用於確定蓄電池最大可輸出或可吸收功率的自適應方法

2023-05-14 04:53:06 1

專利名稱：用於確定蓄電池最大可輸出或可吸收功率的自適應方法
技術領域：
本發明涉及一種用於確定可由蓄電池提供或吸收的功率的方法、一種構造為實施該方法的蓄電池系統以及具有這樣的蓄電池系統的機動車。
背景技術：
在混合動力或電動車輛中使用鋰離子或鎳氫技術的蓄電池，其包含大量串聯連接的電化學蓄電池單元。蓄電池管理系統用於監控蓄電池，並且除了安全監控之外還應該提供儘可能長的使用壽命。為此，測量每個單個蓄電池單元的電壓以及蓄電池電流和蓄電池溫度，並且進行狀態估計(例如蓄電池的充電狀態或老化狀態的估計)。為了使使用壽命最大化，隨時識別蓄電池的當前給定的最大功率，即最大可輸出或可吸收電功率是有幫助的。如果超過此功率，能夠急劇加速蓄電池的老化。電化學能量存儲器的運行範圍能夠被表徵為多維度的空間，其由諸如溫度、充電狀態或電流強度的狀態量形成。在背景技術中已知多種方法，這些方法在各種給定的負載和狀態量的情況下模擬蓄電池的特性，且用於蓄電池管理的建模。一種方法是將電化學能量存儲器的功率值或能量值存儲在相應於運行範圍的一個多維度的表格中。這種表格的生成要求在實驗室中花費高昂地、詳細地測量能量存儲器的屬性，並且在通常情況下將考慮由於生產偏差或老化引起的蓄電池屬性的變化。另一種方案基於由合適的仿真模型來模擬電化學能量存儲器，此模型的參數與實際的特性相匹配。然後，藉助於此模型和已知的參數能夠作出狀態預測。此方法的缺點是因為電化學能量存儲器的複雜特性部分地是非線性的，所以僅由簡單的模型來描述是不充分的。相反地，複雜的模型具有大量的自由參數，要準確且相互獨立地獲取這些參數具有很大的難度
發明內容
因此，本發明的第一方面引入了一種用於確定可由蓄電池提供或吸收的功率的簡單且魯棒性的方法。該方法能夠附加地用作背景技術中已知的其他的方法的備用解決方案(Ruckfalllosung )或用於對此類方法的結果的真實性檢查。該方法包括以下步驟-確定蓄電池的狀態量，尤其確定蓄電池溫度和/或充電狀態；-根據蓄電池的功率值和狀態量的表格,確定在至少一個預先確定的負載時間段內可由蓄電池提供或吸收的功率，其中蓄電池的狀態量用作用於表格的存取參數；-根據蓄電池的運行參數，尤其是蓄電池電流和/或蓄電池電壓，測量蓄電池的負載；-測量負載時間段，在該負載時間段內蓄電池有負載；-將所測量的負載時間段與包含預先確定的負載時間段的比較範圍比較；以及-當該負載時間段在該比較範圍之內時，實施校正例程。該校正例程至少包括將表格的功率值和所測量的負載比較、根據表格的功率值和所測量的負載的比較的結果為表格的功率值確定一個校正值並根據該校正值校正表格的功率值。本發明的方法能夠以一種簡單的方式在表格中描繪隨著蓄電池的老化而變化的蓄電池的特性。在此，開始時存儲在表格中的功率值是否很好地反映了實際情況相對不是很重要，因為將利用實際觀測值對其進行修正並且根據差值大小進行更新。藉助於預先確定的負載情況，例如移除或引入超過一秒或十秒的功率脈衝，執行對蓄電池的特性的觀察。其中，此表格優選地具有如下功率，該功率是在蓄電池的蓄電池單元在其被放電或充電時間段內不低於最小或超過最大允許電壓值的情況下，蓄電池在相應的時間段上能夠最大地被抽取或充入的功率。如果現在對於一個確定的時間段從蓄電池抽取或向蓄電池充入一個確定的功率，那麼將確定此負載情況與預先確定的一個或多個負載情況的相似性(尤其是負載的持續時間和負載強度)。然後，比較蓄電池預測的特性(如由抽取所引起的蓄電池電壓下降的深度)與實際測量值的相似性。由這兩個比較將得出校正值，該校正值應用於各個用於預測蓄電池特性的表格條目。因此，在該表格中存儲的功率值能夠以極小的計算開銷被匹配至蓄電池的實際特性。本發明所述的方法能夠正常運行，而無需花費高昂且、可能有錯誤或不完整的模型。因 為此方法不斷地以實際情況修正所獲取的功率值，本方法自動地學習老化的蓄電池的特性，並且因此相對於由未知的或沒被考慮的蓄電池屬性引起的故障時本方法是具有魯棒性的。在本方法的優選變形中，蓄電池的運行參數包括蓄電池電壓。在此，所確定的校正值取決於該負載時間段結束時的蓄電池電壓與最小或最大允許蓄電池電壓，尤其是2. 8V或4. 2V，之間的差值。此處，根據蓄電池電壓(或蓄電池單元電壓)與蓄電池單元允許的最小或最大的電壓之間的差值來確定該校正值。差值越小，表示最大可抽取或可充入的功率的表格的功率值與實際情況越精確地相符，因此校正值也越小。該校正值的自適應確定具有如下優點快速且持續地使表格的功率值接近準確描述實際情況的值。對於鋰離子蓄電池單元，2. 8和4. 2V分別是最小及最大允許蓄電池單元電壓。在使用其他蓄電池技術時能夠相應地使用其他的電壓。所確定的蓄電池的運行參數還能夠包括蓄電池電流。然後，所確定的校正值優選地取決於在負載時間段上的蓄電池電流與充電或放電方向上的最大允許蓄電池電流之間的差值。類似於上述的情況，還能夠通過蓄電池電流來限定負載情況，從而使用實際流過的蓄電池電流也用於確定用於比較的校正值。所確定的校正值還能夠取決於表格的功率值和蓄電池的所測量的負載之間的差值。在此種情況下，示例性地通過同時測量蓄電池電流和蓄電池電壓來測量由蓄電池輸出的電功率。然後，校正值取決於由表格預測的值和實際功率值之間的差值。這意味著，預測值距實際值越遠，那麼校正值越大。本方法的校正例程能夠包括根據校正值校正表格的其他功率值的附加步驟，該其他功率值在表格中可與表格的該功率值相鄰。這一方法變形具有如下優點為了獲得經更新的、以實際情況修正的功率值，並不是每一個和表格條目相關聯的負載情況都必須出現。在此，還能夠想像，通過應用校正值來同時校正所有針對蓄電池的確定的狀態量或狀態量的組合而給出的值，其具有如下優點通過測量實際的負載情況來迅速地更新表格中的大量的功率值。與之相反地，如果只校正表格中確定的、相鄰的功率值，也保證至少相似的邊界條件像適用於實際出現的情況那樣適用於這種情況，這實現了更精確的更新表格值，使其更接近蓄電池的實際屬性。在此，能夠針對每個其他的功率值加權校正值，其中考慮各個其他的功率值距表格的該功率值的距離。表格的待校正的功率值距離接下來的表格條目處的實際的負載情況越遠，那麼該實際負載情況對於此功率值越沒有說服力。相應地，待校正的功率值距離接下來的表格條目越遠，那麼校正值的權重越小。本發明的第二方面涉及一種具有蓄電池和與該蓄電池相連接的蓄電池管理單元的蓄電池系統，該蓄電池管理單元具有至少一個電流測量單元、一個電壓測量單元、一個溫度傳感器和一個控制器。該電流測量單元被構造為測量蓄電池的電流。該電壓測量單元被構造為測量蓄電池的電壓。該溫度傳感器被構造為測量蓄電池的溫度。該控制器與電流測量單元、電壓測量單元以及溫度傳感器相連接且被構造為實施根據本發明第一方面所述的方法。本發明的第三方面引入了一種機動車，其具有用於移動機動車的電驅動發動機和與電驅動發動機相連接的根據本發明第二方面所述的蓄電池系統。


下面將根據實施例的附圖進一步闡述本發明。附圖中圖I示出了根據本發明所述的蓄電池系統的實施例；以及圖2示出了根據本發明所述的方法的實施例。
具體實施例方式圖I示出了根據本發明所述的蓄電池系統的實施例。蓄電池10裝備有溫度傳感器11，在空間距離上儘可能地靠近蓄電池10的至少一個蓄電池單元安裝溫度傳感器11。蓄電池10的兩個蓄電池極與電壓測量單元12相連接，該電壓測量單元12測量各給出的蓄電池電壓。在蓄電池的電流路徑之一中安置有電流測量單元13，其測量流經蓄電池10的蓄電池電流。該電流測量單元13能夠示例性地被構建為第二電壓測量單元的較小的且確切地已知大小的歐姆電阻或被構建為霍爾傳感器。溫度傳感器11、電壓測量單元12和電流測量單元13與控制器14相連接，該控制器通過實施依據本發明的用於確定可由蓄電池輸出或吸收的功率的方法來監控以及表徵蓄電池10的特性。圖2示出了依據本發明的方法的實施例。該方法始於步驟S100。在步驟SlOl中確定蓄電池的狀態量，尤其確定蓄電池溫度和/或充電狀態。在根據蓄電池的功率值和狀態量的表格確定在預先確定的負載時間段內可由蓄電池提供或吸收的功率的步驟S102中，蓄電池的狀態量用作用於表格的存取參數。在接下來的步驟103中，根據蓄電池的運行參數，尤其是蓄電池電流和/或蓄電池電壓，測量蓄電池的負載，同時測量負載時間段，在該負載時間段內蓄電池有負載。在接下來的步驟S104中，將所測量的負載時間段與包含預先確定的負載時間段的比較範圍比較。以這樣的方式確定是否出現了和表格中獲取的負載情況相類似的實際的負載情況。如果負載時間段在比較範圍之內，那麼在步驟S105中實施校正例程。否則沒有出現具有說服力的負載情況，因此將回到該方法的開始步驟SlOl中。步驟S105中的校正例程至少包括將表格的功率值和所測量的負載的比較、根據表格的功率值和所測量的負載的比較結果為表格的功率值確定 一個校正值並根據該校正值校正表格的功率值。
權利要求
1.一種用於確定可由蓄電池提供或吸收的功率的方法，其具有以下步驟 -確定所述蓄電池的狀態量，尤其確定蓄電池溫度和/或充電狀態(SlOl)； -根據所述蓄電池的功率值和所述狀態量的表格，確定在預先確定的負載時間段內可由所述蓄電池提供或吸收的功率，其中所述蓄電池的所述狀態量用作所述表格的存取參數(S102)； -根據所述蓄電池的運行參數，尤其是蓄電池電流和/或蓄電池電壓，測量所述蓄電池的負載(S103)； -測量負載時間段，在所述負載時間段內所述蓄電池有所述負載(S103)； -將所測量的負載時間段與包含所述預先確定的負載時間段的比較範圍比較(S104)；以及 -當所述負載時間段在所述比較範圍之內時，實施校正例程(S105)， 其中所述校正例程至少包括將所述表格的所述功率值和所測量的負載比較、根據所述表格的所述功率值和所測量的負載的所述比較的結果為所述表格的所述功率值確定一個校正值並根據所述校正值校正所述表格的所述功率值。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，所述蓄電池的所述運行參數包括所述蓄電池電壓，並且所確定的校正值取決於所述負載時間段結束時的所述蓄電池電壓與最小或最大允許蓄電池電壓，尤其是2. 8V或4. 2V，之間的差值。
3.根據權利要求I或2中任一項所述的方法，其中，所述蓄電池的所述運行參數包括所述蓄電池電流，並且所確定的校正值取決於在所述負載時間段上的所述蓄電池電流與充電或放電方向上的最大允許蓄電池電流之間的差值。
4.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，所確定的校正值取決於所述表格的所述功率值與所述蓄電池的所測量的負載之間的差值。
5.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其中，所述校正例程包括根據所述校正值校正所述表格的其他功率值的附加步驟，所述其他功率值在所述表格中可與所述表格的所述功率值相鄰。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，針對每個其他的功率值加權所述校正值，其中考慮各個所述其他的功率值距所述表格的所述功率值的距離。
7.一種具有蓄電池(10)和與所述蓄電池(10)相連接的蓄電池管理單元的蓄電池系統，所述蓄電池管理單元具有至少一個電流測量單元(13)、一個電壓測量單元(12)、一個溫度傳感器(11)和與所述電流測量單元(13)、所述電壓測量單元(12)以及所述溫度傳感器(11)相連接的一個控制器(14)，所述電流測量單元被構造為測量所述蓄電池的電流，所述電壓測量單元被構造為測量所述蓄電池的電壓，所述溫度傳感器被構造為測量所述蓄電池的溫度，其中所述控制器(14)被構造為實施根據以上權利要求中任一項所述的方法。
8.一種機動車，其具有用於移動機動車的電驅動發動機和與所述電驅動發動機相連接的根據權利要求7所述的蓄電池系統。
全文摘要
本發明涉及一種用於確定可由蓄電池提供或吸收的功率的方法、一種具有用於執行該方法的控制器的蓄電池系統和一種具有該蓄電池系統的機動車。該方法包括以下步驟確定蓄電池的狀態量，尤其確定蓄電池溫度和/或充電狀態(S101)；根據蓄電池的功率值和狀態量的表格，確定在預先確定的負載時間段內可由蓄電池提供或吸收的功率，其中蓄電池的狀態量用作用於表格的存取參數(S102)；根據蓄電池的運行參數，尤其是蓄電池電流和/或蓄電池電壓，測量蓄電池的負載(S103)；測量負載時間段，在該負載時間段內蓄電池有負載(S103)；將所測量的負載時間段與包含預先確定的負載時間段的比較範圍比較(S104)；以及當負載時間段在比較範圍之內時(S105)，實施校正例程。
文檔編號G01R31/36GK102782515SQ201180008058
公開日2012年11月14日 申請日期2011年1月3日 優先權日2010年2月3日
發明者A·伯姆, J·韋伯 申請人:Sb鋰摩託德國有限公司, Sb鋰摩託有限公司