CN111834678A - 用于运行电池组系统的方法、电动车辆及其电池组系统 - Google Patents

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Abstract

用于运行电池组系统、尤其是电动车辆的电池组系统的方法，电池组系统包括至少一个具有总数个能串联接线的电池组电池的电池组支路，电池组电池中的每个都分配有开关单元，借助于其能接通及关断电池组电池。在电池组支路放电时，将第一数目个电池组电池接通；而在电池组支路充电时，将小于该第一数目的第二数目个电池组电池接通，其中电池组电池中至少一个被关断。本发明也涉及电动车辆的设立用于实施本发明的方法的电池组系统，其包括至少一个具有总数个能串联接线的电池组电池的电池组支路，电池组电池中的每个都分配有开关单元，借助其能接通及关断电池组电池。本发明还涉及电动车辆，其包括至少一个以本发明的方法来运行的本发明的电池组系统。

Description

用于运行电池组系统的方法、电动车辆及其电池组系统
技术领域
本发明涉及一种用于运行电池组系统、尤其是电动车辆的电池组系统的方法，该电池组系统包括至少一个电池组支路（Batteriestrang），所述电池组支路具有总数个能串联接线的电池组电池，其中这些电池组电池中的每个电池组电池都分配有开关单元，借助于该开关单元能接通以及能关断该电池组电池。本发明还涉及：一种电动车辆的电池组系统，该电池组系统被设立用于实施按照本发明的方法；和一种电动车辆，该电动车辆具有相对应的电池组系统。
背景技术
呈现出的是：在将来，尤其是在电动车辆中越来越多地使用电池组系统，关于可靠性、效率、安全性和使用寿命方面对这些电池组系统提出高要求。尤其是具有锂离子电池组电池的电池组系统适合于这种应用。这些锂离子电池组电池尤其是以高能量密度、热稳定性和极其微小的自放电而出众。
电池组电池具有与负端子连接的阳极和与正端子连接的阴极。多个这种电池组电池可以电串联接线并且被连接成电池组支路。多个这种电池组支路可以彼此并联接线成电池组系统。这种电池组系统尤其是用于驱动电动车辆。
在此，由电池组支路提供的支路电压对应于串联接线的电池组电池的电池电压之和。电池组电池的电池电压不是恒定的，而是取决于多个影响因素。例如，在阴极中具有NCM合金、即由镍、钴和锰构成的合金而在阳极中具有石墨的锂离子电池组电池的电池电压视充电状态以及健康状态而定地处在2.8V与4.25V之间的范围内。因此，在由恒定总数个电池组电池构成串联电路的情况下，视电池组电池的状态而定地可能出现电池组支路的不同的支路电压。
从文献JP 2013-090525公知一种用于电动车辆的电池组。该电池组包括多个并联接线的电池组支路。这些电池组支路中的每个电池组支路都包括多个能串联接线的电池组电池。这些电池组电池中的每个电池组电池都分配有开关单元，借助于该开关单元能接通以及能关断该电池组电池。通过将这些电池组电池中的一个电池组电池关断或跨接，可以降低支路电压。
文献WO 2012/172035 A1公开了一种用于运行电池组的方法，该电池组具有多个能串联接线的电池组电池。这些电池组电池中的每个电池组电池都分配有开关单元，借助于该开关单元能接通以及能关断该电池组电池。在电池组的充电期间以及在电池组的放电期间，分别关断自身电压达到所限定的阈值的那些电池组电池。
发明内容
提出了一种用于运行电池组系统、尤其是电动车辆的电池组系统的方法。该电池组系统包括至少一个电池组支路，该电池组支路具有总数个（eine Gesamtzahl von）能电串联接线的电池组电池。该电池组系统也可包括多个电池组支路，这些电池组支路尤其是电并联接线（verschalten）。
在此，所述至少一个电池组支路的电池组电池中的每个电池组电池都分配有开关单元，借助于该开关单元能接通以及能关断该电池组电池。如果电池组电池与其它电池组电池电串联接线，则该电池组电池被接通。如果电池组电池与其它电池组电池并非电串联接线而是被跨接，则该电池组电池被关断。
由电池组支路提供的支路电压对应于分别串联接线的电池组电池的电池电压之和。因此，在电池组支路的电池组电池的可变的电池电压的情况下，通过接通一个或多个电池组电池以及通过关断一个或多个电池组电池可以在确定的极限内调整出所希望的支路电压。
按照本发明，在电池组支路放电的情况下，将第一数目个电池组电池接通。因此，在电池组支路放电的情况下，将所述第一数目个电池组电池电串联接线。在此，电池组电池的所述第一数目小于或等于该电池组支路所具有的电池组电池的总数。
