用于確定蓄電池的最大可用恒定電流的方法、用于實施這樣的方法的裝置、與這樣的裝置 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于確定蓄電池的最大可用的恒定電流的方法、一種用于實施這樣的方法的裝置、一種結(jié)合這樣的裝置的蓄電池及一種具有這樣的蓄電池的機動車,它們尤其是能夠被用于避免可用的電流限制的不期望的大的改變并且用于與蓄電池的老化狀態(tài)無關(guān)地提供最大可使用的變化率。為此提出了:在用于確定蓄電池在第一預(yù)測時間段(T)上最大可用的第一恒定電流(Ilim)的方法中考慮對于之后的第二預(yù)測時間段的最大可用第二恒定電流的確定。
【專利說明】用于確定蓄電池的最大可用恒定電流的方法、用于實施這樣的方法的裝置、與這樣的裝置結(jié)合的蓄電池及具有這樣的蓄電池的機動車
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定蓄電池的最大可用的恒定電流的方法、一種用于實施這樣的方法的裝置、一種結(jié)合這樣的裝置的蓄電池及一種具有這樣的蓄電池的機動車,它們尤其是能夠被用于避免可用的電流限制的不期望的大的改變并且用于與蓄電池的老化狀態(tài)無關(guān)地提供最大可使用的變化率。
【背景技術(shù)】
[0002]在尤其是在機動車中使用蓄電池時存在以下問題,即該蓄電池在確定的預(yù)測時間段上能夠持續(xù)地以何種恒定的電流來最大化地進(jìn)行放電或者充電,而不會損壞對于蓄電池的運行參數(shù)尤其是對于單池電壓的限制。由現(xiàn)有技術(shù)已知兩種用于確定這種蓄電池在預(yù)測時間段上的最大可用的恒定電流的方法。
[0003]在第一種由現(xiàn)有技術(shù)已知的方法中,最大可用的恒定電流借助于等效電路迭代地加以確定。其中,該蓄電池在每次迭代中在總的預(yù)測時間段上持續(xù)地以假設(shè)確定的恒定的電流來進(jìn)行模擬。以相對低的電流值開始該迭代。如果在模擬中未達(dá)到該蓄電池的電壓邊界,那么將提高用于下次迭代的電流值;如果達(dá)到了電壓邊界,那么該迭代結(jié)束。然后,最后的、在該電流值的情況下在模擬中未曾達(dá)到該蓄電池的電壓邊界的電流值能夠用作最大可用的恒定電流。在該方法中的缺點在于迭代和模擬需要巨大的計算開銷。
[0004]在第二種由現(xiàn)有技術(shù)已知的方法中,最大可用的恒定電流借助于取決于溫度和充電狀態(tài)的組合特征曲線(Kennfelder)加以確定。在該方法中的缺點在于該組合特征曲線需要巨大的存儲器開銷。此外缺點還在于,由于在離散地存儲的組合特征曲線的應(yīng)用中的固有的近似而必須設(shè)置一個安全余量,該安全余量將使得該系統(tǒng)的尺寸過大。
[0005]這也是已知的,通過借助于等效電路的分析性運算來確定最大電流。
[0006]由DE 10 2008 004 368 Al已知用于確定蓄電池在每個時刻可提供的功率和/或電的做功和/或可提取的電荷量的方法,在該方法中作為電荷預(yù)測組合特征曲線針對多個溫度特性中的一個與多個功率需求特性中的一個或者多個電流需求特性中的一個的每個結(jié)合存儲時間上的電荷量曲線。
[0007]所有已知的方法的缺點在于未考慮蓄電池的老化狀態(tài)。缺點同樣還在于為了存儲組合特征曲線必須提供大量的存儲空間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的特別的優(yōu)點在于,尤其是在電動或者混合動力車輛運行時將電流限制的變化保持在可預(yù)先給定的邊界之內(nèi)。這能夠通過在依據(jù)本發(fā)明的用于確定蓄電池在(第一)預(yù)測時間段T上最大可用的第一恒定電流Ilim的方法中考慮對于之后的第二預(yù)測時間段的最大可用的第二恒定電流來實現(xiàn)。當(dāng)所述最大可用的第一恒定電流Ilim如此地確定,使得在所述最大可用的第一恒定電流Ilim和所述最大可用的第二恒定電流之間的差、尤其是差值或者所述差值的量不會達(dá)到或者不會超過可預(yù)先給定的量時是有利的。當(dāng)在預(yù)先給定用于限制在所述最大可用的第一恒定電流Ilim和所述最大可用的第二恒定電流之間的差的所述量時考慮所述蓄電池的充電狀態(tài)是有利的。
