CN110391473A - 用于对电能量存储单元充电的方法 - Google Patents

Abstract

描述一种对电能量存储单元充电或放电的方法，其中所述方法包括以下步骤：a）在至少一个预限定的第一充电状态参量值、尤其是所述电能量存储单元的预限定的第一电压值的情况下确定所述电能量存储单元的至少一个自放电电流参量，尤其是自放电电流；b）以预限定的充电电流或放电电流来对所述电能量存储单元充电或放电，直至至少一个预限定的第二充电状态参量值，尤其是所述电能量存储单元的预限定的第二电压值，其中所述预限定的第二充电状态参量值根据所述至少一个自放电电流参量来确定。此外描述一种相应设备，相应计算机程序、相应机器可读的存储介质和所述设备的相应应用。

Description

用于对电能量存储单元充电的方法

技术领域

本发明从用于对电能量存储单元充电的方法、用于对电能量存储单元充电的设备（Vorrichtung）、相应的计算机程序、相应的机器可读的存储介质和所述设备的相应应用出发。

背景技术

在不断电气化的过程中，尤其是机动车的不断电气化的过程中，电能量存储器得到变得越来越大的意义。在所述电能量存储器的运行中，将特殊的注意力放在尽可能小的老化上，也即例如尽可能小的电容减小或尽可能小的内电阻增大。相应的老化可以粗略地划分成两个类别：所谓的循环老化和所谓的日历老化。在电能量存储器的运行中的电容减小或电阻增大的情况下，也即，在电流减小的情况下，论及循环老化。如果老化在运行之外出现，则论及日历老化。

尤其是在具有电能量存储器的机动车情况下，这两种效应具有相关影响。为了实现尽可能高的有效距离（Reichweite），这些车辆必要时被充电到非常高的充电状态。在此，车辆在预充电（Vorladen）之后也许并不立刻被移动，而是停放（parken）既定时间，例如过夜，或在车辆共享（Carsharing）情况下在未使用的车辆情况下停放直至下次使用。

然而，在非常高的充电状态下，电能量存储器的老化在大多情况下比在低的或经降低的充电状态情况下显著更高。出于该原因，电池组也许并不完全地被充电、也即直至技术上或物理上最高可能的充电状态，尽管这因此被显示给用户。电能量存储器的使用可能性又由此减小，因为例如电动车辆的电有效距离减小。这由于电动车辆的原本就受限的电有效距离是不利的。理想地，可以找到在过度老化和相应高的充电状态之间的平衡（Balance）。

在出版物JP5227669 A2中描述：如何此外针对电池组的充电过程来使用对电池组的自放电电流的认识。

在出版物 US 6137261中描述：如何为了电池组的诊断而使用自放电电流（Selbstentladestrom）。

发明内容

本发明的优点

公开的是一种具有独立专利权利要求的特征性特征的用于对电能量存储单元充电的方法。

在此，在至少一个预限定的第一充电状态参量值的情况下确定（ermitteln）电能量存储单元的至少一个自放电电流参量。自放电电流参量可以例如是电能量存储单元的自放电电流。充电状态参量值可以例如是充电状态值，例如55%；或电压值，例如4V。同样地，自放电电流参量可以在多个不同的充电状态参量值的情况下被确定，以便确定自放电电流参量与充电状态参量的相关性（Abhängigkeit）。

随后，以预限定的充电电流或放电电流来对电能量存储单元充电或放电，直至预限定的第二充电状态参量值。在此，预限定的第二充电状态参量值根据之前所确定的至少一个自放电电流参量来被确定。例如，预限定的第二充电状态参量值可以被确定，使得在尽可能高的充电状态和尽可能小的老化之间的折衷被实现。在此，使经提高的自放电电流参量与更强烈的老化之间相关联，其中例如假设为：自放电的不可逆转的份额（irreversibler Anteil）要么是占主导的（dominant），要么至少与总的自放电是成比例的。其结果是：自放电电流参量越大，则电能量存储单元的老化就也越强烈。然而，在此，大多并没有意义的是：使用自放电电流参量的最小值以便确定第二充电状态参量值。这可能大多仅导致：确定非常小的预限定的第二充电状态参量值。对于由所确定的自放电电流参量来对预限定的第二充电状态参量值的有意义的确定的可能要点（Anhaltspunkt）例如是：自放电电流参量的经提高的增大或减小。

这具有优点：减小电能量存储单元的老化，其中同时实现电能量存储单元的足够充电状态。本发明的其他有利实施方式是从属权利要求的主题。

适宜地，确定自放电电流参量的步骤包括：确定至少两个不同时间点的电能量存储单元的至少一个空转电压参量（Leerlaufspannungsgröße）。在此，流动到电能量存储单元中的或从电能量存储单元中流动出的电流以按照数值的方式必须等于或者低于预限定的电流值，以按照数值的方式必须例如并不大于1C、或者并不大于0.1C或并不大于0.05C或并不大于0.01C。在此，1C例如意味着：在具有2Ah的电容的电能量存储单元的情况下有2A的电流流动。空转电压参量可以例如是电能量存储单元的空转电压，就如其在没有在电能量存储单元的极上的通过电流的情况下或在没有在电能量存储单元的不同电极之间的通过电流的情况下可被测量的那样。也可能的是：借助数学模型来确定空转电压参量，例如借助电的等效电路图模型来确定。所述两个不同的时间点优选地相隔（auseinanderliegen）多个分钟，尤其是多于十分钟或多于一小时，优选多个小时，使得典型地仅仅出现在几毫伏的范围内的电压差。因此，有利地例如适合于（anbieten sich）具有所述电能量存储单元的车辆的停放状况。

此外，至少一个自放电电流参量根据所确定的空转电压参量来被确定。这具有优点：自放电电流能够在没有在空转电压参量的改变期间进行的电流测量的情况下被确定，对此例如使用典型存在的电压测量装置。例如有利地借助已知的空转电压曲线、也称为OCV曲线和电能量存储单元在两个不同时间点的空转电压的差来确定相应的电荷量，由此于是能够例如在考虑电能量存储单元的电容的情况下确定自放电电流。

适宜地，在至少一个预限定的第一充电状态参量值的情况下以预限定的电压来加载（beaufschlagen）电能量存储单元。尤其是，预限定的电压可以是恒定电压。在足够长的等待持续时间之后，在此在电能量存储单元处出现（einstellen sich）恒定电流，所述恒定电流反映电能量存储单元的自放电并因此反映电能量存储单元的自放电电流。这允许：根据在预限定的时间段之后在电能量存储单元中或电能量存储单元处出现的电流来确定至少一个自放电电流参量。这具有优点：能够将所公开的方法结合到（integrieren）电能量存储单元的充电过程中，而并不显著地延长电能量存储单元的充电时间。

适宜地，在至少一个预限定的第一充电状态参量值的情况下所确定的至少一个自放电电流参量被存储在数据存储器中。这具有优点：所述方法并不在每个充电过程情况下被实施，因为在所述数据存储器中所存放的自放电电流参量和充电状态参量之间的相关性能够被追溯。此外，得出可能性：跟踪（verfolgen）所述相关性的改变并且因此例如确定所述电能量存储单元的老化。例如，在时间变化过程中在过度老化的情况下能够将所述信息结合到所述充电过程中，其方式是：例如相应地适配预限定的第二充电状态参量值，例如减小充电状态。

适宜地，电能量存储单元的温度被确定，其中所述电能量存储单元的充电和/或放电的所述预限定的充电电流或放电电流根据电能量存储单元的所确定的温度来被规定。这是有利的，因为一般而言能够在更高温度情况下以更大电流来对电能量存储单元充电，而并不发生（eintreten）过度老化或者甚至损坏。同时地考虑：一般而言，随着经提高的自放电而出现更高温度。典型地，借助在电能量存储单元上、电能量存储单元处或电能量存储单元中安装的温度传感器、例如热电偶来进行温度的确定。

此外，本公开的主题是一种用于对电能量存储单元充电的设备，其中所述设备包括至少一个如下装置（Mittel），所述装置被设立用于，实施所公开的方法的步骤。在此，所述至少一个装置可以尤其是包括电子的电池组管理控制器，所述电池组管理控制器必要时与相应的功率电子装置通信，以便控制所述充电和/或放电。所提到的优点相应地适用。

所述至少一个装置可以例如包括电池组管理控制器和相应的功率电子装置、例如逆变器以及电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器。电子控制单元、尤其是在表现形式中作为电池组管理控制器，也可以是这种装置（Mittel）。电子控制单元可以尤其是理解为电子控制器，所述电子控制器例如包括微控制器和/或应用特定的硬件模块，例如ASIC，但是同样地可以在其中包括（darunter fallen）个人计算机或有存储器可编程的控制装置。

电能量存储单元可以尤其是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组模块的电池组包。例如，电能量存储单元可以是基于锂的电池组电池或者基于锂的电池组模块或基于锂的电池组包。尤其是，电能量存储单元可以是锂离子电池组电池或者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-聚合物蓄电池的、镍-金属氢化物蓄电池的、铅-酸蓄电池的、锂空气蓄电池的或锂硫蓄电池的类型或非常一般而言地是任意电化学成分的蓄电池。作为电能量存储单元，电容器也是可能的。

此外，本公开的主题是一种计算机程序，其包括如下指令，所述指令引起：所公开的设备实施所公开的方法的方法步骤。所提到的优点相应地适用。

此外，本公开的主题是一种机器可读的存储介质，所公开的计算机程序被存储在所述存储介质上。所提到的优点相应地适用。

此外，本公开的主题是所公开的设备的应用，其中所述所公开的设备应用在所述电驱动的车辆、包括混合动力车辆中，固定的电能量存储器设施（Energiespeicheranlagen）中、电运行的手工工具中、用于电信通信（Telekommunikation）或数据处理的便携装置中以及家用电器中。尤其是，在家用电器情况下，所述设备的使用也是有利的，因为所述设备在较短的使用之后大多在更长时间段保持不被使用。如果家用电器现在由电能量存储单元供给电能量，则所述电能量存储单元的老化可以通过所公开的设备来减小。

附图说明

本发明的有利的实施方式在图中示出并且在接下来的描述中进一步被讲述。其中：

图1示出根据第一实施方式的所公开的方法的流程图；

图2 示出根据第二实施方式的所公开的方法的流程图；

图3示出根据第三实施方式的所公开的方法的流程图；

图4示出根据第四实施方式的所公开的方法的流程图；

图5示出根据一种实施方式的所公开的设备的示意图；和

图6 示出电能量存储单元的自放电电流与电能量存储单元的充电状态的相关性的示意图。

具体实施方式

相同的附图标记在所有图中表示相同的设备组件或相同的方法步骤。

图1示出根据第一实施方式的所公开的方法的流程图。在此，在第一步骤S11中，在电能量存储单元的预限定的至少一个第一充电状态情况下确定电能量存储单元的自放电电流。在第二步骤S12中，接下来以预限定的充电电流来对电能量存储单元充电直至预限定的第二充电状态。在此，预限定的第二充电状态根据在第一步骤S11中确定的自放电电流来被确定。

图2示出根据第二实施方式的所公开的方法的流程图。在此，在第一步骤S21中，确定在至少两个不同的时间点的电能量存储单元的空转电压，其中在此流动到电能量存储单元中的或从电能量存储单元中流动出的电流以按照数值的方式并不超出预限定的电流值。对此，在电能量存储单元的电流负载之后足够长地等待例如多个分钟、尤其是多于10分钟，以便并不检测电池电压的常规松弛（Relaxation）。两个不同的时间点在此例如相隔多个小时。

在第二步骤S22中，由在两个不同的时间点的空转电压的差借助在存储器中所存放的空转电压曲线和电能量存储单元的电容来确定电荷量（Ladungsmenge）并且借助这样计算的电荷量和在两个不同的时间点之间的时间差来确定平均的自放电电流，其中所述空转电压曲线再现（wiedergeben）空转电压与电能量存储单元的充电状态的相关性。

在第一步骤S21和第二步骤S22中对自放电电流的确定在电能量存储单元的不同的充电状态情况下被执行，以便确定自放电电流与电能量存储单元的充电状态的相关性。在第三步骤S23中因此检验：是否已经在电能量存储单元的足够大数目的不同充电状态情况下确定了自放电电流。如果不是，则再次执行第一步骤S21，例如在重新的停放状况中执行。如果满足足够大数目的不同充电状态的标准，则以第四步骤S24继续进行（fortfahren）。在此，可以为了完全地（durchaus）经过（Durchlaufen）前三个步骤S21至S23而过去（vergehen）几天。

在第四步骤S24中，接下来以预限定的充电电流来对电能量存储单元充电直至预限定的充电状态，其中所述预限定的充电状态与所确定的自放电电流相关地或与所确定的在自放电电流和充电状态之间的关联相关地被确定。

图3示出根据第三实施方式的所公开的方法的流程图。在第一步骤S31中，将预限定的恒定电压施加到（anlegen）电能量存储单元上。

在第二步骤S32中，根据在多个小时之后在电能量存储区单元上出现的电流来确定自放电电流。这是可能的，因为在多个小时后与所施加的预限定的恒定电压相应地对电能量存储单元充电并且因此使继续流动的电流与电能量存储单元的自放电电流相应。所述继续流动的电流可以例如借助电流传感器来被测量。所述第二步骤S32可以有针对性地在不同充电状态下被执行，其方式是：分别将与确定的充电状态相应的电压、优选将恒定电压施加到电能量存储单元上。因此，自放电电流与电能量存储单元的充电状态的相关性被确定。

在第三步骤S33中确定：电能量存储单元的充电状态是否比预限定的目标充电状态更高。如果是的话，则在第四步骤S34中以预限定的放电电流来对电能量存储单元放电直至预限定的目标充电状态。如果不是的话，则在第五步骤S35中以预限定的充电电流来对电能量存储单元充电直至预限定的目标充电状态。在此，分别根据在第二步骤S32中所确定的自放电电流或根据自放电电流与电能量存储单元的充电状态之间的关联来确定目标充电状态。

图4示出根据第四实施方式的根据本发明的方法的流程图。在此，在第一步骤S41中在预限定的第一充电状态情况下确定在至少两个不同的时间点的电能量存储单元的空转电压，其中在此流动到电能量存储单元中的或从电能量存储单元中流动出的电流以按照数值的方式并不超出预限定的电流值。对此，在第一时间点被测量之前，在电能量存储单元的电流负载（Strombelastung）之后足够长地等待例如多个分钟、尤其是多于10分钟，以便并不检测电池电压的常规松弛（Relaxation）。两个不同的时间点在此例如相隔多个小时。必要时，预限定的第一充电状态通过流动的电流而改变，但是其中所述流动的电流以按照数值的方式低于预先限定的电流值。然后，例如可以将在所述两个不同时间点的充电状态的平均值视为预限定的第一充电状态。

在第二步骤S42中，由在两个不同的时间点的空转电压的差借助在存储器中所存放的空转电压曲线和电能量存储单元的电容来确定电荷量并且借助这样计算的电荷量和在两个不同的时间点之间的时间差来确定平均的自放电电流，其中所述空转电压曲线再现空转电压与电能量存储单元的充电状态的相关性。

在第三步骤S43中，接下来将在预限定的第一充电状态情况下在第二步骤中所确定的自放电电流存储在数据存储器中，以便因此在多次执行所述方法的情况下并不失去（verlieren）已经确定的自放电电流。

在第四步骤S44中，确定电能量存储单元的温度，以便考虑电能量存储单元的温度对自放电电流的可能作用并且相应地适配电能量存储单元的充电电流。

在第五步骤S45中，接下来以预限定的充电电流来对电能量存储单元充电直至预限定的第二充电状态，其中根据电能量存储单元的所确定的温度来规定所述预限定的充电电流以及根据所确定的自放电电流来规定所述预限定的第二充电状态。

图5示出用于对电能量存储单元充电的设备70，其中所述设备70包括电子控制单元73。所述电子控制单元73在此被设立用于，接收所述电能量存储单元的经由电压传感器71所检测的电压并且可以因此例如确定电能量存储单元的充电状态和自放电电流。此外，所述电子控制单元73被设立用于，对电能量存储单元充电和/或放电，其方式为，所述电子控制单元73将相应的指令发送到功率电子装置72，例如逆变器，紧接着调整（einstellen）相应的通过电流。

图6示出电能量存储单元的自放电电流与电能量存储单元的充电状态的相关性的示意图60。在此，在示图60中，在纵坐标轴上描绘自放电电流I_sd并且在横坐标轴上以百分比的方式来描绘电能量存储单元的充电状态SOC。各个点61说明在离散的（diskret）充电状态值的情况下的离散的自放电电流值，就如其能够例如借助所公开的方法所确定的那样。从示意图60中例如能够看出：自70%的充电状态起，自放电电流强烈地增大。在所公开的方法中，因此可以将70%的充电状态设置为如下充电状态参量值，其中所述电能量存储单元被充电直至所述充电状态参量值。

Claims (10)

1.一种用于对电能量存储单元充电或放电的方法，所述方法包括以下步骤：

a) 在至少一个预限定的第一充电状态参量值、尤其是所述电能量存储单元的预限定的第一电压值的情况下确定（S11）所述电能量存储单元的至少一个自放电电流参量，尤其是自放电电流；

b）以预限定的充电电流或放电电流来对所述电能量存储单元充电（S12、S24、S35、S45）或放电（S34），直至至少一个预限定的第二充电状态参量值，尤其是所述电能量存储单元的预限定的第二电压值，其中所述预限定的第二充电状态参量值根据所述至少一个自放电电流参量来确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定的步骤a）包括：

c）确定（S21、S41）在至少两个不同的时间点的所述电能量存储单元的至少一个空转电压参量、尤其是空转电压，其中在此流动到所述电能量存储单元中的或从所述电能量存储单元中流动出的电流以按照数值的方式并不超出预限定的电流值；

d）根据在步骤c）中所确定的至少一个所述空转电压参量来确定（S22、S42）所述至少一个自放电电流参量。

3.根据以上权利要求中任意一项所述的方法，其中所述确定的步骤a）包括：

e）在所述至少一个预限定的第一充电状态参量值的情况下以预限定的电压来加载（S31）所述电能量存储单元；

f）根据在预限定的时间段之后在步骤e）中出现的电流来确定（S32）所述至少一个自放电电流参量。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预限定的电压是恒定电压。

5.根据以上权利要求中任意一项所述的方法，所述方法此外包括：

g) 将在所述至少一个预限定的第一充电状态参量的情况下所确定的所述至少一个自放电电流参量存储（S43）到数据存储器中。

6.根据以上权利要求中任意一项所述的方法，所述方法此外包括：

h) 确定（S44）所述电能量存储单元的温度，其中在步骤b)中的所述电能量存储单元的所述充电和/或所述放电的所述预限定的充电电流或放电电流根据所述电能量存储单元的所确定的所述温度来被规定。

7.用于对电能量存储单元充电或放电的设备（70），其中所述设备包括至少一个如下装置（73）、尤其是电子的电池组管理控制器，所述装置被设立用于，实施根据权利要求1至6中任意一项所述的方法的步骤。

8.计算机程序，所述计算机程序包括如下指令，所述指令引起根据权利要求7所述的设备（70）实施根据权利要求1至6中任意一项所述的方法步骤。

9.机器可读的存储介质，根据权利要求8所述的计算机程序被存储在所述存储介质上。

10.根据权利要求7所述的设备（70）的应用，其中所述设备应用在电驱动的车辆、包括混合动力车辆中，固定的电能量存储器设施中、电运行的手工工具中、用于电信通信或数据处理的便携装置中以及家用电器中。