电动车辆的最大真实里程的评估的制作方法

1.本发明涉及电动车辆的领域。
2.更确切地说，本发明旨在估计当前在电动车辆中使用的例如锂离子类型等可再充电电化学电池的组合件的健康状态。此健康状态与此车辆的最大真实里程直接相关。
3.本发明涉及用于确定电动车辆的最大真实里程的方法，既定实施此些方法的计算机程序、存储此些计算机程序的数据存储装置，和包括此些数据存储装置的处理电路。


背景技术：

4.正如任何电池，电动车辆电池(或用于任何其它用途的电池)的最小元件称为胞元。锂离子技术的此元件的常见电压通常在2.5v和3.4v之间，平均放电处于约3v。此量值与能量可被返回所处的功率(以瓦表达)相关。随着从胞元提取的功率增加，平均胞元电压的值下降。电容量也是一个基本量值。此量以安培时表达；其是每单位时间可提取的电流的量。能量的量(以瓦时测得)是所述容量和完整或部分放电期间的可返回电压的乘积，且因此其本质上设定关于电池系统的范围(例如，电动车辆(ev)的里程)的条件。
5.考虑电动车辆领域，数百个这些胞元以复杂的方式(封装)组装以便为电马达提供足够的功率来移动汽车(串联组装)且为ev保证可接受的里程(并联组装)。
6.电化学能量储存系统的性能随着其使用(称为循环老化)乃至在不使用的情况下(称为日历老化)自然地缩减。对于ev，循环老化和日历老化例如取决于所使用的电池、ev使用率、气候、车库的位置，乃至对其温度具有影响的车辆的颜色。这些事实导致限定称为“健康状态”(简称为soh)的变量。无单位量定义为真实电能与标称电能的比率。
7.因此，对于新系统，真实电能等效于标称能量。soh为100％。对于电动车辆，此渐进损失的结果是里程(可平均地预测)的渐进且不可控的损失。当里程变为驾驶者不可接受的(对于renault zo
é
，75％soh)时，将新电池安装于车辆上且提交旧电池以进行各种形式的再循环(拆解、回收零件，且接着燃烧和回收金属)。
8.电动车辆的里程是车队的此细分市场的开发中的主要因素。此特性是车辆为新且对应于标准时清楚地识别的市场营销因素。当前在欧洲施行的标准为wltp标准。
9.自从10多年前使用锂离子技术的电动车辆的市场引入(renaultzo
é
，2012；来自mitsubishi的imiev，2009；乃至其它型号)，已经自然地形成二手市场。用户对里程的唯一参考点对应于具有里程的显示。信息面板上可用的此信息存在问题，因为：
[0010]-里程显示直接取决于驾驶者的驾驶习惯(例如，加速、制动、预判、弯曲或直线道路、坡度、速度、有效负载重量、空气调节的使用、汽车无线电设备、供暖、轮胎)，可在供应商之间以及购买方之间明显不同；以及
[0011]-此里程基于由汽车制造商建立的计算算法，所述计算算法在制造商之间变化且可能随着使用寿命而变动。此变动由不可能使驱动电池完全放电来解释(限制循环窗口提供可完成的循环的数目的显著改进)。
[0012]
因此，真正的进步将允许尤其电动车辆的驾驶者(以及二手汽车专业人士、车库和
维修中心)知晓车辆的里程且能够依据共同标准(例如，wltp标准)将所述里程与无论任何型号的其它车辆进行比较。
[0013]
为了确保胞元或组合件的健康状态，唯一可靠的测量是，将系统充电达到高电压限制(100％充电)，然后使系统放电直至达到低电压限制(0％充电)。此测试最终递送的能量(或容量)用以确定soh。这些电池的寿命与循环范围(或循环窗口)很大程度上相关。
[0014]
为了增加寿命，减小循环窗口(例如，80％和20％之间)。在此实例中，60％的能量被使用，但老化(特定来说，日历)仍适用于整个电池。因此，需要考虑这一点。最后，使用概况不允许单调地将车辆放电，即使在操作范围内也是如此，这是因为：
[0015]-用户通常直至放电限制(空)才使用车辆；以及
[0016]-制动期间的能量回收对电池再充电且防止执行单调放电协议。
[0017]
里程可由制造商确定。然而，用于确定里程的方法需要进行完整的充电和道路测试的专业技术人员的参与。出于此原因，所述方法涉及系泊车辆一天或多天，且是用户必须予以支付的服务的主题。


