CN104569828A - 用于确定车辆中的车辆电池的电池状态的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定车辆中的车辆电池的电池状态的方法以及装置。在此实现了通过车辆的车辆内部的负载使车辆电池完全放电（S1）、使车辆电池完全充电（S2）、在对所述车辆电池充电期间测量（S3）所述车辆电池的容量和/或能量含量并且借助所述车辆电池的容量和/或能量含量来确定（S4）电池状态。按照本发明的方法以及按照本发明的装置是有利的，因为不需要除了用户操作中必需的硬件以外的附加硬件和专业人员来获得车辆电池的电池状态的定期确定。

Description

用于确定车辆中的车辆电池的电池状态的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定车辆中的车辆电池的电池状态的方法和装置。

背景技术

用于汽车应用的车辆电池经受老化，所述老化改变车辆电池的化学和电气特性。车辆电池的容量由于老化持续下降。同时内部电阻增高。因此能量含量从百分比来看比容量更强烈地减少。

这对通过负责的电池管理系统执行的不同算法以及其他基于电池状态进行计算（例如有效范围计算）的系统有影响。

发明内容

按照本发明的、用于确定车辆中的车辆电池的电池状态的方法包括：通过车辆的车辆内部的负载使车辆电池完全放电、使车辆电池完全充电、在对车辆电池充电时测量所述车辆电池的容量和/或能量含量并且借助所述车辆电池的容量和/或能量含量确定电池状态。

按照本发明的、用于确定车辆中的车辆电池的电池状态的装置包括设置用于通过车辆的车辆内部的负载使车辆电池完全放电的放电单元、设置用于使车辆电池完全充电的充电单元、设置用于在对车辆电池充电时测量车辆电池的容量和/或能量含量的测量单元以及设置用于借助车辆电池的容量和/或能量含量确定电池状态的确定单元。

按照本发明的方法以及按照本发明的装置是有利的，因为不需要除了用户操作中必需的硬件以外额外的硬件以及专业人员，来获得对车辆电池的电池状态的定期确定。因此电池状态的确定能够自动地或者通过车辆使用者来实施。因此能够降低服务费用。此外能够因此实现频繁地确定电池状态，由此又能够通过其他的车辆系统来提供当前的并且因此精确的电池状态来使用。

从属权利要求示出本发明的优选的改进方案。

优选的是，在开始的方法步骤中，查询（Abfragen）第一决定参数并且根据所述第一决定参数与所给定的阈值的比较来决定所述方法是否继续执行，其中所述第一决定参数尤其是下述参数，其描述时间间隔、车辆的km-功率、车辆电池的充电通量（Ladungsdurchsatz）和/或车辆电池的能量通量（Energiedurchsatz）。当有可能较早时刻所确定的电池状态不再符合实际的电池状态时，才以这种方式执行所述方法。由此能够避免持续的、费时的测量。

优选的是，以车辆电池的平均放电电流或者平均放电功率对车辆电池进行充电。因为电池的阻抗朝充电方向和放电方向大约一致，因此能够特别精确测量能量。此外，以这种方式求得的电池状态也因此相当于电池在常规运行中所具有的状态。

同样优选的是，在使用车辆期间车辆电池的放电在驾驶运行中进行，其中未通过车辆电池满足的能量需求通过内燃机满足。所述车辆因此能够在放电期间继续使用。

特别地，在使用车辆期间车辆电池的充电在驾驶运行中进行，其中充电电流通过借助内燃机驱动的发电机来提供。所述车辆因此能够在充电期间继续使用。

此外有利的是，在车辆电池完全放电之前查询第二决定参数，其中所述第二决定参数的输入优选通过用户实现，并且所述方法根据所述第二决定参数结束或者继续执行。因此能够实现用户在车辆电池放电之前中断实施所述方法的可能性。由此能够防止当用户想要使用时车辆处在未准备就绪的状态中。

特别地，执行加权（Gewichtung），在所述加权中所形成的电池状态借助所确定的电池状态与较早时刻时所确定的电池状态的加权内插法（gewichtete Interpolation）来求得。通过这种内插法抵消仅在单次确定电池状态的过程中出现的可能的测量误差和不精确性。而重复出现的特性则被增强地计入所述确定的结果中。

此外有利的是，车辆电池的放电包括结束阶段，在所述结束阶段中将电池电压调节到恒定的电压值上。因此保证了车辆电池完全放电。

此外还有利的是，车辆电池的充电借助车辆的处于发电机运行中的电动机实现。这种电动机例如能够通过额外的内燃机来驱动。以这种方式能够得到典型的充电电流，由此又提高了所确定的电池状态的精确度。此外车辆能够在充电阶段期间使用。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明的实施例。其中：

图1示出第一实施方式中按照本发明的方法的流程图，并且

图2示出第二实施方式中按照本发明的方法的流程图。

具体实施方式

按照本发明的方法或者说按照本发明的装置能够测量或者说确定车辆中的车辆电池的电池状态。按照本发明的方法尤其适合于测量混合电动车辆（HEV）中或者插电式混合电动车辆（PHEV）中的容量。该方法与电池性能由于老化而发生的变化无关。车辆电池的老化例如会导致怠速电压曲线的变化或者车辆电池的阻抗的变化。

在所述方法中，通过车辆中充分的测量（在0%充电状态到100%充电状态之间）排除了由于怠速电压或者车辆电池阻抗的变化而引起的对电池状态的未知影响。在此仅仅使用车辆中本来就可供使用的硬件。

图1示出了第一实施方式中的按照本发明的方法的流程图。所述方法例如能够通过独立的车辆系统的起动信号或者通过用户的要求起动。

在第一方法步骤S1中，通过车辆的车辆内部的负载实现车辆电池的完全放电。在此，将车辆的应用运行中也准备待用的车辆组件称之为车辆内部的负载。这种组件的例子是加热装置（必要时通过同时运行冷却装置补偿）、泵、换流器/电机或者类似的车辆组件。在此尤其使用高压负载是有利的。按照本发明，不需要额外的服务设备来使车辆电池放电。

使车辆电池放电的第一方法步骤S1能够包括结束阶段，在该结束阶段中将车辆电池的电池电压调节到恒定的电压值上。这例如能够通过相应地接通带有可调节的电流消耗的车辆内部的负载（例如可调节亮度的灯）来实现。车辆电池的完全放电由此得以保障。

在第二方法步骤S2中，实现了车辆电池的完全充电。所述充电能够通过所连接的外部或者内部的充电仪器实现。通过车辆内部的发电机充电同样可行，所述发电机例如通过内燃机或者其他的能量源驱动。所述充电优选以尽可能恒定的充电电流实现。

在此有利的是，在第二方法步骤S2中车辆电池以车辆电池的平均放电电流或者平均放电功率进行充电。这意味着，充电电流的振幅相当于放电电流的平均振幅，或者说充电功率相当于平均放电功率。其中所述平均放电电流或者说所述平均放电功率能够由应用运行中的车辆电池的两个充电状态之间的放电时间获得或者通过对多个应用运行中检测到的放电电流或者说多个应用运行中检测到的放电功率求平均值获得。因此，在假设车辆电池朝充电方向和放电方向的阻抗大约一致的情况下，能够实现特别地精确的能量测量。所述平均放电电流或者说所述平均放电功率同样能够通过给定的值来确定。

在此，对车辆电池充电的第二方法步骤S2能够包括结束阶段，在该结束阶段中将施加在车辆电池的触头上的充电电压调节到恒定的电压值上。这例如能够通过充电仪器的相应调节来实现。车辆电池的完全充电由此得以保障。

在第二方法步骤S2中对车辆电池充电期间，在同时实施的第三方法步骤S3的范围内，实现了对车辆电池的容量（以安培小时计）和/或能量含量（以瓦特小时计）的测量。在此，所述容量例如能够通过充电电流测得，所述充电电流在对车辆电池充电的持续时间内获得。其中所述能量含量例如能够通过充电电流和充电电压测得，所述充电电流和充电电压在对车辆电池充电的持续时间内获得。

在第四方法步骤S4中，实现了借助车辆电池的容量和/或能量含量确定电池状态。这种电池状态也被称为车辆电池的“健康状况”（SOH）。基于这种电池状态能够通过其他车辆中存在的系统进行不同的计算。这样例如能够实现基于这种电池状态的有效范围估计（Reichweitenabschätzung）。此外，该信息能够用作诊断目的。

所述第四方法步骤S4能够包括加权，在该加权中所形成的电池状态借助所确定的电池状态与较早时刻时所确定的电池状态的加权内插法来求得。这种内插法例如能够通过求平均值实现。加权内插法意味着将所确定的电池状态或者较早时刻时所确定的电池状态多次计入到平均值求取中。这样，较早时刻时所确定的电池状态例如可能相对于所述确定的电池状态双倍加权。在此，整数的加权也是不可能的。所形成的电池状态通过以这种方式求得的平均值来描述。此外通过这种加权内插法能够减少可能出现的测量误差（就这点来说它们不是系统化的）。因此进行加权更新。此外还可能过滤所测得的容量、所测得的能量含量和/或所确定的电池状态，在所述过滤中对看作不正确的数值进行过滤（例如因为这些数值处于典型的数值范围之外）。

所述图2示出第二实施方式中按照本发明的方法的流程图。所述方法通过用于确定车辆中车辆电池的电池状态的装置执行。所述装置在该第二实施方式中相当于电池管理系统。为了确定车辆电池的电池状态使用第一实施方式中所描述的第一到第四方法步骤。

这意味着实现了所述车辆电池的完全放电、所述车辆电池的完全充电、在所述车辆电池充电时测量所述车辆电池的容量和/或能量含量以及借助所述车辆电池的容量和/或能量含量确定电池状态。所述方法通过由用户使车辆准备起动来开动。

然而在该第二实施方式中，要在开始的方法步骤S5中查询第一决定参数p1。其中所述第一决定参数p1能够通过其他车辆中存在的系统或者通过所述电池管理系统自身提供。所述第一决定参数p1的例子是当前的日期、车辆的km-功率、车辆电池的充电通量或者车辆电池的能量通量。将所述被查询的第一决定参数p1与给定的阈值x作对比。所述阈值x能够在电池管理系统中在出厂配置或者用户配置的过程中预先给出。如果所述决定参数p1大于所述阈值x，那么所述方法继续执行。如果所述决定参数p1小于所述阈值x，那么所述方法分支出来回到开始的方法步骤S5上，对此重新执行。

在这里描述的第二实施方式中，所述第一决定参数p1是车辆的km-功率。所述阈值x通过电池管理系统的制造商以5000km的数值预先给出。也就是说，在方法开始时由车辆的公里计数器查询所述车辆的km-功率。所述决定参数p1在接下来的比较方法步骤S5’中与所述阈值x=5000km作对比。如果所述决定参数p1大于所述阈值x，也就是p1>x（=5000km），那么所述方法就继续执行。如果所述决定参数p1小于所述阈值x，也就是p1≤x（=5000km），那么所述方法分支出来回到开始的方法步骤S5上，对此重新执行。也就是说，在该例中所述电池状态的确定根据车辆的km-功率为5000km来实现。

同样可能的是，预先给出多个阈值并且由此定义区间。为此，在图2中示出的实施方式中，在结束方法步骤S6中重新确定所述阈值x，所述结束方法步骤S6根据在第四方法步骤S4中对电池状态的确定来执行。为此例如能够将所给的数值加到以前的阈值上。

对电池状态的确定例如能够根据一定的时间（例如总共3个月）、一定的公里功率（例如总共5000km）、一定的充电通量（例如总共2 MAh）或者一定的能量通量（例如总共1MWh）来实现。也就是说，所述车辆以规律的间隔来采用容量测量模式或者能量测量模式。

因为在所述第一和所述第二方法步骤S1、S2中所述车辆电池的放电和充电会持续多个小时，因此用户应该拥有下述可能性，即当立即需要车辆时，推迟车辆电池在第一方法步骤S1中放电以及在第二方法步骤S2中充电。如之前描述的那样，如果所述决定参数p1大于所述阈值x，则所述方法继续执行。在这种情况下根据进行比较的方法步骤S5’，在进行查询的方法步骤S7中实现对第二决定参数p2的查询。所述决定参数p2优选通过用户输入来定义。这样，例如能够在车辆内部的显示器上产生消息，该消息为了方法的继续执行而询问用户的同意。所述第二决定参数p2根据用户的输入来确立。这样如果用户希望确定电池状态，所述第二决定参数p2就置于“1”上；如果用户在这个时刻不希望确定电池状态，例如因为短时间内再次需要所述车辆，所述第二决定参数p2就置于“0”上。所述方法根据第二决定参数p2结束或者继续执行。因为完全执行所述方法，尤其在第一和第二方法步骤S1、S2中使车辆电池放电和充电对用户来说需要巨大的持续时间，因此给予用户中断所述方法的可能性。由此来保证当用户希望时，车辆处在准备就绪的状态中。

在进行检查的方法步骤S7’中，检查所查询的第二决定参数p2是否等于“1”。如果不是（当所述第二决定参数p2置于“0”上时），就结束所述方法。在这种情况下，对所述电池状态的确定能够在重新起动所述方法之后立即实现。如果所查询的第二决定参数p2等于“1”，就继续执行所述方法。

如果所述第二决定参数p2置于“1”上，即当用户希望确定所述电池状态时，则直接执行所述第一方法步骤、即对车辆电池进行放电。在所述方法的进一步进程中，该方法在这种情况下以根据第一实施方式的所有步骤执行。在方法结束之前，执行之前所描述的结束方法步骤S6。

在与已经描述的实施方式可结合的其他替代的实施方式中，使用车辆期间在所述第一方法步骤S1中对所述车辆电池放电在驾驶运行中执行。这就是说，车辆电池在用户驾驶车辆期间进行放电。由车辆电池提供的功率尤其相对于车辆电池放电结束时降到接近于零。由此不再能够保证通过电池供给的电动牵引力。为了保证牵引力从而使车辆在驾驶运行中不会停住，不能通过车辆电池满足的能量消耗通过内燃机来满足并且因此通过其补偿。其中所述能量消耗要么通过内燃机机械地承担牵引力这种方式来满足，要么通过耦接到内燃机上的发电机提供电源电压来满足。其中所述发电机也能够是车辆的电动机。也就是说，所述行驶功率持续由内燃机承担。在放电后，所述车辆以纯内燃机驱动的运行行驶。在此有利的是，在这种状态下制动功率不通过电驱动来承担，而是完全通过常规制动带来。如果在驾驶运行期间执行第一方法步骤S1，并且所述使车辆电池因此被放电，这就能够不必特地通过用户、即司机来履行。作为替代方案，对电池状态的确定的执行在车辆内部的显示器上显示。

在其他替代的实施方式中，同样与已经描述的实施方式结合，使用车辆期间在所述第二方法步骤S2中对所述车辆电池充电在驾驶运行中执行。因为车辆电池不可能在驾驶运行中通过外部电源充电，所述车辆电池充电借助车辆的处于发电机运行中的电动机来执行。这种实施方式因此尤其适合于混合电动车辆（HEV）。如果在驾驶运行期间执行所述第二方法步骤S2，并且所述车辆电池因此被充电，这就能够不必特地通过用户、即司机来履行。作为替代方案，对电池状态的确定的执行能够在车辆内部的显示器上显示。

在所有在确定电池状态期间不能使用车辆的实施方式中，有利的是，向车辆的用户进行报告（例如通过在显示器上显示）。

在所有实施方式中，所确定的电池状态能够替代较早确定的电池状态。同样适用于所形成的电池状态，所述形成的电池状态能够要么替代较早确定的电池状态，要么替代较早求得的所形成的电池状态。

除了上面文字所描述的公开内容以外，详细参照对图1和2的公开。

Claims (10)

1.用于确定车辆中车辆电池的电池状态的方法，包括：

- 通过车辆的车辆内部的负载使所述车辆电池完全放电（S1），

- 使所述车辆电池完全充电（S2），

- 在对所述车辆电池充电（S2）时测量（S3）所述车辆电池的容量和/或能量含量并且，

- 借助所述车辆电池的容量和/或能量含量确定（S4）所述电池状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在开头的方法步骤（S5）中查询第一决定参数（p1）并且按照所述第一决定参数（p1）与所给定的阈值（x）的比较来决定所述方法是否继续执行，其中所述第一决定参数（p1）尤其是下述参数，其描述时间间隔、车辆的km-功率、车辆电池的充电通量和/或车辆电池的能量通量。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述车辆电池的充电（S2）以所述车辆电池的平均放电电流或者平均放电功率进行。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在使用车辆期间所述车辆电池的放电（S1）在驾驶运行中进行，其中未通过所述车辆电池满足的能量需求通过内燃机满足。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在使用车辆期间所述车辆电池的充电（S2）在驾驶运行中进行，其中充电电流通过借助内燃机驱动的发电机来提供。

6.根据权利要求1，其特征在于，在所述车辆电池的完全放电（S1）的方法步骤之前进行第二决定参数（p2）的查询（S7），其中所述第二决定参数（p2）的输入优选通过用户实现，并且所述方法根据所述第二决定参数（p2）结束或者继续执行。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法此外还包括加权，在所述加权中所形成的电池状态借助所确定的电池状态与较早时刻时所确定的电池状态的加权内插法来求得。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述车辆电池的放电（S1）包括结束阶段，在所述结束阶段中将电池电压调节在恒定的电压值上。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述车辆电池的充电（S2）借助车辆的处于发电机运行中的电动机实现。

10.用于确定车辆中的车辆电池的电池状态的装置，包括：

- 放电单位，设置用于通过车辆的车辆内部的负载使车辆电池完全放电，

- 充电单元，设置用于使所述车辆电池完全充电，

- 测量单元，设置用于测量在对所述车辆电池充电期间所述车辆电池的容量和/或能量含量，以及

- 确定单元，设置用于借助所述车辆电池的容量和/或能量含量来确定电池状态。