估算电力电池的劣化状态的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及储电电池的充电管理，特别是电动和/或混合动力车辆的电池的充电 管理。例如，这样的电池可以是锂离子类型的。这些电池通常包括多个电储能器，也称作电 池单元。每个电池单元具有电化学系统，该电化学系统能够被再充电至高达最大无负载电 压、并且然后在初始略微小于该最大无负载电压然后下降的电压下输送恒定电流强度的电 流，直到该电池的下一个再充电步骤。这些电池通常由电子电池控制系统(BMS- "电池管理 系统"）加以控制，该电子电池控制系统例如控制电池再充电阶段，以便使电池在再充电结 束时达到所希望的电压而不引起电池的过热并且防止任何电池单元与其他电池单元相比 达到显著高于或显著低于的电量水平。
【背景技术】
[0002] BMS系统可以被配置成计算一个无量纲变量"S0C"(电量状态），使得有可能通过本 身已知的方法以零和1之间的变量来量化电池的电量水平，例如涉及已经穿过电池的电流 强度值的积分、电池的电压水平的变化、以及在穿过电池的电流为零的时刻测量的电池的 无负载电压。
[0003] BMS系统确保了通过防止电池在其典型运行范围之外运行而保护电池，并且确保 了尤其是针对过电流、过电压（充电时）、欠电压(放电时）、甚至是针对过热和欠温度的保 护，这对于锂离子电池而言尤为重要。
[0004] 特别地，BMS系统使得有可能通过在再充电阶段调整充电过程中授权的最大功率 水平来管理电池的充电。所述系统使得有可能显示电池状态的特征值，如S0C。BMS系统还可 以被配置成在车辆行驶时估算S0HE(能量健康状态)的值，该值是使得有可能量化该电池一 旦充电到其最大可能时可供使用的能量水平的一种系数，其考虑了在所述电池的寿命周期 中电池性能的退化。S0HE值可以例如被计算为以下两项的比率：
[0005] -从电池的满充电状态开始，在其当前损耗状态下、以参考温度(例如25°C)和恒定 电流参考水平（例如针对33Ah的电池单元为33A)，直到电池两端的电压下降到低电压阈值 (例如2.5V)时可以从该电池汲取的能量。
[0006] -从电池的满充电状态开始，当为新电池时，以相同的参考温度和相同的恒定电流 参考水平直到电池两端的电压下降到低电压阈值时可以从该电池汲取的能量。
[0007] 电压阈值可以对应于电池两端的最小电压，低于该最小电压则禁止从电池汲取能 量以免使电池退化(称为"截止"电压）。
[0008] 该S0HE值可以通过下面提及的多种不同方法来计算并且使得有可能估算在充电 结束时电池中可供使用的能量以及驾驶员因此可以希望达到的里程。
[0009] 为了提高自主车辆寿命的估算准确度，因而尽可能准确地估算该S0HE是有利的； 然而，错误计算的来源是多种多样的，并且这些来源的幅度随着电池老化增加并且随着电 池经受了增加的循环而变化。此外，为免车辆驾驶员担心由估算自主性的波动造成的后果， 这些波动可能从一次再充电到接下一次是不规律的，所以优选的是使S0HE的估算值的演变 从一次再充电到下一次再充电是恒定的。
[0010] 此外，从电池的S0HE的可靠估算出发，与仍然在电池的无负载电压的相同极限内 进行的充电-放电相比较，有可能优化电池的充电-放电循环，以提高电池的使用寿命。
[0011] 存在许多经验性的电池劣化模型。例如，能源期刊(Journal of Power Sources) 113(2003)72-80的R. Spotnitz的文章《锂离子电池容量衰减的模拟"Simulation of capacity fade in lithium ion batteries"》使得有可能对于特定的客户使用特性而言 预测理论的电池劣化。所提出模型是开环模型。换言之，在该模型（异常退化或不良校准模 型)未预测出电池劣化的情况下，S0HE的估算可能是错误的：S0HE跟随用于校准该模型的理 论电池的演变，但并不基于实际电池的退化而调整。
