專利名稱：用于初始化和運行蓄電池管理系統(tǒng)的方法
用于初始化和運行蓄電池管理系統(tǒng)的方法
背景技術(shù)：
混合動力或者電動車輛使用存儲在蓄電池中的電能作為能量源。在此，對于運行這種蓄電池而言，能夠確定蓄電池處于何種狀態(tài)和蓄電池還有多大的用于進一步運行的容量是重要的。為此，借助于蓄電池管理系統(tǒng)來管理蓄電池的運行。在混合動力和電動車輛中使用鋰離子或者鎳氫技術(shù)的蓄電池組，該蓄電池組由大量串聯(lián)和/或并聯(lián)的電化學蓄電池單元組成。蓄電池管理系統(tǒng)用于監(jiān)控蓄電池并且除了安全監(jiān)控之外還應(yīng)該保證盡可能高的使用壽命。為了蓄電池管理，測量每個單個蓄電池單元的電壓，以及蓄電池電流和蓄電池溫度，并且對例如充電狀態(tài)和老化狀態(tài)進行狀態(tài)估計。為了最大化使用壽命，需要隨時了解蓄電池的當前最大功率。如果超過了該功率界限，則將能夠快速地加速蓄電池的老化。為了確定蓄電池狀態(tài)，尤其是充電狀態(tài)，所謂的SOC(充電狀態(tài)(state of charge)),已知如下方法，該方法在運行期間是激活的。該方法基于蓄電池電壓和SOC的關(guān)系。在此，開路電壓OCV(open circuit voltage)也是相關(guān)的。因為該方法在運行期間是激活的，所以必須關(guān)于由流過的電流和蓄電池的內(nèi)阻引起的壓降來校正所測量的電壓。為此使用阻抗模型，該阻抗模型是有缺陷的。因此，DE 100 10980 Al公開了一種用于根據(jù)內(nèi)阻Ri的測量來確定蓄電池的充電狀態(tài)的蓄電池管理系統(tǒng)。能夠測量正確的OCV的唯一的時間點是系統(tǒng)在停頓之后啟動時，即進行初始化時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于確定蓄電池的充電狀態(tài)以及老化狀態(tài)的方法，其中在考慮上一次存儲的充電狀態(tài)的情況下實現(xiàn)對充電狀態(tài)的估計。根據(jù)本發(fā)明，相應(yīng)地提出一種用于初始化和運行蓄電池管理系統(tǒng)的方法，所述方法包括如下步驟啟動所述蓄電池管理系統(tǒng)；讀取包括在存儲在所述蓄電池的非易失性存儲器中的蓄電池參數(shù)中的所述蓄電池的上一次充電狀態(tài)SOCalt;測量所述蓄電池的開路電壓OCV ;根據(jù)所述所測量的開路電壓OCV確定當前充電狀態(tài)值SOCakt ;將所述蓄電池的充電狀態(tài)的估計值SOCsehatz確定為所述蓄電池的所存儲的上一次充電狀態(tài)SOCalt和所述當前充電狀態(tài)值SOCakt的函數(shù)；利用所確定的所述充電狀態(tài)的所述估計值30(^￡；11&來初始化所述蓄電池管理系統(tǒng)中的充電狀態(tài)；以及最后利用經(jīng)初始化的值來運行所述蓄電池管理系統(tǒng)。有利地，所提出的根據(jù)本發(fā)明的蓄電池管理系統(tǒng)的初始化不僅使用所測量的或所計算的充電狀態(tài)值SOCakt，而且在估計充電狀態(tài)時還考慮了上一次存儲的充電狀態(tài)SOCalt,該上一次存儲的充電狀態(tài)SOCalt相應(yīng)于上一次關(guān)斷蓄電池管理系統(tǒng)時的充電狀態(tài)。此外，該方法還能夠包括對蓄電池管理系統(tǒng)的狀態(tài)識別進行真實性檢查(Plausibilisierung)。在此,真實性檢查基于將當前所計算的充電狀態(tài)值SOCakt與上一次存儲的充電狀態(tài)SOCalt進行比較。如果這兩個值的差高于預(yù)先確定的閾值，則可能存在系統(tǒng)故障或缺陷。在這種情況下，能夠關(guān)斷蓄電池。很小的偏差也能夠表明存在老化，并且能夠通過因子來為運行期間的SOC計算考慮很小的偏差。該因子可能在蓄電池運行期間計算SOC時產(chǎn)生影響。