CN102782515B - 用于确定功率的自适应方法、蓄电池系统和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定可由蓄电池提供或吸收的功率的方法、一种具有用于执行该方法的控制器的蓄电池系统和一种具有该蓄电池系统的机动车。该方法包括以下步骤：确定蓄电池的状态量，尤其确定蓄电池温度和/或充电状态(S101)；根据蓄电池的功率值和状态量的表格，确定在预先确定的负载时间段内可由蓄电池提供或吸收的功率，其中蓄电池的状态量用作用于表格的存取参数(S102)；根据蓄电池的运行参数，尤其是蓄电池电流和/或蓄电池电压，测量蓄电池的负载(S103)；测量负载时间段，在该负载时间段内蓄电池有负载(S103)；将所测量的负载时间段与包含预先确定的负载时间段的比较范围比较(S104)；以及当负载时间段在比较范围之内时(S105)，实施校正例程。

Description

用于确定功率的自适应方法、蓄电池系统和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于确定可由蓄电池提供或吸收的功率的方法、一种构造为实施该方法的蓄电池系统以及具有这样的蓄电池系统的机动车。
背景技术
在混合动力或电动车辆中使用锂离子或镍氢技术的蓄电池，其包含大量串联连接的电化学蓄电池单元。蓄电池管理系统用于监控蓄电池，并且除了安全监控之外还应该提供尽可能长的使用寿命。为此，测量每个单个蓄电池单元的电压以及蓄电池电流和蓄电池温度，并且进行状态估计(例如蓄电池的充电状态或老化状态的估计)。为了使使用寿命最大化，随时识别蓄电池的当前给定的最大功率，即最大可输出或可吸收电功率是有帮助的。如果超过此功率，能够急剧加速蓄电池的老化。
电化学能量存储器的运行范围能够被表征为多维度的空间，其由诸如温度、充电状态或电流强度的状态量形成。在背景技术中已知多种方法，这些方法在各种给定的负载和状态量的情况下模拟蓄电池的特性，且用于蓄电池管理的建模。一种方法是将电化学能量存储器的功率值或能量值存储在相应于运行范围的一个多维度的表格中。这种表格的生成要求在实验室中花费高昂地、详细地测量能量存储器的属性，并且在通常情况下将考虑由于生产偏差或老化引起的蓄电池属性的变化。另一种方案基于由合适的仿真模型来模拟电化学能量存储器，此模型的参数与实际的特性相匹配。然后，借助于此模型和已知的参数能够作出状态预测。此方法的缺点是：因为电化学能量存储器的复杂特性部分地是非线性的，所以仅由简单的模型来描述是不充分的。相反地，复杂的模型具有大量的自由参数，要准确且相互独立地获取这些参数具有很大的难度。
发明内容
因此，本发明的第一方面引入了一种用于确定可由蓄电池提供或吸收的功率的简单且鲁棒性的方法。该方法能够附加地用作背景技术中已知的其他的方法的备用解决方案()或用于对此类方法的结果的真实性检查。该方法包括以下步骤：
-确定蓄电池的状态量，尤其确定蓄电池温度和/或充电状态；
-根据蓄电池的功率值和状态量的表格，确定在至少一个预先确定的负载时间段内可由蓄电池提供或吸收的功率，其中蓄电池的状态量用作用于表格的存取参数；
-根据蓄电池的运行参数，尤其是蓄电池电流和/或蓄电池电压，测量蓄电池的负载；
-测量负载时间段，在该负载时间段内蓄电池有负载；
-将所测量的负载时间段与包含预先确定的负载时间段的比较范围比较；以及
-当该负载时间段在该比较范围之内时，实施校正例程。
该校正例程至少包括：将表格的功率值和所测量的负载比较、根据表格的功率值和所测量的负载的比较的结果为表格的功率值确定一个校正值并根据该校正值校正表格的功率值。
本发明的方法能够以一种简单的方式在表格中描绘随着蓄电池的老化而变化的蓄电池的特性。在此，开始时存储在表格中的功率值是否很好地反映了实际情况相对不是很重要，因为将利用实际观测值对其进行修正并且根据差值大小进行更新。借助于预先确定的负载情况，例如移除或引入超过一秒或十秒的功率脉冲，执行对蓄电池的特性的观察。其中，此表格优选地具有如下功率，该功率是在蓄电池的蓄电池单元在其被放电或充电时间段内不低于最小或超过最大允许电压值的情况下，蓄电池在相应的时间段上能够最大地被抽取或充入的功率。如果现在对于一个确定的时间段从蓄电池抽取或向蓄电池充入一个确定的功率，那么将确定此负载情况与预先确定的一个或多个负载情况的相似性(尤其是负载的持续时间和负载强度)。然后，比较蓄电池预测的特性(如由抽取所引起的蓄电池电压下降的深度)与实际测量值的相似性。由这两个比较将得出校正值，该校正值应用于各个用于预测蓄电池特性的表格条目。
