CN103314303B - 用于测定蓄电池的开路电压的方法、具有用于测定开路电压的模块的蓄电池以及具有相应的蓄电池的机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测定蓄电池的开路电压(Open Circuit Voltage-OCV)的方法、具有用于测定开路电压的模块的蓄电池以及具有相应的蓄电池的机动车，它们特别是可用于测定在车辆中所使用的蓄电池组的、与老化相关的开路电压。为此提出了在蓄电池(110)的充电过程期间确定开路电压。此外提出了一种具有用于测定蓄电池(110)的开路电压的模块的蓄电池(110)和具有这种蓄电池(110)的车辆。

Description

用于测定蓄电池的开路电压的方法、具有用于测定开路电压的模块的蓄电池以及具有相应的蓄电池的机动车
技术领域
本发明涉及一种用于测定蓄电池的开路电压(OpenCircuitVoltage-OCV)的方法、具有用于测定开路电压的模块的蓄电池以及具有相应的蓄电池的机动车，它们特别是可用于测定在车辆中所使用的蓄电池组的、与老化相关的开路电压。
背景技术
在混合动力和电动车辆中使用锂离子或镍金属氢化物技术的、由大量串联连接的电化学的蓄电池单元组成的蓄电池或蓄电池组。
为了监控蓄电池，设置了蓄电池管理系统(BMS)，该系统除了安全监控外还应该确保尽可能长的使用寿命。
为此，每个单个的蓄电池单元的电压与蓄电池电流和蓄电池温度一起通过蓄电池管理系统进行测量并且在充电状态(StateofCharge-SOC)和老化状态(StateofHealth-SOH)方面进行状态估计。
这一点按照现有技术例如像DE102008041300A1中所介绍的那样，利用调节技术的参照结构进行，该参照结构通过模型观察实际系统蓄电池并通过模型参数的适配测定实际系统的状态。这种参照结构的核心是电化学的蓄电池单元的模型。在此，根据累加的开路电压和在蓄电池单元的复数阻抗上的电压降来计算蓄电池电压。除了用于蓄电池单元阻抗的高价值的模型外，在此方面必须准确掌握开路电压。能够针对所使用的蓄电池单元类型事先在实验室中逐点地测定该开路电压，其中，借助于这些数值形成描述开路电压与充电状态依赖关系的表格，从而能够确定充电状态。这种所谓的OCV表格因此事先在实验室内测定。
但由于老化，在例如蓄电池单元的阳极和阴极不同程度老化的情况下，会造成开路电压结构上发生变化。因此，不能借助于车辆的蓄电池管理系统可靠地获取实际系统内变化的开路电压。
发明内容
依据本发明，提供一种用于测定蓄电池的开路电压的方法，其中，在该方法的框架内以简单的方式确定车辆中所使用的蓄电池的取决于老化的开路电压或开路电压的特性曲线(OCV特性曲线)。这一点由此实现，即确定蓄电池充电过程期间的开路电压。与将蓄电池使用寿命期间的开路电压视为恒定的现有技术相反，本发明设置了在车辆中的蓄电池运行期间确定变化的开路电压。
事实证明，根据在充电过程期间确定的开路电压来适配储存在蓄电池管理系统中的开路电压的特性曲线是有利的。一种优选的实施方式设置根据充电过程期间所确定的开路电压重新确定蓄电池管理系统内储存的OCT表格。由此能够具有有利地纠正可能存在的模型误差。
蓄电池是至少一个电化学蓄电池单元，但是优选地是具有大量电化学蓄电池单元的蓄电池，其中，电化学蓄电池单元串联连接。蓄电池优选地是锂离子蓄电池。
在本发明一种优选的实施方式中，测定至少一部分的电化学蓄电池单元，优选地为所有电化学蓄电池单元的蓄电池单元电压和在阻抗上的电压降，通过从蓄电池单元电压中减去该电压降来确定开路电压。
事实证明，确定开路电压时使用蓄电池管理系统中所利用的蓄电池单元模型是特别有利的。此外，通过蓄电池管理系统获取或测定温度、蓄电池单元电流、充电状态或诸如此类的状态。利用这样获取或测定的数值，通过蓄电池单元模型计算至少一部分的电化学蓄电池单元，优选地为所有电化学蓄电池单元的阻抗上的电压降。然后，开路电压通过从所测量的蓄电池单元电压中减去电压降来确定。
