CN110750849A - 确定驱动电池的寿命的方法、计算机程序产品和预测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定船的驱动电池(12)的使用寿命的方法，所述方法包括以下步骤：‑确定船的系统配置和/或运行条件；‑提供驱动电池模型，所述驱动电池模型根据系统配置和/或运行条件说明驱动电池(12)在时间推移中的老化状态；‑确定至少一个条件，所述条件规定达到驱动电池(12)的寿命终止状态；以及‑基于驱动电池模型来计算直至达到寿命终止状态的持续时间。

Description

确定驱动电池的寿命的方法、计算机程序产品和预测系统
技术领域
本发明涉及一种用于确定交通工具、尤其船的驱动电池的使用寿命的方法，用于执行所述方法的计算机程序产品以及具有这种计算机程序产品的预测系统。
背景技术
电驱动的水运交通工具、尤其船构造成具有例如呈驱动电池的形式的可重新充电的电储能器，所述电储能器存储电能并且根据需要提供所述电能以供给电驱动发动机。这种储能器是成本密集的并且典型地具有与水运交通工具或电驱动系统自身的使用寿命相比更短的使用寿命。
电储能器经受物理老化，所述物理老化随着增加的运行持续时间和时间引起下降的有效功率。因此，电驱动系统的按规定的和可靠的运行与储能器的老化状态或随着增长的年龄和运行时间下降的可用性相关。电储能器的老化效果与多个不同因素相关。一般地，可以在涉及船的使用环境的、所谓的外部因素与运行引起的、所谓的内部因素之间进行区分。影响老化效果的外部因素例如是使用区域的气候条件、尤其环境温度和空气湿度。内部因素例如包括充电和放电周期的数量、储能器的年龄、储能器的运行温度等。
从现有技术中已知用于确定电储能器的老化状态、即可用性的多种方法。作为用于老化状态的特征因数(英文：“State of Health(健康状况)”，简称SOH)例如可以考虑存储能力相对于储能器的新状态的下降。用于精确确定可用性的一般已知的方法提出，首先将电储能器完全充电并且接着完全放电，以便测量当前的存储能力。在少数成本密集和时间密集的方法中已知，测量储能器的内电阻，以便接着确定当前的老化状态，也就是说实际老化状态。
为了确保电驱动系统的符合使用的和成本优化的设计方案，应该尤其使电储能器匹配于船的特定的使用条件和所设置的使用性能。相应地，电驱动系统的优化设计需要在运行持续时间中对储能器的老化状态的可靠的预测。换言之，存在对于如下方法的需求：在运行期间在时间推移中预测储能器的老化状态。
这种方法应有利地适合于，在储能器真正投入运行之前已经可靠地预测储能器在时间推移中的老化状态。此外，这种方法也应该能够在驱动电池的运行期间使用，以便确定驱动电池的剩余的使用寿命。对于预测老化状态尤其感兴趣的是如下时刻：在所述时刻，储能器的有效功率变得不再符合对所述储能器提出的要求，从而已经到达其使用寿命的终止。当前，将术语“使用寿命”理解为储能器的按规定的运行的从开始至终止的持续时间。
在此，也考虑船上的特别的条件，不仅关于环境条件、而且关于提供最小航程的必要性，所述最小航程能够可靠地实现到达港口或陆地。所述安全性重要的要求可以与对于陆运交通工具的要求不同，在对于陆运交通工具的要求中，过小的航程很少会以威胁生命的情形终止。
从US 2003/065366 A1和US 7,880,438 B1中已知用于确定电池的寿命终止状态的方法，在所述方法中，在记录电池的运行之后在不同时刻测量运行参数、例如输出电压。基于所述测量对剩余的电池使用寿命进行估计。
发明内容
从已知的现有技术出发，本发明的目的是，给出一种改进的方法，所述方法能够实现确定交通工具、尤其船的驱动电池的使用寿命。此外，本发明所基于的目的是，提供一种用于执行这种方法的计算机程序产品和一种预测系统。
所述目的通过一种用于确定交通工具、尤其船的驱动电池的使用寿命的方法，一种计算机程序产品以及一种预测系统来实现。有利的改进方案在下面的描述中得出。
相应地，提出用于确定交通工具、尤其船的驱动电池的使用寿命的方法。所述方法包括以下步骤：确定交通工具的系统配置和/或运行条件；提供根据系统配置和/或运行条件说明驱动电池在时间推移中的老化状态的驱动电池模型；并且确定至少一个条件，所述条件规定达到驱动电池的寿命终止状态。此外，基于驱动电池模型来计算直至达到寿命终止状态的持续时间。
本发明所基于的知识在于，驱动电池的老化经受多个不同因素的影响。除了运行引起的、所谓的内部因素之外，驱动电池的使用寿命还由涉及使用环境的、所谓的外部因素影响。更确切地说，本发明已经认识到，对于可靠地求取驱动电池的使用寿命应考虑交通工具的所设定的使用和所设定的使用性能，这涉及使用的类型、强度和地点。相应地，在所提出的方法中，确定系统配置和/或运行条件，借助于所述系统配置和/或运行条件可描绘交通工具的所设定的使用和所设定的使用性能。此外提出提供驱动电池模型，所述驱动电池模型使用在所述方法中确定的系统配置和/或确定的运行条件作为输入参数，以便说明进而预测驱动电池在时间推移中的老化状态。结果是，因此所述方法能够实现根据所设定的使用和所设定的使用性能来确定交通工具的驱动电池的使用寿命。
与从现有技术已知的方法相比，通过在此提出的解决方案能够在计算驱动电池的使用寿命时考虑多个不同的、至今未考虑的因素。这能够实现用户特定地和使用特定地确定驱动电池的使用寿命，这改进所述方法的可靠性和精确性。
