CN110167783B - 一种用于确定电池组的充电状态的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定包括至少一个电池单体(5a、5b、5c)的可充电电池组(5)的充电状态(SOC)的方法，所述方法包括以下步骤：提供用于所述电池组(5)的初始充电状态值(SOC1)；使用基于至少表示所述电池组(5)的测量的电压(Vmeas)的输入值的单体模型(7b)估计电池单体电压值(Vest)；将所估计的电池单体电压值(Vest)与用于所述至少一个电池单体(5a、5b、5c)的所测量的电池单体电压值(Vmeas)进行比较；基于所述比较步骤并通过使用观察器模块(7a)，来确定估计的充电状态值(SOCest)，以从初始充电状态值(SOC1)更新充电状态(SOC)。根据本发明，观察器模块(7a)包括影响因子，所述影响因子表示基于所述单体模型(7b)的参数化的充电状态(SOC)中的误差。本发明还涉及用于确定电池组(5)的充电状态(SOC)的装置。

Description

一种用于确定电池组的充电状态的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定可充电电池组的充电状态(SOC)的方法和装置。
本发明能够应用于诸如公共汽车、卡车、和建筑设备的重型车辆，以及还能够应用于乘用车。尽管下面将关于公共汽车描述本发明，但是本发明不限于该特定车辆。
背景技术
在汽车领域，与具有替代动力源(即，被用作传统内燃机的替代物的动力源)的车辆的推进相关的研究和开发有所增加。众所周知，例如汽油发动机或柴油发动机的内燃机以相对低的燃料消耗提供高效率。然而，环境问题已经导致了对更多环保型(environmental-friendly)车辆，特别是电动车辆的开发的增加。
今天，存在各种类型的包括电机的车辆推进系统。例如，车辆能够仅利用电机即以全电动车辆(EV)的形式进行操作，或者利用包括电机和内燃机两者的装置进行操作。后一种替代方案通常被称为混合动力车辆(HEV)，并且能够以以下的方式被利用：其中内燃机在城市区域外驾驶时被用于操作车辆，而且电机可以被使用在城市地区或者在其中需要限制诸如氮氧化物、化石二氧化碳和一氧化碳的有害污染物的排放的环境中。混合动力通常使用可充电电池组来向电机供应电能。
此外，利用内燃机和从能够通过外部电力供应电力供应可再充电的电池组供应由内燃机和电机操作的车辆被称为插电式混合动力电动车辆(PHEV)。
涉及电动操作的车辆的技术与用于车辆的电动能量存储系统和电池相关技术的发展密切相关。现今用于车辆的电动能量存储系统可以包括具有多个可再充电电池单体的电池组，所述多个可再充电电池单体与控制电路一起形成被配置用于向车辆中的电机提供电力的系统。通过与外部电力供应的连接，电池单体能够被恢复到涉及完全充电的状况。根据对再充电过程的所涉及的车辆和所需要电力，外部电力供应能够是以能够经由传统的电源线接入的公共电力网电力系统的形式，或者能够是以其他充电装置的形式。
在充电期间，必须在相对短的时间内将大量能量馈送到能量存储系统中，以便优化驾驶的车辆的范围。出于此原因，能量存储系统的实际充电适当地通过其中车辆上的控制单元需要利用外部电力供应执行充电过程的过程来实现。这是在能量存储系统和外部电力供应利用合适的连接器元件电连接之后执行的。
在汽车领域中，能量存储系统通常包括具有大量电池单体的电池组。使用作为示例的插电式混合动力车辆，电池组可以例如是锂离子型。在使用600V锂离子电池组的情况下，将需要串联上连接的大约200个电池单体来实现期望的电压，以便操作车辆。然后，用于驱动车辆的可用范围是取决于诸如电池组的充电状态(SOC)的某些参数。充电状态能够被定义为在时间上的某个点处保留在电池组中的剩余电容量的度量，并且是以便防止电池在欠充电(under-charging)或过充电(over-charging)情况下操作和以最佳方式管理车辆中的能量的重要参数。由于没有直接测量对该参数是可用的，因此充电状态需要被估计。充电状态的值通常与具有内燃机的车辆中的燃料量表功能相对应。
