CN107110917A - 用于监控电池组的方法以及监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监控电池组的方法，其中该方法包括以下步骤：在电流脉冲期间测量电池电压值，在超出电池电压值的预先给定的重要的值的情况下，利用已知的最大可能的测量精度修正电池电压值来计算修正的电池电压值，修正的电池电压值被递交到数据存储器中的表格，以及在针对预先给定数量的测量和电流脉冲持续时间的所测量的电池电压下最小出现的电池温度和电流值的值被存储在表格中，计数器在表格中的分配给电池电压值测量的行/列组合中被提高了预先给定的值，针对预先给定数量的测量和电流脉冲持续时间的计数器值的总和与预先给定的参考计数器值进行比较，并且在达到或超出预先给定的阈值时输出信号。此外公开了一种相应的监控装置。

Description

用于监控电池组的方法以及监控装置

技术领域

本发明涉及具有在权利要求1的前序部分中提及的特征的用于监控电池组的方法。此外，公开了一种具有在权利要求9的前序部分中提及的特征的用于电池组的监控装置。

背景技术

在电驱动的车辆中增多地使用包括多个电池组电池的蓄电池或电池组作为能量源。在这种情况下，经常使用基于锂化学的电池组电池、所谓的锂离子电池组，因为所述锂离子电池组相较于基于镍或铅的电池组具有在最小重量的情况下的最大的迄今可用的能量密度。为了达到所需的功率和能量数据，在此典型地多个电池组电池串联。由于对能含量增加的要求或由于所需的更高的功率，电池组电池也增加地附加地并联。

锂离子电池组相对于例如基于镍或铅的电池组具有许多优点，但是锂离子电池组也显著比基于镍或铅的电池组更贵。用于汽车的电池组可以价值几千欧元。这导致，客户要求电池组具有相应长的寿命和相对于错误的鲁棒性或者驾驶员在出现缺陷时相应地通过汽车来警示，例如通过车辆内部空间中的指示灯警示。

在锂离子电池组中已知的是，锂离子电池组不仅相对于深度放电、过充电、过高的温度而且相对于很低的温度敏感。由于深度放电、过充电和过高的温度而向外的危害或危险在实践中通过相应的调节和控制系统以及报警系统来防止。

此外使用监控系统、所谓的电池组管理系统，以便监控电池组的危险状态、诸如过充电或深度放电并且引入合适的应对措施。这些系统也可以用于监控在低温或高电压下的电池组。

特别在从大约-10℃起的很低的温度下和在高电压下，电池组中的金属锂析出，由此可能减小电池组的寿命。此外，在很低的温度、诸如-10℃的情况下，相对于在大约0-40℃的正常温度范围内的大约2-5安培，仅仅施加大约300毫安的低充电电流。锂离子电池组的最优的温度范围处于大约18-25℃。正常的和最优的温度范围在此依赖于另外的因素、诸如针对阳极、阴极和隔板所使用的材料或者所打算的应用目的和因此电池组的设计并且由相应的制造商来规定。

在苛刻条件、如过充电下寿命减小的上述问题也在DE 10 2010 040 031 A1中被针对。DE 10 2010 040 031 A1公开了一种用于监控电池组储能器的电池的电压的电路。在此测量电压的电平，并且在超过或低于参考值的情况下产生一个信号，通过该信号来改变输入级的运行状态。因此应该优化器材的花费，因为准确了解电池电压值通常被视为不必需的。更确切地说，假设参考值的超出或低于的监控足以保证电池组的安全状态。

此外，DE 100 45 622 A1公开了一种用于监控气密的碱性蓄电池的充电的方法，其中所确定的测量值、特别是在不同温度下的充电电压在电池组管理系统中作为参数字段来存储。关键的充电状态可以通过测量作为参考值的温度和充电电流来计算并且与当前的电压值进行比较并且因此被用于控制蓄电池。

