1.本发明涉及电池驱动的机器、尤其是机动车辆、比如电动车或混合动力车，并且还涉及用于确定电池的荷电状态的措施。
背景技术：2.能用电运行的、电池驱动的机器、比如能用电驱动的机动车辆的能量供给借助于作为电蓄能器的电池来进行。在运行能用电驱动的机动车辆时，关于电池的当前荷电状态的说明是重要的。一方面，驾驶员或导航系统需要关于当前的荷电状态的说明以用于计划可能的停止，以便必要时实施充电过程。另一方面，需要荷电状态用于能量管理、尤其是用于在混合动力的驱动系统中实施混合动力策略。
3.在现今的电池控制器中，除了用于运行电池的功能之外还存储有电池模型，所述电池模型允许从电池电流、电池电压、电池温度和类似参数的变化曲线中确定当前的荷电状态。此外，所述电池模型用许多参数来参数化，所述许多参数也能够考虑到电池的过去的负荷。所述电池模型具有空载电压、两个电阻值、即rc元件的内阻和并联电阻以及rc元件的电容器容量以作为重要参数，它们取决于电池的老化状态。在相应的电池模型中考虑到电池的老化这一点目前仅仅不充分地在电池控制器中得到实现，也因为目前仅能以不充分的精度来说明老化状态。
技术实现要素：4.根据本发明，提供一种根据权利要求1所述的用于查明电池驱动的机器的电池的荷电状态的方法以及根据并列独立权利要求所述的一种用于运行用于提供参考-荷电状态的中央单元的方法、一种用于运行电池驱动的机器的方法和相应的装置。
5.其它设计方案在从属权利要求中给出。
6.根据第一方面，提供一种用于查明机器的电池的荷电状态的方法，该方法具有以下步骤：-提供电池的运行参量；-借助于分配模型提供在所述机器中所计算的荷电状态，所述分配模型根据所述电池的所建模的空载电压来说明所计算出的荷电状态；-借助于参考-荷电状态模型根据所述运行参量来查明参考-荷电状态，其中所述参考-荷电状态模型被训练，以便根据所述运行参量并且尤其是根据预先给定的老化状态来说明所述参考-荷电状态；-根据参考-荷电状态与所计算出的荷电状态的差别来对所建模的空载电压实施校正，以便根据经过校正的空载电压借助于所述分配模型来查明所计算出的荷电状态。
7.为了运行具有电池的机器，对于电池的当前的荷电状态的了解是必要的。所述荷电状态在主动的运行期间由于电荷消耗而连续地变化，其中运行方式的类型和当前的电池
状态以非线性的方式确定：所述电池的荷电状态在特定的电荷消耗时如何减小或者在充电过程或再生过程（制动能量回收）中在电荷增加时如何增大。
8.当前的荷电状态的查明通常借助于荷电状态模型来进行，该荷电状态模型根据电池的运行参量、像比如电池电流、电池温度和电池电压来说明电池的当前的荷电状态。在此，所述荷电状态通常以在电池充满电时的最大的电荷容量的按百分比计的份额来说明。借助于所述电池模型参数来确定荷电状态，所述电池模型参数尤其包括电池的单体电池的空载电压、rc元件的内阻值以及并联电阻值和电容器容量。所述电池模型参数又取决于电池的老化状态。
9.所述荷电状态模型包括电池模型和分配模型。所述电池模型用于借助于电池模型参数来查明电池的电压或者单体电池电压，所述单体电池电压相应于单个的电池单池的端电压。所述分配模型用于根据电池的老化状态、温度和单体电池电压来输出荷电状态。
10.所述分配模型在测量的基础上建立并且例如作为特性场来实现，以便将通过电池模型来建模的空载电压分配给所测量的荷电状态。所述电池的老化状态能够在预先给定的老化状态模型的基础上从电池的运行参量中估计出来。
11.根据取决于老化状态的电池模型参数和说明当前的运行状态的当前的运行参量对所述荷电状态模型进行数据配置是非常复杂的，尤其是因为对于老化状态的查明要求老化状态模型，需要同样复杂地给所述老化状态模型配置数据。因此，在电池驱动的机器中的电池控制器中进行实现是十分占用资源的。
