用于蓄电池管理的方法和蓄电池管理系统

摘要

本发明涉及一种用于蓄电池管理的方法，其中，根据状态参数的在预测时间段(△t)中的预测的可用的量(KR)来测定在预测时间段(△t)中由蓄电池提供的电流(IV)的量，其中，借助于状态参数的关于第一参考时间段(t1)所测定的允许的量(Kmax)和状态参数的关于第一参考时间段(t1)所测定的取样的量(K)的差值来测定状态参数的所预测的可用的量(KR)。本发明的主题还是适于实施该方法的计算机程序和蓄电池管理系统，以及具有这样的蓄电池管理系统的机动车。

权利要求

1.一种用于蓄电池管理的方法，其中，根据状态参数的在预测时间段△t中的预测的可用的量KR来测定在所述预测时间段△t中由所述蓄电池提供的电流IV的量，其中，借助于所述状态参数的关于第一参考时间段t1所测定的允许的量Kmax和所述状态参数的关于所述第一参考时间段t1所测定的取样的量K的差值来测定所述状态参数的所预测的可用的量KR，其中：其中K表示所述状态参数在所述第一参考时间段t1中的取样的量，

2

Kmax＝Irms(T)t1

其中Kmax表示所述状态参数在所述第一参考时间段t1中的允许的量，Irms表示与温度相关联的使用寿命优化的电流的上限，KR＝Kmax-K

其中KR表示所述状态参数的所预测的可用的量，

以关于第二参考时间段t2所测定的取样的状态参数的量KN来增加所述状态参数的所预测的可用的量KR，其中具有KR＝Kmax-K+KN，并且

其中KN表示关于所述第二参考时间段t2所测定的取样的状态参数的量，并且其中根据以下公式确定所提供的电流IV的量

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二参考时间段t2具有所述预测时间段△t的大小并且在所述第一参考时间段t1开始时便开始。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述预测时间段△t为在2s和

200s之间的确定的时间段和/或所述第一参考时间段t1为在5s和1000s之间的确定的时间段。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据在所述预测时间段△t之中可提供的电流IV与另一个函数的乘积来测定预防边界电流Ilim，其中，所述另一个函数在所述状态参数的所取样的量K与所述状态参数的所允许的量Kmax的比例在临界的阈值(24)之下的情况下是恒定的并且在所述临界的阈值(24)之上的情况下是单调递减的。

5.一种计算机可读的介质，具有程序代码，当所述程序代码在可编程的计算机设备之上执行时，用于实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法。

6.一种蓄电池管理系统，其具有用于提供关于蓄电池的温度和电流的信息的诊断传感器、用于测定状态参数的关于第一参考时间段t1允许的量Kmax的模块、用于测定所述状态参数的关于所述第一参考时间段t1取样的量K的模块、用于根据所述状态参数的所允许的量Kmax和所述状态参数的所取样的量K来测定所述状态参数的预测的可用的量KR的模块以及用于根据权利要求1至4中任一项所述的方法根据所述状态参数的在所述预测时间段△t之中所预测的可用的量KR来测定可提供的电流IV的量的模块。

7.一种机动车，其具有根据权利要求6所述的蓄电池管理系统。

说明书

用于蓄电池管理的方法和蓄电池管理系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于蓄电池管理的方法和一种蓄电池管理系统。

[0002] 本发明的主题还是一种计算机程序和一种具有蓄电池管理系统的机动车。

背景技术

[0003] 在电驱动车辆之中越来越经常地使用蓄能池作为能量源。根据通常的语言习惯在本说明书中将概念“蓄电池”和“蓄电池系统”适配至蓄能池或者蓄能池系统。在此越来越多地使用基于锂的蓄能池单元，因为这样的蓄能池单元目前来说在较小的重量的情况下具有最大可用的能量密度，尤其是相较于基于镍或者铅的蓄能池而言。对于这样的蓄能池来说将会要求有10年或者更长的使用寿命。对于车辆之中的蓄能池的这样的要求然而与设置在移动电话或者笔记本之中的蓄能池所提出的要求不同。在车辆之中的蓄能池与在建筑模型之中的蓄能池更具有可比性。为了达到所要求的使用寿命，该蓄能池通常配属有所谓的蓄电池管理系统，该蓄电池管理系统首先执行蓄电池状态识别并且提供该蓄电池的热管理。