如果該差低于預(yù)先確定的閾值，則利用所確定的充電狀態(tài)的估計量SOCschatz對蓄電池管理系統(tǒng)進行初始化。通過使用上一次在關(guān)閉系統(tǒng)時存儲的充電狀態(tài)SOCalt，還能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池的安全控制，并因此在系統(tǒng)啟動時同時避免了由于缺陷而引起的對蓄電池的損害。在關(guān)斷蓄電池管理系統(tǒng)或者初始化蓄電池管理系統(tǒng)之前，還能夠借助于基于開路電壓而計算的充電狀態(tài)SOCakt與電流積分之間的比較來實現(xiàn)對所述值的進一步真實性檢查。如上面所述，所比較的值之間的差給出了，是否應(yīng)當關(guān)斷蓄電池，是否能夠由于老化而利用因子來校正和/或初始化用于確定SOC的以后的積分。在此，能夠借助于所測量的開路電壓OCV和基于溫度/開路電壓的綜合特性曲線來實現(xiàn)對所述當前充電狀態(tài)SOCakt的確定。對所述當前充電狀態(tài)SOCakt的獲取還基于蓄電池啟動時正確測量的0CV。在此，不需要現(xiàn)有技術(shù)中的阻抗模型。在一種實施方式中，通過對所存儲的上一次充電狀態(tài)SOCalt和所述當前充電狀態(tài)SOCakt進行加權(quán)平均來實現(xiàn)對所述充電狀態(tài)估計值SOCschatz的確定。這實現(xiàn)了對考慮上一 次在關(guān)斷蓄電池時的充電狀態(tài)SOCalt的一種簡單地轉(zhuǎn)換。在一實施例中，在進行所述加權(quán)平均時，上一次存儲的充電狀態(tài)SOCalt和當前充電狀態(tài)SOCakt權(quán)重能夠相同。這允許了考慮上一次充電狀態(tài)SOCalt的一種特別簡單地轉(zhuǎn)換。在另一實施例中，在進行加權(quán)平均時根據(jù)在上一次存儲所述充電狀態(tài)SOCalt與確定當前所計算的充電狀態(tài)SOCakt之間的持續(xù)時間來實現(xiàn)加權(quán)。這種實施方式實現(xiàn)了在確定充電狀態(tài)估計值SOCsehatz時能夠考慮在系統(tǒng)的上一次關(guān)斷和系統(tǒng)的接通之間所經(jīng)過的時間。在啟動蓄電池之后在對開路電壓和電流的第一測量值獲得(Messwerterfassung)進行初始化期間，能夠有利地將所述上一次存儲的蓄電池參數(shù)直接用作相應(yīng)的蓄電池參數(shù)的初始化值。此外，在關(guān)斷和/或運行所述蓄電池管理系統(tǒng)期間，此外能夠?qū)ㄐ铍姵氐某潆姞顟B(tài)的所確定的蓄電池特性參數(shù)存儲在蓄電池的非易失性存儲器中并因此能夠在啟動系統(tǒng)時供所述蓄電池管理系統(tǒng)使用。在此，還能夠存儲如下蓄電池參數(shù)，例如數(shù)學老化過程的模型參數(shù)、電壓和溫度。此外，在蓄電池運行期間，在多個測量值周期上實現(xiàn)所述充電狀態(tài)估計值SOCschatz的適應(yīng)，即，所存儲的蓄電池特性參數(shù)能夠永久性地進入在運行期間對蓄電池的充電狀態(tài)的計算中。因為單個電壓或溫度測量也能夠發(fā)生故障，所以如果在關(guān)斷系統(tǒng)時存儲所確定的參數(shù)，則能夠在多個運行周期上繼續(xù)進行該確定。能夠通過使用數(shù)學老化模型來實現(xiàn)所述充電狀態(tài)估計值SOCschatJ^適應(yīng)。在此，老化模型的輸入?yún)?shù)能夠是上一次關(guān)斷蓄電池時所測量的電壓、溫度、集成充電電流和充電狀態(tài)SOCalt以及系統(tǒng)啟動時的停止狀態(tài)持續(xù)時間、所測量的電壓、溫度和當前充電狀態(tài)SOCakto能夠借助于時序來描述這種數(shù)學老化過程。還能夠通過已知的適應(yīng)方法例如卡爾曼濾波來實施該適應(yīng)，其為了實施僅僅使用所存儲的值和在系統(tǒng)啟動時所測量和計算的值。