在本发明另一种优选的实施方式中将进行连续的充电，也就是说，充电过程期间充电功率和/或充电电流保持恒定。
依据一种替代的实施方式，采用变化的充电电流来进行充电。事实证明充电电流连续改变是具有优点的。这样特别具有优点的是，在此能够特别精确地确定阻抗。在此方面，事实进一步证明利用低充电电流是具有优点的，因为随后阻抗上的电压降很小。
替代地能够设置在非连续充电的情况下确定开路电压。
依据本发明另一种优选的实施方式，对OCV特性曲线的变化进行滤波。通过这种滤波算法例如消除电压测量时的干扰，从而使得例如短时间的干扰对开路电压的确定没有不利影响。
事实证明特别具有优点的是，为确定开路电压扫描蓄电池的全部充电状态范围，也就是说，确定从空的蓄电池充电时的开路电压直至蓄电池充满电时的开路电压。当然，仅在分析充电过程的部分周期时也能够进行开路电压的确定。然后在使用适当的滤波器的情况下来适配OCV特性曲线。
本发明的另一方面涉及一种蓄电池，其具有用于测定蓄电池的开路电压的模块，其中，所述模块这样设置，以使用于测定蓄电池的开路电压的方法可以实施。其中，确定在蓄电池的充电过程期间的开路电压。优选地，蓄电池是锂离子蓄电池或所述蓄电池包括构造为锂离子蓄电池单元的电化学蓄电池单元。
本发明的另一方面涉及一种车辆，其具有用于驱动所述车辆的电驱动电机和按前面段落中所介绍的发明方面的与或可与驱动电机连接的蓄电池。
但是，蓄电池并不局限于这种使用目的，而是也能够在其他电系统中使用。
通过本发明提供了一种用于测定车辆或混合动力车辆的蓄电池组的充电期间的开路电压的方法。通过依据本发明的方法也能够有利地精确地观察老化的蓄电池的功率和性能参数。
通过依据本发明的方法，能够有利地进行在车辆上的OCV的可靠确定，由此在确定取决于老化的功率数据的方面提高了准确性。
其他优点是改善的使用寿命预测、更准确地确定充电状态、精确地确定实际可供使用的已老化的容量、减少计算开支和资源需求以及极高的经济性，因为不存在硬件的附加开支。
本发明具有优点的改进方案在从属权利要求和说明书中加以描述。
附图说明
借助于附图和下面的说明对本发明的实施例进行详细地阐述。其中：
图1示出按照现有技术的、用于蓄电池状态估计的调节技术的观察结构的示意图；
图2示出按照现有技术的蓄电池单元模型的示意图；以及
图3示出依据本发明所绘制的充电曲线和OCV特性曲线。
具体实施方式
为了监控蓄电池设置有蓄电池管理系统，该系统利用调节技术的观察结构100通过蓄电池单元模型120来观察蓄电池110并通过模型参数的适配来测定实际系统的状态。
图1示出这种观察结构100。通过该观察结构100，通过蓄电池单元模型120来观察实际的系统蓄电池110并通过模型参数的适配来跟踪实际的系统的状态。在观察结构100内所使用的观察器130的核心是蓄电池单元模型120，其原则上具有图2所示的结构。
在这种观察器130的一种示例性的实施方式中，为了估计充电状态180并且为了监控老化状态190，实际的系统蓄电池110通过蓄电池单元模型120来进行观察，其中，分析蓄电池电流IBatt140、蓄电池温度TBatt150、蓄电池电压UBatt160和通过蓄电池单元模型120测定的模型电压UMod170。通过模型参数的适配跟踪实际的系统的状态。观察结构100内所使用的观察器130的核心是蓄电池单元模型120，其原则上具有图2所示的结构。蓄电池单元模型120估计负载状态下的开路电压UOCV220。为此，将分析蓄电池电流IBatt140并附加地从所测量的蓄电池单元电压UBatt160中减去蓄电池阻抗上的电压降Uimp230，以达到内部的电压Ui，该内部的电压在理想的蓄电池单元模型120中相当于开路电压UOCV220。根据所测定的开路电压UOCV220，借助于OCV表格估计实际的充电状态SOCOCV180。
