CN109154635B - 用于确定与电池的蓄电池状态有关的参数值的方法、电池和电子电池管理系统 - Google Patents

用于确定与电池的蓄电池状态有关的参数值的方法、电池和电子电池管理系统 Download PDF

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CN109154635B CN201780023811.5A CN201780023811A CN109154635B CN 109154635 B CN109154635 B CN 109154635B CN 201780023811 A CN201780023811 A CN 201780023811A CN 109154635 B CN109154635 B CN 109154635B
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Abstract

本发明涉及一种用于确定与旨在向外部应用提供电能的电池的至少一个蓄电池的健康状态有关的一个或更多个参数的值的方法、一种实现该方法的电子电池管理系统以及一种设置有该系统的电池。该方法包括特别由以下步骤组成的步骤：当对所述蓄电池充电或放电时，在所述蓄电池的端子处对至少电压、电流和累积容量的N个样本进行一系列测量，其中N≥3；通过根据所确定的初始值改变蓄电池的第一参数的当前值来创建最小化循环，包括以下步骤：(i)分别根据第一参数的当前值和所述N个样本来计算与蓄电池的荷电状态相关联的第二参数的N个估计值；(ii)计算第二参数的N个理论值；(iii)改变第一参数的当前值，针对第一参数的所述当前值的每个变化来重复先前的计算步骤，并且将第一参数的值确定为使第二参数的估计值与理论值之间的差最小化的第一参数的当前值。

Description

用于确定与电池的蓄电池状态有关的参数值的方法、电池和 电子电池管理系统
本发明涉及用于确定与旨在向外部应用提供电能的电池的至少一个蓄电池的健康状态有关的一个或更多个参数的值的方法。本发明还涉及用于管理电池的实现该方法的电子系统，并且涉及设置有该系统的电池。
在本说明书中，在语言使用不当但为了简化的目的的情况下，有时使用表达“确定参数”来代替表达“确定参数的值”，但表示相同的操作。
通常，电池(battery)包括还被称为电化学发生器、单元或元件的一个或更多个电流蓄电池(accumulator)。蓄电池是其中化学能被转换成电能的发电装置。化学能源自在被布置在蓄电池中的电极的至少一侧上沉积的电化学活性化合物。当蓄电池放电时，通过电化学反应产生电能。布置在容器中的电极电连接至电流输出端子，电流输出端子确保电极和与蓄电池相关联的电力消耗者之间的电连续性。
为了增大输送的电功率，可以将若干单独密封的蓄电池关联在一起以形成电池。因此，电池可以被分成模块，每个模块由串联和/或并联连接在一起的一个或更多个蓄电池组成。例如，电池可以包括串联连接的蓄电池的一个或更多个并联分支和/或串联连接的模块的一个或更多个并联分支。
通常提供充电电路，电池可以连接到该充电电路以对蓄电池进行再充电。
此外，包括测量传感器和取决于应用或多或少复杂的电子控制电路的电子管理系统可以与电池相关联。利用所述系统，尤其可以组织和控制电池的充电和放电，以平衡电池的不同蓄电池相对于彼此的充电和放电。
荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)是对电池的电子管理系统有用以优化电池的使用和寿命的信息项。
电池的健康状态SOH使得能够对电池的在其原始新状态与寿命终止状态之间的老化进行估计。
用于确定电池的SOH的被称为静态方法的第一种方法是监测电池的温度、电压以及可选的电流值，以根据老化规律确定SOH值。这些老化规律是根据在实验室进行的测试而获得的。SOH算法估计电池的老化。然而，该SOH电池确定方法受制于电池蓄电池的老化是均匀的假设。使用预测模型的SOH确定方法假设该模型的准确性以及另外蓄电池之间的无故障电力电路。
用于确定电池的SOH的第二种所谓动态方法是计算在给定时间处的电池电阻与在相同测量条件下(特别是相同温度条件下)的新电池电阻之间的比率。在这种情况下，使用与电池电阻有关的术语SOH(SOHR：与电池电阻有关的健康状态)。此外，可以根据在给定时间处的电池容量与相同测量条件下(特别是相同温度条件下)的电池的原始额定容量之间的比率来计算SOH。在这种情况下，使用与电池容量有关的术语SOH (SOHC：与电池容量有关的健康状态)。
取决于电池大小和/或应用，可以针对作为整体的电池或每个模块或每个蓄电池来提供对SOH的计算。
根据文献FR 2 963 109，已知一种使得能够确定与电阻有关的健康状态SOHR的方法。根据该方法，估计需要充电脉冲或放电脉冲，即用户采取的特定动作。然而，这样的动作可能不会发生。更一般地，该方法对用户的特定动作的依赖限制了该方法的优点。
通常，荷电状态SOC被确定为电池中可用的能量相对于完全充电电池的能量的量。可以例如利用以下算法来计算荷电状态SOC，该算法在电池当前状况下使用电压的测量或作为时间的函数的充电/放电电流的积分。目前，基于电压电流温度数据的连续测量的大多数标准SOC计算使用两个相继交替的计算模式。
第一模式或主模式通常是库仑式，即通过作为时间函数的充电/放电电流的积分来计算。因此，荷电状态SOC直接取决于安培小时数和电池容量。
该第一模式对电流测量误差和电池容量的估计高度敏感，电池容量本身直接是健康状态SOH的函数。如果由于对荷电状态SOC的不准确估计而单独使用该模式，则可能发生电压漂移。
第二模式或校准模式通常基于电压的测量并且使用根据开路电压 OCV的荷电状态的表。
该第二模式对本身与健康状态SOH直接相关的电池电阻的估计高度敏感。为了使不准确的电阻估计对荷电状态SOC的计算的影响最小化，在休息时段期间或具有很低电流的时段期间执行电压调节。
因此，当在两种计算模式之间转换时，对电池的健康状态SOH的不准确估计会导致荷电状态值的差异。
存在隐藏转换期间的荷电状态SOC的值的差异但是不校正这些差异的一些解决方案。
因此，本发明的目的之一特别是通过提出一种确定与电池的至少一个蓄电池的电阻有关的至少一个健康状态参数的方法来解决上述问题，该方法更准确。
所述方法通过提供例如关于与电池的电阻有关的健康状态SOHR的准确信息，使得能够显著改进对荷电状态SOC的基于电压的计算。
此外，该方法使在用库仑计算模式计算荷电状态SOC的情况下以及在基于开路电压OCV计算荷电状态SOC的情况下的差异最小化。
该方法还使得能够在更强电流下根据电压重新调节荷电状态SOC。
在第一方面中，因此，本发明涉及一种用于确定与电池的至少一个蓄电池的电阻有关的至少一个第一健康状态参数的方法。
该方法包括特别由以下步骤组成的步骤：
-在所述蓄电池充电或放电时，在所述蓄电池的端子处执行对来自第一样本的至少电压、电流和累积容量(下文称为累积容量)的N个样本的一系列测量，其中，N≥3；
-通过根据所确定的初始值改变蓄电池的第一参数的当前值来创建最小化循环，包括以下步骤：
(i)根据第一参数的当前值并且分别根据所述N个样本来计算与蓄电池的荷电状态有关的第二参数的N个估计值；
(ii)计算第二参数的N个理论值；
(iii)改变第一参数的当前值，针对第一参数的所述当前值的每个变化来重复先前的计算步骤，并且将第一参数的值确定为使第二参数的估计值与理论值之间的差最小化的第一参数的当前值。
在一些实施方式中，该方法还包括单独获得的或以任何技术上可能的组合获得的一个或更多个以下特征：
-为了确定使第二参数的估计值与理论值之间的差最小化的第一参数的当前值，确定使以下公式最小化的第一参数的当前值：
下面的公式：
Figure BDA0001828940020000041
其中，α≥1，
或者下面的公式：
Figure BDA0001828940020000042
其中，α≥1；
-第一参数的当前值被表示为所述第一参数的所确定初始值的百分比；
-在最小化循环的每个步骤中第一参数的当前值的变化通过基本上在 1％与50％之间的恒定增量来获得，优选地通过基本上等于5％的增量来获得，直到所确定的最大值；
-在最小化循环的每个步骤中第一参数的当前值的变化通过优选地基本上等于100％的所确定的初始值与优选地基本上等于400％的所确定的最大值之间的二分法来获得；
-在最小化循环的每个步骤中第一参数的当前值的变化通过绝对值形式的恒定增量来获得，该恒定增量从所述步骤中的一个步骤到另一个步骤交替地为正和负，优选地基本上等于所确定的初始值的±5％；
-为了执行对N个样本的一系列测量，确定采样间隔使得采样间隔与第二参数的优选地基本上等于10％的恒定变化对应；
-为了执行对N个样本的一系列测量，确定采样间隔使得采样间隔与累积容量的优选地基本上等于0.1A.h的恒定变化对应；
-为了执行对N个样本的一系列测量，确定采样间隔使得采样间隔与电压的恒定变化对应；
-为了执行对N个样本的一系列测量，一旦Max((Ahk)-Min((Ahk))高于根据蓄电池的容量确定的阈值，则停止采样；
-所确定的阈值高于或等于，例如等于，给定时刻处的容量的9％；
-所确定的阈值基本上等于蓄电池的原始容量的五分之一；
-根据具有开路电压值的查找表来确定荷电状态的估计值，这些所述开路电压值是根据与电阻有关的健康状态的当前值并且分别根据N个样本而计算的；
-通过计算OCVk＝Vk-Rstep×Ik来获得开路电压值，其中Ik>0电荷，OCVk是第k个开路电压值，Vk是第k个电压值，Ik是第k个电流强度值并且 Rstep是通过计算Rstep＝SOHRstep×RBOL获得的当前电阻值，SOHRstep是与电阻有关的健康状态的当前值，并且RBOL是蓄电池的原始电阻值；
-蓄电池的原始电阻值是标量值；
-当执行对N个样本的一系列测量时，针对每个样本来测量蓄电池的温度，并且根据所测量的温度从查找表获得蓄电池的原始电阻；
-与蓄电池的电阻有关的第一健康状态参数是所述蓄电池的电阻或与电阻有关的健康状态，所述电阻和与电阻有关的所述健康状态通过等式 Rn+1＝SOHRn+1×RBOL相关联，RBOL是蓄电池端子处的原始电阻；
-通过计算a×Ahk+b获得荷电状态的理论值，Ahk是第k个累积容量值，并且a和b是针对最小化循环中的第一参数的当前值使以下公式最小化的两个系数：
-下面的公式：
Figure BDA0001828940020000051
其中，α≥1，
-或者下面的公式：
Figure BDA0001828940020000052
其中，α≥1，
-通过计算a×Xk+b来获得荷电状态的理论值，Xk等于第k个累积容量值与第一个累积容量值之间的差，a等于(SOCN-SOC1)/XN，并且b等于 SOC1，SOC1和SOCN分别是荷电状态的第一个估计值和第N个估计值， XN等于第N个累积容量值与第一个累积容量值之间的差；
-确定与蓄电池的状态有关的第三参数，该蓄电池的状态是与蓄电池的容量有关的健康状态，并且与容量有关的健康状态的值被确定为等于在最小化循环中确定的最后系数a的值除以系数a的原始值。
在另一方面，本发明的另一主题是一种用于确定与在电池中串联和/ 或并联连接的多个蓄电池的相应状态有关的若干第一参数的方法，第一参数中的每一个是利用如前面描述的方法而确定的。
在另一方面，本发明的另一主题是一种用于确定与多个蓄电池的相应状态有关的若干第一参数的方法，所述多个蓄电池分布在包括一个或更多个所述蓄电池的若干模块上，所述模块在电池中串联和/或并联连接，第一参数中的每一个是利用根据上述本发明的第一方面的方法而确定的。
可选地，在上述本发明的第一方面的方法中，蓄电池是本身包括一个或更多个蓄电池的电池，并且在电池的端子处执行对N个样本的一系列测量。
在又一方面，本发明的主题是一种用于具有至少一个蓄电池的电池的电子管理系统，该系统包括：用于在所述蓄电池被充电或放电时在所述蓄电池的端子处测量至少电压、电流和累积容量的样本的装置；以及微处理器，其被编程以实现根据上述本发明的一个前述方面和/或另一前述方面的方法。
在另一方面，本发明的另一主题是一种电池，包括：至少一个电化学蓄电池，以及至少一个如上所述的电子管理系统。
在另一方面，本发明的另一主题是一种电池，包括：布置在模块中和 /或串联和/或并联连接的多个电化学蓄电池，以及至少一个如上所述的电子管理系统。
因此，利用本发明，尤其可以确定电池的与电阻有关的健康状态和与容量有关的健康状态。
确定与电阻有关的健康状态不需要任何脉冲或电流变化。
确定与电阻有关的健康状态和与容量有关的健康状态同时进行。
此外，确定与电阻有关的健康状态和与容量有关的健康状态仅需要 9％的放电深度(DOD)。
通过参照以下附图阅读作为示例给出的以下非限制性描述，本发明的特征和优点将变得明显：
-图1：本发明的方法的示意图；
-图2：示出了在该方法的实施方式的第一变型中的对第二荷电状态参数SOC的估计值的计算以及与该第二参数的理论值有关的差异的曲线图；
-图3：示出了在示出由第一SOHR参数的两个单独的值限定的两个步骤的方法的实施方式的第二变型中的对第二荷电状态参数SOC的估计值的计算以及与该第二参数的理论值有关的差异的曲线图；
-图4：示出了根据不使用本发明的方法的两种现有技术方法计算第二荷电状态参数SOC的实验结果的曲线图；
-图5：示出了记录本发明的方法中使用的电流、电压、温度和容量的样本值的实验结果的曲线图；
-图6：示出了根据具有图5中给出的值的样本并且根据早期的高度不准确的SOH值计算第一健康状态参数SOH和与荷电状态有关的第二 SOC参数的实验结果的曲线图；
-图7：示出了根据具有图5中给出的值的样本并且根据图6所示的测试期间获得的早期SOH值计算第二荷电状态参数SOC的实验结果的曲线图。
本发明的方法，例如上面给出的以及下面针对特定实施方式更详细地描述的，可以在用于电池的电子管理系统中实现，该电子管理系统包括：测量由电池的至少一个蓄电池输送的电流(蓄电池的端子处的允许计算累积容量的测量电流)的装置；测量所述至少一个蓄电池的端子处的电压的装置；测量蓄电池温度的装置；以及被编程为执行下面详细描述的步骤的微处理器。
针对电池的一个蓄电池给出以下描述。然而，要理解，该相同的描述可以类似地应用于电池的模块，所述模块包括以本身已知的方式串联和/ 或并联连接的多个蓄电池。类似地，相同的描述可以应用于电池本身。用于确定与电池、每个模块或每个蓄电池的健康状态有关的参数的决策取决于电池的应用和类型。如果需要，也可以根据电池中存在的适当的测量装置对实施本发明的方法的电子管理系统进行重新编程。
图1示意性地示出了用于确定与电池的蓄电池的电阻有关的第一健康状态参数的本发明的方法。该参数可以是电阻R本身或使用下面的公式的与电阻有关的健康状态SOHR：R＝SOHR×RBOL，其中RBOL是原始电阻。换言之，SOHR被限定为给定时刻处的电阻与原始电阻之间的比率。因此，该SOHR参数可以表示为原始电阻值的百分比。
在此假设第一参数已经优选地通过预先实现本发明的方法确定，否则通过任何其他方法确定。该第一预先确定的参数的值被指定为SOHRn、 Rn，并且下面描述本发明的方法，用于确定该第一参数的被指定为 SOHRn+1、Rn+1的以下值。
在步骤10处，当蓄电池充电或放电时，在蓄电池的端子处的相应电压Vk、电流Ik和累积容量Ahk值的若干样本被测量并且由前面提到的电子管理系统记录。
根据实施方式，在该步骤10处还可以测量其他值，例如蓄电池的温度值Tk。
优选地，样本Vk、Ik、Ahk(和可选的Tk)的数目N为3或更高。
用于执行一系列N个样本测量Vk、Ik、Ak(和可选的Tk)的采样间隔可以以不同的方式确定。
该采样间隔可以被特别地确定成使得其对应于在每个采样间隔计算的蓄电池的荷电状态参数SOC的恒定变化。优选地，该恒定变化基本上等于10％。换言之，每当荷电状态SOC上升或下降10％时或者当ΔSOC＝|SOCk-1-SOCk|＝10％时，执行采样。
可替选地，该采样间隔可以被确定成使得其对应于累积容量Ah的恒定变化。优选地，该恒定变化基本上等于0.1A.h。换言之，每当累积容量 Ah上升或下降0.1A.h时或者当ΔAh＝|Ahk-1-Ahk|＝0.1A.h时，执行采样。
在另一个可替选方案中，该采样间隔可以被确定成使得其对应于电压 Vk的恒定变化。换言之，每当电压V上升或下降x V时或者当ΔV＝|Vk-1-Vk|＝x V时执行采样，x是确定的值。
在步骤20处，确定是否满足所确定的采样结束标准。在允许获得值 Vk、Ik、Ahk(以及可选的Tk)的每个样本测量k之后实现该步骤。如果满足标准，则在步骤30处开始循环，这将允许估计第一参数的值SOHRn+1、 Rn+1。否则，返回到步骤10以进行新的样本测量k+1，这将允许获得值 Vk+1、Ik+1、Ahk+1(以及可选的Tk+1)。
因此，这就是确定被测量并记录的样本Vk、Ik、Ahk(以及可选的Tk) 的数目N的标准。
例如，一旦Max((Ahk)-Min((Ahk))高于确定的阈值就可以停止采样，该确定的阈值取决于蓄电池的表示为Capa_BOL_CEI的原始容量。
在一个变型中，该确定的阈值基本上等于蓄电池的原始容量 Capa_BOL_CEI的9％。换言之，在该变型中，当 Max((Ahk)-Min((Ahk))>0.09×Capa_BOL_CEI时停止采样。
可替选地，该确定的阈值可以基本上等于给定时刻处的容量的9％。
在另一变型中，该确定的阈值基本上等于蓄电池的原始容量 Capa_BOL_CEI的五分之一。换言之，在该变型中，当 Max((Ahk)-Min((Ahk))>Capa_BOL_CEI/5时停止采样。
在步骤30处，对将允许估计第一参数的值SOHRn+1、Rn+1的最小化循环进行初始化。然后将在最后的SOHRn、Rn更新处估计的值分配给第一参数的当前值SOHRstep、Rstep。
然后，在循环中重复一系列步骤40、50、60，直到获得关于与电阻有关的健康状态的第一参数的值SOHRn+1、Rn+1的估计。
因此，在步骤40处，根据第一参数的当前值SOHRstep、Rstep并且分别根据N个样本Vk、Ik、Ahk计算蓄电池的第二荷电状态参数SOC的N 个估计SOCk值。
对于该计算，使用将开路电压值OCVk与第二参数的估计值SOCk匹配的查找表。
开路电压值OCVk是根据与电阻有关的健康状态的当前值SOHRstep、 Rstep并且分别根据N个样本Vk、Ik、Ak来计算的。
更具体地，开路电压值OCVk通过计算下式获得：OCVk＝Vk-Rstep×Ik。
针对该计算，OCVk因此是第k个开路电压值，Vk是第k个电压值， Ik是第k个电流强度值，并且Rstep是通过计算Rstep＝SOHRstep×RBOL获得的电阻的当前值，SOHRstep是与电阻有关的健康状态的当前值，并且RBOL是蓄电池的原始电阻值。
蓄电池的原始电阻值RBOL可以是确定的标量值。
可替选地，蓄电池的原始电阻值RBOL的值根据在步骤10处测量的温度Tk或者根据第二荷电状态参数SOC的估计SOCk值从查找表获得。
在步骤50处，计算第二SOC参数的N个理论值SOCk,theoretical。
稍后在本说明书中详细说明步骤50的实施方式。
在步骤60处，确定第二参数的估计的SOCk值与理论SOCk,theoretical值之间的差，如在说明书中进一步说明的那样。
然后通过在步骤80处递增第一参数的当前值SOHRstep、Rstep来重复步骤40至60，直到满足估计结束标准，其中在步骤70处测试该标准。
因此，如果不满足在步骤70处测试的标准，则在步骤80处改变第一参数的当前值SOHRstep、Rstep，并且重复步骤40至70。另一方面，如果满足在步骤70处测试的标准，则从会聚循环中出来并且在步骤90处，将第一参数的值SOHRn+1、Rn+1确定为允许满足在步骤70处测试的标准的第一参数的当前值SOHRstep、Rstep。
在步骤70处测试的该标准是第二参数的估计的SOCk值与理论 SOCk,theoretical值之间的差的最小化。
为了测量第二参数的估计的SOCk值与理论SOCk,theoretical值之间的差——其在步骤60处执行，使用下面的公式之一：
-
Figure BDA0001828940020000101
其中，α≥1，
-
Figure BDA0001828940020000102
其中，α≥1。
因此，第一参数的值SOHRn+1、Rn+1被确定为该第一参数的当前值 SOHRstep、Rstep，其最小化使用上述公式之一计算的第二参数的估计的 SOCk值与理论SOCk,theoretical值之间的差。
为了在步骤80处改变或增加第一参数的当前值SOHRstep、Rstep，可以在最小化循环的每个步骤处使用恒定增量。例如，如果关注的是与电阻有关的健康状态参数SOHRstep，则可以选择基本上在1％和50％之间的恒定增量值。在一个优选实施方式中，该增量基本上等于5％。变化或增量限于确定的SOHRstep的最大值。
在步骤80处改变或增加第一参数的当前值SOHRstep、Rstep的另一种方式是在最小化循环的每个步骤中在确定的初始值SOHRn、Rn与确定的最大值之间进行二分法。
优选地，确定的初始值基本上等于100％。还优选地，确定的最大值基本上等于400％。
在步骤80处改变或增加第一参数的当前值SOHRstep、Rstep的另一种方式是在最小化循环的每个步骤处以绝对值恒定地增加相对于Rstep的第一值的交替的正负增量。该增量则优选地基本上等于所确定的初始值 SOHRn、Rn的±5％。
如上所述，可以通过根据若干实施方式的计算来获得在步骤50处计算的荷电状态的理论值SOCk,theoretical。
在第一实施方式中，通过计算a×Ahk+b获得荷电状态的这些理论值SOCk,theoretical，其中a和b是针对最小化循环中的第一参数的当前值 SOHRstep、Rstep使下面的公式中的一个或另一个最小化的两个系数：
Figure BDA0001828940020000111
其中α≥1，
Figure BDA0001828940020000112
其中α≥1。
图2示出了示出在该第一实施方式中的对第二荷电状态参数SOC的估计值的计算以及与该第二参数的理论值有关的差的曲线图。
荷电状态的理论值SOCk,theoretical表示根据Ahk中的容量值的预期线性。
在第二实施方式中，通过计算a×Xk+b获得这些理论荷电状态值 SOCk,theoretical。
在该计算中，Xk等于第k个累积容量值与第一个累积容量值之间的差，a等于(SOCN-SOC1)/XN并且b等于SOC1(SOC1和SOCN分别是第一个和第N个估计的荷电状态值)，并且XN等于第N个累积容量值和第一个累积容量值之间的差。
图3示出了示出在该第二实施方式中的对第二荷电状态参数SOC的估计值的计算以及与该第二参数的理论值有关的差的曲线图。
在该曲线图中，可以看出，如果Ik恒定(在相同的采样模式下)，则沿X轴Timek的时间值等于Ahk/Ik。
在这些实施方式的任一个中，在步骤90处还确定与蓄电池的健康状态有关的第三参数的值，与容量有关的健康状态值SOHCn+1等于在最小化循环中确定的最后系数a的值除以表示为aBOL的系数a的原始值。
上述方法可以用于确定与在电池中串联和/或并联连接的多个蓄电池的各个状态有关的若干第一参数SOHRn+1、Rn+1。
该方法还可以用于确定与多个蓄电池的各个状态有关的若干第一参数SOHRn+1、Rn+1，该多个蓄电池被分布在包括一个或更多个蓄电池的若干模块上，这些模块在电池中串联和/或并联连接。
该方法还可以用于确定与被认为是包括一个或更多个二次蓄电池的主蓄电池的电池的状态有关的第一参数SOHRn+1、Rn+1。
因此，除了提供关于电池的健康状态SOH的附加的准确信息之外，本发明还通过消除差并且提供接近完美的库仑测量的准确度来实现荷电状态SOC的计算的实质性改进。
此外，本发明适用于一般配置xs*yp的任何电池系统。如已经说明的，出于简化的原因，本说明书描述了一个元件或蓄电池。如果电池包含多个元件，则本发明可以单独地应用于每个元件，或者使用电池的全局特征值，例如：
-温度：电池的所有元件的平均温度、最低温度、或最高温度；
-电压：电池的所有元件的最小电压、或平均电压(V＝V电池/x)；
-电流：平均电流(I＝I电池/y)。
该方法在SAFT MP176065蓄电池元件上对应于C5充电速率并且在环境温度下对老化元件实验性地实现。
在该实验中，设置的电流对应于元件的具有6.8Ah的容量的C5充电，即当电压达到4.2V时的具有“浮动(floating)”的1.36A输送电流。
还测量了元件的温度和电压。
图4示出了示出使用两种现有技术方法而不应用本发明的方法进行比较的第二荷电状态参数SOC的实验计算结果的曲线图。
更具体地，从左到右并且从上到下，图4示出了电流测量、电压测量、温度测量和荷电状态参数SOC的值的计算。
由虚线包围的曲线图示出了荷电状态参数SOC的值的这种计算：
-利用所谓的“电压”方法，不考虑与电阻有关的健康状态SOHR：对应于作为开路电压OCV的函数的荷电状态SOC的值的上曲线，其中 OCV＝电压-初始电阻X电流；
-利用所谓的“库仑法”方法，不考虑与容量有关的健康状态SOHC：对应于容量Ah和初始容量CapaNom之间的比率的下曲线。
基于电压计算荷电状态SOC而不考虑与电阻有关的健康状态SOHR 不允许保证电池容量。此外，它的非线性轮廓令人不满意，因为它不符合预期。
基于容量(安培小时计数)计算荷电状态SOC而不考虑与容量有关的健康状态SOHC是不准确的。在松弛几百秒之后的零电流下，荷电状态 SOC由元件的电压给出，其与开路电压OCV相同。在完成测试之后，在基于容量的荷电状态SOC与基于电压的确切荷电状态之间看到差异。
对具有低电流的电压的重新调整将使此处的荷电状态SOC的差异达到8％，这是不可接受的。
对欠电流的电压的重新调整将使此处的荷电状态SOC的差异为33％，这也是不可接受的。
图5示出了示出在本发明的方法中使用的电流、电压、温度和容量的记录样本值的实验结果的曲线图。
更具体地说，从左到右并且从上到下，它给出：
-电流样本的记录；
-电压样本的记录；
-温度样本的记录；
-累积容量样本的记录。
在该示例中，对等于6.8A.h/10的恒定容量Ah的Δ(delta)测量点进行采样。
图6示出了曲线图，其示出了根据图5中给出的样本值并且根据早期非常不准确的SOH值的、与电阻(SOHR)有关以及与容量(SOHC)有关的第一健康状态参数SOH的实验计算结果以及第二荷电状态参数SOC 的实验计算结果。
这次，为了计算荷电状态SOC的值，考虑了SOH。因此，在图6中的第一个图中：
-利用所谓的“电压”方法，考虑与电阻有关的健康状态SOHR：对应于作为开路电压OCV的函数的荷电状态SOC的值的上曲线，其中 OCV＝电压-初始电阻X SOHR X电流；
-利用所谓的“库仑法”方法，考虑与容量有关的健康状态SOHC：与相对于乘以SOHC的初始容量CapaNom的容量Ah对应的下曲线。
在记录4个样本(N＝4)之后，在此执行健康状态SOH的更新，其对应于图6中的曲线图中具有大约22500s的持续时间的时间段。
与电阻有关的健康状态SOHR和与容量有关的健康状态SOHC的变化以及因此关于该健康状态(SOHR或SOHC)的误差不超过5％。
保持健康状态SOHR和SOHC的计算值，用于计算后续荷电状态 SOC，直到在满足用于实现该方法的条件时的下一次更新。
图7示出了根据本发明方法的实施方式的示出根据图5中给出的样本值并且根据图6中所示的测试获得的SOH值的第二荷电状态参数SOC的实验计算结果的曲线图。
更具体地，考虑与电阻有关的健康状态SOHR的基于电压的荷电状态 SOC(上曲线)与考虑与容量有关的健康状态SOHC的基于累积容量(安培小时计数)的荷电状态SOC(下曲线)之间的差小于3％。
因此，考虑了与电阻有关的健康状态的、基于电压来确定荷电状态允许保证电池容量。此外，它具有理论上预期的线性轮廓。
本发明明显不限于前面作为示例描述的实施方式。提供的用于验证本发明的方法的测试仅用于示例性目的。
此外，本发明的方法尤其可以特别应用于由任何类型的电化学蓄电池组成的电池。此外，在基本上不改变本发明的方法的实现方式的情况下，串联和/或并联连接的蓄电池的数目可以变化。