概括地說，應(yīng)當理解，根據(jù)本發(fā)明，在關(guān)斷蓄電池管理系統(tǒng)時所確定和/或測量的參數(shù)例如S0C、模型參數(shù)、電壓、溫度等被存儲在蓄電池的非易失性存儲器例如EEPROM中，可選擇地存儲每個單個蓄電池單元的上述參數(shù)，并且這些參數(shù)在下一次系統(tǒng)啟動時可供使用。在下一次系統(tǒng)啟動時，將這些參數(shù)與隨后的當前測量參數(shù)和由此計算的模型量進行比較，并將這些參數(shù)用于確定SOC和模型參數(shù)。該些值能夠選擇性地僅用于確定初始值或者永久性地被使用。根據(jù)系統(tǒng)啟動時各個測量值的可支配性，能夠?qū)⑺鎯Φ闹涤米鱾溆梅桨?Riickfall-Ldsung)。在此，可以實現(xiàn)多個備用等級，每個蓄電池單元的備用等級還可以不同。


下面應(yīng)該結(jié)合附圖對本發(fā)明進行示例性的詳細闡述。附圖中圖I示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例的示意圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實施例的示意圖。
具體實施例方式圖I示出本發(fā)明的第一實施例的示意圖。在關(guān)斷或者切斷蓄電池管理系統(tǒng)BMS的 時候，首先存儲充電狀態(tài)SOCalt。也能夠?qū)⑵渌嚓P(guān)參數(shù)(例如老化特性參數(shù)、電壓和溫度)存儲在蓄電池的非易失性存儲器中。在此，需要注意的是，即使在蓄電池充電期間BMS仍然運作。如圖I所示，在步驟SI和S2中，在下一次系統(tǒng)啟動時，從非易失性存儲器中讀取這些值。在此，有利地，能夠在使用所謂的“臟位(dirty bits)”的情況下確定，所存儲的值是否有效。在BMS復(fù)位的情況下,可能沒有寫入存儲值(Speicherwerte)。于是,置位或者不置位“臟位”能夠確定該些值是否能夠被正確地寫入。接著，在步驟S3中，在系統(tǒng)啟動期間在蓄電池上沒有負載的情況下測量開路電壓0CV。接著，在S4中，實時地確定充電狀態(tài)S0Cakt。該充電狀態(tài)基于當前的測量值并且還能夠被稱為充電狀態(tài)測量值。在本實施例中，在使用所測量的開路電壓和基于溫度/OCV的綜合特性曲線的情況下來確定或者計算充電狀態(tài)測量值。綜合特性曲線將充電狀態(tài)表示為所測量的開路電壓的函數(shù)。這優(yōu)選地依賴于溫度，也就是說，該綜合特性曲線優(yōu)選包含多個圖，該些圖相應(yīng)于充電狀態(tài)，而充電狀態(tài)是在確定溫度下的開路電壓的函數(shù)。根據(jù)所測量的開路電壓，優(yōu)選地在確定的溫度下根據(jù)綜合特性曲線自動地讀取或者確定所配屬的充電狀態(tài)。在計算或者確定當前充電狀態(tài)值SOCakt之后，在步驟S5中實現(xiàn)對充電狀態(tài)估計值SOCsehStd^確定。這在使用所存儲的充電狀態(tài)SOCalt以及當前確定的充電狀態(tài)SOCakt的情況下實現(xiàn)。在最簡單的情況下，能夠通過對所存儲的SOCalt和當前所確定的SOCakt取平均值來實現(xiàn)針對所述SOC的初始化。在此，能夠通過相同的權(quán)重來實現(xiàn)加權(quán)，或者能夠在加權(quán)時考慮關(guān)斷系統(tǒng)與接通系統(tǒng)之間的持續(xù)時間。接著，利用所述估計值對所述蓄電池管理系統(tǒng)進行初始化(參見步驟6)，并在步驟7中運行所述系統(tǒng)。此外，只要對電壓和電流的第一測量值獲得進行初始化，就能夠?qū)⑺龃鎯χ抵苯佑米鞒跏蓟?。如果電壓測量值是無效的，那么能夠在這種情況下通過所存儲的電壓對電壓測量值進行初始化，并且隨后利用與有效的電壓測量值的平均值之間不變的差來對電壓測量值進行估計。另外，可以確定電壓測量的偏置，并且然后利用該偏置對電壓傳感器輸出進行校正。圖2示出本發(fā)明的另一實施例，其具有擴展的功能。