CN110462917B - 用于确定运行温度的方法和设备、控制单元及工作设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定电池单元(10)的运行温度的方法，尤其是在能电动运行的工作设备或交通工具中，其中(i)相对于电池单元(10)在单元附近和/或在单元外部尤其是连续地或局部连续地检测用于确定电池单元(10)的外部温度的测量参数的值，(ii)通过检测电池单元(10)的电阻抗确定电池单元(10)的内部温度，(iii)由外部和/或内部温度确定电池单元(10)的运行温度的值，(A)至少在电池单元(10)的第一运行状态中，当所确定的电池单元(10)的外部温度、内部温度和/或运行温度的值处于预先给定的第一安全范围(55)内时，较频繁地确定电池单元(10)的内部温度，(B)当所确定的电池单元(10)的外部温度、内部温度和/或运行温度的值处于预先给定的第一安全范围(55)外时，不太频繁地确定电池单元(10)的内部温度。

Description

用于确定运行温度的方法和设备、控制单元及工作设备
技术领域
本发明涉及一种用于确定电池单元的运行温度的方法和设备、一种用于电池单元的运行方法、一种用于电池单元的控制单元以及一种工作设备、尤其是交通工具。
背景技术
在运行基于电池单元的电气设备时、即在使用蓄电池和电池单元模块时，各个电池单元的运行温度是对于运行来说重要的参数，也在效率和运行安全性方面是重要的参数。
电池单元内部相应的运行温度可耗费地直接被测量。然而，为了降低耗费使用间接的测量方法，一方面通过使用参考相应电池单元的外部传感器的和/或通过测量相应电池单元的阻抗。
然而，使用电池单元的阻抗与能量损失有关。另一方面，为了其高可靠性，不能省去基于阻抗的温度确定。
发明内容
本发明所基于的任务是，给出一种用于确定电池单元的运行温度的方法和设备、一种用于电池单元的运行方法、一种用于电池单元的控制单元以及一种工作设备并且尤其是一种交通工具，其中，以具有高可靠性和尽可能低能量损失的运行参数确定电池单元的运行温度。
基于本发明的任务利用按照本发明的特征来解决。
根据本发明的第一方面提供一种用于确定电池单元的运行温度的方法，尤其是在能电动运行的工作设备或交通工具中，其中，(i)相对于电池单元在单元附近和/或在单元外部尤其是连续地或局部连续地检测用于确定电池单元的外部温度的测量参数的值，(ii)通过检测电池单元的电阻抗确定电池单元的内部温度并且(iii)由外部温度和/或内部温度确定电池单元的运行温度的值。按照本发明，(A)至少在电池单元的第一运行状态中，当所确定的电池单元的外部温度、内部温度和/或运行温度的值处于预先给定的第一安全范围之内时，不太频繁地确定电池单元的内部温度。(B)相比于此，当所确定的电池单元的外部温度、内部温度和/或运行温度的值处于预先给定的第一安全范围之外时，较频繁地确定所述内部温度。
根据本发明，其中一个确定的温度、即电池单元的内部温度、电池单元的外部温度或由此推导出的电池单元的运行温度可与预先给定的第一安全范围相关联。也可设想所述温度组合的关系。
预先给定的第一安全范围可以是封闭的、开放的或半开放的值区间，是离散值的集合或其任意的组合。
用于确定电池单元内部温度的频率的大小可以设计成不同的并且可以匹配于电池单元的和/或由电池单元供电的装置的相应条件。
因此在按照本发明的方法的一种优选的设计形式中规定，当所确定的电池单元的外部温度、内部温度和/或运行温度的值处于预先给定的第一安全范围之内时，相对于电池单元的外部温度而言，较不频繁地确定电池单元的内部温度。
在按照本发明的方法的一种有利的扩展方案中尤其是规定，当所确定的电池单元的外部温度、内部温度和/或运行温度的值处于预先给定的第一安全范围之内时，不确定或不进一步确定电池单元的内部温度。
根据所述措施以此为出发点：当相应关联的温度、即内部温度、外部温度和/或推导出的运行温度处于预先给定的第一安全范围之内时，关于电池单元的温度不存在临界状态。
在单元附近和/或在单元外部检测测量参数的值能以不同的方式实现。在本发明的一种特别简单的设计方案中，通过至少一个关于电池单元在单元附近和/或在单元外部的传感器、尤其是在使用温度传感器的情况下实施相对于电池单元在单元附近和/或在单元外部检测所述测量参数的值。在此，当单元外部的传感器例如安装在外壁上和/或所基于的电池单元的壳体上或与所述电池单元机械接触和/或热接触、优选安装在单元接头或单元端子的区域处或中或作为其一部分时，得到特别可靠的测量结果。
