CN105518926B - 用于运行本质安全的电池组电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在低的温度的情况下在本质安全的电池组电池充电之后运行本质安全的电池组电池的方法。在此，根据本发明规定：于是进行电池组电池的放电曲线的确定，电池组电池的放电曲线关于电镀判据的存在被分析并且如果存在至少一个电镀判据，则进行到监视模式中的运行的转变，其中在所述监视模式中本质安全的电池组电池的容量被监视。本发明此外涉及本质安全的电池组电池，所述本质安全的电池组电池被实施用于执行所述方法。

Description

用于运行本质安全的电池组电池的方法
技术领域
本发明涉及用于在低的温度的情况下在本质安全的电池组电池充电之后运行本质安全的电池组电池的方法。
背景技术
电池组电池大量使用在用于不仅固定应用而且移动应用的蓄能器系统中，诸如使用在备用电源系统中或者在电动车辆和混合动力车辆的汽车工业中。针对这些应用一般来说多个电池组电池并行地和或也串行地以电的方式互相接线为电池组模块以及电池组。
由于制造容差和或老化决定的容量损失，被接线为电池组的电池组电池的容量不是恰好相同的。然而，电池组电池的充电和放电通常共同地在复合体中进行，由此例如形成各个电池组电池的过量充电或者过度放电的危险。与之相关联地出现各个电池组电池的过热的危险，所述过热一般来说以多个等级导致相应的电池组电池的热损坏。
出于这个原因存在提供本质安全的电池组电池的意图，所述本质安全的电池组电池具有用于其保护的安全组件。通常以及尤其属于所述安全组件的是功能和装置、如安全电路CID（Current Interrupt Device（电流中断设备）、用于减压的阀门或者防止由于过量充电或者太高的电流所引起的过热的热防护安全装置。在一种简单的情况下，本质安全的电池组具有开关装置，借助于所述开关装置，本质安全的电池组电池可以在电池组之内被去激活，而电池组的剩余的电池组电池可以继续被运行。
本质安全的电池组电池、比如本质安全的锂离子电池根据现有技术具有电子组件、诸如快速放电设备，以便在如内部或者外部短路、过量充电、过度放电或者外部过热之类的状况下保护电池组电池。
电镀（Plating）属于导致电池组电池的内部短路的机制。在所述电镀的情况下在充电过程期间带正电荷的离子不被插入到电极的结构中，而是在该电极上被沉积为层。沉积的层可以导致电极之间的短路。该效应尤其可能在以非常高的电流充电的情况下或者在低的温度的情况下出现。大约0℃以及以下的温度在此被视为低的温度。
关于这点，从WO 2009/036444 A2中已知具有用于完整性状态监视的参考电极的能够再充电的锂电池。所述锂电池包括具有充电状态监视器的电池组管理系统，以便获得关于运行电极的电位差以及一个或多个运行电极处的相对于参考电极的电位的信息。
此外从US 7 982 437 B2中已知电池组控制模块，所述电池组控制模块监视放电电压，所述放电电压与车辆的牵引电池组相关联。电池组控制模块周期性地以依赖于充电电压的充电/放电分布图来运行牵引电池组，以便在牵引电池组中产生热量。如果牵引电池组的温度位于极限值、例如10℃之下，则电池组控制模块周期性地运行牵引电池组，以便在牵引电池组中例如在车辆运行的早期的范围期间在冷的温度条件下产生热量。
在低的温度的情况下电池组电池、尤其锂离子电池的充电因此蕴藏电池组电池的失效以及电镀的危险。对于本质安全的电池组电池的说明来说有利的是，识别电镀的形成以便保护电池组电池以及必要时电池组免于进一步的损害。
发明内容
本发明的主题是用于在低的温度的情况下在本质安全的电池组电池充电之后运行本质安全的电池组电池的方法。此外，本发明的主题是本质安全的电池组电池，所述本质安全的电池组电池被设立用于执行所述方法。本发明的有利的构型在从属权利要求中被说明。
根据本发明设置一种用于在低的温度的情况下在本质安全的电池组电池充电之后运行本质安全的电池组电池的方法，所述方法的特征在于如下步骤：确定电池组电池的放电曲线，关于电镀判据的存在分析电池组电池的放电曲线并且如果存在至少一个电镀判据，则转变到监视模式中的运行，在所述监视模式中电池组电池的容量被监视。
本发明的优点在于：按照根据本发明的方法被运行的下面也被称为电池组电池的本质安全的电池组电池现在能够在多个运行模式中被运行。在不同的运行模式之内电池组电池经受不同强度的检验并且因此被有效地维护。在根据本发明的本质安全的电池组电池遭受了由于在低温度下的充电而引起的电镀的特殊危险的情况下，在接着的放电过程中确定放电曲线。
根据本发明，针对该过程的耗费不必在充电过程和放电过程的每个周期中进行，而是以有效的方式仅仅针对危险情况进行。
在另一步骤中，放电曲线根据电镀判据的存在被检验。如果不存在电镀判据，则电池组电池继续地在正常模式中被运行。即使在该正常模式中电池组电池的参数通常也被监视，然而不必确定放电曲线。
而如果确认电镀判据的存在，则电池从此以后在监视模式中被运行，在所述监视模式中电池组电池的容量被监视。本发明的优点在于即使监视也有效地仅仅在具体的诱因被给定的情况下被进行。电池组电池的容量的监视提供如下优点：容量的改变是能够确认的，所述改变允许对电池的效率和运行安全性的推断以及必要时另外的措施。根据本发明的方法因此有利地有助于有效地提高本质安全的电池组电池的意义上的运行安全性。
有利地，根据本发明的方法具有另一步骤，在所述另一步骤中如果本质安全的电池组电池的迅速的容量损失被确认，则进行到安全模式中的运行的转变，在所述安全模式中所述本质安全的电池组电池被去激活。在此，本质安全的电池组电池例如通过内部的开关装置与被连接到本质安全的电池组电池上的电路装置分离。如果本质安全的电池组电池在串联电路中被运行，则通过开关装置构成旁路。
在此，迅速的容量损失应被理解为电池组电池的容量从一个周期到下一个周期或者在少数几个周期之内的显著下降。电池组电池的容量通常在最初的50至100个周期之内降低0.1%至1%。这对应于每个周期在0.01‰和0.2‰之间的平均的梯度。在该梯度在一个周期之内或者在例如10的少数几个周期之内上升到10至100倍、即上升到0.1%至1%的值的情况下，因此存在迅速的容量损失。
该步骤的优点在于：极有可能被损害的电池组电池例如从电池组中的串行接线中被分离并且旁路被构成，使得所述电池组电池不参加未来的充电过程和放电过程。基于分离和旁落的构成，一方面被损害的电池组电池的烧坏的危险被祛除并且另一方面阻止所述电池组电池发出由于过量充电或者过载所引起的热量，另外的、也许仍然完好的电池组电池可能由于所述热量被损害。
有利地，作为根据本发明的方法被实施，使得当前面所提到的放电曲线具有比在室温下已知的参考曲线更高的放电电压时，存在电镀判据。在此，例如对于电池组电池的结构形式来说典型的放电曲线可以或者在电池组电池本身处通过测量所确定的参考曲线也可以用作已知的参考曲线。
放电曲线的不同的特性可以指示电镀的存在。有利地，根据本发明的方法被实施，使得当前面所提到的放电曲线的特征在于平稳段时存在电镀判据。同样，具有两个转折点的放电曲线可以指示电镀的存在。有利地，因此根据本发明的方法此外被实施，使得当前面所提到的放电曲线在两个电压间隔之间具有至少两个转折点时存在电镀判据。
此外，电镀的存在可以在如下方面表现出来：放电曲线具有平稳段，所述平稳段的边界位于充电电压的最大值和/或放电电压的最小值附近。有利地，因此根据本发明的方法此外被实施，使得当前面所提到的放电曲线在两个电压间隔之间具有平稳段时存在电镀判据，其中限制性电压位于充电电压的最大值和/或放电电压的最小值附近。
同样，电镀的存在可以在如下方面表现出来：放电曲线具有两个转折点，所述转折点位于充电电压的最大值和/或放电电压的最小值附近。有利地，因此根据本发明的方法此外被实施，使得当前面所提到的放电曲线在两个电压间隔之间具有至少两个转折点时存在电镀判据，其中限制性电压位于充电电压的最大值和/或放电电压的最小值附近。
在另一实施方式中，可以使到监视模式中的转变依赖于前面所提到的判据中的多个判据的组合的存在。同样可能的是，使到监视模式中的转变依赖于前面所提到的电镀判据之一的显现（Ausprägung）的强度。
在监视模式之内在接着的充电周期和放电周期中电池组电池的容量被监视。为此，在预给定的间隔中进行电特性的确定和记录、容量的确定和记录和/或充电状态（SOC）的确定。这些监视任务可以由通常多线路地（mehrzeilig）具有多个中央的以及分散的组件的电池组管理系统（BMS）形式的控制和监视装置来实施。在此，监视任务例如可以在中央在BMS的控制单元中或者也可以分散地在一次或者多次针对例如每个电池组电池或者每个电池组模块所实施的电池监视装置中被实施，所述电池监视装置也被称为电池监视电路（Cell Supervision Circuit，CSC）。根据本发明的用于监视的方法的实施因此既可以通过CSC又可以通过BMS的中央的组件或者通过两者共同地进行。有利地，为了在监视模式中确定迅速的容量损失，关于尤其在室温下关于充电状态的充电电压和放电电压的分布图被记录并且被保存。
有利地，在安全模式中或者在到安全模式中的转变的情况下发出信号。这种信号适于用信号通知：电池组的大多多个电池组电池中的一个不再作为蓄能器可用。根据应用，这例如可以用信号通知：备用电源的储备被减少或者驱动电池组的作用距离和/或功率强度被缩减。
此外，本发明的主题是本质安全的电池组电池，所述本质安全的电池组电池具有存储元件、开关装置和控制装置，所述本质安全的电池组电池被实施用于执行根据前述权利要求之一所述的方法。在此，开关电路有利地以半桥的形式被实施，所述开关装置在正常的运行模式中以及在监视模式中将本质安全的电池组电池的存储元件接通到连接接触部上。而在安全模式中，所述存储元件与连接接触部中的至少一个分离并且所述连接接触部根据旁路直接互相连接。
附图说明
下面借助关于实施例的附图进一步解释本发明。
图1示出关于所述方法的示例性流程的流程图，
图2示出放电曲线的一个示例，
图3示出具有平稳段的放电曲线的一个示例，
图4示出具有多个转折点的放电曲线的一个示例，
图5示出具有平稳段的放电曲线的一个示例，所述平稳段的限制性电压位于最大充电电压和/或最小放电电压附近，
图6示出具有多个转折点的放电曲线的一个示例，所述转折点的所属电压位于最大充电电压和/或最小放电电压附近，
图7示出本质安全的电池组电池的一个实施例。
具体实施方式
图1以流程图的形式示出所述方法的一个实施例。在图1中特征在于步骤101的正常的运行模式中，在步骤102中进行本质安全的电池组电池1的充电，所述本质安全的电池组电池随后参照图7被详细地描述。在步骤103中检查本质安全的电池组电池1是否在低的温度的情况下被充电。如果本质安全的电池组电池1例如在室温的情况下已被充电，则进行通常的并且这里未被示出的放电过程，并且所述方法在步骤101中被继续，使得本质安全的电池组电池1继续在正常的运行模式中被运行并且在下一个周期中在步骤102中重新被充电。然而，如果本质安全的电池组电池1在低的温度的情况下、即在0℃或者以下的情况下已被充电，则在接着的放电中放电曲线在步骤104中被确定并且在步骤105中鉴于电镀判据的存在被分析。只要因为例如没有进行对本质安全的电池组电池1的损害而没识别出电镀判据，则本质安全的电池组电池1继续在正常的运行模式中被运行，即所述方法在步骤101中被继续。
然而，如果电镀判据被满足，则进行从根据步骤101的正常模式中的运行到监视模式中的运行的转变，所述监视模式这里被示出为步骤106。在监视模式中在紧接着的充电周期和放电周期中本质安全的电池组电池1的容量被监视。因此，如果本质安全的电池组电池1在步骤107中被充电，则在步骤108中本质安全的电池组电池1的容量被确定。进行关于尤其在室温的情况下关于充电状态的充电电压和放电电压的分布图的创建和记录。这些分布图在步骤109中例如相互之间被比较和或与参考曲线的一个或者多个预给定的、例如以前在电池组开始运转时所测量的分布图进行比较。如果在步骤109中的该比较中没有显示出异常，则本质安全的电池组电池1继续在监视模式中被运行并且所述方法跳转到步骤106。然而，如果在该比较中迅速的容量损失是能够识别的，则在步骤110中进行到安全模式中的运行的转变，在所述安全模式中本质安全的电池组电池1或其存储元件2被拆除接线并且旁路通过其连接接触部被构成。
图2示出放电曲线的一个示例，在所述放电曲线中放电电压UE关于充电状态（SOC）被绘制。根据时间流程，充电状态以从100%下降到0%的方式被绘制。
图3示出放电曲线的一个示例，在所述放电曲线中放电电压UE同样关于充电状态（SOC）被绘制。与图2不同，放电曲线在一段中构成平稳段5，所述平稳段表明电镀的存在、即是电镀判据。
图4示出放电曲线的另一示例，在所述放电曲线中放电电压UE关于充电状态（SOC）被绘制。与图2和3不同，放电曲线构成多个转折点6，所述转折点同样表明电镀的存在，即同样是电镀判据。
图5如图3那样示出放电曲线的一个示例，在所述放电曲线中所述放电曲线在两个电压间隔7之间构成平稳段5。与图3不同，限制性电压位于最大的充电电压和/或最小的放电电压附近。
图6如图4那样示出具有多个转折点6的放电曲线的一个示例，所述转折点的所属的电压位于最大的充电电压和/或最小的放电电压附近。
图7示出本质安全的电池组电池1的一个实施例，所述电池组电池具有存储元件2、开关装置3以及控制装置4。在此，开关装置3被构成为具有两个电子开关以及空转二极管的半桥电路。所述开关装置由控制装置4控制，所述控制装置作为监视电路CSC同时监视存储元件2的电参数。在正常的运行模式中以及在监视模式中开关装置3的两个开关中的下面的开关被打开并且两个开关中的上面的开关被闭合，使得存储元件2与本质安全的电池组电池1的连接接触部连接。而在安全模式中两个开关中的上面的开关被打开，使得存储元件2从连接接触部被拆除接线。如果本质安全的电池组电池1如在电池组之内通常的那样在串联电路中被运行，则两个开关中的下面的开关同时被闭合，使得旁路被构成并且串联电路不被中断。

Claims (11)

1.用于在低的温度的情况下在本质安全的电池组电池（1）充电之后运行本质安全的电池组电池（1）的方法，其特征在于如下步骤：
- 确定所述本质安全的电池组电池（1）的放电曲线，
- 分析所述本质安全的电池组电池（1）的放电曲线是否存在电镀判据，
- 如果存在至少一个电镀判据，则转变到监视模式中的运行，其中在所述监视模式中所述本质安全的电池组电池（1）的容量被监视。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述本质安全的电池组电池（1）的迅速的容量损失被确认，则进行从所述监视模式中的运行到安全模式中的运行的转变，其中所述本质安全的电池组电池（1）在所述安全模式中被去激活。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，当前面所提到的放电曲线具有比在室温下已知的参考曲线更高的放电电压时，存在电镀判据。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当前面所提到的放电曲线的特征在于平稳段（5）时，存在电镀判据。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当前面所提到的放电曲线在两个电压间隔之间具有至少两个转折点（6）时，存在电镀判据。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当前面所提到的放电曲线在两个电压间隔（7）之间具有平稳段（5）时，存在电镀判据，其中所述平稳段的限制性电压位于充电电压的最大值和/或放电电压的最小值附近。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当前面所提到的放电曲线在两个电压间隔之间具有至少两个转折点（6）时，存在电镀判据，其中所述至少两个转折点的所属的电压位于充电电压的最大值和/或放电电压的最小值附近。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了在所述监视模式中确定迅速的容量损失，关于充电电压和放电电压关于充电状态的分布图被记录并且被保存。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了在所述监视模式中确定迅速的容量损失，关于充电电压和放电电压在室温下关于充电状态的分布图被记录并且被保存。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述安全模式中或者在转变到所述安全模式中时发出信号。
11.本质安全的电池组电池（1），所述本质安全的电池组电池能够与其他本质安全的电池组电池并行地和/或也串行地以电的方式接线为本质安全的电池组，并且所述本质安全的电池组电池具有存储元件（2）、开关装置（3）以及控制装置（4），所述本质安全的电池组电池能够通过所述开关装置被去激活，使得构成旁路，而所述本质安全的电池组的其他本质安全的电池组电池能够继续被运行，并且所述控制装置被实施用于执行根据前述权利要求之一所述的方法。
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