CN112638694A - 用于操作电池系统的方法以及电池系统 - Google Patents

Abstract

一种用于操作电动车辆中的电池系统（10）的方法，所述电池系统（10）包括具有至少一个电池单元（2）的至少一个电池模块（5）、以及管理系统（20），管理系统（20）能够确定所述电池系统（10）的电池温度和流过所述电池系统（10）的电池电流并且能够减小所述电池电流，其中当电池温度在第一阈值与第二阈值之间并且当电池电流大于第一限制值（L1）时，减小电池电流；当电池温度在第二阈值（T‑Der）与第三阈值（T‑Max）之间时，借助于控制回路来减小电池电流；以及当电池温度大于第三阈值（T‑Max）时，关断电池电流。一种电池系统（10），其包括具有至少一个电池单元（2）的至少一个电池模块（5）、以及管理系统（20），管理系统（20）能够确定所述电池系统（10）的电池温度和流过所述电池系统（10）的电池电流并且能够减小所述电池电流，其中管理系统（20）被设计成执行所述方法。

Description

用于操作电池系统的方法以及电池系统

本发明涉及一种用于操作电动车辆中的电池系统的方法，由此，该电池系统包括具有至少一个电池单元的至少一个电池模块、以及能够确定该电池系统的电池温度和流过该电池系统的电池电流的管理系统。本发明还涉及一种电池系统，该电池系统包括具有至少一个电池单元的至少一个电池模块、以及能够确定该电池系统的电池温度和流过该电池系统的电池电流的管理系统。

现有技术

电能可以借助于电池来存储。电池将化学能转化成电能。特别地，已知可再充电电池能够被充电和放电若干次。电池模块包括串联或并联地电连接的若干个电池单元。电池系统包括串联或并联地电连接的若干个电池模块。

特别地，锂离子电池单元用于可再充电电池或电池系统中。锂离子电池单元具有相对高的能量密度。锂离子电池单元具有被称为阴极的正电极和被称为阳极的负电极。阳极和阴极借助于隔板而彼此分开。电极和隔板被电解质所包围。

可再充电锂离子电池单元例如在机动车辆中使用，特别是在电动车辆（EV）中、混合动力电动车辆（HEV）中和插电式混合动力电动车辆（PHEV）中使用。包括锂离子电池单元的电池系统尤其在电动车辆中使用，以将电流供应给用于驱动电动车辆的电动机。

特别是在机动车辆中，具有锂离子电池单元的电池系统在宽的温度范围下操作。然而，在高温度下（例如高于60℃），电池单元可能被损坏。因此，当电池单元达到高温度时，必须减小电流和功率输出以防止进一步发热。为此目的，电池系统包括管理系统，该管理系统能够确定电池温度和电池电流。在那里，管理系统包括适当的控制软件，用于执行适当的方法以用于控制和监督电池系统，以便防止电池单元过热。

文档WO 2017/115091 A1公开了一种用于在对可再充电电池进行充电时使用的电池管理系统。该电池管理系统包括控制器和温度传感器，其中温度传感器被配置成基于可再充电电池的温度来提供温度信号，并且其中控制器被配置成基于温度信号来控制用于对可再充电电池进行充电的充电电流。响应于指示温度超过第一阈值温度信号值的温度信号，充电电流根据增加的温度而逐渐减小。

文档US 2003/090238 A1公开了一种用于根据温度来控制电池中的充电和放电电流的方法和装置。当电池在逼近其设计操作温度极限的环境中被充电或放电时，减小电流以限制电池的自发热，并且因此扩展了有用的操作环境温度范围。温度传感器耦合到控制器以感测电池温度。温度信息用于设置合适的充电或放电电流。

发明内容

提出了一种用于操作电动车辆中的电池系统的方法。电池系统特别地用于将电池电流供应给用于驱动电动车辆的电动机。该电池系统包括具有至少一个电池单元的至少一个电池模块、以及能够确定该电池系统的电池温度和流过该电池系统的电池电流的管理系统。如果适当的话，管理系统还能够减小所述电池电流。

其中，当电池温度在第一阈值与第二阈值之间并且当电池电流大于第一限制值时，减小电池电流。电池电流的这种减小也被称为降额（derating）。

此外，当电池温度在第二阈值与第三阈值之间时，借助于控制回路来减小电池电流。

并且当电池温度大于第三阈值时，关断电池电流。

在那里，第一阈值小于第二阈值，并且第二阈值小于第三阈值。因此，第一阈值小于第三阈值。

根据本发明的有利实施例，当电池温度在第二阈值与第三阈值之间时激活的控制回路被布置成控制电池电流，使得电池温度达到小于第三阈值的第二阈值。

根据本发明的优选实施例，当电池温度在第一阈值与第二阈值之间时，根据预定义特性曲线来减小电池电流。

在那里，预定义特性指定了电池电流的减小与所需电流的依赖性。在那里，电池电流是实际流过该电池系统的电流。所需电流是用户或电动机用以满足用户要求所需的电流，例如在加速时或上坡时所需的电流。

根据本发明的有利实施例，当所需电流小于第一限制值时，电池电流的减小为零。这意味着，当电池电流相当小时，例如当电动车辆正在以低速均匀行驶时，不存在电池电流的减小。由于相对小的电池电流并不引起温度的显著升高，因此这种小电池电流的减小并不显著地降低电池温度。

优选地，当所需电流在第一限制值与第二限制值之间时，电池电流的减小与所需电流的依赖性是线性的。

进一步优选地，当所需电流大于第二特定限制时，电池电流的减小是恒定的。这意味着，当电池电流相当高时，例如在电动车辆正在上坡或正在加速时，存在电池电流的以所定义百分比的恒定减小。

优选地，该电池系统包括并联电连接的多个电池模块。在那里，每个电池模块优选地包括串联和/或并联地电连接的多个电池单元。

此外，提出了一种电池系统。在那里，该电池系统包括具有至少一个电池单元的至少一个电池模块。该电池系统还包括管理系统，该管理系统能够确定电池系统的电池温度和流过该电池系统的电池电流。如果适当的话，管理系统还能够减小所述电池电流。

其中，该电池系统的管理系统被设计成执行根据本发明的方法。

本发明的优点

根据本发明的方法允许如果适当的话借助于电池电流的最小减小来降低电池模块的温度。因此，当降额有必要以降低电池模块的温度时，驾驶愉悦度也在很大程度上得以保持。特别地，当电池温度在第一阈值与第二阈值之间时，电池电流的减小允许抵消早期阶段温度的升高。此外，借助于控制回路来减小电池电流允许抵消早期阶段温度的升高。因此，根据本发明的方法是相当灵活的，并且允许充分减小电池电流。

附图说明

为了更好地理解本发明的前面提及的实施例及其附加实施例，应当结合附图来参考下面实施例的描述，附图示出了：

图1 电池系统处的示意性视图，

图2 具有预定义特性曲线的示意图，该特性曲线指定了电池电流的减小与所需电流的依赖性，以及

图3 用于减小电池电流的控制回路的示意图。

在下文中，将参考附图来描述本发明的优选实施例。附图仅提供本发明的示意性视图。除非另行指示，否则同样的附图标记贯穿各图指代对应的部分、元件或组件。

具体实施方式

图1示出了在电动车辆中的电池系统10处的示意性视图，该电池系统10连接到功率电子电路23。例如，功率电子电路23是多电平转换器。电动车辆的三相电动机25经由三相导体与功率电子电路23连接。功率电子电路23用于向电动机25供应电能。

电池系统10包括并联地电连接的多个电池模块5。在那里，每个电池模块5包括串联地电连接的多个电池单元2。电池单元2还可以在所述电池模块5内并联以及串联地连接。目前，所有电池模块5等同地成形。

开关65被电布置在电池系统10和功率电子电路23之间。当开关65闭合时，电池电流IB可以流过电池系统10和功率电子电路23。在这种情况下，模块电流IM正在流过电池系统10的电池模块5。在那里，电池电流IB对应于正在流过并联连接的电池模块5的模块电流IM的总和。

电池系统10进一步包括管理系统20，该管理系统20特别用于控制和监督电池模块5。管理系统20还例如借助于数字总线系统连接到功率电子电路23。管理系统20还连接到开关65，并且能够控制所述开关65，特别是断开和闭合所述开关65。

电池系统10包括在此未示出并且连接到管理系统20的温度传感器。管理系统20包括适当的电路，用以处理来自温度传感器的信号并且确定电池系统10的电池温度。电池系统10还包括在此未示出并且连接到管理系统20的电流传感器。管理系统20包括适当的电路，用以处理来自电流传感器的信号并且确定流过电池系统10的电池电流IB。

如果适当的话，管理系统20能够减小流过电池系统10的电池电流IB。例如，管理系统20可以断开开关65，并且因此电池电流IB被关断。

管理系统20还可以将相应的命令发送到功率电子电路23以减小电池电流IB。

图2示出了具有预定义特性曲线的示意图，该特性曲线指定了电池电流IB的减小因子RF与所需电流IR的依赖性。当电池温度在第一阈值T-Warn与第二阈值T-Der之间时，根据所述预定义特性曲线来减小电池电流IB。

当所需电流IR小于第一限制值L1时，电池电流IB的减小因子RF为零。当所需电流IR等于第一限制值L1时，电池电流IB的减小因子RF是第一因子F1。当所需电流IR等于第二限制值L2时，电池电流IB的减小因子RF是第二因子F2。当所需电流IR在第一限制值L1与第二限制值L2之间时，电池电流IB的减小因子RF在第一因子F1与第二因子F2之间是线性的。当所需电流IR大于第二限制值L2时，电池电流IB的减小因子RF是第二因子F2。

当电池温度大于第三阈值T-Max时，特别地通过断开开关65来关断电池电流IB。在那里，第一阈值T-Warn小于第二阈值T-Der，并且第二阈值T-Der小于第三阈值T-Max。因此，第一阈值T-Warn小于第三阈值T-Max。

