用于估算蓄电池的电池单元的老化的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于估算蓄电池的至少一个电池单元的老化的方法，该方法包括以下步骤：a)采集跨所述电池单元的端子的电压(V电池单元)以及穿过所述电池单元的安培数(I)；以及b)根据在步骤a)中采集的电压和安培数来计算所述电池单元的最大容量和电量水平。根据本发明专利技术，在步骤b)中，通过解析以下方程来进行计算：对应于将所述电池单元作为电路(42)建模的离散方程系统，该电路包括串联的一个理想电压源(Eeq)、一个电阻器(RΩ)、第一并联连接的电阻器(Rct)和电容器(Cdl)对、以及至少一个第二并联连接的电阻器(Ri)和电容器(Ci)对；以及用于估算所述电池单元的最大容量中的变化的离散方程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及对蓄电池的充电和放电循环的管理。本专利技术具体地涉及一种用于估算蓄电池的至少一个电池单元的老化的方法，所述方法包括以下步骤：a)采集在所述电池单元的端子处的电压以及穿过所述电池单元的电流的安培数，并且b)根据在步骤a)中采集的电压和电流的安培数来计算所述电池单元的最大容量和电量状态。本专利技术可以特别有利地应用于装备有由被称为牵引用电池的蓄电池供能的电动机的机动车辆。
技术介绍
众所周知的是，可以由蓄电池提供的电功率在放电循环的过程中降低。可以由蓄电池存储的能量的最大量进而在所述电池的使用寿命过程上逐渐降低。为了最好地抽取电池中可供使用的电功率来为机动车辆的电动机供能、为了能够在给该电池再充电之前预测该车辆的剩余自主性、并且为了预报将必须更换整个电池或其一部分的时刻，所寻求的是确定该电池的两个特定参数，这些特定参数是被标记为SOC的其电量状态和被标记为Q的其最大容量。总体上作为百分数来表示的电池的电量状态标明在不再可以使用电池的最小电量水平与最大电量水平之间的电池电量水平。总体上用安时来表示的电池的最大容量使得有可能知道该电池可以提供给定安培数的电流的时间长度。这个容量尤其根据电池的过往温度以及其过往充电和放电循环而随时间退化。文件FR2971854披露了一种使用扩展卡尔曼滤波器来估算这种电量状态和这种最大容量的方法，该方法的唯一的基本关系是由以下方程构建的：<br>其中I是穿过蓄电池的电流。这种估算方法的主要缺点首先是由其缺少精度和可靠性构成的、其次是由其不监测蓄电池内的缺陷电池单元构成的、并且第三是由其关于将可逆容量变化错误地认为是由老化引起的错误解释构成的。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提出了一种估算方法，在该方法中的步骤b)中，计算是通过解析以下方程来执行的：-对应于将所述电池单元作为电路建模的离散方程系统，该电路包括串联的一个理想电压源、一个电阻器、第一并联连接的电阻器和电容器对、以及至少一个第二并联连接的电阻器和电容器对，以及-用于估算所述电池单元的最大容量的变化的离散方程。根据本专利技术，该电池单元因此由一个电路来建模。于是该理想电压源建模了该电池单元的电化学电势。于是，在这个理想电压源的端子处的电势之间的差值取决于该电池单元的电量状态。该电阻器对由该电池单元的连接和该电池单元的内阻引起的压降加以建模。在第一并联连接的电阻器和电容器对中，电阻器对电荷转移现象加以建模并且电容器代表在电极/电解质界面处的双层现象。术语“电荷转移现象”指的是由在电池单元内的电极处的氧化和还原反应产生的电流。术语“双层现象”指的是在电极和电解质之间的界面处发生的电荷分离的现象。其他并联连接的电阻器和电容器对建模了电池单元中的锂离子扩散现象，也就是说由在电解质中和在电极内的离子的运动造成的极化。因此，最大容量和电量状态是借助于表示电池的电池单元的实际电化学状态的算法来可靠地计算的，其快速地收敛为接近于实际的值。此外，归功于本专利技术而可以估算蓄电池的每个电池单元的最大容量。因此，对这些不同最大容量的比较使其有可能检测该蓄电池内的缺陷电池单元。根据本专利技术的估算方法的进一步有利且非限制性的特征如下：-所述离散方程系统是用以下形式来表达的：其中i＝1...N其中Te是经考虑的采样周期标记，k是增量指数，SOC是所述电池单元的电量状态，I是穿过所述电池单元的电流的安培数，ΔQ是与所述电池单元的早期寿命中的额定容量和即时最大容量相关的参数，V电池单元是在电路的端子处的电压，Vdl是在第一电阻器和电容器(其值被对应地标记为Rct和Cdl)对的端子处的电压，并且Vi是在第二电阻器和电容器(其值被对应地标记为Ri和Ci)对的端子处的电压；-用于估算所述电池单元的最大容量的变化的所述离散方程是根据一个参数来表示的，该参数与在早期寿命中的额定容量以及所述电池单元的即时最大容量相关；-用于估算所述电池单元的最大容量的变化的所述离散方程是用ΔQ(k)＝ΔQ(k-1)的形式表达的，k是增量指数；-用于估算所述电池单元的最大容量的变化的所述离散方程是用ΔQ(k)＝g(SOC(k-1)，ΔQ(k-1)，I(k-1)，T(k-1))的形式表达的，其中k是增量指数，g是表示电池单元的老化动态的函数，SOC是所述电池单元的电量状态，I是穿过所述电池的电流的安培数，并且T是横跨所述电池单元测量的温度；-在步骤b)中，是通过借助于状态观测器解析所述方程来进行计算的，该状态观测器的状态矢量包括所述电池单元的电量状态、表示所述电池单元的容量损失的变量、在第一电阻器和电容器对的端子处的电压、以及在各第二电阻器和电