述混合的积分电流误差方差值校正所述第二数据集。
方案4.根据方案1所述的方法，其中当与所述第二数据集相关的所述积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时重置所述第二数据集包括：
确定随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差；
确定基于电压的荷电状态的方差；
将所述随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差与等于所述基于电压的荷电状态的方差的倍数值倍的值进行比较；以及
当所述随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差大于所述等于所述基于电压的荷电状态的方差的倍数值倍的值时，将所述第二数据集中的数据点锚定至所述第一数据集中的数据点。
方案5.根据方案1所述的方法，其中当与所述第二数据集相关的所述积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时重置所述第二数据集包括：
将所述第二数据集的基于电压的荷电状态值与所述第一数据集的基于电压的荷电状态值进行比较；
基于小于阈值的来自所述第一数据集的数据点的基于电压的荷电状态值与来自所述第二数据集的数据点的基于电压的荷电状态值之间的差值，将来自所述第一数据集的数据点中的一个识别为所述第一数据集的锚点，并将来自所述第二数据集的数据点中的一个识别为所述第二数据集的锚点；
基于所述第一数据集的锚点重置所述第二数据集的锚点；以及
基于所述第二数据集的锚点的重置来校正所述第二数据集的积分电流值。
方案6.根据方案5所述的方法，其中基于所述第一数据集的锚点重置所述第二数据集的锚点包括设定所述第二数据集的锚点的积分电流值等于所述第一数据集的锚点的积分电流值；以及
将所述随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差重置为等于所述基于电压的荷电状态的方差。
方案7.根据方案5所述的方法，其中基于所述第一数据集的锚点重置所述第二数据集的锚点包括：
参考所述电压斜率容量估算结果的历史值；以及
基于所述第一数据集的锚点的积分电流值和所述电压斜率容量估算结果的历史值来设定所述第二数据集的锚点的积分电流值。
方案8.根据方案5所述的方法，其中将与所述第二数据集相关的积分电流误差与所述阈值积分电流误差进行比较包括：
确定所述第一数据集的锚点的积分电流误差方差值；
将所述第一数据集的锚点的积分电流误差方差值定义为阈值方差值；以及
确定所述第二数据集的第一数据点的积分电流误差方差值；以及
进一步包括当所述第二数据集的第一数据点的积分电流误差方差值大于所述阈值方差值时，将与所述第二数据集相关的积分电流误差定义为超过所述阈值积分电流误差。
方案9.根据方案8所述的方法，进一步包括，在所述计算机化的电池容量估算控制器中，迭代地按时间顺序分析和选择性锚定所述第二数据集的多个数据点。
方案10.根据方案1所述的方法，进一步包括，在所述计算机化的电池容量估算控制器中，通过重复地收集多个数据点并重置一部分数据点来递归地确定所述组合的数据集的斜率。
方案11.根据方案10所述的方法，进一步包括，在所述计算机化的电池容量估算控制器中，基于对所述组合的数据集的斜率表现出最小影响的数据点，删除数据点中的一个。
方案12.根据方案1所述的方法，其中监测所述传感器包括：
监测可操作以测量随时间推移的电池使用的传感器；
监测可操作以测量电池电流的传感器；
监测可操作以测量电池电压的传感器；以及
监测可操作以测量电池温度的传感器。
方案13.根据方案1所述的方法，其中确定所述组合的数据集的斜率包括将加权总体最小二乘法应用于所述组合的数据集。
方案14.电池容量估算方法，包括：
在计算机化的电池容量估算控制器中，
监测可操作以采集关于电池的数据的传感器，
基于来自所述传感器的数据收集多个数据点，其中所述数据点中的每一个包括基于电压的荷电状态值以及与所述基于电压的荷电状态值同时期收集的相应积分电流值；
在所述多个数据点中，基于在第一时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第一数据集；
在所述多个数据点中，基于在第二时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第二数据集；
