用于估计电池单体的内阻的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于估计电池单体的内阻的方法和设备。

背景技术：

1、电池单体随着时间的推移老化，这对性能产生负面影响。老化尤其表现为电池单体的内阻的升高和电容量的降低。电池单体的老化可通过追查内阻来跟踪。不过，内阻无法直接测量，而是只能通过电池单体处的电压和流经电池单体的电流来估计。然而，不同的影响可使这种估计变得困难：测量噪音、在充电和放电时内阻的不均衡、电池单体的rc环节式的行为，以及通常在建模时使用的等效电路模型不能完美反映电池单体中的电化学过程这一事实。

技术实现思路

1、本发明基于以下任务：创造一种用于估计电池单体的内阻的方法和设备，利用所述方法和设备可以可靠地估计电池单体的内阻。

2、根据本发明，所述任务通过具有专利权利要求1的特征的方法和具有专利权利要求7的特征的设备来解决。本发明的有利设计方案由从属权利要求得到。

3、尤其是，提供一种用于估计电池单体的内阻的方法，所述方法包括以下措施：检测电池单体处的电压；检测电池单体处的电流；通过借助滤波器对检测的电压求微分来确定检测的电压微分部；由检测的电流和当前的内阻估计值通过借助滤波器求微分来确定建模的电压微分部；由检测的电压微分部和建模的电压微分部来确定校正系数；并且由所确定的校正系数和前一个当前的内阻估计值来估计出新的当前的内阻估计值；将新的当前的内阻估计值提供作为电池单体的估计的内阻。

4、此外，还尤其是创造了一种用于估计电池单体的内阻的设备，所述设备包括：接口，所述接口被设立成用于接收在电池单体处检测的电压和在电池单体处检测的电流；以及控制装置，其中，所述控制装置被设立成用于通过借助滤波器对检测的电压求微分来确定检测的电压微分部；由检测的电流和当前的内阻估计值通过借助滤波器求微分来确定建模的电压微分部；由检测的电压微分部和建模的电压微分部来确定校正系数；并且由所确定的校正系数和前一个当前的内阻估计值来估计出新的当前的内阻估计值；并且将新的当前的内阻估计值提供作为电池单体的估计的内阻。

5、所述方法和所述设备可实现：对电池单体的内阻进行训练，尤其是从参考值开始。训练尤其以微分确定的内阻为基础进行，即内阻尤其作为微分内阻来确定。参考值在此最初尤其是相应于电池单体的标称内阻。尤其是，参考值被设定为第一当前的内阻估计值，且然后通过所述方法的措施利用每次实时迭代更新为新的当前的内阻估计值。更新在此如下地执行：由检测的电流和当前的内阻估计值估计出建模的电压。借助(进行微分的)滤波器由检测的电压和建模的电压通过求微分分别形成微分部。这基于如下构思，即，正是当电压(或电流)发生变化时，内阻可以被特别好地确定和训练。由微分部相对彼此的比值确定校正系数。由所确定的校正系数和(前一个)当前的内阻估计值，估计出新的当前的内阻估计值。新的当前的内阻估计值作为电池单体的估计的内阻来提供，尤其是以模拟或数字信号的形式提供。

6、所述方法和设备的优点是：可以可靠地确定电池单体的内阻。进行微分的滤波器的使用可实现：不仅确定微分部，而且减少测量噪音。

7、所述方法尤其是反复执行，以便尤其是持续获得当前的内阻估计值并且以这种方式能够通过估计的内阻领会电池单体的老化。

8、电压和电流尤其是借助为此设立的传感器来检测。传感器也可以是设备的一部分。

9、所述设备的部分、尤其是控制装置可以单个地构造，或者可以联合地构造为硬件和软件的组合，例如构造为在微控制器或微处理器上执行的程序代码。不过，也可以设置成，所述部分单个地构造或联合地构造为专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)。

10、下面根据公式对所述方法的一部分进行阐明。在此假定：电流或负载的变化导致检测的电压的变化，检测的电压的变化与电池单体的内阻r0成正比。内阻可借助以下针对微分电阻rdiff的公式确定：

11、

12、其中，du为电压微分部，而di为电流微分部。

13、借助进行微分的滤波器filter(·)，由检测的电压u和检测的电流i确定检测的电压微分部和建模的电压微分部：

14、duerfasst＝filter(u)

15、dumodell＝filter(i·r0)

16、如果在电流中发生跃变，则必须适用以下：

17、duerfasst＝dumodell

18、然后可以由电压微分部之比来确定校正系数αk：

19、

20、在此，尤其是电池单体的标称内阻，该标称内阻被当作参考值，即尤其是电池单体在交付时所表明的内阻，而则是电池单体的实际内阻。该实际内阻尤其是借助上述公式估计并提供作为当前的内阻估计值。

21、在理想前提下，对于每次后续迭代都可以通过以下来获得新的校正系数f。

22、fk+1＝αkfk

23、以这种方式，对于每次迭代步骤都能由检测的电压和检测的电流估计出当前的内阻估计值。

24、在一个实施方式中设置成，所述滤波器设计为具有有限脉冲响应的非对称的滤波器。所述滤波器特别适用于不仅可以实现微分而且可以实现降噪。降噪尤其是通过一个或多个滤波器的低通特性来实现。具有有限脉冲响应的非对称的滤波器在此尤其是如此设计，使得该滤波器对于低的频率进行微分并且降低噪音(低通特性)。

25、在一个实施方式中设置成，在确定校正系数时，借助至少一个估计滤波器对所述校正系数进行估计。由此，可以减少短期波动。尤其是，所述至少一个估计滤波器具有随时间的平滑效果。

26、在一个改进的实施方式中设置成，所述至少一个估计滤波器构造为卡尔曼滤波器。优点是：除了估计的结果之外，卡尔曼滤波器还能附加地提供估计的结果的置信度，从而能附加地提供关于电池单体的估计的内阻的可靠性的结论。

27、在一个实施方式中设置成，将电压微分部之中的至少一个电压微分部与预设的阈值进行比较，其中，当电压微分部之一的值达到或超过预设的阈值时，则触发用于确定估计的内阻的措施。这具有以下优点：用于确定新的当前的内阻的措施尤其是(仅)在为了训练电池单体的内阻而存在理想条件时才执行，即在存在引起良好的信噪比的大的电压和/或电流变化时才执行。例如，可以根据经验和/或通过模拟求取合适的阈值。

28、在一个实施方式中设置成，区分功率流动方向，其中，为此确定电流方向并且根据所确定的电流方向确定充电内阻估计值和/或放电内阻估计值，并且将所述充电内阻估计值和/或放电内阻估计值作为与功率流动方向有关的电池单体的内阻提供。由此可以根据功率流动来确定内阻。该做法对于这两种情况基本上类似于上述做法。不过，尤其是设置成，为每个功率流动方向(充电/放电)确定一个自身的当前的内阻估计值。尤其是确定功率流动的方向，尤其是依据电流方向(在相应的电压下)来确定功率流动的方向。由此，即使当发生电流的符号变化时，也可以训练一个或多个校正系数。例如，如果在极性恒定的电压下发生电流从-100a到50a的跃变，则该跃变的前三分之二可配属给负功率流动方向(如充电)，而后三分之一可配属给正功率流动方向(如放电)。信号跃变的前三分之二则用于估计在负功率流动情况下的内阻，后三分之一则用于估计在正功率流动情况下的内阻。例如，为此可以相应局部地评估具有有限脉冲响应的非对称的滤波器的各个值。为此，具有有限脉冲响应的非对称的滤波器在时间上尤其布置在信号跃变的中间上。由于系数在非对称的滤波器的第一部分中为负，而在滤波器的第二部分中为正(或反之亦然)，因此相应的部分可以用于确定在功率流动变换的情况下在信号跃变之前和之后电流值的滑动平均值。通过滑动平均值可以降低信号噪声，从而可以改善信噪比。

29、从对方法的设计方案的描述得到关于设备的设计方案的其他特征。所述设备的优点在此分别与所述方法的设计方案中相同。

30、此外，还尤其是提出了一种运输工具，该运输工具包括至少一个根据所描述的实施方式之一的设备。运输工具尤其是机动车。但原则上，运输工具也可以是其他陆地、轨道、水上、空中或太空交通工具。但原则上，所述方法和设备也可在其他移动或固定装置中使用。