CN110915097A - 用于运行电蓄能系统的方法和设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于运行电蓄能系统的方法，该电蓄能系统包括多个电蓄能单元，该方法具有如下步骤。分别确定所述多个电蓄能单元的至少一个老化状态参量、尤其是电阻。此外，分别确定所述多个电蓄能单元的至少一个充电状态参量、尤其是电压。此外，在与上一步骤不同的时间点，根据所述多个电蓄能单元中的第二电蓄能单元的充电状态参量，确定所述多个电蓄能单元中的第一电蓄能单元的其它充电状态参量，其中第一电蓄能单元的老化状态参量和所述第二电蓄能单元的老化状态参量都满足至少一个预先限定的标准。此外，该电蓄能系统在使用第一电蓄能单元的所述其它充电状态参量的情况下运行。

Description

用于运行电蓄能系统的方法和设备

技术领域

本发明描述了一种用于运行电蓄能系统的方法，该电蓄能系统包括多个电蓄能单元。

背景技术

如今，在汽车领域越来越多地使用电子控制设备。例如，对于电驱动车辆来说，需要研发具有所属的电池组管理系统的电池组。在此，电池组管理系统通常确保所分配的电池组电池和由此组成的电池组系统的安全的和可靠的功能，其方式是该电池组管理系统监视并且控制这些电池组电池或整个电池组系统的电流、电压、温度、绝缘电阻以及必要时其它物理参量。借助于所提到的参量，可以实现如下控制功能，所述控制功能尤其可以提高电池组系统的使用寿命、可靠性和安全性。

电池组系统通常被分成如下模块，这些模块包含电池组电池并且常常也形成一个空间单元。例如，一个电池组系统可以由8个模块组成，其中对于每个模块12来说都建造电池组电池。为了检测各个电池组电池的电压，设置相对应的电压传感器。在此，这些电压传感器例如可以直接与中央控制设备电连接或者也可以与相应的模块控制设备电连接，该模块控制设备将所记录的数据例如以经压缩的形式转交给中央控制设备。因此，建造在电池组系统中的传感器、例如电压传感器的功能能力对于运行电池组系统来说非常重要。电压传感器的例如可借助于自测试来识别出的失灵例如可能导致：出于安全原因，不再能从电池组系统提取电能或者将电能输送给电池组系统。

出版文献US 2016/0082859 A1描述了一种用于具有多个电池组模块的电驱动车辆的电池组管理的方法，其中该车辆具有控制设备并且计算所述多个电池组模块的排序顺序。视在排序顺序中的位置而定，激活或者不激活这些电池组模块。

出版文献DE 10 2013 203 174 A1描述了一种用于提高在具有多个电池组电池的电池组支路中的可用的容量的方法。在此，根据实际存在于这些电池组电池中的电荷量来使这些电池组电池均衡。

发明内容

本发明的优点

公开了一种具有专利独立权利要求的特征的用于运行电蓄能系统的方法，该电蓄能系统包括多个电蓄能单元。

在此，在该方法之内，分别确定所述多个电蓄能单元的至少一个老化状态参量。在此，老化状态参量例如可以是电蓄能单元的电阻。

还分别确定所述多个电蓄能单元的至少一个充电状态参量。在此，充电状态参量尤其可以是电蓄能单元的电压。这两个所提到的方法步骤也可以以被改变的顺序来执行。

紧接着，在接下来的步骤中，根据所述多个电蓄能单元中的第二电蓄能单元的充电状态参量来确定所述多个电蓄能单元中的第一电蓄能单元的其它充电状态参量，其中在与之前提到的确定步骤不同的时间点进行该确定。附加地，第一电蓄能单元的老化状态参量和第二电蓄能单元的老化状态参量满足至少一个预先限定的标准。这例如可以包括：这些电蓄能单元的内阻的值只相差预先限定的数值；或者这些老化状态参量具有在所述多个电蓄能单元之内最小的差。这可以推断出类似的老化特性或在针对相对应的电蓄能单元的电负荷的情况下类似的特性。因此，例如在第一电蓄能单元的电压传感器失灵时，仍然可以有利地针对该第一蓄能单元确定其它充电状态参量，其中因而引起进一步的优点：该确定基于该预先限定的标准，由此这些电蓄能单元例如在它们的电特性方面只是稍微有区别。

紧接着，在接下来的步骤中，该电蓄能系统在使用第一电蓄能单元的其它充电状态参量的情况下运行。因此，即使在各个电压传感器失灵或一般来说缺少相对应的测量值时，整个电蓄能系统也仍然可以安全地继续运行，例如以便在相对应地事先通知用户的情况下将该整个电蓄能系统转变为安全状态。因此，可以省去对于用户或各个系统组件来说有相对应的不利后果的立即的快速切断。

