CN105539169A - 用于监控电池的荷电状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监控机动车辆的电池的荷电状态的方法，在该方法中，在电池充电电压已经降低到限定的极限值的时刻确定电池电流。将因此确定的电池电流传输到评估单元，如果在限定的时期内通过确定的电池电流没有测量到电池的放电，则评估单元生成警报信号。选择电池充电电压的降低的极限值，使得根据本发明的算法可以因此识别电池的荷电状态是处于高于还是低于阈值，高于该阈值，则电池的特定电气功能可以得到保证。

Description

用于监控电池的荷电状态的方法

说明书

本发明涉及一种用于监控机动车辆的电池的荷电状态的方法。监控的电池特别是机动车辆的铅蓄电池。

机动车辆的起动机电池是提供用于内燃发动机的起动机马达的电流的蓄电池。相比之下，电动车辆的电池——其用于驱动车辆——被称为牵引电池。此外，电动车辆或混合动力车辆也可以具有起动机电池。通过示例，铅蓄电池可以用作电池，然而，这些以下将被称为铅电池。

车辆的这种类型的电池不断地充电和放电。通过示例，通过交流发电机执行充电，或在插电式电动车辆的情况下通过将车辆连接到本地电源来执行充电。这里，可以实施机动车电源管理的各种策略。用于控制交流发电机的策略必须保持电池荷电状态(SOC)处于低于满荷电状态且高于最小状态以保证电气功能，交流发电机调整发电量以适应很少或甚至没有消耗电能的传动***操作阶段。因此，估算荷电状态或者识别高或低荷电状态的电池监控***，必须确保电池始终充分地充电以便确保其功能。

控制插电式混合动力车辆(PHEV)和电动车辆(BEV)的低电压***(12V)的策略形成用于控制电源的第二类策略。根据特定时间计划、车辆模式或激活的电负载，它们可以激活均衡充电和涓流充电。这样的策略同样需要电池荷电状态的监测，特别是因为涓流充电一定程度上是可以迅速下降到低荷电状态的荷电状态条件。

通过示例，从现有技术已知的电池监控***使用霍尔传感器或分流电阻，霍尔传感器或分流电阻在每种情况下均直接连接到电池电极。然而，这引起电池的封装和布置的某些限制或要求。然后，测量的电池电流通常实时地积分并且添加到初始值中，以便估算当前的荷电状态。因此，结果是连续计算值，其应该估算实际的荷电状态。

分流电阻在宽范围的电流值内是非常精确的。因此，在车辆操作期间和在停车阶段期间，它们适用于电池电流的测量，但是比较昂贵。霍尔传感器成本不高，但是通常设计用于仅在有限范围内的电流的精确测量。它们的精度可以限制荷电状态的估算的精度。此外，这特别是当传感器设计成测量高或中等电流但是车辆在具有低但仍然显著的负载的状况下保持停放长的时间期间时的情况。

一旦电池在没有显著的充电电流或放电电流的情况下已经休眠若干小时，通过测量电池的开路电压并且使用存储的相互关系(查找表)，可以确定连同电流积分使用的初始值。这可以被认为是在先前旅行期间确定的荷电状态的重新校准。然而，周期或恒定负载妨碍这个初始估算。其他实施构思用电池电压的测量进行操作，同时用例如在起动机的旋转期间的已知的高负载使电池放电以便估算初始的荷电状态。

第一种方法——其使用电池的开路电压——在插电式车辆(PHEV或BEV)中不能可靠地使用。这也适用于比如出租车或警察巡逻车这样的整晚由不同的驾驶员驾驶的传统车辆。在PHEV和BEV的情况下，即使车辆在若干小时的时间期间内在电源处充电，不能保证在下一个旅行之前开路电压有足够的时间达到稳定状态。这归因于以下事实：在牵引电池在电源处的充电期间，已知的电源的电气架构不使铅电池从低压电流源分离。如果经过测量稳定状态下的开路电压的不足的休眠时间，则在上一次旅行期间计算的荷电状态的最终估算值可以用作初始值。然而，结果削弱了精度。

最后，电池监控传感器(BMS)的成本必须由其功能补偿。电池监控传感器的主要功能在于监控电池以最小电压水平按需提供电流的能力。然而，用于估算电池的电气功能的电流积分法的使用的缺点在于以下事实：即使SOC是精确已知的，电池的电流输出能力并不总是由荷电状态反映。此外，这特别是当电池已经老化时的情况。