因此，在该表格中存储的功率值能够以极小的计算开销被匹配至蓄电池的实际特性。本发明所述的方法能够正常运行，而无需花费高昂且、可能有错误或不完整的模型。因为此方法不断地以实际情况修正所获取的功率值，本方法自动地学习老化的蓄电池的特性，并且因此相对于由未知的或没被考虑的蓄电池属性引起的故障时本方法是具有鲁棒性的。
在本方法的优选变形中，蓄电池的运行参数包括蓄电池电压。在此，所确定的校正值取决于该负载时间段结束时的蓄电池电压与最小或最大允许蓄电池电压，尤其是2.8V或4.2V，之间的差值。此处，根据蓄电池电压(或蓄电池单元电压)与蓄电池单元允许的最小或最大的电压之间的差值来确定该校正值。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与实际情况越精确地相符，因此校正值也越小。该校正值的自适应确定具有如下优点：快速且持续地使表格的功率值接近准确描述实际情况的值。对于锂离子蓄电池单元，2.8和4.2V分别是最小及最大允许蓄电池单元电压。在使用其他蓄电池技术时能够相应地使用其他的电压。
所确定的蓄电池的运行参数还能够包括蓄电池电流。然后，所确定的校正值优选地取决于在负载时间段上的蓄电池电流与充电或放电方向上的最大允许蓄电池电流之间的差值。类似于上述的情况，还能够通过蓄电池电流来限定负载情况，从而使用实际流过的蓄电池电流也用于确定用于比较的校正值。
所确定的校正值还能够取决于表格的功率值和蓄电池的所测量的负载之间的差值。在此种情况下，示例性地通过同时测量蓄电池电流和蓄电池电压来测量由蓄电池输出的电功率。然后，校正值取决于由表格预测的值和实际功率值之间的差值。这意味着，预测值距实际值越远，那么校正值越大。
本方法的校正例程能够包括根据校正值校正表格的其他功率值的附加步骤，该其他功率值在表格中可与表格的该功率值相邻。这一方法变形具有如下优点：为了获得经更新的、以实际情况修正的功率值，并不是每一个和表格条目相关联的负载情况都必须出现。在此，还能够想象，通过应用校正值来同时校正所有针对蓄电池的确定的状态量或状态量的组合而给出的值，其具有如下优点：通过测量实际的负载情况来迅速地更新表格中的大量的功率值。与之相反地，如果只校正表格中确定的、相邻的功率值，也保证至少相似的边界条件像适用于实际出现的情况那样适用于这种情况，这实现了更精确的更新表格值，使其更接近蓄电池的实际属性。
在此，能够针对每个其他的功率值加权校正值，其中考虑各个其他的功率值距表格的该功率值的距离。表格的待校正的功率值距离接下来的表格条目处的实际的负载情况越远，那么该实际负载情况对于此功率值越没有说服力。相应地，待校正的功率值距离接下来的表格条目越远，那么校正值的权重越小。
本发明的第二方面涉及一种具有蓄电池和与该蓄电池相连接的蓄电池管理单元的蓄电池系统，该蓄电池管理单元具有至少一个电流测量单元、一个电压测量单元、一个温度传感器和一个控制器。该电流测量单元被构造为测量蓄电池的电流。该电压测量单元被构造为测量蓄电池的电压。该温度传感器被构造为测量蓄电池的温度。该控制器与电流测量单元、电压测量单元以及温度传感器相连接且被构造为实施根据本发明第一方面所述的方法。
本发明的第三方面引入了一种机动车，其具有用于移动机动车的电驱动发动机和与电驱动发动机相连接的根据本发明第二方面所述的蓄电池系统。
附图说明
下面将根据实施例的附图进一步阐述本发明。附图中：
图1示出了根据本发明所述的蓄电池系统的实施例；以及
图2示出了根据本发明所述的方法的实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明所述的蓄电池系统的实施例。蓄电池10装备有温度传感器11，在空间距离上尽可能地靠近蓄电池10的至少一个蓄电池单元安装温度传感器11。蓄电池10的两个蓄电池极与电压测量单元12相连接，该电压测量单元12测量各给出的蓄电池电压。在蓄电池的电流路径之一中安置有电流测量单元13，其测量流经蓄电池10的蓄电池电流。该电流测量单元13能够示例性地被构建为第二电压测量单元的较小的且确切地已知大小的欧姆电阻或被构建为霍尔传感器。温度传感器11、电压测量单元12和电流测量单元13与控制器14相连接，该控制器通过实施依据本发明的用于确定可由蓄电池输出或吸收的功率的方法来监控以及表征蓄电池10的特性。
图2示出了依据本发明的方法的实施例。该方法始于步骤S100。在步骤S101中确定蓄电池的状态量，尤其确定蓄电池温度和/或充电状态。在根据蓄电池的功率值和状态量的表格确定在预先确定的负载时间段内可由蓄电池提供或吸收的功率的步骤S102中，蓄电池的状态量用作用于表格的存取参数。在接下来的步骤103中，根据蓄电池的运行参数，尤其是蓄电池电流和/或蓄电池电压，测量蓄电池的负载，同时测量负载时间段，在该负载时间段内蓄电池有负载。在接下来的步骤S104中，将所测量的负载时间段与包含预先确定的负载时间段的比较范围比较。以这样的方式确定是否出现了和表格中获取的负载情况相类似的实际的负载情况。如果负载时间段在比较范围之内，那么在步骤S105中实施校正例程。否则没有出现具有说服力的负载情况，因此将回到该方法的开始步骤S101中。步骤S105中的校正例程至少包括将表格的功率值和所测量的负载的比较、根据表格的功率值和所测量的负载的比较结果为表格的功率值确定一个校正值并根据该校正值校正表格的功率值。

Claims (11)

1.一种用于确定可由蓄电池提供或吸收的功率的方法，其具有以下步骤：
-确定所述蓄电池的状态量(S101)；
-根据所述蓄电池的功率值和所述状态量的表格，确定在预先确定的负载时间段内可由所述蓄电池提供或吸收的功率，其中所述蓄电池的所述状态量用作所述表格的存取参数(S102)；
-根据所述蓄电池的运行参数，测量所述蓄电池的负载(S103)；
-测量负载时间段，在所述负载时间段内所述蓄电池有所述负载(S103)；
-将所测量的负载时间段与包含所述预先确定的负载时间段的比较范围比较(S104)；以及
-当所述负载时间段在所述比较范围之内时，实施校正例程(S105)，
其中所述校正例程至少包括：将所述表格的所述功率值和所测量的负载比较、根据所述表格的所述功率值和所测量的负载的所述比较的结果为所述表格的所述功率值确定一个校正值并根据所述校正值校正所述表格的所述功率值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蓄电池的所述运行参数包括所述蓄电池电压，并且所确定的校正值取决于所述负载时间段结束时的所述蓄电池电压与最小或最大允许蓄电池电压之间的差值。
3.根据权利要求2中所述的方法，其中，所述最小允许蓄电池电压为2.8V或者所述最大允许蓄电池电压为4.2V。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述蓄电池的所述运行参数包括所述蓄电池电流，并且所确定的校正值取决于在所述负载时间段上的所述蓄电池电流与充电或放电方向上的最大允许蓄电池电流之间的差值。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所确定的校正值取决于所述表格的所述功率值与所述蓄电池的所测量的负载之间的差值。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述校正例程包括根据所述校正值校正所述表格的其他功率值的附加步骤，所述其他功率值在所述表格中可与所述表格的所述功率值相邻。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，针对每个其他的功率值加权所述校正值，其中考虑各个所述其他的功率值距所述表格的所述功率值的距离。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蓄电池的运行参数是蓄电池电流和/或蓄电池电压。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述所述蓄电池的状态量为蓄电池温度和/或充电状态。
10.一种具有蓄电池(10)和与所述蓄电池(10)相连接的蓄电池管理单元的蓄电池系统，所述蓄电池管理单元具有至少一个电流测量单元(13)、一个电压测量单元(12)、一个温度传感器(11)和与所述电流测量单元(13)、所述电压测量单元(12)以及所述温度传感器(11)相连接的一个控制器(14)，所述电流测量单元被构造为测量所述蓄电池的电流，所述电压测量单元被构造为测量所述蓄电池的电压，所述温度传感器被构造为测量所述蓄电池的温度，其中所述控制器(14)被构造为实施根据以上权利要求中任一项所述的方法。
11.一种机动车，其具有用于移动机动车的电驱动发动机和与所述电驱动发动机相连接的根据权利要求10所述的蓄电池系统。
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