技术实现要素：

[0018]
本公开旨在改进这种情形。
[0019]
本发明的一方面涵盖一种用于确定装备有电池的电动车辆的最大真实里程的方法，所述电池具有形成电池的标称操作范围的一部分的循环范围内的可变充电状态，其中所述循环范围与电动车辆的操作范围相关联，
[0020]
所述方法包括：
[0021]
a)自电池的充电状态等于循环范围内的初始值起，获得指示电池的端子处的电压的第一量值；
[0022]
b)充电终端对电池的预定需求，在此期间，电池的充电状态在循环范围内从初始值变化到最终值；
[0023]
c)自电池的充电状态等于最终值起，获得指示电池的端子处的电压的第二量值，以及
[0024]
d)通过估计第二量值和第一量值之间的差确定(s6)车辆的最大真实里程。
[0025]
本发明的另一方面涵盖一种包括用于实施上文描述的方法的指令的计算机程序，其中此程序由处理器执行。
[0026]
本发明的另一方面涵盖一种在上面记录程序的计算机可读非易失性记录介质，所述程序用于在此程序由处理器执行时实施上文描述的方法。
[0027]
如图2所示的本发明的另一方面涵盖一种处理电路，其包括连接到上文描述的非易失性记录介质mem(200)的处理器proc(100)。此处理电路可例如包括用于与充电终端或与用于一个或多个充电终端的控制系统通信com(300)的接口。
[0028]
例如上文描述的方法的实施方案完全是电的，仅涉及电池从未知且任意的初始电量状态的部分充电和/或放电。不需要轮动阶段。
[0029]
因此，此实施方案尤其快速，而且也不需要任何先前充电或放电阶段来达到给定的初始电量状态。
[0030]
此外，车辆的使用阶段期间根据例如上文描述的方法确定车辆的最大真实里程是
精确的，因为其依赖于与完整或部分放电期间可返回的能量的量直接相关的所获得的量值。
[0031]
实际上，如上文所指示，能量的量是电池的容量与其端子处的电压的乘积。电池的容量的值接近恒定。所获得的第一和第二量值指示针对初始电量状态和最终电量状态的电池的端子处的电压。因此，所获得的第二量值与第一量值之间的差与这些不同电量状态之间可返回的能量的量的差大体上成比例。
[0032]
此外，如上文所指示，对于给定电量状态，电池的端子处的电压受日历老化和因电池循环导致的老化的组合的影响。以此方式，根据如上文所描述的方法确定车辆的最大真实里程同时考虑电池的老化的这两个方面。
[0033]
如上文所描述的方法的另一优点是，有可能在车辆每次连接到充电终端时重复此方法，而无需以此方式表示因循环导致的老化的重要原因。相比之下，实施涉及电池的完整充放电的已知确定过程无法在不显著影响电池寿命的情况下频繁地重复。
[0034]
随时间重复根据例如上文描述的方法确定车辆的最大真实里程可进一步随时间建立车辆的最大真实里程的进展的预报，以便估计或确定例如电池的预期更换日期。
[0035]
在一实施例中，电池的标称操作范围在标称下限和标称上限之间，循环范围在大体上等于标称上限的50％的电量状态值处居中，且循环范围形成电池的标称操作范围的50到80％。
[0036]
专门地在此循环范围中实施预定需求用以使电池的老化达到最小。
[0037]
在一实施例中：
[0038]
b1)预定需求为部分放电，在部分放电是由来自电动车辆的电池的电消耗所导致的情况下，其针对给定电量值遵循与车辆可能已行进的距离的估计值相关联的部分放电的预定时间电概况；以及
[0039]
d1)进一步基于距离估计值确定车辆的最大真实里程。
[0040]
举例来说，预定时间电概况可电学上考虑标准化消耗循环，例如wltp循环，其对应于一系列多种标准化加速和制动序列。以此方式，如此确定的车辆的最大真实里程表示根据里程标准(特定来说，wltp)标准化的汽车驾驶。
[0041]
在一实施例中：
[0042]
b2)预定需求为部分充电，在根据相对于部分充电的所述预定时间电概况反转的时间电概况的部分放电是由来自电动车辆的电池的电消耗所导致的情况下，其针对给定电量值遵循与车辆可能已行进的距离的估计值相关联的部分充电的预定时间电概况；以及d2)进一步基于距离估计值确定车辆的最大真实里程。
