CN108602443B - 控制设备和用于放电可再充电蓄电池的方法 - Google Patents

控制设备和用于放电可再充电蓄电池的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制可再充电蓄电池(2)的放电的控制设备(6)，控制设备(6)包括可再充电的虚设电池(11)、被配置为对蓄电池和虚设电池(11)进行放电的第一电路(C1)以及被配置为测量虚设电池(11)的开路电压的第二电路(C2)。控制设备被配置为：通过使用第二电路(C2)来确定虚设电池(11)的开路电压(OCVd)，并且基于所确定的虚设电池(11)的开路电压(OCVd)来确定蓄电池(2)的最大容量递减量(ΔAhmax)，该最大容量递减量(ΔAhmax)是在完全放电之前要被放电的量。本发明还涉及控制可再充电蓄电池(2)的放电的对应方法。

Description

控制设备和用于放电可再充电蓄电池的方法
技术领域
本公开涉及用于控制可再充电蓄电池的放电的控制设备并且还涉及可再充电蓄电池的放电方法。
背景技术
可再充电蓄电池(rechargeable battery)，也称为二次电池(secondary cell)，作为能量存储装置特别是对于车辆已变得越来越重要。这种车辆可以是包括内燃机和一个或多个电动马达的混合动力车辆或纯电驱动车辆。当车辆通过电力被驱动时，蓄电池被放电。
用于这种车辆的合适的可再充电蓄电池可以是固态双极蓄电池或其它，例如液体型蓄电池，特别是层压的锂离子蓄电池。可再充电蓄电池可以由单个电池(cell)实现，或者可以包括一组优选地完全相同的电池。在后一种情况下，蓄电池也被称为蓄电池组(batterypack)。
蓄电池的相关特点是其容量。蓄电池的容量是它在额定电压下可以提供的电荷的量。蓄电池中包含的电极材料越多，其容量越大。容量以诸如安培-小时(A·h)为单位进行测量。
蓄电池或蓄电池组可以包括用于控制充电和/或放电的控制设备。控制设备监视蓄电池的荷电状态(SOC)，并且应该避免蓄电池在其安全操作区域外操作。这种蓄电池或蓄电池组也被称为智能蓄电池/智能蓄电池组。控制设备也有可能由车辆提供。
充电/放电控制的一个重要方面是确保避免蓄电池的任何过度充电和/或过度放电。为此目的，可以监视蓄电池电压，其在充电期间增加并且在放电期间减小。如果在放电期间确定的蓄电池电压低于预定电压下限，那么由控制设备识别出蓄电池被完全放电并且放电停止。
但是，在蓄电池的寿命期间，充电和放电过程可能导致蓄电池的层压层的劣化(degradation)。特别地，层压电极可以受到劣化的影响。该劣化导致电阻增加，这进而降低放电期间测得的蓄电池的电压。
因此，当放电层压劣化的蓄电池时，测得的电压更快达到预定的电压上限，并且控制设备错误地识别出蓄电池被完全放电。虽然蓄电池实际上还没有被完全放电(不在允许的SOC范围的下限)，但放电完成。这意味着可用的能量的量由于劣化分散而减少。
EP 1 422 769(A1)公开了具有单元电池电压测量接线片的层压堆叠型蓄电池。在堆叠方向上堆叠的多个单元电池被串联连接，并且共享的电压测量接线片电极分别在所述多个单元电池上形成，以便测量所述多个单元电池的电压。
但是，在上述技术中，每个电池需要单个电压测量接线片电极。在具有几百个电池的蓄电池的情况下，这种传感器布置可以变得非常昂贵或甚至不可能实现。
发明内容
目前，仍然期望提供一种控制设备，其提供可靠和经济的放电控制功能并且适于不同的蓄电池类型。
因此，根据本公开的实施例，提供了一种用于控制可再充电蓄电池的放电的控制设备。该控制设备包括：
-可再充电的虚设电池(dummy cell)，
-被配置为对蓄电池和虚设电池进行放电的第一电路，以及
-被配置为测量虚设电池的开路电压的第二电路。
控制设备被配置为：
-通过使用第二电路来确定虚设电池的开路电压，以及
-基于所确定的虚设电池的开路电压来确定蓄电池的最大容量递减量。
通过提供这种配置，有可能基于蓄电池的容量监视来控制放电。为此使用虚设电池，该虚设电池被配置为使得允许确定蓄电池的最大容量递减量。蓄电池的所述最大容量递减量优选地是最大可放电容量递减量。更特别地，最大容量递减量优选地是在蓄电池被完全放电之前仍然保持要被放电的容量的量，有利地是其荷电状态(SOC)使用范围的下限。
因而，“完全放电”并不意味着蓄电池在物理上完全放电，即，0％SOC，这可能损害蓄电池并因此要避免。允许的SOC范围的下限可以被选择为使得蓄电池可以最大程度地放电，而不存在蓄电池的任何危险放电和低电压的风险。
虚设电池允许比在蓄电池上更精确地测量开路电压。因此，还可以更精确地确定蓄电池的最大容量递减量。虚设电池可以由一个单个二次(即，可再充电)电池组成。它可以包括在蓄电池中(特别是如果蓄电池被实现为包括多个电池的蓄电池组的话)。基本上，虚设电池和蓄电池之间的设计参数(例如，电池容量、劣化率(degradationrate)或电池类型等等)可以相同。特别地，在蓄电池被实现为包括多个电池的蓄电池组的情况下，虚设电池可以是与蓄电池的这种电池相同的类型。虚设电池可以被配置为仅用于支持控制可再充电蓄电池的充电/放电，但不用于驱动车辆，特别是有关其存储的电力方面。但是，它可以与蓄电池对应地被充电和放电。
