專利名稱：用于控制或調(diào)節(jié)至少一個影響蓄電器的老化狀態(tài)的工作參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的用于控制或調(diào)節(jié)影響蓄電器老化狀態(tài)(Alterungszustand)的工作參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
混合動力車輛配備有存儲電能以為電動機(jī)供電的高電壓存儲器(電池)。這樣的高電壓存儲器非常昂貴，并且因此應(yīng)當(dāng)盡可能設(shè)計(jì)為能用完車輛的使用壽命。已知電池經(jīng)受物理老化，該老化取決于多個參數(shù)，例如電池隨時的工作溫度、充電和放電循環(huán)的數(shù)量、 充電或放電行程(EntladehUbe)等。例如JP11165540公開了通過限壓或過充電和欠充電保護(hù)來保護(hù)電池不會受到過強(qiáng)的負(fù)荷并因此不會經(jīng)受過快的老化。CN101222077或JP2005012929公開了用于冷卻或?qū)﹄姵叵蘖鞯姆椒?。作為本發(fā)明的背景技術(shù)的還有DE102008009568. 0、US5672951、 JP6140080、W007114410、JP2007216707、JP2005125916、JP2008196852、US2005001625、 DE102007023901、DE102007012127 以及 JP2004186087。在現(xiàn)有技術(shù)中試圖通過例如為峰值功率和持續(xù)功率、允許的電壓或者充電狀態(tài)等確定恒定的或略微動態(tài)的極限值來避免蓄電器的損壞。但是蓄電器即使在固定地或動態(tài)地預(yù)給定的工作極限內(nèi)也老化，尤其是在充電時、在放電時以及通過高的熱負(fù)荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于控制或調(diào)節(jié)至少一個影響蓄電器老化狀態(tài)的工作參數(shù)的方法，該方法使得能夠在預(yù)給定的額定使用壽命上盡可能好地利用蓄電器。該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中給出了本發(fā)明的有利實(shí)施方式和擴(kuò)展方案。本發(fā)明的基本原理在于監(jiān)視蓄電器的老化狀態(tài)并將其與預(yù)給定的額定老化狀態(tài)比較并且在“需要時”限制蓄電器的至少一個能影響的工作參數(shù)的允許的數(shù)值范圍或允許的工作參數(shù)范圍，目的是使蓄電器直至其預(yù)給定的額定使用壽命結(jié)束時都保持為是能工作的，即滿足預(yù)給定的最低標(biāo)準(zhǔn)直至預(yù)給定的額定使用壽命結(jié)束時。術(shù)語“蓄電器”尤其包括電動車輛或混合動力車輛的電池或蓄電池。對允許值或允許的工作參數(shù)范圍的限制只在需要時進(jìn)行，即只在蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)比為蓄電器的“當(dāng)前年齡”預(yù)給定或期望的額定老化狀態(tài)差時才進(jìn)行。在本申請文件中還使用術(shù)語“健康狀態(tài)”或相應(yīng)的縮略詞“SoH”來代替術(shù)語“老化狀態(tài)”。根據(jù)本發(fā)明的一擴(kuò)展方案，根據(jù)蓄電器的內(nèi)電阻和/或根據(jù)蓄電器的容量來確定蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)。有利地，根據(jù)蓄電器的所測得的實(shí)際內(nèi)電阻和所確定的實(shí)際容量來確定蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)。用于確定蓄電器的容量的方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的(例如 EP1962099A2)，并且因此在這里不需要詳細(xì)解釋。內(nèi)電阻及容量二者或者這兩個特性的聯(lián)系(Verknilpfimg)可以被用作為對于內(nèi)電阻的老化狀態(tài)的標(biāo)志或量度或重要的決定因素。隨著老化狀態(tài)的惡化，蓄電器的內(nèi)電阻增大。而蓄電器的容量隨著老化狀態(tài)的惡化而降低。