由传统电池监控传感器引起的上述精度问题连同成本考虑和设计规定，导致需要一种新的电池监控技术。

专利文献EP1321773A1通过示例公开了一种用于确定电池的剩余容量的方法，在该方法中使用电池的剩余容量和四个参数之间的相互关系。参数包括电池的内阻、温度、放电电流以及开路电压或放电电压。这些参数之间的相互关系是通过测量确定的，并且根据这个相互关系创建一条或多条曲线图。从基于至少两个变化的参数的曲线图确定电池的相关剩余容量，在电池的操作期间测量该变化的参数。专利文献EP1503219使用一种方法，在该方法中，从参考表推断出电池的剩余容量和测量的参数之间的相互关系。用如在例如专利文献US7,355,411或US7,990,111中公开的方法也高精度地确定电池的剩余容量。

在此基础上，本发明的目的是提供用于监控电池的状态的更简单的方法，用该方法可以确保足够高的电池荷电状态。

该目的根据本发明是通过根据独立权利要求1的方法来实现。这种方法的有利发展将由从属权利要求2-10呈现。

应当指出的是，在权利要求中单独详细说明的特征可以以任何技术上可行的方式彼此结合并且说明本发明的更多实施例。此外，说明书特别是连同附图，描述并且详细说明本发明。

在根据本发明的用于监控机动车辆的电池的荷电状态的方法中，在电池充电电压降低到限定的极限值的时刻确定电池电流。将因此确定的电池电流传输到评估单元，如果在限定的监控期内通过确定的电池电流没有测量到电池的放电，则评估单元生成警报信号。这里，选择电池充电电压的极限值，使得当电池的荷电状态处于高于限定的阈值时电池放电。使用的监控期可以是固定的限定值或可以不断地调整以适应电池的当前状态。因此，以这种方式监控的电池特别是铅电池。

选择电池充电电压的降低的极限值，使得根据本发明的算法可以因此识别电池的荷电状态是处于高于还是低于阈值，高于该阈值，则电池的电气功能可以总是得到保证。然而，算法在这里仅识别离散的荷电状态，因为其仅确定荷电状态相对于阈值是高还是低。这意味着算法检测离散状态而不是尽可能精确地估算精确的荷电状态。

代替不断地计算荷电状态的估算值，算法输出识别荷电状态是处于高于还是低于预先限定的阈值的信号。如果在电池充电电压的降低之后的限定的时间期间内没有测量到放电，则这意味着荷电状态处于低于阈值并且因此是不足的。相比之下，如果确定放电，则这意味着荷电状态处于高于阈值并且是足够高。因此，方法仅确定低荷电状态或高荷电状态，然而这对典型的充电和停止启动控制策略来说是足够的，策略目的是使燃料消耗减到最少。这对用于插电式车辆的电源管理的设计为保持长的电池使用寿命和最大化电力驱动的行程的策略来说也是足够的。

因此，在长的休眠时期之后，算法也不执行荷电状态的初始估算，否则其将引起先前提到的问题。在没有安装在电极上的电池电流传感器和/或电池电压传感器的情况下，也可以实施该算法。

测量值可以从传感器直接地或间接地传输到评估单元。此外，评估单元不一定是独立的模块，因为其功能可以通过若干单独的模块的合作来形成。

根据本发明，通过监控电池电流来确定相对于阈值的高荷电状态或低荷电状态，同时电池端子上的电压至少片刻降低到对应于校准阈值的电压。这里，通过测量电流源的输出电流，可以直接地或也可以间接地确定电池电流，电池通过该电流源充电。这个电流源特别是机动车辆的发电机(例如交流发电机)或DCDC(直流-直流)转换器。如果交流发电机的输出电流或DCDC转换器的输出电流下降到零，同时发生电压降，则可以假定电池提供总的低压电流。因此，通过监控交流发电机的输出电流或DCDC转换器的输出电流，可以确定电池放电时间，并且不需要单独的电池电流传感器。

用于监控荷电状态的算法应该与电源管理策略一起实施，该电源管理策略周期地升高和降低电压设定值，当设定值以这种方式降低时，可以发生监控。在例如以下情况时正是如此：如果存在限定的条件，则基于充电策略增加电池充电电压，并且当这些限定的条件不再存在时，电池充电电压再次降低到限定的极限值。通过示例，这些限定的条件可以包括机动车辆的传动***的高能量转换效率或再生制动的良好条件。

然而，如果很少发生或甚至根本不发生电压设定值的这种变化，则算法也可以周期性地引起必要的电压降低。因此，在本发明的一个实施例中，电池充电电压根据计划以有规律的间隔降低到限定的极限值。因此，可以计划短期的周期性电压降低，这仅用于荷电状态的定期监控的目的。

如果通过评估单元的警报信号识别电池的过低的荷电状态，则可以由机动车辆启动用于改变电池状况的措施。这种措施特别是包括使电池充电到最大荷电状态的过程的发起，最大荷电状态应该处于尽可能接近100％。如果算法与优选的充电策略相结合，则这可能意味着确保高电池电压设定值，否则算法将保留用于具有非常高的效率或再生制动的车辆的操作阶段。相比之下，如果算法集成在充电策略中，在该充电策略中，根据计划以有规律的间隔在涓流充电和均衡充电之间切换，则根据本发明的示例性实施例，为此目的可以启动从涓流充电到均衡充电的计划外改变。这优选地被维持直到电池充分地再充电。

在均衡充电的情况下，使用促进铅蓄电池中的全部电池单元的完全充电的电压设定值。电压设定值通常以依赖于温度的方式定义，并且经常使得析气速率处于低于限定的温度范围内的中间的最大设计值。这个依赖温度的充电电压通过所谓的z-曲线填入表中。z-曲线——其限定均衡充电——可以从电池制造商获得或可以通过车辆制造商定义，以便用预测使用曲线在给定目标车辆中很好地起作用。z-曲线定义电池的接线端子上的电压。

相比之下，涓流充电是机动车辆电源的电压设定值的控制策略，该策略使电池电流减到最少并且将电池荷电状态维持在一固定值或固定值附近。可以以两种方式中的一种执行涓流充电：作为在电池接线端子上定义的依赖温度的电压或作为以电池电流保持为零这样的方式控制电源(DCDC转换器或发电机)的电压设定值的电流控制策略。最后的实施例可以被称为零电流控制，因为其以电池电流等于零这样的方式控制电压设定值。

因为根据本发明的方法不需要任何没有电压输入电池以用于重新校准以便校正电流积分误差的时期，此外，方法可以在可以***到电源中并且可以充电或可以行驶一天的大部分的插电式混合动力车辆和电动车辆中应用。

本发明的应用领域也可以扩展，使得方法在例如飞机、船舶和使用铅电池储能的固定电源(例如家用电源)中应用。飞机和轮船通常或者在目标位置之间操作，或者停放在跑道上或停泊在码头，在此情况下电池通过外部电流源充电。它们的操作周期与插电式机动车辆的操作周期相似，因为连续的充电电压输入到其电池中。由太阳能和风能供给并且使用铅电池储能的固定家用电源，可以具有相似的操作周期。

本发明的更多优势、细节和有利发展将从从属权利要求和参考附图的下面的优选示例性实施例的描述中显而易见。

在附图中：

图1示出通过负载的铅电池的放电的等效电路图的示图；

图2示出在通过负载放电的情况下的ZARC元件的极化的示图；

图3示出在通过外部电流源的电池的充电的情况下的ZARC元件的极化的示图；

图4示出在放电期间处于准稳态的电池的阻抗的示图；

图5示出整个电池模块的戴维南等效电路图的示图；

图6a示出用于说明在电压设定值的控制期间随着时间的消逝的交流侧电压的曲线图；

图6b示出用于说明伴随电池的高荷电状态的随着时间的消逝的电池电流的曲线图；

图6c示出用于说明伴随电池的低荷电状态的随着时间的消逝的电池电流的曲线图；

图7示出利用周期性产生的电压降低的算法的流程图；

图8示出用于根据在任何时刻测量的车辆负载电流来估算虚拟容量的放电时间的在线算法的实施方式的示意图；

图9示出用于计算放电时间的等效电路的示图；以及

图10示出用于识别荷电状态的算法的流程图。

在图1中说明根据铅电池的等效电路图来形成根据本发明的将电池的荷电状态与校准阈值相比较的方法的基础的原理。等效电路图示出电池10，电池10是通过负载R_L放电。电池模块由电压源、两个ZARC元件(扎克元件，ZARCelement)和串联电阻R_S构成，电压源的电压U_OC对应于当电池已经保持休眠长的时间期间并且处于均衡状态时的开路电压，串联电阻R_S是不恒定的但是依赖于荷电状态和温度。ZARC元件各自包括非线性的电阻R_Zn，非线性的电阻R_Zn并联连接到恒定相位元件，恒定相位元件是由电容器C_Zn近似。也可以使用具有多于两个ZARC元件的模型以便更好地近似实际电池特性曲线，然而，可以利用一个或两个元件来解释根据本发明的SOC阈值识别背后的原理。

ZARC元件形成电池中的极化效应，极化效应影响其阻抗谱。在负载从电池分离之前，交流侧电压是开路电压U_OC、ZARC元件两端的电压和串联电阻R_S两端的电压的和。当负载从电池分离时，电池逐渐地进入均衡状态，均衡状态在模型中模拟，在模型中虚拟电容器C_Z1和C_Z2在非线性的电阻R_Z1和R_Z2两端放电直到端子上的开路电压等于U_OC。虚拟电容器C_Z1和C_Z2的极化取决于电流的符号。如图2所示，如果发生放电，则电容器具有与开路电压源相同的极性。这意味着电压源的正极侧连接到ZARC元件链的正极侧。结果，电池连接电压小于开路电压。电流的方向在图2中由箭头2.1表征。

当电池通过外部电流源充电时，ZARC元件的极化反转。ZARC元件链的负极侧连接到电压源U_OC的正极侧，结果，交流侧电压高于开路电压。开路电压U_OC是荷电状态和温度的函数。确定函数U_OCV(SOC,T)相对于荷电状态近似线性，并且可以通过用于算法的校准的台架试验来确定函数U_OCV(SOC,T)。

如果电池10由比如交流发电机或DCDC转换器这样的外部电流源20充电，则电池交流侧电压显著大于开路电压U_OC，并且如图3所示ZARC元件被极化。始终控制交流发电机的电压设定值或DCDC转换器的电压设定值，使得限定的电压施加在电池端子上。图3所示的简化模型不包含电池10和电流源20之间的布线电阻，因此电池交流侧电压与电负载两端的电压U_RL相同。在分析中，应该优选地相对于电池交流侧电压定义电源的设定值。

为了确定电池的荷电状态是处于高于还是低于电池的荷电状态(SOC)的极限值，电流源的电压设定值降低到对应于SOC值和电池温度的电压U_OCV(SOC,T)：

U_Setpoint＝U_RL＝U_OCV(SOC，T).(1)

在一时刻，在该时刻之后电压设定值已经降低，实际内部开路电压U_OC和ZARC元件两端的电压的和大于设定值：

U_OC+U_Z1+U_Z2＞U_RL.(2)

在设定值的降低之后的时刻，基于方程式(2)中表示的不平衡，必须发生电池放电。存储在电池中并且排出的能量可以分成两类：化学势能(其量由U_OC表示)和存储在虚拟ZARC电容器中且由U_Z1和U_Z2表征的形成极化效应的能量，化学势能转化成电流同时通过氧化还原反应形成硫酸铅和水。

电池端子处的氧化还原保护化学势能源的内阻与在放电期间处于准稳态的电池的阻抗相同。如图4所示，内阻是电池串联电阻R_S与(非线性的)ZARC电阻部件R_Z1和R_Z2的和。这里，电流的流动方向在图4中由箭头4.1表征。

由ZARC元件中包含的虚拟电容器表征的能量缓冲器和电池端子之间的内阻仅包含电池串联电阻R_S。这在图5的整个电池模型的戴维南等效电路中表明，其中在这里电流方向由箭头5.1表征。

因为由ZARC元件中的虚拟电容器表明的能量缓冲器的内阻小于由U_OC表征的化学势能的内阻，在通过氧化反应生成电流之前，电池端子上的电压下降到小于U_OC的设定值，这导致虚拟电容器通过负载R_S的完全放电。因此，如图3所示，如果U_OC大于电压设定值，则电容器的极化必须反转。如果是这样的情况，如图2所示，则在测量流入电池的(充电)电流之前，它们必须呈现相反的极化。

因此，如果在电容器完全放电之前测量到电池充电电流，则可以假定放电过程已经过早地停止，因为电压设定值大于U_OC，这意味着电池的荷电状态处于低于限定设定值的阈值。

这种荷电状态比较法是基于确定模型中的电容器是否完全放电并且当电压设定值降低到对应于荷电状态的阈值的值时用相反的极性再次充电的构思，该电容器形成极化效应。这可以通过具有不同程度的精度的算法来实现。在其最基本形式中，当电源的电压设定值降低到校准值时，算法检查电池是否可以在没有其他的电源(交流发电机或DCDC转换器)的帮助的情况下支持负载。

为了确定ZARC元件中的虚拟电容器——其形成极化效应——是否完全放电并且当电压设定值降低时重新极化，可以随着时间的消逝监控使电容器完全放电所需的电池电流。如果在此期间仅测量到电池的放电电流，则可以假定电容器同样已经完全放电并且其极性相对于在充电期间的其先前状态已经改变。因此，估算的放电时间用于确定电压降低的长度和监控期的长度。

然而，电池电流可以通过一系列具有良好精度的传统方法监控，放电时间的精度可以更低。这是由于在估算ZARC元件中的虚拟电容值时的不准确度，虚拟电容值是ZARC元件两端的电压(ZARC元件中存储的能量和电池电流)、电池荷电状态和温度的函数。

优选地选择稍微长于最大可能的放电时间的电流监控期，因此以便补偿精确的放电时间的计算中的不准确度并且以便避免错过低荷电状态条件的识别。一旦虚拟电容器已经完全放电，电路进入过渡阶段，过渡阶段最终以放电电流的消失结束。只要在使电容器放电所需的整个时间期间测量放电电流并且一旦电容器已经改变极性则在过渡阶段测量任何放电，就可以假定电池的荷电状态超过阈值。

下列条件可以由算法使用，以便识别电池的荷电状态和阈值之间的关系：

-ZARC元件的电容部分的完全放电是电池的荷电状态超过阈值的必要的先决条件。

-在过渡阶段中，一旦电容元件已经放电，电池放电电流的测量是电池的荷电状态超过阈值的充分先决条件。

根据最基本的实施构思，可以选择比特定电池的最大可能的放电时间长的恒定的监控期。电压设定值至少在监控期内周期性地降低，并且监控电池电流。如果仅测量到电池放电电流，则有识别到大于阈值的荷电状态的充分先决条件。如果电池在此期间开始充电，因此，其荷电状态可以低于校准阈值。因此，低荷电状态的识别是保守的：误报识别是可能的，然而没有检测到低SOC条件的漏报识别设计为很少发生。

在图6a、6b和6c中表明在具有高于和低于校准阈值的荷电状态的电池的监控期中的电压和电流的状态曲线。图6a示出伴随电压设定值的控制的随着时间t绘制的端子电压/交流侧电压U_RL。图6b示出伴随电池的高荷电状态SOC(SOC>SOC_Thresh)的随着时间t绘制的电池电流I_Batt，然而图6c示出伴随电池的低荷电状态SOC(SOC<SOC_Thresh)的随着时间t绘制的电池电流I_Batt。图6a中的区域6.1表征监控期，然而图6b中的区域6.2表征完全放电，并且图6c中的区域6.3表征不完全放电。

在图6a中，如方程式(1)中所定义的，电压设定值U_Z对应于依赖温度的均衡充电电压，并且U_Thresh对应于校准阈值SOC_Thresh。电池充电电流定义为正的，并且放电电流定义为负的。图6b表明具有处于低于阈值的荷电状态的电池的电流曲线，因为在监控期测量(正的)充电电流。相比之下，图6c表明具有处于低于阈值的荷电状态的电池的电流曲线，因为在监控期中测量(正的)充电电流。

为了实施根据本发明的荷电状态比较法，将电池两端的电压从保证充电电流(其流入电池)的电压降低到是用于比较的荷电状态阈值的函数的电压设定值，是必要的。为此目的，至少有两种可能性。一种可能性在于根据定时器周期性地降低电压设定值，并且另一种可能性在于利用在再生制动期间发生的电压设定值的降低或车辆控制器和电压设定值之间的其他交互来协调监控期。

从充电电压到对应于荷电状态阈值的电压的电压降低的负梯度应该选择得足够大，以便在放电期间不限制充电电流，但也不会引起任何可见的灯闪烁或车辆中风扇速度的可听到的变化。正梯度——其对应于回归到均衡充电电压——仅限于电压质量考虑：闪烁灯和风扇速度的可听到的变化。

在图7中表明通过基于定时器的算法的电压设定值的周期性降低。一旦在步骤7.1激活车辆的电源，施加依赖温度的均衡充电电压。这个电压在图7中表示为U_EQ，使得电压设定值在步骤7.2中设置为U_EQ。当前时间也被记录，并且在步骤7.3中存储在变量时间标志SOCMonTimeStamp(SOC监控时间标志)中。当自时间标志的记录以后消逝的时间超过校准的变量SOCMonPeriod(SOC监控期)(步骤7.4)，电池监控期开始并且伴随着电压降低。标记(变量)SOCMonFlag(SOC监控标记)——其规定监控期已经开始——在步骤7.5中设置为高(＝1)，并且电压设定值在步骤7.6中设置为值U_Thresh。这个值U_Thresh对应于方程式(1)中所描述的荷电状态阈值。此外，变量SOCMonTimeStamp的值在步骤7.7中重新设置为当前时间t。这个时间用作参考，以便确定何时监控期结束和何时下一次监控期开始。

一旦步骤7.8中的检查表明自监控期的开始以后的时间超过校准阈值SOCMonWindow(SOC监控窗口)，SOCMonFlag的值重新设置为零(步骤7.9)，并且电压设定值在步骤7.10中再次设置为均衡电压。监控期可以很短，其中典型的机动车应用中的SOCMonWindow的值可以小于20秒。

在当前时间t和存储为SOCMonTimeStamp的值之间的差再次超过校准值SOCMonPeriod时，开始新的监控期。这个值可以被校准以便每隔几小时或一小时内若干次触发监控期(取决于应用)。这里使用变量标记SOCMonFlag，以便触发电池电流监控算法。当它设置为高(＝1)时，监控应该开始并且在估算或校准的放电时间期间保持。

监控期可以与在再生制动期间发生的电压设定值的变化或车辆操作元件和电压设定值之间的其他交互相协调。如果这些足够经常发生，则免除周期的电压降低的产生是可能的。这里，由通过这里所描述的SOC监控算法实施再生制动和选择充电的电源管理策略引起的电压降低，与根据本发明的算法相协调。

为了在电压降低之后监控电池电流，可以实施直接测量或间接监控。直接测量可以通过标准的霍尔传感器或分流电阻来执行。然而，通过交流发电机的输出电流或DCDC转换器的输出电流间接监控电池电流，可以节省传感器的成本，交流发电机或DCDC转换器在任何情况下用作主电流源。

SOC识别算法仅需要电池电流的符号表示充电或放电状态。不使用电流的大小。在用于供给电负载的电流必须或者来自主电流源(交流发电机或DCDC转换器)或者来自电池的假定下，通过监控主电流源的输出电流来确定电池是否正在放电是可能的。只要其输出信号是零，电池就必然放电并且支持电负载。

在具有交流发电机的传统车辆中，通过示例，当没有测量到交流发电机的输出电流时，假定电池放电。在实践中，发动机控制策略需要交流发电机电流的测量，以便补偿交流发电机的机械负载。通过交流发电机参考其工作周期或绝对电流来做出输出电流的估算，并且两种类型的信息可以用于确定电池是否正在放电。在电源具有DCDC转换器作为主源的情况下，通信输出电流的输出信号通常也是可用的。因此，在没有单独的电池电流传感器的情况下，可以通过监控来自交流发电机或DCDC转换器的电流来实施根据本发明的SOC识别算法。

如先前所述，一旦发生电压降低，监控电池电流，以便识别电池的荷电状态是处于高于还是低于校准阈值。如果在使ZARC元件中的虚拟电容器放电所需的时间期间电池正在放电，则确定荷电状态高于校准阈值。监控电池电流的时间期间应该稍微长于估算的电容器的放电时间，以便创造充分的条件使荷电状态可以超过阈值。

这个监控窗口的长度可以在线计算或可以校准为固定值。在线计算在这里意味着根据与电池状态和电池测量有关的当前变量的监控窗口的连续确定和调整。

在在线计算的情况下，使用卡尔曼滤波器或其他自适应估算方法，可以在线更新模型的参数和状态，以便获得模型与实际电池状态和测量的最佳近似。然后，等效电路图可以用于根据在任何时刻估算或测量的车辆负载电流来估算虚拟ZARC元件的电容部分的放电时间。

图8表明用于根据在任何时刻测量的车辆负载电流来估算虚拟电容器的放电时间的在线算法的实施方式。应当指出的是，由算法使用的等效电路图是由n个ZARC元件概括。ZARC元件的欧姆值和电容值以及其相关状态(ZARC元件两端的电压)不断和自适应地更新。

到电池模型8.1中的输入是测量的或估算的电池交流侧电压U_Batt、来自主电源(交流发电机或DCDC转换器)的电流I_PS、车辆负载总电流I_F、和电池温度T_Batt。框8.2自适应地确定模型的参数和状态并且生成R_Z1...R_Zn、C_Z1...C_Zn、U_Z1...U_Zn和U_OC的估算值。放电时间计算框8.3为计算周期的开始采用ZARC元件的更新的欧姆值和电容值以及其状态连同电池以车辆总电流I_F放电的假定。这种情况如图9所示，在此情况下，电容器的极性描述了在施加车辆负载之前时刻的电池的充电电流。放电时间框计算时间直到极性变化或直到

U_Z1＝...＝U_Zn＝0.(3)

如图8所示，这个放电时间在步骤8.4输出为值DisTime。与标记SOCMonFlag——其由触发电压降低的算法设置和重新设置——相似，放电时间被不断地计算并且在电压降低之后直接输入到监控放电电流的识别算法。

使用特定荷电状态阈值和在一定操作温度及负载电流范围内的依赖温度的均衡充电电压的电池模型，也可以离线计算放电时间。此外，它可以在一系列台架试验期间在调整处理的电池上测量。结果可以应用于查找表，查找表参考车辆负载电流和电池温度来定义放电时间DisTime。

同样可以实施采用恒定放电时间的解决方案，解决方案独立于温度和负载电流。如已经描述的，识别算法可以设计成使得其内在地保守，其中，选择监控期以使得监控期大于ZARC元件中的虚拟电容器的实际放电时间。因此，这可以导致荷电状态低于阈值的误报识别，然而，没有检测到任何低荷电状态的漏报识别是很少的。因此可以应用最小实施方式，最小实施方式采用伴随发生偶然的低荷电状态条件的误报识别的假定的恒定的校准放电期。低荷电状态的消除通常在于电池的完全充电，其对车辆功率没有显著影响。

一旦在监控期内发生电池电压的下降，根据本发明的识别算法监控电池电流。如果在放电期仅测量到放电电流，则确定荷电状态处于高于校准阈值。然而，如果在监控期没有测量到电池电流或充电电流，则确定荷电状态处于低于校准阈值，并且激活低的SOC标记。图10表明这种荷电状态识别算法。

在步骤10.1中，通过电流源使电池充电来激活算法。当发生电压降低时，开始识别过程，识别过程是通过SOCMonFlag的低到高过渡确定的。标记可以通过定时器周期性地生成，此外其控制电压设定值，或者标记可以通过算法生成，算法通知通过再生制动或选择的充电策略造成的电压设定值的变化。

如果标记SOCMonFlag为1(步骤10.2)，则识别过程开始，并且在步骤10.3中设置时间标志(TimeStamp)。此外，监控电池电流IBatt。只要发生放电，则确定电池的荷电状态处于高于校准阈值(步骤10.4和10.5)并且标记LowSOC(低SOC)设置为低(步骤10.6)。然而，如果在识别过程期间，放电电流下降到零或测量到充电电流，则确定荷电状态处于低于校准阈值，并且LowSOC标记设置为高(步骤10.7)。

识别过程持续整个监控期，其是估算的或校准的放电时间DisTime和校准参数DisDelay(放电延迟)的和。如果步骤10.4中的检查表明消逝的时间大于DisTime和DisDelay的和，则SOCMonFlag设置为低(步骤10.8)。放电时间DisTime可以在线计算或者可以离线计算并且定义为荷电状态阈值、负载电流和温度的函数。在最小实施方式中，放电时间可以选择为恒定值。

参数DisDelay代表添加到估算的或校准的放电时间中以便确保监控期正好在实际放电时间之后结束的时期。这里，监控期优选地正好在实际放电时间之后结束以便排除实际低荷电状态的漏报识别。在最小实施的情况下，DisDelay和DisTime的值也可以结合以形成单个校准参数。

根据本发明的算法可以应用于电源管理，以便当检测到低荷电状态时触发解决问题的过程或者以便当荷电状态超过定义的阈值时激活定义的车辆功能。如果通过方程式(1)选择定义的荷电状态阈值以便区别用于车辆操作的高功率荷电状态和低荷电状态，则可以使用算法以便例如通过LowSOC-Flag(低SOC标记)触发解决问题的过程。如果确定低荷电状态，则电池的操作应该在部分充电状态下终止。应该引入均衡充电，直到或者校准的充电期已经消逝或者随后的荷电状态识别表明荷电状态已经再次升高到高于校准阈值，校准阈值可以比用于触发低荷电状态的阈值高，以便将滞后集成到解决问题的策略中。

根据本发明的荷电状态比较法也可以用若干阈值来实施，其可以用于激活和停用若干操作模式。阈值可以用于任何电池电压下降期间的比较。根据应用，校准集内的阈值的应用可以循环，或新的阈值可以根据车辆的操作历史或电源***的操作历史来应用。

通过示例，在具有比停止启动操作所需的荷电状态低的荷电状态的低荷电状态情况下，可以触发解决问题的过程。低荷电状态的阈值的应用可以发生在每两个监控事件中，并且启动停止操作的激活的应用可以发生在剩余的中间事件期间。如果确定荷电状态在两个阈值之间，因此可以在没有低SOC校正的情况下停用启动停止操作。

在另一实施例中，当车辆正在行驶时，单独的荷电状态阈值可以设置用于低SOC校正的激活并且用于这样的校正的临时停用。这可以应用于插电式混合动力车辆或电动车辆，以便最大化电驱动操作的行程。在这种情况下，当车辆正在行驶时，周期性地应用用于检测低荷电状态的阈值LowSOCThresh(低SOC阈值)，直到确定低荷电状态条件。当这发生时，应用校正问题的策略。因此，用依赖温度的均衡电压使电池充电。当这在旅行期间发生时，偶尔使用第二、较高的阈值DelayMitThresh(延迟减轻阈值)来监控荷电状态。如果荷电状态后来识别为比DelayMitThresh高，则推迟低荷电状态的整个校正直到车辆在电源处再次充电。在这种情况下，部分SOC充电策略可以继续剩余的旅行。

Claims (10)

1.一种用于监控机动车辆的电池的荷电状态的方法，在所述方法中，在电池充电电压降低到限定的极限值的时刻确定电池电流，并且将确定的电池电流传输到评估单元，如果在限定的监控期内通过所述确定的电池电流没有测量到所述电池的放电，则所述评估单元生成警报信号，其中将所述电池充电电压的所述极限值选择为使得当所述电池的荷电状态处于高于限定的阈值时所述电池放电。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述电池电流是通过测量电流源的输出电流来间接地确定，所述电池通过所述电流源充电。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述电流源是机动车辆的发电机或DCDC转换器。

4.如权利要求1到3中的一项或多项所述的方法，

其特征在于，

如果存在限定的条件，则基于充电策略增加所述电池充电电压，并且当这些所述限定的条件不再存在时，所述电池充电电压降低到所述限定的极限值，将已确定的电池电流传输到所述评估单元，如果在所述限定的监控期内通过所述确定的电池电流没有测量到所述电池的放电，则所述评估单元生成所述警报信号。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述限定的条件包括所述机动车辆的传动***的高能量转换效率或再生制动的良好条件。

6.如权利要求1到3中的一项或多项所述的方法，

其特征在于，

所述电池充电电压根据计划以有规律的间隔降低到所述限定的极限值，将已确定的电池电流传输到所述评估单元，如果在预先限定的监控期内通过所述确定的电池电流没有测量到所述电池的放电，则所述评估单元生成所述警报信号。

7.如权利要求1到6中一项或多项所述的方法，

其特征在于，

当所述评估单元生成所述警报信号时，通过所述机动车辆的***引入用于改变电池状况的措施。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，

用于改变所述电池状况的所述措施包括使所述电池达到最大荷电状态的充电过程的发起。

9.如权利要求7和/或8所述的方法，

其特征在于，

在根据计划以有规律的间隔在涓流充电和均衡充电之间切换的所述电池的充电策略中，启动从所述涓流充电到所述均衡充电的计划外改变。

10.如权利要求1到9中的一项或多项所述的方法，

其特征在于，

所述监控期是固定的限定值或不断地调整以适应所述电池的当前状态。