专利名称：用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法、具有多个蓄电池单元的蓄电池以及机动车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，其中确定至少一个作用于所述蓄电池单元的物理变量的值和/或至少一个在所述蓄电池单元中发生的过程的实施数量，并且将所述物理变量的值和/或所述过程的实施数量用作确定所述预期寿命的基础。此外，本发明涉及一种蓄电池、特别是锂离子蓄电池或镍氢蓄电池，其具有多个蓄电池单元以及至少一个蓄电池管理系统，其中所述蓄电池管理系统被构造为实施依据本发明的用于确定蓄电池单元的预期寿命的方法。此外，本发明还涉及一种带有依据本发明的蓄电池的机动车。
背景技术：
包括一个或多个原蓄电池单元的蓄电池用作电化学蓄能器和能量转换器。在蓄电池或各个蓄电池单元放电时，在蓄电池中存储的化学能通过嵌入(Interkalation)转换为电能。因此可以按照使用者的需要要求这些电能。特别是在混合动力和电动车辆中，在所谓的蓄电池组中应用锂离子蓄电池或镍氢蓄电池，其由大量串联连接的电化学单元组成。通常，除了蓄电池状态识别之外，蓄电池管理系统还用于安全监控以及用于确保尽可能长的寿命。为了监控功能安全性并且确定蓄电池单元、特别是锂离子蓄电池的单元的老化状态，已知有不同的方法。通常，获取由各蓄电池单元或整个蓄电池所提供的电压或电流强度，必要时还包括另外的因子作为性能参数。也就是说，测量、计算或估计蓄电池单元的物理参数并由此对老化状态并继而对功能安全性得出结论。一般地，在此使用按照每个运行周期确定的值。从DE10328721A1已知一种用于预测电蓄能器(例如蓄电池或蓄电池单元)的剩余寿命的方法。在此，根据例如温度的外部的、其他的影响确定由相应的蓄电池或蓄电池单元产生的物理变量。在此借助于计算实现该确定。然而，发生的确定过程的数量和/或一些物理变量的确定值未进入到该计算中。
发明内容
依据本发明提供了一种用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，其中确定至少一个作用于所述蓄电池单元的物理变量的值和/或至少一个在所述蓄电池单元中发生的过程的实施数量，并且将所述物理变量的值和/或所述过程的实施数量用作确定所述预期寿命的基础，其中，为多个运行周期确定所述物理变量和/或在蓄电池单元中发生的过程的实施数量并且存储出现所述物理变量的确定值的频率和/或至少一个确定过程的实施数量的频率。
采用依据本发明方法的蓄电池单元优选为多个蓄电池单元的组成部分，如它们例如设置在一个单个的蓄电池中一样。在特别的设计方案中每个蓄电池仅存在一个蓄电池单元，从而依据本发明的方法也可以用于确定整个蓄电池的预期寿命。此外也可以如此实施所述方法，即确定至少一个作用于整个蓄电池的物理变量的值和/或至少一个在整个蓄电池中发生的过程的实施数量，并且存储出现所述物理变量的确定值的频率和/或至少一个确定过程的实施数量的频率，而且在蓄电池具有多个蓄电池单元的情况下也是如此。随后将对依据本发明的方法根据其对于单个蓄电池单元的应用进行阐明。通过确定单个蓄电池单元的预期寿命能够对整个蓄电池的寿命得出结论。依据本发明的方法也能够用于确定老化状态。所述物理变量被优选地测量，并且优选借助于计数来实现确定至少一个在蓄电池单元中发生的过程的实施数量。通过蓄电池单元的激活的开始限定运行周期的开始，而通过蓄电池单元的激活的结束限定运行周期的结束。激活的阶段在此可以仅包括一个运行周期，或者包括具有与之衔接的充电过程的运行周期。备选地，激活的阶段也能够包括独立于运行周期的充电过程。此外，激活的过程也能够包括所述单元的与运行周期衔接的受控的放电，以便在运行周期之后来随后实现或在运行周期期间实现多个单元的充电状态的平衡，即所谓的单元平衡。