提供用于电池的维护和服务目的的信息的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于提供用于电池的维护和服务目的信息的方法，电池包括多个电池单元和一个控制系统，其中获取和量化电池单元的使用数据并且形成直方图，直方图具有出现各个量化的使用数据的确定的值的频率值或由此导出的值，方法具有以下步骤：a)在行驶周期上创建直方图；b)从非易失性的存储器加载存在的直方图；c)以所创建的直方图的数据更新存在的直方图；d)分别确定用于所更新的直方图的频率值(6)的经减小的值(16、26)和偏差值；e)在非易失性的存储器中存储更新的直方图。此外提出一种数据结构、计算机程序和电池管理系统，其设置用于实施方法；此外还提出一种电池和机动车，机动车的驱动系统与这样的电池连接。
【专利说明】提供用于电池的维护和服务目的的信息的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于提供用于电池的维护和服务目的信息的方法，所述电池包括多个电池单元和至少一个控制装置，其中获取和量化所述电池单元的使用数据并且形成直方图，所述直方图具有出现各个量化的使用数据的确定的值的频率值或由此导出的值。
[0002]此外提出一种数据结构、计算机程序和电池管理系统，它们设立用于实施所述方法。此外还提出一种电池和具有这样的电池的机动车。
【背景技术】
[0003]电子控制装置在汽车领域中当今越来越多地得到应用，为此的例子是发动机控制装置和用于防抱死系统和安全气囊的控制装置。对于电驱动车辆，当今的研究重点是具有所属的电池管理系统、也就是控制装置的性能卓越的电池组的研发，所述控制装置设有用于监控电池功能的软件。电池管理系统此外确保了采用的电池单池和电池组的安全和可靠的功能。电池管理系统监控和控制用于单个单池和/或整个电池组的电流、电压、温度、绝缘电阻以及另外的变量。借助于这些变量能够实现管理功能，所述管理功能提高电池系统的寿命、可靠性和安全性。
[0004]文献DE102010031337A1示出了一种用于确定电池单池的预期寿命的方法。在此确定物理变量和/或对于多个运行周期在电池单池中发生的过程的实施的数量，并且存储出现物理变量的确定的值的频率和/或实施至少一个确定的过程的数量的频率。由此此外能够提早识别、阻止单池故障并且获得关于电池单池的预期寿命的准确的认识。
【发明内容】
[0005]根据一个方面，按照本发明用于提供用于电池的维护和服务目的信息的方法，所述电池包括多个电池单元和一个控制系统，其中获取和量化所述电池单元的使用数据并且形成直方图，所述直方图具有出现各个量化的使用数据的确定的值的频率值或由此导出的值，所述方法具有以下步骤:
[0006]a)在行驶周期上创建直方图；
[0007]b)从非易失性的存储器加载存在的直方图；
[0008]c)以所创建的直方图的数据更新所述存在的直方图；
[0009]d)分别确定用于所更新的直方图的频率值的经减小的值和偏差值；
[0010]e)在所述非易失性的存储器中存储所更新的直方图。
[0011]减小待存储的直方图值的分辨率，例如从每条23位减小到每条16位。为了即便如此也能够管理32位的数量级的数值，在该例子中对于16位之上的数值使用偏差。偏差与216相乘加上存储的16位数值产生直方图条目。
[0012]有利地，在按照本发明的方法中使用关于电池的使用的历史，该历史不仅在保修要求的范围中而且为了分析处理电池的使用例如为了确定电池单元的预期寿命或健康状态(SOH)被读取并且考虑。在此形成直方图，其中所述直方图具有可分别给各个量化的使用数据的数量的相应的量化的使用数据的获取或由此导出的值。直方图特别有利地适用于确定电池单元的寿命和健康和老化状态。通过用于行驶周期的计数器的使用此外可以推断每个行驶周期电池单元的平均使用。由此直方图给出了关于电池在迄今的寿命期间使用的总体概览。而且在保修要求的范围中可以从涉及的控制装置的非易失性存储器读取直方图并且将其考虑用于电池使用的分析处理。
[0013]可以称为导出的值的例如是获取使用数据的相对频率、系统偏移或加权，它们适合放大所获取的使用数据的说服力或比较力。
[0014]称为获取的使用数据的量化的是限定结点，所述结点分别是间隔的边界，并且给获取的使用数据对应所述间隔。例如可以限定在_40°C与+80°C之间的温度范围并且将其分为10°C、5°C、2°C、rC的间隔。在间隔的大小的数量中一方面考虑直方图占用的存储器而另一方面考虑如此量化的获取的使用数据的说服力。
[0015]根据每个行驶周期实现直方图的更新。直方图由此包括出现最后行驶周期和之前行驶周期的各个量化的使用数据的确定的值的频率值。触发行驶周期的开始和结束的事件可以是例如充电脉冲，电池由“驱动”(Drive)向“充电”(Charge)的状态转换、信号“充电有效”的分析处理或者端子15、也就是点火正极的状态转换的分析处理。同样触发行驶周期的开始和结束的事件可以通过所谓的电池平衡的探测限定。行驶周期可以例如如此限定，以使得行驶周期共同地包括或不包括一个紧接着的充电过程。
[0016]在行驶周期期间优选在控制装置的易失性的存储器中创建当前直方图。在该行驶周期之后将当前直方图与存在的直方图组合为更新的直方图并且存储在控制装置的非易失性的存储器中。这样的非易失性的存储器是例如所谓的EEPR0M，也就是电可擦只读存储器。
[0017]根据一个优选实施形式，电池单元的使用数据的获取率具有在6/秒和6/小时之间的限定的值，优选在I/秒与I/分钟之间，特别优选地在6/分钟或I/分钟。根据限定的时间间隔例如将单池的当前温度和当前电压在直方图中记录。对于如温度和SOC的测量值另外的优选的采样率可以在I/分钟与6/小时之间、特别是在大约I/分钟。对于电压，优选存储经滤波的数值，例如在一个限定的时间段上的平均值，其中优选的时间段同样未大约I分钟。电池单元的相应的使用数据的获取率优选位于在一个范围中，该范围支持车载诊断(OBD)。
[0018]电池的使用数据包括例如温度、充电状态、输出的电流或提供的电压。同样使用数据可以包括由此导出的变量，例如在时间上求和的或集成的变量、相互相乘或其他合计的变量，例如还有在适合的可量化的单元中电池的所谓的健康状态(SOH)。此外在使用数据中可以包括在最小与最大状态之间的差值，例如充电状态、相对的电池功率或实施充电和放电周期的数量。
[0019]该提出的方法可以特别是在锂离子电池和镍氢电池上得以应用。优选地在多个并且特别是在基本上同时运行的所有电池单池或多个电池上得以应用。
[0020]通过下文采取的措施实现了所提出的方法的有利的改进和改善。
[0021]根据一个优选的实施形式，该方法包括另外的步骤在于:f)检查是否所述经减小的值和/或偏差值在步骤c)中更新时已经变化。在此优选在步骤e)之前执行步骤f)。
[0022]根据一个特别优选的实施形式设定，如果至少一个经减小的值已经变化，那么存储所述经减小的值。假如设有直方图条目的单个寻址并且是可能的，也就是说假如对于单个量化的使用数据或对于对应的直方图的存储地址是已知的，那么优选仅仅存储这样的经减小的值，即其值在步骤f)中更新时已经改变。
[0023]此外优选地设定，如果至少一个偏差值已经变化，那么存储所述偏差值。假如设有量化的使用数据的单个寻址，那么优选仅仅存储这样的偏差值，即其值在步骤c)中更新时已经改变。
[0024]根据另一优选的实施形式设定，根据所述电池单元的预期的使用确定用于所述各个量化的使用数据的不同的值的所述经减小的值的值域。特别优选地，固定地预定用于经减小的值和偏差值的值域的和的值域并且单独地对于各个量化的使用数据相对于经减小的值的值域的部分确定偏差值的值域的部分。
[0025]此外经减小的值的值域优选如此确定，即在电池的平均使用中偏差值基本上在各个量化的使用数据的值上相同分布地变化。
[0026]按照本发明此外提出一种具有至少一个直方图的数据结构，所述直方图具有出现量化的使用数据的确定的值的频率值或由此导出的值；其中所述频率值具有经减小的值和偏差值。在实施上述方法时创建所述数据结构并且由计算机装置读取用于更新存在的直方图或者用于提供用于电池的维护和服务目的的在数据结构中储存的信息。
[0027]按照本发明还提出一种计算机程序，当所述计算机程序在可编程的计算机单元上执行时实施在此所述的方法之一。该计算机程序可以是例如一种模块，用于实现用于提供或用于读取电池单元的维护和服务目的的信息的装置，和/或可以是一种模块，用于实现车辆的电池管理系统。计算机程序可以在一个机器可读的存储介质上存储，例如在一个永久的或可再写入的存储介质或与计算机装置的映射中，例如在一个可携带的存储器、例如⑶-ROM、DVD、USB存储棒或存储卡上。对此附加或备选地可以将计算机程序在一个计算机装置例如在服务器或云服务器上提供用于下载，例如通过数据网络，例如以太网，或者通信连接，例如电话线或无线连接。
[0028]按照本发明还提供一种电池管理系统(BMS)，包括:用于获取和量化电池单元的使用数据的单元；用于创建直方图的单元，其中所述直方图具有出现各个量化的使用数据的确定的值的频率值或由此导出的值；用于从非易失性的存储器加载存在的直方图的单元；用于以所创建的直方图的数据更新存在的直方图的单元；用于确定用于所更新的直方图的频率值的经减小的值和偏差值的单元；以及用于在所述非易失性的存储器中存储所述更新的直方图的单元。
[0029]按照本发明此外提供一种电池，特别是锂离子电池或镍氢电池，所述电池包括电池管理系统并且与机动车的驱动系统可连接，其中该电池管理系统如之前所述地构成和/或设立用以执行按照本发明的方法。
[0030]术语“电池”和“电池单元”在本说明中与通常的语言应用匹配地用于蓄电池或蓄电池单元。该电池优选包括一个或多个电池单元，它们可以包括电池单池、电池模块、模块支路或电池组。各电池单池在此优选在空间上组合并且通过电路技术相互连接，例如串联或并联连接为模块。多个模块可以形成所谓的电池直流转换器(BDI)并且多个电池直流转换器形成一个电池直流逆变器(BDI)。
[0031 ] 按照本发明此外提供一种具有这样的电池的机动车，其中所述电池与机动车的驱动系统连接。优选地该方法应用在电驱动车辆中，其中实现了多个电池单池的共同连接用以提供需要的驱动电压。
[0032]通过按照本发明的措施可以减少写入到非易失性的存储器的数量。特别有利的是，每个行驶周期不必须存储完全的直方图，而是仅仅减小的直方图区域。仅仅在需要时存储偏差值，也就是说如果该偏差值不变化。因为在每个行驶周期之后在步骤中必须仅仅存储减少的数据量，所有该非易失性的存储器经受降低的负荷。通过更少的数据流量平均更不经常地写入存储器并且该存储器实现更高的寿命。由此可以大量行驶周期的情况下执行大量直方图更新，这潜在地正面地影响控制装置的寿命。
[0033]特别有利地，存储方法无损耗地发生作用，也就是说可以准确地再建每个直方图条目。
[0034]有利地由该方法用于均匀地损耗非易失性的存储器的方法也可以获利。在EEPROM的应用中所谓的损耗平衡用于均匀分布的写入该存储器，以便平均最小化存储区域的损耗。
[0035]另一优点通过系统的可度量性产生。获取的测量变量的数量，也就是直方图的尺寸可以任意地扩展。因此也可以使用大尺寸的直方图，其例如提供对于此的信息，即在限定的充电状态、限定的温度和限定的电流的确定的组合的情况下多长地使用电池。该方法此外可以并行地在不同的独立的直方图上应用。