如果电池单元的外部温度的值被简单地用于控制电池单元的特性和运行，则可能出现错误估计。通常必须对在外部检测的值进行校正。因为特别有利的是，根据按照本发明的方法的另一种优选的设计形式，为了确定电池单元外部温度，将检测到的所述测量参数的值用在用于电池单元的温度模型中。所述温度模型以有利的方式设计用于考虑所有的校正机制，例如偏移和/或时间延迟。
因为一般而言电池单元的内部温度更确切地说与基于电池单元外部温度值的值相比具有更高程度的可靠性，所以根据按照本发明的方法的另一种扩展方案，为了适配和/或支持温度模型的可选地可使用电池单元内部温度的一个或多个通过电池单元的电阻抗检测到的值。
所讨论的电池单元的第一运行状态可以是电池单元的空闲状态、电池单元的负载状态或者电池单元的放电状态，在该第一运行状态中从电池单元中提取能量或电池单元输出能量。
替代地或附加于此地，在电池单元的第二运行状态中，该第二运行状态不同于电池单元的第一运行状态并且尤其是对应于电池单元的充电状态或电池单元的能量回收状态，在该第二运行状态中为电池单元供应能量或电池单元接收能量，确定电池单元内部温度的频率参照预先给定的第一安全范围与所确定的电池单元的内部温度、外部温度和/或运行温度的位置无关并且尤其是可对应于确定电池单元外部温度的频率。
根据本发明的另一个方面也提出一种用于电池单元的运行方法，尤其是在能电动运行的工作设备中或交通工具中，其中，电池单元的运行温度通过按照本发明的用于确定电池单元的运行温度的方法来确定并且被用于控制电池单元的运行。
在按照本发明的运行方法的一种有利的扩展方案中，检查：电池单元外部温度的值、电池单元内部温度的值和/或电池单元推导出的运行温度的值是否处于预先给定的第二临界范围之外，该第二临界范围包围预先给定的第一范围(理解为第一安全范围)。
在此按照本发明，根据所述检查的结果选择和/或影响电池单元的运行状态。
此外，通过本发明也提供一种用于电池单元的和/或用于具有电池单元的工作设备或交通工具的控制单元，该控制单元设计用于实施按照本发明的用于确定电池单元运行温度的方法和/或实施按照本发明的用于电池单元的运行方法。
此外，本发明的主题也是一种用于确定电池单元运行温度的设备，尤其是在能电动运行的工作设备或交通工具中。
按照本发明的设备构造成具有：阻抗测量装置，该阻抗测量装置设计用于测量电池单元的电阻抗；温度测量装置，该温度测量装置设计用于测量电池单元的外部温度或为此代表的测量值并且为此尤其是具有关于电池单元在单元附近的和/或在单元外部的传感器或与关于电池单元在单元附近和/或在单元外部的传感器的作用连接。
此外，构造有按照本发明设计的控制单元，该控制单元设计用于检测阻抗测量装置的测量值以及温度测量装置的测量值。
最后，一种工作设备并且尤其是一种交通工具也是本发明的主题，其中，所述工作设备构造成具有能电动驱动的机组并且尤其是具有驱动装置，具有用于能受控地为所述机组提供电能的电池单元以及具有用于控制机组的和/或电池单元的运行的控制装置，该控制装置构造具有按照本发明设计的控制单元和/或具有按照本发明设计的设备和/或为此实施按照本发明的用于确定电池单元运行温度的方法和/或按照本发明的用于电池单元的运行方法。
附图说明
本发明的其它细节、特征和优点由后面的说明书和附图给出。
图1示出按照本发明的用于确定电池单元运行温度的设备的示意性框图。
图2和图3示出图表，所述图表阐述按照本发明的用于确定电池单元运行温度的方法的实施形式。
具体实施方式
接下来参照图1至图3详细描述本发明的各实施例以及技术背景。相同的和等效的以及相同作用的或等效作用的元件和组件用相同的附图标记表示。不在它们出现的每个情况下复述对所描绘的元件和组件的详细描述。
在不背离本发明主旨的情况下，所示出的特征和其它特性能以任意形式彼此隔离并且任意地相互组合。
图1示出按照本发明的用于确定电池单元10的运行温度的设备1的示意性框图。
根据图1的按照本发明的设备1具有阻抗测量装置40和温度测量装置30。
所述温度测量装置30经由检测和控制线路31与传感器20(例如温度传感器21)连接，该传感器设置在外部以及因此在电池单元10的外部并且与所述电池单元相邻、即按照电池单元10例如固定在其外侧上或在电池单元10的壳体的外侧上。
所述阻抗测量装置40经由第一和第二检测和控制线路41和42与电池单元10连接并且设计用于确定电池单元10的直流电阻抗或交流电阻抗。
由阻抗测量装置40和温度测量装置30确定的数据通过控制单元100的第一和第二控制和检测线路101和102传输到所述控制单元上并且由所述控制单元分析处理，以便例如确定电池单元10的外部温度、电池单元10的内部温度和/或电池单元10的运行温度和/或其时间变化曲线。
图2和图3示出图表50和60，所述图表阐述按照本发明的用于确定电池单元10的运行温度的方法的实施形式。
在横坐标51和61上分别标绘有时间t(例如以分钟为单位)，在纵坐标52和62上标绘有以摄氏度为单位的温度T。轨迹53和63分别描述温度变化曲线作为时间的函数，这是电池单元10的内部温度、电池单元10的外部温度或由此推导出的电池单元10的运行温度。
在图2中在此以在下阈值55-1(作为下限值)与上阈值55-2(作为上限值)之间的温度间隔的形式示出预定给定的第一安全范围55。此外，标出第二临界范围57，该第二临界范围完全包括第一安全范围55并且该第二临界范围根据间隔的方式由下阈值57-1(作为下限值)和上阈值57-2(作为上限值)限界。如果温度变化曲线53处于第一安全范围55之内，则按照本发明较不频繁地(更确切地说相比于温度变化曲线53处于第一安全范围55的限值55-1和55-2之外的时刻而言)通过阻抗测量进行与较高能量消耗相关的电池单元10内部温度的确定。在所述情况下，基于阻抗测量相对较频繁地确定内部温度。在温度的变化曲线53超过或即将超过第二临界范围57的限值57-1或57-2的情况下(例如在用53-1标记的位置处)，电池单元10的运行可以被转换到安全模式。电池单元10例如可被关断。
图3也根据图表60的型式示出与电池单元10相关联的温度的变化曲线63，例如电池单元10的外部温度、内部温度或由此推导出的运行温度。在此，作为阈值或限值示出用于由阻抗确定的温度的降级下阈值71、用于借助外部传感器20、21确定的温度的降级下阈值72、用于由阻抗测量的温度的降级上阈值73、用于外部确定的温度的降级上阈值74、用于借助阻抗测量确定的温度的安全阈值75以及用于外部借助传感器20确定的温度的安全阈值76。在下面详细阐述也在图表60中标绘出的阶段a至k。
借助以下说明进一步阐述本发明的这些以及其它特征和特性：
电池单元10的内部温度通常通过外部传感器20、21以外部温度值的方式确定。
在此，必然出现时间延迟并且必须设置一定的提前量，因为在电极线圈或电极堆叠的决定性温度与外部测量点之间可能出现温差。
在这样的情况下使用如下方法，通过该方法由阻抗确定电池单元10的内部温度。
可通过阻抗测量进行温度确定，但这导致增大的能量损失。
如果激励能量直接从电池单元10获取(例如利用通过平衡电阻的激励)，则使所述电池单元持续放电。在通过逆变器主动激励时，至少出现关于电池内阻的耗散损失。
根据激励方法，由于所述损失可能出现在一位数的百分比范围内损失范围。
按照本发明，在运行电池单元10时并且在进行温度确定时设置不同的运行范围：
如果所确定的外部温度处于内部的和/或较窄的带或数值范围内，则可不考虑通过阻抗测量内部单元温度或者能以低的测量率(例如0.02Hz)确定所述内部单元温度。
由阻抗确定的温度则被用于支持温度模型。
如果所确定的外部温度离开内部带55或内部的和/或较窄的数值范围55，则利用由安全概念预先给定的频率或频次由阻抗确定该单元温度。
由此，可在所述温度范围内确保功率输出。
在静态的运行中(例如在充电柱上)总是能够通过阻抗持久地确定温度。
优点是较小的能量消耗以及由此较大的作用范围，同时保持了通过电池单元阻抗进行温度测量的优点。
本发明的其它附加的或替代的方面也将结合以下的阐述得出：
通过阻抗测量或改变的方法可确定电池单元10的温度或平均内部单元温度。
-这样获得的温度值比通过外部传感器20、21检测的温度值更准确和更快地反映实际的内部温度。
-由通过外部传感器检测的温度必须通过模型才能预测单元的内部温度。
-由此用于外部传感装置中温度值的关断限值或降级阈值必须设计得比用于由阻抗确定的温度(内部温度值)要窄。
-通过阻抗测量消耗能量。
-根据所确定的温度考虑通过外部传感器20、21的测量，或者替代地或附加地实施阻抗测量。
在图3中示出的阶段a至k具有以下含义，其中，TEIS是由阻抗确定的温度确定，并且Text表示利用外部传感器确定的温度。
(a)TEIS是激活的，电流必须降级。
(b)TEIS是激活的，电流不再降级，在使用Text的情况下必须使电流降级。
(c)仅进行Text测量，因为在曲线63中的温度处于所有的降级阈值与安全限值之间，这与正常运行和用于任务轮廓的最频繁的运行点是等价的。
(d)超过对于Text而言的降级阈值，转换成TEIS，因此不需要降级。
(e)存在超过TEIS的降级阈值，因此需要电流降级。
(f)存在超过对于Text的安全限值，因为使用TEIS运行仍然是可行的。
(g)又满足Text的安全限值，使用TEIS，因此继续实施电流降级。
(h)又满足TEIS的降级限值，不需要电流降级；在使用Text的情况下功率受到限制。
(i)满足所有的降级限值，又通过Text进行测量。
(j)又达到对于Text的降级限值，转换到TEIS，由此不需要降级。
在之前的示例中，结合图3从相应传感器20、21和/或确定方法的连续测量(例如以1Hz的测量频率)出发。
在仅需要通过Text测量的阶段中，例如在阶段(c)、(i)、(k)中也可在短的时间间隔内通过TEIS支持温度测量。
这例如可能看起来是这样的：
-在每5分钟通过TEIS支持的情况下在阶段(c)、(i)和(k)中进行Text的连续测量。
-通过由TEIS得出的值对温度模型进行校正，也可设想卡尔曼滤波器的变型方案。
附图标记列表：
1 设备、测量设备、测量组件
10 电池单元
20 传感器
21 温度传感器
30 温度测量装置
31 检测和控制线路
40 阻抗测量装置
41 (第一)检测和控制线路
42 (第二)检测和控制线路
50 图表
51 横坐标
52 纵坐标
53 轨迹、温度
53-1 轨迹53的超过的值/最大的值
55 (第一)安全范围
55-1 下限值
55-2 上限值
57 (第二)临界范围
57-1 下限值
57-2 上限值
60 图表
61 横坐标
62 纵坐标
63 轨迹、温度
71 用于由阻抗确定温度的降级下阈值
72 用于由外部传感器20确定温度的降级下阈值
73 用于由阻抗确定温度的降级上阈值
74 用于由外部传感器20确定温度的降级上阈值
75 用于由阻抗确定温度的安全阈值
76 用于由外部传感器20确定温度的安全阈值
100 控制单元

Claims (21)

1.用于确定电池单元(10)的运行温度的方法，在该方法中
-相对于电池单元(10)在电池单元外部检测用于确定电池单元(10)的外部温度的测量参数的值，其中，通过至少一个关于电池单元(10)在电池单元外部的传感器(20)实施相对于电池单元(10)在电池单元外部检测所述测量参数的值，
-通过检测电池单元(10)的电阻抗确定电池单元(10)的内部温度，并且
-由外部温度和内部温度确定电池单元(10)的运行温度的值，
-其中，至少在电池单元(10)的第一运行状态中，
-当所确定的电池单元(10)的外部温度、内部温度和/或运行温度的值处于预先给定的第一安全范围(55)之内时，以第一频率确定电池单元(10)的内部温度，或者不确定电池单元(10)的内部温度，并且
-当所确定的电池单元(10)的外部温度、内部温度和/或运行温度的值处于预先给定的第一安全范围(55)之外时，以第二频率确定电池单元的内部温度，其中，第一频率小于第二频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当所确定的电池单元(10)的外部温度、内部温度和/或运行温度的值处于预先给定的第一安全范围(55)之内时，相对于电池单元(10)的外部温度而言较不频繁地确定电池单元(10)的内部温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述传感器(20)是温度传感器(21)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了确定电池单元(10)的外部温度在用于电池单元(10)的温度模型中使用所检测到的所述测量参数的值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，为了匹配和/或支持温度模型使用一个或多个通过电池单元(10)的电阻抗检测到的电池单元(10)的内部温度的值。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
-电池单元(10)的第一运行状态是电池单元(10)的空闲状态或电池单元(10)的放电状态，在该第一运行状态中从电池单元(10)中提取能量，和/或
-由温度值的下限值(55-1)和/或由温度值的上限值(55-2)限定预先给定的第一安全范围(55)。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在电池单元(10)的第二运行状态中，该第二运行状态不同于电池单元(10)的第一运行状态，其中，确定电池单元(10)的内部温度的频率与参照预先给定的第一安全范围(55)所确定的电池单元(10)的内部温度、外部温度和/或运行温度的位置无关。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法在能电动运行的工作设备中用于确定电池单元(10)的运行温度。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，连续地检测用于确定电池单元(10)的外部温度的测量参数的值。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，
-由分别在-10℃和+50℃的范围内的温度值的下限值(55-1)和/或温度值的上限值(55-2)限定预先给定的第一安全范围(55)。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，第二运行状态对应于电池单元(10)的充电状态，在所述第二运行状态中为电池单元(10)供应能量。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，在电池单元(10)的第二运行状态中，确定电池单元(10)的内部温度的频率对应于确定电池单元(10)的外部温度的频率。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述工作设备构造为交通工具。
14.用于电池单元(10)的运行方法，在该运行方法中，电池单元(10)的运行温度通过根据权利要求1至13之一所述的方法来确定并且被用于控制电池单元(10)的运行。
15.根据权利要求14所述的用于电池单元(10)的运行方法，其中，所述运行方法在能电动运行的工作设备中用于电池单元(10)。
16.根据权利要求14或15所述的用于电池单元(10)的运行方法，在该运行方法中，
-检查电池单元(10)的外部温度的值、电池单元(10)的内部温度的值和/或电池单元(10)的推导出的运行温度的值是否处于预先给定的第二临界范围(57)之外，该第二临界范围包围作为第一临界范围的预先给定的临界范围(50)，并且
-根据所述检查的结果来选择和/或影响电池单元(10)的运行状态。
17.控制单元(100)，其用于电池单元(10)和/或用于具有电池单元(10)的工作设备，该控制单元设计用于实施根据权利要求1至13之一所述的方法和/或根据权利要求14至16之一所述的运行方法。
18.用于确定电池单元(10)的运行温度的设备(1)，所述设备具有：
-阻抗测量装置(40)，该阻抗测量装置设计用于测量电池单元(10)的电阻抗，
-温度测量装置(30)，该温度测量装置设计用于测量电池单元(10)的外部温度并且为此具有关于电池单元(10)在电池单元外部的传感器(20)或具有与关于电池单元(10)在电池单元外部的传感器(20)的作用连接，以及
-根据权利要求17所述的控制单元，该控制单元设计用于检测阻抗测量装置(40)的和温度测量装置(30)的测量值。
19.工作设备，所述工作设备具有：
-能电动运行的机组，
-用于能受控地为所述机组提供电能的电池单元(10)，以及
-用于控制所述机组的运行和/或所述电池单元(10)的运行的控制装置，该控制装置构造成具有根据权利要求17所述的控制单元(100)和/或具有根据权利要求18所述的设备(1)和/或为此实施根据权利要求1至13之一所述的方法和/或根据权利要求14至16之一所述的运行方法。
20.根据权利要求19所述的工作设备，其中，所述工作设备构造为交通工具。
21.根据权利要求19所述的工作设备，其中，所述能电动运行的机组构造为驱动装置。
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