CN117426039A - 锂离子服务电池的能量管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一方面涉及一种锂离子服务电池(3)的能量管理方法(100)，所述方法(100)包括以下步骤：‑根据经测量的电池温度确定(102)对于所述电池(3)可接受的最大化约束电压和最小化约束电压；‑确定(103)待施加到所述电池(3)的端子上以维持预确定充电状态的电压设定值，所述电压设定值随经测量的电池温度而变；‑通过由所述最大化约束电压和所述最小化约束电压限制所述电压设定值来确定(104)安全电压设定值；‑向电压发生器(6)传输(106)所述安全电压设定值，所述电压发生器配置用于依据所述安全电压设定值操控在所述电池(3)的端子上的电压。

Description

锂离子服务电池的能量管理方法
技术领域
本发明要求于2021年5月26日提交的法国申请N°2105449的优先权，该申请的内容(文本、附图和权利要求)通过引用并入本文。
本发明的一方面涉及一种车辆(尤其是机动车辆)的锂离子服务电池的能量管理方法以及一种装备有配置用于实施根据本发明的方法的至少一个计算机的机动车辆。
背景技术
机动车辆通常包括与车载网络联接的铅电池(还称作服务电池)，以给这些车辆的装备供电。通常地包括12V电压的这些铅电池常常地被使用，因为这些铅电池具有较低的成本。
然而，重约20kg至25kg的铅电池相对于经存储的电气能量量相对较重。此外，所述铅电池目前违背欧盟委员会的禁止铅的立法。该违背可能有一天会被取消，进而禁止销售这些电池，这迫使制造商提供替代方案。
锂离子电池(其所具有的电压等级接近于通过使四个电芯串联地关联所提供的当前电压等级)可替代铅电池。然而，该类型的电池带来了与运行温度有关的问题。事实上，无法设想在这种锂离子电池的再充电期间在所述锂离子电池的端子上施加与可能地施加到铅电池(该铅电池例如接受15.2V电压)的端子上的电压等效的电压。在足够长的周期上向锂离子电池的端子上施加这种15.2V电压，这使所述锂离子电池发热并且使所述锂离子电池的性能快速地降级。
发明内容
本发明的目标在于通过提供一种锂离子服务电池的能量管理方法来弥补现有技术的缺陷，所述能量管理方法能够避免所述锂离子服务电池的发热。
在该背景下，本发明由此在其最广义的接受范围上涉及一种锂离子服务电池的能量管理方法，所述锂离子服务电池属于车辆的低压网络，所述方法包括由至少一个计算机执行的以下步骤：
-根据经测量的电池温度确定对于所述电池可接受的最大化约束电压(tensionde contrainte)和最小化约束电压；
-确定待施加到所述电池的端子上以维持预确定充电状态的电压设定值，所述电压设定值随经测量的电池温度而变；
-通过由所述最大化约束电压和所述最小化约束电压限制所述电压设定值来确定安全电压设定值；
-向电压发生器传输所述安全电压设定值，所述电压发生器配置用于依据所述安全电压设定值操控在所述电池的端子上的电压。
由于本发明，经传输到所述电压发生器的安全电压设定值由根据经测量的电池温度确定的最小化约束电压和最大化约束电压限制。由此，消除了所述电池的过度发热风险，所述过度发热风险可能归因于由所述电压发生器在所述电池的端子上施加的过大电压。
除了在上一段中刚刚提到的特征之外，根据本发明的方法可具有选自(经单独地考虑的或根据技术上可行的所有组合的)以下附加特征中的一个或多个附加特征。
根据本发明的非限制性方面，所述方法包括用于向所述安全电压设定值施加校正电压的施加步骤，所述校正电压随在所述低压网络中测量的电压变化而变。
根据本发明的非限制性方面，
-所述最大化约束电压等于所述电池的空载电压+(所述电池的内阻*最大化安全电池电流)；
-所述最小化约束电压等于所述电池的空载电压+(所述电池的内阻*最小化安全电池电流)。
根据本发明的非限制性方面，用于确定对于所述电池可接受的最大化约束电压和最小化约束电压的步骤包括以下子步骤：
-根据经测量的电池温度确定由所述电池可接受的最大化电池电流和最小化电池电流，
-确定最大化安全电池电流和最小化安全电池电流，
-所述最大化安全电池电流等于：
-在用于确定由所述电池可接受的最大化电池电流和最小化电池电流的子步骤过程中确定的最大化电池电流，当经确定的最大化电池电流在最小化电池电流阈值与最大化电池电流阈值之间时；
-所述最小化电池电流阈值，当经确定的最大化电池电流小于所述最小化电池电流阈值时；
-所述最大化电池电流阈值，当经确定的最大化电池电流大于所述最大化电池电流阈值时。
-所述最小化安全电池电流等于：
-经确定的最小化电池电流，当经确定的最小化电池电流在所述最小化电池电流阈值与所述最大化电池电流阈值之间时；
-所述最小化电池电流阈值，当经确定的最小化电池电流小于所述最小化电池电流阈值时；
-所述最大化电池电流阈值，当经确定的最小化电池电流大于所述最大化电池电流阈值时。
根据本发明的非限制性方面，所述最大化约束电压还等于：
-经计算的最大化约束电压，当经计算的最大化约束电压在最小化电池电压阈值与最大化电池电压阈值之间时；
-所述最小化电池电压阈值，当经计算的最大化约束电压小于所述最小化电池电压阈值时；
-所述最大化电池电压阈值，当经计算的最大化约束电压大于所述最大化电池电压阈值时；
根据本发明的非限制性方面，所述最小化约束电压还等于：
-经计算的最小化约束电压，当经计算的最小化约束电压在所述最小化电池电压阈值与所述最大化电池电压阈值之间时；
-所述最小化电池电压阈值，当经计算的最小化约束电压小于所述最小化电池电压阈值时；
-所述最大化电池电压阈值，当经计算的最小化约束电压大于所述最大化电池电压阈值时。
根据本发明的非限制性方面，所述方法包括用于确定所述电池的空载电压的步骤，所述空载电压等于经测量的电池电压-(经测量的电池电流*所述电池的内阻)。
根据本发明的非限制性方面，当所述最小化约束电压大于或等于最小化安全电压时并且：
-当经确定的电压设定值在所述最大化约束电压与所述最小化约束电压之间时，则所述安全电压设定值等于经确定的电压设定值；
-当经确定的电压设定值小于所述最小化约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最小化约束电压；
-当经确定的电压设定值大于所述最大化约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最大化约束电压。
根据本发明的非限制性方面，当最小化安全电压在所述最大化约束电压与所述最小化约束电压之间时并且：
-当经确定的电压设定值在所述最大化约束电压与最小化安全约束电压之间时，则所述安全电压设定值等于经确定的电压设定值；
-当经确定的电压设定值小于所述最小化安全约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最小化安全约束电压；
-当经确定的电压设定值大于所述最大化约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最大化约束电压。
根据本发明的非限制性方面，当所述最大化约束电压小于经确定的电压设定值时，则所述安全电压设定值等于所述最大化约束电压。
本发明的另一方面涉及一种车辆，所述车辆包括低压网络、属于所述低压网络的锂离子服务电池以及电压发生器，所述电压发生器配置用于操控在所述电池的端子上的电压。所述车辆还包括至少一个计算机，所述至少一个计算机配置用于实施符合本发明上述方面之一的方法。
附图说明
通过阅读本发明下文中的详细说明和附图，将更好地理解本发明及其不同的应用，在所述附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明非限制性方面的车辆。
-图2示意性地示出了根据本发明的方法的非限制性实施例的步骤的流程图。
具体实施方式
图1示出了车辆1，所述车辆包括例如12V的低压网络2。
所述低压网络2尤其包括：
-例如12V的锂离子服务电池3，
-BMS(英文为“battery management system(电池管理系统)”)类型的计算机4，以及
-用于管理所述车辆1的发动机的管理计算机5。
所述车辆1还包括电压发生器6，所述电压发生器例如由DCDC类型的电压转换器形成。
图2示出了根据本发明一方面的方法100的实施例的步骤的流程图。所述方法能够操控在锂离子服务电池3的端子上的电压。
在非限制性实施例中，所述方法100的步骤借助于BMS类型的计算机4和用于管理所述车辆1的发动机的管理计算机5执行。
所述方法100包括用于确定101所述电池3的空载电压的步骤。
所述空载电压等于经测量的电池电压-(经测量的电池电流*所述电池的内阻)。
经测量的电池电压和经测量的电池电流可由BMS计算机4传输至用于管理发动机的管理计算机5。
所述电池的内阻本身根据经测量的电池温度确定。该经测量的电池温度可由BMS计算机4传输至用于管理发动机的管理计算机5。经测量的电池温度接下来与映射进行比较，所述映射能够根据所述电池温度确定所述内阻。
根据非限制性实施例，经计算的空载电压接下来例如借助于一级低通过滤器过滤。该过滤由此能够减小由根据本发明的方法100使用的空载电压的噪声。
所述方法100还包括用于根据经测量的电池温度确定102由所述电池可接受的最大化约束电压和最小化约束电压的步骤。该步骤能够确定需遵循的在锂离子服务电池3的端子上的最小化电压限制和最大化电压限制，以尤其是保证使得在所述电池3中流通的电流平均地遵循最小化限制和最大化限制。
根据非限制性示例，所述最大化约束电压等于所述电池的空载电压+(所述电池的内阻*最大化安全电池电流)。
根据非限制性示例，所述最小化约束电压等于所述电池的空载电压+(所述电池的内阻*最小化安全电池电流)。
为了确定所述最大化安全电池电流和所述最小化安全电池电流，用于确定102所述最大化约束电压和所述最小化约束电压的步骤包括第一子步骤102a，所述第一子步骤用于根据经测量的电池温度确定对于所述电池可接受的最大化电池电流和最小化电池电流。
为了确定所述最大化电池电流，所述方法100使用映射，该映射示出了随所述电池温度而变的最大化电池电流。在+20°的电池温度下，该最大化电池电流可例如由60A的充电电流形成。
为了确定所述最小化电池电流，所述方法100使用映射，该映射示出了随所述电池温度而变的最小化电池电流。在+20°的电池温度下，该最小化电池电流可例如由-300A的放电电流形成。
步骤102还包括第二子步骤102b，所述第二子步骤用于确定所述最大化安全电池电流和所述最小化安全电池电流。
所述最大化安全电池电流等于：
-在第一子步骤102a时确定的最大化电池电流，当经确定的最大化电池电流在最小化电池电流阈值与最大化电池电流阈值之间时；
-所述最小化电池电流阈值，当经确定的最大化电池电流小于所述最小化电池电流阈值时；
-所述最大化电池电流阈值，当经确定的最大化电池电流大于所述最大化电池电流阈值时。
所述最小化安全电池电流等于：
-在第一子步骤102a时确定的最小化电池电流，当经确定的最小化电池电流在所述最小化电池电流阈值与所述最大化电池电流阈值之间时；
-所述最小化电池电流阈值，当经确定的最小化电池电流小于所述最小化电池电流阈值时；
-所述最大化电池电流阈值，当经确定的最小化电池电流大于所述最大化电池电流阈值时。
该第二子步骤102b能够验证在第一子步骤102a时确定的最小化电池电流和最大化电池电流是否与(由锂离子服务电池3的BMS计算机4直接提供的)在电流方面的限制(最小化电池电流阈值和最大化电池电流阈值)兼容。这些最小化安全电池电流和最大化安全电池电流由此能够遵循使用约束，所述使用约束与所述电池3的和因此所述车辆1的安全性兼容。
根据本发明的非限制性方面，所述最大化约束电压还等于：
-先前经计算的最大化约束电压，当经计算的最大化约束电压在最小化电池电压阈值与最大化电池电压阈值之间时；
-所述最小化电池电压阈值，当经计算的最大化约束电压小于所述最小化电池电压阈值时；
-所述最大化电池电压阈值，当经计算的最大化约束电压大于所述最大化电池电压阈值时。
根据本发明的该非限制性方面，所述最小化约束电压还等于：
-先前经计算的最小化约束电压，当经计算的最小化约束电压在所述最小化电池电压阈值与所述最大化电池电压阈值之间时；
-所述最小化电池电压阈值，当经计算的最小化约束电压小于所述最小化电池电压阈值时；
-所述最大化电池电压阈值，当经计算的最小化约束电压大于所述最大化电池电压阈值时。
这些最小化电池电压阈值和最大化电池电压阈值是对于所述电池待遵循的最小化电压限制和最大化电压限制，以便不损坏所述电池。
所述方法100包括用于确定103待施加到所述电池3的端子上以维持预确定充电状态(例如85％)的电压设定值的步骤。
所述电压设定值随经测量的电池温度而变。为此，所述方法使用映射，该映射示出了随所述电池温度而变的电池电压。
根据本发明的方法100还包括用于通过向在步骤103过程中确定的电压设定值上施加在步骤102过程中确定的最大化约束电压和最小化约束电压来确定104安全电压设定值的步骤。
这些约束电压能够遵循(电流和电压)限制，同时掌控在所述电池3中流通的电流(尤其是充电电流)。
此外，在非限制性实施中，所述方法100能够确定所述电池3的待遵循的可定参最小化安全电压(例如12.3V)。该最小化安全电压能够为构成车辆1的低压网络2的电气元件(例如多媒体系统或照明装置)确保最小性能等级。
在第一实施中，当所述最小化约束电压大于或等于所述最小化安全电压时并且：
-当经确定的电压设定值在所述最大化约束电压与所述最小化约束电压之间时，则所述安全电压设定值等于经确定的电压设定值；
-当经确定的电压设定值小于所述最小化约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最小化约束电压；
-当经确定的电压设定值大于所述最大化约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最大化约束电压。
在第二实施中，当所述最小化安全电压在所述最大化约束电压与所述最小化约束电压之间时并且：
-当经确定的电压设定值在所述最大化约束电压与最小化安全约束电压之间时，则所述安全电压设定值等于经确定的电压设定值；
-当经确定的电压设定值小于所述最小化安全约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最小化安全约束电压；
-当经确定的电压设定值大于所述最大化约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最大化约束电压。
在第三实施中，当所述最大化约束电压小于所述最小化安全约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最大化约束电压。
在非限制性实施例中，所述安全电压设定值的电压变化可由最大化电压梯度(例如2V/s)和最小化电压梯度(例如-2V/s)限制。
所述方法100还包括用于根据在低压网络2中测量的电压变化向所述安全电压设定值施加105校正电压的步骤。
该步骤105能够考虑到在低压网络2中可能发生的电压降。这些电压降可例如与低压网络2的布线阻抗有关。所述校正电压由此能够减少在待施加到所述电池3的端子上的安全电压设定值与在其端子上真实测量出的电压之间的误差。该校正电压持续地确定。
在非限制性实施例中，误差电压经确定。该误差电压等于经确定的安全电压设定值-在所述电池3的端子上测量的电压。
接下来，中间校正电压借助于PID类型的调节器确定。该中间校正电压持续地确定，以便减少经确定的误差电压。
最后，该中间校正电压与对于所述电压校正经授权的最小化误差电压阈值和最大化误差电压阈值进行比较。
由此，当所述中间校正电压在所述最小化误差电压阈值与所述最大化误差电压阈值之间时，所述校正电压等于所述中间校正电压。
当所述中间校正电压小于所述最小化误差电压阈值时，所述校正电压等于所述最小化误差电压阈值。
当所述中间校正电压大于所述最大化误差电压阈值时，所述校正电压等于所述最大化误差电压阈值。
所述方法100还包括用于向电压发生器6传输106所述安全电压设定值的步骤，所述电压发生器配置用于依据所述安全电压设定值操控在所述电池3的端子上的电压。在本文的示例中，该电压发生器6由DC/DC电压转换器形成。
在不同的实施例中，所述电压发生器6可例如由交流发电机类型的旋转电机形成。

Claims (10)

1.一种锂离子服务电池(3)的能量管理方法(100)，所述锂离子服务电池属于车辆(1)的低压网络(2)，所述能量管理方法(100)包括由至少一个计算机(4，5)执行的以下步骤：
-根据经测量的电池温度确定(102)对于所述锂离子服务电池(3)可接受的最大化约束电压和最小化约束电压；
-确定(103)待施加到所述锂离子服务电池(3)的端子上以维持预确定充电状态的电压设定值，所述电压设定值随经测量的电池温度而变；
-通过由所述最大化约束电压和所述最小化约束电压限制所述电压设定值来确定(104)安全电压设定值；
-向电压发生器(6)传输(106)所述安全电压设定值，所述电压发生器配置用于依据所述安全电压设定值操控在所述锂离子服务电池(3)的端子上的电压。
2.根据权利要求1所述的能量管理方法(100)，其特征在于，所述能量管理方法包括用于向所述安全电压设定值施加(105)校正电压的步骤，所述校正电压随在所述低压网络(2)中测量的电压变化而变。
3.根据上述权利要求中任一项所述的能量管理方法(100)，其特征在于：
-所述最大化约束电压等于所述锂离子服务电池(3)的空载电压+(所述锂离子服务电池(3)的内阻*最大化安全电池电流)；
-所述最小化约束电压等于所述锂离子服务电池(3)的所述空载电压+(所述锂离子服务电池(3)的所述内阻*最小化安全电池电流)。
