用于执行设备电池组的充电过程的方法和装置与流程

1.本发明涉及设备电池组、尤其是电驱动车辆的车辆电池组，而且尤其是涉及对此类设备电池组的充电策略的适配。


背景技术：

2.对设备电池组的充电导致退化。退化程度取决于充电过程的参数。在充电过程期间施加到设备电池组上的压力决定了其老化行为。
3.通常基于指定的充电曲线来执行对设备电池组的充电。该充电曲线通常通过特性曲线来说明，该特性曲线确定充电电流或最大充电电流与充电状态的关系。该充电曲线被设计为使得该充电曲线在此对充电时长、最大充电电流和所接受的老化行为进行优化，使得可以实现设备电池组的负载与所需的充电时间之间的折衷。
4.通常，在生产开始之前依据广泛的实验室测量来确定充电曲线，并且创建充电曲线，由此可以考虑该退化与设备电池组的充电电流、电池组温度和充电状态的关系。
5.由于每个用户行为会使设备电池组承受不同的负载，所以老化状态不仅取决于日历老化，而且取决于充电和放电电流的变化过程、充电状态以及电池组温度。然而，由于目前仅仅为正常和快速充电提供针对特定设备电池组类型的充电曲线，所以在充电过程期间无法考虑设备电池组的老化状态。


技术实现要素：

6.按照本发明，提供了一种根据权利要求1所述的用于使充电曲线与设备电池组的单独使用适配的方法以及一种根据并列权利要求所述的装置。
7.其它的设计方案在从属权利要求中说明。
8.按照第一方面，提供了一种用于执行设备的设备电池组的充电过程的方法，该方法具有如下步骤：
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提供充电曲线，该充电曲线根据设备电池组的充电状态来说明用于给设备电池组充电的最大容许充电电流；
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确定设备电池组的当前老化状态；
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提供参考老化状态，该参考老化状态针对设备电池组的日历年龄指定正常的老化状态；
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根据经修正的最大容许充电电流来给设备电池组充电，其中通过给最大容许充电电流加载修正值来确定经修正的最大容许充电电流，其中根据参考老化状态与当前老化状态之间的差异根据修正函数来确定该修正值。
9.对于以往的设备电池组来说，固定地指定一条或多条充电曲线，所述一条或多条充电曲线根据要求、诸如正常充电或快速充电来选择。充电曲线通常被应用于同一类型的所有设备电池组。由此，根据使用情况，在频繁的快速充电的情况下可能使设备电池组承受相当大的负载，使得该设备电池组的老化行为加快。然而，值得期望的是：使同一类型的设
备电池组的老化行为彼此相适应，使得这些设备电池组具有类似的使用寿命或者在制造商那里指定的保修条件被遵守。
10.为此，上述方法规定：对参考老化状态进行评估并且根据其余设备电池组的当前老化状态和参考老化状态来使充电曲线适配。充电曲线针对设备电池组的充电状态指定最大充电电流。
11.参考老化状态可以通过（在指定容差范围之内）相同或类似日历年龄（自从新的、即之前未使用过的设备电池组投入运行以来的时长）的设备电池组的中等/平均老化状态来指定或确定。该老化状态可以从对同一类型的多个设备电池组的老化行为的评估中得出。
12.也可以依据实验室测量来确定该参考老化状态，其中利用所允许的使用规范并且在所允许的环境条件下运行设备电池组，使得可以遵守设备电池组的保修条件。这种电池组条件例如规定：设备电池组在8年内应该仅退化到指定的例如为80 % soh-c的老化状态为止。那么，相应的参考老化状态随着日历年龄的变化过程取决于老化状态的变化过程或者对应于该变化过程，该变化过程在设备电池组的指定的所希望的使用寿命期间在持续使用该设备电池组的情况下得出，而且该变化过程在该指定的所希望的使用寿命之后达到指定的使用寿命终止老化状态，该使用寿命终止老化状态标志着设备电池组的使用寿命结束。
13.在设备电池组的情况下，老化状态（soh：state of health）是用于说明在电池组充满电时的剩余电池组容量或者剩余的成比例的行驶里程的关键参量。老化状态是对设备电池组的老化的量度。在设备电池组或电池组模块或电池组电池的情况下，老化状态可以被指定为容量保持率（capacity retention rate，soh-c）。容量保持率soh-c被指定为所测量到的当前容量与充满电的电池组的初始容量之比。替代地，老化状态可以被指定为内阻相对于在设备电池组的使用寿命开始时的内阻的升高（soh-r）。内阻的相对变化soh-r随着电池组的老化增加而升高。在下文假定：设备电池组的退化进展得越深入，设备电池组的老化状态就越低。