此外，从文献EP 2 345 904 A1中已知一种具有监控单元的电池组管理系统，该监控单元在出现确定的事件时递减计数器。如果计数器状态低于预先给定的值，则可以触发警报。该监控系统用于，当电池组的状态变得关键时，特别是当电池组的寿命走到尽头时（这通过充电状态来测量），警示客户。此外，通过设置计数器和利用已经导致计数器递减的数据，服务人员可以在客户服务中在错误提示的情况下通过读取电池组管理系统相对快速地识别，电池组的真实状态如何。

上面提及的公开内容能够基于所测量的值、部分地相较于事先确定的参考值来实现电池组管理的监控和甚至控制。在此，目标在于防止电池组的完全损坏。

本发明的目标在于，利用在识别关键的状态下的相应的报警进行温度、电压和电流的监控，通过该监控必要地限制电池组的运行范围并且此外可以成本更适宜地设计电池组管理系统。

发明内容

上述目标通过独立权利要求的主题来实现。更准确的说，充分利用：在电压、电流和温度监控方面对精度的要求可以对于今后的控制设备减少并且因此可以使用成本更适宜的电池组管理系统。在此，尽管如此至少可以利用电池组的运行范围。

根据本发明提供一种用于监控具有多个相互连接的包括多个相互连接的电池组电池的电池复合体的电池组的方法，其特征在于以下步骤。在第一步骤中，在电流脉冲期间测量电池电压值。在第二步骤中，在超出电池电压值的可预先给定的极限值的情况下，利用已知的最大可能的测量精度进行电池电压值的修正来计算修正的电池电压值。在第三步骤中，修正的电池电压值被递交到数据存储器中的表格，并且最小出现的电池温度和电流值的值在针对可预先给定数量的测量和电流脉冲持续时间的所测量的电池电压下被存储在表格中。在第四步骤中，计数器在表格中的分配给测量的行/列组合中被提高了可预先给定的值并且在进一步的步骤中针对可预先给定数量的测量的计数器值的总和与可预先给定的参考计数器值进行比较。在进一步的步骤中，在达到或超出可预先给定的阈值时输出信号。

优选地，电流脉冲是充电脉冲或放电脉冲。此外优选地，可预先给定的极限值为4.0伏特并且最大可能的测量精度为100毫伏。

在另一种有利的设计方案中，表格除了可预先给定数量的测量和电流脉冲持续时间之外还包括可预先给定数量的电压值，在超出可预先给定的极限值时计数器分配给所述电压值并且被提高了可预先给定的值。因此可以实现针对分析的更好的概览并且实现系统的还更简单的实施。

此外，在一种优选的实施方式中，所述信号是报警信号，该报警信号通过光学或声学显示装置显示电池组的关键状态。替代地，所述信号可以是输出到以下装置的信号，该装置触发电池组或电池组的一部分的切断。

此外优选地，阈值处于超出参考计数器值之前的百分之5。因此可以保证，即使所输出的信号被忽视时电池组也不损坏。此外优选地，在超出最终阈值时切断电池组或电池组的一部分。因此保证，在忽视第一阈值处的报警的情况下还有另外的控制手段是可用的，在超出该控制手段的情况下切断电池组的至少一部分，以便防止对该电池组的损坏。

此外提供一种用于电池组的监控装置，该监控装置被匹配于实施根据本发明的方法。优选地，监控装置集成在电池组管理系统中。这减小了车辆中的空间需求并且能够实现到现有的同样存在于电池组管理系统中的系统中的集成和因此可能已经存在的装置、如传感器或测量技术的充分利用，所述装置或测量技术为了执行根据本发明的方法的目的同样可以被使用。

附图说明

下面借助在附图中示出的实施例详细解释本发明以及根据其他权利要求的特征的有利的设计方案，而在这一点上不对本发明进行限制。

其中：

图1示出根据一个实施例的用于实施本发明的示例性的表格。

具体实施方式

根据本发明的电池组优选地用在电动或混合动力车辆中。优选地使用锂离子电池组，因为锂离子电池组相较于基于镍或铅的电池组具有在最小重量的情况下的最大的迄今可用的能量密度并且因此最好地适用于驱动车辆。然而，锂离子电池组是昂贵的并且此外对很高和很低的温度以及高电压敏感地反应，这能够强烈地影响其寿命和有效功率。因此本发明的目标是提供一种监控装置以及一种方法，该方法提供电池组的关键状态的成本适宜的监控并且因此有助于延长电池组的寿命。

对此利用以下认识：在电压、电流和温度监控方面对精度的要求对于今后的控制设备通过根据本发明的监控装置和根据本发明的方法而降低并且因此可以使用成本更适宜的电池组管理系统。更确切地说，本发明基于以下认识：尽管测量电压、电流和温度值的较低的精度，仍可以遵守可预先给定的电池限制、即电池还安全起作用并且没有缺陷所高达的值。这借助随后描述的根据本发明的方法来阐明。

在第一步骤中，在电流脉冲、例如充电脉冲、即所施加的电流I>0安培期间测量电池组的电池电压。如果该所测量的电池电压应该超出可预先给定的极限值、例如4.0伏特，则利用所谓的“最坏情况值”修正所测量的电池电压。该“最坏情况值”是最大可能的测量精度，该测量精度加至所测量的电池电压，使得得出修正的测量值。测量精度根据使用何种测量设备可以在几毫伏的范围内。该修正的测量值然后存储在数据存储器中。该数据存储器可以提供在电池组管理系统中或者在其外提供，只要保证数据可以存储在数据存储器上并且又可以被调出。

所有其他在所测量的电池电压中同样测量的值、如相应的最小出现的温度和电流在数据存储器中以表格形式收集和整理，即产生参数字段。在该参数字段中绘出这些所测量的值、即最小出现的温度和分别针对可预先给定数量的测量和可预先给定持续时间的电流脉冲的电流。一旦所测量的电池电压超出可预先给定的极限值，则将修正的测量值递交到表格并且将分配给相应的行/列组合中的参数字段中的该修正的值的计数器提高一个值，最多提高值“1”。

如果针对确定数量的测量的计数器的值的总和超出可预先给定的参考计数器值或者该总和达到可预先给定的阈值，则输出信号或报警。如果该报警应该没被注意到，则也可以使整个电池组或电池组的部分停顿。这取决于系统的设计。因此可以保证，在达到参考值之前采取合适的措施，以便保护电池组以免损坏。

测量根据本发明定义为连续过程，开始在电流脉冲期间测量电池电压值，在超出电池电压值的可预先给定的极限值时，通过利用已知的最大可能的测量精度修正电池电压值来计算修正的电池电压值；接着将修正的电池电压值递交到数据存储器中的表格以及在针对可预先给定数量的测量和电流脉冲持续时间的所测量的电池电压下的最小出现的电池温度的值和电流值存储在表格中；计数器在表格中的分配给电池电压值测量的行/列组合中被提高了可预先给定的值；并且针对可预先给定数量的测量和电流脉冲持续时间的计数器值的总和与可预先给定的参考计数器值进行比较；直至在达到或超出可预先给定的阈值时输出信号。

可以实施根据本发明的方法的监控装置例如可以包括数据存储器以及分析装置，参数字段被存储在该数据存储器中，该分析装置执行测量值与可预先给定的极限值的比较以及以下分析，即针对确定数量的测量的计数器值的总和是否已经超出参考计数器值。监控装置可以与电池组管理系统连接或是电池组管理系统的一部分。

根据本发明的监控装置的优点是通过应用根据本发明的方法可以使用成本适宜的装置，因为不必使用具有高的或很高的测量精度的装置、如传感器、器件或分析装置。此外，由于使用“最坏情况值”、即利用最大可能的测量精度修正所测量的电池电压，尽管如此至少可以利用电池组的运行范围，因此在该范围中与在根据现有技术的解决方案中的情况相比出现明显更少的限制。

在图1中示出一个表格，该表格示例性地示出，可以如何将属于所测量的电池电压的值作为参数字段来存储。此外，示例性示出利用计数器的数量填充的区域，由于超出参考值而被修正的测量值被登记到分别合适的行中。在最下行中示出的总和与参考计数器值进行比较并且基于该结果在超出参考计数器值或可预先给定的阈值时产生信号。该信号可以以车辆的内部空间中的报警灯形式或作为声学信号来输出。但是，该信号同样也可以作为控制信号来输出，该控制信号例如触发电池组或电池组部分的停顿，以便防止损坏。信号的配置取决于：系统总体上如何设计，在哪个阈值下应该报警，在哪个阈值（该阈值可能能够使第二值）下应该进行切断，或计数器总和是多高等等。因此清楚可见的是，能够并且必须根据应用领域和系统的设计以及电池组类型来进行参考计数器值或阈值的相应选择。

更确切地说，在表格的第一列中登记温度T、更确切地说在所测量的电池电压下的最小出现的电池温度、在此例如25℃和40℃。在此可以登记其他不同的温度、诸如-10℃或其他所测量的最小温度。这取决于测量时的环境条件，例如在冬天或夏天测量。

在第二列中登记在所测量的电池电压下出现的电流值，该电流值在该表格中示例性地适用于在40℃下的大于或小于100安培的值和在25℃下的大于或小于80安培的值。

在第三列中预先给定测量的数量、在此26000，以及电流脉冲的持续时间、在此0-2秒，以及四个电压值、在此4.22伏特、4.25伏特、4.3伏特和4.35伏特。如果所测量的电池电压在利用最大可能的测量精度、在此100mv修正的情况下超出可预先给定的极限值、在此4.0伏特，则在相应的行/列组合中进行计数器提高“1”。例如所修正的测量值为4.3伏特。该值在25℃的最小温度和1秒的电流脉冲持续时间的情况下测量。在此测量的电流为100安培。因此在第三列中在4.3伏特的值下在包含25℃的温度值和>80安培的电流值的行中计数器提高了值“1”。

在第三列的最后行中是计数器值、即以下测量的总和，所述测量已经提供可预先给定的极限值之上的修正的测量值并且对于所述测量，计数器分别提高了值“1”。在该示例中，26000个测量中的62个作为允许的可预先给定的极限值之上的被测量。计数器值的该总和与参考计数器值进行比较。如果计数器值的总和应该达到或者甚至超出可预先给定的阈值、在此超出参考计数器值之前的5%，则产生信号。该信号可以是汽车内部空间中的报警灯形式的报警，该信号但是也可以是声学信号或其他报警信号，其警示驾驶员电池组可能具有缺陷。此外，作为进一步的措施可以将信号输出到以下装置：当没注意到报警时、即当车辆未被引至服务并且缺陷未被控制和排除时，该装置触发电池组或电池组一部分的停顿。

与上面针对第三列描述的相同的原理适用于列4至6，但是适用于其他基本参数、即测量的数量和脉冲持续时间。

更确切地说，在第四列中与针对第三列描述的同样地预先给定测量的数量、在此12000，以及电流脉冲的持续时间、在此2-10秒，以及四个电压值、在此4.22伏特、4.25伏特、4.3伏特和4.35伏特。针对所述预先给定，如果所测量的电池电压在利用最大可能的测量精度、在此100mv修正的情况下超出可预先给定的极限值、在此4.0伏特，则在相应的行/列组合中进行计数器提高“1”。此外，在第四列的最后行中同样是计数器值的总和、在此16，并且与参考计数器值进行比较。如果计数器值的总和应该达到或者甚至超出可预先给定的阈值、在此超出参考计数器值之前的5%，则产生信号。该信号可以如上面描述那样来设计。

在第五列中与针对第三和第四列描述的同样地预先给定测量的数量、在此4000，以及电流脉冲的持续时间、在此10-30秒，以及四个电压值、在此4.22伏特、4.25伏特、4.3伏特和4.35伏特。针对所述预先给定，如果所测量的电池电压在利用最大可能的测量精度、在此100mv修正的情况下超出可预先给定的极限值、在此4.0伏特，则在相应的行/列组合中进行计数器提高“1”。此外，在第四列的最后行中同样是计数器值的总和、在此25，并且与参考计数器值进行比较。如果计数器值的总和应该达到或者甚至超出可预先给定的阈值、在此超出参考计数器值之前的5%，则产生信号。该信号可以如上面描述那样来设计。

在第六列中与针对第三至第五列描述的同样地预先给定测量的数量、在此5000，以及电流脉冲的持续时间、在此大于30秒，以及四个电压值、在此4.22伏特、4.25伏特、4.3伏特和4.35伏特。针对所述预先给定，如果所测量的电池电压在利用最大可能的测量精度、在此100mv修正的情况下超出可预先给定的极限值、在此4.0伏特，则在相应的行/列组合中进行计数器提高“1”。此外，在第四列的最后行中同样是计数器值的总和、在此3，并且与参考计数器值进行比较。如果计数器值的总和应该达到或者甚至超出可预先给定的阈值、在此超出参考计数器值之前的5%，则产生信号。该信号可以如上面描述那样来设计。

在图1中示出的表格仅仅用作直观的示例。针对所述测量的最小温度、电流、数量和持续时间的值以及所测量的电压和可预先给定的极限值以及测量精度的值可以彼此无关地根据预先给定的参数（例如选择哪个类型的电池组，使用多个电池组电池或者还有应用哪种测量设备或方法或者何种环境条件占主导）来改变。

利用当前的根据本发明的方法和根据本发明的监控装置可以提供成本适宜的系统，该系统同时能够实现：至少利用所使用的电池组的运行范围并且因此延长电池组的寿命。

Claims (10)

1.用于监控具有多个相互连接的包括多个相互连接的电池组电池的电池复合体的电池组的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a) 在电流脉冲期间测量电池电压值，

b) 在超出电池电压值的可预先给定的极限值的情况下，利用已知的最大可能的测量精度进行电池电压值的修正来计算修正的电池电压值，

c) 修正的电池电压值被递交到数据存储器中的表格，以及在针对可预先给定数量的测量和电流脉冲持续时间的所测量的电池电压下最小出现的电池温度和电流值的值被存储在表格中，

d) 计数器在表格中的分配给电池电压值测量的行/列组合中被提高了可预先给定的值，

e) 针对可预先给定数量的测量和电流脉冲持续时间的计数器值的总和与可预先给定的参考计数器值进行比较，并且

f) 在达到或超出可预先给定的阈值时输出信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电流脉冲是充电脉冲或放电脉冲。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述可预先给定的极限值是4.0伏特并且最大可能的测量精度为100毫伏。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述表格除了可预先给定数量的测量和电流脉冲持续时间之外还包括可预先给定数量的电压值，在超出可预先给定的极限值时计数器分配给所述电压值并且对于所述电压值，计数器被提高了可预先给定的值。

5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述信号是报警信号，所述报警信号通过光学或声学显示装置来显示电池组的关键状态。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述信号是输出到以下装置的信号，所述装置触发电池组或电池组一部分的切断。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述阈值是超出参考计数器值之前的百分之5。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在超出最终阈值时切断电池组或电池组的一部分。

9.用于电池组的监控装置，所述监控装置被匹配用于实施根据权利要求1-8的方法。

10.根据权利要求9所述的监控装置，其中所述监控装置集成在电池组管理系统中。