蓄電器的熱負(fù)荷對蓄電器老化具有決定性影響，蓄電器的熱負(fù)荷又取決于環(huán)境溫度、在充電和放電時所產(chǎn)生的熱以及對蓄電器的冷卻。對于根據(jù)本發(fā)明所規(guī)定的“基于SoH的調(diào)節(jié)”，例如可以使用蓄電器的放電深度 (DoD =Depth of Discharge)和周期性負(fù)荷之間的關(guān)系作為“調(diào)節(jié)量”，以便在需要時減緩老化速度。因此例如可以在充電和放電時對“能量行程(EnergiehUbe) ”產(chǎn)生影響。已知地， 與較大的能量行程相比，在較小的能量行程中蓄電器劣化、并因此還有老化速度更小。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)相對于對于蓄電器當(dāng)前年齡所期望的老化狀態(tài)的所謂“相對偏差”dS0Hrel來控制或調(diào)節(jié)至少一個影響蓄電器老化狀態(tài)的工作參數(shù)， 蓄電器當(dāng)前年齡所期望的老化狀態(tài)在本說明書中以及在權(quán)利要求書中也被稱為“額定老化狀態(tài)”。其當(dāng)然不是指力爭達(dá)到的老化狀態(tài)，而是指蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)至多應(yīng)如額定老化狀態(tài)那樣差，但是優(yōu)選應(yīng)該優(yōu)于額定老化狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，相對偏差dSoHMl被用作為在需要時限制至少一個影響蓄電器老化狀態(tài)的工作參數(shù)的允許數(shù)值范圍以便直至蓄電器的預(yù)給定的額定使用壽命結(jié)束時都確保一定的最低功能性。根據(jù)本發(fā)明的一擴(kuò)展方案，該至少一個工作參數(shù)是也被稱為“荷電狀態(tài)(State of charge)”或以縮略詞“SoC”表示的蓄電器的充電狀態(tài)?？梢砸?guī)定如果實(shí)際SoH下降到額定老化狀態(tài)SoHstjll以下的話，則蓄電器允許被充電到的最大電荷極限被控制裝置或調(diào)節(jié)裝置降低。通過降低最大電荷極限，相應(yīng)地降低了可能的放電深度，這降低了蓄電器的老化速度。通過降低最大電荷極限，雖然實(shí)際提供的存儲在蓄電器中的能量減少了。但是有意以此為代價(jià)，以便能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)給定的額定使用壽命。根據(jù)本發(fā)明的一擴(kuò)展方案可以規(guī)定最大電荷極限被降低的改變速度(即梯度) 被限制，以便使蓄電器的客戶或使用者逐漸地而非突然地適應(yīng)最大電荷極限的減小。作為降低最大電荷極限SoCmax的補(bǔ)充或替代，可以在低于額定老化狀態(tài)的情況下提高蓄電器允許被放電到的允許電荷下限SoCmin，以便即使對于老化的蓄電器也始終保持車輛冷啟動所需要的電能?？梢砸?guī)定與老化程度以及對于SoCmax的SoH調(diào)節(jié)無關(guān)地進(jìn)行對最低電荷極限SoCmin的提高。根據(jù)本發(fā)明，可以規(guī)定附加地?cái)U(kuò)展現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于保護(hù)蓄電器的方法的工作策略。蓄電器尤其是在高電流或高功率輸出的情況下老化。為了限制或控制蓄電器的老化，可以規(guī)定根據(jù)當(dāng)前老化狀態(tài)SoHakt相對于額定老化狀態(tài)SoHs。n的相對偏差dS0Hrel，允許的或能提供的最大充電功率和放電功率被限制。為此，也可以作為動態(tài)功率極限(即例如取決于時間的功率極限或取決于電壓水平的功率極限)而被預(yù)給定的預(yù)定功率極限與零和一之間的加權(quán)因子相乘。為了使控制或調(diào)節(jié)的干預(yù)對于客戶或使用者不被察覺，可以限制加權(quán)因子的最大梯度及其下限。通過該干預(yù)，在需要時避免了功率峰值。相應(yīng)地，存儲器的熱負(fù)荷也降低。作為附加的干預(yù)可能性，可以規(guī)定溫度極限被動態(tài)地調(diào)整?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的靜態(tài)極限值限定從哪個溫度起對存儲器冷卻或從哪個溫度起又取消冷卻。