12.此外，通常在运行参量的基础上查明所建模的空载电压的做法只能不精确地进行。通常基于特性场来给所述空载电压建模。然而，在所有影响空载电压的运行参量、比如温度、老化状态和荷电状态的基础上给所述电池模型配置数据是非常复杂的。尤其是这样的电池模型只能以巨大的耗费在电池控制器中实现，因为所述温度和老化状态相关性由于高动态的负载转变和回收过程以及松弛特性（relaxationsverhalten）而难以全面地映射。
13.所述荷电状态模型通常提供电池模型，以便将空载电压作为在不通电的运行中的单体电池电压或电池电压来建模并且将其根据分配函数分配给当前的荷电状态。所述分配函数将空载电压、通常是电池温度以及老化状态映射到电池的相应的荷电状态上。
14.为了通过电池模型来计算空载电压，需要电池的运行参量、即电池电流、电池电压、电池温度和当前的荷电状态以及必要时电池的老化状态。
15.上述方法规定，借助于额外提供的参考模型来校正在电池驱动的机器中的荷电状态模型。为此，将如此计算的荷电状态与借助于参考模型查明的荷电状态进行比较，以便校正所述荷电状态模型。
16.所述参考模型尤其以多维的特性场的形式将在不通电的工作点中的老化状态、电池温度和电池电压映射到参考-荷电状态上。为此，所述参考模型能够借助于更大的数据库、尤其在车队数据的基础上来建立。
17.如果在所建模的荷电状态与所述参考-荷电状态之间产生偏差，那就需要校正所述荷电状态模型。
18.优选的是，所述参考模型在机器外部在中央单元中来实现，从而能够基于许多机器的机群数据来训练并且改进所述参考模型。所述校正能够在单体电池或电池的在稳定的情况下、即在电池电流为零或接近零时所测量的空载电压与所建模的空载电压之间的差别
的基础上来进行。
19.因为所述机器中的荷电状态模型首先从所测量的当前的运行参量中尤其是在特性场的基础上来确定所建模的空载电压并且随后通过分配模型将所建模的空载电压分配给荷电状态，所以能够对通过所述电池模型所查明的所建模的空载电压进行校正。基于在稳定的情况下所测量的空载电压与通过所述电池模型所建模的空载电压之间的差别来进行所述校正。
20.能够规定，如此进行所述校正，从而此外产生用于向所建模的空载电压或者分配模型加载的、经过校正的单体电池电压的、连续的并且在时间上能微分的变化曲线，从而使得所查明的荷电状态同样是连续并且能够在时间上微分。
21.此外能够规定，借助于校正特性曲线来实施所述校正。所述校正参量具有连续的并且在时间上能微分的变化曲线，该变化曲线在100%的荷电状态的情况下引起一校正参量，该校正参量不改变所建模的空载电压。由此，一方面尤其在电池充满电时避免了比最大可能的数值大的、经过校正的所建模的空载电压，另一方面所述空载电压的变化可以通过校正根据当前的荷电状态来适配。
22.能够规定，所述参考-荷电状态模型在机器外部在中央单元中来实现，其中所述电池的运行参量由相关的机器传送给所述中央单元。
23.上述方法的优点在于，在存在准确的或者不断改进的参考模型的情况下、例如在中央单元中在机器外部在投入运行时所述荷电状态模型的非常不准确的参数化因此实现更精确地查明当前的荷电状态的结果，而不需要所述电池模型的连续的重新参数化。
24.尤其能够规定，将所述参考-荷电状态传送给机器，或者将根据所述参考-荷电状态与所计算出的荷电状态之间的比较的结果所查明的触发信号传送给机器。
25.根据一种实施方式，所述参考-荷电状态模型能够基于数据地构成并且用来自许多电池的有针对性的测量的训练数据来查明。
26.此外，所述老化状态能够借助于尤其是基于数据的老化状态模型在所述中央单元中被查明并且提供在所述参考-荷电状态模型中为了查明参考-荷电状态而加以考虑的老化状态。
27.能够规定，根据校正-特性曲线来实施所述修正，所述校正-特性曲线根据所计算出的荷电状态来提供修正参量，其中以相加的或相乘的方式向所建模的空载电压加载所述校正参量。
28.尤其能够根据所述参考-荷电状态与所计算出的荷电状态的差别的确定来更新所述校正-特性曲线，方法是：通过测评点使所述校正-特性曲线的预先给定的函数关系参数化，所述测评点取决于当前的荷电状态以及所述参考-荷电状态与所计算出的荷电状态之间的差别。
29.根据另一方面，提供一种用于运行中央单元的方法，所述中央单元用于提供用于电池驱动的机器的电池的参考-荷电状态、尤其是用于上述方法，该方法具有以下步骤：-接收电池的运行参量；-基于所述电池的运行参量用参考-荷电状态模型来查明所述电池的参考-荷电状态；-将所述参考-荷电状态传送给所述机器或者将触发信号传送给所述机器，所述触
发信号根据所述参考-荷电状态与由所述机器计算出的荷电状态之间的比较的结果来查明。
30.根据另一方面，提供一种用于运行电池驱动的机器的方法，以用于查明所述机器中的电池的所计算出的荷电状态，所述方法具有以下步骤：-借助于电池模型来查明所建模的空载电压；-借助于校正-特性曲线根据所计算出的荷电状态来校正所述所建模的空载电压，其中所述校正-特性曲线根据所计算出的荷电状态来提供校正参量；-向所述所建模的空载电压加载所述校正量；-根据所述经过校正的空载电压借助于分配模型来查明所计算出的荷电状态。
31.此外，能够根据参考-荷电状态或者触发信号来更新所述校正-特性曲线，方法是：借助于测评点使所述校正-特性曲线的预先给定的函数关系参数化，所述测评点取决于当前的荷电状态以及所述参考-荷电状态与所计算出的荷电状态之间的差别。
32.根据另一方面，提供一种用于查明机器的电池的荷电状态的系统，其中所述系统具有许多机器和一中央单元，其中所述系统被构造用于：-提供电池的运行参量；-借助于分配模型提供在所述机器中所计算出的荷电状态，所述分配模型根据所述电池的所建模的空载电压来说明所计算出的荷电状态；-借助于参考-荷电状态模型根据所述运行参量来查明参考-荷电状态，其中所述参考-荷电状态模型被训练，以便根据所述运行参量并且尤其是根据预先给定的老化状态来说明所述参考-荷电状态；-根据参考-荷电状态与所计算出的荷电状态的差别来对所述所建模的空载电压实施校正，以便根据所述经过校正的空载电压借助于所述分配模型来查明所计算出的荷电状态。
33.根据另一方面，提供一种装置、尤其是中央单元中的数据处理单元，其用于提供用于电池驱动的机器的电池的参考-荷电状态，其中所述装置被构造用于：-接收电池的运行参量；-基于所述电池的运行参量用参考-荷电状态模型来查明所述电池的参考-荷电状态；-将所述参考-荷电状态传送给所述机器或者将触发信号传送给所述机器，所述触发信号根据所述参考-荷电状态与从所述机器处接收的所计算出的荷电状态之间的比较的结果来查明。
34.根据另一方面，提供一种装置、尤其是电池驱动的机器中的控制单元，其用于查明所述机器中的电池的所计算出的荷电状态，其中所述装置被构造用于：-借助于电池模型来查明所建模的空载电压；-借助于校正-特性曲线根据所计算出的荷电状态来校正所述所建模的空转电压，其中所述校正-特性曲线根据所述所计算出的荷电状态来提供校正参量；-向所述所建模的空载电压加载所述运行参量；-根据所述经过校正的空载电压借助于分配模型来查明所计算出的荷电状态。
附图说明
35.下面借助于附图对实施方式进行详细解释。
36.其中：图1示出了系统的示意图，所述系统基于车队数据通过中央单元将参考-荷电状态提供给车队的机动车辆；图2示出了流程的示意性的功能方框图，所述流程用于借助于荷电状态模型和校正函数来查明电池的荷电状态；图3示出了用于说明一种方法的流程图，所述方法用于识别用于荷电状态模型的校正需求，所述荷电状态模型则用于查明电池的荷电状态；图4示出了用于说明一种方法的流程图，所述方法用于用校正-特性曲线来对用于机动车辆中的电池的荷电状态模型实施校正；图5示出了电池电流的关于时间的变化曲线，以用于说明以下时间段，在所述时间段中能够检测电池的空载电压；并且图6a和6b示出了用于对机动车辆中的电池模型的所建模的空载电压进行校正的特性曲线。
具体实施方式
37.下面借助于车辆电池来描述按本发明的方法，所述车辆电池用作许多作为电池驱动的机器的机动车辆中的电池。在机动车辆中，能够在控制单元中实现用于相应的电池的荷电状态模型。所述荷电状态模型能够借助于中央单元在来自车队的车辆电池的运行参量的基础上连续地更新或者校正。
38.上述实例代表了许多具有独立于电网的能量供应装置的固定的或可移动的机器、像比如车辆（电动车、电动自行车等）、设备、机床、家用电器、iot设备等，其通过相应的通信连接（例如lan、互联网）与中央单元（云）处于连接之中。
39.图1示出了具有中央单元2的系统1，该中央单元与车队3的多部机动车辆4处于组合连接之中。作为其它机动车辆的代表，在图1中更详细地示出了所述机动车辆4之一。
40.所述机动车辆4分别具有作为能再充电的电蓄能器的电池41（牵引电池）、电驱动马达42和控制单元43，它们共同构成驱动系统，如由现有技术已知的那样。
41.所述控制单元43与通信模块44连接，该通信模块适合用于在相应的机动车辆4与中央单元2（所谓的云）之间传输数据。所述电池的运行参量借助于传感装置45以本身已知的方式来检测。
42.所述中央单元2具有数据处理单元21和数据库22，其中在所述数据处理单元21中能够执行下文描述的方法，并且所述数据库22用于存储车队3的多部车辆4的电池41的老化状态变化曲线。
43.所述运行参量至少说明以下参量，所述电池的老化状态取决于所述参量。所述运行参量f能够说明电池电流的走势、电池电压（端电压）的走势、电池温度的走势和荷电状态的走势。所述运行参量f在2至100 hz的快速时间光栅中被检测并且能够以未被压缩的和/或被压缩的形式定期地被传输给中央单元2。例如，时间序列能够以10分钟至数小时的间隔成块地被传输给中央单元2。
44.在所述中央单元2中，从所述运行参量f中能够生成两种运行特征或者在其他的实施方式中也能够已经在相应的机动车辆4中生成运行特征，所述运行特征涉及测评时间段。所述运行特征用于确定老化状态。这些运行特征分别在从几小时（例如六小时）到几周（例如一个月）的彼此先后相随的测评时间段内来查明。用于测评时间段的常见值为一周。
45.所述运行特征例如能够包括与测评时间段有关的特征和/或累积的特征和/或在整个到目前为止的使用寿命的范围内所查明的统计参量。尤其所述运行特征例如能够包括：温度、电池电压、电池电流的关于荷电状态变化曲线的直方图数据、尤其是关于在荷电状态上的电池温度分布、在温度上的充电电流分布和/或在温度上的放电电流分布的直方图数据、累积的总电荷（ah）、在充电过程中（尤其是对于以下充电过程来说，在所述充电过程中电荷增量在总电池容量的阈值份额（例如20%）之上）的平均容量增加、微分容量的最大值（dq/du：电荷变化除以电池电压的变化）等等。
46.在所述中央单元2中能够设置老化状态模型，该老化状态模型基于特性曲线、基于物理学或基于数据来建立。所述老化状态模型能够对运行特征点进行测评并且所述运行特征点能够查明车队的特定车辆的相应的电池的老化状态。
47.在图2中详细地示出了用于说明以下功能的方框图，所述功能在具有中央单元2和车队3的相应的车辆4的系统1中来执行。图3相应地示出了流程图，所述流程图用于描述一种在所述系统1的中央单元2执行的方法。图4示出了在机动车辆中、尤其在控制单元43中执行的方法的一部分。下面示范性地为车队3的机动车辆4对所述用于查明荷电状态的方法进行详细描述。
