CN106385799B - 用于电池组管理的方法和电池组管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对具有多个电池组电池的电池组进行电池组管理的方法，其中根据由电池组输出的平均平方电流强度的频数分布（44）调节可由电池组输出的电流强度的最大值。本发明还涉及一种电池组管理系统和一种用于执行该方法的计算机程序，以及涉及一种具有电池组的机动车，所述电池组具有这种电池组管理系统。

Description

用于电池组管理的方法和电池组管理系统
技术领域
本发明涉及一种用于电池组管理的方法。本发明还涉及计算机程序和电池组管理系统，其被设立用于执行该方法，以及涉及一种具有电池组和这样的电池组管理系统的机动车。
背景技术
在电驱动车辆中，如今通常使用基于锂化学品的蓄电池组作为电能量存储器（EES），因为所述蓄电池相对于基于镍或铅的蓄电池具有最大的至今可提供的能量密度。关于可用的能量含量、放电功率、冲/放电效率、使用寿命和可靠性方面对电池组系统提出很高的要求，所述电池组系统使用在电驱动的车辆中。对于该蓄电池要求15年的使用寿命。
这种电池组系统的无干扰运行需要电池、模块和整个电池组包的安全和可靠的功能。为了达到这些功能，连续地控制物理变量、如电流强度、电压、温度、绝缘电阻和压力。借助于所述变量的测量值能够实现管理和运行功能，借助所述管理和运行功能能够遵守电池组系统的所保证的使用寿命、可靠性和安全性。为了避免蓄电池电池的过早老化，例如预设电池电压极限值和最大电流强度。
对于老化绝对重要的参数为平均平方电流强度。该参数、即更确切地说，其方根也称作为IRMS值。在平均平方电流强度中，高的电流强度比低的电流强度占有更大权重。因此，IRMS值不仅考虑电池之内的温度梯度的发展而且考虑锂在电极上的沉积作用，所谓的锂电镀。平均平方电流强度也描述为
。
对于所述参数存在如下极限值，在现有技术中调节到该极限值上。从DE 10 2011012 818 A1中例如已知：确定平均平方电流强度并且将其保持在预设的理论值之下，即
。
WO 2012/091077公开一种方法，其中从平均平方电流强度中确定健康状态（SOH，State Of Health）。
因为在低温下和在山上动态起动时平均平方电流强度的极限值很短暂地达到其极限，例如在10秒之后已经达到极限，所以本发明的任务是：寻求提高极限值，而不必在所保证的电池组使用寿命方面受到限制，所述电池组使用寿命例如为大约15年。
发明内容
在用于对具有多个电池组电池的电池组进行电池组管理的根据本发明的方法中规定：根据由电池组输出的平均平方电流强度的频数分布调节可由电池组输出的电流强度的最大值。
本发明能够实现：通过分析平均平方电流强度的历史存储器来遵守电池老化的预先规定。这通过调节可由电池组输出的电流强度的最大值来实现。可由电池组输出的电流强度的最大值在此例如通知给电池组管理系统，使得相应地调节逆变器并且仅调用电流强度的该数值。
借助根据本发明的方法，防止通过过高的功率输出引起蓄电池的损坏并且更好地满足电池组的所提出的使用寿命保证。这不仅防止通过电池组处的最大电流引起的可能的损坏，而且保证：电池组在期望的范围内工作和老化，进而不需要过早更换。
尽管如此，有利地，例如对于电池组的小份额的总运行时间能够得到高的最大值。例如，能够为驾驶员暂时实现更大的功率，并且仅当驾驶员在整个运行持续时间上会极其逐渐加速行驶时，才调节功率。因此，本发明相对于当前的现有技术显著地改进。
该方法尤其在如下电池组中是适合的，所述电池组被使用在电动车辆或混合动力车辆中。对所述电池组的要求例如包括：其提供50伏特和600伏特之间的电压。适当的电池组类型的实例包括全部类型的锂离子电池组。在应用该方法时，尤其一方面防止电池组中有害的温度梯度的发展，并且另一方面也防止锂沉积在电极上。
根据一个优选的实施方式，仅在保障的运行时间之内进行调节，即直至所保证的运行时间到期。在调节的数学式中，该限制在计算可由电池组输出的电流强度的最大值时通过引入加权系数来实现，如果当前的时间点takt大于保障的运行时间tgw，则将所述加权系数置于零，即如果，则。
尤其优选地，在保障的运行时间期间，保障的运行时间越接近结束，就越弱地根据当前的运行时间takt与保障的运行时间tgw之比进行调节。在调节函数的数学式中，这通过根据
的加权系数来考虑，其中尤其优选适用的是
和，如果takt>tgw的话。
从由电池组输出的平均平方电流强度的频数分布中优选确定关于低电流强度范围中的份额、第一高电流强度范围中的第一份额和第二高电流强度范围中的第二份额的说明，其中第一高电流强度范围比第二高电流强度范围更低地来设置。优选地，第一高电流强度范围紧接着第二高电流强度范围。优选地，低电流强度范围同样紧接着第一高电流强度范围。可由电池组输出的电流强度的最大值的调节因此优选根据频数分布来进行，从所述频数分布中确定至少三个彼此分开的电流强度范围的相对份额。
在此，根据高电流强度范围中的份额的理论预先规定、尤其第一高电流强度范围和第二高电流强度范围中的份额的理论预先规定来进行调节。
第一高电流强度范围的第一理论预先规定优选地在总运行持续时间的10%和50%之间，尤其在20%和40%之间，并且尤其优选为大约35%。第二高电流强度范围的第二理论预先规定优选地在总运行持续时间的1%和10%之间，尤其在2%和5%之间，尤其优选为大约3%。对于低电流强度范围，在该实施方式中不存在限制，即电池组对于直至100%的总运行持续时间能够输出低电流强度范围中的平均平方电流强度。
第一高电流强度范围例如在60A和100A之间。第二高电流强度范围例如在100A和130A之间。低电流强度范围例如低于60A。用于限制电流强度范围的极限值60A、100A和130A尽管是优选的数值，然而在实际中也能够不同地限定。在实际中，这通过相应的测试序列来确定。
根据本发明，还提出一种计算机程序，根据该计算机程序，当在可编程的计算机装置上执行该计算机程序时，执行在此描述的方法之一。计算机程序例如能够为用于实现机动车中的电池组管理系统或其子系统的模块。计算机程序能够存储在机器可读的存储介质上，例如存储在永久的或又可写入的存储介质上，或者分配给计算机装置或存储在可擦除的CD-ROM、DVD、蓝光碟或USB棒上。附加地或替代地，计算机程序能够被提供在计算机装置上、诸如服务器或云系统上以用于下载，例如经由数据网络，如因特网，或通信连接，诸如电话线路或无线连接。
此外，根据本发明提出一种电池组的电池组管理系统，所述电池组具有多个电池组电池，所述电池组管理系统具有：用于确定由电池组输出的平均平方电流强度的单元、用于分析由电池组输出的平均平方电流强度的频数分布的单元和用于根据用于分析频数分布的单元的结果来调节能够由电池组输出的电流强度的最大值的单元。
优选地，电池组管理系统被构造和/或设立用于执行在此描述的方法。与之相应地，在方法的范围内描述的特征相应地适用于电池组管理系统，并且相反，在电池组管理系统的范围内描述的特征相应地适用于方法。
电池组管理系统的单元能够理解为功能单元，所述功能单元不一定在物理上彼此分开。因此，例如当将软件中的多个功能在一个控制设备上实现时，可以在唯一的物理单元中实现电池组管理系统的多个单元。电池组管理系统的单元也能够以硬件组件、例如通过传感器单元、存储器单元和应用特定的集成电路（ASIC，专用集成电路）来实现。
此外，根据本发明，提供一种具有电池组和这种电池组管理系统的电池组系统，所述电池组包括多个电池组电池。电池组尤其能够是锂离子电池组或镍金属混合物电池组，并且能够与机动车的驱动系统连接。
术语“电池组”和“电池组单元”在本说明书中对于常用的语言表达习惯匹配地用于蓄电池或蓄电池单元。电池组包括一个或多个电池组单元，能够用电池组单元表示电池组电池、电池组模块、模块支路或电池组包。在电池组中，电池组电池优选空间上组合且在电路技术上彼此连接，例如串联或并联成模块。多个模块能够构成所谓的电池组直接转换器（BDI，Battery Direct Converter），并且多个电池组直接转换器构成一个电池组直接逆变器（BDI，Battery Direct Inverter）。
此外，根据本发明，提供一种具有这种电池组系统的机动车，其中所述电池组系统的电池组例如与机动车的驱动系统连接。机动车能够被设计成纯电动车辆并且仅包括电驱动系统。替代地，机动车能够被设计成混合动力车辆，所述混合动力车辆包括电驱动系统和内燃机。在一些变型形式中能够规定：混合动力车辆的电池组在内部能够通过发电机借助内燃机的过剩的能量充电。可外部充电的混合动力车辆（PHEV，插电式混合动力电动汽车）附加地设置如下可行性：经由外部电网对电池组充电。在这样设计的机动车中，行驶循环包括行驶运行和/或充电运行作为运行阶段，在所述运行阶段中检测运行参数。
本发明的优点
根据本发明的方法相对于根据现有技术的电池组运行能够短暂地实现从电池组中产生较高的放电功率，使得尽管如此还遵守电池组的所保证的运行持续时间和所保证的使用寿命。
在此，在遵守所保证的电池组运行持续时间的情况下调节最大可行的放电功率，使得驾驶员理想地没有察觉。可输出的电池组功率的调节温和地、均匀地和在整个电池组运行持续时间上进行。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明书中详细阐述。
其中：
图1示出具有电池组系统的机动车，和
图2示出调节功能的实例。
具体实施方式
图1示出具有电池组系统12的至少部分电驱动的机动车10。
图1的机动车10能够设计成纯电驱动的车辆或设计成混合动力车辆，所述混合动力车辆附加地具有内燃机。对此，机动车10配备有电驱动系统14，所述电驱动系统经由电动马达（未示出）至少部分地电驱动机动车10。
电能由电池组16提供。电池组16包括多个电池组电池19或蓄电池电池，例如具有2.8至4.2V的电压范围的锂离子电池。电池组电池19成组地组合成电池组模块20，并且在此串联并且部分附加地并联，以便借助电池组16实现所需要的功率和能量数据。
电池组16是电池组系统12的一部分，所述电池组系统还包括电池组管理系统。电池组管理系统包括主控制设备18和多个传感器控制设备17，所述传感器控制设备分配给电池组模块20。
为了监控各个电池组电池19或电池组模块20，所述电池组电池19或电池组模块20配备有电池监控单元22和模块监控单元23，所述电池监控单元或模块监控单元连续地、以定义的扫描速率检测各个电池组电池19或各个电池组模块20的运行参数、如电压、电流强度或温度作为测量值，并且将检测到的测量值提供给传感器控制设备17。传感器控制设备17接收电池监控单元22的和模块监控单元23的传感器的测量值，必要时给测量值配备时间戳并且将所述测量值经由通信通道24、例如SPI总线（串行外设接口总线）或者CAN总线（控制器局域网络总线）发送给主控制设备18。
主控制设备18实现用于控制和监视电池组16的功能。主控制设备18具有用于确定由电池组16输出的平均平方电流强度的单元26。用于确定平均平方电流强度的单元26根据
计算所述电流强度。
时间段t2例如在10ms和60s之间，优选大约为0.1s大。为每个测量值确定方根，用此形成IRMS值。IRMS值存储在存储单元28中，在那里该值形成频数分布44，所述频数分布参考图2描述。
主控制设备18具有用于分析频数分布44的另一单元30，所述单元访问存储单元28。用于分析频数分布44的单元30确定：IRMS值落入哪个电流强度范围36、38、40中。如果IRMS值低于60A，那么其落入低电流强度范围36中，如果IRMS值在60A和100A之间，那么其落入第一高电流强度范围38中，并且如果IRMS值在100A和130A之间，那么其落入第二高电流强度范围40中。对于电流强度范围36、38、40参考图2详细深入说明。
在该成功量化之后，用于分析频数分布44的单元30确定IRMS值在第一高电流强度范围38中的百分比份额、即P_i（I35%），在第二高电流强度范围40中的百分比份额、即P_i（I3%），和在低电流强度范围36中的百分比份额、即P_i（I100%），并且将所述百分比份额提供给用于调节可由电池组16输出的电流强度的最大值的单元32。
用于调节可由电池组16输出的电流强度的最大值的单元32根据由电池组16输出的平均平方电流强度、尤其IRMS值的频数分布44调节最大值。
用于调节最大值的单元32对此与作用装置34连接，所述作用装置布置在电池组16和驱动系统14之间。作用装置34被设立用于将所确定的最大值投入实践中，例如通过不满足电池组16的由机动车10的驾驶员通过油门所期望的功率预先规定。
用于调节最大值的单元32在第一步骤中确定
其中具体的百分比说明、3%和35%应该示例地来理解并且显然能够规定到其他的份额上。
在此IRMS_MAX是电流的所计算的新的允许的极限值。
P_i（I35%）是存储单元28中的第一高电流强度范围38中的频数分布44的份额，即历史存储器中的相应的I的当前分布的实际值，P_i（I3%）是根据预先规定、即根据电池数据表中的第一高电流强度范围38的理论值。
I3%RMS是确定的数值，该数值例如来自电池数据表。分布的理论值、即P（I3%）属于该数值。
w是加权系数，即
和，如果takt>tgw的话。
如果分布的实际值大于理论值，这大多是该情况，那么整体上所计算的IRMS_MAX变小，这降低电池组中的最大平均电流。这是算法的目标，即尽可能有效地进行限制。该限制稍后也还是可逆的，这是一个优点。
如果分布的实际值小于理论值，这很少是该情况，那么整体上，所计算的IRMS_MAX会变大。这不允许发生，因此单元32在第二步骤中根据
确定最大值。
图2示出调节实例，所述调节实例反映本发明所基于的思想。在x方向上示出IRMS值。在y方向上，图形示出标度，其从0延伸至100%。对于由电池组输出的平均平方电流强度的平方根示出三个范围，即低电流强度范围36、第一高电流强度范围38和第二高电流强度范围40。低电流强度范围36在此低于60A，第一高电流强度范围38位于60A和100A之间，并且第二高电流强度范围40位于100A和130A之间。
此外，示出根据数据表的理想的频数分布42，以及根据存储单元28的分析的频数分布44。
两个箭头46表明：如何借助于参考图1描述的调节功能来影响频数分布44，使得不超过第二高电流强度范围40占允许的总运行持续时间的份额。
在频数分布44中，调节算法在需要时平缓地返回允许的IRMS_MAX值，使得对于第二高电流强度范围40中的提高的放电电流不超过3%的运行持续时间。因此，影响流过的放电电流的频数，即P_i（I3%）。连续地计算IRMS_MAX值。在此，为节省的驾驶员提供针对总运行持续时间的3%的最大可行的I3%RMS值。活跃的驾驶员以温和的方式获得受限的、即平衡的I3%RMS值。在再次节省的驾驶方式中，也为活跃的驾驶员再次调高平衡的I3%RMS值。理想地，达到所保证的运行持续时间。
本发明不限于在此描述的实施例和其中强调的方面。更确切地说，在通过权利要求说明的范围之内可以进行多种变化，所述变化处于技术人员处理能力的范围内。

Claims (8)

1.用于对具有多个电池组电池（19）的电池组（16）进行电池组管理的方法，其中根据由所述电池组（16）输出的平均平方电流强度的频数分布（44）调节能够由所述电池组（16）输出的电流强度的最大值，
其中从所述频数分布（44）中确定关于低电流强度范围（36）中的份额、第一高电流强度范围（38）中的第一份额和第二高电流强度范围（40）中的第二份额的说明，其中所述第一高电流强度范围（38）比所述第二高电流强度范围（40）更低地设置，
其特征在于，根据所述第一高电流强度范围和所述第二高电流强度范围（38，40）中的份额的理论预先规定来进行调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅在所述电池组（16）的保障的运行时间之内进行调节。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述电池组（16）的保障的运行时间期间，所述保障的运行时间越接近结束，就越弱地根据当前的运行时间与保障的运行时间之比进行调节。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一高电流强度范围（38）的第一理论预先规定在10%和50%之间，和/或所述第二高电流强度范围（40）的第二理论预先规定在1%和10%之间。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一高电流强度范围（38）在60A和100A之间并且所述第二高电流强度范围（40）在100A和130A之间。
6.一种计算机程序，其用于当在可编程的计算机装置上执行该程序时，执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
7.一种电池组（16）的电池组管理系统，所述电池组具有多个电池组电池（19），所述电池组管理系统被设置用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法，所述电池组管理系统具有：用于确定由所述电池组（16）输出的平均平方电流强度的单元（26）、用于分析由所述电池组（16）输出的平均平方电流强度的频数分布（44）的单元（30）和用于根据用于分析所述频数分布（44）的单元（30）的结果来调节能够由所述电池组（16）输出的电流强度的最大值的单元（32）。
8.一种机动车（10），其具有电池组（16），所述电池组具有根据权利要求7所述的电池组管理系统。
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