因此，运行周期的开始能够例如是以蓄电池单元驱动的机动车的启动。运行周期的结束能够对应于该机动车的关断。在蓄电池单元的充电过程在时间上直接与机动车的运行相关联的情况下，运行周期也包括充电的时间。因此，例如在紧接着机动车的行驶的充电过程的情况中，仅仅在充电过程结束之后才能够实现运行周期的结束。发明的优点:依据本发明的方法超过多个运行周期地确定蓄电池单元的值或状态。由此可以在早期识别并继而防止单元故障。此外，关于蓄电池单元的预期寿命或老化过程的精确识别也是可能的，由此可以推导出对于各蓄电池单元或整个蓄电池适合的运行方式。在所谓的场循环(Feldrucklaufer)中，亦即在机动车中例如超过ιοοοοο公里的行驶里程的理论寿命之后经受检查之后的蓄电池能够被分析，就像各单元在它们的运行时间的总和中被加载并且由此改变它们的特性。由此获得了对于各单元和/或蓄电池管理系统的进一步优化的有价值的认识。依据本发明的方法可以应用在锂离子蓄电池以及镍氢蓄电池上。优选地，该方法适用于一个或多个基本上同时运行的蓄电池的多个单元，特别适用于所有单元。物理变量(依据本发明关于其频率地确定其数值)能够是例如温度、充电状态、由所述蓄电池单元放出的电流或在所述蓄电池单元中存在的电压。根据充电状态，也能够确定最小与最大充电状态之间的差和/或相对的单元功率，亦即相对当前最大可具有的功率的当前调用的功率。关于其频率地确定的、在所述蓄电池单元中发生的过程能够是充电脉冲、放电脉冲或用于实现多个单元的充电状态的平衡的对所述单元的受控的放电。能够优选地为锂离子蓄电池单元实现用于实现多个单元的充电状态的平衡的对所述单元的受控的放电(其也被称为单元平衡)。该单元平衡用于避免关于单个单元的充电状态的电的差别。事实证明，对于达到长的寿命，更有利的是将蓄电池的单个单元的充电状态的差别较小地保持，而不是在几个单元中相对于其他单元的较小地充电状态保持更高的充电状态。出于该目的，各单元被受控制地放电直至如下充电状态，其对应于最少的被充电的单元的充电状态。因此，单元的受控的放电的频率是用于其老化状态的标准。因此，这样的最少经受受控的放电过程的单元就是这些相比于其他的蓄电池单元具有最小的充电状态的单元。因此，为了提高整个蓄电池的功率和寿命可以首先更换这样的单元。有利地，按照每个运行周期将所述物理变量的值和/或所述过程的实施的数量存储在至少一个非易失存储器中，并且从所述存储器读出出现所述物理变量的确定值的频率和/或过程的确定的实施数量的频率。这样的非易失存储器例如是所谓的EEPR0M(电可擦只读存储器)。该方法设计方案的优点在于超过多个运行周期地简单的存储以及能够根据其频率评估所存储的值。超过多个运行周期地确定出现物理变量的至少一个确定值的数量和/或过程的
实施数量。每个运行周期确定的值或实施数量被一起加给以前确定的数量上并且被存储。也就是说，在每个运行周期上确定相应的数量，并且将该相应的数量追加到在以前的运行周期确定的数量上，并且结果被存储。因此能够评估，例如多频繁地超过多个运行周期地存在一次确定充电和/或存在一个确定温度和/或实现一个放电脉冲和/或实现一次对单元的受控的放电。为了评估方法结果，将出现所述物理变量的确定值的频率和/或确定过程的实施数量的频率视觉上可识地表示在至少一个示图中。在这样的示图中，在横坐标记入物理变量的值或过程的数量，而在纵坐标上记入出现物理变量的各个值的频率或过程的实施数量的频率。对于一个人来说，从图中可以读出，物理变量的哪个值或过程的哪个数量特别经常地出现，由此可以得出针对蓄电池单元的老化状态或针对寻求的运行方式的结论。有利地该方法构造为，相关于第二物理变量的值或在所述蓄电池单元中发生的第二过程的实施数量存储第一物理变量的值或在蓄电池单元中发生的第一过程的实施数量。在此也设定，按照每个运行周期将所述物理变量和/或过程的数量相互依赖地存储在至少一个非易失存储器中，并且从该存储器中读出出现物理变量的确定值的频率和/或过程的确定的实施数量的频率，其借助于超过多个运行周期的加法而被确定。该方法设计方案的优点在于，相互依赖地获得变量，从而需要更小的存储器需求，并且因此可更容易地实现非易失存储器的使用。在最后提到的方法设计方案中有利的是，将出现所述物理变量的确定值的频率相互依赖地和/或过程的确定的实施数量的频率相互依赖地视觉上可识地表示在至少一个三维直方图中。在这样的三维直方图中，在第一横坐标上记入第一物理变量的值或第一过程的数量，而在第二横坐标上记入第二物理变量的值或第二过程的数量。在纵坐标上可以相互依赖地记入出现各物理变量的各个值或各过程的实施数量的频率。在此，本发明不限于获取相互依赖的两个物理变量或相互依赖的两个不同的过程，而是也能够根据其频率相关地评估一个物理变量和一个过程。这样的直方图被存储并且在复位蓄电池管理系统之后又被读出并且用于进一步的计算、也用于对出现物理变量的确定值的其他的频率和/或过程的确定的实施数量的频率的进一步的相加。从该直方图中借助于适合的算法能够计算出老化状态以及寿命。对于计算决定性的值能够是出现确定的物理变量的频率或过程的确定的数量的频率。一个人可以从直方图中识别到，哪个物理参数和/或哪个过程主要地对蓄电池单元的寿命具有影响和/或蓄电池管理系统的哪个装置如果需要必须被再调整，以便例如改变几个单元的例如温度。然而，从直方图可导出的值也可以立即在蓄电池管理系统中作为控制和/或调节信号用于蓄电池单元或整个蓄电池的运行，以便预防提前的老化或磨损现象。在依据本发明的方法的优选的设计方案中，其中在一个确定值域(依据本发明的在多个运行周期上确定的物理变量的值和/或在蓄电池单元中发生的过程的数量位于其中)中限定网格点，所述网格点分别表示间隔的边界，所述网格点的出现的频率被确定。因此例如能够限定_40°C至80°C的温度值域。网格点优选是可参数化的，亦即其可以被如此限定，即关于对确定的物理变量或过程的确定数量的说明形成适合的间隔。例如在通常待记载较大的频率的区域中可以更短地设计各间隔，以便因此在蓄电池单元的运行中以在该间隔中的物理变量的值或在该间隔中的过程的数量的值实现关于寿命的区别的陈述。也就是说，相邻的网格点的距离在相互间能够是不同大小的。备选地，网格点也可以限定为均匀的间隔，例如以20°C的间隔。优选地，以有规律的时间间隔确定在哪个间隔中存在确定的物理变量或过程的数量。对于这样的间隔确定在多个运行周期上的频率。适合的时间间隔在此例如为0.5至2秒之间。有利地，对于每秒，确定确定的物理变量的值或确定的过程的数量位于哪个间隔中。在用于实现所述的示图的依据本发明的方法的设计方案中能够例如视觉上可识地表示出，蓄电池单元以什么样的频率具有最大的充电功率的50 %至60 %的充电功率。在这种情况下，将网格点设定为在50%至60%。在实施用于得到直方图的方法中能够例如根据在蓄电池单元的确定的温度间隔中的温度确定在确定的电流强度间隔中的电流强度的频率。因此能够例如确定，如果蓄电池单元在40°C至50°C的温度间隔中被运行，那么将以什么频率产生例如最大可产生电流的75%至85%的电流。通过评估频率可以得出蓄电池单元的老化状态的结论，例如如果其在较小的温度下仅仅很少能够产生理论上可到达的最大电流强度的确定的百分比。此外，对频率的评估实现了确定，以何种频率确定的外部的参数作用于蓄电池单元，从而能够相应地匹配蓄电池管理系统。这涉及到例如关于蓄电池单元温度以及充电脉冲和放电脉冲的数量的匹配措施。此外，依据本发明提供一种蓄电池、特别是锂离子蓄电池或镍氢蓄电池，其包括多个蓄电池单元以及至少一个蓄电池管理系统并且与机动车的驱动系统是可连接的，其中所述蓄电池管理系统被构造为实现依据本发明的方法。这些蓄电池单元在此优选地在空间上组合在一起并且在电路技术上相互连接。通过一种机动车(尤其一种电动车)来补充本发明，该机动车包括至少一个依据本发明的蓄电池，其中所述蓄电池与所述机动车的驱动系统连接。
确定至少一个蓄电池单元的预期寿命能够计算机支持地借助于计算机程序进行，该计算机程序在载入到数据处理装置的存储机构中之后使得数据处理装置实现了实施依据本发明的用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法。补充地，为此提供了一种计算机可读的存储媒介，程序存储在该存储媒介上，该程序在载入在数据处理装置的存储机构中后使得数据处理装置实现了实施依据本发明的方法。另一补充是一种方法，其中用于执行依据本发明的方法的计算机程序从一个电子数据网络、例如从互联网被下载到连接到该数据网的数据处理装置。
根据附图和随后的说明对本发明的各实施例进一步阐明。其中:图1示出了通过依据本发明的方法建立的示图；以及图2示出了通过依据本发明的方法建立的三维直方图。
具体实施例方式在图1中示出了一个示图作为依据本发明的方法的备选的结果，该图示例性地示出了出现当前充电功率P的频率f。当前充电功率P记入在横坐标上，而频率f记入在纵坐标上。清楚的是，当前充电功率P的值域分布在由I至12编号的间隔中。为间隔I至12中的每个分配当前充电功率P的值域。这些值域的大小在此可以改变。由图1清楚的是，例如间隔5的当前充电功率P最经常地出现。因此，对于一个人来说在视觉上可获得的是，所涉及的蓄电池单元超过多个运行周期地最经常地具有通过间隔5限定的充电功率P。也就是说，相对于根据间隔12的最大的充电功率显著地更经常地出现根据间隔5的充电功率P。由该认识得出的结论是，充电功率P常常位于最大可能的充电功率之下，从而为了确保机动车的电动驱动的功能安全性可以实施蓄电池单元或蓄电池的维护措施或必要时进行更换。相同的过程也可以在具有一个或多个蓄电池单元的蓄电池上实施，其中评估整个蓄电池的充电功率。在图2中示出的三维直方图(该直方图依据另一方法备选依据本发明生成)根据在所涉及的蓄电池单元的一个确定的温度间隔中的温度T示出了在一个确定的间隔中出现电流强度I的频率。在第一横坐标上记入在间隔I至12中的电流强度I。在第二横坐标上记入在间隔I至8中的温度T。在纵坐标上记入频率f。从该三维直方图清楚的是，依据电流强度间隔3的电流强度I在对应于温度间隔6的温度时以最大的频率产生。位于电流强度间隔10并且同样在温度间隔6中的电流强度以第二大的频率产生。此外，从该三维直方图得出的重要信息是，全部的电流强度仅仅在温度间隔6中产生。只要可以确定所涉及的蓄电池单元也可以在不同于温度间隔6的温度区域中运行，那么可以得出的结论是，在这些不同的温度间隔中借助于蓄电池单元不能生成电流。而且，这也是用于计算和/或估计所涉及的蓄电池单元的老化状态或寿命可利用的信息。此外，由此产生的认识是，优选仅在温度区间6中运行蓄电池单元。本发明并不限于在三维直方图中仅示出相互依赖的物理变量，例如电流强度I和温度T，而是与之不同地也可以如此实施依据本发明的方法，使得在该直方图中示出相互依赖的过程的实施数量或根据过程的实施数量示出物理变量或与之相反。例如多个物理变量和温度、通过充电百分比表征的蓄电池状态、最小和最大单元蓄电池状态的差别、对应于相对于当前最大可具有的功率的当前调用的功率的相对的蓄电池功率、以及实施充电和放电脉冲的数量可以在三维直方图中相互组合在一起。多个物理变量在三维直方图的两个横坐标上有利的组合是最小的单元电压和温度、最大的单元电压和温度、电流强度和温度以及当前调用的功率和温度。
权利要求
1.一种用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，其中确定至少一个作用于所述蓄电池单元的物理变量的值和/或至少一个在所述蓄电池单元中发生的过程的实施数量，并且将所述物理变量的值和/或所述过程的实施数量用作确定所述预期寿命的基础，其特征在于，为多个运行周期确定所述物理变量和/或在所述蓄电池单元中发生的过程的实施数量并且存储出现所述物理变量的确定值的频率(f)和/或至少一个确定过程的实施数量的频率(f)。
