CN107636884B - 用于运行可充电的电池组电池的方法和电池组控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行可充电的电池组电池的方法，其中‑执行电池组电池的第一电压的第一测量（101），‑执行第一电压与第一极限电压的第一比较（102），‑当第一电压小于第一极限电压时，执行电池组电池的充电过程（104），‑执行电池组电池的第二电压的第二测量（106），‑执行第二电压与第二极限电压的第二比较（107），‑当第二电压大于第二极限电压时，执行电池组电池的放电过程（109），其中第一极限电压大于第二极限电压。本发明还涉及一种电池组控制设备，其被设计用于执行根据本发明的方法。

Description

用于运行可充电的电池组电池的方法和电池组控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于运行可充电的电池组电池、特别是锂离子电池组电池的方法。本发明还涉及一种电池组控制设备。
背景技术
电能能够借助电池组来存储。电池组将化学反应能转化为电能。在此，区分成一次电池组和二次电池组。一次电池组仅仅是一次性功能能力的，而也称为蓄电池的二次电池组可以重复充电。电池组在此包括一个或多个电池组电池。
在蓄电池中特别是使用所谓的锂离子电池组电池。锂离子电池组电池的特征特别是在于高的能量密度、热稳定性和极小的自放电。锂离子电池组电池特别是应用于机动车中，特别是应用于电动车辆（Electric Vehicle，EV）、混合动力车辆（Hybride ElectricVehicle，HEV）以及插电式混合动力车辆（Plug-In-Hybride Electric Vehicle，PHEV）中。
锂离子电池组电池具有也称为阴极的正电极和也称为阳极的负电极。阴极以及阳极包括各一个集流体，活性材料被施加到该集流体上。阴极的活性材料例如是金属氧化物。阳极的活性材料例如是硅。但是石墨作为阳极的活性材料也流行起来。
锂原子换入到阳极的活性材料中。在运行电池组电池时、即在放电过程中，电子在外部电流回路中从阳极流至阴极。在电池组电池内，锂离子在放电过程中从阳极迁移至阴极。在此，锂离子可逆地从阳极的活性材料中换出，这也称为去锂化。在电池组电池的充电过程中，锂离子从阴极迁移至阳极。在此，锂离子又可逆地换入到阳极的活性材料中，这也称为锂化。
电池组电池的电极薄膜状地构造并且在中间插入将阳极与阴极分离的隔离物的情况下被缠绕成电极卷。这样的电极卷也称为Jelly卷。电极也可以相叠地层堆成电极堆。
电极卷或电极堆的两个电极借助集电体与电池组电池的也称为端子的极电连接。电池组电池通常包括一个或多个电极卷或电极堆。电极和隔离物由通常液态的电解质包围。电解质对于锂离子是能够传导的并且能够实现锂离子在电极之间的传输。
由结构类型决定地，每个电池组电池具有极限电压。在充电过程中轻微超出极限电压可能导致电池组电池的更快的老化。在充电过程中强烈超出极限电压可能导致电池组电池的过热，伴随着燃烧或爆炸。
用于可充电的电池组模块的充电以及充电状态的平衡的方法例如从DE 10 2013204 346 A1中已知。
用于运行、特别是用于充电和放电车辆中的可充电的电池组的方法在JP 2012-200048 A中公开。
在WO 2014/057802 A1中已知一种用于运行车辆中的电池组电池、特别是借助回收来给其充电的方法。
发明内容
提出一种用于运行可充电的电池组电池的方法，其中
- 执行电池组电池的第一电压的第一测量，
- 执行第一电压与第一极限电压的第一比较，
- 当第一电压小于第一极限电压时，执行电池组电池的充电过程，
- 执行电池组电池的第二电压的第二测量，
- 执行第二电压与第二极限电压的第二比较，
- 当第二电压大于第二极限电压时，执行电池组电池的放电过程。
在此，第一极限电压大于第二极限电压。第二极限电压在此对应于电池组电池的通常的运行电压或通常的标称电压。
电池组电池特别是锂离子电池组电池。但是，根据本发明的方法也可以应用于其他类型的电池组电池。
当第一电压大于或等于第一极限电压时，执行电池组电池充电的中断。由此防止电池组电池的过热。