14.可以规定：该修正值被确定为使得：如果当前老化状态说明了相对于参考老化状态的程度更强烈的老化，则降低最大容许充电电流；和/或如果当前老化状态说明了相对于参考老化状态的程度更低的老化，则提高最大容许充电电流。
15.按照上述方法，如果相关设备电池组的与日历年龄有关的当前老化状态比相同或类似日历年龄的多个设备电池组的平均老化状态高（老化得更少），则降低通过充电曲线所指定的充电电流；而且如果相关设备电池组的与日历年龄有关的老化状态比相同或类似日历年龄的多个设备电池组的平均老化状态低（老化得更多），则提高通过充电曲线所指定的充电电流。如果例如在自从投入运行以来的三年之后的为90 % soh的老化状态被确定为所述多个设备电池组的平均老化状态，则在日历老化为三年的特定设备电池组的当前老化状态为91 %的情况下可以使充电曲线适配，使得在充电时接受更高的负载。
16.相对应地规定：根据相关设备电池组的所确定的当前老化状态来使充电曲线逐渐适配。由此实现了：如果设备电池组由于其使用而经受高于平均水平的退化，则在充电过程中减少该设备电池组的负载，而且反之亦然。
17.通过对设备电池组的负载的适配，可以使设备电池组的直至所限定的使用寿命结
束为止的剩余使用寿命适配。该使用寿命结束可以说明老化状态低于指定阈值的时间点，该指定阈值说明了该使用寿命结束并且例如对应于制造商保修界限。
18.因此，依据当前所确定的老化状态来单独地调整设备电池组的充电曲线，使得在充电舒适性与遵守或达到在制造商那里指定的所希望的设备电池组的使用寿命之间的折衷分别尽可能最佳。
19.该方法被自动执行，并且可以仅基于相关设备电池组的当前老化状态来执行。
20.上述方法的目的在于：根据设备电池组的当前老化状态来使充电曲线相对应地适配，使得随着该设备电池组的老化的进一步发展，相应的老化状态接近参考老化状态。
21.原则上，对于设备电池组的当前日历年龄来说重要的参考老化状态可以关于各种目标标准来指定。这样，该参考老化状态可以根据在所预期的使用时长（所希望的使用寿命）期间在平均并且尤其是均匀负载的情况下的老化状态的变化过程来确定，使得在该使用时长之后达到指定的诸如为80 % soh的老化状态。替代地，对于设备电池组的当前日历年龄来说重要的参考老化状态可以在设备外部的中央单元中依据实验室测量根据所述多个设备电池组的所允许的运行参量变化过程在该充电过程之前被传送给该设备。为此，该参考老化状态可以根据其余设备电池组的老化状态来确定，使得通过对充电曲线的适配来使这些设备电池组的老化行为彼此相适应或者朝着指定分布的方向确定这些设备电池组的老化行为。
22.此外，该修正值可以被设计成用于以乘法方式作用于最大容许充电电流的修正因子，其中修正函数具有关于参考老化状态与当前老化状态之间的差异的pt1特性。
23.可以规定：根据经修正的最大容许充电电流或者根据通过充电曲线所指定的最大容许充电电流，与用户的手动选择相对应地执行对设备电池组的充电。
24.按照另一方面，提供了一种用于执行上述方法之一的装置。
附图说明
25.随后，依据随附的附图更详细地阐述实施方式。其中：图1示出了用于提供特定于驾驶员和车辆的运行参量以在中央单元中确定车辆电池组的老化状态的系统的示意图；图2示出了用来阐明用于在充电过程期间运行车辆电池组的方法的流程图；图3示出了用于执行针对车辆电池组的充电过程的功能的功能框图；以及图4示出了说明充电电流的随着充电状态的变化过程的充电曲线的图示。
具体实施方式
26.在下文，依据在作为同类设备的多个机动车中的作为设备电池组的车辆电池组来描述按照本发明的方法。该老化状态模型可以在中央单元中运行并且被用于老化计算和老化预测。
27.上述示例代表了大量具有独立于电网的能量供应的静态或移动设备，诸如车辆（电动车辆、电动助力车等等）、设施、机床、家用电器、iot设备等等，这些静态或移动设备经由相对应的通信连接（例如lan、互联网）来与设备外部的中央单元（云）保持连接。
28.图1示出了用于在中央单元2中收集车队数据来创建并且运行以及评估老化状态
模型的系统1。该老化状态模型用于确定电蓄能器、诸如在机动车中的车辆电池组或燃料电池的老化状态。图1示出了具有多个机动车4的车队3。
29.这些机动车4之一在图1中更详细地被示出。这些机动车4分别具有：车辆电池组41，作为可再充电的电蓄能器；电驱动马达42；和控制单元43。控制单元43与通信模块44连接，该通信模块适合于在相应的机动车4与中央单元2（所谓的云）之间传输数据。
30.机动车4向中央单元2发送运行参量f，这些运行参量至少说明了影响车辆电池组41的老化状态的参量。在车辆电池组的情况下，运行参量f可以说明电池组电流、电池组电压、电池组温度和充电状态（soc：state of charge）的时间序列，在包、模块和/或电池层面。运行参量f在从1 hz至100 hz的快速时间帧中被检测并且可以以未压缩和/或压缩的形式定期被传输给中央单元2。
31.此外，为了使到中央单元2的数据流量减小到最低限度，时间序列可以在利用压缩算法的情况下以几小时乃至几天的间隔成块地被传输给中央单元2。
32.中央单元2具有：数据处理单元21，在该数据处理单元中可以实施随后描述的方法；和数据库22，用于存储数据点、模型参数、状态等等。
33.在中央单元2中实现老化状态模型，该老化状态模型可以是基于数据的。老化状态模型可以定期地、即例如在相应的评估时长期间之后被使用，以便基于运行参量的随时间的变化过程（分别自从相应的车辆电池组开始运转起）以及由此所确定的运行特征来确定相关车辆电池组41的当前老化状态。
34.老化状态（soh：state of health）是用于说明剩余电池组容量或者剩余电池组电量的关键参量。老化状态是对车辆电池组或电池组模块或电池组电池的老化的量度并且可以被指定为容量保持率（capacity retention rate，soh-c）或者被指定为内阻的升高（soh-r）。容量保持率soh-c被指定为所测量到的当前容量与充满电的电池组的初始容量之比。内阻的相对变化soh-r随着电池组的老化增加而升高。
35.在一个有利的实施方式中，这些运行特征也可以在传感器附近、即在相应的机动车4中产生，使得到中央单元2的数据传输可以被优化。
36.至于这些时间序列，可以使用压缩算法来进行传输，以使到中央单元2的数据流量最小化。此外，可以进行基于事件的传输，使得当例如识别出了稳定或已知的wlan网络连接时，触发并且进行数据传输。
37.图2依据流程图来阐明用于基于充电曲线来执行充电过程的方法。在图3中示出了用于执行该方法的功能框图。
38.针对车辆电池组41的特定电池组类型的经优化的充电曲线通常在制造商那里被指定并且说明了随着特定充电状态soc的最大容许充电电流i
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。在图4中示出了示例性的充电曲线。充电状态soc通常对应于与车辆电池组41的总蓄能容量有关的在电池组中所储存的电量。一般来说，充电曲线通常针对充电状态范围来指定，使得呈现阶梯形曲线。一般来说，最大容许充电电流i
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随着充电状态soc的增加而降低。
39.用于运行针对车辆电池组41的充电过程的方法首先在步骤s1中规定：检查是否应该执行充电过程。如果情况如此（选项：是），则以步骤s2来继续该方法，否则跳回到步骤s1。
40.在步骤s2中，在老化状态确定块51中确定车辆电池组41的当前老化状态sohakt。为此，可以提供不同类型的老化状态模型，这些老化状态模型可以在车辆中尤其是通过电
池组管理系统来实施，或者也可以在中央单元2中被集中实施。在此，对当前老化状态sohakt的确定考虑电池组行为，该电池组行为依据运行参量变化过程f来确定。
41.原则上，已知多种类型的老化状态模型用于确定电蓄能器的老化状态。这样，例如可以借助于物理老化状态模型或者具有基于数据的修正模型的混合老化状态模型来确定电蓄能器的老化状态。
42.用于确定电蓄能器的老化状态的老化状态模型可以以混合老化状态模型、即物理老化模型与基于数据的模型的组合的形式来提供。在混合模型的情况下，物理老化状态可以借助于物理或电化学老化模型来确定，并且该物理或电化学老化模型可以被加载修正值，该修正值从基于数据的修正模型中得出，尤其是通过加法或乘法来得出。物理老化模型基于电化学模型方程，这些电化学模型方程表征非线性微分方程组的电化学状态、连续计算这些电化学状态并且为了输出而将这些电化学状态映射到物理老化状态上，作为soh-c和/或作为soh-r。