此外，电池组由电池管理单元(BMU)进行控制，该电池管理单元被配置为将电池组保持在适当的操作状况下并且以便确保电池组的长工作寿命。
根据已知技术，这里存在确定充电状态(SOC)的若干方法。第一方法依赖于基于电压的充电状态估计，其中电池单体的电压用于计算充电状态值。对于锂电池单体存在的问题是这种电池单体在其大部分充电和放电循环内在电压上仅表现出很小的变化。作为结果，存在充电状态估计变得相对不精确的风险。
确定充电状态(SOC)值的另一方法依赖于测量穿过电池组的电流的过程。通对该过电流积分，能够获得从电池组抽出的电荷的度量。然而，这种方法的缺点在于它取决于实际放电电池组，以便已知其充电或放电了多少。另外，因为电流传感器以及馈入和馈出电池组的电流的量可能引起不精确，所以电流积分通常并不如此精确。因此，对于车辆中的电池组，电流积分并不总是足够精确的。
总之，先前已知的是，存在需要优化用于车辆的电池管理单元内的充电状态(SOC)功能的监视和控制。为了实现这一点，需要用于确定和更新充电状态的精确值的方法和系统。
美国专利申请US 2015/0046108公开了一种用于估计可充电二次单体(即，电源单元)的充电状态(SOC)的方法和系统。该方法包括三个不同的模型，用于确定电池单体电压并将其与测量的电压值进行比较，其中最佳模型被选择并用于估计所述二次单体的单体状态。此外，为了估计电池的充电状态(SOC)，使用卡尔曼滤波器用于校正估计的充电状态值。
尽管US2015/046108教导了用于确定电池组的充电值的状态的改进的方法和系统，为了以精确的方式估计电池组的充电状态并且用于控制和优化车辆中的电池管理单元内的充电状态功能，仍然需要进一步改进系统和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和装置，其中能够以优化和精确的方式，特别是利用电动车辆中的控制单元，来确定和控制电池组的充电状态。
上述目的是通过一种用于确定包括至少一个电池单体的可充电电池组的充电状态(SOC)的方法来实现，所述方法包括以下步骤：为所述电池组提供初始充电状态值；使用基于至少表示所述电池组的测量的电压的输入值的单体模型和所述电池组的测量的温度来估计电池单体电压值；将所估计的电池单体电压值与用于所述至少一个电池单体的所测量的电池单体电压值进行比较；基于所述比较步骤并通过使用观察器模块，来确定估计的充电状态值，以从初始充电状态值更新充电状态(SOC)。此外，根据本发明，观察器模块包括影响因子，所述影响因子表示基于所述单体模型的参数化的充电状态(SOC)中的误差。
通过提供包括上述影响因子的观察器模块，能够以精确的方式确定电池组的充电状态(SOC)，并且能够利用用于操作电动车辆的电子控制单元来控制电池组的充电状态(SOC)。特别地，单体模型被用于描述电池单体的操作以及单体模型的某些参数(例如与形成以等效电路的形式中的单体模型的一部分的RC电路相关)被用于在所述观察器模块中定义影响因子的事实，与现有技术相比能够获得确定充电状态的过程的改进。
与对单体模型本身的影响的量相反，测量电压(还可能电流和温度值)对更新充电状态的影响的量是利用观察函数中的影响因素来确定的。这意指，在用于更新充电状态的过程中，一方面的测量值和另一方面的单体模型能够被赋予不同的优先级。否则，如果在更新充电状态时仅考虑测量值，则由于测量误差将存在不精确性，并且如果仅考虑到单体模型，则由于需要在某些时间之后校准单体模型而存在不精确性。出于此原因，影响因子能够被用于充电状态的更新过程，以便提供高水平的精确性。
根据一个实施例，估计电池单体电压值的步骤还可以包括表示测量的电池电流的输入值。这可以提高估计的电池单体电压值的精确性。根据另一实施例，估计电池单体电压值的步骤还可以包括表示电池组的测量的温度的输入值。这可以提高估计的电池单元电压值的精确性。在另一实施例中，估计电池单体电压值的步骤包括表示测量的电池电流和电池组的测量的温度的输入值。这甚至可以进一步提高所估计的电池单体电压值的精确性。
根据实施例，将所估计的电池单体电压值与所测量的电池单体电压值进行比较，使得以便更新充电状态(SOC)。该过程是基于如在电子控制单元中执行的上述观察器函数。另外，如上所述，在更新充电状态的过程中，影响因子一方面被用于控制测量值的影响，另一方面被用于控制单体模型的影响。影响因子能够说表示在更新过程中使用的充电状态的误差。
根据一个实施例，能够利用所述影响因子来限制电池单体的充电状态(SOC)值的更新。这意指能够通过影响因子的选择来控制用于充电状态值的估计过程。
根据实施例，观察器模块是以卡尔曼滤波器的形式，其是用于确定充电状态的可靠且有效的过程。另外，根据实施例，影响因子由在测量所述电池组的所述电流、温度和电压期间发生的测量噪声和由单体模型噪声来定义的过程噪声的协方差确定。这种协方差函数能够适当地用于卡尔曼滤波器处理。
根据实施例，观察函数的影响因子由取决于单体模型的参数的单体模型中的误差来确定。特别地，单体模型的参数化主要以能够被分类成两种类型，即过程噪声或测量噪声的随机噪声的形式导致某些误差。该过程噪声例如以形成电池模型的一部分的RC电路中的噪声的形式源自单体模型，而测量噪声源自单体端子电压、电池电流和电池温度的实际测量。
根据实施例，利用基于还表示先前估计的充电状态值的值的单体模型来估计电池单体电压值。
而且，根据实施例，单体模型是以包括电阻器和电容器的等效电路模型的形式，其是电池单体的理论模型，该理论模型能够在更新充电状态时用于控制单元中的精确和有效的计算。
根据实施例，基于所述电池组的温度来控制影响因子。换句话说，可以计算影响因子作为电池组的温度的函数。特别地，使用单体模型的参数化来确定影响因子的事实能够例如被用于使影响因子适应电池组的温度。例如，如果电池组具有相对低的温度，则影响因子被设定使得根据单体模型的对更新充电状态的影响是相对低的。换句话说，测量比单体模型更受信任。另一方面，如果电池组具有相对高的温度，则影响因子被设定使得根据单体模型的对更新充电状态的影响是相对高的。通常，观察器函数中的影响因子能够被用于限制充电状态值的更新。
并且，能够基于所述电池组的温度控制影响因子，使得在预定温度间隔处允许对估计的充电状态(SOC)进行相对大的调整。以这种方式，能够选择温度间隔以允许这种大的调整。
上述目的还利用用于确定包括至少一个电池单体的可充电电池组的充电状态(SOC)的装置来获得。该装置包括：传感器单元，其用于提供表示所述电池组的测量电压的测量值；控制单元，其连接到所述传感器单元并且被配置用于提供初始充电状态值并且用于使用基于所述测量值的单体模型来估计电池单体电压值，以及被配置用于将所估计的电池单体电压值与用于所述至少一个电池单体的所测量的电池单体电压值进行比较；以及观察器模块，其与所述控制单元相关联并且允许所述控制单元通过基于所述比较步骤和通过使用所述观察器模块来确定估计的充电状态值，从而更新充电状态。此外，控制单元被配置用于利用正在所述观察器模块中使用的影响因子来控制所述更新，所述影响因子表示基于所述单体模型的参数化的充电状态(SOC)中的误差。
在以下描述中公开了本发明的其他优点和有利特征。
附图说明
参考附图，下面跟随了作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
在附图中：
图1是其中能够使用本发明的以公共汽车形式的电动推进车辆的立体视图。
图2是根据本发明的实施例的用于车辆的电池管理系统的示意视图。
图3是描述与本发明相关的等效电路的示意视图。
图4是图示本发明的实施例的操作的流程图。
具体实施方式
在下文中将参考附图更全面地描述本公开的不同实施例。然而，本文中公开的方法和系统能够以许多不同的形式实现，并且不应当被解释为限于本文中阐述的方面。
首先参考图1，示出了以公共汽车1形式的车辆的简化的立体视图，根据实施例，该公共汽车1是电动类型的，其被配备有用于操作公共汽车1的电机2。这在图1中利用后轴3示意性地示出，该后轴3连接到电机2。电机2适当地被操作为组合的发电机和电动机。另外，车辆1能够是以任何商用车辆等、或汽车的形式的。
公共汽车1承载包括电池组5的电动能量存储系统4，该电池组5将在下面更详细地描述并且包括多个电池单体(图1中未被详细示出)。如下面将更详细描述的是，电池单体被串联地连接，以提供具有所需电压电平的输出DC电压。适当地，电池单体是锂离子类型，但也可以使用其他类型。每电池组的电池单体的数目可以在50到500个单体的范围内。
能量存储系统4还包括传感器单元6，该传感器单元6被布置用于测量指示电池组5的操作的状态的一个或多个预定的参数。例如，传感器单元6能够被配置用于测量每个电池单体的单体电压(V)以及整个电池组5的电压。此外，传感器单元6能够被配置用于测量其他参数，诸如电池组5的电池电流(I)或温度(T)。在本发明的范围内，其他测量参数也是可能的。
来自传感器单元6的测量数据被传输到电子控制单元7，该电子控制单元7被配置用于在公共汽车1的操作期间控制电动能量存储系统4和其他相关组件。如下面将详细描述的，电子控制单元7还能够被配置用于确定指示和控制电池组5的状况或容量的参数，诸如电池组5的充电状态(SOC)、健康的状态(SOH)和能量的状态(SOE)。
电子控制单元7用作电池管理单元，其可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器、或另一可编程设备。因此，电子控制单元7包括电子电路和连接件(未示出)以及处理电路(未示出)，使得电子控制单元7能够与公共汽车1的诸如制动器、悬架、传动系统，特别是电动机、离合器、和变速箱的不同部分通信，以便至少部分地操作公共汽车1。电子控制单元7可以包括硬件或软件的模块，或者部分地以硬件或软件中的模块，并且使用诸如CAN公共汽车的已知传输公共汽车和/或无线通信能力进行通信。处理电路可以是通用处理器或特定处理器。电子控制单元7包括用于存储计算机程序代码和数据的非暂时性存储器。因此，本领域技术人员认识到电子控制单元7可以由许多不同的结构来实施。
根据图1中示出的实施例，能量存储系统4被布置在公共汽车1的车顶上。然而，本发明不仅限于这种布置，即能量存储系统能够被布置在其他位置中，诸如公共汽车1的地板部分。另外，即使本公开涉及了在以公共汽车形式的车辆1中使用的电池组5，其通常涉及了控制利用至少电机操作的和具有包括具有数个电池单体的电池组的能量存储系统的任何类型的车辆中的电池组的状态。
在公共汽车1的操作期间，电池组5将向电机2传递所需的电力，电机2继而驱动后轴3。其中电机能够用于操作车辆的方式通常是先前已知的，并且出于此原因，这里不再详细描述。
公共汽车1被配备有适当地以电连接插座的形式的第一电连接器元件8，该第一电连接器元件8被安装在公共汽车1的外部部分上。第一连接器元件8被布置为连接到以充电电缆的形式的第二电连接器元件9，该第二电连接器元件9被提供有插头9a，该插头9a能够电连接到第一连接器元件8并且被配置用于在一定电压下引导充电电流。第二电连接器元件9形成外部电力供应10的部分，该外部电力供应10适当地连接到AC电力网系统，如由图1示出的充电桩表示的。以这种方式，电池组5能够经由连接器元件8、9被供应有电流。更确切地说，电流被馈送到车载充电单元11，该车载充电单元11连接到电池组5用于对其充电。控制单元7被配置用于利用与车载充电单元11的连接件来控制充电过程。另外，能够在外部电力供应10中或在车载充电单元11中提供适于电池组5的AC电流到DC电流的转换。
根据实施例，对电池组5的充电能够在公共汽车1静止时进行，即在公共汽车终点站处的充电站处或在公共汽车站或类似位置处进行。在所描述的示例中，当公共汽车静止时能够启动对电池组5充电的过程，使得连接器元件8、9能够彼此连接。这意指能够经由车载充电单元11在将电池组4连接到外部电力供应8之后启动对电池组4的充电。
应当注意的是，能够实现除了图1示出的之外的其他类型的过程以对电池组5充电。例如，对电池组5的充电能够利用以伸缩(pantograph)形式的连接器元件实现，该连接器元件被布置在车辆的车顶上并且经由架空线连接到外部电力供应。
根据又一实施例，充电过程能够利用沿着路面布置的导电动力轨来实现。这种布置被配置为与车辆的一个或多个集电器协作，所述集电器是可移动的和朝向地下降，并且可以被配置为在车辆的操作期间与所述导电动力轨道连接。
现在将参考图2更详细地描述本发明的实施例，图2是能量存储系统4和车辆1的相关部件的简化图示。图1中示出的所有组件未在图2中示出。
根据该实施例，能量存储系统4包括具有由附图标记5a、5b、5c象征性地表示并且被串联连接的多个电池单体的电池组5，以便提供输出电池电压。电池组5包含大量电池单体，适当地大小为50-500个单体，但是具体数量可以根据能量存储系统4的规格而变化。虽然本发明的原理同样适用于其他类型的电池单体，但是根据该实施例，电池单体5a、5b、5c是锂离子类型的电池单体。
另外，尽管该实施例包括一个单独的电池组，但是应当注意的是，本发明也适用于在一个单独的车辆中组合两个或更多个电池组的情况。
如上面参考图1所述的，电池组5连接到电机2并且被配置用于操作所述电机2，该电机2继而操作所讨论的车辆。此外，电池组5连接到车载充电单元11，以便当充电单元11被连接到外部电力供应10时允许电池组5充电。外部电力供应10通常被配置用于供应400V AC三相电压。充电单元11通常向电池组5供应700V DC的电压。然而，在本发明的范围内，诸如车外充电单元的替代物的规格是可能的。
此外，能量存储系统4包括连接到控制单元7的传感器单元6。传感器单元6被配置用于测量与电池组5相关联的某些参数。根据实施例，传感器单元6被配置用于测量每个电池单体的单体电压(V)和整个电池组5的电压。此外，传感器单元6被配置用于测量电池电流(I)，即，流过串联连接的电池单体5a、5b、5c的电流、以及电池组5的温度(T)。所测量的温度值表示电池组5内的合适位置处的温度，可替选地在电池组5内的不同位置处测量的若干个温度值的平均值。
电流、电压和温度的上述测量是利用合适的传感器设备生成的，这些传感器设备在附图中未被详细地示出。此外，在本发明的上下文中控制单元7的目的是为了用作电池管理单元，该电池管理单元控制电池组5的操作并且还关于诸如其充电状态(SOC)、健康的状态(SOH)和类似参数的某些参数来监视电池组5的状况。
控制单元7还被配置为控制电池组5的充电过程。适当地，控制单元7还能够被配置为实现电池单体平衡过程，该电池单体平衡过程是先前已知这样的并且当在时间过程期间诸如电池组5中的不同电池单体5a、5b、5c的电压的某些参数在单体之间不同时被需要。如果不进行单体平衡，则可能导致电池性能下降。
现在将描述用于确定电池组5的充电状态(SOC)的过程。根据第一实施例，能够利用传感器单元6提供每个电池单体5a、5b、5c的电压的测量(即，产生测量的电压值Vmeas)以及电池组5的电池电流的测量(即，产生测量的电流值lmeas)。另外，优选地利用传感器单元6来确定整个电池组5的电压。如前已知的，这种测量能够被用于确定电池组5以及其电池单体的充电状态(SOC)。在这方面，应当注意的是，使用电池电压或电池电流中的任何一个用于确定充电状态(即，代替了一起使用电池电压和电池电流两者的测量)对于本发明可能是足够的，但是使用两者可以提供更高等级的精确性。
另外，根据该实施例，并且为了进一步改进用于确定充电状态的过程的精确性，还可以利用传感器单元6提供测量的温度值Tmeas，并且将其使用在用于确定电池组4的充电状态的过程中。除了电压或电流测量之外，通过使用所测量的温度值Tmeas，提供了改进的精确性。
总之，为了在确定充电状态(SOC)时提供非常高程度的精确性，单体电压V和电池电流I两者的测量以及电池温度T的测量以组合的方式被使用，以确定电池组4的充电状态(SOC)。下面将更详细地描述这种实施例。
根据所述实施例，表示在使用电池组5期间的估计的电池单体电压Vest的值是利用适于所谓的等效电路类型的单体模型来确定的。这种类型的单体模型通常从不同的技术领域中已知，并且被用于描述给定电路的电特性，以便简化与所讨论的电路相关的计算。可以根据该实施例使用的单体模型以图2中的示意性方式用附图标记7a示出，即以形成控制单元7的部分的单体模型7a的形式示出。使用以等效电路类型的形式的单体模型意指能够利用微分方程来简化与电路相关的计算。
根据另一实施例，本发明能够利用诸如电化学模型的另一类型的单体模型来实现，其中能够使用偏微分方程或微分代数方程来简化所讨论的电路的计算。
此外，如图3所示，电池单体5a、5b、5c的等效电路的单体模型7a能够由诸如电阻器和电容器的无源元件组成，其在表示电池单体的开路电压Voc的两个端子和表示电池单元的估计电压值Vest的两个端子之间示意性地连接。单体模型与控制单元7相关联。因此，图3中的电阻R0与电池单体5a、5b、5c的欧姆电阻相对应，而且并联耦合电阻R1和电容器C1能够被看作表示电池单元的短期特性并且并联耦合电阻R2和电容器C2能够被看作表示电池单元5a的长期特性。
如上所述，众所周知，充电状态(SOC)是电池单体5a、5b、5c的开路电压Voc的函数。这意指来自指示充电状态的先前点时间的值SOCprev能够用于确定图3中示出的单体模型7b的开路电压(Voc)。现在假设单体模型7a中的电阻器R0、R1、R2和电容器C1、C2的所有值是已知的，并且还考虑到传感器单元6(参见图2)提供了测量的电池电流lmeas的值，电池单体5a、5b、5c的端子电压Vest的估计值能够由控制单元7进行计算。
接下来，传感器单元6提供了电池单体5a、5b、5c的测量电压Vmeas的值，并且将该值馈送到控制单元7。将所测量的电压值Vmeas与所估计的电压值Vest进行比较。如果所测量的电压值Vmeas与所估计的电压值Vest不同，则能够假设充电状态值SOCes是不正确的并且需要更新。
利用所谓的观察器函数来执行充电状态值的更新，该观察器函数是先前已知的函数，并且用于确定随时间观察和更新的变量的估计。根据实施例，观察器函数由卡尔曼滤波器构成。返回参考图2，这被示意性地描述为具有附图标记7b并且与控制单元7相关联的观察器模块。
本发明不限于仅以上述卡尔曼滤波器形式的观察器函数。事实上，根据进一步的实施例，本发明能够利用以所谓的Luenberger观察器或滑动模式观察器或诸如扩展卡尔曼滤波器和无迹卡尔曼滤波器的卡尔曼滤波器的变体形式的观察器函数来实现。
要在观察器模块7b中使用的卡尔曼滤波器的一般结构包括表示先前充电状态值SOCprev(即，在时间上的先前点处登记的)的因子并且根据如由传感器单元6提供的电池电流Imeas和电池温度Tmeas的测量值而起作用。卡尔曼滤波器的函数还包括控制充电状态(SOC)更新的所谓影响因子。更确切地说，影响因子的值被使用在卡尔曼滤波器中，以便控制由于新估计的充电状态值SOCest而应当更新电荷状态估计的程度。换句话说，影响因子确定了到将以何种程度在更新充电状态期间考虑延伸测量电压值Vmeas、测量电流值Imeas、和测量温度值Tmeas。
根据实施例，观察器函数能够被布置有以下结构：
xest＝xest(t-dt)+f1(xest，umeas)·dt+K·(ymeas-f2(xest))
其中状态变量xest是基于单体模型中RC电路上(参见图3)的充电状态(SOC)值和电压的值，其中输入变量umeas是基于测量的电池单体电流Imeas和测量的电池组温度Tmeas。另外，输出变量ymeas是基于单体端子电压Vmeas。最后，所谓的观察器增益K是基于上述影响因子的函数。
与来自单体模型7a本身的影响的量相反，来自测量值Vmeas、Tmeas对更新充电状态的影响的量将利用观察器函数中的影响因子来确定。这意指一方面测量值以及另一方面单体模型7a在用于更新充电状态的过程中能够被赋予不同的优先级。否则，如果在更新充电状态时仅考虑测量值，则由于测量误差将存在不精确性，并且如果仅考虑单体模型7a，则由于在一段时间之后需要用于校准单体模型7a而因此将存在不精确性。处于此原因，影响因子能够被用于充电状态的更新过程，以便提供高等级的精确性。
