CN109416391A - 用于确定电池单体的内阻的方法、电池模块和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定电池模块(1)的电池单体(10)的内阻的方法，其中，为此将电池单体(10)的单体电压确定为所述电池单体(10)的相应的电化学单元(11)的电压，由在电池单体(10)的单体测量电阻(50)上的电压降确定所述电池单体(10)的单体电流，使用电池单体(10)的在传导路径(60)中的组件(51)的欧姆电阻作为单体测量电阻(50)。

Description

用于确定电池单体的内阻的方法、电池模块和装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定电池单体的内阻的方法、一种电池模块和一种装置。本发明尤其是涉及一种用于确定电池模块的电池单体的内阻的方法、一种用于装置、车辆等的电池模块以及一种车辆。
背景技术
对于运行装置、通常为车辆(例如机动车辆、混合动力车辆等)的供电，越来越多地使用由多个电池单体构成的电池模块。为了能够运行这种装置和尤其是规划和评估在该处使用的电池模块，确定模块的各个电池单体的内阻通常是重要的。
在传统的运行方法和电池模块中的缺点是：在各个电池单体中的电压测量与所需的电流测量之间的时间差以及必要的用于减少该时间差的设备方面的耗费。
发明内容
本发明所基于的目的是，提出一种用于确定电池单体的内阻的方法、一种电池模块以及一种装置，其中，能够借助特别简单的措施准确地确定所基于的电池模块的各个电池单体的内阻。
本发明所基于的目的借助根据本发明的具有独立权利要求1所述的特征的用于确定电池单体的内阻的方法、根据本发明的具有独立权利要求11所述的特征的电池模块和根据本发明的具有独立权利要求12所述的特征的装置实现。有利的改进方案是从属权利要求的相应主题。
根据本发明的第一方面，提供一种用于确定电池模块的电池单体的内阻的方法，其中为此(i)将电池单体的单体电压确定为电池单体的相应的电化学单元的电压，(ii)由在电池单体的单体测量电阻上的电压降确定电池单体的单体电流，并且(iii)使用在传导路径中的电池单体的单体内部的组件的欧姆电阻作为单体测量电阻。传导路径也称为电池单体和所基于的电池模块的线路。
通过将单体内部的组件用作为单体测量电阻，不必再对要测量的电池单体进行改型。尤其是消除了对提供附加的测量电阻、尤其是提供精确测量电阻的必要性。
单体的内部电阻Rzelle能够由测量到的参数——即由测量到的单体电压Uzelle和测量到的单体电流Izelle——通过根据关系式(1)
在给定的时间点或在恒定条件的时间段中求商来确定。
原则上，电池单体的所有组件都适合作为用作单体测量电阻的组成部件，只要其包含在电池单体的传导线路中并且将电流量向外传输即可。
在根据本发明的方法的一个优选设计方案中，单体接头、通到单体接头的输入或输出导线和/或用于连接电池模块中的相邻电池单体的单体连接器用作为电池单体的在传导路径中的组件。
因为在运行所基于的电池模块时，电池模块的相应电池单体的单体电压和单体电流会随时间经受波动，因此按照根据本发明的方法的另一改进方案特别有利的是，在10μs的等待时间段内测量相应电池单体的单体电压Uzelle和单体电流Izelle。
优选地，同时测量相应电池单体的单体电压Uzelle和单体电流Izelle。
通常，相应电池单体的作为单体测量电阻所基于的组件能够作为内部结构不以标准化的形式设计和/或随时间经受变化。为了仍然能够精确地确定相应电池单体的单体电阻，根据本发明的方法的一个有利改进方案提出，利用单体外部的精确测量电阻、尤其是通过对电流量的比较测量来校准相应电池单体的单体测量电阻。
校准能够进行一次或多次，必要时也能够例如在充电过程期间循环进行。
借助校准还能够实现温度补偿。
有利地，利用相应电池单体的单体测量电阻和相对于所有电池单体位于单体外部的精确电阻对相应电池单体的单体测量电阻进行校准。以这种方式，所有要确定的、各个电池单体的内阻参考相同的基准参数。
如果按照根据本发明的方法的另一设计方案，对相应电池单体的单体测量电阻的校准在尤其是至少10ms的恒定电流量的时间段期间进行，那么校准被证实为是特别有说服力的。
为了确定关于用于校准单体测量电阻的恒定电流量的情况，能够提供不同的方式。
根据第一替选方案，用于校准单体测量电阻的恒定电流量通过明确地选择电池单体所基于的电池模块的运行条件来设定。
替选地或附加地能够提出，在原本监控电流量的运行中在事后确定恒定电流量的时间段并且以校准作为基础。
如果将为了校准而由电流量的比较测量检测到的电流值通知给相应电池单体、尤其是所基于的电池模块的所有电池单体和/或在相应电池单体中构成的单体监控装置，那么获得根据本发明的方法的一个特别灵活的设计方案。
在根据本发明的方法的另一设计方案中，能够如下考虑各个电池单体的特性的随时间的变化：校准单体测量电阻的结果包含在查阅表中和/或被更新，尤其是在相应电池单体中和/或在构成在相应电池单体中的单体监控装置中。
根据本发明的另一方面，提供一种用于装置且尤其的用于车辆的电池模块，所述电池模块构成有多个电池单体。所述电池单体经由传导路径彼此连接。
根据本发明，电池模块构成用于使用在根据权利要求1至10之一所述的方法中。
为此，根据本发明的电池模块尤其是具有监控装置、在传导路径中的单体外部的精确电阻和/或在每个电池单体中的单体监控装置。
根据本发明的另一方面，提供一种利用根据本发明的电池模块的装置。所述装置尤其能够是车辆，例如是机动车辆、混合动力车辆等。
所提出的装置构成有根据本发明的电池模块，并且所述装置具有消耗器，所述消耗器能够与电池模块连接或已连接，以供应能量。
消耗器能够是用于移动车辆的马达、任意其它的马达或任意其它的机组。
附图说明
从下述说明和附图中得出本发明的其它细节、特征和优点。
图1示出根据本发明的能量模块的一个实施形式的示意性框图；
图2示出电池单体的一个实施形式的示意性框图，所述电池单体能够使用在根据本发明的电池模块中；
图3示出示出校准方法的一个实施形式的流程图。
具体实施方式
下面将参考图1至图3详细描述本发明的实施例。相同和等同的以及相同或等同作用的元件和组件用相同的附图标记标识。并非在所述元件和组件出现的每种情况下都会示出对所标识的元件和组件的详细描述。
在不背离本发明核心的情况下，所示特征和其它特性能够以任意形式彼此分离和任意地彼此组合。
图1是利用多个电池单体10示出根据本发明的电池模块1的一个实施形式的示意性框图。
在图1示出的实施形式中，电池单体10经由传导路径60彼此串联连接，所述传导路径也称为线路。模块接头连接到线路60的最外侧端部上，所述模块接头没有在图1中示出。
在线路60中，精确测量电阻40连接在多个电池单体10的上游，所述精确测量电阻借助于并联连接的测量导线31和32量取，以关于在该处的电压降借助于电流监控装置30进行精确的电流测量。
在根据图1的实施形式中，各个电池单体10经由总线70或菊花链70彼此通信连接。在总线70处也连接电流监控装置30以及还有位于上级的监控装置20。
在根据图1的实施形式中，电池模块1的每个单独的电池单体10构成为与实际的电化学单元11在线路60中串联连接并且与单体监控装置12并联连接。单体监控装置12能够经由测量导线13至17访问电化学单元11和传导路径60的运行参数。
就此而言，图2更详细地示出在根据图1的电池模块1中使用的电池单体10的一个实施形式。
根据在图2中所示出的布置结构，例如能够经由测量导线14和15量取单体电压作为由电化学单元11产生的电压。
同时地或在时间上相继地(例如在几微秒的范围内)，能够经由测量导线16和17确定在单体内部的测量电阻50处的电压降。根据本发明，在此单体内部的测量电阻50由电池单体10的固有的或单体内部的组件51形成，例如由单体接头(也称为端子)、单体连接器等形成。
通过这种方式，不必再提供附加的测量电阻；仅采用原本就存在于单体10中的组件。这总体上简化了电池单体10和电池模块1的构造、制造和操作，尤其是就单体单独的电流-电压测量而言。
在根据本发明的测量方法的特定实施形式中重要的是，尤其是利用关于各个电池单体10位于单体外部的精确测量电阻40对各个电池单体10中的电流测量的和/或相应的单体内部的测量电阻50的校准，所述精确测量电阻的电压降经由测量导线31和32借助于电流监控装置30量取。
能够对根据本发明的测量方法进行补充的相应的校准方法在图3中以流程图的形式示出。
在开始阶段S1之后，在步骤S2中参考在限定时间内的恒定电流。所述电流在此尤其是流过所有电池单体的模块电流。
这能够经由设定恒定电流进行或者通过事后确定和参考恒定电流的相位进行。因此，例如能够事后确定：在电流随时间变化的过程中出现具有恒定电流的时间段--例如10ms。然后，对于校准参考该恒定电流时间段。
在后续步骤S3中，在精确测量电阻40处通过电流监控装置30经由测量导线31和32记录的测量电流值然后经由位于上级的监控装置20进行通信，更确切地说通信给各个电池单体10的各个单体监控装置12。这例如经由总线70发生。
在后续步骤S4中，借助所通知的位于上级的且与精确测量电阻40相关联地精确测量的电流值，对各个电池单体10的与电池单体的单体监控装置12相关联的电流测量进行调准。
在后续步骤S5中，能够例如在相应的单体监控装置12中在各个电池单体10的读取表中跟踪单体测量电阻50。
然后，在另一步骤S6中，必要时校正在相应电池单体10中测量到的电流值，其由对单体测量电阻50上的电压降的测量执行。
起始阶段S1和最终阶段S7将该校准方法嵌入位于上级的运行方法中。
借助以下陈述进一步阐述本发明的这些和其它特征和特性：
为了确定电能存储器1(其也可称为电池模块1)的内阻或者这种电池模块1的存储器单体10(其也称为电池单体10)的内阻，测量电池单体的各个单体电压。
必要的电流测量在线路60中的精确测量电阻40或分路器处例如与位于上级的监控装置20相关联地执行。
借助于将单独的单体电压除以电流，能够计算每个单独的电池单体的内阻。对内阻的知识对于确定各个电池单体10的老化状态是必要的，并且允许发表功率预测。这对于运行管理来说会是必不可少的。
因为电流在运行中能够快速地改变，因此在单体电压测量和电流测量之间需要少的等待时间--例如从1μs到10μs。否则，不能足够准确地确定电阻。
传统上，难以遵守这种对等待时间的要求并且增加了实施耗费。本发明的目的是减少这种耗费。
为此，根据本发明，除了电压测量之外，电流测量也直接在电池单体中进行，尤其是通过所谓的智能电池(Smart-Cell)的构造来进行。
智能电池能够被理解为能量存储单体，其除了能量提供功能之外还提供用于监控和/或诊断的一个或多个功能。相应地，除了功率和/或能量接头之外，这种单体还能够具有数据接口。
因此，根据本发明，由于测量位置的空间上的接近，能够确保改进的电流和电压测量的同步。
由于精确测量电阻40或分路器的高成本，在此在各个电池单体10中采用在该处已有的传导组件和路径、例如采用接头、端子、单体连接器，其因而用作为单体测量电阻50。
这有利地在位于上级的装置中实现，例如在车辆中然后经由在线路60中的精确测量电阻40或分路器进行校准。
在此，电流在一定时间内保持恒定，并且随后在线路60中通信给各个电池单体10且尤其是其单体监控装置12，即智能电池。
该过程例如能够在充电期间进行。
接着，在线路60中的各个电池单体10且尤其是其单体监控装置12、即智能电池能够校正所确定的电流值，并且在查阅表或查找表中跟踪单体内部的测量电阻50或分路器的新的值。
该应用也能够设想没有作为智能电池的配置结构，亦即没有构造单体监控装置12。在这种情况下，能够在电池模块1的层面上进行电流测量，例如在模量连接器处进行。这将允许应用现有的架构并且获得少的等待时间的优点。
根据本发明提出以下优点：
-极大改进内部的单体电阻的确定。
-可减少对在线路60中的电流测量和在电池单体10中的电压测量之间的等待时间的要求。
-由改进的内阻确定能够更精确地预测功率和说明老化状态。
-通过降低设备方面的要求(例如关于设置多个精确测量电阻的要求)和/或减少对等待时间的要求进而减少对通信的要求，可以节约成本。
-通过更精确地预测功率和确定老化来改进电池模块的功能性。
附图标记列表：
1 电池模块
10 电池单体
11 电化学单元
12 单体监控装置
13 测量导线
14 测量导线
15 测量导线
16 测量导线
17 测量导线
20 监控装置
30 电流监控装置
31 测量导线
32 测量导线
40 精确测量电阻
50 单体测量电阻
51 单体内部的组件
60 线路
70 总线

Claims (12)

1.一种用于确定电池模块(1)的电池单体(10)的内阻的方法，其中为此，
-将电池单体(10)的单体电压确定为电池单体(10)的相应的电化学单元(11)的电压，
-由在电池单体(10)的单体测量电阻(50)上的电压降确定电池单体(10)的单体电流，
-使用电池单体(10)的在传导路径(60)中的组件(51)的欧姆电阻作为单体测量电阻(50)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，将单体接头、通到单体接头的输入或输出导线和/或用于连接电池模块(1)中的相邻电池单体(10)的单体连接器用作为在电池单体(10)的传导路径(60)中的组件(51)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，在10μs的等待时间段内测量相应电池单体(10)的单体电压和单体电流。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，
其中，同时测量相应电池单体(10)的单体电压和单体电流。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，
其中，利用单体外部的精确测量电阻(40)、尤其是通过对电流量的比较测量来校准相应电池单体(10)的单体测量电阻(50)。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中，利用相应电池单体的单体测量电阻和相对于所有电池单体(10)位于单体外部的精确测量电阻(40)对相应电池单体(10)的单体测量电阻(50)进行校准。
7.根据权利要求5或6的方法，
其中，对相应电池单体(10)的单体测量电阻(50)的校准在尤其是至少10ms的恒定电流量时间段期间进行。
8.根据权利要求7所述的方法，
其中，用于校准单体测量电阻(50)的恒定电流量
(i)通过明确地选择电池单体(10)所基于的电池模块(1)的运行条件来设定，和/或
(ii)在运行中通过监控电流量和在事后确定。
9.根据权利要求5至8之一所述的方法，
其中，将为了校准而由电流量的比较测量检测到的电流值通知给相应电池单体(10)，尤其是通知给所基于的电池模块(1)的所有电池单体(10)和/或构成在相应电池单体(10)中的单体监控装置(12)。
10.根据权利要求5至9之一所述的方法，
其中，校准单体测量电阻(50)的结果包含在查阅表中和/或被更新，尤其是在相应电池单体(10)中和/或在构成在相应电池单体(10)中的单体监控装置(12)中。
11.一种用于装置且尤其是用于车辆的电池模块(10)，该电池模块具有多个经由传导路径(60)彼此连接的电池单体(10)，该电池模块
-构成用于使用在根据权利要求1至10之一所述的方法中，并且为此
-尤其是具有监控装置(20)、在传导路径(60)中的单体外部的精确电阻(40)和/或在每个所述电池单体(10)中的单体监控装置(12)。
12.一种装置且尤其是车辆，该装置具有
-根据权利要求11所述的电池模块(1)，和
-消耗器，所述消耗器能够与所述电池模块(1)连接或已连接，以供应能量。
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