用于估计电池的两个荷电状态的设备以及相关的系统、飞行器和方法与流程

本发明涉及估计电池的荷电状态，更具体地，涉及用于估计电池的两个荷电状态的设备。本发明还涉及包括这种设备的用于飞行器的电力供应系统、包括这种系统的飞行器、以及用于冗余估计电池的两个荷电状态的方法。

背景技术：

1、一般来说，飞行器是由涡轮螺旋桨类型、涡轮喷气类型或涡轮类型的涡轮发动机推进的。

2、然而，涡轮发动机的使用伴随着显著的噪音排放和高的化石燃料消耗，尤其是煤油消耗，还产生显著的污染排放。

3、为了减少噪音和污染排放，通过用电动机代替所有或部分的用于产生飞行器推力的涡轮发动机，飞行器推进可以是电动的或混动的。

4、电动机由推进电池供电。

5、为了保证装配有电动推进系统或混动推进系统的飞行器的飞行安全，必须确定每个推进电池的荷电状态soc(state of charge)，该荷电状态被定义为存储在电池中的电荷除以电池允许的最大电荷的比率。荷电状态提供了推进电池的可用能量的间接情况。

6、电池中的可用电荷由电池状态估计器使用基于测量值的算法来确定，该测量值诸如为电芯附近的温度的测量值、各电芯的各自电压的测量值、以及在电池中流动的电流的测量值。

7、每个电芯都装配有测量其端子上的电压的电压传感器。

8、电池具有用于估计电芯的温度的、布置在电芯附近的温度传感器，并且装配有测量流经其端子的电流的电流传感器。

9、为了简化电池的生产，温度传感器的数量通常低于电池的电芯的数量。

10、由于电池的荷电状态(soc)是一项关键数据，因此需要检测不正确的soc值。

11、已知通过两个独立的估计器来确定两个冗余的soc估计，并且比较由这两个估计器产生的soc估计。为了实现这两种估计器，可能需要冗余地使用传感器和荷电状态估计器，以通过比较由估计器产生的soc估计来检测不正确的soc值。

12、此外，需要使用不同的技术来实现估计器，以减轻共模故障。

13、然而，在飞行器中，在电池的每个电芯上实现具有不同技术的冗余传感器以及集成具有不同技术的电荷估计器导致电压传感器、温度传感器、电流测量传感器、电子板、计算部件和估计器算法以及将测量装置链接到估计器的通信总线的重复，从而使得创建链接这些部件的通信线束以及在飞行器中安装线束、电池中的测量传感器和估计器更加复杂。

14、2005年12月在“measurement science and technology(测量科学与技术)”杂志上发表的题为“state-of-the-art of battery state-of-charge determination(电池荷电状态确定的先进技术)”的文献和文献us2022/024438公开了一种使用卡尔曼滤波器的用于电池的荷电状态估计器。

15、文献us2022/024438使用卡尔曼滤波器，该卡尔曼滤波器包括基于电池组的温度、电流和电压的测量值的电池组模型。

16、文献us2022/024438也公开了基于电池组的温度传感器、电流传感器和电压传感器以及库仑计数来测量电池组的荷电状态。

17、文献us2015/0198671公开了一种用于监测和平衡电池电芯的系统。该系统基于电芯被充电或放电时电芯的端子上的电压的变化来估计电芯的荷电状态。该文献还公开了使用电压总和来执行各个电压测量值的一致性测试。

18、然而，该监测系统不提供两个冗余soc估计。

技术实现思路

1、本发明旨在克服这些缺点中的全部缺点或部分缺点。

2、本发明的目的是一种用于估计电池的两个荷电状态的方法，该电池包括彼此连接的多个电芯，该方法包括根据每个电芯的端子上的电压和每个电芯附近的至少一个温度、流经该多个电芯的端子的电流、以及预定的参数表来确定该电池的第一荷电状态，每个参数表将电芯的荷电状态与该电芯的端子上的电压、该电芯附近的温度以及该多个电芯的端子处的电流相联系。

3、该方法包括：根据在该电池的至少一组电芯的端子上的至少一个变量来确定该电池的第二荷电状态，该多个电芯的至少一部分形成包括至少两个电芯的该一组电芯。

4、由在每个电芯上、在每个电芯附近和在一组电芯上进行的测量得到的电池的荷电状态的两个估计通过两个不同的测量通道产生荷电状态的两个估计，而无需冗余地使用由两个测量通道使用的一组传感器以及获取和处理链，这使得能够简化电池的生产并且简化将传感器连接到用于确定荷电状态的装置的线束。

5、电池优选地具有形成电池组的一组电芯，确定该第二荷电状态包括：

6、-确定包括每个电池组的端子上的电压的第一变量和包括该电池组的端子处的电流的第二变量，

7、-确定该电池组的温度，以及

8、-根据每个电池组的端子上的电压和每个电池组的端子处的电流、每个电池组的温度以及预定的参数表来确定该电池的该第二荷电状态，该预定的参数表将每个电池组的荷电状态与每个电池组的端子上的电压和每个电池组的端子处的电流以及每个电池组的温度相联系。

9、该电池有利地具有至少两组电芯，每组电芯形成一个模块，确定该第二荷电状态包括：

10、-对于每个模块确定包括该模块的端子上的电压的第一变量和包括该模块的端子处的电流的第二变量，

11、-确定每个模块的温度，以及

12、-根据每个模块的端子上的电压和每个模块的端子处的电流、每个模块的温度以及至少一个预定的参数表来确定该电池的该第二荷电状态，该至少一个预定的参数表将每个模块的荷电状态与该模块的端子上的电压和该模块的端子处的电流以及该模块的温度相联系。

13、该电池优选地具有形成电池组的一组电芯，每个电池组包括该多个电芯的一部分，确定该第二荷电状态包括：

14、-确定包括每个电池组的端子处的电流的变量，

15、-根据该电池组的端子处的电流来确定经过每个电池组的端子的瞬时电量，以及

16、-根据每个电池组的容量和经过每个电池组的端子的该瞬时电量来确定该第二荷电状态。

17、该电池的该一组电芯有利地包括该电池的该多个电芯，确定该第二荷电状态包括：

18、-确定包括该电池的端子上的电压的第一变量和包括该电池的电流的第二变量，

19、-确定该电池的温度，以及

20、-根据该电池的端子上的电压和该电池的端子处的电流、该电池的温度以及预定的图表来确定该第二荷电状态，该预定的图表将该第二荷电状态与该电池的端子上的电压和该电池的端子处的电流以及该电池的温度相联系。

21、该方法还优选包括比较该第一荷电状态和该第二荷电状态，并且其中：

22、-如果该第一荷电状态和该第二荷电状态之间的绝对值的差小于预定阈值，则该方法包括发出指示该第一荷电状态的信号，

23、-如果该第一荷电状态和该第二荷电状态之间的绝对值的差大于预定阈值，则该方法包括发出警告信号。

24、比较由两个不同的测量通道确定的两个荷电状态使得能够检测并警告其中一个测量通道的故障。

25、还提出了一种用于估计电池的两个荷电状态的设备，该电池包括彼此连接的多个电芯，该多个电芯的至少一部分形成包括至少两个电芯的至少一组电芯，该设备包括：

26、-第一确定装置，该第一确定装置包括预定的参数表，并且被配置为根据每个电芯的端子上的电压和每个电芯附近的温度、流经该多个电芯的端子的电流以及参数表来确定该电池的第一荷电状态，每个参数表将电芯的荷电状态与该电芯的端子上的电压、该电芯的温度以及该多个电芯的端子处的电流相联系。

27、该设备还包括：

28、-第二确定装置，该第二确定装置被配置为根据在该一组电芯的端子上测量的至少一个变量来确定该电池的第二荷电状态。

29、该设备还优选地包括用于比较该第一荷电状态和该第二荷电状态的装置，该用于比较该第一荷电状态和该第二荷电状态的装置被配置为：

30、-如果该第一荷电状态和该第二荷电状态之间的绝对值的差小于预定阈值，则发出指示该第一荷电状态的信号；以及

31、-如果该第一荷电状态和该第二荷电状态之间的绝对值的差大于预定阈值，则发出警告信号。

32、还提出了一种用于飞行器的电力供应系统，该电力供应系统包括电池，该电池包括彼此连接的多个电芯，每个电芯包括测量该电芯的端子上的电压的电压传感器，该电池还包括测量该多个电芯附近的温度的至少一个温度传感器以及测量流经该多个电芯的端子的电流的电流传感器，该系统还包括用于确定一组电芯的端子处的变量的测量装置以及如上文限定的设备，该设备连接到该电压传感器、该温度传感器、该电流传感器以及该测量装置。

33、还提出了一种飞行器，该飞行器包括如上文限定的电力供应系统。