确定与所述第二数据集相关的积分电流误差；
将与所述第二数据集相关的积分电流误差与阈值积分电流误差进行比较；
当与所述第二数据集相关的积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时，基于来自所述第一时间段的积分电流值中的一个重置所述第二数据集，所述重置包括：
将所述第二数据集的基于电压的荷电状态值与所述第一数据集的基于电压的荷电状态值进行比较；
基于小于阈值的来自所述第一数据集的数据点的基于电压的荷电状态值与来自所述第二数据集的数据点的基于电压的荷电状态值之间的差值，将来自所述第一数据集的数据点中的一个识别为所述第一数据集的锚点，并将来自所述第二数据集的数据点中的一个识别为所述第二数据集的锚点；
基于所述第一数据集的锚点重置所述第二数据集的锚点，其中基于所述第一数据集的锚点重置所述第二数据集的锚点包括：
参照所述电压斜率容量估算结果的历史值；
基于所述第一数据集的锚点的积分电流值和所述电压斜率容量估算结果的历史值设定所述第二数据集的锚点的积分电流值；以及
基于所述第二数据集的锚点的重置校正所述第二数据集的积分电流值；
将所述第一数据集与所述第二数据集组合以创建组合的数据集；
将所述组合的数据集的斜率确定为积分电流相对于基于电压的荷电状态的变化；
将所述组合的数据集的斜率定义为电压斜率容量估算结果；以及
基于所述电压斜率容量估算结果来管理所述电池。
方案15.根据方案14所述的方法，进一步包括，在所述计算机化的电池容量估算控制器中，通过重复地收集多个数据点并重置一部分数据点来递归地确定所述组合的数据集的斜率。
方案16.根据方案15所述的方法，进一步包括，在所述计算机化的电池容量估算控制器中，基于对所述组合的数据集的斜率表现出最小影响的数据点，删除数据点中的一个。
方案17.根据方案14所述的方法，其中监测所述传感器包括：
监测可操作以测量随时间推移的电池使用的传感器；
监测可操作以测量电池电流的传感器；
监测可操作以测量电池电压的传感器；以及
监测可操作以测量电池温度的传感器。
方案18.电池容量估算系统，包括：
电池；
可操作以采集关于电池的信息的传感器；
计算机化的电池容量估算控制器，其编程为：
监测可操作以采集关于电池的数据的传感器；
基于来自所述传感器的数据收集多个数据点，其中所述数据点中的每一个包括基于电压的荷电状态值以及与所述基于电压的荷电状态值同时期收集的相应积分电流值；
在所述多个数据点中，基于在第一时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第一数据集；
在所述多个数据点中，基于在第二时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第二数据集；
确定与所述第二数据集相关的积分电流误差；
将与所述第二数据集相关的积分电流误差与阈值积分电流误差进行比较；
当与所述第二数据集相关的积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时，基于来自所述第一时间段的积分电流值中的一个重置所述第二数据集；
将所述第一数据集与所述第二数据集组合以创建组合的数据集；
将所述组合的数据集的斜率确定为积分电流相对于基于电压的荷电状态的变化；以及
将所述组合的数据集的斜率定义为电压斜率容量估算结果；以及
计算机化的电池维护控制器，其编程为使用所述电压斜率容量估算结果来管理所述电池。
方案19.根据方案18所述的系统，进一步包括：
可操作以测量随时间推移的电池使用的传感器；
可操作以测量电池电流的传感器；
可操作以测量电池电压的传感器；以及
可操作以测量电池温度的传感器。
当结合附图时，从以下对用于实施本公开的最佳模式的详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点变得显而易见。
附图说明
图1以图形方式示出了根据本公开的无法重置库仑计数误差的情况下电池的安培小时（amphour）和基于电压的荷电状态的方差vs时间/安培小时吞吐量；
图2以图形方式示出了根据本公开的电池的安培小时和基于电压的荷电状态的方差vs时间/安培小时吞吐量，包括可用于作出锚定数据以重置积分电流误差的决定的诊断比较；
图3以图形方式示出了根据本公开的基于电压的荷电状态vs安培小时的变化，其中在图形上绘制了两个不同的数据集，没有锚定或重置积分电流误差；
图4以图形方式示出了根据本公开的基于电压的荷电状态vs安培小时的变化，其中考虑到库仑计数误差而重置图3的两个不同的数据集；
图5示意性示出了根据本公开的可操作以便在系统中的装置、传感器、控制器和其它电子设备之间传输数据的系统通信架构；
图6是示出了根据本公开的估算电池容量的示例性方法的流程图；
图7是示出了根据本公开的来自图6的步骤306的示例性实施方案的流程图，处理传感器数据以提供与所监测的电池的运行相关的积分电流值和基于电压的荷电状态值；
图8是示出了根据本公开的图6的步骤308的示例性实施方案的流程图，其中确定积分电流误差是否大于阈值积分电流误差；以及
图9是示出了根据本公开的图6的步骤310的示例性实施方案的流程图，其中进行电压斜率容量估算，并且另外确定是保存还是删除所收集的数据点。
具体实施方案
本领域中的电池容量估算方法可能产生有噪声的、不准确的结果。本领域中的其它电池容量估算方法可能依赖于单一一致锚点以使安培小时误差为零。这种单一一致锚点可能处于电池的荷电顶点（topofcharge）或完全充电状态。这种荷电顶点单一一致锚点可能难以实现，例如，需要使用者长时间对电池进行充电而不使用以达到完全充电状态。结果，单一一致锚点可能长时间段使用，并且在过去某个遥远时间点设定的这个锚点可能不能准确地反映电池的运行，该电池的容量和运行性质自设定锚点以来已经退化。此外，当设定单一一致锚点时可能存在误差。在复杂系统中基于单一测量结果（measurement）进行计算固有地存在问题，并可能通过随着发生的计算传播误差。这种使用单一一致锚点的方法可以描述为电压斜率容量方法。
提供了改进的用于测量或估算电池容量的电压斜率容量方法，其使用静置电压查找（restedvoltagelookups）和积分电流（安培小时）来导出回归的斜率曲线，该斜率曲线可用于提供针对动态运行点的估算的电池容量。该方法可以包括通过跟踪安培小时、电压和电池容量值中的每一个的方差来利用混合的数据集。通过使用混合的数据集，避免了使用设定在荷电顶点的单一一致锚点的需要。
所提供的方法可以包括重置库仑计数误差而不需要单一一致锚点。在无法重置库仑计数误差的情况下，积分电流误差可能随着电池使用而增长。现在参考附图，其中在所有若干视图中相同的附图标记表示相同的特征，图1以图形方式示出了无法重置库仑计数误差的情况下电池的安培小时和基于电压的荷电状态的方差vs时间/安培小时吞吐量。示出了图形10，其包括基于所绘制的项的方差的垂直轴61和基于电池使用（时间或安培小时吞吐量）的水平轴62。示出了曲线12，其显示了随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差。曲线12可以描述为直接库仑计数误差。描述了随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差或直接库仑计数误差的曲线12可以由以下等式表征：
其中
其中
图2以图形方式示出了电池的安培小时和基于电压的荷电状态的方差vs时间/安培小时吞吐量，包括可用于作出锚定数据以重置积分电流误差的决定的诊断比较。示出了图形20，其包括基于所绘制的项的方差的垂直轴63和基于电池使用（时间或安培小时吞吐量）的水平轴64。示出了曲线22，其显示了随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差。示出了曲线24，其显示了随着增加的电池使用而变化的基于电压的荷电状态的方差。示出了曲线26，其显示了随着增加的电池使用而变化的基于电压的荷电状态的方差的两倍。曲线24导致在恒定的垂直轴值处延伸横跨图形20的水平波浪线，且曲线26导致在曲线24的垂直轴值的某倍数值倍的垂直轴值处延伸横跨图形20的水平波浪线。在图2的示例性实施方案中，所选倍数值为二。曲线22的垂直轴值随着电池使用而增加，直到曲线22的值达到曲线26的垂直轴值。在此时，可以将曲线22的方差或垂直轴值锚定或重置至曲线24的垂直轴值。在此重置后，方差从重置点重新开始其增长，如标记为曲线22'的线段所示。将积分电流误差的方差与基于电压的荷电状态的方差进行比较可用于决定何时锚定是适当或有用的。当积分电流误差的方差小时，锚定是不必要的。当积分电流误差的方差增加至阈值时，锚定是适当的。以这种方式，可以重置或减小随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差以改进估算结果值。用于设定曲线26的垂直轴值的倍数值可以从多个可能的数字中选择。可以使用小的倍数值，如一，并将导致频繁地锚定值。可以使用更大的倍数值，如三或四，并将导致不那么频繁地锚定值。