蓄电池的容量是在额定电压下它可以输送的电荷的量。容量以诸如安培-小时(A·h)为单位进行测量。根据本公开的蓄电池的最大容量递减量表示当放电开始时可以放电的电荷的量。因此，在荷电状态SOC为例如当充电开始时是70％并且在10％时放电必须停止的情况下，蓄电池的最大容量递减量与60％对应。蓄电池的最大容量递减量也可以被称为蓄电池的放电深度(DOD)，这是SOC的互补：一个增加时，另一个减少。DOD也可以用Ah来表示。
开路电压是当与任何电路(特别是根据本公开的第一电路)断开时设备的两个端子之间(即，虚设电池的两个端子之间)的电位差。因此，没有连接外部负载，使得在端子之间没有外部电流流动。
控制设备和由控制设备执行的过程适于所有类型的固态双极蓄电池。但是，控制设备也可以应用于其它蓄电池类型，如液体型蓄电池，例如锂离子蓄电池。
控制设备还可以被配置为：
-通过使用第一电路对蓄电池和虚设电池进行放电，
-监视已经放电的蓄电池的当前容量递减量，以及
-当蓄电池的当前容量递减量超过所确定的最大容量递减量时，停止放电。
因而，控制设备能够基于所确定的最大容量递减量来可靠地对蓄电池放电，直到蓄电池完全放电。
可替代地或附加地，控制设备可以被配置为：
-在蓄电池放电期间监视蓄电池的电压，以及
-当电压降至低于预定的电压下限时，停止放电。
因而，可以选择预定的电压下限，使得蓄电池可以最大程度地放电，而不会有蓄电池的任何危险放电和低电压的风险。这个预定的电压下限可以基于蓄电池的劣化来确定。它可以与第二预定电压下限对应于并且可以小于第一预定电压下限。第一预定电压下限可以与从现有技术已知的常规预定电压下限对应，其与新蓄电池的较低SOC使用范围对应并且不考虑任何劣化。
控制设备还可以被配置为确定蓄电池在放电期间是否被充电。如果是这种情况，那么控制设备优选地还被配置为通过使用第二电路来重新确定虚设电池的开路电压并且基于重新确定的开路电压来重新确定蓄电池的最大容量递减量。
以这种方式，控制设备可以被配置为当蓄电池被放电时考虑可能同时发生的蓄电池的充电。例如，当车辆由内燃机驱动时，蓄电池可以被放电。在车辆是混合动力车辆的情况下，蓄电池可以同时被内燃机生成的电力充电。控制设备可以被配置为控制蓄电池的充电和/或放电。
控制设备还可以被配置为基于蓄电池的放电电流和放电时间和/或基于虚设电池的开路电压来确定蓄电池的当前容量递减量。
换句话说，通过随时间对电流进行积分，可以计算蓄电池的容量。可替代地或附加地，可以基于虚设电池的开路电压来确定容量。倘若测量是基于蓄电池的放电电流和放电时间，那么可以在蓄电池放电时测量当前容量递减量。如果系统使用测量虚设电池的电压，那么放电可以很快停止，以测量当前容量递减量。
控制设备可以被配置为基于所确定的虚设电池的开路电压并且特别地基于预定的SOC-OCV映射来确定虚设电池的荷电状态。因此，控制设备可以设有预定的SOC-OCV映射，例如，SOC-OCV曲线，其中它可以查找与测得的OCV值对应的SOC值。
控制设备可以被配置为基于所确定的虚设电池的荷电状态来确定最大容量递减量。换句话说，蓄电池的最大容量递减量可以基于所确定的虚设电池的荷电状态来确定，其中虚设电池的荷电状态本身已经基于所确定的虚设电池的开路电压被确定。
预定的SOC-OCV映射可以基于所确定的虚设电池的劣化来更新。因而，所述SOC-OCV映射可以在虚设电池的第一次充电之前预先确定。在放电过程期间可以进一步更新。因此，可以基于所确定的虚设电池的开路电压和虚设电池的劣化来确定蓄电池的最大容量递减量。
可以基于虚设电池的温度/频率分布和虚设电池的预定的劣化率来确定虚设电池的劣化。
虚设电池的劣化的确定可以基于Arrhenius方程。
虚设电池的温度/频率分布可以通过针对虚设电池的每个温度记录虚设电池在其寿命期间具有这个温度多长时间来确定。
换句话说，虚设电池的温度数据可以在虚设电池的寿命期间(即，在其使用期间以及在使用之间的休息时间内)收集。温度/频率分布可以通过针对虚设电池在其过去寿命期间的每个温度累积虚设电池具有这个温度多少时间来建立。出于这个原因，虚设电池与蓄电池一样具有相同的年龄(即，寿命)是有利的。换句话说，当替换蓄电池时，有利地也替换虚设电池。
控制设备还可以被配置为基于所确定的虚设电池的荷电状态并且特别地基于蓄电池的荷电状态和虚设电池的荷电状态之间的预定映射来确定蓄电池的荷电状态。例如，控制设备可以在预定的查找表(即，预定映射)中查找与所确定的虚设电池的荷电状态匹配的蓄电池的荷电状态。换句话说，蓄电池的荷电状态和所确定的虚设电池的荷电状态之间的关系可以是预定的并且因此可以是控制设备已知的。在一个示例中，虚设电池可以持续地具有与蓄电池的荷电状态对应的荷电状态。
而且，控制设备可以被配置为基于蓄电池的荷电状态确定最大容量递减量。因此，最大容量递减量与所确定的蓄电池的荷电状态之间的关系可以由控制设备计算。换句话说，蓄电池的最大容量递减量可以基于所确定的蓄电池的荷电状态来确定，蓄电池的荷电状态本身已经基于所确定的虚设电池的荷电状态被确定，虚设电池的荷电状态本身已经基于所确定的虚设电池的开路电压和所确定的虚设电池的劣化被确定。
控制设备可以被配置为控制包括预定劣化率的具体蓄电池类型的蓄电池的放电，其中虚设电池可以具有与蓄电池的劣化率相关的劣化率，并且该劣化率特别是可以是相同的劣化率。因而，虚设电池也可以是可再充电蓄电池。虚设电池优选地被选择为使得可以基于其测得的特点确定蓄电池的特点。特别地，选择虚设电池，使得可以基于其确定的劣化率来确定蓄电池的劣化率以及因此蓄电池的合适的最大容量递减量。
而且，具体蓄电池类型的蓄电池优选地包括预定容量，其中虚设电池可以具有与蓄电池的容量相关的容量。例如，在蓄电池是包括多个电池的蓄电池组的情况下，虚设电池可以具有与这种电池相同的容量。此外，虚设电池可以是与这种虚设电池相同的类型。因而，选择虚设电池，使得可以基于其荷电状态确定蓄电池的荷电状态以及因此确定蓄电池的合适的最大容量递减量。例如，如果车辆在SOC20％和SOC80％之间使用蓄电池，那么虚设电池可以具有等同于这个范围的容量，即，也可以具有SOC20％和SOC80％之间的范围。
优选地，控制设备可以包括用于检测虚设电池的开路电压的电压传感器。控制设备可以包括用于检测蓄电池的电压和/或荷电状态的另一电压传感器。
控制设备可以包括用于检测虚设电池和/或蓄电池的温度的温度传感器。
本公开还涉及蓄电池组。蓄电池组可以包括至少一个蓄电池(特别是固态双极蓄电池)，以及如上所述的控制设备。
本公开还涉及蓄电池充电系统。所述蓄电池充电系统可以包括至少一个蓄电池(特别是固态双极蓄电池)、用于蓄电池的放电设备以及如上所述的控制设备。
根据另一方面，本公开涉及包括电动马达和如上所述的蓄电池组的车辆。
可替代地，车辆可以包括电动马达、至少一个蓄电池(特别是固态双极蓄电池)以及此外如上所述的控制设备。
而且，本公开涉及控制可再充电蓄电池的放电的方法。第一电路被用于对蓄电池和可再充电虚设电池进行放电，并且第二电路被用于测量虚设电池的开路电压。该方法包括以下步骤：
-通过使用第二电路来确定虚设电池的开路电压，以及
-基于所确定的虚设电池的开路电压来确定蓄电池的最大容量递减量。
该方法可以还包括以下步骤：
-通过使用第一电路对蓄电池和虚设电池进行放电，
-监视已经放电的蓄电池的当前容量递减量，以及
-当蓄电池的当前容量递减量超过所确定的最大容量递减量时，停止放电。
可替代地或附加地，该方法可以包括以下步骤：
-在蓄电池放电期间监视蓄电池的电压，以及
-当电压降至低于预定的电压下限时，停止放电。
该方法可以还包括以下步骤：确定蓄电池在放电期间是否被充电，如果是，那么重新确定虚设电池的开路电压和蓄电池的最大容量递减量。
可以基于蓄电池的放电电流和放电时间和/或基于虚设电池的开路电压来确定蓄电池的电流容量递减量。
可以基于所确定的虚设电池的开路电压并且特别地基于预定的SOC-OCV映射来确定虚设电池的荷电状态。
可以基于所确定的虚设电池的荷电状态来确定最大容量递减量。
预定的SOC-OCV映射优选地基于所确定的虚设电池的劣化来更新。
蓄电池的劣化可以基于虚设电池的温度/频率分布和虚设电池的预定劣化率来确定。
虚设电池的劣化的确定可以基于Arrhenius方程。
虚设电池的温度/频率分布可以通过针对虚设电池的每个温度记录虚设电池在其寿命期间具有这个温度多少时间来确定。
蓄电池的荷电状态可以基于所确定的虚设电池的荷电状态并且特别地基于蓄电池的荷电状态和虚设电池的荷电状态之间的预定映射来确定。最大容量递减量可以基于蓄电池的荷电状态来确定。
结合到本说明书中并构成其一部分的附图图示了本公开的实施例，并与本描述一起用于解释其原理。
附图说明
图1示出了包括根据本公开实施例的控制设备的车辆的示意图；
图2示出了根据本公开实施例的控制设备的电路的示意图；
图3示出了根据本公开实施例的一般放电控制过程的流程图；
图4示出了根据本公开实施例的用于更新SOC-OCV曲线的过程的流程图；
图5示出了SOC-OCV曲线的示例性和示意图；
图6示出了与虚设电池的温度相关的预定劣化速率的示例性和示意图；
图7示出了虚设电池的所确定的温度/频率分布的示例性和示意图；
图8示出了当应用常规放电控制时蓄电池的示例性和示意性电压-SOC图；
图9示出了当应用根据本公开实施例的放电控制时蓄电池的第一示例性和示意性电压-SOC图。
图10示出了当应用根据本公开实施例的放电控制时蓄电池的第二示例性和示意性电压-SOC图。
具体实施方式
现在将详细地参考本公开的示例性实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的地方，在整个附图中将使用相同的标号指相同或相似的部分。
图1示出了根据本公开实施例的包括控制设备6的车辆1的示意图。车辆1可以是混合动力车辆或电动车辆(即，纯电动车辆)。车辆1包括至少一个由蓄电池或蓄电池组2(优选地经由逆变器3)供电的电动马达4。在车辆为混合动力车辆的情况下，它还包括内燃机。蓄电池2可以是固态双极蓄电池。但是，它也可以是另一种蓄电池类型，如液体型蓄电池，例如锂离子蓄电池。
蓄电池2连接到放电设备5，该放电设备5被配置为使蓄电池2放电。放电设备5可以包括电控制电路，例如电力电子电路。放电设备5可以连接到电动马达4，特别是经由逆变器3。因而，蓄电池2可以被放电，以便操作车辆1，特别是电动马达4。蓄电池2还可以在蓄电池处理和/或恢复过程中被放电。
放电设备还可以被配置为对蓄电池充电。为此，它可以包括或连接到用于通过外部电源进行外部充电的连接器。连接器可以是例如插头或无线连接器系统。在车辆是混合动力车辆的情况下，放电设备5还可以连接到车辆的内燃机的发电机。因此，当内燃机在运行时和/或当车辆连接到外部电源时，蓄电池2可以被充电。
车辆还包括虚设电池11，该虚设电池11被配置为提供信息，特别是测量值，基于该信息来控制蓄电池2的充电/放电。这将在下面更详细地描述。虚设电池11可以是另外的可再充电蓄电池，优选地是与蓄电池2相同的类型。它可以被集成到车辆中，例如，它可以与控制设备6集成在一起。可替代地，它可以与蓄电池2集成。在后一种情况下，可以容易地将虚设电池11与蓄电池2一起更换。例如，蓄电池可以被实现为包括多个电池的蓄电池组，其中虚设电池被实现为相同类型的电池并且可以被包括在蓄电池组中。
为了控制充电和放电，车辆2设有控制设备6和传感器7。为此，控制设备6经由传感器7监视蓄电池2和/或虚设电池11并且控制放电单元5。控制设备6和/或者传感器7也可以由蓄电池2组成。控制设备可以是电子控制电路(ECU)。它还可以包括数据存储装置。车辆还可能包括具有智能蓄电池和智能充电设备的智能蓄电池充电系统。换句话说，蓄电池和车辆都可以包括一起操作并且一起形成根据本公开的控制设备的ECU。在后一种情况下，虚设电池11可以集成在智能蓄电池中。此外，控制设备6可以包括或者可以是蓄电池管理系统的一部分。
控制设备6可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或集群的)、组合逻辑电路、执行一个或多个软件程序的存储器和/或提供控制设备6的所述功能的其它合适部件。
如将在下文中更详细解释的那样，传感器7特别是包括用于测量虚设电池11的开路电压(OCV)的电压传感器10。而且，传感器7可以包括用于测量蓄电池2和/或虚设电池11的温度的一个或多个温度传感器8、用于测量蓄电池2和/或虚设电池11的荷电状态的至少一个SOC(荷电状态)传感器9以及用于测量蓄电池2和/或虚设电池11的电压的至少一个另外的电压传感器10。SOC传感器9也可以是电压传感器，其中测得的电压被用于确定蓄电池的SOC。当然，SOC传感器9还可以包括其它传感器类型以确定蓄电池的SOC，如本领域中众所周知的。
图2示出了根据本公开实施例的控制设备的电路的示意图。虚设电池11和蓄电池2例如串联连接到第一电路C1。这个电路C1被配置为同时对虚设电池2和蓄电池2进行放电。优选地，电路C1还被配置为对虚设电池2和蓄电池2两者进行充电。第二电路C2被配置为测量虚设电池的开路电压OCVd。为了在电路C1和C2之间切换，可以提供可以由控制设备6控制的开关。应当注意的是，图2是控制设备的电路的简化图。
图3示出了根据本公开实施例的一般充电控制过程的流程图。控制设备6被配置为执行图3的这个过程。
在步骤S11中，过程开始。可以通过控制设备确定蓄电池有必要放电(例如，由于请求使用电动马达)和/或通过充电成为可能(例如，由于充电的蓄电池)的事实来触发开始。
在步骤S12中，虚设电池11与主放电电路C1分离。换句话说，控制设备将切换到电路C2，其中虚设电池11与电路C1分离。随后测量虚设电池的开路电压OCVd。
在步骤S13中，基于测得的虚设电池11的开路电压来确定虚设电池的当前荷电状态SOCd。由于SOCd的这个确定可能不确切，因此它也可以被称为推测值。此外，如将在图4的上下文中详细解释的那样，基于所确定的虚设电池的劣化来确定虚设电池的荷电状态SOCd。
在步骤S14中，基本上基于虚设电池的开路电压OCVd以及有利地基于所确定的虚设电池的劣化αx来确定蓄电池的最大容量递减量ΔAhmax。所确定的虚设电池的劣化αx优选地与蓄电池的劣化对应或者与蓄电池的劣化具有已知关系。
特别地，可以基于所确定的虚设电池11的荷电状态SOCd来确定蓄电池的最大容量递减量ΔAhmax，其中虚设电池11的荷电状态SOCd在步骤S13中基于虚设电池的开路电压和劣化确定。此外，蓄电池2的最大容量递减量ΔAhmax可以基于预定的SOC-OCV映射通过识别与测得的OCVd值匹配的SOCd值来确定。如将在图4的上下文中详细解释的那样，SOC-OCV映射可以基于所确定的虚设电池的劣化αx来定期更新。如图5中所示，SOC-OCV映射可以由SOC-OCV曲线来表示。
更特别地，可以基于蓄电池的荷电状态SOCb来确定蓄电池的最大容量递减量ΔAhmax，该荷电状态SOCb本身是基于虚设电池11的荷电状态SOCd确定的。为了这么做，可以使用指示虚设电池11的SOCd(如在步骤S13中确定的)和蓄电池的SOCb之间的关系的预定映射。例如，蓄电池的最大容量递减量ΔAhmax可以基于预定的SOC下限(例如，10％SOC)(基于当前劣化αx确定的)和所确定的当前SOCb(基于当前劣化αx确定的)来计算，即
ΔAhmax＝SOCb(ax)-SOClower limit(ax)
步骤S13至S14的过程优选地仅花费有限的时间，例如，0.02s、0.05s、0.1s、0.2s或1s。
在步骤S15中，放电开始。这通过切换到电路C1完成。
在步骤S16中，确定蓄电池的当前容量递减量ΔAhx是否超过所确定的最大容量递减量ΔAhmax。因此，只要蓄电池的当前容量递减量ΔAhx不超过所确定的最大容量递减量ΔAhmax，蓄电池2就放电。否则，在步骤S18中确定蓄电池完全放电并且过程最终停止。
为此，在步骤S16中监视蓄电池的当前容量递减量ΔAhx。蓄电池的所述当前容量递减量ΔAhx可以基于所监视的蓄电池的放电电流Ix和放电时间，特别是基于所测得的在放电时间内被积分的放电电流Ix来确定。附加地或可替代地，蓄电池的当前容量递减量ΔAhx可以基于先前测得的虚设电池的开路电压来确定。
此外在步骤S16中，优选地在放电期间测量(即，监视)蓄电池的电压Vx。然后确定测得的蓄电池的电压Vx是否降至低于第二预定电压下限Vmin2。如果不是，那么继续放电。但是，如果测得的蓄电池的电压Vx低于第二预定电压下限Vmin2，那么在步骤S18中放电最终停止。
可以选择第二预定电压下限Vmin2，使得蓄电池可以最大程度地放电，而不会冒蓄电池的任何危险放电和低电压的风险。可以基于蓄电池的劣化来确定第二预定电压下限。它可以小于第一预定电压下限Vmin1。第一预定电压下限Vmin1可以与从现有技术已知的常规预定电压下限对应，其与新蓄电池的较低SOC使用范围对应并且不考虑任何劣化。也可以将Vmin1减少预定的递减量，例如，减少0.1V、0.2V、0.5V、1V或2V，以便获得第二预定电压下限Vmin2。另一种选择是Vmin2可以基于最低允许的SOC限制来确定。例如，常规允许的使用范围可以在20％和80％SOC之间。Vmin2可以基于额外减小的较低SOC限制来确定，例如，5％或10％。
而且，在步骤S17中确定蓄电池是否在放电期间同时充电。这可能是由于消耗存储在蓄电池中的电力，例如，由于使用车辆的电动马达。优选地，虚设电池被配置为使得当蓄电池被充电时也被充电。这可以通过电路C1来实现。以这种方式，虚设电池有可能总是具有与蓄电池的荷电状态对应的荷电状态。
步骤S17中的确定优选地定期进行，例如，每1s、5s、20s或1分钟。在蓄电池未被充电的情况下，该方法返回到步骤S16。换句话说，在放电期间，该方法运行步骤S16和步骤S17之间的短循环。
如果在步骤S17中确定蓄电池在放电期间同时充电，那么方法返回到步骤S12。换句话说，在检测到充电的这种情况下，这些方法运行步骤S12和步骤S17之间的长循环。以这种方式，如上所述，该方法可以再次在步骤S14中确定最大容量递减量ΔAhmax。通过这样做，该方法有利地能够确定自上次在步骤S14中确定最大容量递减量ΔAhmax以来已经充电了多少容量的量。而且，有可能考虑同时发生的蓄电池的任何进一步劣化。因此，可以再次确定最大容量递减量ΔAhmax，由此考虑这种进一步的劣化。
图4示出了根据本公开实施例的用于更新SOC-OCV曲线(即，SOC-OCV映射)的过程的流程图。在图5中示出了SOC-OCV曲线的示例性和示意图。
图4的过程优选地在图3的过程的步骤S13中执行，使得总是基于当前更新的劣化αx来确定SOC-OCV曲线以及因此确定最大容量递减量ΔAhmax。要注意的是，所确定的劣化αx表示对蓄电池的实际劣化的估计。
在步骤S22中获得虚设电池的温度数据。为此，可以使用温度传感器8。但是，这些数据不仅可以包括虚设电池的当前温度，而且还可以包括自上一次执行图4的过程以来(特别是自上一次温度频率分布Tx已经被更新以来)的历史温度数据(参考步骤S23)。
在步骤S23中，温度频率分布Tx被建立，或者在温度频率分布Tx已经存在的情况下被更新。为此，在步骤S22中获得的收集的温度数据被累积，其中用于每个测得的温度的累积时间被表示为其倒数，即，表示为频率。下面在图7的上下文中更详细地描述温度频率分布Tx。
在步骤S24中，基于温度频率分布Tx和预定的虚设电池具体劣化率β来确定虚设电池的劣化αx，劣化率β优选地与蓄电池类型具体劣化率β对应，特别是等于蓄电池类型具体劣化率β。下面参考图6和7描述这种确定，即，计算。
基本上，劣化αx的计算基于Arrhenius方程，如本领域中一般已知的那样。劣化αx由下式计算
Figure BDA0001745014860000151
其中：
t＝时间
c＝ln(A)
b＝-(E/R)
T＝温度
由此，当前劣化αx是累积值，即，当前计算的劣化和所有以前计算的劣化的总和，例如：
αx1＝α1+α2+α3…
其中：
Figure BDA0001745014860000152
由此，温度T和时间t的值可以从温度频率分布Tx导出，如图7中所示。另外的参数c和b是在确定劣化率β的上下文中预先确定的。
劣化率β基于下式计算：
Figure BDA0001745014860000153
其中：
k＝预定的反应速率常数(或速率常数)
A＝常数
Ea＝激活能量
R＝气体常数
T＝温度
参数k、A、Ea和R通过所使用的虚设电池的具体类型的预实验已知，或者是一般已知的参数，其中虚设电池的具体类型优选地与蓄电池的类型对应。
当
Figure BDA0001745014860000161
时：
Figure BDA0001745014860000162
因而，用于计算劣化αx的参数b和c可以由下式确定：
b-(E/R)
c＝In(A)
结果所得的劣化率β的图在图6中示出。劣化率β是预定的并且对于所使用的虚设电池的类型是特定的，所使用的虚设电池的类型优选地与蓄电池的类型对应。劣化率β优选地在预实验中确定并且是蓄电池(在智能蓄电池的情况下)和/或控制设备知道的。
蓄电池的SOCb可以映射到虚设电池的SOCd，虚设电池的SOCd本身在查找图中被映射(例如，通过SOC-OCV映射)到确定的劣化αx，即：
Figure BDA0001745014860000163
Figure BDA0001745014860000164
Figure BDA0001745014860000165
Figure BDA0001745014860000166
等等。
SOCd和αx之间和/或SOCb和SOCd之间的这种关系优选地在预实验中确定，并且对于所使用的虚设电池的蓄电池类型是特定的，所使用的虚设电池的蓄电池类型优选地与蓄电池2的蓄电池类型对应。查找图可以存储在控制设备或蓄电池(在智能蓄电池的情况下)的数据存储装置中。
图5示出了SOC-OCV曲线的示例性和示意图。可以看出，OCV值随着SOC的增加而连续增加。因此，对于每个OCV值，可以从SOC-OCV曲线确定唯一的SOC值。SOC-OCV曲线优选在使用蓄电池之前的实验中预先确定。在蓄电池的寿命期间，蓄电池SOC-OCV曲线持续更新，至少每个在图3的上下文中描述的放电过程一次。
图6示出了与虚设电池的温度相关的预定劣化率的示例性和示意图。可以看出，参数b和c的值可以直接从这个图中导出，因为b是线性函数的斜率，c是(细长)线性函数与Y轴的截距。
图7示出了所确定的虚设电池的温度/频率分布的示例性和示意图。在该图中，x轴表示虚设电池的温度T，并且y轴表示频率，即，时间的倒数。该图包含虚设电池在其整个使用寿命期间(即，在虚设电池被使用的整个时间以及使用之间的休息时间)累计的温度数据。为了建立该图(即，所示的曲线)，针对虚设电池在其寿命期间具有的每个温度(例如，以1℃的(量化)步长从-40℃到+60℃)确定虚设电池具有这些温度中的每一个多少时间。由此累计的时间由其倒数(即，由频率)表示。优选地，虚设电池的寿命与蓄电池2的寿命对应。虚设电池的温度应当大致与蓄电池的温度对应，使得它们的劣化是相同的。因而，虚设电池可以靠近蓄电池定位。而且，在蓄电池组的情况下，虚设电池和蓄电池都可以被定位。这种情况可以配备冷却风扇和/或用于稳定虚设电池和蓄电池的温度的装置。由此，虚设电池和蓄电池的温度可以变得相同。
图8示出了当应用常规放电控制时蓄电池的示例性和示意性电压-SOC图。可以看出，蓄电池的电压V在放电期间减小，即，随着蓄电池的SOC减小而减小。
因此实线表示没有任何劣化的蓄电池，例如新蓄电池。当达到SOC范围的下限时，例如，在放电期间测得的这种蓄电池的电压V达到常规的第一电压下限Vmin1，例如在10％。其效果是正确地确定蓄电池完全放电并且放电停止。
虚线表示具有层压劣化的蓄电池，例如使用过的蓄电池。测得的这种蓄电池的电压V由于层压劣化造成的较高电阻而在放电期间更强烈地减小。因此，当SOC大约为35％时，电压V已经达到第一电压下限Vmin1。其效果是错误地确定蓄电池完全放电并且放电停止。这可以通过如在图9和10的上下文中描述的本公开来避免。
图9示出了当应用根据本公开实施例的放电控制时蓄电池的第一示例性和示意性电压-SOC图。图9图示了与图8相同的情况，即，没有任何劣化的(新)蓄电池和具有层压劣化的(使用过的)蓄电池。两条曲线都减小，直到它们达到常规的第一电压下限Vmin1。由此，表示具有层压劣化的蓄电池的虚线在SOC大约为35％时达到第一电压下限Vmin1。