此外，按照本发明，在电池组支路充电的情况下，将第二数目个电池组电池接通。因此，在电池组支路充电的情况下，将所述第二数目个电池组电池电串联接线。在此，电池组电池的所述第二数目小于所述电池组电池的所述第一数目。因此，在所述电池组支路充电的情况下，将该电池组支路的电池组电池中的至少一个电池组电池关断。
因此，该电池组系统按照本发明来这样运行，使得在所述至少一个电池组支路放电的情况下，总是有比在所述至少一个电池组支路充电的情况下更多的电池组电池电串联接线。因此，在电池组支路充电的情况下，支路电压可能比在放电的情况下更低。
按照本发明的一个优选的设计方案，在电池组支路放电的情况下，接通所述总数个电池组电池。因此，在这种情况下，电池组电池的该第一数目对应于电池组电池的总数。因此，在电池组支路放电的情况下，所有电池组电池都电串联接线。
按照本发明的一个有利的设计方案，在电池组支路充电的情况下，关断恰好一个电池组电池。因此，在这种情况下，电池组电池的该第二数目比电池组电池的总数少恰好一个。因此，在电池组支路充电的情况下，除了一个电池组电池之外，所有电池组电池都电串联接线。
按照本发明的另一有利的设计方案，在电池组支路充电的情况下，关断超过一个电池组电池。因此，在这种情况下，电池组电池的该第二数目比电池组电池的总数少至少两个。因此，在电池组支路充电的情况下，除了两个或者还更少的电池组电池之外，所有电池组电池都电串联接线。
按照本发明的一个有利的实施方式，基于所述总数个电池组电池的充电状态和/或健康状态来确定在电池组支路充电的情况下被关断的至少一个电池组电池。因此，确定电池组支路的所有电池组电池的充电状态以及健康状态。接着，根据这样确定的充电状态和健康状态来确定这些电池组电池中的哪个电池组电池在电池组支路充电的情况下被关断。
按照本发明的另一有利的实施方式，在电池组支路充电的情况下，将如下至少一个电池组电池关断，所述至少一个电池组电池具有所述总数个电池组电池的最高的充电状态。因此，确定电池组支路的所有电池组电池的充电状态。接着，在电池组支路充电的情况下关断充电状态最高的那个电池组电池。由此保证了：在电池组支路的多个充电过程之后，所有电池组电池都几乎均匀地被充电。
按照本发明的另一有利的实施方式，从所述总数个电池组电池中依次轮流地（reihum aus）确定在电池组支路充电的情况下被关断的所述至少一个电池组电池。因此，在每个充电过程中都关断另一电池组电池。在此保证了：在电池组支路的多个充电过程之后，这些电池组电池中的每个电池组电池都几乎一样频繁地（gleich oft）被关断。针对所述关断而言，可以预先给定这些电池组电池的确定的顺序。
优选地，该电池组系统的至少一个电池组支路具有电池组控制设备。在此，由该电池组控制设备来操控该至少一个电池组支路的被分配给这些电池组电池的这些开关单元。
也提出了一种电动车辆的电池组系统。该电池组系统包括至少一个电池组支路，该电池组支路具有总数个能电串联接线的电池组电池。该电池组系统也可包括多个电池组支路，这些电池组支路尤其是电并联接线。
在此，该至少一个电池组支路的电池组电池中的每个电池组电池都分配有开关单元，借助于该开关单元能接通以及能关断该电池组电池。如果电池组电池与其它电池组电池电串联接线，则该电池组电池被接通。如果电池组电池与其它电池组电池并非电串联接线而是被跨接，则该电池组电池被关断。
由电池组支路提供的支路电压对应于分别串联接线的电池组电池的电池电压之和。因此，在电池组支路的电池组电池的可变的电池电压的情况下，通过接通一个或多个电池组电池以及通过关断一个或多个电池组电池可以在确定的极限内调整出所希望的支路电压。
该电池组系统的至少一个电池组支路例如具有电池组控制设备。该电池组控制设备尤其用于监控这些电池组电池并且用于操控该至少一个电池组支路的开关单元。
在此，按照本发明的电池组系统被设立用于实施按照本发明的方法。为此，该至少一个电池组支路的电池组控制设备例如具有以微处理器和存储器为形式的相对应的硬件以及相对应的程序代码。
也提出了一种电动车辆，该电动车辆包括按照本发明的电池组系统，该电池组系统利用按照本发明的方法来运行。
本发明的优点
按照本发明的方法允许：在该电池组系统的不同的运行条件下，分别使在电池组支路之内的适当（angemessen）数目个电池组电池电串联接线。所述适当数目个电池组电池尤其可以依据所需的功率来选择。因而，对所需的功率的不同的要求可以利用具有仅一种电池组电池的电池组系统来满足，其方式是接通或关断电池组电池。在电池组支路充电的情况下将电池组电池关断期间，没有电流流经被关断的电池组电池。因此，在所述时间期间，可以有利地实施特殊功能。例如可能对该电池组电池进行诊断。还可以执行对该电池组电池的健康状态以及充电状态的主动并且精确的测量。
有利地，在电池组支路的电池组电池的可变的电池电压的情况下，通过接通一个或多个电池组电池以及通过关断一个或多个电池组电池可以在确定的极限内调整出所希望的支路电压。这依据如下数例（Zahlenbeispiel）进一步予以阐述。电池组电池的电池电压例如在2.8V与4.25V之间的范围内。该电池组系统的额定电压为48V。由电池组支路提供的支路电压允许在36V与54V之间。插拔连接器和保险装置例如造成为1V的电压降。
在电池组支路放电直至这些电池组电池的电压下限以及直至该电池组支路的电压下限的情况下，因此得到要串联接线的电池组电池的最佳数目为：
(36V + 1V) / 2.8V =13.2~ 13。
在电池组支路充电直至这些电池组电池的电压上限以及直至该电池组支路的电压上限的情况下，因此得到要串联接线的电池组电池的最佳数目为：
(54V - 1V) / 4.25V =12.4 ~12。
在当前示例中，按照本发明的方法尤其是允许：在电池组支路放电的情况下，将13个电池组电池串联接线；而在电池组支路充电的情况下，将仅12个电池组电池串联接线。
附图说明
本发明的实施方式依据附图和随后的描述进一步予以阐述。
其中：
图1示出了具有多个电池组支路的电池组系统的示意图；
图2示出了具有被关断的电池组电池的电池单元的示意图；而
图3示出了具有被接通的电池组电池的电池单元的示意图。
具体实施方式
在随后对本发明的实施方式的描述中，相同或者类似的要素用相同的附图标记来表示，其中在个别情况下省去了对这些要素的重复的描述。这些附图只是示意性地呈现本发明的主题。
图1示出了具有多个、在当前情况下为两个的电池组支路7的电池组系统10的示意图。当然，电池组系统10也可以只包括一个电池组支路7或者包括超过两个电池组支路7。在当前情况下，电池组系统10的电池组支路7电并联接线。
电池组系统10的额定电压例如为48V。电池组系统10具有负极21和正极22。系统电压施加（anliegen）在所述极21、22之间。该系统电压近似对应于该额定电压并且处在36V与54V之间的范围内。
这些电池组支路7中的每个电池组支路都具有总数个能电串联接线的电池组电池2。这些电池组电池2中的每个电池组电池都提供电池电压。由电池组支路7提供的支路电压对应于分别串联接线的电池组电池2的电池电压之和。
如已经提及的那样，电池组系统10的电池组支路7电并联接线并且与负极21以及与正极22电连接。因此，这些电池组支路7的支路电压都相同并且对应于电池组系统10的系统电压。
电池组支路7的电池组电池2中的每个电池组电池都分配有开关单元60。借助于开关单元60能接通以及能关断相关的电池组电池2。如果电池组电池2与电池组支路7的其它电池组电池2电串联接线，则该电池组电池被接通。如果电池组电池2与其它电池组电池2并非电串联接线而是被跨接，则该电池组电池2被关断。电池组电池2和所分配的开关单元60构成电池单元30。
电池组系统10的电池组支路7中的每个电池组支路都具有这里未示出的电池组控制设备。该电池组控制设备尤其用于监控电池组电池2。借助于该电池组控制设备，可以执行对电池组电池2的健康状态以及充电状态的诊断以及测量。该电池组控制设备也用于操控电池组支路7的开关单元60。因此，借助于该电池组控制设备，可以接通以及关断电池组电池2。
图2示出了电池组支路7的具有被关断的电池组电池2的电池单元30的示意图。该电池组电池2具有负端子15和正端子16。该电池组电池2包括电极单元，该电极单元具有阳极和阴极。在此，阳极与负端子15连接，而阴极与正端子16连接。
电池电压施加在该电池组电池2的两个端子15、16之间。该电池组电池2的电池电压例如在2.8V与4.25V之间的范围内。该电池电压取决于该电池组电池2的不同的状态参量，尤其是取决于健康状态和充电状态。
开关单元60具有第一开关61和第二开关62。第一开关61与该电池组电池2电串联。第二开关62与由该电池组电池2和该第一开关61构成的串联电路电并联。这些开关61、62例如是可操控的半导体开关、尤其是MOSFET晶体管。
