CN102753985A - 用于确定蓄电池特性曲线的区域的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种用于确定机动车中的蓄电池（2）的蓄电池特性曲线的至少一个区域的装置，该装置包括有：用于测量蓄电池参数的测量装置（3）；评估单元（4），该评估单元包括：从所测量到的蓄电池参数中确定蓄电池（2）的实际荷电状态（SOC）的装置；从所测量到的蓄电池参数与标准值之间的差别中确定移动值（VW）的装置，该标准值是从在考虑特定的荷电状态（SOC）下的标准蓄电池特性曲线中获得的；通过向标准蓄电池特性曲线中加入移动值（VW）来获得新的蓄电池特性曲线的至少一个区域的装置。

Description

用于确定蓄电池特性曲线的区域的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于确定蓄电池特性曲线的区域的装置和方法。
背景技术
机动车中的能量管理越来越受到重视。其原因在于电气化持续提高，也就是说，由于必须为其供能的电气装置和用户的数量不断地提高。这些能量由机动车蓄电池另行提供。为此使得各个用户具有不同的供电优先性。例如，必须确保与安全性相关的用户的能够得到能量供应；这种用户包括制动器、照明装置以及气囊。为了确保能量供应（首先是与安全相关的用户的能量供应），另外需要持续地了解和监控机动车蓄电池的状态，例如，特征值。机动车蓄电池的重要的状态值是荷电状态或也称为充电状态（SOC）。机动车蓄电池的另一个特征值是所谓的开路电压或也称为静态电压（OCV）。通过该开路电压能够获得机动车蓄电池的荷电状态。为此可以使用特征性的OCV-SOC蓄电池特性曲线。已知对于欧洲的大部分蓄电池制造商例如，Banner、Exide和JCI而言，能够使用统一的特性曲线。用于欧洲制造商的蓄电池的这种OCV-SOC特性曲线与其他洲的制造商，尤其是亚洲制造商的蓄电池特性曲线不同。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供确定OCV-SOC特性曲线的区域的装置和方法，与原来相比该装置和方法可应用于更多的蓄电池。
通过权利要求1所述的装置、权利要求6所述的蓄电池监控系统、以及权利要求7所述的方法来实现上述目的。
在第一方面中，本发明包括一种用于确定机动车中的蓄电池的蓄电池特性曲线的至少一个区域的装置，该装置具有
-用于测量蓄电池参数的测量装置，
-评估单元，包括
-从所测量到的蓄电池参数中确定蓄电池的实际荷电状态的装置；
-从所测量到的蓄电池参数与标准值之间的差别中确定移动值的装置，该标准值是从在在考虑特定的荷电状态下的标准蓄电池特性曲线中获得的；
-通过向标准蓄电池特性曲线中加入移动值来获得新的蓄电池特性曲线的至少一个区域的装置。
根据上述目的，测量装置包括用于测量电压、电流、温度以及时间的装置。例如，在标准电阻上、所谓的支路（shunt）上测量电流。直接在蓄电池，例如利用分压电阻来测量电压。可以利用为测量温度而设置的传感器或与温度相关的电阻来测量温度。可以利用能够布置在装置中的振荡器来测量时间。以此便能够测量基本的蓄电池参数了。
在一个有利的构造方式中，评估单元包括用于从蓄电池的所测量到的开路电压和标准开路电压的差别中确定移动值的装置，标准开路电压是在特定的荷电状态下从标准蓄电池特性曲线中获得的。由此实现了通过移动OCV值来获得蓄电池特性曲线的区域。
在另一个有利的构造方式中，评估单元包括用于从蓄电池的特定的荷电状态与标准荷电状态之间的差别中确定移动值的装置，该标准荷电状态是在相同的开路电压下从标准蓄电池特性曲线中获得的。由此实现了通过移动SOC值来获得蓄电池特性曲线的区域。
在一个有利的构造方式中，该装置集成在ASIC（专用集成电路）中。
在第二个方面中，本发明包括一种确定机动车中的蓄电池的蓄电池特性曲线的至少一个区域的方法，该方法具有以下方法步骤：
-从所测量到的蓄电池参数中确定蓄电池实际的荷电状态；
-从所测量到的蓄电池参数与标准值之间的差别中确定移动值，该标准值源于考虑特定荷电状态的标准蓄电池特性曲线；
-通过向标准蓄电池特性曲线中加入移动值来获得新的蓄电池特性曲线的至少一个区域。
另外，提出了一种蓄电池监控装置，其包括：
-所述装置，
-蓄电池接线柱，与所述蓄电池以及与所述装置机械和电连接；
-测量电阻，与所述蓄电池接线柱和所述装置机械和电连接。
附图说明
将借助附图来阐述其他细节和优势，其中示意性地示出：
图1用于确定蓄电池特性曲线的区域的装置；
图2用于确定蓄电池特性曲线的区域的方法；以及
图3特征性的OCV-SOC特性曲线。
在下面的说明中，相同的附图标记表示的是相同的或相似的部件。
具体实施方式
图1示出了蓄电池2以及包括测量装置3和评估单元4的装置1。测量装置3测量蓄电池参数，如，电压、电流以及该测量的相应时间。为了确定蓄电池特性曲线的至少一个区域，评估单元4包括：
-从所测量到的蓄电池参数中确定蓄电池（2）的实际荷电状态（SOC）的装置；
-从所测量到的蓄电池参数与标准值之间的差别中确定移动值（VW）的装置，该标准值是从在考虑特定的荷电状态（SOC）下的标准蓄电池特性曲线中获得的；
-通过向标准蓄电池特性曲线中加入移动值（VW）来获得至少一个新的蓄电池特性曲线的至少一个区域的装置。
例如，在标准电阻上、所谓的支路上测量电流。直接在蓄电池，例如，利用分压电阻来测量电压。可以利用为测量温度而设置的传感器或与温度相关的电阻来测量温度。可以利用能够布置在装置中的振荡器来测量时间。
蓄电池的荷电状态是蓄电池2的实际荷电状态与蓄电池2的最大荷电状态的商（quotient）；该荷电状态也被作为相对于蓄电池2的可能的总荷电的相对值。然后，当蓄电池2中不再产生化学反应时，也就是说，按照本发明在几个小时之后再测量蓄电池2的开路电压。静态电压也被公知为开路电压（OCV），而荷电状态也被公知为充电状态（SOC）。
蓄电池2的可供使用的容量由制造商预先给定。该容量特性值表现为安培小时（Ah）。在制造商对蓄电池进行充电之后，该容量直接与100%的SOC相符。在售出的蓄电池中，尽管随着时间蓄电池会略微老化，但并不会对整体容量以及100%的SOC值产生决定性的影响。由此，仍使用原始的制造商的容量值来确定SOC。在装配新蓄电池时，该值被存储在机动车侧的存储器中，在需要的情况下装置1能够读取该值。存储器也能够被集成到装置1中。当蓄电池由于老化过程而使得原始容量明显下降时，应该确定相对于100%的SOC的实际的SOC值。例如，能够通过测量完全放电的情况下随着时间的电流来确定实际的容量。
为了确定实际的SOC值，基于完全充电的蓄电池来确定容量输出。为此通过测量装置3来测量每个时间单位中所放出的电流并且在评估单元4中进行随时间的积分。所确定的容量值与100%的SOC下的容量值之间的比例关系相应于蓄电池2的实际SOC。例如SOC为100%时汽车电池的容量为40Ah。假设确定放电容量为10Ah，那么SOC则为75%。
为了识别蓄电池是否即将充满电，要对蓄电池的流入或流出电流进行分析。充满的蓄电池仅仅还接收少量电流。
正如上面所述的那样，在蓄电池2的较长的静态阶段之后通过测量装置3来测量相应的OCV值。
在相同的SOC值之下，在评估单元4中根据所测量到的OCV值与标准的特性曲线的OCV值之间的差别来确定移动值VW。可以使用例如，所谓的湿电池，也就是说制造商Banner、Exide以及JCI的铅酸蓄电池的特性曲线作为标准特性曲线，参见图3中的曲线K1，在该铅酸蓄电池中，酸在电池的电解质板之间自由移动。该移动值VW与蓄电池的新特性曲线相对于标准蓄电池移动的值相应。也就是说，为了得到用于实际的蓄电池2的OCV-SOC特性曲线，只要将移动值VW加入到标准OCV-SOC特性曲线的OCV值中即可。与此类似地，在OCV值相同的情况下，为了得到新的特性曲线只要加入SOC值的差值即可。在此可以看出，OCV-SOC特性曲线是线性的，从而使得实际的蓄电池2的特性曲线平行于标准蓄电池移动。在OCV值相同的情况下，也能够进行针对SOC值的上述移动。要注意的是，在OCV值非常小和非常大的情况下，相应的SOC值可能处在坐标系统以外。由此可能出现特性曲线从线性区域出发直至插入（interpoliert）到预期的区域为止。
通常在温度为25°C的情况下确定SOC、OCV以及蓄电池参数。由此在所有测量过程中还分别测量了温度。
此外，特性曲线的斜率分别根据蓄电池类型变化。在装入新的蓄电池时，蓄电池的特征数据通常由机动车侧的控制装置，例如发动机控制装置进行读取。从发动机控制装置可以读取和使用根据本发明的装置的这些数据并且对相应的对比特性曲线和所属的斜率进行分配。由此使得根据本发明的装置的存储器中存有多个普通的标准蓄电池特性曲线。
可以将该移动应用于非线性的曲线。前提是这些曲线彼此平行地移动。
这个所谓的学习阶段通常直接在机动车的第一次启动、也就是说使用新的蓄电池之后开始，在确定完移动值（Verschiebungswert）和特性曲线之后结束。该学习阶段也在装入新的蓄电池时以及这些被识别出来时开始。移动值的确定这样频繁地重复，直至移动值VW与之前的值相比仅还具有小的-也就是说-提前确定的偏差为止。
另外，设置有蓄电池监控装置（未示出），该装置包括装置1、蓄电池2、蓄电池接线柱以及测量电阻。蓄电池接线柱既与蓄电池2又与装置1机械和电连接。测量电阻与蓄电池接线柱以及装置1机械和电连接。利用测量电阻能够测量蓄电池参数，如，电压和电流并且这些蓄电池参数被用于获得蓄电池特性曲线的至少一个区域的装置1所使用。
图2示出了确定蓄电池特性曲线的区域的方法。
在第一个步骤11中确定蓄电池2的实际的SOC值。可以在蓄电池充满电的情况下通过测量可取用的容量来实现该确定。在此，将所测量到的电流进行随时间的积分。可以在行驶时或也可以直接在启动过程中进行该测量和求积分。
在第二个步骤12中测量蓄电池2的开路电压。在蓄电池的较长的静态状态不再进行任何化学反应之后实现该步骤。
标准蓄电池的特性曲线涉及的可以是如上所述的欧洲制造商的蓄电池的特性曲线。标准蓄电池的相应的OCV值和SOC值能够被存储在评估单元4或评估单元4以外的存储器中。
在第三个步骤13中确定移动值VW，该移动值代表的是所测量到的OCV值与标准特性曲线的OCV值之间的差别，其中，两个OCV值被分配给了相同的SOC值。也就是说，使用了这样一个SOC值，在该SOC值下对存在的蓄电池2的OCV值进行测量，从而从标准特性曲线中得到了那里的OCV值。移动值VW也可以从特定的SOC值和来自于一个标准OCV-SOC特性曲线中的SOC值之间的差值中获得。
在第四个步骤14中将确定刚刚计算出来的移动值VW与之前的移动值VW之间有多大区别。移动值VW的计算这样频繁地重复（也就是说，在步骤11中重新开始该方法），直至实际的移动值VW还仅仅具有提前确定的偏差为止。
在第五个步骤15中，将在步骤14中验证过的移动值VW加入到OCV-SOC标准特性曲线中，从而基于已知的特性曲线来确定表征的特性曲线。
图3示出了针对例示性的蓄电池2的从开路电压OCV到荷电状态SOC的表征的特性曲线K1和K2。如上所述，曲线K1是标准特性曲线。特性曲线K2基于特性曲线K1移动了一个OCV移动值VW。近似地，这两条特性曲线K1、K2处在直线的30%-90%的SOC区域中，其斜率是相类似的。因此由于特性曲线是线性的，尤其有利的获得在30%-90%的SOC区域中的移动值VW。
本发明适用于获得机动车蓄电池的蓄电池特性曲线的区域。

Claims (13)

1.一种用于确定机动车中的蓄电池（2）的蓄电池特性曲线的至少一个区域的装置，包括：
-用于测量蓄电池参数的测量装置（3），
-评估单元（4），包括
-从所测量的蓄电池参数中确定蓄电池（2）的实际荷电状态（SOC）的装置；
-从所测量到的蓄电池参数与标准值之间的差别中确定移动值（VW）的装置，其中该标准值是从在考虑特定的荷电状态（SOC）下的标准蓄电池特性曲线中获得的；
-通过向标准蓄电池特性曲线中加入移动值（VW）来获得新的蓄电池特性曲线的至少一个区域的装置。
2.根据权利要求1所述的装置（1），其特征在于，所述测量装置（3）包括用于测量蓄电池（2）的电压、电流以及时间的装置。
3.根据权利要求1或2所述的装置（1），其特征在于，所述评估单元（4）包括从蓄电池（2）的所测量到的开路电压（OCV）和标准开路电压（OCV-标准）之间的差别中确定出移动值（VW）的装置，其中该标准开路电压是在特定的荷电状态（SOC）下从标准蓄电池特性曲线中获得的。
4.根据权利要求1或2所述的装置（1），其特征在于，所述评估装置（4）包括从蓄电池（2）的特定的荷电状态（SOC）与标准荷电状态（SOC-标准）之间的差别中确定移动值（VW）的装置，该标准荷电状态是在相同的开路电压（OCV）下从标准OCV-SOC蓄电池特性曲线中获得的。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的装置（1），该装置集成在ASIC中。
6.一种蓄电池监控装置，包括：
-根据上述权利要求中任意一项所述的装置（1），
-蓄电池接线柱，所述蓄电池接线柱与所述蓄电池（2）以及与所述装置（1）机械和电连接；
-测量电阻，所述测量电阻与所述蓄电池接线柱和所述装置（1）机械和电连接。
7.一种确定机动车中的蓄电池（2）的蓄电池特性曲线的至少一个区域的方法，该方法具有以下方法步骤：
-从所测量到的蓄电池参数中确定蓄电池（2）的实际的荷电状态（SOC）；
-从所测量到的蓄电池参数与标准值之间的差别中确定移动值（VW），其中该标准值由考虑特定荷电状态（SOC）下的标准蓄电池特性曲线中确定；
-通过向标准蓄电池特性曲线中加入移动值（VW）来获得新的蓄电池特性曲线的至少一个区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，从蓄电池（2）的所测量到的开路电压（OCV）与标准开路电压（OCV-标准）之间的差别中确定移动值（VW），该标准开路电压是在特定的荷电状态（SOC）从标准蓄电池特性曲线中获得的。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，从蓄电池（2）的特定的荷电状态（SOC）与标准荷电状态（SOC-标准）之间的差别中确定移动值（VW），其中该标准荷电状态是在相同的开路电压（OCV）下从标准蓄电池特性曲线中获得的。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的方法，其中，通过蓄电池（2）的放电容量与最大容量之间的比例关系来确定蓄电池（2）的实际的荷电状态（SOC）。
11.根据权利要求7至10中任意一项所述的方法，其中，通过所测量到的蓄电池（2）的电流随时间的积分来确定出蓄电池（2）放电容量。
12.根据权利要求7至11中任意一项所述的方法，其中，在机动车启动的过程中测量蓄电池（2）放电电流。
13.根据权利要求7至12中任意一项所述的方法，其中，在SOC区域的30%-90%的区域中获得蓄电池特性曲线。
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