[0043]
以此方式，预定需求还可与标准化消耗循环关联，使得以此方式确定的车辆的最大实际里程还表示标准化汽车驾驶。
[0044]
此外，因为预定需求为部分充电，所以所确定的方法可并入于充电终端对车辆的电池的充电阶段中，而不需要额外时间。
[0045]
在一实施例中：
[0046]-充电终端能够递送交流电；
[0047]-部分充电的预定时间电概况呈直流电的形式；
[0048]-车辆包括具有ac/dc转换产率的ac/dc转换装置，其中ac/dc转换装置经布置以便
将由充电终端递送的交流电转换为递送到电池的直流电；以及
[0049]-通过基于部分充电的预定时间电概况和ac/dc转换产率驱动充电终端来进行部分充电。
[0050]
以此方式，确定方法可由充电终端实施，而无需ac/dc转换器。
[0051]
在一实施例中，所述方法进一步包括：
[0052]-在标准化电概况的数据库中选择标准化时间电概况，所述标准化时间电概况是基于校准任务期间记录的至少一个时间电概况而获得，且指示校准测试期间参考电池和参考电动车辆的电消耗，且其中：
[0053]-预定需求遵循选定的标准化时间电概况。
[0054]
在一实施例中，参考电动车辆是与电动车辆相同的型号，参考电动车辆装备有具有ac/dc转换产率的ac/dc转换装置，且基于参考电动车辆的ac/dc转换装置的ac/dc转换产率确定所得标准化时间电概况。
[0055]
以此方式，有可能基于例如车辆型号借助于最适当的时间电概况设定对电池的需求。
[0056]
在一实施例中，所得标准化时间电概况对应于根据所记录的时间电概况补偿放电的电池的电量。
[0057]
在一实施例中，所得标准化时间电概况相对于所记录的时间电概况加速。
[0058]
以此方式，可在较短时间内实施确定方法。通常，短于一小时(优选地，短于30分钟)的间隔内根据时间电概况的部分充电与充电终端为ev电池充电的时间兼容。
[0059]
如果所述间隔为大约几分钟，则所述确定方法可在充电终端对ev电池的充电开始时进一步进行以便例如设定充电的剩余部分的条件。
[0060]
举例来说，车辆的驾驶者可能希望立即拥有大于期望值(例如300km)的里程。基于车辆的最大真实里程，充电终端可评估为了实现此目标要达到的电池的电量状态。
[0061]
在一实施例中，针对根据不同时间电概况的电池需求重复a)、b)、c)和d)以便针对每一迭代基于所述迭代期间获得的第二量值与所述迭代期间获得的第一量值之间的差确定车辆的最大真实里程，且所述方法进一步包括：
[0062]-基于由每一迭代产生的确定优化地确定车辆的最大真实里程。
[0063]
实际上，虽然有可能基于电池的单个需求确定车辆的最大真实里程，但不同需求的排序或组合用以提供若干连续确定，其可经历用以优化确定的最终结果且使其不确定性最小化的统计处理。
[0064]
在一实施例中，所述方法进一步包括基于最大真实里程的确定调整车辆的操作范围。
[0065]
以此方式，例如有可能延长电池的寿命。
[0066]
在一实施例中，所述方法进一步包括当所确定的最大真实里程低于预定阈值时生成警告。
[0067]
以此方式，有可能告知驾驶者或供应商：预判到车辆的最大真实里程的退化，需要更换电池。
附图说明
[0068]
在阅读以下详细描述并且分析附图后，将明白其它特性、细节和优点，在附图上：
[0069]
图1
[0070]
图1是用于实践所提议方法的实施方案实例中的计算机程序的一般算法的序列图。
[0071]
图2
[0072]
图2示意性地展示用于实践所提议方法的实施方案实例中的处理电路的结构。
具体实施方式
[0073]
现参考图1，其展示用于实施所提议方法的示例实施例的计算机程序的示例一般算法。
[0074]
下文呈现的实施例用以根据wltp标准或任何其它标准通过考虑受控的充放电所引发的电池的电性质的变化确定任何电动车辆的真实总里程。
[0075]