发明内容

[0004] 在依据本发明的用于蓄电池管理的方法之中进行了如下设置，即根据状态参数KR的在预测时间段△t之中预测的可用的量来测定在该预测时间段△t之中由该蓄电池所提供的电流IV的量，其中，借助于所述状态参数的关于第一参考时间段t1所测定的允许的量Kmax和所述状态参数的关于所述第一参考时间段t1所测定的取样的量K的差值来测定所预测的可用的状态参数的量KR。

[0005] 由所述蓄电池所提供的电流IV的量能够被告知给蓄电池的合适的控制系统，从而与之相对应地调节逆变器并且仅仅涉及该电流。通过依据本发明的方法能够避免由于过高的功率输出而对蓄能池造成损害并且更好地满足对于蓄电池所给定的使用寿命的保障。所述蓄电池管理不仅阻止可能的由于在蓄电池上的最大电流引起的损害，而且在确定的充电以及放电状态时能够鉴于蓄能池单池参数方面提供功率输出的优化。依据本发明设置了用于电流调节的监控算法，该电流调节尤其是能够确保使得蓄电池在所期望的范围之内工作和老化并且由此不会提前需要更换该蓄电池。

[0006] 该方法尤其是适于在电动车辆或者混合动力车辆之中使用的蓄电池中使用。对于这样的蓄电池的要求包括例如应当提供在50V至600V之间的电压。例如合适的蓄电池类型包括所有锂离子类型(例如磷酸铁锂、锂镍锰、钴、锂硫化铁、锂聚合物、铅酸、先进的铅酸、镍金属氢化物、镍镉、溴化锌、镍氯化钠、锌-空气或者锂空气)。在使用该方法时尤其是一方面能够在蓄电池之中阻止有损害的温度梯度的形成并且另一方面也能够识别在充电情况下的离子的存储，在锂离子的情况下已知为所谓的锂电镀。

[0007] 通过在从属权利要求之中所列出的措施实现在独立权利要求之中所给出的方法的有利的改进方案和改善方案。

[0008] 作为状态参数，考虑用于计算电流IV的可提供的量，例如适合为电能。但是示出了另一个状态参数的监控作为能量来说特别适于所给出的目的并且此外易于测量。

[0009] 该状态参数优选地为在另一种意义上来说能量类型的状态参数并且以该蓄电池的合适的欧姆式模型来具有单位J/Ω。在预测时间段△t之中所提供的电流IV的量在此通过根据状态参数的可提供的量和该预测时间段△t所形成的商并且接下来的求根来测定得出，也就是说在优选地使用的状态参数和电流之间存在物理的关联，即：

[0010] K＝I2t，

[0011] 其中，K描述了状态参数，I描述了以A为单位的测量的电流并且t描述了以s为单位所测量的时间。该蓄电池电流I和时间的测量能够高性价比地进行并且将在许多蓄电池管理系统之中相继地加以提供。相较于对于基于能量的监控和平衡来说根据模型形成的不同，该模型形成基于蓄电池，在欧姆式的情况下例如观察通常复杂的、与温度、时间以及电流相关的蓄电池电阻，其测定相较于附加的测量装置来说是必须的或者是容量的观察。

[0012] 该预测时间段在确定的时间段2s和200s之间、优选地在5s和100s之间例如10s或者20s。第一参考时间段、在其中测定允许的和取样的状态参数的量的第一参考时间段优选地大于在5s和1000s之间的、例如优选地在10s和200s之间、尤其是100s或者150s的这样的时间段。第一参考时间段越大，所提供的电流的预测便能越是可靠地进行。反过来，也必须考虑在蓄电池单池之中的特定的散热，从而不会对蓄电池形成较强的要求，即尤其是在测定的时间段之上的高的电流，在一个确定的时间之后将不再重要。在此，在监控的10s至200s之间以及在5s至20s的预测的时间段示出了有意义的解决方案。

[0013] 根据一个优选的实施形式，状态参数的所预测的可用的量KR以相较于状态参数的在第二参考时间段t2所测定的取样的量KN来增大。该第二参考时间段t2在此优选地具有预测时间段△t的大小并且在第一参考时间段t1开始时开始。如果在对于测定允许的以及取样的状态参数的量是可测量的第一参考时间段t1开始时存在加速度事件，即已经持续了测定的持续时间，那么需要非常低的功率需求，所以在测定的持续时间之后能够较强地提高所预测的可用的状态参数的量并且能够有效地提供更大的电流。

[0014] 根据本发明的一个改进方案将提供预防边界电流Ilim，所述预防边界电流Ilim根据在所述预测时间段△t之中可提供的电流IV与另一个函数的乘积来测定，其中，所述另一个函数与所取样的所述状态参数的量K相对于所允许的所述状态参数的量Kmax的比值k有关。所述预防边界电流的值能够分配给合适的蓄电池控制系统，从而相应地调节逆变器并且仅仅涉及这样的电流。在预防边界电流上的该电流的边界能够更强地阻止加速的老化并且即便在这样的情况下仍允许单调的功率输出。

[0015] 尤其有利地，当另一个函数在该取样的状态参数的量K与允许的状态参数的量Kmax的比例k在临界的阈值之下时是基本上恒定的，例如等于一，并且在该临界的阈值之上时是单调递减的。该临界的阈值为在0和1之间的确定的数字、优选地在0.3至0.7之间或者在0.4至0.6之间、特别优选地为约0.5。在该临界的阈值之下时该取样的状态参数的量还远小于允许的状态参数的量，从而使得该电流限制不必增大。在该临界的阈值之上即当所取样的状态参数的量在所允许的状态参数的量的附近时，较强地限制电流，并且越强地限制，则相互间的量的比例越大。单调递减的属性能够例如通过在临界的阈值之上的另一个函数的线性下降的特性来表示。借助于可调节的临界的阈值能够针对主动的蓄电池温度管理提供另一个参数。

[0016] 依据本发明此外提出了一种计算机程序，当所述计算机程序在可编程计算机装置之上实施时所述计算机程序用于实施在此所描述的方法。该计算机程序能够例如涉及用于在车辆之中实施蓄电池管理系统或者子系统的模块。该计算机程序能够存储在机器刻度的存储介质之上，例如在永久性的或者可重写的存储介质之上或者与计算机装置相关联地或者在可擦除的CD-ROM、DVD或者USB盘之上。附加地或者替代地，该计算机程序能够在计算机装置例如在服务器或者用于下载的云系统之上提供，例如通过数据网络注入因特网或者通信连接注入电话线或者无线连接来提供。

[0017] 依据本发明此外设置了一种蓄电池管理系统，其用于提供关于蓄电池的温度和电流的信息的诊断传感器、用于测定状态参数的关于第一参考时间段t1的允许的量Kmax的模块、用于测定状态参数的关于所述第一参考时间段t1的取样的量K的模块、用于根据所允许的所述状态参数的量Kmax和所取样的所述状态参数的量K来测定预测的可用的所述状态参数的量KR的模块以及用于根据在所述预测时间段△t之中所预测的可用的所述状态参数的量KR来测定可提供的电流IV的量的模块。

