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CN105452890A - 用于诊断蓄电池的状态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于诊断蓄电池的状态的方法，该蓄电池具有多个蓄电池单元。其中规定，确定充电状态均衡需求值，确定可能的诊断选项，将所确定的充电状态均衡需求值与针对所确定的可能的诊断选项的需求阈值进行比较并且由此诊断多个蓄电池单元的状态。此外，本发明还涉及一种计算机程序和蓄电池管理系统，其设置用于执行该方法，以及涉及一种蓄电池和一种机动车，该机动车的驱动系统与这种蓄电池相连接。

Description

用于诊断蓄电池的状态的方法
技术领域
本发明涉及一种用于诊断具有多个蓄电池单元的蓄电池的状态的方法。
此外本发明还涉及一种计算机程序和一种蓄电池管理系统，其用于执行该方法。此外本发明还涉及一种蓄电池和一种具有这种蓄电池的机动车。
背景技术
在混合动力车辆和电动车辆中使用镍金属氢化物技术或者锂离子技术的蓄电池堆，其由大量串联连接的电化学单池组成。蓄电池管理系统用于监测蓄电池并且除了安全性监测外还应当保证蓄电池有尽可能高的使用寿命。
蓄电池管理系统的任务是，使得尽管具有不同的自放电和不同的充电效率但是各蓄电池单元的充电状态(充电的状态，SOC)相互协调。这例如通过对蓄电池单元进行合适的均衡(平衡)来实现，这通常电阻性地进行。为此为每个蓄电池单元设置电阻和开关元件，以能够通过所谓的平衡电阻对每个蓄电池单池进行有针对性地放电。例如在DE102009002466A1中阐述了一种用于对蓄电池单元进行充电状态均衡的这样的方法。此外在该文献中还阐述了所谓的电感的单池平衡，其中该用于均衡单池电压的电路概念以其中传输的电能的电感性中间存储器为基础。此外该文献还公开了一种蓄电池诊断，于是仅仅在由该蓄电池供电的负载的蓄电池状态显示出其未工作在主运行时，该蓄电池诊断才开启。
发明内容
根据本发明的用于诊断具有多个蓄电池单元的蓄电池的状态的方法设置以下步骤：
a)确定充电状态均衡需求值；
b)确定可能的诊断选项；
c)将所确定的充电状态均衡需求值与所确定的可能的诊断选项的需求阈值进行比较；以及
d)诊断多个蓄电池单元的状态。
在步骤a)中为每个蓄电池单元确定充电状态均衡需求值。因此能够确定，哪个蓄电池单元故障或者不合格。
在步骤d)中根据步骤c)中比较的结果以诊断多个蓄电池单元的状态的形式来进行蓄电池的状态的诊断。
有利地能够由所确定的充电状态均衡需求值与所确定的可能的诊断选项的需求阈值的显著的偏差判定来推测故障的或不合格的蓄电池单元。在步骤d)中进行对故障的或不合格的蓄电池单元的辨识，例如通过在故障存储器中存储登记、通过发出报警信号或者例如如果辨识到大量蓄电池单元为故障的或不合格的时，还通过将车辆转换到所谓的跛行状态。于是驾驶员能够安排置换相关的蓄电池单元。
有利的进一步研究和对在独立权利要求中所给出的方法的优化通过在从属权利要求中实施的方案是可能的。
根据一实施方式该可能的诊断选项在步骤b)中包括第一诊断选项，该第一诊断选项关于至少一个蓄电池单元的提高的自放电率，优选地涉及所有蓄电池单元的提高的自放电率。该自放电率能够被视作蓄电池单元的健康状态(健康的状态，SOH)的标准。因此有利地根据充电状态均衡需求值推测相关的蓄电池单元的提高的自放电率。
其中优选地设置，根据有界的SOC窗口(SOC，充电状态)的存在来确定第一诊断选项的可能性。例如通过对蓄电池单元放电且之后充电或者通过充电且之后放电可以变为初始充电状态。尤其有利的是通常在每个驾驶日均实现SOC窗口，该SOC窗口处于一个范围中，该范围针对确定的车辆类型、如电动车辆(EV，电动车)或者混合动力车辆(HEV，混合动力车)。在混合动力车辆中有利的是，当该有界的SOC由40％和50％的SOC值限定时。在电动车辆中有利的是，当限制的SOC窗口通过大于80％或大于90％的SOC值限定时。