此实施例依赖于电动车辆和配电网(称为v2g概念，代表“车辆到电网”)之间的电能的双向交换的将来可能性。
[0076]
可针对每一车辆型号事先实施校准calib(s1)至少一次以便填充数据库。
[0077]
校准的原理是在道路上或测力计上执行包括一个或多个消耗循环(例如，wltp循环)的任务，以及记录所述一个或多个循环期间对电池的需求的标准化电概况。所记录的标准化电需求概况可包括以下量值中的一个或多个：
[0078]-测试期间的电力作为时间的函数p(t)；
[0079]-测试期间的电流强度作为时间的函数i(t)；
[0080]-测试之前的电压u(开始测试)；
[0081]-测试之后的电压u(结束测试)；
[0082]
且可与测试期间覆盖的距离相关联。
[0083]
通过记录测试期间的电力作为时间的函数p(t)，可确定测试期间消耗的电能e
wltp
。
[0084]
通过记录测试期间的电流强度作为时间的函数i(t)，可确定测试期间消耗的容量c
wltp
。
[0085]
可通过经历wltp循环直至达到最小电量(确定电池的最大和最小操作电压)或通过在各种温度下执行测试(使用气候罩壳)来增强所述任务。
[0086]
当车辆在递送交流电(ac)的再充电终端处再充电时，电能转换成直流电(dc)以便能够对电池再充电。此转换系统提供低于100％的产率。
[0087]
此能量产率可定义为由电池储存的能量e
battery
与由终端递送的能量e
terminal
之间的比率e
battery
/e
terminal
。
[0088]
容量产率可定义为电池的容量c
battery
与终端的容量c
terminal
之间的比率c
battery
/c
terminal
。
[0089]
能量产率和或容量产率可事先确定以便检查车辆中的电池感知的电需求，且确认此感知的电需求确实对应于预期电需求。
[0090]
为此，通过应用概况(例如，wltp)在待校准的车辆型号上使用ac端子。测量ac端子
电出口端特性以及电池的入口端电特性。以此方式，校准电动车辆的ac/dc转换器。
[0091]
现考虑用户的电动车辆。电动车辆连接到递送直流电或交流电的充电终端。电动车辆的电池因而具有未知电量状态。
[0092]
可从例如通过校准calib(s1)或通过建模获得的电时间概况的数据库选择电时间概况selec profil(s2)，以便根据选定的电时间概况设定充电终端对电动车辆的电池的需求。
[0093]
选定时间概况对应于以下能量或容量：
[0094]-待从连接到充电终端的车辆的电池提取的；或
[0095]-待提供到连接到充电终端的车辆的电池的。
[0096]
可基于电动车辆型号或基于例如引擎动力等影响电动车辆的消耗或里程的电动车辆的特性来选择所述概况。
[0097]
举例来说，连接到充电终端的电动车辆的型号的指示可发送到充电终端控制装置。此指示可例如由用户经由用于充电终端的预约终端输入，由电动车辆经由通信网络发送到充电终端，或由充电终端借助于传感器确定。
[0098]
选定的电时间概况可以是标准化电时间概况，表示在施加到相同型号的车辆的完整循环(例如，wltp)期间获取。
[0099]
换句话说，标准化电时间概况表示电池的部分放电，更确切地说相同型号的车辆的电池在完整循环期间消耗的能量或容量。标准化循环的长度小于或等于30分钟。以此方式，在此实施例中，确定方法的总长度可为大约30分钟。确定方法还可在大约几小时的车辆的延长停泊期间实施。
[0100]
可能提取的能量或容量可进一步例如注入到配电网中或用于包括充电终端的电基础架构的电需求。
[0101]
或者，可从所述标准化电时间概况确定选定的电时间概况。
[0102]
举例来说，选定的电时间概况可相比于标准化电时间概况加速。
[0103]
换句话说，选定的电时间概况表示电池的部分放电，更确切地说相同型号的车辆的电池在完整循环期间消耗的能量或容量，且对应于在比完整循环时间缩短的时间内从连接到充电终端的车辆的电池提取的能量和/或容量。
[0104]
举例来说，选定的电时间概况可为标准化电时间概况的一部分。
