CN112639496A - 用于确定与第二电蓄能单元复合的第一电蓄能单元的周围环境温度的方法以及相对应的设备、计算机程序和机器可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于确定第一电蓄能单元的周围环境温度的方法，其中第一电蓄能单元与第二电蓄能单元相复合。在此实施如下步骤：a)在使用温度传感器的情况下确定所述第一电蓄能单元的温度；b)确定所述第一电蓄能单元与所述第一电蓄能单元的周围环境之间的温度差；c)根据所述第一电蓄能单元的温度和所述温度差来确定周围环境温度。还描述了一种相对应的设备、一种相对应的计算机程序和一种相对应的机器可读存储介质。
Description
技术领域
本公开描述了一种用于确定第一电蓄能单元的周围环境温度的方法，该第一电蓄能单元与第二电蓄能单元相复合。
背景技术
电蓄能单元、尤其是电池组电池或者由电池组电池构造的电蓄能器表现出它们的性能能力（Leistungsvermögen）、也就是说尤其是它们的电流输出能力或电流消耗能力与它们的温度的强相关性。通常，在电流输出的情况下或尤其是在电流消耗的情况下所容许的电流强度在温度在0℃左右或低于0℃的情况下强烈降低。因此，提高得超出容许程度常常导致电蓄能单元的不可能再次逆转的损坏、例如镀锂——锂的非期望的沉积。因此，对所容许的电流强度的遵守是在电蓄能单元的运行时的重要要求。在此，所容许的电流强度可具有与电蓄能单元的温度的相关性，以便考虑性能能力的温度相关性。
通常，出于成本原因，并不是给所有在复合体中建造的电蓄能单元、例如在电池组包中的电蓄能单元都配备温度传感器。因此，不可能直接确定所有电蓄能单元的温度。常常使用在运行中处于据认为最热的电蓄能单元上的温度传感器。由此，只有据认为最热的电池的温度可直接供支配。
复合体中的其它电蓄能单元的温度必要时借助于数学模型和方法来被确定。由于数学模型通常对热交换过程进行建模，所以对于准确的数学建模来说需要知道相对应的电蓄能单元的周围环境温度。如果不知道周围环境温度，则其它电蓄能单元的温度只能不精确地被估计。因此，需要所述其它电蓄能单元的相应的电流极限具有相对应的安全缓冲，由此不是所述其它电蓄能单元的整个性能能力都能被调用。
因而，结果这些电蓄能单元大多尺寸过大。尤其可能需要电蓄能单元的更大的电容量或其它类型的电池、例如具有其它电池化学的电池。
在出版文献US 2007/0024244中描述了一种用于确定周围环境温度的方法，其中基于所确定的温度来触发调节过程。
发明内容
本发明的优点
公开了一种用于确定第一电蓄能单元的周围环境温度的方法，其中第一电蓄能单元与第二电蓄能单元相复合。在此，复合体例如可以是电池组包。
在此，在使用温度传感器的情况下确定第一电蓄能单元的温度。在此，温度传感器可以安装在第一电蓄能单元中或者安装在第一电蓄能单元上。
还确定第一电蓄能单元与第一电蓄能单元的周围环境之间的温度差。在此，该周围环境例如可以是第一电蓄能单元周围的空气或者是第一电蓄能单元的或第一电蓄能单元与这些第二电蓄能单元的由金属制成的围框。
还根据第一电蓄能单元的温度和所述温度差来确定第一电蓄能单元的周围环境的周围环境温度。
这是有利的，因为由此第一电蓄能单元的周围环境的温度被确定并且因此也可以被用于对第一电蓄能单元的电流极限的与温度相适应的适配。这能够有利地实现：从第一电蓄能单元中可以提取更高的功率。
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，确定流入或流出第一电蓄能单元的电流的电流强度并且将其与预先限定的阈值进行比较，其中在该电流强度达到和/或低于预先限定的阈值时至少确定第一电蓄能单元的温度并且确定第一电蓄能单元与该第一电蓄能单元的周围环境之间的温度差。这是有利的，因为在这些条件下可以更精确地确定周围环境温度。
有利地，预先限定的阈值在数值上在0 A与10 A之间、优选地在0 A与5 A之间、特别优选地在0 A与1 A之间。由此，有利地保证了：第一电蓄能单元并没有由于欧姆损耗而过于强烈地“从内部”被加热，这提高了对周围环境温度的确定的精度。在此，只要保证在该电流强度达到和/或低于预先限定的阈值时确定第一电蓄能单元的温度和所述温度差，就可以即使在超过预先限定的阈值的情况下也执行确定周围环境温度的步骤。
适宜地，根据第一电蓄能单元的所确定的周围环境温度来确定这些第二电蓄能单元中的另一电蓄能单元的温度。为了遵守该另一电蓄能单元的电流极限，对功率电子装置进行操控，其中根据该另一电蓄能单元的所确定的温度来调整所述电流极限。这种功率电子装置例如可以是逆变器。这是有利的，因为所述电流极限可以根据所确定的周围环境温度更精确地、也就是说不那么保守地——以更少的安全裕量——来被调整，由此更高的功率输出或功率消耗是可能的。这尤其对于电蓄能单元的应用来说重要，在这些应用中，这些电蓄能单元必须在短时间内消耗很多功率，例如在基于48V的所谓的升压回收（Boost-Recuperation）系统的情况下在短时间内消耗很多功率。
适宜地，温度传感器安装在第一电蓄能单元中或者安装在第一电蓄能单元上。这是有利的，因为因此可以直接确定第一电蓄能单元的温度。
适宜地，根据第一电蓄能单元的温度的随时间的变化率来确定第一电蓄能单元与第一电蓄能单元的周围环境之间的温度差。这是有利的，因为在使用温度传感器的情况下可以简单地确定第一电蓄能单元的温度的随时间的变化率，这使该方法的简单且快速的实现以及对周围环境温度的精确确定成为可能。
适宜地，根据常数来确定第一电蓄能单元与第一电蓄能单元的周围环境之间的温度差，其中该常数表示第一电蓄能单元的热容与第一电蓄能单元的热阻之比。这是有利的，因为该常数以简单方式通过实验室试验、也就是说在该方法实施的准备阶段就可以被确定，这使得该方法的简单的可实现性成为可能。
有利地，根据具体应用情况的要求来使各个方法步骤的实施顺序适配。例如，可以在确定流入或流出第一电蓄能单元的电流的电流强度之前确定第一电蓄能单元的温度。这些方法步骤的相反的实施同样可行。
本公开的主题还是一种用于确定第一电蓄能单元的周围环境温度的设备，该设备包括：温度传感器，该温度传感器尤其是安装在第一电蓄能单元中或者安装在第一电蓄能单元上；以及至少一个装置，该至少一个装置被设立为执行所公开的方法的步骤。这是有利的，因为由此可以实现所公开的方法的优点。
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、尤其是以作为电池组管理控制设备的实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，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计算机程序，该计算机程序包括指令，这些指令引起：所公开的设备实施所公开的方法步骤。这是有利的，因为通过该计算机程序可以实现所公开的方法的优点。
本公开的主题还是一种机器可读存储介质，在其上存储有所公开的计算机程序。除了所公开的方法的上述优点之外，得出另一优点：所公开的计算机程序可以在机器可读存储介质上简单地被推广。
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。电蓄能单元尤其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-金属氢化物蓄电池、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。
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予以解释。
其中：
图1示出了所公开的按照第一实施方式的方法的流程图；
图2示出了所公开的按照第二实施方式的方法的流程图；
图3示出了所公开的按照第三实施方式的方法的流程图；以及
图4示出了所公开的按照一个实施方式的设备的示意图。
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示出了所公开的按照第一实施方式的方法的流程图。在第一步骤S11中，借助于安装在第一电蓄能单元中或者安装在第一电蓄能单元上的温度传感器来确定第一电蓄能单元的温度。在此，第一电蓄能单元与第二电蓄能单元相复合。
在第二步骤S12中，确定第一电蓄能单元与第一电蓄能单元的周围环境之间的温度差。为此，公式
被转换成
：
在此，m表示电蓄能单元的质量，cp表示电蓄能单元的比热容，
表示第一电蓄能单元的温度的随时间的变化率，
表示通过其与相邻的电蓄能单元交换热量的面积，
表示到相邻的电蓄能单元的热传递系数，
表示第一电蓄能单元与相邻电池之间的温度差，
表示由欧姆损耗和由于化学反应而引起的热量组成的热流，
表示通过其与周围环境交换热量的面积，并且
表示到第一电蓄能单元的周围环境、例如空气的热传递系数。
因为在相邻的电蓄能单元之间大多只发生最小的热交换，所以相对应的项被忽略并且得出
其中项
被设置成
，因为由于电池中的欧姆损耗而产生的损耗功率通常在热流
中占强主导地位。因此，R是第一电蓄能单元的内阻并且I是流经该内阻的电流或该电流的电流强度。该电流或该电流强度可以利用电流传感器来被确定。因此，在考虑系统特征参量m、cp、
、
和R以及针对第一电蓄能单元所测量到的参量I和
的情况下确定第一电蓄能单元与第一电蓄能单元的周围环境之间的温度差。
紧接着，在第三步骤S13中，借助于
来确定第一电蓄能单元的周围环境温度，其中
表示在第一步骤中所确定的第一电蓄能单元的温度。
图2示出了所公开的按照第二实施方式的方法的流程图。在第一步骤S21中，确定流出第一电蓄能单元的电流的电流强度。即这在第一电蓄能单元被放电时发生。替选地，第一步骤S11也可以在第一电蓄能单元的充电过程中被执行。在此，第一电蓄能单元与第二电蓄能单元相复合。
紧接着，在第二步骤S22中，将在第一步骤S21中确定的电流强度与预先限定的阈值、这里例如1A进行比较。如果所确定的电流强度超过预先限定的阈值，则重新执行第一步骤S21。如果所确定的电流强度低于所确定的阈值或所确定的电流强度等于所确定的阈值，就继续第三步骤S23。在此，项
由于电流强度小而可以被忽略。因而，预先限定的阈值通常被选择为使得由于通过电流引起的第一电蓄能单元的加热的影响小或可忽略。
在第三步骤S23中，在使用安装在电蓄能单元处的温度传感器的情况下来确定第一电蓄能单元的温度。因此，至少知道第一电蓄能单元的在测量位置处的温度。
在第四步骤S24中，确定第一电蓄能单元与第一电蓄能单元的周围环境之间的温度差，其中为此使用如下公式：
在这种情况下，k表示常数，其中该常数表示第一电蓄能单元的热容与第一电蓄能单元的热阻之比。该常数k例如可以在该方法实施的准备阶段中借助于实验室中的试验来简单地被确定。
紧接着，在第五步骤S25中，借助于
来确定第一电蓄能单元的周围环境温度，其中
表示在第一步骤中所确定的第一电蓄能单元的温度。
图3示出了所公开的按照第三实施方式的方法的流程图。第一步骤S31在此对应于第一步骤S11，第二步骤S32对应于第二步骤S12并且第三步骤S33在此对应于第三步骤S13。在此，第一电蓄能单元与第二电蓄能单元相复合。
在第四步骤S34中，确定另一电蓄能单元的温度，其中该另一电蓄能单元是第二电蓄能单元之一。在此，针对该另一电蓄能单元的温度使用数学模型，使得在该另一电蓄能单元上不需要温度传感器。例如，该数学模型可以像如下公式那样包含用于该另一电蓄能单元的温度估计的微分方程：
其中必要时可以将项忽略，因为例如与相邻的电蓄能单元的热交换或者由于电池中的欧姆损耗而引起的生热相对少。必要时，该数学模型可以是卡尔曼滤波器或龙伯格（Luenberger）观测器或其它适当的调节技术结构的一部分。
紧接着，在第五步骤S35中，对功率电子装置、例如逆变器进行操控，以便遵守该另一电蓄能单元的至少一个电流极限值。在此，根据在第四步骤S34中所确定的该另一电蓄能单元的温度来调整电流极限值。由于基于已知的温度可以不那么保守地调整电流极限值，所以这能够实现从该另一电蓄能单元中调用更高的功率。
有利地，所公开的方法特别是用于沿充电方向的电流极限值，因为电蓄能单元、尤其是基于锂离子的电蓄能单元在温度较低、尤其是低于5℃的情况下只以降低的电流来被充电，以便避免损坏。借助于所公开的方法，由于该另一电蓄能单元的温度被确定并因此已知，所以在充电方向上的该电流极限值可以不那么保守地、也就是说更高地被调整。
如果第一电蓄能单元受到主动冷却，则用于确定第一电蓄能单元与第一电蓄能单元的周围环境之间的温度差的公式为：
除了上文已引入的参量之外，在上文的方程中引入参量
、参量
和
，该参量
表示第一电蓄能单元与冷却元件、例如散热板的面积，该参量
表示与冷却元件的热传递系数，该
表示第一电蓄能单元与冷却元件之间的温度差。
在此，视应用情况而定，个别项也许可以在不显著影响最终结果的情况下被忽略。例如，这些电蓄能单元彼此间的热传导可以被忽略。这意味着：项
在对温度差的确定中未被考虑，而最终结果没有显著偏差。在电流小或者没有电流的情况下同样可以不考虑项
。
这两个简化得出方程
该方程可以被转换成
：
两个常数k1和k2例如可以以简单的方式在该方法实施之前在实验室中借助于实验室试验来被确定。
图3示出了所公开的按照一个实施方式的设备40的示意图。在此，设备40与电池组电池42串联连接地布置并且通过电池连接器47来彼此电连接。温度传感器41安装在由七个电池组电池组成的复合体的中间的电池组电池46上，以便确定中间的电池组电池46的温度。在这种情况下，中间的电池组电池46的周围环境43由周围空气形成。
温度传感器41将温度参量传送给电子控制单元44。该传送例如可以无线地或有线地实现。在电子控制单元44上存在计算机程序，该计算机程序包括用于实施所公开的方法的指令。电子控制单元44借助于这些指令来操控功率电子装置45、例如逆变器，以便遵守针对位于该复合体中的电池组电池42中的另一电池组电池的预先限定的电流极限值，其中该预先限定的电流极限值根据在所公开的方法中确定的中间的电池组电池46的温度来被调整。
Claims (10)
1.用于确定第一电蓄能单元（46）的周围环境温度的方法，其中所述第一电蓄能单元（46）与第二电蓄能单元（42）相复合，所述方法包括如下步骤：
a) 在使用温度传感器（41）的情况下确定所述第一电蓄能单元（46）的温度；
b) 确定所述第一电蓄能单元（46）与所述第一电蓄能单元（46）的周围环境（43）之间的温度差；
c) 根据所述第一电蓄能单元（46）的温度和所述温度差来确定周围环境温度。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括如下步骤：
d) 确定流入或流出所述第一电蓄能单元（46）的电流的电流强度；
e) 将所述电流强度与预先限定的阈值进行比较，其中在所述电流强度达到和/或低于所述预先限定的阈值时至少执行步骤a)和b)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括如下步骤：
f) 根据在步骤c)中确定的周围环境温度来确定所述第二电蓄能单元（42）中的另一电蓄能单元的温度；
g) 操控功率电子装置（45）以遵守所述另一电蓄能单元（42）的至少一个电流极限值，其中所述电流极限值根据在步骤f)中确定的所述另一电蓄能单元（42）的温度来被调整。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在步骤f)中借助于数学模型来确定所述另一电蓄能单元（42）的温度。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤a)中的所述温度传感器（41）安装在所述第一电蓄能单元（46）中或者安装在所述第一电蓄能单元（46）上。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b)中根据所述第一电蓄能单元（46）的温度的随时间的变化率来确定所述温度差。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b)中根据常数来确定所述温度差，其中所述常数表示所述第一电蓄能单元（46）的热容与所述第一电蓄能单元（46）的热阻之比。
8.用于确定第一电蓄能单元（46）的周围环境温度的设备（40），所述设备包括：温度传感器（41）和至少一个装置、尤其是电子控制单元（44），所述电子控制单元被设立为实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
9.计算机程序，所述计算机程序包括指令，所述指令引起：根据权利要求8所述的设备（40）实施根据权利要求1至7之一的方法步骤。
10.机器可读存储介质，在其上存储有根据权利要求9所述的计算机程序。
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