CN117730463A - 用于补偿储能器的内阻的方法和用于补偿内阻的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于补偿储能器(11)的、尤其是可更换蓄电池组(10)的内阻(R)的方法，所述储能器具有至少一个储能器电池(42)。提出，在与所述储能器(11)连接的耗电器(18)或者充电设备(16)中基于按指数下降的近似(Rapp(T))进行所述内阻(R)的补偿，所述近似的变化曲线与所述至少一个储能器电池(42)的温度(T)和电池化学有关。此外，本发明涉及一种系统，该系统由至少一个储能器(11)以及耗电器(18)和/或充电设备(16)组成，所述储能器构造为可更换蓄电池组(10)，所述耗电器用于所述可更换蓄电池组(10)的放电，所述充电设备用于所述可更换蓄电池组(10)的充电，其中，所述可更换蓄电池组(10)、所述耗电器(18)和所述充电设备(16)分别具有机电接口(14，20)，所述机电接口具有多个电接触部(12)，用于执行所述方法。
Description
技术领域
本发明涉及根据并列权利要求的前序部分所述的一种用于补偿储能器的内阻的方法以及一种用于补偿内阻的系统。
背景技术
多种耗电器借助能够再次充电的储能器运行，所述储能器相应地通过耗电器放电并且能够借助充电设备再次充电。通常，这种储能器由串联连接的和/或并联连接的多个储能器电池组成，用以实现所要求的运行电压或者说运行容量。如果储能器电池例如构造为锂离子电池(锂离子)，则能够特别有利地实现非常高的功率密度和能量密度。然而，这种储能器或储能器电池对于深度放电是特别灵敏的，该深度放电可能导致所述储能器或储能器电池的损坏。因此，必需的是，耗电器监测储能器的电压并且在达到下阈值电压时防止进一步放电。
每个储能器具有内阻，该内阻通过相应的等效电路图与理想无电阻的储能器电池串联连接。如果从储能器获取电流或者给储能器供电电流，则在该内阻上电压也下降。该非期望的电压降导致，尽管储能器的实际电压(OCV：Open Circuit Voltage，开路电压)仍足以用于继续运行，但是耗电器会过早地关断。因此，已知的是，这样补偿储能器的内阻，使得耗电器在了解该内阻的情况下借助监测单元计算在内阻上的电压降并且由此推导出新的关断阈值。然而，成问题的是，内阻与储能器的或储能器电池的温度非常相关。内阻关于温度的变化曲线的特征显著地被电池化学影响，该电池化学对于不同电池类型而言是不同的。
除了将储能器固定地集成到耗电器中之外，尤其在具有高电流消耗和较长的运行时间的耗电器(例如电动工具)的情况下，也存在构型为所谓的可更换蓄电池组的储能器。通过可更换蓄电池组的机电接口，该可更换蓄电池组可以在无工具的情况下以能够松脱的方式与耗电器或者充电设备的另外的机电接口耦合。在此，接口的电接触部中的第一电接触部分别构造为能够以第一参考电势、优选供电电势加载的能量供电接触部，接口的电接触部中的第二电接触部分别构造为能够以第二参考电势、优选接地电势加载的能量供电接触部。
然而，可更换蓄电池组可以装备有非常不同的储能器电池，所述储能器电池具有非常不同的内阻和温度特征。由DE 102016209822.5已知一种解决方案，在该解决方案中，可更换蓄电池组的内阻分别经由机电接口的第三接触部根据在可更换蓄电池组中测量出的温度被传输给耗电器，所述第三接触部构造为信号接触部或者数据接触部。替代地，信号接触部或者数据接触部也可以用于，基于安装在可更换蓄电池组中的编码电阻和保存在耗电器中的查找表估计该内阻。
从现有技术出发，本发明的任务在于，能够实现相对于现有技术改善的、与电池和温度有关的、对储能器、尤其是可更换蓄电池组的内阻的补偿，并且因此延长耗电器的运行时间或优化充电设备的充电循环。
发明内容
为了解决所提出的任务，设置，在与储能器连接的耗电器或者充电设备中基于按指数下降的近似进行内阻的补偿，所述近似的变化曲线与至少一个储能器电池的温度和电池化学有关。
与通过编码电阻实现的解决方案相比，通过这种方式产生如下优点：能够传输的数据量更大，用以更精确地估计在耗电器中的或在充电设备中的内阻。此外，不需要专门地构型集成在储能器中的、具有编码电阻的电子装置模块用以单独地适配于所使用的储能器电池的特征。通常，这样设计编码电阻，使得该编码电阻对能够用于确定的储能器类型的所有储能器电池的尽可能小的内阻进行编码。相比之下，根据本发明的方法提供如下优点：对电压降的计算不必受制于以一定安全性加载的假设，使得最终可以向用户提供更多功率或容量。与经由信号接触部或者数据接触部进行的内阻值的直接传输相比，产生如下优点：温度不必在储能器中被测量，并且不必由在那里的计算单元计算。
根据本发明的方法通过系统执行，该系统由至少一个储能器以及耗电器和/或充电设备组成，该储能器构造为可更换蓄电池组，该耗电器用于可更换蓄电池组的放电，该充电设备用于可更换蓄电池组的充电，其中，可更换蓄电池组、耗电器和充电设备分别具有机电接口，该机电接口具有多个电接触部。在此，机电接口的电接触部中的第一电接触部用作能够以第一参考电势、优选供电电势加载的能量供电接触部，接口的电接触部中的第二电接触部用作能够以第二参考电势、优选接地电势加载的能量供电接触部，接口的电接触部中的第三电接触部用作用于传输计算按指数下降的近似所需要的数据的信号接触部或者数据接触部。
在本发明的上下文中的耗电器应理解为例如借助储能器、尤其是可更换蓄电池组运行的、用于借助电驱动的插入式工具来加工工件的电动工具。在此，电动工具不仅能够构造成手持式电动工具，还能够构造成固定式电动工具机。在这种背景下，典型的电动工具是手持式钻机或立式钻机、螺钉机、冲击钻机、钻锤、刨机、角磨机、振动磨光机、抛光机、圆锯、台式锯、摆锯机和线锯或类似物。但是，也将诸如割草机、草坪修剪器、修枝锯、马达旋转犁和沟渠旋转犁/>机器人破碎机和机器人挖掘机或类似物等借助储能器、尤其是可更换蓄电池组运行的园艺设备和建筑设备以及诸如吸尘器、搅拌器等借助储能器、尤其是可更换蓄电池组运行的家用设备考虑为耗电器。同样地，本发明能够应用于同时借助多个可更换蓄电池组来供电的耗电器。
储能器的电压通常是单个的储能器电池的电压的倍数，并且由各个储能器电池的连接方式(并联或串联)得出。储能器电池典型地构型为原电池，所述原电池具有如下结构：在所述结构中，一个电池极贴靠在一个端部上并且另一个电池极贴靠在对置的端部上。尤其是，储能器电池在一个端部上具有正电池极并且在对置的端部上具有负电池极。优选地，储能器电池构造成锂基储能器电池，例如锂离子、锂钋、锂金属或者类似物。但是，本发明也能够应用于具有镍镉电池、镍氢电池或其他合适电池类型的储能器。在具有3.6V的电池电压的常见锂离子储能器电池的情况下，示例性地得出3.6V、7.2V、10.8V、14.4V、18V、36V等电压等级。优选地，储能器电池构造成至少基本上圆柱形的圆电池，其中，电池极布置在圆柱形状的端部上。然而，本发明与所使用的储能器电池的类型和结构形式无关，而是能够应用于任意的储能器和储能器电池，例如除了圆电池之外还能够应用于软包电池(Pouchzellen)或类似物。
在本发明的一种扩展方案中，这样构型按指数下降的近似，使得对于多个、尤其是对于所有温度值而言，所述按指数下降的近似小于至少一个储能器电池的内阻的相应真实测量出的值。因此可以保证，真实的内阻大于或者等于计算出的值，以便能够实现可靠的补偿。
另外设置，借助至少两个参数计算按指数下降的近似，其中，至少两个参数表征至少一个储能器电池的电池化学。在此，用于确定的温度值的至少两个参数保存在储能器的存储器的查找表中。通过这种方式，一方面能够实现内阻的非常准确的近似，而另一方面，只需要储能器的存储器中的少量存储空间来保存参数。
在该方法的至少一个方法步骤中，测量储能器的和/或储能器电池的温度，其中，根据测量出的温度值，分别向耗电器或者充电设备传输至少两个参数的参数值。特别有利地，由此可以保护机电接口的信号接触部或者数据接触部的传输容量，以便必要时传输另外的运行参数或者验证通信。
根据本发明的方法设置，对于测量出的温度值，基于所传输的至少两个参数值，计算内阻的近似值。在另外的方法步骤中，在耗电器中或者在充电设备中测量负载电流，并且根据测量出的负载电流、计算出的近似值和储能器电池的已知的空载关断电压，借助如下关系计算关断电压：
UStop＝UStopOC-Rapp(Ti)*I。
在此，储能器电池的已知的空载关断电压优选为2.5伏。如果储能器电池的测量出的电池电压大于计算出的关断电压，则停止耗电器的运行或者充电设备的充电过程。
按指数下降的近似可以借助表征电池化学的三个参数通过如下关联来计算：
Rapp(T)＝a*exp(-b*T)+c。
为了节省储能器中的存储空间，第一参数处在从1至100、尤其是从20至50的范围中，第二参数处在从0.01至0.1、尤其是从0.03至0.06的范围中，第三参数处在从1至60、尤其是从5至30的范围中。通过这种方式，可以使查找表的规模最小化。