這樣的靜態(tài)溫度極限將存儲器溫度保持在一定值之下。但是如果蓄電器的老化以顯著的方式由熱負(fù)荷確定 (例如如果車輛在“炎熱地帶”使用)，則對溫度極限的調(diào)整可能是有意義的。根據(jù)蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)，可以改變、尤其是降低該溫度極限。通過降低溫度極限，蓄電器的平均溫度將更低，并且蓄電器的冷卻時間在車輛停放的情況下被縮短。為了使調(diào)節(jié)對于客戶是不被察覺的，在這里還可以規(guī)定溫度極限的降低梯度被限制。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)地介紹本發(fā)明。在附圖中

圖1所示出的圖表說明了根據(jù)本發(fā)明的一種老化調(diào)節(jié)的基本原理；圖2示出了描述用于限制SoC極限的算法的流程圖；圖3示出了其中考慮多個工作參數(shù)的一種老化調(diào)節(jié)的基本原理。
具體實(shí)施例方式在圖1中，橫坐標(biāo)上表示時間t或車輛的高電壓電池的“使用壽命”，而縱坐標(biāo)上表示蓄電器的老化狀態(tài)SoH。以1表示的虛線描述蓄電器隨著時間的允許的老化。從100%的初始狀態(tài)BoL(在該初始狀態(tài)下，蓄電器具有其完全的工作能力)開始，蓄電器老化，即其工作能力下降到 0%的老化狀態(tài)EoL。0%在本發(fā)明中意味著蓄電器剛好還具有預(yù)給定的最低工作能力，而并不意味著蓄電器完全不再能工作。ts。n是蓄電器至少在滿足預(yù)給定的功能方面應(yīng)該能工作直到的額定使用壽命。用附圖標(biāo)記2表示的老化曲線描述過快的老化。對于過快的老化，蓄電器至少不能在滿足預(yù)給定的額定功率標(biāo)準(zhǔn)的情況下實(shí)現(xiàn)預(yù)給定的額定使用壽命ts。u。用附圖標(biāo)記3表示的曲線描述與用附圖標(biāo)記1表示的生產(chǎn)商所期望的老化相比更慢的老化。用附圖標(biāo)記4表示的老化曲線描述進(jìn)行了根據(jù)本發(fā)明的老化干預(yù)的老化變化曲線。在范圍4a中，蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)比額定老化狀態(tài)差。相應(yīng)地，在區(qū)域4a中，老化曲線在允許的老化曲線1之下。在范圍4a中，老化曲線4是凹形彎曲，這表明老化調(diào)節(jié)已經(jīng)發(fā)生作用。在點(diǎn)5處，老化曲線4與額定老化曲線1相交，并且在范圍4b中僅僅還非常略微地偏離額定老化曲線1。通過老化調(diào)節(jié)的作用，正好實(shí)現(xiàn)所力求實(shí)現(xiàn)的額定使用壽命
^soll °圖2展示了用于限制荷電狀態(tài)的算法。從起始步驟6出發(fā)檢驗(yàn)實(shí)際老化狀態(tài)SoHpze 是否為O。如果是，則保持當(dāng)前荷電狀態(tài)極限。如果不是，則檢驗(yàn)實(shí)際老化狀態(tài)SoHpze是否小于額定老化狀態(tài)SoHs。n。如果不是，則在執(zhí)行步驟8之后返回到步驟7。如果是，則計(jì)算相對偏差 dSoHrel，其中 dSoHrel = SoHfzc-SoHsq11。在步驟10中，允許的荷電狀態(tài)上限SoCmax根據(jù)本發(fā)明SoCmax = SoCmax,start-KPXdSoHrel 被調(diào)整。KP是比例因子。SoCmax, start是為新蓄電器預(yù)給定的對于允許的荷電狀態(tài)上限的起始值。在步驟11中檢查實(shí)際老化狀態(tài)SoHra是否小于20%。如果是，則在步驟12中將允許的荷電狀態(tài)下限SoCmin提高，并返回到步驟7。而如果實(shí)際老化狀態(tài)SoHpze大于或等于 20%，則保持為新蓄電器預(yù)給定的允許的荷電狀態(tài)下限SoCmin, start。圖3示出了在考慮多個工作狀態(tài)參數(shù)的情況下本發(fā)明的基本原理。由實(shí)際老化狀態(tài)SoHakt和為蓄電器當(dāng)前年齡預(yù)給定的額定老化狀態(tài)SoHs。n求得相對偏差dSoHrel。還考慮溫度變化曲線或迄今為止的蓄電器溫度變化曲線、輸入蓄電器的電功率的功率變化曲線和/或從蓄電器輸出的電功率，并且在可能的情況下還考慮其他影響蓄電器老化狀態(tài)的工作參數(shù)。如果實(shí)際老化狀態(tài)SoHakt比額定老化狀態(tài)SoHstjll差，則根據(jù)這些輸入?yún)⒘靠梢韵拗圃试S的荷電狀態(tài)上限和下限，并因此限制允許的荷電狀態(tài)范圍，以及/或者降低蓄電器的允許的最大充電和/或放電功率，以及/或者調(diào)整必須開始冷卻蓄電器和/或蓄電器可以被冷卻到的溫度極限。
