CN112763914A - 用于测定电的能量存储单元的荷电状态的方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于对于电的能量存储单元的荷电状态进行测定的方法，包括步骤：a)提供所述电的能量存储单元的参考模型，该参考模型描述了在该电的能量存储单元的荷电状态、该电的能量存储单元的温度以及该电的能量存储单元的至少一个第一老化特征值之间的联系；b)获取所述电的能量存储单元的温度；c)在使用所述电的能量存储单元的所探测的电流值和/或电压值的情况下来获取该电的能量存储单元的至少一个第一老化特征值；d)借助于所述参考模型根据所获取的温度以及所获取的至少一个老化特征值来获取所述电的能量存储单元的荷电状态。此外描述了相应的设备、相应的电的能量存储系统、相应的计算机程序以及相应的机器能读的存储介质。

Description

用于测定电的能量存储单元的荷电状态的方法

技术领域

本发明以用于对于电的能量存储单元的状态进行测定的方法为出发点。

背景技术

在尤其是车辆的日益的电气化的过程中，电的能量存储单元变得越来越重要。在这种情况下有电气化的不同的等级。例如有纯电地驱动的车辆以及有带有内燃机的车辆，对于该带有内燃机的车辆而言，电机只是暂时地承担所述车辆的驱动，或者支援所述内燃机。这些电气化的不同的形式具有典型地不同的电压水平以及所述所使用的电的能量存储单元的不同的技术方案。

在未来的电池-电地运行的活动的做功机械（batterie-elektrisch betriebenemobile Arbeitsmaschine）中，尤其在挖掘机或轮式装载机中，除了用于行驶驱动的足够的能量是必需的之外，用于做功过程的足够的能量也是必需的。与此相应地，应该能够准确地对于电池的荷电状态（SOC值）进行测定，以便使得所述做功机械在难以通行的地带中的抛锚或者所述做功过程的突然的结束得以避免。

电动公共汽车也应该由于不准确的SOC值以及因此而导致的不准确的续航里程测定而不在行驶路程上抛锚。因此重要的是，精确地测定所述荷电状态。

在所述荷电状态中的不准确性在错误的续航里程或者错误的运行持续时间中表现出来。出于安全性原因，此时间或者所述续航里程被计算得太短，因为该计算不是一直建立在实际地测量的值的基础上，而是也建立在部分地估计的值的基础上，以便使得抛锚或者做功停止得以避免。由此续航里程或者做功时间未加以利用。

发明内容

本发明的优点

公开了一种带有独立权利要求的技术特征的、用于对于电的能量存储单元的荷电状态进行测定的方法。

为此提供了一种参考模型，该参考模型描述了在所述电的能量存储单元的荷电状态、电的能量存储单元的温度以及电的能量存储单元的至少一个第一老化特征值之间的联系。这能够例如以所谓的查找表格（Lookup-Tabelle）的形式来进行，或者也能够以具有所述相应的联系的神经元网络的形式来进行。因此例如涉及一种数学的参考模型。所述模型的相应的值和/或参数能够例如通过在受控制的条件下在实验室中所实施的测试来获取。

此外获取了所述电的能量存储单元的温度以及该电的能量存储单元的至少一个第一老化特征值，其中，对于该至少一个第一老化特征值的获取借助于所述电的能量存储单元的所探测的电流值和/或电压值来进行。所述老化特征值能够是绝对的数值，例如当前的阻值；或者也能够是相对的数值，例如与参考阻值有关的当前的阻值。

根据所获取的温度以及所获取的至少一个第一老化特征值使得所述电的能量存储单元的荷电状态借助于所述参考模型得以获取，该参考模型准确地描述了在所提及的数值之间的相应的联系。

这种方法是有利的，因为由此使得对于荷电状态进行获取的精度或者所获取的荷电状态的精度得以提高。因此使得例如装入了所述电的能量存储单元的车辆的意外的、突然的故障得以避免。

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，所述至少一个第一老化特征值的获取步骤包括对于所述电的能量存储单元的至少一个电的阻值的获取。附加的或者可以替代的是，能够获取所述电的能量存储单元的至少一个容量值。这是有利的，因为两个值能够从所述电的能量存储单元的所探测的电流值和/或电压值中来获取，并且此外能够容易地在所述参考模型中被描述。这使得所述方法的容易的实施成为可能。

有利地，用于所获取的荷电状态的修正系数根据所述电的能量存储单元的所获取的第一老化特征值与该电的能量存储单元的从所述参考模型所获取的第二老化特征值的差值来获取。在此，所述第二老化特征值从所述参考模型中根据所述电的能量存储单元的所获取的温度以及所获取的荷电状态来获取。所获取的荷电状态接下来根据所述修正系数来适配，其中，已适配的荷电状态反过来引起从所述参考模型中所获取的第二老化特征值的变化。这是有利的，因为由此，所述荷电状态测定过程的精度（die Genauigkeit derLadezustandsbestimmung）得以提高并且此精度得以更快地达到。这意味着，更准确的荷电状态数值得以更快地获取。用来获取荷电状态的已经存在的方法也能够容易地通过所描述的方法来扩展，从而容易地实施和实现所述公开的方法。