[0036]因为直方图值在实践中不是相同地分布地在值域上存在，此外可以在量化的使用数据的值域上通过对偏差的可变的选择来进一步减少写入访问的数量。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]在附图中示出了本发明的实施例并且在以下描述中对其进一步阐明。
[0038]附图中:
[0039]图1示出了用于二维直方图的更新的例子；
[0040]图2示出了用于一维直方图的例子；
[0041]图3示出了根据本发明的第一实施例的减少的直方图；
[0042]图4示出了在一个行驶周期之后的图3中的减少的直方图；
[0043]图5示出了在另一行驶周期之后的图4中的减少的直方图；
[0044]图6示出了用于一个可变的偏差值域的例子；以及
[0045]图7示出了根据本发明的另一实施例的减少的直方图。
【具体实施方式】
[0046]对于按照本发明的方法和系统优选限定以下参数:
[0047]用于直方图条目的完全值域:直方图条目通过绝对的边界限制，例如通过16位(0-65535)。
[0048]减小的值域:减小的值域小于用于直方图条目的完整的值域并且连同所属的偏差值域累加为直方图条目的完整的值域。例如减小的值域的大小为8位(0-255)。
[0049]偏差值域:偏差值域形成完整的值域与减小的值域的差。为了在例子中覆盖16位的完整的值域，有待管理的偏差必须具有8位的值域，因为减小的值域的大小为8位，并且8位偏差值域加上8位减小的值域的和产生16位。
[0050]偏差表:在偏差表中存储用于各个直方图条目的偏差值。根据偏差表可以给量化的使用数据中的每个对应一个偏差值，该偏差值用于计算频率值。
[0051]偏差变量表:在一个偏差变量表中可以存储用于量化的使用数据的各个间隔的不同的偏差变量。偏差变量表优选在开始、也就是例如在初始化阶段期间被限定并且在控制装置的寿命期间不再改变。例如一个直方图可以具有三个条目:H1、H2、H3。假如例如H2经常变化而Hl和H3很少变化，那么偏差表可以提供用于Hl的例如8位，用于H2的6位和用于H3的8位。减小的值域那么分别为8位用于HlUO位用于H2以及8位用于H3。总地来说，用于所有直方图条目的值域的大小为16位(Hl:8位+8位，H2:6位+10位，H3:8位+8位)。
[0052]溢出:根据减小的值域确定，何时发生直方图的溢出。如果在条目之一中超过了减小的值域，那么将该直方图条目设置为O并且将例如在偏差表中的对应的偏差条目提高I。
[0053]图1示出了在一个更新步骤之前和之后的二维直方图2，该更新步骤在此例如表示为箭头10。在创建直方图2中以限定的获取率确定温度和电压并且将相应的直方图条目或频率值6提高I。在例子中以测量9的频率提高“20° /3.5伏特”表示更新步骤10。从直方图2例如清晰可见的是，电池在20°C和3.5伏特电压的情况下在更新步骤10之后在8此测量的情况下被驱动，或者电池在O V时没有被驱动。直方图2在本发明的范围中也称为使用直方图。
[0054]在示出的例子中，温度从-10°C至+50°C的整个间隔4被分为5个单个间隔4_1、4-2、".4-5，其中单个间隔4-1、4-2、…4_5在此例如具有10°C的间隔宽度。给出的温度值8可以例如涉及通过间隔边界给出的值的平均值，或者涉及左边或右边边界的值。
[0055]在示出的例子中此外示出了整个间隔5，其在此例如包括从3.3伏特至3.6伏特的电压值7，分为四个单个间隔5-1、5-2、…5-4，其中单个间隔5-1、5-2、…5_4在此具有例如0.1V的间隔宽度。给出的电压值7同样可以涉及通过间隔边界给出的值的平均值，或者涉及左边或右边边界的值。
[0056]图2示出了用于一维直方图12的一个例子，该直方图包括从_20°C至70°C的以每
