使用电池孪生体来监测电池状态的方法和系统技术方案

本发明专利技术提出了一种用于在不中断电池系统的运行的情况下使用电池孪生体监测电池状态的方法。其中，该电池系统包括彼此连接的多个电池单元，并且其中，该电池孪生体包括至少一个电池孪生体单元，该至少一个电池孪生体单元与该电池系统的电池单元中的至少一个相同。该方法包括测量电池系统的至少一个电池单元的至少一个参数的步骤，其中，这样测量的至少一个参数描述了至少一个电池单元和/或整个电池系统的工作状况。此外，该方法包括离线测量部分，该离线测量部分包括在电池孪生体上再现利用所测量的至少一个参数来描述的工作状况。应当以这样的方式来工作，使得电池孪生体的至少一个参数在再现的工作状况下等于电池系统的至少一个电池单元的测量的至少一个参数。此后，当电池孪生体在再现的工作状况下工作的同时，测量电池孪生体的至少一个另外的参数。在不中断电池系统的运行的情况下测量电池孪生体的这样的另外的参数。在离线测量部分之后，该方法还包括基于电池孪生体的所测量的至少一个另外的参数来做出关于电池状态的判断的步骤。关于电池状态的这种判断可以由至少一个电池单元和/或整个电池系统做出。电池单元和/或整个电池系统做出。电池单元和/或整个电池系统做出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用电池孪生体来监测电池状态的方法和系统


[0001]本专利技术一般涉及在不中断电池系统的运行的情况下监测电池状态的电池管理。

技术介绍

[0002]电化学能量存储单元的使用正变得更加普遍，并且它们受到增加电力设备的电力供应的正常运行时间的新要求。在一些情况下，电池系统或电池用作车辆的在电力负载下和在电力驱动下工作的主电力单元。
[0003]除了将它们用作智能电网、电动车和四旋翼飞行器中的储能器之外，还计划将电池用于关键任务领域。例如，当前，公司正在致力于使客机能够利用混合电力推进系统来飞行。有时，电池在具有服务人员的有限访问的远程地方工作。另外，终端用户喜欢具有低维护成本的电池。因此，关于电池系统的状态的状态和监测（例如，通常对充电状态(SOC)、放电深度(DOD)、健康状态(SOH)、运行状态(SOF)等）的知识在这种情况下是至关重要的。因此，一直需要用于连续监测电池以保证不间断操作的不同方法和部件。
[0004]电池状态的重要指示器之一是健康状态(SOH)，其是电池(或电池单元，或电池组/电池系统)的状况与其原始状况相比的品质因数。SOH的单位是百分比点(100%=电池的状况与电池规格匹配)。通常，电池的SOH在制造时初始化为100%，并且随着时间和使用而减少。
[0005]在线和离线方法可用于SOH估计。基于给定电池的SOH的知识，可以定义当前电池状况是否使其适合于该特定应用，并且可以对该应用中的电池的有用寿命进行估计。
[0006]电池单元监测方法通常分类为两种类型
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在线和离线方法。
[0007]在线技术是关于工作电池单元和/或工作电池系统的电压和电流的在线测量以估计电池参数。应当特别注意，在电池系统在操作的同时可以测量的电池系统的参数的数量在大多数情况下局限于电压和电流。通常，对整个电池系统和/或对电池系统的特定电池单元和/或对作为若干电池单元的组的电池模块进行电压和电流的测量。当电池系统处于操作状况的同时，测量周围环境参数（例如，周围温度）以及测量电池系统的特定电池单元的温度也是可用的。
[0008]电池状态的在线监测主要是借助于电池电路建模和卡尔曼滤波进行的。然而，所有种类的在线技术趋向于偏离真实值。例如，卡尔曼滤波器的系数必须针对每种电池进行手动调整。目前还没有办法使这个过程自动化。因此，这种解决方案不可能能够在无干扰的情况下稳定工作三年或更多年。
[0009]存在多种方法来提供对电池系统中的电池单元的在线监测，并且通常，该功能被包括在电池管理系统(BMS)的功能中，该电池管理系统用于控制电池系统的操作。通常，BMS执行一组功能，诸如保护电池系统不在其安全操作区域之外操作、监测其状态、计算辅助数据、报告该数据、控制其环境、验证和平衡。
[0010]另一类电池监测方法是离线方法。离线技术由于直接测量电池系统的每个电池单元和/或整个电池系统的不同参数而精确得多。当电池系统和/或电池系统的电池单元不操作的同时，明显更多的参数可用于离线测量。
[0011]它们具有的基本缺点是，电池系统的一个或多个电池单元或者整个电池系统必须断开一段时间。这就是为什么这种方法在大多数情况下或者在实验室研究中或者在试运行工作期间使用的原因。
[0012]考虑到所有上述内容，应当注意，显然需要在不中断电池系统的运行的情况下监测包括多个电池单元的电池系统的电池状态，并且以更高的精度提供这种电池系统状态监测，以实现新的效率水平用于预测性维护。

技术实现思路

[0013]因此，本专利技术的目的是提供一种在不中断电池系统的运行的情况下监测电池单元状态和电池系统状态的新方法。
[0014]本专利技术的目的是通过根据权利要求1所限定的一种在不中断电池系统的运行的情况下使用电池孪生体（twin）来监测电池状态的方法，以及通过根据权利要求7所限定的一种在不中断电池系统的运行的情况下使用电池孪生体来监测电池状态的系统来实现的。
[0015]本专利技术的有利实施例在从属权利要求中提供。权利要求1、7的特征可以与从属权利要求的特征组合，并且从属权利要求的特征可以组合在一起。
[0016]在本专利技术的一个方面，提出了一种用于在不中断电池系统的运行的情况下使用电池孪生体来监测电池状态的方法。其中，所述电池系统包括彼此连接的多个电池单元，并且其中，所述电池孪生体包括至少一个电池孪生体单元，所述至少一个电池孪生体单元与所述电池系统的电池单元中的至少一个相同。
[0017]方法包括测量电池系统的至少一个电池单元的至少一个参数的步骤，其中，这样测量的至少一个参数描述了至少一个电池单元和/或整个电池系统的工作状况。
[0018]此外，方法包括离线测量部分，该离线测量部分包括在电池孪生体上再现利用所测量的至少一个参数来描述的工作状况。应当以这样的方式来工作，即，使得电池孪生体的至少一个参数在再现的工作状况下等于电池系统的至少一个电池单元的测量的至少一个参数。此后，当电池孪生体在再现的工作状况下工作的同时，测量电池孪生体的至少一个另外的的参数。在不中断电池系统的运行的情况下测量电池孪生体的这些另外的的参数。
[0019]在离线测量部分之后，方法还包括基于电池孪生体的所测量的至少一个另外的参数来做出关于电池状态的判断的步骤。关于电池状态的这种判断可以由至少一个电池单元和/或整个电池系统做出。
[0020]在本专利技术的另一方面，提供了一种用于在不中断电池系统的运行的情况下使用电池孪生体监测电池状态的系统。其中，所述电池系统包括彼此连接的多个电池单元。
[0021]系统包括：至少一个电池孪生体，其中，所述电池孪生体包括与所述电池系统的至少一个所述电池单元相同的至少一个电池孪生体单元；测量设备，其被采用以在不中断电池系统的运行的情况下测量电池系统的至少一个电池单元的至少一个参数，其中，这样的至少一个参数描述了电池系统的工作状况；另外的测量设备，其被采用以测量电池孪生体的至少一个另外的参数，其中，所述至少一个另外的参数描述了电池孪生体的状态；控制单元，其被采用以实现根据任何权利要求1
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6所述的用于在不中断电池系统
的运行的情况下监测电池状态的方法。
[0022]方法和系统可被用于监测电池系统的一个电池单元的电池状态，或者用于监测电池系统的多个电池单元的电池状态，或者用于监测电池系统整体。并且，在不中断电池系统的运行的情况下实现电池状态的这种监测。
[0023]在下文中，“在线测量”意味着当至少一个电池单元连接到电池系统并且电池系统处于操作中和/或运行的同时，对电池系统和/或对至少一个电池单元进行参数测量。
[0024]在下文中，“离线测量”意味着在电池系统处于操作中和/或运行的同时，对于电池孪生体进行另外的参数测量。并且，这种离线测量不影响电池系统的运行。
[0025]本专利技术基于这样的总体见解，即，可以基于处于与电池系统相同的工作状况下的电池孪生体的电池状态的知识来做出关于电池系统的电池状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在不中断电池系统的运行的情况下使用电池孪生体监测电池状态的方法(100)，其中，所述电池系统(2)包括彼此连接的多个电池单元(3、3')，其中，所述电池孪生体(4)包括与所述电池系统(2)的电池单元(3、3')中的至少一个相同的至少一个电池孪生体单元(5)，所述方法(100)包括：测量所述电池系统(2)的至少一个电池单元(3')的至少一个参数(101)的步骤，其中，这样测量的至少一个参数描述了所述至少一个电池单元3'(以及整个电池系统工作)的工作状况，所述方法(100)还包括离线测量部分(I)，包括：以以下这样的方式在电池孪生体(4)上再现利用所测量的至少一个参数描述的工作状况(102)的步骤，使得电池孪生体(4)的至少一个参数在再现的工作状况下等于电池系统(2)的至少一个电池单元(3')的所测量的至少一个参数，在电池孪生体在再现的工作状况下工作的同时测量电池孪生体的至少一个另外的参数(103)的步骤，在离线测量部分(I)之后，所述方法(100)还包括：基于电池孪生体的所测量的至少一个另外的参数来做出关于电池状态的判断的步骤(104)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述至少一个测量的参数，估计(105)实际电池状态，并且其中，基于在所述离线测量部分(I)内测量的所述电池孪生体(4)的所述至少一个另外的参数，调整(106)所述实际电池状态，其中，所述离线测量部分(I)以给定时间间隔实现。3.根据权利要求1
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2中任一项所述的方法，其中，在测量至少一个参数(101)的步骤和所述离线测量部分(I)之间，所述方法(100)包括：将包括关于所测量的至少一个参数的信息的数据(107)传送到电池孪生体(4)以在电池孪生体(4)上再现利用所测量的至少一个参数描述的工作状况的步骤。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：