權(quán)利要求
1.一種用于控制或調(diào)節(jié)蓄電器的影響該蓄電器的老化狀態(tài)的至少一個工作參數(shù)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟確定蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)(SoHakt，SoHfzg)，將實(shí)際老化狀態(tài)(SoHakt，SoHfzg)與為蓄電器的當(dāng)前年齡(t)預(yù)給定的額定老化狀態(tài) (SoHsoll)進(jìn)行比較，如果實(shí)際老化狀態(tài)(SoHakt，SoHfzg)比額定老化狀態(tài)(SoHs。n)差，則限制對于所述至少一個工作參數(shù)允許的工作參數(shù)范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)蓄電器的內(nèi)電阻確定蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)(SoHakt，SoHfzg)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)電阻被測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，根據(jù)蓄電器的實(shí)際容量確定蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)(SoHakt，SoHfzg)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)蓄電器的內(nèi)電阻和蓄電器的實(shí)際容量確定蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)(SoHakt，SoHfzg)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述至少一個工作參數(shù)涉及蓄電器的荷電狀態(tài)，其中如果實(shí)際老化狀態(tài)(SoHakt，SoHfJ比額定老化狀態(tài)(SoHstjll)差，則相對于當(dāng)前還允許的荷電狀態(tài)范圍限制允許的荷電狀態(tài)范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，所述至少一個工作參數(shù)涉及蓄電器的充電功率和/或放電功率，其中如果實(shí)際老化狀態(tài)(SoHakt，SoHfzg)比額定老化狀態(tài) (SoHsoll)差，則相對于當(dāng)前還允許的范圍限制允許的充電功率和/或放電功率的范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，所述至少一個工作參數(shù)涉及蓄電器溫度，其中如果實(shí)際老化狀態(tài)(SoHakt，SoHfJ比額定老化狀態(tài)(SoHstjll)差，則相對于當(dāng)前還允許的蓄電器溫度范圍限制允許的蓄電器溫度范圍。
全文摘要
一種用于控制或調(diào)節(jié)蓄電器的影響蓄電器老化狀態(tài)的至少一個工作參數(shù)的方法，其特征在于包括以下步驟確定蓄電器的實(shí)際老化狀態(tài)，將實(shí)際老化狀態(tài)與為蓄電器當(dāng)前年齡預(yù)給定的額定老化狀態(tài)進(jìn)行比較，如果實(shí)際老化狀態(tài)比額定老化狀態(tài)差則限制對于所述至少一個工作參數(shù)允許的工作參數(shù)范圍。
文檔編號H01M10/48GK102473974SQ201080027045
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者F·喬納斯, G·穆梅爾特, H·霍夫梅爾, M·波克爾, S·羅格 申請人:寶馬股份公司