图3以图形方式示出了基于电压的荷电状态vs安培小时的变化，其中在图形上绘制了两个不同的数据集，没有锚定或重置积分电流误差。示出了图形30，其包括基于基于静置电压的荷电状态的垂直轴65和基于积分电流的变化（δ安培小时）的水平轴66。所示出的数据集一包括数据点31、数据点32、数据点33和数据点34。所示出的数据集二包括数据点41、数据点42、数据点43和数据点44。数据集二在时间上比数据集一获取得明显更晚，并因此包括明显更大的积分电流误差。由于不断增加的积分电流误差的影响，从数据集一和数据集二的组合中导出有用信息（特别是形成数据点之间的斜率）是困难的。
图2提供了可用于作出锚定数据以重置积分电流误差的决定的诊断比较。一旦作出锚定的决定，重置或调整图3上的数据点以调整累积的积分电流误差的方法可以包括从数据集一选择点和从数据集二选择点，以便基于来自数据集一的点的积分电流值重置来自数据集二的点的积分电流值。这两个所选的点可以被标记为锚点。可以基于相对较小的它们的基于电压的荷电状态值之间的差值来选择两个所选的点。
图4以图形方式示出了基于电压的荷电状态vs安培小时的变化，其中考虑到库仑计数误差而重置图3的两个不同的数据集。示出了图形40，其包括基于基于静置电压的荷电状态的垂直轴67和基于电池电流放电（δ安培小时）的水平轴68。示出了包括数据点31、数据点32、数据点33和数据点34的数据集一以及包括数据点41'、数据点42'、数据点43'和数据点44'的数据集二。数据集一与图3的数据集一相同。数据集二包括与图3的数据集二类似的值，除了这些值包括重置的积分电流误差。在图3的实施方案中，数据点33和数据点41包括接近的基于电压的荷电状态值，并且可以选择为锚点。回到图4，斜率55包括电压斜率容量的先前的估算结果，例如，基于电池的原始制造规范或由所提供的方法进行的先前计算。基于将点放置在图4上的斜率55上，保持来自图3的数据点41的基于电压的荷电状态值，来自图3的数据点41可以用校正的积分电流值重置调整。结果，数据点41'在图4上与图3上的数据点41处于相同的垂直位置，但是相对于图3的数据点41的水平位置在图4上调整数据点41'的水平位置。以这种方式，已经基于先前的电压斜率容量将数据点41'锚定至数据点33。与数据点41'类似地调整数据点42'、数据点43'和数据点44'，将相同的积分电流值校正应用于数据点42'、数据点43'和数据点44'中的每一个。斜率50随后可以拟合至数据点31、数据点32、数据点33、数据点34、数据点41'、数据点42'、数据点43'和数据点44'。
图4的方法可以递归地操作，使用多个锚动态地定义数据集一和数据集二。在一个实例中，可以按时间顺序一次一个地检查包括成对值（即基于电压的荷电状态和相应的积分电流值）的数据点，将时间上开始于第二收集的各个数据点与更早收集的数据点进行比较，并随后继续进行至更晚收集的数据点。在一个实例中，可以将收集的第二数据点与收集的第一数据点进行比较，然后可以将收集的第三数据点首先与收集的第一数据点进行比较，并随后与收集的第二数据点进行比较。接着，可以将第四数据点与收集的第一数据点进行比较，随后与收集的第二数据点进行比较，并随后与收集的第三数据点进行比较。该方法可以持续进行，直到每个数据点相对于每个其它更早收集的数据点进行了检查。当通过比较证明锚定是合理的时，该数据点和每个更晚收集的数据点可以基于所选的锚点来使它们各自的积分电流值重置。单个数据点可以使其各自的积分电流值重置超过一次，例如，当较早收集的数据点与锚点比较时将重置值初始化，并随后在单个数据点后来基于锚点重置时再次重置。第一数据集和第二数据集可以通过迭代分析来调整，例如，当初始在第二数据集中的相对较早收集的数据点与在第二数据集中的相对较晚收集的数据点比较时，将初始在第二数据集中的相对较早收集的数据点移动至第一数据集。
根据一个实施方案，这些迭代分析可以由以下等式表示。从时间0到时间n索引电流测量结果，积分电流误差的方差（假设测量结果的零偏置和样本之间的独立误差）可以如下表示：
其中
从时间n处的静置电压反向查找获得的荷电状态的方差可以如下进行近似：
其中
