CN113270656A - 用于确定至少一个电能存储单元的老化状态的方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于确定至少一个电能存储单元的老化状态的方法，包括步骤：a)将所述至少一个电能存储单元从预定义的第一电压水平或者从预定义第一充电状态水平放电到预定义第二电压水平上，或者放电到预定义的第二充电状态水平上；b)获取在步骤a)中的所述放电所需要的时间段；c)至少根据所获取的所述时间段来确定所述至少一个电能存储单元的老化状态。此外描述了一种设备、一种计算机程序、一种机器能读的存储介质以及一种电能存储系统。

Description

用于确定至少一个电能存储单元的老化状态的方法

技术领域

本发明的出发点为用于对于至少一个根据独立权利要求所述的电能存储单元的老化状态进行确定的方法。

背景技术

由于尤其在车辆领域或者说汽车领域中越来越多的电气化，所以越来越多地使用移动的电能存储系统。尤其在越来越多地被使用的锂离子技术中必须遵循预先规定的边界值、例如电压边界值和充电状态边界值，以便确保所述电能存储系统的安全性和使用寿命。此外尤其对于所述电能存储系统的使用者而言重要的是，准确地获知相应的电能存储系统的电能存储单元的容量（即存储能力）。在此，当前的容量是用于电能存储单元的老化状态的特征值。为此，通过电池管理系统以通常不规律的间隔来执行所述电能存储单元的容量值的相应的更新。借助于所述容量值能够为使用者显示例如电驱动的车辆的余下的剩余续航里程。能够越频繁地执行所述更新，就能够越准确地为使用者显示所述车辆续航里程。此外能够通过相应的反馈（Rückkopplung）来改善用于获取容量的数学模型的精度。所获取的容量值可以例如相对于参考容量值来比较，以便获取相应的老化系数。

文献US 2019/0072618 A1描述了一种用于确定电池的老化状态的方法。

文献CN106526486 A描述了一种用于确定锂离子电池的老化状态的方法。

发明内容

本发明的优点

公开了一种具有独立权利要求的特征的用于确定至少一个电能存储单元的老化状态的方法。所述电能存储单元的老化可以例如具体地借助于其容量（即其存储能力）或者其内部电阻来表示，其方法是所述容量减小或者所述内部电阻增加。

在此将所述至少一个电能存储单元从预定义的第一电压水平或者从预定义第一充电状态水平放电到预定义第二电压水平上，或者放电到预定义的第二充电状态水平上。在所述两个水平之间优选地存在一在0 mV至100 mV（尤其20 mV至50 mV）的范围中的电压差，以便获得比典型的电压传感器精度足够更高的电压差。所述电压水平在此尤其指的是电能存储单元的端电压水平。

此外获取了前面所描述的放电所需要的时间段。为此例如随着放电过程的开始来启动一计时器，然后在达到相应的水平时该计时器停止，并且给出相应的放电时间。这可以例如通过电子的控制单元来实现。

从所获取的时间段中确定了所述至少一个电能存储单元的老化状态，其中这至少根据所获取的时间段来实现。如果对于所描述的过程而言需要例如较少的时间，那么这意味着所述电能存储单元老化了，并且可以例如通过特性场来获取的是：所述电能存储单元还具有最初的容量的百分之多少。

所述方法是有利的，因为该方法能够被简单地实施，并且无需复杂的计算。因此，该方法能够用于大量不同类型的电能存储单元。

所述方法可以例如以计算机执行的方式来实施。

本发明的另外的有利的实施方式是从属权利要求的主题。

有利地，在所述放电的步骤之前将所述至少一个电能存储单元充电或放电到所述预定义的第一电压水平或所述预定义的第一充电状态水平上。这是有利的，以便具有用于所述放电的所限定的边界条件并且有针对性地操控一电压水平或充电状态水平，它们对于确定所述至少一个电能存储单元的老化状态而言是特别有利的。在此，例如所谓的CCCV-充电方法（CCCV-Ladeverfahren）可以用于所述充电。