参考图4，现在将利用流程图描述更新过程，其中假设所述过程从电池组5的初始充电状态值SOC1开始。这对应于在其中电池组5已经充电到该初始值SOC1的时段之后开始车辆1(参见图1)的操作的情况。在图4中利用附图标记12指示这种情况。
下一步骤(参考标号13)是在控制单元7中提供了表示电池组4的所测量的电池电流Imeas和所测量的温度Tmeas，以及先前的充电状态值SOCprev的、到单体模型7a的输入值(参考标号14)。在第一次执行图4中示出的过程时，“先前的”充电状态值显然是不可获得的，但是在执行该过程的所有后续情况期间“先前的”充电状态值是可获得的。换句话说，值SOCprev等于过程启动时的值SOC1。
接下来，如前面所描述的，上述单体模型7a被用于估计电池单体5a、5b、5c(参考标号14)的电压值Vest。
接下来(参考标号15)，将所估计的电池单体电压值Vest与所测量的电池单体电压值Vmeas进行比较，使得以便更新充电状态(SOC)。该过程是基于观察器函数(参考标号16)的，即利用上述控制单元7中的观察器模块7b。此外，如上所述，观察器函数包括在更新充电状态的过程中，用于一方面控制测量值的影响以及另一方面控制单体模型7a的影响的影响因子。能够说该影响因子表示在更新过程中使用的充电状态的误差。
根据实施例，观察器函数的影响因子由单体模型7a中的误差根据单体模型7a的参数(参考标号17)来确定。因此，单体模型7a的参数化导致了主要以随机噪声形式的某些误差，该随机噪声能够被分类成两种类型，即过程噪声或测量噪声。该过程噪声例如以图3中示出的RC电路中的噪声的形式源自单体模型7a，而该测量噪声源自单体端子电压、电池电流、和电池温度的实际测量。
此外，并且如上所述，观察器函数适当地是卡尔曼滤波器函数，其中能够利用在测量电池组的所述电流Imeas、温度Tmeas、和电压Vmeas时发生的测量噪声和过程噪声的协方差来确定影响因子。协方差能够说与用于充电阶段的更新过程的预测结果的估计的不确定性相对应。
如上所述，单体模型7a的参数化被用于确定影响因子。这能够例如被用于使影响因子适应电池组5的温度。如果电池组5具有相对低的温度，则影响因子被设定使得根据单体模型7a的对更新充电状态的影响相对低。换句话说，测量比单体模型7a更受信任。另一方面，如果电池组5具有相对高的温度，则影响因子被设定使得来自单体模型7a的对更新充电状态的影响相对高。通常，观察器函数中的影响因子能够被用于限制充电状态值的更新。
另外，能够基于所述电池组5的温度控制影响因子，使得在预定温度间隔处允许对估计的充电状态(SOC)进行相对大的调整。以这种方式，能够选择温度间隔用于允许这种大的调整。
另外，能够基于各种参数来控制影响因子，以便确定赋予与单体模型参数相关的电压、电流和温度的测量的优先级。通常，能够注意的而是，观察器增益函数K(见上文)是基于影响因子的函数。该影响因子由单体模型的某些参数(特别是单体模型的电池电流、电池温度以及不同阶段的电压)来定义。
此外，在更新阶段中在卡尔曼滤波器中计算观测器增益函数K。这样的更新阶段如先前已知的。此外，过程噪声的协方差和测量噪声的协方差影响了观察器增益函数K。更确切地说，过程噪声和测量噪声的协方差反映了单体模型中和测量中的不确定性等级。如果修改了过程噪声的协方差或测量噪声的协方差中的任何一个，则这将影响卡尔曼滤波器中的预测状态，即SOC值。这意指能够改变影响因子，以便根据上述参数影响过程噪声的协方差和测量噪声的协方差。
应当理解的是，本发明不限于上述和在附图中图示的实施例；相反，技术人员将认识到可以在所附权利要求的范围内进行许多变化和修改。
例如，图1中示出的车辆1被布置为仅利用电机操作。根据另一实施例(图中未示出)，车辆可以是混合动力车辆，例如配备有内燃机和电机的所谓的插电式混合动力车辆。
