CN104094466B - 用于至少一个蓄电池元件的温度调节的方法、蓄电池及具有这样的蓄电池的机动车 - Google Patents

用于至少一个蓄电池元件的温度调节的方法、蓄电池及具有这样的蓄电池的机动车 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于至少一个蓄电池元件的温度调节的方法、一种蓄电池以及一种具有此类的蓄电池的机动车，它们尤其是能够用于在至少一个蓄电池元件充电或者放电时避免对于该至少一个蓄电池元件的损伤。为此在用于至少一个蓄电池元件的温度调节的方法中提出首先预先给定温度值(Tmin)并且确定在第一温度T(t0)时开始的所述至少一个蓄电池元件的冷却特性。通过分析所述冷却特性来确定第一时刻(tmin)，在所述第一时刻所述蓄电池温度T达到或者已经低于所述温度值(Tmin)。接下来确定所述至少一个蓄电池元件的充电或者放电的开始的第二时刻(t_end)。倘若tmin<t_end，则如此地以热量来加载所述至少一个蓄电池元件，使得所述蓄电池温度(T)在所述第二时刻(t_end)大于或者等于所述温度值(Tmin)。

Description

用于至少一个蓄电池元件的温度调节的方法、蓄电池及具有 这样的蓄电池的机动车
技术领域
本发明涉及一种用于至少一个蓄电池元件的温度调节的方法、蓄电池及具有这样的蓄电池的机动车，它们尤其是能够被用于在至少一个蓄电池元件的充电或者放电时避免所述至少一个蓄电池元件的损坏。
背景技术
锂离子蓄电池是一种能够再充电的电储能器，其已经在手机、笔记本电脑、便携式消费装置等上得以应用。在汽车的应用中，锂离子蓄电池呈现为用于驱动系统的电气化的关键技术。根据客户要求的不同能够拟定不同的解决方案，例如在混合动力车辆(英文为HEV)实现部分的电气化并且在(纯)电动车辆(英文为EV)中100％地利用源自锂离子蓄电池的电能。其中，能够根据使用规范的不同而模块化地构建锂离子蓄电池并且将其串联或者并联地电气连接。蓄电池通常既能够通过电机也能够通过连接端而加载在外部的网络之上。
对于这样的技术的成功的实施重要的方面在于首先是锂离子蓄电池的运行安全性。在此要求必须在优选的温度范围之内来运行该蓄电池。因为蓄电池温度对于功率供给、老化程度(功率降低)或者使用寿命和蓄电池安全性(起火危险)具有较大的影响。由此得出，考虑周到的热管理构思对于在车辆中的锂离子蓄电池的应用来说是不可或缺的。
对于汽车应用来说保护锂离子蓄电池免于过热以及避免低温是重要的。为此将由热管理系统通过必要的温度测量或者监控以及有效的对策来实现。
在锂离子蓄电池中，功率能力在充电和放电时是与温度相关的，因此，相较于该蓄电池处于优选的运行温度范围之内来说在较低的温度时蓄电池例如允许显著地较低的充电电流或者放电电流。这将引起该蓄电池的充电在冬天时或者低于冰点的低温时持续更长时间并且该电动或者混合动力车辆的启动性能将显著地放缓。
此外，在较低的温度时的过强的充电或者放电电流均会导致锂离子单池的不可逆的损坏，进而不再能够在一段持续时间上确保安全的运行。
由公开文献DE 198 06 135 A1描述了一种用于确定车辆蓄电池的温度的方法，其中将间接地根据至少一个电机温度和环境温度来计算该温度。
由公开文献DE 10 2009 046 568 A1已知了一种用于驱动车辆的方法，其中，根据配属于行驶路段的负载属性来实现车辆蓄电池的温度管理。
发明内容
依据本发明在用于至少一个蓄电池元件的温度调节的方法中预先给定最低温度的温度值Tmin，在该温度应该实现至少一个蓄电池元件的充电或者放电。此外，依据本发明将确定所述至少一个蓄电池元件的冷却特性，其中在温度T(t0)时开始冷却。有利地，所述冷却特性描述了在所述至少一个蓄电池元件未加负载时尤其是未充电或者放电时的所述至少一个蓄电池元件的冷却。一个优选的实施形式如此设置，即所述至少一个蓄电池元件为机动车(EV或者HEV)的牵引蓄电池。在这种情况下，所述冷却特性描述了在所述机动车停车时的所述至少一个蓄电池元件的冷却。优选地，所述冷却特性通过冷却曲线来描述。
依据本发明还设置了分析所述冷却特性，以便确定第一时刻，在所述第一时刻所述蓄电池温度T下降到所述温度值Tmin或者低于所述温度值Tmin。特别地，所述分析包括对所述冷却曲线的分析。所述冷却曲线有利地考虑蓄电池温度和环境温度中的至少一个参数。
此外，将确定通过所述至少一个蓄电池元件的充电或者放电而再次开始例如通过机动车的启动而再次开始的负载的第二时刻。所述第一时刻和所述第二时刻将做比较以便确定由于所述至少一个蓄电池元件的充电或者放电而引起的负载在所述蓄电池温度T下降到所述温度值之前或者低于所述蓄电池温度T之前是否开始。由此也能够检验所述第一时刻是否位于所述第二时刻之前。倘若所述第一时刻位于所述第二时刻之前，就意味着所述至少一个蓄电池元件的负载在过低的温度时实现了。为了避免这样的情况，将以热量来加载所述至少一个蓄电池元件，例如通过加热元件。如此地实现以热量来加载使得所述蓄电池温度T在所述第二时刻时大于或者等于所述温度值Tmin。
在一个优选的实施形式中设置，即在所述第一时刻位于所述第二时刻之前的情况下确定额定蓄电池温度T(t0)_soll，所述额定蓄电池温度在所确定的冷却特性时致使所述第一时刻在没有(附加的)具有热量的加载的情况下位于所述第二时刻之后或者所述第一和所述第二时刻一样。
因此将确定这样的温度，蓄电池在所述冷却开始时必须至少应该具有该温度，由此该蓄电池在基于所确定的冷却特性时在所述第二时刻低于所述温度值Tmin，而无需对所述蓄电池进行加热。
一个优选的实施形式如此设置，即所述额定蓄电池温度T(t0)_soll通过冷却特性的外推法来确定。
在另一个优选的实施形式之中如此设置，即所述至少一个蓄电池元件的温度在使用所述至少一个蓄电池元件期间尤其是在电动机动车行驶期间如此地加以调节，即所述蓄电池温度T在使用结束时至少和所述额定蓄电池温度T(t0)_soll一样高。由此能够达到使得在使用所述至少一个蓄电池元件之后的冷却过程以额定蓄电池温度T(t0)_soll来开始并且因此使得所述至少一个蓄电池元件在第二时刻之前不会比Tmin更低地加以冷却。其中能够设置该调解，使得根据所述使用的负载属性尤其是在所述机动车停车之前的行驶将主动的冷却适配至所述额定蓄电池温度T(t0)_soll。
特别地，所述冷却根据所述负载属性提前地结束。
在另一个优选的实施形式中设置，多个使用的尤其是行驶的所述蓄电池温度加以存储和分析。有利地，将自适应性方法用于这样的分析，尤其是例如模糊逻辑，因为模糊逻辑特别好地适合于学习使用或者行驶特性。此外，尤其是也能够存储和分析具有相应的热管理和相应的调节参数的温度曲线。
一个优选的实施形式设置了，将所述使用的分析包括使用的分类。例如，去或者从工作地的行驶能够具有本质上相同的或者相似的参数值如负载属性、出发时间和耐用度形成第一分类、周末的采购行驶形成第二分类或者在一个确定的季节的行驶形成第三分类。每个这样的分类相应于一个确定的分类特定的冷却特性并且优选地每个分类与一个分类特定的额定蓄电池温度T(t0)相关联。
本发明的另一方面涉及一种蓄电池，其与一个模块相组合，所述模块被如此地加以设置，使得用于实施蓄电池的温度调节的方法是可实施的，其中，所述方法至少包括以下步骤：
-预先给定温度值Tmin，
-在第一温度T(t0)时开始所述至少一个蓄电池元件的冷却特性的确定，
-通过分析所述冷却特性来确定第一时刻，在所述第一时刻所述蓄电池温度T达到或者已经低于所述温度值，
-确定所述至少一个蓄电池元件的充电或者放电的开始的第二时刻，
-倘若所述第一时刻位于所述第二时刻之前，则如此地以热量来加载所述至少一个蓄电池元件，使得所述蓄电池温度T在所述第二时刻大于或者等于所述温度值Tmin。
