CN112083342A - 监视电池的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监视带有多个电池单池(2)的电池(1)的方法和一种用于监视带有多个电池单池(2)的电池(1)的装置(3)，其包括均衡装置以及分析和控制单元(6)，其中，所述分析和控制单元(6)如此设计，以便针对所有电池单池(2)关于时间地检测均衡需求并且将各单个电池单池(2)的均衡需求利用预先规定的标准比较，其中，若电池单池(2)满足所述标准，则将该电池单池(2)确定为有故障。

Description

监视电池的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于监视带有多个电池单池的电池的方法和一种用于监视带有多个电池单池的电池的装置。
背景技术
这种电池例如作为牵引电池用于电动交通工具或者混合动力交通工具中，其中，电池单池例如设计为锂离子电池单池。但是也已知其他的应用领域，例如作为用于风能或者太阳能设备的能量存储器。在此已知的是，执行单池的所谓均衡或者说均衡，以便可以尽可能好地利用电池的容量。这尤其用于充电的优化，因为具有最高充电状态的电池单池限制充电量，因为电池单池的过充会导致电池单池的毁坏。在此已知不同的均衡方法。
很多电池单池的问题并且尤其基于锂离子电池单池的问题是，电池的热失控，即所谓的Thermal Runaway。在此发生电池单池的自行增强的过热，这导致电池单池的毁坏并且成为火灾风险源。
针对热失控的原因例如可以是电池单池的过热或者过充，但也可以是电池单池的内部短路。内部短路例如会通过在电极上的枝晶生长、颗粒杂质、机械压力或者质量问题引起。为了避免过热，进行电池单池的温度监视。此外监视电池单池的充电状态(SOC)并且以此避免过充。相反，内部短路的问题还未被充分解决。
由文献DE 10 2014 210 916A1已知一种用于监视用于机动车的驱动装置的电机供电的蓄电器的自放电的方法，其中，在第一时刻检测第一蓄电器电压。从该第一蓄电器电压减去第一减法电压，以便产生电压差。接着，该电压差增强成第一电压差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于监视带有多个电池单池的电池的方法，利用该方法能检测内部短路。另一个要解决的技术问题是，实现合适的装置。
上述技术问题的解决方案通过一种用于监视带有多个电池单池的电池的方法和一种用于监视带有多个电池单池的电池的装置得到。本发明其他有利设计方案由本申请得出。
在此，所述用于监视带有多个电池单池的电池的方法借助用于执行单池均衡的装置实施，其中，针对所有电池单池检测关于时间的均衡需求。也即检测的是，针对所有单个电池单池执行均衡有多频繁。各单个电池单池的均衡需求就通过与预先规定的标准的比较被对比，其中，若电池单池或者电池单池的均衡需求满足所述标准，则电池单池就确定为故障。基本构思在于，内部短路导致相关电池单池的自放电率升高，就是说由于电池单池故障而必须执行单池的均衡的频率升高。并且，一个单个电池单池的均衡需求相较于其他电池单池越低，则该电池单池故障的可能性越大。因此就可以非常早地检测到正在开始的内部短路并且采取合适的措施，方式是例如生成相应的警告。
在一种实施方式中，确定在所有电池单池上的平均的均衡需求，其中，若相关的电池单池的均衡需求以预先规定的数量或者预先规定的百分比偏差低于所述平均的均衡需求并且所述平均的均衡需求高于所有单池的典型的均衡需求时，就将该电池单池识别为故障。这表现为能非常简单地确定的标准。平均的均衡需求例如是算术平均值。
在另外的实施方式中，确定所有电池单池的在电池的第一静息状态中的SOC值，其中，若电池单池在第二静息状态中的确定出的SOC值相对于在更早的时刻在第一静息状态中确定出的SOC值，低于预先规定的阈值，则该电池单池被识别为故障。所述带有第一静息状态的更早的时刻例如是在单池均衡之后。该方法与上述方法步骤无关地呈现为独立的发明。在此利用的是，若相关的单池的自放电率相对于系统中其他单池超过阈值，则识别为故障，因为这就可以视为针对存在内部短路的标志。在此，在测量的两个时间点之间的预先规定的时间可以从分钟范围(例如15分钟)直至小时范围(例如2-4h)。该方法的优点是，故障可以被非常快速地识别，当然，它越敏感就是损伤越大，因为阈值不应设置得太小。
在另外的实施方式中，预先规定的阈值是相对于SOC值的绝对的或者相对的偏差。
在装置的构造方面可以完全引用方法方面的设计方案。
附图说明
下面根据优选实施例阐述本发明：附图中：
图1示出用于监视电池的装置的示意性框图，
图2示出n个单池的典型的均衡需求的示意图，
图3示出带有故障的电池单池的n个单池的均衡需求的示意图，
图4示出具有n个电池单池的均衡的系统的示图，
图5示出在预先规定的时间之后的不带有故障的电池单池的均衡的系统的示图，
图6示出在预先规定的时间之后的带有故障的电池单池的均衡的系统的示图。
具体实施方式
在图1中示意性示出具有n个电池单池2的电池，其中仅示出三个电池单池2。在此，电池单池2甚至可以部分地并联并且以电池模块组的形式组合。该电池配设有用于监视的装置3，其中，装置3具有用于电池单池均衡的器件。在此，该器件分别是带有开关S的电阻R，所述器件分别并联于电池单池2地布置。此外，与相应电池单池2并联地布置有电压传感器4和温度传感器5，其中，温度传感器5也可以相对于电池单池2串联，或者完全不与电池单池2电连接。此外，装置3具有分析和控制单元6，分析和控制单元6获得电压传感器4和温度传感器5的值并且此外利用控制信号B控制开关元件S以便执行单池均衡。针对单池均衡的电路仅是示例性的并且甚至可以设计为不一样的。
现在，若在对电池1充电时确定，单个电池单池2已经达到最大电压，因此就可以闭合开关S，使得电池不被继续充电。相反，其他电池单池2被继续充电，直至所有电池单池具有期望的SOC。
在图2中示出针对n个电池单池的均衡需求的典型的示例性分布。在此通常存在一定程度的偏差。在此，在Y轴上记录各电池单池2的均衡需求的数量。在此画出典型的平均的均衡需求
Figure BDA0002538696120000031
以及相对于平均的均衡需求
Figure BDA0002538696120000032
的偏差Δ。如图所示，所有n个电池单池的均衡需求的数量高于偏差Δ，这就是说，所有电池单池2都是无故障的。
相反，若自放电率由于电池单池2的内部短路而升高，则该电池单池永远不会或者几乎永远不会在其他电池单池2之前达到最大充电电压，因此出现图3中所示的分布。由此可知4号电池单池是故障的。在此，平均的均衡需求
Figure BDA0002538696120000041
相对于按照图2的典型的均衡需求
Figure BDA0002538696120000042
明显有偏差。
在此，偏差Δ可以是相对于平均的均衡需求的百分比偏差。在此，在分析和控制单元6中进行分析。
现在根据图4-图6应阐述另外的方法，其可以备选地或者作为补充地使用。在此，在第一步骤中执行单池均衡，使得接着所有的电池单池2被充电至目标SOC(在图4中目标SOC等于100％)。
在预先规定的时间之后检查各单个电池单池2的SOC如何改变。在此可以定义ΔSOC作为阈值，其中，ΔSOC例如是相对于目标SOC的绝对的或者百分比的偏差。若所有电池单池2都无故障，则其自放电很小，使得所有电池单池2的SOC值高于ΔSOC，如图5所示。相反，若由于电池单池2的内部短路使得自放电率较大，则SOC值降至ΔSOC之下，这在图6中针对第四电池单池2示出。

Claims (8)

1.一种用于监视带有多个电池单池(2)的电池(1)的方法，所述方法借助用于执行单池均衡的器件实施，所述方法包括下述方法步骤：
a)针对所有电池单池(2)检测关于时间的均衡需求，
b)通过与预先规定的标准的比较分析各单个电池单池(2)的均衡需求，
c)若电池单池(2)满足所述标准，则将该电池单池(2)确定为有故障。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，确定在所有电池单池(2)上的平均的均衡需求
Figure FDA0002538696110000011
其中，若电池单池(2)的均衡需求以预先规定的数量或者预先规定的百分比偏差(Δ)低于所述平均的均衡需求
Figure FDA0002538696110000012
并且所述平均的均衡需求
Figure FDA0002538696110000013
高于典型的均衡需求
Figure FDA0002538696110000014
时，就将该电池单池(2)识别为故障。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，检测所有电池单池(2)的在第一静息状态中的SOC值，其中，在预先规定的时间之后确定所有电池单池(2)的在第二静息状态中的SOC值，其中，若电池单池(2)在第二静息状态中的确定出的SOC值小于针对在第一静息状态中的SOC值的预先规定的阈值(ΔSOC)，则该电池单池(2)被识别为故障。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预先规定的阈值(ΔSOC)是相对于均衡的SOC值的绝对的或者相对的百分比偏差。
5.一种用于监视带有多个电池单池(2)的电池(1)的装置，其包括均衡装置以及分析和控制单元(6)，其中，所述分析和控制单元(6)设计为，针对所有电池单池(2)关于时间地检测均衡需求并且将各单个电池单池(2)的均衡需求与预先规定的标准比较，其中，若电池单池(2)满足所述标准，则将该电池单池(2)确定为有故障。
6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述分析和控制单元(6)设计为，确定在所有电池单池(2)上的平均的均衡需求
Figure FDA0002538696110000015
其中，若电池单池(2)的均衡需求以预先规定的数量或者预先规定的百分比偏差(Δ)低于所述平均的均衡需求
Figure FDA0002538696110000016
并且所述平均的均衡需求
Figure FDA0002538696110000017
高于典型的均衡需求
Figure FDA0002538696110000018
时，就将该电池单池(2)识别为故障。
7.按照权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述分析和控制单元(6)设计为，检测所有电池单池(2)的在第一静息状态中的SOC值，其中，在预先规定的时间之后确定所有电池单池(2)的在第二静息状态中的SOC值，其中，若电池单池(2)的所述确定出的SOC值小于针对在第一静息状态中的SOC值的预先规定的阈值(ΔSOC)，则该电池单池(2)被识别为故障。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预先规定的阈值(ΔSOC)是相对于均衡的SOC值的绝对的或者相对的百分比偏差。
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