作为图4中所示的锚定方法的结果，而在图3中，由于收集数据集时的时间之间累积的积分电流误差，数据集一和数据集二实际上不兼容，图4的数据集一和数据集二是兼容的，使得数据集可以混合，并且可以基于数据集一和数据集二的混合数据导出反映电池容量估算结果的斜率50。
图5示意性示出了可操作以便在系统中的装置、传感器、控制器和其它电子设备之间传输数据的系统通信架构200。系统通信架构200包括配置成向系统中的装置、传感器、控制器和其它电子设备提供电子通信能力的通信总线205。系统通信架构200的组件可以描述为电池容量估算系统。
计算机化的电池容量估算控制器210示出为可通信地连接到通信总线205上。电池容量估算控制器210是计算机化的装置，其包括计算机化的处理器、随机存取存储器和持久记忆存储装置，并且可操作以执行编程。电池容量估算控制器210可以编程为运行图6的方法300或类似方法。
电池系统220示出为可通信地连接到通信总线205上。一个电池或多个电池可以存在并连接到通信总线205上。电池系统220包括可操作以存储、接收和选择性提供电能的装置。电池系统220可以是锂-聚合物装置或布置成供应电力的另一种可再充电的电化学配置，可以包括单个电池单元或多个连接的电池单元，并且可以供应直流电力。电池系统220可以包括可操作以通过通信总线205提供和接收数据的电子电路。电池温度传感器222、电池电压传感器224和电池电流传感器226示出为连接到电池系统220上。电池温度传感器222、电池电压传感器224和电池电流传感器226中的每一个可以可通信地连接到通信总线205上，例如通过通信总线205向电池容量估算控制器210提供数据。单独的电池时间传感器可以另外提供，例如连接到电池系统220上并与通信总线205通信连接。在图5的实施方案中，将时间传感器内置到电池电流传感器226中，以便积分或累积在一段时间内电池系统220的总电流放电。
容量维护控制器230示出为可通信地连接到通信总线205上。容量维护控制器230是包括计算机化处理器、随机存取存储器和持久记忆存储装置的计算机化装置，并且可操作以执行编程。容量维护控制器230可以编程以运行与电池系统220的运行和管理有关的过程和相关联电气系统。容量维护控制器230可以包括编程，所述编程可用于根据所提供的电池容量估算以提高的效率管理充电和放电循环；向电池的使用者或所有者提供及时和更准确的警报，以估计何时需要维护和/或更换电池；以及提供电池的改进的范围估算结果或剩余荷电估算结果，以使在特定持续时间内依赖电池的能力得到提高。此外，容量维护控制器可以调整充电和放电的电压和电流限制，以便保护电池免于过度损耗（wearandtear）。这降低了保修成本，并为客户提供了更一致的驾驶体验。
图6是示出估算电池容量的示例性方法300的流程图。方法300开始于步骤302。在步骤304处，监测与电池的运行和状态相关的传感器并收集数据。这些传感器可以包括时间传感器，其例如测量电池提供电力的时间和/或经过一个时间段的时间；电流传感器，其测量由电池提供电力的系统的电流消耗；电压传感器，其例如在电池静置时和在其供应电力时测量电池的电压；以及温度传感器。在步骤306处，处理在步骤304中收集的数据，例如以便确定库仑计数、库仑计数误差估算结果、基于电压的荷电状态和基于电压的荷电状态误差估算结果。在步骤307处，分析将基于电压的荷电状态与由步骤306的处理值得到的积分电流值进行比较的数据点。确定积分电流误差是否已经增加，使得证明对积分电流值的调整或锚定是合理的。对累积的积分电流误差的这种调整、校正可以在步骤308中通过调整积分电流值以与较早的更准确的积分电流值相符来完成。这种调整方法可以描述为锚定用于电压斜率容量估算的所得数据值。如果积分电流误差增加至超过阈值，则在步骤308中按照所提供的方法锚定和重置积分电流值，并将包括经调整的数据点的数据点提供至步骤310。如果积分电流误差没有增加至超过阈值，则将基于来自步骤306的数据创建的数据点提供至步骤310。在步骤310处，来自步骤308的数据点用于拟合所述数据点的斜率，并且将斜率用于确定电池的新的电压斜率容量估算。将这样的电压斜率容量估算在步骤312处提供至电池状态估算方法，在步骤314处提供至容量维护模块，并返回至步骤306以便进行电压斜率容量估算的后续迭代。方法300可以递归地重复，随后在适当的情况下估算锚定数据点并重置积分电流值。方法300终止于步骤316。方法300是示例性的，方法300的多个替代实施方案是可设想的，并且本公开并非意在限于本文中提供的实例。