图3示出了用于减小电池电流IB的控制回路100的示意图。控制回路100被设计成级联控制回路，这尤其被描述在Dr. -Ing. L. Merz和Dr. -Ing. H. Jaschek的“Grundkurs der Regelungstechnik”第10版、1990年、章节1.5.1.3“Kaskadenregelkreis”中。

当电池温度在第二阈值T-Der与第三阈值T-Max之间时，控制回路100用于减小电池电流IB。控制回路100被布置成控制电池电流IB，使得电池温度达到第二阈值T-Der。控制回路100被包含在管理系统20内。

控制回路100包含设定点调节器101，第二阈值T-Der可借助于该设定点调节器101而调节。

借助于温度传感器103来测量电池系统10的温度。来自温度传感器103的相应信号由管理系统20的温度测量转换器104来处理。因此，管理系统20确定电池系统10的电池温度。

在第一减法点111中，计算第二阈值T-Der与电池系统10的电池温度之间的差。所述差被馈送到第一控制器121。所述第一控制器121被设计为PID控制器，其能够执行比例、积分和微分控制操作。第一控制器121输出表示电流值的信号。所述电流值指示所需电流IR将以哪个量来减小。

在驱动扭矩请求调节器125中，调节用于驱动电动车辆的电动机25的所需电流IR。借助于电流计算器105来计算所需电流IR。来自电流计算器105的相应信号由管理系统20的电流转换器106来处理。

在第二减法点112中，计算由第一控制器121输出的电流值与在驱动扭矩请求调节器125中调节的所需电流IR之间的差。所述差被馈送到第二控制器122。所述第二控制器122也被设计为PID控制器，其能够执行比例、积分和微分控制操作。第二控制器122输出被馈送到电池系统10的致动变量，以便控制电池电流IB。

图3中所示的控制回路100不同于“Grundkurs der Regelungstechnik”中描述的级联控制回路。所述级联控制回路包含闭合的内部回路和闭合的外部回路。

图3中所示的控制回路100包括闭合的外部回路，该外部回路包括设定点调节器101、第一减法点111、第一控制器121、温度传感器103、温度测量转换器104、以及如下所描述的内部回路。

图3中所示的控制回路100包含内部回路，该内部回路包括驱动扭矩请求调节器125、电流计算器105、电流转换器106、第二减法点112、第二控制器122、以及电池系统10的模型。然而，控制回路100的所述内部回路不是闭合的。

为了解释的目的，已经参考特定实施例描述了前述描述。然而，上述说明性讨论并不旨在是穷举的或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于以上教导以及所附权利要求所涵盖的那些，许多修改和变型是可能的。选择和描述实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够利用本发明以及具有各种修改的各种实施例，如适合于设想到的特定用途那样。

Claims (10)

1.一种用于操作电动车辆中的电池系统（10）的方法，

所述电池系统（10）包括：具有至少一个电池单元（2）的至少一个电池模块（5），以及

管理系统（20），其能够确定所述电池系统（10）的电池温度和流过所述电池系统（10）的电池电流（IB），并且能够减小所述电池电流（IB），其中

当电池温度在第一阈值（T-Warn）与第二阈值（T-Der）之间并且当电池电流（IB）大于第一限制值（L1）时，减小电池电流（IB）；

当电池温度在第二阈值（T-Der）与第三阈值（T-Max）之间时，借助于控制回路（100）来减小电池电流（IB）；以及

当电池温度大于第三阈值（T-Max）时，关断电池电流（IB）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

第一阈值（T-Warn）小于第二阈值（T-Der），并且第二阈值（T-Der）小于第三阈值（T-Max）。

3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中

控制回路（100）被布置成控制电池电流（IB），使得电池温度达到第二阈值（T-Der）。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中

当电池温度在第一阈值（T-Warn）与第二阈值（T-Der）之间时，根据预定义特性曲线来减小电池电流（IB）。

5.根据权利要求4所述的方法，其中

预定义特性曲线指定了电池电流（IB）的减小与所需电流（IR）的依赖性。

6.根据权利要求5所述的方法，其中

当所需电流（IR）小于第一限制值（L1）时，电池电流（IB）的减小为零。

7.根据权利要求5至6中的一项所述的方法，其中：

当所需电流（IR）在第一限制值（L1）与第二限制值（L2）之间时，电池电流（IB）的减小与所需电流（IR）的依赖性是线性的。

8.根据权利要求7所述的方法，其中

当所需电流（IR）大于第二特定限制时，电池电流（IB）的减小是恒定的。

9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中

电池系统（10）包括并联地电连接的多个电池模块（5）。

10.一种电池系统（10），包括

具有至少一个电池单元（2）的至少一个电池模块（5），以及

管理系统（20），其能够确定所述电池系统（10）的电池温度和流过所述电池系统（10）的电池电流（IB），并且能够减小所述电池电流（IB），其中

管理系统（20）被设计成执行根据前述权利要求中的一项所述的方法。

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