此外，所提出的方法能够实现，也能够在驱动电池投入使用之前已经确定驱动电池的使用寿命。这通过如下方式实现：所述方法利用驱动电池模型，所述驱动电池模型基于在方法中确定的系统配置和/或运行条件来计算直至达到寿命终止状态的持续时间。所述方法例如可以由预测系统或例如呈计算机程序产品的形式的预测工具执行，所述预测系统或预测工具在驱动电池投入使用之前已经计算或在驱动电池运行时计算直至达到驱动电池的寿命终止状态的持续时间。替选地或附加地，所述方法可以由交通工具的驱动系统中的控制单元或电池管理系统实施，以便在驱动电池运行期间监控老化状态。
当前，将术语“系统配置”理解为电驱动的交通工具的、尤其电驱动系统连同驱动电池的结构上的和功能上的构造。尤其其中包括各个系统部件的结构上的和功能上的设计方案以及其共同作用。
电驱动的交通工具、尤其船的基本构造对于本领域技术人员从现有技术中已知并且因此在此不详细描述。一般地，电驱动的交通工具包括具有至少一个驱动电池的电驱动系统，所述驱动电池与一个或多个消耗器、尤其至少一个驱动发动机连接，并且为所述消耗器供给电能。此外，在交通工具中使用的驱动电池的数量和类型以及其互连与交通工具的和其中构建的电消耗器的类型、所设定的使用和典型的应用情况相关。
驱动电池通常包括可以彼此不同地连接的多个电池单元。相应地，交通工具也可以具有可以同样以不同的方式彼此连接的多个驱动电池。各个驱动电池或驱动电池之内的电池单元的并联连接提高其存储容量和电流负载能力。与此相对，通过各个驱动电池或电池单元的串联互连提高输出电压。
确定系统配置的方法步骤可以相应地包括确定驱动电池的数量和/或各个驱动电池的电池类型和/或驱动电池的互连的类型。替选地或附加地，可以确定各个驱动电池中的电池单元的数量和/或各个驱动电池之内的电池单元的互连的方式。此外，可以确定与至少一个驱动电池连接的消耗器的数量和类型，尤其确定至少一个驱动发动机和/或另外的消耗器。
此外，驱动电池的老化通过充电的方式和方法影响。在此，用于给驱动电池充电的充电设备关于驱动电池的充电过程进行说明。相应地，确定系统配置的方法步骤可以包括确定设为用于使用的或所使用的充电设备。
为了减小驱动电池的热负荷，电驱动系统可以包括冷却装置。冷却装置可以设定用于，尤其在电驱动系统运行时或在驱动电池的充电过程中冷却驱动电池。此外，确定系统配置的方法步骤可以包括确定用于驱动电池的冷却装置的存在和/或类型和/或冷却功率。
在本公开的上下文中，术语“运行条件”涉及关于交通工具、尤其驱动电池的运行和使用的方式、强度和地点。运行条件涉及影响驱动电池的老化的外部因素和内部因素。
确定运行条件的方法步骤可以包括确定交通工具的所设定的使用区域和/或所设定的使用区域的气候条件、尤其气候概况。以这种方式，可以确定关于交通工具的所设定的使用区域中的环境温度和空气湿度的信息，将其提供给驱动电池模型，并且因此在确定驱动电池的使用寿命时考虑所述信息。
替选地或附加地，可以确定在驱动电池中的当前的温度(vorherrschendenTemperatur)和/或温度限制。对于驱动电池的温度限制可以例如通过设置用于驱动电池的冷却装置来预设。
此外，驱动电池的运行周期可以尤其关于其充电和放电过程来确定。特别地，确定充电过程的步骤可以包括确定充电最终电压和/或尤其在存在用于驱动电池的冷却装置的情况下在驱动电池中当前的最大电池单元温度和/或充电电流。在确定放电过程时，可以确定放电深度，和/或尤其在存在用于驱动电池的冷却装置的情况下在驱动电池中当前的最大电池单元温度，和/或平均的和/或最大的功率输出，和/或相对于整个放电持续时间的最大功率输出的持续时间。此外，放电或充电周期的推测的数量可以尤其关于所确定的时间段来确定。例如，在该上下文中，可以为预先限定的时间段、优选为季度确定放电或充电周期的推测的平均数量。放电或充电周期的平均数量可以对于不同的预先限定的时间段不同。
替选地或附加地，确定运行条件的方法步骤可以包括确定驱动电池的存放条件。当前，在存放条件下描述存放交通工具、尤其船或驱动电池的方式和环境。存放描述交通工具或驱动电池的如下状态：在所述状态中，所述交通工具或驱动电池不处于使用或运行中。在该上下文中可以确定：在哪种环境中，尤其在哪种环境条件、例如环境温度下进行存放。替选地或附加地可以确定：在存放时，驱动电池处于哪种充电状态(英文：“State ofCharge”，简称SOC)中。
交通工具的使用及其环境条件典型地根据季节或年进程而变化。为了尽可能精确地和接近实际地确定运行条件并且同时将信息的处理和确定保持得简单，该方法在一个改进方案中提出，为各个季节划分运行条件的确定。优选地确定运行参数，使得对于日历年的各个季度或月份分别提出关于运行条件的信息。相应地，尽可能符合使用地描绘并且以简单的方式提出对于交通工具或驱动电池的使用的运行条件。
优选地基于通过交通工具的用户传输的信息来进行确定系统配置和/或运行条件的方法步骤。替选地或附加地，可以基于类似的和/或较早的应用情况的数据来确定系统配置和/或运行条件。此外，可以基于已经确定的或存在的信息来确定系统配置和/或运行条件。
如上所述，确定的系统配置和确定的运行条件用作为用于驱动电池模型的输入参数。然后，基于所述信息，借助于驱动电池模型来计算驱动电池在时间推移中的老化状态，即驱动电池的老化状态或可用性关于时间的变化。