48.在步骤s1中，如之前所描述的那样，将所述电池41的运行参量f传送给中央单元2。此外，传输当前的、在相关的机动车辆4中所计算出的荷电状态soc
calc
。
49.在步骤s2中，将所述运行参量f概括为运行特征。随后在基于物理的或基于数据的老化状态模型51中对运行参量f和运行特征进行处理，以便获得当前的老化状态soh。
50.所述老化状态（soh：state of health）是用于说明最大剩余电池容量或最大剩余电池电荷的关键参量。所述老化状态能够被表示为容量保持率（capacity retention rate, soh-c）或内电阻的升高（soh-r）。所述容量保持率soh-c被表示为所测量的瞬时容量与充满电的电池的初始容量的比率。所述内电阻soh-r的相对变化随着电池的老化程度的增加而升高。所述老化状态能够相应地作为soh-c或soh-r来提供。
51.在步骤s3中，将所述电池41的如此建模的老化状态soh以及由特定的机动车辆4所接收的运行参量输送给参考-荷电状态模型52，该参考-荷电状态模型输出参考-荷电状态soc
ref
。所述参考-荷电状态模型52尤其在车辆外部在中央单元2中实施并且能够在车队数据的基础上来建立。所述参考-荷电状态模型52实现了电池电流、电池温度、当前在机动车辆4中所计算的荷电状态soc
calc
和老化状态soh到参考-荷电状态soc
ref
上的映射并且已经借助于车队数据来建立。
52.所述参考-荷电状态模型52尤其能够作为基于数据的模型来提供，所述基于数据的模型在车队数据的基础上或者由用于测量电池的试验台的测量数据来训练，。
53.所述老化状态模型51和所述参考-荷电状态模型52优选在中央单元2中实现。这具有的优点是，它们能够定期地或连续地、特别是在车队数据的基础上被更新。
54.在步骤s4中检查是否出现了所述参考-荷电状态soc
ref
与所述由相关的机动车辆4
传送的所计算出的荷电状态soc
calc
之间的偏差、尤其是大于预先给定的阈值的偏差。如果确定所述参考-荷电状态soc
ref
与所计算出的荷电状态soc
calc
之间的偏差（二选一：是），则在步骤s5中触发所述机动车辆中的校正，否则（二选一：否）跳回到步骤s1。
55.下面描述所述用于对机动车辆中的荷电状态的查明实施校正的方法。
56.为此在步骤s11中连续地运行所述机动车辆中的荷电状态模型，以便在所述机动车辆4中为后续的车辆功能提供当前的所计算出的荷电状态soc
calc
。同样将当前的运行参量f以及当前的所计算出的荷电状态soc
calc
传送给所述中央单元2。
57.所述荷电状态模型包括电池模型53和分配模型54。
58.在步骤s12中，所述电池模型53通过尤其基于特性场的建模从运行参量f、也就是当前的电池电流、当前的电池温度、当前的所计算出的荷电状态soc
calc
以及当前的老化状态soh中来查明所建模的空载电压u
ocv
，其中所述当前的老化状态能够在车辆内部或在车辆外部来查明、尤其能够由所述中央单元2来接收，并且其中所述所建模的空载电压u
ocv
能够相应于单体电池的空载电压u
ocv
或必要时相应于整个电池41的空载电压。
59.能够借助于校正块55来校正这种所建模的空转电压u
ocv
。在步骤s13中，在所述校正块55中检查是否应该实施校正。这能够根据触发信号tr由中央单元2用信号通知，特别是如果所述参考-荷电状态soc
ref
与所述通过荷电状态模型所查明的所计算出的荷电状态soc
calc
之间的偏差已经在之前或者在预先给定的过去的时段之内被识别，则由中央单元2用信号通知。如果要实施校正（二选一：是），则以步骤s14继续该方法。否则（二选一：否），则跳回到步骤s11。
60.在步骤s14中检查，是否存在所述电池的稳定状态。这能够通过对于电池电流的监控来识别。如果所述电池电流为0a（二选一：是），则在步骤s15中在所述电池41上进行空载电压u
