由开路电压特征曲线确定蓄电池充电状态的方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于通过可充电蓄电池的开路电压特征曲线确定可充电蓄电池的充电状态的方法，所述方法包括以下特征：该可充电蓄电池由一个应用以任何期望的方式被加载一直到一个第一时间(11)，以一个预定的放电电流将该可充电蓄电池从该第一时间(11)放电一直到一个第二时间(12)，至多以由该应用产生的一个静态电流将该可充电蓄电池从该第二时间(12)放电一直到一个第三时间(13)，最早在该第三时间(13)测量该可充电蓄电池的一个开路电压，并且通过该开路电压特征曲线基于该开路电压确定该充电状态。本发明还提供了一种相应的装置、一种相应的计算机程序和一种相应的存储介质。
【专利说明】
由开路电压特征曲线确定蓄电池充电状态的方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于通过可充电蓄电池的开路电压特征曲线确定可充电蓄电池 的充电状态的方法。本发明还涉及一种相应的装置、一种相应的计算机程序和一种相应的 存储介质。
【背景技术】
[0002] 现有技术包括可例如以机动车辆中的12V起动器蓄电池的形式被永久地结合在应 用中的极其多样的可充电蓄电池。为了可靠操作的目的，有必要以尽可能准确的方式确定 这种已知的可充电蓄电池的实际充电状态(S0C)。这在尤其是镍锌可充电蓄电池的情况下 是非常困难的，因为其开路电压(0CV)在宽值范围上与充电状态仅弱相关。此外，取决于其 之前是充电过程还是放电过程发生相应的特征曲线的非常高程度的滞后效应。
[0003] 在这种背景下，US 2012/0133369 A1披露了一种用于估计车辆蓄电池在蓄电池的 工作期间的容量的方法。这种方法涉及提供蓄电池的先前充电状态、蓄电池温度和集成蓄 电池电流安培数以及确定蓄电池接触器在其已经被打开并且已经从负载断开之后闭合。该 方法确定蓄电池在接触器打开的同时是否不工作持续充分的时间段，其中，蓄电池的不工 作时间基于蓄电池温度，并且从蓄电池接触器在其在蓄电池的不工作时间期间打开之前闭 合的最后时间步骤确定起动蓄电池电压。该方法从原始蓄电池电压和蓄电池温度确定蓄电 池的当前充电状态并且基于蓄电池集成的电流安培数除以蓄电池的当前充电状态与蓄电 池的先前充电状态之间的差值计算蓄电池容量。
[0004] US 2003/0214303 A1涉及一种用于确定铅酸蓄电池的充电状态的方法和装置。所 提出的方法包括通过将诸如例如电流、温度、充电程度效率、寄生损耗和自放电等因素考虑 在内确定基于电流的充电状态的步骤。本方法的目标是在操作期间和之后测量和/或计算 开路电压以便确定基于电压的充电状态，同时补偿开路电压的跃迀行为，并且将由充电事 件导致的电压移位考虑在内。
[0005] EP 0 225 364 B1进而提出了一种用于监控蓄电池组的充电状态的方法，所述方 法包括以下步骤:存储表示充电状态的基准数据，测量蓄电池电压、蓄电池温度和流经蓄电 池以便提供充电状态指示的电流，集成测量电流以便在测量蓄电池电压之后当充电装置被 打开和/或显著负载被连接时提供充电损耗指示，并且连续地从所存储的基准数据和集成 结果估计可用的残余电荷，其中，估计可用的残余电荷包括以下进一步的步骤:测量该电压 和所述电压在实质上开路中的时间剖面16s，将残余电压的测量剖面16s赋值给先前存储的 相应的剖面，这些先前存储的相应的剖面是针对具有已知充电状态的蓄电池测量的，当所 述实质上开路状态持续相对长的时间段时，从该剖面16预测蓄电池的在此定义的弛豫电压 以便通过对弛豫电压和所存储的基准数据进行比较和通过弛豫电压的每个直接测量值校 正预测弛豫电压提供充电状态指示。
[0006] 最终，US 2006/0244458 A1描述了一种用于使用Ah计数和0CV滞后效应的蓄电池 中的充电状态基准值算法验证的实现方法。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了根据下述1、8、9、10的一种用于通过可充电蓄电池的开路电压特征 曲线确定可充电蓄电池的充电状态的方法、一种相应的装置、一种相应的计算机程序和一 种相应的存储介质。
[0008] 1. -种用于通过可充电蓄电池的开路电压特征曲线确定可充电蓄电池的充电状 态的方法(10)，
[0009] 其特征为以下特征：
[0010] -该可充电蓄电池由一个应用以任何期望的方式被加载一直到一个第一时间
[11] ，
[0011] -以一个预定的放电电流将该可充电蓄电池从该第一时间（11)放电一直到一个第 二时间（12)，
[0012] -至多以由该应用产生的一个静态电流将该可充电蓄电池从该第二时间（12)放电 一直到一个第三时间（13)，
[0013 ]-最早在该第三时间（13)测量该可充电蓄电池的一个开路电压，并且
[0014]-通过该开路电压特征曲线基于该开路电压确定该充电状态。
[0015] 2.如上述1所述的方法（10)，
[0016] 其特征在于
[0017] 该可充电蓄电池是一个镍锌可充电蓄电池。
[0018] 3.如上述1或2所述的方法（10)，
[0019] 其特征为以下特征：
[0020] -该可充电蓄电池是车辆的一个起动器蓄电池，并且
[0021] -该应用包括该车辆的一个车载电气系统。
[0022] 4.如上述1至3之一所述的方法（10)，
[0023] 其特征在于
[0024]在该第一时间（11)与该第二时间（12)之间存在几分钟的一个放电时间段。
[0025] 5.如上述4所述的方法（10)，
[0026] 其特征在于
[0027] 该放电电流具有在该放电时间段期间预定的一个剖面(16)。
[0028] 6.如上述4所述的方法（10)，
[0029] 其特征在于
[0030]该放电电流具有在该放电时间段期间恒定的一个强度(15)。
[0031] 7.如上述1至6之一所述的方法（10)，
[0032] 其特征在于
[0033] 在该第二时间（12)与该第三时间（13)之间存在至少1个小时的一个弛豫时间段 (17)。
[0034] 8.-种用于通过可充电蓄电池的开路电压特征曲线具体在如上述1至7中之一所 述的方法(10)中确定可充电蓄电池的充电状态的装置，
[0035] 其特征为以下特征：
[0036] -用于由一个应用以任何期望的方式将一个可充电蓄电池加载一直到一个第一时 间（11)的装置，
[0037] -用于以一个预定的放电电流将该可充电蓄电池从该第一时间（11)放电一直到一 个第二时间（12)的装置，
[0038] -用于从该第二时间（12) -直到一个第三时间（13)将该放电电流减少到至多由该 应用产生的一个静态电流的装置，
[0039] -用于最早在该第三时间（13)测量该可充电蓄电池的一个开路电压的装置，以及
[0040] -用于通过该开路电压特征曲线基于该开路电压确定该充电状态的装置。
[0041] 9. -种计算机程序，该计算机程序被设计成用于实施如上述1至7之一所述的方法 (10)的所有步骤。
[0042] 10. -种机器可读存储介质，该机器可读存储介质包括存储在所述存储介质中的 如上述9所述的计算机程序。
[0043] 所提出的方法基于以下发现:在充电和放电过程期间建立的开路电压之间存在大 的电压差，即使在测量所述电压之前存在将近1个小时的长的等待时间。因此，产生了要求 知悉可充电蓄电池的先前电流加载的滞后效应。尽管所讨论的特征曲线继续随着时间接近 彼此，这持续非常长的时间，有时甚至持续若干小时到若干天。因此，根据本发明，这个过程 被加速或者至少建立可被评估的蓄电池的定义状态。
[0044] 这个解决方案的一个优点是其很大程度上独立于在确定充电状态之前的时间存 在的充电/放电剖面的特征。为此，故意放电确保了开路电压固定在与有待确定的特征曲线 相关的定义值并且是可再现的并且独立于先前的电流加载。
[0045] 上述2-7中指明了本发明的进一步的有利改进。
【附图说明】
[0046] 本发明的一个示例性实施例在附图中示出并将在下文中进行更为详细的说明。
[0047] 图1示出了根据本发明的方法的图形表示。
[0048]图2示出了具有不同的充电/放电率的一组0CV特征曲线。
【具体实施方式】
[0049] 图1展示了根据本发明的基于被用作车辆的起动器蓄电池的出于简化原因未在当 前附图中示出的镍锌可充电蓄电池的方法10的过程。为了向车辆的车载电气系统供应电 力，包括具有例如40Ah的额定容量的1.65V电池的起动器蓄电池供应12V的总电压。本领域 技术人员已知这种通用类型的例如由美国熊杰(PowerGenix)制造的起动器蓄电池并且这 种蓄电池是可商购的。
[0050] 如图所示，所考虑的应用场景中的起动器蓄电池以任何期望的方式加载一直到在 图1标出的第一时间11;也就是说，根据应用的未知电流剖面14的任何期望的充电和放电过 程发生。在第一时间11，应用被关闭并且起动器蓄电池然后被以定义的恒定电流I或电流剖 面在几分钟的放电时间段内放电，例如在1分钟与5分钟之间，其中第二时间12标记根据附 图的放电时间段的结束。在这种情况下，放电电流I在放电时间段内具有预定的强度15或预 定的剖面16。为此，例如有可能的是再次连接和断开定义的电流消耗者。所述消耗者可包括 例如车辆的后挡风玻璃加热器和车座加热器。
[0051]在第二时间12,放电结束或者电流I被减小到低得多的残余值，例如40mA，该电流 可以可能地在任何情况下作为静态电流在目标应用中连续地流动。以此方式，起动器蓄电 池在例如1个小时的弛豫时间段17内被至多以应用所产生的所述静态电流放电， I40矜1、4,从而使得开路电压以充分的程度稳定。仅在定义弛豫时间段17的结束的第三 时间13测量起动器蓄电池的开路电压。
[0052] 最终，通过经调整的开路电压特征曲线基于开路电压确定充电状态。在此应当注 意的是，可取决于蓄电池是否已经并且用电流I充电或放电来建立不同的电压，即使充电状 态应当理论上在Ah计数的基础上相同。根据图2的该组0CV特征曲线20展示了这个特性。 [0053]在此方面，图2展示了起动器蓄电池的单个电池的多个充电/放电特征曲线21、22、 23、24、25、26、27。在这种情况下，在用与1(：相对应的电流对起动器蓄电池进行充分的和突 然的充电之后建立第一开路电压特征曲线21，而当已经用与C/20相对应的电流对起动器蓄 电池进行充电时产生第二开路电压特征曲线22,其中，C表示在每种情况下起动器蓄电池的 以Ah计的额定容量。
[0054]通过最初被充分地放电到0 %的充电状态的起动器蓄电池或单个电池在已知为电 压弛豫方法(VRM)的方法中创建第三开路电压特征曲线23。所述蓄电池或电池然后在尽可 能恒定的间隔中、例如在额定容量的5%的阶段中被充电，也就是说，根据每个阶段增加对 应的电流。每个阶段之后是某个等待时间，例如1个小时，直到蓄电池或电池电压已经稳定。 这个时间也被称为弛豫时间。然后测量开路电压0CV。这个过程继续，直到达到100%的充电 状态。在此方法中，优选地通过精确的Ah计数确定充电状态。
[0055]第四开路电压特征曲线24对应于起动器蓄电池的制造商特定的平均加载剖面。为 了创建第五开路电压特征曲线25,以上描述的针对第三开路电压特征曲线23的流程之后是 在相反方向上逐步从充分充电的起动器蓄电池放电。在形成用于图2中的第三开路电压特 征曲线23和第五开路电压特征曲线25的基础的电压弛豫方法的情况中，弛豫时间是1个小 时并且充电或放电电流是2A。
[0056]当起动器蓄电池已经用对应于C/20的电流充电时，产生第六开路电压特征曲线 26,再一次C是起动器蓄电池的以Ah计的额定容量，同时在起动器蓄电池的用对应于1C的电 流的充分的并且突然的放电之后建立第七开路电压特征曲线27。
[0057]表示VRM放电曲线的第五开路电压特征曲线25已经证明特别适合于确定充电状 态，因为在这种情况下已经完全符合弛豫时间。
【主权项】
1. 一种用于通过可充电蓄电池的开路电压特征曲线确定可充电蓄电池的充电状态的 方法(10)， 其特征为以下特征： -该可充电蓄电池由一个应用以任何期望的方式被加载一直到一个第一时间（11)， -以一个预定的放电电流将该可充电蓄电池从该第一时间（11)放电一直到一个第二时 间（12)， -至多以由该应用产生的一个静态电流将该可充电蓄电池从该第二时间（12)放电一直 到一个第三时间（13)， -最早在该第三时间（13)测量该可充电蓄电池的一个开路电压，并且 -通过该开路电压特征曲线基于该开路电压确定该充电状态。2. 如权利要求1所述的方法(10)， 其特征在于 该可充电蓄电池是一个镍锌可充电蓄电池。3. 如权利要求1或2所述的方法(10)， 其特征为以下特征： -该可充电蓄电池是车辆的一个起动器蓄电池，并且 -该应用包括该车辆的一个车载电气系统。4. 如权利要求1或2所述的方法(10)， 其特征在于 在该第一时间（11)与该第二时间（12)之间存在几分钟的一个放电时间段。5. 如权利要求4所述的方法(10)， 其特征在于 该放电电流具有在该放电时间段期间预定的一个剖面(16)。6. 如权利要求4所述的方法(10)， 其特征在于 该放电电流具有在该放电时间段期间恒定的一个强度(15)。7. 如权利要求1或2所述的方法(10)， 其特征在于 在该第二时间（12)与该第三时间（13)之间存在至少1个小时的一个弛豫时间段(17)。8. -种用于通过可充电蓄电池的开路电压特征曲线具体在如权利要求1至7中之一所 述的方法(10)中确定可充电蓄电池的充电状态的装置， 其特征为以下特征： -用于由一个应用以任何期望的方式将一个可充电蓄电池加载一直到一个第一时间 (11)的装置， -用于以一个预定的放电电流将该可充电蓄电池从该第一时间（11)放电一直到一个第 二时间（12)的装置， -用于从该第二时间（12)-直到一个第三时间（13)将该放电电流减少到至多由该应用 产生的一个静态电流的装置， -用于最早在该第三时间（13)测量该可充电蓄电池的一个开路电压的装置，以及 -用于通过该开路电压特征曲线基于该开路电压确定该充电状态的装置。9. 一种计算机程序，该计算机程序被设计成用于实施如权利要求1至7之一所述的方法 (10)的所有步骤。10. -种机器可读存储介质，该机器可读存储介质包括存储在所述存储介质中的如权 利要求9所述的计算机程序。
【文档编号】H01M10/44GK105891718SQ201610084495
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月14日
【发明人】U·伊格, M·霍佩, W·赫德格
【申请人】保时捷股份公司