图7是示出来自图6的步骤306的示例性实施方案的流程图，处理传感器数据以提供与所监测的电池的运行相关的积分电流值和基于电压的荷电状态值。步骤306包括子步骤402，其中监测来自时间传感器的数据；子步骤404，其中监测来自电流传感器的数据；子步骤406，其中监测来自电压传感器的数据；以及子步骤408，其中监测来自温度传感器的数据。将来自子步骤402和子步骤404的数据提供至子步骤412，其中确定电池的库仑计数。将来自子步骤402和子步骤404的数据另外提供至子步骤410，其中确定电池的库仑计数误差。将来自子步骤406和子步骤408的数据提供至子步骤416，其中确定电池的基于电压的荷电状态。将来自子步骤406和子步骤408的数据另外提供至子步骤414，其中估算电池的基于电压的荷电状态误差。将来自子步骤412的库仑计数提供至求和块420，其中基于先前的库仑计数值调整库仑计数，并将更新的库仑计数值提供至子步骤422。将来自子步骤410的库仑计数误差提供至求和块418，其中基于先前的库仑计数误差值调整库仑计数误差，并将更新的库仑计数误差值提供至子步骤422。将来自子步骤416的基于电压的荷电状态提供至子步骤424。将来自子步骤414的基于电压的荷电状态误差提供至子步骤424。在子步骤422处，积分电流值和积分电流误差值按时间顺序存储，作为反馈提供，并作为输出提供至图6的步骤308。在子步骤424处，基于电压的荷电状态和基于电压的荷电状态误差按时间顺序存储，并作为输出提供至图6的步骤308。
图8是示出图6的步骤308的示例性实施方案的流程图，其中可以锚定和重置积分电流值。在子步骤504处，提供来自步骤306的值作为输入。基于输入确定锚点的积分电流误差方差值。锚点包括来自较早收集的数据点的历史数据，要将较早收集的数据点与更近来收集的数据点进行比较以确定是否应当基于锚点重置更近来收集的数据点。通过下文的等式10来描述这样的积分电流误差方差值的一种示例性确定。将锚点的积分电流误差方差值提供至子步骤502，其中将来自子步骤504的值作为阈值与更近来收集的数据点的积分电流误差方差值进行比较。如果更近来收集的数据点的积分电流误差方差值超过由来自子步骤504的值设定的阈值，则该方法前进至子步骤508。如果更近来收集的数据点的积分电流误差方差值没有超过由来自子步骤504的值设定的阈值，则该方法前进至子步骤506。
在子步骤508处，基于锚点的积分电流值来替换与最近收集的数据点相关联的积分电流值。类似地，对与在最近时间跨度内收集的数据点相关的积分电流值进行调整。提供经调整的数据点作为输出以便用于图6的步骤310。该方法随后前进至子步骤510。
在子步骤506处，不对数据点进行调整。提供所述数据点作为输出以便用于图6的步骤310。该方法随后前进至子步骤510。在子步骤510处，对各个连续的数据点重复该方法，直到所有数据点均被比较和在适当的情况下锚定。
图9是示出图6的步骤310的示例性实施方案的流程图，其中进行电压斜率容量估算，并且另外确定是保存还是删除所收集的数据点。在子步骤602处，提供来自步骤308的值作为输入。斜率拟合至数据点，如图4的斜率50的确定中所示出的那样，并且将电压斜率容量估算作为输出提供至图6的步骤312、314和306。在一个实施方案中，电压斜率容量估算通过加权总体最小二乘法来确定。此外，将来自步骤308的输入和子步骤602的输出提供至子步骤606。
在子步骤606处，确定数据存储装置是否已满。如果数据存储装置已满，则该方法前进至子步骤604，其中确定哪个数据点对电压斜率电容估算结果影响最小。在子步骤608处删除影响最小的数据点，并保存最新数据点。
如果在子步骤606处确定数据存储装置未满，则在步骤610处保存最新数据点。
计算可用于导出或利用通过所提供的方法生成的数据。电压测量结果可以转换为荷电状态（soc）。在时间n处的荷电状态（
u-1(
其中δah代表积分电流值的变化或差值，并且δsoc代表荷电状态的相应变化或差值。由此，容量是曲线的线条的斜率，其中水平轴绘制荷电状态，且垂直轴绘制积分电流（ah）值。使用加权最小二乘回归法，使用多个数据点计算该斜率，每个数据点包括电压数据和安培小时数据。从1到n索引数据点，可以如下使用加权最小二乘线的斜率来确定容量：
其中