在一种替代的构型中设置，通过多条直线形成按指数下降的近似，其中，每条直线通过两个参数值定义，所述参数值分别由储能器电池的温度值和配属的内阻的值对得出。通过使用仅两个参数，可以进一步降低在耗电器和/或充电设备中计算近似的工作量。此外，所需要的在储能器中的存储空间更少，所需要的用于信号接触部或者数据接触部的带宽更少，或者说，该信号接触部或者数据接触部可以用于传输另外的运行参数。特别有利地，直线的数量为2至100、尤其是3至7。另外，如果相邻的两条直线的两个参数值中的一个参数值相同，则能够减少待存储的或待传输的参数值的数量。因此，对于N条直线，仅需要N+1个参数值。然后，在该方法的方法步骤中，基于测量出的温度值，从查找表中选择配属的两个参数值，并且通过如下关联计算近似值：
Rapp(Ti)＝Rn+(Rn+1-Rn)*(Ti-Tn)/(Tn+1-Tn)。
此外，该替代的构型的有利之处在于，通过直线也可以近似非指数曲线，以便因此能够考虑具有不同的与温度有关的电阻变化曲线的未来的电池化学。
附图说明
在下文中根据图1至图6示例性地阐述本发明，其中，附图中的相同附图标记表示具有相同功能方式的相同组成部分。
附图示出：
图1在示意图中示出系统，该系统包括至少一个储能器和至少一个充电设备或耗电器，该储能器构型为可更换蓄电池组，该充电设备能够与该可更换蓄电池组连接，该充电设备用于可更换蓄电池组的充电，该耗电器能够与可更换蓄电池组连接，该耗电器用于可更换蓄电池组的放电，
图2示出图1中的系统的方框电路图，
图3在第一实施方式中示出储能器的内阻的根据本发明的按指数下降的近似的曲线图，
图4示出根据本发明的方法在第一实施方式中的流程图，
图5在第二实施方式中示出储能器的内阻的根据本发明的按指数下降的近似的曲线图，
图6示出根据本发明的方法在第二实施方式中的流程图。
具体实施方式
图1示出储能器11，该储能器构型为可更换蓄电池组10，该储能器具有机电接口14，该机电接口具有多个电接触部12。可更换蓄电池组19可以借助充电设备16来充电，并且可以通过各种各样的耗电器18放电。为此，充电设备16和耗电器18分别具有另外的机电接口20，该另外的机电接口具有多个电接触部12。图1旨在阐明，本发明适合用于不同的耗电器18。如此，示范性地示出蓄电池吸尘器22、蓄电池冲击螺钉机24和蓄电池草坪修剪器26。然而，在本发明的上下文中，可以将各种电动工具、园艺设备和家用设备考虑为耗电器18。此外，本发明同样能够应用到耗电器18上，借助储能器11给所述耗电器供电，所述储能器构造为可更换蓄电池组10或者构造为固定集成的蓄电池(未示出)。
可更换蓄电池组10包括壳体28，该壳体在侧壁上或在其上侧30上具有机电接口14，用于与充电设备16的或耗电器18的另外的机电接口20可松脱地连接。在与耗电器18连接的情况下，机电接口14、20首要用于可更换蓄电池组10的放电，而所述机电接口在与充电设备16连接的情况下用于可更换蓄电池组10的充电。机电接口14、20的详细构型取决于不同因素，例如可更换蓄电池组10或耗电器18的电压等级和各种各样的制造商规格。如此，可以在可更换蓄电池组10与充电设备16或耗电器18之间设置例如三个或更多个用于能量传输和/或数据传输的电接触部12。也能够设想机械编码，使得可更换蓄电池组10只能够在确定的耗电器18上运行。由于可更换蓄电池组10的机电接口14的机械构型和充电设备16的或耗电器18的另外的机电接口20的机械构型对于本发明来说是不重要的，因此对此不进一步地详细讨论。在这方面，本领域技术人员和可更换蓄电池组10的和充电设备16的或耗电器18的操作者都会做出合适的选择。
可更换蓄电池组10具有机械锁定设备32，用以将可更换蓄电池组10的机电接口14在耗电器18的相应的配合接口20(未详细示出)上以形状锁合地和/或力锁合地可松脱的连接方式进行锁定。在此，锁定设备32构造为弹动的按键34，该按键与可更换蓄电池组10的锁定构件36作用连接。由于按键34的弹动和/或锁定构件36，在将可更换蓄电池组10推入到耗电器18的配合接口20中时，锁定设备32自动地锁合(einrasten)。如果操作者沿推入方向按压按键34，则解除锁定，并且，操作者可以逆着推入方向从耗电器18中取出或推出可更换蓄电池组10。
如开头已经提到的，可更换蓄电池组10的蓄电池电压通常根据储能器电池的连接方式(并联或串联)由储能器电池(参见图2)的单体电压的倍数得出。优选地，储能器电池构造成锂基储能器电池，例如锂离子、锂钋、锂金属或类似物。但是，本发明也能够应用于具有镍镉电池、镍氢电池或其他合适电池类型的可更换蓄电池组。
