CN105229484B - 用于确定蓄电池的平均的充电状态的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定蓄电池(20)的平均的充电状态(LZ)和/或其他的根据所述蓄电池(20)的所述平均的充电状态(LZ)可推导出的所述蓄电池(20)的特征量的方法，其中，所述蓄电池(20)包括至少一个蓄电池组(22)，所述蓄电池组具有分别可接通至且从所述蓄电池组(22)桥接的多个蓄电池单池(21)。此外，所述多个蓄电池单池(21)借助于这样的控制信号(S1、PWM1)来加以操控，使得所述多个蓄电池单池(21)如此平均地接通至所述蓄电池组(22)，进而使得所述蓄电池(20)的输出电压(UB)被调节至期望的额定电压(U1)。其中，为了确定所述平均的充电状态(LZ)和/或其他根据所述蓄电池(20)的所述平均的充电状态(LZ)可推导出的特征量而在考虑所调节的额定电压(U1)和蓄电池单池数量(n)的情况下分析所述控制信号(S1、PWM1)。

Description

用于确定蓄电池的平均的充电状态的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定蓄电池的平均的充电状态和/或其他的可由蓄电池的平均的充电状态推导出的蓄电池的特征量的方法，其中，该蓄电池包括至少一个蓄电池组，该蓄电池组具有分别可接通至且可从该蓄电池组桥接的多个蓄电池单池，并且该多个蓄电池单池借助于这样的控制信号来加以操控，使得该多个蓄电池单池如此平均地接通至该蓄电池组，进而使得该蓄电池的输出电压被调节至期望的额定输出电压。此外，本发明涉及一种相应的用于确定蓄电池的平均的充电状态和/或其他的可由蓄电池的平均的充电状态推导出的蓄电池的特征量的装置。本发明还涉及一种蓄电池系统，其具有带有至少一个蓄电池组的蓄电池，该蓄电池组包括分别可接通至且可从该蓄电池组桥接的多个蓄电池单池。再者，本发明涉及一种具有蓄电池系统的机动车。
背景技术
在本申请人之前的专利申请之中描述了一些方法，诸如通过获取蓄电池的总电压(输出电压)并且将该总电压与额定电压作比较从而能够在调节器之中实现蓄电池的单个的蓄电池单池的操控。
在此，通过集成的电子装置将控制量以模拟的或者数字的信号的形式传导至多个蓄电池单池，从而使得多个蓄电池单池如此平均地加以接通，进而调节所期望的总电压或者蓄电池的输出电压。该控制量能够依据脉冲宽度调制(PWM)加以生成。该控制量同样能够作为信息通过通信总线而传导至多个蓄电池单池。
在图1之中示出了蓄电池系统10，其包括带有多个蓄电池单池21的蓄电池20，多个蓄电池单池21可接通至且可从所属的蓄电池组22桥接。鉴于简单起见，在图1之中仅仅描绘了单个的蓄电池单池21，其可接通至蓄电池组22。该蓄电池组22具有正的蓄电池组端子23和负的蓄电池组端子24。正的蓄电池组端子23通过导线25与正的蓄电池组端子24相连接。
由两个晶体管31、32组成的半桥30经由两个连接端33、34与该蓄电池单池21并联连接。该半桥30在其第三连接端35(或许经由另外的蓄电池单池而并联连接的半桥)与正的蓄电池组端子23相连接。当晶体管31以导通的状态并且晶体管32以非导通的状态加以连接时，该蓄电池单池21接通至该蓄电池组。当晶体管31以非导通的状态并且晶体管32以导通的状态加以连接时，该蓄电池单池21被桥接。
晶体管31、32的操控通过设置在蓄电池系统10之中的驱动器40加以实现，该驱动器在输入侧与微控制器50相连接并且在输出侧与晶体管31、32相连接。此外，该微控制器50经过隔离的通信总线60与调节器70相连接。
调节器70借助于控制导线71而与和正的蓄电池端子26相连接的导线25相连接并且经由该控制导线71获取该蓄电池20的输出电压UB。该调节器70还将所获取的该蓄电池20的输出电压UB与额定值U1作比较并且在考虑蓄电池单池的数量n的情况下生成合适的额定控制信号S1，其尤其是作为脉冲宽度调制的额定信号PWM1经由通信总线60和微控制器50而提供给驱动器40。然后，该驱动器40借助于该额定控制信号S1如此地操控该些晶体管31、32，从而使得多个蓄电池单池21适于针对蓄电池20的输出电压UB来生成额定值U1，进而接通至并且从蓄电池组桥接。
