专利名称：用于确定和/或预测电池最大容量的方法
用于确定和/或预测电池最大容量的方法本发明涉及一种用于确定和/或预测电池容量的方法，在该方法中，基于电池的具有等效电路图的模型，预测电池的容量。这种方法由DE10337064B4中已知。借助该已知的方法可以预测电池的大电流负载能力、尤其是预测用于机动车的起动机电池的大电流负载能力。这样的启动性能预测本身不能够报告在电池的其他运行期间的容量。这样的报告对于在电动车和/或混合动力车辆中的电池运行是不可缺少的。首先预测电池在不损害预定的电压界限值和电流界限值的情况下在短时间内能提供的功率，使得能在这种车辆中使用所述电池。已知借助带负载的电池的电压特性曲线族确定电池的容量。用于这种在确定的充电功率或放电功率中的电压特性曲线族的输入参数是相应的电池状态(温度、脉冲持续时间、充电状态和/或开路电压)。参考会议报告Bohlen，0. ；Gerschler, J. B.； Sauer, D. U. ；Birke, P.&Keller, Μ. “ Robust algorithms for a reliable battery diagnosis-managing batteries in hybrid electric vehicles " EVS, Internat. Electric Vehicle Symp.，22，2006，2010-2021。这样功率数据可用于例如混合动力车辆或电动车的能量管理。另一种已知的方法是，在特性曲线族中对于预定的预测时期存储或相应在运行中确定电池的等效内阻值(DE10205120A)，在考虑瞬时开路电压和假定的恒流电流负载的情况下，由所述等效内阻值计算出电压降并且将该电压降与预定的界限值相比较。这些已知的方法不考虑依赖于相应电池类型的用于最大充电电压和最小放电电压的界限值。在特性曲线族中存储的功率数据没有描述电池的动态特性。由此产生在预定的预测时期中过低或过高的功率值。在第一种情况下产生电池的过载，在第二种情况下产生电池的不必要的超尺寸设计。此外，预测时期的的数量直接成正比地影响到存储空间需求，例如微处理器计算的存储空间需求。在此另外不考虑在开始预测时模型的内部状态，该状态描述电池的负载历史的影响。同样不区分限制电压的情况和限制电流的情况。本发明的任务在于，实现上述类型的方法，该方法提供能由电池供应的最大容量的切合实际的预测。本发明借助在权利要求1中给出的措施解决该任务。在本发明中总共区分四种情况1)在限制电压下的充电，2)在限制电流下的充电，3)在限制电压下的放电，4)在限制电流下的放电。这里限制电流/限制电压应理解成，考虑用于相应电负载的由电池类型决定的最大值(电流或电压)。首先借助根据本发明的对限制电流的情况和限制电压的情况的区分，电池模型产生电池在整个预测时期中的预期的最大容量的切合实际的报告。如果在充电运行中在考虑最大充电电流和最大充电电压的情况下同时执行容量的计算，通常产生最大容量的两个不同的值。本发明的一种有利的进一步方案在于，使用所述两个值中按数量较小的值。由此不会超过电池的允许的运行界限值。对于放电运行也是类似的。本发明的另一种改进方案在于，借助输出电压值考虑电池的历史。在较长时间的充电阶段后，电池的双层电容已经被极化。在相同的充电电压下，可接受比在电池之前开路或放电时较小的充电功率。对于放电情况也是类似的。动态特性通过被动的电元件(电阻、电感、电容)的组合进行模型化和描绘，动态特性对于电池的短时间的工作能力是决定性的。这样的模型在
图1中描述并且进一步在下面详细说明。模型参数的值通常依赖于温度、充电状态、电流方向(充电/放电)以及电流强度。这些值在电池管理系统中在特性曲线族中被存储或能在运行中通过本身已知的、未详细说明的估计方法确定。最后，电池模型的参数能通过参数估计器提供和/或借助参数特性曲线族获得。 由此，容量评测的准确性可以进一步改善。除电模型外，电流的和在负载下的最大充电电压和最小放电电压的界限值用于预测可能的最大充电放电功率。最小放电电压指的是由制造商确定的在电池接线柱上的电压，在该电压时结束放电过程。这不是时间准则而是电压准则，该电压准则确定放电结束。预测时期的终点在计算开始时确定。例如总是计算10秒的预测，即在不超过电压界限值或电流界限值的情况下，计算从瞬时的时刻开始10秒能提供的功率值。如已经阐述的，在此总共区分四种情况1 在限制电压下的充电，2在限制电流下的充电，3在限制电压下的放电，4在限制电流下的放电。如用于限制电流的充电的插图2(左边)所示，可使用的功率随时间升高，最低的功率值是在t = 0时的值。对于所有其他的情况(情况1、3、4或插图2的右边部分的图表)，可使用的功率随着负载持续时间的增加而下降，在、秒的时间段内的最低的功率值因此是在t =、时的值。充电或放电通过电压界限值还是通过电流界限值被限制不能预先的确定，因此对于两种情况计算最大可使用功率的预测。在数量上较小的功率对应于实际可使用的最大功率。因为在电池运行中既计算最大允许的充电功率也计算最大允许的放电功率，所以产生上述四种情况。这样确定功率预测，即在显式地考虑初始条件的情况下为所述四种情况求解描述电池模型(插图1)的微分方程。所述描述插图1的模型的微分方程的解法如下对于以恒定电流的充电或放电(情况2和4)，在接入负载(充电或放电)后的电压响应的随时间的变化为
权利要求
1.用于确定和/或预测电池的最大容量的方法，在该方法中，根据基于等效电路图的电池模型预测电池的最大容量，其特征在于，为确定的预测时期和为在充电运行或放电运行方面不同的运行方式以及在考虑最大允许的运行电压和最大允许的运行电流的情况下预测电池的最大功率。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，对于充电运行/放电运行的电池容量Pprag等于为最大允许的充电电流/放电电流和最大允许的充电电压/放电电压同时确定的各最大功率值中在数量上较小的值。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，借助计算出的起始电压值Ura考虑电池的负载历史。
4.根据权利要求1至3之任一项的方法，其特征在于，通过参数估计器提供电池模型的参数。
5.根据权利要求1至3之任一项的方法，其特征在于，借助参数特征曲线族获得电池模型的参数。
全文摘要
本发明说明了一种用于确定和/或预测电池的最大容量的方法，其根据基于等效电路图的电池模型预测电池的最大容量。在此为确定的预测时期和为在充电运行或放电运行方面不同的运行方式以及在考虑最大允许的运行电压和最大允许的运行电流的情况下预测电池的最大功率。
文档编号G01R31/36GK102576055SQ201080046434
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月11日 优先权日2009年10月16日
发明者M·罗舍尔, O·波伦 申请人:宝马股份公司