用于补偿储能器的内阻的方法和用于补偿内阻的系统与流程

本发明涉及根据并列权利要求的前序部分所述的一种用于补偿储能器的内阻的方法以及一种用于补偿内阻的系统。

背景技术：

1、多种耗电器借助能够再次充电的储能器运行，所述储能器相应地通过耗电器放电并且能够借助充电设备再次充电。通常，这种储能器由串联连接的和/或并联连接的多个储能器电池组成，用以实现所要求的运行电压或者说运行容量。如果储能器电池例如构造为锂离子电池(锂离子)，则能够特别有利地实现非常高的功率密度和能量密度。然而，这种储能器或储能器电池对于深度放电是特别灵敏的，该深度放电可能导致所述储能器或储能器电池的损坏。因此，必需的是，耗电器监测储能器的电压并且在达到下阈值电压时防止进一步放电。

2、每个储能器具有内阻，该内阻通过相应的等效电路图与理想无电阻的储能器电池串联连接。如果从储能器获取电流或者给储能器供电电流，则在该内阻上电压也下降。该非期望的电压降导致，尽管储能器的实际电压(ocv：open circuit voltage，开路电压)仍足以用于继续运行，但是耗电器会过早地关断。因此，已知的是，这样补偿储能器的内阻，使得耗电器在了解该内阻的情况下借助监测单元计算在内阻上的电压降并且由此推导出新的关断阈值。然而，成问题的是，内阻与储能器的或储能器电池的温度非常相关。内阻关于温度的变化曲线的特征显著地被电池化学影响，该电池化学对于不同电池类型而言是不同的。

3、除了将储能器固定地集成到耗电器中之外，尤其在具有高电流消耗和较长的运行时间的耗电器(例如电动工具)的情况下，也存在构型为所谓的可更换蓄电池组的储能器。通过可更换蓄电池组的机电接口，该可更换蓄电池组可以在无工具的情况下以能够松脱的方式与耗电器或者充电设备的另外的机电接口耦合。在此，接口的电接触部中的第一电接触部分别构造为能够以第一参考电势、优选供电电势加载的能量供电接触部，接口的电接触部中的第二电接触部分别构造为能够以第二参考电势、优选接地电势加载的能量供电接触部。

4、然而，可更换蓄电池组可以装备有非常不同的储能器电池，所述储能器电池具有非常不同的内阻和温度特征。由de 102016209822.5已知一种解决方案，在该解决方案中，可更换蓄电池组的内阻分别经由机电接口的第三接触部根据在可更换蓄电池组中测量出的温度被传输给耗电器，所述第三接触部构造为信号接触部或者数据接触部。替代地，信号接触部或者数据接触部也可以用于，基于安装在可更换蓄电池组中的编码电阻和保存在耗电器中的查找表估计该内阻。

5、从现有技术出发，本发明的任务在于，能够实现相对于现有技术改善的、与电池和温度有关的、对储能器、尤其是可更换蓄电池组的内阻的补偿，并且因此延长耗电器的运行时间或优化充电设备的充电循环。

技术实现思路

1、为了解决所提出的任务，设置，在与储能器连接的耗电器或者充电设备中基于按指数下降的近似进行内阻的补偿，所述近似的变化曲线与至少一个储能器电池的温度和电池化学有关。

2、与通过编码电阻实现的解决方案相比，通过这种方式产生如下优点：能够传输的数据量更大，用以更精确地估计在耗电器中的或在充电设备中的内阻。此外，不需要专门地构型集成在储能器中的、具有编码电阻的电子装置模块用以单独地适配于所使用的储能器电池的特征。通常，这样设计编码电阻，使得该编码电阻对能够用于确定的储能器类型的所有储能器电池的尽可能小的内阻进行编码。相比之下，根据本发明的方法提供如下优点：对电压降的计算不必受制于以一定安全性加载的假设，使得最终可以向用户提供更多功率或容量。与经由信号接触部或者数据接触部进行的内阻值的直接传输相比，产生如下优点：温度不必在储能器中被测量，并且不必由在那里的计算单元计算。

3、根据本发明的方法通过系统执行，该系统由至少一个储能器以及耗电器和/或充电设备组成，该储能器构造为可更换蓄电池组，该耗电器用于可更换蓄电池组的放电，该充电设备用于可更换蓄电池组的充电，其中，可更换蓄电池组、耗电器和充电设备分别具有机电接口，该机电接口具有多个电接触部。在此，机电接口的电接触部中的第一电接触部用作能够以第一参考电势、优选供电电势加载的能量供电接触部，接口的电接触部中的第二电接触部用作能够以第二参考电势、优选接地电势加载的能量供电接触部，接口的电接触部中的第三电接触部用作用于传输计算按指数下降的近似所需要的数据的信号接触部或者数据接触部。