在中間連接的步驟S8中，將SOC存儲值SOCalt與當前計算的充電狀態(tài)值SOCakt進行比較。如果所存儲的充電狀態(tài)SOCakt與所計算的SOCakt偏差很大，即超過預(yù)先確定的閾值，那么這表明存在系統(tǒng)故障或者缺陷。該信息能夠在步驟S9中用于故障識別以及立即關(guān)斷，或者通過其他測量在運行期間首先進行真實性檢查。能夠例如通過比較基于OCV計算的SOC和電流積分來實現(xiàn)這種進一步的真實性檢查。如果偏差很小，即低于預(yù)先確定的閾值，那么原因可能在于該蓄電池單元的老化。在這種情況下，可以對該蓄電池單元的估計的容量進行校正。為了使這種評估更加具有魯棒性，也能夠在多個周期上形成經(jīng)濾波的偏差。另一可選方案示出復(fù)雜的算法，例如卡爾曼濾波器，其中，在本應(yīng)用示例中，關(guān)斷時的所測量的電壓、溫度、集成充電電流和所計算出的S0C、系統(tǒng)啟動時所測量的電壓、溫度、所計算的SOC和停止狀態(tài)持續(xù)時間可以作為老化模型的輸入?yún)?shù)，并且對蓄電池單元容量和阻抗模型參數(shù)的校正形成了輸出量。
在運行期間，一般通過對電流的積分和/或?qū)CV與SOC之間的關(guān)系的評估來計算SOC的變化。在此，確定OCV是通過關(guān)于由流過的電流和蓄電池單元阻抗引起的壓降來校正當前的蓄電池單元電壓。在本實施例中，這還在蓄電池運行期間進行。不僅蓄電池單元阻抗而且蓄電池單元容量以及OCV與SOC之間的關(guān)系都經(jīng)受老化過程。通過將關(guān)斷之后存儲在存儲器中的值與系統(tǒng)啟動時所測量和所確定的值進行比較，能夠估計當前的老化狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.用于初始化和運行蓄電池管理系統(tǒng)的方法，所述方法包括如下步驟 -啟動所述蓄電池管理系統(tǒng)(Si)； -讀取包括在存儲在所述蓄電池的非易失性存儲器中的蓄電池參數(shù)中的所述蓄電池的上一次充電狀態(tài)(SOCalt) (S2)； -測量所述蓄電池的開路電壓(S3)； -根據(jù)所述所測量的開路電壓確定當前充電狀態(tài)值(SOCakt) (S4)； -將所述蓄電池的充電狀態(tài)的估計值(SOCschatz)確定為所述蓄電池的所述所存儲的上一次充電狀態(tài)(SOCalt)和所述當前充電狀態(tài)值(SOCakt)的函數(shù)(S5)； -利用所確定的所述充電狀態(tài)的所述估計值(SOCschatz )來初始化所述蓄電池管理系統(tǒng)中的所述充電狀態(tài)(S6);以及 -利用經(jīng)初始化的值來運行所述蓄電池管理系統(tǒng)(S7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，還對所述蓄電池管理系統(tǒng)的狀態(tài)識別進行真實性檢查，所述真實性檢查包括如下步驟 -將當前充電狀態(tài)(SOCakt)與上一次存儲的充電狀態(tài)(SOCalt)進行比較(S8)； -如果所述當前充電狀態(tài)(SOCakt)與所述上一次存儲的充電狀態(tài)(SOCalt)之間的差高于預(yù)先確定的閾值，則關(guān)斷所述蓄電池(S9);或者 -如果所述當前充電狀態(tài)(SOCakt)與所述上一次存儲的充電狀態(tài)(SOCalt)之間的所述差低于所述預(yù)先確定的閾值，則利用所確定的所述充電狀態(tài)的所述估計值(SOCschatz)來初始化所述蓄電池管理系統(tǒng)(S6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在關(guān)斷所述蓄電池管理系統(tǒng)或者初始化所述蓄電池管理系統(tǒng)之前，還借助于基于所述開路電壓而計算的所述充電狀態(tài)(SOCakt)與電流積分之間的比較來實現(xiàn)對所述值的進ー步真實性檢查。