CN104584304B - 用于电蓄能器的使用方法、用于执行这种使用方法的装置、蓄电池及具有这种蓄电池的机动车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电蓄能器的使用方法、一种用于执行这种使用方法的装置、一种蓄电池和一种包括这种蓄电池的车辆。在用于使用电蓄能器的方法中定义一定数量的电蓄能器的状态和至少一个分界面(100)，该分界面(100)将该电蓄能器的多个第一状态与多个第二或其他的状态分开。获取该电蓄能器在其使用时呈现的状态(106)。基于这些获取的状态(106)估计该电蓄能器在继续使用时在至少一个预先确定的时间点(110)呈现的至少一种状态。检查该预先确定的时间点(110)的状态是否处于预先确定的子空间内。根据该检查结果如此改变该蓄能器的使用，使得该至少一种在改变的使用的情况下在该至少一个预先确定的时间点(110)处呈现的状态处于至少一个预先确定的子空间内。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电蓄能器的使用方法，一种用于执行这种使用方法的装置、一种蓄电池和包含这种蓄电池的车辆，它们尤其能够被使用来延迟电蓄能器尤其是锂离子蓄电池的老化。
背景技术
更多的基于锂离子技术的蓄能池被用在电驱动的车辆中。因为时间的和由于使用的老化这些蓄能池的存储能力和功率明显下降。因为该车辆用户在混合动力车辆中期望燃料消耗或者在电动车辆中期望续航里程以及其车辆的限定的功率，因此对存储能力和效率的最低限度通常是用于车辆的保修协议的部分。
另一方面该电蓄能器的实际老化非常强地依赖多个使用参数，这些使用参数不仅能被驾驶员而且能够被车辆运行策略强烈地影响，例如行驶策略和充电策略、热调节或类似的。
按照传统在存储系统的制造商和车辆制造商之间约定用于多个直方图的阈值，其由于使用不可以被超过。在各个这些直方图中描绘老化最重要的关键的影响因子。通常在蓄电池控制装置中遵循维持该阈值。
使用用于保修协议的直方图的主要缺点在于，不能够考虑各个影响因子的相互作用。这意味着，蓄电池系统过分遭受的一种影响，不能通过避免另一种影响得以补偿。为此必须分别根据另外的直方图的充盈度来动态地调整该些直方图中的每个阈值。采用这种调节非常复杂且从保修协议的意义上不够简明易懂。
发明内容
本发明的尤其的优势在于，电蓄能器的存储能力和功率能够维持更长的时间。因此尤其实现，在总保修时间内该电蓄能器满足保修条件。因此根据本发明规定，定义一定数量的该电蓄能器能够呈现的状态。例如通过观察影响电蓄能器的状态的参数，尤其是其老化和特别是该电蓄能器的存储能力或功率，能够定义这些状态。由这些参数能够构成多个影响因子，例如温度特征Tn、停泊特征Pn、行驶特征Dn或之类。优选地定义这些影响因子为如温度T、充电通量△Q或之类参数的函数。这些影响因子展开为该电蓄能器的状态空间，这意味着，这些状态能够表示为该空间内的点，该空间的部件由这些影响因子构成。这些状态尤其表示一个或多个电蓄能器的老化。在一个优选的实施方式中规定，获取所有或部分这种状态，这些状态仅能够不可逆转地消逝且因此定义时间顺序。
在一优选的实施方式中规定，通过分析用于电蓄能器的使用特性来产生这些状态。在此例如分析在离散位置ti处的多个影响因子的函数。在另一优选的实施方式中规定，这些状态被评估直到，状态是否满足保修要求。根据该评估的结果标记状态，例如以+1或-1。因此这些状态被划分为两个等级，其通过标记+1或-1来进行标记。一优选的实施方式规定，基于电蓄能器的老化模型来计算电蓄能器的这些状态。在一个优选的实施方式中规定，通过多个在现场试验中确定的状态补充和/或修正这样计算的状态。在现场试验中所确定的状态能够代替或补充这些基于模型确定的状态。
本发明还规定，这些被标记的状态在空间中通过分界面相互分开，从而产生两个子空间，其中第一子空间仅包括满足这些保修要求的状态，且第二子空间仅包括不满足这些保修要求的状态。多维状态空间为围绕超曲面的分界面。在一优选的实施方式中规定，借助于支持向量(支持向量机)的方法来确定分界面(也被称作包络面或包络曲线)。能够为这些电蓄能器或为单个电蓄能器的所有等级制定这种被标记的状态空间。其中标记这些状态的状态空间也被称作分类空间。
优选地将这些包络曲线的确定实现为离线训练。在其确定包络曲线之后，在至少一个电蓄能器运行时确定由该至少一个电蓄能器呈现的状态并检查，该用于运行该至少一个电蓄能器的策略是否必须改变。以下进一步说描述该状态确定的阶段和运行策略的使用。
当使用电蓄能器时，优选地从开始使用开始，确定在使用时出现的多个影响因子，例如通过计算温度特征Tn、停泊特征Pn、行驶特征Dn或之类的函数。借助于这些影响因子确定该所属的在使用时该电蓄能器呈现的状态，和至少部分在分类空间中呈现的记作轨迹的状态。当所呈现的状态的数量足够大时，对由该电蓄能器预期呈现的状态进行估计。优选地，为此评估至少部分该呈现的状态，优选的所有该呈现的状态，这些状态在第一时期内呈现。该第一时期能够例如约为一年。在一优选的实施方式中规定，该估计包括确定在至少一个第一预先确定的(将来的)时间点的至少一种状态。优选的该第一预先确定的时间点为该保修时期的终点。一优选的实施方式规定，根据在该第一时期内呈现的状态确定该电蓄能器的使用的特性(使用特性)。在该第一预先确定的时间点的该电蓄能器的状态基于以下前提被估计，即维持所确定的使用特性。优选的该估计为外推法。
本发明还规定，检查在第一预先确定时间点的将来状态是否满足这些保修要求。因为这些在第一时期内呈现的状态，至少但是在开始使用该电蓄能器时的状态满足这些保修要求，所以在一优选的实施方式中该检查在于，确定在第一预先确定的时间点的状态和至少部分在第一时期内呈现的状态、尤其是在开始使用时的状态，是否处于一个且同一个子空间。如果在该第一预先确定的时间点的状态和至少部分在第一时期内呈现的状态处于同一子空间，那么该在第一预先确定时间点呈现的状态也满足这些保修要求。如果该第一预先确定时间点的状态和至少部分为该第一子空间获取的状态被该分界平面分开，那么该在该第一预先确定的时间点呈现的状态不满足这些保修要求。
根据该检查结果改变该电蓄能器的使用，尤其是其运行策略。于是当该检测表明，该第一预先确定(处于将来的)时间点的状态不满足这些保修要求时，详细地改变该使用。否则能够维持到目前为止的使用策略。因此这样选择该运行策略，使得在该处于将来的第一预先确定时间点的状态还处于该特征空间的“无危险的”时期。
该变化尤其在于，直到改变该变化，即当该电蓄能器以改变的使用运行时，第一预先确定时间点的状态满足这些保修要求。一优选的实施方式规定，在第二预先确定的时间点，尤其是在第一时期的终点，进行对至少一个将来状态的估计，尤其是对至少一个在至少一个第一预先确定时间点的状态的估计，其中该估计基于该改变的使用。该估计给出新的轨迹，其表示当该电蓄能器以改变的使用运行时呈现的这些状态。如此长地改变基于该估计的使用，直到该第一预先确定时间点的状态满足这些保修条件。在一优选的实施方式中规定，在能够预先确定的时间段中根据第二时间点分析至少部分在过去呈现的状态，以确定用于第一预先确定时间点的状态且检查以通过新的估计所确定的状态是否满足这些保修要求。根据该检查结果在必要时更新地改变该电蓄能器的使用。
在一优选的实施方式中规定，该变化包括相对于由初始的使用特性描述的冷却和/或由初始的使用特性描述的充电过程的冷却的变化和/或充电过程的变化。对此替代地或并行地能够通过光或声接口，或者通常通过人机接口，向该电蓄能器的用户输出操作指令，能够因此造成该使用的变化。
在另一优选的实施方式中规定，在训练阶段这些状态被划分为多于两个的级别。如果这些级别的数量为N，那么能够定义(N-1)*N/2个分界面。
在该特别的实施方式中，检查该用于预先确定的、处于将来的时间点的状态是否通过一个或多个分界面从至少部分在使用时所确定的状态中分开，即该用于预先确定的时间点的状态是否处于预先确定的子空间(目标子空间)内。根据该检查的结果如此改变该电蓄能器的使用，使得在改变的使用中在预先确定的时间点呈现的的状态处于预先确定的目标子空间中。
在一优选的实施方式中规定，在这个意义上进行逐步的检查，即拟合多个预先确定时间点的状态。于是接着检查，该拟合的在这些预先确定时间点的状态是否处于预先确定的目标子空间内。当这些拟合的状态中有一个不处于该预先确定的目标子空间内时，如此地进行对该至少一个电蓄能器的使用策略的改变，使得在改变的使用中在预先确定的时间点呈现的状态均处于该预先确定的子空间内。
根据本发明的一种装置具有至少一个数据处理单元，例如处理器、电子元件或芯片，且如此设置，即能够执行用于使用电蓄能器的方法，其中该方法至少包括以下步骤：
-定义一定数量的电蓄能器的状态，其中由能够预先确定的影响因子描述这些状态；
-定义至少一个分界面，该分界面将该电蓄能器的第一状态的子空间从该电蓄能器的第二或其他状态的至少一个子空间分开；
-在使用电蓄能器时获取多个影响因子的至少一部分并且确定在使用时电蓄能器所呈现的状态；
-通过分析所获取的多个影响因子中的至少一部分来估计至少一个在将来使用该电蓄能器时在至少一个预先确定的时间点所呈现的状态；
-检查用于该至少一个预先确定的时间点的至少一个状态是否处于预先确定的子空间内；以及
-根据该检查的结果如此改变该电蓄能器的使用，使得至少一个在改变的使用的情况下在该至少一个预先确定的时间点所呈现的状态处于至少一个预先确定的子空间内。
在一优选的实施方式中规定，该装置被实现为蓄电池控制装置和/或车辆控制装置的一部分。
本发明的另一主题涉及一种蓄电池，该蓄电池与装置结合，其中，该装置具有至少一个数据处理单元，且其中该装置被如此设置，使得用于使用电蓄能器的方法是可执行的，其中该方法包括至少以下步骤：
-定义一定数量的的电蓄能器的状态，其中由能够预先确定的影响因子描述这些状态；
-定义至少一个分界面，该分界面将该电蓄能器的第一状态的子空间从该电蓄能器的第二或其他状态的至少一个子空间分开；
-在使用电蓄能器时获取多个影响因子的至少一部分并且确定在使用时电蓄能器所呈现的状态；
-通过分析所获取的多个影响因子中的至少一部分来估计至少一个在将来使用该电蓄能器时在至少一个预先确定的时间点呈现的状态；
-检查用于该至少一个预先确定的时间点的至少一个状态是否处于预先确定的子空间内；以及
-根据该检查的结果如此改变该电蓄能器的使用，使得至少一个在改变的使用的情况下在该至少一个预先确定的时间点呈现的状态处于至少一个预先确定的子空间内。
优选地该蓄电池为锂离子蓄电池或该蓄电池包括多个由锂离子蓄电池单池构成的电化学单池。在此每个电化学模块能够为多个锂离子蓄电池单池。在此本发明不限于锂离子蓄电池，而包括所有的电蓄能器，其受制于时间的和/或以使用为条件的老化，该老化使得在通常建议的使用时期内可以察觉出来。该电蓄能器尤其也能够是锂空气蓄电池。
本发明的另一主题涉及一种根据在前述段落中描述的发明主题的具有用于驱动机动车的电驱动马达和具有与该电驱动马达连接的或能够连接的蓄电池的车辆。但是该蓄电池不限于这种使用目的，而是还能够使用在其他的电系统中。
通过本发明以包络曲线的形式在多维空间中定义一种用于所有主要的影响因子的共同的阈值，其中根据所述影响因子的功能能够展开为该多维空间。该单个的使用特性以在该空间中的轨迹的形式构成。
此外通过本发明提出了一种方法，该方法如此提前影响蓄电池系统的使用，即在整个保修时期内不超过该所有影响因子的共同的阈值。
本发明能够总结如下：
使用适用于获取和确认保修协议的n维分类方法构成主要主题。为此在一优选的实施方式中使用支持向量(支持向量机)的方法，该方法为了使用的分类和跟踪以及运行策略的调整例如被集成在车辆控制装置中。
另一个重要的主题为函数的选择，其展开为分类空间。在一优选的实施方式中在这种情况下函数(Tn、Pn、Dn)的最小量由以下总和产生：
以及
这些函数能够被称作温度特征Tn、停泊特征Pn和行驶特征Dn，其中Ti是表示在时间点t＝i处的温度，△ti表示时间段或者是时间步长，△Qi表示充电通量以及量AF(SOCi)或者AF(△SOCi)表示应力因子，其取决于在时间点ti处的该电蓄能器的充电状态SOCi(充电状态)或者是充电状态的变化ΔSOCi。
本发明另一个重要的主题在于一种用于确定在当前的使用特性的基础上在继续该使用特性时该蓄电池系统是否满足这些保修要求的方法。
本发明的另一个重要的主题在于一种方法，其中通过调整使用特性、通过改变运行策略和/或通过对用户的具体要求能够满足这些保修要求。
在多个从属权利要求中说明且在说明书中阐述本发明的有利的改进。
附图说明
根据多个附图和以下说明进一步阐述本发明的多个实施例。其中：
图1示出了一种具有在维持最初的运行策略时的分界面和描述蓄电池状态的轨迹的示例性的分类空间的图示；以及
图2示出了一种具有带有改变的最初的运行策略的分界面和描述蓄电池状态的轨迹的示例性的分类空间的图示。
具体实施方式
本发明的示例性的实施方式应该首先阐述一种用于获取和确定保修协议的示例性的n维分类方法：
a)车辆制造商通常提供典型的使用特性。为这些使用特性计算离散地取决于时间步长ti和能量通量△Qi的函数，例如上文提到的函数Tn、Pn和Dn。在相应的测试方法中确定应力因子AF(SOCi)和AF(△SOCi)(AF＝加速因子)。在一示例性的实施方式中这些应力因子被存为组合特征曲线，例如在蓄电池控制装置或车辆控制装置的存储设备中。如果用于对应于蓄电池系统的当前老化模型的使用阶段n的蓄电池系统满足这些保修要求，那么以标签+1标记该使用阶段。如果使用阶段不再满足这些保修要求，那么以标签-1标记这个或这些(时间上)随后的使用阶段。在一优选的实施方式中进一步基于另一些可能的运行状态附加地改变所提供的使用特性，从而在分类空间中以标签设置所有的或至少所有的决定性的可能的运行状态且能够通过使用支持向量机确定合适的分界面100。在一些特殊情况下该分界面100能够为分界平面。尤其是在满足这些保修要求的运行状态和这种不满足这些保修要求的运行状态之间的界限的范围中的运行状态被认为是决定性的运行状态。
在下一步中在现场试验中获取附加的状态并相应地用标签+1或者是-1标记满足这些保修条件的状态，如上文所述。如果借助于老化模型分析的且现场体验否定的状态处于根据这些现场试验所确定的状态位于直接的范围中，那么删去由该模型估计的标签。在一优选的实施方式中借助于支持向量机的概念不断地调整该分界面100。
最终该分类空间包括分界面100作为子集，其中该分界面100将满足这些保修要求的蓄电池状态与不满足这些保修要求的蓄电池状态分开(参阅图1)。在使用该蓄电池系统期间获取并记录这些蓄电池状态。从开始使用102该蓄电池系统开始就在分类空间中生成这些蓄电池状态。在使用时在预先确定的时间点104处根据这些过去的蓄电池状态来估计预期将来的蓄电池状态，例如通过外推法。因此在分类空间中得到轨迹。该轨迹由描述所获取的多个运行状态106的第一部分和描述未来的多个蓄电池状态108的第二部分组成，当维持这些表示估计的基础的最初的使用参数时，呈现这些未来的蓄电池状态108。在一些特殊的情况下该轨迹能够为向量。直到该保修时期的终点110或者是直到该保修里程的终点才计算该估计。该保修时期的终点的典型界限是例如10年或者大约160.00km(或者100.00英里)。此外该轨迹(向量)还能够划分为在包络曲线100内的描述满足这些保修要求的蓄电池状态的第一区域112，和表示不满足这些保修要求的蓄电池状态的第二区域114。在图1中所示的使用中在该保修时期的终点110处不再满足这些保修要求。
b)根据该整体系统的设计通常得出另一些对维持该保修协议来说有重要意义的影响因子。之后能够以这些对应的影响因子的函数为该分类空间增加附加的维度或者扩大基于这些影响因子存在的多个函数，例如以下：
其中AF(Xi)和AF(Yi)表示取决于影响因子Xi和Yi的应力因子。
