电蓄能单元和用于运行电蓄能单元的方法以及设备与流程

[0001]
本发明的出发点是一种用于运行电蓄能单元的方法以及一种相对应的设备、一种相对应的计算机程序、一种相对应的机器可读存储介质以及一种相对应的单元。


背景技术：

[0002]
在越来越多的电气化、尤其是机动车的越来越多的电气化的过程中，电蓄能单元变得越来越重要。在此，存在不同程度的电气化。例如存在纯电驱动的车辆以及具有内燃机的车辆，在所述具有内燃机的车辆的情况下，电机只是有时候承担车辆的驱动或对内燃机进行辅助。电气化的这些不同的实现形式通常具有所使用的电蓄能单元的不同的电压水平和不同的设计方案。
[0003]
在此，所有实施方式的共同之处是：在此所使用的电蓄能单元都遭受老化效应，这例如通过电蓄能单元的内阻的变化来表现。因而，在预先限定的时间点所记录的电蓄能单元的内阻值（所述内阻值例如表征电蓄能单元紧接在其制造之后或在真正作为蓄能器来使用之前的特性）在一定时间之后不再有现实意义。此外，由于生产而造成地在电蓄能单元之间存在区别，这些区别在这些电蓄能单元的不同的电阻值方面表现出来。虽然这些区别大多表现得不是特别强烈，但是仍然可能影响其中使用这些电蓄能单元的相对应的电蓄能系统的工作能力。这一方面可能导致即当从电蓄能单元可调用的电功率被过高估计时在预测该可调用的功率方面的问题，而且可能当电蓄能单元违背系统中的现实情况仍然被认为有功能能力或有足够功能能力时阻止对该电蓄能单元的及时更换。
[0004]
出版文献us 2018/0143257描述了一种用于确定电池组模型的参数值的方法，该电池组模型以数学方式来描绘电池组。
[0005]
出版文献cn 102520361描述了一种用于确定老化系数的方法，其中在此确定电池组的内阻。


技术实现要素：

[0006]
本发明的优点公开了一种具有独立权利要求的特征的方法。
[0007]
在此，在用于运行电蓄能单元的方法中，检查至少一个预先限定的第一条件，该预先限定的第一条件表示电蓄能单元的使用和/或电蓄能单元的数学模型的精度。尤其是，电蓄能单元的使用例如可以通过充电状态、该电蓄能单元的年龄或者该电蓄能单元的温度来被描绘。电蓄能单元的数学模型的精度例如可以通过与相对应的测量值、例如电压测量值的比较来被确定。该数学模型例如可以存储在数据存储器中。该数学模型例如可以包括微分方程或差分方程或代数方程。此外，基于数据的综合特性曲线也可以是该数学模型的组成部分。
[0008]
如果该预先限定的第一条件被满足，则确定该数学模型的参数的至少一个值并且紧接着在该数学模型中修改该参数值。因此，使该数学模型与电蓄能单元的被修改的特性
适配，所述被修改的特性例如可能由于老化效应而得出。
[0009]
紧接着，利用被修改的数学模型来运行电蓄能单元。这例如包括充电状态确定和对可调用的电功率的预测，所述充电状态确定和所述对可调用的电功率的预测通常借助于该数学模型在电子控制单元上进行。
[0010]
因此，有利地保证了：只有在满足该至少一个条件的情况下才修改该数学模型，由此提高在确定该参数值时的精度并且附加地实现鲁棒性、也就是说相对于该数学模型的模型误差的不敏感以及相对于外部影响、例如温度影响的不敏感。这提高了所确定的参数值的质量并且允许对电蓄能系统的更好的且更安全的运行。还可以提高电蓄能单元的使用寿命。
[0011]
本发明的其它有利的实施方式是从属权利要求的主题。
[0012]
适宜地，确定电流参量，其中该电流参量表示流到电蓄能单元中或从电蓄能单元流出的电流。此外，确定第一电压参量，该第一电压参量表示存在于电蓄能单元的两个极连接端之间的电压。两者都可以通过相对应的传感器来实现。
[0013]
此外，确定第二电压参量，该第二电压参量表示电压并且根据电蓄能单元的数学模型来得出。在此，给该数学模型加载所确定的电流参量，以便这样提供该第二电压参量作为输出参量。在此，该数学模型包括电阻参数，该电阻参数表示电蓄能单元的电阻并且该电阻参数分派有预先限定的值。在此，该电阻参数的值可具有温度相关性，尤其是取决于电蓄能单元的温度。这是有利的，因为由此例如以简单的方式就可能确定该数学模型的精度。
[0014]
适宜地，对第一电压参量和/或第二电压参量进行滤波。这是有利的，因为这样降低了例如由于高频噪声而出现的干扰频率的影响，这显著改善了所确定的电阻参数值的质量。例如可设想的是使用带通滤波器，通过该带通滤波器将有针对性地被确定的频率范围滤出并且只有相关的频率成分留在电压参量中，例如以便滤出直流电压成分。
[0015]
适宜地，确定电蓄能单元的充电状态，其中该充电状态表示电蓄能单元的使用。这是有利的，因为至少一个参数可以在可通过该预先限定的第一条件被检查的充电状态的预先限定的范围内具有与充电状态的微小的相关性并且因此可以在该范围内更精确地被确定，因为该至少一个参数相对于充电状态的变化不敏感。
[0016]
适宜地，确定电蓄能单元的温度，其中该温度表示电蓄能单元的使用。这是有利的，因为该至少一个参数可以在可通过该预先限定的第一条件被检查的温度的预先限定的范围内具有与格言的温度的微小的相关性并且因此可以在该范围内精确地被确定，因为该至少一个参数相对于温度的变化不敏感。
[0017]
适宜地，确定电蓄能单元的年龄，其中该年龄表示电蓄能单元的使用。该年龄例如可以通过自从制造电蓄能单元以来的时间或者通过自从将电蓄能单元嵌入到更大的电蓄能系统中以来的时间来被确定。这是有利的，因为通过此可以查明电蓄能单元是否还处在其寿命周期的开始。因为对于电蓄能单元的运行来说大多使用该数学模型的参数的平均值，但是这些平均值轻易就可能与相关的电蓄能单元的实际值有偏差，所以有利的是在该电蓄能单元的寿命周期开始时进行相对应的修正。因此，有利地，对参数值有影响的老化效应可以可靠地被忽略。这提高了该数学模型的模型精度，因此有助于在使用寿命增加的情况下对电蓄能单元的安全的运行。
[0018]
适宜地，确定该数学模型的精度，其中该精度例如可以通过模型值与测量值、例如
电压值的对照来被确定。这是有利的，因为由此保证了该数学模型精度良好地重现电蓄能单元的真实特性。替选地或附加地，可以检查该数学模型的模型误差、也就是说模型值与测量值的在数值方面的偏差是否已经达到了收敛状态。收敛状态的达到例如可以通过如下情况被检查：在当前时间点之前的预先限定的时间段、例如1分钟内是否不曾超过模型值与测量值的预先限定的在数值方面的偏差。
[0019]
适宜地，在通过充电状态来表示该使用的情况下，该预先限定的第一条件包括在从30%至80%、尤其是从40%至70%的范围内的充电状态值。视电蓄能单元的类型而定，在该充电状态范围内，该数学模型的一个或多个参数与充电状态的相关性微小，这使得更精确的参数值确定变得容易并且改善了更精确的参数值确定。
[0020]
适宜地，在通过电蓄能单元的温度来表示该使用的情况下，该预先限定的第一条件包括超过20℃、尤其是超过30℃的温度值。视电蓄能单元的类型而定，在该温度范围内，该数学模型的一个或多个参数与温度的相关性微小，这使得更精确的参数值确定变得容易并且改善了更精确的参数值确定。
[0021]
