由開(kāi)路電壓特征曲線確定蓄電池充電狀態(tài)的方法及裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種用于通過(guò)可充電蓄電池的開(kāi)路電壓特征曲線確定可充電蓄電池的充電狀態(tài)的方法，所述方法包括以下特征：該可充電蓄電池由一個(gè)應(yīng)用以任何期望的方式被加載一直到一個(gè)第一時(shí)間(11)，以一個(gè)預(yù)定的放電電流將該可充電蓄電池從該第一時(shí)間(11)放電一直到一個(gè)第二時(shí)間(12)，至多以由該應(yīng)用產(chǎn)生的一個(gè)靜態(tài)電流將該可充電蓄電池從該第二時(shí)間(12)放電一直到一個(gè)第三時(shí)間(13)，最早在該第三時(shí)間(13)測(cè)量該可充電蓄電池的一個(gè)開(kāi)路電壓，并且通過(guò)該開(kāi)路電壓特征曲線基于該開(kāi)路電壓確定該充電狀態(tài)。本發(fā)明還提供了一種相應(yīng)的裝置、一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序和一種相應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
由開(kāi)路電壓特征曲線確定蓄電池充電狀態(tài)的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)可充電蓄電池的開(kāi)路電壓特征曲線確定可充電蓄電池 的充電狀態(tài)的方法。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的裝置、一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序和一種相應(yīng)的 存儲(chǔ)介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)包括可例如以機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的12V起動(dòng)器蓄電池的形式被永久地結(jié)合在應(yīng) 用中的極其多樣的可充電蓄電池。為了可靠操作的目的，有必要以盡可能準(zhǔn)確的方式確定 這種已知的可充電蓄電池的實(shí)際充電狀態(tài)(S0C)。這在尤其是鎳鋅可充電蓄電池的情況下 是非常困難的，因?yàn)槠溟_(kāi)路電壓(0CV)在寬值范圍上與充電狀態(tài)僅弱相關(guān)。此外，取決于其 之前是充電過(guò)程還是放電過(guò)程發(fā)生相應(yīng)的特征曲線的非常高程度的滯后效應(yīng)。
[0003] 在這種背景下，US 2012/0133369 A1披露了一種用于估計(jì)車(chē)輛蓄電池在蓄電池的 工作期間的容量的方法。這種方法涉及提供蓄電池的先前充電狀態(tài)、蓄電池溫度和集成蓄 電池電流安培數(shù)以及確定蓄電池接觸器在其已經(jīng)被打開(kāi)并且已經(jīng)從負(fù)載斷開(kāi)之后閉合。該 方法確定蓄電池在接觸器打開(kāi)的同時(shí)是否不工作持續(xù)充分的時(shí)間段，其中，蓄電池的不工 作時(shí)間基于蓄電池溫度，并且從蓄電池接觸器在其在蓄電池的不工作時(shí)間期間打開(kāi)之前閉 合的最后時(shí)間步驟確定起動(dòng)蓄電池電壓。該方法從原始蓄電池電壓和蓄電池溫度確定蓄電 池的當(dāng)前充電狀態(tài)并且基于蓄電池集成的電流安培數(shù)除以蓄電池的當(dāng)前充電狀態(tài)與蓄電 池的先前充電狀態(tài)之間的差值計(jì)算蓄電池容量。
[0004] US 2003/0214303 A1涉及一種用于確定鉛酸蓄電池的充電狀態(tài)的方法和裝置。所 提出的方法包括通過(guò)將諸如例如電流、溫度、充電程度效率、寄生損耗和自放電等因素考慮 在內(nèi)確定基于電流的充電狀態(tài)的步驟。本方法的目標(biāo)是在操作期間和之后測(cè)量和/或計(jì)算 開(kāi)路電壓以便確定基于電壓的充電狀態(tài)，同時(shí)補(bǔ)償開(kāi)路電壓的躍迀行為，并且將由充電事 件導(dǎo)致的電壓移位考慮在內(nèi)。
[0005] EP 0 225 364 B1進(jìn)而提出了一種用于監(jiān)控蓄電池組的充電狀態(tài)的方法，所述方 法包括以下步驟:存儲(chǔ)表示充電狀態(tài)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，測(cè)量蓄電池電壓、蓄電池溫度和流經(jīng)蓄電 池以便提供充電狀態(tài)指示的電流，集成測(cè)量電流以便在測(cè)量蓄電池電壓之后當(dāng)充電裝置被 打開(kāi)和/或顯著負(fù)載被連接時(shí)提供充電損耗指示，并且連續(xù)地從所存儲(chǔ)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和集成 結(jié)果估計(jì)可用的殘余電荷，其中，估計(jì)可用的殘余電荷包括以下進(jìn)一步的步驟:測(cè)量該電壓 和所述電壓在實(shí)質(zhì)上開(kāi)路中的時(shí)間剖面16s，將殘余電壓的測(cè)量剖面16s賦值給先前存儲(chǔ)的 相應(yīng)的剖面，這些先前存儲(chǔ)的相應(yīng)的剖面是針對(duì)具有已知充電狀態(tài)的蓄電池測(cè)量的，當(dāng)所 述實(shí)質(zhì)上開(kāi)路狀態(tài)持續(xù)相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間段時(shí)，從該剖面16預(yù)測(cè)蓄電池的在此定義的弛豫電壓 以便通過(guò)對(duì)弛豫電壓和所存儲(chǔ)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和通過(guò)弛豫電壓的每個(gè)直接測(cè)量值校 正預(yù)測(cè)弛豫電壓提供充電狀態(tài)指示。
[0006] 最終，US 2006/0244458 A1描述了一種用于使用Ah計(jì)數(shù)和0CV滯后效應(yīng)的蓄電池 中的充電狀態(tài)基準(zhǔn)值算法驗(yàn)證的實(shí)現(xiàn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了根據(jù)下述1、8、9、10的一種用于通過(guò)可充電蓄電池的開(kāi)路電壓特征 曲線確定可充電蓄電池的充電狀態(tài)的方法、一種相應(yīng)的裝置、一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序和一 種相應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)。
[0008] 1. -種用于通過(guò)可充電蓄電池的開(kāi)路電壓特征曲線確定可充電蓄電池的充電狀 態(tài)的方法(10)，
[0009] 其特征為以下特征：
[0010] -該可充電蓄電池由一個(gè)應(yīng)用以任何期望的方式被加載一直到一個(gè)第一時(shí)間
[11] ，
[0011] -以一個(gè)預(yù)定的放電電流將該可充電蓄電池從該第一時(shí)間（11)放電一直到一個(gè)第 二時(shí)間（12)，
[0012] -至多以由該應(yīng)用產(chǎn)生的一個(gè)靜態(tài)電流將該可充電蓄電池從該第二時(shí)間（12)放電 一直到一個(gè)第三時(shí)間（13)，
[0013 ]-最早在該第三時(shí)間（13)測(cè)量該可充電蓄電池的一個(gè)開(kāi)路電壓，并且
[0014]-通過(guò)該開(kāi)路電壓特征曲線基于該開(kāi)路電壓確定該充電狀態(tài)。
[0015] 2.如上述1所述的方法（10)，
[0016] 其特征在于
[0017] 該可充電蓄電池是一個(gè)鎳鋅可充電蓄電池。
[0018] 3.如上述1或2所述的方法（10)，
[0019] 其特征為以下特征：
[0020] -該可充電蓄電池是車(chē)輛的一個(gè)起動(dòng)器蓄電池，并且
[0021] -該應(yīng)用包括該車(chē)輛的一個(gè)車(chē)載電氣系統(tǒng)。
[0022] 4.如上述1至3之一所述的方法（10)，
[0023] 其特征在于
[0024]在該第一時(shí)間（11)與該第二時(shí)間（12)之間存在幾分鐘的一個(gè)放電時(shí)間段。
[0025] 5.如上述4所述的方法（10)，
[0026] 其特征在于
[0027] 該放電電流具有在該放電時(shí)間段期間預(yù)定的一個(gè)剖面(16)。
[0028] 6.如上述4所述的方法（10)，
[0029] 其特征在于
[0030]該放電電流具有在該放電時(shí)間段期間恒定的一個(gè)強(qiáng)度(15)。
[0031] 7.如上述1至6之一所述的方法（10)，