因为蓄电池20的输出电压UB在此类的实现的情况下如其在图1之中所示出的那样设定期望的电压额定值U1，那么蓄电池20的所调节的输出电压UB＝U1的曲线不再会得到关于蓄电池20的平均的充电状态或者反映其他的由该平均的充电状态所推导出的该蓄电池20的特征量的结论。
发明内容
依据本发明提供了一种用于确定蓄电池的平均的充电状态和/或其他的根据所述蓄电池的所述平均的充电状态可推导出的所述蓄电池的特征量的方法，其中，所述蓄电池包括至少一个蓄电池组，所述蓄电池组具有分别可接通至且可从所述蓄电池组桥接的多个蓄电池单池。此外，所述多个蓄电池单池借助于这样的控制信号来加以操控，使得所述多个蓄电池单池如此平均地接通至所述蓄电池组，进而使得所述蓄电池的输出电压被调节至期望的额定电压。其中，为了确定所述平均的充电状态和/或其他根据所述蓄电池的所述平均的充电状态可推导出的特征量而在考虑所调节的额定电压和蓄电池单池数量的情况下分析所述控制信号。
此外，依据本发明提供了一种用于确定蓄电池的平均的充电状态和/或其他的根据所述蓄电池的所述平均的充电状态可推导出的所述蓄电池的特征量的装置，其中，所述蓄电池包括至少一个蓄电池组，所述蓄电池组具有分别可接通至且可从所述蓄电池组桥接的多个蓄电池单池。所述装置包括控制装置，所述控制装置被构造为借助于这样的控制信号来操控所述多个蓄电池单池，使得所述多个蓄电池单池如此平均地接通至所述蓄电池组，进而使得所述蓄电池的输出电压被调节至期望的额定电压。其中，所述装置具有分析单元，所述分析单元被构造为为了确定所述平均的充电状态和/或其他根据所述蓄电池的所述平均的充电状态可推导出的特征量而在考虑所调节的额定电压和蓄电池单池数量的情况下分析所述控制信号。
从属权利要求示出了本发明的优选的改进方案。
在本发明之中，所述多个蓄电池单池借助于这样的控制信号而平均地接通至所述蓄电池组，从而使得所述蓄电池的输出电压被调节至期望的额定电压。所述蓄电池的所述输出电压在本发明之中借助于所述控制信号而与所述蓄电池单池的蓄电池单池电压或者充电状态无关地调节至所期望的额定电压。这意味着，所述多个蓄电池单池借助于这样的控制信号如此地加以操控，使得所述多个蓄电池单池至所述蓄电池组的接通概率与所述蓄电池单池的蓄电池单池电压或者充电状态成反比。换句话说，借助于其所述蓄电池的所述输出电压被调节至所述期望的额定电压的所述控制信号与所述蓄电池单池的所述蓄电池单池电压或者所述充电状态无关。
依据本发明的方法和装置能够以非常简单的方式确定蓄电池的平均的充电状态，该蓄电池的输出电压借助于调节器来调节至期望的额定电压。为了确定所述蓄电池的平均的充电状态，能够通过分析该控制信号来得出所述控制信号与所述蓄电池单池电压的依赖性关系。由此能够实现在没有所述蓄电池单池电压和其时间曲线的显式的知识的情况下能够计算所述平均的充电状态，由此能够在确定所述蓄电池的所述平均的充电状态时显著地降低计算开销。然后，由此所确定的所述蓄电池的所述平均的充电状态能够以非常简单的方式来确定由所述平均的充电状态所推导出的另外的所述蓄电池的特征量。
换句话说，依据本发明为了确定蓄电池的平均的充电状态以及其他据此能够推导出的所述蓄电池的特征量而提出对以模拟的或者数字的控制信号为形式的当前的控制量进行分析，借助于该控制量能够操控将所述多个蓄电池单池合适地接通至所述蓄电池组。其中，所述控制量与所述蓄电池单池电压成反比。
在本发明的特别的实施形式之中，将脉冲宽度调制的信号用作控制信号。所述控制信号也能够经由通信总线而作为信息传导至所述多个蓄电池单池。
其中，在以下情况下，即所述多个蓄电池单池借助于脉冲宽度调制的控制信号(PWM)来加以操控，作为控制量在出现低的蓄电池单池的充电状态时通过调节器调节高的占空比(Duty Cycle)。此外，作为控制量在出现高的蓄电池单池的充电状态时通过调节器调节低的占空比。由此，在获知经调节的所述蓄电池的输出电压、对所述控制量进行分析(所述脉冲宽度调制的控制信号的占空比、所述蓄电池单池的接通概率和模拟的控制信号形式)以及尤其是在获知了在所述蓄电池之中所构建的蓄电池单池的数量的情况下能够确定所述蓄电池的所述平均的充电状态。
在本发明的特别有利的实施形式之中，所述平均的蓄电池单池电压分别作为所调节的额定电压与所述蓄电池单池的数量和由所述控制信号所给定的所述多个蓄电池单池接通至所述蓄电池组的接通概率和/或作为控制信号所使用的脉冲宽度调制的信号的占空比的乘积之间的商来加以计算并且所述蓄电池的所述平均的充电状态根据所述平均的蓄电池单池电压来加以确定。
换句话说，其中，每个蓄电池单池的平均的量相较于蓄电池的输出电压或者相较于蓄电池组的总电压来说等于蓄电池组的总电压除以蓄电池单池的数量。此外，平均的蓄电池单池等于分别等于每个蓄电池单池除以接通概率或者占空比的平均的量。因此，在获知了在蓄电池组之中的蓄电池单池的平均的蓄电池单池电压之后能够确定所述蓄电池的平均的充电状态。
本发明的另一个重要的方面涉及一种具有带有至少一个蓄电池组的蓄电池的蓄电池系统，该至少一个蓄电池组包括分别接通至且可从所述蓄电池组桥接的多个蓄电池单池，其中，所述蓄电池系统具有用于确定蓄电池的平均的充电状态和/或其他的根据所述蓄电池的所述平均的充电状态能够推导出的特征量的依据本发明的装置。
优选地，所述蓄电池为锂离子蓄电池。
依据本发明也提供了一种具有依据本发明的蓄电池系统的车辆。
附图说明
接下来将参照所附的附图详细地描述本发明的多个实施例。附图中：
图1示出了由现有技术已知的蓄电池系统，其中，该蓄电池系统包括带有多个蓄电池单池的蓄电池，该多个蓄电池单池能够借助于控制信号接通至并且从所属的蓄电池组桥接；以及
图2示出了根据本发明的第一实施形式的蓄电池系统，其中，该蓄电池系统包括带有多个蓄电池单池的蓄电池和用于分析控制信号的分析单元，该多个蓄电池单池能够借助于合适的控制信号接通至并且从所属的蓄电池组桥接。
具体实施方式
图2以较大的示意性示出了根据本发明的第一实施形式的蓄电池系统10。该蓄电池系统10包括蓄电池20，该蓄电池具有带有预定数量n个蓄电池单池21的蓄电池组22，该多个蓄电池单池可接通且桥接至该蓄电池组22。其中，该蓄电池组22被连接在负的蓄电池端子24和正的蓄电池端子26之间。
此外，依据本发明的蓄电池系统10包括用于确定蓄电池20的平均的充电状态LZ的装置11。该依据本发明的装置11包括控制装置80和分析装置90。该控制装置80和分析装置90的功能接下来将进一步加以阐述。
多个蓄电池单池21在其连接端处通过并未单独地加以示出的集成的电子装置分别与该控制装置80相连接。该控制装置80与蓄电池端子24、26相连接并且该控制装置将所获取的蓄电池20的输出电压UB与期望的额定电压U1作比较。
此外，控制装置80借助于这样的控制信号S1来操控多个蓄电池单池21，从而使得多个蓄电池单池21平均地接通至蓄电池组22，进而使得蓄电池20的输出电压UB被调节至期望的额定电压U1。其中，该控制装置80能够生成脉冲宽度调制的信号PWM1而作为控制信号S1。
具有蓄电池组22的蓄电池20以及控制装置80一起相应于在图1之中加以示出的蓄电池系统10，因为在此对于相同的构件的标注也将使用相同的附图标记。
再者，依据本发明控制装置80与分析装置90相连接，该分析装置被构造为在考虑所调节的蓄电池20的额定输出电压U1和蓄电池单池数量n的情况下分析由该控制装置80所生成的控制信号S1以便确定蓄电池20的平均的充电状态(SOC)LZ。该分析单元90还被构造用于确定其他的能够由该蓄电池20的平均的充电状态LZ所推导出的蓄电池20的特征量。
三个在分析单元90的左边所示出的箭头代表由控制单元80提供给分析单元90的信息，即作为脉冲宽度调制的信号PWM1所生成的控制信号S1、蓄电池的输出电压的额定电压U1和为了确定蓄电池20的平均的充电状态LZ而由分析单元90所分析的蓄电池单池数量n。在分析单元90右边所示出的箭头代表由分析单元90所确定的蓄电池20的平均的充电状态LZ。
除了前述文字性的公开之外，在此为了额外地公开本发明而添加了在图1至图2之中的图示。

Claims (8)

1.一种用于确定蓄电池(20)的平均的充电状态(LZ)和/或根据所述蓄电池(20)的所述平均的充电状态(LZ)可推导出的所述蓄电池(20)的特征量的方法，其中，所述蓄电池(20)包括至少一个蓄电池组(22)，所述蓄电池组具有分别可接通至且可从所述蓄电池组(22)桥接的多个蓄电池单池(21)，并且所述多个蓄电池单池(21)借助于这样的控制信号(S1)来加以操控，使得所述多个蓄电池单池(21)如此平均地接通至所述蓄电池组(22)，进而使得所述蓄电池(20)的输出电压(UB)与蓄电池单池的充电状态无关地被调节至期望的额定电压(U1)，其特征在于，为了确定所述平均的充电状态(LZ)和/或其他的根据所述蓄电池(20)的所述平均的充电状态(LZ)可推导出的特征量而在考虑所调节的额定电压(U1)和蓄电池单池数量(n)的情况下分析所述控制信号(S1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脉冲宽度调制的信号(PWM1)被用作控制信号(S1)和/或所述控制信号(S1)通过通信总线(60)作为信息引导给所述多个蓄电池单池(21)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，平均的蓄电池单池电压分别作为所调节的额定电压(U1)与所述蓄电池单池(n)的数量和由所述控制信号(S1)所给定的所述多个蓄电池单池接通至所述蓄电池组的接通概率和/或作为控制信号(S1)所使用的脉冲宽度调制的信号(PWM1)的占空比的乘积之间的商来加以计算并且根据所述平均的蓄电池单池电压来确定所述蓄电池(20)的所述平均的充电状态(LZ)。
4.一种用于确定蓄电池(20)的平均的充电状态(LZ)和/或其他的根据所述蓄电池(20)的所述平均的充电状态(LZ)可推导出的所述蓄电池(20)的特征量的装置，其中，所述蓄电池(20)包括至少一个蓄电池组(22)，所述蓄电池组具有分别可接通至且可从所述蓄电池组(22)桥接的多个蓄电池单池(21)，并且所述装置(11)包括控制装置(80)，所述控制装置(80)被构造为借助于这样的控制信号(S1)来操控所述多个蓄电池单池(21)，使得所述多个蓄电池单池(21)如此平均地接通至所述蓄电池组(22)，进而使得所述蓄电池(20)的输出电压(UB)与蓄电池单池的充电状态无关地被调节至期望的额定电压(U1)，其特征在于，所述装置(11)具有分析单元(90)，所述分析单元被构造为为了确定所述平均的充电状态(LZ)和/或其他的根据所述蓄电池(20)的所述平均的充电状态(LZ)可推导出的特征量而在考虑所调节的额定电压(U1)和蓄电池单池数量(n)的情况下分析所述控制信号(S1)。
5.根据权利要求4所述的装置(11)，其特征在于，所述控制装置(80)被构造为将所述控制信号(S1)生成为脉冲宽度调制的信号(PWM1)和/或将所述控制信号(S1)作为信息通过通信总线(60)引导给所述多个蓄电池单池(21)。
6.根据权利要求4或5所述的装置(11)，其特征在于，所述分析单元(90)被构造为将平均的蓄电池单池电压分别作为所调节的额定电压(U1)与所述蓄电池单池(n)的数量和由所述控制信号(S1)所给定的所述多个蓄电池单池接通至所述蓄电池组的接通概率和/或作为控制信号(S1)所使用的脉冲宽度调制的信号(PWM1)的占空比的乘积之间的商来加以计算并且根据所述平均的蓄电池单池电压来确定所述蓄电池(20)的所述平均的充电状态(LZ)。
7.一种蓄电池系统(11)，其具有带有至少一个蓄电池组(22)的蓄电池(20)，所述至少一个蓄电池组(22)包括分别可接通至且可从所述蓄电池组(22)桥接的多个蓄电池单池(21)，其特征在于，所述蓄电池系统(10)包括根据权利要求4至6中任一项所述的装置(11)。
8.一种机动车,其具有根据权利要求7所述的蓄电池系统(10)，其中，所述蓄电池系统(10)与所述机动车的驱动系相连接。
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