4.根据权利要求3所述的能量管理方法(100)，其特征在于，用于确定(102)的步骤包括以下子步骤：
-根据经测量的电池温度确定(102a)由所述锂离子服务电池(3)可接受的最大化电池电流和最小化电池电流，
-确定(102b)最大化安全电池电流和最小化安全电池电流，
-所述最大化安全电池电流等于：
○在预先的用于确定(102a)的所述子步骤过程中确定的所述最大化电池电流，当经确定的所述最大化电池电流在最小化电池电流阈值与最大化电池电流阈值之间时；
○所述最小化电池电流阈值，当经确定的所述最大化电池电流小于所述最小化电池电流阈值时；
○所述最大化电池电流阈值，当经确定的所述最大化电池电流大于所述最大化电池电流阈值时；
-所述最小化安全电池电流等于：
○经确定的所述最小化电池电流，当经确定的所述最小化电池电流在所述最小化电池电流阈值与所述最大化电池电流阈值之间时；
○所述最小化电池电流阈值，当经确定的所述最小化电池电流小于所述最小化电池电流阈值时；
○所述最大化电池电流阈值，当经确定的所述最小化电池电流大于所述最大化电池电流阈值时。
5.根据权利要求3所述的能量管理方法(100)，其特征在于：
-所述最大化约束电压还等于：
○经计算的所述最大化约束电压，当经计算的所述最大化约束电压在最小化电池电压阈值与最大化电池电压阈值之间时；
○所述最小化电池电压阈值，当经计算的所述最大化约束电压小于所述最小化电池电压阈值时；
○所述最大化电池电压阈值，当经计算的所述最大化约束电压大于所述最大化电池电压阈值时；
-所述最小化约束电压还等于：
○经计算的所述最小化约束电压，当经计算的所述最小化约束电压在所述最小化电池电压阈值与所述最大化电池电压阈值之间时；
○所述最小化电池电压阈值，当经计算的所述最小化约束电压小于所述最小化电池电压阈值时；
○所述最大化电池电压阈值，当经计算的所述最小化约束电压大于所述最大化电池电压阈值时。
6.根据权利要求3所述的能量管理方法(100)，其特征在于，所述能量管理方法包括用于确定(101)所述锂离子服务电池(3)的空载电压的步骤，所述空载电压等于经测量的电池电压-(经测量的电池电流*所述锂离子服务电池(3)的内阻)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的能量管理方法(100)，其特征在于，当所述最小化约束电压大于或等于最小化安全电压时并且：
○当经确定的所述电压设定值在所述最大化约束电压与所述最小化约束电压之间时，则所述安全电压设定值等于经确定的所述电压设定值；
○当经确定的所述电压设定值小于所述最小化约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最小化约束电压；
○当经确定的所述电压设定值大于所述最大化约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最大化约束电压。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的能量管理方法(100)，其特征在于，当最小化安全电压在所述最大化约束电压与所述最小化约束电压之间时并且：
○当经确定的所述电压设定值在所述最大化约束电压与所述最小化安全约束电压之间时，则所述安全电压设定值等于经确定的所述电压设定值；
○当经确定的所述电压设定值小于所述最小化安全约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最小化安全约束电压；
○当经确定的所述电压设定值大于所述最大化约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最大化约束电压。
9.根据上述权利要求中任一项所述的能量管理方法(100)，其特征在于，当所述最大化约束电压小于所述最小化安全约束电压时，则所述安全电压设定值等于所述最大化约束电压。
10.一种车辆(1)，所述车辆包括低压网络(2)、属于所述低压网络(2)的锂离子服务电池(3)以及电压发生器(6)，所述电压发生器配置用于操控在所述锂离子服务电池(3)的端子上的电压，其特征在于，所述车辆(1)包括至少一个计算机(4，5)，所述至少一个计算机配置用于实施根据上述权利要求中任一项所述的能量管理方法(100)。
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