4、在本发明的上下文中的耗电器应理解为例如借助储能器、尤其是可更换蓄电池组运行的、用于借助电驱动的插入式工具来加工工件的电动工具。在此，电动工具不仅能够构造成手持式电动工具，还能够构造成固定式电动工具机。在这种背景下，典型的电动工具是手持式钻机或立式钻机、螺钉机、冲击钻机、钻锤、刨机、角磨机、振动磨光机、抛光机、圆锯、台式锯、摆锯机和线锯或类似物。但是，也将诸如割草机、草坪修剪器、修枝锯、马达旋转犁和沟渠旋转犁机器人破碎机和机器人挖掘机或类似物等借助储能器、尤其是可更换蓄电池组运行的园艺设备和建筑设备以及诸如吸尘器、搅拌器等借助储能器、尤其是可更换蓄电池组运行的家用设备考虑为耗电器。同样地，本发明能够应用于同时借助多个可更换蓄电池组来供电的耗电器。

5、储能器的电压通常是单个的储能器电池的电压的倍数，并且由各个储能器电池的连接方式(并联或串联)得出。储能器电池典型地构型为原电池，所述原电池具有如下结构：在所述结构中，一个电池极贴靠在一个端部上并且另一个电池极贴靠在对置的端部上。尤其是，储能器电池在一个端部上具有正电池极并且在对置的端部上具有负电池极。优选地，储能器电池构造成锂基储能器电池，例如锂离子、锂钋、锂金属或者类似物。但是，本发明也能够应用于具有镍镉电池、镍氢电池或其他合适电池类型的储能器。在具有3.6v的电池电压的常见锂离子储能器电池的情况下，示例性地得出3.6v、7.2v、10.8v、14.4v、18v、36v等电压等级。优选地，储能器电池构造成至少基本上圆柱形的圆电池，其中，电池极布置在圆柱形状的端部上。然而，本发明与所使用的储能器电池的类型和结构形式无关，而是能够应用于任意的储能器和储能器电池，例如除了圆电池之外还能够应用于软包电池(pouchzellen)或类似物。

6、在本发明的一种扩展方案中，这样构型按指数下降的近似，使得对于多个、尤其是对于所有温度值而言，所述按指数下降的近似小于至少一个储能器电池的内阻的相应真实测量出的值。因此可以保证，真实的内阻大于或者等于计算出的值，以便能够实现可靠的补偿。

7、另外设置，借助至少两个参数计算按指数下降的近似，其中，至少两个参数表征至少一个储能器电池的电池化学。在此，用于确定的温度值的至少两个参数保存在储能器的存储器的查找表中。通过这种方式，一方面能够实现内阻的非常准确的近似，而另一方面，只需要储能器的存储器中的少量存储空间来保存参数。

8、在该方法的至少一个方法步骤中，测量储能器的和/或储能器电池的温度，其中，根据测量出的温度值，分别向耗电器或者充电设备传输至少两个参数的参数值。特别有利地，由此可以保护机电接口的信号接触部或者数据接触部的传输容量，以便必要时传输另外的运行参数或者验证通信。

9、根据本发明的方法设置，对于测量出的温度值，基于所传输的至少两个参数值，计算内阻的近似值。在另外的方法步骤中，在耗电器中或者在充电设备中测量负载电流，并且根据测量出的负载电流、计算出的近似值和储能器电池的已知的空载关断电压，借助如下关系计算关断电压：

10、ustop＝ustopoc-rapp(ti)*i。

11、在此，储能器电池的已知的空载关断电压优选为2.5伏。如果储能器电池的测量出的电池电压大于计算出的关断电压，则停止耗电器的运行或者充电设备的充电过程。

12、按指数下降的近似可以借助表征电池化学的三个参数通过如下关联来计算：

13、rapp(t)＝a*exp(-b*t)+c。

14、为了节省储能器中的存储空间，第一参数处在从1至100、尤其是从20至50的范围中，第二参数处在从0.01至0.1、尤其是从0.03至0.06的范围中，第三参数处在从1至60、尤其是从5至30的范围中。通过这种方式，可以使查找表的规模最小化。

15、在一种替代的构型中设置，通过多条直线形成按指数下降的近似，其中，每条直线通过两个参数值定义，所述参数值分别由储能器电池的温度值和配属的内阻的值对得出。通过使用仅两个参数，可以进一步降低在耗电器和/或充电设备中计算近似的工作量。此外，所需要的在储能器中的存储空间更少，所需要的用于信号接触部或者数据接触部的带宽更少，或者说，该信号接触部或者数据接触部可以用于传输另外的运行参数。特别有利地，直线的数量为2至100、尤其是3至7。另外，如果相邻的两条直线的两个参数值中的一个参数值相同，则能够减少待存储的或待传输的参数值的数量。因此，对于n条直线，仅需要n+1个参数值。然后，在该方法的方法步骤中，基于测量出的温度值，从查找表中选择配属的两个参数值，并且通过如下关联计算近似值：

16、rapp(ti)＝rn+(rn+1-rn)*(ti-tn)/(tn+1-tn)。

17、此外，该替代的构型的有利之处在于，通过直线也可以近似非指数曲线，以便因此能够考虑具有不同的与温度有关的电阻变化曲线的未来的电池化学。