优选地，所述蓄电池为锂离子蓄电池或者所述蓄电池包括被构造为锂离子蓄电池单池的电化学单池。
本发明的另一方面涉及一种机动车，其具有用于驱动所述机动车的电驱动电机和与所述电驱动电机相连接的或者可连接的依据前述解决方案所描述的发明方面的蓄电池。然而，所述蓄电池并非限于此类的应用目的，而是也能够应用在其他的电气系统之中。
在从属权利要求中给出并且在接下来的说明书中描述本发明的有利的改进方案。
附图说明
下面将借助于附图和后续的说明书进一步阐述本发明的实施例。附图中：
图1示出了在电动车辆行驶中通过温度管理来实现蓄电池温度的示例性的提前控制的原理图。
具体实施方式
接下来将以更加详尽的细节来阐述本发明对于蓄电池温度T的示例性的提前调节。其中应当强调的是，本发明并不仅限于该具体的实施例。相反地，当该些方法仅实现独立权利要求的所有特征时，本发明也包括其他方法，这些方法实现至少一个蓄电池元件例如蓄电池的充电或者放电的开始的最小温度。
用于提前调节蓄电池温度T的示例性的热管理系统以下将参照图1进一步加以描述。
依据一个示例性的实施形式，最低蓄电池温度Tmin例如确定为在约6℃-15℃之间优选地在8℃-12℃之间特别优选地为约10℃的温度。优选地，通过该最低的蓄电池温度Tmin来确定蓄电池加热的开始点。其中，蓄电池加热能够在达到该最低蓄电池温度Tmin时或者在更早的时刻开始。优选地，该蓄电池温度T通过蓄电池加热基本上调节至最低的蓄电池温度Tmin之上。这将具有以下优点，即不会由于过高的蓄电池温度而浪费能源。
依据该蓄电池温度T的示例性的提前控制(Vorausregelung)能够估计冷却曲线102并且通过自适应性确定来获得该冷却曲线。其中，该冷却曲线102形成了该蓄电池的未来的温度特性。在获得该冷却曲线102时将考虑环境温度和蓄电池温度T，为了该目的将监控这些温度。
从该所获得的冷却曲线102能够确定诸如冷却速度、直至达到高最低的蓄电池温度Tmin的持续时间或者诸如此类的信息。此外，在一个特别的实施形式之中，蓄电池温度T(t0)在冷却开始104处加以确定并且确定也被描述为第二时刻的开始时刻用于蓄电池的充电或者放电。
根据该冷却曲线102能够确定也被描述为第一时刻的时刻tmin，在该时刻该蓄电池温度T已经达到最低的蓄电池温度Tmin。直至达到该时刻的时间tmin将于在该时间蓄电池的新的充电或者放电开始的时间作比较，例如通过再次启动由该蓄电池所驱动的车辆。倘若冷却时间(tmin-t0)小于从该机动车停车到充电或者放电开始的时间110，例如直至该车辆的开启，那么该冷却曲线102将外推至过去的时间，以便确定额定蓄电池温度T(t0)_soll，该额定蓄电池温度为蓄电池在电动机动车停车时所应该具有的。该额定蓄电池温度T(t0)_soll因此为依据冷却曲线102不会使得蓄电池直至重新开始充电或者放电而冷却到最低的蓄电池温度Tmin之下的温度。当具有蓄电池的机动车停车时，该蓄电池至少具有该额定蓄电池温度T(t0)_soll，则该蓄电池直至重新开始充电或者放电也不会冷却到最低的蓄电池温度Tmin之下并且该蓄电池的加热不是必须的。
新的充电或者放电的开始能够例如通过在该时间该驾驶员习惯性地开始的时间来给出。
一个特别的示例性实施例如此设置，即一段行驶的蓄电池温度T(t)的曲线106加以存储和分析。为此所合适的为自适应性方法，诸如应用模糊逻辑，其特别适合于行驶特性、具有相应的热管理和/或调节参数的蓄电池温度T(t)的曲线106的学习。其中，该行驶特性能够例如包括行驶周期(例如至或者从工作地的行驶、城市行驶或者高速公路行驶或者诸如此类的)、停车库季节等。根据这些信息能够推导出不同的行驶特性分类并且加以存储。每个分类优选地配属一个自身特殊的分类特定的额定蓄电池温度T(t0)_soll。
同样设置了如下方式，即所确定的额定蓄电池温度T(t0)_soll与所允许的最高蓄电池温度T_max作比较。
