[發(fā)明專利]確定蓄電池的運(yùn)行參數(shù)的方法、蓄電池管理系統(tǒng)及蓄電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180059772.7
• 申請(qǐng)日: 2011-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN103380532A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·布恩;C·布羅查烏斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司;三星SDI株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M10/48
• 分類號(hào): H01M10/48
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 鄭立柱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于確定蓄電池的運(yùn)行參數(shù)的方法、蓄電池管理系統(tǒng)及蓄電池。

背景技術(shù)

在混合動(dòng)力機(jī)動(dòng)車和電動(dòng)機(jī)動(dòng)車中使用鋰離子或鎳氫蓄電池包，其由很多串聯(lián)的電化學(xué)單元構(gòu)成。也被稱作蓄電池管理系統(tǒng)的控制單元用于監(jiān)控蓄電池并且除了安全監(jiān)控外還應(yīng)確保盡可能長(zhǎng)的使用壽命。為此已知要測(cè)量每個(gè)蓄電池單元的電壓、電流和電池溫度并估測(cè)其狀態(tài)，例如也被稱作“State?of?Charge(SOC)”的充電狀態(tài)和/或也被稱作“健康狀態(tài)(SOH)”的老化狀態(tài)。

為使電池的使用壽命最大化，有必要隨時(shí)了解蓄電池的當(dāng)前最大工作效率或允許的的運(yùn)行范圍。所使用的電化學(xué)蓄電池的允許的運(yùn)行范圍能夠例如通過(guò)一個(gè)由不同狀態(tài)參量，例如溫度、充電狀態(tài)和電流強(qiáng)度形成的多維空間來(lái)表示。如果一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)(例如溫度、充電狀態(tài)和電流強(qiáng)度)上的蓄電池在允許的運(yùn)行范圍之外運(yùn)行，也就是超過(guò)了蓄電池的功率邊界，則蓄電池的老化可能不期望地加快。

每次使用時(shí)將關(guān)于功率密度和能量密度優(yōu)化電化學(xué)蓄電池，也就是說(shuō)，運(yùn)行范圍的大小和位置要適合蓄電池的需求或應(yīng)用領(lǐng)域。因此能夠認(rèn)為，位于運(yùn)行范圍邊界區(qū)的蓄電池實(shí)際上也會(huì)觸碰到電池的功率邊界，因此準(zhǔn)確了解蓄電池的當(dāng)前允許的運(yùn)行范圍、也就是最大工作效率至關(guān)重要。電化學(xué)蓄電池在運(yùn)行范圍的邊界通常具有非線性行為。

為了根據(jù)運(yùn)行點(diǎn)確定電化學(xué)蓄電池的允許的運(yùn)行范圍或功率值和能量值，已知將與運(yùn)行范圍相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，例如有關(guān)溫度、充電狀態(tài)和電流強(qiáng)度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)多維的表格內(nèi)。在這一方法中，將當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的被測(cè)量出的數(shù)據(jù)(蓄電池單元的電壓、蓄電池的電流和溫度)與多維表格內(nèi)的數(shù)據(jù)比較并由此確定出相關(guān)參數(shù)的允許的運(yùn)行范圍。當(dāng)然，這要求事先測(cè)定相同結(jié)構(gòu)的蓄電池的相應(yīng)性能并以微小產(chǎn)品偏差為前提條件。但如果存在明顯的產(chǎn)品偏差或電化學(xué)蓄電池隨著時(shí)間的變化而改變其性能，那么這種方法就越來(lái)越不準(zhǔn)確。

為解決已知的問(wèn)題，此外還已知借助于數(shù)學(xué)模型不僅從其充電狀態(tài)SOC方面，而且從與老化有關(guān)的參數(shù)例如老化狀態(tài)SOH方面對(duì)單個(gè)的或有代表性選擇的蓄電池單元進(jìn)行研究以及——如果允許的運(yùn)行范圍不允許的對(duì)蓄電池的期望要求——?jiǎng)t借助于調(diào)節(jié)技術(shù)結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行影響。圖1示范性示出相應(yīng)結(jié)構(gòu)。在該處測(cè)量了蓄電池單元10的電壓V_Batt、蓄電池電流I_Batt和蓄電池溫度T_Batt并且借助于一個(gè)數(shù)學(xué)模型估測(cè)所述蓄電池單元10的充電狀態(tài)SOC和老化狀態(tài)SOH。通過(guò)用以確定當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)的裝置14對(duì)已測(cè)量的數(shù)值V_Batt、I_Batt和T_Batt進(jìn)行處理并確定SOC和SOH。用于確定當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)的裝置14能夠例如通過(guò)微處理器或其他數(shù)據(jù)處理器構(gòu)造，并且是蓄電池管理系統(tǒng)12的一部分。由裝置14所確定的運(yùn)行參數(shù)SOC和SOH被傳輸給用于確定或預(yù)測(cè)所述蓄電池單元10的允許的運(yùn)行范圍的裝置16。用于確定允許的運(yùn)行范圍的裝置16同樣能夠通過(guò)微處理器或其他數(shù)據(jù)處理器構(gòu)造并且同樣是蓄電池管理系統(tǒng)12的一部分。通過(guò)裝置16能夠借助于確定的、與蓄電池單元相關(guān)的參數(shù)SOC和SOH，對(duì)功率參數(shù)(也就是允許的工作條件)進(jìn)行基于模型的預(yù)測(cè)。此外能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)裝置16確定的、允許的工作條件與實(shí)際上所期待的、對(duì)蓄電池的要求進(jìn)行比較，并且該要求是用于預(yù)測(cè)蓄電池10的所要求的工作性能的裝置18所提供的。根據(jù)所要求的工作性能和允許的工作條件，能夠在允許的工作條件內(nèi)產(chǎn)生針對(duì)蓄電池的實(shí)際工作的參數(shù)，例如放電參數(shù)P、可提取的能量E及也可表示為“功能狀態(tài)(SOF)”的工作效率。這些參數(shù)隨后能夠控制電池10的運(yùn)行點(diǎn)。

在此，裝置14和16優(yōu)選使用帶有相同參數(shù)SOC和SOH的相同的數(shù)學(xué)模型。為此能夠不再使用先前測(cè)定和確定的功率表格。電化學(xué)蓄電池的性能能夠在運(yùn)行范圍的某些部分內(nèi)簡(jiǎn)化為直線性并因此通過(guò)線性模型被仿制。用于確定運(yùn)行參數(shù)的直線性數(shù)學(xué)模型例如是Shepherd模型、Unnewehr模型或由DE60203171T2已知的方法。

在運(yùn)行范圍的這些部分內(nèi)，通常在表現(xiàn)為非線性的邊界區(qū)內(nèi)，只能以巨大的花費(fèi)來(lái)制作出用于描述性能的模型。通常，這些模型的特征是高度復(fù)雜性和具有很多的參數(shù)。用于確定運(yùn)行參數(shù)的非線性的數(shù)學(xué)模型例如是Nerst模型或P1ett模型。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明用于改善對(duì)蓄電池的功率數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)，尤其是蓄電池的運(yùn)行參數(shù)的允許的運(yùn)行范圍的預(yù)測(cè)，而根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的方法尤其由于產(chǎn)品偏差和老化的原因而受限或不準(zhǔn)確。