專利名稱：用于確定和/或預測電池最大容量的方法
用于確定和/或預測電池最大容量的方法本發明涉及一種用于確定和/或預測電池容量的方法，在該方法中，基于電池的具有等效電路圖的模型，預測電池的容量。這種方法由DE10337064B4中已知。借助該已知的方法可以預測電池的大電流負載能力、尤其是預測用于機動車的起動機電池的大電流負載能力。這樣的啟動性能預測本身不能夠報告在電池的其他運行期間的容量。這樣的報告對于在電動車和/或混合動力車輛中的電池運行是不可缺少的。首先預測電池在不損害預定的電壓界限值和電流界限值的情況下在短時間內能提供的功率，使得能在這種車輛中使用所述電池。已知借助帶負載的電池的電壓特性曲線族確定電池的容量。用于這種在確定的充電功率或放電功率中的電壓特性曲線族的輸入參數是相應的電池狀態(溫度、脈沖持續時間、充電狀態和/或開路電壓)。參考會議報告Bohlen，0. ；Gerschler, J. B.； Sauer, D. U. ；Birke, P.&Keller, Μ. “ Robust algorithms for a reliable battery diagnosis-managing batteries in hybrid electric vehicles " EVS, Internat. Electric Vehicle Symp.，22，2006，2010-2021。這樣功率數據可用于例如混合動力車輛或電動車的能量管理。另一種已知的方法是，在特性曲線族中對于預定的預測時期存儲或相應在運行中確定電池的等效內阻值(DE10205120A)，在考慮瞬時開路電壓和假定的恒流電流負載的情況下，由所述等效內阻值計算出電壓降并且將該電壓降與預定的界限值相比較。這些已知的方法不考慮依賴于相應電池類型的用于最大充電電壓和最小放電電壓的界限值。在特性曲線族中存儲的功率數據沒有描述電池的動態特性。由此產生在預定的預測時期中過低或過高的功率值。在第一種情況下產生電池的過載，在第二種情況下產生電池的不必要的超尺寸設計。此外，預測時期的的數量直接成正比地影響到存儲空間需求，例如微處理器計算的存儲空間需求。在此另外不考慮在開始預測時模型的內部狀態，該狀態描述電池的負載歷史的影響。同樣不區分限制電壓的情況和限制電流的情況。本發明的任務在于，實現上述類型的方法，該方法提供能由電池供應的最大容量的切合實際的預測。本發明借助在權利要求1中給出的措施解決該任務。在本發明中總共區分四種情況1)在限制電壓下的充電，2)在限制電流下的充電，3)在限制電壓下的放電，4)在限制電流下的放電。這里限制電流/限制電壓應理解成，考慮用于相應電負載的由電池類型決定的最大值(電流或電壓)。首先借助根據本發明的對限制電流的情況和限制電壓的情況的區分，電池模型產生電池在整個預測時期中的預期的最大容量的切合實際的報告。如果在充電運行中在考慮最大充電電流和最大充電電壓的情況下同時執行容量的計算，通常產生最大容量的兩個不同的值。本發明的一種有利的進一步方案在于，使用所述兩個值中按數量較小的值。由此不會超過電池的允許的運行界限值。對于放電運行也是類似的。本發明的另一種改進方案在于，借助輸出電壓值考慮電池的歷史。在較長時間的充電階段后，電池的雙層電容已經被極化。在相同的充電電壓下，可接受比在電池之前開路或放電時較小的充電功率。對于放電情況也是類似的。動態特性通過被動的電元件(電阻、電感、電容)的組合進行模型化和描繪，動態特性對于電池的短時間的工作能力是決定性的。這樣的模型在
圖1中描述并且進一步在下面詳細說明。模型參數的值通常依賴于溫度、充電狀態、電流方向(充電/放電)以及電流強度。這些值在電池管理系統中在特性曲線族中被存儲或能在運行中通過本身已知的、未詳細說明的估計方法確定。最后，電池模型的參數能通過參數估計器提供和/或借助參數特性曲線族獲得。 由此，容量評測的準確性可以進一步改善。除電模型外，電流的和在負載下的最大充電電壓和最小放電電壓的界限值用于預測可能的最大充電放電功率。最小放電電壓指的是由制造商確定的在電池接線柱上的電壓，在該電壓時結束放電過程。這不是時間準則而是電壓準則，該電壓準則確定放電結束。預測時期的終點在計算開始時確定。例如總是計算10秒的預測，即在不超過電壓界限值或電流界限值的情況下，計算從瞬時的時刻開始10秒能提供的功率值。如已經闡述的，在此總共區分四種情況1 在限制電壓下的充電，2在限制電流下的充電，3在限制電壓下的放電，4在限制電流下的放電。如用于限制電流的充電的插圖2(左邊)所示，可使用的功率隨時間升高，最低的功率值是在t = 0時的值。對于所有其他的情況(情況1、3、4或插圖2的右邊部分的圖表)，可使用的功率隨著負載持續時間的增加而下降，在、秒的時間段內的最低的功率值因此是在t =、時的值。充電或放電通過電壓界限值還是通過電流界限值被限制不能預先的確定，因此對于兩種情況計算最大可使用功率的預測。在數量上較小的功率對應于實際可使用的最大功率。因為在電池運行中既計算最大允許的充電功率也計算最大允許的放電功率，所以產生上述四種情況。這樣確定功率預測，即在顯式地考慮初始條件的情況下為所述四種情況求解描述電池模型(插圖1)的微分方程。所述描述插圖1的模型的微分方程的解法如下對于以恒定電流的充電或放電(情況2和4)，在接入負載(充電或放電)后的電壓響應的隨時間的變化為
權利要求
1.用于確定和/或預測電池的最大容量的方法，在該方法中，根據基于等效電路圖的電池模型預測電池的最大容量，其特征在于，為確定的預測時期和為在充電運行或放電運行方面不同的運行方式以及在考慮最大允許的運行電壓和最大允許的運行電流的情況下預測電池的最大功率。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，對于充電運行/放電運行的電池容量Pprag等于為最大允許的充電電流/放電電流和最大允許的充電電壓/放電電壓同時確定的各最大功率值中在數量上較小的值。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，借助計算出的起始電壓值Ura考慮電池的負載歷史。
4.根據權利要求1至3之任一項的方法，其特征在于，通過參數估計器提供電池模型的參數。
5.根據權利要求1至3之任一項的方法，其特征在于，借助參數特征曲線族獲得電池模型的參數。
全文摘要
本發明說明了一種用于確定和/或預測電池的最大容量的方法，其根據基于等效電路圖的電池模型預測電池的最大容量。在此為確定的預測時期和為在充電運行或放電運行方面不同的運行方式以及在考慮最大允許的運行電壓和最大允許的運行電流的情況下預測電池的最大功率。
文檔編號G01R31/36GK102576055SQ201080046434
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月11日 優先權日2009年10月16日
發明者M·羅舍爾, O·波倫 申請人:寶馬股份公司