43.用于确定电池组的老化状态的替代模型是所谓的基础模型。这里，老化状态值可以借助于库仑计数（coulomb-counting）法基于容量保持率（capacity retention rate）（soh-c）来确定。为此，依据运行参量的时间变化过程来识别充电过程被执行的情况。例如，当从电池组的完全放电的状态（在电池组的情况下，当达到了放电终止电压时可以识别出这一点）开始供应恒定电流时，可以识别出该充电过程。因此，该充电过程可以依据流入车辆电池组中的恒定的通过电流来查明。如果该充电过程进行到充满电为止，则可以通过对流入电池组中的通过电流的积分来确定总共被供应给车辆电池组的电荷量。通过与电池组的标称充电容量的比较，可以将该最大电荷量分配给老化状态值。具有特定电荷供应的部分充电以及在部分充电之前和之后对电池电压的相对应的测量也可以被评估，以便基于容量保持率来确定老化状态值。此外，库仑计数也可以在放电过程中被执行，例如在行驶循环期间被执行，其方式是确定流出的电荷量并且评估在部分充电之前和之后的电池电压。
44.借助于该基础模型对老化状态的确定是由事件触发的，使得通常只在不定期的时间点提供老化状态的模型值。该基础模型同样可以在车辆中或者在中央单元中被实施。
45.此外，在步骤s3中，通过参考老化状态确定块52来指定参考老化状态sohref。该参考老化状态sohref例如可以固定地被指定或者对应于车队3的所有车辆4的具有相同日历老化状态、也就是说与投入运行时间点有关的相同年龄的车辆电池组41的平均老化状态。为了确定平均老化状态，车队3的所有车辆4都可以将相对应的老化状态传送给中央单元2和/或将运行参量数据如上所述地传送给中央单元2，使得中央单元2可以按照上述模型为车辆电池组41相对应地确定老化状态。因此，参考老化状态确定块52优选地在中央单元2中实现。
46.尤其可以考虑在时间容差范围内具有与相关车辆电池组41相对应的特定日历年龄的所有那些车辆电池组，作为具有相同日历年龄的车辆。这样，例如可以考虑日历年龄为2年的所有车辆电池组41的老化状态，用于计算平均老化状态。
47.针对这样考虑的车辆电池组41，对相对应的实际老化状态soh求平均，以便获得平均老化状态作为参考老化状态sohref。
48.现在，根据在求差块53中所确定的参考老化状态sohref与相关车辆电池组41的当前老化状态sohakt之差，在步骤s4中在修正因子块54中确定修正因子k，尤其是依据指定的
修正因子函数，该修正因子函数在参考老化状态sohref与当前老化状态sohakt之差为正的情况下指定小于1的修正因子k并且在差为负的情况下指定大于1的修正因子k。
49.现在，在步骤s5中在适配块55中使用该修正因子，以便使通过指定的充电曲线l分别指定的最大充电电流适配（以乘法方式），以便获得经修正的充电曲线l
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。
50.随后，现在可以在步骤s6中基于在相应的车辆电池组中的充电状态确定块56中对当前充电状态soc的确定来确定当前所要设定的或者经修正的最大容许充电电流i
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并且在充电过程中将充电电流调整到经修改的最大容许充电电流上。
51.以这种方式，可以减少车队中的车辆电池组的老化状态变化过程的过大的发散并且使老化行为与指定的参考老化行为或者这些车辆电池组的平均老化行为适配。
52.该方法可以完全或部分地在中央单元中被执行。优选地在中央单元2中执行尤其是对参考老化状态sohref的车辆电池组41的老化状态的确定。
53.此外，同样可以在中央单元2中执行对修正因子的确定和对充电曲线的适配。在这种情况下，将充电曲线或修正因子传送给相关车辆，以在相对应的充电过程中予以考虑。
54.替代地，仅将用于相关车辆电池组41的日历年龄的参考老化状态sohref传输给相对应的车辆4也可足够，使得在车辆4中或者在车辆电池组41的电池组管理系统中可以进行对修正因子k的传送和对指定的充电曲线l的适配。尤其可以规定：只有当参考老化状态sohref与当前老化状态sohakt之差超过指定阈值时，才执行对充电曲线l的适配。
55.修正函数被选择为使得所得到的最大充电电流与经修正的充电曲线相对应地没有变得太高以至于该最大充电电流超出相关车辆电池组41的规格并且对于该车辆电池组来说可能是安全风险。另一方面，修正因子不应该太低以至于在充电过程期间的充电时长不成比例地变长。可以使用与pt1响应相对应的变化过程作为修正函数的变化过程，使得在参考老化状态sohref与当前老化状态sohakt之差微小的情况下仅仅对充电曲线的微小的修正就足以避免在相关车辆电池组的老化状态的进一步发展时的过冲。
56.还可以规定：通过用户的相对应的手动选择来容许或禁止修正因子的使用。