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，借助于所述所測量的開路電壓和基于溫度/開路電壓的綜合特性曲線來實現(xiàn)對所述當前充電狀態(tài)(SOCakt)的確定。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，通過對所述所存儲的上一次充電狀態(tài)(SOCalt)和所述當前充電狀態(tài)(SOCakt)進行加權(quán)平均來實現(xiàn)對所述充電狀態(tài)估計量(SOCschatz )的確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在進行所述加權(quán)平均時，所述上一次存儲的充電狀態(tài)(SOCalt)和所述當前充電狀態(tài)(SOCakt)權(quán)重相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的方法，其中，在進行所述加權(quán)平均時根據(jù)在上一次存儲所述充電狀態(tài)(SOCalt)與確定所述當前充電狀態(tài)(SOCakt)之間的持續(xù)時間來實現(xiàn)所述加權(quán)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，在啟動所述蓄電池之后在對開路電壓和電流的第一測量值獲得進行初始化期間，將所述上一次存儲的蓄電池參數(shù)直接用作相應(yīng)的蓄電池參數(shù)的初始化值。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，在關(guān)斷和/或運行所述蓄電池管理系統(tǒng)期間，將包括所述蓄電池的所述充電狀態(tài)的所確定的蓄電池特性參數(shù)存儲在所述蓄電池的所述非易失性存儲器中和/或存儲如數(shù)學老化過程的模型參數(shù)、電壓和溫度的蓄電池參數(shù)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，在所述蓄電池運行期間，還在多個測量值周期上實現(xiàn)所述充電狀態(tài)估計量(SOCschatz)的適應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求 ο所述的方法，其中，通過使用老化模型的下述輸入?yún)?shù)來實現(xiàn)所述充電狀態(tài)的適應(yīng) -上一次關(guān)斷所述蓄電池時所測量的電壓、溫度、集成充電電流和充電狀態(tài)值(SOCalt)；以及 -系統(tǒng)啟動時的所測量的電壓、溫度、當前充電狀態(tài)(SOCakt)和停止狀態(tài)持續(xù)時間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于初始化和運行蓄電池管理系統(tǒng)的方法，其中，在關(guān)斷該蓄電池管理系統(tǒng)期間確定和/或測量的參數(shù)例如充電狀態(tài)SOC被存儲在蓄電池的非易失性存儲器中，可選擇地存儲每個單個蓄電池單元的上述參數(shù)，并且這些參數(shù)在下一次系統(tǒng)啟動時可供使用。在下一次系統(tǒng)啟動時，將這些參數(shù)與隨后的當前測量參數(shù)和由此計算的模型量進行比較，并將這些參數(shù)進一步用于確定SOC和模型參數(shù)。該些值能夠選擇性地僅用于確定初始值或者永久性地被使用。此外，能夠借助于將當前所計算的充電狀態(tài)與所存儲的充電狀態(tài)進行比較來實現(xiàn)對蓄電池的狀態(tài)識別的真實性檢查。
文檔編號B60L11/18GK102712263SQ201080055703
公開日2012年10月3日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者A·伯姆, S·維克特 申請人:Sb鋰摩托德國有限公司, Sb鋰摩托有限公司