[0009]在一個優(yōu)選的實施形式之中設(shè)置,除了對于所述第一預(yù)測時間段T來說最大可用的第一恒定電流Ilim之外還確定所述蓄電池在所述預(yù)測時間段T之中的最大可調(diào)用的功率Plim,其中,將限制在所述預(yù)測時間段T之后的所述功率的最大的變化。為此例如設(shè)置通過確定所述蓄電池對于所述預(yù)測時間段T最大可用的恒定電流Ilim并且確定在所述預(yù)測時間段T上的與所述最大可用的恒定電流Ilim相對應(yīng)的電壓曲線來確定平均的電壓的方式來確定在所述預(yù)測時間段T上最大可用的恒定功率匕吣然后,將在所述預(yù)測時間段T上的最大可用的恒定功率Plim確定為對于所述第一預(yù)測時間段T最大可用的第一恒定電流Ilim和所確定的電壓的乘積。
[0010]一個優(yōu)選的實施形式設(shè)置了如此地確定對于所述第一預(yù)測時間段T最大可用的第一恒定電流Ilim,使得在由所述最大可用的第一恒定電流Ilim所形成的第一恒定功率Plim和由所述最大可用的第二恒定電流所形成的第二恒定功率之間的差不會達(dá)到或者不會超過預(yù)先給定的量。
[0011]當(dāng)所述最大可用的第一恒定電流Ilim的確定考慮了功率電子器件的測量公差、慣性和/或其他誤差諸如將通過調(diào)節(jié)算法來加以平衡的偏移時將是有利的。
[0012]另一個有利的實施形式設(shè)置了,所述最大可用的第一恒定電流Ilim的確定基于等效電路模型來實現(xiàn)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的裝置具有至少一個芯片和/或處理器并且如此地加以設(shè)置,以實施用于確定蓄電池在第一預(yù)測時間段T上最大可用的第一恒定電流Ilim的方法,其中,在該確定時考慮對于之后的第二預(yù)測時間段來說最大可用的第二恒定電流。
[0014]本發(fā)明的另一個方面涉及一種蓄電池,其與用于確定蓄電池在第一預(yù)測時間段T上最大可用的第一恒定電流Ilim的模塊相結(jié)合,其中,所述模塊如此地加以設(shè)置,以能夠?qū)嵤┧鲎畲罂捎玫牡谝缓愣娏鱅lim的確定,其中,在該確定時考慮對于之后的第二預(yù)測時間段來說最大可用的第二恒定電流。優(yōu)選地,所述蓄電池為鋰離子蓄電池或者所述蓄電池包括被構(gòu)造為鋰離子蓄電池單池的電化學(xué)單池。
[0015]本發(fā)明的另一個方面涉及一種機動車,其具有用于驅(qū)動所述機動車的電驅(qū)動電機和與所述電驅(qū)動電機相連接或者可連接的依據(jù)在前述的解決方案中加以描述的發(fā)明方面的蓄電池。然而,所述蓄電池并非僅限于此應(yīng)用目的,而是也能夠應(yīng)用在其他電氣系統(tǒng)之中。
[0016]本發(fā)明的一個重要的方面在于通過計算兩個不同的時間點的電流限制,優(yōu)選地為預(yù)測時間段(亦描述為預(yù)測水平線)的起點h和終點h,來計算所形成的電流限制的斜率,當(dāng)所計算的電流限制實際上被使用時能夠得出該斜率。該斜率在本發(fā)明的優(yōu)選的實施形式之中通過可應(yīng)用的值來代替并且所形成的等式根據(jù)當(dāng)前的時間點的電流限制例如根據(jù)tQ的電流限制來求解。
[0017]所形成的電流限制將與所述蓄電池的至少一個運行參數(shù)的限制例如蓄電池電壓Uliffl的限制作比較并且加以限制。
[0018]在其他的優(yōu)選的實施形式之中設(shè)置了,所述蓄電池的最大可用的恒定電流Ilim的確定與功率預(yù)測相結(jié)合。這尤其是具有以下優(yōu)點,即由此能夠限制所預(yù)測的功率的最大的變化。
[0019]本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于,即能夠為所述蓄電池提供一個應(yīng)用值,其考慮了所述蓄電池的老化狀態(tài)。通過該應(yīng)用值能夠直接地預(yù)先給定或者改變所述所允許的電流的最大變化率。
[0020]因為車輛的所述功率電子器件承受著測量公差和慣性,所以當(dāng)所保持的電流限制在所應(yīng)用的動態(tài)性之內(nèi)保持不變時通過調(diào)節(jié)算法來加以平衡是有利的。
[0021]通過將電流限制的變化Λ Ilim依據(jù)本發(fā)明地限制在值之內(nèi)能夠避免Δ/Η[Β電流限制過快地變小,因為這樣快的變化將不利地影響駕駛行為(“顛簸”)。因此,依據(jù)本發(fā)明將針對所限定的時間段優(yōu)選地為2s或者特別優(yōu)選地為1s來確定最大可用的恒定電流,其不會損壞預(yù)先給定的電壓邊界。其中,所確定的最大可用的恒定電流能夠為在充電或者放電方向上的電流。
[0022]本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于在當(dāng)前的時間的所述最大電流的確定時考慮在限定的時間段尤其是在預(yù)測時間段之后的最大電流的最大變化。
