车辆车载系统和高压电池SOH评估方法与流程

本发明涉及一种用于评估具有多个电池单体的高压电池的老化状态（soh）的车辆车载系统、一种用于评估具有多个电池单体的高压电池的老化状态的方法，以及一种用于在具有所述高压电池的车辆上执行所述方法的评估装置。

背景技术：

1、在现有技术中已知，通过在电池使用的不同时间点对电阻和/或容量进行测量来估算电池储能系统（例如电驱动车辆的牵引电池）的老化状态，即健康状态（soh）。适合在车辆上进行独立离线估算的方法通常较为复杂，基于电池各自的仿真模型，并且受波动的外部影响（这些影响可能在模型中未被充分体现），因此精度不高。其他基于庞大数据基础的估算方法通常必须在线执行，并且需要稳健的云端平台以及在移动应用与数据中心之间用于执行在线估算的强大且不间断的数据连接，这在移动应用中可能存在问题。

2、车辆牵引电池中或固定式电池储能系统中的电池单体的老化状态是对其经济残值和技术性能（例如续航里程或容量）的重要影响因素。因此，随着交通电气化的日益普及，存在对较大规格（特别是高压级别）电池储能系统的老化状态进行技术评估的解决方案的需求。

技术实现思路

1、本发明的任务是提供一种能够在评估具有各个电池单体的高压电池的老化状态时提高准确性和/或应用灵活性的技术。

2、上述任务通过具有权利要求1所述特征的车载系统、具有权利要求8所述步骤的方法或利用具有权利要求18所述特征的评估装置执行所述方法来完成。本发明的其他特征和细节来自从属权利要求、说明书和附图。

3、在此，关于本发明车载系统所描述的特征和细节显然也与本发明方法相关地是适用的，反之亦然，因此，关于对各个发明方面的公开内容总是相互参照或可相互参照。

4、本发明的车辆车载系统用于评估具有多个电池单体的高压电池的老化状态，其具有：用于采集各电池单体的单体电压的电压传感器；用于采集高压电池的放电电流的电流传感器；以及用于监测高压电池状态的电池监测装置，所述电池监测装置具有与所述传感器的信号连接以及用于对来自所述传感器的已采集测量值进行数据处理的处理器。

5、根据本发明，高压测量电路连接于高压电池的高压电位之间，高压测量电路具有测量电阻和半导体开关，用于在高压电池上设置预设的放电脉冲。对本发明重要的是，电池监测装置包括：用于设置放电脉冲的、流经高压测量电路的预设放电电流的放电设置模块，其具有与半导体开关的信号连接，用于向半导体开关输出控制信号；用于借助传感器以预设间隔或以预设频率测量各电池单体的单体电压以及放电电流的放电测量间隔模块，其具有用于存储单体电压和放电电流的同步采集测量值、并与顺序或时间相关联的存储器；用于在同步采集单体电压的已存储测量值中确定最低单体电压与最高单体电压之间的电压差并且用于在先前确定的电压差中确定最大电压差的电压差确定模块；用于基于包括欧姆定律的已存储公式、从先前确定的最大电压差和放电电流中确定高压电池内阻的内阻确定模块；以及用于基于包括高压电池的soh值与内阻值的对应关系的已存储特性映射图、从先前确定的内阻中确定高压电池soh的soh确定模块。

6、同样地，本发明的用于评估具有多个电池单体的高压电池的老化状态（soh）的方法优选在车辆上进行。对本发明重要的是以下方法步骤：

7、借助半导体开关设置具有预设放电电流的放电脉冲，放电脉冲在高压电池达到最大荷电状态（soc）后经由测量电阻和半导体开关在高压电池的高压电位之间流动；

8、在放电电流的放电持续时间内，借助各电池单体上的电压传感器和与高压电池电气连接的电流传感器以预设间隔或以预设频率测量高压电池的各电池单体的单体电压以及高压电池的放电电流，并在与顺序或时间关联的情况下将同步采集的单体电压和放电电流的测量值存储到存储器中；

9、在同步采集的单体电压的已存储测量值中确定最低单体电压与最高单体电压之间的电压差，并且在先前确定的电压差中确定最大电压差；

10、基于包括欧姆定律的公式，从先前确定的最大电压差和放电电流中确定高压电池的内阻；以及

11、基于包括高压电池的soh值与内阻值的对应关系的特性映射图、从确定的内阻中确定高压电池的soh。

12、因此，本发明首次提供一种用于车辆的车载系统，所述车载系统在电动车辆的传统高压架构中包括额外的专用高压电路。这种额外电路呈前述高压测量电路形式，包括电阻、半导体开关和熔断器，上述元件根据设计要求被选择并专用地布置在车载系统中，即，针对特定应用而提供和使用。

13、在方法技术方面，本发明首次提出存储用于对测量值数据点进行经验比较的简单公式和用于确定电阻的欧姆定律，以及包括最终计算所得参数值与soh评估值的对应关系的特性映射图。在此，特性映射图包括预先确定的实验测试和经验研究结果，这些结果在应用中不需要处理开销。

14、作为本发明的一个优点，就离线应用而言，用于评估soh的方法不包括复杂的参数模型和仿真。然而，所述方法所依赖的数据基础也比常规在线应用（例如在实验室环境或维护环境中出现的那些应用）更少。所述评估通过针对短暂测量过程的测量数据采集和测量数据分辨率得到支持，一方面允许在评估结果中实现高准确性，另一方面能够在当前车载系统（特别是电池管理系统）或者其他移动或固定应用的数据处理能力范围内自主地离线执行。