容器对的端子处的电压；-在步骤b)中，是通过借助于一个状态观测器解析所述方程来进行计算的，该状态观测器的输入矢量包括在该电路的端子处的电压；-提供了附加步骤c)，在该附加步骤中，根据在步骤b)中计算的所述电池单元的最大容量来计算所述电池单元的自主性损失的指示符；-在步骤c)中，只有所述电池单元的最大容量的估算被认为是收敛时，才修改所述指示符的值；-在步骤c)中，只有所述蓄电池的测得的温度在所述蓄电池的早期寿命中的特征温度范围内，才修改所述指示符的值；-在步骤c)中，只有所述蓄电池的电量状态在所述蓄电池的早期寿命中的特征范围内，才修改所述健康状态指示符的值；-在步骤c)中，只有在步骤a)中采集的电压在所述蓄电池的早期寿命中的特征电压范围内，才修改所述健康状态指示符的值；并且-在步骤c)中，只有在步骤a)中采集的安培数在所述蓄电池的早期寿命中的特征安培数范围内，才修改所述健康状态指示符的值。附图说明关于通过非限定性举例的方式给出的附图，以下说明将解释本专利技术的实质以及可以如何实现本专利技术。在附图中：图1是装备有包括多个电池单元的蓄电池、并且装备有适用于实施估算这些电池单元的老化的方法的控制单元的机动车辆的示意图；图2是对来自图1的蓄电池的这些电池单元之一建模的电路图；并且图3是曲线图，用虚线展示了来自图2的电池单元的最大容量的估算的变化、用点划线表示了健康指示符的中间状态的变化、用实线表示了健康指示符的经滤波的状态的变化。具体实施方式首先，在以下说明中，术语“蓄电池”将被理解为意味着当由外部电力网络供应电流时能够存储电能、然后随后能够释放这种电能的元件。这种类型的蓄电池例如可以是电化学类型的(例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估算蓄电池(40)的至少一个电池单元(41)的老化的方法，所述方法包括以下步骤：a)采集在所述电池单元(41)的端子处的电压(V电池单元)以及穿过所述电池单元(41)的电流的安培数(I)，并且b)根据在步骤a)中采集的电压(V电池单元)和安培数(I)来计算所述电池单元(41)的最大容量(Qr)和电量状态(SOC)，其特征在于，在步骤b)中，通过解析以下方程来执行计算：‑对应于将所述电池单元(41)作为电路(42)建模的离散方程系统，该电路包括串联的一个理想电压源(Eeq)、一个电阻器(RΩ)、第一并联连接的电阻器(Rct)和电容器(Cdl)对、以及至少一个第二并联连接的电阻器(Ri)和电容器(Ci)对，以及‑用于估算所述电池单元(41)的最大容量(Qr)的变化的离散方程。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.18 FR 13589781.一种用于估算蓄电池(40)的至少一个电池单元(41)的老化的方法，所述方法包括以
下步骤：
a)采集在所述电池单元(41)的端子处的电压(V电池单元)以及穿过所述电池单元(41)的电
流的安培数(I)，并且
b)根据在步骤a)中采集的电压(V电池单元)和安培数(I)来计算所述电池单元(41)的最大
容量(Qr)和电量状态(SOC)，
其特征在于，在步骤b)中，通过解析以下方程来执行计算：
-对应于将所述电池单元(41)作为电路(42)建模的离散方程系统，该电路包括串联的
一个理想电压源(Eeq)、一个电阻器(RΩ)、第一并联连接的电阻器(Rct)和电容器(Cdl)对、以
及至少一个第二并联连接的电阻器(Ri)和电容器(Ci)对，以及
-用于估算所述电池单元(41)的最大容量(Qr)的变化的离散方程。
2.如前述权利要求所述的估算方法，其中，所述离散方程系统用以下形式来表达：
其中i＝1...N
其中：
-Te经考虑的采样周期，
-k增量指数，
-SOC所述电池单元(41)的电量状态(SOC)，
-I穿过所述电池单元(41)的电流的安培数(I)，
-ΔQ在该电池单元(41)的早期寿命中的额定容量(Qn)与该电池单元(41)的即时最大容
量(Qr)的函数，
-V电池单元在该电路(42)的端子处的电压，
-Vdl在该第一电阻器(Rct)和电容器(Cdl)对的端子处的电压，该电阻器和该电容器的值
对应地标记为Rct和Cdl，并且
-Vi在该第二电阻器(Ri)和电容器(Ci)对的端子处的电压，该电阻器和该电容器的值对
应地标记为Ri和Ci。
3.如前述权利要求中任一项所述的估算方法，其中，用于估算所述电池单元(41)的最
大容量(Qr)的变化的所述离散方程是根据一个参数(ΔQ)来表示的，该参数与在所述电池
单元(41)的早期寿命中的额定容量(Qn)以及所述电池单元(41)的即时最大容量(Qr)相关。
4.如权利要求3所述的估算方法，其中，用于估算所述电池单元(41)的最大容量(Qr)的
变化的所述离散方程用以下形式来表达：
ΔQ(k)＝ΔQ(k-1)，k是一个增量指数。
5.如权利要求3所述的估算方法，其中，用于估算所述电池单元(41)的最大容量(Qr)的
变化的所述离散方程用以下形式来表达：
ΔQ(k)＝g(SOC(k-1)，ΔQ(k-1)，I(k-1)，T(k-1))，其中：
-k是一个增量指数，
-g是表示该电池单元(41)的容量的变化动态的函数，
-SOC是所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·加尼厄尔，AL·德里迈尔佛朗哥，C·福尔热，
申请(专利权)人：雷诺两合公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR