專利名稱：用于確定蓄電池最大可輸出或可吸收功率的自適應(yīng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定可由蓄電池提供或吸收的功率的方法、一種構(gòu)造為實施該方法的蓄電池系統(tǒng)以及具有這樣的蓄電池系統(tǒng)的機(jī)動車。
背景技術(shù)：
在混合動力或電動車輛中使用鋰離子或鎳氫技術(shù)的蓄電池，其包含大量串聯(lián)連接的電化學(xué)蓄電池單元。蓄電池管理系統(tǒng)用于監(jiān)控蓄電池，并且除了安全監(jiān)控之外還應(yīng)該提供盡可能長的使用壽命。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，并且進(jìn)行狀態(tài)估計(例如蓄電池的充電狀態(tài)或老化狀態(tài)的估計)。為了使使用壽命最大化，隨時識別蓄電池的當(dāng)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(xué)能量存儲器的運行范圍能夠被表征為多維度的空間，其由諸如溫度、充電狀態(tài)或電流強度的狀態(tài)量形成。在背景技術(shù)中已知多種方法，這些方法在各種給定的負(fù)載和狀態(tài)量的情況下模擬蓄電池的特性，且用于蓄電池管理的建模。一種方法是將電化學(xué)能量存儲器的功率值或能量值存儲在相應(yīng)于運行范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(xì)地測量能量存儲器的屬性，并且在通常情況下將考慮由于生產(chǎn)偏差或老化引起的蓄電池屬性的變化。另一種方案基于由合適的仿真模型來模擬電化學(xué)能量存儲器，此模型的參數(shù)與實際的特性相匹配。然后，借助于此模型和已知的參數(shù)能夠作出狀態(tài)預(yù)測。此方法的缺點是因為電化學(xué)能量存儲器的復(fù)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，復(fù)雜的模型具有大量的自由參數(shù)，要準(zhǔn)確且相互獨立地獲取這些參數(shù)具有很大的難度
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一方面引入了一種用于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(shù)中已知的其他的方法的備用解決方案(Ruckfalllosung )或用于對此類方法的結(jié)果的真實性檢查。該方法包括以下步驟-確定蓄電池的狀態(tài)量，尤其確定蓄電池溫度和/或充電狀態(tài)；-根據(jù)蓄電池的功率值和狀態(tài)量的表格,確定在至少一個預(yù)先確定的負(fù)載時間段內(nèi)可由蓄電池提供或吸收的功率，其中蓄電池的狀態(tài)量用作用于表格的存取參數(shù)；-根據(jù)蓄電池的運行參數(shù)，尤其是蓄電池電流和/或蓄電池電壓，測量蓄電池的負(fù)載；-測量負(fù)載時間段，在該負(fù)載時間段內(nèi)蓄電池有負(fù)載；-將所測量的負(fù)載時間段與包含預(yù)先確定的負(fù)載時間段的比較范圍比較；以及-當(dāng)該負(fù)載時間段在該比較范圍之內(nèi)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(fù)載比較、根據(jù)表格的功率值和所測量的負(fù)載的比較的結(jié)果為表格的功率值確定一個校正值并根據(jù)該校正值校正表格的功率值。本發(fā)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(jìn)行修正并且根據(jù)差值大小進(jìn)行更新。借助于預(yù)先確定的負(fù)載情況，例如移除或引入超過一秒或十秒的功率脈沖，執(zhí)行對蓄電池的特性的觀察。其中，此表格優(yōu)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(nèi)不低于最小或超過最大允許電壓值的情況下，蓄電池在相應(yīng)的時間段上能夠最大地被抽取或充入的功率。如果現(xiàn)在對于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，那么將確定此負(fù)載情況與預(yù)先確定的一個或多個負(fù)載情況的相似性(尤其是負(fù)載的持續(xù)時間和負(fù)載強度)。然后，比較蓄電池預(yù)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(yīng)用于各個用于預(yù)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(fā)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(xué)習(xí)老化的蓄電池的特性，并且因此相對于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(yōu)選變形中，蓄電池的運行參數(shù)包括蓄電池電壓。在此，所確定的校正值取決于該負(fù)載時間段結(jié)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(jù)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(yīng)確定具有如下優(yōu)點快速且持續(xù)地使表格的功率值接近準(zhǔn)確描述實際情況的值。對于鋰離子蓄電池單元，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(shù)時能夠相應(yīng)地使用其他的電壓。所確定的蓄電池的運行參數(shù)還能夠包括蓄電池電流。然后，所確定的校正值優(yōu)選地取決于在負(fù)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。類似于上述的情況，還能夠通過蓄電池電流來限定負(fù)載情況，從而使用實際流過的蓄電池電流也用于確定用于比較的校正值。所確定的校正值還能夠取決于表格的功率值和蓄電池的所測量的負(fù)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。然后，校正值取決于由表格預(yù)測的值和實際功率值之間的差值。這意味著，預(yù)測值距實際值越遠(yuǎn)，那么校正值越大。本方法的校正例程能夠包括根據(jù)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(yōu)點為了獲得經(jīng)更新的、以實際情況修正的功率值，并不是每一個和表格條目相關(guān)聯(lián)的負(fù)載情況都必須出現(xiàn)。在此，還能夠想象，通過應(yīng)用校正值來同時校正所有針對蓄電池的確定的狀態(tài)量或狀態(tài)量的組合而給出的值，其具有如下優(yōu)點通過測量實際的負(fù)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于實際出現(xiàn)的情況那樣適用于這種情況，這實現(xiàn)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(quán)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(fù)載情況越遠(yuǎn)，那么該實際負(fù)載情況對于此功率值越?jīng)]有說服力。相應(yīng)地，待校正的功率值距離接下來的表格條目越遠(yuǎn)，那么校正值的權(quán)重越小。本發(fā)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(tǒng)，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(gòu)造為測量蓄電池的電流。該電壓測量單元被構(gòu)造為測量蓄電池的電壓。該溫度傳感器被構(gòu)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(gòu)造為實施根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的方法。本發(fā)明的第三方面引入了一種機(jī)動車，其具有用于移動機(jī)動車的電驅(qū)動發(fā)動機(jī)和與電驅(qū)動發(fā)動機(jī)相連接的根據(jù)本發(fā)明第二方面所述的蓄電池系統(tǒng)。


下面將根據(jù)實施例的附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明。附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明所述的蓄電池系統(tǒng)的實施例；以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明所述的方法的實施例。
具體實施例方式圖I示出了根據(jù)本發(fā)明所述的蓄電池系統(tǒng)的實施例。蓄電池10裝備有溫度傳感器11，在空間距離上盡可能地靠近蓄電池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(jīng)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(gòu)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(gòu)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(jù)本發(fā)明的用于確定可由蓄電池輸出或吸收的功率的方法來監(jiān)控以及表征蓄電池10的特性。圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的方法的實施例。該方法始于步驟S100。在步驟SlOl中確定蓄電池的狀態(tài)量，尤其確定蓄電池溫度和/或充電狀態(tài)。在根據(jù)蓄電池的功率值和狀態(tài)量的表格確定在預(yù)先確定的負(fù)載時間段內(nèi)可由蓄電池提供或吸收的功率的步驟S102中，蓄電池的狀態(tài)量用作用于表格的存取參數(shù)。在接下來的步驟103中，根據(jù)蓄電池的運行參數(shù)，尤其是蓄電池電流和/或蓄電池電壓，測量蓄電池的負(fù)載，同時測量負(fù)載時間段，在該負(fù)載時間段內(nèi)蓄電池有負(fù)載。在接下來的步驟S104中，將所測量的負(fù)載時間段與包含預(yù)先確定的負(fù)載時間段的比較范圍比較。以這樣的方式確定是否出現(xiàn)了和表格中獲取的負(fù)載情況相類似的實際的負(fù)載情況。如果負(fù)載時間段在比較范圍之內(nèi)，那么在步驟S105中實施校正例程。否則沒有出現(xiàn)具有說服力的負(fù)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(fù)載的比較、根據(jù)表格的功率值和所測量的負(fù)載的比較結(jié)果為表格的功率值確定 一個校正值并根據(jù)該校正值校正表格的功率值。