本发明的其它有利的实施方式是从属权利要求的主题。

适宜地，所述多个电蓄能单元的老化状态参量被排序，例如以数字升序来排序，其中该预先限定的标准包括排序顺序。例如，第二电蓄能单元的老化状态参量可以在该排序中与第一电蓄能单元的老化状态参量紧邻，而第二电蓄能单元或第二电蓄能单元的充电状态参量因此可以被用于确定第一电蓄能单元的其它充电状态参量。

适宜地，根据第一电蓄能单元的之前确定的充电状态参量来确定第一电蓄能单元的其它充电状态参量。因此，有利地，使用第一电蓄能单元的已知的充电状态参量，以便辅助对该其它充电状态参量的在时间上之后进行的确定。因此，一方面可以使用充电状态参量的已知的值，例如以便用于对数学模型进行初始化，而另一方面通过使用这些已知的值有利地提高了对该其它充电状态参量的确定的精度。该数学模型例如可以是微分方程或代数方程。此外，基于数据的综合特性曲线也可以是该数学模型的组成部分。

适宜地，检查用于确定第一电蓄能单元的充电状态参量的设备、尤其是包括电压检测装置的设备的功能能力，其中在用于确定第一电蓄能单元的充电状态参量的设备的功能能力受限制或者缺乏时，如上文所描述的那样来确定其它充电状态参量。因此，可以有利地防止：用于确定充电状态参量的设备的失真的或错误的值影响对充电状态参量的确定或影响对其它充电状态参量的确定。由此，有利地提高了蓄能系统的可靠性和可用性。

适宜地，电蓄能系统运行为使得不超过该其它充电状态参量的第一极限值和/或不低于电蓄能单元的该充电状态参量的第二极限值。因此，可以有利地预先给定距可能危害电蓄能系统的安全性的电压范围的足够的距离。例如，对于第一极限值来说可以使用为4.2V的电压值，而对于第二极限值来说可以使用为3.0V的电压值。由此，电蓄能系统例如尽管缺乏关于第一电蓄能单元方面的测量数据而仍可以安全地运行。例如，也可以预先给定：该其它充电状态参量只允许在从30%至70%的充电状态的范围内变动。在此，充电状态通常在0%与100%之间的范围内变动并且可以被视为当前可用的电荷量。

适宜地，该至少一个预先限定的标准包括老化状态参量的最大的差。因此，有利地保证了：为了确定该其它充电状态参量而使用如下电蓄能单元，所述电蓄能单元具有与第一电蓄能单元类似的特性。这提高了对该其它充电状态参量的确定的精度和质量。

适宜地，电蓄能系统包括多个电蓄能单元，而且基于其它多个电蓄能单元的充电状态参量来确定第一电蓄能单元的其它充电状态参量。在此，第一电蓄能单元的老化状态参量和所述其它多个电蓄能单元的老化状态参量都满足该至少一个预先限定的标准。此外，第二电蓄能单元是所述其它多个电蓄能单元的一部分。因此，有利地实现了：在这些电蓄能单元之间的偏差比在单独观察的情况下对第一电蓄能单元的其它充电状态参量的确定具有更小的影响。因此，提高了该方法的鲁棒性。

适宜地，根据充电状态参量的随时间的变化来确定第一电蓄能单元的其它充电状态参量。这例如可以是第二电蓄能单元的充电状态参量的随时间的变化或者也可以是如下随时间的变化，该随时间的变化根据在第一电蓄能单元的充电状态参量的值与第二电蓄能单元的充电状态参量的值之差而得到。因此，例如在该随时间的变化中也可以考虑第一电蓄能单元的最后一个被视为有效的测量值。有利地，通过考虑该随时间的变化，提高了该方法的精度。因此，不仅仅考虑静态信息，而且附加地考虑该随时间的变化的动态信息。即使在基于所述其它多个电蓄能单元来进行确定的情况下，该设计方案也是可能的，其方式是例如确定所述其它多个电蓄能单元的平均的随时间的变化。

适宜地，在确定第一电蓄能单元的其它充电状态参量的情况下，该预先限定的标准包括这些电蓄能单元在该电蓄能系统中的相应的空间位置。因此，有利地确保了：例如在第二电蓄能单元的空间位置存在着相同或非常类似的热条件，这因此造成了第二电蓄能单元的类似的老化特性。这尤其是当电蓄能单元合并成子组、尤其是合并成模块并且因此为了确定该其它充电状态参量而使用其它子组的相对应的电蓄能单元时是有利的。

电蓄能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组模块的电池组包。例如，电蓄能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者基于锂的电池组包。尤其是，电蓄能单元可以是锂离子电池组电池或者锂离子电池组模块或者锂离子电池组包。此外，电池组电池的类型可以是锂-聚合物蓄电池、镍-金属氧化物蓄电池、铅-酸蓄电池、锂-空气蓄电池或者锂-硫蓄电池或十分普遍地可以是任意电化学成分的蓄电池。电容器也可能作为电蓄能单元。

本公开的主题还是一种用于运行电蓄能系统的设备，该设备包括至少一个装置、尤其是电子电池组管理设备，该至少一个装置被设立为执行根据所公开的设计方案之一的方法的步骤。之前提到的优点相对应地适用。该至少一个装置例如可以包括电池组管理控制设备和相对应的功率电子装置、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、尤其是以作为电子电池组管理设备的实现形式的电子控制单元可以是这种装置。电子控制单元尤其可以被理解为电子控制设备，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，但是个人计算机或者存储可编程控制器同样可属于此。

本公开的主题还是一种电蓄能系统，该电蓄能系统包括多个电蓄能单元以及上文所描述的用于运行电蓄能系统的设备。所提到的优点相对应地适用。

本公开的主题还是该电蓄能系统在包括混合动力车辆在内的电驱动车辆中、在静态的电蓄能设施中、在电运行的手持工具中、在用于电信或者数据处理的便携式装置中以及在家用电器中的应用。所提到的优点相对应地适用。

附图说明

本发明的有利的实施方式在附图中示出并且在随后的描述中进一步解释。

其中：

图1示出了按照现有技术的电蓄能系统的示意图；

图2示出了按照本发明的按照第一实施方式的方法的流程图；

图3示出了按照本发明的按照第二实施方式的方法的流程图；

图4示出了按照本发明的按照第三实施方式的方法的流程图；

图5示出了按照本发明的按照第四实施方式的方法的流程图；

图6示出了根据本发明的方法来计算的充电状态参量的随时间的变化过程的图示；而

图7示出了用于运行电蓄能系统的设备的示意图。

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或相同的方法步骤。

图1示出了电蓄能系统1、更准确地说电池组系统1的示意图，如从现有技术中公知的那样。在此，电池组系统1具有电池组管理控制设备2，该电池组管理控制设备通过数据线6与三个电压检测装置4连接。在此，这些电压检测装置4分别在空间上被分配给所谓的模块3，该模块使多个电池组电池7在空间上合并。相对应的测量线5从每个属于相应的模块3的电池组电池7引导到相应的电压检测装置4。因此，通过这些测量线5将相应的电池组电池电压输送给相应的电压检测装置4。在此，相应的模块借助于相对应的模块连接器8来彼此导电连接。

图2示出了按照本发明的按照第一实施方式的方法的流程图。在第一步骤S11中，针对电蓄能系统所包括的多个电蓄能单元，分别确定所谓的健康状态、也称作“State ofHealth”（SOH），该健康状态可以被视为老化状态。该健康状态例如可基于当前的、最大可存储的电荷量、即电蓄能单元的所谓的容量，该容量是相对于额定值而言。为此，例如还可以使用电蓄能单元的数学模型和就像观测器那样的相对应的控制技术结构。这样，例如得到在80%与100%之间的范围内的健康状态。

紧接着，在第二步骤S12中，分别确定所述多个电蓄能单元的电压，其中电蓄能单元的电压可以被视为该电蓄能单元的充电状态的指标。此外，尤其是对于电蓄能系统的安全性来说重要的是：组成该电蓄能系统的电蓄能单元不超过或不低于一定的电压极限。紧接着，在第三步骤S13中，确定所述多个电蓄能单元中的第一电蓄能单元的其它电压，其中这在与第二步骤S12不同的时间点并且根据所述多个电蓄能单元中的第二电蓄能单元的电压来实现。此外，第一电蓄能单元的健康状态和第二电蓄能单元的健康状态在第三步骤S13中都满足预先限定的标准。在此，该预先限定的标准是：这些健康状态彼此间只相差预先限定的百分比。紧接着，在第四步骤S14中，该电蓄能系统在使用第一电蓄能单元的所确定的其它电压的情况下运行。替选地，第一步骤S11可以在第二步骤S12之后进行。

图3示出了按照本发明的按照第二实施方式的方法的流程图。在第一步骤S21中，针对电蓄能系统所包括的多个电蓄能单元，分别确定如下电压，该电压存在于电蓄能单元的典型的两个极连接端之间。

