CN111095663B - 用于控制可再充电电池的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于可再充电电池（1）的电池管理系统，其包括：a）控制系统（2），配置用于控制；b）数值电池模型（3），包括：i）参数化电模型（31）；ii）参数化热模型（32）；iii）老化模型（33），配置成提供：（1）应力参数，所述应力参数指示电池根据电池的内部温度的期望寿命的瞬时消耗以及输送的功率、电压、电流和电荷的瞬间状态中的一个或多个；（2）更新了的电参数和/或更新了的热参数，所述更新了的电参数和/或更新了的热参数基于如从参数化热模型获得的内部温度的时间顺序；c）控制系统设置更新单元（21），配置成基于应力参数来适配控制器设置。

Description

用于控制可再充电电池的系统和方法
技术领域
本发明涉及可充电电池领域。特别地，它涉及根据独立专利权利要求的用于基于高级诊断和控制的自校准电池模型来控制可再充电电池的方法和电池管理系统。
背景技术
通常形成电池能量存储系统的基础的电化学电池(以下简称为电池)会随着时间而老化(age)。电池老化是复杂的过程，即使电池完全不被利用该过程也发生。随着电池循环，即，反复充电和放电，老化进展得更快。相应的充电/放电循环的影响是随着时间而累积的，并且随着对电池的电化学和热应力(stress)增加，例如，经由更高速率的充电或放电或者过低或过高的电荷状态，所有这些都在某种程度上导致电池单元(cell)内部不可逆的物理和化学变化，所述相应的充电/放电循环对老化的影响更大。因此，老化行为在很大程度上取决于电池的单元设计和化学性质(chemistry)，而还取决于操作电池所依据的方式。老化导致损耗增加，但更重要的是，它会降低电池容纳电荷的容量，这进而降低电池可提供的功率和能量两者。由于功率和能量是旨在由电池提供的服务的关键方面，因此需要在各个阶段(特别是在设计时期)认真考虑老化效应。
例如，由J.Schmalstieg等人在Journal of Power Sources 257(2014)，325-334中的“A holistic ageing model for Li(NiMnCo)O2 based 18650 lithium-ionbatteries”中已经描述了用于分析老化行为的模型；其整体通过引用包含在本文中。
因此，针对关键和/或高性能应用的电池已通常利用广泛的先验(a priori)测试来表征。因此，过去常常花费大量时间——有时长达若干年——直到能够利用降低的安全裕度来对电池系统进行最佳设计。在缺乏与电池的老化行为相关的详细先验知识的情况下，曾经常使用固定且减小的操作范围，以便允许从寿命开始到结束的安全操作。这易于使电池与可能实际上所需相比更大、更昂贵、竞争力更低。
电池的能量和功率密度当前正以每年5-8％的速率增加。将逐步接近材料极限，并因此降低安全极限。因此，电池的精准诊断和安全控制变得更加困难，并且同时也变得更加重要。新单元类型和化学性质出现得越来越快，而越来越少的经验数据可用于试运行(commissioning)前的完整特征。这改变了构建和操作电池或能量管理和监测系统的方式。
为了在总体系统中虑及电池的最佳集成以及最佳和安全控制，要求合格且高效的电池管理系统(BMS)，如例如在US 2015/326038A1或US2014/278167A1中的原理中所描述的那样。这样的电池管理系统可以是主要或更高水平的能量管理系统(EMS)的一部分。另外，术语能量管理系统有时可以用作电池管理系统的同义词。就硬件而言，将预期BMS将成为商品，而具有不断增加的计算能力。
因此，特别地，BMS应该能够应对下面的问题和挑战：
·在将来，由于能量密度和成本压力的增加，电池可能具有较低的安全裕度。
·在任务繁重的应用中的安全电池操作需要详细了解电池的电压极限如何受温度、充电/放电速率和老化影响。
·由于较短的上市时间，较少的经验数据将可用于先验理解老化行为。
·安全和/或最佳操作窗口正随着寿命(lifetime)而改变，并且需要动态地适当适配以便使安全性和性能最大化。
·电池的环境条件可能会非常突然地变化，从而影响电池所经历的温度以及应该操作它的方式。
·由最终用户所应用的负载简档(profile)经常是先验未知的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供能够应对和解决以上所列的问题的系统和方法。由独立权利要求1中所定义的电池管理系统以及由独立权利要求9中所定义的方法来解决该目的和另外的目的，所述方法用于控制由电池或向电池输送的电荷状态、电流、电压和/或功率。
根据本发明用于可再充电电池(1)的电池管理系统包括：
a)控制系统(2)，配置成根据一个或多个控制系统设置来控制以下中的一个或多个：
i)电流，
ii)电压，
iii)由电池或向电池输送的功率，以及
iv)电荷状态；
b)数值电池模型(3)，包括：
i)参数化电模型(31)，在由多个电参数表征的等效电路方面描述所述电池；
ii)参数化热模型(32)，能够基于多个热参数来估计所述电池随着由所述电池或向所述电池输送的电流、电压和/或功率而变的内部温度；
iii)老化模型(33)，配置成提供：
(1)应力参数，所述应力参数指示所述电池的期望寿命的瞬时消耗，所述电池的期望寿命的瞬时消耗取决于所述电池的内部温度以及输送的功率、电压、电流和电荷的瞬间状态中的一个或多个；
(2)更新了的电参数和/或更新了的热参数，所述更新了的电参数和/或更新了的热参数基于如从所述参数化热模型获得的内部温度的时间顺序以及优选地输送的功率、电压、电流和电荷的瞬间状态中的一个或多个；
c)控制系统设置更新单元(21)，配置成基于应力参数来适配控制器设置。
根据本发明的用于控制由电池(1)或向所述电池(1)输送的电荷状态、电流、电压和/或功率的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供控制系统(2)，所述控制系统(2)用于在闭环控制方案下根据一个或多个控制系统设置来控制所述量；
b)提供数值电池模型(3)，包括：
i)参数化电模型(31)，在由多个电参数表征的等效电路方面描述所述电池；
ii)参数化热模型(32)，能够基于多个热参数来估计所述电池随着由所述电池或向所述电池输送的电流、电压和/或功率而变的内部温度；
iii)老化模型(33)，配置成提供：
(1)应力参数，所述应力参数指示所述电池根据所述电池的所述内部温度的期望寿命的瞬时消耗以及输送的功率、电压、电流和电荷的瞬间状态中的一个或多个；
(2)更新了的电参数和/或更新了的热参数，所述更新了的电参数和/或更新了的热参数基于如从所述参数化热模型获得的内部温度的时间顺序以及优选地输送的功率、电压、电流和电荷的瞬间状态中的一个或多个；
c)确定所述应力参数和/或所述多个电参数和热参数的初始值；
d)在具有所述控制器设置的所述控制器的控制下操作所述电池；
e)定期地更新所述数值电池模型，特别是所述电参数和热参数；
f)基于电荷状态、电流、电压和/或内部温度的给定操作范围，来选择更新了的控制系统设置；
g)重复步骤d)至f)。
特别地，控制系统可以是标准闭环控制系统，特别是本领域技术人员已知的类型的多输入多输出(MIMO)闭环控制系统，并且可以在充电和/或放电循环期间和/或在空闲时，控制电化学电池、包括并联和/或串联电连接的多个电化学电池单元的整体(ensemble)和/或单个电化学电池单元中的一个、两个或更多个操作变量。因此，特别地，操作变量可以特别是在放电循环期间由电池、特别是在充电循环期间向电池提供和/或输送的电流I、电压V和功率P中的一个或多个。电荷状态(SoC)、放电深度(DoD)和/或温度T，特别是电池的内部温度T单元，也可以被视为操作变量。操作变量中的一个或多个可以是控制系统的受控变量；其中控制系统可以控制瞬时值、平均值、与时间相关的值等中的一个或多个。特别地，控制系统可以采用PID控制。
特别地，参数化电模型可以是具有电压源和一个串联电阻R0的等效电路模型(ECM)，该电压源具有与SoC相关的开路电压(OCV)VOC，该串联电阻R0与SoC以及可选地与温度相关(R0)。可选地，该ECM可以由动态组件来扩展，所述动态组件例如是RC回路，其中每个RC回路由电阻和电容(或等效地，由电阻和时间常数)指定。
特别地，参数化热模型可以是允许根据施加到电池或由电池输送的电压、电流和/或功率来估计电池(特别是电池单元)的内部温度或温度分布以及任何可用的温度测量的任何数值模型，其中可以考虑热参数，例如热阻或热导率、冷却剂(coolant)的流速和热容量、环境温度等。然后，所计算的内部温度或温度分布可以优选地被传递回电模型以便调节电参数。
特别地，老化模型可以是数值模型，其以指示寿命的瞬时消耗的应力参数和更新了的模型参数的形式提供与电池老化的两个主要方面有关的定量信息。在这种意义上，电池老化可以被认为是电池的剩余寿命的消耗，其中所述寿命是以某一速率通过使用电池和/或通过时间流逝而被消耗的，所述速率可以定性和/或定量地取决于多个量，特别是如上所述的操作量，其进而可以取决于时间。在老化模型内，剩余寿命可以由被称为剩余期望寿命的量L表示，所述量L特别地可以由时间t的函数L(t)表达，其中所述函数在1和0之间取值，其中L＝1对应于新的和/或未使用的电池，并且L＝0对应于可能、应当和/或能够不再被用于其预期用途的电池。要理解，剩余期望寿命是可以被视为剩余实际寿命的估计或预测的模型量，其中剩余期望寿命和剩余实际寿命可以不同。一方面，老化模型可以基于与电池的剩余寿命与各种模型参数之间的相关性有关的信息来提供更新了的模型参数，特别地，是参数化电模型的电参数和/或参数化热模型的热参数。另一方面，老化模型可以采取剩余期望寿命的瞬时消耗的速率的估计的形式来提供应力参数，该应力参数特别地可以对应于L(t)相对于时间的导数，即dL(t)/dt，特别是作为应力因子的函数，如特别是电荷状态(SOC)、放电深度(DOD)、温度和/或电流(C-速率)。特别地，应力参数可以定义为与应力因子相关的剩余期望寿命函数L(t,…)的偏导数，特别是L(t,I,V,P,T单元,SoC,DoD)的偏导数，即，例如
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(t,I,V,P,T单元,SoC,DoD)/>
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寿命函数L(t,I,V,P,T单元,SoC,DoD)可能不一定取决于所有操作变量，特别是如由表达式L(t,…)所指示的应力参数I、V、P、T单元、SoC、DoD。特别地，它可以仅取决于包括I、V、P、T单元、SoC和DoD的量的集合的(优选地是非空的)子集，特别是两个或三个操作变量的任何组合。
优选地，借助于参数化热模型获得的所计算的内部温度或温度分布也可以传递给老化模型以便调节与内部温度有关的应力参数，并且以便更新电参数和/或热参数。
特别地，与电池的剩余估计寿命和各种模型参数之间的相关性有关的信息可以通过参数化函数、各种类型的拟合曲线等，采用查找表的形式提供。
特别地，控制系统设置更新单元或更新了的控制系统设置的选择，根据借助于数值电池模型获得的数据(特别是包括如上所述的应力参数)，特别地可以适配控制系统的设置点或设置值和/或针对电池来更新或适配操作极限或设置操作规则。
优选地，特别是在连续的充电和/或放电循环之间；或反复地例如在充电和/或放电循环期间以规则间隔、和/或以独立于充电和放电循环的规则间隔，反复地更新参数化电模型、参数化热模型和/或老化模型。
使用操作数据，特别是操作变量，可以优选地结合先前知识来更新参数化电模型。由于电模型的非线性，在开路电压、内部电阻、电容的特性曲线以非线性方式与电荷状态相关的情况下，这样做的优选方式是通过维护相关量的查找表并且使用操作数据对它们进行重新校准，同时采用规则(例如，开路电压随着SoC单调增加)的形式结合先前知识。
在根据本发明的系统和方法的优选变型中，特别是当使用新电池或第一次使用电池时，获得应力参数和/或多个电参数和热参数的初始值。特别地，这样的初始值可以从制造商获得，或者通过电池所经受的指定测试过程来获得。初始值可能相对不可靠，即，呈现与正确值的较强偏差。
随后，可以借助于健康状态(SoH)估计和/或退化估计来导出应力参数和/或多个电参数和热参数的更新了的值。附加地或备选地，可以执行专用的诊断循环，其中在每个诊断循环之后，真实容量降低ΔQr和电阻增加ΔRr分别与对应的模型预测ΔQm和ΔRm交叉检查。电池操作变量的历史和偏移可以优选地用于重新校准应力参数，直到偏移为零为止。执行此重新校准的优选方式是基于模型的方法，其中一些应力因子可能以参数化方式进入模型。例如，内部温度可优选地经由阿雷尼厄斯定律(Arrhenius‘law)进入。通过查找表可考虑其它应力因子。因此，获得了针对电参数和热参数以及老化的自校准电池模型，所述自校准电池模型虑及来自所连接电池的历史数据，并使剩余寿命的估计越来越准确，而不是像现有技术那样，与如现有技术电池的初始设计寿命背离。
