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用于確定能量存儲設(shè)備的電阻變化的方法和裝置及汽車的制作方法_3

文檔序號:9765113閱讀:來源:國知局
[0064]在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置I的示意性框圖,其可以是汽車(未示出)的一部分。示出了能量存儲設(shè)備2,其例如可以是牽引電池的電池單元。
[0065]裝置I包括用于采集表示充電或放電電流的測量電流I的電流傳感器3。此外,裝置I包括用于采集測量電壓Umess的電壓傳感器4,其中,測量電壓Umess是能量存儲設(shè)備2的初始電壓。此外,裝置I包括用于采集能量存儲設(shè)備2的工作溫度的溫度傳感器5。此夕卜,裝置I包括評價設(shè)備6。評價設(shè)備6通過數(shù)據(jù)和/或信號技術(shù)與溫度傳感器5、電壓傳感器4和電流傳感器3連接,這由虛線示出。借助評價設(shè)備6可執(zhí)行下面說明的方法。
[0066]在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的示意性框圖。通過塊示出了用于確定模型電壓Umod(k)的模型7,其中,k表示當前時間點。模型7的輸入?yún)⒘吭诖耸菧y量電流I (參見圖1)、能量存儲設(shè)備2的充電狀態(tài)SOC以及例如可以通過溫度傳感器5 (參見圖1)采集的能量存儲設(shè)備2的溫度T。充電狀態(tài)SOC在此可以借助本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法來確定。例如,可以從已知充電狀態(tài)、例如充電狀態(tài)1.0開始,通過經(jīng)由至充電狀態(tài)SOC的最后一個確定時間點的持續(xù)時間上對采集的充電和放電電流I進行評價、例如積分,來確定充電狀態(tài) SOC0
[0067]例如,評價設(shè)備6(參見圖1)可以與模型7有關(guān)地計算模型電壓Umod(k)。在此,所使用的模型可以如下描述:
[0068]Umod (k) = Uocv (SOC (k),T (k)) +U0 (SOC (k),T (k),I (k)) +U1 (SOC (k),T (k),I (k),tl)+U2(S0C(k),T(k), I(k),t2)方程式 I
[0069]其中,1]。?表示空轉(zhuǎn)電壓,U。表示能量存儲設(shè)備2的電阻上的歐姆電壓降,U i表示初始電壓的第一動態(tài)電壓分量,并且4表不初始電壓的另一動態(tài)電壓分量。在此,動態(tài)電壓分量U1、U2建模充電或放電過程期間的動態(tài)電壓變化。
[0070]空轉(zhuǎn)電壓1]。?與時間點k的充電狀態(tài)SOC和溫度T相關(guān)。特別地,可以以在將能量存儲設(shè)備2投入使用前參數(shù)化的二維特征曲線族的形式建模該相關(guān)性。為此,例如可以在電池單元試驗臺上針對電池單元執(zhí)行所謂的OCV參數(shù)化測試。在此,可以在預(yù)先確定的充電狀態(tài)SOC下并且在特定溫度T下確定空轉(zhuǎn)電壓Ui3ct,并且以二維特征曲線族進行存儲,其中,每個工作點(S0C,T)與一個空轉(zhuǎn)電壓1]。?相關(guān)聯(lián)。
[0071]這樣形成的特征曲線族于是例如還可以用于確定由多個相同的電池單元構(gòu)成的電池的空轉(zhuǎn)電壓特征曲線族。此外,可以與電池中的電池單元的接線有關(guān)地換算針對電池單元確定的特征曲線族。
[0072]歐姆電壓降U。可以如下計算:
[0073]U0 (k) = R0 (Rkf (SOC (k),T (k)),Δ R。) x I (k)方程式 2
[0074]其中,
[0075]R0= RKF(SOC(k),T(k)) + AR0方程式 3 成立。
[0076]在此,Rkf表示初始電阻值,其與空轉(zhuǎn)電壓U?!断鄬?yīng)地,與充電狀態(tài)SOC和溫度T相關(guān)。該初始電阻Rkf也可以以二維特征曲線族的形式被建模。在此,初始電阻Rkf可以針對充電過程和放電過程分離地確定,其中,例如針對充電過程確定用于確定初始電阻Rkf的特征曲線族,并且針對放電過程確定用于確定初始電阻Rkf的另一特征曲線族。這些特征曲線族也可以通過合適的方法參數(shù)化。
[0077]電阻變化△ R。表示當前時間點的能量存儲設(shè)備2的電阻相對于初始電阻Rkf的偏差。
[0078]第一動態(tài)電壓降U1可以如下確定:
[0079]U1 (k) = (l_exp(_Ts/tl))x U1 (k~l) +R1X exp(_Ts/tl)x I (k) 方程式 4
[0080]其中,Ts表示采樣持續(xù)時間,tl表示第一 RC元件的時間常數(shù),并且R i表示該第一RC元件的增益。指標k在此表示當前時間點,其中,指標k-Ι表示緊接在前的(離散的)時間點。
[0081]第二動態(tài)電壓降1]2與方程式4相對應(yīng)地確定,然而其中,時間常數(shù)tl由時間常數(shù)t2,并且增益系數(shù)R1由增益系數(shù)R 2代替。
[0082]不僅時間常數(shù)tl、t2、而且增益系數(shù)Rp R2可以與溫度T并且與充電狀態(tài)SOC相關(guān)。例如,如前面所說明的,可以將時間常數(shù)tl、t2以及增益系數(shù)RpR2分別以二維特征曲線族的形式模型化,其中,特征曲線族將每個工作點(0CV,T)分別與一個時間常數(shù)以及一個增益相關(guān)聯(lián)。
[0083]由此,可以在能量存儲設(shè)備投入使用之前通過已知的參數(shù)化方法確定所有前面描述的特征曲線族。例如,可以將初始電阻Rkf、增益系數(shù)R1、R2以及時間參數(shù)11、t2確定為使得模型化的電壓Umod和測量電壓Umess之間的偏差最小。在此不僅可以在單元水平、而且可以在電池水平執(zhí)行這些參數(shù)化方法。如果在單元水平執(zhí)行參數(shù)化方法,則可以通過與電池中的電池單元的電接線有關(guān)的相應(yīng)的換算針對電池確定特征曲線族。
[0084]此外,在圖2中示出了借助電壓傳感器4(參見圖1)采集測量電壓Umess (k)。此夕卜,示出了作為差
[0085]Ue (k) = Umod(k) - Umess (k)方程式 5
[0086]來確定模型電壓Umod和測量電壓Umess之間的偏差。偏差Ue的確定在此在每個(米樣)時間點k進行。
[0087]此外,示出了借助濾波設(shè)備8對偏差Ue (k)或者偏差Ue (k)的在時間上的變化曲線進行低通濾波,以便例如減少測量電壓Umess中的與功率電子設(shè)備相關(guān)的諧波。作為下式得到經(jīng)過濾波的偏差
[0088]Ue, filt (k) = kfilt x Ue (k) + (1- kfilt) x Ue, filt (k-Ι)方程式 6
[0089]這種濾波的傳遞函數(shù)在拉普拉斯域中由f (P) = I/(Tp+s)給出,其中,T表示時間常數(shù),并且例如可以取0.5s。
[0090]在這種情況下,也可以以類似的方式對測量電流I進行濾波,以便在經(jīng)過濾波的偏差Ue,filt與(經(jīng)過濾波的)測量電流I之間獲得相同的相移。
[0091]在優(yōu)選、然而不強制設(shè)置的濾波之后,確定偏差Ue的在時間上的變化。這例如可以如下給出:
[0092]Ud (k) = Ue (k) - Ue (k-Ι)方程式 7
[0093]在此,Ud表示兩個相繼的(采樣)時間點k之間的偏差Ue的在時間上的變化。
[0094]在此可以假設(shè),當在模型7中使用的電阻R。等于能量存儲設(shè)備2的真實電阻時,差Ud(k)為零。為此,例如可以假設(shè),在預(yù)先確定的(短的)計算時間間隔中,真實的空轉(zhuǎn)電壓與基于模型確定的空轉(zhuǎn)電壓之間的差,以及初始電壓的真實的第一動態(tài)電壓分量與初始電壓的基于模型確定的第一動態(tài)電壓分量之間的差,以及初始電壓的真實的第二動態(tài)電壓分量與初始電壓的基于模型確定的第二動態(tài)電壓分量之間的差,與真實的電阻和在模型7中使用的電阻Re之間的偏差無關(guān)地為零或者近似為零。由此,,僅能量存儲設(shè)備2的電阻上的真實的歐姆電壓降與能量存儲設(shè)備2的電阻上的基于模型確定的歐姆電壓降之間的差,當在模型7中使用的電阻R。不等于能量存儲設(shè)備2的真實電阻時不等于零,而當在模型7中使用的電阻Re等于能量存儲設(shè)備2的真實電阻時等于零。
[0095]然后,可以通過放大設(shè)備9以放大系數(shù)kd對偏差Ue的在時間上的變化Ud(k)進行放大。然后,當前時間點k的電阻變化ARidGO可以作為放大后的變化Ud(k)與在緊接在前的時間點k-ι確定的電阻變化ARJk-1)的和來確定:
[0096]Δ R0 (k) = Δ R0 (k~l) +kd x Ud (k)方程式 8
[0097]在此,放大系數(shù)kd可以是預(yù)先確定的并且可以是恒定的。
[0098]然后,能量存儲設(shè)備2的當前電阻Rid
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