适宜地，在通过电蓄能单元的年龄来表示该使用的情况下，该预先限定的第一条件包括少于180天、尤其是少于90天的年龄值。这是有利的，因为能忽略电池组的老化效应，这使得更精确的参数值确定变得容易并且改善了更精确的参数值确定。
[0022]
适宜地，在表示电蓄能单元的数学模型的精度的情况下，该预先限定的第一条件包括该数学模型与测量值的在数值方面小于20mv、尤其是小于10mv的偏差。该第一条件还可包括：检查该数学模型的模型误差是否已经达到了收敛状态、也就是说是否向固定值收敛。这是有利的，以便评价该数学模型的精度，这使得更精确的参数值确定变得容易并且改善了更精确的参数值确定。
[0023]
适宜地，为了确定电流参量，借助于电流传感器来检测电蓄能单元的电流测量数据；和/或为了确定第一电压参量，借助于电压传感器来检测电蓄能单元的电压测量数据。这是有利的，因为在相对应的传感器中可以集成之前提到的滤波操作并且因此存在对该方法的花费不那么高的实现。
[0024]
本公开的主题还是一种用于运行电蓄能单元的设备，该设备包括至少一个装置，该至少一个装置被设立为实施所公开的方法的所有步骤。该至少一个装置例如可以包括电池组管理控制设备和相对应的功率电子装置、例如逆变器，以及电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器。电子控制单元、尤其是以作为电池组管理控制设备的实现形式的电子控制单元也可以是这种装置。电子控制单元尤其可以被理解为电子控制设备，该电子控制设备例如包括微控制器和/或专用硬件模块、例如asic，但是计算机或者存储可编程控制器同样可属于此。因此，上述优点可以被实现。
[0025]
本公开的主题还是一种计算机程序，该计算机程序包括指令，这些指令引起：所公开的设备实施所公开的方法的所有步骤。因此，上述优点可以被实现。
[0026]
本公开的主题还是一种机器可读存储介质，在其上存储有所公开的计算机程序。由此，上述优点可以被实现。
[0027]
本公开的主题还是一种电蓄能系统，该电蓄能系统包括至少一个电蓄能单元以及所公开的设备。因此，上述优点可以被实现。电蓄能单元尤其可以被理解为电化学电池组电池和/或具有至少一个电化学电池组电池的电池组模块和/或具有至少一个电池组模块的
电池组包。例如，电蓄能单元可以是基于锂的电池组电池或者基于锂的电池组模块或者基于锂的电池组包。电蓄能单元尤其可以是锂离子电池组电池或者锂离子电池组模块或者锂离子电池组包。此外，电池组电池的类型可以是锂-聚合物蓄电池、镍-金属氧化物蓄电池、铅-酸蓄电池、锂-空气蓄电池或者锂-硫蓄电池或十分普遍地可以是任意电化学成分的蓄电池。电容器也可能作为电蓄能单元。
附图说明
[0028]
本发明的有利的实施方式在附图中示出并且在随后的描述中进一步予以解释。
[0029]
图1示出了所公开的按照第一实施方式的方法的流程图；图2示出了所公开的按照第二实施方式的方法的流程图；图3示出了所公开的按照一个实施方式的电蓄能系统的示意图。
具体实施方式
[0030]
在所有附图中，相同的附图标记表示相同的设备部件或相同的方法步骤。
[0031]
图1示出了所公开的按照第一实施方式的用于运行电蓄能单元的方法的流程图。
[0032]
在此，在第一步骤s11中，检查至少一个预先限定的第一条件，该预先限定的第一条件表示电蓄能单元的使用和/或电蓄能单元的数学模型的精度。该至少一个条件例如可以包括：充电状态值在30%至80%充电状态的范围内；和/或电蓄能单元的温度为至少20℃、尤其是至少30℃；和/或电蓄能单元的数学模型的精度与针对电压的相对应的测量值相比在数值方面为最大10mv。特别优选地，所提到的示例性的条件中的所有条件都被满足。