在根据本发明的系统和方法的优选变型中，数值电池模型可以将总结统计和/或详细信息传递到基于网络的服务或云服务和/或从那里收集信息。采用这种方式，模型更新可以受益于不同的操作设备(operational plant)/设施，这些操作设备/设施甚至可能利用不同的应用而运行，并且因此可提供补充信息。这虑及以下积极影响：
·显著减少了对电池广泛的先验特征的要求；
·增加了电池的安全性；
·新的服务业务情况是可能的，因为每个电池总是可以报告最新的故障预测平均时间；
·这种自适应模型允许后续升级存储容量、利用新的模块替换故障模块或电池组(pack)、或甚至在第二次寿命应用中使用无法预测的汽车电池；以及
·特别地，在线校准的ECM允许更精确地估计未来的热量损失。
在根据本发明的系统和方法的优选变型中，控制系统采用模型预测控制，以便控制电池的操作变量中的一个或多个，其中由控制器所采用的模型包括如上所述的参数化电模型和/或参数化热模型。
例如，通过使用计划/优化步骤内的模型，可以将持续更新了的电池模型与模型预测控制结合使用以优化电池操作。特别地，借助于老化模型更新了的应力参数可以用于虑及健康意识控制。可以根据通过数值电池模型获得的预测，为电池设置更新了的操作极限、规则和/或目标。例如，如果模型在某个SoC水平检测到经放大的老化，则电池的控制器可以配置成自动尝试并避免所述SoC水平周围的范围，从而增加电池的寿命和安全性。此外，如果数值电池模型应预测特定操作或操作范围——如由操作参数所表征的那样——将导致电池中的高温度，则控制器将使该未来操作的功率定额降低(de-rate)或启动抢先冷却顺序。重新校准了的电模型还提供用于预测任何SOH、SOC、温度和电流水平处的可用功率的可能性。这允许提早适配充电和放电功率简档，特别是充电和放电速率，即使超过该功率极限。另一个机会是通过使系统更接近其极限的和/或在有利的操作范围内的操作，来优化总体系统性能，例如，能量效率。
本发明虑及自适应估计电池健康，特别是剩余期望寿命，包括电、热和老化模型。特别地，这可以用于：
-预测性/规范性维护(例如，基于健康状况，在给定或预定量的时间量内，特别是在x个月内，准备电池服务，或适配电池负载使得下一服务窗口最佳满足等)。
-多个并联电池的情况下的负载平衡(例如，一个电池较快地老化，并且因此使得负载减少)
-对总体系统中的设置点变化的后果，例如HVAC、温度、SoC操作窗口、C速率限制等。
本发明的实施例可涉及一个或多个电子或计算装置，和/或涉及这样的装置的使用。所述装置通常包括处理器、处理装置或控制器，诸如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理(DSP)装置和/或能够执行本文所述功能的任何其它电路或处理装置。特别地，电池管理系统、控制系统可以和/或控制系统设置更新单元可以部分地或完全地在这样的电子或计算装置上单独地或联合地实现。
本文描述的方法可以被部分地或完全地被实现为软件或以软件的形式实现，该软件又可以被编码为体现在非暂时性计算机可读介质中的可执行指令，所述非暂时性计算机可读介质包括但不限于存储装置和/或存储器装置。这样的指令在由处理装置执行时，使处理装置优选地实时执行本文描述的方法的至少一部分。上面的示例仅是示例性的，并且因此不旨在以任何方式限制术语处理器和处理装置的定义和/或含义。
如本文所使用的，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语，例如“处理装置”、“计算装置”和“控制器”不仅限于那些在本领域中称为计算机的集成电路，而是泛指微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)和专用集成电路以及其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换使用。在本文所述的实施例中，存储器可以包括但它不限于诸如随机存取存储器(RAM)之类的计算机可读介质、诸如闪速存储器之类的计算机可读非易失性介质。备选地，也可以使用软盘、压缩盘–只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字多功能光盘(DVD)。此外，在本文描述的实施例中，附加的输入通道可以是但不限于与诸如鼠标和键盘之类的操作员界面相关联的计算机外围设备。备选地，还可以使用其它计算机外围设备，其可以包括例如但不限于扫描仪。此外，在示例性实施例中，附加的输出通道可以包括但不限于操作员界面监视器。
此外，如本文所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储器中用于由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任何计算机程序存储设备。
如本文所使用的，术语“非暂时性计算机可读介质”旨在表示以任何技术方法实现的任何有形的基于计算机的装置，以用于短期和长期存储信息，诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块，或任何装置中的其它数据。因此，本文描述的方法可以被编码为体现在有形非暂时性计算机可读介质(包括但不限于存储装置和/或存储器装置)中的可执行指令。这样的指令在由处理器执行时，使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。此外，如本文所使用的那样，术语“非暂时性计算机可读介质”包括所有有形计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移除和不可移除介质，诸如固件、物理和虚拟存储设备、CD-ROM、DVD以及任何其它数字源，诸如网络或因特网，以及尚未开发的数字部件，其中唯一例外是暂时性传播信号。
如本文所使用的，术语“实时”是指相关联的事件的发生时间、预定数据的测量和收集时间、处理数据的时间以及对事件和环境的系统响应时间中的至少一个。在本文所述的实施例中，这些活动和事件基本上是瞬时发生的。
在各种实施例或变型中，本公开还包括具有在上面和/或在下面提到或示出的特征的任何组合的实施例。这还包括如图中所示的单个特征，即使它们结合其它特征在此显示和/或在上面或在下面没有提及也是如此。本公开包括排他性地包括权利要求书或示例性实施例中描述的特征的实施例，以及包括其它附加其他特征的那些实施例。
参考下文描述的实施例，本发明的上述和其它方面将变得显而易见并且得以阐明。
附图说明
在下文中将参考附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明的主题，其中：
图1示出了根据本发明的电池管理系统和用于控制电池的操作变量的方法的示例性实施例；
图2示出了根据本发明用作电池管理系统或方法的一部分的参数化电模型的示例性实施例；
图3示出了根据本发明用作电池管理系统或方法的一部分的参数化热模型的示例性实施例；
图4示出了根据本发明用作老化模型的一部分以用于获得更新了的电参数的计算过程的示例性实施例。
具体实施方式
图1示出了电池管理系统的和用于控制电池1的操作变量的方法的示例性实施例，所述电池1由闭环控制系统2控制。
电池管理系统包括数值电池模型3，所述数值电池模型3进而包括参数化电模型31、参数化热模型32和老化模型33。
图2示出了用作根据本发明的电池管理系统或方法的一部分的参数化电模型31的示例性实施例。参数化电模型31是等效电路模型，其具有：电压源，所述电压源由与电荷状态(SoC)相关的开路电压(VOC)表征；一个串联电阻器，其电阻R0与SoC相关并可选地取决于温度T，特别是内部电池温度T单元；以及至少一个RC元件，其与串联电阻器串联电连接，并且包括并联电连接的RC电阻器和RC电容器，其中RC电阻器具有电阻R1，并且RC电容器具有电容C1，其中R1和C1还取决于SoC，并且可选地取决于温度T，特别是内部电池温度T单元。SoC示例性定义为电池中由∫I dt所确定的累积电荷与实际满电荷容量(FCC)之间的比率。
曲线311、312、313和314分别示出了对于两个不同的内部电池温度T1和T2＞T1，电荷状态与开路电压、Ro、R1和C1之间的示例性关系。