[0105]
换句话说，选定的电时间概况表示相同型号的车辆的电池在完整循环的一部分期间消耗的能量或容量。
[0106]
通过仅考虑标准化电时间概况的一部分或通过加速标准化电时间概况，有可能确定比消耗循环缩短的时间内车辆的最大真实里程。举例来说，在此实施例中，可在持续几分钟的时间内实施所述确定方法。这些实施例与短时间停车期间的快速充电兼容，例如长途旅程期间约30分钟到1小时的休息。
[0107]
举例来说，选定的电时间概况可相比于标准化电时间概况反转。
[0108]
换句话说，选定的时间电概况为电池的部分充电，更确切地说由充电终端供应到电池的能量或容量。此能量或此容量的量值与电池在对应于标准化电时间概况的wltp循环期间或此循环的一部分期间消耗的能量或容量相等。
[0109]
当选定的电时间概况占主导且充电终端递送交流电时，车辆的转换产率可提供于
数据库中且在驱动充电终端时考虑。以此方式，可规划将需求施加到充电终端，其中此需求是通过将待施加到电池的选定需求除以车辆的转换产率而获得。
[0110]
选择对应于部分充电的电时间概况是确定方法参与车辆的电池的充电的实施例。
[0111]
在设定对电池的需求之前，且例如在电动车辆连接到充电终端后，此终端获得obt uini(s3)或测量电池的端子处的电压uini。电池因而处于初始电量状态。
[0112]
接下来，驱动充电终端以便根据选定的电时间概况设定对电池的需求soll/profil(s4)。在需求结束时，电池处于最终电量状态。
[0113]
有可能与需求同时测量电量值，例如：
[0114]-需求期间的电力作为时间的函数p(t)；
[0115]-需求期间的电流强度作为时间的函数i(t)。
[0116]
这些测量值用以通过信号的比较校验对电池设定的有效需求符合选定的电时间概况。
[0117]
在需求结束时，充电终端获得obt ufin(s5)或测量最终电量状态中的电池的端子处的电压uend。
[0118]
如果校验到一致，则基于初始和最终电量状态中获得的电池的端子处的电压之间的差确定det auto(s6)车辆的最大真实里程。
[0119]
举例来说，通过考虑到所应用的电时间概况考虑完整wltp循环期间相同型号的车辆的电池的电消耗，可通过以下关系式确定车辆的真实最大里程：d_wltp
×
δu/(u_max-u_min)，其中
[0120]-d_wltp表示完整wltp循环期间相同型号的车辆行进的距离；
[0121]-umax和umin分别表示uini和uend之间的最大和最小值(因此umax-umin为严格正)，且
[0122]-δu表示新电池(意味着具有100％健康状态soh，此时新电池的电量状态分别对应于循环范围的上限和下限)的端子处的参考电压之间的差(严格正)。
[0123]
基于所确定的真实最大里程，可规划车辆的使用参数的校正以便允许通过对服务具有微小影响的参数的软件限制优化车辆的操作。举例来说，可使支持电网的自消耗期间的充电电流最小化。举例来说，可规划循环窗口的减小以便减小由电动车辆消耗的能量的量。
[0124]
基于所确定的真实最大里程，可实施警示系统，其中警告客户或供应商预判到服务降级而需要更换电池。
[0125]
本公开不限于仅作为实例的上述实施例，而是涵盖所属领域的技术人员可在所寻求的保护范围内构想到的所有变型。
[0126]
举例来说，代替于在施加到电池的充电需求或放电需求前后读取电池的端子的电压，可规划在施加到电池的充电或放电需求的一系列若干阶段前后读取电池的电压端子。
[0127]
根据另一实例：
[0128]-充电或放电需求的各个阶段连续地施加到电池；
[0129]-在每一需求阶段前后，测量或读取电池的端子处的电压；以及
[0130]-对于每一需求阶段，基于刚好在所述阶段之前和之后测量或读取的电压个别地确定最大真实里程。
[0131]
分别针对每一阶段的所得个别确定可例如经历统计处理和/或用于支持机器学习，以便获得车辆的最大真实里程的最终确定。
[0132]
此最终确定受益于与每一个别确定相比改进的精确度和不确定性。