15、作为本发明的一个优点，测量数据分辨率以高准确性反映真实的参数和影响因素，然而其中，由测量数据分辨率带来的额外数据量仅需经过简单的处理操作，而对处理能力没有很高的要求。

16、所述方法的另一优点在于，车载系统或其他应用终端中的特性映射图可以在短暂建立数据连接的情况下随时进行更新，这使得来自评估技术中央研发的最新认知能够不断地融入到局部应用中，以提高评估方法结果的准确性。

17、在此，本发明的另一优点在于评估的灵活应用，如前所述，通过在带有专用测量电路的车载系统的电池管理系统中、在固定式储能系统的控制装置中实现，或者实施为带有数据接口的移动式或固定式评估装置（例如作为由维修人员进行的设备维护的一部分），可以离线进行所述评估。替代地，在从车辆、评估装置或其他应用终端传输测量数据之后，可以通过服务提供商的数据中心在线进行所述评估。

18、另一优点在于电池单体上电压传感器的使用，这些电压传感器通常已经作为车辆牵引电池的电池管理系统的一部分存在，或者可能已经设置于固定式电池储能系统中。

19、根据本发明的一个方面，车载系统可以具有用于采集电池温度的温度传感器；其中，已存储的特性映射图包括高压电池的soh值与内阻值的特定对应关系，所述对应关系取决于和/或基于电池温度值。

20、根据本发明的一个方面，车载系统可以具有用于采集高压电池的输出电压的电压传感器；其中，已存储特性映射图包括高压电池的soh值与内阻值的特定对应关系，所述对应关系取决于和/或基于所采集输出电压的值。

21、根据本发明的一个方面，已存储特性映射图可以包括高压电池的soh值与内阻值的特定对应关系，所述对应关系取决于和/或基于放电电流值。

22、根据本发明的一个方面，电池监测装置的处理器可以具有处理能力，处理来自放电测量间隔模块的测量的新测量值组，所述测量值组是借助传感器以至少20 hz的频率采集的。

23、根据本发明的一个方面，车载系统可以包括供用户操作的操作元件，所述操作元件具有与电池监测装置的信号连接，其中，电池监测装置的放电设置模块、放电测量间隔模块、电压差确定模块、内阻确定模块和soh确定模块借助对操作元件的操作而被激活。

24、根据本发明的一个方面，高压测量电路可以包括用于防止通过高压测量电路在高压电位之间产生有害电流流动的熔断器，所述熔断器与测量电阻和半导体开关串联连接。

25、根据本发明的一个方面，所述方法可以包括以下可选步骤：

26、借助高压电池上的温度传感器测量电池温度；以及

27、基于包括高压电池的soh值与内阻值的特定对应关系的特性映射图、从确定的内阻和电池温度中具体确定高压电池的soh，所述对应关系取决于和/或基于电池温度值。

28、根据本发明的一个方面，所述方法可以包括以下可选步骤：

29、借助高压电池上的电压传感器测量电池电压；以及

30、基于包括高压电池的soh值与内阻值的特定对应关系的特性映射图、从确定的内阻和电池电压中具体确定高压电池的soh，所述对应关系取决于和/或基于电池电压值。

31、根据本发明的一个方面，所述方法可以包括以下可选步骤：

32、基于包括高压电池的soh值与内阻值的特定对应关系的特性映射图、从确定的内阻和放电电流中具体确定高压电池的soh，所述对应关系取决于和/或基于放电电流值。

33、根据本发明的一个方面，可以借助电压传感器以至少20 hz的频率执行测量和存储至少单个单体电压的步骤。

34、根据本发明的一个方面，所述方法可以包括以下初始步骤中的至少一个：

35、通过将每个单独的电池单体充电至电池单体的最大单体电压的阈值，将高压电池充电至高压电池的最大荷电状态（soc）；和/或

36、在达到高压电池的最大荷电状态（soc）之后，等待预设静置时间，优选45至60分钟的静置时间，在此期间高压电池处于静置状态。

37、根据本发明的一个方面，所述方法可以包括以下初始步骤：

38、响应于用户对操作元件的操作而启动所述方法。

39、根据本发明的一个方面，所述方法可以包括以下初始步骤之一：

40、借助断开装置（bdu）断开高压电池与动力总成之间的电气连接；和/或

41、检查车辆的运行状态和高压电池与动力总成之间的电气连接；以及

42、根据车辆处于静止状态且高压电池与动力总成之间的电气连接已断开这一条件，允许启动老化状态评估方法。

43、根据本发明的一个方面，所述方法可以包括以下初始步骤：

44、借助高压电池上的温度传感器检查高压电池的电池温度是否处于预设温度范围内，优选处于25至30℃的温度范围内；以及

45、根据电池温度处于预设温度范围内这一条件，允许启动老化状态评估方法。

46、根据本发明的一个方面，放电脉冲的脉冲持续时间可为5至10秒。

47、此外，可以利用用于在具有高压电池的车辆上评估高压电池老化状态的评估装置来执行本发明的方法。评估装置包括：微型计算机，用于执行核心的方法步骤；高压测量电路，其具有由测量电阻和半导体开关组成的串联电路，所述串联电路可在车辆的高压电池的高压电位之间电气连接；以及数据接口，其可与车辆的数据接口通信连接，用于将由车辆中的高压电池上的电压传感器和电流传感器采集的测量值传输至评估装置。

48、根据本发明的一个方面，评估装置可以具有与外部数据处理设备的数据连接，所述外部数据处理设备执行至少步骤s11至s15。