图3示出了根据本发明用作电池管理系统或方法的一部分的参数化热模型32的示例性实施例。参数化热模型32是具有两个温度节点的热网络模型：平均内部单元温度T单元和环境温度T环境。由电池内的电损耗生成的热量Q与SOC、电流以及可选地与温度相关，并且由电模型来计算。电池具有在通过热阻R冷却耗散之前存储热(cp)的能力，该热阻R冷却可能取决于冷却流体的流速m冷却。
随后，将经计算的内部温度传递回电模型以调节电特性，并给传递回老化模型以调节温度应力因子。
图4示出了用作老化模型的一部分以用于获得更新了的电参数的计算过程的示例性实施例。老化模型包括容量和电阻如何随时间和循环退化的半经验模型。它具有日历老化(calendar aging)A部分和循环老化B部分，其各自具有不同的指数
Figure GDA0002646110350000121
。
Figure GDA0002646110350000122
Figure GDA0002646110350000123
电荷状态(SOC)、放电深度(DOD)、温度和电流(C-速率)是导致老化行为的主要因素，并且具有某个函数形式。所述量随时间积分并在循环内求和以虑及不规则状况，即：
AR＝∫aR(t)dt和AQ＝∫aQ(t)dt
BR＝∑bR(i)和BQ＝∑bQ(i)。
可以基于来自老化模型的输出，特别是通过预测相对容量降低ΔQm(其通过老化模型来预测)并将其乘以初始容量Cinit来重新校准FCC：
Figure GDA0002646110350000124
电阻R0和R1，以及可选地可包含在参数化电模型31中的其它电阻，根据Rx＝Rx0·ΔIRm，利用由老化模型ΔIRm预测的相对电阻增加进行重新校准。假设参数化电模型的示例性实施例的电容不受老化影响。

Claims (46)

1.一种用于可再充电电池(1)的电池管理系统，包括：
a)控制系统(2)，配置成根据一个或多个控制系统设置来控制以下中的一个、两个或更多个
i)由所述电池或向所述电池输送的电流，
ii)所述电池两端的电压，
iii)由所述电池或向所述电池输送的功率，以及
iv)所述电池的电荷状态；
b)数值电池模型(3)，包括：
i)参数化电模型(31)，在由多个电参数表征的等效电路方面描述所述电池；
ii)参数化热模型(32)，能够基于多个热参数来估计所述电池随着由所述电池或向所述电池输送的电流、电压和/或功率而变的内部温度；
iii)老化模型(33)，配置成提供
(1)应力参数，所述应力参数指示所述电池的期望寿命的瞬时消耗，所述电池的期望寿命的瞬时消耗取决于所述电池的内部温度以及输送的功率、电压、电流和电荷的瞬间状态中的一个或多个；
(2)更新了的电参数和/或更新了的热参数，所述更新了的电参数和/或更新了的热参数基于如从所述参数化热模型获得的内部温度的时间顺序；
c)控制系统设置更新单元(21)，配置成基于应力参数来适配控制器设置。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述控制系统还配置成通过闭环控制方案来控制所述电池的如从所述参数化热模型获得的内部温度。
3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述控制系统基于使用所述数值电池模型的所述参数化电模型和参数化热模型的模型预测控制。
4.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述参数化电模型的所述电路包括电压源和与所述电压源串联连接的串联电阻器。
5.根据权利要求4所述的电池管理系统，其中所述参数化电模型的所述电路包括与所述串联电阻器串联连接的RC元件，所述RC元件包括并联连接的RC电阻器和RC电容器。
6.根据权利要求5所述的电池管理系统，其中至少一个电量的数值取决于所述电池的内部温度。
7.根据权利要求5所述的电池管理系统，其中至少一个电量的所述数值取决于所述电池的瞬时电荷状态(SoC)。
8.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述老化模型适配为被更新以考虑更新了的模型量和对应的观测量之间的差异。
9.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述老化模型(33)配置成基于如从输送的功率、电压、电流和电荷的瞬间状态中的一个或多个获得的内部温度的时间顺序，提供更新了的电参数和/或更新了的热参数，。