根据一优选的实施方式该可能的诊断选项包含第二诊断选项，该第二诊断选项关于至少一个蓄电池单元的容量损耗，优选地关于所有蓄电池的容量损耗。该容量损耗由于蓄电池单元的老化而产生且在本发明的范围内提供用于蓄电池单元的健康状态的另一标准。因此尤其有利的是根据充电状态均衡需求值推出相关蓄电池单元的可能的容量损耗。
优选地根据小于参考时间段、例如小于1小时或者小于2小时的时间段的存在来确定第二诊断选项。尤其能够根据在最大1到2个小时内至少20％的SOC增量的存在确定第二诊断选项。
根据本发明还提出了一种计算机程序，当该计算机程序在可编程的计算机装置上执行时，根据该计算机程序执行在此所述的方法。优选地该计算机程序随着蓄电池装置执行至标准运行。该计算机程序尤其能够是用于实施蓄电池诊断系统的模块或者是用于实施车辆的蓄电池管理系统的模块。该计算机程序能够存储在可机读的存储介质中、例如存储在可机读的或可擦写的存储介质上或者与计算机装置相关联，例如存储在便携式存储器，比如CD-ROM、DVD、U盘或者存储卡上。附加地或者替代地为此该计算机程序能够处在计算机装置、例如在服务器或者云服务器上，以用于下载，例如通过数据网络如因特网，或者通信链路如电话线或无线连接。
此外根据本发明还提出了一种蓄电池管理系统(BMS)，具有用于确定充电状态均衡需求值的单元、用于确定可能的诊断选项的单元、用于将所确定的需求值与所确定的诊断选项的需求阈值进行比较的单元以及用于诊断多个蓄电池单元的状态的单元。
此外根据本发明还提供了一种蓄电池，尤其是锂离子蓄电池和镍金属氢化物蓄电池，其包括蓄电池管理系统且可与车辆的驱动系统相连接，其中该蓄电池管理系统如前所述构造和/或设置用于，执行根据本发明的方法。
在前述描述中使用的概念“蓄电池”和“蓄电池单元”为适用于蓄能器或者是蓄能器单元的常用说法。优选地该蓄电池包括一个或多个蓄电池单元，其能够表示蓄电池单池、蓄电池模块、模块线路或者蓄电池堆。其中作为蓄电池堆表示多个蓄电池单池，其在空间上相互结合并且通常与壳体或者与罩体一起设置。其中优选地这些蓄电池单池相互固定连接并且电路上相互连接、例如串联或者并联连接成模块。多个模块能够连接成所谓的蓄电池直接转换器(BDC，蓄电池直接转换器)并且多个蓄电池直接转换器能够连接成所谓的蓄电池直接逆变器(BDI，蓄电池直接逆变器)。
此外根据本发明还提出了一种具有这种蓄电池的机动车，其中该蓄电池与机动车的驱动系统连接。优选地该方法在电驱动车辆中使用，其中实现将多个蓄电池单池连接以提供机动车所需的驱动电压。
附图说明
在附图中示出并且在以下说明书中进一步阐述本发明的实施例。其中：
图1示出了与多个蓄电池单元通信的蓄电池管理系统的示意图；
图2示出了根据第一实施方式的根据本发明的方法；
图3示出了根据第二实施方式的根据本发明的方法；以及
图4示出了具有标准的充电状态均衡值的示图。
具体实施方式
图1示出了蓄电池管理系统2，其设置用于，监测和/或控制多个蓄电池单元4。该蓄电池管理系统2设置用于，执行根据本发明的方法。蓄电池管理系统2和多个蓄电池单元4之间的通信通过合适的通信单元14、16实现，通信单元14、16作为至通信信道18、例如至CAN总线的接口。
该蓄电池管理系统2具有用于确定充电状态均衡需求值的单元6。用于确定该需求值的单元6设置用于，从多个蓄电池单元4获得测量值和/或测量数据，以由此分别确定每个蓄电池单元4的充电状态均衡需求值。例如能够定期地确定该充电状态均衡需求值，或者在车辆的确定事件或者运行状态时确定该充电状态均衡需求值。为了通过分析该充电状态均衡需求值来推出蓄电池单元的健康状态，在需求确定时确定边界条件。
这通过具有2个蓄电池单元的示例示出：
第一蓄电池单元以下标L表示且第二蓄电池单元以下标S表示。这些蓄电池单元具有不同的自放电，
自放电：σL、σS。
以及不同的容量，
容量：CL＞CS。
在时间点t时在多个蓄电池单元中得到充电
QL(t)＝QL(0)+ΔQL(t)-σL(t)，
QS(t)＝QS(0)+ΔQS(t)-σS(t)，
其中ΔQ(t)表示充电增量/放电增量。
该充电状态均衡需求由以下等式得出：
QL(t)/CL-QS(t)/CS＝(QL(0)CS-QS(0)CL)/(CLCS)+｛(CL-CS)/(CLCS)｝·ΔQ(t)
-｛(CSσL-CLσS)/(CLCS)｝·t
＝C*+ΔC·ΔQ(t)-σ＊·t，
其中该充电状态均衡需求
ΔSOC(Δt)＝QL(t)/CL-QS(t)/CS
初始再平衡
C＊＝(QL(0)CS-QS(0)CL)/(CLCS)
光的差分(Scheindelta)
ΔC·ΔQ(t)＝｛(CL-CS)/(CLCS)｝·ΔQ(t)
以及自放电的差分
σ＊·t＝｛(CSσL-CLσS)/(CLCS)｝·t
进行区分，即
ΔSOC(Δt)＝C＊+ΔC·ΔQ-σ＊·Δt
在均衡充电状态时，能够为初始再平衡设定C＊＝0。参数时间t和充电量Q是可变的。这导致，划分为两种情况：
情况1：固定的SOC窗口，即通过放电以及再次充电至初始充电状态能够实现ΔQ＝0。这种情况下
ΔSOC(Δt)＝-σ＊·Δt。
在情况1中根据充电状态均衡需求能够确定自放电差。
情况2：短时间内SOC增量，即σ＊·Δt≈0。在这种情况下
ΔSOC(Δt≈0)＝ΔC·ΔQ
在情况2中根据充电状态均衡需求能够确定大的容量差。
为了获得对具有超过两个蓄电池单元的蓄电池堆的每个蓄电池单元的诊断，通过每个蓄电池单元与任意参考蓄电池单元的比较执行前述方法。合适的参考蓄电池单元例如是蓄电池堆中SOC最小的蓄电池单元。通过这种方式能够执行对所有蓄电池单元的诊断。相对于其他单池测量提高的自放电率。如果所有单池同时迅速放电，那么不能够识别诊断。但是这种情况约100个单池时概率已经非常小。
蓄电池管理系统具有用于确定诊断选项的单元8，其在对可能的诊断选项的存在进行充电状态均衡需求确定时检测边界条件。用于确定诊断选项的单元8从蓄电池单元4获得测量值和/或测量数据，尤其是关于蓄电池单元的充电状态(SOC)的信息，以确定有界的SOC窗口的存在。用于确定诊断选项的装置8尤其设置用于，确定是否在有界的SOC窗口中确定两个算得的充电状态均衡需求值，例如在具有40％和50％的SOC值的SOC窗口中。
此外该用于确定诊断选项的装置8包括时间测量单元，该时间测量单元在两个所确定的需求值处能够为蓄电池平衡确定，是否在小于参考时间段的时间段内确定。
此外蓄电池管理单元2还包括用于将所确定的充电状态均衡需求值与确定的诊断选项的需求阈值进行比较的单元10。当用于确定诊断选项的单元8已经在SOC窗口内进行充电状态均衡需求值确定时，能够由该充电状态均衡需求推出蓄电池单元提高的自放电率。蓄电池单元是否存在这种提高的自放电率，该单元10通过将所确定的充电状态均衡需求值与提高的自放电率对应的需求阈值进行比较确定。如果用于确定诊断选项的单元8为此替代地或者为此附加地在短时间内已经确定足够的SOC增量，那么用于将所确定的需求值与需求阈值进行比较的单元10将单池的容量损耗与关键的容量损耗进行比较。
此外蓄电池管理系统2具有用于诊断蓄电池单元的状态的单元12，该单元12采集用于将所确定的需求值与需求阈值进行比较的单元10的数据。通过存储布置在蓄电池单元中的故障存储登记或者向车辆的驾驶员发送报警信号，用于诊断蓄电池的状态的装置12辨别故障的或者不合格的蓄电池单元。
图2示出了一种根据本发明的方法的示例性的方案。在步骤S0中启动该方法，例如通过检测车辆的特定的运行状态或者通过经过限定的时间。在步骤S1中为蓄电池单元确定充电状态均衡需求值。在步骤S2中确定另一充电状态均衡需求值。在步骤S3中确定，在步骤S1和S2中所确定的充电状态均衡需求值是否已在有界的SOC窗口中确定。如果是，那么在步骤S4中执行关于蓄电池单元的自放电率的诊断。如果不是，那么在步骤S5中确定，是否在小于参考时间段的时间段内已经确定在步骤S1和S2中确定的充电状态均衡需求值。如果是，那么在步骤S6中执行容量诊断。如果不是，那么重新启动该方法，其中能够再次使用上一次确定的充电状态均衡需求值，从而能够在后续省略步骤S1。
图3示出了根据本发明的方法的一替代的技术方案。参考图2所述执行步骤S0、S1和S2。图3中所示的方法与图2中所示的方法的区别仅在于检查可能的诊断选项的顺序。相应地在步骤S7中首先检查，所确定的充电状态均衡需求值是否在小于参考时间段的时间段内确定。如果是，那么在步骤S8中执行容量诊断。如果不是，那么在步骤S9中检查，所确定的充电状态均衡需求值是否在有界的SOC窗口内确定。如果是，在步骤S10中执行自放电诊断。如果不是，那么参考图2所述重新启动该方法。
显然该方法的另一技术方案可能是，其中不相互相关地检查确定各诊断选项。
图4示出了曲线图，其中截取关于时间t的标准的充电状态均衡需求ΔSOC/ΔC。在第一区域20中ΔSOC/ΔC＞0，从而ΔQ＞0。在第二区域22中ΔSOC/ΔC＜0，从而ΔQ＜0。显然相反的情况在蓄电池的充电状态均衡需求中出现。从图4显而易见的是，在高SOC极值时蓄电池单元将以更高的容量放电，而在低SOC极值时蓄电池单元将以更低的容量放电。这样基于自放电的需求未逆转时，取决于容量的需求逆转。
本发明不限于在此所述的实施例和其中强调的主题。更确切地说在该由权利要求说明的范围内可能有多种变换，它们均处于本领域技术人员处理的范围内。

Claims (9)

1.一种用于诊断蓄电池的状态的方法，所述蓄电池具有多个蓄电池单元(4)，所述方法包括以下步骤：
a)确定(S1、S2)充电状态均衡需求值；
b)确定(S3、S5、S7、S9)可能的诊断选项；
c)将所确定的充电状态均衡需求值与针对所确定的可能的诊断选项的需求阈值进行比较；
d)诊断(S4、S6、S8、S10)所述多个蓄电池单元(4)的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述诊断选项包括关于所述多个蓄电池单元的提高的自放电率的诊断选项。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据有界的SOC窗口的存在来确定第一诊断选项的可能性。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述诊断选项包括关于所述多个蓄电池单元(4)的容量损耗的第二诊断选项。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据小于参考时间段的时间段的存在来确定所述第二诊断选项的可能性。
6.一种计算机程序，用于当所述计算机程序在可编程的计算机装置上执行时，执行根据权利要求1至5中任一项中所述的方法。
7.一种蓄电池的蓄电池管理系统(2)，所述蓄电池具有多个蓄电池单元(4)，所述蓄电池管理系统包括：
单元(6)，其用于确定充电状态均衡需求值；
单元(8)，其用于确定可能的诊断选项；
单元(10)，其用于将所确定的充电状态均衡需求值与针对所确定的可能的诊断选项的需求阈值进行比较；以及
单元(12)，其用于诊断所述多个蓄电池单元(4)的状态。
8.一种蓄电池，所述蓄电池包括多个蓄电池单元(4)和根据权利要求7所述的蓄电池管理系统(2)。
9.一种机动车，其包括根据权利要求8所述的蓄电池，其中，所述蓄电池与所述机动车的驱动系统相连接。
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