CN104871023B - 用于确定充电状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在电蓄能器在充电过程期间被充电能时确定这个电蓄能器(4)的充电状态的装置(2)和方法，其中，充电状态借助于用于电流积分的至少一个值作为至少一个输入参数和用于至少另一个输入参数的至少一个值通过特征曲线族来确定。

Description

用于确定充电状态的方法

本发明涉及一种用于确定充电状态的方法和装置。

现有技术

电池的充电状态SOC(state of Charge)一般通过在时间上对通过电池流动的电流的积分来确定。但是为了这个积分要求知道电池充电的至少一个初始值。为了能够补偿由测量公差限定的漂移，可以在确定的时间间隔上实施充电状态的再校准。这在电池处于静止下并且只有很小的负荷电流流过电池期间通过测量静电位来实现。此外，如果电池在充电过程后被足够地充了电能，这可以识别完全充电状态。

文献DE102006036784A1描述一种用于借助于状态参量和参数估计器确定电池的容量的方法，该估计器由电池的不同的运行参量计算出一个蓄能器数学模型的状态参量和参数。电池的充电状态在此情况下可以在正常的电池运行期间被非常准确地确定，如果它作为至少一个与容量相关的参数的函数被计算时。

本发明的公开

在这种背景下建议一种具有独立权利要求的特征的方法和装置。本发明的其它的实施例由从属权利要求和说明书给出。

在该方法的实施例中，在电蓄能器通过电能充电过程期间确定电蓄能器的充电状态(SOC)。如果用于蓄能器的充电过程没有完全结束并且由此没有达到蓄能器的完全充电状态，在此情况下也可以确定充电状态。在下面描述的方法中，电蓄能器一般地称为电池，它例如可以作为铅酸蓄电池和/或作为机动车的起动器电池构造成。但是该方法可以被实施用于任何可放电和再充电的电蓄能器。

除了其它方面外，该方法可以实施用于机动车的至少一个电蓄能器并且适用于具有混合动力驱动装置的机动车，其中，该机动车的电动机由这种电蓄能器提供电能。

在机动车中，它的至少一个电蓄能器在行驶期间通过将机械能转换成电能被充电，例如通过作为发电机构造成的发电机和/或通过在制动过程中作为发电机运行的电动机。

但是在此情况下应该考虑到，为此设置的充电时间可以限制在平均地20至30分钟的行驶时间上，相反，对于完全充电要求的行驶时间依据充电状态可以到达直至四个小时。补充地应该考虑，由机动车的能量管理的限制，充电状态专门地被保持在一个小于100%的值上。此外，依据机动车的使用情况，例如作为出租车，可能的是，在一个较长的时间间隔上没有静止期，在该静止期中可以确定电池的静止电压。在这种情况下可以通过在本方法的框架中规定的、对充电状态的再校准的附加的可能性提高要确定的充电状态的可用性和精确性。

在实施用于确定在充电过程期间电蓄能器的充电状态的方法时，可以采取不同的措施。在充电过程期间可以探测用于至少一个相关的测量参量的至少一个值和/或电池的至少一个相关的运行参数作为至少一个输入参数。由此可能的是，借助于通过电池流动的电池电流Ibatt和/或施加到电池上的电池电压Ubatt作为至少一个输入参数来识别充电状况。

在该方法的一种可能的实施中，用于至少一个探测的测量参量的值和/或至少一个探测的运行参数的值的确定的输入数据可以在有效范围上以及在一致性（相容性）上进行检查。充电状态可以借助于用于至少一个探测的测量参量和/或至少一个探测的运行参数的值的输入数据通过特征曲线族来确定，例如通过比较和/或计算。

在该方法的一个实施方式的第一步骤中可以借助于电池电流Ibatt和/或电池电压Ubatt作为运行参数实施电池的充电状态的识别。在此可以将用于该电的运行参数的实际值与在此为充电过程设置的、用于电池电流的阈值Ibatt_load和用于电池电压的阈值Ubatt_load进行比较。如果Ubatt>Ubatt_load和Ibatt>Ibatt_load，则识别出电池被充电。为此可以对用于电的运行参数的实际值的输入信号预先滤波，以避免不希望的干扰。

在方法的第二步骤中在充电过程期间实施相关的测量参量和电池参数的探测。为了确定电池的充电状态在充电过程期间确定所谓的电池的充电接受性，也就是说接收电能和因此用电能充电的能力。由于充电接受性一般地取决于运行参数，如在充电过程期间施加的电压，其也可以称为电池电压或充电电压、温度和电池的充电状态，因此可以通过确定充电接受性和全部的相关的运行和/或环境参数再次确定充电状态。

针对该方法的一种可能的实施，例如可以在实验中确定所有对于充电过程相关的（重要的）输入参数，它们包括运行和/或环境参数并且和依据这些输入参数确定用于充电状态的所属的特征曲线族。

作为用于输入参数的值，可以使用用于在在最后5分钟期间流过的电池电流Ibatt上的第一电流积分Q5的值，用于在在最后10分钟期间流过电池电流Ibatt上的第二电流积分Q10的值，用于在在最后15分钟期间流过的电池电流Ibatt的第三电流积分Q15的值，用于充电电压的至少一个值，它在此处对应于电池电压Ubatt，用于电池的温度Tbatt的至少一个值和用于电池的额定容量C20的至少一个值。

借助于电流积分Q5，Q10，Q15的值可以描述电池的充电接受性。但是可能的是，充电接受性备选地或补充地通过不同的输入参数来表达，例如通过在充电过程期间通过电池流动的电池电流Ibatt的值，其中，为此设置的值可以在不同的确定的时间点被确定。

在该方法的一种变型中，使用所述的电流积分Q5，Q10，Q15的值来替代电池电流Ibatt，因为电池电流在机动车中有可能短暂地或者说不稳定地变化并且因此遭受波动，从而充电状态可能被较不准确地确定。但是可以在多个时间间隔期间测量电池电流Ibatt并且针对每个时间间隔作为值确定电池电流Ibatt的一个平均值。通过规定形成积分以提供用于电流积分Q5，Q10，Q15的值，可以实现用于要使用的输入参数的良好的滤波。

在第三步骤中，针对作为用于输入参数的值的输入数据，对它们的有效范围和它们的一致性（相容性）并且因此它们的可信性实施检查。在此检查，是否输入参数的值在规定的测量时间间隔上位于特征曲线族的有效性之内和/或是否足够稳定，例如，固定的，以便能够为要确定的充电状态确定一个可接受的结果。为此检查输入参数的值范围以及最小和最大值。如果输入参数的值范围以及最小和最大值位于给定的阈值之内，则可以计算充电状态。

在方法的第四步骤中可以借助于输入参数通过特征曲线族实施充电状态的确定。在此，使用多维的特征曲线族，它基于输入参数的以经验确定的值。在简单的情况下可以通过在确定的和/或计算的输入参数的值上的线性回归提供特征曲线族，这一般地可以节省资源地实施。但是依据要求，也可以使用非线性的方法（途径）来确定特征曲线族。

借助于特征曲线族可以确定不同的、与输入参数的不同的值相关的充电状态(SOC)值。充电状态(SOC)的值的一种关系可以通过下面的回归方程(1)描述:

其中c1，c2，c3，c4，c5，c6，c7，c8和c9是回归系数，它们借助于以下描述的输入参数的测量数据和/或测量的值Ubatt，Tbatt，C20nom，UcOmax，CO，Q5，Q10和Q15在使用最小二乘法（最小平方法）下进行确定。借助于回归系数c1，c2，c3，c4，c5，c6，c7，c8和c9，一般地ci，可以对值Ubatt，Tbatt，C20nom，UcOmax，CO，Q5，Q10和Q15进行标度（依比例决定）。

Ubatt是电池电压的以伏特(V)为单位的测量的值，它在此处对应于充电电压。Tbatt是电池的以开尔文温标(K)为单位的温度的测量的值。C20nom是电池的以安培小时(Ah)为单位的额定容量C20的公称值。UcOmax是用于电池的以伏特为单位的最大静止电压的值。CO是用于电池的电池酸的等效电容的值并且以法拉(F)为单位给出。Q5，Q10和Q15表示用于在电池的电流Ibatt上的电流积分的值，其中，Q5对应于一个电流的电流积分的值，该电流流动五分钟长的时间，Q10对应于一个电流的电流积分的值，该电流流动十分钟长的时间，和Q15对应于一个电流的电流积分的值，该电流流动十五分钟长的时间，用于电流积分的值以安培秒(As)给出。

在所述的回归方程(1)中在此处仅仅包含用于输入参数的值x的线性的项(c^*x)。作为可能的扩展也可以使用高阶项，例如第二阶(ci^*x²)和因此是用于输入参数的值x的平方和/或第n阶项或者说用于输入参数的值x的第n次幂(ci^*xⁿ)。此外可以通过回归方程(1)使用不同的输入参数的值x和y的相互作用，例如(ci^*x^*y)。通常也可以使用任意的其它的方法来逼近（近似）特征曲线族，例如神经元网络或者或样条曲线（函数）。

在回归方程(1)中探测全部重要的、要作为输入参量使用的运行参数。回归方程(1)可以通过用于附加的输入参数的值进行补充，它们通过回归系数ci被标度。

输入参数通过用于提供特征曲线族的回归方程(1)被相互关联起来。借助于被用于计算充电状态的回归方程(1)，通过回归系数ci也考虑用于输入参数的各个值的回归相关性以及权重因子（加权因子）。

本发明的其它的优点和实施例由说明书和附图得出。

应该明白，上述的和下面还要解释的特征不仅可以在各给出的组合中使用，而且也可以在其它的组合中或者单独地使用，而不脱离本发明的范围。

附图简述

图1示出建议的装置的一个实施方式的示意图，该装置被设计成用于实施所述方法的实施方式。

图2示出用于实施所述方法的实施方式的示意图。

本发明的实施方式

本发明借助于一个实施方式在附图中示出并且以下在参照附图下进行详细描述。

图1在示意图中示出装置2的一个实施方式，该装置被设计用于确定在此处作为电池4构成的电蓄能器的充电状态。在将该方法用于确定充电状态时规定，对电池4实施充电过程。在此情况下，电池4的极通过供给线（电源线）6，8与电能源连接。

装置2包括控制器10和电的测量仪12。为了确定充电状态，在此处作为至少一个电的输入参数，通过电的测量仪12以传感方式确定通过电池4流动的电池电流Ibatt的至少一个值，施加到电池4上的电池电压Ubatt和/或电池的温度Tbatt，其中，测量仪12，如图1中所示，要经由在此处虚线示出的测量导线与电池4的至少一个极和/或至少一个供给线6，8连接。在此，在图1中没有明确地示出电池电流Ibatt的测量。在示出的实施方式中，电池电流Ibatt流动通过测量仪12，例如通过一个设置在测量仪12中的分流器(测量电阻)。备选地也可以通过测量仪12感应地测量在测量仪12中流动的电池电流Ibatt。在此情况下，用于输入参数的确定的值为了进一步的评估，也就是说为了确定充电状态，被传输给控制器10并且由其进行评估。

用于通过在此示出的实施方式的装置2来实施该方法的各个步骤14，16，18，20在图2中的示意图中示出。

在此，在第一步骤14中，借助于至少一个输入参数，在此处电流积分，的至少一个值以及借助于电池电压Ubatt和/或电池4的温度Tbatt在充电过程期间确定电池的充电状态4。为此除了其它方面以外，检查，至少一个输入参数的值在何种程度上大于或小于为此设置的阈值。

在第二步骤16中，在充电过程期间，由电的测量仪12通过测量探测至少一个输入参数，一般地至少一个环境参数和/或电池4的至少一个运行参数，的至少一个值。

在第三步骤18中，在可信性的存在，例如有效性和一致性的存在上检查至少一个输入参数的至少一个值。

在方法的最后的第四步骤20中，当电池在充电过程期间被用电能充电时，实施对电池的充电状态4的实际的确定。在此，该充电状态借助于至少一个用于电流积分的值作为至少一个输入参数和用于至少另一个探测的输入参数的至少一个值通过特征曲线族来确定。

在此情况下，该特征曲线族可以通过回归方程依据至少一个输入参数的至少一个值预先以实验方式确定。此外规定，特征曲线族被储存在控制器10中。在此情况下使用的回归方程是充电状态与输入参数的值的一种依赖关系。

因此，作为至少一个输入参数，使用电池4的电池电流Ibatt的电流积分，其中，在至少一个在充电过程期间测量的输入参数的基础上计算电流积分的至少一个值。电流积分的至少一个值在此处针对至少一个时间间隔在该至少一个时间间隔期间被确定。作为至少另一个输入参数，使用电池电压和/或电池4的温度。作为至少一个附加的另外的输入参数，也可以使用电池4的电的容量和/或电池的静止电压。此外也可以使用电池的其它的运行参数作为输入参数。在此情况下，输入参数的值，即电流积分的至少一个值和至少另一个输入参数的至少一个值可以相互关联起来。此外彼此间可以使用至少一个输入参数的值的回归关系。备选地或补充地，可以使用用于至少一个输入参数的至少一个值的线性关联的权重因子。

通常通过在时间上积分以传感方式探测的电池电流Ibatt来确定电流积分的至少一个值。在此可以针对不同的时间间隔，一般地针对不同长的时间间隔，使用用于电流积分的不同的值来确定充电状态。通常时间间隔，在该时间间隔期间用于电流积分的值被确定，可以在充电过程开始时开始并且具有不同的长度。在实施例中，可以针对不同的时间间隔确定用于电流积分的值。通过电流积分的值，该值在一个时间间隔期间被确定，为充电量提供一个值，该充电量在这个时间间隔期间流入电池4中。

在该方法的范围中针对电池4确定充电状态，该电池4可以作为机动车的起动器电池构造成。在此情况下电池4可以是铅酸蓄电池。备选地，该方法也可以实施用于一种电池4，该电池设计成锂离子蓄电池。

通过基于流过的电池电流Ibatt监控用于电流积分的至少一个值也可以确定何时电池4被完全充电。例如在作为锂离子蓄电池构成的电池4的情况下可以在充电过程期间通过电流积分的至少一个值估计充电状态SOC，因为在此处仅仅预计只有很小的损失。通过该方法在短的时间间隔之后，例如在充电过程开始之后15分钟就能够在电流积分的至少一个值和至少另一个输入参数的至少一个值的基础上在没有附加的积分下确定充电状态。

Claims (8)

1.用于在电蓄能器在充电过程期间被充电能时确定这个电蓄能器的充电状态的方法，其中所述充电状态借助于至少一个用于作为至少一个输入参数的电流积分的值和至少一个用于至少另一个输入参数的值通过特征曲线族来确定，其中作为所述至少另一个输入参数使用电池的温度和/或电池电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中借助于至少一个输入参数在充电过程期间确定所述电蓄能器的充电状况。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述充电过程期间探测所述至少一个输入参数的至少一个值并且针对可信性进行检查。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中对于至少一个时间间隔在该至少一个时间间隔期间确定所述电流积分的至少一个值。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述特征曲线族依据所述至少一个输入参数以实验方式确定。

6.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法被实施用于作为铅酸蓄电池构成的电蓄能器。

7.用于在电蓄能器用电能充电的充电过程期间确定这个电蓄能器的充电状态的装置，其中，所述装置(2)具有控制器(10)，它被设计用于，借助于至少一个用于作为至少一个输入参数的电流积分的值和至少一个用于至少另一个输入参数的值通过特征曲线族来确定所述充电状态，其中作为所述至少另一个输入参数使用电池的温度和/或电池电压。

8.根据权利要求7所述的装置，它具有用于探测所述至少一个输入参数的至少一个电的测量仪(12)。