10.根据权利要求6所述的电池管理系统，其中所述串联电阻器和/或所述RC电阻器的电阻的数值取决于所述电池的内部温度。
11.根据权利要求7所述的电池管理系统，其中所述串联电阻器和/或所述RC电阻器的电阻的数值取决于所述电池的瞬时电荷状态(SoC)。
12.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述老化模型配置成提供所估计的剩余寿命作为时间的函数L(t)。
13.根据权利要求12所述的电池管理系统，其中所述老化模型配置成提供所估计的剩余寿命作为时间的函数L(t，...)。
14.根据权利要求12所述的电池管理系统，其中至少一个应力参数被定义为剩余期望寿命函数的偏导数。
15.根据权利要求12所述的电池管理系统，其中至少一个应力参数被定义为与应力因子相关的剩余期望寿命函数的偏导数。
16.根据权利要求12所述的电池管理系统，其中至少一个应力参数被定义为剩余期望寿命函数L(t，I，V，P，T单元，SoC，DoD)的偏导数。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的电池管理系统，其中根据
Figure FDA0004103635720000031
Figure FDA0004103635720000032
或/>
Figure FDA0004103635720000033
来定义至少一个应力参数。
18.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述控制系统(2)配置成根据一个或多个控制系统设置来准确控制以下中的一个
i)由所述电池或向所述电池输送的电流，
ii)所述电池两端的电压，
iii)由所述电池或向所述电池输送的功率，以及
iv)所述电池的电荷状态。
19.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述多个电参数至少包括容量和电阻。
20.根据权利要求19所述的电池管理系统，其中所述数值电池模型(3)包括所述容量和所述电阻如何随时间和循环退化的老化模型(33)，所述老化模型(33)包括日历老化部分和循环老化部分。
21.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述数值电池模型(3)配置成基于来自所述老化模型的输出来重新校准所述参数化电模型(31)。
22.根据权利要求21所述的电池管理系统，其中所述数值电池模型(3)配置成通过由所述老化模型预测相对容量降低和相对电阻增加来重新校准所述参数化电模型(31)。
23.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中至少一个电量的数值取决于所述电池的内部温度和所述电池的瞬时电荷状态(SoC)中的至少一个。
24.根据权利要求5所述的电池管理系统，其中所述串联电阻器和/或所述RC电阻器的电阻取决于所述电池的内部温度和所述电池的瞬时电荷状态(SoC)中的至少一个。
25.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中所述老化模型(33)配置成通过退化估计来导出所述多个电参数和所述热参数的更新了的值，并且配置成执行专用的诊断循环，其中，在每个诊断循环之后，真实容量降低和电阻增加分别与所述老化模型(33)的对应的模型预测交叉检查。
26.一种用于控制由电池(1)或向所述电池(1)输送的电荷状态、电流、电压和/或功率中的一个、两个或更多个量的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供控制系统(2)，所述控制系统(2)用于在闭环控制方案下根据一个或多个控制系统设置来控制所述量；
b)提供数值电池模型(3)，包括
i)参数化电模型(31)，在由多个电参数表征的等效电路方面描述所述电池；
ii)参数化热模型(32)，能够基于多个热参数来估计所述电池随着由所述电池或向所述电池输送的电流、电压和/或功率而变的内部温度；
iii)老化模型(33)，配置成提供
(1)应力参数，所述应力参数指示所述电池的期望寿命的瞬时消耗，所述电池的期望寿命的瞬时消耗取决于所述电池的所述内部温度以及输送的功率、电压、电流和电荷的瞬间状态中的一个或多个；
