[发明专利]用于确定电池的实际容量的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用电池特征曲线来确定电池的实际容量的方法和设备。

背景技术

在使用电池(可充电电源、二次电池或蓄电池)作为驱动车辆的唯一能源或与内燃机同时使用的能源的机动车(电动车辆、混合动力车辆)中，电池的容量对于在电池不重新充电的情况下机动车所能行驶的续驶里程至关重要。

随着使用年限和/或充放电周期次数的增加，从例如目前可用的锂离子蓄电池中所能够取得的能量——也就是所能够取得的电流量会减少已经是公知的事实。

对于这种在口语中常被称作老化、以电池在充放电运行(常规使用)中的特性改变或者随时间老化为特点的容量损耗，目前的确定并不充分。

已知的用于确定容量损耗的方法要么非常复杂并且/或者难以参数化(例如在阻抗测定方面)，要么就是所使用的老化模型并不全面或充分参数化，这会给计算造成巨大偏差。

简单的方法通常具有的缺点是：重要的参数(例如在电池的寿命和使用中变化的消耗功率或效率)不能被考虑或不能简单地确定。

因此，不能在连续或标准运行中以简单的方式对当前的能量含量、也就是实际可供使用的电流量作出专门推断。因为电池容量会因为老化特性而降低，而在未对实际的电池容量进行准确更新(或更正)的情况下，对可用性的推断会出现错误或者不准确。

许多已知的用于确定电池当前容量的方法都需要确定电池的荷电状态(State of Charge,SOC)——其基于对电池的开路电压(Open Circuit Voltage,OCV)的测量，以及要求测量在两个荷电状态之间所取得的电流量。

因此，例如EP 1 314 992 A2描述了一种设备和方法，其用于为驱动电动车的蓄电池确定容量，其中借助于在空载状态下的开路电压来确定蓄电池的第一荷电状态和蓄电池的第二荷电状态，由在这两个荷电状态之间所流出的放电率量来确定蓄电池的实际容量。

DE 10 2007 037 041 A1公开了一种方法和设备，其利用已存储的电池模型来识别酸电池的电池状态。其中以特征曲线的形式记录了酸电池的开路电压与可从电池获得的电荷的关系。确定描述由电池老化和电池的酸层引起的电池容量损耗的第一参数。另外，确定关于特征曲线斜率信息的第二参数。另外，参照第一和第二参数对所存储的特征曲线进行匹配。

根据该公开文本，通过确定开路电压-安培小时-特征曲线来确定可由酸电池取得的能量和实际容量。与无酸层的新电池相比，在电池老化时，该特征曲线平行地上移，而当电池带有酸层时，该特征曲线的斜率变大。该开路电压-安培小时-特征曲线可以通过在放电前后测量电池开路电压而得出。然后在使用实际确定的电压-安培小时-特征曲线的情况下对所存储的特征曲线进行匹配。

DE 10 2010 006 965 A1描述了一种用于为车辆的电池确定电池特征曲线的至少一个区域的方法，其中由所测得的电池参数确定电池的当前荷电状态，由所测得的电池参数与在参照所确定的荷电状态的情况下由标准-电池特征曲线确定的标准值之间的差确定出一偏差值，并通过将该偏差值添加到标准电池特征曲线上来确定新的电池特征曲线的至少一个区域。

根据该公开文本，通过测量电池在不同的荷电状态下经过较长时间的静止阶段后的空载电压来确定当前的电池特征曲线。根据在给定荷电状态下对各个开路电压的比较或者根据在给定开路电压下对各个电池特征曲线的比较来确定当前的电池特征曲线(怠速电压-当前荷电状态-特征曲线)与“标准-电池”的电池特征曲线的偏差。

JP 2002-243 813 A公开了一种计算单元，该计算单元基于在积分开始时间点和积分结束时间点上的空转电压，由蓄电池的关于时间积分的放电率得出蓄电池的荷电状态的变化，以及空转电压与蓄电池荷电状态之间的校正值。此外该计算单元还在放电率值的积分基础上计算出蓄电池随时间下降的容量，放电率值的积分是以放电率和荷电状态变化为基础计算出来的。此外，计算单元还在蓄电池的随时间下降的容量和最初容量的基础上计算容量下降率。

DE 39 10 904 A1涉及一种用于监测可充电的封闭式电池的荷电状态的方法，其中在给电池充电后——在至少充电一次后——测量端电压UKL并将其作为开路电压U₀储存，其中在不同的时间点上测量在接线端处的瞬时电压U_ti，并根据开路电压U₀与瞬时电压U_ti之间的偏差来确定放电状态。