第一开关61和第二开关62能由这里未示出的电池组控制设备来操控。这两个开关61、62尤其能被这样操控：使得这些开关61、62中的正好一个开关断开，而另一个开关61、62闭合。也即并不规定：使两个开关61、62同时断开或同时闭合。
在这里所示出的示图中，第一开关61断开而第二开关62闭合。因此，该电池组电池2被第二开关62跨接。因此，该电池组电池2被关断。因此，电池单元30没有提供输出电压，而是呈现电短路。
图3示出了电池组支路7的具有被接通的电池组电池2的电池单元30的示意图。在此涉及图2中示出的电池单元30，但是该电池单元这里处在另一开关状态下。
在这里所示出的示图中，第一开关61闭合而第二开关62断开。因此，该电池组电池2没有被第二开关62跨接。因此，该电池组电池2被接通。该电池单元30提供输出电压，该输出电压对应于该电池组电池2的电池电压。
因此，在电池组支路7中的多个电池组电池2串联接线的情况下，电池组电池2的负端子15分别与相邻的电池组电池2的正端子16或者与电池组系统10的负极21电连接。同样，电池组电池2的正端子16与相邻的电池组电池2的负端子15或者与电池组系统10的正极22电连接。
本发明并不限于这里描述的实施例以及其中所强调的方面。相反，在通过权利要求书所说明的保护范围之内，可能有在本领域技术人员的处理范围内的大量变型方案。

Claims (10)

1.一种用于运行电池组系统（10）、尤其是电动车辆的电池组系统（10）的方法，所述电池组系统包括：
至少一个电池组支路（7），所述电池组支路具有总数个能串联接线的电池组电池（2），其中
所述电池组电池（2）中的每个电池组电池都分配有开关单元（60），借助于所述开关单元能接通以及能关断所述电池组电池（2），
其特征在于，
在所述电池组支路（7）放电的情况下，将第一数目个电池组电池（2）接通；和
在所述电池组支路（7）充电的情况下，将第二数目个电池组电池（2）接通，所述第二数目小于电池组电池（2）的所述第一数目，其中所述电池组电池（2）中的至少一个电池组电池被关断。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电池组支路（7）放电的情况下，接通所述总数个电池组电池（2）。
3.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，在所述电池组支路（7）充电的情况下，关断恰好一个电池组电池（2）。
4.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，在所述电池组支路（7）充电的情况下，关断超过一个电池组电池（2）。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，基于所述总数个电池组电池（2）的充电状态以及健康状态来确定在所述电池组支路（7）充电的情况下被关断的至少一个电池组电池（2）。
6.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在所述电池组支路（7）充电的情况下，将具有所述总数个电池组电池（2）的最高的充电状态的至少一个电池组电池（2）关断。
7.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，从所述总数个电池组电池（2）中依次轮流地确定在所述电池组支路（7）充电的情况下被关断的至少一个电池组电池（2）。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，由电池组控制设备来操控所述至少一个电池组支路（7）的被分配给所述电池组电池（2）的所述开关单元（60）。
9.一种电动车辆的电池组系统（10），所述电池组系统包括：
至少一个电池组支路（7），所述电池组支路具有总数个能串联接线的电池组电池（2），其中
所述电池组电池（2）中的每个电池组电池都分配有开关单元（60），借助于所述开关单元能接通以及能关断所述电池组电池（2），其中
所述电池组系统（10）被设立用于实施根据上述权利要求之一所述的方法。
10.一种电动车辆，所述电动车辆包括至少一个根据权利要求9所述的电池组系统（10），所述电池组系统利用根据权利要求1至8之一所述的方法来运行。
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