CN114786991B 用于确定动力电池的状态值的方法 （德克拉欧洲股份公司）

2022.05.20PCT/EP2020/0807612020.11.03WO2021/099102DE2021.05.27JP2014006245A,2014.01.16本发明涉及一种用于确定电动车辆的动力并且基于所确立的欧姆内阻和至少一个标准化阻，其中基于标准化内阻确立动力电池的状态2述补偿函数的最佳化计算通过将描述所述调节演算的拟合优度的确定系数R2最大化来执且所述第二标准化变量的参考值是使不同类型的动力电池相互关联的标准化因子，其中，温度和/或所述第二环境温度以及所确立的差分温度确立的参考环境温度来确立所述动力9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，基3,其中ti是自所述测试负载连接以来经过的时间段，Ri(ti)是时间ti处的内插内阻，间的差超过预先确定的容许值的那些值对不被考-根据所述测量序列的输出电压和负载电流值对来确立所述欧姆内阻的移动平均值，16.根据权利要求15所述的方法，所述测量范围基于相关联的值的绝对值或变化率来45[0003]所描述的电动车辆不一定仅仅是其操作功率仅由动力电池提供的那些电动车中电操作功率中的至少一些也可以在车辆上生成(例如通过燃料电池系统和/或通过太阳[0006]具有基于锂离子技术的电池单元的电池由于它们的相对高的比存储容量(即相对[0007]像其它类型的可再充电电池(诸如在移动电话或其它电气或电子设备中使用的那[0009]图1示出了动力电池老化曲线的示例。对于具有70Ah的正常存储容量QN的动力电6道老化过程对动力电池或电池单元的欧姆内阻以及在一定程度上对阻抗(即AC电阻)有显完全放电来测量动力电池的实际存储容量Q，还可以通过一种替代性方法来测量该实际存阻的形式(即产生放电电流的能量吸收装置或电流消耗器)、或者充电设备的形式(即产生[0013]基于在施加已知测试负载时获取的输出电压和充电或放电电流值对确立如上所提及的动力电池的欧姆内阻基于电池或电池单元的电模型或等效电路图。图3示出了表征了由电压源、各种电阻器R1到R4和各种电容器C2到C4组成的电池单元的结构的这样的示例其他等效电路图。在现有技术中，例如在出版物“BeitragzurBewertungdes的动力电池的健康状态的评估的贡献】，Phan-LamHuynh,WissenschaftlicheReiheFahrzeugtechnikuniversititStuttgart,ISBN978-3-658-16561-1,2016中，已经多次证[0015]另外已经发现，随着由于充电/放电循环的数量以及SoH随之减少而导致老化进[0017]另外已经发现欧姆电阻R1在通常为10％至90特别是30％至90％的宽SoC范围7随着时间推移，另外的R-C元件的影响(参见图3中的电池等效电路图)在延长的时间范围以前使用的方法通常考虑这个总电阻用于评估持续功率能力时，并且不适合确定根据图3车辆附件，以便获得到物理测量点的电流连接。还需要连续放电负载(例如滚动道路测试[0024]该问题通过具有权利要求1的特征的方法来解决。从属权利要求中阐述了该方法8流或放电电流根据阶跃变化函数而变化。为了也确立输出电压和/或负载电流的变化的时号处理工作量来确立该值。一种可设想的替代性解决方案(其基于必须考虑多个相关参数实现在特定类型的电池单元的初始表征中为了确立所述状态值与欧姆内阻之间的相关性电池也在它们的状态(特别是它们的SoH)方面可以具有不同制造商提供的能量缓冲器的独立性。到动力电池或到测量点的用于电流-电压测量的直接值可以经由使用串行接口的利用标准协议(诸如K-Line)的标准连接器或者经由CAN总线获脑或笔记本电脑)的无线连接(如果需要的话)的插入式软件狗主要出于测试驱动特定的原因被执行。这导致在动力电池上的较大的负载。例如，小于一次或多次。在此可以进行努力以考虑这个评估运行的适合于例如以这样的方式(即边界9为具有一定数量的并联连接的行和每行一定数量的电池的电池确立的电池类型参数或相[0035]在再另外的标准化变量(例如动力电池的充电状态(SoC))也可以另外地被考虑在[0036]根据该方法的另外的优选改进，使用数学模型或表格(优基于标准化内阻确立状态值，其中描述数学模型或表格的参数或值优选地从数据库中检[0037]该方法的另外的有利发展提供了第一标准化变量是在获取输出电压和负载电流根据第一和/或第二环境温度以及所确立的差分温度确立的参考环境温度来确立动力电池立温度的在第二时间点处测量的实际欧姆内阻也可以用于测量序列包括在快速连续的时间点处获取的多个输出电压和负载电流值对。以这样的方[0047]开路电压U0或闭路电流I0被认为分别指当动力电池加载有基本负载通过将对数函数的参数拟合到再次描述的测量序列的值对，可以特别精确地确立欧姆内确立。利用对数函数的插值意味着内阻Ri可以在非常接近负载激活时间t0的时间点或者在另一时间点ti以相对高的精度发生，即使对于这个时间点没有或者只有不精确的数据可[0049]如果获取相应值对的时间点之间的时间参考和电流所施加的阶跃变化(测试负载函数曲线和所测量的值之间的偏移常数toffset的变化的确定系数R2，可以尽可能精确地估的值拟合基础电池模型的程度。