本發(fā)明涉及一種用于運行具有多個電池電芯的能量存儲器、尤其是車輛中的能量存儲器的方法。本發(fā)明還涉及一種用于運行具有多個電池電芯的能量存儲器、尤其是車輛中的能量存儲器的系統(tǒng)。

背景技術：

1、車輛的動力電池通常由多個單獨的電池電芯組成，這些電池電芯例如彼此串聯(lián)連接，以實現(xiàn)所要求的高電壓。尤其地，設置有電芯模塊，所述電芯模塊包括確定數(shù)量的電池電芯；然后將確定數(shù)量的電芯模塊連接為整塊動力電池。為了監(jiān)控電池，通常設置有電池管理系統(tǒng)(bms)的分布式拓撲結(jié)構。設置有一種中央控制單元，所述中央控制單元通過數(shù)據(jù)連接、尤其是通過數(shù)據(jù)總線與多個集成式電芯監(jiān)控單元連接。例如，通過這種方式來測量和監(jiān)控單個電池電芯的電芯電壓和溫度。電芯監(jiān)控單元尤其以集成結(jié)構方式與電芯模塊集成地構造。

2、集成式電芯監(jiān)控單元通常適合于執(zhí)行基本的數(shù)據(jù)處理，從而不必將每個單個測量都傳輸給中央控制單元。通過這種方式，減少中央控制單元所需的帶寬和計算能力。此外，可以改善有效的采樣率(英文：sampling?rate)。

3、電池的荷電狀態(tài)(soc)是用于存儲于電池中的能量的度量。因此，這在車輛的動力電池的情況下也是一種用于車輛的剩余里程的指標。汽車電池中可用的能量是各個單個電池中的能量總和。

4、此外，電池的“健康狀態(tài)”(soh)可以定義為其整體狀態(tài)的量度。通常，soh隨著電池的老化而降低，具體取決于負載類型、放電和充電特性以及環(huán)境影響。

5、由于動力電池占車輛總價的主要部分，因此荷電狀態(tài)是以下參數(shù)，不僅里程指示的可靠性與該參數(shù)有關，而且該參數(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對寶貴資源的優(yōu)化利用。因此，盡可能可靠和準確地確定荷電狀態(tài)對于用戶而言是非常重要的。

6、然而，荷電狀態(tài)不能直接測量出，而必須根據(jù)可用的電池參數(shù)和環(huán)境條件來估計。耐久且可靠地指明荷電狀態(tài)的一個重要參數(shù)是電池電芯在其沒有在負載下運行期間的端電壓(無負載、穩(wěn)定的電芯終端電壓)(klemmenspannung)。然而，該值僅可能在車輛運行期間被估計，因為可測量的端電壓在被應用期間根據(jù)動態(tài)負載而不斷改變。尤其是，端電壓在短期負荷峰值期間相應地降低，在電池充電期間還可能提高。

7、例如，在用于估計荷電狀態(tài)的已知解決方案中使用以下功能，在所述功能中進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。此外，可以設置對多個值進行平均的可能性，這例如通過iir(無限脈沖響應)或fir過濾器(有限脈沖響應)來進行。過濾后的測量值受各個單個測量值的影響，這些單個測量值包括剛好在負載下運行的電芯的測量值。如上所述，這導致在估計荷電狀態(tài)時的精度降低。

8、在負載下運行的電池電芯的端電壓導致由中央控制單元輸出的平均測量值發(fā)生偏移。這導致荷電狀態(tài)的指示不準確，并因此也導致車輛的剩余里程的指示不準確。

9、由de?10?2015?114?652?a1已知一種用于估計車輛中的電池系統(tǒng)的能量容量的方法。在此，求取電池系統(tǒng)的電壓偏移和估計的總電池堆能量。基于這些值，估計電池系統(tǒng)的能量容量。

10、wo?2019/025171?a1描述了一種用于結(jié)合負載估計電池的電芯電壓、荷電狀態(tài)和電池狀態(tài)的方法。在此，測量第一電流和第一電壓，并且估計電池的電芯開路電壓(zellenleerlaufspannung)?；谠撾妷?、電流和成本優(yōu)化過程來估計電池的激勵電位(erregungspegel)。

11、ep?2?306?214?a3提出了一種用于確定電池的直流阻抗的方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的任務是，提供一種用于運行具有多個電池電芯的能量存儲器、尤其是車輛中的能量存儲器的方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)使得能夠盡可能準確、快速和節(jié)省資源地求取電池的荷電狀態(tài)。

2、該任務通過根據(jù)獨立權利要求的方法和系統(tǒng)來解決。本發(fā)明的有利構型和擴展方案在從屬權利要求中給出。

3、在用于運行具有多個電池電芯的能量存儲器、尤其是車輛中的能量存儲器的方法中，檢測出至少一個電池電芯的端電壓的多個測量值。基于所檢測的測量值來執(zhí)行過濾并且產(chǎn)生經(jīng)過濾的測量結(jié)果。在此，對測量值的過濾包括比較運算?；诮?jīng)過濾的測量結(jié)果產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)并將其輸出。

4、尤其地，輸出數(shù)據(jù)可以包括所檢測的測量值中的至少一個測量值。

5、由此，可以有利地輸出特別合適的測量值，以例如在交變的運行條件下也能實現(xiàn)對荷電狀態(tài)的始終準確的估計。

6、然后，中央控制單元可以以改進的精度計算出荷電狀態(tài)，并且由此可以可靠地確定車輛的剩余里程。這導致由于更好地利用車輛的動力電池而降低成本，并且導致通過對指示的剩余里程或運行持續(xù)時間的更大信任而給用戶留下更好的印象。

7、尤其可以設置，該方法在集成式電芯監(jiān)控單元的層面上執(zhí)行，該集成式電芯監(jiān)控單元檢測用于能量存儲器的電池電芯的一個子集中的電池電芯的測量值并且監(jiān)控這些電池電芯。由此，該集成式電芯監(jiān)控單元的電子設備可以構造為使得其僅適合于以這種方式監(jiān)控的電池電芯的總電壓，而不適合于能量存儲器的所有電池電芯的總電壓。

8、然后，可以將輸出數(shù)據(jù)傳輸給上級中央控制單元并且將其在那里進一步評估，或者中央控制單元可以基于所接收的輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生用于操控電池電芯或所述電池電芯的子集的控制信號。

9、本發(fā)明的基本思想在于，通過利用比較運算進行過濾這樣處理測量值，使得可以非常容易地識別出不合適的測量值并將其過濾掉。然后，它們不會影響所輸出和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，從而節(jié)省了可用帶寬，例如集成式電芯監(jiān)控單元與中央控制單元之間的數(shù)據(jù)連接的可用帶寬。對數(shù)據(jù)的進一步處理和/或評估也可以以更小的計算能力更高效地進行。過濾包含將測量值相互比較和/或?qū)y量值與另一值、例如閾值或這些值的區(qū)間的邊界進行比較。

10、為了在理論模型中模擬出電池電芯的物理特性，通常認為，該電池電芯具有至少一個內(nèi)阻抗，其尤其包括歐姆份額。端電壓由于在電芯內(nèi)阻抗上的電壓下降而發(fā)生變化。

11、因此，在計算荷電狀態(tài)時必須考慮內(nèi)阻抗，但該參數(shù)也是不能直接測量的。在估算該值時困難在于，該值受各種不同因素、如電芯的溫度和使用時間(alter)以及荷電狀態(tài)本身影響。因此，應選擇一種用于估計荷電狀態(tài)的可能方案，在該可能方案中盡可能減少內(nèi)阻抗值的影響。

12、如果電芯以最小負載運行，則該電池電芯的相關端電壓最對應于荷電狀態(tài)；因此在這種情況下，可以以最佳精度確定荷電狀態(tài)。內(nèi)阻抗的歐姆份額特別快地對交變負載做出反應。

13、也就是說，為了估計電池電芯的荷電狀態(tài)，所檢測的電壓值必須盡可能在無負載的情況下被檢測。

14、對端電壓的測量值的檢測以本身已知的方式進行?？梢葬槍γ總€單個電池電芯檢測測量值；在其他構型中，可以同時針對限定量的電池電芯進行檢測，例如一定量的串聯(lián)連接的電池電芯。

15、此外，可以檢測出至少一個電池電芯的溫度的測量值，這例如與檢測端電壓同時進行。

16、在該方法的一個構型中，多個測量值作為時間序列被檢測。

17、例如，在時間上相繼地、例如以預給定的檢測頻率檢測測量值。尤其地，這些測量可以以彼此固定的時間間隔來執(zhí)行。

18、測量值尤其是在預給定的時間段內(nèi)被檢測，該時間段也可以是可配置的。例如在此，測量值可以存儲在存儲器中。此外，在此，最新的測量值可以不斷地取代多個測量值中的最舊的測量值，這例如在環(huán)形存儲器中進行，以便因此始終對預給定數(shù)量的最后檢測的測量值或在預給定時間段內(nèi)最后檢測的測量值進行評估。

19、在此，對輸出數(shù)據(jù)的過濾和產(chǎn)生可以在預給定的時間點執(zhí)行，這例如以具有預給定的、必要時可配置的頻率的規(guī)律間隔來進行或者響應于接收到請求信號來進行。

20、在另一構型中，比較運算包括確定多個測量值中的最大測量值或最小測量值。也就是說，在比較運算中將測量值、尤其是在確定時間段內(nèi)所檢測的測量值相互比較。

21、尤其地，輸出數(shù)據(jù)包括所檢測的測量值的最大值和/或最小值。

22、在另一構型中，可以確定最大測量值或最小測量值的預給定的、必要時可配置的數(shù)量。此外，可以基于最大測量值或最小測量值的這樣的量來確定平均值。

23、在另一構型中，確定多個測量值的中值或所述多個測量值的確定子集的中值。也就是說，基于這些測量值彼此的比較來確定中值，該中值相應地大于或小于測量值的一半。與算術平均相比，這樣獲得的值不易受到短期偏差的影響。

24、過濾還可以包括對所檢測的測量值的總量進行平滑運算，例如形成滑動平均值。

25、在一個擴展方案中，比較運算包括將測量值與至少一個邊界值進行比較。在此，可以設置下邊界值和/或上邊界值。在與下邊界值和上邊界值進行比較時確定：該測量值是否處于確定的區(qū)間內(nèi)。

26、在此，例如可以通過該系統(tǒng)的配置來預給定固定的邊界值。

27、此外，可以預給定動態(tài)的邊界值，例如以便在過濾時確定低于或高于所有多個測量值的平均值的測量值。還可以設置其他動態(tài)確定的邊界值，這些邊界值例如可以基于所述多個測量值來確定，或者借助配置被預給定。

28、在一個構型中，檢測運行狀態(tài)，并且根據(jù)所述運行狀態(tài)來檢測測量值，其中，根據(jù)所檢測的運行狀態(tài)觸發(fā)用于重置所檢測的測量值的控制信號，其中，在此這樣產(chǎn)生控制信號，使得在一個事件結(jié)束之后才恢復對測量值的檢測和/或在事件期間所檢測的測量值被舍棄。

29、在一個構型中，比較運算包括確定在一個區(qū)間內(nèi)的測量值的數(shù)量。在此可以可選地這樣產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，使得它們包括關于多個測量值的分布的信息。該數(shù)量在此可以是所檢測的測量值的絕對數(shù)量，但也可以作為多個測量值的總數(shù)的份額被指定。

30、替代地或附加地可以確定：在哪個時間段內(nèi)檢測出該區(qū)間內(nèi)的測量值。

31、單側(cè)或雙側(cè)限制的區(qū)間的一個或多個邊界在此可以通過配置被預給定。

32、在另一構型中，在比較運算中確定該區(qū)間的至少一個邊界。

33、在這種情況下，可以基于所檢測的多個測量值動態(tài)地確定單側(cè)或雙側(cè)限制的區(qū)間的一個或多個邊界，例如以便確定高于所檢測的測量值的平均值的測量值的數(shù)量，或者以便確定在一個區(qū)間中高于或低于平均值的測量值的數(shù)量。

34、在一個示例中，首先確定測量值的最大值，然后確定在一個確定區(qū)間內(nèi)低于該最大值的測量值的數(shù)量。由此可以檢查，該最大值是否是短期峰值或者其處于端電壓的值的高點范圍內(nèi)(plateau)。

35、例如，確定一個區(qū)間內(nèi)的測量值的數(shù)量可以用于執(zhí)行合理性檢查。

36、此外，通過評估一個區(qū)間內(nèi)的測量值的數(shù)量可以獲得關于電池電芯的狀態(tài)的信息，例如以便識別與所推薦的參數(shù)的持久偏差，這例如可以表明電池電芯的功能故障或損壞。

37、在不同構型中，輸出數(shù)據(jù)可以包括不同信息的組合。

38、在一個示例中，輸出數(shù)據(jù)包括所檢測的多個測量值中的最大值和單側(cè)或雙側(cè)限制的區(qū)間內(nèi)的測量值的數(shù)量。通過這些信息的組合，一方面可以確定認為是靜態(tài)電壓的測量值，而另一方面可以執(zhí)行合理性檢查。

39、在一個擴展構型中，還接收配置信號，其中，根據(jù)所述配置信號評估測量值。配置信號尤其包括配置數(shù)據(jù)，例如是用于集成式電芯監(jiān)控單元的配置數(shù)據(jù)。

40、在此，對測量值的評估尤其涉及過濾和/或由過濾包括的比較運算，但也可以執(zhí)行其他評估步驟并且基于配置信號來配置所述其他評估步驟。

41、所述多個測量值的規(guī)模可以是可配置的。尤其地，通過配置信號來配置時間區(qū)間的長度，在該時間區(qū)間期間進行對測量值的檢測。此外，所檢測的測量值的數(shù)量可以相應配置為所檢測的測量值的多數(shù)。此外，可以配置測量值的檢測頻率。

42、例如，基于這種配置信號可以控制：多少測量值被檢測和/或以什么頻率和/或在什么時間段內(nèi)進行檢測。此外，可以基于配置信號來控制用于過濾的確定算法或功能，從而尤其是輸出數(shù)據(jù)包括相應希望的信息。基于配置信號還可以控制：是否以及以何種方式執(zhí)行平滑運算，以實現(xiàn)對所輸出的數(shù)據(jù)和/或所檢測的測量值的平滑。

43、基于配置信號，還可以選擇確定的電池電芯用于檢測測量值。

44、此外，基于配置信號可以這樣配置檢測，使得針對這些測量值檢測電池電芯的子組的端電壓。

45、配置信號還可以包括用于比較運算的一個或多個閾值。例如，基于配置信號可以傳輸閾值，測量值與該閾值進行比較；然后例如可以確定低于或高于該閾值的測量值的數(shù)量并且將其與輸出數(shù)據(jù)一起輸出。

46、此外，可以基于配置信號傳輸多個閾值，這些閾值限定了區(qū)間并且基于這些閾值例如可以對測量值進行調(diào)整(binning)。也就是說，將測量值與閾值進行比較，并將其配屬于這些閾值之間的相應區(qū)間。通過輸出這些區(qū)間中的測量值的數(shù)量，可以指出測量值的分布。一般來說，在所謂的“調(diào)整”的情況下，例如可以將屬性的目標量按大小以升序的方式分成多個區(qū)間；然后將所有屬性值用該值所在區(qū)間的代表值來替換。

47、在一個構型中，還檢測運行狀態(tài)，并且根據(jù)所述運行狀態(tài)檢測測量值。在此，可選地可以根據(jù)所檢測的運行狀態(tài)觸發(fā)用于重置所檢測的測量值的控制信號。尤其地，檢測和/或評估用于能量存儲器的和/或至少一個電池電芯的運行狀態(tài)。例如，可以單個地和/或整體檢測和/或評估用于與集成式電芯監(jiān)控單元耦合的電池電芯的運行狀態(tài)。

48、運行狀態(tài)可以指能量存儲器和由其包括的電池電芯。尤其地，運行狀態(tài)涉及所附接的耗電裝置或充電設備。也就是說，運行狀態(tài)可以取決于：能量存儲是否被以及以何種程度被耗電裝置加載，能量存儲是否被充電，或者在沒有要求輸出功率時能量存儲是否處于靜止狀態(tài)。

49、例如，可以檢測電壓、電流和/或所要求輸出的功率，用以檢測運行狀態(tài)。

50、此外，充電過程可以作為運行狀態(tài)被檢測，也就是說，檢查電池電芯是否正在充電，例如在回收過程期間。在此，尤其可以檢測電流方向，從而確定是否發(fā)生充電。

51、根據(jù)所檢測的運行狀態(tài)，還可以觸發(fā)和處理用于重置所檢測的測量值的控制信號。例如，可以檢測出導致所檢測的測量值失真的事件。例如，可以識別出回收過程，該回收過程導致對電池電芯的或能量存儲器的充電，并且因此導致端電壓的升高。在此，可以這樣產(chǎn)生控制信號，使得在該事件結(jié)束之后才恢復對測量值的檢測和/或在事件期間所檢測的測量值被舍棄。

52、在另一構型中，基于輸出值確定并輸出至少一個電池電芯的和/或能量存儲器的荷電狀態(tài)。例如，集成式電芯監(jiān)控單元可以產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)并且將其傳輸給外部單元，例如中央控制單元，其中，該外部單元確定荷電狀態(tài)。

