CN108761169A - 用于确定电化学的能量存储器系统的最大电流的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定最大电流（Imax）的方法（100），所述电流能够供给到电化学的能量存储器系统（100）和/或从电化学的能量存储器系统（100）中取出，所述能量存储器系统具有至少两个电化学的能量存储器（101、102）。

Description

用于确定电化学的能量存储器系统的最大电流的方法
技术领域
本发明的出发点为用于确定最大电流的方法、电化学的能量存储器系统以及所述电化学的能量存储器系统的应用，所述电流能够供给到电化学的能量存储器系统和/或从电化学的能量存储器系统中取出，所述能量存储器系统具有至少两个电化学的能量存储器。
背景技术
从现有技术中已知一种用于计算用于电化学的能量存储器系统的、最大允许的电流的方法，其中，然而只考虑到在能量存储器系统之内的、小的补偿电流和温度差。
本发明的任务为，进一步地改进现有技术。这个任务通过独立权利要求的特征得到解决。
发明内容
发明优点
与此相反，根据本发明的、具有独立权利要求的表征性特性的处理方法具有这样的优点：借助第一能量存储器的充电状态和所检测的温度来确定所述第一能量存储器的内部电阻，所述充电状态借助所述第一能量存储器的、所检测的电压来确定；借助第二能量存储器的充电状态和所检测的温度来确定所述第二能量存储器的内部电阻，所述充电状态借助所述第二能量存储器的、所检测的电压来确定；在接通所述两个能量存储器时，通过所检测的电压的电压差除以所确定的所述内部电阻的相加来确定所预期的、补偿电流；根据所述第一能量存储器的所检测的温度和/或所述第二能量存储器的所检测的温度和/或至少一个预先给定的参数，借助多维度的特性曲线族来确定校正因子；在根据至少一个环境条件接通所述两个能量存储器时，通过所述第一能量存储器和所述第二能量存储器的、所检测的放电电流中的较小的放电电流与所确定的所述校正因子相乘，并且随后减去所预期的所述补偿电流来确定所述最大电流。
由此，以简单的方式并且以与现有技术相比小的计算花费能够确定最大电流，能够将所述电流供给到电化学的能量存储器系统和/或从电化学的能量存储器系统中取出，所述能量存储器系统具有至少两个电化学的能量存储器。
此外，根据本发明的方法仅需要小的数目的输入参数，从而，能够将在电化学的能量存储器系统中的传感器的数目保持为小的。
另外的、有利的实施方式是从属权利要求的主题。
在两个能量存储器之间的、临界的电压差通过选择第一和第二电压差中的较小的电压差来确定，其中，借助特性曲线族——根据第一能量存储器和/或第二能量存储器的、所检测的温度中的最大温度——来确定第一电压差，并且，借助特性曲线族——根据第一能量存储器和/或第二能量存储器的所检测的温度中的最小温度——来确定第二电压差。
临界的电压差是用于确定最大电流的环境条件，能够将所述电流供给到电化学的能量存储器系统和/或从电化学的能量存储器系统中取出，所述能量存储器系统具有至少两个电化学的能量存储器。由此，能够在接通两个能量存储器时，从最大电流中减去所预期的、补偿电流，从而，能够最小化在最大电流的确定值和电化学的能量存储器系统的、实际的行为之间的偏差。
电化学的能量存储器系统包括至少两个电化学的能量存储器、至少一个电压传感器、至少一个电流传感器、至少一个温度传感器以及用于执行根据本发明的方法的控制装置，所述方法用于确定最大电流，能够将所述电流供给到电化学的能量存储器系统和/或从电化学的能量存储器系统中取出，所述能量存储器系统具有至少两个电化学的能量存储器。
由此，与现有技术相比，以小的数目的构件来确定最大电流以及遵守安全相关的规定是可能的。
有利地，电化学的能量存储器系统的至少一个电化学的能量存储器包括至少一个锂-离子-电芯、锂-硫-电芯、锂-空气-电芯、锂-聚合物-电芯、镍-金属氢化物-电池、铅-酸-电池、电容器和/或固体电解质-电池。
有利地，化学的能量存储器系统在电动车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆、电动踏板车或者电动自行车中得到应用，被用于便携式装置、用于电动手持式工具或者厨房机器，以及，在固定的存储器中得到应用，所述便携式装置用于电信或者数据处理，所述固定的存储器用于储存尤其是再生获得的电能。
附图说明
本发明的实施例在附图中被示出，并且，在后面的描述中被更详细地阐述。
附图示出：
图1根据本发明的、电化学的能量存储器系统的第一实施方式的框图；以及
图2根据本发明的、用于确定最大电流的方法的第一实施方式的流程图；以及
图3根据本发明的、用于确定最大电流的方法的第二实施方式的方框示意图；以及
图4用于示出根据两个温度的因子的、根据本发明的计算方法的图表；以及
图5用于示出根据温度的、电压差的根据本发明的计算方法的图表。
具体实施方式
在所有附图中，相同的附图标记表示相同的设备部件。
图1示出根据本发明的、电化学的能量存储器系统的第一实施方式的框图。电化学的能量存储器系统100包括第一电化学的能量存储器101和第二电化学的能量存储器102、第一电流传感器103和第二电流传感器104、第一电压传感器105和第二电压传感器106、第一开关107、第二开关108以及第三开关110、第一温度传感器111和第二温度传感器112以及控制装置113，所述第一电流传感器和所述第二传感器用于检测流过电化学的能量存储器系统100的电流，所述第一电压传感器用于检测第一能量存储器101的电压，所述第二电压传感器用于检测第二能量存储器102的电压，所述第一开关、第二开关以及第三开关用于将至少一个电化学的能量存储器101、102与电化学的能量存储器系统100的两个连接极109a、109b电接通和/或关断，所述第一温度传感器和第二温度传感器用于检测第一能量存储器101和第二能量存储器102的温度，所述控制装置用于执行根据本发明的方法。
第一开关107、第二开关108和/或第三开关110例如被实现为继电器、MOSFET和/或借助半导体开关。通过第一开关107、第二开关108和第三开关107、108实现了不同的开关状态，如在表1中更详细地示出的：
开关状态 开关107 开关108 开关110
连接极109a、109b无电压 打开 打开 打开
第一能量存储器101与连接极109a、109b电连接 闭合 打开 打开
第一能量存储器101和第二能量存储器102与连接极109a、109b在并联电路中电连接 闭合 打开 闭合
第二能量存储器102与连接极109a、109b电连接 打开 闭合 打开
表1。
在所示出的第一实施方式中，第一电流传感器103、第二电流传感器104、第一电压传感器105、第二电压传感器106、第一温度传感器111和/或第二温度传感器112与控制装置无电缆地通信。
在可替代的实施方式中，也能够例如通过电流调制实现电缆连接的通信。
第一温度传感器111和/或第二温度传感器112在空间上被布置在第一电能量存储器101和第二电能量存储器102中和/或处。
由此，借助温度传感器111、112、通过控制装置113对温度的检测和通过电化学的能量存储器101、102对温度的检测是可能的，所述电化学的能量存储器将所述温度传递到控制装置113处。
在可替代的实施方式中，第一温度传感器111和/或第二温度传感器112在空间上被布置在第一电能量存储器101和第二电能量存储器102的、电化学的电芯处。
由此，特别精确的温度检测是可能的。
第一电化学的能量存储器101和/或第二电化学的能量存储器102包括至少一个锂-离子-电芯、锂-硫-电芯、锂-空气-电芯、锂-聚合物-电芯、镍-金属氢化物-电池、铅-酸-电池、电容器和/或固体电解质-电池。
图2示出根据本发明的、用于确定最大电流的方法的第一实施方式的流程图。在方法步骤S100中，开始根据本发明的、用于确定最大电流的方法，能够将所述电流供给到电化学的能量存储器系统100和/或从电化学的能量存储器系统100中取出，所述能量存储器系统具有至少两个电化学的能量存储器101、102。这例如是此情况，当两个化学的能量存储器101、102中的至少一个应当借助电开关107、108、110中的一个与电化学的能量存储器系统100的连接极109a、109b连接时。
在第一步骤S101a中，检测第一能量存储器101的电压U1。这例如能够通过电压传感器105进行。在第二方法步骤S102中，借助所检测的电压U1来确定第一能量存储器101的充电状态SOC1。
在方法步骤S103a中，检测第一能量存储器101的温度T1。
在方法步骤S104a中，借助所确定的充电状态SOC1和所检测的温度T1来确定第一能量存储器的内部电阻Ri1。
在方法步骤S101b中，例如借助电流传感器106来检测第二能量存储器102的电压U2。在方法步骤S102b中，借助所检测的、第二能量存储器102的电压U2来确定、第二能量存储器102的充电状态SOC2。
在另外的方法步骤S103b中，检测第二量存储器101的温度T2。
在方法步骤S104b中，借助所确定的充电状态SOC2和所检测的温度T2来确定第二能量存储器102的内部电阻Ri2。
在所示出的实施方式中，方法步骤S101a、S102a、S103a、S104a和方法步骤S101b、S102b、S103b、S104b彼此独立地被实施，例如在时间上基本平行的实施中。
在另外的、有利的实施方式中，方法步骤S101a和S101b、S102a和S102b、S103a和S103b、S104a和S104b相继地被执行，或者，在方法步骤S101a、 S101b之前实施方法步骤S103a、S103b。
在方法步骤S105中，在接通两个能量存储器101、102时确定所预期的补偿电流Ia。为此，所检测的电压U1、U2的电压差（例如，在第一电压U1和第二电压U2之间的、数值上的差|U1-U2|）除以所确定的内部电阻Ri1、Ri2的和。
在方法步骤S106a中，检测第一能量存储器101的放电电流Ie1。在方法步骤S106b中，检测第二能量存储器102的放电电流Ie2。
在另外的、有利的实施方式中，方法步骤S106a和S106b被相继地执行，从而方法的结果不改变。
在方法步骤S107中，借助多维度的特性曲线族，根据第一能量存储器101的、所检测的温度T1和/或第二能量存储器102的、所检测的温度T2和/或根据至少一个预先给定的参数P来确定校正因子Fk。
在方法步骤S108中，通过第一能量存储器101和第二能量存储器102的、所检测的放电电流Ie1、Ie2中的较小的放电电流Iemin与所确定的校正因子Fk的乘积计算最大电流Imax。
在方法步骤S109中，确定在能量存储器101、102的两个电压U1、U2之间的、临界的电压差Udk。
为此，借助特性曲线族——根据第一和/或第二能量存储器101、102的、所检测的温度T1、T2中的最大温度Tmax——来确定第一电压差U1。此外，借助特性曲线族——根据第一和/或所述第二能量存储器101、102的、所检测的温度T1、T2中的最小温度Tmin——来确定第二电压差Udif2。通过选择所确定的第一和第二电压差Udiff、Udiff2中的、较小的电压差来确定临界的电压差Udk。
在可替代的实施方式中，在方法步骤S109中，根据临界的电压差Udk，从最大的电流Imax中减去在接通两个能量存储器101、102时所期待的补偿电流Ia。
在实施方法步骤S109之后结束所述方法。
图3示出根据本发明的、用于确定最大电流的方法的第二实施方式的方框示意图。基本上，所示出的实施方式包括三个函数F1、F2、F3。借助函数F1，根据第一能量存储器101的第一温度T1、第二能量存储器102的第二温度T2以及至少一个参数P来确定校正因子Fk。
借助第一温度T1和第二温度T2，借助多维度的特性曲线族来确定因子，所述因子与第一参数P1相加。从第二参数P2（尤其是值为2的常数）中减去这个因子。结果是校正因子Fk，所述校正因子在另外的步骤中与第一能量存储器101和第二能量存储器102的、两个所检测的放电电流Ie1、Ie2中的最小放电电流Iemin相乘，并且，被考虑为暂时的最大电流I'max以用于计算函数F3。
借助函数F2，根据能量存储器101和102的最大温度Tmax借助特性曲线族来确定第一电压差Udiff1，以及，根据能量存储器101、102的最小温度Tmin借助特性曲线族来确定第二电压差Udiff2。
所确定的电压差Udiff1、Udiff2的、最小的电压差Udk进入函数F3的计算中。
最大的电流Imax是补偿电流Ia和暂时的最大电流I'max的差值。
图4示出图表，所述图表用于示出根据两个温度的因子的、根据本发明的计算方法。在第一横坐标轴上绘制了第一能量存储器101的温度T1，并且，第二横坐标轴上的第二能量存储器102的第二温度T2。在纵坐标轴上示出因子Fk'。
从图表中能够获悉，就在第一温度T1和第二温度T2之间的、小的温度差而言，因子Fk'呈现较小的值（在所示出的实施方式中，呈现基本上为零的值）。
在第一温度T1和第二温度T2之间的温度差越大，因子Fk'越大，例如，在温度T1为50°C并且温度T2为-10°C时，因子几乎为1.8。这个因此进入借助函数F1的、对校正因子Fk的计算中。另外的影响量（例如，导线长度）能够借助参数P1而考虑到。
图5示出图表，所述图表用于示出根据温度的、电压差的、根据本发明的计算方法。在横坐标轴上绘制了电化学的能量存储器101、102的温度T。在纵坐标轴上绘制了在电化学的能量存储器101、102之间的电压差Udiff。从图标中能够获取这种关系：当温度在20至30°C之间时，存在最大的电压差Udiff。就低得多的温度（例如，在-10°C之下的）以及非常高的温度（例如，高于50°C）而言，电压差Udiff下降并且达到基本上0伏的值。这个电压差被用于借助函数F2的、对临界的电压差Udk的计算。

Claims (7)

1.用于确定最大电流（Imax）的方法（100），所述电流能够供给到电化学的能量存储器系统（100）和/或从电化学的能量存储器系统（100）中取出，所述能量存储器系统具有至少两个电化学的能量存储器（101、102），所述方法包括以下步骤：
- 借助所述第一能量存储器（101）的充电状态（S102a；SOC1）和所检测的温度（S103a；T1）来确定所述第一能量存储器（101）的内部电阻（S104a；Ri1），所述充电状态借助所述第一能量存储器（101）的、所检测的电压（S101a；U1）来确定；
- 借助所述第二能量存储器（101）的充电状态（S102b；SOC2）和所检测的温度（S103b；T2）来确定所述第二能量存储器（102）的内部电阻（S104b；Ri2），所述充电状态借助所述第二能量存储器（102）的、所检测的电压（S101b；U2）来确定；
- 在接通所述两个能量存储器（101、102）时，通过所检测的电压（U1、U2）的电压差（|U1-U2|）除以所确定的所述内部电阻（Ri1、Ri2）的相加来确定所预期的补偿电流(S105；Ia)；
- 根据所述第一能量存储器（101）的所检测的温度（T1）和/或所述第二能量存储器（102）的所检测的温度（T2）和/或至少一个预先给定的参数（P），借助多维度的特性曲线族来确定校正因子（S107；Fk）；
- 在根据至少一个环境条件接通所述两个能量存储器（101、102）时，通过所述第一能量存储器（101）和所述第二能量存储器（102）的、所检测的放电电流（S106a；Ie1、S106b；Ie2）中的较小的放电电流（Iemin）与所确定的所述校正因子（Fk）相乘，并且随后减去所预期的所述补偿电流(Ia)来确定所述最大电流（S108；Imax）。
2.根据权利要求1所述的用于确定最大电流（Imax）的方法，其中，利用以下步骤来确定在所述两个能量存储器（101、102）之间的、临界的电压差（Udk）：
- 借助特性曲线族，根据所述第一和/或所述第二能量存储器（101、102）的、所检测的温度（T1、T2）中的最大温度（Tmax）来确定第一电压差（Udiff1）；
- 借助特性曲线族，根据所述第一和/或所述第二能量存储器（101、102）的、所检测的温度（T1、T2）中的最小温度（Tmin）来确定第二电压差（Udiff2）；
- 通过选择所确定的所述第一和第二电压差（Udiff、Udiff2）中的、较小的电压差来确定所述临界的电压差（Udk）。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述环境条件是所述临界的电压差（S109；Udk）。
4.电化学的能量存储器系统（100），包括至少两个电化学的能量存储器（101、102）、至少一个电压传感器（105、106）、至少一个电流传感器（103、104）、至少一个温度传感器（111、112）以及用于执行根据权利要求1至3中任一项所述的方法的控制装置（113）。
5.根据权利要求4所述的电化学的能量存储器系统（100），其中，所述电化学的能量存储器（101、102）中的至少一个能量存储器包括至少一个锂-离子-电芯、锂-硫-电芯、锂-空气-电芯、锂-聚合物-电芯、镍-金属氢化物-电池、铅-酸-电池、电容器和/或固体电解质-电池。
6.根据权利要求4或者5中的任一项所述的电化学的能量存储器系统（100），其特征在于，所述控制装置（103）与所述至少一个电压传感器（105、106）、与所述至少一个电流传感器（103、104）和/或与所述至少一个温度传感器（111、112）电缆连接和/或无电缆地通信。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的电化学的能量存储器系统（100）的应用，所述应用在电动车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆、电动踏板车或者电动自行车中，用于便携式装置，用于电动手持式工具或者厨房机器，以及，在固定的存储器中，所述便携式装置用于电信或者数据处理，所述固定的存储器用于储存尤其是再生获得的电能。
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