c)如果制定并使该分界面100生效，那么在运行该蓄电池系统时将当前的使用在分类空间中表示为轨迹。能够通过轨迹、例如向量，在分类空间中表示从起始点(使用的开始102)直到预先确定的使用时间点104的使用。轨迹的这部分构成描述所获取的运行状态106的第一部分。为了生成该轨迹的第二部分，根据在可预先确定的时期内(例如在一年内)从该第一使用开始获取的使用数据，估计、例如外推法用于将来的预期的使用。在维持该使用特性的前提下，通过相应地延长该轨迹的第一部分估计在协定的使用的终点110处的蓄电池状态。能够例如通过使用的时期和/或里程预先确定该协定的使用的终点110。
为了能够在使用的终点110处满足该保修协议，能够必须的是，当通过该估计得出，继续该最初的蓄电池策略将导致违反该保修协议时，必须调整最初的蓄电池策略。这样进行该调整，使得直到协定的使用期的终点110该调整的估计的轨迹116始终处于该包络曲线(分界面100)内(参阅图2)。
在一优选的实施方式中通过用于调整的所调整的冷却设计影响该运行策略。优选地自动实现该影响。该优选地自动地调整该冷却设计的替代的或附加的技术方案也能够间接地影响该运行策略，例如通过向用户反馈函数。
本发明的实施方式不限于前述优选的实施例。相反地多个变型是能够想到的，这些变型在基本不同的实施中也利用根据本发明的方法、根据本发明的装置、根据本发明的蓄电池和根据本发明的车辆。
Claims (10)
1.一种用于电蓄能器的使用方法，其特征在于以下步骤：
-定义一定数量的所述电蓄能器的状态，其中，通过可预先确定的多个影响因子来描述所述状态；
-定义至少一个分界面(100)，所述分界面(100)将所述电蓄能器的多个第一状态的子空间从所述电蓄能器的多个第二或者其他状态的至少一个子空间分开，并且其中所述状态中的至少一部分描述所述电蓄能器的老化，其中所述第一状态的子空间仅包括满足保修要求的状态，所述第二状态的子空间仅包括不满足保修要求的状态；
-在使用所述电蓄能器时获取所述多个影响因子中的至少一部分并且确定在所述使用时所述电蓄能器所呈现的状态(106)；
-基于所述电蓄能器的老化模型、通过分析所获取的多个影响因子中的至少一部分来估计至少一个在将来使用所述电蓄能器时在至少一个预先确定的时间点(110)所呈现的状态；
-检查用于至少一个预先确定的时间点(110)的至少一个状态是否处于预先确定的第一状态的子空间内；以及
-在所述至少一个状态不处于所述预先确定的第一状态的子空间内的情况下，如此地改变所述电蓄能器的使用，使得至少一个在改变的使用的情况下在至少一个预先确定的时间点(110)所呈现的状态处于所述预先确定的第一状态的子空间内。
2.根据权利要求1所述的使用方法，其中，检查用于所述至少一个预先确定的时间点(110)的所述至少一个状态是否通过至少一个分界面(100)从在所述使用时所确定的多个状态(106)中至少一部分分开，和/或
其中，根据所述检查的结果如此地改变所述电蓄能器的使用，使得在所述使用时所确定的多个状态(106)与所述至少一个在改变的使用的情况下在至少一个预先确定的时间点(110)所呈现的状态处于相同的子空间内。
3.根据权利要求1或2所述的使用方法，其中，根据所获取的多个状态(106)中的至少一部分来制定使用特性。
4.根据权利要求1或2所述的使用方法，其中，所述改变包括运行策略的改变。
5.根据权利要求1或2所述的使用方法，其中，所述改变包括相对于由所述使用特性描述的冷却和/或由所述使用特性描述的充电过程的所述冷却的改变和/或所述充电过程的改变。
6.根据权利要求1或2所述的使用方法，其中，通过人机接口为所述电蓄能器的改变的使用输出信息。
7.根据权利要求1或2所述的使用方法，其中，所述所获取的多个状态(106)表示在所述电蓄能器的多个状态的空间中的轨迹并且通过对所述轨迹的外推法来估计用于所述预先确定的时间点(110)的状态。
8.一种装置，其包括至少一个数据处理单元，其中，如此设置所述装置，使得根据权利要求1至7中任一项所述的用于电蓄能器的使用方法是可执行的。
9.一种蓄电池，其与根据权利要求8所述的装置相结合。
10.一种机动车，其具有用于驱动所述机动车的电驱动马达和与所述电驱动马达相连接的或能够连接的根据权利要求9所述的蓄电池。
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