驱动电池模型优选是描绘驱动电池的老化状态与时间的相关性的数学模型。相应地，驱动电池模型可以描述为函数，所述函数与系统配置、运行条件和时间相关地将驱动电池的老化状态量化。
为了将驱动电池的老化状态或可用性量化，驱动电池模型可以设计用于，基于系统配置和/或运行条件，将涉及驱动电池的老化状态的至少一个参数作为时间的函数说明。至少一个参数优选是用于驱动电池的老化状态或可用性的特征值。替选地或附加地，至少一个参数可以是驱动电池的内电阻和/或可用容量和/或钳位电压和/或自放电特性和/或经过的充电和放电周期的数量。在一个实施方式中，驱动电池模型可以设计用于，首先将驱动电池的内电阻和/或可用容量和/或钳位电压和/或自放电特性和/或经过的充电和放电周期的数量确定为时间的函数，并且根据所述函数来计算用于驱动电池的老化状态或可用性的特征值。特征值可以例如以百分比说明，其中100％的值在显示在运行开始时或在投入使用之前的状态并且0％的值显示驱动电池的寿命终止状态。
用于老化状态的特征值可以说明相对于驱动电池的初始容量的可用容量。在此，初始容量涉及驱动电池在其使用寿命开始时、即在其投入使用之前的容量。替选地，特征值可以是与用于达到驱动电池的寿命终止状态的充电和放电周期的数量的极限值有关的已经经过的充电和放电周期的数量。
如上所述，驱动电池模型可以设计用于，提供对于驱动电池在运行时间的推移中的老化状态的预测。典型地，在预测的结果与实际出现的结果之间存在预测固有的偏差，所述偏差通常关于预测的初始时刻随着增加的时间间隔而增加。为了将所述偏差考虑进去，驱动电池模型可以设计用于，与时间相关地说明对于老化状态、尤其对于至少一个参数的值范围，其中尤其值范围的宽度在时间推移中变大。换言之，驱动电池模型可以设计用于，对于在使用寿命之内的各个时刻说明对于老化状态的值范围。
此外，所提出的方法包括确定至少一个条件的步骤，所述条件规定达到驱动电池的寿命终止状态(英文：end-of-life(EOL)-state)。通过所述方法步骤将如下情况考虑进去：对于交通工具的不同的使用和应用情况分别可以限定不同的、客户特定的和应用特定的寿命终止状态。如果驱动电池的有效功率变得不再符合对驱动电池提出的要求从而不再能够确保交通工具的可靠的和符合使用的运行，那么一般存在驱动电池的寿命终止状态。例如，当尤其在预设恒定的放电持续功率的条件下驱动电池的相对于初始容量的可用容量低于例如基本上为80％或87％的值时，可以对于交通工具的确定的应用情况达到驱动电池的寿命终止状态。
在所述方法的一个实施方式中，确定至少一个条件可以包括确定对于老化状态、尤其至少一个参数的极限值。所述极限值优选地形成用于老化状态、尤其至少一个参数的值，在达到所述值时存在驱动电池的寿命终止状态。为此，方法可以附加地包括确定用于老化状态的极限值的步骤，在所述步骤中，基于在所述方法中确定的至少一个条件来确定极限值。例如可以通过驱动电池模型来进行所述方法步骤。换言之，驱动电池模型可以设计用于，基于在所述方法中确定的至少一个条件来确定用于老化状态、尤其至少一个参数的极限值。相应地，可以在计算直至达到寿命终止状态的持续时间的方法步骤中确定：在哪个时间段之后或在哪个时刻达到极限值。
为了验证所述方法、尤其驱动电池模型，可以在交通工具的使用寿命期间在特定的时刻在驱动电池处测量所说明的老化状态或至少一个所说明的参数并且将其与预测的值进行比较。相应地，方法可以包括在驱动电池处测量老化状态或至少一个参数的步骤。此外，可以在所测量的值与通过驱动电池模型说明的或计算出的值之间进行比较。因此，为了改进方法，可以基于在计算出的值与所测量的值之间的比较来调整驱动电池模型。在成功地调整方法、尤其驱动电池模型之后，可以借助于方法来重新确定驱动电池的使用寿命。通过在用于老化状态的计算出的值与所测量的值之间的比较以及方法的、尤其驱动电池模型的以其为依据的调整，能够不仅应用特定地而且应用全面地提高确定驱动电池的使用寿命的精确性和可靠性。
可以通过如下方式进行验证：在驱动电池的使用寿命期间的一个或多个时刻或终止时测量通过驱动电池模型说明的用于老化状态、尤其至少一个参数的值，并且将所述值用于调整方法、尤其驱动电池模型。更确切地说，可以在驱动电池的充电过程期间和/或驱动电池的维护期间和/或在计算出的使用寿命结束之后测量通过驱动电池模型说明的或计算出的老化状态、尤其至少一个参数。在此，可以在上述测量中的每个测量之后验证和调整所述方法并且接着重新确定驱动电池的使用寿命。
在所述方法的一个改进方案中，可以在驱动电池的使用寿命期间记录运行条件。在一个实施方式中，确定运行条件的方法步骤可以包括在驱动电池的使用寿命期间记录所述运行条件。将所记录的运行条件优选地用于，验证并且根据需要调整先前或初始确定的运行条件和/或驱动电池模型。接着，那么基于调整的运行条件和/或调整的驱动电池模型重新确定驱动电池的使用寿命。以这种方式，能够进一步改进所述方法的精确性和可靠性。
在一个改进方案中，涉及运行条件的至少一个参数可以划分成不同的值范围，并且可以在驱动电池的使用寿命中记录驱动电池在通过值范围规定的运行状态中的每个运行状态中的总运行时间。因此，可以进行运行条件的有效的记录，所述记录能够实现在数据量相对小的情况下的大范围的评估。可以在不同时刻或在不同频率中记录待记录的参数。
