用于电池诊断的方法和设备

文档序号:26101629发布日期:2021-07-30 18:12阅读:来源:国知局

技术特征:

1.产生适应的激励信号的方法,用于通过阻抗测量确定至少一个,特别是一个电池的电池状态和/或电池状态的变化,包括以下步骤:

a.将电流激励信号应用于至少一个电池,其中电流激励信号特别是由至少两个,特别是至少5个,最好至少15个和/或最多25个,特别是叠加的分量组成,这些分量在每种情况下都代表具有相互不同频率的周期性信号。其中,电流激励信号的应用方式是,在最小包含频率的至少一个周期内,电流激励信号的均值最多为峰值的20%,特别是在最小包含频率的至少一个周期内,电流激励信号无均值,其均值为零,

b.检测至少一个电池的响应测量信号,至少一个电池的阻抗,特别是阻抗谱,特别是通过第一响应测量信号来确定,并且

c.从响应测量信号和/或至少一个阻抗中确定至少一个评估变量,其特征在于:

d.作为第一响应测量信号和/或评价变量的函数,改变电流激励信号的至少一个分量的参数振幅,特别是0.01至10a,频率,特别是1hz至10khz,以及相对相角,特别是0至360,特别是使测量误差最小化,

e.生成修改后的电流激励信号作为适应性激励信号,特别是使修改后的电流激励信号在最小包含频率的至少一个周期内的平均值最多为峰值的20%,特别是修改后的电流激励信号在最小包含频率的至少一个周期内的平均值为零。

2.根据声明1所述的方法,其中步骤a至e被多次执行,特别是连续执行,其中修改后的电流激励信号在每种情况下都被施加到至少一个电池单元上,使修改后的电流激励信号在所包含的最小频率的至少一个周期内的平均值最多为峰值的20%,特别是修改后的电流激励信号在所包含的最小频率的至少一个周期内的平均值为零。

3.确定至少一个,特别是一个电池单元的电池状态和/或电池状态变化的方法,包括以下步骤:

a.将电流激励信号应用于至少一个电池,其中电流激励信号特别是由至少两个,特别是至少5个,优选至少15个和/或最多25个,特别是叠加的分量组成,这些分量在每种情况下都代表相互不同频率的周期性信号,电流激励信号的应用方式是使电流激励信号在最小包含频率的至少一个周期内的平均值为峰值的最多20%,特别是电流激励信号在最小包含频率的至少一个周期内的平均值为零,

b.检测至少一个电池单元的响应测量信号,特别是通过第一响应测量信号确定电池单元的至少一个阻抗,特别是阻抗谱,以及

c.从响应测量信号和/或至少一个阻抗中确定至少一个评价变量,其特征在于:

d.作为第一响应测量信号和/或评价变量的函数,改变电流激励信号的至少一个分量的参数振幅,特别是0.01至10a,频率,特别是1hz至10khz,以及相对相角,特别是0至3600,特别是使测量误差最小化。

e.将修改后的电流激励信号施加到至少一个电池上,使修改后的电流激励信号在最小包含频率的至少一个周期内的平均值最多为峰值的20%,特别是修改后的电流激励信号在最小包含频率的至少一个周期内的平均值为零,并且

f.检测到至少一个电池的进一步响应测量信号,特别是通过第一响应测量信号确定电池的至少一个进一步阻抗,特别是进一步阻抗谱,并且

g.至少一个诊断变量是基于被测的至少一个进一步阻抗和/或响应测量信号来确定的,并且

h.电池状态和/或至少一个电池的电池状态变量的确定是基于至少一个诊断变量与至少一个参考值的比较,特别是在表征测量中获得的参考值,和/或与至少一个进一步的诊断变量的比较,特别是至少一个电池和/或同一类型的另一个电池在前一个时间和/或同一类型的另一个电池在一个时间窗口的比较。特别是具有这样的持续时间,即在时间窗口内,至少一个电池的充电状态变化小于5%,和/或温度变化小于5k,和/或容量变化小于5%,和/或在执行步骤f前后最多600秒,其中特别是在出现重大偏差的情况下,假设电池状态发生变化和/或当达到和/或超过参考值时,假设电池临界状态。

4.根据前述声明之一所述的方法,其特征在于,该方法是在至少一个电池单元的充电和/或放电期间进行的,并且由此发生充电和/或放电电流,特别是由于真实的电池操作,例如在电动汽车的驾驶期间,并且在响应测量信号中发生充电和/或放电电流的自适应计算补偿。

5.根据前述声明中的任何一项所述的方法,其特征在于,通过kramers-kronig关系和/或进一步的参数,特别是还包括其质量特性和/或评价质量,对阻抗谱进行检查,其中特别是以下参数中的至少一个:

信噪比,

响应测量信号的振幅,

阻抗谱的线性度,

响应测量信号的时间不变性,

被确定或被使用。

6.根据前述声明中的任何一项所述的方法,其特征在于,包括以下步骤:

激励信号构造(100),具有合适的参数,特别是激励频率、激励幅度和相位,由激励单元(20)和/或电压响应测量(120)和/或漂移校正(130)和/或傅里叶和/或小波变换(140)根据激励信号构造生成(110)电流激励信号。其中,特别是阻抗谱的确定(150)和松弛时间谱的确定(160)最好同时或直接连续进行,和/或一致性检查(170),通过该检查影响激励信号构造(100)的至少一个参数的自适应控制(180)。

7.根据前述声明之一的方法,

其特征在于,步骤a至g在至少两个,特别是至少四个电池上进行,这些电池特别是在半径为50cm的范围内,特别是在至少两个电池中的一个周围10cm的范围内,特别是同一类型的电池,在预定的测量时间窗口内同时或依次进行。测量时间窗口的定义为,至少两个电池的充电状态的变化小于5%,优选小于1%,温度的变化小于5k,优选小于1k,容量的变化小于5%,优选小于1%,特别是在步骤f中,对至少两个电池的诊断变量进行比较。

8.根据前述声明之一的方法,

其特征在于,步骤a至g再次进行,特别是最迟在电芯充电状态变化大于5%,或温度变化大于5k,或容量变化大于5%,或时间为60秒,优选为1秒,或外部触发信号(15)要求进行新的测量时,或以滑动评价时间窗口连续进行测量。

9.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

对于步骤a的重新执行,特别是步骤a至h.的重新执行,励磁电流信号的至少一个参数,特别是频率点的振幅、频率和相对相位,特别是多个或全部频率点,和/或至少一个分量,特别是多个分量或全部分量,从以前的测量,特别是步骤a至3的执行,特别是至h的执行,被选择为起始值和/或用于生成步骤a的励磁电流信号。

10.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

平均值和/或散度测量是由在各自的测量时间窗口中和/或同时在第一和一个或多个同类型的电池中记录的不同频率的阻抗形成的。

11.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

将阻抗的至少一个特征量,例如至少一个电池的实部、虚部、幅值和相位,与单个第二电池或串联和/或并联的多个进一步电池的同一时间步长和/或时间间隔的量进行比较,并且在。如果变量之间的差值超过阈值sa,则警告信号wa(检测到电池状态变化)被传送到传输单元,其中,如果变量之间的差值超过进一步的阈值sb,则警告信号wb(安全关键电池状态)被传送到传输单元。

12.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

对于第一电池或串联和/或并联的一个或多个其它电池,将阻抗的至少一个特征值如实部、虚部、幅值和相位与至少一个前一时间步和/或间隔的数量进行比较,如果数量之间的差值超过阈值sa,则向传输单元传送警告信号wa(检测到电池状态变化),如果变量之间的差值超过进一步的阈值sb,则向传输单元传送警告信号wb(安全关键电池状态)。

13.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

将阻抗的特征值,例如实部、虚部、幅值和相位,与先前对单个电池或串联和/或并联的多个电池进行的至少一次测量的值进行比较,其中,如果数值之间的差值超过阈值sa,则将警告信号wa(检测到电池状态变化)传送给传输单元,并且,如果变量之间的差值超过进一步的阈值sb,则将警告信号wb(安全关键电池状态)传送给传输单元。

14.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

阻抗的统计量,特别是单个第一电池单元的参数实部、虚部、幅度和相位的平均值和散射测量值,与单个第二电池单元或串联和/或并联的多个电池单元的同一时间步长的量进行比较。并且,如果数量之间的差值超过阈值sa,则向传输单元发送警告信号wa(检测到电池状态变化),并且,如果数量之间的差值超过进一步的阈值sb,则向传输单元发送警告信号wb(安全关键电池状态)。

15.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

对单个电池或串联和/或并联的多个电池单元,将阻抗的统计量,特别是参数实部、虚部、幅值和相位的平均值和散射测量值与至少一个前一时间步的量进行比较,如果量之间的差值超过阈值sa,则将警告信号wa(检测到电池状态变化)传送到传输单元,如果变量之间的差值超过进一步的阈值sb,则将警告信号wb(安全关键电池状态)传送到传输单元。

16.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

将阻抗的统计量,特别是参数实部、虚部、幅值和相位的均值和散射测量值与先前对单个电池或串联和/或并联的多个电池进行的至少一次测量中的量进行比较,如果量之间的差值超过阈值sa,则将警告信号wa(检测到电池状态变化)传送给传输单元,如果变量之间的差值超过进一步的阈值sb,则将警告信号wb(安全关键电池状态)传送给传输单元。

17.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

弛豫时间频谱的特征量,如全局最大值、全局最大值的频率、局部和/或全局最大值的值、局部和/或全局最大值的频率、最大值的数量、最大值在频谱中的分布、弛豫时间与极化电阻分布函数最大值的差值、最大值的平均值。频谱的重心、某一频率下的频谱值、某一频率范围内的频谱积分值、多个划定频率范围内的积分值以及一个或多个划定频率范围内的积分平均值与单个电池或多个串联和/或并联电池的同一时间步长的量进行比较。并且,如果一个电池是串联和/或并联连接的,则在一个或几个划定的频率范围内的积分的平均值与单个电池或几个串联和/或并联连接的电池的同一时间步长的数量进行比较,并且,如果数量之间的差值超过一个阈值sa,则向传输单元发送警告信号wa(检测到电池状态变化),并且,如果数量之间的差值超过另一个阈值sb,则向传输单元发送警告信号wb(安全关键电池状态)。

18.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

松弛时间频谱的特征量,如全局最大值的值、全局最大值的频率、局部和/或全局最大值的值、局部和/或全局最大值的频率、最大值的数量、最大值在频谱中的分布、松弛时间与极化电阻分布函数最大值的差值、最大值的平均值、频谱的重心、频谱在某一频率下的值、频谱在某一频率范围内的积分值。对单个电池或串联和/或并联的多个电池,将多个限定频率范围内的积分值和一个或多个限定频率范围内的积分平均值与至少前一个时间步长的量进行比较,如果变量之间的差值超过阈值sa,则将警告信号wa(检测到电池状态变化)传送到传输单元,如果变量之间的差值超过进一步的阈值sb,则将警告信号wb(电池安全临界状态)传送到传输单元。

19.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

松弛时间频谱的特征量,如全局最大值的值、全局最大值的频率、局部和/或全局最大值的值、局部和/或全局最大值的频率、最大值的数量、最大值在频谱中的分布、松弛时间与极化电阻分布函数最大值的差值、最大值的平均值、频谱的中心点、频谱在某一频率上的值、频谱在某一频率范围内的积分值。在多个限定频率范围内的积分值和在一个或多个限定频率范围内的积分平均值与来自至少一个先前执行的测量的数量进行比较,用于单个电池或用于串联和/或并联连接的多个电池,并且如果数量之间的差异超过阈值sa,则将警告信号wa(检测到电池状态变化)传送到传输单元,并且如果变量之间的差异超过进一步的阈值sb,则将警告信号wb(安全关键电池状态)传送到传输单元。

20.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

松弛时间频谱的统计量,特别是参数的平均值和散度量,全局最大值的值,全局最大值的频率,局部和/或全局最大值的值,局部和/或全局最大值的频率,最大值的数量,最大值在频谱中的分布,松弛时间相对于极化电阻分布函数最大值的差值,最大值的平均值,频谱的重心,频谱在某一频率上的值,频谱在某一频率范围内的积分值。对单个电池或串联和/或并联的多个电池,将多个限定频率范围内的积分值和一个或多个限定频率范围内的积分平均值与同一时间步长的数量进行比较,如果数量之间的差值超过阈值sa,则向传输单元发送警告信号wa(检测到电池状态变化),如果数量之间的差值超过进一步的阈值sb,则向传输单元发送警告信号wb(电池安全临界状态)。

21.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

松弛时间频谱的统计量,特别是参数的平均值和散射量、全局最大值的值、全局最大值的频率、局部和/或全局最大值的值、局部和/或全局最大值的频率、最大值的数量、频谱中最大值的分布。弛豫时间与极化电阻分布函数最大值的差值、最大值的平均值、光谱的重心、某一频率下的光谱值、某一频率范围内的光谱积分值。对单个电池或串联和/或并联的多个电池,将多个限定频率范围内的积分值和一个或多个限定频率范围内的积分平均值与至少一个前一时间步的数量进行比较,如果数量之间的差值超过阈值sa,则将警告信号wa(检测到电池状态变化)传送到传输单元,如果数量之间的差值超过进一步的阈值sb,则将警告信号wb(安全关键电池状态)传送到传输单元。

22.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

松弛时间频谱的统计量,特别是参数的平均值和散射量、全局最大值的值、全局最大值的频率、局部和/或全局最大值的值、局部和/或全局最大值的频率、最大值的数量、最大值在频谱中的分布。弛豫时间与极化电阻分布函数最大值的差值、最大值的平均值、光谱的重心、某一频率下的光谱值、某一频率范围内的光谱积分值。将多个限定频率范围内的积分值和一个或多个限定频率范围内的积分平均值与先前对单个电池或串联和/或并联的多个串联和/或并联电池进行的至少一次测量中的量进行比较。并且,如果数量之间的差值超过阈值sa,则向传输单元发送警告信号wa(检测到电池状态变化),并且,如果数量之间的差值超过进一步的阈值sb,则向传输单元发送警告信号wb(安全关键电池状态)。

23.根据前述声明中的一项所述的方法,其特征在于

第一电池与一个或多个进一步的电池的至少一个诊断变量的比较,特别是与空间上直接相邻的电池和/或电池系统内定位在最多50cm,特别是10cm距离的电池进行比较。电池系统内的电池,特别是为了检测安全临界状态的热传播。

24.激励单元,用于执行根据前述权利要求之一的方法,特别是包括一个存储电容器(190)、一个双向电力电子转换器(200)和一个滤波器(210),该滤波器具有在测量开始之前对存储电容器充电的装置,其中存储电容器(190)提供能量,通过双向电力电子转换器在一个或多个电池上留下平均无值电流激励信号的印象,因此能量可以在存储电容器和电池之间循环转移,特别是布置用于执行根据前述权利要求之一的方法。

25.电池系统,包括根据前述声明的励磁单元。

26.用于执行根据前述权利要求之一的方法的装置,包括系统控制单元(10)、激励单元(20)、测量单元(20)、测量单元(30)、评价单元(40),特别是激励控制单元(50)、诊断单元(60)和/或传输单元(70),其中特别是控制单元(10)用于产生具有合适参数的激励信号构造(100)。尤其是激励激励频率、激励振幅、相位和整体振幅缩放(scalingfactor),特别是激励单元(20)还设置有能够自适应采集激励信号构造(100),尤其是设置有能够自适应调整激励信号构造(100)的至少一个参数。

27.根据前述权利要求的装置,其特征在于,测量单元(30)适应于同时采集和记录一个或多个同时激发的电池在先前定义的测量时间窗口中的电压测量信号。

28.根据声明26所述的装置,其特征在于,控制单元(10)被安排用于在一个或同时几个串联和/或并联的电池中产生控制单元中定义的特征多频周期性连续信号的激励信号构造。

29.根据声明26至28中任一项所述的装置,其特征在于,它包括一个控制单元,该控制单元被设置为根据至少一个评价量来确定下一个测量时间窗口的振幅、频率和相对相位的自适应校正参数,并将这些参数传送给控制单元(10)。

30.根据声明26至29中任一项所述的装置:

包括一个用于施加电流激励信号的激励单元(20);

具有记录电池单元阻抗谱的手段;

具有一个评估单元(40)(用于确定评估变量的手段),基于被测阻抗频谱)

特点是:

激励单元(20)(应用电流激励信号的手段)被设计成使电流激励信号由至少两个频率不同的周期性信号组成。

电流激励信号可以以这样的方式应用,即它在其中包含的最小频率的至少一个周期内被平均。

测量单元(30)和评价单元(40)(用于记录电池的阻抗谱的手段)被配置成可以确定和评价电池的第一响应测量信号,并且可以改变电流激励信号的至少一个分量的参数幅度、频率和相对相位作为第一响应测量信号的函数。以便使测量误差最小化,确定并评价进一步的响应测量信号,评价值可用作评价变量,并且在确定电池状态的确定是基于至少一个诊断变量与至少一个参考值的比较。

31.一种电池系统,包括根据权利要求26至30中任何一项的装置。


技术总结
本发明涉及一种用于确定至少一个电池的电池状态的方法,包括以下步骤:施加电流激励信号;记录电池的阻抗谱;根据测量的阻抗谱确定评价变量。该方法的特点在于,电流激励信号的至少一个分量的参数振幅、频率和相对相位差中的至少一个被修改为第一测量响应信号的函数,从而使测量误差最小化;确定并评价进一步测量的响应信号;将评价值作为评价变量;根据至少一个诊断变量与至少一个参考值和/或与至少一个进一步诊断变量的比较,确定电池的状态变量。本发明还涉及一种用于执行该方法的激励单元、包括这种激励单元的电池系统、用于执行该方法的装置和包括这种装置的电池系统。

技术研发人员:亨德里克·扎彭;亚历山大·吉提斯
受保护的技术使用者:亚琛工业大学
技术研发日:2019.09.26
技术公布日:2021.07.30
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