但是，根据本公开，基于蓄电池的容量而不是基于常规的第一电压下限Vmin1来控制放电。因此，当蓄电池的电压降至低于Vmin1时，放电不停止。而是继续放电，直到当前容量递减量ΔAhx超过预定的最大容量递减量ΔAhmax或者蓄电池的电压降至低于Vmin2并且仅在这个时候停止。
为此，在放电开始之前确定最大容量递减量ΔAhmax，并且在放电期间持续监视当前容量递减量ΔAhx。在本示例中，放电在大约55％的SOCb开始。因此，所确定的最大容量递减量ΔAhmax与大约剩余的45％SOC对应，假设允许的SOC范围的下限是10％SOC。当放电开始并且蓄电池的电压超过在35％SOC时的Vmax时，当前容量递减量ΔAhx尚未超过所确定的最大容量递减量ΔAhmax。因此，放电继续。
但是，在这个示例中，蓄电池的电压达到在大约17％SOC的第二电压下限Vmin2。因此，为了避免蓄电池的任何临界低电压，放电在17％SOC处已经停止，而不在允许的SOC范围的下限(即，10％SOC)处停止。Vmin2优选地被选择为临界低电压的阈值。无论如何，通过这个过程，能量损失可以降低18％SOC。
因而，使用附加地触发停止放电的阈值Vmin2用作安全停止功能。
如果在放电处理期间检测到蓄电池同时被充电，那么重新确定最大容量递减量ΔAhmax。因而，在图9的示例中，如果蓄电池被充电，例如5％，那么可以重新确定最大容量递减量ΔAhmax，以便增加这些损失的5％。同时，当重新确定ΔAhmax时，可以预料到任何进一步的劣化。
图10示出了当应用根据本公开实施例的放电控制时蓄电池的第二示例性和示意性电压-SOC图。图10图示了没有任何劣化的(新)蓄电池和具有层压劣化的(使用过的)蓄电池。两条曲线都减小，直到它们达到初始的第一电压下限Vmin1。由此，表示具有层压劣化的蓄电池的虚线在SOC大约为35％时达到第一电压下限Vmin1。
但是，基于蓄电池的容量而不是基于常规的第一电压下限Vmin1来控制放电。因此，继续放电。在图10的示例中，蓄电池大约在10％SOC时达到最大容量递减量ΔAhmax。因此，在这个示例中，由于达到蓄电池的允许的SOC范围的下限，放电最终停止。因而，不存在由于劣化引起能量损失。
在包括权利要求在内的整个公开内容中，除非另有说明，否则术语“包括”应当被理解为与“包括至少一个”同义。此外，除非另有说明，否则本描述(包括权利要求书)中所阐述的任何范围应当被理解为包括其(一个或多个)端值。用于所描述的元件的具体值应当被理解为在本领域技术人员已知的被接受的制造或行业容差范围内，并且术语“基本上”和/或“大约”和/或“一般而言”的任何使用应当被理解为意味着落在这些被接受的容差范围内。
在引用国家、国际或其它标准组织的任何标准(例如，ISO等等)的时候，这种引用旨在是指由国家或国际标准机构在本说明书的优先权日期为止所定义的标准。对这些标准的任何后续的实质性改变不旨在修改本公开和/或权利要求书的范围和/或定义。
虽然已经参考特定实施例描述了本公开，但应当理解的是，这些实施例仅仅是对本公开的原理和应用的说明。
说明书和示例旨在仅被认为是示例性的，本公开的真正范围由以下权利要求书指示。

Claims (26)

1.一种用于控制可再充电蓄电池(2)的放电的控制设备(6)，包括：
可再充电的虚设电池(11)，
第一电路(C1)，被配置为对蓄电池(2)和虚设电池(11)进行放电，以及
第二电路(C2)，被配置为测量虚设电池(11)的开路电压(OCVd)，
控制设备(6)被配置为：
通过使用第二电路(C2)来确定虚设电池(11)的开路电压(OCVd)，
基于所确定的虚设电池(11)的开路电压(OCVd)来确定蓄电池(2)的最大容量递减量(ΔAhmax)；
周期性地确定蓄电池(2)在放电期间是否被充电，以及
如果否，那么确定蓄电池(2)在放电期间的电压(Vx)，以及
如果是，那么重新确定虚设电池(11)的开路电压(OCVd)和蓄电池(2)的最大容量递减量(ΔAhmax)。
2.如权利要求1所述的控制设备(6)，还被配置为：
通过使用第一电路对蓄电池(2)和虚设电池进行放电，
监视已经被放电的蓄电池(2)的当前容量递减量(ΔAhx)以及蓄电池(2)的电压(Vx)，以及
当蓄电池(2)的当前容量递减量(ΔAhx)超过所确定的最大容量递减量(ΔAhmax)或者电压(Vx)降至低于预定的电压下限(Vmin2)时，停止放电。
3.如权利要求1所述的控制设备(6)，还被配置为：
基于蓄电池(2)的放电电流(Ix)和放电时间和/或基于虚设电池(11)的开路电压来确定蓄电池(2)的当前容量递减量(ΔAhx)。
4.如权利要求1所述的控制设备(6)，还被配置为：
基于所确定的虚设电池(11)的开路电压(OCVd)来确定虚设电池的荷电状态(SOCd)，以及