可选的是：当想要确定老化状态时，可以在充电之前执行一平衡过程（Balancing-Vorgang）、也被称为电压均衡。由此使得所有的电能存储单元在相同的电压水平上启动所述充电过程，并且在最佳的情况下也达到了相同的目标电压。所述电压在所述充电期间的可能的分散（Auseinandertriften），正如下面所描述的那样，通过一平衡（Balancing）在达到所述目标电压之后再进行。

有利地，如果所述至少一个电能存储单元包括至少两个电能存储单元，那么就执行一电压均衡。因此确保了所有的电能存储单元处于（几乎）相同的电压水平上，并且因此对于所有的电能存储单元而言存在相同的边界条件。

有利地，所述至少一个电能存储单元通过至少一个电阻（尤其是欧姆电阻）来放电，其中所述电阻与该至少一个电能存储单元并联连接。所述电阻可以例如是通常被用于在电能存储单元之间的电压均衡（所谓的平衡（Balancing））的平衡-电阻。

有利地获取所述至少一个电能存储单元的温度。借此，附加地根据所获取的温度来确定所述至少一个电能存储单元的老化状态。这是有利的，因为借此也考虑到了温度影响，该温度影响会影响在所述放电时所获取的时间段。例如可以在特性场中对于确定的时间段和确定的温度而言保存借此所获取的确定的老化状态。

有利地，所述电能存储单元的充满电的状态通过所述预定义的第一电压水平或者所述预定义的第一充电状态水平来表示。在此，所述预定义的第一电压水平典型地在锂离子电池单池的情况下位于4.0伏至4.3伏的范围中，尤其位于4.1伏至4.2伏的范围中。这是有利的，因为可以例如在充电过程期间例如通过外部的电流供应（充电装置）非常准确地达到所述充满电的状态。

此外本公开的主题是用于确定至少一个电能存储单元的老化状态的设备，该设备包括至少一个被设置用于对之前所公开的方法步骤进行执行的装置。所述至少一个装置在此可以尤其包括一电子的控制单元。此外所述至少一个装置可以包括例如电池管理控制器和相应的功率电子器件、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。尤其以电池管理控制器形式的电子的控制单元可以是这种装置。

电子的控制单元可以尤其地被理解为一种包括例如微控制器和/或应用专用的硬件模块（例如ASIC）的电子的控制器，但是个人计算机或者可编程逻辑控制器（speicherprogrammierbare Steuerung）也能够属于此电子的控制单元。

电能存储单元可以尤其地被理解为电化学的电池单池和/或带有至少一个电化学的电池单池的电池模块和/或带有至少一个电池模块的电池包。例如，所述电能存储单元可以是锂基的电池单池或者锂基的电池模块或者锂基的电池包。特别地，所述电能存储单元可以是锂离子电池单池或锂离子电池模块或锂离子电池包。此外，所述电池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、或者更普遍地任何的电化学的成分的蓄电池的类型。

此外本公开的主题是包括指令的计算机程序，该指令促使前述设备执行所公开的方法的所有步骤。因此达到了所提及的优点。

此外本公开的主题是一种机器能读的存储介质，在该存储介质上存储了所述计算机程序。因此除了所提及的优点之外还可以容易地传播所述计算机程序。

此外本公开的主题是一种包括至少一个电能存储单元以及之前所描述的设备的电能存储系统。因此实现了所提及的优点。

附图说明

本发明的有利的实施方式在附图中被示出，并且在接下来的描述中进一步地被解释。

其中：

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示出了说明了老化和不同的放电时间的曲线图；

图4示出了根据一实施方式的所公开的电能存储系统的示意性的图示。

具体实施方式

相同的附图标记在所有的附图中表示相同的设备组件或者相同的方法步骤。

图1示出了根据第一实施方式的、用于对于至少一个电能存储单元的老化状态进行确定的所公开的方法的流程图。

在第一步骤S11中使得所述至少一个电能存储单元从预定义的第一电压水平放电到预定义的第二电压水平上。可以替代的是，可以使用充电状态水平以代替所述电压水平。在此，当所述电能存储单元以预定义的电流来放电时是有利的。这可以例如借助于平衡-电阻（Balancing-Widerstand）来实施。

