CN113253112A - 用于测定电的能量存储器单元的充电状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于测定电的能量存储器单元的充电状态的方法，该方法包括以下步骤：a）至少基于电的能量存储器单元的所检测的第一电压值来测定电压梯度；b）将所测定的电压梯度与预先定义的电压梯度阈值进行比较；c）根据所述比较来测定所述电的能量存储器单元的充电状态。此外，描述了相应的计算机程序、相应的能够机读的存储介质、相应的装置以及相应的电的能量存储器系统。

Description

用于测定电的能量存储器单元的充电状态的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测定电的能量存储器单元的充电状态的方法。

背景技术

由于尤其在车辆或汽车领域中逐渐增加的电气化，越来越多地使用移动式电的能量存储器系统。尤其在越来越多地使用锂离子技术的情况下，需要遵守预先给定的极限值、例如电压和充电状态极限值，以便确保电的能量存储器系统的安全性和使用寿命。此外，尤其是对于电的能量存储器系统的用户而言重要的是，精确地了解目前还可用的容量，也就是说相应的电的能量存储器系统的电的能量存储器单元的可调用的电荷量。为此，通常连续地测定可用的容量。根据所使用的电流传感器和特定的电的能量存储器单元，可用的电荷量可以或多或少被精确地测定。借助于电容值，能够为用户例如显示电驱动车辆的剩余续驶里程，或者基于充电状态显示当前可调用的电功率。

如果电的能量存储器单元未被使用，因此处于静止阶段，则电的能量存储器单元内的化学过程接近稳定状态。在稳定状态下，电的能量存储器单元的充电状态可以相对简单和精确地通过电的能量存储器单元的相应的空载电压特征曲线（Leerlaufspannungskennlinie）来测定。由于这可能需要几分钟或几小时，所以并不总是达到稳定状态。因此，当进行一种评估，即评估是否已经达到稳定状态或者说未达到状态对充电状态测定产生多强的影响时，充电状态测定是有意义的并且得到改善。

文献US2015112619 描述了一种用于确定二次电池的充电状态的方法。

文献DE112017003472 T5 描述了一种用于确定电池的充电状态的方法。

发明内容

本发明公开了一种具有独立权利要求的特征的用于测定电的能量存储器单元的充电状态的方法。

在此，至少基于电的能量存储器单元的所检测的第一电压值来测定电压梯度。这可以例如借助于电的能量存储器单元的数学模型进行，从该数学模型中通过相应的梯度形成来测定电压梯度，即电压的时间导数。此外，这也可以基于电的能量存储器单元的空载电压的多个电压值来进行，其中，相应的电压值分别例如通过从所测量的电压值中减去借助模型所测定的电压值来予以测定。借助于电压梯度可以估计，电的能量存储器单元还与稳定状态距离多大。该数学模型例如可以包括微分方程或差分方程或代数方程。此外，基于数据的特征曲线族也可以是数学模型的组成部分。

然后，将测定的电压梯度与预先定义的电压梯度阈值进行比较。因此，可以确定所测定的电压梯度是在阈值以上还是以下。例如，也可以在数值上进行比较。因此，能够估计电的能量存储器单元是否接近稳定状态。

随后，根据比较来测定充电状态。如果比较得出，所测定的电压梯度在数值上低于预先定义的电压梯度阈值，则这表明，电的能量存储器单元接近稳定状态并且所测定的空载电压值可以作为唯一的值或者以更强的权重被考虑用于测定充电状态。

因此，该方法是有利的，因为根据电压梯度进行对于电的能量存储器单元的状态的评估并且相应地进行对于充电状态的测定。因此，实现了所测定的充电状态的提高的精确度。此外，还基于空载电压特征值更快地测定充电状态，因为不必首先等待预先定义的时间间隔直至可靠地达到稳定状态，而是这能够根据梯度非常快速且可靠地在没有等待时间的情况下进行决定。因此，可靠的充电状态值更快地可供使用。

该方法例如可以由计算机实现。

本发明的其它有利的实施方式是从属权利要求的主题。

适宜地，除了已经提及的值之外，还至少基于电的能量存储器单元的所检测的第二电压值和/或还至少基于电的能量存储器单元的数学模型来测定电压梯度。这是有利的，因为由此根据应用情况可以进行不同的测定选项。此外，通过考虑在测量中还存在的、但是未考虑的极化（Polarisation）或流动的静态电流来实现优点，比如所测定的电压值或梯度的提高的精确度。

适宜地，测定如下时间间隔，在该时间间隔中电的能量存储器单元在数值上接收了或输出了低于空载电流阈值的电流。在此，附加地根据所测定的时间间隔来测定充电状态。这在例如在电的能量存储器单元的较长时间不使用之后测定充电状态时是有利的。如果所测定的时间间隔超过预先定义的第一时间间隔阈值，则例如可以容易地从电的能量存储器单元的随后测定的电压值中测定充电状态。如果所述时间间隔低于预先定义的第二时间间隔阈值，则例如可以继续使用最后测定的充电状态值作为测定到的充电状态。