[0032] 其特征在于
[0033] 在該第二時(shí)間（12)與該第三時(shí)間（13)之間存在至少1個(gè)小時(shí)的一個(gè)弛豫時(shí)間段 (17)。
[0034] 8.-種用于通過(guò)可充電蓄電池的開(kāi)路電壓特征曲線具體在如上述1至7中之一所 述的方法(10)中確定可充電蓄電池的充電狀態(tài)的裝置，
[0035] 其特征為以下特征：
[0036] -用于由一個(gè)應(yīng)用以任何期望的方式將一個(gè)可充電蓄電池加載一直到一個(gè)第一時(shí) 間（11)的裝置，
[0037] -用于以一個(gè)預(yù)定的放電電流將該可充電蓄電池從該第一時(shí)間（11)放電一直到一 個(gè)第二時(shí)間（12)的裝置，
[0038] -用于從該第二時(shí)間（12) -直到一個(gè)第三時(shí)間（13)將該放電電流減少到至多由該 應(yīng)用產(chǎn)生的一個(gè)靜態(tài)電流的裝置，
[0039] -用于最早在該第三時(shí)間（13)測(cè)量該可充電蓄電池的一個(gè)開(kāi)路電壓的裝置，以及
[0040] -用于通過(guò)該開(kāi)路電壓特征曲線基于該開(kāi)路電壓確定該充電狀態(tài)的裝置。
[0041] 9. -種計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被設(shè)計(jì)成用于實(shí)施如上述1至7之一所述的方法 (10)的所有步驟。
[0042] 10. -種機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)包括存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)介質(zhì)中的 如上述9所述的計(jì)算機(jī)程序。
[0043] 所提出的方法基于以下發(fā)現(xiàn):在充電和放電過(guò)程期間建立的開(kāi)路電壓之間存在大 的電壓差，即使在測(cè)量所述電壓之前存在將近1個(gè)小時(shí)的長(zhǎng)的等待時(shí)間。因此，產(chǎn)生了要求 知悉可充電蓄電池的先前電流加載的滯后效應(yīng)。盡管所討論的特征曲線繼續(xù)隨著時(shí)間接近 彼此，這持續(xù)非常長(zhǎng)的時(shí)間，有時(shí)甚至持續(xù)若干小時(shí)到若干天。因此，根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)過(guò)程 被加速或者至少建立可被評(píng)估的蓄電池的定義狀態(tài)。
[0044] 這個(gè)解決方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其很大程度上獨(dú)立于在確定充電狀態(tài)之前的時(shí)間存 在的充電/放電剖面的特征。為此，故意放電確保了開(kāi)路電壓固定在與有待確定的特征曲線 相關(guān)的定義值并且是可再現(xiàn)的并且獨(dú)立于先前的電流加載。
[0045] 上述2-7中指明了本發(fā)明的進(jìn)一步的有利改進(jìn)。
【附圖說(shuō)明】
[0046] 本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例在附圖中示出并將在下文中進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明。
[0047] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的圖形表示。
[0048]圖2示出了具有不同的充電/放電率的一組0CV特征曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的基于被用作車(chē)輛的起動(dòng)器蓄電池的出于簡(jiǎn)化原因未在當(dāng) 前附圖中示出的鎳鋅可充電蓄電池的方法10的過(guò)程。為了向車(chē)輛的車(chē)載電氣系統(tǒng)供應(yīng)電 力，包括具有例如40Ah的額定容量的1.65V電池的起動(dòng)器蓄電池供應(yīng)12V的總電壓。本領(lǐng)域 技術(shù)人員已知這種通用類(lèi)型的例如由美國(guó)熊杰(PowerGenix)制造的起動(dòng)器蓄電池并且這 種蓄電池是可商購(gòu)的。
[0050] 如圖所示，所考慮的應(yīng)用場(chǎng)景中的起動(dòng)器蓄電池以任何期望的方式加載一直到在 圖1標(biāo)出的第一時(shí)間11;也就是說(shuō)，根據(jù)應(yīng)用的未知電流剖面14的任何期望的充電和放電過(guò) 程發(fā)生。在第一時(shí)間11，應(yīng)用被關(guān)閉并且起動(dòng)器蓄電池然后被以定義的恒定電流I或電流剖 面在幾分鐘的放電時(shí)間段內(nèi)放電，例如在1分鐘與5分鐘之間，其中第二時(shí)間12標(biāo)記根據(jù)附 圖的放電時(shí)間段的結(jié)束。在這種情況下，放電電流I在放電時(shí)間段內(nèi)具有預(yù)定的強(qiáng)度15或預(yù) 定的剖面16。為此，例如有可能的是再次連接和斷開(kāi)定義的電流消耗者。所述消耗者可包括 例如車(chē)輛的后擋風(fēng)玻璃加熱器和車(chē)座加熱器。
[0051]在第二時(shí)間12,放電結(jié)束或者電流I被減小到低得多的殘余值，例如40mA，該電流 可以可能地在任何情況下作為靜態(tài)電流在目標(biāo)應(yīng)用中連續(xù)地流動(dòng)。以此方式，起動(dòng)器蓄電 池在例如1個(gè)小時(shí)的弛豫時(shí)間段17內(nèi)被至多以應(yīng)用所產(chǎn)生的所述靜態(tài)電流放電， I40矜1、4,從而使得開(kāi)路電壓以充分的程度穩(wěn)定。僅在定義弛豫時(shí)間段17的結(jié)束的第三 時(shí)間13測(cè)量起動(dòng)器蓄電池的開(kāi)路電壓。
[0052] 最終，通過(guò)經(jīng)調(diào)整的開(kāi)路電壓特征曲線基于開(kāi)路電壓確定充電狀態(tài)。在此應(yīng)當(dāng)注 意的是，可取決于蓄電池是否已經(jīng)并且用電流I充電或放電來(lái)建立不同的電壓，即使充電狀 態(tài)應(yīng)當(dāng)理論上在Ah計(jì)數(shù)的基礎(chǔ)上相同。根據(jù)圖2的該組0CV特征曲線20展示了這個(gè)特性。 [0053]在此方面，圖2展示了起動(dòng)器蓄電池的單個(gè)電池的多個(gè)充電/放電特征曲線21、22、 23、24、25、26、27。在這種情況下，在用與1(：相對(duì)應(yīng)的電流對(duì)起動(dòng)器蓄電池進(jìn)行充分的和突 然的充電之后建立第一開(kāi)路電壓特征曲線21，而當(dāng)已經(jīng)用與C/20相對(duì)應(yīng)的電流對(duì)起動(dòng)器蓄 電池進(jìn)行充電時(shí)產(chǎn)生第二開(kāi)路電壓特征曲線22,其中，C表示在每種情況下起動(dòng)器蓄電池的 以Ah計(jì)的額定容量。
[0054]通過(guò)最初被充分地放電到0 %的充電狀態(tài)的起動(dòng)器蓄電池或單個(gè)電池在已知為電 壓弛豫方法(VRM)的方法中創(chuàng)建第三開(kāi)路電壓特征曲線23。所述蓄電池或電池然后在盡可 能恒定的間隔中、例如在額定容量的5%的階段中被充電，也就是說(shuō)，根據(jù)每個(gè)階段增加對(duì) 應(yīng)的電流。每個(gè)階段之后是某個(gè)等待時(shí)間，例如1個(gè)小時(shí)，直到蓄電池或電池電壓已經(jīng)穩(wěn)定。 這個(gè)時(shí)間也被稱(chēng)為弛豫時(shí)間。然后測(cè)量開(kāi)路電壓0CV。這個(gè)過(guò)程繼續(xù)，直到達(dá)到100%的充電 狀態(tài)。在此方法中，優(yōu)選地通過(guò)精確的Ah計(jì)數(shù)確定充電狀態(tài)。
[0055]第四開(kāi)路電壓特征曲線24對(duì)應(yīng)于起動(dòng)器蓄電池的制造商特定的平均加載剖面。為 了創(chuàng)建第五開(kāi)路電壓特征曲線25,以上描述的針對(duì)第三開(kāi)路電壓特征曲線23的流程之后是 在相反方向上逐步從充分充電的起動(dòng)器蓄電池放電。在形成用于圖2中的第三開(kāi)路電壓特 征曲線23和第五開(kāi)路電壓特征曲線25的基礎(chǔ)的電壓弛豫方法的情況中，弛豫時(shí)間是1個(gè)小 時(shí)并且充電或放電電流是2A。
[0056]當(dāng)起動(dòng)器蓄電池已經(jīng)用對(duì)應(yīng)于C/20的電流充電時(shí)，產(chǎn)生第六開(kāi)路電壓特征曲線 26,再一次C是起動(dòng)器蓄電池的以Ah計(jì)的額定容量，同時(shí)在起動(dòng)器蓄電池的用對(duì)應(yīng)于1C的電 流的充分的并且突然的放電之后建立第七開(kāi)路電壓特征曲線27。
[0057]表示VRM放電曲線的第五開(kāi)路電壓特征曲線25已經(jīng)證明特別適合于確定充電狀 態(tài)，因?yàn)樵谶@種情況下已經(jīng)完全符合弛豫時(shí)間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于通過(guò)可充電蓄電池的開(kāi)路電壓特征曲線確定可充電蓄電池的充電狀態(tài)的 方法(10)， 其特征為以下特征： -該可充電蓄電池由一個(gè)應(yīng)用以任何期望的方式被加載一直到一個(gè)第一時(shí)間（11)， -以一個(gè)預(yù)定的放電電流將該可充電蓄電池從該第一時(shí)間（11)放電一直到一個(gè)第二時(shí) 間（12)， -至多以由該應(yīng)用產(chǎn)生的一個(gè)靜態(tài)電流將該可充電蓄電池從該第二時(shí)間（12)放電一直 到一個(gè)第三時(shí)間（13)， -最早在該第三時(shí)間（13)測(cè)量該可充電蓄電池的一個(gè)開(kāi)路電壓，并且 -通過(guò)該開(kāi)路電壓特征曲線基于該開(kāi)路電壓確定該充電狀態(tài)。2. 如權(quán)利要求1所述的方法(10)， 其特征在于 該可充電蓄電池是一個(gè)鎳鋅可充電蓄電池。3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法(10)， 其特征為以下特征： -該可充電蓄電池是車(chē)輛的一個(gè)起動(dòng)器蓄電池，并且 -該應(yīng)用包括該車(chē)輛的一個(gè)車(chē)載電氣系統(tǒng)。4. 如權(quán)利要求1或2所述的方法(10)， 其特征在于 在該第一時(shí)間（11)與該第二時(shí)間（12)之間存在幾分鐘的一個(gè)放電時(shí)間段。5. 如權(quán)利要求4所述的方法(10)， 其特征在于 該放電電流具有在該放電時(shí)間段期間預(yù)定的一個(gè)剖面(16)。6. 如權(quán)利要求4所述的方法(10)， 其特征在于 該放電電流具有在該放電時(shí)間段期間恒定的一個(gè)強(qiáng)度(15)。7. 如權(quán)利要求1或2所述的方法(10)， 其特征在于 在該第二時(shí)間（12)與該第三時(shí)間（13)之間存在至少1個(gè)小時(shí)的一個(gè)弛豫時(shí)間段(17)。8. -種用于通過(guò)可充電蓄電池的開(kāi)路電壓特征曲線具體在如權(quán)利要求1至7中之一所 述的方法(10)中確定可充電蓄電池的充電狀態(tài)的裝置， 其特征為以下特征： -用于由一個(gè)應(yīng)用以任何期望的方式將一個(gè)可充電蓄電池加載一直到一個(gè)第一時(shí)間 (11)的裝置， -用于以一個(gè)預(yù)定的放電電流將該可充電蓄電池從該第一時(shí)間（11)放電一直到一個(gè)第 二時(shí)間（12)的裝置， -用于從該第二時(shí)間（12)-直到一個(gè)第三時(shí)間（13)將該放電電流減少到至多由該應(yīng)用 產(chǎn)生的一個(gè)靜態(tài)電流的裝置， -用于最早在該第三時(shí)間（13)測(cè)量該可充電蓄電池的一個(gè)開(kāi)路電壓的裝置，以及 -用于通過(guò)該開(kāi)路電壓特征曲線基于該開(kāi)路電壓確定該充電狀態(tài)的裝置。9. 一種計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被設(shè)計(jì)成用于實(shí)施如權(quán)利要求1至7之一所述的方法 (10)的所有步驟。10. -種機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)包括存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)介質(zhì)中的如權(quán) 利要求9所述的計(jì)算機(jī)程序。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK105891718SQ201610084495
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年2月14日
【發(fā)明人】U·伊格, M·霍佩, W·赫德格
【申請(qǐng)人】保時(shí)捷股份公司