Claims (23)

1.一种用于确定与电池的至少一个蓄电池的电阻有关的至少一个第一健康状态参数的值(SOHRn+1，Rn+1)的方法，所述方法包括以下步骤：
当所述蓄电池被充电或放电时，在所述蓄电池的端子处执行对至少电压(Vk)、电流(Ik)和累积容量(Ahk)的N个样本(Vk，Ik，Ahk)的一系列测量，其中，N≥3；
通过根据所确定的初始值(SOHRn，Rn)改变所述蓄电池的所述第一健康状态参数的当前值(SOHRstep，Rstep)来创建最小化循环，包括以下步骤：
(i)根据所述第一健康状态参数的当前值(SOHRstep，Rstep)并且分别根据所述N个样本(Vk，Ik，Ahk)来计算与所述蓄电池的荷电状态有关的第二参数(SOCk)的N个估计值；
(ii)计算所述第二参数的N个理论值(SOCk,theoretical)；
(iii)改变所述第一健康状态参数的当前值(SOHRstep，Rstep)，针对所述第一健康状态参数的所述当前值(SOHRstep，Rstep)的每个变化来重复先前的计算步骤，并且将所述第一健康状态参数的值(SOHRn+1，Rn+1)确定为使所述第二参数的所述估计值(SOCk)与所述理论值(SOCk,theoretical)之间的差最小化的所述第一健康状态参数的当前值(SOHRstep，Rstep)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了确定使所述第二参数的所述估计值(SOCk)与所述理论值(SOCk,theoretical)之间的差最小化的所述第一健康状态参数的当前值(SOHRstep，Rstep)，确定使以下公式最小化的所述第一健康状态参数的当前值(SOHRstep，Rstep)：
下面的公式：
Figure FDA0002728220760000011
或者下面的公式：
Figure FDA0002728220760000012
其中，SOC1、SOCk和SOCN分别是所述第二参数的第一个估计值、第k个估计值和第N个估计值，SOCk,theoretical是所述第二参数的第k个理论值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一健康状态参数的当前值(SOHRstep，Rstep)被表示为所述第一健康状态参数的所确定的初始值(SOHRn，Rn)的百分比。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述最小化循环的每个步骤中所述第一健康状态参数的当前值(SOHRstep，Rstep)的变化通过绝对值形式的恒定增量来获得，所述恒定增量从所述步骤中的一个步骤到另一个步骤交替地为正和负。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述恒定增量等于所确定的初始值(SOHRn，Rn)的±5％。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，为了执行对N个样本(Vk，Ik，Ak)的一系列测量，确定采样间隔使得所述采样间隔与电压(Vk)的恒定变化对应。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，当执行对N个样本(Vk，Ik，Ak)的一系列测量时，一旦Max((Ahk))-Min((Ahk))高于根据所述蓄电池的容量确定的阈值，则停止采样。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，根据具有开路电压值(OCVk)的查找表来确定荷电状态的估计值(SOCk)，这些所述开路电压值(OCVk)是根据与电阻有关的健康状态的当前值(SOHRstep，Rstep)并且分别根据所述N个样本(Vk，Ik，Ak)而计算的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过计算OCVk＝Vk-Rstep×Ik来获得所述开路电压值(OCVk)，其中，Ik>0电荷，OCVk是第k个开路电压值，Vk是第k个电压值，Ik是第k个电流强度值，Rstep是通过计算Rstep＝SOHRstep×RBOL获得的当前电阻值，SOHRstep是与电阻有关的健康状态的当前值，并且RBOL是所述蓄电池的原始电阻值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述蓄电池的原始电阻值RBOL是标量值。