權(quán)利要求
1.一種用于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(tài)量，尤其確定蓄電池溫度和/或充電狀態(tài)(SlOl)； -根據(jù)所述蓄電池的功率值和所述狀態(tài)量的表格，確定在預(yù)先確定的負(fù)載時間段內(nèi)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(tài)量用作所述表格的存取參數(shù)(S102)； -根據(jù)所述蓄電池的運行參數(shù)，尤其是蓄電池電流和/或蓄電池電壓，測量所述蓄電池的負(fù)載(S103)； -測量負(fù)載時間段，在所述負(fù)載時間段內(nèi)所述蓄電池有所述負(fù)載(S103)； -將所測量的負(fù)載時間段與包含所述預(yù)先確定的負(fù)載時間段的比較范圍比較(S104)；以及 -當(dāng)所述負(fù)載時間段在所述比較范圍之內(nèi)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(fù)載比較、根據(jù)所述表格的所述功率值和所測量的負(fù)載的所述比較的結(jié)果為所述表格的所述功率值確定一個校正值并根據(jù)所述校正值校正所述表格的所述功率值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述蓄電池的所述運行參數(shù)包括所述蓄電池電壓，并且所確定的校正值取決于所述負(fù)載時間段結(jié)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(jù)權(quán)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(shù)包括所述蓄電池電流，并且所確定的校正值取決于在所述負(fù)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(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所確定的校正值取決于所述表格的所述功率值與所述蓄電池的所測量的負(fù)載之間的差值。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述校正例程包括根據(jù)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(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，針對每個其他的功率值加權(quán)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(tǒng)，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(gòu)造為測量所述蓄電池的電流，所述電壓測量單元被構(gòu)造為測量所述蓄電池的電壓，所述溫度傳感器被構(gòu)造為測量所述蓄電池的溫度，其中所述控制器(14)被構(gòu)造為實施根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法。
8.一種機(jī)動車，其具有用于移動機(jī)動車的電驅(qū)動發(fā)動機(jī)和與所述電驅(qū)動發(fā)動機(jī)相連接的根據(jù)權(quán)利要求7所述的蓄電池系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定可由蓄電池提供或吸收的功率的方法、一種具有用于執(zhí)行該方法的控制器的蓄電池系統(tǒng)和一種具有該蓄電池系統(tǒng)的機(jī)動車。該方法包括以下步驟確定蓄電池的狀態(tài)量，尤其確定蓄電池溫度和/或充電狀態(tài)(S101)；根據(jù)蓄電池的功率值和狀態(tài)量的表格，確定在預(yù)先確定的負(fù)載時間段內(nèi)可由蓄電池提供或吸收的功率，其中蓄電池的狀態(tài)量用作用于表格的存取參數(shù)(S102)；根據(jù)蓄電池的運行參數(shù)，尤其是蓄電池電流和/或蓄電池電壓，測量蓄電池的負(fù)載(S103)；測量負(fù)載時間段，在該負(fù)載時間段內(nèi)蓄電池有負(fù)載(S103)；將所測量的負(fù)載時間段與包含預(yù)先確定的負(fù)載時間段的比較范圍比較(S104)；以及當(dāng)負(fù)載時間段在比較范圍之內(nèi)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(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者A·伯姆, J·韋伯 申請人:Sb鋰摩托德國有限公司, Sb鋰摩托有限公司