此外，能够以各种方式来设计单体模型：即，使用具有根据所讨论的电池组的结构并根据关于电池组的控制过程的需要的变化的值的不同类型的RC分支。

Claims (10)

1.一种用于确定包括至少一个电池单体(5a、5b、5c)的可充电电池组(5)的充电状态(SOC)的方法，所述方法包括以下步骤：
-为所述电池组(5)提供初始充电状态值(SOC1)；
-使用基于至少表示所述电池组(5)的测量电压(Vmeas)的输入值的单体模型(7a)来估计电池单体电压值(Vest)；
-将所估计的电池单体电压值(Vest)与用于所述至少一个电池单体(5a、5b、5c)的所测量的电池单体电压值(Vmeas)进行比较；以及
-基于比较的步骤并通过使用观察器模块(7b)，来确定估计的充电状态值(SOCest)，以从初始充电状态值(SOC1)更新充电状态(SOC)；以及
-利用影响因子来限制充电状态(SOC)值的所述更新；
其特征在于：
-所述观察器模块(7b)包括所述影响因子，所述影响因子表示基于所述单体模型(7a)的参数化的充电状态(SOC)中的误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
-通过在测量所述电池组(5)的温度(Tmeas)和电压(Vmeas)期间发生的测量噪声和单体模型噪声定义的过程噪声的协方差来确定所述影响因子。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
-以卡尔曼滤波器的形式来提供所述观察器模块。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
-使用基于还表示先前估计的充电状态值(SOCprev)的值的单体模型来估计所述电池单体电压值(Vest)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
-以包括电阻器(R0、R1、R2)和电容器(C1、C2)的等效电路模型的形式来定义所述单体模型(7a)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
-基于所述电池组(5)的温度(T)控制所述影响因子。
7.一种用于确定包括至少一个电池单体(5a、5b、5c)的可充电电池组(5)的充电状态(SOC)的装置，所述装置包括：
-传感器单元(6)，所述传感器单元(6)用于提供至少表示所述电池组(5)的测量电压(Vmeas)的测量值；
-控制单元(7)，所述控制单元(7)连接到所述传感器单元(6)并且被配置用于提供初始充电状态值(SOC1)并且被配置用于使用基于所述测量值的单体模型(7a)来估计电池单体电压值(Vest)，以及被配置用于将所估计的电池单体电压值(Vest)与用于所述至少一个电池单体(5a、5b、5c)的所测量的电池单体电压值(Vmeas)进行比较；以及
-观察器模块(7b)，所述观察器模块(7b)与所述控制单元(7)相关联并且允许所述控制单元(7)通过基于比较的步骤和通过使用所述观察器模块(7b)来确定估计的充电状态值(SOCest)，从而更新充电状态(SOC)；
其特征在于，所述控制单元(7)被配置用于利用在所述观察器模块(7b)中使用的影响因子来限制充电状态(SOC)值的所述更新，所述影响因子表示基于所述单体模型(7a)的参数化的充电状态(SOC)中的误差。
8.一种包括根据权利要求7所述的装置的车辆(1)。
9.一种承载包括程序代码装置的计算机程序的计算机可读介质，所述程序代码装置用于当所述程序产品在计算机上运行时执行权利要求1-6中任一项所述的方法中的步骤。
10.一种用于确定可充电电池组(5)的充电状态(SOC)的控制单元(7)，所述控制单元(7)被配置为执行根据权利要求1-6中任一项所述的方法的步骤。
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