[0023]此外,以相似的方式進(jìn)行預(yù)測的功率的最大的變化的限制將是有利的。
[0024]將在從屬權(quán)利要求中給出并且在說明書中描述本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]本發(fā)明的實施例將借助于附圖和后續(xù)的說明書進(jìn)一步地加以闡述。附圖中:
[0026]圖1示出了用于在依據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施例中加以應(yīng)用的等效電路;
[0027]圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施例的示意性流程圖;以及
[0028]圖3示出了用于將本發(fā)明與最大可用的恒定電流Ilim的傳統(tǒng)的確定作比較的兩個電流圖示。
【具體實施方式】
[0029]接下來將在一個示例性的實施例中進(jìn)一步描述在沒有限制一般性的情況下的電流預(yù)測的計算,其中,等效電路模型基于歐姆式的電阻Rs和RC-元件,該RC-元件由并聯(lián)連接的歐姆電阻Rf和電容Cf組成。在圖1中示出了在此合適的等效電路的示例(其大小在S1-單元中給出)。其中,電阻Rs和Rf、電容Cf以及施加在另一個元件上的電壓Uf是與時間相關(guān)的。可選地,等效電路也能夠使用任意數(shù)量的任意參數(shù)化的歐姆電阻和由多個歐姆電阻和多個電容組成的多個并聯(lián)電路(RC-元件)。
[0030]為了預(yù)報蓄電池狀態(tài)在時間上的變化,將借助于等效電路模型來指定一個微分方程并且然后在簡單的假設(shè)的情況下解析地求解。單池電壓Urall能夠在每個時間點通過以下等式來加以計算,即
[0031 ] Ucell (t) = Uocv (t) +Us (t) +Uf (t)。
[0032]其中,Uocv (t) = Uocv (S0C⑴,Θ⑴)開路電壓在充電狀態(tài)SOC (t)和溫度Θ⑴時與時間相關(guān);us(t) =Rs(S0C(t), Θ (t)).1cell (t)描述了在電阻Rs上的電壓降,其中,電阻Rs再次通過充電狀態(tài)SOC(t)和溫度Θ⑴與時間相關(guān);IMll(t)描述了在時間t的充電電流或者放電電流并且因此描述了在等效電路模型之中流經(jīng)電阻Rs并且由此流經(jīng)串聯(lián)連接的另一個元件的電流;并且Uf(t)描述了在另一個元件之上的電壓降,其通過求解在等效電路模型之中有效的以下微分方程來得出:
jη it)
--φ\ QifW ΤΓ ?φ\ I __f' ,__ _ F ?φ\
L0033」/IiJl-Zwli I? C/I * 11 — LJ f\l I T..................................................................................................................................................................................~ — I ~?Ι ? I
fdt f Rf(SOCit)Mm
[0034]其中,給定了 t>t0并且起始值f (/0 ) = "〗,其中,電阻Rf和電容Cf再次通過充電狀態(tài)soc(t)和溫度θ⑴與時間相關(guān)并且h描述了該預(yù)測時間段的開始。
[0035]為了示例性的計算作出了如下的假設(shè):
[0036]模型參數(shù)與溫度Θ以及充電狀態(tài)SOC無關(guān),也就是說,對于預(yù)測時間段來說& =常數(shù)、Rf =常數(shù)并且Cf =常數(shù)。
[0037]所預(yù)測的最大電流在預(yù)測時間段之內(nèi)是常數(shù):Imax =常數(shù)。
[0038]對于該預(yù)測的每個起始點&的當(dāng)前的狀態(tài)UfUtl)通過在蓄電池狀態(tài)確定(Battery State Detect1n:BSD (蓄電池狀態(tài)檢測))的模型計算中得出(參見圖1)。
[0039]基于蓄電池的充電狀態(tài)的變化的開路電壓的變化以線性近似的方式來加以考慮,而基于溫度Θ的變化的開路電壓的變化在此被忽略:
[0040]
¢4(,,(O = U猶(Z0) + ACZocr ? £/■ W) + MOCm^Eit0)
f-SOi, 。
[0041]其中,根據(jù)電流1。611和時間t得出以百分比給出的蓄電池的標(biāo)稱電荷(總?cè)萘?chCap的充電狀態(tài)的變化:
Γππ/? ο I Af\ — I ? f _* f \ _______)
£ΛΩ.υ^\?β — Imll '1- 3600^cA&P
[0043]以及斜率)}
(MJC0
cli
[0044]該斜率項■:■:■^!-(SOC(t0))(開路電壓對充電狀態(tài)的(部分)導(dǎo)數(shù))將要么
cSOC
一次性地加以計算并且存儲為特征曲線,要么在運行中根據(jù)Urev(SOC)的特征曲線來加以計笪
[0045]為了計算差商所必須的充電狀態(tài)變化通過之前所計算的電流邊界IlimUcr10ms)來估計:
UocvCWC(10) + Γ/2.IflJtft — 10iw)■ 、— V(><r(SOCitflJ)
[0046]每_..-^--
cSOCτη.ι^Λ — _■).~
chLap。
[0047]借助于上面的假設(shè)和時間常數(shù)τ f = CfRf得出經(jīng)簡化的微分方程:
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定蓄電池在第一預(yù)測時間段(T)上最大可用的第一恒定電流(Ilim)的方法,其特征在于,在確定時考慮對于之后的第二預(yù)測時間段的最大可用的第二恒定電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述最大可用的第一恒定電流(Ilim)如此地確定,使得在所述最大可用的第一恒定電流(Ilim)和所述最大可用的第二恒定電流之間的差不會達(dá)到或者不會超過預(yù)先給定的量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中,通過確定所述蓄電池在預(yù)測時間段(T)上的所述最大可用的第一恒定電流(Ilim),通過在所述預(yù)測時間段(T)上對于與所述最大可用的第一恒定電流(Ilim)相對應(yīng)的電壓曲線求平均以確定平均的電壓,以及通過將所述最大可用的第一恒定功率(Plim)確定為所述最大可用的第一恒定電流(Ilim)和所述平均的電壓的乘積來確定所述蓄電池在預(yù)測時間段(T)上的最大可用的第一恒定功率(Plim)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其中,所述最大可用的第一恒定電流(Ilim)如此地確定,使得在由所述最大可用的第一恒定電流(Ilim)所形成的第一恒定功率(Plim)和由所述最大可用的第二恒定電流所形成的第二恒定功率之間的差不會達(dá)到或者不會超過預(yù)先給定的量。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法,其中,所述最大可用的第一恒定電流(Ilim)的確定考慮功率電子器件的測量公差和/或慣性。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的方法,其中,根據(jù)所述蓄電池的充電狀態(tài)來預(yù)先給定用于限制在所述最大可用的第一恒定電流(Ilim)和所述最大可用的第二恒定電流之間的差的所述量。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法,其中,基于等效電路模型來實現(xiàn)所述最大可用的第一!'亙定電流(Ilim)的確定。
8.一種具有至少一個芯片和/或處理器的裝置,其中,所述裝置如此地設(shè)置,以實施依據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的用于確定蓄電池在第一預(yù)測時間段(T)上最大可用的第一恒定電流(Ilini)的方法。
9.一種蓄電池,其與用于確定蓄電池在第一預(yù)測時間段(T)上最大可用的第一恒定電流(Ilim)的的模塊相結(jié)合,其中,所述模塊如此地設(shè)置,以實施依據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法。
10.一種機動車,其具有用于驅(qū)動所述機動車的電驅(qū)動電機和與所述電驅(qū)動電機相連接或者可連接的、依據(jù)權(quán)利要求9所述的蓄電池。
【文檔編號】G01R31/36GK104204831SQ201380016608
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】A·伯姆, M·魯格, A·霍伊布納, S·維克特 申請人:羅伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式會社