此外，本公开涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有存储在机器可读的数据载体上的程序代码，所述程序代码用于当由数据处理设备实施计算机程序产品时，执行前述方法。因此，上面的针对所述方法的技术特征相应地涉及在此描述的用于执行所述方法的计算机程序产品。
此外，提供一种用于确定交通工具、尤其船的驱动电池的使用寿命的预测系统，所述预测系统包括数据载体，在所述数据载体上存储有前述计算机程序产品。此外，预测系统包括用于实施存储在数据载体上的计算机程序产品的预测单元、尤其数据处理设备。因此，针对计算机程序产品的技术特征相应地涉及在此描述的预测系统。
预测单元的数据载体可以包括在网络服务器中。预测单元可以设计用于，分散地访问网络服务器并且运行存储在数据载体上的计算机程序产品并且相应地运行前述用于确定交通工具的驱动电池的使用寿命的方法。
附图说明
本发明的优选的另外的实施方式通过下面对附图的描述来详细阐述。在此，示意性示出：
图1示出电驱动的船的电驱动系统以及用于确定驱动系统的驱动电池的使用寿命的预测系统；
图2示出待通过预测系统实施的用于确定驱动电池的使用寿命的方法；
图3至图5示出图表，所述图表示出通过方法计算出的用于驱动电池在时间推移中的老化状态的参数和特征值；以及
图6示出驱动电池模型的实施方式。
具体实施方式
以下根据附图描述优选的实施例。
图1示意性地示出用于船的呈外部船外发动机的形式的电驱动系统10。电驱动系统10包括驱动电池12，所述驱动电池与驱动船螺旋桨14的驱动发动机16以及电驱动系统10的另外的在此未示出的电消耗器连接并且为其供给电能。驱动电池12可拆卸地固定在电驱动系统10的壳体18中。此外，驱动系统10包括电池管理系统20，所述电池管理系统与在电驱动系统10处对于用户可见地安置的显示器连接并且设计用于，求取并且在显示器上显示驱动电池12的特征值，例如当前的老化状态，即驱动电池12的可用性(简称：SOH值)，驱动电池12的推测的或剩余的使用寿命，驱动电池12的充电状态(简称：SOC值)等。
驱动系统10具有接口22，驱动电池12经由所述接口可与充电设备24连接以用于充电。充电设备24设计用于，测量驱动电池12的涉及老化状态的至少一个参数并且经由接口22将用于参数的所测量的值以及相应的测量的时刻传输给电池管理系统20。特别地，充电设备24设计用于，测量驱动电池12的随着驱动电池12的增长的老化状态而增加的内电阻。
此外，接口22设计用于，将驱动系统10与测量设备26连接，所述测量设备设计用于，求取显示当前的老化状态的至少一个参数或特征值并且将如此求取的值传输到电池管理系统20上。更确切地说，测量设备26设计用于，测量驱动电池12的可用容量和内电阻并且将可用容量和内电阻与测量的时刻一起经由接口22传输给电池管理系统20。这例如可以通过如下方式进行：测量设备26首先对驱动电池12完全充电并且接着以预设的恒定的放电持续功率完全放电。换言之，通过测量设备26测量可用容量，可以基于所述可用容量来确定驱动电池12的实际老化状态。替选地，测量设备26可以设计用于实施其他合适的测量方法。
经由接口22在电驱动系统10、尤其电池管理系统20分别与充电设备24和测量设备26之间交换信息在图1中通过虚线28表明。
此外，在图1中示出预测系统30，所述预测系统设计用于确定驱动电池12的使用寿命。预测系统30包括呈数据处理设备的形式的预测单元32，如在图1中通过虚线34表明，所述预测单元可经由接口22或在此未示出的其他接口与驱动系统10连接以交换信息。此外，如在图1中通过另一虚线36表明，预测单元32可不仅与充电设备24、而且与测量设备26连接以交换信息。更确切地说，预测单元32设计用于，接收由充电设备24和测量设备26测量的用于涉及驱动电池12的老化状态的参数的值。
此外，预测系统30包括具有机器可读的数据载体40的网络服务器38，在所述数据载体上存储有计算机程序产品。如通过另一虚线42在图1中表明，预测单元32与网络服务器38连接，并且设计用于，访问包含在数据载体40中的计算机程序产品并且运行所述计算机程序产品。计算机程序产品是基于网络的软件，预测单元32可以访问所述软件以执行用于确定驱动电池12的使用寿命的方法。换言之，计算机程序产品包括存储在数据载体上的程序代码，所述程序代码用于当由预测单元32运行计算机程序产品时执行用于确定驱动电池的使用寿命的方法。
预测单元32尤其是例如呈个人计算机的形式的分散的数据处理设备，所述个人计算机访问网络服务器以运行计算机程序产品。换言之，预测单元32设计用于，分散地访问网络服务器38，以便运行存储在数据载体40上的计算机程序产品。这具有如下优点：能够在中央管理并且调整计算机程序产品进而基于所述计算机程序产品的用于确定老化状态的方法。
以下参考图2更详细地阐述待通过预测单元32执行的用于确定驱动电池12的使用寿命的方法。在此，可以由用户在投入使用之前或在驱动电池12运行期间操作预测单元32，以便执行用于确定驱动电池12的使用寿命的方法。换言之，通过由预测单元32实施所述方法，预测单元32计算：在哪个推测的运行时间之后达到驱动电池12的寿命终止状态。
基于驱动电池12的高的购置成本，已知的是，在购买电驱动系统10时租用或出租驱动电池12。通过预测单元32计算驱动电池12的推测的使用寿命，所述预测单元可以提供用于计算客户特定的和使用特定的金融模型的基础。此外，预测单元32提供电驱动系统、尤其驱动电池的符合使用的和成本优化的设计方案的可能性。
在图2中示出的方法中，使用特定地且顾客特定地计算直至达到寿命终止状态的持续时间。这通过如下方式确保：在所述方法中参照船或电驱动系统10的系统配置和运行条件执行计算。相应地，方法包括确定船的系统配置和运行条件的第一步骤S1。
在本实施例中，这通过将涉及系统配置和运行条件的数据输入到预测单元32中进行。为此，预测单元32包括图形用户界面和输入装置，经由所述图形用户界面和输入装置，用户将涉及系统配置和运行条件的数据输入到预测单元32中。
在步骤S1中的待确定的系统配置方面，通过用户输入数据，这涉及：-驱动电池12的数量；
-相应的驱动电池12的电池类型；
-驱动电池的互连的方式，例如所述驱动电池是否是并联连接的或串联连接的；
-相应的驱动电池12之内的电池单元的数量和互连；
-驱动发动机16的特性、尤其功率，和/或类型；
-驱动电池系统10之内的另外的消耗器，尤其在驱动系统10运行期间另外的消耗器的总功率；
-用于对驱动电池12充电的充电设备24；
-在驱动电池12充电时由充电设备24感生的最大电流强度；和/或
-用于冷却驱动电池12的冷却系统，这确保驱动电池12的最大运行温度。
此外，在步骤S1中在待确定的运行条件方面由用户输入数据，这涉及：
-船的所设定的使用区域或所设定的使用地点，基于所述使用区域和使用地点，预测单元确定温度概况、即温度在一年中的变化曲线；
-驱动电池12之内的应通过冷却装置或加热装置遵循的最高或最低温度；-运行周期的所设定的数量；和/或
-驱动电池12的存放条件。
输入运行周期的所设定的数量可以进行成，使得对于相应的季节，即春季、夏季、秋季和冬季，由用户分别输入运行周期的平均数量。以这种方式，可以对于用户简化运行条件的输入，但是同时能够足够精确地描绘运行条件。例如，用户可以对于每个季节估计和输入每周的运行周期的平均数量。
在所述方法的随后的步骤S2中，提供驱动电池模型，所述驱动电池模型根据系统配置和/或运行条件说明驱动电池12在时间推移中、即与时间相关的老化状态。更确切地说，驱动电池模型涉及数学模型，所述数学模型根据系统配置、运行条件和运行时间将驱动电池12的老化状态量化。驱动电池模型包括在计算机程序产品中。相应地，通过如下方式提供驱动电池模型：预测单元32访问网络服务器38以及存储在网络服务器中的计算机程序产品。
在第三方法步骤S3中，借助于驱动电池模型作为时间的函数计算涉及驱动电池12的老化状态的至少一个参数或特征值。这特别基于在步骤S1中确定的系统配置和运行条件来进行。在此处示出的实施例中，驱动电池模型在时间推移中作为参数计算相对容量，如在图3中示出的，并且计算驱动电池12的内电阻，如在图4中示出的。相对容量描述在预设恒定的放电持续功率的条件下当前可供使用的或可用的容量相对于驱动电池12的初始容量、即在其投入运行之前的容量之间的比值。因此，相对容量形成用于驱动电池12的老化状态的特征值。
图3特别示出图表，在所述图表中示出通过驱动电池模型计算的在时间推移中的相对容量。图表的纵坐标以百分比为单位示出相对容量，并且图表的横坐标以年为单位示出运行时间。如在图3中说明的，因为随着年龄增加，驱动电池12的有效功率下降，所以驱动电池12的可用容量进而相对容量相应地下降。因此，驱动电池12的密集使用与适度使用相比导致相对容量的更快下降。
图4相应地示出图表，在所述图表中示出驱动电池12的通过驱动电池模型计算的在时间推移中的内电阻。图表的纵坐标以mΩ为单位示出内电阻，并且图表的横坐标以年为单位示出运行时间。在此，用于内电阻的增加的值显示驱动电池12的增加的老化。相应地，驱动电池12的密集使用与适度使用相比导致内电阻的更快升高。
如从图3和图4中的图表得出的，驱动电池模型设计用于，对于相应的时刻确定用于参数的应期望的最小值和最大值，所述参数相应地显示驱动电池12的适度的和密集的使用。以这种方式，为用户说明相应的参数在驱动电池12的适度使用和密集使用下的改变。相应地，说明随着增长的时间扩宽的用于参数的值通道或值范围。此外，因此可以在计算参数和特征值时将预测固有的不可靠性考虑进去。
此外，所述方法包括确定至少一个条件的第四步骤S4，所述条件规定达到驱动电池12的寿命终止状态。这通过如下方式进行：用户规定用于通过驱动电池模型计算的至少一个参数的极限值并且将其经由图形用户界面和输入装置传输给预测单元32。因此，所规定的极限值是如下值：所述值显示：当通过驱动电池模型计算的参数达到极限值时，驱动电池12具有寿命终止状态。
在此处示出的实施例中，用户将用于相对容量、即驱动电池12的相对于初始容量的可用容量的极限值规定成显示达到寿命终止状态的条件。如在图3中通过点状线44表明，例如，通过用户规定的极限值可以基本上为87％。换言之，只要在预设的恒定放电电流的情况下驱动电池12的实际可用容量具有驱动电池12的初始容量的87％的值，则达到驱动电池12的寿命终止状态。替选地或附加地，用户可以将用于驱动电池12的内电阻的极限值规定成显示达到寿命终止状态的条件。