这允许确定估计的切换时间和实际的切换时间之间的差[0059]类似于上述等式的等式也可以替代性地描述内阻Ri对研究频率f的依赖性，其中中预期负载电流与所获取的负载电流之间的差超过预先确定的容许值的那些值对不被考许值可以是例如预期负载电流的20优选地10特别优选地5％。[0064]进一步优选的改进提供了确立动力电池的欧姆内阻另外地包括以下步骤中的至[0078]如果没有电流(特别是闭路电流I0)和电压(特别是开路电压U流I0处)使得可以估计电池在当前充电状态下的开路流I0可以用作确定内阻Ri的参考。可以通过优化曲线拟合的确定系数R2来改进阶跃变化时此的分析还能够针对与单个车辆相关的动力电池的SoH行为进行类型特定的或车队相关的[0083]诊断设备有利地包括可移动的便携式的、独立的和可无线耦接的显示和/或输入[0089]图4是示出了按照根据本发明的方法的一个改进的动力电池的状态值的确立的框[0091]图6是以示例的方式针对特定电池类型指示作为电池温度与环境温度之间的温度[0093]图8是指示在测试负载的阶跃变化型连接的情况下作为时间的函数的动力电池的[0094]图9是指示在测试负载的斜坡连接的情况下作为时间的函数的动力电池的输出电[0095]图10和图11是指示对于各种部分处理的所测量的值作为时间的函数的动力电池[0096]图12是借助最小二乘回归线确立的具有内阻Ri的动力电池的电流-电压曲线图I/[0097]图13是指示对于不同频率动力电池的复数内阻Z的实部Re(Z)和虚部Im(Z)的图；[0098]图14是指示对于测试负载连接作为时间点toffset的变化的函数的用于动力电池的[0099]图4示出了示出通过诊断设备10确定电动车辆20的动力电池的状态值的框图，该备10获取单个值对和以特定时间间隔确立的多个值对根据本发明的方法或根据本发明的诊断设备的进一步的改进更详确立动力电池的温度T(下文中也以缩写形式表示为电池温度)，并将其传输到标准化模块14。确立电池温度T的替代性方式被解释为将在下面更详细地描述的示例性实施例中的变不同构造的动力电池实行的测试程序的范围内的参考如通过在新条件下对电池进行测量)获得，并且通常是无量纲的。动力电池的充电状态[0107]测试负载可以例如通过在例如高达100m，优选地高达50m的相对短的距离上利用[0109]标准化所需的参数(即性能图表或性能图值或数学模型或数学标准化函数的参[0111]这种中央数据存储装置的一个优点是，可以分析不同的动力电池或电动车辆(甚辆定义由来自多个电池或电动车辆的经验值构成的一种标准。与参考单个参考电池相比，需的输出电压U和负载电流I的所测量的值通常由电动车辆的OBD或另一接口提供，因为出[0116]内阻随时间的变化率ΔRi/t与周围环境和电池之间的差分温度ΔT之间的相关性也可以通过相对于ΔT绘制的相应曲线ΔRi/t以简化的方式直接表示，参见关于电池特定[0117]通过以例如5至15min的间隔确定动力电池的第一欧姆内阻和第二欧姆内阻来确[0119]诊断设备110附加地具有缓冲器模块18，在该缓冲器模块中可以暂时存储由确立[0123]图8示出了示例性动力电池的输出电压U和负载电流I的曲线图(其反映了充电电可以通过修改toffset以及由此确立的阶跃变化S的激活时间t0来使时基偏移来最大化确定[0125]可以根据在给定时间点确立的所测量的值对确立相对应的内阻值。在图10的图[0130]通常不可能使系统激励(即测试负载或充电电流的连接)的时间标度与系统响应确定系数R2的值从0.9249(图11立的确定系数R2指示所考虑的补偿函数(在这种情况下是曲线)是否拟合所确立的所测量[0138]当通过不考虑预期负载电流与所获取的负载电流之间的差超过预定容限值的那些值对来确立欧姆内阻(如在本示例中对内阻Ri1所基于的值对所进行的那样)时，可以实通过确立由于忽略所测量的值而引起的R2变化来分析阶跃变化范围内的值的确定系数R2来值对。如果值对的一个或两个值等于在先前时间点处获取的至少一个值对的相对应的值，[0144]这种方法使得可以消除特别地由于传输错误以及特别是来自动力电池或OBD的数据本发明的方法的特性特征(根据该特性特征，对突然的系统激励的系统响应将被标识)，电压或电流)在测量序列内从一个所测量的值对到下一所测量的值对没有变化，则可以从续时间内被连接。测量序列包括在快速连续的时间点获取的多个输出电压和负载电流值[0151]其中n是值对的数量，并且根据以下等式根据紧接连续地获取的两个值对确立相[0154]数量n不一定代表测量序列的所有所测量的值对的数量，但是也可以是要考虑的根据相应输出电压和负载电流值对确立欧姆内阻。这种方法已经在上面参照图8至图14进果数据的明显更大的分散。在一系列不同的测试遍次中确立了内阻的高达约20％的变化。大化补偿函数的确定系数R2来估计切换时间t0。图14示出了其中确定系数R2相对于切换时间t0的变化或改变(隐式地时间偏移toffset)