如果确定额定蓄电池温度T(t0)_soll高于所允许的蓄电池温度T_max，那么将如此设置，即T(t0)_soll＝T_max。
在该实施例中还设置了如下方式，即将该额定蓄电池温度T(t0)_soll预先给定为下一行驶的行驶结束的目标温度108。其中将确定下一行驶属于哪个分类。这能够通过对在行驶期间的驾驶行为、蓄电池温度T(t)的曲线106、热管理和/或调节参数的分析来实现。在确定了该行驶的分类之后，分类特定的额定蓄电池温度T(t0)_soll将被设置为该行驶结束的目标温度108。然后如此地实现该蓄电池的主动的温度调节，即在该行驶结束处的蓄电池温度不低于为该行驶所设置的额定蓄电池温度T(t0)_soll。特别地，在该行驶期间的主动的冷却被适配至该额定蓄电池温度T(t0)_soll。根据经预测的剩余的功率特性的不同能够提前确定冷却关断的时刻。
为了与驾驶员主动地通信，能够将在其中该蓄电池冷却至该最低蓄电池温度Tmin的估计的时间段告知该驾驶员并且声学地或者光学地加以输出。
此外，所估计的达到最低蓄电池温度Tmin的时刻将被用于自动的供暖或者可编程的暖气的触发信号。
本发明在其实施形式上并不仅限于前面所给出的优选的实施例。相反地，一系列的变型方案也是可行的，这些实施变型也使用基本上其他类型的实施例的依据本发明的方法、依据本发明的蓄电池和依据本发明的机动车。

Claims (8)

1.一种用于至少一个蓄电池元件的温度调节的方法，其特征在于
-预先给定温度值Tmin，
-确定在第一温度T(t0)时开始的所述至少一个蓄电池元件的冷却特性，
-通过分析所述冷却特性来确定第一时刻tmin，在所述第一时刻所述蓄电池温度T达到或者已经低于所述温度值Tmin，
-确定所述至少一个蓄电池元件的充电或者放电的开始的第二时刻t_end，
-倘若tmin<t_end，则如此地以热量来加载所述至少一个蓄电池元件，使得所述蓄电池温度T在所述第二时刻t_end时大于或者等于所述温度值Tmin，并且确定额定蓄电池温度T(t0)_soll，所述额定蓄电池温度T(t0)_soll使得所述至少一个蓄电池元件直至所述第二时刻t_end也不会冷却到所述温度值Tmin之下，并且在随后对所述至少一个蓄电池元件的使用的期间加以调节所述蓄电池温度T，以使得所述蓄电池温度T在冷却的开始t0时高于或者等于所述额定蓄电池温度T(t0)_soll。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述额定蓄电池温度T(t0)_soll通过所确定的冷却特性的外推法来确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，限定所述使用的不同的类型，并且针对所述使用的每个类型确定特定的额定蓄电池温度T(t0)_soll。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，为了限定所述使用的所述类型将分析使用特性、所述蓄电池温度T的曲线(106)和/或用于调节所述蓄电池温度T的曲线(106)的参数。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，为了限定所述使用的所述类型而使用自适应性方法。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了确定所述冷却特性将监控环境温度和/或所述蓄电池温度T。
7.一种蓄电池，其与一个模块相组合，所述模块被如此地加以设置，使得依据权利要求1至6中任一项所述的用于所述蓄电池的温度调节的方法是可实施的。
8.一种机动车，其具有用于驱动所述机动车的电驱动电机和与所述电驱动电机相连接的或者可连接的依据权利要求7所述的蓄电池。
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