本發(fā)明涉及用于監(jiān)控電池并且尤其是用于確定老化狀態(tài)或用于進(jìn)行異常識(shí)別的電化學(xué)電池模型。

背景技術(shù)：

1、為了監(jiān)控電池單池，可以借助于表示非線性方程組或微分方程組的電化學(xué)電池模型對(duì)所述電池單池進(jìn)行建模?？梢越柚诿枋鲭姵貑纬氐男袨橐约坝绕涫菃纬仉娏骱蛦纬仉妷褐g的關(guān)系的均衡和動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)這樣的電池模型進(jìn)行參數(shù)化。因?yàn)榫鈪?shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)取決于電池單池的老化狀態(tài)，所以電池模型必須以有規(guī)律的時(shí)間間隔重新被參數(shù)化。

2、尤其是為了適配或確定表征電池單池的動(dòng)態(tài)行為的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，需要具有相對(duì)高分辨率(諸如10hz)的單池電流和單池電壓的時(shí)間序列信號(hào)。在諸如通過(guò)充電和放電電流脈沖進(jìn)行系統(tǒng)激勵(lì)時(shí)，這些時(shí)間序列信號(hào)被檢測(cè)，以便獲得電池單池的充分激勵(lì)。由于高分辨率和所需要的脈沖式(高梯度)系統(tǒng)激勵(lì)，必要的是，電流和電壓信號(hào)彼此同步，使得單池電流的曲線的變化與單池電壓的對(duì)應(yīng)曲線在時(shí)間上同步。

3、然而，在實(shí)踐中，經(jīng)常表明電流和單池電壓的曲線通常彼此不同步，并且可能彼此移位一個(gè)或兩個(gè)采樣周期。此外，單池電流和單池電壓之間的時(shí)間位移不是隨時(shí)間恒定的，并且可能在時(shí)間序列信號(hào)的記錄期間發(fā)生變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)本發(fā)明提供一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于借助于電流和電壓信號(hào)時(shí)間序列的同步來(lái)確定或適配用于設(shè)備電池的至少一個(gè)電池單池的電化學(xué)電池模型的參數(shù)的方法以及根據(jù)并列權(quán)利要求的對(duì)應(yīng)的裝置。

2、其他設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中予以說(shuō)明。

3、根據(jù)第一方面，提供一種用于在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)基于單池電壓的電壓信號(hào)時(shí)間序列和電流信號(hào)時(shí)間序列確定或適配用于設(shè)備電池的至少一個(gè)電池單池的電池模型的至少一個(gè)參數(shù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法具有以下步驟：

4、-通過(guò)以相同的采樣率采樣單池電壓和電池電流的采樣值來(lái)提供電壓信號(hào)時(shí)間序列和電流信號(hào)時(shí)間序列；

5、-根據(jù)同步特征確定一個(gè)或多個(gè)信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段；

6、-對(duì)電壓信號(hào)時(shí)間序列和電流信號(hào)時(shí)間序列的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段執(zhí)行交叉相關(guān)方法，以便對(duì)于信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段中的每一個(gè)獲得電壓信號(hào)時(shí)間序列和電流信號(hào)時(shí)間序列之間的信號(hào)位移；

7、-根據(jù)信號(hào)位移分別在所述一個(gè)或多個(gè)信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段內(nèi)使電壓信號(hào)時(shí)間序列相對(duì)于電流信號(hào)時(shí)間序列同步；

8、-根據(jù)彼此同步的電壓信號(hào)時(shí)間序列和電流信號(hào)時(shí)間序列確定或適配電池模型的至少一個(gè)參數(shù)。

9、如開頭所描述的，為了確定電化學(xué)電池模型的動(dòng)力學(xué)參數(shù)需要提供電池單池的電流和電壓的時(shí)間序列信號(hào)。這些時(shí)間序列信號(hào)必須以時(shí)間高分辨率、即以在1和100hz之間的頻率被提供。此外有必要的是，電流和電壓時(shí)間序列信號(hào)在時(shí)間上彼此同步。

10、下面描述的方法使得能夠識(shí)別在電流和電壓信號(hào)時(shí)間序列之間的位移并且相應(yīng)地對(duì)所述位移進(jìn)行補(bǔ)償。由于在具有串聯(lián)接線的多個(gè)電池單池的設(shè)備電池中單池電流對(duì)應(yīng)于電池電流，因此可能適宜的是，在電流和電壓信號(hào)時(shí)間序列之間的位移的情況下，相應(yīng)地移位單池電壓信號(hào)。逐區(qū)段地在時(shí)間上向前或向后移位一個(gè)或多個(gè)采樣周期，所述采樣周期由信號(hào)位移說(shuō)明。

11、可以規(guī)定，在同步電壓信號(hào)時(shí)間序列和電流信號(hào)時(shí)間序列的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段之前，例如借助于交叉相關(guān)方法執(zhí)行整個(gè)電壓信號(hào)時(shí)間序列和電流信號(hào)時(shí)間序列的同步。為了能夠?qū)崿F(xiàn)在信號(hào)時(shí)間序列之間的全局信號(hào)位移，可以應(yīng)用交叉相關(guān)算法，所述交叉相關(guān)算法將所考慮的信號(hào)時(shí)間序列彼此相關(guān)，并且確定電流信號(hào)時(shí)間序列和電壓信號(hào)時(shí)間序列之間的顯性信號(hào)位移，所述信號(hào)時(shí)間序列例如可以包括在1和6小時(shí)之間的持續(xù)時(shí)間的時(shí)間序列。所述顯性信號(hào)位移被補(bǔ)償，并且由此得出的在要移位的信號(hào)時(shí)間序列的開始或結(jié)束時(shí)未定義的采樣值對(duì)可以要么被刪除要么通過(guò)合適的外推方法、尤其是借助于最近鄰方法(nearest?neighbor?method)被確定和填充。

12、然而，在檢測(cè)時(shí)間序列信號(hào)時(shí)，發(fā)生變化的局部信號(hào)位移，所述局部信號(hào)位移不能通過(guò)全局信號(hào)位移來(lái)補(bǔ)償。為此規(guī)定，標(biāo)識(shí)其中必須使電壓信號(hào)時(shí)間序列和電流信號(hào)時(shí)間序列彼此移位的信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段，并且通過(guò)確定相關(guān)的信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段內(nèi)的信號(hào)位移來(lái)使所述信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段相應(yīng)地彼此同步。因此首先規(guī)定，標(biāo)識(shí)彼此異步的信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段。這可以例如根據(jù)同步特征來(lái)進(jìn)行，所述同步特征評(píng)估電壓時(shí)間序列信號(hào)和電流時(shí)間序列信號(hào)的兩個(gè)時(shí)間上相繼的采樣值之間的相對(duì)變化之間的差異。這基于的是，電流和電壓信號(hào)必須彼此同步。用于電池單池的同步特征可以如下來(lái)定義：

13、

14、其中

15、δij＝ij-ij-1；j∈2，3，4，…，n；δi1＝0

16、δvj＝vj-vj-1；j∈2，3，4，…，n；δv1＝0。

17、可以規(guī)定，一個(gè)或多個(gè)信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段由起始索引和結(jié)束索引來(lái)定義，其中起始索引說(shuō)明比結(jié)束索引在時(shí)間上更早的采樣時(shí)間點(diǎn)，其中根據(jù)起始索引和結(jié)束索引確定信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段，其方式是確定信號(hào)時(shí)間序列的索引值，在所述索引值的情況下同步特征的相應(yīng)特征值按數(shù)值處于預(yù)先給定的特征閾值以上，以及其方式是對(duì)于信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段中的分別一個(gè)信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段根據(jù)作為起始索引的特定索引值之一以及作為結(jié)束索引的在時(shí)間上緊接著的特定索引值來(lái)確定起始索引和結(jié)束索引，所述結(jié)束索引首要具有帶有與在起始索引處的同步特征的特征值不同的符號(hào)的特征值。

18、因此可以評(píng)估電壓時(shí)間序列信號(hào)的相對(duì)變化和電流時(shí)間序列信號(hào)的相對(duì)變化之間的差或差異。如果識(shí)別到處于預(yù)先給定的特征閾值以上的按數(shù)值的變化，則識(shí)別到潛在的信號(hào)區(qū)段位移。這具體地通過(guò)與預(yù)先給定的特征閾值進(jìn)行閾值比較來(lái)執(zhí)行，所述特征閾值例如可以處于0.02和0.1之間，優(yōu)選地處于0.06處。

19、可以使用上述同步特征來(lái)找到可能的起始索引和結(jié)束索引(采樣時(shí)間點(diǎn))，所述起始索引和結(jié)束索引可以表示相應(yīng)的經(jīng)移位的信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段的開始和結(jié)束。最終標(biāo)識(shí)在相應(yīng)的起始索引和相應(yīng)的結(jié)束索引之間的要標(biāo)識(shí)的信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段，所述信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段的特征值按數(shù)值超過(guò)預(yù)先給定的特征閾值并且具有符號(hào)變換。符號(hào)變換的確定用于確定信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段的邊界。

20、為此例如可以將所考慮的信號(hào)時(shí)間序列的其特征值按數(shù)值大于預(yù)先給定的特征閾值的所有索引值寫入索引向量。因此，如此找到的所有(特定的)索引值被采用為用于在整個(gè)信號(hào)時(shí)間序列內(nèi)的信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段的起始索引或結(jié)束索引的潛在候選者。