紧接着，在第二步骤S22中，针对所述多个电蓄能单元，分别基于相应的内阻值来确定健康状态。通过使相应的内阻值与额定的内阻值相关联，例如得到在100%与120%之间的范围内的健康状态，因为内阻通常随着电蓄能单元的年龄增加而增加。因此，可以将健康状态视为老化状态。

紧接着，在第三步骤S23中，将所述多个电蓄能单元的所确定的健康状态值按升序排序，其中也可能的是降序排序。

在这种情况下，排序顺序用作预先限定的标准，该预先限定的标准应在第四步骤S24中在基于所述多个电蓄能单元中的第二电蓄能单元的电压来确定所述多个电蓄能单元中的第一电蓄能单元的其它电压时予以考虑。按所得到的排序顺序，第一电蓄能单元和第二电蓄能单元直接一个接一个，这表明老化特性类似。此外，在第一步骤S21中的确定和在第四步骤S24中的确定在不同的时间点进行。

紧接着，在第五步骤S25中，该电蓄能系统在使用第一电蓄能单元的所确定的其它电压的情况下运行。

图4示出了按照本发明的按照第三实施方式的方法的流程图。在此，第一步骤S31的工作原理对应于上文所描述的第一步骤S11而第二步骤S32的工作原理对应于上文所描述的第二步骤S12。

在第三步骤S33中，检查用于确定电压的设备的功能能力，该设备包括上文所描述的电压检测装置。在确定该设备的功能能力受限制或者完全缺乏（这例如可能由于测量线的断裂而造成）时，实施第四步骤S34。

在第四步骤S34中，确定电压的随时间的变化。这通过如下方式来实现：根据第一电蓄能单元的电压的最后一个被视为有效的所确定的值和第二电蓄能单元的电压的最新的所确定的值来求差值，该差值被设置得与所述确定的两个时间点的相对应的时间上的差值相关。

紧接着，在第五步骤S35中，确定所述多个电蓄能单元中的第一电蓄能单元的其它电压，其方式是将第一电蓄能单元的电压的最后一个被视为有效的所确定的值用作初始值，并且通过该电压的所确定的随时间的变化来描绘该电压由于能量存储或提取而引起的相对应的随时间的变化。

接着，在第六步骤S36中，该电蓄能系统在使用第一电蓄能单元的其它电压的情况下运行，使得不超过第一电蓄能单元的其它电压的第一极限值并且不低于第一电蓄能单元的电压的第二极限值。例如，可以使用电压的为4.2V的值作为第一极限值，而使用为2.8V的值作为第二极限值。

图5示出了按照本发明的按照第四实施方式的方法的流程图。在此，该电蓄能系统具有多个电蓄能单元I至IX，所述多个电蓄能单元如在图1中示出的那样布置在空间上属于同一整体的模块3中。在第一步骤S41中，如上文在第一步骤S11中所描述的那样，针对这些电蓄能单元I至IX，分别基于相应的电蓄能单元的容量来确定老化状态。

紧接着，在第二步骤S42中，分别确定电蓄能单元I至IX的充电状态。在此，充电状态通常在0%与100%之间的范围内变动并且可以被视为当前可用的电荷量。

紧接着，在第三步骤S43中，在比上文的两个步骤稍晚的时间点，重新确定所述多个电蓄能单元I至IX中的第一电蓄能单元I的充电状态，其中这根据如下多个电蓄能单元VI、VIII的充电状态来进行，所述多个电蓄能单元VI、VIII处在与第一电蓄能单元I不同的模块中。此外，在第一步骤S41中确定的所述多个电蓄能单元I至IX的老化状态是按模块来排序的。在第三步骤S43中的确定之内，所述多个电蓄能单元VI、VIII在按模块的排序顺序之内具有与第一电蓄能单元I相同的等级，作为预先限定的标准。因此实现了：被用于稍后的确定的电蓄能单元VI、VIII具有与第一电蓄能单元I类似的电特性。这在下文的两个表格中再次示例性地加以说明。

在按模块的排序之后得到如下表格：

如所能看到的那样，在第三步骤S43中的计算中，使用电蓄能单元VI、VIII的充电状态，因为这些电蓄能单元VI、VIII在按模块的排序之内具有与电蓄能单元I相同的等级。紧接着，在第四步骤S44中，该电蓄能系统在使用重新确定的充电状态的情况下运行。

