用于估算电池的特性物理量的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于估算电池(BAT)的特性物理量的方法，所述方法涉及在预定的时长内获取所述电池的端子处的电压值(U)以及由所述电池递送的电流的强度(I)的值。根据本发明专利技术，所述物理量的所述值是通过求解对所述电池的电气性能建模的线性方程组而获得的：‑其中，未知因素在数学上与所述物理量相关联，‑并且其中，所述系数是通过对所述电压的函数或所述强度的函数在所述预定的时长内求积分而预先获得的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于估算电池的特性物理量的方法
本专利技术总体上涉及对电池的监测。本专利技术更具体地涉及一种用于估算属于电池特性的物理量的方法，所述方法包括以下步骤：a)在确定的时长内获取所述电池的端子两端的电压的值以及所述电池输出的电流的强度的值；以及b)计算所述量，所述量包括例如作为在步骤a)中所获取的电压和电流强度的函数的所述电池的内电阻。本专利技术特别有利地应用于装配有由被称为驱动电池的电池供电的电动机的机动车辆。
技术介绍
众所周知的是，电池能够提供的电力在放电循环的过程中减小。还众所周知的是，电池的最大电荷容量在此电池的寿命过程中减小。为了预测何时有必要对电池进行放电以最充分地利用存储的电力，寻求确定属于此电池特性的物理量的值(例如，其内电阻的值)。这些量的值具体地用于估算电池的充电状态和健康状态。这样的物理量的值通常从对电池的端子两端的电压、由其输出的电流的强度以及潜在地电池的温度的测量中推导出来。对于例如机动车辆中的车载电池，这些测量大多数经常是有噪声的、可能对所述量的估算的准确性有负面影响。文献WO2007100189描述了一种用于估算这类量的方法，所述方法允许通过使用卡尔曼滤波器来减小此测量噪声的影响。其采用迭代法的形式，其中，在每个时间间隔：-根据在前一时间间隔测量到的电池状态以及根据测量到的强度来计算电池的假定状态；-将基于电池的假定状态计算出的电压与测量到的电压进行比较，这提供了误差；-根据计算出的误差来校正电池的假定状态。此估算方法具有两个主要的缺点。一方面，所述方法是在环路中多次重复上述步骤直到计算出的误差较小的迭代法。此迭代运算朝向准确结果的收敛可能耗费很长时间，并且在任何情况下并不总是有保证的。另一方面，所述方法是被称为离散时间法的方法，所述离散时间方法要求随时间推移定期地对被测量信号进行采样。实际上情况并非总是这样，具有负面地影响属于电池特性的物理量的估计值的准确性的风险。
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用于估算属于电池特性的物理量的方法(比如在引言中所限定的)，其中，所述物理量的值是通过求解对所述电池的电气性能建模的线性方程组而获得的：-所述线性方程组的未知量在数学上与所述物理量相关联；-以及所述线性方程组的系数是通过在所述确定的时长内对电压函数或强度函数求积分而预先获得的。此估算方法为非迭代的并且因此本质上免除了收敛问题。由于所述线性方程组的系数是通过在确定的时长内求积分获得的，因此求积分运算不要求随时间推移定期地对电压和强度进行采样。此方法因此可以在不损失准确性的情况下使用(即使是在随时间推移并非定期地对电压和强度进行采样的情况下)。最后，对被测量信号求积分的此步骤充当低通滤波器，由此使得所述方法相对于通常处于高频率下的测量噪声是稳健的。根据本专利技术的这类估算方法的其他有利且非限制性的特征如下：-所述线性方程组是通过使用拉普拉斯变换运算对微分方程进行变换而获得的，所述微分方程对所述电池的所述电气性能建模并且关联所述电压、所述强度和所述物理量；-所述系数是通过计算电压函数或强度函数在确定的时长内的连续积分而获得的；-在所述确定的时长内的所述连续求积分运算可以通过应用柯西公式来执行：其中，t表示时间，m和n为两个整数并且f(t)为时间的函数、在此等于电压或强度；使用柯西公式允许比这类连续积分的直接数值运算更快且更准确的数值运算；-所述线性方程组的所述系数是通过计算量的拉普拉斯逆变换而获得的，所述拉普拉斯逆变换等于其中，表示函数f(t)的拉普拉斯变换，f(t)表示时间的函数、等于电压或强度，s表示拉普拉斯变量，m表示整数并且n表示不必需是整数的实数；-所述拉普拉斯逆变换运算通过在数n不是整数时应用广义柯西公式来执行：其中，Γ(n)为由以下公式限定的欧拉伽马函数：使用广义柯西公式允许估算属于电池的特性的量(即使在对所述电池的电气性能建模的微分方程为非整数级微分方程的情况下)。本专利技术附加地提出了一种方法，在所述方法中，属于电池特性的所述物理量的值通过以下方式获得：-或者通过对所述线性方程组求逆以获得每个量的形式表达式。-或者通过对所述线性方程组进行数值求解。所述微分方程还可以如下：其中，t表示时间，Uoc表示所述电池的开路电压，R0表示所述电池的内电阻并且(R1，C1)对构成所述电池的扩散模型，R0、R1和C1为待估算的物理量。附图说明参考附图，通过非限制性示例给出的以下说明将允许清楚地理解本专利技术由哪些内容组成以及可以如何实现本专利技术。在附图中：-图1是传感器和运算单元的电池的示意图，所述传感器和所述运算单元适用于实施根据本专利技术的允许估算此电池的物理量的方法；-图2是与图1的电池的示例性模型相对应的电路图。具体实施方式图1示出了向一件电气设备APP供应电流的电池BAT。此这个电池BAT的端子两端的电压U由电压传感器V测量。电池BAT输出的电流的强度I由电流传感器A测量。模数转换器允许对此电压U和此强度I的值进行采样和数字化。由此获得的数据被处理器CPU用于根据属于本专利技术主题的方法来估算属于电池BAT的特性的物理量的值RES。记忆化模块MEM具体用于存储进行此运算所需要的信息。图2展示了与图1的电池的示例性模型相对应的电路图。如在此图2中所示出的，电池BAT在此由电路建模，所述电路包括串联的理想电压源UOC、电阻器R0以及包括有彼此并联连接的电阻器R1和电容器C1的对。在此上下文中，电压源对开路电压进行建模，电阻器R0对电池的内电阻进行建模，并且电阻器R1电容器-C1对对电池的内部扩散现象进行建模。在此模型的上下文中，寻求估算的物理量为电池的内电阻R0和对(R1，C1)。假定开路电压UOC就其本身而言是已知的。与此电路20相对应的微分方程为：其中，t表示时间，并且其中，使用记法u＝U-UOC。微分方程F4可以采用等效形式F5：为了估算物理量R0、R1和C1，通过根据下文所描述的运算基于在时长T内对电压U和电流I的值的记录计算三个参数b0、b1和a1的值，处理器CPU启动。一旦b0、b1和a1的值已知，处理器CPU就使用以下关系式来计算物理量R0、R1和C1的值：R0＝b1/a1，R1＝b0-b1/a1和这些参数b0、b1和a1的值由处理器基于具有三个线性方程的方程组F6计算出，所述方程组的三个未知量为参数b0、b1和a1：其中：在以上表达式中，为了简化文本，已将以下记法用于连续积分：被表示为：∫(n)tmf例如：被表示为：∫f和被表示为：∫(2)f其中，f等于u或I。为了从方程组F6中获得值b0、b1和a1，处理器CPU或者对此方程组进行数值求解或者使用这类方程组的通解F8来进行直接运算：其中，det(M)＝m11m22m33-m11m23m32-m12m21m33+m12m23m31+m13m21m32-m13m22m31。在对方程组F6进行数值求解的情况下，可以例如借助于高斯-约当法或者使用众所周知的技术来进行运算，所述技术在于将矩阵M因式分解成两个三角矩阵，一个为上三角矩阵并且另一个为下三角矩阵(被称为LU(下-上)分解)。不管对值b0、b1和a1的运算是通过数值求解方程组F6还是通过使用其通解F8进行直接计算而执行的，需要对系数m11至m33以及γ1、γ2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估算物理量(R0，R1，C1)的方法，所述物理量是电池(BAT)的特性，所述方法涉及在确定的时长(T)内获取所述电池(BAT)的端子两端的电压(U)的值以及由所述电池(BAT)输出的电流的强度(I)的值，所述方法的特征在于，所述物理量(R0，R1，C1)的所述值是通过求解对所述电池(BAT)的电气性能建模的线性方程组(F6)而获得的：‑所述线性方程组的未知量在数学上与所述物理量相关联；‑以及所述线性方程组的系数通过在所述确定的时长(T)内对电压(U)函数或强度(I)函数求积分而预先获得。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 FR 14631621.一种用于估算物理量(R0，R1，C1)的方法，所述物理量是电池(BAT)的特性，所述方法涉及在确定的时长(T)内获取所述电池(BAT)的端子两端的电压(U)的值以及由所述电池(BAT)输出的电流的强度(I)的值，所述方法的特征在于，所述物理量(R0，R1，C1)的所述值是通过求解对所述电池(BAT)的电气性能建模的线性方程组(F6)而获得的：-所述线性方程组的未知量在数学上与所述物理量相关联；-以及所述线性方程组的系数通过在所述确定的时长(T)内对电压(U)函数或强度(I)函数求积分而预先获得。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述线性方程组(F6)是通过使用拉普拉斯变换运算对微分方程(F4)进行变换而获得的，所述微分方程对所述电池的所述电气性能建模并且关联所述电压(U)、所述强度(I)和所述物理量(R0，R1，C1)。3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中，所述系数是通过计算电压(U)函数或强度(I)函数在所述确定的时长(T)内的连续积分而获得的。4.如权利要求3所述的方法，其中，在所述确定的时长内的连续积分的所述计算是通过应用柯西公式来执行的：其中，t表示时间，m和n为两个整数并且f(t)是...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·莱伦斯，
申请(专利权)人：雷诺两合公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR