CN113261175A - 为电储能器的运行确定至少一个运行参数的方法及对应的计算机程序、机器可读存储介质和计算机设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于为电储能器的运行确定至少一个运行参数的方法，包括步骤：a）接收大量电储能器的运行数据，特别是电流测量值和/或电压测量值和/或温度测量值，其中所述大量电储能器满足预定义标准，例如预定义的运行小时数；b）通过分析所述大量电储能器的运行数据来确定所述大量电储能器的至少一个老化状态变量，特别是电容量；c）基于所述至少一个老化状态变量为电储能器的运行确定至少一个运行参数，特别是最大充电电流；d）将所述至少一个运行参数传送到其他大量电储能器。此外描述了对应的计算机程序、对应的机器可读存储介质和对应的计算机设备。

Description

为电储能器的运行确定至少一个运行参数的方法及对应的计 算机程序、机器可读存储介质和计算机设备

技术领域

本公开基于一种用于为电储能器的运行确定至少一个运行参数的方法。

背景技术

在日益电气化，特别是机动车辆日益电气化的过程中，电储能器变得越来越重要。在运行这些电储能器时，特别注意尽可能低的或与应用相对应的老化，即，例如尽可能低的容量下降或尽可能低的内阻增加。对应的老化大致可以划分为两类：所谓的周期性老化和所谓的历法老化。在电储能器的运行中、即电流输出的情况下的容量下降或电阻增大称为周期性老化。如果出现在运行之外的老化，则称为历法老化。

特别是在具有电储能器的机动车辆中，这两种效应具有相关的影响。然而，就两个影响因素来说存在减少这种影响的可能性。例如，在非常高的充电状态下，电储能器的老化在大多数情况下明显高于在低充电状态或降低的充电状态下。由于这个原因，电池组可能没有被完全充电，即充电到技术上或物理上可能的最高充电状态，尽管向用户显示达到了最高充电状态。由此又减小了电储能器的使用可能性，因为减小了例如电动车辆的电力行程长度。这是不利的，因为电动车辆的电力行程长度终归是有限的。理想情况下，可以在过度老化和对应的高充电状态之间找到平衡。

此外，例如最大可能的充电电流，特别是在低于5°C的温度下受到强烈限制，以防止电储能器由于充电过程而损失容量。这因此对电储能器的充电时间产生不利的影响，特别是在完全充电的情况下。

对应的运行参数（例如最大允许充电状态或最大允许充电电流）存储在电池组管理系统中并在电储能器运行期间对应地加以使用，其中在电储能器的实际运行之前确定对应的值，例如通过实验室实验。由此来自电储能器运行的知识不影响所述运行参数的适配。

发明内容

本发明的优点

公开了一种具有专利独立权利要求的特征的用于为电储能器的运行确定至少一个运行参数的方法。

在此，接收大量电储能器的运行数据，其中所述大量电储能器满足预定义标准。电储能器的运行数据可以例如是电流测量值、电压测量值、温度测量值、电开关和/或机械开关的开关过程次数、电储能器的运行小时数、通过电储能器的预定义电能吞吐量和/或通过电储能器的预定义电荷吞吐量。可能的预定义标准例如是电储能器的预定义运行小时数或通过电储能器的预定义电能吞吐量或通过电储能器的预定义电荷吞吐量。

此外，确定所述大量电储能器的至少一个老化状态变量，其中这通过分析所述大量电储能器的运行数据来进行。对应的老化状态变量例如是电储能器的电容量。在此例如可以使用合适的算法，如基于最小二乘法的估计方法。在此也可以仅分析所述大量电储能器的运行数据的一部分，使得必要时不分析所述大量电储能器中一定数量的储能器的运行数据。

此外，为电储能器的运行确定至少一个运行参数，其中所述运行参数的确定基于所述至少一个老化状态变量来进行。对应的运行参数例如包括在预定义温度下的最大可能充电电流或最大可能充电状态或最小可能充电状态。

此外，将所述至少一个运行参数传送到其他大量电储能器。在此，所述其他大量电储能器可以包括例如不满足所述预定义标准（一般少使用）的电储能器。同样，所述其他大量电储能器可以与所述大量电储能器相同。

所述方法的优点在于，从多次使用的电储能器的运行中获得的数据和知识也被转用于少使用的储能器。因此可以以优化的方式运行这些少使用的电储能器，尽管它们还未产生足够的自身运行数据以使得能够从自身运行数据出发合理地适配运行参数。因此，从满足所述预定义标准的大量电储能器的运行中获得的知识有利地转用于其他电储能器，例如少使用的电储能器。

本发明的其他有利实施方式是从属权利要求的主题。

适宜地，在所述方法内根据所述至少一个老化状态变量和所述运行数据来适配电储能器的老化模型。在此，所述老化模型包括所述老化状态变量和其他变量之间的分配规则，其中所述其他变量特别是电储能器的电荷吞吐量。所述老化模型因此例如被如下适配：将通过所述老化模型描述的依赖于所述电荷吞吐量的容量损失与从所述运行数据中确定的依赖于所述电荷吞吐量的容量损失适配。例如，所述运行数据可能表明所述电储能器老化得比所述老化模型预测的更快，也就是说损失的容量比预测的更多。因此需要对所述老化模型进行适配。这具有以下优点：可以更精确地估计电储能器的老化，这有利所述电储能器的安全运行。所述老化模型例如可以作为数据存储器中的特征曲线族或作为数学函数来实现。

适宜地，此外根据所述老化模型来确定所述运行参数。这具有以下优点：可以实现电储能器的老化优化运行，也就是说，例如可以延长电储能器的使用寿命或使该使用寿命与所述电储能器的要求使用寿命适配。由此，可以有利地例如再次将增加的老化降低到期望的程度。

适宜地，基于所述运行数据将所述大量电储能器划分为类别。此外，分别针对来自每个类别的至少一个电储能器确定至少一个老化状态变量。这是有利的，因为由此不是为每个电储能器确定老化状态变量，而是为每个类别的至少一个代表确定老化状态变量，这显著降低了分析耗费，特别是计算和存储耗费。然而，由于划分为类别，在确定老化状态变量时要考虑电储能器的重要特性或特征。例如，可以基于电储能器的电荷吞吐量来划分为类别。因此也可以有效地分析大量的电储能器，例如几千或几十万，或者这些电储能器的运行数据。

适宜地，所述其他大量电储能器至少包括不满足所述预定义标准的多个电储能器。这具有以下优点，即从满足所述预定义标准的电储能器的运行数据中获得的知识有针对性地用于不满足该标准（一般少使用）的电储能器。因此优化了这些电储能器的运行。

适宜地，所述运行参数包括电储能器的最大允许温度、电储能器的温度的最大允许温升、电储能器的储能单元中的最大允许离子浓度和/或电储能器的储能单元中的最小允许离子浓度和/或电储能器的电极中的最小允许过电势。这是有利的，因为特别是高温对电储能器的使用寿命具有强烈的负面影响。这同样适用于电储能器的温度急剧上升。相反，这些值的增加可能对电储能器的电功率产生积极影响，因为例如可以调用更高的电流。因此，根据从所述运行数据中获得的与老化状态变量相关的知识，最大允许温度或最大允许温升的增加或减小可以作为确定运行参数的结果。类似的适用于电储能器的储能单元（例如电池组单池）中的离子浓度。最小允许过电势的设定是有利的，因为在低于所述最小允许过电势的情况下可能在电极中发生不期望的副反应，例如锂的沉积。

适宜地，所公开的方法通过位于电储能器外部的计算机设备执行。例如，所述计算机设备可以是计算机服务器。这是有利的，因为这种计算机设备比典型地存在于电储能器中的电池组管理控制设备具有更大的计算力和存储容量，并且因此还可以进行耗费的运行数据分析。此外，作为大量电储能器单元的运行数据的中央数据聚合实体，所述计算机设备易于维护和管理。

此外，本公开的主题是一种计算机程序，其被设置用于执行所公开方法的所有步骤。上述优点对应地适用。

此外，本公开的主题是一种机器可读存储介质，其上存储有所公开的计算机程序。上述优点对应地适用。

此外，本公开的主题是一种计算机设备，其被设置为执行所公开方法的所有步骤。上述优点对应地适用。

电储能器单元特别是可以理解为电化学电池组单池和/或具有至少一个电化学电池组单池的电池组模块和/或具有至少一个电池组模块的电池组包。例如，所述电储能器单元可以是锂基电池组单池或锂基电池组模块或锂基电池组包。特别地，所述电储能器单元可以是锂离子电池组单池或锂离子电池组模块或锂离子电池组包。此外，电池组单池可以是锂聚合物蓄电池、镍金属氢化物蓄电池、铅酸蓄电池、锂空气蓄电池或锂硫蓄电池的类型，或者通常是任何电化学成分的蓄电池。电容器也可以作为电储能器单元。

电储能器例如是包括多个电池组模块并且还具有电池组管理系统的电池组，通过该电池组管理系统例如可以与所述计算机设备交换数据。

附图说明

本发明的有利实施方式在附图中示出并且在以下描述中更详细描述。

其中：

图1示出了根据第一实施方式的公开方法的流程图；

图2示出了根据第二实施方式的公开方法的流程图；

图3示出了根据第三实施方式的公开方法的流程图；和

图4示出了根据实施方式的公开计算机设备的示意图。

具体实施方式

在所有图中，相同的附图标记表示相同的设备组件或相同的方法步骤。

图1示出了根据第一实施方式的公开方法的流程图。在此，在第一步骤S11中接收大量电储能器的电流测量值、电压测量值和温度测量值。所述大量电储能器在此超过了预定义的运行小时数。这意味着这些储能器具有一定的利用率。这些电储能器在此包括至少一个电储能器单元。

在第二步骤S12中，分析所述大量电储能器的运行数据并且由此确定所述大量电储能器的相应剩余电容量。在此，剩余的电容量代表相应电储能器的老化状态的度量或变量。

在第三步骤S13中，基于所确定的剩余电容量，确定最大充电电流值，在运行期间最高可以用该最大充电电流值为对应的电储能器充电。例如，如果在第二步骤S12中确定了所述大量电储能器的相应老化状态（即相应的剩余电容量）在考虑相应的运行小时数的条件下低于预定义的极限值，因此这些电储能器不期望地老化得更快，则降低所述最大充电电流值，这有利于更慢的老化。同样，如果已确定剩余电容量高于所述预定义的极限值，则可以增加所述最大充电电流值。

在第四步骤S14中，将所确定的最大充电电流值传送到其他大量电储能器，其中所述其他大量电储能器优选地具有比所述大量电储能器更少的运行小时。因此所述其他大量电储能器可以将所确定的最大充电电流值用于例如避免老化加剧。

图2示出了根据第二实施方式的公开方法的流程图。在第一步骤S21中，接收大量电储能器的电流测量值、电压测量值和温度测量值。在此，所述大量电储能器中的相应电储能器超过预定义的电荷吞吐量并且因此至少具有预定义的电力使用水平。

在第二步骤S22中，为所述大量电储能器中选定数量的电储能器分别确定内电阻，其中这借助于分析所述选定数量的电储能器的电流测量值、电压测量值和温度测量值来进行。因此不是对所有运行数据进行分析。所述选定数量的电储能器可以包括例如从所述大量电储能器中随机选择的预定义数量的电储能器。此外，附加地可以在所述分析的范围中确定内电阻对温度的依赖性。

在第三步骤S23中对老化模型进行适配，该老化模型反映电储能器的内电阻与其电荷吞吐量之间的预确定关系。由于所述老化模型基于例如在实验室实验中获得的预确定数据，因此这些数据不一定反映具体应用中的老化。在第二步骤S22中针对选定数量的电储能器确定内电阻。由于该选定数量的电储能器的相应电荷吞吐量是已知的或可以从传送的运行数据中简单地计算出，因此将该知识用于使所述老化模型适配于所述具体应用的实际条件。例如，如果这些电储能器老化得比所述老化模型所预测的更强，即如果这些电储能器具有比预测的更高的内电阻，则通过为未来适配所述老化模型来考虑这一点。

在第四步骤S24中为电储能器的运行确定最大允许温度，其中在此考虑到电储能器或组成该电储能器的电储能器单元的老化，由此电储能器单元的内电阻的增加在接近所述最大允许温度的高温时（例如针对在45°C左右范围内的锂离子单池）典型地比在较低温度（例如在30°C至35°C范围内）时更强。在此，所述最大允许温度基于在第二步骤S22中确定的内阻值，以提高所述最大允许温度（如果可以发生更强老化的话）或降低所述最大允许温度（如果需要不太强老化的话）。

然后在第五步骤S25中，将在第四步骤S24中确定的最大允许温度传送到其他大量电储能器，其中所述其他大量电储能器例如可以包括未包含在所述选定数量的电储能器中的电储能器，参见上面的第二步骤S22。

图3示出了根据第三实施方式的公开方法的流程图。在第一步骤S31中，接收电流测量值、电压测量值和温度测量值作为大量电储能器的运行数据。所述大量电储能器中的相应电储能器超过预定义的电荷吞吐量并且因此至少具有预定义的电力使用水平。

在第二步骤S32中，将所述大量电储能器中的电储能器基于它们各自的电荷吞吐量划分为类别。每个电储能器至少已经超过所述预定义的电荷吞吐量。例如可以划分为三个类别。为此，例如可以使用最少使用的电储能器和最常使用的储能器的电荷吞吐量，其中确定它们之间的差并将该差划分为三个相同大小的区域。从最少使用的储能器开始，可以基于这种三部分划分来对应地划分为类别。

在第三步骤S33中，分析来自每个类别的预定义数量的电储能器的运行数据并且由此确定这些电储能器的相应剩余电容量。在此，所述剩余电容量代表相应电储能器的老化状态的度量或变量。

在第四步骤S34中，基于所确定的剩余电容量确定电储能器的电极中的最小允许过电势，该最小允许过电势在那里仍然允许作为最小下限值。由于这样的过电势难以测量或根本无法测量，因此在电储能器运行期间借助于数学模型（例如来自富勒-多伊尔-纽曼的数学模型）来模拟地确定该过电势。因此，所述最小允许过电势用于与模拟确定的值进行比较。如果低于最小允许值，则属于对应电储能器的管理系统（例如电池组管理系统）必须采取对应的措施，例如减小电流。

在第五步骤S35中，然后将在第四步骤S34中确定的最小允许过电势传送到其他大量电储能器，其中所述其他大量电储能器例如可以包括未包含在所述预定义数量的电储能器中的电储能器，参见上面的第二步骤S33。优选地，所述最小允许过电势也被传送到尚未达到所述预定义电荷吞吐量的电储能器，以便有利地影响它们的行为，特别是老化。

图4示出了根据实施方式的公开计算机设备72的示意图。在此，示例性地示出了大量电储能器(未示出)中的电储能器71，该电储能器可以与计算机设备72交换数据，这通过对应的双箭头表示。此外，还示出了其他电储能器73，计算机设备72可以向其他电储能器73传送所确定的运行参数，这通过对应的双箭头表示。相应的双箭头在此表示可以在两个方向上交换数据。

Claims (10)

1.用于为电储能器（71、73）的运行确定至少一个运行参数的方法，包括以下步骤：

a）接收大量电储能器（71、73）的运行数据，特别是电流测量值和/或电压测量值和/或温度测量值，其中所述大量电储能器（71、73）满足预定义标准，例如预定义的运行小时数；

b）通过分析所述大量电储能器（71、73）的运行数据来确定所述大量电储能器（71、73）的至少一个老化状态变量，特别是电容量；

c）基于所述至少一个老化状态变量为电储能器（71、73）的运行确定至少一个运行参数，特别是最大充电电流；

d）将所述至少一个运行参数传送到其他大量电储能器（71、73）。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

e）根据所述至少一个老化状态变量和所述运行数据来适配电储能器（71、73）的老化模型，其中所述老化模型包括所述老化状态变量和其他变量之间的分配规则，所述其他变量特别是电储能器（71、73）的电荷吞吐量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤c）中，附加地根据所述老化模型确定所述运行参数。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

f）基于所述运行数据将所述大量电储能器（71、73）划分为类别，其中在步骤b）中分别针对来自每个类别的至少一个电储能器（71、73）确定所述至少一个老化状态变量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述其他大量电储能器（71、73）至少包括不满足所述预定义标准的多个电储能器（71、73）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述运行参数包括电储能器（71、73）的最大允许温度和/或电储能器（71、73）的温度的最大允许温升和/或电储能器（71、73）的储能单元中的最大允许离子浓度和/或电储能器（71、73）的储能单元中的最小允许离子浓度和/或电储能器（71、73）的电极中的最小允许过电势。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法通过位于所述电储能器（71、73）外部的计算机设备（72）执行。

8.计算机程序，其被设置为执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的所有步骤。

9.机器可读存储介质，其上存储有根据权利要求8所述的计算机程序。

10.计算机设备（72），其被设置为执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的所有步骤。

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