有利地，所述第二老化特征值借助于一观察者的调节技术上的结构来连续地适配。这是有利的，因为因此，所获取的荷电状态朝着实际的荷电状态的收敛得以实现。

有利地，所述电的能量存储单元的所获取的荷电状态在非易失的存储器中得以存储下来。在需要时，以这种方式所存储的荷电状态从所述非易失的存储器中重新加载，并且能够用来对所描述的方法进行初始化。这是有利的，因为因此，所述荷电状态的当前的并且非常准确的值不会丢失，而是在所述方法进行重新启动时重新能供使用。因此，所述荷电状态测定过程的精度得以提高。

有利地，所述公开的方法步骤得以连续地执行。这是有利的，因为因此，一方面，所获取的荷电状态朝着“真实的”荷电状态的收敛得以实现，并且另一方面，一直存在着当前的并且准确的荷电状态数值，该荷电状态数值能够用于在此基础上建立的功能，例如功率预测。

此外，本公开的主题是一种用于对于电的能量存储单元的状态进行测定的设备，其中，该设备包括至少一个装置，尤其是电子的电池管理控制器，其中，所述装置被设置用来执行所述方法的公开的步骤。因此能够实现所提及的优点。所述至少一个装置能够包括例如电池管理控制器以及电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器。电子的控制单元也能够是这样的装置。电子的控制单元能够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。

此外，本公开的主题是一种包括至少一个电的能量存储单元以及所描述的所述设备的电的能量存储系统。因此能够实现所提及的优点。

此外，本公开的主题是一种被设置用来执行所述公开的方法的步骤的计算机程序。因此能够实现所提及的优点。

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着所述公开的计算机程序。因此能够实现所提及的优点。

电的能量存储单元能够尤其地被理解为电子化学的电池单池和/或带有至少一个电子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，所述电的能量存储单元能够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。尤其地，所述电的能量存储单元能够是锂离子电池单池或者锂离子电池模块或者锂离子电池包。此外，所述类型的电池单池能够是锂聚合物蓄电池、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很普遍地任何的电子化学的成分的蓄电池。

附图说明

本发明的有利的实施方式在附图中所示出，并且在接下来的描述中被进一步地解释。

附图示出了：

图1：根据第一实施方式的所述公开的方法的流程图；

图2：根据第二实施方式的所述公开的方法的示意性的图示；

图3：根据第三实施方式的所述公开的方法的流程图；并且

图4：根据一实施方式的所述公开的电的能量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展示了根据第一实施方式的所述公开的方法的流程图，该方法用于对于电的能量存储单元的荷电状态进行测定。在此，在第一步骤S11中尤其提供了所述电的能量存储单元的数学的参考模型，该数学的参考模型描述了在所述电的能量存储单元的荷电状态、电的能量存储单元的温度以及电的能量存储单元的至少一个第一老化特征值之间的联系。在此，所述参考模型在所述公开的方法的进程之前就能够已经被获取了。

在第二步骤S12中获取了所述电的能量存储单元的温度，例如通过一在该电的能量存储单元上所安装的温度传感器来进行。因此，所述电的能量存储单元的温度能供使用。在此，进行温度测试的地点起次要的作用，只要所述电的能量存储单元的用于所述参考模型的温度获取以及刚才所描述的温度获取在相同的地点处发生，要么在所述电的能量存储单元上，要么在该电的能量存储单元中。可能的是，在不同的测试地点的情况下进行换算也是可行的。

在第三步骤S13中，所述电的能量存储单元的至少一个第一老化特征值在使用该电的能量存储单元的所探测的电流值和/或电压值的情况下得以获取。

在第四步骤S14中，接下来借助于所述参考模型根据所获取的温度以及所获取的至少一个老化特征值来获取所述电的能量存储单元的荷电状态。

在此，各个的方法步骤的顺序也能够进行不同地选择。例如，能够首先获取所述电的能量存储单元的老化特征值，并且然后获取所述电的能量存储单元的温度。

图2展示了根据第二实施方式的所述公开的方法的示意性的图示，该方法用于对于电的能量存储单元的荷电状态进行测定。在此，所述方法借助于一图示而得以示出，该图示示意性地描述了在各个的方法步骤之间的信号流。

在此，功能块（Block）21被示出了两次，以便对于在所述功能块21之内的过程和信号流进行说明。在功能块22内提供了所述电的能量存储单元的数学的参考模型。此外在功能块22中，从所述电的能量存储单元的所探测的电流值和电压值中获取了内阻值Ri_calc来作为该电的能量存储单元的老化特征值。此外在所述功能块22中，从所述电的能量存储单元的温度T以及所获取的内阻值Ri_calc中借助于所述参考模型而获取了荷电状态数值SOC_calc，其中，所提及的数值进入到所述功能块21中。在所述功能块21中，从所述内阻值Ri_calc以及另外的所获取的内阻值中计算了差值。所述差值在功能块23中被使用，用来根据该差值来获取用于所述荷电状态的修正系数。此外在所述功能块23中，所获取的荷电状态SOC_calc根据所述修正系数进行适配，并且得出已适配的荷电状态SOC_SOH。所述已适配的荷电状态SOC_SOH取决于一从所述参考模型所获取的老化特征值，并且此外能够在另外的功能或方法中得以使用，例如用于功率预测。此外所述已适配的荷电状态SOC_SOH在功能块24中被使用，用来在使用所述参考模型和温度T的情况下来获取另外的内阻值，然后将该另外的内阻值应用于前述的差值计算中。由于在通常情况下持续地获取新的电压值、电流值以及温度值，所以所描述的步骤连续地被执行。

