用于确定电池存储器的容量损失的方法、装置和计算机程序产品制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于确定电池存储器的平均容量损失的方法、装置和计算机程序产品。首先，确定在至少两个负载循环上的容量损失。负载循环包括在下电压和上电压之间对电池存储器放电、充电和再次放电。在此，借助高精度库仑测量装置确定电压。基于所述测量，确定第一电荷位移和第二电荷位移。基于电荷位移来确定容量损失。执行这些步骤，直至容量损失在至少两个负载循环中基本上恒定。基于至少两个容量损失确定平均容量损失。失确定平均容量损失。失确定平均容量损失。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定电池存储器的容量损失的方法、装置和计算机程序产品


[0001]本专利技术涉及一种用于确定电池存储器的容量损失的方法、一种用于执行该方法的装置和一种计算机程序产品。

技术介绍

[0002]锂离子蓄电池(以下也称为锂离子电池)由于其高的功率密度和能量密度而在移动和固定应用中用作能量存储器。为了能够安全地、可靠地并且尽可能长时间地无维护地运行这些电化学能量存储器，需要尽可能准确地了解临界运行状态，尤其是关于充电状态(英文：State of Charge)和关于老化状态(英文：State of Health)的临界运行状态。
[0003]已知的是，根据充电状态和放电深度以及充电功率和放电功率，电池的老化、尤其是所谓的通过高温的循环老化、在低温下的快速充电会受到负面影响。因此可能的是，相同类型的电池电芯能够根据所提到的参数实现大的不同数量的负载循环。
[0004]为了确定可预期的老化曲线，在现有技术中借助在电池系统的设计阶段期间的测量来确定所使用的电池电芯的老化特性。通常不测试具有真实负载特性的真实老化速度。更确切地说，在所谓的残差测试(Rafftest)中，在压缩的负载特性上确定老化速度或循环稳定性。利用这些结果对经验老化模型进行参数化，从所述经验老化模型中得出应用中的老化曲线。基于物理和/或化学测量确定的、取决于负载特性、工作点和环境条件的未来老化的曲线由于所基于的物理和化学过程及其复杂的相互作用的非线性而难以执行。
[0005]电池的老化状态的预测不利地变得复杂。因此，有说服力的老化模型的参数化通常不利地非常耗时。此外，经常必须做出用于评估老化的假设，所述假设不利地使老化不精确。
[0006]这不利地导致电池存储器的尺寸大于功率和寿命要求所要求的尺寸，以便确保足够的功率并且因此能够遵守担保和保证承诺。

技术实现思路

[0007]因此，本专利技术要解决的技术问题是，提出一种方法和一种装置，所述方法和装置能够以简单且鲁棒的方式实现，确定电池电芯的老化状态。
[0008]上述技术问题通过根据权利要求1所述的用于确定容量损失的方法、根据权利要求9所述的装置和根据权利要求12所述的计算机程序产品来解决。
[0009]根据本专利技术的用于确定电池存储器的至少一个平均容量损失的方法包括多个步骤。在第一步骤a)中，借助高精度库仑测量装置测量电池存储器的至少两个负载循环，其中，单个负载循环包括第一放电，在所述第一放电中测量从第一充电状态到第二充电状态的第一电荷量。进行随后的第一充电，在所述第一充电中测量从第二充电状态到第三充电状态的第二电荷量。接着进行第二放电，在所述第二放电中测量从第三充电状态到第四充电状态的第三电荷量。负载循环中的充电和放电在电池存储器的下电压和上电压之间进
行。在第二步骤b)中，借助第四充电状态和第二充电状态的差来确定第一电荷位移，并且借助第三充电状态和第一充电状态的差来确定第二电荷位移。在第三步骤c)中，从第一电荷位移和第二电荷位移的差确定容量损失，其中执行第一步骤a)、第二步骤b)和第三步骤c)，直到容量损失基本上恒定。随后，基于至少两个容量损失来确定平均容量损失。
[0010]根据本专利技术的用于执行用于确定电池存储器的平均容量损失的方法的装置包括高精度库仑测量装置。高精度库仑测量装置被设置为，在测量技术上采集电池存储器的负载循环。在此，在负载循环内执行第一放电，在所述第一放电中测量从第一充电状态到第二充电状态的第一电荷量。进行随后的第一充电，在所述第一充电中测量从第二充电状态到第三充电状态的第二电荷量。接着进行第二放电，在所述第二放电中测量从第三充电状态到第四充电状态的第三电荷量。负载循环中的充电和放电在电池存储器的下电压和上电压之间进行。所述装置还包括计算单元，所述计算单元被设置为，借助第四充电状态和第二充电状态的差来确定第一电荷位移。所述计算单元还被设置为，借助所述第三充电状态和所述第一充电状态的差来确定第二电荷位移。此外，所述计算单元被设置为，根据所述第一电荷位移和所述第二电荷位移的差确定容量损失，并且当所述容量损失基本上恒定时，确定平均容量损失。此外，计算单元被设置为，确定平均容量损失。
[0011]根据本专利技术的计算机程序产品可直接加载到可编程计算单元的存储器中。所述计算机程序产品包括程序代码装置，以便当所述计算机程序产品在所述计算单元中执行时实施根据本专利技术的方法。
[0012]平均容量损失描述了所选负载循环的老化速度，单位为每循环的容量损失。有利地，利用根据本专利技术的方法可以在电池的老化速度方面对高精度库仑测量装置的测量数据进行定量评估。定量评估是可能的，因为基于平均容量损失的确定可以确定容量的绝对值。
[0013]此外，利用根据本专利技术的方法有利地可能的是，将非对称的充电和放电循环以及高的电流强度用于负载循环。换言之，它可以是任何负载循环，特别是恒定电流特性、恒定功率特性、瞬态电流特性或瞬态功率特性。负载循环也可以具有停顿，在所述停顿中没有电流流动，例如在通过电压极限限定的换向点处。负载循环仅周期性地进行并且满足两个固定的电压极限。电压极限的选择限定了特定的工作点，其特征在于平均充电状态(SOC)和循环深度(DOD)。
[0014]此外有利地可能的是，利用根据本专利技术的方法在短时间内确定老化状态。因此，可以有利地加速电化学能量存储器的产品开发或其应用。这有利地降低了产品开发的成本。此外，降低了测试设备的利用率，这使得开发更高效。
[0015]如果与容量损失的曲线相匹配的切线的斜率在数值上具有小于所测量的容量损失的最后10％的斜率的平均值的10％的值，则所确定的容量损失被视为几乎恒定的。替换地，如果至少两个连续的容量损失(dKap)的绝对变化尤其是小于5％，则容量损失被视为几乎或基本上恒定。
[0016]有利地，平均容量损失的确定以计算机辅助的方式通过关于容量损失的值的浮点式线性拟合和在如此产生的直线方程中找到最小斜率来进行。从关于所有容量损失的拟合出发，连续地缩短包括所确定的容量损失的数据组并且拟合新的直线。执行拟合直至数据组的特定的最小剩余长度、即容量损失。随后，直线方程根据其斜率的值按大小递增地排序。当斜率中的至少两个在数值上具有小于容量损失的最后10％的平均值的10％的值时，
该测量可以被认为是有效的。例如，特别是在测量至少200个容量损失的情况下，如果最后20个容量损失的平均值为5mAh/负载循环，则两个最佳匹配的切线(“拟合”)的斜率应小于0.05mAh/负载循环。
[0017]尤其在本专利技术的范围内认识到，容量损失在负载循环的起振阶段之后才允许用于确定剩余容量。在测量开始时、即在起振过程期间确定的容量损失是有误差的并且因此不应包括在平均容量损失的确定中。已经发现，当在拟合中应用于容量损失的至少两个直线的斜率在数值上小于所测量的容量损失的最后10％的平均值的10％时，该起振阶段结束。替换地，当两个连续的容量损失和/或在至少20个容量损失上的浮点式平均值具有小于5％的变化作为容量损失时，容量损失本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定电池存储器(2)的至少一个平均容量损失的方法，包括多个步骤：a)借助高精度库仑测量装置(4)测量所述电池存储器(2)的至少两个负载循环(100)，其中，负载循环(100)包括第一放电、随后的第一充电以及第二放电，在所述第一放电中测量从第一充电状态(21)到第二充电状态(22)的第一电荷量(Q1)，在所述第一充电中测量从所述第二充电状态(22)到第三充电状态(23)的第二电荷量(Q2)，在所述第二放电中测量从所述第三充电状态(23)到第四充电状态(24)的第三电荷量(Q3)，其中，所述负载循环(100)的充电和放电在所述电池存储器(2)的下电压(26)和上电压(25)之间进行，b)借助所述第四充电状态(24)和所述第二充电状态(22)的差确定第一电荷位移(d1)并且借助所述第三充电状态(23)和所述第一充电状态(21)的差确定第二电荷位移(d2)，c)根据所述第一电荷位移(d1)和所述第二电荷位移(d2)的差确定容量损失(dKap)，
‑
执行步骤a)至c)直至所述容量损失(dKap)在至少两个连续的负载循环(100)中几乎恒定，
‑
基于至少两个容量损失(dKap)确定平均容量损失(dKap
Mittel
)。2.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在每个连续的负载循环(100)中，在所述负载循环内存在恒定的温度。3.根据权利要求3所述的方法，其中，所述高精度库仑测量装置(4)在调温室(3)中利用导电温度调节器和/或利用冷却装置来调温。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述电池存储器(2)的第一电压范围中选择所述下电压(26)并且从所述电池存储器(2)的第二电压范围中选择所述上电压(25)。5.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述电池存储器(2)的整个工作电压范围中选择所述第一电压范围和所述第二电压范围。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据起始容量(CS)和平均容量损失(dKap
Mittel
)的差确定所述电池存储器的剩余容量(CR)。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述剩余容量基于至少两个平均容量损失(dKap
Mittel
)来确定。8.根据权利要求7所述的方法，其中，为了确定所述至少两个平均容量损失(dKap
Mittel
)，针对每个平均容量损失使用来自负载集合的负载循环中的不同条件。9.根据权利要求8所述的方法，其中，依据预先给定的电池运行来选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：