mess
的测量。否则（二选一：否），以步骤s17继续所述方法。
61.如结合图5（所述电池电流的关于时间的变化曲线的图示）所示，在步骤s15中，在机动车辆4不运动的时刻进行所述空载电压u
mess
的测量。为此，在待机时间的期间，能够在例如1小时的可应用的时间之后（时刻t1）（松弛已结束）唤醒所述控制器并且借助于传感装置45进行所述空载电压u
mess
的测量。在本发明的另一种有利的设计方案中，也能够在大于上述可应用的时刻、即紧挨着在机动车辆4起动之前（时刻t2）进行所述测量。在这里，能够优选在车辆的车门被解锁时而不是仅仅在机动车辆4起动时就已经进行测量，以用于确保所述电池确定地既没有被功率电子装置也没有被通过车载电网的附加负载所增加负荷。
62.在步骤s16中，所述校正模型55根据所测量的空载电压u
mess
和所建模的空载电压u
ocv
来确定校正-特性曲线。所述校正-特性曲线将当前的所计算出的荷电状态soc
calc
映射到校正值k上。
63.在步骤s17中，向所计算出的荷电状态soc
calc
加载校正参量k，该校正参量已经从最后所查明的校正-特性曲线中根据当前的荷电状态soc
calc
得出。所述校正参量k在示出的实施方式中用于在加法块56中对所建模的空载电压u
ocv
进行相加的加载。同样也能够考虑用校正参量、像比如以相乘的方式对所建模的空载电压u
ocv
进行加载的作为替代方案的可行方案。
64.在步骤s18中，从经过校正的空载电压u
korr
中借助于所提供的分配模型54根据所述经过校正的空载电压u
korr
、所述老化状态soh和所述电池温度t来计算当前的所计算出的
荷电状态soc
calc
。这种所计算出的荷电状态soc
calc
供后续的车辆功能所用。
65.所述校正块55中的校正模型尤其根据所计算出的荷电状态soc
calc
来输出校正参量k，其中k关于所计算出的荷电状态具有连续的并且能微分的变化曲线并且尤其在所建模的荷电状态为100%时具有以下数值，所述数值不改变并且尤其不提高来自电池模型53的所建模的空载电压u
ocv
，以便不提供所述空载电压u
ocv
的、比该空载电压的物理上最大可能的数值要大的数值。
66.在图6a和6b中例如示出了取决于所计算出的荷电状态soc
calc
的、用于校正值k的变化曲线。在图6a中可以看出所述校正参量k的线性的变化曲线并且在图6b中可以看出所述校正参量k的非线性的变化曲线。所述校正参量k相应于空载电压差，该空载电压差从校正-特性曲线中确定并且相应地被加到所建模的空载电压u
ocv
上。
67.所述校正-特性曲线相应于能参数化的函数，该函数朝100%的所建模的荷电状态的方向趋向于零，以便因此不将最大的空载电压提高到超过物理上最大可能的数值。就图6a的校正-特性曲线而言，在所计算出的荷电状态低于100%时，将所述校正-特性曲线确定为线性曲线，该线性曲线在所计算出的荷电状态为100%时输出为0的空载电压差，并且对于所计算出的荷电状态的当前值来输出空载电压差的数值，该数值相应于所测量的空载电压u
mess
与所建模的空载电压u
ocv
的差。如此查明的校正-特性曲线现在用于校正所建模的空载电压，直至在所述参考-荷电状态与在机动车辆4中所计算出的荷电状态soc之间出现另外的偏差。
68.如在图6b中所示，在非线性的情况下，以已知的函数关系类似地进行所述方法。原则上，所述特性曲线走向能自由地选择，只要其是连续的且能微分并且在荷电状态值为100%时具有以下数值，该数值不改变所建模的空载电压u
ocv
。
69.当前所示出的特性曲线走向示出了偏移校正值。对于有待相乘地加载的校正参量来说，该校正参量在所计算出的荷电状态为100%时相应于1的因数。