CN110036528A - 用于运行电能存储系统的方法、机器可读的存储介质和电子控制单元以及相应的电能存储系统 - Google Patents

Abstract

一种用于运行电能存储系统的方法，所述电能存储系统包括至少一个电能存储单元，其中执行随后描述的步骤。在所述电能存储系统的所确定的电压值（UESU）超过或低于预定义的第一电压阈值（UTHR1）之后，进行计数器值（TIM）的改变。在所述计数器值（TIM）达到预定义的第一计数器阈值之后，进行预定义的第一电压极限值（ULIM1）的改变。之后，进行所述电能存储系统的操控，使得不超过或不低于改变后的第一电压极限值（ULIM1）。此外，描述一种机器可读的存储介质、一种电子控制单元、一种电能存储系统以及其在包括混合动力车辆在内的电驱动车辆中、在固定的电能存储设备中以及在电动手持工具中的相应应用。

Description

用于运行电能存储系统的方法、机器可读的存储介质和电子 控制单元以及相应的电能存储系统

技术领域

本发明基于根据独立权利要求的前序部分所述的方法、机器可读的存储介质、电子控制单元、电能存储系统及其应用。

背景技术

由于日益电气化，尤其在车辆或汽车领域中，日益使用移动的电能存储系统。尤其在增多地使用锂离子技术的情况下，强制地需要严格地遵守预先给定的极限值、例如电压和温度极限值，以便不危及电能存储系统的安全性。因此，对所使用的传感器提出确定的安全性要求，例如电流传感器的测量原理应多种多样地来设计，这使得需要至少两个电流传感器。

发明内容

公开了具有独立权利要求的表征性特征的方法、机器可读的存储介质、电子控制单元、电能存储系统及其应用。

在所公开的用于运行电能存储系统的方法的范围内，在电能存储系统的所确定的电压值超过或低于预定义的第一电压阈值时改变计数器值，所述计数器值例如被存放在内部数据存储器中并且尤其可以代表时段。在计数器值达到预定义的第一计数器阈值之后，改变预定义的第一电压极限值。紧接着，进行电能存储系统的操控，使得不超过或不低于改变后的第一电压极限值。因此实现，从超过或低于预定义的第一电压阈值起仅还经过有限的时段，在该时段中电能存储系统的原始性能可用，其中为此不必确定或考虑电流测量值。例如实现仅仅将有限的能量数量存储到电能存储系统中，而在此不必考虑电流值。有限的时间间隔和因此还有预定义的第一计数器阈值在此可以通过基于电能存储单元的最小可能的电阻值和最大可能的电流的最坏情况估计来确定，其中最大可能的电流例如可以根据预定义的第一电压极限值和在第一电压极限值的情况下的恒定电压充电来确定。该估计可以在电能存储系统的实际运行之前进行，其中在运行中于是动用特性曲线族，或在运行期间，可以说实时地进行。因此，可以降低对电流传感器的安全性要求，这简化电能存储系统的结构，其中通过所公开的方法此外保证电能存储系统的安全性，而不必在性能方面进行削减。替代地，当已经使用其他方法时，所描述的方法可以被应用于进一步的保护和真实性检查。

本发明的其他有利的实施方式是从属权利要求的主题。

适宜地，在电能存储系统的所确定的电压值低于或超过预定义的第二电压阈值之后，同样改变计算器值。如果例如计数器值在超过预定义的第一电压阈值时连续地被提高了，则该计数器值在低于预定义的第二电压阈值之后又被降低。因此，提高该方法的灵活性，因为如下时段又可以被增大，在该时段中电能存储系统的原始的被提高的性能可用。

适宜地，计数器值不超过预定义的第一计数器极限值并且不低于预定义的第二计数器极限值。如果计数器值已达到预定义的第一计数器极限值或预定义的第二计数器极限值，则不再进行提高或降低。优选地，预定义的第一计数器阈值对应于预定义的第一计数器极限值或预定义的第二计数器极限值。由此可以确定如下时段，在该时段中电能存储系统的原始性能可用。

适宜地，确定至少一个第一温度值并且根据所确定的至少一个第一温度值确定计数器值的变化率。由于温度一般对电能存储系统的性能有大的影响，所以将关于所描述的相关性的该关系接纳到根据本发明的方法中并且因此提高该方法的灵活性和应用范围。

适宜地，在提高计数器值时计数器值的变化率的数值和在降低计数器值时计数器值的变化率的数值并不相等。因此，例如在降低计数器值时变化率的数值可以小于在提高计数器值时变化率的数值。因此，再次提高关于不违反电压极限的安全性水平，因为预定义的第一计数器阈值的确定的确已经基于最坏情况估计。此外，在电能存储单元的潜在不同的电阻值的情况下不同的电负荷、即充电或放电可以更好地被考虑，这附加地提高该方法的灵活性。

适宜地，计数器值的变化率取决于所确定的电压值与预定义的第一电压极限值之间的第一差。因此，优选地，数值上大的第一差与更小的第一差相比导致计数器值的更小的变化，因为超过第一电压极限值的风险由于与预定义的第一电压极限值的更大的距离而是低的。所确定的电压值现在越接近第一电压极限值，超过第一电压极限值的风险就越大，这应被防止。通过该适配提高电能存储系统的性能。

适宜地，第一电压阈值和/或第二电压阈值取决于所确定的第二温度值。由此，在该方法中描绘电能存储系统或电能存储单元的电气性能的温度相关性，由此提高电能存储系统的可用性。所确定的第二温度值可以与所确定的第一温度值相同或者第一电压阈值和/或第二电压阈值可以取决于所确定的第一温度值。

适宜地，电能存储系统在计数器值达到预定义的第一计数器阈值之后并且根据电能存储系统的所确定的其他电压值超过或低于预定义的第三电压阈值在预定义的第一时间间隔中被操控，使得电能存储系统在预定义的第一时间间隔内不输出数值上位于预定义的功率极限值之上的功率。因此确保，不违反对于电能存储系统的安全性重要的电压极限值。例如预定义的功率极限值可以为0W。

适宜地，所确定的电压值和/或所确定的其他电压值包括至少一个电能存储单元的所检测的电压值的极端值。如果电能存储系统包括例如三个电能存储单元，则这些电能存储单元仅在罕见情况下在测量精度的范围内恰好具有相同的电压。如果所确定的电压值现在在该方法的执行之内包括极端值、例如三个电能存储单元之一的最接近预定义的第一电压极限值的电压值，则确保了，即使电能存储系统包括多于一个的电能存储单元，在执行根据本发明的方法时也不超过预定义的第一电压极限值。通过结合最坏情况估计使用极端值，确保了，其余电能存储单元的相应的电压值与第一电压极限值也有足够的距离，或不超过所述第一电压极限值。

此外，描述一种机器可读的存储介质，在该存储介质上存储有计算机程序，其中该计算机程序被设立用于执行根据本发明的方法的所有步骤。因此，提供一种推广根据本发明的方法并且使用在许多电能存储系统中的简单的可能性。

此外，描述一种电子控制单元，该电子控制单元被设立用于执行根据本发明的方法的所有步骤。因此，提供一种执行该方法的简单的可能性。

有利地，电子控制单元尤其可以被理解为如下电子控制设备，该电子控制设备例如包括微控制器和/或专用硬件模块、例如ASIC，但是个人计算机或存储器可编程的控制装置同样可以属于电子控制设备。

此外，描述一种电能存储系统，其包括至少一个电能存储单元和根据本发明的电子控制单元。由此，可以不复杂地在电能存储系统中执行所描述的方法。

有利地，电能存储单元尤其可以被理解为电化学电池组电池和/或具有至少一个电化学电池组电池的电池组模块和/或具有至少一个电池模块的电池组包。例如，电能存储单元可以是基于锂的电池组电池或基于锂的电池组模块或基于锂的电池组包。尤其，电能存储单元可以是锂离子电池组电池或锂离子电池组模块或锂离子电池组包。此外，电池组电池可以是锂聚合物蓄电池、镍金属氢化物蓄电池、铅酸蓄电池、锂空气蓄电池或锂硫化物蓄电池类型的或完全一般地是任意电化学组成的蓄电池。

此外，描述根据本发明的方法或根据本发明的电能存储系统在包括混合动力车辆在内的电驱动车辆中、在固定的电能存储设备中以及在电动手持工具中的应用。在电动手持工具中例如可以设置特殊模式，该特殊模式短期地允许调用更高的功率，其中该模式通过根据本发明的方法来监控。

附图说明

本发明的有利的实施方式在图中示出并且在随后的描述中更详细地解释。

图1示出根据第一实施方式的根据本发明的方法的流程图；

图2示出根据第二实施方式的根据本发明的方法的流程图；

图3示出根据第三实施方式的根据本发明的方法的流程图；以及

图4示出电能存储系统的电压和电流变化连同相关的计数器和电压极限值变化的示意图。

相同的附图标记在所有图中表示相同的设备部件或相同的方法步骤。

具体实施方式

图1示出根据第一实施方式的根据本发明的方法的流程图，所述第一实施方式专注于电能存储系统的充电过程。在前置的步骤S0中的例如包括计数器的初始化的一般初始化之后，在第一步骤S1中进行检查：所确定的电压值是否超过预定义的第一电压阈值。电压值的确定在此也可以在第一步骤S1中进行。所确定的电压值例如可以是电能存储系统的总电压值、即构成电能存储系统的电能存储单元的电压值的和。优选地，所确定的电压值代表构成电能存储系统的电能存储单元的所有单电压值的极端值，在充电过程的当前情况下代表最大值。如果所确定的电压值超过预定义的第一电压阈值，则在第二步骤S2中计数器被递增。在第三步骤S3中紧接着检查，计数器是否达到预定义的第一计数器阈值。如果计数器达到了第一计数器阈值，则之后在第四步骤S4中降低预定义的第一电压极限值，例如从4.3V降低到4.2V。在第五步骤S5中现在操控电能存储系统，使得改变后的第一电压极限值不被构成电能存储系统的电能存储单元中的任何一个超过，即相应的单电池电压不超过第一电压极限值。这例如可以利用合适的功率电子器件、例如利用合适的变流器进行。在第一步骤S1和第三步骤S3中分别在否定的检查结果的情况下又在第一步骤S1之前分支并且在后续的第一步骤S1中确定新的电压值。对于放电过程，同样可以在略微调整的情况下利用该方法：在第一步骤S1中检查，是否低于第一电压阈值，并且优选的是，使用构成电能存储系统的电能存储单元的所有单电压值的最小值。此外在第四步骤S4中，当变为了第一计数器阈值时，则提高预定义的第一电压极限值，例如从2.8V提高到3.2V。紧接着，电能存储系统在第五步骤S5中被操控，使得没有电能存储单元低于改变后的第一电压极限值。

图2示出根据第二实施方式的根据本发明的方法的流程图。在此情况下如在图1中那样示出充电过程。与在图1中所示出的方法不同，在图2中在不超过预定义的第一电压阈值时分支到第六步骤S6中。在第六步骤S6中检查，所确定的电压值是否低于预定义的第二电压阈值、例如3.9V。如果低于预定义的第二电压阈值，计数器在第七步骤S7中被递减。紧接着以及在不低于预定义的第二电压阈值时，在第一步骤S1之前被分支并且重新确定电压值。对于放电过程，同样可以如上面所描述的那样在略微调整的情况下利用所描述的方法。为此，除了上述调整之外在第六步骤S6中可以检查，所确定的电压值是否超过预定义的第二电压阈值、在放电的情况下例如3.8V。如果现在超过预定义的第二电压阈值，则计数器在第七步骤S7中被递减。紧接着以及在不超过预定义的第二电压阈值时，在第一步骤S1之前被分支并且重新确定电压值。

图3示出根据第三实施方式的根据本发明的方法的流程图。在此情况下如在图2中那样示出充电过程。在此，具有步骤S0、S1、S2、S3、S6、S7的流程图的部分对应于在图2中以及在相关的段落中所描述的方法。在第三步骤S3之后，执行第八步骤S8，在第八步骤中检查，所确定的其他电压值是否超过预定义的第三电压阈值。如果超过预定义的第三电压阈值，则执行第九步骤S9，在第九步骤中在预定义的第一时间间隔中操控电能存储系统，使得电能存储系统在预定义的第一时间间隔中没有吸收电功率，所述电功率在数值上位于预定义的电功率极限值之上。例如，该预定义的电功率极限值可以为0W，以便阻止进一步的电功率吸收。紧接着或在不超过预定义的第三电压阈值时，执行上面所描述的第四和第五步骤S4、S5。在调整到放电过程时，即在输出超过电能存储系统的自身系统的供给的电能时，优选地选择预定义的功率极限值，使得确保电能存储系统的自主供给。自身系统、即例如电子控制单元和相关的开关设备、例如机电接触器或电子功率开关因此优选地进一步被供给电能。

图4示出在执行根据本发明的方法时电能存储系统的电压和电流变化连同相关的计数器和电压极限值变化的示意图。在该图的上部中示出了电压变化。纵轴表示电压U并且横轴表示时间t。此外示出了第一电压阈值为UTHR1、第二电压阈值UTHR2、和第三电压阈值UTHR3。当电能存储单元被加载相应的电流时，电压变化UESU以时间变化再现电能存储单元上的电压。相关的电流变化IESU在该图的下部中以时间变化再现，其中相关的纵轴用I标记。电压变化UOCV再现电能存储单元的空载电压的不能直接确定的电压变化。预定义的第一电压极限值的变化通过电压变化ULIM1示出。在图4的下部中此外示出了具有相应的预定义的第一计数器上极限值TLIM1和相应的预定义的第二计数器下极限值TLIM2的计数器的计数器变化TIM。计数器值在此对应于以秒为单位的时段。相关的纵轴用TIMER说明。直至时间点t1，电能存储单元以比较小的电流、例如20A充电。从时间点t1起直至时间点t2，以提高的电流进行充电，其中不超过预定义的第一电压极限值ULIM1。由于在该充电过程中超过第一电压阈值UTHR1，所以计数器的计数器值连续地提高。在时间点t2，操控电能存储系统并且因此操控电能存储单元，使得所输出的电流为0A。由于在时间点t2在相应的电压变化UESU中不低于预定义的第二电压阈值UTHR2，所以计数器值在计数器变化TIM中进一步提高。在时间点t3，计数器已达到预定义的第一计数器阈值，其中这里，预定义的第一计数器阈值和预定义的第一计数器极限值TLIM1相同并且因此不进一步提高计数器值。因此，在时间点t3之后降低预定义的第一电压极限值ULIM1。从时间点t4起，电能存储单元被放电。在此，低于预定义的第二电压阈值UTHR2。因此，进行计数器值的降低，如从相关的计数器变化TIM可以看出的那样。在低于预定义的第二计数器阈值之后，在时间点t5将预定义的第一电压极限值提高到降低之前的值。从时间点t6起，放电电流被降低，这例如由于电能存储单元的电阻上的更小损耗而导致电能存储单元上的提高的电压。在此，产生的电压位于预定义的第一电压阈值与预定义的第二电压阈值之间，使得不改变计数器。从时间点t7起，放电电流又被提高并且计数器值被降低。在此，从该图示中也可以看出，计数器或计数器值的变化率在所描绘的整个时间间隔上不是恒定的并且同样可以在数值上在提高和降低的情况下不同。例如，也可能的是，确定温度值、例如能量存储系统的电能存储单元的最小温度值或由电能存储单元的温度值形成的平均温度值，并且根据该温度值确定计数器或计数器值的变化率。同样内容对于电压阈值UTHR1、UTHR2、UTHR3和/或计数器阈值是可能的。

Claims (13)

1.一种用于运行电能存储系统的方法，所述电能存储系统包括至少一个电能存储单元，其中执行如下步骤：

a）在所述电能存储系统的所确定的电压值（UESU）超过或低于预定义的第一电压阈值（UTHR1）之后，改变计数器值（TIM）；

b）在所述计数器值（TIM）达到预定义的第一计数器阈值之后，改变预定义的第一电压极限值（ULIM1）；

c）操控所述电能存储系统，使得不超过或不低于改变后的第一电压极限值（ULIM1）。

2.根据权利要求1所述的方法，此外包括如下步骤：

d）在所述电能存储系统的所确定的电压值（UESU）低于或超过预定义的第二电压阈值（UTHR2）之后，改变所述计数器值（TIM）。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述计数器值（TIM）不超过预定义的第一计数器极限值（TLIM1）并且不低于预定义的第二计数器极限值（TLIM2）。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，此外包括如下步骤：

e）确定至少一个第一温度值；

f）根据所确定的至少一个第一温度值，确定所述计数器值（TIM）的变化率。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在提高所述计数器值（TIM）时所述计数器值（TIM）的变化率的数值和在降低所述计数器值（TIM）时所述计数器值（TIM）的变化率的数值不相等。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述计数器值（TIM）的变化率取决于所确定的电压值（UESU）与所述预定义的第一电压极限值（ULIM1）之间的第一差。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一电压阈值（UTHR1）和/或所述第二电压阈值（UTHR2）取决于所确定的第二温度值。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b）中在所述计数器值（TIM）达到所述预定义的第一计数器阈值之后并且根据所述电能存储系统的所确定的其他电压值（UESU）超过或低于预定义的第三电压阈值（UTHR3），所述电能存储系统在预定义的第一时间间隔中被操控，使得所述电能存储系统在所述预定义的第一时间间隔中不吸收或输出在数值上位于预定义的电功率极限值之上的电功率。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所确定的电压值（UESU）和/或所确定的其他电压值（UESU）包括所述至少一个电能存储单元的所检测的电压值（UESU）的极端值。

10.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被设立用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的所有步骤。

11.一种电子控制单元，所述电子控制单元被设立用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的所有步骤。

12.一种电能存储系统，包括至少一个电能存储单元和根据权利要求11所述的电子控制单元。

13.根据权利要求1至9中任一项所述的方法或者根据权利要求12所述的电能存储系统在包括混合动力车辆在内的电驱动车辆中、在固定的电能存储设备中以及在电动手持工具中的应用。