图3展示了根据第三实施方式的所述公开的方法的流程图，该方法用于对于荷电状态进行测定。在第一步骤S31中提供了电的能量存储单元的参考模型，该参考模型描述了在所述电的能量存储单元的荷电状态、电的能量存储单元的温度以及所述电的能量存储单元的至少一个第一老化特征值之间的联系。

在第二步骤S32中，借助于所述电的能量存储单元的所测量的电流值和电压值获取第一阻值来作为该电的能量存储单元的第一老化特征值。

在第三步骤S33中测量了所述电的能量存储单元的温度，例如通过一在所述电的能量存储单元上所安装的温度传感器来进行。

在第四步骤S34中，在使用所述参考模型的情况下根据所测量的温度以及所获取的第一阻值来获取所述电的能量存储单元的荷电状态。

在第五步骤S35中，根据所获取的第一阻值与从所述参考模型中所获取的第二阻值的差值来获取用于所述荷电状态的修正系数。在此，所述第二阻值从所述参考模型中根据所述电的能量存储单元的所获取的荷电状态以及所测量的温度来获取。因此，在直接地通过测量值所获取的第一阻值与间接地通过所述参考模型所获取的第二阻值之间形成了差值。

在第六步骤S36中，在所述第四步骤S34中所获取的荷电状态根据所述修正系数来适配。在此，所述已适配的荷电状态反过来引起从所述参考模型中所获取的第二阻值的变化。

在所述第六步骤S36中所适配的荷电状态能够接下来被用来运行所述电的能量存储单元，例如在操控一电力电子的元器件（leistungselektronischer Bauteil）——例如逆变器——的范围内来进行。同样地，在电池管理控制器内部的功率预测中的使用也是能想到的。

图4展示了根据一实施方式的所述公开的电的能量存储系统40的示意性的图示。用于状态测定的设备42获取了电的能量存储单元41的电流值和/或电压值，该设备包括一种被设置用来执行所述根据本发明的方法的装置。在此，所述设备42能够包括相应的探测装置或者传感器本身，或者能够被传送地得到了例如相应的测量数据。接下来，所述设备42能够利用在所述公开的方法的范围中所获取的荷电状态来操控例如电力电子的元器件43，例如逆变器。

Claims (10)

1.用于对于电的能量存储单元的荷电状态进行测定的方法，包括步骤：

a)提供所述电的能量存储单元的参考模型，该参考模型描述了在该电的能量存储单元的荷电状态、该电的能量存储单元的温度以及该电的能量存储单元的至少一个第一老化特征值之间的联系；

b)获取所述电的能量存储单元的温度；

c)在使用所述电的能量存储单元的所探测的电流值和/或电压值的情况下来获取该电的能量存储单元的所述至少一个第一老化特征值；

d)借助于所述参考模型根据所获取的温度以及所获取的至少一个老化特征值来获取所述电的能量存储单元的荷电状态。

2.根据前述权利要求所述的方法，其中，对于所述至少一个第一老化特征值进行获取的步骤包括：

e)获取所述电的能量存储单元的至少一个电的阻值；

和/或

f)获取所述电的能量存储单元的至少一个容量值。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，此外包括：

g)根据所述电的能量存储单元的所获取的第一老化特征值与该电的能量存储单元的从所述参考模型中所获取的第二老化特征值的差值来获取用于所述荷电状态的修正系数，其中，所述第二老化特征值从所述参考模型中根据所述电的能量存储单元的所获取的温度以及所获取的荷电状态来获取，

h)所获取的荷电状态根据所述修正系数来适配，其中，已适配的所述荷电状态反过来引起从所述参考模型中所获取的第二老化特征值的变化。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第二老化特征值借助于一观察者的调节技术上的结构来连续地适配。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，此外包括：

i)将所述电的能量存储单元的所获取的荷电状态存储在非易失的存储器中；

j)从所述非易失的存储器中来加载所存储的所述荷电状态。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法步骤得以连续地执行，以便始终获取当前的荷电状态。

7.一种用于对于电的能量存储单元的荷电状态进行测定的设备，包括至少一个被设置用来执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤的装置，尤其是电子的电池管理控制器。

8.一种电的能量存储系统，包括至少一个电的能量存储单元以及根据权利要求7所述的设备。

9.一种计算机程序，该计算机程序被设置用于，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。

10.一种机器能读的存储介质，在该存储介质上存储着根据权利要求9所述的计算机程序。

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