在图2中示出方框电路图，该方框电路图由在左侧的储能器11和在右侧的充电设备16或耗电器18构成，该储能器构造为可更换蓄电池组10。可更换蓄电池组10和充电设备16或耗电器18具有彼此相对应的机电接口14和20，所述机电接口具有多个电接触部12，其中，接口14、20的电接触部12中的第一电接触部分别用作能够以第一参考电势V1、优选供电电势V+加载的能量供电接触部38，接口14、20的电接触部12中的第二电接触部分别用作能够以第二参考电势V2、优选接地电势GND加载的能量供电接触部40。通过第一和第二能量供电接触部38、40，可更换蓄电池组10一方面可以通过充电设备16以充电电流来充电，另一方面可以通过耗电器18以放电电流来放电。充电电流和放电电流的电流强度可以显著地彼此不同。如此，在相应设计的耗电器18的情况下，放电电流可以比充电设备16的充电电流高，高达该充电电流的10倍。尽管在充电电流与放电电流之间存在这些区别，但是在下文中仍始终谈论负载电流I。术语“能够加载”旨在说明：尤其是在能够借助可更换蓄电池组19供电的耗电器18的情况下，电势V+和GND不是持久地施加在能量供电接触部38、40上，而是在连接电接口14、20之后才施加在所述能量供电接触部上。相应的情况适用于在与充电设备16连接之后放电的可更换蓄电池组10。
可更换蓄电池组10具有多个储能器电池42，所述储能器电池虽然在图2中作为串联电路示出，但是替代地或补充地也可以在并联电路中运行，其中，该串联电路定义可更换蓄电池组10的在能量供电接触部38、40上下降的电压UBatt，而各个储能器电池42的并联电路首要增加可更换蓄电池组10的容量。如已经提到的，由并联连接的储能器电池42组成的各个电池簇也可以串联连接，以便在增加容量的同时实现可更换蓄电池组的确定的电压UBatt。在本实施例中，在常见的具有分别为3.6V的电池电压UCell的锂离子储能器电池42的情况下，在能量供电接触部38、40上下降的可更换蓄电池组电压UBatt＝V1-V2为5·3.6V＝18V。视在电池簇中并联连接的储能器电池42的数量而定地，常见的可更换蓄电池组10的容量能够高达12Ah或者更多。然而，本发明与所使用的储能器电池42的结构形式、电压、供电能力等等无关，而是可以应用到任意的可更换蓄电池组10和储能器电池42上。
为了监测可更换蓄电池组10的串联连接的各个储能器电池42或者说电池簇，设置有SCM前级44(Single-Cell-Monitoring)。SCM前级44具有多路复用器测量设备46，该多路复用器测量设备可以通过滤波器电阻48高欧姆地与储能器电池42的或者说电池簇的极的相应的抽头50连接。在下文中，术语“储能器电池”也应包括电池簇，因为其仅对可更换蓄电池组10的容量有影响，但是具有相同的电池电压UCell。在故障情况下，尤其高欧姆地构型的滤波器电阻50可以防止多路复用器测量设备46的测量输入端的危险的变热。
多路复用器测量设备50的切换可以通过集成在可更换蓄电池组10中的监测单元52来进行，或者也可以直接在SCM前级44内进行。此外，可以通过这种方式闭合或者打开SCM前级44的与储能器电池42并联连接的开关元件54，以便通过这种方式实现储能器电池42的所谓的平衡，用以实现各个储能器电池42的统一的充电状态或放电状态。同样能够设想的是，SCM前级44将所测量的电池电压UCell直接递送(durchreicht)给监测单元52，使得对电池电压UCell的真正的测量直接由监测单元52例如通过相应的模拟数字转换器(ADC)来执行。
监测单元52可以构造为呈微处理器、ASIC、DSP或类似物的形式的集成电路。同样能够设想的是，监测单元52由多个微处理器组成或者至少部分地由具有相应的晶体管逻辑的分立的结构元件组成。此外，第一监测单元52具有用于存储可更换蓄电池组10的运行参数的存储器55，所述运行参数例如是电压UBatt、电池电压UCell、温度T、负载电流I或者类似物。
除了可更换蓄电池组10中的监测单元52之外，充电设备16或耗电器18也具有监测单元56，该监测单元可以相应于可更换蓄电池组10的监测单元52来构造。在耗电器18的情况下，监测单元56控制与另外的接口20的第一和第二能量供电接触部38、40连接的负载58，可更换蓄电池组电压UBatt施加在该负载上。负载58可以例如构造为功率输出级，该功率输出级以脉宽调制信号来加载电动马达，用于该电动马达的转速改变和/或扭矩改变，这直接影响可更换蓄电池组10的负载电流I。但是也能够设想转化别的性能的负载58。可能的电负载或机电负载的大量变型对于本领域技术人员而言是已知的，因此对此不进一步地详细讨论。