21、當(dāng)起始索引是特定索引值的列表內(nèi)的第一索引值或者作為在最后確定的結(jié)束索引之后的特定索引值時(shí)，可以確定所述起始索引，在所述特定索引值時(shí)相對(duì)于結(jié)束索引的特征值出現(xiàn)特征值的符號(hào)變換。在此，從索引向量的最后索引值開始向前、即在減小的索引值的方向上進(jìn)行搜索。當(dāng)在充電行為和放電過(guò)程之間出現(xiàn)過(guò)渡時(shí)，例如可能發(fā)生特征值的符號(hào)變換。

22、在每次找到起始索引值之后，向后、在增大的索引值的方向上從索引向量中搜索索引值，對(duì)于所述索引值出現(xiàn)特征值的符號(hào)變換。

23、因此，具有特征值的符號(hào)變換的索引值表示用于信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段的起始索引或結(jié)束索引。

24、可以規(guī)定，將重疊的信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段相互連接?？梢酝ㄟ^(guò)結(jié)束索引緊跟在起始索引值js，i-je，i-1≤1(對(duì)于i＝2...n)之后的條件來(lái)識(shí)別重疊的窗口，其中js對(duì)應(yīng)于信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段的起始索引值和je對(duì)應(yīng)于結(jié)束索引值。如果滿足條件，則相應(yīng)地移除起始索引js，i和結(jié)束索引je，i-1的索引值。

25、可以規(guī)定，對(duì)于所確定的信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段中的具有少于預(yù)先給定最小數(shù)量的數(shù)量的采樣值的一個(gè)信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段，相關(guān)的信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段的采樣值的數(shù)量被增加。

26、因?yàn)樵谔?shù)量的采樣值的情況下，交叉相關(guān)分析不可靠地起作用，所以可以因此擴(kuò)展小于預(yù)先給定的數(shù)量的采樣值、例如五個(gè)采樣值的非常小的時(shí)間序列區(qū)段。

27、過(guò)小的時(shí)間序列區(qū)段可以相應(yīng)地被放大，其方式是將起始索引和結(jié)束索引的索引值向前或向后移位直至小的時(shí)間區(qū)段，以便給時(shí)間序列區(qū)段配備足夠的大小。

28、js，i＝j(luò)s，i-[0.5(je，i-js，i-w]

29、je，i＝j(luò)e，i+[0.5(je，i-js，i-w]

30、其中w對(duì)應(yīng)于信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段的最小大小。

31、上述公式使得能夠使起始索引和結(jié)束索引移位整數(shù)索引值，并且引起采樣值的奇數(shù)間隔保持奇數(shù)。

32、在對(duì)過(guò)小的時(shí)間序列區(qū)段進(jìn)行大小適配之后，可以重新執(zhí)行相鄰的且重疊的時(shí)間序列區(qū)段的融合。

33、隨后，可以使電壓和電流信號(hào)在信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段中彼此相關(guān)。通過(guò)對(duì)相應(yīng)的信號(hào)時(shí)間序列區(qū)間應(yīng)用交叉相關(guān)算法來(lái)進(jìn)行相關(guān)，使得確定信號(hào)區(qū)段位移的值，以便可以使所述電壓信號(hào)時(shí)間序列移位所述值。該確定根據(jù)相關(guān)函數(shù)的最大值的確定來(lái)進(jìn)行，并且對(duì)應(yīng)于其相對(duì)于零位置的位移。

34、采樣值對(duì)的由于信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段的位移而得出的間隙通過(guò)nan值被改寫。在時(shí)間序列區(qū)段的相應(yīng)地不同的端部處，采樣值被移出時(shí)間序列區(qū)段，并且在信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段之前或在該信號(hào)時(shí)間序列區(qū)段之后的信號(hào)時(shí)間序列的對(duì)應(yīng)的采樣值在那里被改寫。在所有時(shí)間序列區(qū)段的局部同步之后，尤其是借助于在先前和后續(xù)已知采樣值之間的線性內(nèi)插來(lái)用內(nèi)插的采樣值填充nan采樣。

35、以這種方式可能的是，即使在信號(hào)時(shí)間序列內(nèi)出現(xiàn)電流和電壓信號(hào)時(shí)間序列的信號(hào)位移的局部變動(dòng)的變化，也通過(guò)這兩個(gè)信號(hào)時(shí)間序列的全局和局部同步來(lái)恢復(fù)同步。

36、可以使用經(jīng)同步的電流和電壓信號(hào)時(shí)間序列來(lái)參數(shù)化電化學(xué)電池模型，所述電化學(xué)電池模型例如基于非線性方程組或具有多個(gè)非線性微分方程的微分方程組。電流和電壓信號(hào)時(shí)間序列使得能夠借助于時(shí)間積分方法對(duì)當(dāng)前電池狀態(tài)進(jìn)行建模。這種電化學(xué)電池模型例如從出版物us?2020/150,185a、wo2022017984a1、ep3919925a1、de102020206915b3和us20210373082a1中已知。