基于所确定的虚设电池的荷电状态(SOCd)来确定最大容量递减量(ΔAhmax)。
5.如权利要求4所述的控制设备(6)，还被配置为基于所确定的虚设电池(11)的劣化(αx)来更新预定的SOC-OCV映射。
6.如权利要求5所述的控制设备(6)，还被配置为基于虚设电池(11)的温度/频率分布和虚设电池(11)的预定劣化率(β)来确定虚设电池(11)的劣化(αx)。
7.如权利要求5所述的控制设备(6)，其中
虚设电池(11)的劣化(αx)的确定基于Arrhenius方程。
8.如权利要求5所述的控制设备(6)，还被配置为通过针对虚设电池(11)的每个温度记录虚设电池(11)在其寿命期间有多少时间具有这个温度来确定虚设电池(11)的温度/频率分布。
9.如权利要求4所述的控制设备(6)，还被配置为：
基于所确定的虚设电池(11)的荷电状态(SOCd)并且基于蓄电池(2)的荷电状态(SOCb)和虚设电池(11)的荷电状态(SOCd)之间的预定映射来确定蓄电池(2)的荷电状态(SOCb)，以及
基于蓄电池(2)的荷电状态(SOCb)来确定最大容量递减量(ΔAhmax)。
10.如权利要求1所述的控制设备(6)，被配置为控制包括预定劣化率的具体蓄电池类型的蓄电池(2)的放电，
其中虚设电池(11)具有与蓄电池(2)的劣化率相关的劣化率。
11.如权利要求1所述的控制设备(6)，其中具体蓄电池类型的蓄电池(2)包括预定容量，
其中虚设电池(11)具有与蓄电池(2)的容量相关的容量。
12.如权利要求1所述的控制设备(6)，包括用于检测虚设电池(11)的开路电压(OCVd)的电压传感器。
13.如权利要求1所述的控制设备(6)，包括用于检测虚设电池(11)和/或蓄电池(2)的温度(T)的温度传感器。
14.一种蓄电池组，包括：
至少一个蓄电池(2)，以及
如权利要求1所述的控制设备(6)。
15.一种蓄电池放电系统，包括：
至少一个蓄电池(2)，
用于蓄电池(2)的放电设备(5)，以及
如权利要求1所述的控制设备(6)。
16.一种车辆(1)，包括：
电动马达(4)，以及
如权利要求14所述的蓄电池组。
17.一种车辆(1)，包括：
电动马达(4)，
至少一个蓄电池(2)，以及
如权利要求1所述的控制设备(6)。
18.一种控制可再充电蓄电池(2)的放电的方法，其中第一电路(C1)被用于对蓄电池(2)和可再充电虚设电池(11)进行放电，并且第二电路(C2)被用于测量虚设电池(11)的开路电压(OCVd)，所述方法包括以下步骤：
通过使用第二电路(C2)来确定虚设电池(11)的开路电压(OCVd)，
基于所确定的虚设电池(11)的开路电压(OCVd)来确定蓄电池(2)的最大容量递减量(ΔAhmax)；
周期性地确定蓄电池(2)在放电期间是否被充电，以及
如果否，那么确定蓄电池(2)在放电期间的电压(Vx)，以及
如果是，那么重新确定虚设电池(11)的开路电压(OCVd)和最大容量递减量(ΔAhmax)。
19.如权利要求18所述的方法，还包括以下步骤：
通过使用第一电路(C1)对蓄电池(2)和虚设电池(11)进行放电，
监视已经被放电的蓄电池(2)的当前容量递减量(ΔAhx)和蓄电池(2)的电压(Vx)，以及
当蓄电池(2)的当前容量递减量(ΔAhx)超过所确定的最大容量递减量(ΔAhmax)或者电压(Vx)降至低于预定的电压下限(Vmin2)时，停止放电。
20.如权利要求18所述的方法，其中基于蓄电池(2)的放电电流(Ix)和放电时间和/或基于虚设电池(11)的开路电压来确定蓄电池(2)的当前容量递减量(ΔAhx)。
21.如权利要求18所述的方法，其中基于所确定的虚设电池(11)的开路电压(OCVd)来确定虚设电池(11)的荷电状态(SOCd)，以及
基于所确定的虚设电池(11)的荷电状态(SOCd)来确定最大容量递减量(ΔAhmax)。
22.如权利要求21所述的方法，其中预定的SOC-OCV映射基于所确定的虚设电池(11)的劣化(αx)来更新。
23.如权利要求22所述的方法，其中基于虚设电池(11)的温度/频率分布和虚设电池(11)的预定劣化率(β)来确定蓄电池(2)的劣化(αx)。
24.如权利要求22所述的方法，其中虚设电池(11)的劣化(αx)的确定基于Arrhenius方程。
25.如权利要求23所述的方法，其中通过针对虚设电池(11)的每个温度记录虚设电池(11)在其寿命期间有多少时间具有这个温度来确定虚设电池(11)的温度/频率分布。
26.如权利要求21所述的方法，其中基于所确定的虚设电池(11)的荷电状态(SOCd)并且基于蓄电池(2)的荷电状态(SOCb)和虚设电池(11)的荷电状态(SOCd)之间的预定映射来确定蓄电池(2)的荷电状态(SOCb)，以及
基于蓄电池(2)的荷电状态(SOCb)来确定最大容量递减量(ΔAhmax)。
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