适宜地，测定所测定的充电状态值的品质特征值以评估充电状态测定精确度。在此，对于充电状态的测定附加地根据所测定的品质特征值来进行。这是有利的，因为在重新测定充电状态时，测定的、即已知的高品质、例如高精确度的充电状态比已知的较低品质的充电状态获得更强的权重。

适宜地，测定品质特征值包括测定模型化的空载电压特征曲线的精确度和/或测定电流测量的精确度。这是有利的，因为这两个因素对所测定的充电状态的品质有大的影响。如果例如电流测量不精确，则在对测量的电流进行积分以确定充电状态时随着时间的推移在充电状态确定中的误差明显增大，这降低所测定的充电状态的品质。通过相应的考虑，可以更精确地确定相应的品质值。

此外，一种计算机程序和一种能够机读的存储介质也是本公开内容的主题，该计算机程序设置用于实施前面公开的方法的所有步骤并且在该能够机读的存储介质上存储有计算机程序。因此，能够获得上述优点。

此外，一种装置以及一种具有电的能量存储器单元和所述装置的电的能量存储器系统也是本公开内容的主题，该装置包括至少一个设置用于实施所公开的方法的步骤的器件。

至少一个器件例如可以包括电池管理控制器和相应的功率电子装置、例如逆变器，以及电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器。电子控制单元，尤其是在作为电池管理控制器的实施方案中，也能够是这样的器件。

电子控制单元尤其可以理解为电子控制器，其例如包括微控制器和/或应用特定的硬件组件、例如ASIC，但是同样可以包括个人计算机或可存储编程的控制机构。

电的能量存储器单元尤其可以被理解为电化学的电池单体和/或具有至少一个电化学的电池单体的电池模块和/或具有至少一个电池模块的电池组。例如，电的能量存储器单元可以是基于锂的电池单体或基于锂的电池模块或基于锂的电池组。尤其地，电的能量存储器单元可以是锂离子电池单体或锂离子电池模块或锂离子电池组。此外，电池单体可以属于锂-聚合物-蓄电池、镍-金属氢化物-蓄电池、铅-蓄电池、锂-空气-蓄电池或锂-硫-蓄电池或者非常一般地是任意的电化学组成的蓄电池的类型。

附图说明

本发明的有利的实施方式在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述。其中示出：

图1示出了根据第一实施方式的所公开的方法的流程图；

图2示出了根据第二实施方式的所公开的方法的流程图；

图3示出了根据一种实施方式的用于测定品质特征值的示意图；并且

图4示出了根据一种实施方式的所公开的电的能量存储器系统和所公开的用于测定充电状态的装置的示意图。

具体实施方式

相同的附图标记在所有附图中表示相同的装置部件或相同的方法步骤。

图1示出了根据第一实施方式的用于测定电的能量存储器单元的充电状态的所公开的方法的流程图。在此，在第一步骤S11中至少基于电的能量存储器单元的所检测的第一电压值来测定电压梯度。电压梯度例如可以由在不同的时间点测定的两个电压值来予以测定。例如，可以通过从通过数学模型测定的电压值减去测得的电压值来分别测定两个电压值。通过将由此获得的两个电压值相减并随后除以时间上的间隔来获得电压梯度。

在第二步骤S12中，将测定的电压梯度与预先定义的电压梯度阈值进行比较，以测定是否超过或低于电压梯度阈值。

在第三步骤S13中，随后根据比较来测定电的能量存储器单元的充电状态。例如，如果测定的电压梯度在数值上低于预先定义的电压梯度阈值，则这表明电的能量存储器单元相对地接近稳定状态。由此能够以良好的精确度从所述空载电压特征曲线中测定所述电的能量存储器单元的充电状态并且能够不考虑以前测定的充电状态值。

图2示出根据第二实施方式的用于测定电的能量存储器单元的充电状态的所公开的方法的流程图。在第一步骤S200中，该方法被初始化。

在第二步骤S201中检验，是否在预先定义的第一时间段中没有使用电的能量存储器单元，即是否最多有与电的能量存储器单元的容量相比更小的电流流过。

如果是，则在第三步骤S202中基于空载电压值小于预先定义的充电状态测定误差来检验，是否在充电状态测定中存在误差、也就是说充电状态测定误差。

如果是，则在第四步骤S203中将高的品质特征值分配给如此测定的充电状态值，这意味着，充电状态值质量以及充电状态值的充电状态值精确度都是高的。

如果否，则在第五步骤S204中将平均的品质特征值分配给如此测定的充电状态值，这意味着，虽然充电状态值质量高，然而充电状态值精确度却相当低。

如果不满足在预先定义的时间段内没有使用电的能量存储器单元的条件，则在第六步骤S205中检验其他条件。检验在预先定义的第二时间段内是否没有使用电池。在此，预先定义的第二时间段优选地短于预先定义的第一时间段。此外检验，在先前的时间点所测定的充电状态值是否具有高的品质特征值。此外，检验所测定的电压梯度是否大于预先定义的电压梯度阈值。

