CN111989816A - 用于确定电能量存储系统之内的至少一个部件到热源或散热器的热连接的状态的方法 - Google Patents

Abstract

描述一种用于确定电能量存储系统之内的至少一个部件到热源或散热器的热连接的状态的方法，其中电能量存储系统包括至少一个电能量存储单元，所述方法具有步骤：a）确定（S11）至少一个部件的温度；b）确定（S12）热源或散热器、尤其是冷却板的温度；c）基于至少一个部件的温度和热源或散热器的温度，确定（S13）至少一个部件与热源或散热器的热连接的状态。此外描述相应的设备和相应的电能量存储系统。

Description

用于确定电能量存储系统之内的至少一个部件到热源或散热 器的热连接的状态的方法

技术领域

本发明基于一种用于确定电能量存储系统之内的至少一个部件到热源或散热器的热连接的状态的方法。

背景技术

在尤其是机动车的日益电气化过程中，电能量存储器和对于其运行所需要的其他部件、例如冷却循环线路得到（zukommen）变得越来越大的重要性。在运行这些电能量存储器时，特别的注意力放在尽可能低的老化，也就是说例如尽可能小的容量减少或尽可能小的内阻增加。此外，电能量存储器的安全性很重要。在此例如需要保护电能量存储器免受太剧烈的加热或甚至过热，或者通过适当的冷却措施来防止所述太剧烈的加热或甚至过热。

如果例如因为冷却剂和电能量存储器之间的热连接（thermische Anbindung）已经变坏，所以对电能量存储器的充分冷却不再是可能的，则可能发生更剧烈的老化或甚至发生所谓的热失控（Thermal Runaway）、具有气体形成的电能量存储器过热。热连接的变坏例如可能由所谓的热界面材料的老化引起，所述热界面材料例如被引入在电能量存储器和散热器之间，用以在那里改善热接触并且此外负责电绝缘。

从现有技术中未知允许相应地探测热连接变坏并且必要时精确地定位损伤部位（Schadstelle）的方法。

发明内容

发明优点

公开一种具有独立专利权利要求的特征的用于确定在电能量存储系统之内至少一个部件到热源或散热器的热连接的状态的方法。

在此，电能量存储系统包括至少一个电能量存储单元。确定至少一个部件的温度。这例如可以借助于安置在部件上的温度传感器进行。

此外，确定热源或散热器的温度。这例如可以借助于安置在散热器或热源中和/或安置在散热器或热源处的温度传感器进行。此外，也可以执行热力学热平衡，用以确定散热器或热源的温度。热源或散热器例如可以是冷却板，其中由冷却剂、例如冷却液、尤其是水-乙二醇混合物流经该冷却板。

随后基于至少一个部件的温度和热源或散热器的温度来确定至少一个部件的热连接的状态。由于从而确定热连接对于电能量存储系统的安全运行是否是足够的，所以这是有利的。由此得出优点：必要时及时地执行相应的补救措施，例如探访对电能量存储系统进行相应的修理措施的车间。热连接的状态例如可以通过热阻值和/或热传导系数来表征，所述热阻值和/或热传导系数在交付状态下具有预定义的值或处于预定义的值范围中。如果例如所确定的热阻值偏离于预定义的值或不处于预定义的值范围中，则将热连接的状态归类为不再满足要求。替代方案是确定两个所确定的温度的差，并且随后在超过预定义的温度差极限值时，将热连接的状态归类为不再满足要求。

本发明的其他有利的实施方式是从属权利要求的主题。

优选地，在至少一个部件到热源或到散热器的所确定的不足够的或不符合要求的或不充足的热连接情况下，减小电功率、例如最大可调用的功率或在预定义的时间段上最大可调用的功率、尤其是从电能量存储系统中可调用的电流、例如可调用的电流的最大值或在预定义的时间段上最大可调用的电流，使得能够实现电能量存储系统的至少受限制的继续运行。

适宜地，至少一个部件包括电能量存储系统的至少一个电能量存储单元，或者至少一个部件是电能量存储系统的至少一个电能量存储单元。因为电能量存储单元大多是遭受强烈加热并且因此需要到散热器的良好热连接用以散热的部件，所以这是有利的。如果必须给电能量存储单元供热，则这同样是有利的。但是，部件也可以包括两个或多个电能量存储单元的连接元件。

适宜地，由流体流经热源或散热器。必要时，该流体可以是液体。因为由此实现电能量存储单元的有效冷却或加热，所以这是有利的。

适宜地，确定部件的温度包括检测部件的温度和/或确定热源或散热器的温度包括检测热源或散热器的温度。如所描述的，该检测可以借助于相应地安置的温度传感器、例如借助于热电偶来进行。这具有以下优点：直接检测部件或热源或散热器的温度，并且从而能够实现精确的温度确定。

适宜地，借助于第一数学模型确定部件的温度，所述第一数学模型映射部件的放热。这具有以下优点：必要时也可以在没有温度传感器的情况下确定部件的温度。此外，在同时使用温度传感器和第一数学模型的情况下，以有利的方式提高度确定的精度。

适宜地，借助于第二数学模型确定热连接的状态，所述第二数学模型映射从部件到热源或散热器的热路径。由此，以有利的方式改善热连接的状态的确定，这允许更精确地并且必要时更早地探测热连接中的薄弱环节。

适宜地，在低于或超过热连接的预定义的极限状态时，显示警告和/或以减小的功率运行电能量存储系统。预定义的极限状态例如可以通过预定义的热阻值和/或通过在至少一个部件和热源或散热器之间的预定义的温度差来表征。如果例如借助于第二数学模型确定热连接的状态，并且在该确定时得出热阻超过预定义的热阻极限值，则这意味着热连接不良。因此超过预定义的极限状态。由于由此可以防止由过度强的温度升高而引起的电能量存储系统或部件损坏，所以这是有利的。如果电能量存储系统以减小的电功率被运行，则分到（abfallen）较少的热损耗功率，由此例如防止部件过热。警告的显示给予电能量存储系统的用户以下可能性：必要时探访车间或调整电能量存储系统的运行。

适宜地,能量存储系统具有多个电能量存储单元和至少一个冷却板作为散热器或热源。对于多个电能量存储单元中的至少两个电能量存储单元、优选地对于多个电能量存储单元中的每个电能量存储单元确定温度。此外，对于冷却板的多个不同的位置或者在冷却板的多个不同的位置处确定温度。基于电能量存储单元的所确定的温度和对于冷却板的多个不同的位置或者在冷却板的多个不同的位置处确定的冷却板的温度来确定热连接的状态。这具有以下优点：除了上述优点之外，还可以对具有电能量存储单元到冷却板的不良热连接的部位进行定位。从而可以位置精确地并且以可计划的方式执行可能的修理。

适宜地，将多个电能量存储单元中的至少两个电能量存储单元的所确定的温度和对于冷却板的多个不同的位置或者在冷却板的多个不同的位置处确定的冷却板的温度进行相互比较，使得执行热连接的状态的与位置相关的确定。这具有以下优点：通过相互比较温度快速地定位损伤部位。

此外，电能量存储系统是本公开内容的主题，所述电能量存储系统包括至少一个电能量存储单元和散热器或热源以及至少一个装置，其中所述装置被设立用于执行所公开的方法的步骤。在此，至少一个装置尤其可以是电子电池组管理控制设备。这具有以下优点：实现上述优点。

至少一个装置可以例如包括电池组管理控制设备以及电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器、例如热电偶。尤其是以作为电池组管理控制设备的表现形式的电子控制单元也可以是这种装置。电子控制单元尤其可以被理解为电子控制设备，所述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，但个人计算机或存储器可编程的控制装置也可以属于此。

适宜地，所述电能量存储系统包括多个电能量存储单元以及包括冷却板，所述冷却板具有多个在空间上分布的温度传感器，其中所述至少一个装置此外被设立用于执行上述的相应的方法步骤。因此，实现在相应的方法步骤情况下提到的优点。

电能量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基于锂的电池组模块或基于锂的电池组包。电能量存储单元尤其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蓄电池或者完全一般地是任意电化学成分的蓄电池类型。电容器作为电能量存储单元也是可能的。

附图说明

在图中示出并且在下面的描述中更详细地阐明本发明的有利实施方式。

图1示出根据一种实施方式的所公开的电能量存储系统的示意性横截面图；

图2示出具有多个在空间上分布的温度传感器的所公开的冷却板的下侧的示意图；

图3示出根据第一实施方式的所公开的方法的流程图；

图4示出根据第二实施方式的所公开的方法的流程图；

图5示出根据第三实施方式的所公开的方法的流程图；

图6示出根据第四实施方式的所公开的方法的流程图；

图7示出根据一种实施方式的所公开的设备的示意图。

具体实施方式

在所有图中，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示出根据一种实施方式的所公开的电能量存储系统10的示意性横截面图。在此，电能量存储系统10具有第一温度传感器11，所述第一温度传感器在图1中安置在第三电能量存储单元17的极端子的区域中并且用于确定该电能量存储单元的温度。此外，电能量存储系统10具有第一电能量存储单元15、第二电能量存储单元16和第四电能量存储单元18。第一温度传感器11例如也可以安置在第一电能量存储单元15和第二电能量存储单元16之间，并且位于两个电能量存储单元之间的壁接触区域中。所谓的热界面材料14位于电能量存储单元15、16、17、18和作为热源或散热器起作用的冷却板13之间，所述热界面材料14一方面均衡表面差异或粗糙度，而另一方面作为电能量存储单元15、16、17、18和冷却板13之间的电绝缘起作用。在冷却板13处在背离热界面材料14的侧上安置第二温度传感器12，所述第二温度传感器用于确定冷却板的温度。第二温度传感器12例如也可以被安置在朝向热界面材料14的侧上，或者所述第二温度传感器也可以安置在冷却板14之内。

图2示出具有多个在空间上分布的温度传感器22的所公开的冷却板23的下侧的示意图。可替代地，温度传感器22也可以如上所述那样安置在上侧。如图2中所示的，温度传感器22优选地以彼此相同的间隔安置，可替代地，在第一延伸方向上的间隔可以不同于在第二延伸方向上的间隔，所述第二延伸方向垂直于第一延伸方向伸展。可以以这样的方式安置温度传感器22，使得在冷却板23上将一个温度传感器22分配给一个电能量存储单元。因此，在俯视图中，温度传感器22位于相应的电能量存储单元的投影面上。可替代地，温度传感器22也可以安置在冷却板23的上侧。

图3示出根据第一实施方式的所公开的方法的流程图。在第一步骤S11中，确定电能量存储系统之内的部件的温度。这可以例如借助于安置在部件处或安置在部件中的温度传感器进行，如这在图1中所示的那样。在第二步骤S12中，确定散热器的温度。这可以例如借助于安置在散热器处或安置在散热器中的温度传感器来谋求（verfolgen），如这在图1中所示的那样。第一步骤S1和第二步骤S12的顺序也可以相反。在第三步骤S13中，随后基于部件的温度和散热器的温度来确定部件到散热器的热连接的状态，其方式是确定两个所确定的温度的温度差并且根据该温度差来确定热连接的状态。

图4示出根据第二实施方式的所公开的方法的流程图。在第一步骤S21中，例如借助于第一温度传感器检测电能量存储系统之内的电能量存储单元的温度，并且从而确定其温度。在第二步骤S22中，例如借助于第二温度传感器检测电能量存储系统中的热源的温度，并且从而确定其温度。随后，在第三步骤S23中，确定电能量存储单元到热源的热连接的状态，其方式是确定表征热连接的热阻值并且将该表征性热阻值与预定义的热阻极限值进行比较。如果所确定的热阻值大于预定义的热阻极限值，则电能量存储单元到热源的热连接不再符合要求，并且应该被控制（kontrollieren），用以避免可能的损坏。

图5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，检测电能量存储系统之内的电能量存储单元的第一温度。在第二步骤S32中，在第一数学模型内使用如此所检测的第一温度，并且借助于第一数学模型和所检测的第一温度来确定电能量存储单元的第二温度。在第三步骤S33中，检测电能量存储系统之内的冷却板的温度。因此，至少在冷却板的温度检测的点处，不仅电能量存储单元的第二温度而且冷却板的温度都是已知的。随后，在第四步骤S34中，借助于第二数学模型确定电能量存储单元到冷却板的热连接的状态，其中第二数学模型映射从电能量存储单元到冷却板的热路径。在确定步骤内使用具有热路径的第二数学模型，用以在使用电能量存储单元的第二温度的情况下至少在冷却板的上面提及的温度检测的点处来估计冷却板的温度。如果借助于第二数学模型估计的冷却板的温度比预定义的温度差极限值更强烈地偏离于在第三步骤S23中检测的温度，则将热连接的状态归类为不充分的。

图6示出根据第四实施方式的所公开的方法的流程图。在此，电能量存储系统具有多个电能量存储单元以及具有冷却板。在第一步骤S41中，确定多个电能量存储单元的温度，例如如这在上面已经描述的那样。在第二步骤S42中，例如借助于如在图2中所示地安置在冷却板处的多个温度传感器来在冷却板的多个不同的部位处确定温度。随后，在第三步骤S43中，通过将电能量存储单元的所确定的温度进行相互比较来执行热连接的与位置相关的状态的确定。例如，该比较可以表明，在一个电能量存储单元处确定的温度比第一允许的预定义的温度差极限值更强烈地偏离于相邻的所确定的温度。因此，优选地将所确定的温度与在相邻的电能量存储单元处确定的温度进行比较，因为在这些位置处可以合理地假设相同或非常相似的热条件。此外，可以附加地将在冷却板的多个不同部位处已确定的温度相互进行比较。如上所述的，优选地将在相邻位置处确定的温度相互进行比较，并且在超过第二允许的预定义的温度差极限值时和/或在超过第一允许的预定义的温度差极限值时，将相应位置处的热连接的状态归类为不充足的。

图7示出根据一种实施方式的所公开的设备70的示意图。在此，设备70具有电池组管理控制设备72。此外，不同的传感器71、例如温度传感器和电流传感器与电池组管理控制设备连接。设备70例如也可以包括传感器71、尤其是温度传感器。为了减小或限制可以从电能量存储系统中调用的功率或电流，电池组管理控制设备相应地操控功率电子设备73、例如逆变器。

Claims (12)

1.一种用于确定电能量存储系统（10）之内的至少一个部件到热源或散热器的热连接的状态的方法，其中所述电能量存储系统包括至少一个电能量存储单元8！％&，所述方法具有以下步骤：

a）确定（S11、S21、S31、S32、S41）所述至少一个部件的温度；

b）确定（S12、S22、S33、S42）所述热源或散热器、尤其是冷却板（13、23）的温度；

c）基于所述至少一个部件的温度和所述热源或散热器的温度来确定（S13、S23、S34、S43）所述至少一个部件到所述热源或散热器的热连接的状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个部件包括所述电能量存储系统（10）的至少一个电能量存储单元（15、16、17、18）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中由流体、尤其是液体流经所述热源或所述散热器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤a）中确定（S11、S21、S31、S32、S41）所述部件的温度包括检测所述部件的温度和/或在步骤b）中确定（S12、S22、S33、S42）所述热源或散热器的温度包括检测所述热源或散热器的温度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤a）中确定（S11、S21、S31、S32、S41）所述部件的温度借助于第一数学模型进行，所述第一数学模型映射所述部件的放热。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤c）中确定（S13、S23、S34、S43）所述热连接的状态借助于第二数学模型进行，所述第二数学模型映射从所述部件到所述热源或散热器的热路径。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，此外包括：

d）在低于或超过所述热连接的预定义的极限状态时，显示警告和/或以减小的功率运行所述电能量存储系统（10）。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中所述能量存储系统（10）包括多个电能量存储单元（15、16、17、18）和至少一个冷却板（13、23）作为散热器或热源，其中对于所述多个电能量存储单元（15、16、17、18）中的至少两个电能量存储单元实施步骤a），并且对于所述冷却板（13、23）的多个不同的位置或在所述冷却板（13、23）的多个不同的位置处实施步骤b），并且在步骤c）中基于所确定的温度来确定所述热连接的状态。

9.根据权利要求8所述的方法，其中借助于相互比较所确定的温度来执行所述热连接的状态的与位置相关的确定。

10.一种用于确定电能量存储系统（10）之内的至少一个电能量存储单元（15、16、17、18）到热源或散热器的热连接的状态的设备（70），其中所述电能量存储系统（10）包括所述至少一个电能量存储单元（15、16、17、18），具有至少一个装置、尤其是电子电池组管理控制设备（72），其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步骤。

11.一种电能量存储系统（10），其包括至少一个电能量存储单元（15、16、17、18）并且包括散热器或热源以及根据权利要求10所述的设备。

12.根据权利要求11所述的电能量存储系统（10），包括多个电能量存储单元（15、16、17、18），其中所述散热器或热源包括冷却板（13、23），所述冷却板具有多个在空间上分布的温度传感器（22）。

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