2.根据权利要求1所述的用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，其中所述物理变量为温度(T)、充电状态、由所述蓄电池单元放出的电流(I)或在所述蓄电池单元中存在的电压。
3.根据权利要求1和2中至少一项所述的用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，其中在所述蓄电池单元中发生的过程为充电脉冲、放电脉冲或用于实现多个单元的充电状态的平衡的对所述单元的受控的放电。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，按照每个运行周期将所述物理变量的值和/或所述过程的实施数量存储在至少一个非易失存储器中，并且从所述存储器读出出现所述物理变量的确定值的频率(f)和/或确定过程的实施数量的频率(f)。
5.根据权利要求4所述的用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，其中将出现所述物理变量的确定值的频率(f)和/或确定过程的实施数量的频率(f)视觉上可识地表示在至少一个示图中。
6.根据权利要求4和5中至少一项所述的用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，其中相关于第二物理变量的值或在所述蓄电池单元中发生的第二过程的实施数量存储第一物理变量的值或在所述蓄电池单元中发生的第一过程的实施数量。
7.根据权利要求6所述的用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，其中将出现所述物理变量的确定值的频率(f)相互依赖地和/或确定过程的实施数量的频率(f)相互依赖地、视觉上可识地表示在至少一个三维直方图中。
8.根据上述权利要求中至少一项所述的用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，其中在多个运行周期上确定的、所述物理变量和/或在所述蓄电池单元中发生的过程的实施数量的值域中限定网格点，所述网格点分别表示间隔的边界，所述网格点的出现的频率被确定。
9.一种蓄电池、特别是锂离子蓄电池或镍氢蓄电池，其具有多个蓄电池单元以及至少一个蓄电池管理系统并且与机动车的驱动系统是可连接的，其中所述蓄电池管理系统被构造为实现根据权利要求1至8中至少一项所述的用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法。
10.一种机动车，其包括至少一个根据权利要求9所述的蓄电池，其中所述蓄电池与所述机动车的驱动系统连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定至少一个蓄电池单元的预期寿命的方法，其中确定至少一个作用于所述蓄电池单元的物理变量的值和/或至少一个在所述蓄电池单元中发生的过程的实施数量，并且将所述物理变量的值和/或所述过程的实施数量用作确定所述预期寿命的基础，其中，为多个运行周期确定所述物理变量和/或在蓄电池单元中发生的过程的实施数量并且存储出现所述物理变量的确定值的频率(f)和/或至少一个确定的过程的实施数量的频率(f)。此外，本发明还涉及一种蓄电池、特别是锂离子蓄电池或镍氢蓄电池，以及一种机动车，其包括至少一个依据本发明的蓄电池。
文档编号G01R31/36GK103119456SQ201180034501
公开日2013年5月22日 申请日期2011年5月17日 优先权日2010年7月14日
发明者A·伯姆, R·皮斯科尔, J·里申 申请人:罗伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式会社