CN105324676B - 对能够从机动车辆电池中提取的能量的评估 - Google Patents

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Abstract

一种用于评估能够从机动车辆电池中提取的能量的量的方法，该方法包括：‑接收(30)与初始时间点(t0)相对应的初始温度值(Tbat(t0))和初始电池电量状态值(BSOC(t0))，‑基于所接收的初始温度值和所接收的初始电量状态值估计(31，32，33，34，35)至少一个后续温度值，‑基于所述至少一个后续温度值和该初始电池电量状态值确定(36，38)能够从该蓄电池中提取的能量的量的估计值。

Description

对能够从机动车辆电池中提取的能量的评估
技术领域
本发明涉及对机动车辆电池的监测，具体是对机动车辆电池中的可供使用的能量的评估，尤其是对电动或混合动力车辆。
背景技术
对于给定的电量状态或SOC，能够从电池中提取的能量是根据温度变化的，因为与电子位移相关联的焦耳效应引起的损耗强烈取决于温度。实际上，电池温度越低，电池内电阻就越高。对于同一电流水平，平均电压可以贯穿放电过程变得更低。
已知的实际做法是为机动车辆装备使得有可能(除了其他事项以外)尤其根据外界温度评估可供使用的能量的电池管理系统BMS。
因此，文件US 6 160 380描述了一种用于估计电池的剩余容量的方法，其中应用了根据温度变化的校正因数以考虑外界温度的影响。
图1是示出了针对不同温度值根据电池电量状态(BSOC)变化的可供使用的能量的曲线图。每条曲线AET＝Ti对应于在-20℃与+20℃之间的温度Ti。针对给定的电量状态和温度，可以读取可供使用的能量值、将其转换成动力储备值(在耗尽燃料之前顾客将能够行进的距离)，并且显示此值以便使用者意识到该值。换言之，假设的是在操作时，该曲线图上的运动跟随着与箭头F1相对应的那种类型的移位。
现在，如果所显示的里程值是不可靠的，则顾客冒着未被满足的风险。如果低估了可供使用的能量，则顾客冒着被错误地劝阻使用他或她的车辆的风险。另一方面，如果高估了可供使用的能量，则顾客冒着在旅行过程中耗尽燃料的风险。因此，需要一种用于评估可供使用的能量的方法，该方法使得有可能提高顾客的满意度。
发明内容
提出了一种用于评估能够从机动车辆提取的能量的量的方法，该方法包括：
-接收与一个初始时刻相对应的一个温度参数的初始值和一个电池电量状态参数的初始值，
-根据所接收的该温度参数的该初始值和所接收的该电量状态参数的该初始值估计该温度参数的与至少一个未来时刻相对应的至少一个后续值，
-根据该温度参数和那至少一个后续值和该电池电量状态参数的该初始值确定能够从该电池中提取的能量的量的一个估计值。
将能够提供的是向使用者界面传送根据已经确定的可提取的能量值生成的信号。
因此，对可供使用的能量的评估涉及到对电池的后续温度的预测。换言之，不是认为在车辆运行时电池组的温度保持恒定，而是考虑与车辆的使用相关联的重新加热。这能够使得有可能更好地评估可供使用的能量，和更好地估计机动车辆的动力储备。实际上，为了返回到图1中的曲线图，已经观察到，因为运行时电池的温度上升，所以当运行时，与箭头F1那种类型相比，移位更多的是与箭头F2相对应的那种类型。
因此，将很可能提高顾客满意度。
具体而言，在上述现有技术中，在相对低的外界温度情况下，将他或她的车辆停车并且电池具有相当低的电量的使用者冒着看到所显示的非常低(甚至零)的动力储备值，然而，实际上，电池不是空的。
此外，在现有技术中，从没有考虑电池的温度上升的那刻起，对电池中可供使用的能量的估计的误差就可能是根据外界温度是相对低或是相对高而变化的。
通过考虑电池的温度上升，上述方法因此能够使得有可能限制这些动力储备评估误差。
温度参数可以是温度、与温度成比例的参数或其他事项。
后续温度值可以是与某一运行时间相对应的值、预期运行时间内的平均温度值或其他事项。
初始时刻可以是旅行起始时刻，并且未来时刻或多个时刻可以是假设旅行过程中的一个或多个情况。
电量状态参数可以是SOC、使得有可能确定SOC的参数或其他事项。
所估计的能够提取的能量的量值可以是可提取的能量值、使得有可能确定可提取的能量的参数值或其他事项。
本发明决不受限于后续温度值或多个值被确定的方式。例如，可能规定从根据初始温度值和电量状态的映射中读取单个温度值。
有利地，并且以非限制性方式，可以规定从存储器中读取表示本存储器中保留的放电电流的参数值，此值是根据在一次或多次之前的旅行过程中测量的值、例如根据在之前的旅行过程中测量的电流放电值生成的。
换言之，是在之前的电池放电阶段期间了解到此参数值的。这可能使得有可能出于估计后续温度值的目的而使用表示更多地与驾驶类型或与预期旅行类型相对应的放电电流的参数值。
表示放电电流的参数可以例如是电流值、电流二次值、具有与电流值成比例的参数或其他事项。本发明决不局限于这个参数的确切性质。
例如，在一个实施例中，将有可能的是提供映射，该映射使得有可能使平均温度值与外界温度值、初始电量状态和预期放电电流的二次值的平均水平相关联。
有利地并且以非限制性方式，可以提供的是对电池的温度在放电过程中根据时间变化的趋势进行建模。此建模可以尤其根据所接收的电池的初始温度值和/或在放电结束时的估计温度值而变化。
有利并且以非限制性方式，可以提供的是对电池的电量状态根据时间变化的趋势进行建模。
有利地并且以非限制性方式，可以提供的是从至少对温度根据时间变化的趋势的建模并且可能从对电池电量状态根据时间变化的趋势的建模中确定放电截止时刻。
有利地并且以非限制性方式，将能够提供的是估计从放电起始时刻到已经确定的放电截止时刻的平均温度值。
本发明决不局限于单个后续温度值的估计。可以提供的是确定多个后续温度值并根据这多个值计算能够提取的能量。
然而，单个后续温度值的使用可以使得有可能利用映射来确定可提取的能量值。
此映射可以例如使得有可能使可提取的能量值与初始电池电量状态值并且与估计的平均温度值相关联。
有利地并且以非限制性方式，可以提供的是估计健康状态(例如，电池SOH参数值)和校正根据所估计的健康状态值获得的可提取的能量值。
有利地并且以非限制性方式，放电截止时刻的确定可以是起始于在放电结束时电池的电量状态是零的原则。然后，对电池的电量状态根据时间变化的趋势的建模能够使得有可能自己确定放电截止时刻。
有利地并且以非限制性方式，有可能起始于假设电池能够达到的最低电量状态线性地取决于温度。然后，对放电截止时刻的估计涉及到对电池的电量状态根据时间变化的趋势的建模和对温度根据时间变化的趋势的建模两者。
有利地并且以非限制性方式，基于第一假设计算第一放电截止时刻，根据该第一假设，在放电结束时，电池的电量状态是零，并且从第二假设开始计算第二放电截止时刻，根据该第二假设，电池能够达到的最低电量状态线性地取决于温度，然后，选择此第一放电截止时刻和此第二放电截止时刻之外的最低放电截止时刻。
还提出了一种用于评估能够从机动车辆电池中提取的能量的量的设备，此设备包括：接收装置，该接收装置能够接收温度参数的初始值和电量状态参数的初始值；以及处理装置，该处理装置被安排成根据这些温度和电量状态参数的所接收的值估计温度参数在至少一个未来时刻处的至少一个后续值，并且被安排成根据温度参数的这至少一个后续值和电池电量状态参数的初始值确定出能够从电池中提取的能量的量的估计值。该设备可以进一步包括传送装置，该传送装置被安排成向使用者界面传送根据已经确定的可提取的能量值生成的信号。
还提出了一种结合了这种设备的机动车辆电池管理系统，例如，BMS或其他系统。
本系统和/或本设备可以包括或结合到一个或多个处理器中，例如，微控制器、微处理器或其他事项。
该接收装置可以包括输入引脚、输入端口或其他事项。该处理装置可以例如包括处理器核心或CPU(中央处理单元)。该传送装置可以例如包括输出端口、输出引脚或其他事项。
还提出了一种机动车辆，该机动车辆包括如上所述的电池管理系统，并且可能包括电池。该车辆可以例如是电动车辆或混合动力车辆。
还提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括指令，以用于当处理器执行这些指令时执行上述方法的步骤。
附图说明
通过参照这些展示了多个非限制性实施例的附图将更好地理解本发明。
已经讨论的图1是针对不同温度值的曲线图，其中，x轴上的是电池的电量状态，为％，y轴上的是相关联的可供使用的能量。
图2示出了根据本发明的一个实施例的车辆的实例。
图3是根据本发明的一个实施例的示例性方法的流程图。
具体实施方式
参照图2，机动车辆1(例如，电动车辆)可以包括能够拉动本车辆的牵引用电池2、电池管理系统3(称为BMS)和使用者界面4(例如，仪表板)。
BMS 3使得有可能控制电池2的充电和放电，并且使得有可能控制将消息显示在使用者界面4的屏幕(未展现)上。
BMS 3结合用于评估电池2中可供使用的能量的设备5，例如，处理器的一部分。当使用者激活开关启动车辆时并且还在旅行过程中，此设备5尤其能够被激活。
BMS 3与温度传感器(未展现)以及电压和电流车辆设备(例如，没有展现的电池电压测量ASIC和安培计)相连接。
参照图3，根据本发明的一个实施例的方法可以包括步骤30，该步骤在于从温度传感器接收电池的初始温度值Tbat(t0)和电池的初始电量状态值BSOC(t0)。此电量状态值可以例如来自电池的端子处的电压传感器，或者来自电池的电池单元的端子处的多个传感器。
此步骤30并且更普遍地图3的方法可以在旅行开始时执行，接下来检测旅行开始现象，例如，当驾驶员打开或开启车辆的门时。
根据一个优选实施例，此计算可以是以有规律的时间间隔(例如，每秒)来执行的。
然后，在步骤31过程中，在存储器中读取放电电流的平均二次值(IBAT)2。
已经根据在之前的旅行过程中测量的值生成了此值。例如，在电池放电阶段，该BMS可以计算放电电流的二次值的平均水平。
根据一个第一实施例，当运行时，该BMS可以在每个时刻计算车辆所行进的最后几千米内的平均值(IBAT)2。
根据一个第二实施例，该BMS可以用一阶低通滤波器在相对长期内测量项(IBAT)2。
这些值(IBAT)2将能够用于在步骤32中对根据时间的温度曲线进行建模。在本步骤过程中，应用以下方程：
其中
m表示电池的重量，单位kg，
Cp表示电池的热容量，单位J/kg/K，
TBAT表示电池的温度，单位℃，
R表示电池的内电阻，单位Ω，
IBAT表示流过电池的电流，单位A，
ε表示电池内可能存在的重新加热系统所产生的热量，单位W，
h表示电池与外界之间的对流系数，单位W/m2/K，
S表示外界交换表面面积，单位m2，并且
Text表示外界温度，单位℃。
在本实施例中，假设电池的内电阻R变化小到它足以有可能在方程中保持此电阻的初始值，或者近似平均值。
还认为参数(IBAT)2和ε是恒定的。然后，有可能的是用以下方程表征在时刻T处电池的温度的上升：
其中：
并且Θ是初始温度值的函数：
然后，在步骤33过程中对电池的电量状态随着时间的趋势进行建模。更确切地，如果保持放电电流是恒定的假设，则有可能根据方程估计电池的电量状态的趋势：
其中
BSOC表示电池的SOC，单位％，
Qmax表示电池的总容量，单位A.h，并且
t0表示放电状态时刻。
然后，在步骤34过程中估计放电截止时刻值tf。
更确切地，起始于第一假设来计算第一放电截止时刻tf1，根据该第一假设，在放电结束时，电池的电量状态是零。换言之，通过使用方程(4)，它变成
然后，根据下式确定第二放电截止时刻tf2，这次是起始于当电量状态达到线性地取决于温度的阈值时可供顾客使用的能量是零的假设，即，在此放电截止时刻的电量状态线性地取决于温度：
BSOC(tf2)＝A-B×TBat (6)
其中A和B是常数。
通过结合方程2、4和6，获得以下内容：
该第二放电截止时刻tf2是从此方程(7)中确定的。
然后，从这两个放电截止时刻tf1、tf2中选择具有最大值的放电截止时刻。
现在，了解了电池的温度根据时间变化的趋势和预期放电截止时刻，在步骤35过程中，有可能计算放电起始时刻t0与放电截止时刻tf之间的平均温度值更确切地，将有可能应用积分法：
即，通过与方程(2)相结合：
然后，在步骤36过程中，从映射中读取与在步骤30中接收的电荷值并且与在步骤35中确定的平均温度值相关联的可提取的能量值。已经从新的电池(例如，在车间)中生成了此映射。
为了考虑电池的老化的影响，可以规定在步骤37过程中并且根据本领域的技术人员本身已知的手段确定电池的健康状态SOH，然后根据在步骤36中确定的能量值和在步骤37中确定的健康状态校正可提取的能量值。例如，将在步骤36中获得的能量值乘以电池的退化状态的SOH系数。
因此，通过针对电池完全放电考虑可预测的温度上升，有可能以比现有技术更可靠的方式估计出能够从电池中提取的能量。
因此，本发明能够使得有可能获得对车辆的动力储备的没有现有技术那么悲观的估计，尤其是当外界温度相对低时。然而，本方法隐含了对电池热量交换的模型的先验知识。因此，优选的是实施测试来表征车间中的这些热量交换。
当车辆装备有电池加热设备时，也能够实施上述方法。于是，对电池的温度根据时间变化的趋势建模进行适配以便考虑此重新加热。具体而言，将能够提供的是确定与重新加热相关联的能量消耗，确定在重新加热的情况下能够提取的能量方面的增益，并且只要该增益大于该成本，就进行重新加热。

Claims (10)

1.一种用于评估能够从机动车辆电池中提取的能量的量的方法，该方法包括：
-接收(30)与一个初始时刻(t0)相对应的一个温度参数的初始值(Tbat(t0))和一个电池电量状态参数的初始值(BSOC(t0))，
-根据所接收的该温度参数的该初始值和所接收的该电池电量状态参数的该初始值估计出该温度参数的与至少一个未来时刻相对应的至少一个后续值(31，32，33，34，35)，
-根据该温度参数的所述至少一个后续值和该电池电量状态参数的该初始值确定出(36，38)能够从该电池中提取的能量的量的一个估计值。
2.如权利要求1所述的方法，包括读取(31)表示一个电池放电电流((IBAT)2)、保留在存储器中的一个参数值的步骤，所述参数值是根据在该车辆的至少一次之前的旅行过程中测量的电流放电而生成的。
3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，该方法包括根据所接收的该温度参数的初始值对放电过程中该电池的温度参数根据时间(Tbat(t))变化的趋势进行建模(32)的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其中该温度参数的该趋势是根据以下公式建模的：
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mi>a</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mi>a</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>&amp;Theta;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>&amp;tau;</mi> </mfrac> </mrow> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>
其中：
t表示时间，
t0表示该初始时刻，
TBAT(t)表示该电池的建模温度，
TBAT(t0)表示所接收的温度参数的初始值，
Θ是根据所接收的该初始温度值确定的一个常数，并且
τ是一个常数。
5.如权利要求1或2所述的方法，该方法包括一个步骤，该步骤在于从至少对该温度参数根据时间变化的趋势的建模确定(34)一个放电截止时刻(tf)。
6.如权利要求5所述的方法，该方法包括：
基于一个第一假设计算一个第一放电截止时刻，根据该第一假设，在放电结束时，该电池的电量状态是零，
从一个第二假设开始计算一个第二放电截止时刻，根据该第二假设，该电池在该放电结束时能够达到的最低电量状态线性地取决于该温度，
从这个第一放电截止时刻和这个第二放电截止时刻选择最低的放电截止时刻。
7.如权利要求6所述的方法，该方法包括估计(35)从该初始时刻(t0)到该放电截止时刻(tf)的一个平均温度参数值的步骤。
8.如权利要求1或2所述的方法，该方法一个对该电池电量状态参数(BSOC(t))根据时间变化的趋势进行建模(33)的步骤。
9.一种用于评估能够从机动车辆(1)电池(2)中提取的能量的量的设备(5)，该设备包括：
接收装置，该接收装置能够接收与一个初始时刻相对应一个温度参数的初始值和一个电池电量状态参数的初始值，以及
处理装置，该处理装置被安排成根据所接收的温度参数的初始值和电池电量状态参数的初始值估计该温度参数的与至少一个未来时刻相对应的至少一个后续值，并且被安排成根据该温度参数的所述至少一个后续值和该电池电量状态参数的该初始值确定能够从该电池中提取的能量的量的一个估计值。
10.一种机动车辆(1)，该机动车辆包括一个电池(2)和一个如权利要求9所述的用于评估能够从机动车辆(1)电池(2)中提取的能量的量的设备(5)。
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