然后，在所述方法的另一步骤S5中，基于所规定的条件和计算的作为时间的函数的参数来计算直至达到寿命终止状态的持续时间。为此，如在图5中示出，不仅对于驱动电池12的适度使用、而且对于密集使用分别计算直至达到寿命终止状态、即所规定的极限值的持续时间。
此外，预测单元32设计用于，基于先前计算的参数、尤其相对容量和/或内电阻、和寿命终止状态条件，计算用于在时间推移中的老化状态的另一特征值，即SOH值。计算的在时间推移中的SOH值在根据图5的图表中说明。图表的纵坐标以百分比为单位示出SOH值，其中100％的值说明驱动电池12的初始状态，即在驱动电池12的运行开始时或投入运行之前的初始状态，并且0％的值说明驱动电池12的寿命终止状态。图表的横坐标以年为单位示出运行时间。替选地，基于相应的之前计算的参数、即相对容量和内电阻，可以求取不同的或多个SOH值。例如，可以基于相对容量确定第一SOH值并且基于内电阻确定第二SOH值。为此，对于分别计算的参数规定单独的条件，所述条件显示达到驱动电池12的寿命终止状态。
根据计算的参数，对于运行时间的相应的时刻不仅对于适度使用、而且对于密集使用分别计算SOH值。以这种方式，说明随着时间增长而扩宽的用于SOH值的值通道或值范围。伴随着适度使用与密集使用之间的区别，直至达到寿命终止状态的持续时间相应地改变。因为通过密集使用驱动电池12的老化更快地向前推进，所以驱动电池12的使用寿命相应地更短。如从图5中得出的，通过所述方法的本实施例，在驱动电池12的适度使用时说明大约8年的运行时间并且在密集使用时说明大约6年的运行时间，作为直至达到驱动电池12的寿命终止状态的持续时间。
可以不仅在驱动电池12投入运行之前而且在运行期间执行前述方法步骤S1至S5，以确定驱动电池12的使用寿命、尤其还剩余的使用寿命。
此外，为了验证和调整通过预测单元32计算的使用寿命，在所述方法中提出，在运行期间在驱动电池12处测量通过预测单元32计算的参数，将所测量的值与所预测的值进行比较并且基于所述比较调整用于确定的方法或使用寿命的驱动电池模型。
为此，在方法步骤S6中在驱动电池12处测量涉及老化状态的参数，尤其内电阻和可用容量或相对容量。为了测量驱动电池12的内电阻，驱动系统10与设计用于测量驱动电池12的内电阻的充电设备24或测量设备26连接。这例如可以在充电过程中进行。相应地，为了测量驱动电池12的可用容量，将驱动系统10与设计用于测量可用容量或相对容量的测量设备26连接。可以例如在驱动电池12的维护期间和/或在计算的使用寿命结束之后测量可用容量或相对容量。接着，将通过充电设备24和测量设备26测量的值经由接口22传输到电池管理系统20上并且将其参照在测量的时刻的运行时间存储在所述电池管理系统中。附加地，可以将如此测量的值传输到预测单元32上。在下一步骤中，将通过充电设备24和测量设备26测量的用于涉及老化状态的参数的值与通过预测单元计算出的值进行比较。这借助于预测单元32进行。
此外，电池管理系统20设计用于，在驱动电池12的运行时间、即使用寿命期间测量和记录运行条件。如此测量的数据也称为所谓的“记载数据”(Logging Daten)。如在表格1中示出，为此，首先将表示运行条件的参数、例如驱动电池12的电流值、温度和SOC值划分成不同的值范围。在此，不同的值范围表示驱动电池12的不同的运行状态。基于此，电池管理系统20设计用于，在驱动电池12的使用寿命中在通过值范围规定的运行状态的每个运行状态中记录驱动电池12的总运行时间。
电流 温度 SOC
＜-220A ＜-10℃ ＜5％
-220...-181A -10...0℃ 5..20％
-180...-101A 0...10℃ 20...50％
-100...20A 11...20℃ 50...60％
-20...0A 21...30℃ 60...70％
0...10A 31...40℃ 70...95％
11...60A 41...50℃ 95...100％
61...100A 51...60℃
＞100A ＞60℃
表格1
此外，电池管理系统20设计用于，在周期性时刻、例如每8小时、也在驱动电池12的关断状态中记录表示运行条件的另外的参数，尤其运行周期的数量、单元温度、存放应力、放电程度、包装应力和最大单元差。接着，将通过电池管理系统20记录的参数提供给预测单元32。
预测单元32设计用于，将借助于电池管理系统20记录的值与在方法步骤S1中确定的用于运行条件的值进行比较。
接着，基于在上文中对初始确定的或计算的参数与在运行中测量的或记录的参数之间的比较，在方法步骤S7中调整驱动电池模型和/或所确定的运行参数。这借助于预测系统30进行。以这种方式，可以改进方法的可靠性从而改进计算出的直至达到寿命终止状态的使用寿命的精确性。
然后，在方法步骤S7中成功地调整驱动电池模型和/或所确定的运行参数之后，可以重新实施计算持续时间、尤其直至达到寿命终止状态的剩余持续时间的方法步骤S5。
此外，预测单元32设计用于，基于驱动电池模型计算待通过电池管理系统20推测地记录的涉及表示运行条件的参数的数据和值，并且将其传送到电池管理系统20上。因此，向电池管理系统20传输用于涉及老化状态和表示运行条件的参数的预测的值。
此外，电池管理系统20参照测量的时刻接收由充电设备24和测量设备26测量的用于涉及老化状态的参数的值。如上所述，电池管理系统20在运行期间还记录表示运行条件的参数。
换言之，因此，为电池管理系统20分别提供用于在驱动系统10的运行中的相应的参数的所预测的值和所测量的或所记录的值。在此，电池管理系统20设计用于，在运行期间将所记录的或所测量的值与计算出的值进行比较并且基于所述比较评估：是否推测地遵循通过预测单元32计算出的直至达到寿命终止状态的持续时间。如果在运行的确定的时刻，例如所记录的运行周期的数量超过通过预测单元32预测的运行周期的数量，则电池管理系统20显示：驱动系统10的实际使用相对于原始计划的使用更高，使得直至达到驱动系统12的寿命终止状态的推测的持续时间变得比通过预测单元32计算的持续时间更短。电池管理系统20设计用于，基于所述比较调整通过预测单元32传输的用于直至达到寿命终止状态的持续时间的值并且将如此调整的值经由显示器显示给用户。
此外，电池管理系统20可以设计用于，确定驱动电池12的有效功率。有效功率例如可以是用于船的不同运行状态、例如适度使用或密集使用的航程或运行持续时间。可以基于借助于预测单元32传输的在时间推移中的计算出的或所预测的SOH值或者计算出的或所预测的参数，和/或基于借助于充电设备24或测量设备26测量的参数、尤其相对容量和内电阻，和/或基于由驱动系统10测量的或记录的参数，确定有效功率。可以将确定的有效功率经由显示器显示给船的用户。换言之，可以由电池管理系统20将通过预测单元32预测的值和/或由测量设备26和/或充电设备24测量的值用于，根据船的不同运行模式来确定用于有效功率、尤其航程或运行持续时间的特征值。
图6示出驱动电池模型46的呈方框图的形式的实施方式，所述驱动电池模型包括用于驱动电池12的老化模型。驱动电池模型46尤其包括呈函数或算法的形式的数学模型48，所述数学模型根据多个输入参数计算在时间推移中的涉及驱动电池12的相对容量的第一SOH值、即SOHC，以及涉及驱动电池12的内电阻的第二SOH值、即SOHR。
以下，用于数学模型48的输入参数参照图6更详细地描述。如在图6中通过箭头50表明，向数学模型48传输涉及船的系统配置以及涉及船的使用的运行条件。这可以借助于预测单元32进行。此外，如通过箭头52在图6中表明，向数学模型48传输用于驱动电池12的相对容量rCm和内电阻Rm的所测量的值，所述值由充电设备24和/或测量设备26求取并且传递到驱动电池模型46上。此外，如通过箭头54在图6中表明，将在驱动电池12运行时测量的用于涉及老化状态的参数的值从驱动系统10中读取并且传输给驱动电池模型46。在该上下文中，例如涉及存放时间、存放应力、负载电流、尤其放电电流以及充电流量、单元温度和/或放电程度的值可以由电池管理系统20测量并且传输到驱动电池模型48上。
基于所述输入参数，数学模型48计算驱动电池12在时间推移中的相对容量rC、即rC(t)，并且将所述值传输到第一处理单元56上，所述第一处理单元从中计算在时间推移中的第一SOH值、即SOHC，并且如通过箭头58在图6中表明，输出所述第一SOH值用于进一步处理。此外，将通过数学模型48计算出的用于驱动电池12的相对容量rC(t)的值传输到第二处理单元60上。此外，第二处理单元60接收用于驱动电池12的初始容量Cinitial的值，所述值对应于用于驱动电池12在新的状态中、尤其在投入运行之前的容量的值，并且将所述值与通过数学模型48确定的用于相对容量rC(t)的值相乘。接着，将如此求取的值传送给第三和第四处理单元62、64。第三处理单元62求取驱动电池12在时间推移中的剩余容量、即C(t)，并且如通过箭头66在图6中示出，输出所述剩余容量用于进一步处理。相反，第四处理单元64确定驱动电池12的当前的剩余容量Cactual，并且如通过箭头68在图6中示出，输出所述剩余容量。
此外，数学模型48设计用于，基于上述输入参数确定与时间相关的内电阻升高、即dR(t)，并且将所求取的值传送到第五处理单元70上。第五处理单元70设计用于，计算在时间推移中的第二SOH值、即SOHR，并且如通过箭头72在图6中示出，将其输出用于进一步处理。此外，将通过数学模型48计算出的用于内电阻升高dR(t)的值传输给第六处理单元72。第六处理单元72接收用于驱动电池12的初始内电阻值Rinitial，所述初始内电阻值对应于用于驱动电池在新的状态中、尤其在其投入使用之前的内电阻的值，并且将所述初始内电阻值与用于内电阻升高dR(t)的值相乘。将如此求取的值传送到第七处理单元74上，所述第七处理单元确定驱动电池12在时间推移中的内电阻R(t)，并且如通过箭头76在图6中示出，将其输出用于进一步处理。此外，将通过第六处理单元72求取的值传送到第八处理单元73上，所述第八处理单元求取驱动电池12的当前的内电阻值Ractual，并且如通过箭头80表明，将其输出用于进一步处理。
只要可用，可以将在实施例中示出的所有单独特征彼此组合和/或互换，而不偏离本发明的范围。
附图标记列表
10 电驱动系统
12 驱动电池
14 船螺旋桨
16 驱动发动机
18 壳体
20 电池管理系统
22 接口
24 充电设备
26 测量设备
28 数据交换
30 预测系统
32 预测单元
34、36 数据交换
38 网络服务器
40 数据载体
42 数据交换
44 极限值
46 驱动电池模型
48 数学模型
50、52、54、58、66、68、72、76、80 数据交换
56、60、62、64、70、72、74、78 处理单元

Claims (15)

1.一种用于确定交通工具、尤其船的驱动电池(12)的使用寿命的方法，所述方法包括以下步骤：
-确定所述交通工具的系统配置和/或运行条件；
-提供驱动电池模型(46)，所述驱动电池模型根据所述系统配置和/或所述运行条件来说明所述驱动电池(12)在时间推移中的老化状态；
-确定至少一个条件，所述条件规定达到所述驱动电池(12)的寿命终止状态；以及
-基于所述驱动电池模型(46)计算直至达到所述寿命终止状态的持续时间。
2.根据权利要求1所述的方法，在所述方法中，确定所述系统配置包括确定驱动电池(12)的数量和/或电池类型和/或所述驱动电池的互连和/或所述驱动电池之内的电池单元的数量和互连和/或消耗器、尤其驱动发动机(16)和/或其他消耗器和/或用于所述驱动电池(12)的充电设备(24)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，在所述方法中，确定所述运行条件包括确定所述交通工具的所设定的使用区域和/或所设定的使用区域的气候条件、尤其气候概况和/或在驱动电池(12)中的当前的温度和/或温度限制和/或运行周期、尤其充电和放电过程。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，在所述方法中，所述驱动电池模型(46)基于所述系统配置和/或所述运行条件作为时间的函数说明涉及所述驱动电池(12)的老化状态的至少一个参数。
5.根据权利要求4所述的方法，在所述方法中，所述至少一个参数是用于所述驱动电池(12)的老化状态和/或内电阻和/或可用容量和/或钳位电压和/或自放电特性和/或充电放电周期的数量的特征值。
6.根据权利要求5所述的方法，在所述方法中，用于所述老化状态的特征值说明所述驱动电池(12)的相对于初始容量的可用容量，尤其在预设恒定的放电持续功率的条件下所述驱动电池(12)的相对于初始容量的可用容量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，在所述方法中，所述驱动电池模型(46)说明与时间相关的用于所述老化状态的值范围、尤其用于所述至少一个参数的值范围，其中尤其所述值范围的宽度在时间推移中变大。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，在所述方法中，确定所述至少一个条件包括确定用于所述老化状态的极限值、尤其用于所述至少一个参数的极限值，在达到所述极限值时，存在所述驱动电池(12)的所述寿命终止状态，其中在计算直至达到所述寿命终止状态的持续时间时确定：在哪个时刻达到所述极限值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，在所述方法中，在所述交通工具的使用寿命期间在确定的时刻，在所述驱动电池(12)处测量说明的老化状态或说明的至少一个参数，并且将所述老化状态或所述参数与通过所述驱动电池模型(46)在所述时刻确定的值进行比较，并且基于所述比较调整所述驱动电池模型(46)。
10.根据权利要求9所述的方法，在所述方法中，在所述驱动电池(12)的充电过程和/或维护期间和/或在计算出的使用寿命结束之后，在所述驱动电池(12)处测量通过所述驱动电池模型(46)说明的老化状态或说明的至少一个参数。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，在所述方法中，在所述驱动电池(12)的使用寿命期间记录所述运行条件，并且基于所记录的运行条件调整所述驱动电池模型(46)和/或所确定的运行条件。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，在所述方法中，将所述运行条件的参数划分成不同的值范围，并且在所述驱动电池(12)的使用寿命中在通过所述值范围规定的运行状态中的每个运行状态中，记录所述驱动电池(12)的总运行时间。
13.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有存储在机器可读的数据载体上的程序代码，所述程序代码用于当由数据处理设备运行所述计算机程序产品时，执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
14.一种用于确定交通工具、尤其船的驱动电池(12)的使用寿命的预测系统(30)，所述预测系统包括：
-数据载体(40)，所述数据载体具有存储在所述数据载体上的根据权利要求13所述的计算机程序产品，以及
-预测单元(32)，所述预测单元用于运行存储在所述数据载体(40)上的计算机程序产品。
15.根据权利要求14所述的预测系统，
其中所述数据载体(40)包括在网络服务器(38)中，并且所述预测单元(32)设计用于，分散地访问所述网络服务器，以便运行存储在所述数据载体(40)上的计算机程序产品。
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