用于确定电池的实际容量的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种利用特征曲线族确定电池的实际容量的方法和设备，其中，在放电过程开始时确定电池的起始电压(U开始)、放电电流强度和电池温度，由此通过与特征曲线族中存在的数据相比较来选出特征曲线并且确定电池的起始状态，在放电过程结束时，测量电池的结束电压(U测量)，将该结束电压(U测量)与根据选出的特征曲线所预期的在放电结束时的预期电压(U预期)相比较，如果结束电压(U测量)小于基于充电过程所预期的预期电压(U预期)，则判定电池的实际容量小于在放电过程开始时假定的可得容量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定电池的实际容量的方法和设备
本专利技术涉及一种使用电池特征曲线来确定电池的实际容量的方法和设备。
技术介绍
在使用电池(可充电电源、二次电池或蓄电池)作为驱动车辆的唯一能源或与内燃机同时使用的能源的机动车(电动车辆、混合动力车辆)中，电池的容量对于在电池不重新充电的情况下机动车所能行驶的续驶里程至关重要。随着使用年限和/或充放电周期次数的增加，从例如目前可用的锂离子蓄电池中所能够取得的能量——也就是所能够取得的电流量会减少已经是公知的事实。对于这种在口语中常被称作老化、以电池在充放电运行(常规使用)中的特性改变或者随时间老化为特点的容量损耗，目前的确定并不充分。已知的用于确定容量损耗的方法要么非常复杂并且/或者难以参数化(例如在阻抗测定方面)，要么就是所使用的老化模型并不全面或充分参数化，这会给计算造成巨大偏差。简单的方法通常具有的缺点是：重要的参数(例如在电池的寿命和使用中变化的消耗功率或效率)不能被考虑或不能简单地确定。因此，不能在连续或标准运行中以简单的方式对当前的能量含量、也就是实际可供使用的电流量作出专门推断。因为电池容量会因为老化特性而降低，而在未对实际的电池容量进行准确更新(或更正)的情况下，对可用性的推断会出现错误或者不准确。许多已知的用于确定电池当前容量的方法都需要确定电池的荷电状态(StateofCharge,SOC)——其基于对电池的开路电压(OpenCircuitVoltage,OCV)的测量，以及要求测量在两个荷电状态之间所取得的电流量。因此，例如EP1314992A2描述了一种设备和方法，其用于为驱动电动车的蓄电池确定容量，其中借助于在空载状态下的开路电压来确定蓄电池的第一荷电状态和蓄电池的第二荷电状态，由在这两个荷电状态之间所流出的放电率量来确定蓄电池的实际容量。DE102007037041A1公开了一种方法和设备，其利用已存储的电池模型来识别酸电池的电池状态。其中以特征曲线的形式记录了酸电池的开路电压与可从电池获得的电荷的关系。确定描述由电池老化和电池的酸层引起的电池容量损耗的第一参数。另外，确定关于特征曲线斜率信息的第二参数。另外，参照第一和第二参数对所存储的特征曲线进行匹配。根据该公开文本，通过确定开路电压-安培小时-特征曲线来确定可由酸电池取得的能量和实际容量。与无酸层的新电池相比，在电池老化时，该特征曲线平行地上移，而当电池带有酸层时，该特征曲线的斜率变大。该开路电压-安培小时-特征曲线可以通过在放电前后测量电池开路电压而得出。然后在使用实际确定的电压-安培小时-特征曲线的情况下对所存储的特征曲线进行匹配。DE102010006965A1描述了一种用于为车辆的电池确定电池特征曲线的至少一个区域的方法，其中由所测得的电池参数确定电池的当前荷电状态，由所测得的电池参数与在参照所确定的荷电状态的情况下由标准-电池特征曲线确定的标准值之间的差确定出一偏差值，并通过将该偏差值添加到标准电池特征曲线上来确定新的电池特征曲线的至少一个区域。根据该公开文本，通过测量电池在不同的荷电状态下经过较长时间的静止阶段后的空载电压来确定当前的电池特征曲线。根据在给定荷电状态下对各个开路电压的比较或者根据在给定开路电压下对各个电池特征曲线的比较来确定当前的电池特征曲线(怠速电压-当前荷电状态-特征曲线)与“标准-电池”的电池特征曲线的偏差。JP2002-243813A公开了一种计算单元，该计算单元基于在积分开始时间点和积分结束时间点上的空转电压，由蓄电池的关于时间积分的放电率得出蓄电池的荷电状态的变化，以及空转电压与蓄电池荷电状态之间的校正值。此外该计算单元还在放电率值的积分基础上计算出蓄电池随时间下降的容量，放电率值的积分是以放电率和荷电状态变化为基础计算出来的。此外，计算单元还在蓄电池的随时间下降的容量和最初容量的基础上计算容量下降率。DE3910904A1涉及一种用于监测可充电的封闭式电池的荷电状态的方法，其中在给电池充电后——在至少充电一次后——测量端电压UKL并将其作为开路电压U0储存，其中在不同的时间点上测量在接线端处的瞬时电压Uti，并根据开路电压U0与瞬时电压Uti之间的偏差来确定放电状态。由这些公开文本大致可以概括出：在所有上述方法和设备中的测量都需要电池的开路电压(OpenCircuitVoltage,OCV)。这种开路电压虽然足够精确，但是却仅能够在放电过程结束后经过相当长的时间后才能够测量出。所以例如从EP1314992A2的图6可知，在充电过程结束后，在电压达到静止值之前，可能需要高达3000秒、也就是高达50分钟的静止阶段。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种用于确定电池的实际容量的方法和设备，由此克服现有技术的所述缺陷。所述目的和更多的优点由根据权利要求1的方法和根据权利要求8的设备得以实现。从属权利要求涉及的是本专利技术具有优点的改进方案。根据本专利技术的方法利用特征曲线族来确定电池实际容量，在放电过程开始时确定电池的起始电压U开始、放电电流强度和电池温度，由此通过与特征曲线族中存在的数据相比较来选出一条特征曲线并且确定电池的起始状态。在放电过程结束时，测量电池的结束电压U测量，将该结束电压U测量与根据选出的特征曲线所预期的在放电结束时的预期电压U预期相比较，如果结束电压U测量小于基于充电过程所预期的预期电压U预期，则判定电池的实际容量小于在放电过程开始时假定的可得容量。根据本专利技术的方法的突出之处在于：不需要测量开路电压(OpenCircuitVoltage,OCV)来评估电池的老化状况，该方法由于不需要特别的测试方法和步骤，并且不以复杂的参数和/或模型为基础，所以可以用于常规的使用目的并且简单易用。因此通过根据本专利技术的方法可以在持续运行中以简单的方式对电池的当前能量含量作出专门推断。由于电池实际容量通过根据本专利技术的方法得到准确更新或更正，所以还可以对电池的实际可提供的电流量作出准确推断。根据本专利技术的第一种具有优点的改进方案，通过以下方式对电池的实际容量进行确定：使上述的各步骤按规定的顺序被依次重复多次，并且对所确定的、在结束电压U测量与预期电压U预期之间的差进行分析。同样有利的是，在根据本专利技术的方法中，在使上述的各步骤被依次执行至少五次后，对电池的实际容量进行确定。为了确定电池的实际容量，可以以有利的方式采取例如如下措施：在二维坐标系中参照时间与所取得的电量相关地记录下电池的起始电压U开始和结束电压U测量，并参照时间与所取得的电量相关地记录下预期电压U预期，确定起始电压U开始与结束电压U测量之间的连线的斜率以及起始电压U开始与预期电压U预期之间的连线的斜率，确定这两条连线的斜率之间的差或这两条连线之间的角度这样确定的值可以用于确定实际容量。当然，刚才所述的方法——以及在此公开的所有其他方法——在实践中能够并且已经可以借助于计算单元和有关的数字式数据或数字化数据来实施。由于确定出电池实际容量的降低例如对于电动车辆或混合动力车辆的能量管理至关重要，并且由于实际的容量例如被应用于续驶里程预测，所以根据本专利技术的另一种有利的改进方案提出，如果对实际容量进行确定的结果是实际容量与新电池相比降低，则在储存装置中存储经降低的标称容量、可得容量、可提供的容量和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用特征曲线族确定电池的实际容量的方法，其中，在放电过程开始时确定电池的起始电压(U开始)、放电电流强度和电池温度，由此通过与特征曲线族中存在的数据相比较来选出特征曲线并且确定电池的起始状态，在放电过程结束时，测量电池的结束电压(U测量)，将该结束电压(U测量)与基于选出的特征曲线所预期的在放电结束时的预期电压(U预期)相比较，如果结束电压(U测量)小于基于放电过程所预期的预期电压(U预期)，则判定电池的实际容量小于在放电过程开始时假定的可得容量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.26 DE 102012010486.31.一种在电池的持续运行中利用特征曲线族确定电池的实际容量的方法，该特征曲线族的特征曲线在考虑到放电电流强度、温度和电池的可得容量的情况下生成或产生，其中，在放电过程开始时确定电池的起始电压(U开始)、放电电流强度和电池温度，由此通过与特征曲线族中存在的数据相比较来选出特征曲线并且确定电池的起始状态，在放电过程结束时，测量电池的结束电压(U测量)，将该结束电压(U测量)与基于选出的特征曲线所预期的在放电结束时的预期电压(U预期)相比较，如果结束电压(U测量)小于基于放电过程所预期的预期电压(U预期)，则判定电池的实际容量小于在放电过程开始时假定的可得容量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下方式对电池的实际容量进行确定：使根据权利要求1所述的各步骤按规定的顺序被依次重复多次，并且对所确定的、在结束电压(U测量)与预期电压(U预期)之间的差进行分析。3.根据权利要求2所述的方法，其中，在使根据权利要求1所述的各步骤被依次执行至少五次后，对电池的实际容量进行确定。4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其中，在二维坐标系中参照时间与所取得的电量相关地记录下电池的起始电压(U开始)和结束电压(U测量)，并参照时间与所取得的电量相关地记录下预期电压(U预期)，确定起始电压(U开始)与结束电压(U测量)之间的连线的斜率以及起始电压(U开始)与预期电压(U预期)之间的连线的斜率，确定这两条连线的斜率之间的差或这两条连线之间的角度并用于确定标称容量、可得容量、可提供的容量和/或实际容量。5.根据权利要求1-3之...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·巴克，R·诺曼，
申请(专利权)人：奥迪股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE