[发明专利]能实时进行的电池单元仿真

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对电池单元(Batteriezelle)进行仿真以测试控制装置的方法以及用于对包括多个电池单元的电池单元连接结构(Zellenverbund)的电池进行仿真的系统。

背景技术

例如汽车领域中用于早期测试和验证控制装置的可操作性的通常一种技术是硬件在环(HLL：Hardware-in-the-Loop)。在这种情况下，实际的控制装置在与实时仿真的部件相互作用的情况下被测试以确定其距离满足特定要求还差多远。由致动器、传感器和汽车中的过程构成的待测试控制装置的环境被实时仿真，并且控制装置的特性(Verhalten)在这个仿真环境中被考察。

HIL仿真允许在早期开发阶段中测试控制装置并且例如在传感器故障的情况下检验其特性。如果现在应借助于HIL仿真来测试混合动力汽车(Hybridfahrzeug)中的控制装置，则需要仿真作为系统部件的电池。在混合动力车辆中，使用由多个单电池单元(Einzelzelle)构成的电池。尤其地，还通过HIL仿真测试用于电池控制的控制装置，所谓的电池管理系统(BMS)。BMS具有以下任务：监视电池单元连接结构中的电池单元并且由此确保电池单元连接结构的安全、可靠且尽可能长的运行。为了通过HIL仿真测试BMS，必须对电池单元连接结构的特性进行仿真。因此，需要用于对各个电池单元进行仿真的模型以及对于大的电池单元连接结构进行仿真的模型。

与传统的例如用于汽车电器网络仿真的电池模型相比，用于电池管理系统的模型必须将电池的特性模拟为多个单电池单元的联接。其中，单电池单元模型描述电池单元电压和充电状态，并且可能还描述电池单元的温度特性。不同电池单元技术(如锂离子、Ni-MH(镍氢)或铅)的典型电池单元特性可以被考虑。包括在充电和放电情况下的区别，以及在负荷突变时的动态特性和例如由起泡效应(Gasungseffekt)导致的损耗电流。于是，电池的模型通常由多个单电池单元模型构成。

其中，各个电池单元参数和状态(如内电阻或初始荷电状态)必须保持能分别调节，并且所产生的电池单元电压必须可以也分别供BMS使用，例如通过电池单元电压仿真器，如其在申请号为102010043761.1的德国专利申请中所描述的那样。同样要考虑然后由BMS调节的用于对电池单元电荷均衡的电流。

在混合汽车、电动汽车或者还有BMS的HIL应用的情况下，特别感兴趣的是电池的电气端子特性(Klemmenverhalten)。

为了模拟电池单元的电气端子特性，经常选择附件(Ansatz)来通过等效电气电路图描述端子特性。这构成了电池单元中电化学过程的复杂性与例如为了确保电池单元模型的实时性所必需的简化之间的很好的妥协。借助于等效电气电路图模拟电池单元的另一优点是可以在以电路仿真器进行仿真时为所考察的结构扩展其他部件(如变流器)。

用于汽车仿真模型的单电池单元模型如其例如被申请人排除的那样由电池单元电压模型和充电状态模型构成。电池单元电压模型使得能够对各个物理效应(如内电阻、扩散和双层电容)进行参数化。充电状态模型考虑单电池单元的充电和放电电流以及损耗电流，损耗电流在Ni-MH电池充电时例如由于起泡效应而产生。从这样的单电池单元模型出发，可以通过联接n个电电池单元模型来实现n个电池单元的电池单元连接结构。在大量单电池单元的情况下，模型当然不再能很好地管理，并且从一定数量的单电池单元开始就不再能实时地实现。这意味着：甚至利用专门用于HIL仿真的硬件也不再能够满足对运行时间的要求。因此可能不在反映实际情况的条件下执行例如也必须检查控制装置的反应时间的控制装置测试。

只仿真一个单电池单元及通过与电池单元数量n相乘来使输出参量扩大的可能性对于BMS测试是不可行的，因为在该情形下不再能表现单电池单元的参数变化(Parameterstreuung)和不同充电状态。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种减小现有技术缺点的方法。

该任务通过根据独立权利要求1的方法以及通过根据权利要求12的用于仿真包括多个单电池单元的电池单元连接结构的电池的系统来实现。