可以使用来自规范数据表的电流传感器误差和随机游走对安培小时数据的方差σah2来建模，例如如上文的等式3中所述。可以使用电压传感器误差、滞后误差和由于不足的静置时间所导致的误差对计算的荷电状态的方差σsocv2来建模，例如如上文的等式5中所述。下面描述了等式3中导致总电压误差的误差项的方差：
其中，
线性回归的权重可以如下使用来自测量的误差来计算：
第i个数据点的权重由以下值来确定：
给出两个数据点，第一个对应于时间索引i，且第二个对应于时间索引j，可以如下使用先前的容量估算结果
其中
该估算值
其中：
与直接库仑计数
前述方程包括一个示例性实施方案以实现所提供的方法。许多替代方案是可设想的，并且本公开并非意在限于本文中提供的特定实例。
此外，一种方法可以利用开路电压vs荷电状态特征曲线来计算电池系统中单独的电池单元组的荷电状态。
此外，一种方法可以利用安培小时积分或库仑计数来确定已经通过电池系统中的单元组的电荷总量。
此外，一种方法可以利用电流传感器误差和随机模型（随机游走或其它）来对荷电状态计算中的不确定性建模。
此外，一种方法可以利用电压传感器误差、静置时间、滞后模型和状态估算器（卡尔曼滤波器或类似计算工具）来对荷电状态计算中的不确定性建模。
此外，一种方法可以利用加权总体最小二乘法来用库仑计数数据和荷电状态计算来计算单独的单元组的估算容量。
此外，一种方法可以使用误差传播、库仑计数误差和荷电状态误差来计算估算的电池容量中的不确定性。
此外，一种方法可以利用库仑计数误差估算结果与先前的容量估算结果和荷电状态误差的组合误差之间的比较来确定是否在数据集之间锚定点。
此外，一种方法可以利用先前的电池容量估算结果和荷电状态计算来重置累积的库仑计数误差。
此外，一种方法可以利用加权平均值来组合库仑计数值与从先前的容量估算结果中导出的预期库仑计数值，以便产生比任一单独的库仑计数值更准确的混合库仑计数值。
此外，一种方法可以利用加权总体最小二乘法来计算各个单独的数据点对容量估算结果的影响。
此外，例如，如果数据点的计算的影响低于阈值影响值，则可以基于计算的影响来选择弃去数据点。
虽然已经详细描述了用于实施本公开的最佳模式，但是本公开所属领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围内用于实践本公开的各种替代设计和实施方案。
1.电池容量估算方法，包括：
在计算机化的电池容量估算控制器中，
监测可操作以采集关于电池的数据的传感器；
基于来自所述传感器的数据收集多个数据点，其中所述数据点中的每一个包括基于电压的荷电状态值以及与所述基于电压的荷电状态值同时期收集的相应积分电流值；
在所述多个数据点中，基于在第一时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第一数据集；
在所述多个数据点中，基于在第二时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第二数据集；
确定与所述第二数据集相关的积分电流误差；
将与所述第二数据集相关的积分电流误差与阈值积分电流误差进行比较；
当与所述第二数据集相关的所述积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时，基于来自所述第一时间段的所述积分电流值中的一个重置所述第二数据集；
将所述第一数据集与所述第二数据集组合以创建组合的数据集；
将所述组合的数据集的斜率确定为所述积分电流相对于所述基于电压的荷电状态的变化；
将所述组合的数据集的斜率定义为电压斜率容量估算结果；以及
基于所述电压斜率容量估算结果来管理所述电池。
2.根据权利要求1所述的方法，其中重置所述第二数据集包括：
确定直接库仑计数误差；
通过方差传播确定估算的库仑计数值；
将所述直接库仑计数误差与所述估算的库仑计数值进行比较；以及
当所述直接库仑计数误差大于所述估算的库仑计数值时，利用库仑计数锚值来校正所述第二数据集。
3.根据权利要求1所述的方法，其中重置所述第二数据集包括：
确定来自数据集二的所选数据点的直接库仑计数值；
估算选择为所述来自数据集二的所选数据点的锚点的来自数据集一的所选数据点的积分电流值；
基于所述直接库仑计数值和所述估算的积分电流值确定混合的积分电流值；
基于所述直接库仑计数值确定直接库仑计数误差方差值；
基于所述估算的积分电流值确定积分电流值方差值；
基于所述直接库仑计数误差方差值和所述积分电流值方差值确定混合的积分电流误差方差值作为加权平均值；以及
基于所述混合的积分电流值和所述混合的积分电流误差方差值校正所述第二数据集。
4.根据权利要求1所述的方法，其中当与所述第二数据集相关的所述积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时重置所述第二数据集包括：
确定随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差；
确定基于电压的荷电状态的方差；
将所述随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差与等于所述基于电压的荷电状态的方差的倍数值倍的值进行比较；以及
当所述随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差大于所述等于所述基于电压的荷电状态的方差的倍数值倍的值时，将所述第二数据集中的数据点锚定至所述第一数据集中的数据点。
5.根据权利要求1所述的方法，其中当与所述第二数据集相关的所述积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时重置所述第二数据集包括：
将所述第二数据集的基于电压的荷电状态值与所述第一数据集的基于电压的荷电状态值进行比较；
基于小于阈值的来自所述第一数据集的数据点的基于电压的荷电状态值与来自所述第二数据集的数据点的基于电压的荷电状态值之间的差值，将来自所述第一数据集的数据点中的一个识别为所述第一数据集的锚点，并将来自所述第二数据集的数据点中的一个识别为所述第二数据集的锚点；
基于所述第一数据集的锚点重置所述第二数据集的锚点；以及
基于所述第二数据集的锚点的重置来校正所述第二数据集的积分电流值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中基于所述第一数据集的锚点重置所述第二数据集的锚点包括设定所述第二数据集的锚点的积分电流值等于所述第一数据集的锚点的积分电流值；以及
将所述随着增加的电池使用而变化的积分电流误差的方差重置为等于所述基于电压的荷电状态的方差。
7.根据权利要求5所述的方法，其中基于所述第一数据集的锚点重置所述第二数据集的锚点包括：
参考所述电压斜率容量估算结果的历史值；以及
基于所述第一数据集的锚点的积分电流值和所述电压斜率容量估算结果的历史值来设定所述第二数据集的锚点的积分电流值。
8.根据权利要求5所述的方法，其中将与所述第二数据集相关的积分电流误差与所述阈值积分电流误差进行比较包括：
确定所述第一数据集的锚点的积分电流误差方差值；
将所述第一数据集的锚点的积分电流误差方差值定义为阈值方差值；以及
确定所述第二数据集的第一数据点的积分电流误差方差值；以及
进一步包括当所述第二数据集的第一数据点的积分电流误差方差值大于所述阈值方差值时，将与所述第二数据集相关的积分电流误差定义为超过所述阈值积分电流误差。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括，在所述计算机化的电池容量估算控制器中，迭代地按时间顺序分析和选择性锚定所述第二数据集的多个数据点。
10.电池容量估算系统，包括：
电池；
可操作以采集关于电池的信息的传感器；
计算机化的电池容量估算控制器，其编程为：
监测可操作以采集关于电池的数据的传感器；
基于来自所述传感器的数据收集多个数据点，其中所述数据点中的每一个包括基于电压的荷电状态值以及与所述基于电压的荷电状态值同时期收集的相应积分电流值；
在所述多个数据点中，基于在第一时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第一数据集；
在所述多个数据点中，基于在第二时间段期间收集的来自所述传感器的数据定义第二数据集；
确定与所述第二数据集相关的积分电流误差；
将与所述第二数据集相关的积分电流误差与阈值积分电流误差进行比较；
当与所述第二数据集相关的积分电流误差超过所述阈值积分电流误差时，基于来自所述第一时间段的积分电流值中的一个重置所述第二数据集；
将所述第一数据集与所述第二数据集组合以创建组合的数据集；
将所述组合的数据集的斜率确定为积分电流相对于基于电压的荷电状态的变化；以及
将所述组合的数据集的斜率定义为电压斜率容量估算结果；以及
计算机化的电池维护控制器，其编程为使用所述电压斜率容量估算结果来管理所述电池。
技术总结