替代地，可以以负载电流I和与可更换蓄电池组10相应的电压UBatt给插入到充电设备16中的可更换蓄电池组10充电。为此目的，充电设备16或者说该充电设备的电网件60设有未示出的电网接头。施加在能量供电接触部38、40上的电压UBatt可以通过充电设备16中的电压测量设备62来测量并且可以由监测单元56来分析处理。电压测量设备62也可以完全地或部分地集成在充电设备16的监测单元56中，例如呈集成式ADC的形式。充电设备16的电网件60的详细构型对于本领域技术人员而言是已知的，并且对于本发明而言是次要的。因此，在这里不进一步对此进行详细讨论。
布置在可更换蓄电池组10中的温度传感器64用于测量可更换蓄电池组10的或储能器电池42的温度T，该温度传感器优选构造为NTC并且与储能器电池42中的至少一个储能器电池紧密地热接触。以这种方式测量的温度T可以借助集成在可更换蓄电池组10中的测量电路66检测，并且可以由可更换蓄电池组10的监测单元52分析处理。补充地或替代地，测量出的温度T也可以经由机电接口14、20的接触部12传输给充电设备16或耗电器18，用于借助在那里的监测单元56进行分析处理，该接触部构造为信号接触部或者数据接触部68。
为了也可以在可更换蓄电池组10内中断或者启用负载电流I，用以提高运行安全性，可更换蓄电池组10具有至少一个第一开关元件70，该第一开关元件可以由监测单元52闭合，用以中断负载电流I，并且可以由监测单元52打开，用以启用负载电流I。在示出的实施例中，至少一个第一开关元件70布置在机电接口14的第二接触部12与SCM前级44的接地接触点62之间的接地路径(低侧)中，该第二接触部构造为能量供电接触部40。但是也能够设想，至少一个开关元件70布置在第一接触部12与SCM前级44的抽头50之间的供电路径(高侧)中，该第一接触部构造为能量供电接触部38，该抽头构造为供电接触点。同样地，可以不仅在供电路径中、而且在接地路径中分别设置至少一个第一开关元件70。优选地，至少一个第一开关元件70构造为MOSFET。但是也能够设想别的开关元件，例如继电器、IGBT、双极晶体管或者类似物。
如开头已经提到的，可更换蓄电池组10或该可更换蓄电池组的储能器电池42具有内阻R，该内阻导致非期望的电压降，使得尽管储能器的开路电压仍足以用于继续运行，但是耗电器18会过早地关断。因此，需要这样补偿可更换蓄电池组10的内阻R，使得耗电器18在了解该内阻的情况下借助监测单元56在考虑储能器电池42的当前测量出的温度值Ti和电池化学的情况下计算在内阻R上的电压降UCell并且由此推导出新的关断电压UStop。
在下文中，应根据图3和图4阐述根据本发明的用于补偿可更换蓄电池组10的内阻R的方法的第一实施例。在此，可更换蓄电池组10与耗电器18经由机电接口14、20以上文描述的方式连接。图3示范性地示出锂离子储能器电池42的内阻R关于温度T的变化曲线。在此，点示出与离散的温度值Ti有关的实际测量出的电阻值Ri，而实线代表由此推导出的、按指数下降的近似Rapp(T)，所述近似的变化曲线与储能器电池42的温度T和电池化学有关。
现在，按指数下降的近似Rapp(T)可以借助表征电池化学的三个参数a、b、c通过如下关联来计算：
Rapp(T)＝a*exp(-b*T)+c。
这三个参数a、b、c保存在可更换蓄电池组10的监测单元52的存储器55中的查找表中用于各个温度值Ti。为了节省存储空间，优选地，第一参数a处在从1至100、尤其是从20至50的范围中，第二参数b处在从0.01至0.1、尤其是从0.03至0.06的范围中，第三参数c处在从1至60、尤其是从5至30的范围中。因此，能够相应地使查找表的规模最小化。
此外可能的是，在测量出的、不直接存在于查找表中的温度值Ti的情况下，考虑用于下一个较小的、所保存的温度值Ti的参数值ai、bi、ci。通过这种方式保证，对于多个温度值Ti而言，按指数下降的近似Rapp(T)小于至少一个储能器电池42的内阻的真实测量出的值Ri(Ti)，使得真实的内阻Ri(Ti)大于或者等于计算出的近似值Rapp(Ti)，以便能够实现可靠的补偿。但是，也可以从一开始如此选择参数值ai、bi、ci，使得用于所有温度值Ti的计算出的近似值Rapp(Ti)始终小于内阻的真实测量出的值Ri(Ti)。即，在图3中示出的线随后以一定的偏移向下移动。