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，当执行对N个样本(Vk，Ik，Ak)的一系列测量时，针对每个样本测量所述蓄电池的温度(Tk)，并且根据所测量的温度(Tk)从查找表获得所述蓄电池的原始电阻RBOL。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述蓄电池的电阻有关的所述第一健康状态参数(SOHRn+1，Rn+1)是所述蓄电池的电阻(Rn+1)或与电阻有关的健康状态(SOHRn+1)，所述电阻(Rn+1)和与电阻有关的所述健康状态(SOHRn+1)通过等式Rn+1＝SOHRn+1×RBOL相关联，RBOL是所述蓄电池的端子处的原始电阻。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，通过计算a×Ahk+b来获得荷电状态的理论值(SOCk,theoretical)，Ahk是第k个累积容量值，并且a和b是针对所述最小化循环中的所述第一健康状态参数的当前值(SOHRstep，Rstep)使以下公式最小化的两个系数：
下面的公式：
Figure FDA0002728220760000031
或者下面的公式：
Figure FDA0002728220760000032
其中，SOC1、SOCk和SOCN分别是所述第二参数的第一个估计值、第k个估计值和第N个估计值，SOCk,theoretical是所述第二参数的第k个理论值。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，确定与所述蓄电池的状态有关的第三参数(SOHCn+1)，即与所述蓄电池的容量有关的健康状态(SOHCn+1)，其中，将与容量有关的健康状态的值(SOHCn+1)确定为等于在所述最小化循环中确定的最后系数a的值除以系数a的原始值。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，通过计算a×Xk+b来获得荷电状态的理论值(SOCk,theoretical)，Xk等于第k个累积容量值与第一个累积容量值之间的差，a等于(SOCN-SOC1)/XN，b等于SOC1，SOC1和SOCN分别是荷电状态的第一个估计值和第N个估计值，XN等于所述第N个累积容量值与所述第一个累积容量值之间的差。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，确定与所述蓄电池的状态有关的第三参数(SOHCn+1)，即与所述蓄电池的容量有关的健康状态(SOHCn+1)，其中，将与容量有关的健康状态的值(SOHCn+1)确定为等于在所述最小化循环中确定的最后系数a的值除以系数a的原始值。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，所述蓄电池是本身包括一个或更多个蓄电池的电池，在所述电池的端子处执行对N个样本(Vk，Ik，Ak)的一系列测量。
18.一种用于确定与在电池中串联和/或并联连接的多个蓄电池的相应状态有关的若干第一健康状态参数(SOHRn+1，Rn+1)的方法，其中，所述第一健康状态参数中的每一个是利用根据前述权利要求中任一项所述的方法而确定的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述蓄电池是本身包括一个或更多个蓄电池的电池，在所述电池的端子处执行对N个样本(Vk，Ik，Ak)的一系列测量。
20.一种用于确定与多个蓄电池的相应状态有关的若干第一健康状态参数(SOHRn+1，Rn+1)的方法，所述多个蓄电池分布在包括所述蓄电池中的一个或更多个蓄电池的若干模块上，所述模块在电池中串联和/或并联连接，其中，所述第一健康状态参数中的每一个是利用根据权利要求1至16中任一项所述的方法而确定的。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述蓄电池是本身包括一个或更多个蓄电池的电池，在所述电池的端子处执行对N个样本(Vk，Ik，Ak)的一系列测量。
22.一种用于包括至少一个蓄电池的电池的电子管理系统，所述系统包括：
用于在所述蓄电池被充电或放电时在所述蓄电池的端子处测量至少电压(Vk)、电流(Ik)和累积容量(Ak)的样本(Vk，Ik，Ak)的装置；
微处理器，其被编程以实现根据权利要求1至21中任一项所述的方法。
23.一种电池，包括布置在模块中并且/或者串联和/或并联连接的多个电化学蓄电池以及至少一个根据权利要求22所述的电子管理系统。
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