电动车辆以及所谓的插电式混合动力车通过外部的或内部的充电器在插座处充电，以便在下个行驶周期中能够提供必要的电能。
在此方面，一般情况下利用恒定的充电功率或恒定的充电电流进行连续的充电。这一点得到本发明的充分利用。在本发明的一种示例性的实施方式中，利用图2所示按照现有技术在蓄电池管理系统中已经可供使用的蓄电池单元模型120来测定蓄电池阻抗上的电压降Uimp230。
因为蓄电池的温度TBatt150、蓄电池单元电流IBatt140和充电状态SOCOCV180已经通过蓄电池管理系统获取或测定，所以能够通过蓄电池单元模型120计算蓄电池单元阻抗上的电压降Uimp230并从所测量的蓄电池单元电压UBatt160中减去。由此能够直接在充电期间绘制出OCV特性曲线300(参见图3)。充电期间所获得的OCV特性曲线300用于适配在蓄电池管理系统内存储和利用的OCV特性曲线。此外，也能够利用充电期间所获得的OCV特性曲线300重新计算蓄电池管理系统的OCV表格。因此，在该实施例中，OCV表格在运行期间在车辆上测量。因此，在依据本发明的方法中，在考虑到蓄电池单元模型120可能的误差情况下重新测定OCV表格。
在充电电流持续缓慢变化的情况下，确定阻抗是有利的并能够具有高精确性。低充电电流一并因此长的充电时间一在这种情况下同样具有优点，因为阻抗上的电压降Uimp230在这种情况下很小。由于家用插座通常输出功率小而造成长的充电时间，从而使得这些优点在大量应用中使用在本发明时有所体现。
但是，除此之外同样有利的是能够在非连续地充电时适配OCV特性曲线300。
在本发明的另一种示例性的实施方式中，将使用一种用于滤波OCV特性曲线300变化的算法。利用这种算法，例如将消除电压测量的短时间的干扰，从而使得这些干扰对OCV特性曲线300的确定没有不利影响。
事实证明，特别有利的是从空的蓄电池出发贯穿整个充电状态范围。但是，通过适当的滤波也能够毫无问题地仅将充电过程的部分周期用于OCV特性曲线300的各自的范围的适配。
本发明在其实施方式方面并不局限于前面所列举的实施例。确切地说，可以设想一定数量的变化方案，即使在原则上不同类型的结构中，这些变化方案也可以由依据本发明的方法、依据本发明的蓄电池和依据本发明的车辆使用。

Claims (7)

1.一种用于测定蓄电池(110)的开路电压的方法，其特征在于，在所述蓄电池(110)的充电过程期间确定所述开路电压，其中，所述蓄电池(110)包括至少一个电化学的蓄电池单元，并且测定在至少一部分的所述电化学的蓄电池单元的阻抗上的电压降(230)以及为了测定所述开路电压，将所述电压降(230)从蓄电池单元电压(160)中减去，并且其中滤除所述电压降(230)和/或所述蓄电池单元电压(160)的测量的干扰，其中，根据所确定的开路电压，对在所述蓄电池管理系统中所利用的所述开路电压的特性曲线和/或OCV表格进行适配。
2.按权利要求1所述的方法，其中，为了测定所述电压降(230)，利用蓄电池管理系统的蓄电池单元模型。
3.按权利要求1或2所述的方法，其中，在所述充电过程期间，充电电流保持恒定。
4.按权利要求1或2所述的方法，其中，所述充电电流在所述充电过程期间变化。
5.按权利要求1或2所述的方法，其中，在所述蓄电池(110)的整个充电状态范围上进行所述开路电压的确定。
6.一种蓄电池(110)，其具有用于测定蓄电池(110)的开路电压的模块，其中，所述模块被如此地设置，以使得按权利要求1-5之一所述的、用于测定蓄电池的开路电压的方法是可实施的。
7.一种机动车，其具有用于驱动所述机动车的电驱动电机和按权利要求6所述的、与所述电驱动电机连接的或者可与所述电驱动电机连接的蓄电池(110)。
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