CN105518927B - 用于确定电池组的温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定电池组的温度的方法，具有方法步骤：a）确定至少一个电池组电池的充电状态；b）直接在终止通过所述至少一个电池组电池的电流（I_L、I_E­）的流动之后确定所述至少一个电池组电池的空载电压（V_L1、V_L2）的改变；以及c）基于所述充电状态以及所述空载电压（V_L1、V_L2）的改变来确定所述至少一个电池组电池的温度。前面所描述的方法能够以低成本的方式特别安全以及长时间稳定地运行电池组。

Description

用于确定电池组的温度的方法

技术领域

本发明涉及用于确定电池组的温度的方法。本发明尤其涉及用于通过精确地确定电池温度以改善的准确性来确定温度的方法。

背景技术

电化学蓄能器、诸如锂离子电池组在很多日常的应用中广泛流行。所述电化学蓄能器例如被用在计算机、比如笔记本电脑、移动电话、智能手机中并且被用在其它应用中。即使在车辆、比如机动车的目前被强烈地推动的电气化的情况下，这种电池组也提供优点。

电池组或者电池组电池的运行温度在此常常是重要的运行参数。温度例如可以对电池组的效率和耐久性具有大的影响，因为在提高的温度的情况下电池组的效率以及耐久性可以被降低。因此，电池、比如锂离子蓄电池的运行温度的测量对于电池组的运行来说是重要的。

文件US 6,902,319 B2描述一种用于基于热源和电池组之间的热转移来估计车辆电池组的内部温度的方法。

从文件US 2012/0109554 A1中已知一种用于估计电池组中的电池的核心温度的方法。在这种方法中执行两次估计，应用加权因子并且紧接着通过被加权的第一和第二估计的函数来估计核心温度。

发明内容

本发明的主题是用于确定电池组的温度的方法，具有下列方法步骤：

a）确定至少一个电池组电池的充电状态；

b）直接在终止通过所述至少一个电池组电池的电流的流动之后确定所述至少一个电池组电池的空载电压的改变；以及

c）基于充电状态以及空载电压的改变来确定所述至少一个电池组电池的温度。

前面所描述的方法能够以特别准确以及低成本的方式确定电池组的温度。在此，在确定电池组的温度时详细地确定一个电池组电池或者多个电池组电池的温度。

前面所描述的方法因此用于确定电池组电池的温度以及因此电池组的温度。电池组的温度在电池组的运行中起显著的作用。这例如可能由在加热电池组时所述电池组可能经历所谓的热逃逸引起的。过热在此可能例如通过内部的电池缺陷或者也可能通过外部的温度影响实现。

在此，这种故障状况如原则上已知的那样尤其在电池组电池的内部发生并且在此以多个等级进行，其中进行的等级中的每个可以造成引起比较而言更大的损坏。在过热时在此例如可能发生例如被布置在阳极上的电解质层或者被布置在电解质和阳极之间的保护层的损害或者分解，由此电解质组成部分可能与阳极材料、诸如碳起放热反应，这可能进一步提高电池的温度。在此，这种放热过程可能进一步加速例如在阳极处进行的过程，其中被如此产生的热量可能使例如有机溶剂分解，所述有机溶剂例如可以存在于电解质中。这又可能导致：易燃的气体、诸如乙烷、甲烷或者其它的碳氢化合物可以被释放。此外，这种气体通过电解质的分解的构成例如可以引起电池的内部中的压力上升，这可能带来另外的损害。

从上述内容变得明确的是，精确的温度测量对于电池组的安全的运行来说以及此外对于电池组的足够的耐久性来说有大的重要性。

为了实现这一点，前面所描述的方法根据方法步骤a）包括确定至少一个电池组电池的充电状态。该方法步骤可以以本身已知的方式通过电池组控制系统实现，如对于本领域技术人员来说原则上已知的那样。电池组的充电状态也被称为SOC（state of charge（充电状态））并且可以以非限制性的方式例如在考虑电池组电压的情况下是能够确定的，因为该电池组电压常常与充电状态相关。此外，流动的电流例如可以在时间上被积分或者可以使用卡尔曼（Kalman）滤波器。然而，确定所述至少一个电池组电池的充电状态不限于前面所描述的方法。在此，全部的电池组电池的充电状态可以被确定，或者多个例如串联的电池组电池中的每个或者各个的充电状态可以根据方法步骤a）被确定。一个电池组电池或者多个电池组电池的充电状态的使用在此例如可以对于本方法来说因此是有优点的，因为充电状态在电池组的运行中总归常常被测量并且因此为此存在的技术前提在电池组控制系统中总归被给定。除此之外，充电状态提供用于确定至少一个电池组电池的温度的可能的参数，如在下面所解释的那样。

根据方法步骤b），本方法此外包括直接在终止通过所述至少一个电池组电池的电流的流动之后确定所述至少一个电池组电池的空载电压的改变。在该方法步骤中因此确定：电池组电池的空载电压（V_oc）在终止电流的流动之后如何改变，终止电流的流动例如能够通过例如经由分离电连接或者断开全部的耗电器来关断电池组电池实现。详细地可以确认：当流动的电流被中断时，空载电压的改变在基本上全部的充电状态的情况下是能够确定的。如果例如在一定的时间间隔中使用放电电流，其中空载电压通过放电在时间的过程中下降，则可以直接在终止电流之后在终止放电电流的情况下、例如在断开电池的情况下观察空载电压的漂移。详细地可以在这种情况下观察空载电压的电压上升。另一方面，可以直接在例如通过关断电池终止充电电流之后在电池组或者电池在一定的时间间隔中的充电电流以及因此时间上的电压上升的情况下又确定空载电压的漂移，其中空载电压在终止所述充电电流之后降低。

空载电压在此可以以本身已知的方式是能够确定的，其方式是，在例如一个电池或者多个电池的情况下通过所述一个电池或所述多个电池的电流的流过被终止并且在此在相应的开放的极处的电压被测量。在此，电压尤其在较长的时间间隔期间被测量，以便确定电压的改变或者电压漂移。

此外，所述方法根据另外的方法步骤c）包括基于充电状态以及空载电压的改变来确定至少一个电池组电池以及因此电池组的温度。该方法步骤尤其基于：在终止流动的电流之后空载电压的前面所描述的漂移不依赖于在这种情况下是涉及放电电流还是充电电流，尤其依赖于至少一个电池组电池的充电状态和温度。根据本发明的方法因此基于，在已知的或者恒定的充电状态的情况下在改变的温度下在终止电流的流动之后空载电压的改变根据温度的改变同样改变。空载电压的上升或者降低因此可以用作对电池组电池的温度的确定的指示。

在此，一个或多个电池组电池的温度可以针对该电池组电池或者这些电池组电池的空载电压分别单个地被确定的情况被单独地确定，或者多个电池组电池的平均的温度可以在这些尤其串联的电池组电池的空载电压被共同地确定时被确定。

前面所描述的用于确定温度的方法因此允许在使用至少一个电池组电池的充电状态以及空载电压的改变的情况下以间接的方式确定电池组的温度。在此，前面所描述的方法与从现有技术中已知的测量方法相比具有显著的优点。

通过前面所描述的方法，电池组的温度可以被特别准确地测量，因为尤其可以推断出如下温度，所述温度在一个电池组电池或者多个电池组电池的内部中构成。因此，这尤其可以具有重要性，因为例如一个电池组的温度在所述温度例如在电池组外壳的外部被确定时不总是与存在于电池组的内部中的值相对应。除此之外，尤其可能在基于提高的温度的故障情况下需要非常快速的反应，以便防止更大的损坏。在此可以通过电池内部中的温度可以被直接确定来特别动态地作出反应，因为电池的内部中的温度提高常常以某一时间延迟在被布置在外壳的外侧处的传感器中才可以是能够确定的。

除此之外，前面所描述的方法利用降低数量的温度传感器可以是可能的或者可以完全地放弃温度传感器。由此通过前面所描述的方法能够一方面使得能够显著地节省成本。因为一方面用于传感器的成本可以被节省。此外，本方法可以基本上在没有另外的成本密集的构件的情况下被执行。与此相对，前面所描述的方法可以以简单的方式以能够毫无问题地确定的测量数据尤其通过电池组控制系统被执行，使得所述方法能够以简单的方式以及以最低的成本在现有的系统中被实现。

除此之外，温度传感器的数量的减少具有可以节省重量的另外的优点。这尤其可以在移动应用的情况下、诸如在电驱动的车辆的情况下具有大的优点。

此外，电池组的耐久性可以由此被进一步升高，因为附加的有源的部分的缺少可以具有降低的服务耗费以及此外可以具有针对损害的降低的可能性。

总之，前面所描述的用于确定电池组的温度的方法因此允许电池组的特别低成本以及安全的运行以及此外电池组的特别高的耐久性。

在一种设计方案的范围中，在使用空载电压的时间上的改变的情况下或者在使用空载电压的改变的时间常数或者空载电压的改变的整个分布的情况下可以执行方法步骤c）。在该设计方案中因此尤其在漂移的时间常数（τ）被确定并且被用于本方法时空载电压的改变尤其作为时间的函数可以被确定以及被分析。在该设计方案中，准确的温度检测已经可以是可能的，因为时间常数常常已经依赖于当前的温度并且因此已经可以允许温度的准确的测量结果。时间常数在此尤其可以被理解为空载电压的改变的特征参量，所述特征参量涉及空载电压的直至稳定的改变的纯持续时间，或者也涉及持续时间t=T1/e，所述持续时间需要作为常常指数地下降或者上升的过程的空载电压的改变，以便将该过程的初始值下降到1/e，或者以便升高该数值。在此T表示温度。

然而，此外可能的是，除了空载电压的纯时间上的改变，考虑空载电压的改变的整个分布。在考虑整个分布的情况下在此可以除了时间成分之外至少也考虑空载电压的改变的强度。因此，该设计方案尤其可以实现一个电池组电池或者多个电池组电池的温度的特别准确的检测。

在另一设计方案的范围中，所述方法可以通过电池组控制系统被执行。这种也被称为电池组管理系统的系统常常为了电池组的运行总归是存在的。在此，电池组控制系统不需要昂贵的构造或者改造，以便可以执行本方法，因为在本方法中使用的参数、如空载电压和充电状态大多可以毫无问题地在电池组的运行的范围中被测量。由此，仅仅需要将合适的指令引入到所述控制系统中，通过所述指令可以基于前面所提到的参数探测温度。

在另一设计方案的范围中，方法步骤c）可以基于尤其被存放在电池组控制系统中的数据集被执行。在该设计方案中，本方法可以特别简单地被实现到电池组控制系统中。仅需要以简单的方式和方法将数据输入到电池组控制系统的存储器中并且存储在那里，所述数据将关于在所定义的充电状态的情况下空载电压的漂移的参数分配给温度。这种数据集在此可以以简单的方式被创建，因为相应的参数由于已知的依赖性通过单纯的尝试能够毫无问题地获得。电池组控制系统于是可以以简单的方式在确定充电状态时针对给定的电池或者针对多个电池分配给温度。

在另一设计方案的范围中，所确定的温度可以通过使用温度传感器被验证。在该设计方案中可以实现温度的特别可靠的确定。因为可以最大程度上排除：例如由于在电池的内部中的损害或者老化效应，温度对充电状态的依赖性已经改变。温度传感器例如可以存在于电池组的简单的位置处并且在此实现通过温度传感器所确定的温度以及通过前面所描述的方法所确定的温度的调整。在此可以确定两种温度值的相应的相关性是否保持相等或者例如发生改变。以这种方式也可以在电池组的长的工作时间之后确保正确的温度测量。

在另一设计方案的范围中，空载电压的改变可以周期性地被确定。在该设计方案中，空载电压的改变因此可以被确定，以便监视电池组的也更长期的运行。为此，例如可以周期性地将多个电池的各个电池与耗电器分离，以便如此阻止通过电池的电流流动，这可以允许确定所需要的参数。此外，在此可以基于空载电压的改变相应地周期性地确定电池组的温度，其中一个电池组电池或多个电池组电池的充电状态可以被估计或者同样可以相应地周期性地被确定。

因此，在该设计方案中，电池组的温度不仅在关断的情况下或者在整个电池组的停止状态的情况下实现，而且可以在尤其在具有多个电池组电池的模块中供应器此外被供应能量时实现。对于电驱动的车辆的示例性的情况来说，这例如可以意味着：电池组的温度即使在车辆被继续地运行时也是能够确定的。在该设计方案中，被供电的组件的运行因此可以被特别安全地构成。

在另一设计方案的范围中，空载电压的改变可以在电池组的恢复阶段期间被确定。在该设计方案中，可以在恢复阶段或者反馈阶段期间通过电流的恢复该电流暂时地例如通过电阻被引出并且在该时间间隔中空载电压被确定。这里，可以在车辆中例如理论上在不被加速的每个时间点由一个电池或多个电池的空载电压的变化过程确定温度。实际上，空载电压的这种类型的确定可以不在每个可能性的情况下而是例如在确定的时间间隔之后或者在施加确定的电流负荷、比如在较长的时间间隔期间高的充电或者放电负荷之后被执行。

在另一设计方案的范围中，电池组可以是锂离子电池组。在该设计方案中，前面所描述的温度测量方法可以是特别明确地以及有效地可行的。详细地，空载电压的漂移可以是在例如复合材料的锂离子电池组的情况下极其不同的电极材料中的扩散常数的不均匀性的后果，所述复合材料包括镍（Ni）、钴（Co）、镁（Mg）｛NiCoMg｝或者包括镍（Ni）、锰（Mn）、铝（Al）｛NiMnAl｝、基于钴的氧化物或者基于锰的氧化物。漂移此外可以是阴极或者阳极中的组成的改变的后果。对于锂离子电池组的情况来说，阳极例如可以针对阳极具有例如石墨形式的碳、或者硅锡碳复合材料或者纯硅的情况在不同的充电状态的情况下构成Li_xC的不同相，其中x意味着被嵌入的锂的数量。在此，前面所提到的不同相的构成不减少到碳，而是也可以在另外的材料的情况下、例如在具有钛的电极的情况下出现。如果电流流动被终止，则锂离子（Li⁺）的扩散的固有改变可以作为锂离子（Li+）的扩散常数的改变的结果、作为电极材料的组成的不均匀性的后果实现。

关于根据本发明的方法的另外的技术特征和优点，特此明确地参照结合根据本发明的电池组系统、图以及图描述的解释。

此外，本发明的主题是电池组系统，所述电池组系统被设计用于执行如上面所描述的那样所设计的方法。相应地，这种电池组系统包括电池组，所述电池组具有用于给耗电器供应电功率的至少一个电池组电池。电池组例如可以是锂离子电池组。为了可以执行上面所描述的方法，电池组系统或者电池组在此首先包括用于确定至少一个电池组电池的充电状态的装置。这例如可以是电池组控制系统，所述电池组控制系统基于所确定的参数可以确定充电状态，如对于本领域技术人员来说基本上已知的那样。

此外，所述电池组系统包括用于直接在终止通过至少一个电池组电池的电流的流动之后确定至少一个电池组电池的空载电压的改变的装置。这可以以本身已知的方式是电压测量器，所述电压测量器例如可以确定电池组电池的两个极处的电压。

最后，电池组系统包括用于基于充电状态和空载电压的改变来确定至少一个电池组电池的温度的装置。该装置又可以是电池组控制系统，所述电池组控制系统借助所确定的数据以及例如被存放在存储器中的数据集来确定至少一个电池组电池或者电池组的温度。

此外，关于前面所提到的装置的具体的设计方案参照对用于确定电池组的温度的方法的上面的描述。

前面所描述的电池组系统允许特别简单地和低成本地以及在此特别准确地确定电池组电池或者电池组的温度并且随之而来允许特别低成本以及安全的运行以及此外特别高的耐久性。

关于根据本发明的电池组系统的另外的技术特征和优点，特此明确地参照结合根据本发明的方法、图以及图描述的解释。

附图说明

根据本发明的主题的另外的优点和有利的设计方案通过附图来阐明并且在随后的描述中被解释。在此应注意的是，附图仅具有描述性的特点并且不被认为以任何形式限制本发明。

图1示出解释根据本发明的方法的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了如下图表，所述图表示出在电池组、比如锂离子电池组的给定的温度以及给定的充电状态的情况下在终止电流I_L、I_E的流动之后（上部区域）空载电压V_L1、V_L2的改变（下部区域）。

图1的图表详细地示出电压V和电流I相对时间t的变化过程。在此可看出，当充电过程（充电电流I_L）或者放电过程（放电电流I_E）例如在时间t1或者t2被终止时，作为时间的函数的空载电压V_L1、V_L2的改变可以在充电状态的全部的值的情况下被确定。关于图1，在直到时间点t1的时间间隔中使用放电电流I_E，其中出现电压V的下降，更确切地说从最大的电压V_max到最小的电压V_min的下降。在时间t1电池的关断以及因此放电电流I_E的流动的终止然后导致空载电压V_L1的电压漂移，所述电压漂移根据图1导致空载电压V_L1升高（V₁-V_min）的数值到值V₁上。如果另一方面电池组在使用充电电流I_L的情况下被充电，则电压从电压V₁上升到最大电压V_max。如果电池在时间t2被关断，则空载电压V_L2下降到值V_min上。

空载电压V_L1、V_L2的所示出的漂移在此可以用作对温度的指示，其中空载电压V_L1、V_L2的改变的时间常数或者空载电压V_L1、V_L2的改变的整个分布是能够使用的。

以这种方式可以例如由电池组控制系统以及例如基于尤其被存放在电池组控制系统中的数据集，在确定至少一个电池组电池的充电状态以及在终止通过至少一个电池组电池的电流I_L、I_E的流动之后确定至少一个电池组电池的空载电压V_L1、V_L2的改变时，基于所述充电状态以及所述空载电压V_L1、V_L2的改变来确定所述至少一个电池组电池的温度。

Claims (10)

1.用于确定电池组的温度的方法，具有下列方法步骤：

a）确定至少一个电池组电池的充电状态；

b）直接在终止通过所述至少一个电池组电池的电流（I_L、I_E）的流动之后确定所述至少一个电池组电池的空载电压（V_L1、V_L2）的改变；以及

c）基于所述充电状态以及所述空载电压（V_L1、V_L2）的改变来确定所述至少一个电池组电池的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

方法步骤c）在使用所述空载电压（V_L1、V_L2）的时间上的改变的情况下被执行。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

方法步骤c）在使用所述空载电压（V_L1、V_L2）的改变的整个分布的情况下被执行。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，

所述方法通过电池组控制系统被执行。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

方法步骤c）基于被存放在所述电池组控制系统中的数据集被执行。

6.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，

所确定的温度通过使用温度传感器被验证。

7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，

所述空载电压（V_L1、V_L2）的改变被周期性地确定。

8.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，

所述空载电压（V_L1、V_L2）的改变在所述电池组的恢复阶段期间被确定。

9.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，

所述电池组是锂离子电池组。

10.一种电池组系统，具有带有至少一个电池组电池的电池组，其中此外设置有用于确定所述电池组电池的充电状态的装置、用于直接在终止通过所述至少一个电池组电池的电流（I_L、I_E）的流动之后确定所述至少一个电池组电池的空载电压（V_L1、V_L2）的改变的装置以及用于基于所述充电状态以及所述空载电压（V_L1、V_L2）的时间上的改变确定温度的装置。