[发明专利]用于确定电能存储器的充电状态的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定电能存储器的充电状态的一种方法和一种装置。

背景技术

DE38 53 86 4T2描述了一种用于对可再充电的电池进行充电的充电装置，包括用于向可再充电的电池提供充电电能的部件，以便由此快速为可再充电的电池充电；包括用于采集可再充电的电池的电压的部件；包括用于提供预先选择的参考电压的部件以及包括用于将电池的电压与预先选择的参考电压进行比较的部件。

图6示出了具有氧化阴极，即具有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4或Li-NMC或其它相关的材料的阴极的锂离子蓄电池的放电曲线的线图的示例性图示。

在图6示出的线图中示出了具有氧化阴极的锂离子蓄电池的放电曲线ELK。x轴示出了单位为安培小时(缩写为Ah)的锂离子蓄电池的放电容量，y轴示出了单位为伏特(缩写为V)的具有氧化阴极的锂离子蓄电池的静态电压。

放电曲线ELK典型地用于具有氧化阴极的锂离子蓄电池：在锂离子蓄电池放电期间电压微弱但几乎持续下降直至大约3.8V的电池电压，然后电池电压陡地下降至锂离子蓄电池的放电结束。

在具有氧化阴极的锂蓄电池系统中通常进行充电状态与静态电压的相关性。该相关性可以由阴极和阳极电势的特征性特性导出并且由此允许推导出充电状态。此外，该关系是唯一的，因为充电和放电具有相同的曲线变化。

通过测量比较曲线由此可以通过静态电压测量来精确地、即具有仅大约5％的误差地确定锂离子蓄电池的充电状态，缩写SOC是英语专业术语“state of charge，充电状态”。

图6中示出的用于具有氧化阴极的系统的放电曲线ELK具有持续正或负的斜率。如示出的，从蓄电池中获得的电荷总是可以与一个电压值相关联，反之亦然。

几乎所有目前的充电状态确定的方法都主要涉及电荷测量，例如库仑计数器，即，获得的或输送的充电电流关于时间的积分。

取决于电化学能量存储器的各自的类型，诸如铅电池、基于镍的系统或锂离子系统，使用用于状态识别和用于确定电化学能量存储器的充电状态的不同方法。该方法例如是静态电压测量、电解液的酸密度测量或浓度测量以及电荷通过量的测量。

然而蓄电池的总容量通过时间上的和/或负荷引起的老化而改变。同样，电池中的能量通过随时间的自放电而损失。由此需要周期地对新的总容量进行检定并且在特定的条件下要求完全循环，以便重新确定蓄电池的总容量并且由此校准电荷计数作为充电状态确定。

在“浮置运行(Float-Betrieb)”中使用蓄电池的情况下，即，蓄电池没有完整经历充电和放电循环或没有定期地完全放电和/或放电，部分地对于较长的时间不能到达该校准点。同样，静态电压的测量和由此静态电压与充电状态本身的相关性在昂贵的、高精度的电流测量的情况下物理上很快碰到测量电子器件的或通过电池化学预定的电化学的边界。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于电能存储器的充电状态识别，以便能够确定电能存储器的充电状态。

上述技术问题按照本发明通过具有在权利要求1中给出的特征的方法以及通过具有按照权利要求17的特征的装置来解决。

本发明相应地实现了一种用于确定电能存储器的充电状态的方法，具有以下步骤：依据从电能存储器中获得的或向其输送的电荷量测量电能存储器的电压，作为电压特征曲线，并且在考虑电能存储器的至少一个运行参数的条件下由所测量的电压确定虚拟的静态电压特性曲线；根据从电能存储器中获得的或向其输送的电荷量确定虚拟的静态电压特性曲线的一阶导数和/或二阶导数；采集虚拟的静态电压特性曲线的一阶导数和/或二阶导数的至少一个特征；和根据所采集的至少一个特征确定电能存储器的充电状态。

按照另一个方面，本发明实现了一种用于确定电能存储器的充电状态的装置，具有：传感器装置，用于测量从电能存储器中获得的或向其输送的电荷量以及用于依据从电能存储器中获得的或向其输送的电荷量测量电能存储器的电压，作为电压特征曲线；存储单元，具有被存储的电压特性曲线数据；和控制装置，用于在考虑电能存储器的至少一个运行参数的条件下由所测量的电压确定虚拟的静态电压特性曲线、用于根据从电能存储器中获得的或向其输送的电荷量确定虚拟的静态电压特性曲线的一阶导数和/或二阶导数、用于采集虚拟的静态电压特性曲线的一阶导数和/或二阶导数的至少一个特征、和用于根据所采集的至少一个特征确定电能存储器的充电状态。

本发明的基本思路在于，关于斜率和/或曲率分析虚拟的静态电压特性曲线的曲线变化。