图4示出基于图3中所示的按指数下降的近似Rapp(T)的方法的流程图。在第一方法步骤74中，首先，在耗电器18上调设运行类型，并且启动耗电器18。在随后的方法步骤76中，经由机电接口14、20的信号接触部或者数据接触部68构建与可更换蓄电池组10的通信，并且借助温度传感器64和测量设备66测量可更换蓄电池组10的和/或至少一个储能器电池42的温度T。接下来，在方法步骤78中，查询保存在可更换蓄电池组10的存储器55中的三个参数a、b、c，并且根据测量出的温度值分别向耗电器18传输三个参数a、b、c的配属的参数值ai、bi、ci。然后，基于所传输的三个参数值ai、bi、ci，借助监测单元56在方法步骤80中计算内阻(R)的用于测量出的温度值Ti的近似值Rapp(Ti)。
同样能够考虑，将方法步骤76和78调换。在这种情况下，首先，在方法步骤76中，经由信号接触部或者数据接触部68在耗电器18与可更换蓄电池组10之间进行通信构建，以便向耗电器18的监测单元56传输三个参数a、b、c的保存在存储器55的查找表中的全部参数值ai、bi、ci。然后，在随后的方法步骤78中，首先，测量可更换蓄电池组10的或至少一个储能器电池42的温度T，并且经由信号接触部或者数据接触部68向耗电器18的监测单元56传输测量出的温度值Ti，以便监测单元56接下来选择配属的参数值ai、bi、ci。
在方法步骤82中，耗电器18借助监测单元56测量负载电流I，并且在随后的方法步骤84中，根据测量出的负载电流I、在方法步骤80中计算出的近似值Rapp(Ti)和储能器电池42的已知的空载关断电压UStopOC，借助如下关系计算关断电压UStop：
UStop＝UStopOC-Rapp(Ti)*I。
在此，储能器电池42的已知的空载关断电压UStopOC可以为例如2.5伏。然而，视储能器电池42的类型和电池化学而定地，也能够设想不同的空载关断电压UStopOC。
然后，在方法步骤86中，做出决策：是否需要停止耗电器18的运行。如果储能器电池42的测量出的电池电压UCell大于计算出的关断电压UStop，则在方法步骤88中关断耗电器18。否则，跳回至方法步骤76，并且重新测量温度T，直至通过操作者关断耗电器18。
尤其是在具有性能较弱的监测单元56的耗电器18或者充电设备16中，可能不能实现或者难以实现指数函数的计算。因此，在根据随后的图5的一种替代的实施方式中，根据本发明的方法设置，按指数下降的近似Rapp(T)通过多条(N条)直线Gn形成，其中，每条直线Gn通过两个参数值Sn(Tn,Rn)、Sn+1(Tn+1,Rn+1)定义，所述参数值分别由储能器电池42的温度值Tn、Tn+1和配属的内阻Rn、Rn+1的值对得出。因此，在所示出的根据图5的实施例中，按指数下降的近似Rapp(T)通过总共为N＝5的直线G1、…、G5形成，所述直线具有支撑点S1(T1,R1)、…、S6(T6,R6)。在此，相邻的两条直线G1、…、G5的各一个支撑点S1(T1,R1)、…、S5(T5,R5)是相同的，使得直线G1、…、G5在这些支撑点S2(T2,R2)、…、S6(T5,R5)上相交。因此，为了通过N条直线计算内阻R的与温度有关的补偿，只需要将N+1个支撑点保存在可更换蓄电池组10的存储器55中或传输给耗电器18或者充电设备16。另外，如果将直线Gn的数量N限制为2至100、特别优选地限制为3至7，则在可更换蓄电池组10的存储器55中的存储需求和对耗电器18或充电设备16的监测单元56的性能要求可以保持得尽可能低。
特别有利的是，这样设计支撑点Sn(Tn,Rn)、Sn+1(Tn+1,Rn+1)，使得计算出的直线Gn在测量出的所有温度值Ti的情况下始终在储能器电池42的真实的内阻值Ri的下方伸展。因此保证，内阻R始终大于或者等于计算出的值，以便实现可靠的补偿。第二实施方式的另一优点在于，通过直线Gn也可以近似非指数曲线，以便因此也可以考虑具有可能不同的与温度有关的电阻变化曲线的未来的电池化学。
在图6中示出根据本发明的用于补偿可更换蓄电池组10的或至少一个储能器电池42的内阻R的方法的第二实施方式的流程图。在此，与根据图3和图4的第一实施例相同的方法步骤具有相同的附图标记。
在第一方法步骤74中，再次地，首先，在耗电器18上调设运行类型，并且启动耗电器18。然后，在方法步骤76中，在耗电器18方面，经由机电接口14、20的信号接触部或者数据接触部68构建与可更换蓄电池组10的通信，以便借助测量设备66和温度传感器64测量可更换蓄电池组10的或至少一个储能器电池42的温度T并且经由信号接触部或者数据接触部68向耗电器18的监测单元56传输测量出的温度值Ti。在方法步骤90中，根据测量出的温度值Ti，从查找表中选择在可更换蓄电池组10的存储器55中属于相应的温度窗口Tn、Tn+1的两个支撑点Sn(Tn,Rn)、Sn+1(Tn+1,Rn+1)并且传输给耗电器18。然后，基于所传输的两个支撑点Sn(Tn,Rn)、Sn+1(Tn+1,Rn+1)和测量出的温度值Ti，在方法步骤92中，借助监测单元56，借助线性内插法通过如下关联计算内阻(R)的近似值Rapp(Ti)：
Rapp(Ti)＝Rn+(Rn+1-Rn)*(Ti-Tn)/(Tn+1-Tn)。
与第一实施例类似地，在此也可以调换两个方法步骤76和90的顺序。
在这种情况下，首先，在方法步骤76中，经由信号接触部或者数据接触部68在耗电器18与可更换蓄电池组10之间进行通信构建，以便向耗电器18的监测单元56传输保存在存储器55的查找表中的全部支撑点S1(T1,R1)、SN+1(TN+1,RN+1)。然后，在随后的方法步骤90中，首先，测量可更换蓄电池组10的或至少一个储能器电池42的温度T，并且经由信号接触部或者数据接触部68向耗电器18的监测单元56传输测量出的温度值Ti。在方法步骤92中，监测单元56根据所传输的温度值Ti选择配属的温度窗口Tn、Tn+1，以便在方法步骤94中基于配属的支撑点Sn(Tn,Rn)、Sn+1(Tn+1,Rn+1)根据上述线性内插法计算近似值Rapp(Ti)。
然后，随后的方法步骤82至88再次与根据图4的第一实施方式的方法相同。在方法步骤82中，耗电器18借助监测单元56测量负载电流I，并且在随后的方法步骤84中，根据测量出的负载电流I、在方法步骤94中计算出的近似值Rapp(Ti)和储能器电池42的已知的空载关断电压UStopOC，借助如下关系计算关断电压UStop：
UStop＝UStopOC-Rapp(Ti)*I。
在方法步骤86中，做出决策：是否需要在方法步骤88中停止耗电器18的运行。如果不需要停止该运行，则该方法跳回至方法步骤76，以便一直测量温度T，直到通过操作者关断耗电器18。
最后还应指出的是，所示出的实施例既不限于图1至图6，也不限于可更换蓄电池组10的、充电设备16的或者耗电器18的在其中示出的类型。相应的情况适用于储能器电池46的数量和多路复用器测量设备46的与此相关的构型。此外，接口14、20的所示出的构型以及所述接口的接触部12的数量仅能够被理解为示范性的。这也适用于所示出的温度传感器、切换器件、监测单元等等的类型和数量。
Claims (16)
1.用于补偿储能器(11)的、尤其是可更换蓄电池组(10)的内阻(R)的方法，所述储能器具有至少一个储能器电池(42)，其特征在于，在与所述储能器(11)连接的耗电器(18)或者充电设备(16)中基于按指数下降的近似(Rapp(T))进行所述内阻(R)的补偿，所述近似的变化曲线与所述至少一个储能器电池(42)的温度(T)和电池化学有关。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于多个、尤其是对于所有温度值(Ti)而言，所述按指数下降的近似(Rapp(T))小于所述至少一个储能器电池(42)的内阻的相应真实测量出的值(R(Ti))。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助至少两个参数(a，b，c；Sn，Sn+1)计算所述按指数下降的近似(Rapp(T))，其中，所述至少两个参数(a，b，c；Sn，Sn+1)表征所述至少一个储能器电池(42)的电池化学。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于确定的温度值(Ti)而言，所述至少两个参数(a，b，c；Sn，Sn+1)保存在所述储能器(11)的存储器(55)的查找表中。
5.根据上述权利要求3或4中任一项所述的方法，其特征在于，在至少一个方法步骤()中，测量所述储能器(11)的和/或所述至少一个储能器电池(42)的温度(T)，并且根据测量出的温度值(Ti)分别向所述耗电器(18)或者所述充电设备(16)传输所述至少两个参数(a，b，c；Sn，Sn+1)的参数值(ai，bi，c；Sn，Sn+1)。
6.根据上述权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，在另外的方法步骤()中，对于测量出的温度值(Ti)，基于所传输的至少两个参数值(ai，bi，ci；Sn，Sn+1)，计算所述内阻(R)的近似值(Rapp(Ti))。
7.根据上述权利要求3至6中任一项所述的方法，其特征在于，在另外的方法步骤()中，在所述耗电器(18)中或者在所述充电设备(16)中测量负载电流(I)，并且根据测量出的负载电流(I)、计算出的近似值(Rapp(Ti))和所述储能器电池(42)的已知的空载关断电压(UStopOC)，借助如下关系计算关断电压(UStop)：
UStop＝UStopOC-Rapp(Ti)*I。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述储能器电池(42)的已知的空载关断电压(UStopOC)为2.5伏。
9.根据上述权利要求7或8中任一项所述的方法，其特征在于，在另外的方法步骤()中，如果所述储能器电池(42)的测量出的电池电压(UCell)大于计算出的关断电压(UStop)，则停止所述耗电器(18)的运行或者所述充电设备(16)的充电过程。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助表征所述电池化学的三个参数(a，b，c)通过如下关联计算所述按指数下降的近似：
Rapp(T)＝a*exp(-b*T)+c。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，第一参数(a)处在从1至100、尤其是从20至50的范围中，第二参数(b)处在从0.01至0.1、尤其是从0.03至0.06的范围中，第三参数(c)处在从1至60、尤其是从5至30的范围中。
12.根据上述权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过多条(N条)直线(Gn)形成所述按指数下降的近似(Rapp(T))，其中，每条直线(Gn)通过两个参数值(Sn(Tn,Rn)，Sn+1(Tn+1,Rn+1))定义，所述参数值分别由所述储能器电池(42)的温度值(Tn，Tn+1)和配属的内阻(Rn，Rn+1)的值对得出。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，直线(G)的数量(N)为2至100、尤其是为3至7。
14.根据上述权利要求12至13中任一项所述的方法，其特征在于，相邻的两条直线(Gn，Gn+1)的两个参数值(Sn(Tn,Rn)，Sn+1(Tn+1,Rn+1))中的一个参数值是相同的。
15.根据上述权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤()中，基于测量出的温度值(Ti)，从所述查找表中选择配属的两个参数值(Sn(Tn,Rn)，Sn+1(Tn+1,Rn+1))，并且通过如下关联计算近似值Rapp(Ti)：
Rapp(Ti)＝Rn+(Rn+1-Rn)*(Ti-Tn)/(Tn+1-Tn)。
16.系统，所述系统由至少一个储能器(11)以及耗电器(18)和/或充电设备(16)组成，所述储能器构造为可更换蓄电池组(10)，所述耗电器用于所述可更换蓄电池组(10)的放电，所述充电设备用于所述可更换蓄电池组(10)的充电，其中，所述可更换蓄电池组(10)、所述耗电器(18)和所述充电设备(16)分别具有机电接口(14，20)，所述机电接口具有多个电接触部(12)，用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法，并且其中，所述接口(14，20)的电接触部(12)中的第一电接触部用作能够以第一参考电势(V1)、优选供电电势(V+)加载的能量供电接触部(38)，所述接口(14，20)的电接触部(12)中的第二电接触部用作能够以第二参考电势(V2)、优选接地电势(GND)加载的能量供电接触部(40)，所述接口(14，20)的电接触部(12)中的第三电接触部用作用于传输所述至少两个参数(a，b，c；Sn，Sn+1)的信号接触部或者数据接触部(68)。
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