[0012] 文献《估算电池健康状态的方法和设备"METHOD AND APPARATUS OF ESTIMATING STATE OF HEALTH OF BATTERY"》（US 2007/0001679 Al)披露了电池单元的内阻与其劣化 状态(S0H或"健康状态"）存在关联。该文件提出了将电池单元的估算内阻与映射出的参考 电阻值相比较。这种方法的缺点是，S0HE的估算还取决于电池的实际使用特性（电流、温 度)。
[0013] 美国专利6,653,817(通用汽车)也披露了一种根据电池的内阻的特性描述估算电 池的劣化状态的方法。该文所描述的方法需要具有特定的高功率电子部件的系统架构。此 外，该方法使用了计算中介、S0HP( "功率健康状态"），并且不佳的SH0P-S0HE关联特性可能 导致S0HE的估算的显著误差。
[0014] 最后，存在通过所谓的"库仑计数"来估计电池的劣化状态的方法，例如如文献《用 于估算锂离子电池的电量状态和健康状态的增强库仑计数方法"Enhanced coulomb counting method for estimating state_of-charge and state-of-health of lithium-ion batteries"》（应用能量（Applied Energy)，第86卷，第9期，2009年9月，第 1506至1511页）。这种方法的缺点是，由于电池在两次再充电之间仅被部分地放电，例如当 所行驶的道路特性或通过市电再充电的频率导致S0C在100%和50%之间变化而从不会更 低，该方法缺乏精度。
【发明内容】
[0015] 本发明旨在提供对安装在电动或混合动力车辆上的电池的劣化状态的估算，该估 算在电池的整个使用寿命上是准确的并且不依赖于驾驶员的驾驶习惯。本发明还寻求基于 所计算的劣化状态来优化电池的再充电阶段的管理，从而延长电池的使用寿命。
[0016] 为此，本发明提出了一种用于管理电化学储能器或蓄电池的方法，其中，根据跨该 储能器的电压值的历史记录、流过该储能器的电流强度的历史记录、以及该储能器的温度 的历史记录来确定该储能器的劣化状态的估算值。该估算值是该劣化状态的重心值，该重 心值被计算为指示该储能器的劣化状态的至少两个值的重心，即通过第一方法计算出的指 示该储能器的劣化状态的第一值和通过与该第一方法不同的第二方法计算出的指示该储 能器的劣化状态的第二值。从该储能器的初始投入使用状态，这些重心系数改变至少一次， 从而使得有可能当根据该第一方法计算的该储能器的前一 S0HE值已经超过第一阈值时计 算该储能器的劣化状态的下一个重心值。
[0017] 有利地，该第一指示值是根据表征该储能器的多个相继的状态的第一温度和电量 状态系数的第一总和并根据表征该储能器的多个相继的状态的第二温度和电量状态系数 的第二总和来计算出的，这些第一系数各自与在各自状态花费的时间相乘，这些第二系数 各自与在该状态下由该电池放出的能量相乘。有利地，该第一指示值被计算为考虑了该第 一总和的第一幂和该第二总和的第二幂的总和。该第一指示值可以例如被计算为该第一总 和的第一幂和该第二总和的第二幂的总和的补数。
[0018] 根据一个优选实施例，该第二计算方法是提供与该储能器的内阻相类似和/或与 电池的总充电能力的计算相类似的多个中间计算项的计算方法。
[0019] 更一般地讲，该第一计算方法可以是开环计算方法，而该第二计算方法可以是闭 环计算方法。在此，一种计算方法如果其通过对基于该电池随时间推移相继记录的值所计 算出的值求和来进行而不考虑当前循环的幅度（S0C变化或电压变化）则被认为是开环方 法。开环方法无法检测该电池是否快速地异常地过早劣化。在此，一种计算方法如果其包括 表示已知物理值的中间计算值以便反映电池的劣化状态的实际发展(例如电池的内阻、电 池的表观内阻、或者电池的总充电能力）则被认为是闭环方法。特别是如果一种方法提供用 于根据在电池的循环幅度大于一个循环阈值期间获得的值来计算中间值、和/或如果该方 法用于通过响应于电池的与理论行为偏差方程相比较的行为偏差的数字滤波器来计算中 间值(例如通过卡尔曼滤波器类型的方法计算S0C和总电池容量），则该方法可以被认为是 闭环的。这些闭环计算方法使得有可能检测两个具有相同宣传的理论行为但即使这些电池 随时间推