(2)更新了的电参数和/或更新了的热参数，所述更新了的电参数和/或更新了的热参数基于如从所述参数化热模型获得的内部温度的时间顺序；
c)确定所述应力参数和/或所述多个电参数和热参数的初始值；
d)在具有所述控制系统设置的所述控制系统的控制下操作所述电池；
e)定期地更新所述数值电池模型；
f)基于电荷状态、电流、电压和/或内部温度的给定操作范围，来选择更新了的控制系统设置；
g)重复步骤d)至f)。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述老化模型(33)配置成基于如从输送的功率、电压、电流和电荷的瞬间状态中的一个或多个获得的内部温度的时间顺序，提供更新了的电参数和/或更新了的热参数，。
28.根据权利要求26所述的方法，其中定期地更新所述数值电池模型包括定期地更新所述电参数和热参数。
29.根据权利要求26所述的方法，其中所述控制系统还配置成通过闭环控制方案来控制所述电池的如从所述参数化热模型获得的内部温度。
30.根据权利要求26所述的方法，其中在步骤d)中，在使用所述数值电池模型的所述参数化电模型和参数化热模型的模型预测控制下操作所述电池。
31.根据权利要求26所述的方法，其中在步骤e)中，使用来自所述老化模型的输出来更新所述电池模型。
32.根据权利要求26所述的方法，其中在步骤e)中，使用诊断例程来更新所述数值电池模型。
33.根据权利要求26所述的方法，其中在步骤e)中，使用从其它电池获得的数据来更新所述电池模型。
34.根据权利要求26所述的方法，还包括以下步骤：重复更新所述老化模型，以考虑更新了的模型量和对应的观测量之间的差异。
35.根据权利要求26所述的方法，其中所述老化模型配置成提供所估计的剩余寿命作为时间的函数L(t)。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述老化模型配置成提供所估计的剩余寿命作为时间的函数L(t，...)。
37.根据权利要求35所述的方法，其中至少一个应力参数被定义为剩余期望寿命函数的偏导数。
38.根据权利要求35所述的方法，其中至少一个应力参数被定义为与应力因子相关的剩余期望寿命函数的偏导数。
39.根据权利要求35所述的方法，其中至少一个应力参数被定义为剩余期望寿命函数L(t，I，V，P，T单元，SoC，DoD)的偏导数。
40.根据权利要求37至39中任一项所述的方法，其中根据
Figure FDA0004103635720000071
Figure FDA0004103635720000072
Figure FDA0004103635720000073
或/>
Figure FDA0004103635720000074
来定义至少一个应力参数。
41.根据权利要求26所述的方法，其中所述控制系统(2)配置成根据一个或多个控制系统设置来准确控制以下中的一个：
i)由所述电池或向所述电池输送的电流，
ii)所述电池两端的电压，
iii)由所述电池或向所述电池输送的功率，以及
iv)所述电池的电荷状态。
42.根据权利要求26所述的方法，其中所述多个电参数至少包括容量和电阻。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供数值电池模型(3)，所述数值电池模型包括容量和电阻如何随时间和循环退化的老化模型(33)，所述老化模型(33)包括日历老化部分和循环老化部分。
44.根据权利要求26所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：定期地更新所述数值电池模型；基于来自所述老化模型的输出来重新校准所述参数化电模型(31)；以及更新所述老化模型以考虑更新了的模型量和对应的观测量之间的差异。
45.根据权利要求44所述的方法，其中定期地更新所述数值电池模型的步骤包括定期地更新所述电参数和所述热参数。
46.根据权利要求44或45所述的方法，其中基于来自所述老化模型的输出来重新校准所述参数化电模型(31)的步骤包括通过由所述老化模型预测相对容量降低和相对电阻增加来重新校准所述参数化电模型(31)。
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