当第二电压小于或等于第二极限电压时，执行电池组电池放电的中断。这特别是当在已经导致电池组电池的过充电的充电过程之后立即由耗电器提取能量时出现，由此降低电池组电池的电压。
在充电过程和第二电压的第二测量之间有利地设置等待时间。等待时间优选地处于几毫秒直至几秒的范围内。所述等待时间预先确定，电池组电池的短时间的过充电可以持续多长时间。
在市售的锂离子电池组电池的情况下，第一极限电压优选地在4.3伏特和4.35伏特之间。在市售的锂离子电池组电池的情况下，第二极限电压优选地在4.15伏特和4.2伏特之间。因此，第一极限电压大于第二极限电压。
根据本发明的方法能够特别有利地应用于车辆中。特别是在车辆中进行通过回收的充电过程。这意味着，在车辆的制动过程中将制动能转化为电能并且反馈到电池组电池中。但是也可以设想根据本发明的方法的其他应用。
还提出一种电池组控制设备，其被设计用于执行根据本发明的方法。
根据本发明的电池组控制设备有利地应用于电动车辆（EV）、混合动力车辆（HEV）或插电式混合动力车辆（PHEV）中。
本发明的优点
根据本发明的方法允许电池组电池的短时间的过充电。由此即使在实际上完全充电的电池组电池的情况下还能够存储通过回收提供的能量，该能量否则可能损失。由此能够更好地充分利用通过回收提供的电能并且最小化损失。
特别是，在车辆中在制动过程中产生的电能能够反馈到电池组电池中，这导致电池组电池的短时间的过充电。在过充电之后可以立即又将反馈的能量用于加速车辆。
通过根据本发明的方法，最高进行电池组电池的短时间的过充电。这样的短时间的过充电对于电池组电池来说是非关键的并且特别是不加速电池组电池的老化。此外，通过根据本发明的方法仅仅能够实现直至预先定义的电压的过充电，由此排除了过热，特别是伴随着燃烧或爆炸。
附图说明
本发明的实施方式借助附图和随后的描述来详细解释。
其中：
图1示出可充电的电池组电池的示意图，并且
图2示出用于运行图1中的电池组电池的方法的步骤。
具体实施方式
在图1中示意性示出电池组电池2。电池组电池2当前是锂离子电池组电池。
电池组电池2包括棱柱形、当前方形构造的电池壳体3。电池壳体3当前导电地实施并且例如由铝制成。但是，电池壳体3也可以由电绝缘的材料、例如塑料制成。
电池组电池2包括负端子11和正端子12。通过端子11、12可以量取由电池组电池2提供的电压。此外，也可以通过端子11、12给电池组电池2充电。端子11、12彼此间隔开地布置在棱柱形的电池壳体3的盖面上。
在电池组电池2的电池壳体3内布置有电极卷，该电极卷具有两个电极、即阳极21和阴极22。阳极21和阴极22分别薄膜状地实施并且在中间插入隔离物18的情况下被缠绕成电极卷。也可以设想的是，在电池壳体3中设置有多个电极卷。例如也可以设置电极堆来代替电极卷。
阳极21包括薄膜状实施的阳极活性材料41。作为基础材料，阳极活性材料41具有硅或包含硅的合金。阳极21还包括集流体31，该集流体同样薄膜状地构造。阳极活性材料41和集流体31彼此平坦地敷设并且相互连接。
阳极21的集流体31导电地实施并且由金属、例如由铜制成。阳极21的集流体31与电池组电池2的负端子11电连接。
阴极22包括薄膜状实施的阴极活性材料42。作为基础材料，阴极活性材料42具有金属氧化物、例如锂钴氧化物（LiCoO2）。阴极22还包括同样薄膜状构造的集流体32。阴极活性材料42和集流体32彼此平坦地敷设并且相互连接。
阴极22的集流体32导电地实施并且由金属、例如由铝制成。阴极22的集流体32与电池组电池2的正端子12电连接。
阳极21和阴极22通过隔离物18彼此分离。隔离物18同样薄膜状地构造。隔离物18电绝缘地构造，但是是离子导通的，即对于锂离子是可通过的。
电池组电池2的电池壳体3利用液体电解质15或利用聚合物电解质来填充。在此，电解质15包围阳极21、阴极22和隔离物18。电解质15也能够传导离子。
电池组控制设备50借助充电线缆52与电池组电池2连接。充电线缆52在此具有两个芯线，其中第一芯线与负端子11电连接并且第二芯线与正端子12连接。
图2示出用于运行图1中示出的实施为锂离子电池组电池的电池组电池2的方法的步骤。
在第一步骤中执行电池组电池2的第一电压U1的第一测量101。第一电压U1的第一测量101在此由电池组控制设备50的电压测量单元通过与电池组电池2的端子11、12连接的充电线缆52来执行。
在第二步骤中执行第一电压U1与第一极限电压Umax1的第一比较102。第一电压U1与第一极限电压Umax1的第一比较102在此由电池组控制设备50的比较单元来执行。
如果第一电压U1大于和等于第一极限电压Umax1，则紧接着执行电池组电池2的充电的中断103。当前，第一极限电压在4.3伏特和4.35伏特之间。
如果第一电压U1小于第一极限电压Umax1，则在随后的步骤中执行电池组电池2的充电过程104。电池组电池2的充电过程104在此特别是通过回收来进行。
在等待时间105之后，在下一步骤中执行电池组电池2的第二电压U2的第二测量106。第二电压U2的第二测量106在此同样由电池组控制设备50的电压测量单元通过与电池组电池2的端子11、12连接的充电线缆52来执行。
在随后的步骤中执行第二电压U2与第二极限电压Umax2的第二比较107。第二电压U2与第二极限电压Umax2的第二比较107在此同样由电池组控制设备50的比较单元来执行。当前，第二极限电压Umax2在4.15伏特和4.2伏特之间。
如果第二电压U2大于第二极限电压Umax2，则在随后的步骤中执行电池组电池2的放电过程109。放电过程109在此由电池组控制设备50通过以下方式来控制，即将放电电阻或平衡电阻接入到端子11、12之间。由此，放电电流从电池组电池2经过放电电阻地流动，由此电池组电池2放电。
如果第二电压U2小于或等于第二极限电压Umax2，则执行电池组电池2的放电的中断108。电池组电池2又处于平常的充电状态中并且不需要进一步的放电。
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内可以实现多种变型，所述变型处于本领域技术人员所处理的范围内。

Claims (9)

1.用于运行可充电的电池组电池（2）的方法，其中
- 执行所述电池组电池（2）的第一电压（U1）的第一测量（101），
- 执行第一电压（U1）与第一极限电压（Umax1）的第一比较（102），其中所述第一极限电压是所述电池组电池的极限电压，
- 当第一电压（U1）小于第一极限电压（Umax1）时，执行以下操作：
- 执行所述电池组电池（2）的充电过程（104），
- 执行所述电池组电池（2）的第二电压（U2）的第二测量（106），
- 执行第二电压（U2）与第二极限电压（Umax2）的第二比较（107），
- 当第二电压（U2）大于第二极限电压（Umax2）时，执行所述电池组电池（2）的放电过程（109），
其中第一极限电压（Umax1）大于第二极限电压（Umax2）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当第一电压（U1）大于或等于第一极限电压（Umax1）时，执行所述电池组电池（2）的充电的中断（103）。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中当第二电压（U2）小于或等于第二极限电压（Umax2）时，执行所述电池组电池（2）的放电的中断（108）。
4.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中在所述充电过程（104）和第二电压（U2）的第二测量（106）之间设置等待时间（105）。
5.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中第一极限电压（Umax1）在4.3伏特和4.35伏特之间。
6.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中第二极限电压（Umax2）在4.15伏特和4.2伏特之间。
7.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中所述充电过程（104）通过回收来进行。
8.一种电池组控制设备（50），其被设计用于执行根据上述权利要求之一所述的方法。
9.根据权利要求8所述的电池组控制设备（50）在电动车辆（EV）、混合动力车辆（HEV）或插电式混合动力车辆（PHEV）中的应用。
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