图6示出了根据本发明的方法来计算的充电状态参量的随时间的变化过程64的图示。在此，该充电状态参量是如下电压，该电压存在于电蓄能单元的典型的两个极之间。在纵坐标轴上绘制电压而在横坐标轴上绘制随时间的变化过程。在时间点1确定了：用于在电蓄能单元上的电压检测的装置不再有功能能力，该电压检测的根据本发明的方法来计算的变化过程64虚线地示出。该电蓄能单元的最后一个已知为有效的电压值为3.85伏特。此外，该电蓄能单元是由四个电蓄能单元组成的电蓄能系统的组成部分。同样示出了其余三个电蓄能单元的电压的随时间的变化过程61、62、63。还确定了：基于电蓄能单元的容量的具有随时间的变化过程62的老化状态与电蓄能单元的在用于电压检测的装置不再有功能能力的情况下的老化状态相同。因此，对于在时间点1之后的时间点来说，为了利用不再有功能能力的用于电压检测的装置来确定电蓄能单元的电压，使用该电蓄能单元的最后一个已知为有效的测量值、即3.85V以及具有相同的老化状态的电蓄能单元的相对应的稍后确定的电压值。因此，即使由于用于电压检测的装置失灵，当前所检测到的电压值不再存在，也得到电压的随时间的变化过程64。

图7示出了用于运行电蓄能系统的设备72的示意图。在此，通过相对应的传感器71来读取在要在该设备上实施的按照本发明的方法之内使用的相对应的测量值。根据按照本发明的方法得到的相对应的控制指令由设备72输出给相对应的电或电子构件73。

Claims (12)

1.用于运行电蓄能系统（1）的方法，所述电蓄能系统包括多个电蓄能单元（7），所述方法具有如下步骤：

a) 分别确定所述多个电蓄能单元（7）的至少一个老化状态参量、尤其是电阻；

b) 分别确定所述多个电蓄能单元（7）的至少一个充电状态参量、尤其是电压；

c) 在与步骤b)不同的时间点，根据所述多个电蓄能单元（7）中的第二电蓄能单元（7）的充电状态参量，确定所述多个电蓄能单元（7）中的第一电蓄能单元（7）的其它充电状态参量，其中所述第一电蓄能单元（7）的老化状态参量和所述第二电蓄能单元（7）的老化状态参量都满足至少一个预先限定的标准；

d) 在使用所述第一电蓄能单元（7）的其它充电状态参量的情况下来运行所述电蓄能系统（1）。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

e) 对所述多个电蓄能单元（7）的老化状态参量进行排序，其中所述至少一个预先限定的标准包括排序顺序。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在步骤c)中，还根据所述第一电蓄能单元（7）的在步骤b)中确定的充电状态参量来确定所述第一电蓄能单元（7)的其它充电状态参量。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，所述方法还包括：

f) 检查用于确定所述第一电蓄能单元（7）的充电状态参量的设备的功能能力，所述设备尤其包括电压检测装置（4），其中在功能能力受限制或者缺乏功能能力时实施步骤c)。

5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在步骤d)中，所述电蓄能系统（1）运行为使得不超过所述第一电蓄能单元（7）的所述其它充电状态参量的第一极限值和/或不低于所述第一电蓄能单元（7）的所述充电状态参量的第二极限值。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在步骤c)中，所述至少一个预先限定的标准包括老化状态参量的最大的差。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述电蓄能系统（1）包括多个电蓄能单元（7），而且在步骤c)中，基于其它多个电蓄能单元（7）的充电状态参量来确定所述第一电蓄能单元（7）的所述其它充电状态参量，其中所述第一电蓄能单元（7）的老化状态参量和所述其它多个电蓄能单元（7）的老化状态参量都满足所述至少一个预先限定的标准，而且所述第二电蓄能单元（7）是所述其它多个电蓄能单元（7）的一部分。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在步骤c)中，根据充电状态参量的随时间的变化来进行所述确定。

9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中在步骤c)中，所述至少一个预先限定的标准包括所述电蓄能单元（7）在所述电蓄能系统（1）中的相应的空间位置。

10.用于运行电蓄能系统（1）的设备（2、72），所述设备包括至少一个装置（2、72）、尤其是电子电池组管理设备（72），所述至少一个装置被设立为执行根据权利要求1至9之一所述的方法的步骤。

11.电蓄能系统（1），所述电蓄能系统包括多个电蓄能单元（7）和根据权利要求10所述的设备（2、72）。

12.根据权利要求11所述的电蓄能系统（1）在包括混合动力车辆在内的电驱动车辆中、在静态的电蓄能设施中、在电运行的手持工具中、在用于电信或者数据处理的便携式装置中以及在家用电器中的应用。

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