10。的10个间隔的温度值8。直方图12相应地包括10个频率值6-1、6-2、…6-10。频率值6位于在例如16位也就是0-65535的完整的值域内。图2示出了一个典型的直方图，其根据电池的多个运行周期产生，该电池在基本上相似的条件下、也就是在类似的温度的这样的情况下被运行。该电池在单个的范围中、在此例如在10°C与40°C之间、特别是在20°C与30°C之间并且更特别是在20°C被使用，从而在该范围中存在高的频率值6-4、6-5、6-6、6-7。边缘区域、例如在_20°C与0°C之间或在50°C之上具有仅仅非常小的频率值6。频率值6在温度值8上没有相同地分布。
[0057]图3示出了具有减小的频率值16的减小的直方图13，其中减小的值域在此例如对于所有温度值设置为8位。属于在图3中示出的减小的直方图13的是以下偏差表:
[0058]
【权利要求】
1.一种用于提供用于电池的维护和服务目的的信息的方法，所述电池包括多个电池单元和一个控制系统，其中获取和量化所述电池单元的使用数据并且形成直方图(2、12)，所述直方图具有出现各个量化的使用数据的确定的值(7、8)的频率值(6)或由此导出的值，所述方法具有以下步骤: a)在行驶周期上创建直方图(2、12)； b)从非易失性的存储器加载存在的直方图； c)以所创建的直方图的数据更新所述存在的直方图； d)分别确定用于所更新的直方图的频率值(6)的经减小的值 (16,26)和偏差值； e)在所述非易失性的存储器中存储所述所更新的直方图。
2.根据权利要求1所述的方法，具有另外的步骤在于: f)检查是否所述经减小的值(16、26)和/或偏差值在步骤c)中的更新时已经变化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤e)之前执行步骤f);并且其中如果至少一个经减小的值(16、26)已经变化，那么存储所述经减小的值(16、26);并且其中如果至少一个偏差值已经变化，那么存储所述偏差值。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在偏差表中提供所述偏差值。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，根据所述电池单元的预期的使用确定用于所述各个量化的使用数据的不同的值(7、8)的经减小的值(16、26)的值域(20、22)。
6.一种具有至少一个直方图的数据结构，所述直方图具有出现量化的使用数据的确定的值(7、8)的频率值(6)或由此导出的值；其中，如果由计算机装置读取所述数据结构，则所述频率值(6)具有经减小的值(16)和偏差值；其中在实施根据权利要求1至5之一所述的方法时创建所述数据结构。
7.计算机程序，用于当所述计算机程序在可编程的计算机单元上执行时实施根据权利要求I至5之一所述的方法。
8.电池管理系统,包括: 用于获取和量化电池单元的使用数据的单元； 用于创建直方图(2、12)的单元，其中所述直方图(2、12)具有出现各个量化的使用数据的确定的值(7、8)的频率值(6)或由此导出的值； 用于以所创建的直方图的数据更新存在的直方图的单元； 用于确定用于所更新的直方图的频率值(6)的经减小的值(16、26)和偏差值的单元；以及 用于在所述非易失性的存储器中存储所述所更新的直方图的单元。
9.电池，所述电池包括多个电池单池和根据权利要求8所述的电池管理系统，并且所述电池与机动车的驱动系统可连接。
10.机动车，具有根据权利要求9的电池，其中所述电池与机动车的驱动系统连接。
【文档编号】H01M10/42GK104182025SQ201410217046
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2013年5月22日
【发明者】C·布罗夏奥斯, J·贝克尔 申请人:罗伯特·博世有限公司, 三星Sdi株式会社