[发明专利]确定蓄电池的运行参数的方法、蓄电池管理系统及蓄电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定蓄电池的运行参数的方法、蓄电池管理系统及蓄电池。

背景技术

在混合动力机动车和电动机动车中使用锂离子或镍氢蓄电池包，其由很多串联的电化学单元构成。也被称作蓄电池管理系统的控制单元用于监控蓄电池并且除了安全监控外还应确保尽可能长的使用寿命。为此已知要测量每个蓄电池单元的电压、电流和电池温度并估测其状态，例如也被称作“State of Charge(SOC)”的充电状态和/或也被称作“健康状态(SOH)”的老化状态。

为使电池的使用寿命最大化，有必要随时了解蓄电池的当前最大工作效率或允许的的运行范围。所使用的电化学蓄电池的允许的运行范围能够例如通过一个由不同状态参量，例如温度、充电状态和电流强度形成的多维空间来表示。如果一个运行点(例如温度、充电状态和电流强度)上的蓄电池在允许的运行范围之外运行，也就是超过了蓄电池的功率边界，则蓄电池的老化可能不期望地加快。

每次使用时将关于功率密度和能量密度优化电化学蓄电池，也就是说，运行范围的大小和位置要适合蓄电池的需求或应用领域。因此能够认为，位于运行范围边界区的蓄电池实际上也会触碰到电池的功率边界，因此准确了解蓄电池的当前允许的运行范围、也就是最大工作效率至关重要。电化学蓄电池在运行范围的边界通常具有非线性行为。

为了根据运行点确定电化学蓄电池的允许的运行范围或功率值和能量值，已知将与运行范围相对应的数据，例如有关温度、充电状态和电流强度的数据存储在一个多维的表格内。在这一方法中，将当前运行点的被测量出的数据(蓄电池单元的电压、蓄电池的电流和温度)与多维表格内的数据比较并由此确定出相关参数的允许的运行范围。当然，这要求事先测定相同结构的蓄电池的相应性能并以微小产品偏差为前提条件。但如果存在明显的产品偏差或电化学蓄电池随着时间的变化而改变其性能，那么这种方法就越来越不准确。

为解决已知的问题，此外还已知借助于数学模型不仅从其充电状态SOC方面，而且从与老化有关的参数例如老化状态SOH方面对单个的或有代表性选择的蓄电池单元进行研究以及——如果允许的运行范围不允许的对蓄电池的期望要求——则借助于调节技术结构对其进行影响。图1示范性示出相应结构。在该处测量了蓄电池单元10的电压V_Batt、蓄电池电流I_Batt和蓄电池温度T_Batt并且借助于一个数学模型估测所述蓄电池单元10的充电状态SOC和老化状态SOH。通过用以确定当前的运行参数的装置14对已测量的数值V_Batt、I_Batt和T_Batt进行处理并确定SOC和SOH。用于确定当前运行参数的装置14能够例如通过微处理器或其他数据处理器构造，并且是蓄电池管理系统12的一部分。由装置14所确定的运行参数SOC和SOH被传输给用于确定或预测所述蓄电池单元10的允许的运行范围的装置16。用于确定允许的运行范围的装置16同样能够通过微处理器或其他数据处理器构造并且同样是蓄电池管理系统12的一部分。通过装置16能够借助于确定的、与蓄电池单元相关的参数SOC和SOH，对功率参数(也就是允许的工作条件)进行基于模型的预测。此外能够将通过装置16确定的、允许的工作条件与实际上所期待的、对蓄电池的要求进行比较，并且该要求是用于预测蓄电池10的所要求的工作性能的装置18所提供的。根据所要求的工作性能和允许的工作条件，能够在允许的工作条件内产生针对蓄电池的实际工作的参数，例如放电参数P、可提取的能量E及也可表示为“功能状态(SOF)”的工作效率。这些参数随后能够控制电池10的运行点。

在此，装置14和16优选使用带有相同参数SOC和SOH的相同的数学模型。为此能够不再使用先前测定和确定的功率表格。电化学蓄电池的性能能够在运行范围的某些部分内简化为直线性并因此通过线性模型被仿制。用于确定运行参数的直线性数学模型例如是Shepherd模型、Unnewehr模型或由DE60203171T2已知的方法。

在运行范围的这些部分内，通常在表现为非线性的边界区内，只能以巨大的花费来制作出用于描述性能的模型。通常，这些模型的特征是高度复杂性和具有很多的参数。用于确定运行参数的非线性的数学模型例如是Nerst模型或P1ett模型。

发明内容

本发明用于改善对蓄电池的功率数据的预测，尤其是蓄电池的运行参数的允许的运行范围的预测，而根据现有技术已知的方法尤其由于产品偏差和老化的原因而受限或不准确。