[0018] 根据本发明的另一个方面，一种具有用于驱动机动车的电驱动电机以及与该电驱动电机相连接的蓄电池的机动车包括这样的蓄电池管理系统。所述蓄电池管理系统也能够为蓄能池驱动的电气装置的一部分，尤其是在以下工具之中使用，例如蓄能池螺丝刀、钻头、移动电话或者笔记本电脑。

[0019] 本发明的优点

[0020] 借助于依据本发明所提出的解决方案示出了用于蓄电池管理的方法，该方法鉴于可能的由于最大电流所引起的损害而重点考虑蓄电池管理。该管理和功率输出的优化在确定的充电和行驶状态的情况下在蓄电池单池的参数方面将通过依据本发明所提出的解决方案在管理中除了考虑蓄电池单池的最大电流并且由此考虑所涉及的损害。借助于依据本发明所提出的解决方案所给出的监控算法服务于电流调节并且确保蓄电池或蓄电池单池或者包括多个蓄电池单池的蓄电池组在所期望的范围之中工作并且因此尽可能少地老化，从而在依据本发明所提出的方法运行期间能够避免蓄电池单池或者蓄电池单池组的提前更换。

[0021] 通过依据本发明所提出的方法能够以有利的方式实现：所述蓄电池管理系统借助于所提出的算法确保车辆以及蓄能池的运行处于优化的边界之内并且在必要时不会报告驾驶员的所要求的功率。

附图说明

[0022] 在所附的附图之中示出并且在接下来的说明书之中进一步阐述多个实施例。附图中：

[0023] 图1示出了车辆控制系统的示意性图示；

[0024] 图2示出了在蓄电池之中的电流的时间曲线；以及

[0025] 图3示出了限制函数的曲线。

具体实施方式

[0026] 图1示出了车辆控制系统的示意性图示。蓄能池1通过分离装置4(BDU：battery disconnect unit)和逆变器5与电机6相连接。蓄能池1能够包括多个单个的蓄电池单池，该多个单个的蓄电池单池例如相互间串联连接，能够包括多个蓄电池模块，该多个蓄电池模块具有单个的或者多个串联连接和/或并联连接的蓄电池单池或者也能够具有单个的或者多个的蓄电池模块组，在这些蓄电池模块组之中单个的或者多个的蓄电池模块串联连接和/或并联连接。蓄能池1将由蓄电池管理系统3(BMS)加以监控，该蓄电池管理系统通过诊断传感器得到例如关于在蓄电池之中的电流、电压和温度的信息并且控制冷却系统2。车辆的油门踏板7与逆变器5相连接并且给出功率需求。

[0027] 本发明的工作方式在于，蓄电池管理系统3借助于算法确保车辆和蓄能池1处于优化的且依据本发明的边界之中运行，在必要时通过不满足油门踏板7的功率给定。

[0028] 图2示例性地示出了电流的平方I2(t)的时间曲线，该电流例如由在图1之中示出的蓄能池1来提供。在充电和放电时的用于电流的边界条件为：

[0029] |I(t)|＜|IMaxPeak(T)|，

[0030] 也就是说，电流I(t)的最大值必须总是在与温度相关的最大值IMaxPeak(t)之下。另一个条件为：

[0031] |I(t)|＜|IMaxVolt(SOC，T)|，

[0032] 也就是说，电流I(t)的最大值必须既在充电时也在放电时在与温度相关连的并且与SOC相关联的最大值IMaxVolt(SOC，T)之下。该边界值会考虑蓄电池的内阻并且确保始终处于电压边界之内。

[0033] 在图2之中第一参考时间段t1在时刻t-t1开始并且在时刻t结束。在第一参考时间段t1所取样的状态参数的量K依据：

[0034]

[0035] 由蓄电池管理系统的合适的模块通过将电流I(t)在第一参考时间段t1之上积分来测定。该参数以及另外的参数的测定能够通过硬件构件来实现和/或计算由尤其是这种BMS的软件构件来实现。