53、在此，該方法可以有利地用于基于經(jīng)過濾的測量值來獲得特別準確且可靠的里程估計。

54、在另一構型中，可以基于輸出數(shù)據(jù)確定能量存儲器的或電池電芯的子集的“健康狀態(tài)”(soh)。例如，為此可以確定測量值的當前分布，這尤其是在確定運行狀態(tài)下進行。然后，可以將當前分布與在較早的時間點在可比較的運行狀態(tài)下所檢測的較早分布進行比較?；诜植嫉淖兓梢源_定所測量的電池電芯的健康狀態(tài)的變化。尤其是，soh指定為以百分比形式的品質(zhì)數(shù)。例如，由此可以指示能量存儲器的健康狀態(tài)隨使用時間增加而惡化的程度。

55、用于運行具有多個電池電芯的能量存儲器、尤其是車輛中的能量存儲器的系統(tǒng)包括檢測模塊、評估模塊和輸出模塊，所述檢測模塊設置為用于檢測出至少一個電池電芯的端電壓的多個測量值，所述評估模塊設置為用于基于所檢測的測量值執(zhí)行過濾并且產(chǎn)生經(jīng)過濾的測量結(jié)果，其中，對測量值的過濾包括比較運算，所述輸出模塊設置為用于基于經(jīng)過濾的測量結(jié)果產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)并將其輸出。

56、該系統(tǒng)尤其構造為用于執(zhí)行該方法。因此，它具有與本發(fā)明方法相同的優(yōu)點。

57、在此，檢測模塊、評估模塊和輸出模塊尤其集成到電芯監(jiān)控單元中，該電芯監(jiān)控單元配屬于至少一個電池電芯，并且該電芯監(jiān)控單元通過數(shù)據(jù)連接、尤其是數(shù)據(jù)總線與中央控制單元耦合。

58、檢測模塊可以以本身已知的方式構造為用于檢測端電壓。此外，借助檢測模塊可以檢測出至少一個電池電芯的溫度和/或另外的參數(shù)。在此，檢測模塊尤其可以集成到電池電芯中或電芯模塊中。例如，可以為能量存儲器的每個電芯模塊設置一個具有檢測模塊的集成式電芯監(jiān)控單元。

59、尤其地，該系統(tǒng)還包括存儲器模塊，其也可以由集成式電芯監(jiān)控單元包括。然后，所檢測的測量值存儲在存儲器模塊中并且可用于評估，例如借助過濾來進行評估。在此，存儲器模塊可以例如按照環(huán)形存儲器的類型這樣構成，使得新檢測的測量值覆蓋相應最舊的測量值。

60、集成式電芯監(jiān)控單元還可以包括用于上述值的重置功能，以消除車輛在回收式制動期間的電壓升高期間的不適合的測量值。在重置存儲器時，存儲器模塊中的多個測量值的所有值被覆蓋，并且在重新檢測多個測量值之后才執(zhí)行評估。

61、可以將輸出數(shù)據(jù)從輸出模塊傳輸給中央控制單元。

62、以上述方式，配置信號可以從中央控制單元傳輸給集成式電芯監(jiān)控單元，以控制對測量值的檢測和/或控制借助過濾進行的評估。

63、能量存儲器的電芯模塊的集成式電芯監(jiān)控單元與中央控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸可以通過數(shù)據(jù)連接進行，例如通過數(shù)據(jù)總線、尤其是在環(huán)形配置中進行。在此，數(shù)據(jù)傳輸可以防止數(shù)據(jù)總線的一部分失效，因為數(shù)據(jù)傳輸可以在兩個方向上進行。替代地，可以設置用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂脚渲?spur-konfiguration)。

64、尤其是，除了彼此串聯(lián)連接或并聯(lián)連接外，儲能系統(tǒng)的電芯模塊構造為電隔離的。

65、中央控制單元可以設置為用于檢測能量存儲器的或至少一個電池電芯的充電，并且然后產(chǎn)生重置信號并將其傳輸給集成式電芯監(jiān)控單元，該集成式電芯監(jiān)控單元構造為用于然后、即在收到重置信號后重新開始檢測多個測量值。

66、本發(fā)明還涉及一種車輛，該車輛具有能量存儲器、耗電裝置、例如電動機并且具有加熱裝置和/或照明裝置以及控制單元，該能量存儲器包括多個電池電芯。在此，控制單元設置為用于根據(jù)本發(fā)明的方法運行能量存儲器。