[0033]
在假定该至少一个第一条件被满足的情况下，在第二步骤s12中，确定该数学模型的参数的至少一个值并且在该数学模型之内使用所确定的至少一个参数值，也就是说该数学模型或利用数值对该数学模型的参数化相对应地被修改。
[0034]
在第三步骤s13中，利用被修改的数学模型来运行电蓄能单元。这例如意味着：在其中所公开的方法以计算机实现的形式、也就是说作为计算机程序来运行的电子控制单元中利用被修改的参数值来工作。因此，由该电子控制单元发出的控制命令必要时基于该被修改的参数值。这例如对于电蓄能单元的功率预测来说是重要的，以便正确地描绘电蓄能单元的目前的性能。
[0035]
图2示出了所公开的按照第二实施方式的用于运行电蓄能单元的方法的流程图。
[0036]
在第一步骤s21中，确定电流参量，其中该电流参量表示流到电蓄能单元中或从电蓄能单元流出的电流。这例如可以借助于通过电流传感器的测量来实现。
[0037]
在第二步骤s22中，确定第一电压参量，该第一电压参量表示存在于电蓄能单元的两个极连接端之间的电压。这例如可以借助于通过电压传感器的测量来实现。
[0038]
在第三步骤s23中，确定第二电压参量，该第二电压参量表示电压并且根据电蓄能单元的数学模型来得出，其中为此给该数学模型加载所确定的电流参量。这例如意味着：使用电流参量的相对应的值作为针对该数学模型的输入值，据此得出相对应的电压值作为该数学模型的输出参量。在此，该数学模型包括电阻参数，该电阻参数表示电蓄能单元的电阻并且该电阻参数分派有预先限定的值。该预先限定的值例如可以事先已根据实验室测量被确定。
[0039]
紧接着，在第四步骤s24中通过第一电压参量与第二电压参量的比较来确定该数学模型的精度。替选地或附加地，也可以确定电蓄能单元的充电状态和/或电蓄能单元的温度和/或电蓄能单元的年龄。在第五步骤s25中，借助于这样确定的精度来检查该数学模型是否满足预先限定的精度。替选地或附加地，可以借助于上文提到的参量来检查电蓄能单元的使用。
[0040]
在假定该检查成功因此预先限定的精度被满足的情况下，在第六步骤s26中确定该数学模型的参数的至少一个值、尤其是电阻参数的值，并且对该模型或在该模型之内的模型参数值进行修改。该确定例如可以借助于观测器、从控制技术中公知的结构或者卡尔曼滤波器来实现。使用最小二乘法以便通过修改参数值来使该数学模型与第一电压参量的相对应的值尽可能好地适配也是可能的。
[0041]
在第七步骤s27中，利用被修改的数学模型来运行电蓄能单元。这例如意味着：在其中所公开的方法以计算机实现的形式、也就是说作为计算机程序来运行的电子控制单元中利用被修改的参数值来工作。因此，由该电子控制单元发出的控制命令必要时基于该被修改的参数值。这例如对于电蓄能单元的功率预测来说是重要的，以便正确地描绘电蓄能单元的目前的性能。
[0042]
图3示出了所公开的按照一个实施方式的电蓄能系统30的示意图。在此，电蓄能系统30包括至少一个这里未示出的电蓄能单元、传感器31、设备32和功率电子构件33。
[0043]
在此，设备32可以与所连接的传感器31、例如电压和电流传感器交换数据。只是单向接收所连接的传感器31的数据也是可能的。设备32还可以对所连接的功率电子构件33进行操控，以便例如遵守电流极限。功率电子构件33例如可以是逆变器。
[0044]
在此，设备32例如包括电子控制单元，该电子控制单元在图3中未单独示出。设备32也可包括其它电子控制单元。