[0036] 第二曲线12示出了与温度相关联的使用寿命优化的电流的边界值的平方I2rms(T)在第一参考时间段t1上从t-t1至t的曲线。该与温度相关联的使用寿命优化的电流Irms(T)的上限在此在该段时间上为常量，即尤其是在不考虑温度振荡的情况下，并且为了测定状态参数的允许的量Kmax而依据

[0037] Kmax＝I2rms(T)t1

[0038] 来使用。状态参数的所允许的量Kmax也将通过与温度相关联的使用寿命优化的电流值的平方I2rms(T)来测定，该电流值的平方将与第一参考时间段t1相乘。

[0039] 在充电时，K必须小于边界值Kmax。相似地，对于放电同样适用，其中，第一参考时间段t1在充电时与放电时的第一参考时间段t1是不同的。对于充电或放电过程的不同的值基于不同的化学过程。

[0040] 状态参数的所预测的可用的量KR将借助于关于第一参考时间段t1所测定的状态参数的允许的量Kmax和关于第二参考时间段t2所测定的状态参数的取样的量K的差值来依据[0041] 加以测定。

[0042] 如果在时间t-t、即如所示那样在第一参考时间段t1开始时发生了一个加速事件，该加速事件大概持续时间t3，因此仅仅需要非常小的功率需求，那么状态参数的所预测的可用的量KR在该预测时间段△t之中能够预测地非常大地提高。这一点通常能够通过以下方式加以考虑，即所预测的可用的量KR能够以另一个正的被加数

[0043]

[0044] 来增加，也就是说以关于第二参考时间段t2所测定的取样的状态参数的量KN变大。在该示例之中示出了并且在预测时间段△t之中选择第二参考时间段t2被证明是可行的，即：

[0045]

[0046] 在预测时间段△t之中所提供的电流IV能够通过根据状态参数的所预测的可用的量KR和预测时间段△t的商然后接下来求根，即依据

[0047]

[0048] 或者在考虑另外的被加数KN的情况下依据

[0049] 来形成。

[0050] 这个值能够被告知给车辆，从而相应地调节逆变器并且将其仅仅推导为被认可的可描述的电流。如果该值尽管如此还是被超过了，那么逆变器并未如预先设置地那样反应，所以依据本发明的方法的另一个任务在于避免出现KR＝0，因为然后不会有任何另外的电流流过并且该车辆不再能够移动。

[0051] 图3示出了限制曲线21的曲线，其用于测定预防限制电流Ilim，其中，车辆以及蓄能池1的运行在通过预防限制电流所给出的值之下进行，以便解决所谓的另外的任务。该限制曲线21取决于状态参数KR的所预测的可用的量与所允许的状态参数的量Kmax的比例k，即[0052] f(k)＝f(KR/Kmax)。

[0053] 在第一分段22之中，限制曲线21恒定为一并且在另一个分段23之中单调递减，直至值k＝1，即KR＝Kmax下降至零。第一范围22和第二范围23将由临界的阈值24加以划分，该临界的阈值在所示出的示例之中在k＝0.5处。原则上来说，该限制曲线21的曲线能够变化。示例性地，该限制函数21在第一范围22之中不一定是恒定的，而也能够在此振荡，尤其是向弱振荡。在范围23之中，下降的曲线能够不同地设置并且不必如在所示出的实施例之中那样线性地走向也是可能的。临界的阈值24能够为在0和1之间的限定的数字，尤其是在0.4和
0.6之间并且仅仅示例性地测定为0.5。

[0054] 该预防边界电流Ilim将由在预测时间段△t之中所提供的电流IV与限制函数21来形成、尤其是根据Ilim＝IV f(k)来形成。

[0055] 本发明并不限于在此所描述的实施例以及在这些实施例之中所提及的方面。与之相反地，在通过权利要求所给出的范围之内能够存在多种变型，这些变型处于本领域技术人员的处理的框架之中。