在第二步骤S12中获取了在前述步骤中的放电所需要的时间段。因此存在所述放电所需要的时间段。

在第三步骤S13中，根据所获取的时间段确定了所述电能存储单元的老化状态。这可以例如借助于特性场或查找表来实现，在该特性场中对于不同的放电时间储存了不同的老化状态。这个相互关系可以例如借助于试验室试验来获取。

图2示出了根据第二实施方式的、用于对于至少两个电能存储单元的老化状态进行确定的所公开的方法的流程图。

在第一步骤S21中使得所述至少两个电能存储单元充电或者放电到预定义的第一充电状态水平上。

在第二步骤S22中在所述至少两个电能存储单元之间执行了电压均衡（所谓的平衡（Balancing））。之后它们具有相同的电压水平。因此在此存在预定义的条件，用于接下来带有时间段获取（Zeitspannenermittlung）的放电，如果这在之前不是已经被完成的话。这在必要时能够提高所述老化状态获取的精度。

在第三步骤S23中使得所述电能存储单元从预定义的第一电压水平放电到预定义的第二电压水平上，正如之前也在图1中所描述的那样。

在此在第四步骤S24中获取了所述放电所需要的时间段。

利用所获取的时间段，接下来在第五步骤S25中根据所获取的时间段确定了所述至少一个电能存储单元的老化状态。

图3示出了说明了老化和不同的放电时间的曲线图。在纵坐标轴上绘制了所述电能存储单元的电压，并且在横坐标轴上绘制了时间。

绘制了从第一预定义的电压水平U1延伸经过第二预定义的电压水平U2的三条不同的放电曲线。在此，所述电能存储单元在每个放电时间点上都具有不同的老化状态。这能够从所述放电曲线中看出来。

从所述第一放电曲线中从所述第一电压水平U1到所述第二电压水平U2上所需要的时间段为t1。从所述第二放电曲线中从所述第一电压水平U1到所述第二电压水平U2上所需要的时间段为t2，并且从所述第三放电曲线中从所述第一电压水平U1到所述第二电压水平U2上所需要的时间段为t3。在此t3 < t2 < t1，这意味着所述电能存储单元在所述第三放电（其中得出了所述第三放电曲线）的时间点上比在前述时间点上具有更严重的老化。严重的老化在此意味着例如具体来说更小的容量或者更大的内部电阻。

图4示出了根据一实施方式的所公开的电能存储系统4的示意性的图示。所述电能存储系统4包括电能存储单元41以及用来确定所述电能存储单元41的老化状态的根据本发明的设备42。所述设备42在此包括一种被设置用于对于所公开的方法进行执行的装置。所述装置未被示出。

Claims (10)

1.用于确定至少一个电能存储单元（41）的老化状态的方法，包括步骤：

a)将所述至少一个电能存储单元（41）从预定义的第一电压水平或者从预定义的第一充电状态水平放电到预定义第二电压水平上，或者放电到预定义的第二充电状态水平上；

b)获取在步骤a)中的所述放电所需要的时间段；

c)至少根据所获取的所述时间段来确定所述至少一个电能存储单元（41）的老化状态。

2.根据前述权利要求所述的方法，此外包括：

d)在所述放电的步骤a)之前将所述至少一个电能存储单元（41）充电或放电到所述预定义的第一电压水平或所述预定义的第一充电状态水平上。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，此外包括：

e)如果所述至少一个电能存储单元（41）包括至少两个电能存储单元（41），那么就执行一电压均衡。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤a)中的所述放电通过至少一个与所述至少一个电能存储单元（41）并联连接的电阻来进行。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，此外包括：

f)获取所述至少一个电能存储单元（41）的温度；

其中在步骤c)中的所述老化状态的确定附加地至少根据所获取的温度来进行。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电能存储单元（41）的充满电的状态通过所述预定义的第一电压水平或所述预定义的第一充电状态水平来表示。

7.用于确定至少一个电能存储单元（41）的老化状态的设备（42），包括至少一个被设置用来对于根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤进行执行的装置、尤其是电子的控制单元。

8.包括指令的计算机程序，该指令促使根据权利要求7所述的设备（42）执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法的所有步骤。

9.机器能读的存储介质，在该存储介质上存储了根据权利要求8所述的计算机程序。

10.电能存储系统（4），包括至少一个电能存储单元（41）以及根据权利要求7所述的设备（42）。

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