如果满足了上述条件，则在第七步骤S206中还检验充电状态测定误差是否小于预先定义的充电状态测定误差。如果是，则在第八步骤S207中将高的品质特征值分配给所测定的充电状态值，这意味着，充电状态值的充电状态值质量以及充电状态值精确度都是高的。

如果否，则在第九步骤S208中将平均的品质特征值分配给所测定的充电状态值。

如果没有满足上述三个条件，则在第十步骤S209中检验，所测定的电压梯度是否小于预先定义的电压梯度阈值。如果是，则在第十一步骤S210中基于空载电压值小于预先定义的充电状态测定误差来检验，在充电状态测定中是否存在误差、也就是说充电状态测定误差。

如果是，则在第十二步骤S211中，将高的品质特征值分配给所测定的充电状态值。如果否，则在第十三步骤S212中将平均的品质特征值分配给所测定的充电状态值。

如果在第十步骤S209中的检验表明所测定的电压梯度大于预先定义的电压梯度阈值，则在第十四步骤S213中，将低的品质特征值分配给所测定的充电状态值。

尤其在重复实施该方法时，可以利用如此测定的充电状态值和相应的品质特征值来改善充电状态测定的质量和精确度。

图3示出了根据一种实施方式的用于测定品质特征值的示意图。在第一状态Z11中，品质特征值具有初始值。

如果例如可通过空载电压值测定，利用当前的充电状态值所进行的正确的初始化不成功或者被判断为不可靠并且此外电流测量提供无效值，则变换到状态Z12中并且将低的品质特征值分配给所测定的充电状态值。

如果不是这种情况，则存在可靠的充电状态值和可靠的电流测量，并且此外空载电压特征曲线的质量以及电流测量误差小，则将高的品质特征值分配给所测定的充电状态值，这在状态Z13中是这种情况。

如果从状态Z13出发确定了高的电流测量误差（这可以取决于电流大小），或者确定了空载电压特征曲线的差的质量（这可以取决于充电状态），则将切换到状态Z14中，在该状态中将平均的品质特征值分配给所测定的充电状态值。如果在状态Z14中确定空载电压特征曲线的高质量并且确定小的电流测量误差，则切换到状态Z13中。

如果电流测量提供无效值，则总是切换到状态Z12中，并且将低的品质特征值分配给所测定的充电状态值。

图4示出了电的能量存储器系统40以及公开的用于测定充电状态的装置42的示意图。此外，电的能量存储器系统40具有电的能量存储器单元41，其充电状态可以被测定。此外，装置42可以使用所测定的充电状态，以便向相应的功率电子装置43、例如逆变器发送相应的控制命令。

Claims (9)

1.一种用于测定电的能量存储器单元（41）的充电状态的方法，包括以下步骤：

a）至少基于电的能量存储器单元的所检测的第一电压值来测定电压梯度；

b）将所测定的电压梯度与预先定义的电压梯度阈值进行比较；

c）根据所述比较来测定所述电的能量存储器单元（41）的充电状态。

2.根据前述权利要求所述的方法，其中，步骤a）中的电压梯度附加地至少基于所述电的能量存储器单元（41）的所检测的第二电压值和/或附加地基于所述电的能量存储器单元（41）的数学模型来测定。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

d）测定一个时间间隔，在该时间间隔中所述电的能量存储器单元（41）在数值上接收和/或输出了低于空载电流阈值的电流，

其中，在步骤c）中附加地根据时间间隔来测定充电状态。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

e）测定所测定的充电状态值的品质特征值以评估充电状态测定精确度，

其中，在步骤c）中附加地根据所测定的品质特征值来测定充电状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，测定所述品质特征值包括测定模型化的空载电压特征曲线的精确度和/或测定电流测量的精确度。

6.一种计算机程序，所述计算机程序被设置用于实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法的所有步骤。

7.一种能够机读的存储介质，在其上存储根据权利要求6所述的计算机程序。

8.一种用于测定电的能量存储器单元的充电状态的装置（42），其包括至少一个器件、尤其是电子控制单元，所述器件设置用于实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。

9.一种电的能量存储器系统（40），包括电的能量存储器单元（41）和根据权利要求8所述的装置（42）。

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